JP6636716B2 - 立体配線構造体および立体配線構造体の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、基材の上にパターンおよび導体層が設けられた積層構造体を屈曲させた立体配線構造体および立体配線構造体の製造方法に関する。

折れ曲がり部を有する立体的な基材に配線を構成する技術として、特許文献１には、透明なプラスチック材料から成る基材の表面に、針状の導電材料が分散した溶液を用いた成膜法に基づき、針状の導電材料が無秩序に堆積して成る導電材料層を形成した後、導電材料層を含む基材の部分に折れ曲がり部を設ける成形品の製造方法が開示される。

また、特許文献２には、立体的に三次元形成される一枚のフィルム基材と、この三次元形成されるフィルム基材の裏面に一体化される加飾層と、フィルム基材と加飾層とに一体的に積層形成されて静電容量の変化を検出する導電性の回路パターン層とを備えた立体配線構造体が開示される。

特開２０１１−１２１１８３号公報 特開２０１０−２６７６０７号公報

しかしながら、折れ曲がりや湾曲などの立体的な基材に良好な導電性を有する配線を形成することは非常に困難である。特に、透光性を必要とする基材や配線を用いる場合、透光性のみならず柔軟性に優れた材料を用いないと湾曲させた際に亀裂や断線を起こす可能性がある。一方、柔軟性に優れた配線材料では十分な導電性を得られないという問題がある。

本発明は、立体的な形状を有する基材に導電性の優れた配線を施すことができる立体配線構造体および立体配線構造体の製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の立体配線構造体は、基材と、基材の上に設けられた導電性高分子のパターンと、パターンの上に設けられた電解めっきによる導体層と、を含む積層構造体を備え、積層構造体は屈曲部を有し、導電性高分子は、ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ（ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）／ポリ（４−スチレンスルホン酸））を含むことを特徴とする。このような構成によれば、屈曲部を有する積層構造体において、良好な柔軟性を有する導電性高分子のパターンを下地として、立体的なパターンの上に導電性に優れた電解めっきによる導体層が構成される。これにより、立体的で導電性の優れた配線を有する構造体を構成することができる。

本発明の立体配線構造体において、基材およびパターンのうち少なくとも基材は透光性を有していてもよい。このような構成によれば、透光性を有し、立体的で導電性の優れた配線を有する立体配線構造体を構成することができる。

本発明の立体配線構造体において、導体層は、パターンの上の一部に設けられていてもよい。これにより、導電性高分子のパターンのまま残す部分と、電解めっきによる導電層の部分とを選択的に構成することができる。

本発明の立体配線構造体において、導電性高分子は、ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳからなることが好ましい。これにより、柔軟性に優れたパターンを形成することができ、高い曲率の部分にもパターンおよび導電層を形成することができる。

本発明の立体配線構造体の製造方法は、基材の上に導電性高分子のパターンを形成して、基材およびパターンを備える積層体を得るパターン形成工程と、積層体を屈曲させる屈曲工程と、屈曲したパターンの上に電解めっきを施して導体層を形成するめっき工程と、を備え、導電性高分子は、ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳを含むことを特徴とする。このような構成によれば、基材の上に良好な柔軟性を有する導電性高分子のパターンを形成した後、積層体を立体的に屈曲させ、その後、パターンを下地として導電性に優れた電解めっきによる導体層を形成する。これにより、立体的で導電性の優れた配線を有する構造体を製造することができる。

本発明の立体配線構造体の製造方法において、屈曲工程では、加熱を含む処理により積層体を所定形状に屈曲させてもよい。これにより、高い曲率を有する立体的な構造を積層体に形成することができる。

本発明の立体配線構造体の製造方法において、基材およびパターンのうち少なくとも基材は透光性を有していてもよい。このような構成によれば、透光性を有し、立体的で導電性の優れた配線を有する立体配線構造体を製造することができる。

本発明の立体配線構造体の製造方法において、めっき工程では、パターンの上の一部に導体層を形成するようにしてもよい。これにより、導電性高分子のパターンのまま残す部分と、電解めっきによる導電層の部分とを選択的に構成することができる。

本発明の立体配線構造体の製造方法において、導電性高分子は、ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳからなることが好ましい。これにより、柔軟性に優れたパターンを形成することができ、高い曲率の部分にもパターンおよび導電層を形成することができる。

本発明の立体配線構造体の製造方法において、めっき工程では、酸性溶液による電解めっきを施すようにしてもよい。ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳを含む導電性高分子は弱酸性であることから、酸性溶液による電解めっきによってパターンへのダメージを抑制しつつ良好な導電層を形成することができる。

本発明によれば、立体的な形状を有する基材に導電性の優れた配線を施すことができる立体配線構造体および立体配線構造体の製造方法を提供することが可能になる。

（ａ）および（ｂ）は、第１実施形態に係る立体配線構造体を例示する模式図である。 本実施形態に係る立体配線構造体の製造方法を例示するフローチャートである。 （ａ）〜（ｃ）は、本実施形態に係る立体配線構造体の製造方法を順に示す模式図である。 （ａ）〜（ｃ）は、第２実施形態に係る立体配線構造体を例示する模式図である。 （ａ）および（ｂ）は、第３実施形態に係る立体配線構造体を例示する模式図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の説明では、同一の部材には同一の符号を付し、一度説明した部材については適宜その説明を省略する。

（第１実施形態）
図１（ａ）および（ｂ）は、第１実施形態に係る立体配線構造体を例示する模式図である。
図１（ａ）には本実施形態に係る立体配線構造体１の斜視図が表され、図１（ｂ）には図１（ａ）に示すＡ−Ａ線の断面図が表される。

本実施形態に係る立体配線構造体１は、基材１０と、基材１０の上に設けられた導電性高分子のパターン２０と、パターン２０の上に設けられた電解めっきによる導体層３０と、を含む積層構造体１００を備える。積層構造体１００には屈曲部１１０が設けられる。本実施形態では、一例として、積層構造体１００に半球状の立体的な凸型部分が設けられている。屈曲部１１０は、この凸型部分を構成するために曲げられた部分である。

基材１０には、柔軟性に優れたフィルムが用いられる。本実施形態では、基材１０の一例としてポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルムが用いられる。基材１０は透光性を有していてもよい。基材１０は屈曲部１１０に合わせて折り曲げられ、立体的な形状に成形されている。

パターン２０は、基材１０の一方の面に設けられる。本実施形態では、基材１０の半球状に成形された部分の凹側にパターン２０が設けられる。パターン２０の材料である導電性高分子には、ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ（ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）／ポリ（４−スチレンスルホン酸））が含まれる。導電性高分子は、ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳからなることが好ましい。

ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳは、柔軟性に優れた導電性の材料である。また、ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳは、基材１０であるＰＥＴフィルムとの密着性や平滑性に優れている。したがって、積層構造体１００に屈曲部１１０が設けられていても、屈曲部１１０の折れ曲がりに追従したパターン２０が構成される。

導体層３０は、パターン２０を下地として電解めっきによって形成された層である。導体層３０には金属（例えば、銅）が用いられる。パターン２０は導電性を有しているため、電解めっきの際にパターン２０に通電することで、パターン２０を下地としためっきが行われる。このめっきによって析出した層が導体層３０となる。

このような本実施形態に係る立体配線構造体１では、屈曲部１１０を有する積層構造体１００において、この屈曲部１１０に追従して良好な導電性を有する導体層３０を構成することができる。すなわち、立体的な形状を有する構造体であっても、この形状に合わせて良好な導電性を有する配線を施すことができるようになる。

（立体配線構造体の製造方法）
図２は、本実施形態に係る立体配線構造体の製造方法を例示するフローチャートである。
図３（ａ）〜（ｃ）は、本実施形態に係る立体配線構造体の製造方法を順に示す模式図である。

図２に表したように、本実施形態に係る立体配線構造体の製造方法は、導電性高分子のパターン形成工程（ステップＳ１０１）、積層体の屈曲工程（ステップＳ１０２）およびめっき工程（ステップＳ１０３）を備える。

先ず、ステップＳ１０１に示す導電性高分子のパターン形成工程では、基材１０の上に導電性高分子のパターン２０を所定の形状で形成する処理を行い、基材１０およびパターン２０を備える積層体を得る。上記の導電性高分子は、ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳを含み、ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳからなることが好ましい。

本実施形態では、ＰＥＴフィルムの基材１０の上に、スクリーン印刷、インクジェット印刷、グラビアオフセット印刷などによってＰＥＤＯＴ／ＰＳＳを含有する液体を塗布し、乾燥させることで所定形状のパターン２０を形成する。

図３（ａ）は、ＰＥＴフィルムの基材１０の上に、所定形状のパターン２０が形成された状態を示す平面図である。この例では、直線状の複数本のパターン２０が基材１０の一方面上に形成される。各パターン２０間は電気的に非導通である。

次に、ステップＳ１０２に示す積層体の屈曲工程では、基材１０およびパターン２０の積層体を所定の立体的な形状に屈曲させる処理を行う。この屈曲処理の詳細は限定されない。加熱を含む処理であってもよい。例えば、積層体を加熱して、金型などの成形用型でプレス加工することにより型に合わせた立体的な形状を形成する。導電性高分子としてＰＥＤＯＴ／ＰＳＳを含むパターン２０は柔軟性に優れているため、積層体の加熱およびプレス加工を行った際でも破断することなく柔軟に折れ曲がり、積層体を所望の立体的形状に成形することができる。

図３（ｂ）は、半球状に成形された積層体を示す斜視図である。加熱およびプレス加工によって基材１０およびパターン２０の積層体は例えば半球状に成形されている。屈曲部１１０があっても、その曲がりに沿ってパターン２０も曲げられている。

次に、ステップＳ１０３のめっき工程では、屈曲したパターン２０の上に電解めっきを施して導体層３０を形成する処理を行う。電解めっきでは、導電性高分子のパターン２０を下地として導体層３０が形成される。

電解めっきを行うには、積層体をめっき液に浸漬し、導電性高分子のパターン２０をカソードとして直流を印加する。これにより、めっき液中の金属イオンの還元によってパターン２０上に金属薄膜が析出する。析出した金属薄膜は導体層３０となる。導体層３０を形成することで、導電性高分子のパターン２０よりも導電性に優れる配線を形成することができる。

本実施形態においては、めっき液として硫酸銅に基づく銅めっき液が用いられる。硫酸銅に基づく銅めっき液を用いることでパターン２０上に銅の導体層３０が形成される。パターン２０を構成する導電性高分子としてＰＥＤＯＴ／ＰＳＳを用いた場合、ＰＳＳにはスルホン酸基が含まれるためパターン２０は弱酸性となる。硫酸銅に基づく銅めっき液は酸性であることから、硫酸銅に基づく銅めっき液を用いて導体層３０となる金属の析出を行っても、弱酸性のパターン２０の劣化が生じにくい。このように、パターン２０を構成する導電性高分子がＰＥＤＯＴ／ＰＳＳを含むことにより、導体層３０を形成する手段として酸性めっき液を用いた場合、すなわち、めっき工程において酸性めっきを用いて電解めっきを施した場合であっても、めっき処理中にパターン２０が劣化する可能性が低減される。このため、パターン２０上に良好な形状の導体層３０が形成されやすい。

このような本実施形態では、屈曲したパターン２０の上に電解めっきを施して導体層３０を形成するため、亀裂や破断などを発生させることなく屈曲した導体層３０を形成することができる。これにより、図３（ｃ）の斜視図に示すような立体配線構造体１が製造される。このような製造方法によれば、立体的な形状であっても導電性に優れた配線を有する立体配線構造体１が製造される。

（第２実施形態）
図４（ａ）〜（ｃ）は、第２実施形態に係る立体配線構造体を例示する模式図である。
図４（ｃ）には本実施形態に係る立体配線構造体１Ｂが表される。立体配線構造体１Ｂにおいては、パターン２０の一部に導体層３０が形成される。すなわち、立体配線構造体１Ｂは、パターン２０の上に導体層３０が形成される部分と、導体層３０が形成されない部分とを有する。

パターン２０として透光性を有する導電性高分子を用いることで、パターン２０のうち導体層３０が形成されていない部分については透光性を維持することができる。一方、パターン２０のうち選択的に導体層３０を形成することで、パターン２０の一部の形状に沿ってパターン２０よりも導電性に優れる配線構造を形成することができる。

立体配線構造体１Ｂを製造するには、第１実施形態に係る立体配線構造体１の製造方法と同様に、先ず、基材１０の上に導電性高分子のパターン２０を所定の形状で形成して基材１０およびパターン２０を備える積層体を得る処理を行う（図４（ａ）参照）。次に、上記の積層体を所定の立体的な形状に屈曲させる処理を行う（図４（ｂ）参照）。

次いで、パターン２０を下地とした電解めっきによって導体層３０を形成する。この電解めっきを行う際、導体層３０を形成したいパターン２０のみに電流を流す。例えば、複数本のパターン２０が設けられている場合、積層体をめっき液に浸漬し、導体層３０を形成したいパターン２０のみに通電する。この電解めっきによって、選択的に金属を析出させて必要な部分のみに導体層３０を形成することができる。これにより、図４（ｃ）に示すような立体配線構造体１Ｂが製造される。

例えば、パターン２０のうちセンサ配線のような透光性を有する部分には導体層３０を形成しないようにする。一方、電磁的なシールドの役目を持たせた配線構造を形成する場合には、そのパターン２０の部分に導体層３０を形成する。これにより、透光性を必要とする配線部分と、優れた導電性を必要とする配線部分とを選択的に形成した立体配線構造体１Ｂが製造される。

（第３実施形態）
図５（ａ）および（ｂ）は、第３実施形態に係る立体配線構造体を例示する模式図である。
図５（ａ）には本実施形態に係る立体配線構造体１Ｃの斜視図が表され、図５（ｂ）には図５（ａ）に示すＢ−Ｂ線の断面図が表される。

本実施形態に立体配線構造体１Ｃは、基材１０の一方の面に導電性高分子のパターン２１と、電解めっきによる導体層３１が設けられ、基材１０の他方の面に導電性高分子のパターン２２と、電解めっきによる導体層３２が設けられる。すなわち、立体配線構造体１Ｃでは、基材１０を間とした両側に導電性高分子のパターン２１，２２と導体層３１，３２とが形成される。

図５に表した立体配線構造体１Ｃでは、導体層３１と導体層３２とが互いに交差するように配置される。このように、基材１０を間として両側に導体層３１および３２を形成することで、立体的な形状であっても互いに交差する導体層３１および３２を有する立体配線構造体１Ｃを構成することが可能になる。

以上説明したように、実施形態によれば、立体的な形状を有する基材１０に導電性の優れた配線を施すことができる立体配線構造体１，１Ｂ，１Ｃおよび立体配線構造体１，１Ｂ，１Ｃの製造方法を提供することが可能になる。

なお、上記に本実施形態を説明したが、本発明はこれらの例に限定されるものではない。例えば、基材１０、パターン２０および導体層３０の材料や形状は上記実施形態に示したものに限定されない。また、前述の各実施形態に対して、当業者が適宜、構成要素の追加、削除、設計変更を行ったものや、各実施形態に示した例の特徴を適宜組み合わせたものも、本発明の要旨を備えている限り、本発明の範囲に包含される。

１，１Ｂ，１Ｃ…立体配線構造体
１０…基材
２０，２１，２２…パターン
３０，３１，３２…導体層
１００…積層構造体
１１０…屈曲部

Claims (10)

1. 基材と、
   前記基材の上に設けられた導電性高分子の導電性のパターンと、
   前記パターンの上に設けられた電解めっきによる導体層と、
   を含む積層構造体を備え、
   前記積層構造体は立体的な凸部または凹部を有する形状を形成するために曲げられた屈曲部を有し、
   前記導電性高分子は、ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳを含むこと
   を特徴とする立体配線構造体。
2. 前記基材および前記パターンのうち少なくとも前記基材は透光性を有する、請求項１記載の立体配線構造体。
3. 前記導体層は、前記パターンの上の一部に設けられた、請求項１または請求項２に記載の立体配線構造体。
4. 前記導電性高分子は、ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳからなる、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の立体配線構造体。
5. 基材の上に導電性高分子の所定形状のパターンを形成して、前記基材および前記パターンを備える積層体を得るパターン形成工程と、
   前記積層体を屈曲させる屈曲工程と、
   屈曲した前記パターンの上に電解めっきを施して導体層を形成するめっき工程と、
   を備え、
   前記めっき工程では、導電性の前記パターンに通電することで前記電解めっきを行い、
   前記導電性高分子は、ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳを含むこと
   を特徴とする立体配線構造体の製造方法。
6. 前記屈曲工程では、加熱を含む処理により前記積層体を所定形状に屈曲させる、請求項５記載の立体配線構造体の製造方法。
7. 前記基材および前記パターンのうち少なくとも前記基材は透光性を有する、請求項５または請求項６に記載の立体配線構造体の製造方法。
8. 前記めっき工程では、前記パターンの上の一部に前記導体層を形成する、請求項５から請求項７のいずれか１項に記載の立体配線構造体の製造方法。
9. 前記導電性高分子は、ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳからなる、請求項５から請求項８のいずれか１項に記載の立体配線構造体の製造方法。
10. 前記めっき工程では、酸性めっき液を用いて電解めっきを施す、請求項５から請求項８のいずれか１項に記載の立体配線構造体の製造方法。