JP2006049537A - 三次元回路基板の製造方法及び電子デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】 ファインピッチの立体パターンを歩留まりよく安価に製造する。
【解決手段】 平板状のメタルフレームに配線パターンを形成する。配線パターンが内側となるように、メタルフレームを立体形にプレス成形する。メタルフレームの内側に絶縁材料を充填し、ベース４を射出成形する。ベース４の表面に配線パターン６を残した状態で、メタルフレームをエッチング法によりベース４から除去する。配線パターン６の表面にメタライズ層を形成する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、立体的な配線パターンを備えた三次元回路基板の製造方法、及びこの基板を用いた電子デバイスに関するものである。

従来、電子デバイスの高機能化、小型化を図る目的で、配線パターンを立体的に形成する技術が提案されている。例えば、特許文献１には、ベースを樹脂により射出成形し、ベースの表面全体にレジストをコーティングし、レジストにレーザ光を照射してパターンニングし、銅メッキにより配線パターンを形成する技術が記載されている。

特許文献２には、銅箔を加熱金型でベースに押し付け、ベースの表面を立体的に成形するとともに、その立体面に銅箔を貼り付けたのち、銅箔をフォトエッチング法で処理して、配線パターンを形成する技術が記載されている。

また、従来、無電解めっきが可能な触媒を含む樹脂とその触媒を含まない樹脂とを別々の金型内に射出してベースを成形したのち、触媒を含む樹脂に無電解めっきを成膜させて配線パターンを形成する技術（２ショット法）が提案されている。
特開平６−３３４３０８号公報 特開２００１−１４４３９０号公報

ところが、従来の三次元回路基板の製造方法によると次のような問題点があった。
（１）特許文献１：ベースを立体成形したのちに配線パターンを形成するので、ベースの凹部や溝部等の複雑形状部にファインピッチの立体パターンを形成することが困難であった。
（２）特許文献２：銅箔を単体で絶縁ベースに押し付けているので、ベースの溝部や段差部等で銅箔が破断し、断線等による導通不良が発生しやすく、基板製品の歩留まりが悪かった。
（３）２ショット法：ベースの成形に２組の金型が必要であり、パターンが変われば金型を変更する必要もあって、三次元回路基板の製造コストが高くつく。

本発明の目的は、上記課題を解決し、ファインピッチの立体パターンを歩留まりよく安価に形成できる三次元回路基板の製造方法、及び、この基板を用いた高機能で小型の電子デバイスを提供することにある。

上記の課題を解決するために、本発明による三次元回路基板の製造方法は、平板状のメタルフレームに配線パターンを形成する工程と、配線パターンが内側となるようにメタルフレームを立体的にプレス成形する工程と、メタルフレームの内側に絶縁材料を充填してベースを成形する工程と、ベースの表面に配線パターンを残した状態でメタルフレームをベースから除去する工程と、配線パターンの表面にメタライズ層を形成する工程とからなることを特徴とする。

ここで、メタルフレームには、平らな金属板を使用できるが、その材質は特に限定されず、銅、ステンレス鋼、アルミ等の単体又は積層体を使用できる。また、メタルフレームには、三次元回路基板を一個取りする枚葉材を使用してもよく、三次元回路基板を多数個取り可能なフープ材を使用してもよい。フープ材を使用する場合は、上記各工程を一連のラインで連続的に実施し、三次元回路基板を能率よく製造できる利点がある。

配線パターンの形成方法は、特に限定されず、銅箔をエッチングするサブトラクティブ法、電解又は無電解めっきによるアディティブ法、導電性インクを塗布するスクリーン印刷法等を採用できる。特に、サブトラクティブ法又はアディティブ法は、配線パターンのファイン化に有利である。しかし、いずれの方法による場合も、配線パターンを平板状のメタルフレームの表面に極めて微細なピッチで高精度に形成することができる。

メタルフレームをプレス成形する工程では、ベースの外形に相応する形状のプレス金型が用いられる。このとき配線パターンは、メタルフレームをバックアップ材とし、金型の形状に従って折り曲げられる。このため、凹部、穴、溝、段差等の複雑形状部あっても、配線パターンを断線させることなく立体的に折り曲げることができる。

ベースを成形する工程では、メタルフレームを回路保護用の補強材として利用し、その内側に絶縁材料が射出成形法等によって充填され、ベースの表面に配線パターンが埋設される。絶縁材料としては、例えば、液晶ポリマー（ＬＣＰ）、ポリフタルアミド（ＰＰＡ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）等のエンジニアリングプラスチック材料を好ましく使用できるほか、ポリカーボネートやポリスルフォン等の熱可塑性樹脂材料も使用可能である。

ベースの成形後には、配線パターンをベースの表面に残した状態で、メタルフレームのみがベースから除去される。この工程では、エッチング法を好ましく採用でき、メタルフレームをその材質に応じたエッチング液に漬けることで、配線パターンを傷めることなく、メタルフレームのみを簡単に除去することができる。その後、配線パターンの表面にはメタライズ層が、例えば、ニッケルを下地とした金やパラジウムの無電解又は電解めっき等により形成される。

本発明による電子デバイスは、上記方法により製造した三次元回路基板を用い、メタライズ層に電子部品を装着したことを特徴とする。電子部品の種類は、特に限定されず、圧電振動素子、光学素子、半導体チップ等を例示できる。電子デバイスの省スペース化を促進するために、電子部品をベースに設けた凹部に収納するのが好ましい。この場合、三次元回路基板は電子部品用パッケージとして機能する。

本発明によれば、次のような効果を期待できる。
（Ａ）配線パターンを形成したのちにベースを立体成形するので、ベースの形状による制限を受けることなく、ファインピッチの配線パターンを容易に形成できる。
（Ｂ）配線パターンをメタルフレームと一緒に立体化するので、断線等による導通不良が発生しにくく、三次元回路基板を歩留まりよく製造できる。
（Ｃ）ベースの成形時にメタルフレームを回路保護用の補強材として利用できるうえ、メタルフレーム上に幾通りものパターンを形成でき、金型コストを抑え、三次元回路基板を安価に製造できる。
（Ｄ）これらの利点を活かし、電子デバイスの高機能化、小型化を促進できる。

以下、本発明の最良の実施形態を図面に基づいて説明する。図１，図２に示すように、この実施形態の電子デバイス１は、直方体形状の三次元回路基板２の中央部に電子部品３を実装して構成されている。三次元回路基板２のベース４は、エンジニアリングプラスチック等の絶縁材料により立体的に射出成形され、ベース４の上面に、電子部品３を収納する凹部５が設けられている。

ベース４の表面には、配線パターン６が凹部５の底面からベース４の下面まで立体的に拡がるように形成されている。配線パターン６は部品電極７とキャスタレーション８とを備え、これらの部分７，８を含む配線パターン６の表面全体にメタライズ層９がニッケル下地の金めっきにより形成されている。そして、部品電極７のメタライズ層９に電子部品３が装着され、凹部５に充填した樹脂封止材１６によって被覆されている。

次に、三次元回路基板２の製造方法について説明する。まず、図３（ａ）に示すように、出発材料として、平板状のメタルフレーム１１を用いる。メタルフレーム１１は、例えばステンレス鋼からなり、その表面にニッケル被膜１０が設けられている。図３（ｂ）に示すように、露光・現像処理により、メタルフレーム１１の表面に所要開口パターンのレジスト１２を形成する。

続いて、図３（ｃ）に示すように、電解又は無電解銅めっきにより、レジスト１２の開口部を埋めるように導体層１３を形成する。そして、図３（ｄ）に示すように、レジスト１２を剥離除去し、メタルフレーム１１の表面に配線パターン６を形成する。こうすれば、ベース４を立体成形する前の工程において、平らなメタルフレーム１１上にファインピッチの配線パターン６を容易に形成することができる。

次に、図４（ａ）に示すように、一対のプレス金型１４を用い、配線パターン６が内側となるように、メタルフレーム１１を立体的にプレス成形する。このとき、メタルフレーム１１は配線パターン６のバックアップ材として機能するので、配線パターン６を断線させることなく立体的に折り曲げることができ、導通不良を確実に防止して、三次元回路基板２を歩留まりよく製造することができる。

続いて、図４（ｂ）に示すように、一対の射出成形型１５を用い、下側の射出成形型１５にメタルフレーム１１をインサートし、上側の射出成形型１５からメタルフレーム１１の内側に絶縁材料を射出してベース４を成形する。このとき、キャスタレーション８となる部分を除き、配線パターン６の全体がベース４の表面に埋設される。こうすれば、メタルフレーム１１を回路保護用の補強材として利用できるうえ、メタルフレーム１１上に幾通りもの配線パターン６を形成でき、金型コストを抑え、三次元回路基板２を安価に製造することができる。

次に、図５（ａ）に示すように、メタルフレーム１１をエッチング液に漬け、絶縁ベース４からメタルフレーム１１を除去する。ここでは、メタルフレーム１１の金属材料（例えば、ステンレス、ニッケル等）のみに反応するエッチング液を使用することで、配線パターン６を傷めることなく、これをベース４の表面に残した状態で、メタルフレーム１１のみをきれいに剥離除去することができる。

その後、図５（ｂ）に示すように、キャスタレーション８を折り曲げたのち、配線パターン６の表面全体にニッケル−金の電解めっきによりメタライズ層９を形成し、三次元回路基板２を完成する。また、図２に示すように、ベース４の凹部５に電子部品３を収納して部品電極７のメタライズ層９に装着し、電子部品３を樹脂封止材１６で被覆して、電子デバイス１を完成する。こうすれば、ファインピッチの立体パターンを備えた高機能で小型の電子デバイス１を簡単かつ安価に製造することができる。

本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、例えば以下のように、発明の趣旨から逸脱しない範囲で適宜変更して具体化することもできる。
（１）パターン形成工程において、表面に銅皮膜を設けたメタルフレーム１１を使用し、銅皮膜をエッチング処理することで、メタルフレーム１１の表面に配線パターン６を形成する。
（２）パターン形成工程において、配線パターン６を電解めっきにより形成したのちに、その表面全体にメタライズ層９を電解めっきにより形成する。

（３）配線パターン６のメタライズ層９を部品電極７及びキャスタレーション８のみに部分的に形成する。
（４）メタルフレーム１１の表面に熱可塑性樹脂又は低融点合金からなる剥離層を設け、メタルフレーム１１を除去する工程で、その剥離層を加熱により溶融させ、メタルフレーム１１をベース４から機械的に引き抜いて除去する。

（５）ベース４の上下両面に凹部５を設ける。
（６）ベース４の側面に凹部５を設ける。
（７）ベース４に凸部を設け、凸部を含む立体面に配線パターン６を形成する。

本発明の一実施形態を示す三次元回路基板の斜視図である。 三次元回路基板を用いた電子デバイスの断面図である。 パターン形成工程を示す断面図である。 プレス工程及び射出成形工程を示す断面図である。 フレーム除去工程及びメタライズ層形成工程を示す断面図である。

符号の説明

１ 電子デバイス
２ 三次元回路基板
３ 電子部品
４ ベース
５ 凹部
６ 配線パターン
７ 部品電極
８ キャスタレーション
９ メタライズ層
１０ ニッケル被膜
１１ メタルフレーム
１２ レジスト
１３ 導体層
１４ プレス金型
１５ 射出成形型
１６ 樹脂封止材

Claims (4)

1. 平板状のメタルフレームに配線パターンを形成する工程と、配線パターンが内側となるようにメタルフレームを立体的にプレス成形する工程と、メタルフレームの内側に絶縁材料を充填してベースを成形する工程と、ベースの表面に配線パターンを残した状態でメタルフレームをベースから除去する工程と、配線パターンの表面にメタライズ層を形成する工程とからなることを特徴とする三次元回路基板の製造方法。
2. 前記メタルフレームを除去する工程でエッチング法を用いることを特徴とする請求項１に記載の三次元回路基板の製造方法。
3. 請求項１又は請求項２の方法により製造した三次元回路基板を用い、前記メタライズ層に電子部品を装着したことを特徴とする電子デバイス。
4. 前記電子部品をベースに設けた凹部に収納したことを特徴とする請求項３に記載の電子デバイス。
   
   

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