JP2019186432A - 立体成型回路基板及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高い放熱性を備えた立体成型回路基板とその製造方法を提供する。【解決手段】立体成型体１０２と、立体成型体１０２の表面に設けられる絶縁層１０３と、絶縁層１０３の表面に設けられる導電層１０４と、を備え、絶縁層１０３は、導電層１０４が部分的に設けられる第一面と、導電層１０４が設けられない第二面とを有し、前記第一面における導電層１０４が設けられる箇所の厚みｔ３が、前記第一面における導電層１０４が設けられない箇所の厚みｔ１よりも薄い。【選択図】図１

Description

本発明は、立体成型体の全表面を樹脂で被覆し、その表面に所望の回路パターンの導電層を備えた立体成型回路基板及びその製造方法に関するものである。

電気・電子機器が小型・軽量化、高機能化するに伴って、回路基板では、部品実装の高密度化を図るべく、回路パターンの微細化や高多層化が急速に進展している。さらに機器内の限られた空間を有効活用するためにフレキシブル基板も多用されるようになった。

近年ではＩｏＴ（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ ｏｆ Ｔｈｉｎｇｓ）の普及や車載エレクトロニクスの進展等に伴い、回路基板に対する要求がより多様化している。そのソリューションの１つとして立体成型回路基板が注目されるようになった。

立体成型回路基板は、電気・電子機器の小型・軽量化、高機能化だけでなく、その立体構造におけるデザインの自由度を拡大できる。例えば、車のデザインにおける重要要素である車載照明器具では、そのデザインの追及の一つとして、ＬＥＤ等の光源を立体的に配置すべく、立体成型回路基板にＬＥＤを搭載するモジュールが考案されている。

ところで、従来から知られている立体成型回路基板としては、立体構造体の表面上に回路パターンを直接的に形成したＭＩＤ（Ｍｏｌｄｅｄ Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔ Ｄｅｖｉｃｅ）基板がある。ＭＩＤ基板の製造方法としては、ＳＫＷ（Ｓａｎｋｙｏ Ｋａｓｅｉ Ｗｉｒｉｎｇ）、ＭＩＰＴＥＣ（Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）およびＬＤＳ（Ｌａｓｅｒ Ｄｉｒｅｃｔ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｉｎｇ）などの製造方法が代表的ある。これらは、いずれも射出成型等で立体構造の樹脂成型体を形成した後、それぞれの製造方法における特有の技術で、樹脂成型体の表面に回路パターンを形成する。

ＳＫＷにおいては、一次成型された樹脂成型体の回路パターンを形成しない部分に、新たな樹脂による二次成型を行い、この樹脂をレジストとして触媒塗布およびめっきを施す。これにより、立体成型体に回路パターンを形成する。

ＭＩＰＴＥＣにおいては、同様に樹脂の立体成型体の表面全体にスパッタで金属層を形成し、レーザーによって回路パターンの境界部分の金属層を除去する。そして、回路パターンとなる領域に通電して電気めっきを施した後、立体成型体の全面をソフトエッチングして回路パターン以外の金属を除去する。これにより、立体成型体に回路パターンを形成する。

ＬＤＳにおいては、有機金属化合物を含んだ特殊な樹脂材料を使用して立体成型体を形成する。そして、この立体成型体の回路パターンとなる領域にレーザーを照射することで、樹脂中の有機金属化合物を表面に露出させると共に活性化させた後、露出活性化した部分にめっきを施す。これにより、立体成型体に回路パターンを形成する。

また、近年では、ＬＤＳと似た製造方法であるが、例えば、特許文献１および特許文献２に、立体成型回路基板の製造方法に関する技術が開示されている。これらの技術では、樹脂製の立体成型体の表面における回路パターン部にレーザーを照射し、樹脂表面を改質もしくは改質粗化した後、イオン触媒を接触させて無電解銅めっきを施すことで、立体成型体に回路パターンを形成する。

特許第５０２２５０１号公報 特許第５７３１２１５号公報

しかしながら、上述した従来の立体成型回路基板の構造は、いずれも立体成型された樹脂に回路パターンを直接形成する構造である。このため、高出力ＬＥＤのような発熱部品に対しては、十分な放熱性を確保することができない。したがって、上述したような車載照明器具の用途において、例えば車載照明器具がヘッドランプのように高出力ＬＥＤを光源とする場合、従来の立体成型回路基板を使用するのは困難となる。また、このような高出力ＬＥＤに使用する場合のみならず、基板の放熱性が求められる部品への使用に対しても同様に従来の立体成型回路基板を使用するのは困難である。

従来の立体成型回路基板の放熱性が不十分であることは、基板母体である樹脂成型体の熱伝導率が極めて小さいためである。したがって、放熱性を十分に確保するためには、成型樹脂の高熱伝導率化、もしくは基板母体の金属化が必要である。

まず、樹脂の高熱伝導率化については、一般的に熱伝導率の高い窒化アルミニウム等の無機フィラーを成型樹脂に高充填することが考えられる。しかし、無機フィラーを成型樹脂に高充填すると、成型加工時における樹脂の流動性が著しく低下するため、立体成型（基板化）が非常に困難となる。

一方、基板母体の金属化は、基板の放熱性の向上に極めて有用と考えられるが、前者（樹脂の高熱伝導率化）と同様に基板化に課題がある。すなわち、如何に立体構造の金属母体の表面に絶縁層を形成し、かつその表面に回路パターンを形成するかが課題となる。さらに金属母体を樹脂で被覆するため、基板の放熱性が良好となるように絶縁層の構造を工夫する必要がある。

よって、本願課題は、高い放熱性を備えた立体成型回路基板とその製造方法を提供する。

上記目的を達成するために、本発明の立体成型回路基板は、立体成型体と、前記立体成型体の表面に設けられる絶縁層と、前記絶縁層の表面に設けられる導電層と、を備え、前記絶縁層は、前記導電層が部分的に設けられる第一面と、前記導電層が設けられない第二面とを有し、前記第一面における前記導電層が設けられる箇所の厚みが、前記第一面における前記導電層が設けられない箇所の厚みよりも薄い。

上記目的を達成するために、本発明の立体成型回路基板の製造方法は、立体成型体の表面を樹脂で被覆する第一工程と、前記被覆された樹脂を硬化して前記立体成型体の表面に絶縁層を形成する第二工程と、前記絶縁層に回路パターンを形成する部分を、レーザーで粗化して粗化部とする第三工程と、前記粗化部のみに導電層を形成する第四工程と、を含む。

本発明によれば、高い放熱性を備えた立体成型回路基板とその製造方法を提供できる。

本発明の実施の形態１における立体成型回路基板を示す模式的断面図 本発明の実施の形態１における立体成型回路基板に発熱部品が搭載された実装体を示す模式的断面図 （ａ）〜（ｅ）は、本発明の実施の形態１における立体成型回路基板の製造方法を説明するための模式的断面図 （ａ）〜（ｅ）は本発明の実施の形態２における金属立体成型体の製造方法を説明するための模式的断面図 本発明の実施の形態３における立体成型回路基板を示す模式的断面図 本発明の実施の形態３における、立体成型回路基板に発熱部品を搭載した実装体が、金属筐体に取り付けられた状態での、模式的断面図 （ａ）〜（ｅ）は本発明の実施の形態３における金属立体成型体の製造方法を説明するための模式的断面図

以下、本発明の実施の形態に係る立体成型回路基板及びその製造方法ついて、図面を参照しながら説明する。以下に示す各実施の形態はあくまでも例示に過ぎず、以下の各実施の形態で明示しない種々の変形や技術の適用を排除するものではない。また、各実施の形態の各構成は、それらの趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。さらに、各実施の形態の各構成は、必要に応じて取捨選択することができ、あるいは適宜組み合わせることができる。

なお、各実施の形態を説明するための全図において、同一要素は原則として同一の符号を付し、その説明を省略することもある。

［１．実施の形態１］
［１−１．構造］
以下、図１及び図２を参照して本発明の実施の形態１における立体成型回路基板の構成について説明する。図１は、本発明の実施の形態１における立体成型回路基板を示す模式的断面図である。図２は、本発明の実施の形態１における立体成型回路基板に発熱部品が搭載された実装体を示す模式的断面図である。

立体成型回路基板１０１は、金属立体成型体１０２と、絶縁層１０３と、導電層１０４とを備えて構成される。具体的には、金属立体成型体１０２の全表面に熱硬化性樹脂からなる絶縁層１０３が被覆され、かつ、この絶縁層１０３の表面に、回路パターンである導電層１０４が形成されている。導電層１０４は、例えば銅により形成される。

金属立体成型体１０２は、一般的な放熱基板にも用いられるアルミニウムや銅等の熱伝導率の大きな金属などで形成するのが好ましい。このような金属で金属立体成型体１０２を成型する場合には、プレス等で加工した立体成型品やダイカスト等で加工した立体鋳造品を用いればよい。

絶縁層１０３は、導電層１０４が部分的に形成される面（第一面、以下「導電層形成面」という）と、導電層１０４が形成されない面（第二面、以下「導電層非形成面」という）とで厚みが異なる。導電層形成面の導電層１０４が設けられていない箇所における絶縁層１０３の厚みｔ_１が、導電層非形成面の絶縁層１０３の厚みｔ_２よりも大きい（厚い）。

さらに、導電層形成面において、導電層１０４が設けられている箇所における絶縁層１０３の厚み、すなわち導電層１０４の直下の（導電層１０４と金属立体成型体１０２との間における）絶縁層１０３の厚みｔ_３が、導電層１０４が設けられていない箇所における絶縁層１０３の厚みｔ_１よりも小さい（薄い）。すなわち、導電層１０４が絶縁層１０３に入り込んだ構造となっている。

このように、絶縁層１０３の厚みにその部位によって相違を設ける理由について、図２を用いて詳細に説明する。

図２に示される実装体は、図１に示される立体成型回路基板１０１と、はんだ１０６と、立体成型回路基板１０１の導電層１０４にはんだ１０６を介して接合された発熱部品１０５とを備えて構成される。

また、図２中の破線の矢印は、発熱部品１０５で発生した熱の伝導経路を示す。すなわち、この破線の矢印で示すように、発熱部品１０５で発生した熱は、はんだ１０６を介して、立体成型回路基板１０１に伝導し、導電層１０４、その直下の絶縁層１０３ａ、金属立体成型体１０２、絶縁層１０３ｂの順に伝導する。この過程で、発熱部品１０５で発生した熱は、熱容量が大きい金属立体成型体１０２で拡散し、さらに絶縁層１０３ｂの外周面から周囲に放出（放熱）される。これにより発熱部品１０５の温度上昇が抑制される。

この熱伝導経路上の部材において、絶縁層１０３ａ、１０３ｂのみが樹脂であり、当該部材の中で、これらの絶縁層１０３ａ、１０３ｂが最も熱伝導率が小さい。このため、絶縁層１０３ａ、１０３ｂには、放熱に対する工夫が必要である。そこで、本実施の形態１では、上述したように、熱伝導経路上に位置する絶縁層１０３ａ、１０３ｂの各厚みt_３，t_２を、熱伝導経路から外れる絶縁層１０３の厚みｔ_１よりも薄くして、熱伝導経路を形成する絶縁層１０３ａ、１０３ｂの各放熱性を向上させている。これにより、立体成型回路基板１０１の放熱性を十分なものとすることができる。

また、絶縁層１０３ｂは、金属立体成型体１０２に対して、電気絶縁層に加えて保護層の役割を果たすが、立体成型回路基板１０１の用途によっては、電気絶縁層および保護層を設ける必要がない場合がある。このような場合には、絶縁層１０３ｂを形成せずに、立体成型回路基板１０１の放熱性をより向上させることが可能となる。

また、導電層１０４の直下の絶縁層１０３ａを薄くすることは、薄くした部分の破断強度が低下するため、導電層１０４の保持力が小さくなるという弊害がある。しかし、図１に示されるように導電層１０４の直下の絶縁層１０３ａの厚みｔ_３よりも、絶縁層１０３ａの周囲の絶縁層１０３の厚みｔ_１が大きい。このため、導電層１０４の側面を、厚みｔ_１の絶縁層１０３により大きな接触面積でしっかりと支持できる。よって、絶縁層１０３による導電層１０４の保持力は導電層１０４を保持するために十分な大きさとなる。

したがって、本発明の実施の形態１によれば、導電層１０４の絶縁層１０３への密着強度を低下させずに、導電層１０４から金属立体成型体１０２の内外への熱伝導を向上させることが可能となる。

以下、絶縁層１０３および導電層１０４についてさらに説明する。

＜絶縁層１０３＞
絶縁層１０３の厚みｔ_１は、特に制限されるものではないが、厚みｔ_１と厚みｔ_３の差分が、１０μｍ以上あれば、導電層１０４を十分な大きさの保持力で支持できる。すなわち厚みｔ_１は、厚みｔ_３よりも１０μｍ以上厚いことが好ましい（ｔ_１≧ｔ_３＋１０μｍ）。

また、厚みｔ_２および厚みｔ_３は、電気的絶縁性と熱伝導性を両立させるために共に１０μｍ以上であることが好ましい（ｔ_２≧１０μｍ、ｔ_３≧１０μｍ、）。また、絶縁層１０３は、本実施の形態では、粉体の熱硬化性樹脂が硬化されて形成されている。粉体樹脂を用いれば、導電層形成面と導電層非形成面とで、金属立体成型体１０２の帯電量を異ならせることによって、静電塗装等で異なる厚みの絶縁層１０３を容易に形成することができる。

また、絶縁層１０３を形成する熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂を主成分としたものが好ましい。これは、エポキシ樹脂は、金属に対する密着性および電気絶縁性に優れるためである。また、詳細は、後述の＜製造方法＞の中で併せて説明するが、絶縁層１０３を形成する熱硬化性樹脂は、レーザー吸収剤を含有することが好ましく、具体的には酸化チタンおよびカーボンブラックの少なくとも一方を含有するのが好ましい。

＜導電層１０４＞
導電層１０４の絶縁層１０３側の面に、複数の微細な突部（例えば複数の微細な楔状の突部）が設けられている。絶縁層１０３に固定する際に、この複数の微細な突部により投錨効果が得られる。この導電層１０４の投錨効果と、先に説明したように導電層１０４の側面を絶縁層１０３の比較的厚みのある箇所で支持する効果により、導電層１０４は絶縁層１０３に非常に強固に密着している。

また、詳細は、後述の＜製造方法＞の中で併せて説明するが、導電層１０４は、絶縁層１０３の表面をレーザーで粗化した部分のみに、銅やニッケル等の無電解めっきを施すことで形成されることが好ましい。この形成方法により導電層１０４に複数の微細な楔状の突起を設けるこが可能となり、導電層１０４に投錨効果による優れた密着性を付与できる。なお、絶縁層１０３の表面の粗化度は、Ｒａで２μｍ以上あることが好ましい。

［１−２．製造方法］
以下、図３を用いて、本発明の実施の形態１における立体成型回路基板の製造方法について説明する。図３は、本発明の実施の形態１における立体成型回路基板の製造方法を説明するための模式的断面図であり、（ａ）は金属立体成型体を示す図、（ｂ），（ｃ）は絶縁層の形成工程を説明するための図、（ｄ）は絶縁層の粗化部の形成工程を説明するための図、（ｅ）は粗化部への導電層の形成工程を説明するための図である。

先ず、図３（ａ）に示される金属立体成型体１０２を準備する。次に、この金属立体成型体１０２の一方の面に対して、図３（ｂ）中に黒塗りの矢印で示される方向に、粉体の熱硬化性樹脂を静電塗装ガンで吹き付けて金属立体成型体１０２に樹脂を塗装する。その後、この熱硬化性樹脂を加熱して硬化することで絶縁層１０３ａを形成する。

次に、金属立体成型体１０２の他方の面に対しても、図３（ｃ）中に黒塗りの矢印で示される方向に、粉体の熱硬化性樹脂を静電塗装ガンで吹き付けて金属立体成型体１０２に樹脂を塗装する。その後、この熱硬化性樹脂を加熱して硬化することで絶縁層１０３ｂを形成する。

図３（ｂ）と図３（ｃ）との樹脂の塗装において、それぞれの熱硬化性樹脂の付着量を相違させることで、絶縁層１０３ａを絶縁層１０３ｂよりも厚くすることができる。

なお、図３（ｂ）に示される工程おいて金属立体成型体１０２に塗装された熱硬化性樹脂と、図３（ｃ）に示される工程おいて金属立体成型体１０２に塗装された熱硬化性樹脂とを同時に加熱し硬化して、絶縁層１０３ａと絶縁層１０３ｂとを形成してもよい。また、本実施の形態１の製造方法では、図３（ｂ）および図３（ｃ）に示される２工程に分けて熱硬化性樹脂を金属立体成型体１０２に塗装している。しかし、絶縁層１０３ａ，１０３ｂがそれぞれ所望の厚みに仕上がるように、ロボット等を使用して、吹き付け量を適宜調整させながら塗装ガンを金属立体成型体１０２の形状に沿って移動させることで、熱硬化性樹脂の金属立体成型体１０２への塗装を１工程で行うようにしても構わない。

さらに、絶縁層１０３ａと絶縁層１０３ｂとを形成する熱硬化性樹脂の組成が互いに異なっていても構わない。例えば、絶縁層１０３ｂを形成する熱硬化性樹脂に熱伝導率の大きな窒化アルミニウム等を高比率で充填すれば、絶縁層１０３ｂの熱伝導率が大幅に増加する。これにより、放熱性がさらに優れる立体成型回路基板を提供できる。

また、絶縁層１０３ａには、図３（ｄ）に示す次工程でレーザー加工がなされるため、絶縁層１０３ａを形成する熱硬化性樹脂にレーザー吸収剤を含ませるのが好ましい。その一方、絶縁層１０３ｂには、図３（ｄ）に示す次工程ではレーザー加工がなされないため、絶縁層１０３ｂを形成する熱硬化性樹脂にレーザー吸収剤を含ませなくても構わない。

このように絶縁層１０３ａ、１０３ｂを形成した後、図３（ｄ）に示される工程で、絶縁層１０３ａの回路パターンとなる部分をレーザーで加工し、粗化部１０７を形成する。

先に述べたように少なくとも絶縁層１０３ａは、レーザー吸収剤を含有することが好ましい。絶縁層１０３ａがレーザー吸収剤を含まなくとも絶縁層１０３ａへ粗化部１０７を形成することは可能であるが、レーザーのエネルギー密度を極めて大きくする必要がある。レーザーのエネルギー密度を大きくすると、絶縁層１０３ａの組成によっては、粗化部１０７を形成できるものの金属立体成型体１０２からこの絶縁層１０３ａが剥離してしまう危険性がある。

なお、レーザー吸収剤は、具体的には、酸化チタンおよびカーボンブラックの少なくとも一方を含有することが好ましい。レーザー吸収剤は、絶縁層１０３ａの絶縁性や耐熱性等を低下させないことが必要である。また、粗化部１０７の形成に用いるレーザーは、近赤外線レーザーが好ましい。例えばＵＶレーザーでも粗化部１０７の形成は可能であるが、近赤外レーザーに比べ、粗化度が小さくなるため、絶縁層１０３ａの組成によっては、この後の工程で形成される導電層１０４の絶縁層１０３ａに対する密着強度が小さくなる危険性がある。

粗化部１０７を形成した後、図３（ｅ）に示される工程において、粗化部１０７にパラジウム等のめっき触媒を付着させた後、粗化部１０７に無電解銅めっきにて導電層１０４を形成する。また、導電層１０４を短時間で所望の厚さに形成するために、無電解銅めっきの上層に電気銅めっきを施せば、速やかに厚銅化（導電層１０４の圧膜化）を図ることができる。すなわち導電層１０４を短時間で所望の厚さに形成することができる。導電層１０４に形成される回路パターンの厚さは、導電層１０４の厚さなので、所望の厚さの導電層１０４を速やかに形成できれば、所望の厚みの回路パターンを有する立体成型回路基板を速やかに製造できる。

また、粗化部１０７を形成することで、絶縁層１０３ａが減肉される。これにより、導電層１０４が設けられている箇所における絶縁層１０３の厚み、すなわち導電層１０４の直下の（導電層１０４と金属立体成型体１０２との間における）絶縁層１０３の厚みｔ_３を、導電層１０４が設けられていない箇所における絶縁層１０３の厚みｔ_１よりも薄くすることができる。

［１−３．効果］
本発明の第一の実施形態の立体成型回路基板１０１によれば、極めて高い放熱性が得られる。

極めて高い放熱性が得られる結果、立体成型回路基板１０１にＬＥＤを搭載することができ、照明器具に利用することができる。立体成型回路基板１０１を使用した照明器具を、車載照明器具や住設照明器具等の商品に使用すれば、これらの商品のデザインの自由度を拡大することができ、従来にはない斬新なデザインの商品の実現も可能となる。

さらに従来の立体成型回路基板において、基板母体にＰＰＳ、ＰＥＥＫや液晶ポリマー等のエンジニアリングプラスチックを用いた場合に比べると、立体成型回路基板１０１を用いれば、立体実装体としての信頼性の向上とコストダウンが同時に可能となる。すなわち、アルミ材料を基板母体（金属立体成型体１０２）とした立体成型回路基板１０１を用いれば、従来の立体成型回路基板に使用されるエンジニアリングプラスチックよりもアルミのほうが、熱膨張係数が小さく、材料コストが低い。したがって、立体実装体としての信頼性の向上とコストダウンが同時に可能となる。

また、本発明の実施の形態１の製造方法によれば、基板母体の材料は金属に限定されず、従来のように樹脂を用いて立体成型回路基板を製造することも可能である。

また、絶縁層１０３は、熱硬化性樹脂により形成されているので、耐熱性に優れる。このため、使用環境に対する絶縁層１０３の信頼性が高くなる。また、熱硬化性樹脂により形成することで絶縁層１０３の耐薬品性も強いものとなる。

また、従来の立体成型回路基板では、用途に応じて成型樹脂を変える場合がある。成型樹脂が変わると、成型樹脂の種類に応じて、レーザー条件やめっき条件等の加工条件を変える必要が生じる。本発明の第一の実施形態の製造方法によれば、基板母体（金属立体成型体１０２）に絶縁層に用いる樹脂をコーティングし、この樹脂の表層に回路パターンを形成する。したがって、基板母体と回路パターンの形成との間には関係性がなくなるため、特にレーザーやめっきの条件を基板母体毎に変える必要がなく、固定条件の下、様々な材料を基板母体に用いることが可能である。

［２．実施の形態２］
以下、本発明の実施の形態２の立体成型回路基板について説明する。実施の形態２の立体成型回路基板は、実施の形態１と絶縁層１０３の形成方法が異なる。すなわち、実施の形態２では、導電層１０４が外周面に形成される絶縁層１０３が、金属立体成型体１０２に対して２回の工程に分けて重ねて形成される点で実施の形態１と異なる。
すなわち、本実施の形態２では、はじめに形成した絶縁層に、絶縁層を形成する樹脂を上塗りして絶縁層１０３が形成される（これについては詳しく後述する）。これにより、絶縁層１０３において、導電層１０４直下と、絶縁層１０３の外周面側とで、絶縁層を形成する樹脂の組成を異ならせることができる。例えば、絶縁層１０３において、導電層１０４直下については熱伝導率の高い樹脂で形成すれば、より放熱性に優れる立体成型回路基板を提供することが可能となる。

以下、図４を用いて、本発明の実施の形態２における立体成型回路基板の製造方法について説明する。なお、説明しない点については実施の形態１と同様である。

図４は、本発明の実施の形態２における立体成型回路基板の製造方法を説明するための模式的断面図であり、（ａ）は金属立体成型体を示す図、（ｂ），（ｃ）は絶縁層の形成工程を説明するための図、（ｄ）は絶縁層の粗化部の形成工程を説明するため図、（ｅ）は粗化部への導電層の形成工程を説明するため図である。

先ず、図４（ａ）に示される金属立体成型体１０２を準備する。次に、図４（ｂ）に示される工程で、この金属立体成型体１０２の全表面に対して、粉体の熱硬化性樹脂を静電塗装ガンで吹き付けた後、この熱硬化性樹脂を加熱して硬化する。これにより、絶縁層１０３ｅが金属立体成型体１０２の全表面に形成される。

次に、図４（ｃ）に示される工程で、絶縁層１０３ｅに対し、導電層形成面にだけ、黒塗りの矢印で示される方向に粉体の熱硬化性樹脂を静電塗装ガンで吹き付ける。この熱硬化性樹脂を加熱して硬化することで、絶縁層１０３ｅ上に絶縁層１０３ｆが形成される。絶縁層１０３ｅの上層として絶縁層１０３ｆを形成することで、導電層形成面のみ、絶縁層を厚く形成することができる。

なお、図４（ｂ）に示される工程おいて金属立体成型体１０２に塗装された熱硬化性樹脂と図４（ｃ）に示される工程おいて金属立体成型体１０２に塗装された熱硬化性樹脂とを同時に加熱し硬化して、絶縁層１０３ｅと絶縁層１０３ｆとを形成してもよい。

また、絶縁層１０３ｅと絶縁層１０３ｆとを形成する熱硬化性樹脂の組成が互いに異なっていても構わない。例えば、絶縁層１０３ｅを形成する熱硬化樹脂に熱伝導率の大きな窒化アルミニウム等を高比率で充填すれば、絶縁層１０３ｅの熱伝導率が増加し、かつ導電層１０４の直下の熱伝導率も増加するため、より放熱性に優れる立体成型回路基板を提供できる。なお、絶縁層１０３ｅと絶縁層１０３ｆとは、加熱して硬化することによって一体化されて、図２に示される絶縁層１０３ａを形成する。

このように絶縁層１０３ｅ、１０３ｆを形成した後、図４（ｄ）に示される工程で、絶縁層１０３ｅの回路パターンとなる部分をレーザーで加工し、粗化部１０７とする。少なくとも絶縁層１０３ｆは、実施の形態１の絶縁層１０３ａと同様にレーザー吸収剤を含有することが好ましい。また、粗化部１０７の形成に用いるレーザーも、実施の形態１と同様に近赤外線レーザーが好ましい。

その後、粗化部１０７にパラジウム等のめっき触媒を付着させた後、図４（ｅ）に示される工程において、無電解銅めっきにて導電層１０４を形成する。導電層１０４を短時間で所望の厚さに形成するために、無電解銅めっき上に電気銅めっきを施せば、速やかに厚銅化（導電層１０４の圧膜化）を図ることができ、ひいては所望の厚みの回路パターンを有する立体成型回路基板を速やかに製造できる。

本発明の第二の実施形態の立体成型回路基板１０１によれば、第一の実施形態と同様の効果が得られる。

［３．実施の形態３］
以下、本発明の実施の形態３の立体成型回路基板について説明する。実施の形態３の立体成型回路基板の構造は、絶縁層１０３の一部を除去して金属立体成型体１０２の一部（以下「露出部」という）を露出させ、複数の導電層１０４の内の少なくとも一つをこの露出部で金属立体成型体１０２上に直接形成した構造である。この構造によれば、実装された部品と金属立体成型体１０２との間に樹脂（絶縁層）が介在しないため、当該部品から金属立体成型体１０２への熱伝導性が極めて高い。したがって、より放熱性に優れる立体成型回路基板を提供することが可能となる。

［３−１．構造］
以下、図５及び図６を参照して本発明の実施の形態３における立体成型回路基板について説明する。図５は、本発明の実施の形態３における立体成型回路基板を示す模式的断面図である。図６は、本発明の実施の形態３における、立体成型回路基板に発熱部品を搭載した実装体が金属筐体に取り付けられた状態での模式的断面図である。なお、説明しない点については実施の形態１と同様である。

本実施の形態３の立体成型回路基板１０１Ａは、金属立体成型体１０２と、絶縁層１０３と、導電層１０４、１０８とを備えて構成される。具体的には、金属立体成型体１０２の全表面に熱硬化性樹脂からなる絶縁層１０３が被覆され、この絶縁層１０３の表面に、回路パターンである導電層１０４が形成され、かつ金属立体成型体１０２と直接接合された導電層１０８が備えられている。すなわち、本実施の形態３の立体成型回路基板１０１Ａは、金属立体成型体１０２と直接接合された導電層１０８を備えている点のみが、図１に示される実施の形態１の立体成型回路基板１０１と異なる。

導電層１０８は、金属立体成型体１０２と直接接合しているため、搭載する発熱部品の熱が、導電層１０８を介して金属立体成型体１０２に効率的に伝導する。したがって、発熱部品の熱を金属立体成型体１０２から非常に効率的に放熱することができる。特に、導電層１０８を金属立体成型体１０２に接合することで、経年変化の影響や外力が作用しても、導電層１０８と金属立体成型体１０２との間に隙間があくことがなく、放熱性を維持できる。なお、導電層１０と金属立体成型体１０２とを接合せずに直接接触させるだけでもよい。

立体成型回路基板１０１Ａにおいて高い放熱性が得られる理由を、以下、図６を用いて詳細に説明する。
図６に示される実装体は、図５に示される立体成型回路基板１０１Ａと、はんだ１０６と、立体成型回路基板１０１Ａの導電層１０４、１０８にはんだ１０６を介して接合された発熱部品１０５とを備えて構成される。この実装体の絶縁層１０３ｂ側には金属筐体１０９が取り付けられる。

また、図６中の矢印は、発熱部品１０５で発生した熱の伝導経路を示す。すなわち、この矢印が示すように、発熱部品１０５で発生した熱は、はんだ１０６を介して、立体成型回路基板１０１Ａの導電層１０８から直接的に金属立体成型体１０２へ伝導し、拡散され、絶縁層１０３ｂを介して金属筐体１０９の順に伝導する。この熱の伝導経路において、発熱部品１０５から絶縁層１０３ｂまでの経路、すなわち、はんだ１０６、導電層１０８および金属立体成型体１０２からなる経路は、金属で形成される。このため、この伝導経路は極めて熱電導性に優れる。さらに、熱容量の大きな金属筐体１０９に、厚みの薄い絶縁層１０３ｂが接しているため、より大きな放熱性を得ることができる。

また、絶縁層１０３ｂは、発熱部品１０５と金属筐体１０９との間を電気的に絶縁するため、図６に示されるように発熱部品１０５と金属立体成型体１０２との金属接合が可能となる。なお、この絶縁層１０３ｂは、厚みが薄いほど熱伝達性が良化するが、金属筐体１０９との電気的絶縁性を確保するため、絶縁層１０３ｂの厚みは１０μｍ以上であることが好ましい。

［３−２．製造方法］
以下、図７を用いて、本発明の実施の形態３における立体成型回路基板の製造方法について説明する。図７は、本発明の実施の形態３における立体成型回路基板の製造方法を説明するための模式的断面図であり、（ａ）は金属立体成型体を示す図、（ｂ），（ｃ）は絶縁層の形成工程を説明するための図、（ｄ）は絶縁層の粗化部の形成工程を説明するための図、（ｅ）は粗化部への導電層の形成工程を説明するための図である。

本実施の形態３の製造方法は、導電層１０８を形成する以外は、図３を参照して説明した実施の形態１の製造法と同一である。すなわち、図７（ａ）〜図７（ｃ）に示される各工程は、図３（ａ）〜図３（ｃ）に示される各工程と同様である。

具体的には、図７（ａ）〜図７（ｃ）に示される各工程を経て、金属立体成型体１０２の全表面に絶縁層１０３ａ又は絶縁層１０３ｂを形成する。

その後、図７（ｄ）に示される工程で、絶縁層１０３ａの回路パターンとなる部分をレーザーで加工して粗化部１０７とすると共に、レーザーで加工して絶縁層１０３ａを除去して金属立体成型体１０２が露出する露出部１１０を形成する。粗化部１０７を形成するレーザーは近赤外線レーザーが好ましいが、露出部１１０を形成するレーザーは、必ずしも近赤外線レーザーである必要はなく、一般的な回路基板のビア形成などに用いられる炭酸ガスレーザー等でも構わない。

その後、粗化部１０７にパラジウム等のめっき触媒を付着させた後、図７（ｅ）に示される工程おいて、無電解銅めっきして導電層１０４を形成する。導体厚を短時間で所望の厚さに形成するために、無電解銅めっき上に電気銅めっきを施せば、速やかに厚銅化（導電層１０４の圧膜化）を図ることができ、ひいては、所望の厚みの回路パターンを有する立体成型回路基板１０１Ａを速やかに製造できる。

一方、金属立体成型体１０２の露出部１１０の表面に無電解ニッケルもしくは無電解銅めっきを施した後、電気銅めっきで露出部１１０に銅を充填することで導電層１０８を形成する。なお、導電層１０８は、必ずしも立体成型回路基板の製造段階において露出部１１０を金属で充填して形成する必要はない。例えば、立体成型回路基板の製造段階では、露出部１１０の表面のみを無電解銅めっきで被覆し、その後の部品実装時に、露出部１１０をはんだで充填してもよい。この場合も同様の放熱効果が得られる。

本発明によれば、放熱性が極めて高く、かつ立体構造を有する回路基板を提供することができる。また、本発明の製造方法によれば、基板母体が金属のみならず樹脂からなる立体成型回路基板も提供できるため、電子機器等に関する産業に幅広く利用することが可能である。

１０１、１０１Ａ 立体成型回路基板
１０２ 金属立体成型体
１０３、１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｅ、１０３ｆ 絶縁層
１０４ 導電層
１０５ 発熱部品
１０６ はんだ
１０７ 粗化部
１０８ 金属立体成型体と接続された導電層
１０９ 金属筐体
１１０ 露出部

Claims (13)

1. 立体成型体と、
   前記立体成型体の表面に設けられる絶縁層と、
   前記絶縁層の表面に設けられる導電層と、を備え、
   前記絶縁層は、前記導電層が部分的に設けられる第一面と、前記導電層が設けられない第二面とを有し、前記第一面における前記導電層が設けられる箇所の厚みが、前記第一面における前記導電層が設けられない箇所の厚みよりも薄い
   立体成型回路基板。
2. 前記絶縁層は、前記第二面の厚みが、前記第一面における前記導電層が設けられない箇所の厚みよりも薄い
   請求項１記載の立体成型回路基板。
3. 前記導電層が、前記絶縁層に設けられた粗化部分にのみ形成されている
   請求項１又は２記載の立体成型回路基板。
4. 前記絶縁層が熱硬化性樹脂である
   請求項１〜３の何れか一項記載の立体成型回路基板。
5. 前記熱硬化性樹脂が、エポキシ樹脂を主成分とし、かつレーザー吸収剤を含有する
   請求項４記載の立体成型回路基板。
6. 前記レーザー吸収剤が、酸化チタンおよびカーボンブラックの少なくとも一方を含有する
   請求項５記載の立体成型回路基板。
7. 前記導電層が複数設けられ、前記複数の導電層の内、少なくとも一つの導電層が、前記立体成型体と接触又は接合する
   請求項１〜６の何れか一項記載の立体成型回路基板。
8. 前記立体成型体が金属である
   請求項１〜７の何れか一項記載の立体成型回路基板。
9. 立体成型体の表面を樹脂で被覆する第一工程と、
   前記被覆された樹脂を硬化して前記立体成型体の表面に絶縁層を形成する第二工程と、
   前記絶縁層に回路パターンを形成する部分を、レーザーで粗化して粗化部とする第三工程と、
   前記粗化部のみに導電層を形成する第四工程と、
   を含む立体成型回路基板の製造方法。
10. 前記第四工程において、前記導電層を無電解めっきで形成する
    請求項９記載の立体成型回路基板の製造方法。
11. 前記第二工程において、前記絶縁層を形成する樹脂の上塗りを繰り返して、前記絶縁層を形成する
    請求項９又は１０記載の立体成型回路基板の製造方法。
12. 前記樹脂が、熱硬化性の粉体樹脂である
    請求項９〜１１の何れか一項記載の立体成型回路基板の製造方法。
13. 前記立体成型体が金属である
    請求項９〜１２の何れか一項記載の立体成型回路基板の製造方法。

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