JP3770968B2

JP3770968B2 - レーザーによる回路形成方法

Info

Publication number: JP3770968B2
Application number: JP19345096A
Authority: JP
Inventors: 貴之宮下; 智行明田
Original assignee: Polyplastics Co Ltd
Current assignee: Polyplastics Co Ltd
Priority date: 1995-07-28
Filing date: 1996-07-23
Publication date: 2006-04-26
Anticipated expiration: 2016-07-23
Also published as: JPH09102668A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、合成樹脂成形品の表面に導電回路を形成する方法に関し、電気・電子機器等の分野で回路部品として使用される、表面に正確な導電回路を有する成形品を、効率よく製造するための方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
現在、レーザー光を用いた回路形成法として、成形品の表面に予め導電回路として充分な厚さの金属膜を形成し、導電回路以外の部分の金属膜をレーザー光により飛散除去して、そのまま導電回路とする方法（特開昭６４−８３３９１号公報）が考えられているが、この方法によると導体金属層の厚さを回路としての導電性が充分なように比較的厚い層（例えば１０μｍ以上）とする必要があるため、レーザー光にて金属層の不要部を除去する場合には、レーザー光の出力を高くする必要があり、その結果、下地の合成樹脂成形品まで損傷してしまい、形成した回路の外観形状を著しく阻害し、又、合成樹脂を炭化させて絶縁性に支障を生じる等の問題がある。
また、成形品の表面に金属薄膜を形成し、導電回路部以外の部分の金属薄膜を除去し回路パターンを形成し、電気メッキを行い導電回路とする方法（特開平６−１６４１０５号公報）が考えられており、この方法によればレーザー光の出力を下げて照射するため合成樹脂が炭化されず絶縁性の問題はないが、レーザー光の出力を下げているため、金属薄膜の厚さのばらつきにより、金属薄膜が部分的に除去しきれずに残留し、その結果、導電回路が短絡するという新たな問題が生じる場合がある。
【０００３】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、上記従来法の問題を解決し、簡便な方法により複雑な形状の成形品にもレーザー光を利用して精度良く導電回路を形成する方法について詳細に検討した結果、成形品の表面に形成された金属薄膜として、表面の明度（Ｌ値）が40以下の特定のものを用い、レーザー加工を行うことにより、金属薄膜の厚さのばらつきによる金属薄膜の残留がなくなり、導電回路を短絡させることなく形成し得ることを見出し、本発明を完成するに至った。
即ち本発明は、合成樹脂成形品表面に形成した金属薄膜をレーザー光により除去して回路形成を行う方法において、有機イオウ化合物を含有する無電解銅メッキ液から得られた表面の明度（Ｌ値）が40以下である金属薄膜を用い、レーザー加工を行うことを特徴とするレーザーによる回路形成方法である。
【０００４】
【発明の実施の形態】
以下、図を参照し、順を追って本発明の方法を説明する。
本発明で用いる合成樹脂成形品（基体成形品）の材質は、金属薄膜を強固に付着することのできる合成樹脂であれば、熱可塑性樹脂材料、熱硬化性樹脂材料の何れでも良いが、かかる成形品が後にハンダ付加工等の苛酷な処理を受けることを考慮すると、耐熱性が高く、かつ機械的強度の優れたものが望ましく、さらに多量産性の点では射出成形可能な熱可塑性樹脂が好ましい。その例を挙げれば、芳香族ポリエステル、ポリアミド、ポリアセタール、ポリアリーレンサルファイド、ポリサルホン、ポリフェニレンオキサイド、ポリイミド、ポリエーテルケトン、ポリアリレート及びこれらの組成物等であり、金属薄膜表面の明度（Ｌ値）を40以下にするための熱処理の関係から熱変形温度が200 ℃以上の熱可塑性樹脂が好ましく、特に高融点、高強度、高剛性、成形加工性等の観点から液晶性ポリマー（例えば液晶性ポリエステル、ポリエステルアミド）、ポリアリーレンサルファイドが特に好適であるがこれらに限定されるものではない。また、金属薄膜の密着性を高めるため、必要に応じその材料に適当な物質を配合しても良い。
基体成形品１（図１）は、射出成形等により成形され、その表面の金属薄膜の密着性を良くするため、更に酸、アルカリその他による化学的エッチング、或いはコロナ放電、プラズマ処理等の物理的表面処理を行っても良い。
【０００５】
次に、この成形品の表面に金属被覆加工を行い、金属薄膜２を形成する（図２）。
ここで付与する金属薄膜２の厚さは、厚すぎると次工程におけるレーザー光による回路パターン形成に強い出力のレーザー光を要することとなり、先に述べたように基体成形品１に損傷を生じさせるため好ましくない。逆に薄すぎると後工程での電気メッキによる金属層付加工程において、メッキのための電気が流れなくなるため好ましくない。かかる見地から基体成形品１の表面に付与される金属薄膜２の厚さは0.1 〜２μｍ程度の範囲が適当であり、より好ましくは0.3 〜１μｍである。かかる範囲の厚さであればレーザー光による回路パターン形成を比較的弱い出力で基体成形品１に損傷を生じさせることなく正確に行うことができるので好適である。
かかる金属薄膜２を形成する方法としては、化学メッキ、スパッタリング、真空蒸着、イオンプレーティング、転写法、導電剤塗装等、従来公知の何れの方法でも良いが、均一な金属薄膜２を形成するためには化学メッキ（無電解メッキ）、スパッタリング、真空蒸着、イオンプレーティングが適当である。
また、ここで用いる金属は、銅、銀、ニッケル等、後述のように、化学反応等により暗褐色に変化する金属であれば、何れの金属でも良いが、安価で導電性の良い金属薄膜を形成するためには銅が好適である。
ここで、金属薄膜の表面の明度（Ｌ値）が40以下、より好ましくは30以下であれば、そのままレーザー加工を行えばよい。例えば、無電解銅メッキ液に有機イオウ化合物を添加すると析出した銅薄膜の表面の明度（Ｌ値）は40以下であるので、そのままレーザー加工を行うことができる。ここで、有機イオウ化合物としては、２−メルカプトベンゾイミダゾール等のチオール類、ジメチルジスルフィド等のジスルフィド類、1,2 −ビス（２−ヒドロキシエチルチオ）エタン等のスルフィド類、チオアセトン、チオ尿素等のチオケトン類、１−エチルチアゾリウムクロライド等のスルホニウム類、スルホラン等のスルホラン類が挙げられ、これらの１種又は２種以上を用いることができる。
無電解メッキ表面の明度（Ｌ値）が40を越えている場合は、表面に金属薄膜２を形成した基体成形品１（図２）の金属薄膜２の表面を、明度（Ｌ値）が40以下になるように暗色に変化させれば良い（図３）。
本発明における明度とは、色差計で測定されたＬ値のことである。
金属薄膜表面の明度（Ｌ値）を40以下に変化させる方法としては化学反応が好適であり、具体的には酸化、硫化等の既知の方法であり、その金属に適した方法であればいかなる方法でもよく、例えば銅薄膜の場合、加熱による酸化で薄膜表面に暗色の酸化物を形成させる方法が簡便で好適である。また、ここでの加熱温度の設定は重要であり、低い温度では金属薄膜２が酸化されずらく、また逆に高い温度では基体樹脂成形品に変形などの不具合が生じるため好ましくない。かかる見地から金属薄膜を加熱により酸化させる場合の加熱温度は、100 〜200 ℃、好ましくは140 〜200 ℃が適当であり、0.5 〜３時間加熱時間が適当である。
【０００６】
通常、金属と合成樹脂とのレーザーによる加工性は、合成樹脂のほうがより低い出力のレーザーで加工されるので、下地部分の合成樹脂の損傷を防ぐために、できるだけ低い出力のレーザーで加工する必要がある。本発明は、色差計での明度（Ｌ値）を40以下にすれば、金属薄膜に対するレーザー光の吸収が多くなり、合成樹脂の損傷がない低い出力のレーザーで不必要な部分の金属薄膜を完全に除去し、短絡しない導電回路を形成できることを見出したのである。つまり、色差計での明度（Ｌ値）が40より大きくなると、金属薄膜に対するレーザー光の吸収が悪くなり、高い出力のレーザーで加工しなければならないため金属薄膜を除去する際に下地の合成樹脂を炭化させる等の不具合が発生する場合があり、好ましくないのである。
【０００７】
次に、表面の明度（Ｌ値）が40以下の金属薄膜が形成された成形品（図３）について、導電回路部分以外の不要部分に出力を適宜調節したレーザー光４を照射することにより、この部分の金属薄膜２だけを選択的に飛散除去し、金属薄膜２の導電回路パターン５を形成する（図４）。
ここで、照射するレーザー光４は、化学反応した金属薄膜を除去することのできるレーザーであれば如何なるものでもよいが、金属薄膜の除去性能を考慮すると、赤外領域の波長を有するＹＡＧレーザー、炭酸ガスレーザーなどが好ましい。
かかるレーザーは、予め設定された回路パターンを、コンピュータによって制御されたＸＹ方向のスキャン機構を有するレーザーマーカーにより選択的に照射する。また、複雑な立体成形品に回路を形成する必要のある場合には、レーザー光４を光ファイバ、プリズム等により立体的な方向に導き、コンピュータ制御により所定の領域を正確に照射することができる。またはＸＹ方向のスキャン機構を有するレーザーマーカーとコンピュータにより同調して動くＸＹＺ方向、回転、傾斜の５軸のテーブルを組み合せることによっても立体的に照射することができる。また、この方法によれば、パターンの作成及び修正等は、レーザー照射域の描画プログラムを変更するだけで簡単に行える利点を有する。
【０００８】
その後、表面の明度（Ｌ値）が40以下の金属薄膜２の不要な部分を除去して形成した回路パターン５の導電回路部分に、更に電気メッキを施し、所望の厚さ（例えば、10〜100 μｍ）に金属層を付加して目的とする導電回路６を形成する（図５）。金属層は、10μｍ以上の厚さであれば、導電性の点、あるいは使用中の摩擦等による損傷断線等の問題もなく、また必要以上に厚くする必要もないので厚くても100 μｍ程度で良い。
尚、表面を酸化物などの化合物３により明度（Ｌ値）40以下とした金属薄膜２では、特にその上に形成する電気メッキによる金属層６の密着性が良くないことから、電気メッキで金属層６を形成する為の前処理として、金属薄膜表面層を除去した方が望ましい。その方法としては、公知の如何なる方法を用いても構わないが、成形品を塩酸、硫酸等の酸に浸漬し該表面層を溶解除去する方法が簡便である。
【０００９】
【発明の効果】
本発明によれば、レーザー光を使用することに起因する、合成樹脂成形品の損傷による外観、形状、絶縁性等に対する弊害を避けることができ、また、金属薄膜の厚さのばらつきによる金属薄膜の残留がなくなるため、導電回路の短絡がなく、加工条件幅が広くなるため量産性に優れ、簡便な方法で所望の厚さの正確な導電回路を有する導電回路部品を得ることができ、経済的にも有利である。
【００１０】
【実施例】
以下、図を参照して本発明の実施例を示すが、本発明はこれに限定されるものではない。尚、明度（Ｌ値）は、色差計（日本電色工業（株）製「Z-300A」）により、30φの投光レンズを用いて、外光の影響を受けないようにして、成形品のメッキ表面を測定することにより得た値である。また、以下の実施例１〜８は参考のため示したものである。
実施例１
液晶性ポリエステル（商品名「ベクトラ」、ポリプラスチックス（株）製）を主体とする金属密着性（メッキ性）樹脂組成物を用いて射出成形により立体的な成形品１を作成した（図１）。次いでこれを脱脂し、ＫＯＨ水溶液にてその表面のほぼ全面をエッチング処理した後、ＨＣｌ水溶液にて中和、洗浄後、触媒を付与して表面を活性化し後、化学銅メッキ液（奥野製薬工業（株）製ＯＰＣ−７５０、Ａ液、Ｂ液及びＣ液の混合溶液）に浸漬して、表面に厚さ0.3 μｍの化学銅メッキの金属薄膜２を形成し、よく洗浄した後、乾燥した（図２）。
次に、この表面を化学銅メッキした成形品（図２）を、120 ℃で１時間加熱したところ、化学銅メッキ表面が化学反応を起こし暗褐色の酸化物３に変化した（図３）。この表面の明度（Ｌ値）は26.23 であった。
次いで、この化学銅メッキ表面を変色させた成形品に、レーザー出力が0.4 ＷのＹＡＧレーザー光４を照射して、導電回路部分以外の不要部分の化学銅メッキを除去することにより、導電回路パターン５を形成した（図４）。
その後、この導電回路パターン５を形成した成形品を、５％硫酸水溶液に浸漬し、表面の変色した酸化物を溶解除去した後、導電回路パターン部分に、厚さ10μｍの電気銅メッキを施し、洗浄後、乾燥し、正確で立体的な導電回路部分６を有する回路形成品（図５）を得た。
上記の工程で50個の回路形成品を製造し、その良品率を測定した結果を表１に示す。
【００１１】
実施例２〜８、比較例１〜６
金属薄膜の厚さ、金属薄膜表面に暗色の化合物（酸化物）を形成する際の加熱温度と、その結果形成された成形品の表面の明度、導電回路部分以外の不要部分を除去する際のレーザー光のレーザー出力を、それぞれ表１に示すよう変えた以外は実施例１と同様にして回路形成品を製造し、同様の測定を行った。
結果を表１に示す。
【００１２】
【表１】

【００１３】
実施例９
液晶性ポリエステル（商品名「ベクトラ」、ポリプラスチックス（株）製）を主体とする金属密着性（メッキ性）樹脂組成物を用いて射出成形により立体的な成形品１を作成した（図１）。次いでこれを脱脂し、ＫＯＨ水溶液にてその表面のほぼ全面をエッチング処理した後、ＨＣｌ水溶液にて中和、洗浄後、触媒を付与して表面を活性化し後、奥野製薬工業（株）製の無電解化学銅メッキ液ＯＰＣ−７５０のＡ液及びＢ液の混合溶液にチオ尿素６ｐｐｍを配合した化学銅メッキ液に浸漬して、表面に厚さ0.5 μｍの化学銅メッキの金属薄膜２を形成し、よく洗浄した後、乾燥した（図２）。
この表面の明度（Ｌ値）は23.76 であった。
次いで、この化学銅メッキを形成した成形品に、レーザー出力が0.7 ＷのＹＡＧレーザー光４を照射して、導電回路部分以外の不要部分の化学銅メッキを除去することにより、導電回路パターン５を形成した（図４）。
その後、この導電回路パターン５を形成した成形品の導電回路パターン部分に、厚さ10μｍの電気銅メッキを施し、洗浄後、乾燥し、正確で立体的な導電回路部分６を有する回路形成品（図５）を得た。
上記の工程で50個の回路形成品を製造し、その良品率を測定した結果を表２に示す。
実施例１０
金属薄膜の厚さを変えた以外は実施例９と同様にして回路形成品を製造し、同様の測定を行った。
結果を表２に示す。
【００１４】
【表２】

【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の一例として立体回路成形部品となる基体成形品の斜視図である。
【図２】図２は、図１に示す基体成形品の表面に化学銅メッキを施し、銅薄膜を形成した状態を示す斜視図である。
【図３】図３は、図２に示す銅薄膜を形成した成形品を加熱し、銅薄膜表面に明度（Ｌ値）が40以下の酸化物を形成させた状態を示す斜視図である。
【図４】図４は、成形品の導電回路部分以外の銅薄膜をＹＡＧレーザーにより除去し、導電回路パターンを形成した状態を示す斜視図である。
【図５】図５は、図４に示す導電回路パターンを形成した成形品の導電回路部分に電気銅メッキを施し、回路を形成した状態を示す斜視図である。
【符号の説明】
１・・・基体成形品
２・・・化学金属メッキによる金属薄膜
３・・・明度（Ｌ値）が40以下に変化した金属
４・・・レーザー光
５・・・レーザー光により形成された導電回路パターン
６・・・電気銅メッキにより形成された導電回路

Claims

合成樹脂成形品表面に形成した金属薄膜をレーザー光により除去して回路形成を行う方法において、有機イオウ化合物を含有する無電解銅メッキ液から得られた表面の明度（Ｌ値）が40以下である金属薄膜を用い、レーザー加工を行うことを特徴とするレーザーによる回路形成方法。
有機イオウ化合物が、チオール類、ジスルフィド類、スルフィド類、チオケトン類、スルホニウム類、スルホラン類より選ばれた１種又は２種以上である請求項１記載の回路形成方法。
ＹＡＧレーザーによりレーザー加工することを特徴とする請求項１又は２記載の回路形成方法。
合成樹脂成形品が立体的形状であることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項記載の回路形成方法。