JP4848626B2

JP4848626B2 - 回路成形品の製造方法

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Publication number: JP4848626B2
Application number: JP2004259778A
Authority: JP
Inventors: 文隆吉永; 毅別所; 稔加藤
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2004-09-07
Filing date: 2004-09-07
Publication date: 2011-12-28
Anticipated expiration: 2024-09-07
Also published as: JP2006076020A

Description

本発明は、２次元又は３次元の回路パターンを有する回路成形品の製造に適した射出成形用金型及び射出成形方法に関する。又、２次元又は３次元の回路パターンを有する回路成形品の製造方法及び回路成形品に関する。

近年、電子機器の小型化、軽量化、高性能化に伴って、プリント配線基板のファインパターン化、多層化、機器内の合理化、省スペース化などが進められている。工数の削減の観点からも、配線合理化技術が求められている。このような要求に応えるために、射出成形品の表面に立体的に配線（導体回路）を形成した三次元射出成形回路部品（ＭＩＤ：ＭｏｌｄｅｄＩｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔＤｅｖｉｃｅ）が提案されている。

ＭＩＤは、合成樹脂射出成形品と配線部品とを一体化した立体配線基板であって、自由な三次元性を持ち、配線の合理化のみならず、電子ディバイス部品などの小型化、表面実装を可能とするものである。例えば、ＭＩＤを機器内の隙間に配置することにより、集積密度を向上させることができる。ＭＩＤは、発光ダイオード（ＬＥＤ）等の半導体パッケージ、三次元プリント配線板、携帯電話のアンテナ部品等に応用されている。

従来のＭＩＤの製造方法には、大別して「ワンショット成形法」と「ツーショット成形法」とがある。ワンショット成形法では、めっきグレードの樹脂を用いて射出成形により成形品を成形し、該成形品の全面を粗面化した後、触媒を付与し、次いで、銅めっき膜を形成する。次に、銅めっき膜上にレジストを塗布し、フォトリソグラフィ技術により回路形成を行う。回路形成方法としては、エッチングレジストを用いたサブトラクティブ法、めっきレジストを用いたセミアディティブ法などがある。

このワンショット成形法では、レジスト膜への露光工程において、フィルムマスクやガラスマスクを用いて平行光により露光するため、垂直面には回路を形成することが困難である。マスクの形状を成形品の形状に合わせるように成形する方法を採用しても、成形可能なマスク形状に限界があり、しかも露光光線を均一に照射できるマスク形状に限定されるという問題がある。したがって、ワンショット成形法は、導体回路形成の自由度が低い。更に、ワンショット成形法では、エッチングにより回路を形成するため、導体の厚さを厚くすることが困難である。

ツーショット成形法は、易めっき性樹脂と難めっき性樹脂の２種類の樹脂を用いて、２回の成形により一体の成型品を成形し、フルアディティブ法により回路を形成する方法である。より具体的には、易めっき性樹脂を射出成形して一次成形品を成形し、その表面に触媒を付与するか、予め触媒を含有する易めっき性樹脂を射出成形して一次成形品を成形する。次に、一次成形品の回路を形成すべき部分以外の全面に難めっき性樹脂を射出成形して、難めっき性樹脂被覆層を有する二次成形品を形成する。難めっき性樹脂被覆層は、めっきの際のめっきレジストの役割を果すものである。最後に、フルアディティブ法により、一次成形品表面の回路を形成すべき部分にめっきを施す。

ツーショット成形法によれば、垂直面にも容易に回路を形成することができるため、ワンショット成形法では不可能又は困難であった立体的な回路成形を容易に行うことができる。ツーショット成形法では、導体の厚さも、フルアディティブ法のため、エッチングを用いるワンショット成形法に比べて厚くすることができ、許容電流が大きな回路部品とすることができる。

しかし、ツーショット成形法では、二次成形した難めっき性樹脂被覆層がそのまま製品に残ってしまうので、回路部品全体が厚くなり、薄型にしたり、小型化や軽量化を図るには限界がある。また、ツーショット成形法では、難めっき性樹脂被覆層が製品に残ることから、難めっき性樹脂として耐熱性、電気絶縁性、機械的強度、耐薬品性等に優れた樹脂材料を用いる必要があるため、製造コストが高くなる。更に、一次成形品を金型内にインサートして難めっき性樹脂を射出成形するため、難めっき性樹脂として高性能の樹脂材料を用いると、高圧で射出成形する必要が生じ、その結果、回路部の高さを高くしたり、回路部の幅を広くする必要が生じる。

つまり、ツーショット成形法では、（１）基材形成と回路形成が別々の工程であるため製造工数がかかる、（２）基材形成用の金型と回路形成用の金型が別々に必要なためコストがかかる、（３）基材には一様に触媒が配合されているため触媒残燈によりパターン間の絶縁不良が引き起こされ、プリント基板としての信頼性が低い、という問題があった。

そこで、下記特許文献１には、射出成形によるプリント配線板の製造方法において、配線パターンのファインパターン化が実現でき、かつ配線パターンを短時間で形成できるようにし、更に配線パターンの被着強度を向上させることを目的として、前記射出成形用金型は内面にめっきレジストパターンが貼設され、かつ金属の離型性の良い材質よりなるものであって、前記射出成形用金型の内面の前記めっきレジストパターンが被着されていない部分に電気めっきにより金属導体を被着させて所望の金属導体配線パターンを形成させる工程と、前記射出成形用金型に熱可塑性樹脂を注入してプリント配線板の基板を射出成形するとともに、前記射出成形用金型の内面に被着されていた前記金属導体配線パターンを前記基板に転写する工程と、前記金属導体配線パターンおよび前記基板を前記射出成形用金型から離型する工程と、前記金属導体配線パターンを加熱して、その温度を前記熱可塑性樹脂の溶融温度以上に加熱する工程と、を具備した射出成形によるプリント配線板の製造方法が開示されている。

このように、特許文献１に開示されたツーショット成形方法によるプリント配線板の製造法は、射出成形用金型の内面にめっきレジストパターンが貼設されたことを特徴とするプリント配線板の製造方法であり、配線パターンの形成工程、射出成形及び配線パターンの転写工程、離型工程、加熱工程の４工程からなる依然として複雑なものであった。

特開平５−７０６６号公報

従来技術の問題点に鑑み、本発明は、回路成形品の製造にあたり、工程のコンパクト化を進め、微細な回路パターンを効率良く作製するとともに、プリント回路基板を始め、微小な電子部品からインスツルメントパネルのような大型の樹脂成形品まで製造可能な射出成形方法を提供することを目的とする。

本発明者らは、従来別々に行っていた樹脂成形と触媒付与を同時に行うことによって、上記課題が解決されることを見出し、本発明に到達した。

即ち、第１に、本発明は、射出成形用金型の発明であり、内面にめっき触媒流入用回路状パターンの溝を有することを特徴とする。射出成形時に該溝よりめっき触媒を流入させ回路状パターンを形成し、以後の無電解めっき工程、電気めっき工程、保護膜形成工程を経て、回路パターンを形成できる。本発明では、従来別々に行っていた樹脂成形と触媒付与を同時に行っているため、製造工程が大幅に短縮され、製造コストが削減できるとともに、製品寿命が長いという長所を有する。

本発明の射出成形用金型は、入れ子ブロック構造であることが好ましい。これにより、（１）射出成形用金型が目詰まりを起こした際のメンテナンス性の向上に役立つ他に、（２）金型本体を汎用化させ、入れ子ブロックのみ取り替えることで、多品種の成形に対応できる。

第２に、本発明は、上記射出成形用金型を用いる射出成形方法の発明であり、熱可塑性樹脂を射出成形用金型にて射出成形する成形方法において、内面にめっき触媒流入用回路状パターンの溝を有する射出成形用金型を用い、射出成形時に前記射出成形用金型のめっき触媒流入用回路状パターンの溝よりめっき触媒を成形品表面に付与することを特徴とする。

めっき触媒を流入させる具体的方法としては、（１）射出成形用金型に溝状にマトリックスヘッドを形成させ、インクジェット法を用いて触媒を印刷する方法、（２）射出成形技術を用いて触媒入り樹脂を流し込む方法等が挙げられる。（１）インクジェット法では、配線幅はヘッド間隔に左右されるがＭＥＭＳ技術により微細化が可能である。（２）射出成形では、触媒入りの樹脂を流し込むことで通常３０秒程度で触媒化が完了する。これらの場合、射出した樹脂がノズルに入り込まないようにするため、ノズル径は２００μｍ以下が好ましく、１０〜１００μｍが更に好ましい。

第３に、本発明は、上記射出成形用金型を用いた射出成形で製造される射出成形品の発明であり、熱可塑性樹脂を射出成形用金型にて射出成形した成形品において、内面にめっき触媒流入用回路状パターンの溝を有する射出成形用金型を用い、射出成形時に前記射出成形用金型のめっき触媒流入用回路状パターンの溝よりめっき触媒が成形品表面に付与されていることを特徴とする。

第４に、本発明は、表面に金属導体配線パターンを有する回路成形品の製造方法の製造方法の発明であり、熱可塑性樹脂を射出成形用金型にて射出成形するにあたり、内面にめっき触媒流入用回路状パターンの溝を有する射出成形用金型を用い、射出成形時に前記射出成形用金型のめっき触媒流入用回路状パターンの溝よりめっき触媒を成形品表面に付与する触媒化成型工程と、前記成形品表面に付与されためっき触媒上に無電解めっきする工程と、前記無電解めっき上に電気めっきする工程とを有することを特徴とする。

前記回路成形品としては平面状でも３次元状でも成形可能であるが、本発明の特長をより生かすには、前記回路成形品が３次元状であることが好ましい。

本発明では、前記電気めっき工程の後に、回路パターンを含む射出成形品の表面を保護膜で被覆する保護膜形成工程を有することが好ましい。

第５に、本発明は上記の方法によって製造された回路成形品である。

前記回路成形品としては、表面に金属導体配線パターンを有する回路成形品であれば特に限定されず、各種回路成形品に適用できる。その中で、プリント回路基板、自動車用インスツルメントパネル、加速度センサ等の電子素子が好ましく例示される。

本発明では、インスツルメントパネルなど３次元形状を有する物体表面に回路パターンを形成する３次元形状回路基板の製造をワンショット成形法で可能にする。インパネの成形時に同時にめっき触媒を付与することにより、従来の基板材料が不要になる。また、めっき触媒は回路形状にあわせて付与されているため、回路基板製作工程のうちレジスト・露光・現像工程を省略でき、製造の簡素化が図れる。更に、従来のワイヤーハーネスの代わりに使用することで自動車全体の軽量化、省スペース化及び工法の簡素化に貢献する。

図１に、本発明の射出成形用金型の概略を示す。図１（ａ）は、射出成形用金型の内面正面図である。射出成形用金型１の内面にめっき触媒流し込み溝２が設けられている。図１（ｂ）は、図１（ａ）の射出成形用金型のＡ−Ａ断面を示す側面図である。樹脂が射出成形用金型１、１’に流し込まれ、射出成形品３が成形されるとほぼ同時に、めっき触媒流し込み溝２よりめっき触媒含有液が流し込まれ、射出成形品３の表面にめっき触媒が付着する。射出成形用金型１は金型本体４に対して入れ子ブロック構造となっており、取替え可能である。図２は、めっき触媒流し込み溝２よりめっき触媒含有液が流し込まれ、射出成形品３の表面にめっき触媒が付着する様子を矢印で模式的に示す斜視図である。

図３に、本発明によるワンショット射出成形による回路成形品の製造例をフロー図で示す。射出成形時に前記射出成形用金型のめっき触媒流入用回路状パターンの溝よりめっき触媒を成形品表面に付与する触媒化成型工程と、前記成形品表面に付与されためっき触媒上に無電解銅めっきする工程と、前記無電解銅めっき上に電気銅めっきする工程と、回路パターンを含む射出成形品の表面を保護膜で被覆する保護膜形成工程からなる。

図４に、３次元形状を有するインスツルメントパネルの表面に回路パターンを形成した場合を示す。図４（ａ）は、インスツルメントパネルの内面を示す。接続コネクタ５を介してボデー直接配線６が形成されている。図４（ｂ）は、図４（ａ）のＢ−Ｂ断面を示す側面図である。射出成形品３の表面にめっき触媒が付着された部分に、無電解めっき及び電気めっきによりボデー直接配線６が形成されている。

本発明において用いられる熱可塑性樹脂には、回路成形品として適切な電気絶縁性、耐熱性、耐湿性、及び成形性の良さ、などを備えたものであれば特に限定されない。例えば、これに適合するものとしては、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリスルホン樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリエーテルケトン樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリフェニレンオキサイド樹脂などが挙げられる。その他、本発明で用いられる熱可塑性樹脂としては、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体（ＡＢＳ）、アクリロニトリル−スチレン共重合体（ＡＳ）、ポリスチレン（ＰＳ）、エチレン−酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリアクリロニトリル（ＰＡ）、ポリオキシメチレン（ＰＯＭ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体（ＥＴＦＥ）などの熱可塑性樹脂が挙げられる。

本発明において用いられるめっき触媒としては特に制限されないが、例えば、銀、コバルト、ニッケル、ルテニウム、セリウム、鉄、マンガン、ロジウム触媒から選択される金属触媒の１種以上が好ましく例示される。

本発明においては、上記めっき触媒を付着させる工程の後に、化学めっき（無電解めっき）工程を行う。ここで、化学めっき処理の条件、析出させる金属種なども制限されず、従来の無電解めっき処理と同様に行うことができる。この中で、Ｎｉ−Ｐ化学めっきが好ましく例示される。

又、本発明においては、上記化学めっき工程の後に、電気めっき工程を行うことができる。更に電気めっきを行うことでめっき厚を大きく出来る。これにより、導電性が向上する。ここで、電気めっき処理の条件、析出させる金属種などは制限されず、従来の無電解めっき後の電気めっきと同様に行うことができる。析出させる金属種としては、銅、銀、ニッケル、金、スズ、コバルト等が挙げられる。この中で、硫酸銅系電気めっきが好ましく例示される。

又、本発明においては、上記金属触媒を吸着させる工程の後に、化学めっき工程を行うことなく、直接に電気めっきを行うこともできる。

次の工程で回路成形品を製造した。
（１）射出成形金型１、１’に触媒流し込み溝２を加工する。
（２）射出成形金型１、１’を射出成形機に取り付け成形品３を成形する。
（３）成形品３の成形途中で、触媒流し込み溝２より無電解めっき用の触媒を流し込む。
（４）触媒流し込み溝２より流し込まれた触媒は、成形品３の表面又は裏面に回路パターの形状に選択的に触媒化がなされる。
（５）表面が選択的に触媒化された成形品３は、その後めっき工程にて触媒化のパターンに従って導通化がなされる。
（６）導通化がなされた成形品３は、本来の機能以外に回路基板としての機能が付与される。

本発明の回路成形品は、（１）インスツルメントパネル部品などに回路基板の機能を付与できるため、回路基板が不要になり、スペースの有効活用が出来る、（２）インスツルメントパネル部品などの成形と同時に回路基板の形成が行えるため製造の簡素化が図れる、（３）従来の配線部品であるワイヤーハーネスの代替として使用できるため自動車の軽量化が図れる、（４）触媒は回路形状に付与されるため、回路基板の製作工程のうちレジスト、露光、現像の各工程が省略できるため、回路基板製造の簡素化が出来る、等の利点を有する。

表１に、本発明と従来技術の一般的評価を対比して示す。

図５〜図７に、本発明を応用して作製された幾つかの実施例を図面で示す。図５は、３次元形状を有するインスツルメントパネルであり、ボデー配線を内装部品であるインスツルメントパネルの回路基板化で達成している。本発明の三次元回路成形品はインスツルメントパネルのような比較的大型の成形品にも有効である。図６は、加速度センサを筐体基板で小型化したものである。平面的な小型化には限界があるが、本発明の三次元回路成形品を用いることで達成した。図７は、プリント回路基板の製造に本発明の技術を適用したものであり、図７（上図）は完成品全体の斜視図を示し、図７（下図）は触媒化成形から保護膜形成までの工程を示す。従来のプリント回路基板の製造に必要であった、「めっきレジスト」、「露光・現像」、「パターンめっき」、「マスク剥離」及び「下層エッチング」の各工程を省略することが出来、低コスト化に貢献する。

樹脂成形と触媒付与を同時に行うことにより、インスツルメントパネルなど３次元形状を有する物体表面に回路パターンを形成する３次元形状回路基板の製造をワンショット成形法で可能にする。又、回路基板製作工程のうちレジスト・露光・現像工程を省略でき、製造の簡素化が図れる。これらにより、従来のワイヤーハーネスの代わりに使用することで自動車等の全体の軽量化、省スペース化及び工法の簡素化に貢献する。

本発明の射出成形用金型の概略を示す。図１（ａ）は、射出成形用金型の内面正面図である。図１（ｂ）は、図１（ａ）の射出成形用金型のＢ−Ｂ断面図である。めっき触媒流し込み溝よりめっき触媒含有液が流し込まれ、射出成形品の表面にめっき触媒が付着する様子を矢印で模式的に示す斜視図である。本発明によるワンショット射出成形による回路成形品の製造例をフロー図で示す。３次元形状を有するインスツルメントパネルの表面に回路パターンを形成した場合を示す。図４（ａ）は、インスツルメントパネルの内面を示す。図４（ｂ）は、図４（ａ）のＢ−Ｂ断面を示す側面図である。３次元形状を有するインスツルメントパネルの斜視図である。加速度センサを筐体基板で小型化したものの断面図である。プリント回路基板に本発明の技術を適用したものである。図７（上図）は完成品全体の斜視図を示し、図７（下図）は触媒化成形から保護膜形成までの工程を示す。

符号の説明

１：射出成形用金型、２：めっき触媒流し込み溝、３：射出成形品、４：金型本体、５：接続コネクタ、６：ボデー直接配線。

Claims

熱可塑性樹脂を射出成形用金型にて射出成形する回路成形品の製造方法において、内面にめっき触媒流入用回路状パターンの溝を有する射出成形用金型を用い、射出成形時に前記射出成形用金型のめっき触媒流入用回路状パターンの溝よりめっき触媒を成形品表面に付与する触媒化成型工程と、前記成形品表面に付与されためっき触媒上に無電解めっきする工程と、前記無電解めっき上に電気めっきする工程とを有することを特徴とする表面に金属導体配線パターンを有する回路成形品の製造方法。
前記回路成形品が平面状であることを特徴とする請求項１に記載の回路成形品の製造方法。
前記回路成形品が３次元状であることを特徴とする請求項１に記載の回路成形品の製造方法。
前記電気めっき工程の後に、保護膜形成工程を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の回路成形品の製造方法。