JP2018029157A - 三次元成形回路部材並びにその成形方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】一体成形品の任意の部位の面に回路配線が一体成形された三次元成形回路部材、並びに、かかる三次元成形回路部材を成形することができるようにする。【解決手段】非導電性金属化合物と樹脂が混在する粉末を焼結した一体成形品である三次元成形体であって、内部に形成された内部空間と、該内部空間と外部とを連通する連通開口部とを含む三次元成形体と、該三次元成形体と一体成形された回路配線であって、前記三次元成形体の面に出現している非導電性金属化合物の金属核を核とする導電性金属のめっき膜である回路配線とを備え、該回路配線の少なくとも一部は、前記内部空間の面に露出している。【選択図】図１

Description

本開示は、三次元成形回路部材並びにその成形方法及び装置に関するものである。

従来、携帯電話機のアンテナ等の各種のデバイスに、射出成形により製作した樹脂部品の表面に電気配線を直接形成した成形回路部品が利用されている。該成形回路部品は、筐体としての機械的な役割と、配線としての電気的な役割とを併せ持つ部品であり、配線基板が不要なので、デバイスの部品点数や寸法を低減することができる。また、立体的な配線が可能となるので、デバイスを高密度化及び高機能化することができる。しかし、樹脂部品が射出成形により製作されるので、金型からの離型が困難な形状には成形することができない、という制約がある。

一方、自由な形状の樹脂部品を製作する技術として、積層造形が知られている（例えば、特許文献１参照。）。レーザービームを使用するレーザー焼結造形では、樹脂粉末の層にレーザービームを選択的に照射して、樹脂粉末の選択的な加熱と焼結とを繰り返すことにより、任意の形状の三次元構造物を製作することができる。

特開２００７−３０１９４５号公報

しかしながら、前記従来の技術では、内部空間の表面等に電気配線を形成した三次元構造物を製作することができなかった。

ここでは、前記従来の技術の問題点を解決して、一体成形品の任意の部位の面に回路配線が一体成形された三次元成形回路部材、並びに、かかる三次元成形回路部材を成形するための成形方法及び装置を提供することを目的とする。

そのために、三次元成形回路部材においては、非導電性金属化合物と樹脂が混在する粉末を焼結した一体成形品である三次元成形体であって、内部に形成された内部空間と、該内部空間と外部とを連通する連通開口部とを含む三次元成形体と、該三次元成形体と一体成形された回路配線であって、前記三次元成形体の面に出現している非導電性金属化合物の金属核を核とする導電性金属のめっき膜である回路配線とを備え、該回路配線の少なくとも一部は、前記内部空間の面に露出している。

他の三次元成形回路部材においては、さらに、前記内部空間の面は、外部から視認不能な視認不能面である。

三次元成形回路部材の成形方法においては、非導電性金属化合物と樹脂が混在する粉末の薄層を形成する工程と、前記薄層に第１のエネルギービームを照射して、前記粉末状の樹脂を焼結させて固化層を形成する工程と、前記薄層に第２のエネルギービームを照射して、前記樹脂に含有される非導電性金属化合物から金属核を出現させる工程と、を含む。

他の三次元成形回路部材の成形方法においては、さらに、前記第２のエネルギービームを、前記固化層に照射する。

更に他の三次元成形回路部材の成形方法においては、さらに、前記第１のエネルギービームはレーザービームであり、前記第２のエネルギービームは第１のエネルギービームよりも強いレーザービームである。

更に他の三次元成形回路部材の成形方法においては、さらに、前記第１のエネルギービームは、第２のエネルギービームをデフォーカスしたレーザービームである。

更に他の三次元成形回路部材の成形方法においては、さらに、めっき処理を施して、前記金属核を核とする導電性金属のめっき膜を形成する工程を更に含む。

三次元成形回路部材の成形装置においては、非導電性金属化合物と樹脂が混在する粉末を供給する材料供給部と、該材料供給部から供給された樹脂の薄層が最上面に形成される造形床部と、前記薄層にエネルギービームを照射するビーム照射部とを備え、該ビーム照射部は、前記薄層に第１のエネルギービームを照射して、前記粉末状の樹脂を焼結させて固化層を形成するとともに、前記薄層に第２のエネルギービームを照射して、前記樹脂に含有される非導電性金属化合物から金属核を出現させる。

他の三次元成形回路部材の成形装置においては、さらに、前記第２のエネルギービームを、前記固化層に照射する。

更に他の三次元成形回路部材の成形装置においては、さらに、前記第１のエネルギービームはレーザービームであり、前記第２のエネルギービームは第１のエネルギービームよりも強いレーザービームである。

更に他の三次元成形回路部材の成形装置においては、さらに、前記第１のエネルギービームは、第２のエネルギービームをデフォーカスしたレーザービームである。

更に他の三次元成形回路部材の成形装置においては、さらに、前記ビーム照射部は、エネルギービームを発生する光源部と、前記エネルギービームのフォーカス制御を行うフォーカス制御部と、前記光源部及びフォーカス制御部を制御する制御部とを備える。

更に他の三次元成形回路部材の成形装置においては、さらに、前記制御部は、前記粉末状の樹脂を焼結させて固化層を形成するとともに、前記樹脂に含有される非導電性金属化合物から金属核を出現させるように前記光源部及びフォーカス制御部を制御するためのソフトウェアを備える。

本開示によれば、一体成形品の任意の部位の面に回路配線が一体成形された三次元成形回路部材、並びに、かかる三次元成形回路部材を成形するための成形方法及び装置を提供することが可能である。

第１の実施の形態における成形装置の概念図である。 第１の実施の形態における成形装置の基本動作を説明する第１の図である。 第１の実施の形態における成形装置の基本動作を説明する第２の図である。 第１の実施の形態における成形装置の回路部材成形動作を説明する第１の図である。 第１の実施の形態における成形装置の回路部材成形動作を説明する第２の図である。 第１の実施の形態における成形装置の回路部材成形動作を説明する第３の図である。 第１の実施の形態における三次元成形回路部材の斜視図である。 第１の実施の形態における三次元成形回路部材の内部透視図である。 第１の実施の形態における三次元成形回路部材の部分切断斜視図であって図７におけるＡ−Ａ切断面を別角度から視た斜視図である。 第２の実施の形態における成形装置の概念図である。

以下、実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は第１の実施の形態における成形装置の概念図である。

図において、１は本実施の形態における成形装置であって、後述する三次元成形回路部材３０を成形するための装置である。成形装置１は、三次元成形回路部材３０の材料にエネルギービームを照射するためのビーム照射部１０と、材料を供給して三次元成形回路部材３０の造形を行うための造形部２０とを有する。

なお、本実施の形態において、成形装置１及び成形された三次元成形回路部材３０の各部の構成及び動作を説明するために使用される上、下、左、右、前、後等の方向を示す表現は、絶対的なものでなく相対的なものであり、前記成形装置１及び三次元成形回路部材３０の各部が図に示される姿勢である場合に適切であるが、その姿勢が変化した場合には姿勢の変化に応じて変更して解釈されるべきものである。

そして、前記ビーム照射部１０は、エネルギービームを発生する光源部１１と、該光源部１１からのエネルギービームの方向を制御するビーム制御部１２とを有する。なお、前記エネルギービームは、電子ビーム等、いかなる種類のものであってもよいが、ここでは、レーザービームであり、具体的には、赤外線レーザーのビームであり、より具体的には、波長が１０．６〔μｍ〕の炭酸ガス（ＣＯ₂ ）レーザーのビームであるものとする。

前記光源部１１は、具体的には、赤外線レーザー発生装置であり、より具体的には、炭酸ガスレーザー発生装置であるものとする。該炭酸ガスレーザー発生装置は、レーザービームの出力（レーザーパワー）及び直径を調整可能であるものとする。また、図に示される例において、ビーム制御部１２は、第１のビーム制御部１２Ａ及び第２のビーム制御部１２Ｂの２つから成り、第１のビーム制御部１２Ａ及び第２のビーム制御部１２Ｂは、それぞれ、ガルバノミラー１３ａと該ガルバノミラー１３ａを駆動する駆動モータ１３ｂとを備え、光源部１１からのビームを走査する。なお、第１のビーム制御部１２Ａ及び第２のビーム制御部１２Ｂを統合的に説明する場合には、ビーム制御部１２として説明する。また、該ビーム制御部１２は、必ずしも、第１のビーム制御部１２Ａ及び第２のビーム制御部１２Ｂの２つである必要はなく、１つであってもよいし、３つ以上であってもよい。さらに、ビーム制御部１２は、ガルバノミラー１３ａに代えて、いわゆるポリゴンミラーを備えるものであってもよい。

前記造形部２０は、造形の対象である材料のベッドである造形床部２１と、該造形床部２１の両側に配設された材料供給部２３とを有する。

図において、２６は、三次元成形回路部材３０の材料である粉末状の樹脂である。本実施の形態において、該樹脂２６は、例えば、ポリアミド、ポリブチレンテレフタレート、ポリフェニレンスルフィド等であるが、具体的には、レーザーダイレクトストラクチャリング（ＬＤＳ）（例えば、非特許文献１参照。）に使用される樹脂であって、芳香族ポリアミド（ＰＡ１０Ｔ）等の高耐熱性の樹脂をベースとして有機金属錯体等の非導電性金属化合物を含む添加物を混合したものである。前記非導電性金属化合物を電磁線を使用して砕くことにより、金属核が出現する（例えば、特許文献２〜４参照。）。また、有機金属錯体は、レーザービーム照射により熱エネルギーが付与されると活性化し、有機物の配位子が分離して金属核としての金属原子を出現させるという性質を有する。前記樹脂２６として、例えば、ダイセル・エボニック（Daicel-Evonik ）株式会社がＬＤＳ用の材料として販売する商品名「VESTAMID HTplus LDS3031 black 」の射出成形用ペレットを粉末状に加工したものを使用することができる。この場合、前記樹脂２６は、融点が約２９０〔℃〕、結晶化温度が約２８０〔℃〕、中心粒径が７６．５〔μｍ〕である。これを５３〔μｍ〕の篩にかけて使用する。
LPKF Laser & Electronics, Laser Direct Structuring for 3D Molded Interconnect Devices http://www.lpkf.si/ ＿mediafiles/1797-lpkf-laser-direct-structuring-en.pdf 特許第３８８１３３８号公報 特許第３４０７８９０号公報 特許第３３６６６５２号公報

図に示される例において、材料供給部２３は、造形床部２１の左側に配設された第１の材料供給部２３Ａ及び造形床部２１の右側に配設された第２の材料供給部２３Ｂを備え、第１の材料供給部２３Ａ及び第２の材料供給部２３Ｂは、それぞれ、空洞状の材料収容部２４ａと、該材料収容部２４ａ内に上下動可能に配設された材料供給ピストン２４ｂと、平坦な上端面２４ｃとを備える。第１の材料供給部２３Ａの上端面２４ｃと第２の材料供給部２３Ｂの上端面２４ｃとは、面一となるように設定されている。前記材料収容部２４ａ内の材料供給ピストン２４ｂ上には、三次元成形回路部品の材料である樹脂２６が収容され、材料供給ピストン２４ｂは、図示されない駆動源により、上下動させられる。なお、第１の材料供給部２３Ａ及び第２の材料供給部２３Ｂを統合的に説明する場合には、材料供給部２３として説明する。該材料供給部２３は、第１の材料供給部２３Ａの上端面２４ｃの左端と第２の材料供給部２３Ｂの上端面２４ｃの右端との間を左右に移動することによって、上端面２４ｃ上の樹脂２６を造形床部２１に供給するローラ状の部材であるリコータ２５を更に備える。

前記造形床部２１は、左右の第１の材料供給部２３Ａと第２の材料供給部２３Ｂとの間に形成された空洞状の造形床収容部２２ａと、該造形床収容部２２ａ内に上下動可能に配設された造形ピストン２２ｂとを備える。該造形ピストン２２ｂは、図示されない駆動源により、上下動させられる。そして、前記造形ピストン２２ｂ上には、樹脂２６から成る造形床２６ａが形成される。

次に、前記構成の成形装置１の動作について説明する。まず、該成形装置１の基本動作であるレーザー焼結造形の動作について説明する。

図２は第１の実施の形態における成形装置の基本動作を説明する第１の図、図３は第１の実施の形態における成形装置の基本動作を説明する第２の図である。なお、図２における（ａ）〜（ｃ）並びに図３における（ａ）及び（ｂ）は、基本動作の各工程を示す図である。

ここでは、図２（ａ）に示されるように、あらかじめ造形床部２１の造形ピストン２２ｂ上に樹脂２６の薄層を１層乃至複数層積み重ねた状態の造形床２６ａが形成されているものとする。また、該造形床２６ａの上面は、左右の第１の材料供給部２３Ａ及び第２の材料供給部２３Ｂの上端面２４ｃと面一になっているものとする。なお、基本動作の説明においては、説明の都合上、樹脂２６は、有機金属錯体を含んでおらず、エネルギービームとしてのレーザービームが照射されても、金属原子が出現しないものであるとする。

まず、図２（ａ）に示されるように、光源部１１及びビーム制御部１２を作動させる。そして、線１４で示される光源部１１が発生したレーザービームを、第１のビーム制御部１２Ａ及び第２のビーム制御部１２Ｂによって走査することにより、造形床２６ａの上面に選択的に照射して任意の模様を描画する。これにより、レーザービームが照射された部分の樹脂２６が焼結して固化し、前記模様を示す１層目の固化層２６ｂが形成される。

次に、図２（ｂ）に示されるように、レーザービームの照射を停止し、造形ピストン２２ｂを、矢印で示されるように、下方に変位させる。これにより、造形床２６ａの上面は、左右の第１の材料供給部２３Ａ及び第２の材料供給部２３Ｂの上端面２４ｃよりも下方に位置する。なお、造形ピストン２２ｂの変位量は、次に形成される２層目の固化層２６ｂの厚さと同等にする。

次に、図２（ｃ）に示されるように、リコータ２５が位置している側の材料供給部２３である第１の材料供給部２３Ａの材料供給ピストン２４ｂを、矢印で示されるように、上方に変位させる。これにより、材料収容部２４ａ内の樹脂２６が押し出され、第１の材料供給部２３Ａの上端面２４ｃ上に堆積した状態となる。

次に、図３（ａ）に示されるように、リコータ２５を、矢印で示されるように、第２の材料供給部２３Ｂに向けて横方に変位させる。すると、第１の材料供給部２３Ａの上端面２４ｃ上に堆積していた樹脂２６は、造形床部２１に移動させられ、１層目の固化層２６ｂの上を覆う新たな薄層が、造形床２６ａの上面全体に形成される。これにより、上面が左右の第１の材料供給部２３Ａ及び第２の材料供給部２３Ｂの上端面２４ｃと面一の造形床２６ａが再度形成される。なお、該造形床２６ａにおける最上位の樹脂２６の薄層の下には、１層目の固化層２６ｂが存在している。

次に、図３（ｂ）に示されるように、光源部１１及びビーム制御部１２を再び作動させる。そして、線１４で示される光源部１１が発生したレーザービームを、第１のビーム制御部１２Ａ及び第２のビーム制御部１２Ｂによって走査することにより、造形床２６ａの上面に選択的に照射して任意の模様を描画する。これにより、レーザービームが照射された部分の樹脂２６が焼結して固化し、前記模様を示す２層目の固化層２６ｂが１層目の固化層２６ｂの上に形成される。

このような動作を所定の回数だけ繰り返すことにより、所望の形状を有する三次元成形品が成形される。

次に、前記成形装置１の回路部材成形動作について説明する。

図４は第１の実施の形態における成形装置の回路部材成形動作を説明する第１の図、図５は第１の実施の形態における成形装置の回路部材成形動作を説明する第２の図、図６は第１の実施の形態における成形装置の回路部材成形動作を説明する第３の図である。なお、図４及び５における（ａ）及び（ｂ）並びに図６における（ａ）は、回路部材成形動作の各工程を示す図であり、図６における（ｂ）は、成形された三次元成形体の例を示す拡大図である。

ここでは、前記図２（ａ）に示される例と同様に、あらかじめ造形床部２１の造形ピストン２２ｂ上に粉末状の樹脂２６から成る造形床２６ａが形成されているものとする。また、該造形床２６ａの上面は、左右の第１の材料供給部２３Ａ及び第２の材料供給部２３Ｂの上端面２４ｃと面一になっているものとする。なお、粉末状の樹脂２６は、有機金属錯体を含むものであって、第１のエネルギービームの照射によって焼結して固化し、第２のエネルギービームの照射によって活性化して金属原子を出現するものであり、例えば、前述の商品名「VESTAMID HTplus LDS3031 black 」の射出成形用ペレットを粉末状に加工したものであるとする。

まず、図４（ａ）に示されるように、光源部１１及びビーム制御部１２を作動させる。そして、第１のエネルギービームとして、線１４で示される光源部１１が発生したレーザービームを、第１のビーム制御部１２Ａ及び第２のビーム制御部１２Ｂによって走査することにより、造形床２６ａの上面に選択的に照射して任意の模様を描画する。これにより、レーザービームが照射された部分の樹脂２６が焼結して固化し、前記模様を示す１層目の固化層２６ｂが形成される。

この場合、樹脂２６に含まれる有機金属錯体を活性化しないようにするために、造形床２６ａの上面には、第１のエネルギービームとして、比較的弱いレーザービームが照射される。例えば、造形床２６ａの上面の位置でのビーム径の最小値が１３０〔μｍ〕であるレーザービームをデフォーカスし、前記造形床２６ａの上面の位置でのビーム径が７２６〔μｍ〕となるようにすると、前記造形床２６ａの上面には、樹脂２６に含まれる有機金属錯体が活性化されない程度に弱いレーザービームが照射される。具体的なレーザービームの照射条件は、例えば、以下の表１に示されるようにすることができる。

次に、前記図２及び３に示されるような動作を所定回数繰り返すことにより、図４（ｂ）に示されるように、ｎ層目（ｎは任意の自然数）の固化層２６ｂが形成される。

次に、図５（ａ）に示されるように、第２のエネルギービームとして、比較的強いレーザービームをｎ層目の固化層２６ｂに選択的に照射して任意の模様を描画する。これにより、ｎ層目の固化層２６ｂにおけるレーザービームが照射された部分の樹脂２６に含まれる有機金属錯体がアクティベート、すなわち、活性化され、金属原子が出現した活性化部２６ｃが形成される。該活性化部２６ｃは、少なくとも一部がｎ層目の固化層２６ｂの表面に露出し、該固化層２６ｂの表面に前記模様を形成する。

例えば、造形床２６ａの上面の位置でのビーム径が７２６〔μｍ〕となるようにデフォーカスされていたレーザービームをフォーカスし直して、前記造形床２６ａの上面の位置でのビーム径が１３０〔μｍ〕となるようにすると、前記造形床２６ａの上面には、樹脂２６に含まれる有機金属錯体が活性化される程度に強いレーザービームが照射される。具体的なレーザービームの照射条件は、例えば、以下の表２に示されるようにすることができる。

次に、前記図２（ｂ）〜３（ａ）に示されるような動作を再度行った後、レーザービームを比較的弱いものに切り替え、図５（ｂ）に示されるように、レーザービームを造形床２６ａの上面に選択的に照射して任意の模様を描画する。これにより、比較的弱いレーザービームが照射された部分の樹脂２６が焼結して固化し、ｎ＋１層目の固化層２６ｂが形成される。該固化層２６ｂは、活性化部２６ｃよりも広い範囲を囲むような形状となるように形成される。これにより、活性化部２６ｃが露出した内側表面を有する内部空間３２を含む三次元成形体３１を成形することができる。

次に、前記図２及び３に示されるような動作を再度所定回数繰り返すことにより、図６（ａ）に示されるように、ｎ＋ｍ層目（ｍは任意の自然数）の固化層２６ｂが形成され、三次元成形体３１を得ることができる。

最後に、造形床２６ａから、所望の形状を有する三次元成形品として、図６（ｂ）に示されるような三次元成形体３１を取り出すことができる。該三次元成形体３１は、レーザー焼結造形によって成形された一体成形品であり、内部空間３２を含んでいる。該内部空間３２の面、すなわち、内側表面の少なくとも一部には、活性化部２６ｃが露出している。また、前記内部空間３２は、少なくとも１箇所で外部に連通しているものとする。

ここでは、ビーム照射部１０が１つであって、レーザービームをフォーカスし直すことにより、レーザービームを比較的弱いものと比較的強いものとに切り替える例について説明したが、比較的弱いレーザービームを照射する１つのビーム照射部１０と比較的強いレーザービームを照射するもう１つのビーム照射部１０とをあらかじめ用意しておき、使用するビーム照射部１０を切り替えることにより、レーザービームを比較的弱いものと比較的強いものとに切り替えるようにしてもよい。また、比較的弱いレーザービームを照射して固化層２６ｂを形成した後、該固化層２６ｂの所定の部分に比較的強いレーザービームを照射して活性化部２６ｃを形成する場合について説明したが、造形床２６ａの上面に、比較的弱いレーザービームを照射することなく、比較的強いレーザービームを照射して、固化層２６ｂと活性化部２６ｃとを同時に形成することもできる。

そして、前記三次元成形体３１にめっき処理を施すことにより、露出している活性化部２６ｃの表面にめっき膜を形成する。具体的には、無電解銅めっき処理を行って、めっき液を内部空間３２内に導入し、活性化部２６ｃにおいて出現している金属原子を核として、導電性金属である銅を析出させる。これにより、活性化部２６ｃの表面に銅のめっき膜が形成されるので、導電性の配線を得ることができる。

なお、内部空間３２の内側表面における活性化部２６ｃの表面以外の部分に、銅が析出することはない。めっき液乃至めっき浴を作成するためには、例えば、日本マクダーミッド（MacDermid ）株式会社が販売する商品名「MID Copper 100XB」という薬品を使用することができる。

次に、本実施の形態における三次元成形回路部材３０について説明する。

図７は第１の実施の形態における三次元成形回路部材の斜視図、図８は第１の実施の形態における三次元成形回路部材の内部透視図、図９は第１の実施の形態における三次元成形回路部材の部分切断斜視図であって図７におけるＡ−Ａ切断面を別角度から視た斜視図である。

図に示されるように、本実施の形態における三次元成形回路部材３０は、一体成形品である本体部としての三次元成形体３１と、該三次元成形体３１の内部に形成された内部空間３２と、該内部空間３２と三次元成形体３１の外部とを連通する連通開口部３３と、前記三次元成形体３１と一体成形された導電性の回路配線としての導電部材３５とを備える回路部材である。なお、図に示される例において、三次元成形体３１、内部空間３２及び連通開口部３３の形状は、図示の都合上、直方体状という簡素なものとなっているが、いかなる形状のものであってもよく、いかなる複雑な形状であってもよい。また、内部空間３２及び連通開口部３３は、それぞれ、少なくとも１つあればよく、複数であってもよく、いくつであってもよい。

前記三次元成形体３１は、前述のように、レーザー焼結造形によって成形された一体成形品であるから、いかなる形状にもなり得る。また、前記内部空間３２及び連通開口部３３も、レーザー焼結造形によって成形された一体成形品の一部であるから、いかなる形状にもなり得る。

図に示される例において、導電部材３５は、２本であり、それぞれ、細長い帯状の導電性金属の被膜であって、三次元成形体３１の外側の壁面３１ａに位置する一端から、連通開口部３３の左右両側の壁面３３ａを通って、内部空間３２の左右両側の壁面３２ａに到るまで、連続して延在する。すなわち、導電部材３５は、三次元成形体３１の表面に沿って、三次元成形体３１の外側から内部空間３２の内側にまで連続的に形成されている。なお、図に示される例において、導電部材３５は、図示の都合上、直線状という簡素なものとなっているが、いかなる形状のものであってもよく、いかなる複雑な形状であってもよい。また、導電部材３５は、２本に限定されるものでなく、１本であってもよいし、３本以上であってもよいし、いくつであってもよい。前記導電部材３５は、前述のように、レーザー焼結造形によって形成された任意の固化層２６ｂの任意の箇所を活性化して形成された活性化部２６ｃの表面にめっき膜を形成して得られたものであるから、いかなる形状にもなり得る。

また、導電部材３５は、単なる回路の配線として機能するだけでなく、抵抗、コンダクタ、キャパシタ、アンテナ等の素子としても機能し得る。例えば、導電部材３５の一部を他の部分より幅狭に形成したり、導電部材３５の一部を蛇行させたり、隣接する導電部材３５同士を近接させたり、導電部材３５の一部を渦巻き状に形成したりすることにより、各種の素子として機能させることができる。

さらに、導電部材３５は、内部空間３２における連通開口部３３側の壁面である視認不能面３２ｂにも形成されている。該視認不能面３２ｂは、三次元成形体３１の外側からは視認することが不可能な面であって、連通開口部３３を通過するレーザービームによって直接には照射不能な面である。前記導電部材３５は、前述のように、レーザー焼結造形によって形成された固化層２６ｂの任意の箇所を活性化して形成された活性化部２６ｃの表面にめっき膜を形成して得られたものであって、活性化部２６ｃを形成した後にも、更なる固化層２６ｂを形成することができるので、内部空間３２の壁面３２ａのいかなる箇所にも形成することができ、視認不能面３２ｂにも形成することができる。

導電部材３５の三次元成形体３１の外側の壁面３１ａに位置する部分には、例えば、はんだ付等の手段によって、他の電気デバイス、電子デバイス等の端子や配線を電気的に接続することができる。したがって、三次元成形回路部材３０に各種のデバイスを実装することができ、また、三次元成形回路部材３０を回路基板等の他のデバイスに実装することもできる。

このように、本実施の形態における三次元成形回路部材３０は、粉末状の樹脂２６を焼結した一体成形品である三次元成形体３１であって、内部に形成された内部空間３２と、内部空間３２と外部とを連通する連通開口部３３とを含む三次元成形体３１と、三次元成形体３１と一体成形された導電性の導電部材３５であって、三次元成形体３１の面に出現している非導電性金属化合物の金属核を核とする導電性金属のめっき膜である導電部材３５とを備え、導電部材３５の少なくとも一部は、内部空間３２の面に露出している。したがって、三次元成形体３１の内部空間３２の面にも配線を備える立体的で高密度な回路部材を得ることができる。また、導電部材３５は、三次元成形体３１の面に確実に結合され、剥離することがない。さらに、三次元成形体３１は、強固であって、破損しにくくなっている。

また、内部空間３２の面は、外部から視認不能な視認不能面３２ｂである。したがって、内部空間３２の形状が複雑な場合であっても、内部空間３２の所望の箇所に配線を備える回路部材を得ることができる。

本実施の形態における三次元成形回路部材３０の成形方法は、非導電性金属化合物を含有する粉末状の樹脂２６の薄層を形成する工程と、薄層に第１のエネルギービームを照射して、粉末状の樹脂２６を焼結させて固化層２６ｂを形成する工程と、薄層に第２のエネルギービームを照射して、樹脂２６に含有される非導電性金属化合物から金属核を出現させる工程と、を含むものである。したがって、三次元成形回路部材３０を容易に、確実に、短時間で成形することができる。

また、第２のエネルギービームを、固化層２６ｂに照射する。

さらに、第１のエネルギービームはレーザービームであり、第２のエネルギービームは第１のエネルギービームよりも強いレーザービームである。このように、強さの異なるレーザービームを切り替えて使用するだけでよいので、容易に三次元成形回路部材３０を成形することができる。

さらに、第１のエネルギービームは、第２のエネルギービームをデフォーカスしたレーザービームである。このように、レーザービームのフォーカスを切り替えるだけでよいので、容易に三次元成形回路部材３０を成形することができる。

さらに、めっき処理を施して、金属核を核とする導電性金属のめっき膜を形成する工程を更に含むものである。したがって、剥離することのない導電部材３５を容易に形成することができる。

本実施の形態における三次元成形回路部材３０の成形装置１は、非導電性金属化合物と樹脂が混在する粉末を供給する材料供給部２３と、材料供給部２３から供給された樹脂２６の薄層が最上面に形成される造形床部２１と、薄層にエネルギービームを照射するビーム照射部１０とを備え、ビーム照射部１０は、薄層に第１のエネルギービームを照射して、粉末状の樹脂２６を焼結させて固化層２６ｂを形成するとともに、薄層に第２のエネルギービームを照射して、樹脂２６に含有される非導電性金属化合物から金属核を出現させる。したがって、簡素な構成でありながら、三次元成形回路部材３０を容易に、確実に、短時間で成形することができる。なお、本開示において非導電性金属化合物と樹脂が混在する粉末とは、非導電性金属化合物を含有する樹脂２６の粉末、非導電性金属化合物粉末と樹脂粉末の混合物等を含み、非導電性金属化合物を樹脂に混練、ペレット化したものを、粉砕したもの、非導電性金属化合物の粉末を樹脂粉末と混合したもの等が含まれる。

また、第２のエネルギービームを、固化層２６ｂに照射する。

さらに、第１のエネルギービームはレーザービームであり、第２のエネルギービームは第１のエネルギービームよりも強いレーザービームである。このように、強さの異なるレーザービームを切り替えて使用するだけでよいので、容易に三次元成形回路部材３０を成形することができる。

さらに、第１のエネルギービームは、第２のエネルギービームをデフォーカスしたレーザービームである。このように、レーザービームのフォーカスを切り替えるだけでよいので、容易に三次元成形回路部材３０を成形することができる。

次に、第２の実施の形態について説明する。なお、第１の実施の形態と同じ構造を有するものについては、同じ符号を付与することによってその説明を省略する。また、前記第１の実施の形態と同じ動作及び同じ効果についても、その説明を省略する。

図１０は第２の実施の形態における成形装置の概念図である。図における（ａ）及び（ｂ）は、回路部材成形動作の各工程を示す図である。

図に示されるように、本実施の形態における成形装置１のビーム照射部１０は、光源部１１からのエネルギービームであるレーザービームのフォーカス制御を行うフォーカス制御部１５と、前記光源部１１及びフォーカス制御部１５の動作を制御する制御部１６とを更に備える。なお、図においては、都合により、樹脂２６の造形床２６ａ以外の三次元成形回路部材３０の描画が省略されている。また、図において、Ａは造形床２６ａの上面の要部拡大図であり、１４ａは造形床２６ａの上面のレーザースポットである。

前記制御部１６は、例えば、パーソナルコンピュータ、サーバ、タブレット端末等であるが、ＣＰＵ等の演算装置、半導体メモリ、ハードディスク等の記憶装置、液晶ディスプレイ、ＥＬディスプレイ等の表示画面を備える表示装置、キーボード、タッチパネル等の入力装置、有線又は無線の通信装置等を備え、光源部１１及びフォーカス制御部１５と通信可能に接続され、光源部１１及びフォーカス制御部１５の動作を制御することができる装置であれば、いかなる装置であってもよい。そして、前記制御部１６には、光源部１１及びフォーカス制御部１５の動作を制御するためのソフトウェアがインストールされているものとする。

例えば、図１０（ａ）に示されるように、造形床２６ａの上面に、第１のエネルギービームとして、樹脂２６に含まれる有機金属錯体が活性化される程度に強いレーザービームを照射する場合、制御部１６は、光源部１１の出力を増加させ、フォーカス制御部１５によるレーザービームをフォーカスを強くさせ、前記造形床２６ａの上面のレーザースポット１４ａの径を小さくさせる。

また、例えば、図１０（ｂ）に示されるように、造形床２６ａの上面に、第２のエネルギービームとして、樹脂２６が焼結して固化するが、該樹脂２６に含まれる有機金属錯体は活性化されない程度にの強さのレーザービームを照射する場合、制御部１６は、光源部１１の出力を減少させ、フォーカス制御部１５によるレーザービームをフォーカスを弱くくさせ、前記造形床２６ａの上面のレーザースポット１４ａの径を大きくさせる。

なお、レーザービームのフォーカス制御は、必ずしも図１０に示される例に限定されるものでなく、いかなる種類のものであってもよく、例えば、光学ユニットと造形床２６ａの上面との距離を制御する機構であってもよい。

また、成形装置１のその他の点の構成及び動作については、前記第１の実施の形態と同様であるので、その説明を省略する。

このように、本実施の形態における三次元成形回路部材３０の成形装置１のビーム照射部１０は、エネルギービームであるレーザービームを発生する光源部１１と、レーザービームのフォーカス制御を行うフォーカス制御部１５と、光源部１１及びフォーカス制御部１５を制御する制御部１６とを備える。そして、制御部１６は、粉末状の樹脂２６を焼結させて固化層２６ｂを形成するとともに、樹脂２６に含有される非導電性金属化合物から金属核を出現させるように光源部１１及びフォーカス制御部１５を制御するためのソフトウェアを備える。したがって、樹脂２６に含まれる有機金属錯体を活性化させる場合と、樹脂２６を焼結して固化させる場合とで、容易に、効果的にレーザービームを切り替えることができる。

なお、本明細書の開示は、好適で例示的な実施の形態に関する特徴を述べたものである。ここに添付された特許請求の範囲内及びその趣旨内における種々の他の実施の形態、修正及び変形は、当業者であれば、本明細書の開示を総覧することにより、当然に考え付くことである。

本発明は、三次元成形回路部材並びにその成形方法及び装置に適用することができる。

１ 成形装置
１０ ビーム照射部
２１ 造形床部
２３ 材料供給部
２３Ａ 第１の材料供給部
２３Ｂ 第２の材料供給部
２６ 樹脂
２６ｂ 固化層
３０ 三次元成形回路部材
３１ 三次元成形体
３２ 内部空間
３２ｂ 視認不能面
３３ 連通開口部
３５ 導電部材

Claims (13)

1. 非導電性金属化合物と樹脂が混在する粉末を焼結した一体成形品である三次元成形体であって、内部に形成された内部空間と、該内部空間と外部とを連通する連通開口部とを含む三次元成形体と、
   該三次元成形体と一体成形された回路配線であって、前記三次元成形体の面に出現している非導電性金属化合物の金属核を核とする導電性金属のめっき膜である回路配線とを備え、
   該回路配線の少なくとも一部は、前記内部空間の面に露出していることを特徴とする三次元成形回路部材。
2. 前記内部空間の面は、外部から視認不能な視認不能面である請求項１に記載の三次元成形回路部材。
3. 非導電性金属化合物と樹脂が混在する粉末の薄層を形成する工程と、
   前記薄層に第１のエネルギービームを照射して、前記粉末状の樹脂を焼結させて固化層を形成する工程と、
   前記薄層に第２のエネルギービームを照射して、前記樹脂に含有される非導電性金属化合物から金属核を出現させる工程と、
   を含むことを特徴とする三次元成形回路部材の成形方法。
4. 前記第２のエネルギービームを、前記固化層に照射する請求項３に記載の三次元成形回路部材の成形方法。
5. 前記第１のエネルギービームはレーザービームであり、前記第２のエネルギービームは第１のエネルギービームよりも強いレーザービームである請求項３又は４に記載の三次元成形回路部材の成形方法。
6. 前記第１のエネルギービームは、第２のエネルギービームをデフォーカスしたレーザービームである請求項５に記載の三次元成形回路部材の成形方法。
7. めっき処理を施して、前記金属核を核とする導電性金属のめっき膜を形成する工程を更に含む請求項３〜６のいずれか１項に記載の三次元成形回路部材の成形方法。
8. 非導電性金属化合物と樹脂が混在する粉末を供給する材料供給部と、
   該材料供給部から供給された樹脂の薄層が最上面に形成される造形床部と、
   前記薄層にエネルギービームを照射するビーム照射部とを備え、
   該ビーム照射部は、前記薄層に第１のエネルギービームを照射して、前記粉末状の樹脂を焼結させて固化層を形成するとともに、前記薄層に第２のエネルギービームを照射して、前記樹脂に含有される非導電性金属化合物から金属核を出現させることを特徴とする三次元成形回路部材の成形装置。
9. 前記第２のエネルギービームを、前記固化層に照射する請求項８に記載の三次元成形回路部材の成形装置。
10. 前記第１のエネルギービームはレーザービームであり、前記第２のエネルギービームは第１のエネルギービームよりも強いレーザービームである請求項８又は９に記載の三次元成形回路部材の成形装置。
11. 前記第１のエネルギービームは、第２のエネルギービームをデフォーカスしたレーザービームである請求項１０に記載の三次元成形回路部材の成形装置。
12. 前記ビーム照射部は、エネルギービームを発生する光源部と、前記エネルギービームのフォーカス制御を行うフォーカス制御部と、前記光源部及びフォーカス制御部を制御する制御部とを備える請求項８〜１１のいずれか１項に記載の三次元成形回路部材の成形装置。
13. 前記制御部は、前記粉末状の樹脂を焼結させて固化層を形成するとともに、前記樹脂に含有される非導電性金属化合物から金属核を出現させるように前記光源部及びフォーカス制御部を制御するためのソフトウェアを備える請求項１０に記載の三次元成形回路部材の成形装置。

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