JP2020129687A - 三次元成形回路部品 - Google Patents
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Abstract
Description
(1)三次元成形回路部品
本実施形態では、図1に示す三次元成形回路部品100について説明する。三次元成形回路部品100は、金属部11と樹脂部12とを含む基材10と、樹脂部12上に、メッキ膜により形成された回路パターン14と、基材10上に形成された凹部13に実装され、回路パターン14と電気的に接続する実装部品15とを有する。図2に示すように、凹部13の側壁13aは、樹脂部12により形成され、凹部13の底13bは樹脂薄膜16により形成される。実装部品15は、樹脂薄膜16を介して金属部11上に配置される。本実施形態では、樹脂薄膜16は樹脂部12の一部である。したがって、樹脂薄膜16は樹脂部12と同一の樹脂により形成される。
三次元成形回路部品100の製造方法について説明する。まず、金属部11と樹脂部12とを含む基材10を製造する。本実施形態では、金属部11を先に配置した金型内に、熱可塑性樹脂を射出充填して樹脂部12を成形するインサート成形(一体成形)によって、基材10を製造する。金属部11と樹脂部12との密着性を向上させるために、例えば、特許文献2又は3に開示されているナノモールディングテクノロジー(NMT)を用いてもよい。また、金属部11と樹脂部12との密着性を向上させる他の方法として、金属部11と樹脂部12との表面形状を物理的に離脱しない形状としてもよい。
次に、図5に示す本実施形態の変形例1について説明する。上述の図1に示す三次元成形回路部品100では、金属部11として屈曲した金属板を用いたが、図5に示す変形例1の三次元成形回路部品200では、金属部21として放熱フィンを用いる。金属部21に放熱フィンを用いたこと以外の三次元成形回路部品200の構成は、三次元成形回路部品100と同様である。三次元成形回路部品200は、金属部21に放熱フィンを用いたこと以外は、三次元成形回路部品100と同様の方法により製造できる。三次元成形回路部品200は、金属部21に放熱フィンを用いることで、放熱効果を更に高められる。
次に、図6に示す本実施形態の変形例2について説明する。図6に示す変形例2の三次元成形回路部品300では、樹脂部32が発泡セル39を含む。一方、樹脂薄膜36は実質的に発泡セルを含まない。ここで、樹脂薄膜36が「実質的に発泡セルを含まない」とは、樹脂薄膜36が全く発泡セルを含まない場合に加え、樹脂薄膜36がその放熱性及び、リフロー時に悪影響を与えない程度の少量の発泡セルを含む場合も含む。即ち、樹脂薄膜36に発泡セルが含まれるとしても、その量は僅かであり、樹脂薄膜36に含まれる発泡セルの密度は、樹脂薄膜36以外の部分の樹脂部32に含まれる発泡セル39の密度よりも低い。樹脂部32以外の三次元成形回路部品300の構成は、三次元成形回路部品100と同様である。
(1)三次元成形回路部品
本実施形態では、図7に示す三次元成形回路部品400について説明する。三次元成形回路部品400は、金属部41と樹脂部42とを含む基材40と、樹脂部42上にメッキ膜により形成された回路パターン14と、基材40上に形成された凹部43に実装され、回路パターン14と電気的に接続する実装部品15とを有する。凹部43の側壁43aは、樹脂部42により形成され、凹部43の底43bは樹脂薄膜46により形成される。実装部品15は、樹脂薄膜46を介して金属部41上に配置される。第1の実施形態では、図1に示すように、樹脂薄膜16は樹脂部12の一部であり、熱可塑性樹脂により形成される。一方、本実施形態では、図7に示すように、樹脂薄膜46は樹脂部42の一部ではなく、熱硬化性樹脂又は光硬化性樹脂により形成される。
三次元成形回路部品400の製造方法について説明する。まず、基材40の金属部41(金属ブロック)の表面41aに、熱硬化性樹脂又は光硬化性樹脂により形成される樹脂薄膜46を成膜する。樹脂薄膜46は、例えば、熱硬化性樹脂又は光硬化性樹脂を溶媒に溶解して樹脂溶液とし、樹脂溶液を金属部41の表面41aに塗布して乾燥し、その後、加熱又は光照射することで形成できる。樹脂溶液は低粘度であるため、薄膜の形成が容易である。
本実施例では、図1に示す、金属部11と樹脂部12とが一体成形され、樹脂薄膜16が樹脂部12の一部である基材10を用いて、三次元成形回路部品100を製造した。また、実装部品15として、LED(発光ダイオード)を用いた。
金属部11にアルミニウム板、樹脂部12に無機フィラー含有芳香族ポリアミド(東洋紡製、バイロアミドGP2X−5、融点310℃)を用い、インサート成形により基材10を製造した。
本実施例では、以下に説明する方法により、樹脂部12上にメッキ膜により形成された回路パターン14を形成した。
式(1)で表される、市販のハイパーブランチポリマー(日産化学工業製、ハイパーテック HPS−200)にアミド基を導入して、式(2)で表されるハイパーブランチポリマーを合成した。
合成した式(2)で表されるポリマーをメチルエチルケトンに溶解して、ポリマー濃度0.5重量%のポリマー液を調製した。成形した基材10を調製したポリマー液に室温で5秒間ディッピングし、その後、85℃乾燥機中で5分間乾燥した。これにより、基材10表面に触媒活性妨害層を形成した。触媒活性妨害層の膜厚は、約70nmであった。
触媒活性妨害層を形成した樹脂部12の表面に、3Dレーザーマーカ(キーエンス製、ファイバーレーザー、出力50W)を用いて、2000mm/sの加工速度で、回路パターン14に対応する部分をレーザー描画した。描画パターンの線幅は0.3mm、隣り合う描画線間の最小距離は0.5mmとした。レーザー描画により、レーザー描画部分の触媒活性妨害層を除去できた。また、レーザー描画部分は粗化され、樹脂部12内に含まれていたフィラーが露出した。
レーザー描画を行った基材10を30℃の塩化パラジウム溶液(奥野製薬工業製、アクチベータ)に5分浸漬し、無電解メッキ触媒を付与した。基材10を水洗し、次に、60℃の無電解ニッケルリンメッキ液(奥野製薬工業製、トップニコロンLPH−L、pH6.5)に、基材10を10分浸漬させた。樹脂部12上のレーザー描画部に選択的に、ニッケルリン膜(無電解ニッケルリンメッキ膜)が約1μm成長した。同時に、金属部11(アルミニウム板)の表面にも、ニッケルリン膜18が約1μm形成された。
基材10上に形成された凹部13に、ハンダ17、実装部品(LED)15を配置した。更に、基材10上の凹部13以外の部分に、図示しないハンダ及び抵抗を配置した。実装部品15及び抵抗(不図示)は、回路パターン14と電気的に接続可能な位置に配置した。次に、基材10をリフロー炉に通した。リフロー炉内で基材10は加熱され、基材10の最高到達温度は約240℃となり、基材10が最高到達温度で加熱された時間は約30秒であった。ハンダ17により、実装部品15は基材10に実装され、本実施例の三次元成形回路部品100を得た。
本実施例では、樹脂薄膜16の厚さを0.05mmとした以外は、実施例1と同様の方法により、図1に示す三次元成形回路部品100を製造した。
本実施例では、樹脂薄膜16の厚さを0.1mmとした以外は、実施例1と同様の方法により、図1に示す三次元成形回路部品100を製造した。
本実施例では、樹脂薄膜16の厚さを0.5mmとした以外は、実施例1と同様の方法により、図1に示す三次元成形回路部品100を製造した。
本実施例では、樹脂薄膜16の面積を4cm2(2cm×2cm)とした以外は、実施例1と同様の方法により、図1に示す三次元成形回路部品100を製造した。
本実施例では、樹脂薄膜16の面積を16cm2(4cm×4cm)とした以外は、実施例1と同様の方法により、図1に示す三次元成形回路部品100を製造した。
本実施例では、樹脂薄膜16の面積を25cm2(5cm×5cm)とした以外は、実施例1と同様の方法により、図1に示す三次元成形回路部品100を製造した。
本比較例では、樹脂薄膜16の厚さを0.008mmとした以外は、実施例1と同様の方法により、図1に示す三次元成形回路部品100を製造した。
本比較例では、樹脂薄膜16の厚さを0.7mmとした以外は、実施例1と同様の方法により、図1に示す三次元成形回路部品100を製造した。
実施例1〜7及び比較例1及び2で製造した三次元成形回路部品について、以下の評価を行った。結果を表1に示す。
基材の一体成形における樹脂薄膜の成形性について、以下の評価基準に従って評価した。
○:樹脂薄膜に、溶融樹脂の未充填部分が発生しなかった。
×:樹脂薄膜に、溶融樹脂の未充填部分が発生した。
製造した三次元成形回路部品に所定の電圧を印可してLEDを点灯させた。点灯してから1時間後のLED表面温度をサーモグラフィで測定した。以下の評価基準に従って、三次元成形回路部品の放熱性を評価した。
○:点灯してから1時間後のLED表面温度が100℃以下であった。
×:点灯してから1時間後のLED表面温度が100℃を越えた。
本実施例では、金属部としてアルミニウム板の代わりに、アルミニウム製の放熱フィンを用いた以外は、実施例1と同様の方法により三次元成形回路部品を製造した。即ち、本実施例で製造した三次元成形回路部品は、図5に示す三次元成形回路部品200である。
本実施例では、樹脂薄膜の厚さを0.15mmとし、基材の樹脂部を発泡成形し、実装部品(LED)をレーザーハンダ付け法(スポット実装)により基材に実装した。それ以外は、実施例1と同様の方法により三次元成形回路部品を製造した。即ち、本実施例で製造した三次元成形回路部品は、図6に示す三次元成形回路部品300である。尚、本実施例では、実施例1に用いたものと同様の金型を用いてインサート成形により基材を一体成形したが、成形装置としてWO2013/027615号公報の図11に開示される成形装置を用い、物理発泡剤として加圧窒素を用いて、樹脂部を発泡成形した。窒素の充填圧力は10MPaとし、ベント減圧部の背圧弁圧力は6MPaとした。
本実施例では、図7に示す、金属部41と樹脂部42とが一体成形され、樹脂薄膜46が熱硬化性樹脂により形成された基材40を用いて、三次元成形回路部品400を製造した。また、実装部品15として、LED(発光ダイオード)を用いた。
金属部41にはアルミニウムブロックを用い、樹脂部42には、実施例1に用いた樹脂と同様の無機フィラー含有芳香族ポリアミド(東洋紡製、バイロアミドGP2X−5、融点310℃)を用いた。また、樹脂薄膜46には、絶縁性の放熱材料として平均粒子径4μmの窒化ホウ素粉を含有した、熱硬化性樹脂であるポリイミドを用いた。
実施例1と同様の方法により、樹脂部42上にメッキ膜により形成された回路パターン14を形成した。本実施例では、樹脂薄膜46上にも、断線することなく、回路パターン14が形成された。次に、実施例1と同様の方法により、基材40上に形成された凹部43に、実装部品(LED)15を実装した。これにより、図7に示す三次元成形回路部品400が得られた。
本実施例では、回路パターンの形成において、中性の無電解ニッケルリンメッキ液に代えて、強塩基性の無電解銅メッキ液(奥野製薬工業製、pH12)を用いた以外は実施例1と同様の方法により、三次元成形回路部品を製造した。
11,21,41 金属部
12,32,42 樹脂部
14 回路パターン
13,33,43 凹部
13a,43a 凹部の側壁
13b,43b 凹部の底
15 実装部品
16,36,46 樹脂薄膜
39 発泡セル
100,200,300,400 三次元成形回路部品
Claims (9)
- 三次元成形回路部品であって、
金属部と樹脂部とを含む基材と、
前記樹脂部上に無電解メッキ膜により形成されている回路パターンと、
前記基材上に実装されており、前記回路パターンと電気的に接続しており、発熱源となる実装部品とを有し、
前記樹脂部の一部は、その周囲よりも厚さが薄い凹部である樹脂薄膜を前記金属部上に形成しており、
前記樹脂薄膜上に前記回路パターンが形成され、
前記実装部品は、前記樹脂薄膜を介して前記金属部上に配置され、
前記樹脂薄膜上において、前記実装部品はその背面で前記樹脂薄膜上に形成された前記回路パターンと電気的に接続していることを特徴とする三次元成形回路部品。 - 前記樹脂薄膜の厚さが0.01mm〜0.5mmであることを特徴とする請求項1に記載の三次元成形回路部品。
- 前記基材が、前記金属部と前記樹脂部との一体成形体であることを特徴とする請求項1又は2に記載の三次元成形回路部品。
- 三次元成形回路部品であって、
金属部と、樹脂部とを含む基材と、
前記金属部上に形成されている凹部である、熱硬化性樹脂又は光硬化性樹脂を含む樹脂薄膜と、
前記樹脂部及び樹脂薄膜上に無電解メッキ膜により形成されている回路パターンと、
前記樹脂薄膜上に実装されており、前記樹脂薄膜上において、その背面で前記樹脂薄膜上に形成された前記回路パターンと電気的に接続しており、発熱源となる実装部品とを有する三次元成形回路部品。 - 前記樹脂薄膜の厚さが0.01mm〜0.5mmであることを特徴とする請求項4に記載の三次元成形回路部品。
- 前記樹脂薄膜には、絶縁性の放熱材料が含有されていることを特徴とする請求項4又は5に記載の三次元成形回路部品。
- 前記樹脂部が発泡セルを含むことを特徴とする請求項1〜6のいずれか一項に記載の三次元成形回路部品。
- 前記樹脂部が発泡セルを含み、前記樹脂薄膜が実質的に発泡セルを含まないことを特徴とする請求項7に記載の三次元成形回路部品。
- 前記基材上には、前記樹脂部により形成される側壁と、前記樹脂薄膜により形成される底とによって前記凹部が区画されており、
1個の前記凹部に対して1個の前記実装部品が実装されており、
前記凹部の底の形状及び面積が、前記底と接触する前記実装部品の面の形状及び面積と略同一であることを特徴とする請求項1〜8のいずれか一項に記載の三次元成形回路部品。
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