【別添資料3】プレゼン資料様式

分子接合法（i-SB法）によるプラスチック成形品への三次元配線形成技術

岩手大学研究支援・産学連携センター
客員教授 鈴木 一孝
2021年7月8日

1緒 言•近年、プラスチック（高分子材料）などの成形品の基材表面に、立体的に導体配線を形成する三次元成形回路部品（ＭＩＤ：
Molded Interconnect Device）への需要が高まっている。
•MIDは高分子材料と導電性材料が接合された複合材料であり、材料同士の密着性は重要な品質特性である。その密着性を得るために、材料表面に凹凸形成や反応性化合物を付与する方法が知られている。
•また、MID形成方法として、被覆材を用いて非回路部分を選択的に被覆することにより、非被覆部分に回路を形成する方法がある。
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従来技術とその問題点★高周波用途では、基板表面に凹凸が存在すると、信号の伝達ロスや発熱の原因となるため好ましくなく、さらに、基板表面の凹凸により導体配線の微細なパターンの形成が妨げられるという問題がある。
★プラスチック成形品は形状が立体的であるため、被覆材により非回路部分を選択的に被覆する工程（コスト面等）で困難が生じる。

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新技術の特徴・従来技術との比較• 従来技術の問題点であった、基板表面を粗面化せずとも、基板と導体配線（導電性物質）とを十分に密着させることができる平滑配線形成に成功した。
• i-SB法により、被覆材を用いず（マスク法によらず）三次元配線パターンを形成する方法の開発を目指している。

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三次元成形回路部品（3D-MID）
3D-MID
Molded Interconnect 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
Mechatronic Integrated Device
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①樹脂成形品 +②３次元形状+③3次元回路(機械的機能) (電気的機能)＋※上記①②③の3要素を基本とし、樹脂成形品表面に金属膜で回路形成※日本MID協会の定義

最近では、電子回路形成するストレッチャブルフィルムと一体3D成形する技術（IME：In Mold Electronics）が含まれる場合もある。

NISSHA株式会社H.P.より
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3D-MIDの製品例
BMW Z4（E89）
マルチファンクション
ステアリングバイクスロットルレバー
LPKF Laser & Electronics

LPKF Laser & Electronics

MEMSセンサ

赤外LED
三共化成

ヱビナ電化工業

スマートフォン
アンテナ

パッケージ基板

ウェアラブル、タッチセンサ

ヱビナ電化工業、
LPKF Laser & Electronics

Panasonic
HTC J ISW13HT

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三次元配線形成技術の従来技術調査
導体模様を貼付

めっきによる付着件数

印刷による付着スプレーによる付着出願推移(国別)
三次元配線形成技術の特許出願は、2006年までは「日本」の出願件数が突出。2013年以降は、「米国」の出願件数が急。

出願推移（配線手段）
三次元配線形成技術での、「めっき技術」は「日本」の占める割合が多く、「印刷技術」は「米国」の占める割合が多い。
2020年度中小企業等特許情報分析活用支援事業

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三次元配線形成技術の技術課題• 主な従来技術とその課題
LDS Process (LASER Direct Structuring)

LDS用樹脂SKW-L2 工法

LPKF Laser & Electronics 社 資料より☆簡便な工程★材料コスト高い★透明材料が困難★表面粗さ(Sankyo Kasei Wiring)
Catalysis

Laser surface modification

Electroless plating☆市販材料に適用★表面粗さ

各工法における表面粗さ
SKW-L2工法
樹脂表面のSEM像

量産用従来レーザ

超短パルスレーザRaRa

3 ~ 5 μm

1.5 μmRa

LDS工法
8 ~ 11 μm
83D-MIDへの高周波対応の要求
準ミリ波～ミリ波の高周波帯のニーズが高まっている。
第5世代移動通信システム(5G) → 3.7、 4.5、 28 GHz帯
車載レーダー(自動運転。衝突防止) → 76 GHz帯

伝送損失 =(導体損失) + (誘電損失)

周波数が高くなると電流は導体表面を流れる
表皮厚さ

表皮効果

誘電損失
誘電率(Dk)

誘電正接(Df)Clausius-Mossottiの式
モル分極率
モル体積

平滑だとスムーズに流れる粗いと散乱してエネルギーを散逸する

5Gでは、表面粗さ <0.3 μmを要求

低tanδ材料
PP, PE, COC, COP,LCP, SPS, PPS, フッ素系ポリマー …
誘電率が低いと遅延が少ない

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従来の樹脂めっき配線プロセスとi-SB法との違い
従来の配線プロセス

粗面化

触媒付与

無電解めっき・電解めっき

分子接合処理触媒付与

無電解めっき・電解めっき

i-SB法による配線プロセス10

分子接合（i-SB）法の処理工程①分子接合処理

②UV照射
（光反応）

浸漬処理・乾燥

光反応性分子接合剤

樹脂と強固に接合③無電解めっき

触媒付与

無電解めっき1）全面めっき→平滑配線
2）被覆材による局所めっき→局所配線3）直接局所めっき→新規工法開発○ 配線の面粗さ○ 配線の接合強度○ 微細配線形成

11分子接合（i-SB）法による全面めっきの結果
ABSPPLCP

PPS

処理前－－0.160.15

処理後

0.030.070.160.13〇

〇

△〇

表面の状態
(レーザ顕微鏡像)
100 mm

表面粗さ
Ra( μm )クロスカット試験の結果

図1 各種樹脂基板上の全面めっき試験の表面粗さ12分子接合（i-SB）法によるめっき配線断面の観察結果

めっき

めっき面粗さ：Ra=0.13μｍ

めっき面粗さ：Ra=数～十数μｍ

PPS樹脂
20μm

分子接合（i-SB）法の断面

従来工法の断面SKW-L2 工法

図2. 樹脂板への配線めっき断面のSEM像
13分子接合（i-SB）法によるめっき配線の剥離強度結果
PPS材

ABS材

ピール強度測定機
めっき密着性評価
90°剥離試験（JIS K 6854準拠）

0.8

1.20.7ｋN/m

0.80.4001.2ｋN/m

kN/mkN/m

1.20.410距離（mm）

20001020距離（mm）

図3 各種樹脂表面に形成しためっき膜の剥離強度試験結果

引張試験後の写真
14分子接合（i-SB）法での被覆材利用による
局所めっきの結果
選択結合法

選択分解法

何もついていない基板に分子接合剤を全面につけ分子接合剤を不要な部分を除去する

付けたい部分にだけ付与する

実測値: 28µm

200 µm

実測値: 26µm

200 µm

図4 分子接合技術によるPPS材への配線加工の試験結果

15分子接合（i-SB）法での直接配線形成技術
光照射ON/OFF制御
光源（UV、レ-ザ-）

レンズ（非線形光学結晶）

樹脂成形品表面を粗面化しないで密着性が得られる三次元配線を形成する成形回路部
品の製造方法洗浄

ステージ移動【作用効果１】 樹脂基板の表面が平滑であっても、樹脂基板と金属配線を強固に接合できるため「導体損失」が低い配線パターンを形成することが出来る。
【作用効果２】 局所光の照射により樹脂基板の表面に直接分子接合剤を接合することができるため、微細な３次元配線を形成することが出来る。

図5 樹脂板へのめっき配線のSEM像
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まとめ 高周波対応MIDの開発として、種々の樹脂材料に対する分子接合剤の導入および配線形成の開発を行った。
 分子接合処理により、試験した樹脂材料へのめっき膜は、クロスカット試験により剥離しないこと、0.7ｋN/m以上の強度を確認し、その表面粗さはRa=0.2μm以下（基材表面と変わらない）であった。
 樹脂材料へのめっき微細配線形成を確認した。
以上、高周波対応MID向けに分子接合（i-SB)法による平滑めっきおよび微細配線技術を開発。
引き続き、立体配線、および高周波特性に適用化する評価を進め、実用化を目指す。
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想定される用途
主要活用業界主な活用製品/デバイス（可能性含む）

車載部品

ハンドルスイッチ/ステアリングデバイス/車載用ミリ波レーダー/
車載カメラ/LEDランプ/シャークインアンテナ/ETC車載機
etc.

医療/ヘルスケア

内視鏡カメラモジュール/エコー（ヘッド）/補聴器/歯科用治療機器/体温計/ウェアラブルヘルスケアデバイス etc.

家電/コンシューマー

LED照明/デジカメ関連デバイス/スイッチデバイス/マイクロプ
ロジェクター/ジェスチャーセンサー/スマートウォッチ/ワイヤレス
イヤフォン/スタイラスペン/ヘッドマウンテンディスプレイ etc.

スマートフォン/モバイル

アンテナ/カメラモジュール/近接センサー/圧力センサー/タブ
レット機器/ノートパソコン etc.

産業/インフラパッシブRFID/ロボット向けデバイス/ドローン/航空宇宙向け電子デバイス etc.

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実用化に向けた課題• 現在、各種樹脂平板に、めっきでの直接微細配線形成が可能なところまで開発済み。
• 今後、樹脂成形品への直接描画配線技術について実験データを取得・構築し、回路部品に適用する条件設定を行っていく。

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企業への期待• 未解決の各種樹脂成形品への3次元配線形成については、条件の最適化により克服できると考えている。
• 樹脂めっき技術に優れた企業との共同研究を希望。
• また、次世代成形回路部品を開発中の企業、エレクトロニクス分野への新製品導入を考えている企業には、本技術の導入が有効と思われる。
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本技術に関する知的財産権• 発明の名称• 出願番号• 出願人• 発明者：三次元成形回路部品の製造方法：特願2021-046645：国立大学法人岩手大学
地方独立行政法人岩手県工業技術センター：鈴木一孝、目黒和幸、村上総一郎、村松真希、樋澤健太、黒須恵美、石原綾子、平原英俊、村岡宏樹、桑静21

お問い合わせ先
岩手大学
研究支援・産学連携センター
地域イノベーション・エコシステム形成事業事務局
ＴＥＬ 019－621－6854
ＦＡＸ 019－621－6892
e-mail iwateeco@iwate-u.ac.jp22