JP7146024B2 - メッキ部品の製造方法 - Google Patents
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Description
参考形態として、図1に示すフローチャートに従ってメッキ部品の製造方法について説明する。本参考形態では、図2(c)に示す、基材10の表面に選択的にメッキ膜85が形成されているメッキ部品100を製造する。
まず、表面の少なくとも一部に、熱硬化性樹脂で形成された第1の領域を有する基材を用意する(図1のステップS1)。基材は、全体が熱硬化性樹脂で形成されていてもよいし、又は熱硬化性樹脂と他の材料との複合材料であってもよい。本参考形態では、図2(a)に示すように本体11と、本体11の表面に形成される熱硬化性樹脂層12とを含み、熱硬化性樹脂層12により、基材10上に第1の領域12aが形成される基材10を用いる。本参考形態の基材10では、本体11の全表面を熱硬化性樹脂層12で覆っているため、基材10全表面が第1の領域12aである。尚、熱硬化性樹脂層12は、最終的に得られるメッキ部品100の用途に応じて、本体11の全表面を覆ってもよいし、表面の一部のみに形成されてもよい。熱硬化性樹脂層12が表面の一部のみに形成される場合、その一部のみが第1の領域12aとなる。
次に、基材10表面の第1の領域12aの一部分を光照射又は加熱して、図2(b)に示すように、第2の領域10aを形成する(図1のステップS2)。光照射又は加熱することにより、基材10の表面には、光照射又は加熱した部分(第2の領域)10aと、光照射又は加熱していない部分10bが形成される。
次に、第2の領域(レーザー描画部分)10aを含む基材10の表面に、金属塩を含む無電解メッキ触媒液を接触させる(図1のステップS3)。
基材10に無電解メッキ触媒液を接触させた後、レーザー描画部分(第2の領域)10aを含む基材10の表面に無電解メッキ液を接触させる(図1のステップS4)。上述のように、無電解メッキ触媒液を接触させた基材10において、レーザー描画部分10aは、無電解メッキ膜を形成可能な量の金属イオンを吸着しており、一方、非レーザー描画部分10bは無電解メッキ膜を形成可能な量の金属イオンを吸着していない。このような基材10に無電解メッキ液を接触させることで、レーザー描画部分10aに選択的に無電解メッキ膜を形成できる。これにより、レーザー描画部分10aに無電解メッキ膜85が形成され、図2(c)に示すメッキ部品100が得られる。メッキ部品100は、表面の少なくとも一部に熱硬化性樹脂で形成されている領域(第1の領域12a)を有する基材10と、熱硬化性樹脂で形成されている領域(第1の領域12a)の一部分に形成されている無電解メッキ膜85とを含む。
実施形態として、図4に示すフローチャートに従って、メッキ部品の製造方法について説明する。本実施形態では、第1の領域12aの一部分を光照射又は加熱する前に、第1の領域に触媒失活剤を付与する(図4のステップS11)。それ以外は、参考形態と同様の方法により、メッキ部品を製造する。
本参考例では、ポリフェニレンサルファイド(PPS)にエポキシ樹脂を主成分とする塗料を塗布して基材を製造した。製造した基材に、レーザー描画、無電解メッキ触媒の付与及び無電解メッキをこの順に行って、メッキ部品を得た。
ガラスフィラー入りのポリフェニレンサルファイド(PPS)(DIC製、FZ-3600)を40mm×60mm×2mmの平板状に射出成形し、基材の本体を得た。射出成形において、金型温度は145℃、樹脂温度は330℃とした。得られた射出成形体(本体)の片面に、2液混合した直後にスプレー塗布を行う変性エポキシ塗料(日新インダストリー製、2液型変成エポキシスプエーNEXT)をスプレー塗装した。塗布後に100℃で2時間硬化させて熱硬化性樹脂層(エポキシ樹脂層)を形成して、基材を得た。エポキシ樹脂層は白に近い灰色であり、その膜厚は約20~40μmであった。また、熱硬化後に、基材の本体の変形は認められなかった。
本参考例では、触媒妨害層を形成しなかった。製造した基材に、レーザー描画装置として、CO2レーザー描画装置(パナソニック製、LP-310、光源CO2、レーザー発振部の出力:平均12W、発光ピーク波長:10.6μm)を用い、レーザー強度80%、描画速度1600mm/secでレーザー描画を行った。描画パターンは、コイル状のパターンであり、パターンのライン・アンド・スペース(L/S)は、200μm/200μmであった。描画部分は薄い茶色に変色した。
塩化パラジウムを50ppm含有し、塩酸の濃度が2.0Nである無電解メッキ触媒液を調製した。無電解メッキ触媒液の温度を30℃に調整し、基材を無電解メッキ触媒液に5分間浸漬した。浸漬後、基材を無電解メッキ触媒液から取り出して純水で洗浄した。
析出レートの高い無電解銅メッキ液(奥野製薬製、OPCカッパーNCA)の温度を60℃に調整し、無電解メッキ触媒を付与した基材を30分間浸漬して、基材表面に無電解銅メッキ膜を約5μm成長させた。その後、基材を無電解メッキ液から取り出して、十分に水洗した。以上説明した製造方法により、本参考例のメッキ部品を得た。
本参考例では、3Dプリンタを用いて成形したABS樹脂の本体に、エポキシ樹脂を主成分とする塗料を塗布して基材を製造した。それ以外は、参考例1と同様の方法により、メッキ部品を製造した。
3Dプリンタ(スリーディ・システムズ社製、CubeX 3D Printer)を用いて、ABS樹脂(スリーディ・システムズ社製、CubeX(登録商標)マテリアルカートリッジ)を成形して本体を得た。得られた成形体(本体)の全面に、参考例1で用いたものと同じエポキシ塗料をスプレー塗装により重ね塗りした。スプレー塗布後、まず、初期硬化として常温で24時間放置し、ABS樹脂の本体を硬い熱硬化性樹脂層で覆った。次に、本硬化として、100℃で3時間硬化させた。本硬化後の熱硬化性樹脂層の膜厚は約100μmであった。本硬化後に、熱可塑性樹脂であるABS樹脂からなる本体の変形は認められなかった。本参考例では、本体の全面をエポキシ塗料で重ね塗りし、更に初期硬化を経ることで、本体の熱変形を抑制できたと推測される。また、本体の表面には、3Dプリンタを用いて成形されたときに生じる凹凸があったが、この凹凸は熱硬化性樹脂層に覆われ、基材の表面は滑らかであった。
製造した基材に、参考例1と同様の方法により、レーザー描画、無電解メッキ触媒の付与及び無電解メッキをこの順に行って、メッキ部品を得た。
本参考例では、ポリイミド製の樹脂シートの本体に、エポキシ樹脂を主成分とする塗料を塗布して基材を製造した。それ以外は、参考例1と同様の方法により、メッキ部品を製造した。
基材の本体として、厚み40μmのポリイミドシートを用意し、片面のみに参考例1と同様の方法によりエポキシ樹脂層(熱硬化性樹脂層)を形成して、基材を製造した。硬化後のエポキシ樹脂層の膜厚は約10μmであった。本参考例の基材は、片面のみにエポキシ樹脂層を形成したため、熱硬化後に基材がカールした。尚、別途、同様のポリイミドシートを用意し、その両面に熱硬化性樹脂層を形成すれば、基材のカールを抑制できることを確認した。
製造した基材に、参考例1と同様の方法により、レーザー描画、無電解メッキ触媒の付与及び無電解メッキをこの順に行って、メッキ部品を得た。尚、レーザー描画、無電解メッキ触媒の付与及び無電解メッキを行う間は、基材はガラス基板に貼り付けて変形を矯正した。
本実施例では、ガラス板の本体上に、透明なエポキシ樹脂層(熱硬化性樹脂層)を形成して透明な基材を製造した。それ以外は、参考例1と同様の方法により、メッキ部品を製造した。
基材の本体として、ガラス板を用意し、ガラス板の片面(一方の面)のみにエポキシ樹脂層を形成した。まず、ガラス板の他方の面にエポキシ樹脂が回り込まないように、ガラス板の一方の面の周囲をマスキングした。周囲をマスキングしたガラス板の一方の面上に、2液混合型の透明エポキシ接着剤(株式会社ITWパフォーマンスポリマーズ&フルイズジャパン製、デブコンET)を厚み0.5mmの深さになるように流しこんだ。24時間自然硬化させた後に、100℃で10時間硬化させた。このようにして、ガラス板の一方の面のみにエポキシ樹脂層(熱硬化性樹脂層)を形成して、基材を製造した。硬化後のエポキシ樹脂層の膜厚は約0.5mmであった。製造した基材の波長400~800nm(可視光域)における透過率は、80~85%であった。
製造した基材に、参考例1と同様の方法により、レーザー描画、無電解メッキ触媒の付与及び無電解メッキをこの順に行って、メッキ部品を得た。尚、本実施例のレーザー描画に用いたCO2レーザーは、透明な基材でも熱を吸収し易いレーザーである。
本参考例では、ポリプロピレン(PP)の発泡成形体の本体に、エポキシ樹脂を主成分とする塗料を塗布して基材を製造した。それ以外は、参考例1と同様の方法により、メッキ部品を製造した。
ガラス繊維強化プリプロピレン(プライムポリマー社製、プライムポリプロR-200G)を平板形状に発泡成形し、基材の本体を得た。発泡成形は、特開2015‐174240号公報に開示された方法により、以下のように行った。発泡剤としては、窒素を用いた。まず、窒素ボンベに収容されている窒素を10MPaに減圧した後、射出成形機に導入して溶融樹脂と混合した。次に、溶融樹脂と物理発泡剤の混合物を4MPaに減圧して、混合物から余剰な窒素を分離した。40mm×60mm×厚み1mmのキャビティを有する金型に、余剰な物理発泡剤を分離した混合物を1sの充填時間にて射出充填し、その後、3mmまでキャビティを開いた(コアバック法)。これにより、3倍発泡PP成形体(基材の本体)を得た。金型温度は40℃、樹脂温度は220℃とした。
得られた3倍発泡PP成形体(本体)の片面のみに、参考例1と同様の方法によりエポキシ樹脂層(熱硬化性樹脂層)を形成した。硬化後のエポキシ樹脂層の膜厚は約30μmであった。
製造した基材に、参考例1と同様の方法により、レーザー描画、無電解メッキ触媒の付与及び無電解メッキをこの順に行って、メッキ部品を得た。
(1)メッキ部分の光学顕微鏡観察
参考例1~5で製造したメッキ部品のメッキ部分を光学顕微鏡で観察した。いずれのメッキ部品においても、無電解メッキ膜は、レーザー描画部分のみに成長しており、無電解メッキ膜が形成される部分(レーザー描画部分)と形成されない部分(非レーザー描画部分)とのコントラストが明確であった。また、描画パターンにおいて、ライン間の連結は確認されなかった。
参考例1、3及び4で製造したメッキ部品に対して、120℃の環境下に30分放置、-35℃の環境下に30分放置を交互に100回繰り返す(100サイクル)ヒートショック試験を行った。ヒートショック試験後、いずれのメッキ部品においてメッキ膜の剥離は認められず、高い信頼性を有していることが確認できた。
参考例1及び3で製造したメッキ部品を250℃のリフロー炉に5分間放置した。放置後、いずれのメッキ部品において、熱硬化性樹脂層及び無電解銅メッキ膜の剥離は認められなかった。この結果から、参考例1及び3のメッキ部品は、ハンダリフロー可能であることが確認できた。
本実施例では、アルミ板の本体の両面に、エポキシ樹脂層(熱硬化性樹脂層)を形成して基材を製造した。そして、製造した基材上に触媒活性妨害層を形成し、その後、レーザー描画、無電解メッキ触媒の付与及び無電解メッキをこの順に行い、更に、基材にLEDを実装してメッキ部品を得た。
基材の本体として厚み0.3mmで、名刺サイズのアルミ板を用意した。アルミ板(本体)と、その上に形成されるエポキシ樹脂層(熱硬化性樹脂層)との接合強度を高めるために、アルミ板を特開2004-216609号公報等に開示される方法によりエッチングし、その表面に微細は凹凸を形成した。エッチングしたアルミ板の両面に、トランスファー成形により膜厚0.3mmのエポキシ樹脂層を形成して、基材を得た。エポキシ樹脂としては、非導電性の熱伝導材料を包含する黒色の熱伝導エポキシ樹脂(信越化学製、エポキシ封止材料、KMC-120MK、熱伝導率:2.5W/mk)を用いた。基材の厚みは、約0.9mmであった。
本実施例では、触媒失活剤であるハイパーブランチポリマーを含む触媒活性妨害層を基材の表面に形成した。ハイパーブランチポリマーとしては、下記式(1)で表される、側鎖にアミド基及びジチオカルバメート基を有するポリマーAを用いた。
下記式(2)で表される、市販のハイパーブランチポリマー(ポリマーB)にアミド基を導入して、式(1)で表されるポリマーAを合成した。
合成した式(1)で表されるポリマーAをメチルエチルケトンに溶解して、ポリマー濃度0.3重量%のポリマー溶液を調製した。製造した基材を調製したポリマー溶液に室温で5秒間浸漬し、その後、85℃乾燥機中で5分間乾燥した。これにより、基材表面に触媒活性妨害層が形成された。
触媒活性妨害層を形成した基材にYVO4レーザー(キーエンス製、MD-V9929WA、YVO4レーザー、波長1064nm)を用いて、LEDを実装する電気回路パターンをレーザー描画した。描画速度は1500mm/sec、周波数は50kHzとした。これにより、エポキシ樹脂層の表面にRz100μm程度の大きな凹凸が形成された。
参考例1と同様の方法により、基材に無電解メッキ触媒を付与した。
温度60℃、pH6.8の中性浴である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LCN)に、基材を5分間浸漬した。これにより、レーザー描画部分のみに、無電解メッキニッケルリンメッキ膜が約1μm成長した。その後、無電解ニッケルリンメッキ膜上に、汎用の方法により、20μmの電解銅メッキ膜、10μmの電解ニッケルメッキ膜、0.1μmの電解金メッキ膜をこの順に形成した。
無電解メッキ膜により電気回路を形成した基材に、LEDを実装した。LEDの実装後、所定の電圧を電気回路に印可し、LEDが点灯することを確認した。
本実施例では、エポキシ樹脂として、標準エポキシ封止材料(信越化学製、KMC-180)を用いた。それ以外は、実施例1と同様の方法で、触媒活性妨害層を形成、レーザー描画、無電解メッキ触媒の付与及び無電解メッキをこの順に行い、更に、基材にLEDを実装してメッキ部品を得た。
本実施例では、実施例1で用いたエポキシ樹脂を実施例1で用いた基材と同じサイズ(厚み約0.9mmの名刺サイズ)の樹脂板にトランスファー成形して、基材として用いた。即ち、本実施例では、基材として、アルミ板とエポキシ樹脂との複合材料ではなく、エポキシ樹脂のみからなる樹脂板を用いた。それ以外は、実施例1と同様の方法で、触媒活性妨害層を形成、レーザー描画、無電解メッキ触媒の付与及び無電解メッキをこの順に行いメッキ部品を得た。尚、本実施例では、実施例1及び2とは異なり、基材にLEDの実装は行わなかった。
(1)メッキ部分の光学顕微鏡観察
実施例1~3で製造したメッキ部品のメッキ部分を光学顕微鏡で観察した。いずれのメッキ部品においても、無電解メッキ膜は、レーザー描画部分のみに成長しており、無電解メッキ膜が形成される部分(レーザー描画部分)と形成されない部分(非レーザー描画部分)とのコントラストが明確であった。
実施例1~3で製造したメッキ部品のメッキ膜の密着強度を測定するために、メッキ部品とは別に、各実施例のメッキ部品と同様の製造方法により、線幅0.5mmのメッキ膜を有する測定用試料を製造した。メッキ膜引きはがし試験により、測定用試料のメッキ膜の密着強度を測定した。各実施例の密着強度は、以下である。実施例1:15N/cm、実施例2:10N/cm、実施例3:13N/cm。実施例1~3のいずれのメッキ膜も、目標の5N/cmを上回る高い密着強度を有していることが確認できた。
実施例1及び2で製造したメッキ部品の電気回路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におけるハンダ端子近傍の表面温度をサーモグラフィで測定した。各実施例のLED表面温度は、以下である。実施例1:70℃、実施例2:90℃。実施例1及び2のいずれのメッキ部品も、LEDジャンクション温度の仕様より計算したハンダ端子表面温度の目標値である110℃を下回り、放熱性が高いことが確認できた。また、実施例1のメッキ部品の方が、実施例2のメッキ部品よりも放熱性が高かった。これは、実施例1は実施例2よりも熱伝導性の高い樹脂を熱硬化性樹脂層に用いているためだと推測される。
実施例1~3で得られたメッキ部品を手で折り曲げ、基材の強度を評価した。アルミ板とエポキシ樹脂との複合材料である実施例1及び2の基材は、折り曲げても割れなかった。一方、エポキシ樹脂からなる実施例3の基材は、折り曲げることにより破損した。エポキシ樹脂は、厚肉の成形体から薄肉の成形体まで、高精度に成形が可能であるという利点を有するが、一方で、得られる成形体が硬くて脆いという欠点を有する。実施例1及び2では、エポキシ樹脂と、衝撃強度の高いアルミ板との複合材料を基材として用いることで、エポキシ樹脂の欠点を克服し、耐衝撃性及び可撓性のある基材が得られた。
本参考例では、フェノール樹脂であるノボラック(住友ベークライト製、PR-50064)を実施例1で用いた基材と同じサイズの樹脂板に射出成形して、基材として用いた。それ以外は、実施例1と同様の方法で、触媒活性妨害層を形成、レーザー描画、無電解メッキ触媒の付与及び無電解メッキをこの順に行いメッキ部品を得た。
本参考例では、基材として白色の繊維強化プラスチック(FRP)の板材を用いた。本参考例で用いたFRPは、ガラス繊維等の繊維と、熱硬化性樹脂である不飽和ポリエステル樹脂との複合材料である。本参考例の基材のサイズは、実施例1で用いた基材と同じサイズとした。基材にFRPの板材を用いた以外は、参考例1と同様の方法で、レーザー描画、無電解メッキ触媒の付与及び無電解メッキをこの順に行い、メッキ部品を得た。
参考例6及び7で製造したメッキ部品のメッキ部分を光学顕微鏡で観察した。いずれのメッキ部品においても、無電解メッキ膜は、レーザー描画部分のみに成長しており、無電解メッキ膜が形成される部分(レーザー描画部分)と形成されない部分(非レーザー描画部分)とのコントラストが明確であった。
熱硬化性樹脂層を設けないこと以外は参考例2と同様の基材を製造し、製造した基材に参考例2と同様の処理を施した。即ち、3Dプリンタを用いてABS樹脂を成形して基材を製造し、参考例1と同様の方法により、レーザー描画、無電解メッキ触媒の付与及び無電解メッキをこの順に行った。
熱硬化性樹脂層を設けないこと以外は参考例4と同様の基材を用意し、用意した基材に参考例4と同様の処理を施した。即ち、基材としてガラス板を用意し、参考例1と同様の方法により、レーザー描画、無電解メッキ触媒の付与及び無電解メッキをこの順に行った。
比較例1及び2におけるメッキ処理後の基材表面を目視で観察した。比較例1及び2のいずれの基材表面においても、レーザー描画の有無にかかわらず、無電解メッキ膜の形成は確認できなかった。
11 本体
12 熱硬化性樹脂層
12a 第1の領域
10a 第2の領域(光照射又は加熱した部分、レーザー描画部分)
10b 光照射又は加熱していない部分(非レーザー描画部分)
85 無電解メッキ膜
13 触媒活性妨害層
100、200 メッキ部品
Claims (8)
- メッキ部品の製造方法であって、
表面の少なくとも一部に、熱硬化性樹脂で形成された第1の領域を有する基材を用意することと、
第1の領域に触媒失活剤を付与することと、
前記触媒失活剤を付与した第1の領域の一部分を光照射又は加熱して、第2の領域を形成することと、
第2の領域を含む前記基材の表面に、金属塩を含む無電解メッキ触媒液を接触させることと、
前記無電解メッキ触媒液を接触させた、第2の領域を含む前記基材の表面に無電解メッキ液を接触させて、第2の領域に無電解メッキ膜を形成することとを含み、
前記熱硬化性樹脂がエポキシ樹脂を含み、
前記触媒失活剤が、アミド基及びジチオカルバメート基を有するハイパーブランチポリマーであることを特徴とするメッキ部品の製造方法。 - 前記基材が、熱硬化性樹脂で形成されていることを特徴とする請求項1に記載のメッキ部品の製造方法。
- 前記基材が、本体と、前記本体表面の少なくとも一部に形成される熱硬化性樹脂層とを含み、前記基材上の第1の領域が前記熱硬化性樹脂層により形成されており、
前記基材を用意することが、
前記本体を用意することと、
前記本体の表面に前記熱硬化性樹脂層を形成することとを含む請求項1に記載のメッキ部品の製造方法。 - 前記本体が、樹脂、ガラス、金属及びセラミックからなる群から選択される1つで形成されていることを特徴とする請求項3に記載のメッキ部品の製造方法。
- 前記基材を用意することが、
ガラスを含む前記本体を用意することと、
前記本体の表面に、エポキシ樹脂を含む前記熱硬化性樹脂層を形成することとを含む請求項3に記載のメッキ部品の製造方法。 - 前記基材が、透明であることを特徴とする請求項5に記載のメッキ部品の製造方法。
- 前記基材を用意することが、
3Dプリンタを用いて、熱可塑性樹脂を含む前記本体を成形することと、
前記本体の表面に、前記熱硬化性樹脂層を形成することとを含む請求項3に記載のメッキ部品の製造方法。 - 前記本体が、発泡成形体であることを特徴とする請求項3に記載のメッキ部品の製造方法。
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