JP6903300B1 - 電子装置及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
合成樹脂材料からなり実質的に平坦な2次元形状から実質的に3次元形状に変形可能な基材と、
前記基材上に配置された金属配線パターンと、
前記基材に熱成形を施して前記基材の厚み方向に前記3次元形状に賦形された凹部で前記金属配線パターンと接触し、前記基材の外部に設けられた外部素子とを電気的に接続するための外部接続端子と、
前記外部接続端子の表面である端子表面が露出するように前記外部接続端子を囲むハウジングを形成し、前記基材の少なくとも一面を覆う樹脂層と、
前記凹部で前記金属配線パターンと前記外部接続端子を電気的に接合する接合手段と、
前記凹部に充填されて前記金属配線パターン及び前記外部接続端子と前記接合手段とを一体的に覆う被覆層と、を備えた、
ことを特徴とする。
前記樹脂層は、前記基材の一面に前記金属配線パターンを外部から不可視にする調色された接着層を介して形成されている、
ことを特徴とする。
前記樹脂層は、前記基材の一面とは反対側の他面には透光性の接着層を介して透明樹脂材料で形成されている、
ことを特徴とする。
合成樹脂材料からなり実質的に平坦な2次元形状から実質的に3次元形状に変形可能な基材と、
前記基材上に配置された金属配線パターンと、
前記基材に熱成形を施して前記基材の厚み方向に前記3次元形状に賦形された凹部で前記金属配線パターンと接触し、前記基材の外部に設けられた外部素子とを電気的に接続するための外部接続端子と、
前記外部接続端子の表面である端子表面が露出するように前記外部接続端子を囲むハウジングを形成し、前記基材の少なくとも一面を覆う樹脂層と、
前記凹部で前記金属配線パターンと前記外部接続端子を電気的に接合する接合手段と、
前記凹部に充填されて前記接合手段を覆う被覆層と、を備える電子装置の製造方法であって、
前記基材を準備する工程と、
前記基材上に前記金属配線パターンを配置する工程と、
前記金属配線パターンが配置された前記基材と前記外部接続端子を金型に位置決めして載置して前記凹部を賦形すると同時に前記樹脂層を射出成形する工程と、
前記金属配線パターンと前記外部接続端子とを接合手段で電気的に接合する工程と、
前記凹部に前記被覆層を充填して前記金属配線パターン及び前記外部接続端子と前記接合手段とを一体的に被覆する被覆工程と、を順に実行する、
ことを特徴とする。
合成樹脂材料からなり実質的に平坦な2次元形状から実質的に3次元形状に変形可能な基材と、
前記基材上に配置された金属配線パターンと、
前記基材に熱成形を施して前記基材の厚み方向に前記3次元形状に賦形された凹部で前記金属配線パターンと接触し、前記基材の外部に設けられた外部素子とを電気的に接続するための外部接続端子と、
前記外部接続端子の表面である端子表面が露出するように前記外部接続端子を囲むハウジングを形成し、前記基材の少なくとも一面を覆う樹脂層と、
前記凹部で前記金属配線パターンと前記外部接続端子を電気的に接合する接合手段と、
前記凹部に充填されて前記接合手段を覆う被覆層と、を備える電子装置の製造方法であって、
前記基材を準備する工程と、
前記基材上に前記金属配線パターンを配置する工程と、
前記金属配線パターンが配置された前記基材を金型に位置決めして載置して前記凹部を賦形すると同時に前記金属配線パターンが配置された一面とは反対側の他面を覆うように前記樹脂層を射出成形する工程と、
前記金属配線パターンと前記外部接続端子とを接合手段で電気的に接合する工程と、
前記凹部に前記被覆層を充填して前記金属配線パターン及び前記外部接続端子と前記接合手段とを一体的に被覆する被覆工程と、
前記金属配線パターンが配置された一面を覆うように前記樹脂層を射出成形する工程と、を順に実行する、
ことを特徴とする。
尚、以下の図面を使用した説明において、図面は模式的なものであり、各寸法の比率等は現実のものとは異なることに留意すべきであり、理解の容易のために説明に必要な部材以外の図示は適宜省略されている。
図1は本実施形態に係る電子装置1の一例を樹脂層を不図示にして示す平面模式図、図2は本実施形態に係る電子装置1の一例を示す部分断面模式図、図3は本実施形態に係る電子装置1の他の態様の一例を示す部分断面模式図である。
以下、図面を参照しながら、本実施形態に係る電子装置1の構成について説明する。
本実施形態において使用する絶縁性の変形可能な基材2は特にフィルム状の基材に限らないが、以下、フィルム状の基材として説明する。ここで、「変形可能な基材」は、金属配線パターン3を配置後に変形できる、すなわち、熱成形、真空成形または圧空成形によって実質的に平坦な2次元形状から実質的に3次元形状に形成されることができる基材を意味する。
基材2の素材は、絶縁性の変形可能な熱可塑性樹脂であって、融点Tmが存在する場合は150℃以上であることが好ましく、200℃以上であることがより好ましい。
また、基材2のガラス転移点Tgの範囲は20℃〜250℃が好ましく、50℃〜200℃がより好ましく、70℃〜150℃が最も好ましい。ガラス転移点Tgが低すぎる場合、金属配線パターン3の形成時に基材2の歪みが大きくなる虞がある。
特にポリエステルがより好ましく、さらにその中でもポリエチレンテレフタレート(PET)が経済性、電気絶縁性、耐薬品性等のバランスが良く最も好ましい。
基材2の表面に金属配線パターン3を配置する場合、さきに、金属めっき成長のきっかけとなる金属ナノ粒子等の触媒からなる下地層3aを所定のパターン状に形成する。
下地層3aは、基材2上に金属ナノ粒子等の触媒インクを塗布したあと、乾燥および焼成を行うことにより形成する。
金属配線パターン3上には、図2に示すように、電子装置1の外部に設けられた外部素子と電気的に接続するための外部接続端子4が接合されている。
外部接続端子4は、例えば、銅の合金などを用いて四角柱形状に形成されている。尚、外部接続端子4は、一例として、表面にニッケルメッキを施し、そのニッケルメッキの上に、金、錫などの金属やそれら金属を含む合金などのメッキが施されても良い。外部接続端子4のピッチは、接続先のコネクタの規格に応じている。外部接続端子4は、例えば、コネクタ端子となる端子部4aと、金属配線パターン3と接合部材5で接合されるアンカー部4bとからなり、アンカー部4bが接合部材5で金属配線パターン3に接合される。
図2(a)に示すように、外部接続端子4のアンカー部4bは金属配線パターン3と接合手段の一例としての接合部材5で接合されている。接合部材5としては、はんだ5Aが挙げられる。はんだ5Aは、基材2の軟化点より低温の溶融温度を有する低温はんだが望ましく、例えば、錫(Sn)とビスマス(Bi)との合金(SnBi)、錫(Sn)とビスマス(Bi)とニッケル(Ni)と銅(Cu)との合金(SnBiNiCu)、錫(Sn)とビスマス(Bi)と銅(Cu)とアンチモン(Sb)との合金(SnBiCuSb)、錫(Sn)と銀(Ag)とビスマス(Bi)との合金(SnAgBi)、錫(Sn)とインジウム(In)との合金(SnIn)、錫(Sn)とインジウム(In)とビスマス(Bi)との合金(SnInBi)、又は、基材2の軟化点と比較して相対的に低い融点を持つその他の合金とビスマス(Bi)及び/又はインジウム(In)とのその他の組み合わせとすることができ、例えば基材2としてのポリエチレンテレフタレート(PET)の軟化点より低い120〜140℃の融点を有することが望ましい。
樹脂層6は、外部接続端子4の端子部4aが露出するように基材2の一面2aに対して接着層ADを介して形成され、図2に示すように、金属配線パターン3が配置された一面2aを覆う本体部61と、筒形状を有し、筒の内部に外部接続端子4の端子部4aが露出するように囲むハウジング部62と、を備えて構成されている。本実施形態に係る電子装置1においては、外部接続端子4及びハウジング部62が、電子装置1と電子装置1の外部に設けられた外部素子とを電気的に接続するコネクタを構成している。
これにより、部品点数を削減するとともに変形可能な基材2上に形成された金属配線パターン3上に外部接続端子4を位置精度よく配置することができる。尚、接着層ADは、金属配線パターン3を覆い隠すように調色されていることが好ましい。
被覆層7は、外部接続端子4と金属配線パターン3が接合部材5で接合された状態で、上面を覆うように凹部8にポッティングで配置され接合部材5を保護する。凹部8は、図2に示すように、樹脂層6を二次モールドする際に、樹脂層6が形成されない領域として形成される。また、図3に示すように、基材2と外部接続端子4を金型に載置して樹脂層6を二次モールドする際に、熱成形可能な基材2に金型で賦形することによって形成されてもよい。
これらの硬化性樹脂材料は、接着剤や塗料としても用いられ、種々の材料に対して高い密着性を有するとともに、硬化前のモノマーの状態では粘度が低いため、成形性に優れ、外部接続端子4のアンカー部4bと金属配線パターン3とを接合する接合部材5の全体を覆うのに好適である。
図4は電子装置1の製造方法の概略の手順の一例を示すフローチャート図、図5は電子装置1の製造過程を説明するための電子装置1の部分断面模式図、図6は電子装置1の他の製造過程を説明するための電子装置1の部分断面模式図である。
電子装置1は、熱可塑性樹脂により構成された熱成形可能な基材2上に、金属ナノ粒子等の触媒インクを塗布する下地層形成工程S1と、めっき処理により下地層3aの上に金属配線パターン3を形成するめっき工程S2と、金属配線パターン3が配置された基材2と外部接続端子4を金型に載置して基材2の少なくとも一面を覆うように射出成形により熱可塑性樹脂を二次モールドする樹脂充填工程S3と、金属配線パターン3と外部接続端子4とを接合部材5で電気的に接合する電気的接合工程S4と、を経て製造される。
所定の形状及び大きさに形成された実質的に平坦なフィルム状の基材2上に金属配線パターン3を配置するために、基材2上に金属めっき成長のきっかけとなる金属ナノ粒子等の触媒粒子からなる下地層3aを所定のパターン状に形成する。尚、基材2は、金属ナノ粒子等の触媒粒子からなる触媒インクを均一に塗布するために、例えば、コロナ処理、プラズマ処理、溶剤処理、プライマー処理等の表面処理を施すことが好ましい。
焼成温度は、100°C〜300°Cが好ましく、150°C〜200°Cがより好ましい。焼成温度が低すぎると、金属ナノ粒子同士の焼結が不十分となるとともに、金属ナノ粒子以外の成分が残ることで、密着性が得られない虞がある。また、焼成温度が高すぎると、基材2の劣化や歪みが発生する虞がある。
下地層形成工程を経て基材2上に形成された下地層3aに対し、電解めっきまたは無電解めっきを行うことにより、下地層3aの表面および内部にめっき金属を析出させる。めっき方法は公知のめっき液およびめっき処理と同様であり、具体的に無電解銅めっき、電解銅めっきが挙げられる。
樹脂充填工程S3では、まず、図5(a)に示すように、めっき工程S2で金属配線パターン3が配置された基材2の金属配線パターン3が配置された一面2aの反対側の他面2bにバインダーインクBaを塗布した上で樹脂層6を二次モールドにより形成する。バインダーインクBaは、接着性樹脂を含み、スクリーン印刷、インクジェット印刷、スプレーコート、筆塗り等で塗布され、基材2と二次モールドされる樹脂層6との接着性を向上させる。尚、透明樹脂材料からなる樹脂層6が形成される場合は、透光性を有することが好ましい。
このように、外部接続端子4と金属配線パターン3が配置された基材2を金型に位置決めして載置した状態で樹脂層6を二次モールドすることで、部品点数を削減するとともに変形可能な基材上に形成された金属配線パターン3上に外部接続端子4を位置精度よく配置することができる。
基材2上に形成された金属配線パターン3上に外部接続端子4を接合部材5としてのはんだ5Aで接合するために、金属配線パターン3及び外部接続端子4のアンカー部4bにはんだペーストを塗布する。はんだペーストの塗布は、ステンシル印刷装置、スクリーン印刷装置、ディスペンサー装置等の公知の装置を用いて行うことができる。本実施形態においては、ディスペンサー装置を用いてはんだペーストを塗布する。
ポッティングで形成された未硬化の被覆層7を硬化させる方法としては、硬化性樹脂材料を硬化できれば、特に制限されず、使用する樹脂の種類に応じて適宜選択することができる。本実施形態においては、硬化性樹脂材料として、硬化のための加熱を必要としない二液硬化性樹脂材料、光硬化性樹脂材料、又は湿気硬化性樹脂材料を用いることで、基材2が溶融したり変形することを抑制することができる。。
本実施形態に係る電子装置1の製造方法によれば、図7に示すように、金属配線パターン3が配置された基材2に樹脂層6を二次モールドして、基材2の他面2b上に本体部61と外部接続端子4を囲むハウジング部62が一体となった樹脂層6を形成(図7(a)参照)した後、外部接続端子4をハウジング部62に形成された挿入孔6aに圧入して、金属配線パターン3とはんだ5Aで電気的に接合してもよい(図7(b)参照)。外部接続端子4を挿入する挿入孔6aは、二次モールドでハウジング部62と一体として形成され、外部接続端子4を位置精度よく配置することができる。
2・・・基材
3・・・金属配線パターン
4・・・外部接続端子
4a・・・端子部
4b・・・アンカー部
5・・・接合部材
5A・・・はんだ
5B・・・線材
6・・・樹脂層
7・・・被覆層
Claims (5)
- 合成樹脂材料からなり実質的に平坦な2次元形状から実質的に3次元形状に変形可能な基材と、
前記基材上に配置された金属配線パターンと、
前記基材に熱成形を施して前記基材の厚み方向に前記3次元形状に賦形された凹部で前記金属配線パターンと接触し、前記基材の外部に設けられた外部素子とを電気的に接続するための外部接続端子と、
前記外部接続端子の表面である端子表面が露出するように前記外部接続端子を囲むハウジングを形成し、前記基材の少なくとも一面を覆う樹脂層と、
前記凹部で前記金属配線パターンと前記外部接続端子を電気的に接合する接合手段と、
前記凹部に充填されて前記金属配線パターン及び前記外部接続端子と前記接合手段とを一体的に覆う被覆層と、を備えた、
ことを特徴とする電子装置。 - 前記樹脂層は、前記基材の一面に前記金属配線パターンを外部から不可視にする調色された接着層を介して形成されている、
ことを特徴とする請求項1に記載の電子装置。 - 前記樹脂層は、前記基材の一面とは反対側の他面には透光性の接着層を介して透明樹脂材料で形成されている、
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の電子装置。 - 合成樹脂材料からなり実質的に平坦な2次元形状から実質的に3次元形状に変形可能な基材と、
前記基材上に配置された金属配線パターンと、
前記基材に熱成形を施して前記基材の厚み方向に前記3次元形状に賦形された凹部で前記金属配線パターンと接触し、前記基材の外部に設けられた外部素子とを電気的に接続するための外部接続端子と、
前記外部接続端子の表面である端子表面が露出するように前記外部接続端子を囲むハウジングを形成し、前記基材の少なくとも一面を覆う樹脂層と、
前記凹部で前記金属配線パターンと前記外部接続端子を電気的に接合する接合手段と、
前記凹部に充填されて前記接合手段を覆う被覆層と、を備える電子装置の製造方法であって、
前記基材を準備する工程と、
前記基材上に前記金属配線パターンを配置する工程と、
前記金属配線パターンが配置された前記基材と前記外部接続端子を金型に位置決めして載置して前記凹部を賦形すると同時に前記樹脂層を射出成形する工程と、
前記金属配線パターンと前記外部接続端子とを接合手段で電気的に接合する工程と、
前記凹部に前記被覆層を充填して前記金属配線パターン及び前記外部接続端子と前記接合手段とを一体的に被覆する被覆工程と、を順に実行する、
ことを特徴とする電子装置の製造方法。 - 合成樹脂材料からなり実質的に平坦な2次元形状から実質的に3次元形状に変形可能な基材と、
前記基材上に配置された金属配線パターンと、
前記基材に熱成形を施して前記基材の厚み方向に前記3次元形状に賦形された凹部で前記金属配線パターンと接触し、前記基材の外部に設けられた外部素子とを電気的に接続するための外部接続端子と、
前記外部接続端子の表面である端子表面が露出するように前記外部接続端子を囲むハウジングを形成し、前記基材の少なくとも一面を覆う樹脂層と、
前記凹部で前記金属配線パターンと前記外部接続端子を電気的に接合する接合手段と、
前記凹部に充填されて前記接合手段を覆う被覆層と、を備える電子装置の製造方法であって、
前記基材を準備する工程と、
前記基材上に前記金属配線パターンを配置する工程と、
前記金属配線パターンが配置された前記基材を金型に位置決めして載置して前記凹部を賦形すると同時に前記金属配線パターンが配置された一面とは反対側の他面を覆うように前記樹脂層を射出成形する工程と、
前記金属配線パターンと前記外部接続端子とを接合手段で電気的に接合する工程と、
前記凹部に前記被覆層を充填して前記金属配線パターン及び前記外部接続端子と前記接合手段とを一体的に被覆する被覆工程と、
前記金属配線パターンが配置された一面を覆うように前記樹脂層を射出成形する工程と、を順に実行する、
ことを特徴とする電子装置の製造方法。
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