KR20190002476A - 삼차원 성형 회로 부품 - Google Patents

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히로노리 오타
히데토 고토
나오키 우스키
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Abstract

높은 방열성을 가지며, 또한, 성형이 용이하고 생산성이 높은 삼차원 성형 회로 부품을 제공한다. 삼차원 성형 회로 부품에 있어서, 금속부와 수지부를 포함하는 기재와, 상기 수지부 상에 형성되어 있는 회로 패턴과, 상기 기재 상에 실장되어 있으며, 상기 회로 패턴과 전기적으로 접속되어 있는 실장 부품을 가지고, 상기 수지부의 일부는, 두께가 0.01㎜∼0.5㎜인 열가소성 수지를 포함하는 수지박막을 상기 금속부 상에 형성하고 있으며, 상기 실장 부품은, 상기 수지박막을 개재하여 상기 금속부 상에 배치되어 있다.

Description

삼차원 성형 회로 부품
본 발명은, 금속부와 수지부를 포함하는 기재에 회로 패턴이 형성된 삼차원 성형 회로 부품에 관한 것이다.
최근, MID(Molded Interconnected Device)가, 스마트폰 등에서 실용화되고 있으며, 금후, 자동차 분야에서의 응용 확대가 기대되고 있다. MID는, 성형체의 표면에 금속막으로 삼차원 회로를 형성한 디바이스이며, 제품의 경량화, 박육화 및 부품수 삭감에 공헌할 수 있다.
발광 다이오드(LED)가 실장된 MID도 제안되고 있다. LED는, 통전에 의해 발열하기 때문에 배면으로부터의 배열(排熱)이 필요하며, MID의 방열성을 높이는 것이 중요하게 된다.
특허문헌 1에서는, MID와 금속제의 방열 재료를 일체화한 복합 부품이 제안되고 있다. 특허문헌 1에 의하면, 이 복합 부품은, MID의 방열성과 소형화를 양립하고 있다. 한편, 방열성이 높은 금속과 수지 재료의 접착성은 일반적으로 낮다. 특허문헌 2에서는, 금속과 수지 재료의 밀착성을 향상시키는 나노 몰딩 테크놀로지(NMT)가 제안되고 있다. 나노 몰딩 테크놀로지(NMT)에서는, 금속의 표면을 화학적으로 조화(粗化)하여 나노 레벨의 크기의 요철 마련한 후, 수지 재료와 일체 성형한다. 특허문헌 2에 의하면, 나노 몰딩 테크놀로지(NMT)를 이용하면, 금속과 수지 재료의 접합 계면의 접촉 면적이 현저하게 확대되어 밀착성이 향상하고, 히트 쇼크 시험에 있어서의 금속과 수지 재료의 사이에서의 박리가 억제되어, 방열성도 향상한다. 특허문헌 3에서는, 나노 몰딩 테크놀로지(NMT)를 이용하여, 금속과 수지 재료를 접합하여 제조한 LED용 방열 램프가 제안되고 있다.
일본국 특허 제3443872호 공보 일본국 공개특허 특개2009-6721호 공보 일본국 특허 제5681076호 공보
그러나, 최근, 전자기기는 고성능화 및 소형화하여, 이에 이용되는 MID도 고밀도, 고기능화가 진행되어, 보다 높은 방열성이 요구되고 있다. 본 발명은, 이들의 과제를 해결하는 것이며, 높은 방열성을 가지며, 또한, 성형이 용이하고 생산성이 높은 삼차원 성형 회로 부품을 제공한다.
본 발명의 제 1 양태에 따르면, 삼차원 성형 회로 부품에 있어서, 금속부와 수지부를 포함하는 기재와, 상기 수지부 상에 형성되어 있는 회로 패턴과, 상기 기재 상에 실장되어 있으며, 상기 회로 패턴과 전기적으로 접속되어 있는 실장 부품을 가지고, 상기 수지부는, 그 일부로서, 두께가 0.01㎜∼0.5㎜인 열가소성 수지를 포함하는 수지박막을 포함하고, 상기 수지박막은 상기 금속부 상에 형성되어 있으며, 상기 실장 부품은, 상기 수지박막을 개재하여 상기 금속부 상에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 삼차원 성형 회로 부품이 제공된다.
본 양태에 있어서, 상기 수지박막 상에 배치되는 상기 실장 부품 1개당의 상기 수지박막의 면적이, 0.1㎠∼25㎠이어도 된다. 상기 기재가, 상기 금속부와 상기 수지부의 일체 성형체여도 된다.
본 발명의 제 2 양태에 따르면, 삼차원 성형 회로 부품에 있어서, 금속부와 수지부를 포함하는 기재와, 상기 수지부 상에 형성되어 있는 회로 패턴과, 상기 금속부 상에 형성되어 있는, 열경화성 수지 또는 광경화성 수지를 포함하는 수지박막과, 상기 수지박막 상에 실장되어 있으며, 상기 회로 패턴과 전기적으로 접속되어 있는 실장 부품을 가지는 삼차원 성형 회로 부품이 제공된다.
본 양태에 있어서, 상기 수지박막의 두께가 0.01㎜∼0.5㎜여도 된다. 또한, 상기 수지박막에는, 절연성의 방열 재료가 함유되어 있어도 된다.
본 발명의 제 1 및 제 2 양태에 있어서, 상기 수지부가 발포셀을 포함하고 있어도 되며, 또한, 상기 수지박막이 실질적으로 발포셀을 포함하지 않아도 된다. 상기 금속부가, 방열핀이어도 된다. 상기 실장 부품이 LED여도 된다. 상기 금속부의 표면에는, 니켈인막이 형성되어 있어도 된다.
본 발명의 제 1 및 제 2 양태에 있어서, 상기 기재 상에는, 상기 수지부에 의해 형성되는 측벽과, 상기 수지박막에 의해 형성되는 바닥에 의하여 오목부가 구획되어 있으며, 1개의 상기 오목부에 대하여 1개의 상기 실장 부품이 실장되어 있으며, 상기 오목부의 바닥의 형상 및 면적이, 상기 바닥과 접촉하는 상기 실장 부품의 면의 형상 및 면적과 대략 동일하여도 된다.
본 발명은, 높은 방열성을 가지며, 또한, 성형이 용이하고 생산성이 높은 삼차원 성형 회로 부품을 제공한다.
도 1은, 제 1 실시형태에서 제조하는 삼차원 성형 회로 부품의 단면 모식도이다.
도 2는, 도 1에 나타내는 삼차원 성형 회로 부품의 단면 모식도에 있어서의 실장 부품주변의 확대도이다.
도 3은, 제 1 실시형태에서 제조하는 삼차원 성형 회로 부품의 다른 예의 단면 모식도이다.
도 4(a) 및 (b)는, 제 1 실시형태에서 제조하는 삼차원 성형 회로 부품의 또 다른 예의 단면 모식도이다.
도 5는, 제 1 실시형태의 변형예 1에서 제조하는 삼차원 성형 회로 부품의 단면 모식도이다.
도 6은, 제 1 실시형태의 변형예 2에서 제조하는 삼차원 성형 회로 부품의 단면 모식도이다.
도 7은, 제 2 실시형태에서 제조하는 삼차원 성형 회로 부품의 단면 모식도이다.
[제 1 실시형태]
(1) 삼차원 성형 회로 부품
본 실시형태에서는, 도 1에 나타내는 삼차원 성형 회로 부품(100)에 대해서 설명한다. 삼차원 성형 회로 부품(100)은, 금속부(11)와 수지부(12)를 포함하는 기재(10)와, 수지부(12) 상에, 도금막에 의해 형성된 회로 패턴(14)과, 기재(10) 상에 형성된 오목부(13)에 실장되며, 회로 패턴(14)과 전기적으로 접속되는 실장 부품(15)을 가진다. 도 2에 나타내는 바와 같이, 오목부(13)의 측벽(13a)은, 수지부(12)에 의해 형성되고, 오목부(13)의 바닥(13b)은 수지박막(16)에 의해 형성된다. 실장 부품(15)은, 수지박막(16)을 개재하여 금속부(11) 상에 배치된다. 본 실시형태에서는, 수지박막(16)은 수지부(12)의 일부이다. 따라서, 수지박막(16)은 수지부(12)와 동일한 수지에 의해 형성된다.
기재(10)는, 금속부(11)와 수지부(12)를 접합한 복합체이면 임의의 것을 이용할 수 있지만, 본 실시형태에서는, 금속부(11)와 수지부(12)를 일체 성형한 일체 성형체를 이용한다. 여기에서, 일체 성형이란, 별개로 작성된 부재의 접착이나 접합(2차 접착이나 기계적 접합)이 아닌, 부재의 성형 시에 각 부재를 접합하는 가공(전형적으로는 인서트 성형)을 의미한다.
금속부(11)는, 기재(10)에 실장되는 실장 부품(15)이 발생하는 열을 방열한다. 따라서, 금속부(11)에는 방열성이 있는 금속을 이용하는 것이 바람직하고, 예를 들면, 철, 구리, 알루미늄, 티탄, 마그네슘, 스테인리스강(SUS) 등을 이용할 수 있다. 그 중에서도, 경량화, 방열성 및 비용의 관점에서, 마그네슘, 알루미늄을 이용하는 것이 바람직하다. 이들의 금속은, 단독으로 이용하여도 되고, 2종류 이상을 혼합하여 이용하여도 된다.
수지부(12)는, 그 위에 형성되는 회로 패턴(14)과 도체인 금속부(11)를 절연시킨다. 수지부(12)는, 땜납 리플로우 내성을 가지는 내열성이 있는 고융점의 열가소성 수지를 이용하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 6T 나일론(6TPA), 9T 나일론(9TPA), 10T 나일론(10TPA), 12T 나일론(12TPA), MXD6 나일론(MXDPA) 등의 방향족 폴리아미드 및 이들의 얼로이 재료, 폴리페닐렌술파이드(PPS), 액정 폴리머(LCP), 폴리에테르에테르케톤(PEEK), 폴리에테르이미드(PEI) 등을 이용할 수 있다. 이들의 열가소성 수지는, 단독으로 이용하여도 되고, 2종류 이상을 혼합하여 이용하여도 된다. 또한, 본 실시형태에서는, 실장 부품(15)이 납땜에 의해 실장되는 수지박막(16)은, 수지부(12)의 일부이다. 이 때문에, 수지부(12)에 이용하는 수지는, 납땜이 가능하도록, 융점이 260℃ 이상인 것이 바람직하고, 290℃ 이상인 것이 보다 바람직하다. 한편, 실장 부품(15)의 실장에, 저온 땜납을 이용하는 경우는 이로 한정되지 않는다. 또한, 치수 안정성이나 강성 향상의 관점에서, 이들의 열가소성 수지에는, 글라스 필러나 미네랄 필러 등의 무기 필러가 함유되어도 된다.
금속부(11) 및 수지부(12)의 형상 및 크기는, 삼차원 성형 회로 부품(100)의 용도에 따라 임의의 형상 및 크기로 할 수 있다. 수지부(12) 상에는 회로 패턴(14)이 입체적으로 형성되기 때문에, 수지부(12)는, 복수의 면을 가지거나, 또는 구면(球面) 등을 포함하는 입체형상의 면을 가진다. 본 실시형태에서는, 도 1에 나타내는 바와 같이, 굴곡한 금속판인 금속부(11) 상에, 열가소성 수지층인 수지부(12)를 일체로 성형한다. 이에 의해, 열가소성 수지층(수지부(12))은, 굴곡한 금속판(금속부(11))을 따라 굴곡하여, 복수의 면을 가진다. 금속판(금속부(11))의 두께(t11)는, 방열성의 관점에서, 예를 들면, 0.5㎜ 이상이며, 바람직하게는, 1㎜ 이상이며, 한편, 중량 및 비용의 저감, 및 가공성 향상의 관점에서, 예를 들면, 20㎜ 이하이며, 10㎜ 이하인 것이 바람직하다. 여기에서, 금속판(금속부(11))의 두께(t11)는, 수지부(12)의 계면에 수직한 방향에 있어서의 두께이다. 열가소성 수지층(수지부(12))의 두께(t12)는, 성형의 용이성이라고 하는 관점에서, 예를 들면, 0.5㎜ 이상이며, 1㎜ 이상이 바람직하며, 한편, 비용의 관점에서, 예를 들면, 5㎜ 이하이며, 3㎜ 이하인 것이 바람직하다. 여기에서, 열가소성 수지층(수지부(12))의 두께(t12)란, 실장 부품(15)이 실장되는 오목부(13) 이외의 부분의 두께이며, 금속부(11)의 계면에 수직한 방향에 있어서의 두께이다. 또한, 열가소성 수지층(수지부(12))은, 회로 패턴(14)과 금속부(11)의 절연을 위해 마련되기 때문에, 회로 패턴(14)이 형성되어 있지 않은 부분에는 열가소성 수지층(수지부(12))을 마련하지 않아도 된다.
또한, 본 실시형태에서는, 금속부(11)는 금속판으로 한정되지 않으며, 다이 캐스트로 성형되는 복잡형상의 금속을 이용하는 것도 가능하다.
회로 패턴(14)은, 절연체인 수지부(12) 상에 형성되기 때문에, 무전해 도금에 의해 형성되는 것이 바람직하다. 따라서, 회로 패턴(14)은, 예를 들면, 무전해 니켈인 도금막, 무전해 구리 도금막, 무전해 니켈 도금막 등의 무전해 도금막을 포함하고 있어도 되며, 그 중에서도, 무전해 니켈인 도금막을 포함하는 것이 바람직하다. 회로 패턴(14)을 무전해 니켈인 도금막으로 형성하면, 동시에 금속부(11)의 표면에 니켈인막(무전해 니켈인 도금막)(18)을 형성할 수 있으며, 금속부(11)의 내식성을 향상할 수 있다. 회로 패턴(14)은, 무전해 도금막 상에, 다른 종류의 무전해 도금막이나 전해 도금막이 더 적층되어 있어도 된다. 도금막의 총 두께를 두껍게 함으로써 회로 패턴(14)의 전기 저항을 작게 할 수 있다. 전기 저항을 내리는 관점에서, 무전해 도금막 상에 적층하는 도금막은, 무전해 구리 도금막, 전해 구리 도금막, 전해 니켈 도금막 등이 바람직하다. 또한, 땜납 리플로우에 대응할 수 있도록 도금막의 땜납 젖음성을 향상시키기 위해서, 주석, 금, 은 등의 도금막을 회로 패턴(14)의 최표면에 형성하여도 된다.
회로 패턴(14)은, 수지부(12)의 복수의 면에 걸쳐서, 또는 구면 등을 포함하는 입체형상의 면을 따라 입체적으로 형성된다. 회로 패턴(14)은, 수지부(12)의 복수의 면에 걸쳐서, 또는 구면 등을 포함하는 입체형상의 표면을 따라 입체적으로 형성되고, 또한, 도전성을 가지는 입체 전기회로이다. 회로 패턴(14)은 오목부(13)에 실장되는 실장 부품(15)과 전기적으로 접속되기 때문에, 오목부(13)의 측벽(13a) 및 바닥(13b) 상에 형성되어도 된다.
실장 부품(15)은, 땜납(17)에 의해 회로 패턴(14)과 전기적으로 접속되며, 통전에 의해 열을 발생하여 발열원이 된다. 실장 부품(15)으로서는, 예를 들면, LED(발광 다이오드), 파워 모듈, IC(집적회로), 열저항 등을 들 수 있다. 본 실시형태에서는, 실장 부품(15)으로서 LED를 이용한다. 본 실시형태의 삼차원 성형 회로 부품(100)은, 발열량이 큰 LED를 실장 부품으로서 이용하여도, LED가 발생하는 열을 효율적으로 방열할 수 있다. 또한, LED는 발광면과는 반대측의 배면으로부터 발열한다. 본 실시형태의 삼차원 성형 회로 부품(100)은, LED(실장 부품(15))의 배면측에 방열 부재가 되는 금속부(11)를 배치함으로써, LED가 발생하는 열을 효율적으로 방열할 수 있다.
실장 부품(15)은, 기재(10) 상에 형성된 오목부(13)에 실장된다. 1개의 오목부(13)에 대하여, 1개 실장 부품(15)이 실장되어도 되고, 복수의 실장 부품(15)이 실장되어도 된다. 오목부(13)의 측벽(13a)은, 수지부(12)에 의해 형성되고, 오목부(13)의 바닥(13b)은 수지박막(16)에 의해 형성된다. 실장 부품(15)은, 수지박막(16)을 개재하여 금속부(11) 상에 배치된다. 본 실시형태에서는, 수지박막(16)은 수지부(12)의 일부이다. 즉, 본 실시형태에서는, 오목부(13)는 열가소성 수지층(수지부(12))에 형성되며, 수지박막(16)은 열가소성 수지층의 두께가 얇은 부분이다. 따라서, 수지박막(16)은 수지부(12)와 동일한 열가소성 수지에 의해 형성된다. 본 실시형태에 있어서, 금속부(11)와, 수지박막(16)을 포함하는 수지부(12)가, 기재(10)를 구성하고 있다.
방열의 관점에서는, 실장 부품(15)을 직접, 금속부(11) 상에 배치하는 것이 바람직하지만, 실장 부품(15)과 금속부(11)는 절연될 필요가 있기 때문에, 직접적인 실장은 어렵다. 본 실시형태에서는, 얇은 수지박막(16)을 개재하여 실장 부품(15)을 금속부(11) 상에 배치함으로써, 실장 부품(15)과 금속부(11)의 절연과 방열성을 양립하고 있다.
수지박막(16)의 두께(t16)는, 0.01㎜∼0.5㎜이다. 수지 재료는 단열성을 가지기 때문에, 수지박막(16)의 두께(t16)가 일반적인 사출 사형체의 두께인 1∼5㎜ 정도이면, 방열성이 불충분하게 된다. 수지박막(16)의 두께(t16)를 0.5㎜ 이하로 함으로써, 실장 부품(15)이 발생하는 열을 금속부(11)에 의해 충분히 방열할 수 있다. 또한, 실장 부품(15)은 회로 패턴(14)과 전기적으로 접속되기 때문에, 수지박막(16) 상에도 배선이 도금막에 의해 형성되어도 된다. 상세한 것은 후술하지만, 도금막으로 이루어지는 배선의 형성에는 레이저 묘화를 이용하기 때문에, 수지박막(16)에는 레이저 묘화에 의해 막이 관통되지 않을 두께가 필요하다. 또한, 본 실시형태의 수지박막(16)은, 예를 들면, 인서트 성형 등에 의해 성형되기 때문에, 용융 수지가 유동가능한 두께가 필요하다. 수지박막(16)의 두께(t16)가 0.01㎜ 이상이면, 수지박막(16) 상에의 레이저 묘화를 이용한 배선의 형성이 가능하고, 또한 인서트 성형을 이용한 수지박막(16)의 성형도 가능하게 된다. 이상 설명한 관점에서, 수지박막(16)의 두께(t16)는, 0.1㎜∼0.2㎜가 더 바람직하다.
또한, 수지박막(16)의 두께(t16)가 일정하지 않을 경우, 수지박막(16)의 두께의 평균값(평균 두께)이, 0.01㎜∼0.5㎜이며, 바람직하게는, 0.1㎜∼0.2㎜이다. 수지박막(16)의 두께의 평균값(평균 두께)은, 예를 들면, 수지박막(16)과 금속부(11)의 계면에 수직한 방향에 있어서의, 수지박막(16)의 단면에 있어서, 수지박막(16)의 두께를 3개소, 또는 그 이상 측정하여, 측정값의 평균값으로서 구할 수 있다. 또한, 수지박막(16)의 두께(t16)가 일정하지 않을 경우여도, 수지박막(16)의 두께(t16)는, 0.01㎜∼0.5㎜의 범위 내에서 변동하고 있는 것이 바람직하고, 0.1㎜∼0.2㎜의 범위 내에서 변동하고 있는 것이 보다 바람직하다. 즉, 두께(t16)가 0.1㎜∼0.2㎜의 범위, 바람직하게는, 0.1㎜∼0.2㎜의 범위인 영역이, 수지박막(16)이어도 된다.
수지박막(16)의 면적, 즉, 오목부(13)의 바닥(13b)의 면적은, 수지박막(16) 상에 배치되는 실장 부품(15), 1개당, 0.1㎠∼25㎠인 것이 바람직하다. 수지박막(16)의 면적이 넓을수록, 방열 효과는 높아지지만, 성형이 어렵게 된다. 수지박막(16)의 면적을 상기 범위 내로 하면, 높은 방열 효과와 성형의 용이성을 양립할 수 있다. 본 실시형태에서는, 방열성이 높은 수지박막(16)을 실장 부품(15)이 실장되는 부분으로 한정한다. 이에 의해, 성형하기 어려운 박막 부분을 최소한으로 하여, 성형의 용이성을 높이고, 결과적으로서, 삼차원 성형 회로 부품의 생산성을 높이고 있다.
본 실시형태에 있어서, 수지박막(16)의 면적이란, 도 2에 나타내는 바와 같이, 예를 들면, 주위의 수지부(12)의 두께(t12)보다도 얇은, 두께(t16)를 가지는 영역(S16)의 면적이며, 오목부(13)의 바닥(13b)의 면적이다. 또한, 영역(S16)은, 실장 부품(15)이 접촉하고 있는 영역에 한정되지 않으며, 도 2에 나타내는 바와 같이, 실장 부품(15)이 접촉하고 있는 영역(S15)보다 넓은 영역이어도 된다.
오목부(13)는, 실장 부품(15)의 실장 위치의 위치 결정용 오목부로서 이용할 수 있다. 삼차원 회로(입체회로)에서는, 3방향에 있어서 실장 부품의 실장 위치를 결정하지 않으면 안되고, 이차원 회로(평면 회로)와 비교하여 실장 위치의 위치 결정이 곤란하다. 본 실시형태의 삼차원 성형 회로 부품(100)에서는, 실장 부품(15)의 실장 위치를 오목부로 함으로써, 실장 위치의 검출이 용이하게 된다. 오목부(13)를 실장 부품(15)의 위치 결정용 오목부로서 이용할 경우에는, 예를 들면, 도 3에 나타내는 바와 같이, 1개의 오목부(13)에 대하여 1개의 실장 부품(15)을 실장하고, 오목부(13)의 바닥(13b)의 형상 및 면적이, 바닥(13b)과 접하는 실장 부품(15)의 면의 형상 및 면적과 대략 동일한 것이 바람직하다. 이 경우, 도 3에 나타내는 바와 같이, 수지박막(16)의 면적(영역(S16)의 면적)은, 실장 부품(15)이 접촉하고 있는 영역(S15)의 면적과 대략 동일하다. 이에 의해, 실장 부품(15)의 실장 위치의 위치 결정이 더 용이하게 된다. 실장 부품(15)의 실장 위치의 위치 결정을 용이하게 하는 관점에서, 오목부(13)의 깊이(d13)는, 0.1㎜∼5㎜가 바람직하다.
본 실시형태의 금속부(11)의 표면에는, 니켈인막(18)이 형성되어 있어도 된다. 니켈인막(18)은 내식성이 높기 때문에, 금속부(11)의 내식성을 높일 수 있다.
(2) 삼차원 성형 회로 부품의 제조 방법
삼차원 성형 회로 부품(100)의 제조 방법에 대해서 설명한다. 우선, 금속부(11)와 수지부(12)를 포함하는 기재(10)를 제조한다. 본 실시형태에서는, 금속부(11)를 앞서 배치한 금형 내에, 열가소성 수지를 사출 충전하여 수지부(12)를 성형하는 인서트 성형(일체 성형)에 의해, 기재(10)를 제조한다. 금속부(11)와 수지부(12)의 밀착성을 향상시키기 위해서, 예를 들면, 특허문헌 2 또는 3에 개시되어 있는 나노 몰딩 테크놀로지(NMT)를 이용하여도 된다. 또한, 금속부(11)와 수지부(12)의 밀착성을 향상시키는 다른 방법으로서, 금속부(11)와 수지부(12)의 표면형상을 물리적으로 이탈하지 않는 형상으로 하여도 된다.
본 실시형태에서는, 수지박막(16)은 수지부(12)의 일부이며, 오목부(13)는 수지부(12)의 표면에 형성된다. 따라서, 본 실시형태에서는, 캐비티 내에 오목부(13)에 대응하는 볼록부가 형성된 금형을 이용하여, 수지박막(16)을 포함하는 수지부(12)를 성형한다.
다음으로, 수지부(12) 상에 도금막에 의해 형성된 회로 패턴(14)을 형성한다. 회로 패턴(14)을 형성하는 방법은, 특별하게 한정되지 않으며, 범용의 방법을 이용할 수 있다. 예를 들면, 도금막에 포토레지스트로 패터닝하고, 에칭에 의해 회로 패턴 이외의 부분의 도금막을 제거하는 방법, 회로 패턴을 형성하고 싶은 부분에 레이저광을 조사하여 기재를 조화하는, 또는 관능기를 부여하여 레이저광 조사 부분에만 도금막을 형성하는 방법 등을 들 수 있다.
본 실시형태에서는, 이하에 설명하는 방법에 의해 회로 패턴(14)을 형성한다. 우선, 수지부(12)의 표면에, 촉매 활성 방해층을 형성한다. 다음으로, 촉매 활성 방해층이 형성된 수지부(12)의 표면에, 무전해 도금막을 형성하는 부분, 즉, 회로 패턴(14)을 형성하는 부분을 레이저 묘화한다. 레이저 묘화한 수지부(12)의 표면에 무전해 도금 촉매를 부여하고, 다음으로, 무전해 도금액을 접촉시킨다. 이 방법에 있어서는, 촉매 활성 방해층은, 그 위에 부여되는 무전해 도금 촉매의 촉매 활성을 막는다(방해한다). 이 때문에, 촉매 활성 방해층 상에서는, 무전해 도금막의 생성이 억제된다. 한편, 레이저 묘화 부분은, 방해층이 제거되기 때문에, 무전해 도금막이 생성된다. 이에 의해, 수지부(12)의 표면에 무전해 도금막에 의해 회로 패턴(14)을 형성할 수 있다.
촉매 활성 방해층은, 예를 들면, 아미드기 및 아미노기의 적어도 일방을 가지는 폴리머(이하, 적당히 「아미드기/아미노기 함유 폴리머」라고 기재한다)를 포함하는 것이 바람직하다. 아미드기/아미노기 함유 폴리머는, 무전해 도금 촉매의 촉매 활성을 막는(방해하는) 또는 저하시키는 촉매 활성 방해제로서 작용한다. 아미드기/아미노기 함유 폴리머가 무전해 도금 촉매의 촉매 활성을 막는 메커니즘은 확실하지는 않지만, 아미드기 및 아미노기가, 무전해 도금 촉매에 흡착, 배위, 반응 등 되어, 이에 의해, 무전해 도금 촉매가 촉매로서 작용할 수 없게 되는 것이라고 추측된다.
아미드기/아미노기 함유 폴리머는, 임의의 것을 이용할 수 있지만, 무전해 도금 촉매의 촉매 활성을 막는 관점에서는, 아미드기를 가지는 폴리머가 바람직하고, 또한, 측쇄를 가지는 분기 폴리머가 바람직하다. 분기 폴리머에 있어서는, 측쇄가 아미드기 및 아미노기의 적어도 일방을 포함하는 것이 바람직하고, 측쇄가 아미드기를 포함하는 것이 보다 바람직하다. 분기 폴리머는, 덴드리틱 폴리머인 것이 바람직하다. 덴드리틱 폴리머란, 빈번히 규칙적인 분기를 반복하는 분자구조로 구성된 폴리머이며, 덴드리머와 하이퍼 브랜치 폴리머로 분류된다. 덴드리머는, 핵이 되는 분자를 중심으로, 규칙적이고 완전하게 수상(樹狀) 분기한 구조를 가진다, 직경 수 ㎚의 구형(球形)의 폴리머이며, 하이퍼 브랜치 폴리머는, 완전한 수상 구조를 가지는 덴드리머와는 달리, 불완전한 수상 분기를 가지는 폴리머이다. 덴드리틱 폴리머 중에서도, 하이퍼 브랜치 폴리머는, 비교적 합성이 용이하며 또한 저렴하기 때문에, 본 실시형태의 분기 폴리머로서 바람직하다.
레이저 묘화에 이용하는 레이저광 및 무전해 도금 촉매는, 특별하게 한정되지 않으며, 범용의 것을 적절히 선택하여 이용할 수 있다.
무전해 도금액은, 특별하게 한정되지 않으며, 범용의 것을 적절히 선택하여 이용할 수 있지만, 이하에 설명하는 이유로부터, 중성의 무전해 니켈인 도금액이 바람직하다. 여기에서, 「중성」의 무전해 니켈인 도금액이란, 예를 들면 pH가 5.5∼7.0인 무전해 니켈인 도금액을 말한다. 본 발명자들의 검토에 의하면, 금속부(11)는, 사용하는 금속의 종류에 따라서는, 무전해 도금액에 침식되어, 부식될 우려가 있는 것을 알았다. 예를 들면, 알칼리성의 무전해 구리 도금액을 이용하면, 금속부(11)에 마그네슘을 이용하였을 경우에는 부식은 생기지 않지만, 알루미늄을 이용하였을 경우에는 부식이 생긴다. 한편, 중성의 무전해 니켈인 도금액을 이용하면, 알루미늄의 부식을 억제할 수 있다. 따라서, 무전해 니켈인 도금액을 이용함으로써, 금속부(11)에 이용하는 금속의 선택의 폭이 넓어지고, 예를 들면, 마그네슘보다 저렴한 알루미늄을 금속부(11)에 이용할 수 있다. 또한, 도금 반응성을 높이는 관점에서는, pH4.0∼5.5 정도의 약산성의 무전해 니켈인 도금액을 이용하여도 된다. 이 경우, 산성액에 의한 알루미늄의 침식 속도보다도 알루미늄 표면에의 니켈인 도금막의 성장 속도가 빨라지게 때문에, 도금막을 피복시킬 수 있으며, 알루미늄에 데미지를 줄 일이 없다. 또한, 알루미늄은, 표면에 산화 피막을 형성하는 양극 산화법(알루마이트 처리)에 의해, 내식성이 향상되는 것이 알려져 있지만, 알루마이트 처리는 비용 상승의 요인이 된다. 본 실시형태에서는, 알루마이트 처리를 행하지 않더라도, 회로 패턴(14)의 형성에 무전해 니켈인 도금액을 이용함으로써, 회로 패턴(14)의 형성과 동시에 알루미늄의 표면에 니켈인막(18)을 형성할 수 있으며, 금속부(11)의 내식성을 향상할 수 있다.
회로 패턴(14)의 형성에 있어서는, 무전해 도금막 상에, 다른 종류의 무전해 도금막이나 전해 도금막을 더 적층하여도 된다. 이 때, 금속부(11)의 표면에 니켈인막(18)이 형성되어 있으면, 다른 무전해 도금액 또는 전해 도금액에 의한 금속부(11)의 부식을 억제할 수 있다.
수지부(12)에 회로 패턴(14)을 형성한 후, 기재(10) 상에 형성된 오목부(13)에 실장 부품(15)을 실장하고, 회로 패턴(14)과 전기적으로 접속시킨다. 이에 의해, 본 실시형태의 삼차원 성형 회로 부품(100)이 얻어진다. 실장 방법은 특별하게 한정되지 않으며, 범용의 방법을 이용할 수 있으며, 예를 들면, 고온의 리플로우로(爐)에 실장 부품(15)을 배치한 기재(10)를 통과시키는 땜납 리플로우법, 또는 레이저광을 기재(10)와 실장 부품(15)의 계면에 조사하여 납땜을 행하는 레이저 납땜법(스폿 실장)에 의해, 실장 부품(15)을 기재(10)에 납땜하여도 된다.
또한, 이상 설명한 본 실시형태의 삼차원 성형 회로 부품(100)에서는, 기재(10) 상에 형성된 오목부(13)에 실장 부품(15)을 실장하지만, 본 실시형태는 이에 한정되지 않는다. 예를 들면, 도 4(a) 및 (b)에 나타내는 바와 같이, 실장 부품(15)이, 두께가 0.01㎜∼0.5㎜의 수지박막(16)을 개재하여 금속부(11) 상에 배치되어 있으면, 실장 부품(15)은 반드시 오목부에 실장되어 있을 필요는 없다. 실장 부품(15)을 오목부에 실장하지 않더라도, 수지박막(16) 상에 실장함으로써, 실장 부품(15)이 발생하는 열을 금속부(11)에 의해 충분히 방열할 수 있다.
[변형예 1]
다음으로, 도 5에 나타내는 본 실시형태의 변형예 1에 대해서 설명한다. 상기 서술의 도 1에 나타내는 삼차원 성형 회로 부품(100)에서는, 금속부(11)로서 굴곡한 금속판을 이용하였지만, 도 5에 나타내는 변형예 1의 삼차원 성형 회로 부품(200)에서는, 금속부(21)로서 방열핀을 이용한다. 금속부(21)에 방열핀을 이용한 것 이외의 삼차원 성형 회로 부품(200)의 구성은, 삼차원 성형 회로 부품(100)과 마찬가지이다. 삼차원 성형 회로 부품(200)은, 금속부(21)에 방열핀을 이용한 것 이외에는, 삼차원 성형 회로 부품(100)과 마찬가지의 방법에 의해 제조할 수 있다. 삼차원 성형 회로 부품(200)은, 금속부(21)에 방열핀을 이용함으로써, 방열 효과를 더욱 높일 수 있다.
[변형예 2]
다음으로, 도 6에 나타내는 본 실시형태의 변형예 2에 대해서 설명한다. 도 6에 나타내는 변형예 2의 삼차원 성형 회로 부품(300)에서는, 수지부(32)가 발포셀(39)을 포함한다. 한편, 수지박막(36)은 실질적으로 발포셀을 포함하지 않는다. 여기에서, 수지박막(36)이 「실질적으로 발포셀을 포함하지 않는다」란, 수지박막(36)이 전혀 발포셀을 포함하지 않는 경우에 더하여, 수지박막(36)이 그 방열성 및, 리플로우 시에 악영향을 주지 않는 정도의 소량의 발포셀을 포함하는 경우도 포함한다. 즉, 수지박막(36)에 발포셀이 포함된다고 하여도, 그 양은 얼마 되지 않아, 수지박막(36)에 포함되는 발포셀의 밀도는, 수지박막(36) 이외의 부분의 수지부(32)에 포함되는 발포셀(39)의 밀도보다도 낮다. 수지부(32) 이외의 삼차원 성형 회로 부품(300)의 구성은, 삼차원 성형 회로 부품(100)과 마찬가지이다.
본 변형예의 삼차원 성형 회로 부품(300)은, 수지부(32)가 발포셀(39)을 가짐으로써, 부품 전체의 경량화 및 치수 정밀도 향상이 도모된다. 한편, 수지박막(36)은 실질적으로 발포셀(39)을 포함하지 않기 때문에, 수지박막(36)의 방열성은 유지된다.
본 변형예의 삼차원 성형 회로 부품(300)의 제조 방법에 대해서 설명한다. 우선, 금속부(11)와 수지부(32)를 포함하는 기재(30)를 일체 성형에 의해 제조한다. 이 때, 수지부(32)를 발포 성형한다. 수지부(32)는, 이산화탄소나 질소 등의 물리 발포제를 이용하여 발포 성형하는 것이 바람직하다. 발포제의 종류에는, 화학 발포제와 물리 발포제가 있지만, 화학 발포제는 분해 온도가 낮기 때문에 고융점의 수지 재료를 발포시키는 것이 어렵다. 수지부(32)에는, 고융점의 내열성이 높은 수지를 이용하는 것이 바람직하다. 물리 발포제를 이용하면, 고융점 수지를 이용하여, 수지부(32)를 발포 성형할 수 있다. 물리 발포제를 이용한 성형법으로서는, 초임계 유체를 이용한 MuCell(등록상표)이나, 본 발명자들이 제안하는 고압 설비를 불필요로 하는 저압 발포 성형법(예를 들면, WO 2013/027615호 공보에 기재)을 이용할 수 있다.
본 변형예에서는, 수지부(32)의 성형에 있어서, 물리 발포제의 용해에 의해 용융 수지 점도가 저하된다. 이에 의해, 금형 캐비티 내의 수지박막(36)에 대응하는 좁은 영역에 있어서의 용융 수지의 유동이 촉진되어, 수지박막(36)의 성형이 용이하게 된다. 또한, 금형 캐비티 내의 수지박막(36)에 대응하는 좁은 영역에서는, 용융 수지의 고화(固化) 속도가 빠르기 때문에, 발포셀이 성장하기 어렵다. 이에 의해, 수지박막(36)에는, 실질적으로 발포셀(39)이 형성되기 어렵다. 수지박막(36) 내에서의 발포셀의 형성을 억제하는 관점에서는, 수지박막(36)의 두께(t36)는, 0.01㎜∼0.3㎜가 바람직하고, 0.01㎜∼0.2㎜가 보다 바람직하고, 0.01㎜∼0.1㎜가 더 바람직하다.
다음으로, 상기 서술한 삼차원 성형 회로 부품(100)과 마찬가지의 방법에 의해, 수지부(32)에 도금막에 의해 형성된 회로 패턴(14)을 형성한다. 회로 패턴(14)을 형성한 후, 기재(30) 상에 형성된 오목부(33)에 실장 부품(15)을 실장하고, 회로 패턴(14)과 전기적으로 접속시킨다. 이에 의해, 본 변형예의 삼차원 성형 회로 부품(300)이 얻어진다. 본 변형예에서는, 실장 부품(15)을 레이저 납땜법(스폿 실장)에 의해 실장하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 실장 부품(15)을 땜납 리플로우법에 의해 실장할 경우에는, 기재(30)를 온도 230∼240℃ 이상의 리플로우로에 통과시킬 필요가 있다. 이 때, 수지부(32)에 리플로우 온도보다도 높은 융점을 가지는 열가소성 수지를 이용하여도, 발포 성형체인 수지부(32)는, 내부의 수분 등의 팽창에 의해 표면이 부풀어오를 우려가 있다. 한편, 레이저 납땜법(스폿 실장)은, 고온이 되는 범위를 최소한으로 저지할 수 있다. 레이저광을 조사하는 부분은, 발포셀이 실질적으로 존재하지 않는 수지박막(36)이므로, 레이저광에 의해 가열되어도, 표면의 부풀어오름이 생기기 어렵다.
[제 2 실시형태]
(1) 삼차원 성형 회로 부품
본 실시형태에서는, 도 7에 나타내는 삼차원 성형 회로 부품(400)에 대해서 설명한다. 삼차원 성형 회로 부품(400)은, 금속부(41)와 수지부(42)를 포함하는 기재(40)와, 수지부(42) 상에 도금막에 의해 형성된 회로 패턴(14)과, 기재(40) 상에 형성된 오목부(43)에 실장되며, 회로 패턴(14)과 전기적으로 접속되는 실장 부품(15)을 가진다. 오목부(43)의 측벽(43a)은, 수지부(42)에 의해 형성되고, 오목부(43)의 바닥(43b)은 수지박막(46)에 의해 형성된다. 실장 부품(15)은, 수지박막(46)을 개재하여 금속부(41) 상에 배치된다. 제 1 실시형태에서는, 도 1에 나타내는 바와 같이, 수지박막(16)은 수지부(12)의 일부이며, 열가소성 수지에 의해 형성된다. 한편, 본 실시형태에서는, 도 7에 나타내는 바와 같이, 수지박막(46)은 수지부(42)의 일부가 아닌, 열경화성 수지 또는 광경화성 수지에 의해 형성된다.
기재(40)는, 금속부(41)와 수지부(42)를 접합한 복합체이면, 제 1 실시형태와 마찬가지로 임의의 것을 이용할 수 있다. 또한, 제 1 실시형태에서는, 금속부(11)와 수지부(12)를 일체 성형한 일체 성형체를 이용하였지만, 본 실시형태는 이에 한정되지 않는다. 예를 들면, 트리아진티올 유도체를 이용한 접합 기술에 의해, 금속부(41)와 수지부(42)를 접합한 기재(40)를 이용하여도 된다.
금속부(41)와 수지부(42)의 재료로서는, 제 1 실시형태와 마찬가지의 것을 이용할 수 있다. 본 실시형태에서는, 금속부(41)로서 금속 블록을 이용한다. 또한, 제 1 실시형태에서는, 수지박막(16)이 수지부(12)의 일부이기 때문에, 수지부(12)에는 내열성이 높은 열가소성 수지를 이용하지만, 본 실시형태는 이에 한정하지 않는다. 본 실시형태에서는, 수지박막(46)과 수지부(42)는 다른 수지로 형성되기 때문에, 수지박막(46)을 내열성이 높은 수지로 형성하고, 수지부(42)를 비교적 저렴한 내열성이 낮은 수지로 형성할 수 있다. 이에 의해, 삼차원 성형 회로 부품(400)의 전체적인 비용을 저감할 수 있다. 예를 들면, 실장 부품(15)을 기재(40)에 땜납 리플로우에 의해 실장하지 않을 경우, 수지부(42)는 땜납 리플로우 내성이 요구되지 않기 때문에, 범용 엔지니어링 플라스틱인 ABS 수지, 폴리카보네이트(PC), ABS 수지와 PC의 폴리머 얼로이(ABS/PC) 등을 이용할 수 있다. 이들의 열가소성 수지는, 단독으로 이용하여도 되고, 2종류 이상을 혼합하여 이용하여도 된다. 또한, 본 실시형태의 수지부(42)는, 도 6에 나타내는 제 1 실시형태의 변형예 2의 수지부(32)와 마찬가지로, 내부에 발포셀을 가져도 된다. 내부에 발포셀을 가짐으로써, 삼차원 성형 회로 부품(400)의 경량화를 도모할 수 있다.
회로 패턴(14) 및 실장 부품(15)은, 제 1 실시형태와 마찬가지의 것을 이용할 수 있다. 실장 부품(15)은, 기재(40) 상에 형성된 오목부(43)에 실장된다. 오목부(43)의 바닥(43b)의 면적, 오목부(43)의 깊이는, 제 1 실시형태의 오목부(13)와 마찬가지이다.
본 실시형태의 수지박막(46)은, 열경화성 수지 또는 광경화성 수지에 의해 형성된다. 경화 전의 열경화성 수지 및 광경화성 수지는 저점도이기 때문에, 수지박막(46)의 박막화가 용이하다. 또한, 경화 후의 열경화성 수지 및 광경화성 수지는, 고내열성 및 고밀도로서, 실장 부품(15)이 납땜되는 오목부(43)의 바닥(43b)을 형성하는 재료로서 적합하다. 수지박막(46)을 형성하는 수지는, 융점이 260℃ 이상인 것이 바람직하고, 290℃ 이상인 것이 보다 바람직하다. 열경화성 수지로서는, 예를 들면, 에폭시 수지, 실리콘 수지, 폴리이미드 수지 등의 내열 수지를 이용할 수 있으며, 광경화성 수지로서는, 예를 들면, 폴리이미드 수지, 에폭시 수지 등을 이용할 수 있다. 이들의 열경화성 수지는, 단독으로 이용하여도 되고, 2종류 이상을 혼합하여 이용하여도 된다. 마찬가지로, 이들의 광경화성 수지는, 단독으로 이용하여도 되며, 2종류 이상을 혼합하여 이용하여도 된다.
수지박막(46)은, 절연성의 방열 재료를 함유하여도 된다. 수지박막(46) 상에는, 회로 패턴(14)이 형성되기 때문에, 카본 등의 저렴한 도전성의 방열 재료를 이용할 수 없다. 절연성의 방열 재료는 고가이지만, 실장 부품(15)이 실장되는 수지박막(46)에만 함유함으로써, 비용 상승의 억제와 방열성 향상을 양립할 수 있다. 절연성의 방열 재료로서는, 예를 들면, 고열전도율의 무기 분말이다, 산화알루미늄, 질화붕소, 질화알루미늄 등의 세라믹 분(分)을 들 수 있다. 수지박막(46) 중 절연성의 방열 재료는, 10중량％∼90중량％ 포함되는 것이 바람직하고, 30중량％∼80중량％ 포함되는 것이 보다 바람직하다.
본 실시형태의 수지박막(46)의 두께(t46)는, 0.01㎜∼0.5㎜인 것이 바람직하다. 실장 부품(15)과 금속부(41)의 사이에 존재하는 수지박막(46)의 두께(t46)가 이 범위이면, 실장 부품(15)이 발생하는 열을 금속부(41)에 의해 충분히 방열할 수 있으며, 또한, 수지박막(46) 상에의 레이저 묘화도 가능하다. 이상 설명한 관점에서, 수지박막(46)의 두께(t46)는, 0.01㎜∼0.1㎜가 더 바람직하고, 0.03㎜∼0.05㎜가 보다 바람직하다.
(2) 삼차원 성형 회로 부품의 제조 방법
삼차원 성형 회로 부품(400)의 제조 방법에 대해서 설명한다. 우선, 기재(40)의 금속부(41)(금속 블록)의 표면(41a)에, 열경화성 수지 또는 광경화성 수지에 의해 형성되는 수지박막(46)을 성막한다. 수지박막(46)은, 예를 들면, 열경화성 수지 또는 광경화성 수지를 용매에 용해하여 수지 용액으로 하고, 수지 용액을 금속부(41)의 표면(41a)에 도포하여 건조하고, 그 후, 가열 또는 광조사함으로써 형성할 수 있다. 수지 용액은 저점도이기 때문에, 박막의 형성이 용이하다.
다음으로, 수지박막(46)이 형성된 금속부(41)와 수지부(42)를 접합하여 기재(40)를 제조한다. 금속부(41)와 수지부(42)를 접합하는 방법은, 특별하게 한정되지 않으며, 임의의 방법을 이용할 수 있다. 예를 들면, 제 1 실시형태와 마찬가지로, 인서트 성형 등에 의해 일체 성형하여도 된다.
기재(40)의 제조에 있어서, 수지박막(46)의 주위에, 수지부(42)에 의해 측벽(43a)를 형성한다. 이에 의해, 기재(40)의 표면에, 측벽(43a)과 바닥(43b)에 의해 구획되는 오목부(43)가 형성된다.
다음으로, 수지부(42) 상에 도금막에 의해 형성된 회로 패턴(14)을 형성한다. 회로 패턴(14)을 형성하는 방법으로서는, 제 1 실시형태와 마찬가지의 방법을 이용할 수 있다.
수지부(42)에 회로 패턴(14)을 형성한 후, 기재(40) 상에 형성된 오목부(43)에 실장 부품(15)을 실장하고, 회로 패턴(14)과 전기적으로 접속시킨다. 이에 의해, 본 실시형태의 삼차원 성형 회로 부품(400)이 얻어진다. 실장 방법은 특별하게 한정되지 않으며, 제 1 실시형태와 마찬가지로, 범용의 방법을 이용할 수 있지만, 본 실시형태에서는, 레이저 납땜법이나 스폿 히터에 의한 국소 가열법(스폿 실장)을 이용하는 것이 바람직하다. 레이저 납땜법이나 스폿 히터에 의한 국소 가열법에서는, 수지박막(46)만이 가열되므로, 수지부(42)에 비교적 저렴한 내열성이 낮은 수지를 이용할 수 있어, 삼차원 성형 회로 부품(400) 전체의 저비용화가 도모된다.
또한, 이상 설명한 본 실시형태의 삼차원 성형 회로 부품(400)에서는, 기재(40) 상에 형성된 오목부(43)에 실장 부품(15)을 실장하지만, 본 실시형태는 이에 한정되지 않는다. 예를 들면, 상기 서술한 제 1 실시형태와 마찬가지로, 실장 부품(15)이 수지박막(46) 상에 실장되어 있으면, 실장 부품(15)은 반드시 오목부에 실장되어 있을 필요는 없다. 실장 부품(15)을 오목부에 실장하지 않아도, 수지박막(46) 상에 실장함으로써, 실장 부품(15)이 발생하는 열을 금속부(41)에 의해 충분히 방열할 수 있다.
[실시예]
이하, 실시예 및 비교예에 의해 본 발명을 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 하기의 실시예 및 비교예에 의해 제한되지 않는다.
[실시예 1]
본 실시예에서는, 도 1에 나타내는, 금속부(11)와 수지부(12)가 일체 성형되며, 수지박막(16)이 수지부(12)의 일부인 기재(10)를 이용하여, 삼차원 성형 회로 부품(100)을 제조하였다. 또한, 실장 부품(15)으로서, LED(발광 다이오드)를 이용하였다.
(1) 기재의 제조
금속부(11)에 알루미늄판, 수지부(12)에 무기 필러 함유 방향족 폴리아미드(도요보제, 바이로아미드 GP2X-5, 융점 310℃)를 이용하여, 인서트 성형에 의해 기재(10)를 제조하였다.
도 1에 나타내는, 굴곡한 판상체인 기재(10)에 대응하는 캐비티를 가지는 금형을 준비하였다. 기재(10)의 두께(t10)에 대응하는 캐비티의 두께는, 2㎜로 하였다. 금형의 캐비티에 있어서, 오목부(13)에 대응하는 부분(캐비티 내의 볼록부)은, 수지박막(16)의 두께(t16) 및 면적을 가변할 수 있도록, 코어를 이용하여 형상을 변경 가능하게 했다.
금형의 캐비티의 형상에 맞춰, 판 두께 1㎜의 알루미늄판을 벤딩가공하였다. 나노 몰딩 테크놀로지(NMT)에 의해 금속부(11)와 수지부(12)의 밀착력을 향상시키기 위해서, 벤딩가공한 알루미늄판의 표면을 에칭 처리하였다. 에칭 처리한 알루미늄판을 금형의 캐비티 내의 적당한 위치에 배치하고, 캐비티 내의 빈 영역에 방향족 폴리아미드를 사출 충전하여 인서트 성형하였다. 인서트 성형에는, 범용의 사출 성형 장치를 이용하여, 금형 온도 140℃, 수지 온도 340℃로 하였다. 얻어진 기재(10)는, 금속부(11)(금속판)의 두께(t11)가 1㎜, 수지부(12)(열가소성 수지층)의 두께(t12)가 1㎜였다. 또한, 금형 캐비티 내의 코어의 크기를 조정함으로써, 수지박막(16)의 두께(t16)를 0.2㎜, 면적을 0.49㎠(0.7㎝×0.7㎝)으로 하였다. 오목부(13)의 깊이(d13)는, 1.8㎜로 하였다.
(2) 회로 패턴의 형성
본 실시예에서는, 이하에 설명하는 방법에 의해, 수지부(12) 상에 도금막에 의해 형성된 회로 패턴(14)을 형성하였다.
(a) 촉매 활성 방해제의 합성
식 (1)로 나타내는, 시판의 하이퍼 브랜치 폴리머(닛산화학공업제, 하이퍼테크 HPS-200)에 아미드기를 도입하고, 식 (2)로 나타내는 하이퍼 브랜치 폴리머를 합성하였다.
[화학식 1]
Figure pct00001
[화학식 2]
Figure pct00002
우선, 식 (1)로 나타내는 하이퍼 브랜치 폴리머(1.3g, 디티오카바메이트기:4.9㎜ol), N-이소프로필아크릴아미드(NIPAM)(1.10g, 9.8㎜ol), α,α'­아조비스이소부티로니트릴(AIBN)(81mg, 0.49㎜ol), 탈수 테트라히드로푸란(THF)(10㎖)을 쉬링크관에 추가하여, 동결 탈기를 3회 행했다. 그 후, 오일 배스를 이용하여 70℃에서 하룻밤(18시간) 교반하고 반응시켜, 반응 종료 후, 얼음물에 의해 냉각하고, THF로 적절하게 희석하였다. 다음으로, 헥산 중에 재침전시켜, 얻어진 고체의 생성물을 60℃에서 하룻밤 진공 건조시켰다. 생성물의 NMR(핵자기공명) 측정 및 IR(적외 흡수 스펙트럼) 측정을 행했다. 이 결과, 식 (1)로 나타내는 시판의 하이퍼 브랜치 폴리머에 아미드기가 도입되어서, 식 (2)로 나타내는 폴리머가 생성되어 있는 것을 확인할 수 있었다. 다음으로, 생성물의 분자량을 GPC(겔 침투 크로마토그래피)로 측정하였다. 분자량은, 수평균 분자량(Mn)=9,946, 중량 평균 분자량(Mw)=24,792이며, 하이퍼 브랜치 구조 독특의 수평균 분자량(Mn)과 중량 평균 분자량(Mw)이 크게 다른 값이었다. 식 (2)로 나타내는 하이퍼 브랜치 폴리머의 수율은, 92%였다.
(b) 촉매 활성 방해층의 형성
합성한 식 (2)로 나타내는 폴리머를 메틸에틸케톤에 용해하여, 폴리머 농도 0.5중량％의 폴리머액을 조제하였다. 성형한 기재(10)를 조제한 폴리머액에 실온에서 5초간 디핑하고, 그 후, 85℃ 건조기 중에서 5분간 건조하였다. 이에 의해, 기재(10) 표면에 촉매 활성 방해층을 형성하였다. 촉매 활성 방해층의 막 두께는, 약 70㎚였다.
(c) 레이저 묘화
촉매 활성 방해층을 형성한 수지부(12)의 표면에, 3D 레이저 마커(키엔스제, 파이버 레이저, 출력 50W)를 이용하여, 2000㎜/s의 가공 속도로, 회로 패턴(14)에 대응하는 부분을 레이저 묘화했다. 묘화 패턴의 선폭은 0.3㎜, 이웃하는 묘화선간의 최소 거리는 0.5㎜로 하였다. 레이저 묘화에 의해, 레이저 묘화 부분의 촉매 활성 방해층을 제거할 수 있었다. 또한, 레이저 묘화 부분은 조화되어, 수지부(12) 내에 포함되어 있었던 필러가 노출됐다.
(d) 무전해 도금 촉매의 부여 및 도금막의 형성
레이저 묘화를 행한 기재(10)를 30℃의 염화팔라듐 용액(오쿠노제약공업제, 아쿠치베타)에 5분 침지(浸漬)하고, 무전해 도금 촉매를 부여하였다. 기재(10)를 물로 씻고, 다음으로, 60℃의 무전해 니켈인 도금액(오쿠노제약공업제, 탑니코론 LPH-L, pH6.5)에, 기재(10)를 10분 침지시켰다. 수지부(12) 상의 레이저 묘화부에 선택적으로, 니켈인막(무전해 니켈인 도금막)이 약 1㎛ 성장하였다. 동시에, 금속부(11)(알루미늄판)의 표면에도, 니켈인막(18)이 약 1㎛ 형성되었다.
레이저 묘화부의 니켈인막 상에, 범용의 방법에 의해, 전해 구리 도금막을 10㎛, 전해 니켈 도금막을 1㎛, 전해 금 도금막을 0.1㎛, 이 순서대로 더 적층하여, 회로 패턴(14)을 형성하였다. 본 실시예에서는, 수지박막(16) 상에도, 단선되는 일 없이, 회로 패턴(14)이 형성되었다.
(3) 실장 부품의 실장
기재(10) 상에 형성된 오목부(13)에, 땜납(17), 실장 부품(LED)(15)을 배치하였다. 기재(10) 상의 오목부(13) 이외의 부분에, 도면에 나타나 있지 않은 땜납 및 저항을 더 배치하였다. 실장 부품(15) 및 저항(도시 생략)은, 회로 패턴(14)과 전기적으로 접속가능한 위치에 배치하였다. 다음으로, 기재(10)를 리플로우로에 통과시켰다. 리플로우로 내에서 기재(10)는 가열되어, 기재(10)의 최고 도달 온도는 약 240℃가 되고, 기재(10)가 최고 도달 온도에서 가열된 시간은 약 30초였다. 땜납(17)에 의해, 실장 부품(15)은 기재(10)에 실장되어, 본 실시예의 삼차원 성형 회로 부품(100)을 얻었다.
[실시예 2]
본 실시예에서는, 수지박막(16)의 두께를 0.05㎜로 한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지의 방법에 의해, 도 1에 나타내는 삼차원 성형 회로 부품(100)을 제조하였다.
[실시예 3]
본 실시예에서는, 수지박막(16)의 두께를 0.1㎜로 한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지의 방법에 의해, 도 1에 나타내는 삼차원 성형 회로 부품(100)을 제조하였다.
[실시예 4]
본 실시예에서는, 수지박막(16)의 두께를 0.5㎜로 한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지의 방법에 의해, 도 1에 나타내는 삼차원 성형 회로 부품(100)을 제조하였다.
[실시예 5]
본 실시예에서는, 수지박막(16)의 면적을 4㎠(2㎝×2㎝)으로 한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지의 방법에 의해, 도 1에 나타내는 삼차원 성형 회로 부품(100)을 제조하였다.
[실시예 6]
본 실시예에서는, 수지박막(16)의 면적을 16㎠(4㎝×4㎝)으로 한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지의 방법에 의해, 도 1에 나타내는 삼차원 성형 회로 부품(100)을 제조하였다.
[실시예 7]
본 실시예에서는, 수지박막(16)의 면적을 25㎠(5㎝×5㎝)으로 한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지의 방법에 의해, 도 1에 나타내는 삼차원 성형 회로 부품(100)을 제조하였다.
[비교예 1]
본 비교예에서는, 수지박막(16)의 두께를 0.008㎜로 한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지의 방법에 의해, 도 1에 나타내는 삼차원 성형 회로 부품(100)을 제조하였다.
[비교예 2]
본 비교예에서는, 수지박막(16)의 두께를 0.7㎜로 한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지의 방법에 의해, 도 1에 나타내는 삼차원 성형 회로 부품(100)을 제조하였다.
[삼차원 성형 회로 부품의 평가]
실시예 1∼7 및 비교예 1 및 2에서 제조한 삼차원 성형 회로 부품에 대해서, 이하의 평가를 행했다. 결과를 표 1에 나타낸다.
(1) 수지박막의 성형성
기재의 일체 성형에 있어서의 수지박막의 성형성에 대해서, 이하의 평가 기준에 따라서, 평가하였다.
<수지박막의 성형성의 평가 기준>
○:수지박막에, 용융 수지의 미충전 부분이 발생하지 않았다.
×:수지박막에, 용융 수지의 미충전 부분이 발생하였다.
(2) 삼차원 성형 회로 부품의 방열성
제조한 삼차원 성형 회로 부품에 소정의 전압을 인가하여 LED를 점등시켰다. 점등하고 나서 1시간 후의 LED 표면 온도를 서모그래피로 측정하였다. 이하의 평가 기준에 따라, 삼차원 성형 회로 부품의 방열성을 평가하였다.
<삼차원 성형 회로 부품의 방열성의 평가 기준>
○:점등하고 나서 1시간 후의 LED 표면 온도가 100℃ 이하였다.
×:점등하고 나서 1시간 후의 LED 표면 온도가 100℃를 넘었다.
Figure pct00003
표 1에 나타내는 바와 같이, 수지박막의 두께가 0.01㎜∼0.5㎜의 범위 내인 실시예 1∼7에서는, 수지박막의 성형성 및 삼차원 성형 회로 부품의 방열성이 모두 양호했다. 수지박막의 두께만이 다른 실시예 1∼4를 비교하면, 수지박막의 두께 얇을수록, 점등하고 나서 1시간 후의 LED 표면 온도가 낮으며, 삼차원 성형 회로 부품의 방열성이 높은 것을 알았다. 또한, 수지박막의 면적만이 다른 실시예 1 및 5∼7을 비교하면, 수지박막의 면적이 클수록, 점등하고 나서 1시간 후의 LED 표면 온도가 낮으며, 삼차원 성형 회로 부품의 방열성이 높은 것을 알았다. 수지박막의 면적이 클수록, 수지박막의 성형은 곤란하게 되지만, 수지박막이 25㎠인 실시예 7에 있어서도, 용융 수지의 미충전 부분은 발생하지 않으며, 성형성은 양호했다.
한편, 수지박막의 두께가 0.008㎜로 얇은 비교예 1에서는, 용융 수지의 미충전 부분이 발생하며, 성형성은 불량하였다. 이 때문에, 비교예 1에서는, 삼차원 성형 회로 부품의 방열성의 평가는 행하지 않았다. 수지박막의 두께가 0.7㎜로 두꺼운 비교예 2에서는, 삼차원 성형 회로 부품의 방열성이 불량하였다.
[실시예 8]
본 실시예에서는, 금속부로서 알루미늄판 대신에, 알루미늄제의 방열핀을 이용한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지의 방법에 의해 삼차원 성형 회로 부품을 제조하였다. 즉, 본 실시예에서 제조한 삼차원 성형 회로 부품은, 도 5에 나타내는 삼차원 성형 회로 부품(200)이다.
실시예 1과 마찬가지로, (1) 수지박막의 성형성 및 (2) 삼차원 성형 회로 부품의 방열성에 대해서 평가하였다. 수지박막의 성형성은 양호했다. 삼차원 성형 회로 부품의 방열성도 양호하며, 점등하고 나서 1시간 후의 LED 표면 온도는 70℃로, 실시예 1보다도 10℃ 낮았다. 이 결과로부터, 금속부에 방열핀을 이용함으로써, 방열성이 향상되는 것을 확인할 수 있었다.
[실시예 9]
본 실시예에서는, 수지박막의 두께를 0.15㎜로 하여, 기재의 수지부를 발포 성형하고, 실장 부품(LED)을 레이저 납땜법(스폿 실장)에 의해 기재에 실장하였다. 그 이외에는, 실시예 1과 마찬가지의 방법에 의해 삼차원 성형 회로 부품을 제조하였다. 즉, 본 실시예에서 제조한 삼차원 성형 회로 부품은, 도 6에 나타내는 삼차원 성형 회로 부품(300)이다. 또한, 본 실시예에서는, 실시예 1에서 이용한 것과 마찬가지의 금형을 이용하여 인서트 성형에 의해 기재를 일체 성형하였지만, 성형 장치로서 WO 2013/027615호 공보의 도 11에 개시되는 성형 장치를 이용하여, 물리 발포제로서 가압 질소를 이용하여, 수지부를 발포 성형하였다. 질소의 충전 압력은 10㎫로 하고, 벤트 감압부의 배압(背壓) 밸브 압력은 6㎫로 하였다.
얻어진 삼차원 성형 회로 부품(300)의 수지부(32)는, 솔리드(무발포체)와 비교하여 비중이 약 8% 낮아졌다. 수지부(32) 및 수지박막(36)의 단면을 현미경 관찰하였다. 수지부(32)의 셀(39)의 셀 직경은, 30∼80㎛로 미세했다. 한편, 수지박막(36)의 단면에 발포셀은 발견되지 않았다. 즉, 수지박막(36)은 실질적으로 발포셀을 포함하지 않고 있었다. 또한, 실장 부품(LED)의 레이저 납땜법(스폿 실장)에 있어서, 레이저광이 조사된 수지박막(36)에 부풀어오름은 인지되지 않았다.
또한, 얻어진 삼차원 성형 회로 부품(300)에 있어서, 발포셀(39)을 포함하는 수지부(32)에, 레이저 납땜법(스폿 실장)에 이용한 것과 같은 레이저광을 조사하는 실험을 행했다. 레이저광을 조사하자, 발포셀(39)을 포함하는 수지부(32)에는 부풀어오름이 생겼다. 이 결과로부터, 발포 성형을 행함으로써 수지부(32)의 내열성은 저하되지만, 수지박막(36)에 발포셀을 형성하지 않음으로써 LED가 실장되는 수지박막(36)의 내열성을 유지할 수 있는 것을 알았다. 본 실시예의 삼차원 성형 회로 부품(300)은, LED실장 부분의 내열성을 유지하면서, 부품 전체를 경량화하는 것에 성공했다.
[실시예 10]
본 실시예에서는, 도 7에 나타내는, 금속부(41)와 수지부(42)가 일체 성형되며, 수지박막(46)이 열경화성 수지에 의해 형성된 기재(40)를 이용하여, 삼차원 성형 회로 부품(400)을 제조하였다. 또한, 실장 부품(15)으로서, LED(발광 다이오드)를 이용하였다.
(1) 기재의 제조
금속부(41)에는 알루미늄 블록을 이용하고, 수지부(42)에는, 실시예 1에서 이용한 수지와 마찬가지의 무기 필러 함유 방향족 폴리아미드(도요보제, 바이로아미드 GP2X-5, 융점 310℃)를 이용하였다. 또한, 수지박막(46)에는, 절연성의 방열 재료로서 평균 입자경 4㎛의 질화붕소 분을 함유한, 열경화성 수지인 폴리이미드를 이용하였다.
우선, 폴리이미드 전구체(前驅體)인 폴리아미드산 및 질화붕소 분을 N-메틸-2-피롤리돈(NMP)에 분산 및 용해하고, 폴리이미드 농도(고형분 농도) 12중량％, 질화붕소 농도 50중량％의 수지 슬러리 용액을 조제하였다. 조제한 수지 슬러리 용액을 금속부(41)의 표면(41a)에 도포하고, 350℃에서 30분간 가열하고 경화시켜, 수지박막(46)을 형성하였다. 수지박막(46)의 면적은, 1㎠(1㎝×1㎝)으로 하고, 두께(t46)는, 20㎛로 하였다. 또한, 수지박막(46) 중 질화붕소 분의 함유량은, 70체적％로 하였다.
도 7에 나타내는 기재(40)에 대응하는 캐비티를 가지는 금형을 준비하였다. 금형의 캐비티에는, 오목부(43)에 대응하는 부분(캐비티 내의 볼록부)을 마련하였다. 나노 몰딩 테크놀로지(NMT)에 의해 금속부(41)와 수지부(42)의 밀착력을 향상시키기 위해서, 금속부(41)(알루미늄 블록)의 표면을 에칭 처리하였다. 에칭 처리한 금속부(41)를 금형의 캐비티 내의 적당한 위치에 배치하고, 캐비티 내의 빈 영역에 방향족 폴리아미드를 사출 충전하여 인서트 성형하였다. 인서트 성형은, 실시예 1과 마찬가지의 사출 성형 장치를 이용하여, 마찬가지의 성형 조건(금형 온도 140℃, 수지 온도 340℃)으로 행했다. 얻어진 기재(40)에는, 수지부(42)에 의해 형성되는 측벽(43a)과, 수지박막(46)으로부터 형성되는 바닥(43b)에 의해 구획되는 오목부(43)가 형성되었다. 오목부(43)의 깊이는, 1.8㎜로 하였다.
(2) 회로 패턴의 형성 및 실장 부품의 실장
실시예 1과 마찬가지의 방법에 의해, 수지부(42) 상에 도금막에 의해 형성된 회로 패턴(14)을 형성하였다. 본 실시예에서는, 수지박막(46) 상에도, 단선되는 일 없이, 회로 패턴(14)이 형성되었다. 다음으로, 실시예 1과 마찬가지의 방법에 의해, 기재(40) 상에 형성된 오목부(43)에, 실장 부품(LED)(15)을 실장하였다. 이에 의해, 도 7에 나타내는 삼차원 성형 회로 부품(400)이 얻어졌다.
실시예 1과 마찬가지의 방법에 의해, 삼차원 성형 회로 부품의 방열성을 평가하였다. 삼차원 성형 회로 부품의 방열성은 양호하여, 점등하고 나서 1시간 후의 LED 표면 온도는 65℃로, 실시예 1보다도 15℃ 낮았다. 이 결과로부터, 수지박막을 얇게 하고, 방열 재료를 더 함유함으로써 방열성이 높아지는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 열경화성 수지를 이용함으로써, 얇은 수지박막을 용이하게 제조할 수 있는 것을 확인할 수 있었다.
[실시예 11]
본 실시예에서는, 회로 패턴의 형성에 있어서, 중성의 무전해 니켈인 도금액 대신에, 강염기성의 무전해 구리 도금액(오쿠노제약공업제, pH12)을 이용한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지의 방법에 의해, 삼차원 성형 회로 부품을 제조하였다.
본 실시예에서 얻어진 삼차원 성형 회로 부품의 금속부(알루미늄판)의 표면은 부식되어, 일부에 구리가 석출되고 있었다. 석출되고 있는 구리의 밀착성은 낮아, 용이하게 박리됐다. 금속부 표면의 부식 부분 및 구리를 박리하여 제거한 후에, 실시예 1과 마찬가지의 방법에 의해, 삼차원 성형 회로 부품의 방열성을 평가하였다. 본 실시예의 삼차원 성형 회로 부품의 방열성은 양호하며, 점등하고 나서 1시간 후의 LED 표면 온도는 80℃이며, 실시예 1과 동등하였다. 이 결과로부터, 금속부에 알루미늄을 이용하고, 도금액에 강염기성의 도금액을 이용하면, 금속부의 부식이 생기는 것을 알았다. 단, 금속부 표면의 부식 부분 및 구리의 제거를 행하면, 삼차원 성형 회로 부품의 실용에는 문제가 없는 것을 확인할 수 있었다.
본 발명의 삼차원 성형 회로 부품은, 높은 방열성을 가지며, 또한, 성형이 용이하고 생산성이 높다. 이 때문에, LED 등의 실장 부품의 발열에 의해, 삼차원 성형 회로 부품이 고온이 되는 것을 억제할 수 있다. 본 발명의 삼차원 성형 회로 부품은, 스마트폰이나, 자동차 부품에 응용가능하다.
10,30,40 기재
11,21,41 금속부
12,32,42 수지부
14 회로 패턴
13,33,43 오목부
13a,43a 오목부의 측벽
13b,43b 오목부의 바닥
15 실장 부품
16,36,46 수지박막
39 발포셀
100,200,300,400 삼차원 성형 회로 부품

Claims (12)

  1. 삼차원 성형 회로 부품에 있어서,
    금속부와 수지부를 포함하는 기재와,
    상기 수지부 상에 형성되어 있는 회로 패턴과,
    상기 기재 상에 실장되어 있으며, 상기 회로 패턴과 전기적으로 접속되어 있는 실장 부품을 가지고,
    상기 수지부는, 그 일부로서, 두께가 0.01㎜∼0.5㎜인 열가소성 수지를 포함하는 수지박막을 포함하고, 상기 수지박막은 상기 금속부 상에 형성되어 있으며,
    상기 실장 부품은, 상기 수지박막을 개재하여 상기 금속부 상에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 삼차원 성형 회로 부품.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 수지박막 상에 배치되는 상기 실장 부품 1개당의 상기 수지박막의 면적이, 0.1㎠∼25㎠인 것을 특징으로 하는 삼차원 성형 회로 부품.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 기재가, 상기 금속부와 상기 수지부의 일체 성형체인 것을 특징으로 하는 삼차원 성형 회로 부품.
  4. 삼차원 성형 회로 부품에 있어서,
    금속부와 수지부를 포함하는 기재와,
    상기 수지부 상에 형성되어 있는 회로 패턴과,
    상기 금속부 상에 형성되어 있는, 열경화성 수지 또는 광경화성 수지를 포함하는 수지박막과,
    상기 수지박막 상에 실장되어 있으며, 상기 회로 패턴과 전기적으로 접속되어 있는 실장 부품을 가지는 삼차원 성형 회로 부품.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 수지박막의 두께가 0.01㎜∼0.5㎜인 것을 특징으로 하는 삼차원 성형 회로 부품.
  6. 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서,
    상기 수지박막에는, 절연성의 방열 재료가 함유되는 것을 특징으로 하는 삼차원 성형 회로 부품.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 수지부가 발포셀을 포함하는 것을 특징으로 하는 삼차원 성형 회로 부품.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 수지부가 발포셀을 포함하고, 상기 수지박막이 실질적으로 발포셀을 포함하지 않는 것을 특징으로 하는 삼차원 성형 회로 부품.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 금속부가, 방열핀인 것을 특징으로 삼차원 성형 회로 부품.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 실장 부품이 LED인 것을 특징으로 하는 삼차원 성형 회로 부품.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 금속부의 표면에는, 니켈인막이 형성되는 것을 특징으로 하는 삼차원 성형 회로 부품.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기재 상에는, 상기 수지부에 의해 형성되는 측벽과, 상기 수지박막에 의해 형성되는 바닥에 의하여 오목부가 구획되어 있으며,
    1개의 상기 오목부에 대하여 1개의 상기 실장 부품이 실장되어 있으며,
    상기 오목부의 바닥의 형상 및 면적이, 상기 바닥과 접촉하는 상기 실장 부품의 면의 형상 및 면적과 대략 동일한 것을 특징으로 하는 삼차원 성형 회로 부품.
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