JP4830881B2 - 成形加工用回路基板、および、これを成形加工して得られる立体回路基板 - Google Patents

Description

本発明は、成形加工用回路基板、および、該成形加工用回路基板を成形加工して得られる立体回路基板に関する。

フィルムアンテナなどの平面状のフィルム回路基板は、フレキシブル性が高く、小型化が可能という性質により、携帯電話などの小型電子機器に用いられている。近時、こうした電子機器の一層の小型化、多機能化、および、低コスト化が求められるようになり、立体化された回路基板を、電子機器に搭載する方法が提案され、実現されてきている。

立体回路基板としては、モールドプリント回路板（ＭＰＣＢ：Molded Printed Circuit Board）、あるいは、射出成形回路部品（ＭＩＤ：Molded Interconnection Device ）などがある。これらは、射出成形法により立体回路基板を得ているが、その製法を大別すると、めっき方式と回路フィルム方式とがある。

めっき方式では、所望の立体形状を有する樹脂成形体にめっきを施すことにより回路基板を得る。その代表的な製法としては、１ショットモールド法と２ショットモールド法があげられる。

１ショットモールド法では、まず、無電解めっきが可能な樹脂を用い、該樹脂を所望の立体形状に成形し、次に、得られた樹脂成形体の表面にフォトレジストを塗布した後、回路パターンを露光し、現像し、最後に、露出した樹脂成形体の表面に無電解めっきを施して立体形成回路基板を製造する。

これに対して、２ショットモールド法では、めっき用の触媒を配合した樹脂を用い、最初の射出成形により、該樹脂を所望の立体形状に成形し、さらに、２回目の射出成形により、得られた樹脂成形体の表面の所定部分には、無電解めっきが施されない表面層を形成し、その後、樹脂成形体の表面層が形成されていない部分に無電解めっきを施して、導電部を形成する。

一方、回路フィルム方式とは、所定の回路パターンをフィルム面に形成し、所望の立体形状を有する樹脂成形体の成形時に、該回路パターンを樹脂成形体と一体化、または、樹脂成形体に転写する方式をいい、インモールド法などがある。インモールド法では、基材のフィルム面に、公知の方法により、所定の回路パターンを形成した後、回路パターンが形成された基材を成形用金型内に装填し、樹脂を充填することにより、基材のフィルム面の回路パターンを樹脂成形体と一体化、または、樹脂成形体に転写することにより、立体回路基板を得ている。

しかしながら、これらの製法には、それぞれが有する特徴的な製造工程から、以下のような問題がある。

例えば、１ショットモールド法では、回路パターンの線幅を１００μｍ程度に細くすることができ、高密度化された回路パターンを得ることができるものの、製造工程が非常に長く、コストが高くつく。また、３次元の曲面形状を有する立体回路基板を製造するには、不向きである。さらに、樹脂の材料が限定され、回路のパターニングが困難である。

また、２ショットモールド法では、３次元の曲面形状を有する立体回路基板を製造するのに適しているものの、精度の高い成形用金型が要求されることや、２回の射出成形を行うことなどから、コストが高くなる。加えて、回路パターンの線幅を５００μｍ未満に細くすることが困難であり、回路パターンの高密度化を図ることができない。

一方、回路フィルム方式のインモールド法では、回路パターンの形成に、種々の工法を適用することができ、樹脂の材料の選定自由度が高く、しかも、回路パターンの線幅を細くすることができて、高密度化された回路パターンが得られる。しかしながら、回路パターンと樹脂成形体との密着の度合い、および、３次元形状への追従性という点で、充分に満足のいくものではない。

これらの製法の欠点を解消するものとして、特許文献１には、熱硬化性樹脂の熱分解温度よりも低く、かつ、成形温度よりも高い融点を有する形成材料により形成された球状成形体の表面に、所定の導体回路パターンを形成し、該球状成形体を、成形型の内周面と所定の空間を保った状態で成形型内に配置し、該空間に、熱硬化性樹脂を充填し、該熱硬化性樹脂を前記成形温度で熱硬化させて熱硬化性樹脂成形体とし、その後、熱硬化性樹脂成形体の内部から前記球状成形体を熔融除去して、立体回路基板を製造することが記載されている。

しかし、これらの射出成型法を用いるいずれの製法においては、工程が長く、高価な金型を使用し、厚さの薄い成形体が得られにくいという射出成形法自体に起因する問題点は解決されない。また、回路パターンの線幅は１００μｍ程度が限界であり、回路パターンの高密度化を図るためには必ずしも十分とはいえない。さらに、無電解めっきを可能とする樹脂成形体を得る場合には、樹脂成形体の製造用の樹脂に、高価なＰｄを多量に加えて混練しなければならないという問題点がある。

これに対して、特許文献２には、ＡＢＳ樹脂、ポリカーポネート、ポリエーテルサルホンなどの非晶質ポリマからなる樹脂フィルムや樹脂シートの表面に、銅や銀で導電部を形成したフィルム状部材と、ＡＢＳ樹脂、ポリカーポネート、ポリエーテルサルホンなどの非晶質ポリマからなる樹脂フィルムとを、導電部が挟まれるように配置して、ブロー成形またはバキューム成形により、前記フィルム状部材と樹脂フィルムとを密着させて立体に成形し、立体回路基板を得る製法が記載されている。

かかる製法では、樹脂フィルムや樹脂シートの表面に、フォトレジスト法等によって、回路パターンをあらかじめ形成するため、回路パターンの高密度化が容易になる。しかし、その後の立体成形工程において、回路パターンを有する樹脂フィルムや樹脂シートに対して、絞り加工等で２方向以上の立体成形を行うと、回路パターンの金属と樹脂との間における伸び率や引張強度の差に起因して、回路パターンを構成する配線が破断してしまうという問題が発生する。

このような問題を解消するためには、求める立体形状になるように、樹脂フィルムなどの一部をカットし、金属と樹脂との伸びが、相互に追随可能な範囲となるようにして、成形加工を行う必要がある。しかし、樹脂フィルムなどのカットした部分には配線を形成することができず、回路設計において大きな制約となるという問題がある。
特開平０９−１４８７１２号公報 特開平０４−０８２２９２号公報

本発明は、絞り加工等で２方向以上の立体成形を行っても、回路パターンが損傷されない成形加工用回路基板とこれを成形加工して得られる立体回路基板を提供することを目的とする。

本発明に係る成形加工用回路基板は、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレートから選択され、厚さが１０〜２５０μｍである、樹脂フィルムからなる第１層と、所望のパターンを有する回路からなる第２層と、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレートから選択される樹脂フィルムまたはポリエステル、ポリイミド、エポキシ、アクリルから選択される樹脂コート材により構成される樹脂層からなり、厚さが２〜１００μｍである、樹脂層からなる第３層とが積層し、第１層と第２層との密着強度が３９０Ｎ／ｍ以上であることを特徴とする。

前記第１層および第３層は、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、および、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）の内のいずれかからなることが好ましい。

本発明では、第２層を第１層の表面に直接形成しており、このため、前記第１層と第２層との間に、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｍｏ、Ｗ、あるいはこれらを主成分とする合金から選択される合金薄膜からなるシード層が形成されている。このシード層の厚さを５０〜１５００Åとすることが好ましい。

または、前記第１層の表面に、厚さが０．１〜２０μｍである、プライマーコートが施されていることが好ましい。第１層の表面にプライマーコートを施す場合に、前記シード層の厚さを、０．１〜２０Åとすることが特に好ましい。

なお、本発明は、前記第２層が、銅からなる成形加工用回路基板に好ましく適用される。

本発明に係る成形加工用回路基板を用いて、立体的に成形加工することにより、回路パターンに損傷のない立体回路基板が得られる。

本発明の成形加工用回路基板は、樹脂フィルムの第１層と配線の第２層との密着強度が３９０Ｎ／ｍ以上と高いため、容易に、プレス加工や絞り加工を施すことができ、かつ、回路パターンに損傷のない立体回路基板を製造することができることから、電子機器の小型化、多機能化、および、低コスト化に寄与しうる。

本発明では、第１層と第２層との密着強度を３９０Ｎ／ｍ以上とすることが必要である。従って、第１層と第２層との密着強度を３９０Ｎ／ｍ以上にできれば、樹脂フィルムの第１層に接着剤を介して金属箔の第２層を張り合わせ、金属箔の第２層を加工して回路を形成し、その後、回路の第２層の上に、樹脂層を第３層として形成することにより、成形加工用回路基板を製造してもよいし、回路の第２層の形成方法において、樹脂フィルムの第１層の表面に、密着強度が３９０Ｎ／ｍ以上となるように、めっき法で第２層を設けてもよい。

しかしながら、幅１００μｍ以下の配線からなる回路を形成する場合には、得られる回路の信頼性や、電気特性などの観点から、樹脂フィルムの第１層に、直接、金属層を設けることが推奨される。

本発明の成形加工用回路基板は、樹脂フィルムの第１層と金属の第２層との密着をよくするために、金属の第２層を、樹脂フィルムの第１層および樹脂層の第３層によって挟み込むように３層構造とすることにより、金属の第２層に応力が均一にかかるようにして、金属の第２層が破断することなく、立体成形を施す加工を可能としている。

第１層として使用しうる樹脂フィルムとしては、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、および、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）などがあげられる。これらが選択される理由は、例えば、立体回路基板によりアンテナを形成した際に要求される透明性、絶縁性、耐熱性、耐食性などが良好になるためである。ただし、これらの樹脂は、その他、スイッチ基板、キーレスエントリー用基板などの回路基板に採用される用途にも使用することができる。

第１層の厚さは、フィルムの強度、立体成形時の加工性、その他、立体回路基板の用途などによって決定されるが、１０〜２５０μｍとすることが好ましい。

回路の第２層として使用できる材質は、アンテナとしての機能を有するものであればよく、その観点からは、導電性のある材料であればよいが、電気特性および回路形成の容易性から、銅、もしくは、リン、銀、錫などを含み銅を主成分とする合金が好ましい。

第２層の厚さは、立体回路基板の用途などによって決定されるが、１〜５０μｍとすることが好ましい。

また、第１層の上に、第２層を直接形成する場合、樹脂フィルムの第１層と、回路の第２層との密着強度を確保するため、シード層として、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｍｏ、Ｗ、あるいはこれらを主成分とする合金の薄膜を、第１層の上に設けることが好ましい。また、第３層と対向する回路の第２層の表面に、変色防止膜を設けても、アンテナの長期使用による変色防止という観点から好ましい。

シード層の厚さは、密着力、コストの観点、さらには、立体成形回路の用途により意匠性も考慮して決定されるが、単独で設ける場合には、５０〜１５００Åとし、プライマーコートを第１層の表面に施す場合には、０．１〜２０Åとすることが好ましい。

さらに、樹脂フィルムの種類によっては、必要に応じて、第１層の表面にプライマーコートを施すことが好ましい。プライマーコートは、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、ポリエステル樹脂の内の少なくとも１種で形成する。アクリル樹脂を用いる場合には、アクリル樹脂が、熱硬化アクリル樹脂または熱可塑性アクリル樹脂の内の少なくとも１種、またはそれらの混合物であり、ウレタン樹脂を用いる場合には、ポリエステル型またはポリエーテル型の内の少なくとも１種、またはそれらの混合物であり、ポリエステル樹脂を用いる場合には、不飽和ポリエステルおよび飽和ポリエステルの内の少なくとも１種、またはそれらの混合物であることが好ましい。これらの樹脂を用いることは、強い密着強度と高い透明性を有することから好ましい。

プライマーコートの厚さは、均一で強い密着強度を発現させる観点から、０．１μｍ以上とすることが好ましい。一方、２０μｍを超えると、表面の平滑性が悪くなり、第２層の銅が均一に形成できないことや、第１層の材料との曲げ特性の差が大きくなって、不均一な応力がかかり、途中で破断する場合があるため、好ましくない。

これらのシード層の形成およびプライマーコートの形成は、選択的に行ってもよく、組み合わせて行ってもよい。

第３層の樹脂層として使用しうる樹脂としては、立体形状へ成形加工時に、金型によって成形することが可能な樹脂であれば、特に限定されないが、成形加工時に熱を加えて成形する場合があることや、樹脂フィルムの第１層と同様に伸びなければならないため、第１層と同じ材料にするか、または、ガラス転移温度や引張特性が、第１層に近い材料が好ましい。樹脂層の第３層には、ポリイミド、ポリエテールイミド、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）のフィルムまたはポリエステル、ポリイミド、エポキシ、アクリルの樹脂コート材を使用することができる。特に、第１層と第２層との密着強度が３９０Ｎ／ｍ以上であれば、第３層の材質は上記のいずれでもよい。

第３層の厚さについても、フィルムまたは樹脂の強度、立体成形時の加工性、その他、立体回路基板の用途などによって決定されるが、２〜１００μｍとすることが好ましい。

次に、本発明の成形加工用回路基板の一実施例の製造方法について、説明する。本発明の成形加工用回路基板は、例えば以下の工程により製造することができる。

（１）樹脂フィルムの第１層の表面に、プライマーコート処理を行う。

プライマーコート処理は、通常、行われている処理でよく、ロールコーター法、スピンコート法などを用いて、均一に樹脂を塗布し、乾燥させればよい。

（２）得られたプライマーコートの上に、蒸着法またはスパッタリング法により、シード層を設ける。

具体的に採用される蒸着法やスパッタリング法の条件は、特に限定されず、既に行われている条件の中から、ターゲットとして用いる金属に合わせて、適宜、選択すればよい。

（３）得られたシード層の上に、さらに、蒸着法、スパッタリング法およびめっき法の内の少なくとも１種類により、導電層を設ける。

導電層の材質としては、加工のし易さ、および、配線部の電気特性から、銅とすることが好ましい。蒸着法、スパッタリング法、または、めっき法の具体的条件についても、前述と同様に、既に行われている条件の中から、適宜、選択すればよい。

（４）得られた導電層とシード層とをパターニングすることにより、所望の回路を形成する。

例えば、導電層の表面にフォトレジストをスクリーン印刷し、あるいは、フォトレジストフィルムを貼り合わせ、所望のパターンを有するマスクを用いて露光して現像することにより、エッチングマスクを形成し、得られたエッチングマスクを用いて、導体層とシード層をエッチングする。このような方法は、電子部品であるプリント配線板等の製造に用いられる技術を、そのまま適用することができる。

（５）樹脂フィルムの第１層とにより回路を挟み込むように、樹脂フィルムまたは樹脂コート材の第３層を設ける。

回路を形成した後、回路の表面側に液状の樹脂コート材を塗布し、乾燥させるか、あるいは、フィルム状の樹脂を貼りつけて、第３層を形成する。

以下、図面を用いて、本発明の実施例を具体的に説明する。図１は、本発明の成形加工用回路基板の一実施例を示す断面図である。

（実施例１）
第１層（１）として、厚さ３８μｍのＰＥＴ製の樹脂フィルム（東レ株式会社製、ルミラー）を用い、その表面に、アクリル樹脂（藤倉化成株式会社製、ＥＴ５４０２）を厚さ１μｍで均一に塗布し、乾燥することにより、プライマーコートを施した。次に、蒸着法を用いて、Ｎｉ−Ｃｒ合金からなる厚さ１５００Åのシード層の形成を行った。その後、蒸着法により、厚さ１０μｍの銅層（２）を形成して、基材を得た。

該基材について、銅層（２）が１ｍｍの線幅に短冊状となるようにフォトエッチング法を施し、得られた部材について、銅層（２）を垂直に引き上げる方法であるＪＩＳ Ｃ６４７１に準じて引張試験を実施し、銅層の密着強度を測定した。密着強度の測定には、万能ボンドテスター（デイジー社製、シリーズ４０００）を用いた。得られた結果を表１に示す。

前述と同様にして、基材を得た後、銅層（２）の側に、レジストフィルムを貼りつけ、フォトエッチングを施し、１ｍｍの線幅の回路パターン、および、回路パターンの両端に電極を得た。その後、第３層（３）として、厚さ３８μｍのＰＥＴ製の樹脂フィルムを接着剤で貼り付けることにより、成形加工用回路基板を得た。

得られた成形加工用回路基板を使用して、図２に平面図を示したように、ダンベル形状のテストピース（４）を、型抜き法により作成し、引張試験を行った。テストピース（４）の形状は、ＪＩＳ規格のＺ２２０ １３Ｂの規格に沿った。引張試験は、伸び率１０％まで引っ張りつつ、両端の電極（４ａ）から、配線（４ｂ）にサンプルの０．１Ａの定電流を流して、電極（４ａ）の間の電圧の変化を測定し、導通の有無により配線（４ｂ）が破断したか否かを確認することにより行った。引張試験で得られた結果を表１に示す。引張試験の結果は、破断が発生した場合を「×」で示し、破断が発生しなかった場合を「○」で示す。測定には、オートグラフ（株式会社島津製作所製、ＡＧＳ−Ｊ５００Ｎ）を用いた。引張り強度は、５、１０、２０ｍｍ／ｍｉｎの条件で、それぞれの速度ごとに５サンプル、引張試験を行い、１サンプルでも、伸び率１０％で破断が確認された場合、「×」とした。

（実施例２〜６）
第１層および第３層の材質と、第１層への処理を、表１に示したように変更した以外は、実施例１と同様にして、成形加工用回路基板を得て、それぞれの評価を行った。結果を表１に示す。なお、実施例２については、実施例１と同様に、プライマーコートを施したが、実施例３〜６については、シード層のみを形成し、プライマーコートを施さなかった。

（比較例１、２）
第１層および第３層の材質を、表１に示したように変更したことと、第１層への処理を行わなかったこと以外は、実施例１と同様にして、成形加工用回路基板を得て、それぞれの評価を行った。結果を表１に示す。

表１より、第１層および第３層の種類とは関係なく、第１層と第２層との密着強度を３９０Ｎ／ｍ以上とすることにより、十分な加工性能を得られることが確認できる。したがって、実施例の成形加工用回路基板を用いて、成形加工することにより、２方向以上の立体成形を施しても、回路パターンが損傷されない立体回路基板が得られることが理解される。

本発明の成形加工用回路基板の一実施例を示す断面図である。 引張試験に使用したダンベル形状のテストピースを示す平面図である。

符号の説明

１ 第１層
２ 第２層
３ 第３層
４ テストピース
４ａ 電極
４ｂ 配線

Claims (6)

1. ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレートから選択され、厚さが１０〜２５０μｍである、樹脂フィルムからなる第１層と、所望のパターンを有する回路からなる第２層と、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレートから選択される樹脂フィルムまたはポリエステル、ポリイミド、エポキシ、アクリルから選択される樹脂コート材により構成される樹脂層からなり、厚さが２〜１００μｍである、第３層とが積層し、前記第１層と第２層との間に、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｍｏ、Ｗ、あるいはこれらを主成分とする合金から選択される合金薄膜からなり、厚さが０．１〜１５００Åである、シード層が形成されており、第１層と第２層との密着強度が３９０Ｎ／ｍ以上であることを特徴とする成形加工用回路基板。
2. 前記第１層の表面に、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、ポリエステル樹脂から選択され、厚さが０．１〜２０μｍである、プライマーコートが施されている請求項１に記載の成形加工用回路基板。
3. 前記シード層の厚さが、５０〜１５００Åである請求項１または２に記載の成形加工用回路基板。
4. 前記シード層の厚さが、０．１〜２０Åである請求項２に記載の成形加工用回路基板。
5. 前記第２層が、銅からなる請求項１〜４のいずれかに記載の成形加工用回路基板。
6. 請求項１〜５のいずれかに記載された成形加工用回路基板を成形加工して得られる立体回路基板。

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