JP3118103B2 - 電気回路用導電部材、電気回路体及びその製造方法 - Google Patents

電気回路用導電部材、電気回路体及びその製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は軽量で製造加工性に優れ
た電気回路用導電部材とそれを用いた電気回路体及びそ
の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、家電、自動車、航空宇宙等のあら
ゆる産業分野において電子機器が利用されるようになっ
てきているが、小型化、高密度化、パーソナル化の要求
が高まるにつれて、これらに用いられる電子機器や電子
ユニットの電気回路も、従来の電線配索方式から、絶縁
基板上に金属等の導電体によって２次元的に回路パター
ンを作成したいわゆるプリント基板（ＰＣ）やフレキシ
ブルプリント基板（ＦＰＣ）が使用されるようになって
いる。
【０００３】かかるＰＣは、エポキシ樹脂複合材やフェ
ノール樹脂複合材からなる絶縁性基材に導電材用銅箔を
張り付けた複合板を用いて、必要な回路パターンをマス
キングしエッチング処理して回路パターン以外の銅箔部
を除去することにより電気回路を形成し、必要に応じて
銅回路部に有機高分子の耐腐食コーティング処理やニッ
ケル、錫、ハンダ、銀、金等のメッキ処理を施して製造
されている。またＦＰＣは、ＰＣのエポキシ樹脂やフェ
ノール樹脂の複合材を用いる代わりに柔軟性を有するプ
ラスチックフィルムを絶縁性基材として用いたもので、
屈曲部や回路の３次元的形成が必要な部位に使用されて
いる。
【０００４】また近年、絶縁性基材と銅箔との複合板を
用いずに絶縁性基材上に直接回路パターンを形成する技
術としてプラスチックメッキ法（特開昭１−９１３６
３）や物理的蒸着法（ＰＶＤ）または化学的蒸着法（Ｃ
ＶＤ）（特開昭６１−４７０１５）が提案され実用化さ
れ始めているが、プラスチックメッキ法においては本来
絶縁性であるプラスチックスに対しては成膜速度が速く
また膜厚も均一で密着性の優れる電解メッキを直ちに施
すことはできないため、一般にはプラスチックス面に無
電解メッキを施してから電解メッキを行っている。しか
しながら、通常のプラスチックスへの無電解メッキはプ
ラスチックス表面に触媒の存在が必須であり、その触媒
の表面への吸着処理（活性化処理）や、得られるメッキ
層の密着性向上のためにプラスチックスの表面粗化（特
開昭６０−６７６７５）など多くの複雑な製造工程を必
要とする。
【０００５】また、ＰＶＤ、ＣＶＤ法においては高度な
真空系を備えた処理装置が必要であるために製造コスト
が高く、また成膜速度が前記化学メッキ法より遅いため
形成された回路体の回路抵抗が大きくても支障のない比
較的小電流回路のみへの使用されるに止まっている。
【０００６】その他、金、銀、銅、ニッケル等の金属粒
子やフレークを導電材料としプラスチックスを結合剤と
した液状又は溶液状導電性プラスチック塗料を絶縁性基
材上に印刷して回路形成を行う技術もあるが、このよう
な金属系導電性プラスチックス材料をＦＰＣ屈曲部に使
用した場合においては一般的に回路抵抗が不安定となる
問題があり、また導電材料として貴金属を用いたものは
導電性や対腐蝕性に関しては優れているものの高価であ
る問題点がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】そこで本発明は、製造
が簡単で加工性に優れていて容易に２次元的な平面状回
路形成に加えて３次元的な立体回路形成ができ、更に金
属メッキの成膜速度が速くかつメッキ層の密着性が高く
て破断し難い電気回路用導電部材、及びそれを利用した
電気電子機器用の電気回路体、並びにその製造方法を提
供しようとするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】このような本発明の目的
は、直径５μｍ以下、長さ１００μｍ以下の炭素繊維ま
たは黒鉛繊維が分散含有された導電性プラスチックス成
形体の表面の少なくとも一部に少なくとも１種類以上の
金属メッキ層を設けたことを特徴とする電気回路用導電
部材によって達成することができる。
【０００９】本発明の電気回路用導電部材に用いられる
炭素繊維または黒鉛繊維は、例えば炭素系高分子前駆体
を溶融紡糸し、酸化性雰囲気中で不融化熱処理を行い、
次いで不活性ガス雰囲気中１０００℃以上の温度で炭素
化熱処理して直径５μｍ以下好ましくは０．５μｍ以下
の炭素繊維または黒鉛繊維を得、その繊維を切断によっ
て短繊維化して更に長さ１００μｍ以下、好ましくは５
０μｍ以下に粉砕したものを利用することができる。こ
こで炭素系高分子前駆体としては、ポリアクリロニトリ
ル、レーヨン、ポリビニルアルコール、塩化ビニル、フ
ェノール、アラミド、ポリアミド、ポリイミド等の合成
樹脂、或いは石油や石炭のピッチから得られる高分子体
などが用いられる。
【００１０】また、例えばたとえばメタン、エタン、プ
ロパン、プロピレン等の脂肪族炭化水素類、エチレン、
プロピレン、アレン、アセチレン等の不飽和脂肪族炭化
水素類、ベンゼン、トルエン等の芳香族炭化水素類、シ
クロヘキサン、シクロオクタン等の脂環族炭化水素類、
エタノール、ブタノール、オクタノール等のアルコール
類、ラウリン酸やフタル酸等の有機酸類ならびに、フタ
ル酸ブチル等のエステル類、エチルイソブチルケトンや
シクロヘキサノン等のケトン類、その他ヘキサルアミン
等の含窒素有機化合物、オクルメルカプタン等の含イオ
ウ有機化合物、四塩化炭素等の含塩素有機化合物などを
炭素供給源として用い、かかる原料をガス化して水素、
一酸化炭素、二酸化炭素などのキャリアガスと共に９０
０〜１５００℃の反応帯域中で、例えば鉄、ニッケル、
コバルトなどの遷移金属からなる例えば粒径が３００Å
以下の超微粒金属粒子、又は例えば液状又は溶液状、或
いはメタロセンなどの気化可能な金属有機化合物などか
らなる触媒と接触させ、分解することにより得られる長
さ１０００μｍ以下、直径１μｍ以下の気相成長炭素繊
維も利用することができる。
【００１１】更に上記の気相成長炭素繊維を、１５００
〜３５００℃、好ましくは２５００℃以上の温度で、３
〜１２０分間、好ましくは３０分以上、アルゴン等の不
活性ガスの雰囲気下で熱処理することにより得た黒鉛構
造が高度に発達した黒鉛繊維も好適に利用できるが、こ
れらの気相成長炭素繊維やその黒鉛繊維は必要に応じて
粉砕して長さ１００μｍ以下に短繊維化して使用する。
【００１２】これらの炭素繊維の高温熱処理は、後のメ
ッキ処理において複合材の高導電性化により高メッキ速
度、メッキ層の均一化が図れるため好適であり、黒鉛が
熱伝導性に優れることから形成した回路の許容電流の点
からも黒鉛化した繊維を使用することが好ましい。
【００１３】本発明の電気回路用導電部材において、上
記の炭素繊維または黒鉛繊維を分散させるための結合材
となるプラスチックスとしては、例えばポリエチレン、
ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、エチレン・酢ビ共重
合体、エチレン・アクリル酸エステル共重合体等の熱可
塑性樹脂、例えばシリコーン樹脂、フェノール樹脂、ユ
リア樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂等の熱硬化性樹
脂、例えばクロロスルホン化ポリエチレン、塩素化ポリ
エチレン、エチレン・プロピレンゴム、クロロプレンゴ
ム、アクリルゴム、シリコーンゴム、フッ素ゴム等のゴ
ムなどが使用できる。
【００１４】このようなプラスチックスに対して炭素繊
維または黒鉛繊維を分散させる方法には特に制限はない
が、例えば２本ロール、３本ロール、ニーダー、インタ
ーミックス、バンバリーミキサー、単軸混練り機、２軸
混練り機など公知の混練り機が使用できる。
【００１５】本発明の電気回路用導電部材に用いる導電
性プラスチックスにおいて、炭素繊維または黒鉛繊維と
プラスチックスとの混合比は特に制限はされないが、繊
維配合量として１０〜８０重量％であるのがよい。しか
し、後のメッキ工程の電解メッキにおいては材料の導電
性が高いほど成膜速度が速く膜厚の均一性が優れ、また
表面が混入繊維によって粗な状態の方がメッキ層の密着
性に優れる傾向があって、炭素繊維または黒鉛繊維の添
加量が多いほど優れたメッキ層が生成される一方、繊維
の添加量が多すぎると導電部材の成形性が悪化するか
ら、３０〜６０重量％であるのが好ましい。
【００１６】このような導電性プラスチックスには、そ
れぞれ使用した樹脂の種類に応じて、また使用環境に応
じて充填剤、加工助剤、可塑剤、酸化防止剤、架橋助剤
等の添加剤や配合剤または溶剤などが含有されていて差
し支えない。
【００１７】本発明に従って導電性プラスチックスから
電気回路を形成するには、押し出し成形、射出成形、ト
ランスファー成形、プレス成形等すべての成形方法が可
能であり、使用されたプラスチックス材料の性質および
成形物の形状等により適宜選択することができる。ま
た、成形された回路体における端子接続部や応力集中部
等の部位には補強材、導電性補助部材として金属板や
線、金属メッシュ等をインサート成形しても良い。
【００１８】形成された回路体にはその面の少なくとも
一部を少なくとも１種類の金属でメッキ処理する。メッ
キ処理は常法を用いて行う事ができる。すなわち金属塩
水溶液の電気分解による電解メッキ、金属塩水溶液に共
存させた還元剤の還元力を利用した無電解メッキ、真空
中で気化またはイオン化した金属や化合物による真空蒸
着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法のＰ
ＶＤ、またメッキしようとする物質の化合物（主に金属
のハロゲン化物）の蒸気をキャリヤーガスとともに送
り、表面で熱分解させてメッキしたり、あるいは水素還
元で金属を析出させるいわゆるＣＶＤ法などを、それぞ
れ単独で或いは２種類以上を組み合わせてメッキ処理す
ることができる。かかるメッキ処理は成形後、または成
形体を絶縁性基材に担持した後など、すなわち回路体の
製造条件に応じて任意に選択して実施することができ
る。
【００１９】上記の手順によって回路形状に成形し且つ
メッキ処理して得た電気回路用導電部材は、適宜の絶縁
性基材の面上に機械的な固定、或いは圧着、接着、溶着
等の手段によって担持させて、電気回路体を得る。或い
は導電性プラスチックスを回路形状に成形するに当たっ
て成形金型内にあらかじめ絶縁性基材を取り付けてお
き、絶縁性基材と一体成形し、そのうえで金属メッキ処
理して電気回路体とすることもできる。更にまた、導電
性プラスチックスが炭素繊維または黒鉛繊維と液状の合
成樹脂や溶媒に溶解した合成樹脂とからなる液状又は溶
液状導電性塗料であるときは、絶縁性基材の面上に液状
又は溶液状導電性塗料を印刷して電気回路パタンを形成
し、常温放置硬化、加熱硬化、減圧脱溶媒等の硬化処理
を行った後に絶縁性基材と一体でメッキ処理して電気回
路体としても良い。
【００２０】
【作用】本発明によれば、導電性プラスチックスを用い
て任意の形状の電気回路体が容易に形成でき、かつその
回路体は微細な炭素繊維フィラーのアンカー効果によっ
て良好な金属メッキ密着性を有する。
【００２１】
【実施例】（第１参考例）ポリアクリロニトリルを加熱
溶融紡糸し、空気中２５０℃で延伸力を加えながら酸化
処理した後、不活性ガス中で３０００℃の熱処理を行っ
た。得られた繊維を１〜０．５ｍｍの長さに切断した
後、ボールミルにて粉砕し、平均長さ１０μｍ、径４μ
ｍの炭素繊維Ａを得た。
【００２２】（第２参考例）軟化点２８０℃、光学的異
方性相１００％の石油系メソフェースピッチを加熱溶融
紡糸し、空気中３３０℃で延伸力を加えながら酸化処理
した後、不活性ガス雰囲気中で３０００℃の熱処理を行
った。得られた繊維を第１参考例と同様に切断、粉砕
し、平均長さ３０μｍ、径４μｍの炭素繊維Ｂを得た。
【００２３】（第３参考例）炭素繊維の炭素供給源とし
てベンゼン、触媒にフェロセン、キャリアガスに水素を
用いて１，１００℃の温度で生成した長さ５０μｍ以
下、直径０．０１〜０．５μｍの気相成長炭素繊維をア
ルゴンガス中で３，０００℃で熱処理し、黒鉛化気相成
長炭素繊維を得た。
【００２４】（第１実施例）ポリプロピレン樹脂（日本
石油化学、Ｊ６５０Ｇ）に参考例１で得られた炭素繊維
Ａを４０重量％となるよう２軸混練り機を用いて混練り
添加して、電気抵抗率１×１０1 Ω・ｃｍの射出成形用
導電性プラスチックスを調製した。この導電性プラスチ
ックスを射出成形して長さ１００ｍｍ×幅２５ｍｍ×厚
さ１ｍｍの短冊状試料片を作成した。この試料片を電解
銅メッキ液中（ＣｕＳＯ4 ・５Ｈ2 Ｏ：２００ｇ／ｌ、
Ｈ2 ＳＯ4 ：５００ｇ／ｌ）に浸漬し、０．０２〜３Ａ
／ｄｍ 2 の電流密度で電気メッキし、表面を銅メッキ処
理した電気回路用導電部材Ｉを得た。得られたメッキ層
の引きはがし強さ（kgf/cm）をＪＩＳ−Ｃ−６４８１で
規定されている方法によって測定した。表１に評価結果
を示す。
【００２５】（第２実施例）炭素繊維Ａに代えて参考例
２で得られた炭素繊維Ｂを４０重量％となるよう添加し
た他は、第１実施例と同様にして得られた電気抵抗率５
×１０0 Ω・ｃｍの導電性プラスチックスを用いて、表
面を銅メッキ処理した電気回路用導電部材IIを得、メッ
キ層の引きはがし強さを第１実施例と同様に測定した。
その評価結果を表１に併せて示す。
【００２６】（第３実施例）炭素繊維Ａに代えて参考例
３で得られた炭素繊維Ｃを４０重量％となるよう添加し
た他は第１実施例と同様にして得られた電気抵抗率４×
１０0 Ω・ｃｍの導電性プラスチックスと、第１実施例
で使用したポリプロピレン樹脂とを用いて、インサート
成形によってポリプロピレン成形体（絶縁性基材）上に
導電性回路（幅１０ｍｍ）を形成した図１に示すような
成形体を得、次いで第１実施例と同様に電気メッキして
導電性プラスチックスの露出表面が銅メッキされた絶縁
性基材と導体とが三次元構造で一体に成形された電気回
路体III を得た。メッキ層の引きはがし強さを第１実施
例と同様にして測定し、その評価結果を表１に併せて示
した。
【００２７】（第４実施例）エポキシ樹脂（油化シェル
エポキシ、エピコート８２８）１００重量部に対して硬
化剤（油化シェルエポキシ、ＤＩＣＹ−７）５重量部、
炭素繊維Ｃ２０重量部を３本ロールを用いて混練り添加
し、導電性ペーストを調製した。スクリーン印刷（１２
０メッシュ）にてガラスフェノール基板上に図２に示す
パターンで回路印刷し、１６０℃にて１時間硬化熱処理
を行った。この基板に対して第１実施例と同様に銅メッ
キを施してＰＣ電気回路体IVを得た。このメッキ層の引
きはがし強さを第１実施例と同様にして測定し、その評
価結果を表１に併せて示した。
【００２８】（第５実施例）ガラスフェノール基板に代
えてポリイミドフィルム（厚さ７５μｍ）を用いてその
上にスクリーン印刷により回路を形成した他は第４実施
例と同様にして、ＦＰＣ電気回路体Ｖを得た。得られた
ＦＰＣについて図３に示す方法に従って引張荷重１００
ｇで１８０°の屈曲試験を行い、回路がオープン（切
断）となるまでの屈曲回数を測定してＦＰＣの耐屈曲性
を評価した。回路オープンまでの回数を表２に示す。
【００２９】（第１比較例）炭素繊維Ａに代えて市販炭
素繊維（東レ、トレカＴ３００ＭＬＤ３０、長さ３０μ
ｍ、径７μｍ）を４０重量％となるよう添加した他は第
１実施例と同様にして導電性プラスチックスを調製し、
第１実施例と同様にして成形した回路体に銅メッキを行
ったが、均一なメッキ処理ができず、またメッキ層はま
ったく密着性がなく、電気回路用導電部材は得られなか
った。
【００３０】（第２比較例）炭素繊維Ａに代えて天然黒
鉛粉末（日本坩堝、ＳＧＰ４０、平均粒径４μｍ）を４
０重量％となるよう添加した他は第１実施例と同様にし
て導電性プラスチックスを調製し、第３実施例と同様に
して３次元構造の回路成形体を成形し、これに銅メッキ
を行って電気回路体Ｃ−Ｉを得た。このメッキ層の引き
はがし強さを第１実施例と同様にして測定し、その評価
結果を表１に併せて示した。
【００３１】（第３比較例）導電性ペーストとして銀系
導電性ペースト（藤倉化成、ＸＡ−２０８）を用いて、
ポリイミドフィルム上に回路をスクリーン印刷（２５０
メッシュ）して第５実施例と同様の印刷回路体を印刷
し、１５０℃にて０．５時間硬化熱処理を行ってＦＰＣ
電気回路体Ｃ−IIを得た。このＦＰＣに対して第５実施
例と同様の屈曲試験を行い、その結果を表２に併せて示
した。
【００３２】（第４比較例）第３比較例によって得たＦ
ＰＣ電気回路体Ｃ−IIに第１実施例と同様に銅メッキを
施したが、均一に成膜するものの密着性が全くなく、電
気回路体は得られなかった。
【００３３】
【表１】
【００３４】
【表２】
【００３５】
【発明の効果】本発明によれば、メッキ密着性、屈曲耐
久性に優れた任意の形状の電気回路体が、公知の成形方
法を用いて容易に製造できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電気回路体の例の斜視図である。
【図２】本発明のＰＣ電気回路体の例の斜視図である。
【図３】ＦＰＣ電気回路体の耐屈曲性試験方法を説明す
る概念図である。
【符号の説明】
１ 絶縁性基材 ２ 導電性回路 ３ 試料 ４ 重錘 ５ 回動クランプ
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ Ｈ０５Ｋ 3/12 ６１０ Ｈ０５Ｋ 3/12 ６１０Ｂ 3/24 3/24 Ａ (72)発明者 山梨 秀則 静岡県御殿場市川島田252 矢崎部品株 式会社内 (72)発明者 牛島 均 静岡県御殿場市川島田252 矢崎部品株 式会社内 (56)参考文献 特開 平４−39816（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−185368（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−51691（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−50475（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−43006（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−258500（ＪＰ，Ａ) 特公 昭59−4878（ＪＰ，Ｂ２) 特公 昭60−14516（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H05K 1/09 H01B 5/14,13/00 H05K 3/00,3/12,3/24 B32B 15/08

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 直径５μｍ以下、長さ１００μｍ以下の
    炭素繊維または黒鉛繊維が分散含有された導電性プラス
    チックス成形体の表面の少なくとも一部に少なくとも１
    種類以上の金属メッキ層を設けたことを特徴とする電気
    回路用導電部材。
  2. 【請求項２】 電気絶縁性基材上に請求項１記載の電気
    回路用導電部材を設けたことを特徴とする電気回路体。
  3. 【請求項３】 直径５μｍ以下、長さ１００μｍ以下の
    炭素繊維または黒鉛繊維が分散含有された熱可塑性の導
    電性プラスチックスを射出成形して成形体を得、次いで
    該成形体の表面の少なくとも一部を少なくとも１種類以
    上の金属でメッキ処理することを特徴とする電気回路用
    導電部材の製造方法。
  4. 【請求項４】 直径５μｍ以下、長さ１００μｍ以下の
    炭素繊維または黒鉛繊維が分散含有された導電性プラス
    チックスを電気絶縁性基材上に一体成形して積層状成形
    体を得、次いで該成形体の前記プラスチックス面の少な
    くとも一部を少なくとも１種類以上の金属でメッキ処理
    することを特徴とする電気回路体の製造方法。
  5. 【請求項５】 電気絶縁性基材上に直径５μｍ以下、長
    さ１００μｍ以下の炭素繊維または黒鉛繊維が分散含有
    された液状又は溶液状導電性プラスチックス塗料を印刷
    して電気回路パタンを形成し、硬化処理または溶媒の除
    去処理を行った後に該パタンの少なくとも一部を少なく
    とも１種類以上の金属でメッキ処理することを特徴とす
    る電気回路体の製造方法。
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