JP5506716B2

JP5506716B2 - 曲面形状基板および曲面形状基板の製造方法

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Publication number: JP5506716B2
Application number: JP2011044961A
Authority: JP
Inventors: 壮平鮫島; 元竹谷; 迪斉松本
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2011-03-02
Filing date: 2011-03-02
Publication date: 2014-05-28
Anticipated expiration: 2031-03-02
Also published as: JP2012182353A

Description

本発明は、導体パターンと誘電体からなり、たとえば、表面形状が球体あるいは回転楕円体のような曲面形状基板、および曲面形状基板の製造方法に関する。

導体パターンと誘電体からなる基板として、プリント配線板が知られている。プリント配線板は、平面形状であり、その導体パターン（銅配線）は、感光性レジストを用いた露光・現像法によって形成するのが一般的である。一方で、レドーム、アンテナリフレクタ、レーダ装置などの用途では、表面形状が球体あるいは回転楕円体のような曲面形状基板への要求があり、曲面形状基板を実現するための様々な方法が従来から知られている。

たとえば、曲面形状基板の従来の製造方法としては、以下のようなものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
（方法１）平面基板と同様に全面に導体を形成した後、スポット的に露光する方法
（方法２）導体パターンを形成した平面基板を曲面化加工する方法
（方法３）導体パターンを形成した平面基板を分割し、タイル状に張り合わせて全体として曲面形状を形成する方法
（方法４）全面に導体を形成した後、機械加工により導体を削る方法

特開平９−１３９６１９号公報

しかしながら、従来技術には、以下のような課題がある。
方法１の露光法は、高精度のパターンを形成しようとした場合には、露光ヘッドをロボットアーム等で３次元的に制御する必要がある。したがって、大型の曲面に対応するためには、大規模な露光装置が必要となる。また、スポット的に何回も露光するため、生産性に劣る。

方法２の曲面化加工法は、平面を曲げるため、球面の曲率が大きくなるとシワやズレが生じ、高精度の曲面パターンが形成できない。同様に、方法３の平面基板を張り合わせて擬似的に曲面を実現する方法も、厳密には曲面ではないため、張り合わせ部で隙間やズレが生じる。

さらに、方法４の機械加工法は、既存の機械加工設備で製造でき、かつズレ等も生じないが、１つ１つ機械加工する必要があり、方法１の露光法と同様に、生産性に劣る。すなわち、方法１〜方法４による従来技術では、パターン精度と生産性を両立できないという課題があった。

本発明は、前記のような課題を解決するためになされたものであり、パターン精度の向上と生産性の向上を両立することのできる曲面形状基板および曲面形状基板の製造方法を得ることを目的とする。

本発明に係る曲面形状基板は、第１表面および第２表面を有した球面形状をなし、第１表面および第２表面の少なくとも一方の面に凹凸部が形成された誘電体と、誘電体に形成された凹部に設けられた導体とを備え、誘電体は、繊維強化プラスチックで構成され、繊維強化プラスチックは、樹脂としてビスＥ型のシアネートエステル樹脂が適用されるものである。

また、本発明に係る曲面形状基板の製造方法は、第１表面および第２表面を有した球面形状をなし、第１表面および第２表面の少なくとも一方の面に凹凸部が形成された誘電体と、誘電体に形成された凹部に設けられた導体とを備えた曲面形状基板の製造方法であって、曲面形状の成形型の表面に凹凸を形成する工程と、成形型を用いて第１表面および第２表面の少なくとも一方の面に凹凸部が形成された誘電体を形成する工程と、誘電体に形成された凹部に導体を形成する工程とを備え、誘電体を形成する工程は、ＶａＲＴＭ法（真空含浸成形法）が採用されるものである。

本発明に係る曲面形状基板および曲面形状基板の製造方法によれば、曲面形状の成形型を用いて、凹凸のある誘電体を形成し、誘電体に形成された凹部に導体を形成することで曲面形状基板を製造しており、時間を必要とする工程を機械加工による成形型の製造工程だけに限定し、曲面形状基板の製造工程に要する時間を短縮することにより、パターン精度の向上と生産性の向上を両立することのできる曲面形状基板および曲面形状基板の製造方法を得ることができる。

本発明の実施の形態１による曲面形状基板を示す断面図である。本発明の実施の形態１による曲面形状基板を示す断面図である。本発明の実施の形態１による曲面形状基板の製造プロセスを示す断面図である。本発明の実施の形態１による曲面形状基板の製造プロセスを示す断面図である。本発明の実施の形態１による曲面形状基板の製造プロセスを示す断面図である。本発明の実施の形態１による曲面形状基板の製造プロセスを示す断面図である。本発明の実施の形態１による曲面形状基板の製造プロセスを示す断面図である。本発明の実施の形態１による曲面形状基板の製造プロセスを示す断面図である。本発明の実施の形態１による曲面形状基板の製造プロセスを示す断面図である。本発明の実施の形態２による曲面形状基板の製造プロセスを示す断面図である。本発明の実施の形態２による曲面形状基板の製造プロセスを示す断面図である。本発明の実施の形態３による曲面形状基板を示す断面図である。本発明の実施の形態４による曲面形状基板を示す断面図である。本発明の実施の形態４による曲面形状基板の製造方法の説明図である。

以下、本発明の曲面形状基板および曲面形状基板の製造方法の好適な実施の形態につき図面を用いて説明する。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１による曲面形状基板を示す断面図である。図１に示す曲面形状基板は、たとえば、表面形状が球体あるいは回転楕円体のような曲面形状の誘電体１および導体パターン２から構成されており、誘電体１に形成された凹部に導体パターン２が形成されている。図１（ａ）〜図１（ｃ）に示すように、導体パターン２は、誘電体１の内側（第１表面に相当）か外側（第２表面に相当）のいずれか一方、もしくは内側および外側の両方に形成されていてもよい。

図２は、本発明の実施の形態１による曲面形状基板を示す断面図である。簡便に説明するため、これ以降の説明においては、図２に示すように、曲面の断面を平面的な断面で擬似的に表現することとする。

図３Ａ〜図３Ｇは、本発明の実施の形態１による曲面形状基板の製造プロセスを示す断面図である。まず、図３Ａに示すように、曲面形状の成形型３を準備する。成形型３の材質は、ＳＵＳやアルミなどの金属、あるいは石膏などが使用でき、好ましくは、重量の観点から、アルミ製が最適である。

次に、図３Ｂに示すように、曲面形状の成形型３に溝４を形成する。後述するが、溝４の形成されていない部分が、後々、誘電体１に形成された凹部となり、導体パターン２が形成される部分となる。また、溝４の深さは、０．０５ｍｍ以上０．３ｍｍ未満が好ましい。

この理由は、溝４の深さが０．０５ｍｍ未満の場合には、研磨時に、導体パターンが研磨されてしまい、逆に、溝４の深さが０．３ｍｍ以上の場合には、曲面形状の曲率によっては、成形型３から製品を脱型したときに、溝４部の誘電体１が成形型３に残り、脱落してしまうためである。

さらに、溝４を形成した後に、成形型３は、離型性のあるフッ素樹脂によりコーティングすることが好ましい。これは、成形型３から製品をより脱型し易くするためである。

次に、図３Ｃに示すように、溝４を形成した曲面形状の成形型３を用いて、誘電体１を形成する。ここで、誘電体１は、強度、剛性の観点から、繊維５と樹脂からなる繊維強化プラスチックとするのが好ましい。

また、繊維強化プラスチック１に用いる繊維５は、絶縁性の繊維５であれば、特に限定されるものではない。ただし、レドーム等に適用する場合には、電波透過性の観点から、比誘電率、誘電正接の小さな石英繊維が好ましい。また、繊維５は、平織りクロスが好ましく、さらに好ましくは、曲面へ賦型したときに（すなわち、成形型３で曲面状にしたときに）、伸びてシワにならない程度に、薄く、かつ隙間のある繊維クロスが好ましい。

繊維強化プラスチック１に用いる樹脂も、特に限定されるものではない。ただし、電波透過性と耐熱性を兼ね備え、硬化前の樹脂が常温で低粘度の液体であるビスＥ型のシアネートエステル樹脂が好ましい。

まず、溝４を形成した曲面形状の成形型３の上に、石英繊維５を配置し、その上に、ピールプライ６、フローメディア７を重ね、全体をバギングフィルム８で覆う。その後、シーラント９でシールされたチューブ１０を介して、真空ポンプ（図示せず）でバギングフィルム８内を減圧する。次に、シーラント９でシールされたチューブ１０を介して、樹脂タンク（図示せず）から低粘度の未硬化の液状樹脂を供給する。

このとき、樹脂は、繊維５よりも目の粗いフローメディア７を優先的に通り、面内に拡散し、送られて、面外にしみこみ、繊維５に含浸する。繊維５の全体に樹脂が含浸した後、樹脂供給口および真空排気口をバルブ等で閉じて、バギングフィルム８内を減圧したまま、オーブンに入れて硬化する。樹脂として、ビスＥ型のシアネートエステル樹脂を用いた場合には、１８０°Ｃで２時間保持する。

次に、成形型３から脱型し、図３Ｄに示すような、繊維強化プラスチック１を得る。なお、繊維強化プラスチック１上の、ピールプライ６、フローメディア７、バギングフィルム８は、繊維強化プラスチック１とピールプライ６の界面で引き剥がすことができる。

誘電体１（繊維強化プラスチック１）の成形方法は、特に限定されるものではない。ただし、このような、真空引きにより樹脂を含浸して繊維強化プラスチック１を製造する方法である、いわゆるＶａＲＴＭ成形法（ＶａｃｕｕｍＡｓｓｉｓｔｅｄＲｅｓｉｎＴｒａｎｓｆｅｒＭｏｌｄｉｎｇ）で成形することにより、溝４に樹脂が供給されるという利点がある。

また、成形型３を分割して繊維強化プラスチック１を成形することで、曲面形状の曲率が大きい場合でも、繊維強化プラスチック１を脱型のために分割する必要がなく、しかも大型の繊維強化プラスチック１を一体成形できる。

次に、図３Ｅに示すように、繊維強化プラスチック１の曲率に等しいスキージ１１を用いて、図３Ｆに示すように、繊維強化プラスチック１の凹凸面に導電性ペースト１３を塗工する。スキージ１１は、金属製の枝とゴム１２の板を張り合わせたもので構成されており、繊維強化プラスチック１には、ゴム１２の部分が接触するようにする。ここで、導電性ペースト１３としては、無加圧で導電性が発現する低温乾燥型銀ペーストが好ましい。また、導電性ペースト１３は、塗工後、１２０°Ｃで１０分間、オーブンで乾燥する。

次に、図３Ｇに示すように、サンドペーパー、もしくは繊維強化プラスチック１と同じ曲率を有する冶具で、凸部の導電性ペースト１３を研磨により除去する。このとき、凸部以外の導電性ペースト１３が削れることで繊維強化プラスチック１が露出することがないようにする必要がある。

このように、図３Ａ〜図３Ｇの一連処理により、誘電体１に形成した凹部に導体パターン２を形成することができる。なお、図２および図３Ａ〜図３Ｇでは、図１（ａ）のように、誘電体１の内側（第１表面）に導体パターン２を設けた曲面形状基板について説明した。これに対して、溝４を設ける面が逆（第２表面）になるような曲面形状の成形型３を用いることで、同様の方法により、図１（ｂ）のように、誘電体１の外側（第２表面）に導体パターン２を設けた曲面形状基板を製造することも可能である。

さらに、図１（ａ）と図１（ｂ）の２手順を行うことで、図１（ｃ）のように、誘電体１の内側と外側に導体パターン２を設けた曲面形状基板を製造することも可能である。

以上のように、実施の形態１によれば、表面の少なくとも片側に凹凸を形成した曲面形状の成形型を用いて、凹凸のある誘電体を形成し、誘電体に形成された凹部に導体を形成することで曲面形状基板を製造している。ここで、時間をかけて機械加工するのは、成形型だけでよい。したがって、このような製造方法によれば、導体パターンを有する曲面形状基板を、複数、生産性よく製造することができる。

さらに、導体パターンの精度は、成形型に形成した凹凸の精度に依存し、成形型の凹凸は、機械加工により形成される。このため、高精度の導体パターンが形成できる。

さらに、凹凸のある誘電体をＶａＲＴＭ法により形成している。これにより、凸部に樹脂をボイドなく充填することができ、かつ成形型を分割することで、比較的大きな曲面形状基板を一体成形できる。

実施の形態２．
本実施の形態２では、先の実施の形態１とは異なる工程で、誘電体１に導体パターン２を形成する方法について説明する。

先の実施の形態１では、凹凸のある繊維強化プラスチック１を形成した後、導電性ペースト１３を塗工し、その後、研磨することで導体パターン２を形成した。これに対して、本実施の形態２では、凹凸のある繊維強化プラスチック１に銅めっき皮膜１４を形成した後、研磨することで、導体パターン２を形成する。

図４Ａ、図４Ｂは、本発明の実施の形態２による曲面形状基板の製造プロセスを示す断面図である。まず、図４Ａに示すように、凹凸のある繊維強化プラスチック１に銅めっき皮膜１４を形成する。ここで、繊維強化プラスチック１と銅めっき皮膜１４との密着性を向上させるために、繊維強化プラスチック１に前処理を行うことが好ましい。前処理としては、サンドブラストもしくは過マンガン酸塩で粗化処理を行った後、無電界ニッケルめっき処理を行うことが好ましい。

次に、図４Ｂに示すように、繊維強化プラスチック１の凸部上に形成された銅めっき皮膜１４を研磨することで、繊維強化プラスチック１の凹部のみに銅めっき皮膜１４による導体パターン２が残るようにする。

このように、図４Ａ、図４Ｂの一連処理により、誘電体１に形成した凹部に導体パターン２を形成することができる。なお、本実施の形態２による製造方法によっても、図１の（ａ）〜（ｃ）に示した３種類の曲面形状基板を製造することが可能である。

以上のように、実施の形態２によれば、銅めっき皮膜を用いて誘電体の凹部に導体パターンを形成しており、これによっても、先の実施の形態１と同様の効果を得ることができる。

実施の形態３．
先の実施の形態１、２では、曲面形状を有する誘電体１の表面の、少なくとも片側に設けられた凹部に導体パターン２を形成した曲面形状基板およびその製造方法について説明した。これに対して、本発明の実施の形態３では、導体パターン２を誘電体１の内部に設けた曲面形状基板およびその製造方法について説明する。

図５は、本発明の実施の形態３による曲面形状基板を示す断面図である。本実施の形態３における曲面形状基板は、図５に示すように、先の実施の形態１および２の製造方法で作製した片面に導体パターン２を有する曲面形状基板について、導体パターン２がある表面に、さらに繊維強化プラスチック１を形成したものである。

繊維強化プラスチック１の形成方法としては、特に限定されるものではないが、繊維強化プラスチック１の誘電特性を均一化する方が好ましい。このため、片面に導体パターン２を有する曲面形状基板上に、繊維を賦型してＶａＲＴＭ成形する方法が好ましい。もしくは、別途、ＶａＲＴＭ成形により作製した繊維強化プラスチックを接着する方法が好ましい。

以上のように、実施の形態３によれば、先の実施の形態１および２の製造方法で作製した曲面形状基板を基本構成とし、導体パターン２がある表面に対してさらに繊維強化プラスチックを形成した構成を備えている。このような曲面形状基板によっても、先の実施の形態１、２と同様の効果を得ることができる。

実施の形態４．
本発明の実施の形態４では、コア材をサンドイッチするように、先の実施の形態３による曲面形状基板を２つ用いた曲面形状基板およびその製造方法について説明する。

図６は、本発明の実施の形態４による曲面形状基板を示す断面図である。図６に示すように、本実施の形態４における曲面形状基板は、内部に導体パターン２を有する曲面形状基板の間に、発泡材１５を配置したものである。このように、発泡材１５をコア材として、その両面に繊維強化プラスチック１を配置した構造（いわゆる、サンドイッチ構造）とすることで、軽量で、かつ高剛性のレドーム等を形成することができる。

この場合、発泡材１５の上下に設けられる導体パターン２の位置精度が、レドーム等の電気特性に大きく影響する。そこで、発泡材１５の両面に設けられる繊維強化プラスチック１の位置精度を向上させることが重要となる。

図７は、本発明の実施の形態４による曲面形状基板の製造方法の説明図である。本実施の形態７では、２つの曲面形状基板を帽子状に作製し、縁の平面部で位置合わせする方法を採用し、位置精度の向上を図っている。具体的には、図７に示すように、位置決めピン１６を用いて、帽子状に作製された２つの曲面形状基板と、その間にサンドイッチされる発泡材１５とを一体化することが好ましい。さらに、導体パターン２と位置合わせ穴の関係が対応する必要があるため、凹凸のある繊維強化プラスチック１を形成するための溝４の加工時に、位置合わせ穴も形成することが好ましい。

以上のように、実施の形態４によれば、コア材の両面に繊維強化プラスチックを配置した構造を備えたサンドイッチ構成の曲面形状基板を用いることで、軽量で、かつ高剛性のレドーム等を形成することができる。さらに、位置決めピンを用いてサンドイッチ構成を実現することで、コア材の両面に配置される導体パターンの位置決め精度を向上させ、電気特性の劣化を抑制することができる。

１誘電体（繊維強化プラスチック）、２導体パターン、３曲面形状の成形型、４溝、５繊維、６ピールプライ、７フローメディア、８バギングフィルム、９シーラント、１０チューブ、１１スキージ、１２ゴム、１３導電性ペースト、１４皮膜（銅めっき皮膜）、１５発泡材、１６位置決めピン。

Claims

第１表面および第２表面を有した球面形状をなし、前記第１表面および前記第２表面の少なくとも一方の面に凹凸部が形成された誘電体と、
前記誘電体に形成された凹部に設けられた導体と
を備え、
前記誘電体は、繊維強化プラスチックで構成され、
前記繊維強化プラスチックは、樹脂としてビスＥ型のシアネートエステル樹脂が適用される
ことを特徴とする曲面形状基板。
請求項１に記載の曲面形状基板において、
前記繊維強化プラスチックは、石英繊維である
ことを特徴とする曲面形状基板。
請求項１または２に記載の曲面形状基板において、
前記導体は、前記凹部に導電性ペーストを充填することにより形成される
ことを特徴とする曲面形状基板。
請求項３に記載の曲面形状基板において、
前記導電性ペーストは、低温乾燥型銀ペーストである
ことを特徴とする曲面形状基板。
請求項１または２に記載の曲面形状基板において、
前記導体は、前記凹部を銅めっきで被覆することにより形成される
ことを特徴とする曲面形状基板。
第１表面および第２表面を有した球面形状をなし、前記第１表面および前記第２表面の少なくとも一方の面に凹凸部が形成された誘電体と、
前記誘電体に形成された凹部に設けられた導体と
を備え、
前記導体は、前記凹部に導電性ペーストを充填することにより形成され、
前記導電性ペーストは、低温乾燥型銀ペーストである
ことを特徴とする曲面形状基板。
請求項６に記載の曲面形状基板において、
前記誘電体は、繊維強化プラスチックで構成されている
ことを特徴とする曲面形状基板。
請求項７に記載の曲面形状基板において、
前記繊維強化プラスチックは、石英繊維である
ことを特徴とする曲面形状基板。
請求項１ないし８のいずれか１項に記載の曲面形状基板において、
前記誘電体に形成された前記凹部は、深さが０.０５ｍｍ以上０.３ｍｍ未満である
ことを特徴とする曲面形状基板。
第１表面および第２表面を有した球面形状をなし、前記第１表面に凹凸部が形成された第１誘電体と、
前記第１誘電体に形成された凹部に設けられた導体と、
前記導体が設けられた前記第１表面の上に形成された第２誘電体と
を備えた曲面形状基板であって、
コア材を間に挟むように前記曲面形状基板を２枚有するサンドイッチ構造を備える
ことを特徴とする曲面形状基板。
第１表面および第２表面を有した球面形状をなし、前記第１表面および前記第２表面の少なくとも一方の面に凹凸部が形成された誘電体と、前記誘電体に形成された凹部に設けられた導体とを備えた曲面形状基板の製造方法であって、
曲面形状の成形型の表面に凹凸を形成する工程と、
前記成形型を用いて前記第１表面および前記第２表面の少なくとも一方の面に前記凹凸部が形成された前記誘電体を形成する工程と、
前記誘電体に形成された凹部に導体を形成する工程と
を備え、
前記誘電体を形成する工程は、ＶａＲＴＭ法（真空含浸成形法）が採用される
ことを特徴とする曲面形状基板の製造方法。
請求項１１に記載の曲面形状基板の製造方法において、
前記導体を形成する工程は、
前記誘電体に形成された前記凹凸部の上に導電性ペーストを塗工する工程と、
凸部上の前記導電性ペーストを除去する工程と
を備えることを特徴とする曲面形状基板の製造方法。
請求項１１に記載の曲面形状基板の製造方法において、
前記導体を形成する工程は、
前記誘電体に形成された前記凹凸部の上に銅めっきする工程と、
凸部上の前記銅めっきを除去する工程と
を備えることを特徴とする曲面形状基板の製造方法。
第１表面および第２表面を有した球面形状をなし、前記第１表面に凹凸部が形成された第１誘電体と、前記第１誘電体に形成された凹部に設けられた導体と、前記導体が設けられた前記第１表面の上に形成された第２誘電体とを備えた曲面形状基板に関して、
曲面形状の成形型の表面に凹凸を形成する工程と、
前記成形型を用いて前記第１表面に前記凹凸部が形成された前記第１誘電体を形成する工程と、
前記第１誘電体に形成された凹部に導体を形成する工程と
前記導体が設けられた前記第１表面の上に第２誘電体を形成する工程と
による各工程を用いて製造された曲面形状基板を、コア材を間に挟むようにして２枚有するサンドイッチ構造を備えた曲面形状基板の製造方法であって、
縁の平面部分に位置合わせ穴を有し、前記縁の平面部分と曲面形状から構成される帽子状として、２枚の前記曲面形状基板を個別に作製する工程と、
縁の平面部分に位置合わせ穴を有し、前記縁の平面部分と曲面形状から構成される帽子状として、２枚の前記曲面形状基板の間に挟まれる前記コア材を作製する工程と、
帽子状に作製された１枚目の曲面形状基板、前記コア材、２枚目の曲面形状基板を、位置決めピンを用いて順次積層することで、前記サンドイッチ構造を備えた曲面形状基板を作製する工程と
を備えることを特徴とする曲面形状基板の製造方法。