JP4528052B2 - Manufacturing method of 3D circuit board and 3D circuit board - Google Patents
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Description
本発明は、筒形など中空の立体形状を有する立体回路板及びその製造方法に関するものである。 The present invention relates to a three-dimensional circuit board having a hollow three-dimensional shape such as a cylinder and a method for manufacturing the same.
筒形や球形など立体形状の基材の内周に回路形成をして立体回路板を製造する方法が検討されている。例えば、錫やハンダなどの低融点金属で球状に成形される成形体の表面に導電回路を形成し、この成形体を成形型の内周に空間を保った状態で装填した後に、この空間内に熱硬化性樹脂を充填して硬化させ、そして成形体とその外周の熱硬化性樹脂製硬化体とからなる熱硬化性樹脂成形体を成形型から取り出し、低融点金属の成形体を溶融除去することによって、球形の熱硬化性樹脂硬化体の内周に導電回路が転写して形成された立体回路板を製造する方法が提案されている(特許文献1参照)。 A method of manufacturing a three-dimensional circuit board by forming a circuit on the inner periphery of a three-dimensional substrate such as a cylinder or a sphere has been studied. For example, a conductive circuit is formed on the surface of a molded body that is formed into a spherical shape with a low-melting-point metal such as tin or solder, and this molded body is loaded in a state where a space is maintained on the inner periphery of the mold, The thermosetting resin is filled and cured, and the thermosetting resin molded body composed of the molded body and the thermosetting resin cured body on the outer periphery thereof is taken out of the mold, and the low melting point metal molded body is melted and removed. Thus, a method of manufacturing a three-dimensional circuit board formed by transferring a conductive circuit to the inner periphery of a spherical thermosetting resin cured body has been proposed (see Patent Document 1).
この特許文献1において、球状の成形体の表面に導電回路を形成するにあたっては、成形体の表面にレジスト膜を設け、フォトマスクを用いて露光すると共に現像して回路パターンに対応する部分のレジスト膜を除去した後、レジスト膜の除去部分に導電材を付着させることによって行なわれている。しかしこのようなフォトマスクを用いたパターニングの工程を経て導電回路の形成を行なう場合、工数が多くなって生産性に問題があると共に、筒型や球形などの三次元立体形状の表面に精度高く露光してパターニングすることは困難であり、精度高く導電回路を形成することが難しいという問題があった。
In this
一方、三次元立体形状の表面に精度高く導電回路を形成する方法として、レーザ等の電磁波を用いたパターニングの方法が従来から種々提供されている。例えば、基材の表面に導電層を形成し、導電層のうち回路を形成する回路形成部と非回路形成部との境界領域に沿ってレーザ等の電磁波を照射することによって、電磁波を照射した部分の導電層を除去し、回路形成部に残留する導電層で導電回路を形成する方法が提案されている(例えば特許文献2等参照)。
このように、レーザ等の電磁波を導電層の回路形成部の外周に沿って照射して導電回路を形成することによって、レジスト膜の形成やフォトマスクを用いた露光などの工数が不要になって生産性を向上させることができるものであり、また基材の三次元立体表面に沿って電磁波を走査させて照射することによって、三次元立体形状の表面に精度高く導電回路を形成することができるものである。 In this way, by forming an electrically conductive circuit by irradiating an electromagnetic wave such as a laser along the outer periphery of the circuit forming portion of the electrically conductive layer, man-hours such as resist film formation and exposure using a photomask become unnecessary. Productivity can be improved, and a conductive circuit can be formed with high accuracy on the surface of a three-dimensional solid shape by scanning and irradiating electromagnetic waves along the three-dimensional solid surface of the substrate. Is.
しかし、中空の筒形など対向面を有する基材の内面に導電回路を形成する場合、基材の内側に導電層を形成してこの導電層にレーザ等の電磁波を照射する必要があるが、基材の内側に電磁波を放射するヘッドを差し込んで電磁波を照射することは困難であり、特にマイクロ部品に用いるような微小な基材の内側に電磁波を照射することは殆ど不可能である。従って、対向面を有する立体形状の基材の内面に回路形成をするにあたって、レーザ等の電磁波を用いたパターニング方法を適用することはできないものであった。 However, when forming a conductive circuit on the inner surface of a base material having a facing surface such as a hollow cylinder, it is necessary to form a conductive layer on the inner side of the base material and irradiate this conductive layer with electromagnetic waves such as a laser, It is difficult to irradiate an electromagnetic wave by inserting a head that radiates an electromagnetic wave inside the substrate, and it is almost impossible to irradiate an electromagnetic wave inside a minute substrate particularly used for a micro component. Therefore, when forming a circuit on the inner surface of a three-dimensional base material having an opposing surface, a patterning method using an electromagnetic wave such as a laser cannot be applied.
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、対向面を有する立体形状の基材の内面に、レーザ等の電磁波を用いたパターニング方法で回路形成ができるようにすることを目的とするものである。 The present invention has been made in view of the above points, and an object thereof is to enable circuit formation on the inner surface of a three-dimensional base material having an opposing surface by a patterning method using an electromagnetic wave such as a laser. Is.
本発明の請求項1に係る立体回路板の製造方法は、内側に相互に対向する面を有する立体形状で電磁波透過性の基材1のこの対向表面に導電層2を形成し、基材1の対向する面の間に電磁波を吸収する性質を有する電磁波吸収材3を配置した状態で、導電層2を形成した側と反対側から基材1を透過させて電磁波を導電層2に照射すると共に、導電層2のうち回路を形成する回路形成部4と非回路形成部5との少なくとも境界領域の導電層2を電磁波の照射で除去することを特徴とするものである。
In the manufacturing method of the three-dimensional circuit board according to the first aspect of the present invention, the
この発明によれば、基材1の外側から電磁波透過性の基材1を透過させて、基材1の対向する内側の面に形成した導電層2に電磁波を照射することができ、しかも電磁波を照射する導電層2と対向する面の導電層2にまで電磁波が到達することを電磁波吸収材3で防ぐことができるものであり、対向面を有する立体形状の基材1の内側の導電層2に電磁波を用いたパターニング方法で回路形成を行なうことができるものである。
According to the present invention, the electromagnetic
また請求項2の発明は、請求項1において、無電解めっきによって導電層2を形成することを特徴とするものである。
The invention of
この発明によれば、基材1に無電解めっき液を塗布等することによって導電層2を形成することができるものであり、基材1の対向する面が円筒形など閉じられた面であっても容易に導電層2を形成することができるものである。
According to the present invention, the
また請求項3の発明は、請求項1又は2において、電磁波吸収材3として流動体を用い、基材1の対向する面の間に電磁波吸収材3を流動させながら配置した状態で電磁波を照射することを特徴とするものである。
Further, the invention of
この発明によれば、電磁波の照射によって導電層2から除去されて飛散する導電材料を、電磁波吸収材3の流動によって取り去ることができるものであり、この飛散した導電材料が形成されて再付着し、絶縁不良等が発生することを防ぐことができるものである。
According to the present invention, the conductive material that is removed from the
また請求項4の発明は、請求項3において、流動体からなる電磁波吸収材3として、電磁波を吸収する粉体3aを気体又は液体に混合したものを用いることを特徴とするものである。
The invention of
この発明によれば、電磁波吸収率の高い粉体3aで効率良く電磁波の吸収を行なうことができ、電磁波を照射する導電層2と対向する面の導電層2にまで電磁波が到達することを確実に防ぐことができるものである。
According to this invention, the electromagnetic wave can be efficiently absorbed by the
本発明の請求項5に係る立体回路板は、上記の請求項1乃至4のいずれかに記載の方法で製造されたものであり、電磁波を用いたパターニングで精度の高い回路を対向する内面に形成した立体回路板を得ることができるものである。 A three-dimensional circuit board according to a fifth aspect of the present invention is manufactured by the method according to any one of the first to fourth aspects, and has an inner surface facing a highly accurate circuit by patterning using an electromagnetic wave. The formed three-dimensional circuit board can be obtained.
本発明によれば、基材1の外側から電磁波透過性の基材1を透過させて、基材1の対向する内側の面に形成した導電層2に電磁波を照射することができ、しかも電磁波を照射する導電層2と対向する面の導電層2にまで電磁波が到達することを電磁波吸収材3で防ぐことができる。従って、基材1の外側からの電磁波の照射によるパターニングで、対向面を有する立体形状の基材1の内面に回路形成することができるものであり、電磁波を用いたパターニング方法で回路形成を容易に且つ精度高く行なうことができるものである。
According to the present invention, the electromagnetic wave
以下、本発明を実施するための最良の形態を説明する。 Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described.
図1及び図2は本発明の実施の形態の一例を示すものであり、基材1としては相互に対向する面を有する立体形状のものが用いられるものである。図1(a)及び図2(a)ではこの対向する面を有する基材1として円筒形など筒形のものを例示しているが、対向面を有する形状であればこのような筒形に限らず、例えばコ字形の基材1などにも適用することができる。
FIG. 1 and FIG. 2 show an example of an embodiment of the present invention, and as the
またこの基材1としては、電気絶縁性を有し且つレーザ等の電磁波を透過させる性質を有する材料で形成したものが用いられるものである、このような電気絶縁性と電磁波透過性を有する材料としては、無機材料ではガラスや水晶などを、有機材料ではアクリル樹脂、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリシクロオキサイド、エポキシ樹脂、ポリイミドなどを例示することができる。
Moreover, as this
そして先ず、基材1の対向する面の表面に、基材1が筒形の場合には基材1の内周表面に、導電層2を図1(b)及び図2(b)のように形成する。導電層2は金属などの導電材料で形成することができるものであり、導電層2の形成は無電解銅めっき等の無電解めっきや、スパッタリング等のDVD法など任意の方法で行なうことができる。ここで、基材1が筒形など対向する内面が閉じられた形状の場合、スパッタリング等のDVD法では基材1の対向面に導電層2を形成することが難しいが、無電解めっきであれば、無電解めっき液を塗布したり浸漬したりする方法で基材1の対向する内面に容易に導電層2を形成することができるものである。
First, the
上記のように基材1の対向面に導電層2を形成した後、基材1の対向する内面の間(基材1が筒形の場合には基材1の内周)に、図1(c)のようにレーザ等の電磁波を吸収する性質を有する電磁波吸収材3を配置する。電磁波吸収材3としてはカーボンなど任意のものを用いることができるが、流動体であることが望ましい。例えば、気体や液体に電磁波を吸収する材料で形成した粉体3aを混合し、この粉体3a入りの流動体で電磁波吸収材3を形成することができる。電磁波吸収粉体3aとしては、顔料粉、酸化マグネシウム粉、カーボン粉などを用いることができる。あるいは、照射波長の電磁波を吸収する染料水で流動体の電磁波吸収材3を形成することもできる。筒状に形成される基材1にこのような流動体からなる電磁波吸収材3を用いる場合、図2(c)に示すように、一対のパイプ10a,10bの各開口端を基材1の両側の開口端面にそれぞれ当接させ、パイプ10a,10bの外周端部に設けたパッキン11で基材1にパイプ10a,10bを密着させる。そして一方のパイプ10aから電磁波吸収材3を吐出させ、基材1の内周にこの電磁波吸収材3を通過させた後、他方のパイプ10bに電磁波吸収材3を吸引することによって、基材1の対向面の間に電磁波吸収材3を流動させることができるものである。
After forming the
そして基材1の対向面の間に流動体からなる電磁波吸収材3を一方向に流動させた状態で、基材1の外側から電磁波Lを照射する。電磁波Lとしては、例えば波長532nmのYAG−SHGや波長355nmのYAG−THGなどのレーザを用いることができるものである。このように電磁波Lを照射すると、電磁波Lは電磁波透過性の基材1を透過するので、基材1の内面に形成した導電層2にこの電磁波Lが照射され、図1(d)及び図2(d)に示すように、導電層2のうち電磁波Lが照射された部分が除去される。電磁波Lの照射は、導電層2のうち回路6を形成する部分である回路形成部4の外形に沿って走査することによって行なわれるものであり、回路6を形成しない非回路形成部5の導電層2を除去するものである。このとき、非回路形成部5の全面の導電層2を除去する必要はなく、回路形成部4と非回路形成部5の境界領域のみで導電層2が除去されればよいものであり、非回路形成部5に導電層2が残っていても、回路形成部4の導電層2と非回路形成部5の導電層2が分離されて電気絶縁性が確保されるようにすればよい。
And the electromagnetic wave L is irradiated from the outer side of the
このように電磁波Lを回路形成部4と非回路形成部5の境界領域に沿って走査させながら照射することによって、回路6を形成する回路形成部4をパターニングすることができるものであり、基材1の外側からの電磁波Lの照射によって、マスクなどを用いる必要なく、基材1の三次元立体表面に精度の高いパターニングを行なうことができるものである。
Thus, by irradiating the electromagnetic wave L while scanning along the boundary region between the
そして上記のように基材1を透過して電磁波Lを照射して基材1の内面の導電層2を部分的に除去するパターニングを行なう場合、基材1を透過した電磁波Lがさらに対向する側の導電層2に照射されるおそれがあるが、基材1の対向面の間には電磁波吸収材3が存在するので、基材1を透過して内面の導電層2を除去した電磁波Lは、図1(d)及び図2(d)に破線で示すように電磁波吸収材3に吸収され、この電磁波Lが対向する側の導電層2に照射されるようなことを防ぐことができるものである。
And when performing the patterning which permeate | transmits the
また電磁波Lを照射して導電層2を部分的に除去するにあたって、導電層2の除去で導電材料が基材1の内側に飛散することになるが、上記のように基材1の対向面の間に流動体からなる電磁波吸収材3を流動させた状態で電磁波Lの照射を行なうと、飛散した導電材料は流動する電磁波吸収材3の流れと共に基材1の内側から排出して取り出すことができるものであり、飛散した導電材料が回路形成部5の表面や回路形成部4と非回路形成部5の間に付着して、回路6に絶縁不良が発生したりすることを防止することができるものである。
Further, when the
上記のように電磁波Lによるパターニングによって、基材1の対向する内面に導電層2で回路形成部4を形成することができ、この回路形成部4を回路6として使用することも可能であるが、導電層2を薄膜で形成した場合には、この回路形成部4の導電層2に直流電流を通電して電気めっきを行ない、図1(e)及び図2(e)に示すように、回路形成部4の導電層2の表面に電気めっき層12を形成することによって、所定の厚みを有する回路6として仕上ることができるものである。
As described above, by patterning with the electromagnetic wave L, the
図3及び図4は、本発明の他の実施の形態を示すものである。基材1としては図3(a)及び図4(a)のように、上記と同様なものを用いることができ、また図3(b)及び図4(b)のように上記と同様にして基材1の対向する内面に導電層2を形成することができる。そしてこの実施の形態では、電磁波吸収材3としては、カーボン等の電磁波吸収材料で円柱等の柱状に形成した固形のものを用いるものであり、図3(c)及び図4(c)に示すように、この固形の電磁波吸収材3を基材1の対向する内面の間(基材1が筒形の場合には基材1の内周)に差し込んで配置する。このとき、基材1の内面と電磁波吸収材3との間に隙間が形成されるようにするのが望ましい。
3 and 4 show another embodiment of the present invention. As the
そしてこのように基材1の対向面の間に電磁波吸収材3を配置した状態で、図3(d)及び図4(d)のように基材1の外側から電磁波Lを照射し、基材1を透過した電磁波Lで基材1の内面の導電層2を部分的に除去することができるものであり、上記と同様にして回路形成部4と非回路形成部5の境界領域の導電層2を除去することによって、パターニングを行なうことができるものである。また基材1を透過して内面の導電層2を除去した電磁波Lは、図3(d)及び図4(d)に破線で示すように電磁波吸収材3に吸収され、この電磁波Lが対向する側の導電層2に照射されるようなことを防ぐことができるものである。さらに図3(e)及び図4(e)に示すように、上記と同様に回路形成部4の導電層2の表面に電気めっき層12を形成することによって、所定の厚みを有する回路6として仕上げることができるものである。
Then, with the electromagnetic
上記の図1(e)及び図2(e)や、図3(e)及び図4(e)のように、円筒形状の基材1の内周面に回路6を設けて形成される立体回路板Aは、マイクロアクチュエータ、マイクロ静電エンコーダ、マイクロ静電モータ、マイクロポンプなどの部品として使用することができるものである。図5(a)(b)はその一例を示すものであり、円筒形状の基材1を固定子15、基材1の内周の回路6を固定側電極16とし、外周に可動側電極17を設けた可動子18を固定子15の内側に回動軸19で回動自在に配置することによって、マイクロアクチュエータを形成するようにしたものである。
As shown in FIG. 1 (e) and FIG. 2 (e) and FIG. 3 (e) and FIG. 4 (e), a solid body formed by providing a
1 基材
2 導電層
3 電磁波吸収材
4 回路形成部
5 非回路形成部
6 回路
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