JP3715337B2 - 電気回路の作成方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、金属、樹脂、セラミック、木材、土、紙等、あらゆる構造物の表面及びその内部に精密な電気導通回路を形成する電気回路の作成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
母材の材質や成形品の形状、成形品の表面の粗さ等を問わず、成形品の表面に直接電気回路を形成する技術は、現在のところ提案されていない。
【０００３】
これに近い技術としては、成形品の表面をある程度平坦化した後、絶縁膜をスパッタ又は蒸着等で付着させ、その上に銅等の導電金属をメッキ等で付着させた後、レジストを塗布してパターンを露光、エッチングすることにより、成形品の表面に電気回路を形成する方法がある（これを従来技術１とする）。また、成形時に、回路パターンを持ったフィルムを転写又はインモールド成形で作成する方法（これを従来技術２とする）、メッキが付く材料と付かない材料との２色成形によって回路パターンを作成する方法（これを従来技術３とする）等がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した従来技術１では、成形方法自体が非常に高価なものである。成形品が複雑な曲面であるときには適用できない。薬品を使用したり洗浄を行う必要があることから、母材の材質が制限される等の問題があった。
【０００５】
また、上記した従来技術２及び従来技術３も、作成方法自体が非常に高価なものでコスト高になる。また製品の軽薄短小化が進み、そのため回路線幅も数十μｍ以下と微細になってきているが、従来技術２及び従来技術３では、このような微細加工に対応できないといった問題があった。
【０００６】
本発明は係る問題点を解決すべく創案されたもので、その目的は、製品の軽薄短小化やローコスト化に対応しつつ回路線幅の微細加工を可能とした電気回路の作成方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明に係る電気回路の作成方法は、導電性金属粒を不導体薄膜で覆ったカプセルを樹脂材料中に混入し、この樹脂材料によって成形した後、その成形品の表面にレーザ光を照射することにより、前記カプセルの不導体薄膜を剥離して前記導電性金属粒を結集又は溶合させて電気導通回路を形成するものである。
【０００８】
また、本発明に係る電気回路の作成方法は、導電性金属粒を不導体薄膜で覆ったカプセルを樹脂材料中に混入し、この樹脂材料によって成形した後、その成形品にレーザ光をスポット照射してホールを形成することにより、このホールの内周面に、前記カプセルの不導体薄膜を剥離して前記導電性金属粒を結集又は溶合させて電気導通路を形成するものである。
【００１１】
【作用】
請求項１記載の電気回路の作成方法の作用について説明する。
【００１８】
導電性金属粒を不導体薄膜で覆ったカプセルを樹脂材料中に混入し、この樹脂材料によって成形した後、その成形品の表面にレーザ光を照射することにより、前記カプセルの不導体薄膜を剥離して導電性金属粒を結集又は溶合させて電気導通回路を形成する。
【００１９】
これにより、複雑な立体形状をした回路基板やキャビネット本体等に、直接かつ微細な電気導通回路を、簡単かつ安価に作成することが可能となる。
【００２０】
請求項２記載の電気回路の作成方法の作用について説明する。
【００２１】
導電性金属粒を不導体薄膜で覆ったカプセルを樹脂材料中に混入し、この樹脂材料によって成形した後、その成形品にレーザ光をスポット照射してホールを形成することにより、このホールの内周面に、前記カプセルの不導体薄膜を剥離して前記導電性金属粒を結集又は溶合させて電気導通路を形成する。
【００２２】
これにより、成形品の表面及び裏面に形成された電気導通回路を、スルーホールを形成するだけの簡単な方法で接続することが可能となる。また、成形品の表面に形成された電気導通回路と成形品中にインサート成形された電気導通回路とを、インサート成形された電気導通回路まで達するホールを形成するだけの簡単な方法で接続することが可能となる。さらに、複雑な立体形状をした回路基板やキャビネット本体等に、直接かつ微細な電気導通回路を、簡単かつ安価に作成することが可能となる。
【００２３】
【実施例】
以下、本発明の一実施例を図面を参照して説明する。
【００２４】
図１は、電気回路の作成方法の参考例を示す成形品の斜視図であって、ケース本体、キャビネット本体、シャーシや機構構造物等を形成している場合の一例を示している。
【００２５】
図において、符号１は、電気回路を形成しようとする母材（成形品）であり、金属板、樹脂板、ガラス、セラミック、木材、紙等あらゆる材質のものが使用可能である。また、その形状も平板状に限らず、表面が凹凸曲面等の複雑な立体形状のものであってもよい。また符号２は、母材１上に印刷又は吹き付け等で塗布された接着材、塗料又は接着性を有する液状樹脂等からなる混入材であり、導電性金属粒４ａからなるカプセル部材４（後述する）が混入されたものである。また符号３は、レーザ光の照射によって任意の形状に形成された電気導通回路である。
【００２６】
カプセル部材４は、図２に示すように、例えば金、アルミニウム、銅、ハンダ、スズ、鉛、ニッケル、カーボン等の導電性金属粒４ａを、不導体薄膜４ｂで覆った構造となっている。導電性金属粒４ａは数十μｍ又はそれ以下の微粒子であり、これを被覆する不導体薄膜４ｂは数μｍ以下の薄膜である。
【００２７】
次に、上記構造の電気回路を作成する一方法（請求項１に対応している）について説明する。
【００２８】
まず、導電性金属粒４ａを不導体薄膜４ｂで被覆したカプセル部材４を、接着剤、塗料又は液体樹脂からなる混入材２中に混合する。次に、この混入材２を、母材１上に印刷、吹き付け、射出成形、コンプレッション成形等で塗布又は張り付けて接着、硬化させる。この後、塗布した混入材２の表面に、回路パターンに合わせたパターンマスクを通じてエキシマレーザ（excimer laser ）を照射する。
【００２９】
このエキシマレーザのアブレーション加工によって、混入材２の有機物質すなわち接着剤等及びカプセル部材４の不導体薄膜４ｂが飛散して、導電性金属粒４ａが露出する。そして、この露出した導電性金属粒４ａが密着（すなわち、結集又は溶合）することで、母材１の表面（具体的には、混入材２を塗布した表面）に、任意形状の電気導通回路３が形成される。
【００３０】
なお、電気導通回路３の導電性をより確実なものとするために（すなわち、導電抵抗を小さくするために）、この電気導通回路３の表面にハンダコートを施してもよい。また、エキシマレーザ以外にも、ヤグレーザ（YAG laser ）、炭酸ガスレーザ、その他の熱光線を使用して、ビームによる一筆書的に回路パターンを作成することが可能である。
【００３１】
この作成方法によれば、金属、樹脂、セラミック、木材、紙等で形成されたあらゆる構造物の表面に、精密な電気導通回路を作成することができる。また、構造物の表面が複雑な立体曲面や粗面であっても電気導通回路の作成が可能である。さらに、熱収縮や熱膨張の影響を受けることも無く、簡単、確実かつ安価に、しかも高精度に回路パターンを作成することができるものである。
【００３２】
次に、図１に示す構造の電気回路を作成する他の方法について説明する。
【００３３】
まず、母材１上に、カプセル部材４が混入されていない接着剤、塗料又は液体樹脂からなる接着層（混入材２に対応）を印刷、吹き付け等で塗布し、これが硬化する前にカプセル部材４を塗布して、硬化させる。この後、カプセル部材４を塗布した接着層の表面に、回路パターンに合わせたパターンマスクを通じてエキシマレーザを照射する。
【００３４】
このエキシマレーザのアブレーション加工によって、接着層の有機物質及びカプセル部材４の不導体薄膜４ｂが飛散して、導電性金属粒４ａが露出する。そして、この露出した導電性金属粒４ａが密着（すなわち、結集又は溶合）することで、母材１の表面（具体的には、接着層を塗布した表面）に、任意形状の電気導通回路３が形成される。
【００３５】
なお、この電気導通回路３についても、導電性をより確実なものとするために（すなわち、導電抵抗を小さくするために）、その表面にハンダコートを施してもよい。また、エキシマレーザ以外にも、ヤグレーザ（YAG laser ）、炭酸ガスレーザ、その他の熱光線を使用して、ビームによる一筆書的に回路パターンを作成することが可能である。
【００３６】
この作成方法によれば、金属、樹脂、セラミック、木材、紙等で形成されたあらゆる構造物の表面に、精密な電気導通回路を作成することができる。また、構造物の表面が複雑な立体曲面や粗面であっても電気導通回路の作成が可能である。さらに、熱収縮や熱膨張の影響を受けることも無く、簡単、確実かつ安価に、しかも高精度に回路パターンを作成することができるものである。
【００３７】
また、上記の各作成方法では、導電性金属粒４ａを不導体薄膜４ｂで被覆したカプセル部材４を用いているが、これは導電性金属で酸化しやすいもの、例えば鉄、銅、アルミニウム、銀等の酸化を防止するためであり、ハンダ、Ｐｂ−Ｓｎ、金等では酸化の心配がないことから、この不導体薄膜４ｂは不要である。すなわち、導電性金属粒４ａを直接混入材２に混合し、又は接着層に塗布することが可能である。
【００３８】
図３は、本発明の請求項１に対応した実施例を示す成形品の一部断面を含む斜視図であって、ケース本体、キャビネット本体、シャーシや機構構造物等を成形した場合の一例を示している。
【００３９】
図において、符号１１は、電気回路を形成しようとする母材（成形品）であり、その形状は平板状に限らず、表面が凹凸曲面等の複雑な立体形状のものであってもよい。また符号４は、成形品１１中に混合された導電性金属粒４ａ等からなるカプセル部材４である。また符号１３は、レーザ光の照射によって任意の形状に形成された電気導通回路である。
【００４０】
カプセル部材４は、図２に示すように、例えば金、アルミニウム、銅、ハンダ、スズ、鉛、ニッケル、カーボン等の導電性金属粒４ａを、不導体薄膜４ｂで覆った構造となっている。導電性金属粒４ａは数十μｍ又はそれ以下の微粒子であり、これを被覆する不導体薄膜４ｂは数μｍ以下の薄膜である。
【００４１】
次に、上記構造の電気回路を作成する一方法（請求項１に対応している）について説明する。
【００４２】
まず、導電性金属粒４ａを不導体薄膜４ｂで被覆したカプセル部材４を、樹脂材料１１ａ中に混合し、これを成形機で金型内に注入して、例えば図３に示す形状の成形品１１を成形する。次に、この成形品１１の表面（又は裏面）に電気導通回路１３を形成するために、その回路形成部分にエキシマレーザ、ヤグレーザ又は樹脂を剥離させるためのその他のレーザを、面照射又はスキャン照射する。
【００４３】
これにより、例えばエキシマレーザの場合には、照射された部分の樹脂材料１１ａ及びカプセル部材４の不導体薄膜４ｂがアブレーション加工により飛散して、導電性金属粒４ａが露出する。そして、この露出した導電性金属粒４ａが密着（すなわち、結集又は溶合）することで、成形品１１の表面（又は裏面）に、任意形状の電気導通回路１３が形成される。
【００４４】
導電性金属粒４ａがハンダの場合には、レーザ熱で溶解結合し、良導体の回路を形成する。また、銅粒子等の場合であっても、より高品位の良導体が必要な場合には、成形品１１の全体をハンダディップして電気導通回路１３をハンダで被覆することにより、高品位の良導体とすることができる。
【００４５】
また、このような作成方法によって成形品１１の表裏両面に電気導通回路１３が形成された場合には、後述するスルーホールによって両電気導通回路１３を接続することができる（請求項２に対応している）。
【００４６】
すなわち、上記の作成方法によって成形品１１の表裏両面に電気導通回路１３を作成した後、成形品１１の表面又は裏面から、再び回路形成部分にエキシマレーザ等をスポット照射して、スルーホール１５を開ける。このときも上記の場合と同様に、照射された部分（すなわち、スルーホール１５の内周面）の樹脂材料１１ａ及びカプセル部材４の不導体薄膜４ｂがアブレーション加工により飛散して、導電性金属粒４ａが露出する。そして、この露出した導電性金属粒４ａが密着（すなわち、結集又は溶合）することで、スルーホール１５の内周面に電気導通回路１３ａが形成され、この電気導通回路１３ａによって表裏両面の電気導通回路１３が接続されることになる。
【００４７】
このような作成方法によれば、レーザ光を当てるだけで、立体的かつ複雑な種々のパターンの回路を確実かつ安価に、しかも高精度に作成することができるとともに、成形品１１の表裏両面の電気導通回路１３を電気的に接続することができるものである。
【００４８】
図４は、図３に示した電気回路の作成方法の応用例を示している。
【００４９】
すなわち、成形品中にインサート成形された電子部品と電気的な接続を行うために、本発明に係わる電気回路の作成方法を適用したものである。
【００５０】
携帯用のＯＡ機器や通信機器、電子オモチャや電子教材等では、軽薄短小化、ローコスト化、電子部品の防水や安全性等の観点から、電子部品をケース本体やキャビネット本体等の成形品中に一体として埋め込むことが求められている。そして、成形品中に電子部品を埋め込む方法として、一体成形や回路基板自体をインサートする方法等が試みられているが、いずれも膨張係数の違いや樹脂圧による電子部品の微動が原因で微細な結線部分が断線する。また、成形品が複雑な立体曲面である場合には適用できない等の理由で、現在のところ実用化には至っていない。本発明に係わる電気回路の作成方法を適用すれば、このような問題が全て解決できるものである。
【００５１】
以下、本発明に係わる電気回路の作成方法の応用例について説明する。
【００５２】
図において、符号２１は、電気回路を形成しようとする母材（成形品）であり、その形状は平板状に限らず、表面が凹凸曲面等の複雑な立体形状のものであってもよい。また符号２６，２７は、成形品２１の内部に挿入された電子部品（例えば、ＩＣチップや抵抗、コンデンサ等）である。また符号４は、成形品２１中に混合された導電性金属粒４ａ等からなるカプセル部材４である。また符号２３は、レーザ光の面照射又はスキャン照射によって成形品２１の表面に形成された電気導通回路、符号２３ａは、レーザ光のスポット照射によって形成された電子部品２６，２７まで達する電気導通回路である。
【００５３】
カプセル部材４は、図２に示すように、例えば金、アルミニウム、銅、ハンダ、スズ、鉛、ニッケル、カーボン等の導電性金属粒４ａを、不導体薄膜４ｂで覆った構造となっている。導電性金属粒４ａは数十μｍ又はそれ以下の微粒子であり、これを被覆する不導体薄膜４ｂは数μｍ以下の薄膜である。また、不導体薄膜４ｂの溶融点は、成形品２１である母材の溶融点よりも高く設定している。
【００５４】
次に、上記構造の電気回路を作成する方法について説明する。
【００５５】
まず、導電性金属粒４ａを不導体薄膜４ｂで被覆したカプセル部材４を、樹脂材料２１ａ中に混合する。一方、電子部品である例えばＩＣチップ２６及び抵抗２７を、金型内の所定位置に支持し、この金型内に前記樹脂材料２１ａを射出注入する。ただし、射出成形の他、ＲＩＭ成形や注型成形も可能である。
【００５６】
次に、樹脂が硬化して冷却すると、成形品２１を金型から取り出して、回路パターンの成形工程に移る。
【００５７】
回路パターンの成形工程では、まず成形品２１の回路形成部分に、その線幅に応じてエキシマレーザ又はヤグレーザを照射する。
【００５８】
エキシマレーザの場合には、必要部分を一括面照射すると、照射された部分の樹脂材料２１ａは、その照射時間に応じた厚み分だけ（例えば、約５秒間の照射で１〜２μｍの表面樹脂）がアブレーション加工により飛散される。このとき同時に、カプセル部材４の不導体薄膜４ｂもアブレーション加工によって飛散して、導電性金属粒４ａが露出する。そして、この露出した導電性金属粒４ａが密着（すなわち、結集又は溶合）することで、成形品２１の表面に、任意形状の電気導通回路２３が形成される。
【００５９】
この後、成形品２１内部の電子部品２６，２７の結線工程に移る。
【００６０】
電子部品２６，２７は、金型の所定位置にセットされているため、その接続部２６ａ，２７ａの位置はあらかじめ明確である。
【００６１】
そこで、電子部品の結線工程では、接続しようとする位置に、エキシマレーザ（又はヤグレーザ）をその接続部２６ａ，２７ａの深さまで達する時間だけスポット照射してホール２５を形成する。このときも上記の場合と同様に、照射された部分（すなわち、ホール２５の内周面）の樹脂材料２１ａ及びこの部分のカプセル部材４の不導体薄膜４ｂがアブレーション加工により飛散して、導電性金属粒４ａが露出する。そして、この露出した導電性金属粒４ａが密着（すなわち、結集又は溶合）することで、ホール２５の内周面に電気導通回路２３ａが形成され、この電気導通回路２３ａによって表面の電気導通回路２３と電子部品２６，２７とが結線されることになる。
【００６２】
なお、導通を良好にするためには、導電性金属粒４ａにハンダを用いるか、又は加工後の成形品２１全体をハンダディップすることで電気導通回路２３，２３ａがハンダで被覆され、良導体とすることができる。
【００６３】
このような作成方法によれば、成形品２１が完全に安定した状態でレーザ照射による微細加工が行えるので、成形時の圧力、温度、膨張等に影響されることなく、立体的かつ複雑な種々のパターンの回路を確実かつ安価に、しかも高精度に作成することができるものである。
【００６６】
【発明の効果】
本発明に係る電気回路の作成方法は、導電性金属粒を不導体薄膜で覆ったカプセルを樹脂材料中に混入し、この樹脂材料によって成形した後、その成形品の表面にレーザ光を照射することにより、前記カプセルの不導体薄膜を剥離して導電性金属粒を結集又は溶合させて電気導通回路を形成するように構成したので、複雑な立体形状をした回路基板やキャビネット本体等に、直接かつ微細な電気導通回路を、簡単かつ安価に作成することができる。
【００６７】
また、本発明に係る電気回路の作成方法は、導電性金属粒を不導体薄膜で覆ったカプセルを樹脂材料中に混入し、この樹脂材料によって成形した後、その成形品にレーザ光をスポット照射してホールを形成することにより、このホールの内周面に、カプセルの不導体薄膜を剥離して導電性金属粒を結集又は溶合させて電気導通路を形成するように構成したので、成形品の表面及び裏面に形成された電気導通回路を、スルーホールを形成するだけの簡単な方法で接続することができる。また、成形品の表面に形成された電気導通回路と成形品中にインサート成形された電気導通回路とを、インサート成形された電気導通回路まで達するホールを形成するだけの簡単な方法で接続することが可能となる。さらに、複雑な立体形状をした回路基板やキャビネット本体等に、直接かつ微細な電気導通回路を、簡単かつ安価に作成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 参考例に係わる電気回路の作成方法によって表面に電気回路が作成された成形品の一例を示す斜視図である。
【図２】 接着剤や樹脂等に混合されるカプセル部材の構造を示す断面図である。
【図３】 本発明に係わる電気回路の作成方法によって表面に電気回路が作成された成形品の一例を示す一部断面を含む斜視図である。
【図４】 本発明に係わる電気回路の作成方法によって表面に電気回路が作成された成形品の一例を示す一部断面を含む斜視図である。
【符号の説明】
１，１１，２１ 成形品（母材）
２ 混入材
３，１３，１３ａ，２３，２３ａ 電気導通回路
４ カプセル部材
４ａ 導電性金属粒
４ｂ 不導体薄膜
１５ スルーホール
【産業上の利用分野】
本発明は、金属、樹脂、セラミック、木材、土、紙等、あらゆる構造物の表面及びその内部に精密な電気導通回路を形成する電気回路の作成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
母材の材質や成形品の形状、成形品の表面の粗さ等を問わず、成形品の表面に直接電気回路を形成する技術は、現在のところ提案されていない。
【０００３】
これに近い技術としては、成形品の表面をある程度平坦化した後、絶縁膜をスパッタ又は蒸着等で付着させ、その上に銅等の導電金属をメッキ等で付着させた後、レジストを塗布してパターンを露光、エッチングすることにより、成形品の表面に電気回路を形成する方法がある（これを従来技術１とする）。また、成形時に、回路パターンを持ったフィルムを転写又はインモールド成形で作成する方法（これを従来技術２とする）、メッキが付く材料と付かない材料との２色成形によって回路パターンを作成する方法（これを従来技術３とする）等がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した従来技術１では、成形方法自体が非常に高価なものである。成形品が複雑な曲面であるときには適用できない。薬品を使用したり洗浄を行う必要があることから、母材の材質が制限される等の問題があった。
【０００５】
また、上記した従来技術２及び従来技術３も、作成方法自体が非常に高価なものでコスト高になる。また製品の軽薄短小化が進み、そのため回路線幅も数十μｍ以下と微細になってきているが、従来技術２及び従来技術３では、このような微細加工に対応できないといった問題があった。
【０００６】
本発明は係る問題点を解決すべく創案されたもので、その目的は、製品の軽薄短小化やローコスト化に対応しつつ回路線幅の微細加工を可能とした電気回路の作成方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明に係る電気回路の作成方法は、導電性金属粒を不導体薄膜で覆ったカプセルを樹脂材料中に混入し、この樹脂材料によって成形した後、その成形品の表面にレーザ光を照射することにより、前記カプセルの不導体薄膜を剥離して前記導電性金属粒を結集又は溶合させて電気導通回路を形成するものである。
【０００８】
また、本発明に係る電気回路の作成方法は、導電性金属粒を不導体薄膜で覆ったカプセルを樹脂材料中に混入し、この樹脂材料によって成形した後、その成形品にレーザ光をスポット照射してホールを形成することにより、このホールの内周面に、前記カプセルの不導体薄膜を剥離して前記導電性金属粒を結集又は溶合させて電気導通路を形成するものである。
【００１１】
【作用】
請求項１記載の電気回路の作成方法の作用について説明する。
【００１８】
導電性金属粒を不導体薄膜で覆ったカプセルを樹脂材料中に混入し、この樹脂材料によって成形した後、その成形品の表面にレーザ光を照射することにより、前記カプセルの不導体薄膜を剥離して導電性金属粒を結集又は溶合させて電気導通回路を形成する。
【００１９】
これにより、複雑な立体形状をした回路基板やキャビネット本体等に、直接かつ微細な電気導通回路を、簡単かつ安価に作成することが可能となる。
【００２０】
請求項２記載の電気回路の作成方法の作用について説明する。
【００２１】
導電性金属粒を不導体薄膜で覆ったカプセルを樹脂材料中に混入し、この樹脂材料によって成形した後、その成形品にレーザ光をスポット照射してホールを形成することにより、このホールの内周面に、前記カプセルの不導体薄膜を剥離して前記導電性金属粒を結集又は溶合させて電気導通路を形成する。
【００２２】
これにより、成形品の表面及び裏面に形成された電気導通回路を、スルーホールを形成するだけの簡単な方法で接続することが可能となる。また、成形品の表面に形成された電気導通回路と成形品中にインサート成形された電気導通回路とを、インサート成形された電気導通回路まで達するホールを形成するだけの簡単な方法で接続することが可能となる。さらに、複雑な立体形状をした回路基板やキャビネット本体等に、直接かつ微細な電気導通回路を、簡単かつ安価に作成することが可能となる。
【００２３】
【実施例】
以下、本発明の一実施例を図面を参照して説明する。
【００２４】
図１は、電気回路の作成方法の参考例を示す成形品の斜視図であって、ケース本体、キャビネット本体、シャーシや機構構造物等を形成している場合の一例を示している。
【００２５】
図において、符号１は、電気回路を形成しようとする母材（成形品）であり、金属板、樹脂板、ガラス、セラミック、木材、紙等あらゆる材質のものが使用可能である。また、その形状も平板状に限らず、表面が凹凸曲面等の複雑な立体形状のものであってもよい。また符号２は、母材１上に印刷又は吹き付け等で塗布された接着材、塗料又は接着性を有する液状樹脂等からなる混入材であり、導電性金属粒４ａからなるカプセル部材４（後述する）が混入されたものである。また符号３は、レーザ光の照射によって任意の形状に形成された電気導通回路である。
【００２６】
カプセル部材４は、図２に示すように、例えば金、アルミニウム、銅、ハンダ、スズ、鉛、ニッケル、カーボン等の導電性金属粒４ａを、不導体薄膜４ｂで覆った構造となっている。導電性金属粒４ａは数十μｍ又はそれ以下の微粒子であり、これを被覆する不導体薄膜４ｂは数μｍ以下の薄膜である。
【００２７】
次に、上記構造の電気回路を作成する一方法（請求項１に対応している）について説明する。
【００２８】
まず、導電性金属粒４ａを不導体薄膜４ｂで被覆したカプセル部材４を、接着剤、塗料又は液体樹脂からなる混入材２中に混合する。次に、この混入材２を、母材１上に印刷、吹き付け、射出成形、コンプレッション成形等で塗布又は張り付けて接着、硬化させる。この後、塗布した混入材２の表面に、回路パターンに合わせたパターンマスクを通じてエキシマレーザ（excimer laser ）を照射する。
【００２９】
このエキシマレーザのアブレーション加工によって、混入材２の有機物質すなわち接着剤等及びカプセル部材４の不導体薄膜４ｂが飛散して、導電性金属粒４ａが露出する。そして、この露出した導電性金属粒４ａが密着（すなわち、結集又は溶合）することで、母材１の表面（具体的には、混入材２を塗布した表面）に、任意形状の電気導通回路３が形成される。
【００３０】
なお、電気導通回路３の導電性をより確実なものとするために（すなわち、導電抵抗を小さくするために）、この電気導通回路３の表面にハンダコートを施してもよい。また、エキシマレーザ以外にも、ヤグレーザ（YAG laser ）、炭酸ガスレーザ、その他の熱光線を使用して、ビームによる一筆書的に回路パターンを作成することが可能である。
【００３１】
この作成方法によれば、金属、樹脂、セラミック、木材、紙等で形成されたあらゆる構造物の表面に、精密な電気導通回路を作成することができる。また、構造物の表面が複雑な立体曲面や粗面であっても電気導通回路の作成が可能である。さらに、熱収縮や熱膨張の影響を受けることも無く、簡単、確実かつ安価に、しかも高精度に回路パターンを作成することができるものである。
【００３２】
次に、図１に示す構造の電気回路を作成する他の方法について説明する。
【００３３】
まず、母材１上に、カプセル部材４が混入されていない接着剤、塗料又は液体樹脂からなる接着層（混入材２に対応）を印刷、吹き付け等で塗布し、これが硬化する前にカプセル部材４を塗布して、硬化させる。この後、カプセル部材４を塗布した接着層の表面に、回路パターンに合わせたパターンマスクを通じてエキシマレーザを照射する。
【００３４】
このエキシマレーザのアブレーション加工によって、接着層の有機物質及びカプセル部材４の不導体薄膜４ｂが飛散して、導電性金属粒４ａが露出する。そして、この露出した導電性金属粒４ａが密着（すなわち、結集又は溶合）することで、母材１の表面（具体的には、接着層を塗布した表面）に、任意形状の電気導通回路３が形成される。
【００３５】
なお、この電気導通回路３についても、導電性をより確実なものとするために（すなわち、導電抵抗を小さくするために）、その表面にハンダコートを施してもよい。また、エキシマレーザ以外にも、ヤグレーザ（YAG laser ）、炭酸ガスレーザ、その他の熱光線を使用して、ビームによる一筆書的に回路パターンを作成することが可能である。
【００３６】
この作成方法によれば、金属、樹脂、セラミック、木材、紙等で形成されたあらゆる構造物の表面に、精密な電気導通回路を作成することができる。また、構造物の表面が複雑な立体曲面や粗面であっても電気導通回路の作成が可能である。さらに、熱収縮や熱膨張の影響を受けることも無く、簡単、確実かつ安価に、しかも高精度に回路パターンを作成することができるものである。
【００３７】
また、上記の各作成方法では、導電性金属粒４ａを不導体薄膜４ｂで被覆したカプセル部材４を用いているが、これは導電性金属で酸化しやすいもの、例えば鉄、銅、アルミニウム、銀等の酸化を防止するためであり、ハンダ、Ｐｂ−Ｓｎ、金等では酸化の心配がないことから、この不導体薄膜４ｂは不要である。すなわち、導電性金属粒４ａを直接混入材２に混合し、又は接着層に塗布することが可能である。
【００３８】
図３は、本発明の請求項１に対応した実施例を示す成形品の一部断面を含む斜視図であって、ケース本体、キャビネット本体、シャーシや機構構造物等を成形した場合の一例を示している。
【００３９】
図において、符号１１は、電気回路を形成しようとする母材（成形品）であり、その形状は平板状に限らず、表面が凹凸曲面等の複雑な立体形状のものであってもよい。また符号４は、成形品１１中に混合された導電性金属粒４ａ等からなるカプセル部材４である。また符号１３は、レーザ光の照射によって任意の形状に形成された電気導通回路である。
【００４０】
カプセル部材４は、図２に示すように、例えば金、アルミニウム、銅、ハンダ、スズ、鉛、ニッケル、カーボン等の導電性金属粒４ａを、不導体薄膜４ｂで覆った構造となっている。導電性金属粒４ａは数十μｍ又はそれ以下の微粒子であり、これを被覆する不導体薄膜４ｂは数μｍ以下の薄膜である。
【００４１】
次に、上記構造の電気回路を作成する一方法（請求項１に対応している）について説明する。
【００４２】
まず、導電性金属粒４ａを不導体薄膜４ｂで被覆したカプセル部材４を、樹脂材料１１ａ中に混合し、これを成形機で金型内に注入して、例えば図３に示す形状の成形品１１を成形する。次に、この成形品１１の表面（又は裏面）に電気導通回路１３を形成するために、その回路形成部分にエキシマレーザ、ヤグレーザ又は樹脂を剥離させるためのその他のレーザを、面照射又はスキャン照射する。
【００４３】
これにより、例えばエキシマレーザの場合には、照射された部分の樹脂材料１１ａ及びカプセル部材４の不導体薄膜４ｂがアブレーション加工により飛散して、導電性金属粒４ａが露出する。そして、この露出した導電性金属粒４ａが密着（すなわち、結集又は溶合）することで、成形品１１の表面（又は裏面）に、任意形状の電気導通回路１３が形成される。
【００４４】
導電性金属粒４ａがハンダの場合には、レーザ熱で溶解結合し、良導体の回路を形成する。また、銅粒子等の場合であっても、より高品位の良導体が必要な場合には、成形品１１の全体をハンダディップして電気導通回路１３をハンダで被覆することにより、高品位の良導体とすることができる。
【００４５】
また、このような作成方法によって成形品１１の表裏両面に電気導通回路１３が形成された場合には、後述するスルーホールによって両電気導通回路１３を接続することができる（請求項２に対応している）。
【００４６】
すなわち、上記の作成方法によって成形品１１の表裏両面に電気導通回路１３を作成した後、成形品１１の表面又は裏面から、再び回路形成部分にエキシマレーザ等をスポット照射して、スルーホール１５を開ける。このときも上記の場合と同様に、照射された部分（すなわち、スルーホール１５の内周面）の樹脂材料１１ａ及びカプセル部材４の不導体薄膜４ｂがアブレーション加工により飛散して、導電性金属粒４ａが露出する。そして、この露出した導電性金属粒４ａが密着（すなわち、結集又は溶合）することで、スルーホール１５の内周面に電気導通回路１３ａが形成され、この電気導通回路１３ａによって表裏両面の電気導通回路１３が接続されることになる。
【００４７】
このような作成方法によれば、レーザ光を当てるだけで、立体的かつ複雑な種々のパターンの回路を確実かつ安価に、しかも高精度に作成することができるとともに、成形品１１の表裏両面の電気導通回路１３を電気的に接続することができるものである。
【００４８】
図４は、図３に示した電気回路の作成方法の応用例を示している。
【００４９】
すなわち、成形品中にインサート成形された電子部品と電気的な接続を行うために、本発明に係わる電気回路の作成方法を適用したものである。
【００５０】
携帯用のＯＡ機器や通信機器、電子オモチャや電子教材等では、軽薄短小化、ローコスト化、電子部品の防水や安全性等の観点から、電子部品をケース本体やキャビネット本体等の成形品中に一体として埋め込むことが求められている。そして、成形品中に電子部品を埋め込む方法として、一体成形や回路基板自体をインサートする方法等が試みられているが、いずれも膨張係数の違いや樹脂圧による電子部品の微動が原因で微細な結線部分が断線する。また、成形品が複雑な立体曲面である場合には適用できない等の理由で、現在のところ実用化には至っていない。本発明に係わる電気回路の作成方法を適用すれば、このような問題が全て解決できるものである。
【００５１】
以下、本発明に係わる電気回路の作成方法の応用例について説明する。
【００５２】
図において、符号２１は、電気回路を形成しようとする母材（成形品）であり、その形状は平板状に限らず、表面が凹凸曲面等の複雑な立体形状のものであってもよい。また符号２６，２７は、成形品２１の内部に挿入された電子部品（例えば、ＩＣチップや抵抗、コンデンサ等）である。また符号４は、成形品２１中に混合された導電性金属粒４ａ等からなるカプセル部材４である。また符号２３は、レーザ光の面照射又はスキャン照射によって成形品２１の表面に形成された電気導通回路、符号２３ａは、レーザ光のスポット照射によって形成された電子部品２６，２７まで達する電気導通回路である。
【００５３】
カプセル部材４は、図２に示すように、例えば金、アルミニウム、銅、ハンダ、スズ、鉛、ニッケル、カーボン等の導電性金属粒４ａを、不導体薄膜４ｂで覆った構造となっている。導電性金属粒４ａは数十μｍ又はそれ以下の微粒子であり、これを被覆する不導体薄膜４ｂは数μｍ以下の薄膜である。また、不導体薄膜４ｂの溶融点は、成形品２１である母材の溶融点よりも高く設定している。
【００５４】
次に、上記構造の電気回路を作成する方法について説明する。
【００５５】
まず、導電性金属粒４ａを不導体薄膜４ｂで被覆したカプセル部材４を、樹脂材料２１ａ中に混合する。一方、電子部品である例えばＩＣチップ２６及び抵抗２７を、金型内の所定位置に支持し、この金型内に前記樹脂材料２１ａを射出注入する。ただし、射出成形の他、ＲＩＭ成形や注型成形も可能である。
【００５６】
次に、樹脂が硬化して冷却すると、成形品２１を金型から取り出して、回路パターンの成形工程に移る。
【００５７】
回路パターンの成形工程では、まず成形品２１の回路形成部分に、その線幅に応じてエキシマレーザ又はヤグレーザを照射する。
【００５８】
エキシマレーザの場合には、必要部分を一括面照射すると、照射された部分の樹脂材料２１ａは、その照射時間に応じた厚み分だけ（例えば、約５秒間の照射で１〜２μｍの表面樹脂）がアブレーション加工により飛散される。このとき同時に、カプセル部材４の不導体薄膜４ｂもアブレーション加工によって飛散して、導電性金属粒４ａが露出する。そして、この露出した導電性金属粒４ａが密着（すなわち、結集又は溶合）することで、成形品２１の表面に、任意形状の電気導通回路２３が形成される。
【００５９】
この後、成形品２１内部の電子部品２６，２７の結線工程に移る。
【００６０】
電子部品２６，２７は、金型の所定位置にセットされているため、その接続部２６ａ，２７ａの位置はあらかじめ明確である。
【００６１】
そこで、電子部品の結線工程では、接続しようとする位置に、エキシマレーザ（又はヤグレーザ）をその接続部２６ａ，２７ａの深さまで達する時間だけスポット照射してホール２５を形成する。このときも上記の場合と同様に、照射された部分（すなわち、ホール２５の内周面）の樹脂材料２１ａ及びこの部分のカプセル部材４の不導体薄膜４ｂがアブレーション加工により飛散して、導電性金属粒４ａが露出する。そして、この露出した導電性金属粒４ａが密着（すなわち、結集又は溶合）することで、ホール２５の内周面に電気導通回路２３ａが形成され、この電気導通回路２３ａによって表面の電気導通回路２３と電子部品２６，２７とが結線されることになる。
【００６２】
なお、導通を良好にするためには、導電性金属粒４ａにハンダを用いるか、又は加工後の成形品２１全体をハンダディップすることで電気導通回路２３，２３ａがハンダで被覆され、良導体とすることができる。
【００６３】
このような作成方法によれば、成形品２１が完全に安定した状態でレーザ照射による微細加工が行えるので、成形時の圧力、温度、膨張等に影響されることなく、立体的かつ複雑な種々のパターンの回路を確実かつ安価に、しかも高精度に作成することができるものである。
【００６６】
【発明の効果】
本発明に係る電気回路の作成方法は、導電性金属粒を不導体薄膜で覆ったカプセルを樹脂材料中に混入し、この樹脂材料によって成形した後、その成形品の表面にレーザ光を照射することにより、前記カプセルの不導体薄膜を剥離して導電性金属粒を結集又は溶合させて電気導通回路を形成するように構成したので、複雑な立体形状をした回路基板やキャビネット本体等に、直接かつ微細な電気導通回路を、簡単かつ安価に作成することができる。
【００６７】
また、本発明に係る電気回路の作成方法は、導電性金属粒を不導体薄膜で覆ったカプセルを樹脂材料中に混入し、この樹脂材料によって成形した後、その成形品にレーザ光をスポット照射してホールを形成することにより、このホールの内周面に、カプセルの不導体薄膜を剥離して導電性金属粒を結集又は溶合させて電気導通路を形成するように構成したので、成形品の表面及び裏面に形成された電気導通回路を、スルーホールを形成するだけの簡単な方法で接続することができる。また、成形品の表面に形成された電気導通回路と成形品中にインサート成形された電気導通回路とを、インサート成形された電気導通回路まで達するホールを形成するだけの簡単な方法で接続することが可能となる。さらに、複雑な立体形状をした回路基板やキャビネット本体等に、直接かつ微細な電気導通回路を、簡単かつ安価に作成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 参考例に係わる電気回路の作成方法によって表面に電気回路が作成された成形品の一例を示す斜視図である。
【図２】 接着剤や樹脂等に混合されるカプセル部材の構造を示す断面図である。
【図３】 本発明に係わる電気回路の作成方法によって表面に電気回路が作成された成形品の一例を示す一部断面を含む斜視図である。
【図４】 本発明に係わる電気回路の作成方法によって表面に電気回路が作成された成形品の一例を示す一部断面を含む斜視図である。
【符号の説明】
１，１１，２１ 成形品（母材）
２ 混入材
３，１３，１３ａ，２３，２３ａ 電気導通回路
４ カプセル部材
４ａ 導電性金属粒
４ｂ 不導体薄膜
１５ スルーホール
Claims (2)
- 導電性金属粒を不導体薄膜で覆ったカプセルを樹脂材料中に混入し、この樹脂材料によって成形した後、その成形品の表面にレーザ光を照射することにより、前記カプセルの不導体薄膜を剥離して前記導電性金属粒を結集又は溶合させて電気導通回路を形成することを特徴とする電気回路の作成方法。
- 導電性金属粒を不導体薄膜で覆ったカプセルを樹脂材料中に混入し、この樹脂材料によって成形した後、その成形品にレーザ光をスポット照射してホールを形成することにより、このホールの内周面に、前記カプセルの不導体薄膜を剥離して前記導電性金属粒を結集又は溶合させて電気導通路を形成することを特徴とする電気回路の作成方法。
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