分子接合技術による次世代MIDに向けた配線形成法の開発
文部科学省＜イノベーションシステム整備事業＞
地域イノベーション・エコシステム形成プログラム
令和元年度～令和５年度（現在４年目）

機能材料技術部 須藤裕太

令和4年6月16日

岩手県工業技術センター 成果発表会

１. 研究背景～エレクトロニクス分野のニーズ～

モバイル機器の小型化・軽量化・高機能化

プリント配線板

半導体LEDApple

抵抗

自動運転やコネクテッド
サービスの次世代自動車「プリント配線板」に部品をはんだ付けして接続

モバイル機器、自動車、家電、医療機器などの高機能化に伴うエレクトロニクス部品数の増加

エレクトロニクス部品の愛知県ITS推進協議会

省スペース化・小型化・軽量化の技術がさらに求められる
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１. 研究背景～ 3D-MIDへの注目～

3D-MID (三次元成形回路部品)
Molded Interconnect Device

または

Mechatronic Integrated Device

・機械的機能と電気的機能をもった電気回路配線付きプラスチック成形品
・単なる立体的なプリント配線板ではなく、様々な機能を併せ持ったデバイス
スマートフォン
アンテナ
マルチファンクション
ステアリングLPKF Laser & Electronics

ヱビナ電化工業メリット〇立体的な構造により小型・軽量化〇空いたスペースを他の機能に活用〇組立工数削減

今後、３D-MIDは、次世代移動通信システム(Beyond 5G/6G)で用いられる高周波領域への対応が求められる！

〇自由度の高いデザインが可能
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１. 研究背景～ 3D-MIDの従来技術～
Ra = 数~十数μｍ

三共化成(株)と当センターの共同開発技術

SKW-L2工法

めっき
成形加工工程成形加工された樹脂部品の表面に、レーザ改質工程レーザ光を照射して部分的に表面改質し、前処理工程改質された部分に触媒を担持させて、めっき工程部分めっきによってパターン配線を形成。

樹脂基板

めっき

樹脂基板

めっき
樹脂

SKW-L2工法によるMIDのめっき密着メカニズムは、アンカー効果が主流→現状のままでは3D-MIDを高周波用途に用いるのは難しい
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１. 研究背景～ 平滑めっき配線の必要性～

低周波の場合導体全体に電子が流れる

電子の流れ導体(めっき)導体（めっき）
樹脂基板

樹脂基板

表面粗さの影響

高周波の場合表皮効果

電子は表面付近だけ流れる導体（めっき）導体(めっき)

粗いと更に高抵抗化し、電力損失や信号遅延が生じる
導体(めっき)

樹脂基板

樹脂基板

5G（28GHz帯）では、表面粗さRa < 0.3 μmを要求

高速伝送・低遅延を実現するためには樹脂基板を粗化せずに配線パターンを形成する技術が必要 ⇒平滑めっき配線技術が必要

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２. 技術シーズ～ 分子接合剤の導入～

i-SB法とは、岩手大学発の分子接合技術を用いる固体材料の接合プロセスの総称。
i → (iwate, innovation), S → (strong, simple, superior, surface), B → (Bonding)

共有結合の形成により強固に接合

分子接合剤
金属と化学結合する
官能基

めっき

分子レベルの膜厚(数 nm)

耐熱性が高い中心骨格
樹脂

樹脂と共有結合する
官能基

めっき

Pd触媒

触媒付与

光、熱無電解めっき

樹脂

樹脂

樹脂

樹脂

分子接合剤を塗布

樹脂と強固に接合

触媒の担持めっき膜の形成
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３. 研究の目標
電子機器の小型・軽量化と高周波対応の両立を目指し、分子接合技術を用いて次世代MIDの開発を行う

3D-MID

分子接合技術高周波対応

小型・軽量化

次世代MID
R３年度までの開発目標
平板試料へのめっきに対して、① めっき密着強度 0.5 kN/m以上② 樹脂-めっき界面粗さ Ra 0.3 μm以下

③ 線幅 50 μm以下の配線パターン形成
7４. これまでの研究成果
種々の樹脂材料に対しての光反応性分子接合剤の導入および配線形成の検討① めっき密着強度0.5 kN/m以上

PPS樹脂：0.7 kN/m
ABS樹脂：1.2 kN/m

平板試料
無電解Niめっき② 樹脂-めっき界面粗さ
Ra 0.3 µm以下

電気Cuめっき

めっき Ra：0.13 μｍ

めっき Ra：十数μｍ

樹脂

樹脂

分子接合剤を用いた工法のめっき断面③ 線幅 50 μm以下の配線パターン形成
フォトマスクを用いて選択的にめっき

樹脂

従来工法のめっき断面

無電解めっき線幅: 28 µm

紫外光
石英
Cr

石英
Cr
樹脂

石英フォトマスク

フォトマスク転写法

200 mm8

５. 本発表～マスクレス・ダイレクトパターニング技術の開発～

フォトマスク転写法

マスクレス・ダイレクトパターニング

紫外光

紫外光

レンズ
走査

樹脂

樹脂

立体物へはフォトマスクを密着出来ないのでパターンがぼやける①分子接合剤の導入 ②集光された紫外光を走査
光反応性
分子接合剤

紫外光

樹脂

樹脂

レンズで絞った紫外光を走査することで立体物へ直接パターン描画が可能③結合の形成④洗浄後、触媒付与⑤無電解めっき

Pd触媒

レンズ

樹脂

樹脂

めっき

樹脂

走査

光反応性分子接合剤を用いたマスクレス・ダイレクトパターニング手法の手順
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６. 実 験～マスクレス・ダイレクトパターニングシステムの開発～

Z軸

光ファイバ
重水素ランプ

重水素ランプの光を光ファイバを通してレンズ系へ導光し、樹脂表面へ照射

レンズ

レンズ

分子接合剤の光反応に必要な254 nm付近の波長を用いるために重水素ランプを使用

XY軸凸レンズor対物レンズ
樹脂試料

最小スポット径
φ1 mm ( 凸 レンズ使用時)
φ100 µm (対物レンズ使用時)
XYZ軸ステージによってピンポイントに照射可能

出願番号 : 特願 2021-046645
最小スポット径 φ100 mm（対物レンズ使用）

試作したマスクレス・ダイレクトパターニングシステム
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７. 結 果～ マスクレス・ダイレクトパターニング～

予備実験 紫外光を照射した部分にのみめっきが析出されるかを検証
照射条件 スポット径：約φ1 mm（凸レンズ）、試料：平板PPS樹脂【①スポット照射 】

照射時間：基準照射時間t0
0.5t0 1.0t0

1.5t0

平板PPS樹脂

0.5～4t0

2t0

3t0

4t0

・照射した部分にのみ円形にめっきが析出・ある照射時間以上の露光が必要
・照射時間を長くするとめっきの径が増加

1 mm無電解Niめっき不析出【②無電解Niめっき

ライン描画 】

走査速度：基準走査速度vv

2v

3v

v～10v
5v

7v

8v 10v

・ステージを走査しながら、光を照射する
ことで、ライン状にめっきが析出・走査速度が遅いと線幅が太いがラインが描画できる・走査速度が速くなると線幅は狭くなる

1 mm

無電解Niめっき

平板PPS樹脂

・速すぎるとめっきがつかない部分が発生
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７. 結 果～ マスクレス・ダイレクトパターニング～

照射条件 スポット径：約φ100 μm（対物レンズ）、試料：平板PPS樹脂【 微細ライン描画 】

100 μm・スポット径と同程度の線幅でライン描画がされている
500 μm200 μm

無電解Niめっき

107 μm82 μm
114 μm・200 μmピッチのライン描画によりL/S = 120 μm / 80 μm程度のパターン描画に成功・接近した微細配線パターンであっても、線間を分離して形成可能であることを確認

77 μm116 μm

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７. 結 果～ マスクレス・ダイレクトパターニング～

照射条件 スポット径：約φ100 μm（対物レンズ）、試料：平板PPS樹脂【 微細ライン描画 】
紫外線照射条件を工夫することで、より細い線が形成可能であることを確認

線幅 45 μm

実用化に向けた目標値である線幅50 µm以下の微細配線形成に成功

13８．まとめと今後の計画
まとめ

・光反応性分子接合剤を使用した微細配線パターン形成を目的とし、紫外光のスポット照射およびライン描画が可能なマスクレス・ダイレクトパター
ニングシステムを開発した。
・紫外線スポット径と同等の線幅 約100 μmのマスクレス・ダイレクトパターニングに成功し、さらに最小線幅約45 μmを達成した。
今後の計画①立体成形体へのマスクレス・ダイレクトパターニング
・X-Y軸制御に加えZ軸制御と諸条件の最適化を行うことで、立体物への配線パターニングを目指す。
②事業化に向けた技術移転・企業様との共同研究の実施。
・展示会出展、セミナー開催等で技術普及に取り組む。
14謝辞

本研究は、文部科学省地域イノベーション・エコシステム形成プログラム「岩手から世界へ ～次世代分子接合技術によるエレクトロニクス実装分野への応用展開～」の支援を受けて行われたものです。
https://www.ccrd.iwate-u.ac.jp/ecosystem/

研究開発メンバー
機能材料技術部 須藤裕太、目黒和幸、黒須恵美、石原綾子、三浦由美子、樋澤健太、村松真希、遠藤治之、鈴木一孝

本研究にご興味のある企業様はお気軽にお問い合わせ下さい。
ご説明にお伺いいたします。

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