特開 2023-165487 三次元成形物の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023165487

(43)【公開日】2023-11-16

(54)【発明の名称】三次元成形物の製造方法

(51)【国際特許分類】

   B29C 51/14 20060101AFI20231109BHJP

   B29C 45/14 20060101ALI20231109BHJP

   H05K 3/00 20060101ALI20231109BHJP

   H05K 1/02 20060101ALI20231109BHJP

【ＦＩ】

B29C51/14

B29C45/14

H05K3/00 W

H05K1/02 B

【審査請求】未請求

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022076535

(22)【出願日】2022-05-06

(71)【出願人】

【識別番号】304036754

【氏名又は名称】国立大学法人山形大学

(74)【代理人】

【識別番号】100101878

【弁理士】

【氏名又は名称】木下 茂

(74)【代理人】

【識別番号】100187506

【弁理士】

【氏名又は名称】澤田 優子

(72)【発明者】

【氏名】古川 忠宏

(72)【発明者】

【氏名】安部 雅則

(72)【発明者】

【氏名】河村 祐輝

(72)【発明者】

【氏名】高橋 辰宏

【テーマコード（参考）】

4F206

4F208

5E338

【Ｆターム（参考）】

4F206AD08

4F206AG03

4F206AH33

4F206JA07

4F206JB12

4F206JB17

4F206JB23

4F206JL02

4F208AC03

4F208AG03

4F208AH36

4F208MA01

4F208MA02

4F208MB01

4F208MC01

4F208MC02

4F208MG04

4F208MH06

4F208MH27

4F208MW02

5E338AA05

5E338AA16

5E338BB55

5E338BB56

5E338CC10

5E338CD23

5E338EE11

5E338EE27

5E338EE33

(57)【要約】

【課題】プラスチックシートの熱変形に伴う電極の亀裂、破断、断線、剥がれ等の不具合や、電子部品の接触不良、断線、脱落等の不具合を防止し、信頼性の高い三次元成形物を成形する三次元成形物の製造方法を提供する。
【解決手段】本発明にかかる三次元成形物の製造方法は、平面のプラスチックシートを用いて作製された回路基板を型の形状に熱変形させる三次元成形工程（ステップＳ４）を実施することにより、所望の三次元成形物を得る。具体的には、熱変形を抑制する範囲として規定したプラスチックシート上の所定位置に反射パターンを印刷する反射パターン印刷工程（ステップＳ２）を含み、前記三次元成形工程においては、反射パターン印刷面側を加熱することにより軟化したプラスチックシートに対し、前記型を押し込むことによって、前記回路基板を当該型の形状に熱変形させる。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

平面のプラスチックシートを用いて作製された回路基板を型の形状に熱変形させる三次元成形工程を実施することにより、所望の三次元成形物を得る三次元成形物の製造方法であって、
熱変形を抑制する範囲として規定したプラスチックシート上の所定位置に反射パターンを印刷する反射パターン印刷工程、
を含み、
前記三次元成形工程においては、反射パターン印刷面側を加熱することにより軟化したプラスチックシートに対し、前記型を押し込むことによって、前記回路基板を当該型の形状に熱変形させる、
ことを特徴とする三次元成形物の製造方法。

【請求項2】

前記平面のプラスチックシートに電極を印刷する電極印刷工程、
をさらに含み、
前記所定位置を、印刷した電極のうちのベタパターンの印刷範囲とし、
前記反射パターン印刷工程では、ベタパターンの印刷範囲を覆うように、前記プラスチックシートの電極印刷面またはその裏面に対し、反射パターンを印刷する、
ことを特徴とする請求項１に記載の三次元成形物の製造方法。

【請求項3】

電極が印刷されたプラスチックシートの電極印刷面に電子部品を実装する実装工程、
をさらに含み、
前記反射パターン印刷工程では、前記所定位置として、前記プラスチックシートの電極印刷面における電子部品実装範囲の周囲、またはその裏面の電子部品実装範囲およびその周囲に、反射パターンを印刷する、
ことを特徴とする請求項２に記載の三次元成形物の製造方法。

【請求項4】

電極が印刷されたプラスチックシートの電極印刷面に電子部品を実装する実装工程、
をさらに含み、
前記反射パターン印刷工程では、前記所定位置として、前記プラスチックシートの電極印刷面における電子部品実装範囲の周囲、またはその裏面の電子部品実装範囲およびその周囲に、反射パターンを印刷する、
ことを特徴とする請求項１に記載の三次元成形物の製造方法。

【請求項5】

前記三次元成形工程において、電極印刷面を加熱する場合は当該電極印刷面に、電極印刷面の裏面を加熱する場合は当該裏面に、ベタパターンの印刷範囲を覆うように反射パターンを印刷する、
ことを特徴とする請求項２に記載の三次元成形物の製造方法。

【請求項6】

反射パターンの印刷範囲を、ベタパターンの形状に略一致する範囲とする、
ことを特徴とする請求項２に記載の三次元成形物の製造方法。

【請求項7】

前記三次元成形工程において、電極印刷面を加熱する場合は当該電極印刷面の電子部品実装範囲の周囲に、電極印刷面の裏面を加熱する場合は当該裏面の電子部品実装範囲全体およびその周囲に、反射パターンを印刷する、
ことを特徴とする請求項４に記載の三次元成形物の製造方法。

【請求項8】

前記電子部品実装範囲の周囲における反射パターンの印刷範囲を、
反射パターンを印刷してない部分の熱変形により三次元成形が完了できる範囲とし、さらに、電子部品の面積が大きいほど広くする、
ことを特徴とする請求項４に記載の三次元成形物の製造方法。

【請求項9】

前記三次元成形物における電子部品実装面を射出成形によりプラスチックで覆い、完成品を得る射出成形工程、
をさらに含む、
ことを特徴とする請求項３に記載の三次元成形物の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、三次元成形物の製造方法および三次元成形物に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、電子機器の小型化および高性能化に伴い、三次元に成形されたプリント配線板（ＰＷＢ：printed wiring board）や、三次元の表面に電気回路が実装されたプリント回路板（ＰＣＢ：printed circuit board）等、三次元形状の回路基板（三次元成形物）の需要が高まっている。

【0003】

たとえば、平面のプラスチックシートに電極を印刷し、これを真空成形や真空圧空成形で三次元化する技術は、一般的に知られている。また、このように印刷された電極に、ＬＥＤチップや、ＣＰＵやメモリに代表されるＩＣ（集積回路）を収めた電子部品等を実装し、三次元形状に加工する技術も一般的に行われている。

【0004】

下記特許文献１には、熱成形機を使用して三次元形状の回路基板を成形する技術として、真空成形や圧空成形によって平坦なフィルムを三次元化する技術が開示されている。

【0005】

具体的には、ポリカーボネート（ＰＣ）等の熱可塑性を有するフィルムに電極（導電性ペーストを使用）を印刷する工程と、電極が印刷されたフィルムに接着剤を使用して電子部品を取り付ける工程と、熱成形機を使用して電子部品が取り付けられたフィルムを三次元形状に成形する工程（三次元成形工程）と、三次元形状に成形された三次元成形物に対し射出成形を実施することによって電気機械的構造体（電気回路部品、電気製品等）を得る工程と、を実施することが記載されている。また、上記三次元成形工程においては、フィルムを加熱し、熱により軟化したフィルムが金型の形状となるように熱成形機内を真空にしてフィルムを金型に押しつけ、三次元形状に成形されたフィルム（三次元成形物）を冷却させつつ金型から取り出すこと、が行われている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特表２０１６－５３９０３４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

上記のように、特許文献１に開示された技術を用いてフィルム（以後、プラスチックシートと呼ぶ場合がある）を三次元形状に成形する場合、熱により軟化したプラスチックシートは、型の形状に応じて変形しながら所望の形状に成形される。

【0008】

一方で、熱変形するプラスチックシートにおいて、プラスチックシートのみの部分と電極が印刷された部分とでは、三次元加工時の伸びやすさに違いがある。すなわち、プラスチックシートのみの部分よりも電極が印刷された部分の方が、導電性ペーストの成分や厚みの影響により変形しづらい傾向がみられる。

【0009】

しかしながら、プラスチックシートの熱変形に伴って電極が印刷された部分も同様に変形することになるため、プラスチックシートに印刷された電極、特に、ベタパターン等のように面積の大きい電極は、変形率（変形の大きさ）によってはその部分に亀裂、破断、断線、さらには剥がれ等の不具合が発生する可能性がある。

【0010】

また、上記プラスチックシートの熱変形に伴って、プラスチックシートに接着された電子部品に、接触不良、断線等の不具合が発生する可能性があり、さらに変形が進むと電子部品が脱落することもある。

【0011】

そして、このような不具合を有する三次元成形物は、完成品である電気回路部品や電気製品の発熱、誤動作、故障等の原因となる、という問題があった。

【0012】

本発明は、上記のような課題に鑑みてなされたものであって、三次元成形時のプラスチックシートの熱変形に伴う電極の亀裂、破断、断線、剥がれ等の不具合や、電子部品の接触不良、断線、脱落等の不具合を防止し、信頼性の高い三次元成形物を成形する三次元成形物の製造方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0013】

本発明にかかる三次元成形物の製造方法は、平面のプラスチックシートを用いて作製された回路基板を型の形状に熱変形させる三次元成形工程を実施することにより、所望の三次元成形物を得る。具体的には、熱変形を抑制する範囲として規定したプラスチックシート上の所定位置に反射パターンを印刷する反射パターン印刷工程を含み、前記三次元成形工程においては、反射パターン印刷面側を加熱することにより軟化したプラスチックシートに対し、前記型を押し込むことによって、前記回路基板を当該型の形状に熱変形させる、ことを特徴とする。

【0014】

本発明にかかる三次元成形物の製造方法によれば、三次元成形時のプラスチックシートの熱変形に伴う電極の亀裂、破断、断線、剥がれ等の不具合や、電子部品の接触不良、断線、脱落等の不具合を防止することができる。

【0015】

また、本発明にかかる三次元成形物の製造方法は、前記平面のプラスチックシートに電極を印刷する電極印刷工程をさらに含む。そして、前記所定位置を、印刷した電極のうちのベタパターンの印刷範囲とし、前記反射パターン印刷工程では、ベタパターンの印刷範囲を覆うように、前記プラスチックシートの電極印刷面またはその裏面に対し、反射パターンを印刷することとした。これにより、三次元成形工程実施時における電極部分の熱変形（伸び）が抑制されるため、電極の亀裂、破断、断線、剥がれ等を防止することができる。

【0016】

また、本発明にかかる三次元成形物の製造方法は、電極が印刷されたプラスチックシートの電極印刷面に電子部品を実装する実装工程をさらに含む。そして、前記反射パターン印刷工程では、前記所定位置として、前記プラスチックシートの電極印刷面における電子部品実装範囲の周囲、またはその裏面の電子部品実装範囲およびその周囲に、反射パターンを印刷することとした。これにより、三次元成形工程実施時における電子部品実装範囲の熱変形（伸び）が抑制されるため、電子部品の接触不良、断線、脱落等を防止することができる。

【0017】

また、本発明にかかる三次元成形物の製造方法にあっては、前記三次元成形工程において、電極印刷面を加熱する場合は当該電極印刷面に、電極印刷面の裏面を加熱する場合は当該裏面に、ベタパターンの印刷範囲を覆うように反射パターンを印刷することが望ましい。また、反射パターンの印刷範囲を、ベタパターンの形状に略一致する範囲とすることが望ましい。

【0018】

また、本発明にかかる三次元成形物の製造方法にあっては、前記三次元成形工程において、電極印刷面を加熱する場合は当該電極印刷面の電子部品実装範囲の周囲に、電極印刷面の裏面を加熱する場合は当該裏面の電子部品実装範囲全体およびその周囲に、反射パターンを印刷することが望ましい。また、前記電子部品実装範囲の周囲における反射パターンの印刷範囲を、反射パターンを印刷してない部分の熱変形により三次元成形が完了できる範囲とし、さらに、電子部品の面積が大きいほど広くすることが望ましい。

【0019】

また、本発明にかかる三次元成形物の製造方法の前記三次元成形工程においては、真空圧空成形機による真空圧空成形を実施すること、または、真空成形機による真空成形を実施すること、が望ましい。

【0020】

また、本発明にかかる三次元成形物の製造方法は、前記三次元成形物における電子部品実装面を射出成形によりプラスチックで覆い完成品を得る射出成形工程を、さらに含むこととした。

【発明の効果】

【0021】

本発明にかかる三次元成形物の製造方法によれば、三次元成形時のプラスチックシートの熱変形に伴う電極の亀裂、破断、断線、剥がれ等の不具合や、電子部品の接触不良、断線、脱落等の不具合を防止することができるとともに、信頼性の高い三次元成形物を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0022】

【図1】図１は、本発明にかかる三次元成形物の製造方法の一例を示すフローチャートである。

【図2】図２は、図１のステップＳ１～ステップＳ３を実施した後の回路基板の一例を示す模式図である。

【図3】図３は、三次元成形工程（ステップＳ４）の一例を示す図である。

【図4】図４は、三次元成形工程（ステップＳ４）により得られた三次元成形物の一例を示す模式図である。

【図5】図５は、真空成形機による真空成形の各工程の一例を示す模式図である。

【図6】図６は、射出成形工程（ステップＳ５）の一例を示す図である。

【図7】図７は、ベタパターンの形状の一例を示す図である。

【図8】図８は、実施例において使用した型の形状を示す図である。

【図9】図９は、型から取り外した後の実施例１の三次元成形物の形状を示す模式図である。

【図10】図１０は、本発明にかかる三次元成形物の製造方法の効果を示す図である。

【図11】図１１は、実施例１および比較例１の三次元成形物におけるベタパターンの各部の寸法および変形の倍率を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0023】

以下、本発明にかかる三次元成形物の製造方法、およびこの製造方法により製造された三次元成形物の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態により本発明が限定されるものではない。

【0024】

＜製造方法＞
図１は、本実施形態の三次元成形物の製造方法の一例を示すフローチャートである。図１において、本実施形態の三次元成形物の製造方法は、熱可塑性を有するプラスチックシートに電極（導電性ペースト）を印刷する電極印刷工程（ステップＳ１）と、三次元成形時の熱変形を抑制する範囲として規定したプラスチックシート上の所定位置に反射パターン（反射ペースト）を印刷する反射パターン印刷工程（ステップＳ２）と、電極が印刷されたプラスチックシートの電極印刷面に電子部品を実装することにより回路基板を得る実装工程（ステップＳ３）と、真空圧空成形機を使用して回路基板を三次元形状に成形することにより三次元成形物を得る三次元成形工程（ステップＳ４）と、三次元成形物における電子部品実装面を射出成形によりプラスチックで覆い、完成品である電気回路部品や電気製品等を得る射出成形工程（ステップＳ５）と、を含むこととした。

【0025】

たとえば、平面のプラスチックシートを用いて作製された回路基板を、真空成形や真空圧空成形で三次元形状に成形する場合、熱により軟化したプラスチックシートは、型の形状に応じて変形しながら所望の形状に成形される。

【0026】

一方、熱変形するプラスチックシートにおいて、プラスチックシートのみの部分と電極が印刷された部分とでは、三次元成形時の伸びやすさに違いがある。すなわち、プラスチックシートのみの部分よりも電極が印刷された部分の方が、導電性ペーストの成分や厚みの影響により変形しづらい傾向がみられる。特に、ベタパターンとして配線された電極部分においては、このような傾向が顕著となる。

【0027】

しかしながら、真空圧空成形等の三次元成形においては、プラスチックシートの熱変形に伴って電極が印刷された部分も同様に変形することになるため、プラスチックシートに印刷された電極、特に、ベタパターン等のように面積の大きい電極は、下記で規定される変形率ΔＬの大きさ（％）によってはその部分に亀裂、破断、断線、さらには剥がれ等が発生する可能性がある。

【0028】

ΔＬ（％）＝（Ｌj－Ｌi）／Ｌi×１００
Ｌiは熱変形前の電極の寸法（ｍｍ）、Ｌjは変形後の電極の寸法（ｍｍ）を示す。

【0029】

また、上記プラスチックシートの熱変形に伴って、プラスチックシート上に接着された電子部品には、接触不良、断線等の不具合が発生する可能性があり、さらに変形が進むと、電子部品が脱落することもある。

【0030】

具体的には、プラスチックシート上のベタパターンの部分については、その部分の変形率ΔＬが５０％を超えると上記亀裂等の不具合が発生する可能性があり、プラスチックシート上の電子部品については、その部品が実装されている部分のプラスチックシートの変形率ΔＬが２０％を超えると上記接触不良等の不具合が発生する可能性がある。

【0031】

そこで、本実施形態においては、上記不具合を回避するための対策として、三次元成形時の熱変形を抑制する範囲として規定したプラスチックシート上の所定位置、すなわち、ベタパターンの印刷範囲および電子部品の実装範囲周辺を含む所定位置に、熱の伝わりを抑えるための反射パターン（反射ペースト）を印刷し、プラスチックシートの上記所定位置の熱変形（変形率）を抑制することとした。そして、本実施形態においては、プラスチックシート上のベタパターンの印刷範囲および電子部品の実装範囲において熱変形が抑制された分を、それ以外の部分の熱変形で補う（熱変形が抑制された範囲よりも大きく変形させる）ことによって、型の形状に応じた熱変形が行われ、これにより、所望の形状の三次元成形物が得られる。

【0032】

また、上記本実施形態の三次元成形物の製造方法を実施することにより、この製造方法により製造された三次元成形物は、熱変形に伴う電極の亀裂、破断、断線、剥がれ等の不具合や、電子部品の接触不良、断線、脱落等の不具合を防止することができる。

【0033】

なお、上記ベタパターンは、配線（信号線）よりも面積の大きい電極であり、たとえば、グランド用、電源用、センサ用、大電流用等の電極である。

【0034】

＜製造方法（詳細）＞
つづいて、本実施形態の三次元成形物の製造方法における各工程をさらに詳細に説明する。

【0035】

なお、本実施形態において使用するプラスチックシート（後述するプラスチックシート１１に相当）は、三次元成形に必要な熱可塑性を有するポリカーボネート（ＰＣ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等を材料とする平面シートであることが好ましい。このプラスチックシートには、完成品（電気回路部品、電気製品等）の仕様および製造条件等（柔軟性、強度、接着性等）に応じて適切な他の材料（他のプラスチック、シリコン、ゴム等）を含ませることが可能である。また、プラスチックシートの厚さは、たとえば、シートの強度、柔軟性、弾力性、透明性、完成品の大きさ等に応じて適宜決定可能とする。

【0036】

上記プラスチックシートを使用した三次元成形物の製造方法において、電極印刷工程では、プラスチックシートに対し、導電性ペーストを使用して電極を印刷する（ステップＳ１）。導電性ペーストとしては、たとえば、銀ペーストを使用することが好ましい。

【0037】

なお、本実施形態においては、導電性ペーストとして銀ペーストを使用することとしたが、これに限るものではなく、他の導電性ペーストとして、たとえば、銅ペースト、カーボンペーストや、導電性のその他のペースト（インキ）も使用可能である。このようなペーストやインキは、印刷方式およびプラスチックシートの材料に応じて適宜選択可能とする。

【0038】

つぎに、反射パターン印刷工程（ステップＳ２）では、プラスチックシートに印刷された電極のうちのベタパターンの印刷範囲（上記所定位置）を覆うように、プラスチックシートの電極印刷面またはその裏面に対し、反射ペーストを使用して反射パターンを印刷する（第１の反射パターン印刷：ステップＳ２－１）。具体的には、三次元成形工程（ステップＳ４）においてＩＲヒーターで加熱する面、すなわち、電極印刷面を加熱する場合は電極印刷面に、電極印刷面の裏面を加熱する場合は裏面に、ベタパターンの印刷範囲を覆うように反射パターンを印刷する。

【0039】

また、反射パターンの印刷範囲は、ベタパターンの印刷範囲全体が反射パターンで覆われ、かつ反射パターンを印刷してない部分の熱変形により三次元成形が完了できればよく（所望の形状の三次元成形物が得られればよく）、たとえば、ベタパターンの形状に略一致する範囲とすることが好ましい。これにより、ＩＲヒーターからの熱が反射パターンの外側からベタパターンの周縁部分に多少なりとも伝わり、ベタパターン部分の変形を抑制しつつ、ベタパターン部分を適度に変形させることができる。反射パターンの印刷範囲がベタパターンの印刷範囲より小さい場合は、ベタパターン部分の変形が大きくなり亀裂等が発生し好ましくない。また、反射パターンの印刷範囲がベタパターンの印刷範囲を大きく超える場合は、この部分の軟化が不十分になり型の形状に追従できずに三次元成形を完了できない（所望の形状の三次元成形物が得られない）可能性あり好ましくない。

【0040】

第１の反射パターン印刷（ステップＳ２－１）を実施することにより、三次元成形工程（ステップＳ４）実施時における電極（導電性ペースト）部分の熱変形（伸び）が抑制されるため、電極の亀裂、破断、断線、剥がれ等を防止することができる。

【0041】

なお、プラスチックシートに印刷した電極のうち、配線（信号線）として印刷された電極については、ベタパターンに比べて細くかつ面積が小さいことから熱変形による影響を受けづらいため、反射パターンの印刷は任意となる。

【0042】

さらに、反射パターン印刷工程（ステップＳ２）では、プラスチックシートの上記電極印刷面（電子部品の実装面に相当）における電子部品実装範囲の周囲（上記所定位置）、またはその裏面の電子部品実装範囲およびその周囲（上記所定位置）に、反射ペーストを使用して反射パターンを印刷する（第２の反射パターン印刷：ステップＳ２－２）。具体的には、三次元成形工程（ステップＳ４）においてＩＲヒーターで加熱する面、すなわち、電極印刷面を加熱する場合は電極印刷面の電子部品実装範囲の周囲（電子部品実装範囲を避ける）に、電極印刷面の裏面を加熱する場合は裏面の電子部品実装範囲全体およびその周囲（電子部品実装範囲を含む）に、反射パターンを印刷する。ＩＲヒーターにより電極印刷面を加熱する場合において、電子部品実装範囲を避けて、その周囲にのみ反射ペーストを印刷する理由は、電極印刷面に実装された電子部品によりＩＲヒーターの赤外線が遮断されプラスチックシートに熱が伝わりづらいため、反射ペーストを印刷しなくともプラスチックシートの熱変形を抑制できるからである。電子部品実装範囲に反射ペーストを印刷しないことにより、プラスチックシートの配線（電極）に対し電子部品の電極を直接接続することが可能となる。

【0043】

また、電子部品実装範囲の周囲における反射パターンの印刷範囲（部品からの距離）は、反射パターンを印刷してない部分の熱変形により三次元成形が完了できる範囲（所望の形状の三次元成形物が得られる印刷範囲）とする。また、電子部品実装範囲の周囲における反射パターンの印刷範囲（部品からの距離）は、電子部品の面積が大きいほど広く（部品からの距離が長く）なるようにする。

【0044】

なお、ステップＳ２－２の工程については、ステップＳ３に示す実装工程の後、すなわち、電子部品を接着した後に実施することとしてもよい。

【0045】

第２の反射パターン印刷（ステップＳ２－２）を実施することにより、三次元成形工程（ステップＳ４）実施時における電子部品実装範囲の熱変形（伸び）が抑制されるため、電子部品の接触不良、断線、脱落等を防止することができる。

【0046】

なお、反射パターン印刷工程（ステップＳ２）において使用する反射ペースト（インキ）は、ＩＲヒーターの赤外線を反射できるものであれば市販の一般的なものでよく、一例として、「十条ケミカル製 鏡面インキ：ＦＵＮＣＯＡＴメタミラー」、「セイコーアドバンス製 真空成形用インキ（ＴＳＮ（遅乾）series、２５００series）」、「セイコーアドバンス製 鏡面インキ（各種series）」、「大日精化工業製 高輝度ＵＶメタリックインキ輝シリーズ」、「帝国インキ製 鏡面インキ（ＭＩＲ４１０００ミラーシルバー、ＭＩＲ４１０００ミラーシルバー、ＭＩＲ４１０００ミラーシルバー）」等が使用可能である。また、反射ペーストは、絶縁性のものであることが望ましいが、必ずしも絶縁性である必要はなく、反射パターンを印刷する箇所に応じて、たとえば、電子部品の電極と電気的に接続する箇所等については、導電性のものを選択的に使用可能とする。

【0047】

また、反射パターンの印刷が電極印刷面の裏面側である場合、すなわち、電極印刷面の裏面を加熱する場合については、ステップＳ２の反射パターン印刷工程（ステップＳ２－１および／またはステップＳ２－２）を電極印刷工程（ステップＳ１）の前に実施することとしてもよい。

【0048】

また、電極および反射パターンの印刷は、スクリーン印刷が好ましいが、たとえば、インクジェット印刷、グラビア印刷、フレキソ印刷、オフセット印刷等、電極および反射パターンを印刷可能であればどのような印刷方式であってもよい。また、反射パターンは、印刷以外の手段として、たとえば、エッチングや薄膜蒸着等の手法により形成することとしてもよい。

【0049】

つぎに、実装工程では、プラスチックシートの電極印刷面に各種電子部品を実装し、回路基板を得る（ステップＳ３）。このとき、電子部品は、実装する位置に応じて、たとえば、導通させる電極部分（配線接続部分）には導電性の接着剤や導電ペーストを使用して接着する。また、それ以外の部分は、接着剤を使用しないか、または、エポキシ等、固定用として絶縁性の接着剤を使用して接着する。また、接着剤は、三次元成形時の圧力および熱に耐えうるものを選択する。

【0050】

また、上記電子部品は、ＬＥＤチップや各種素子（トランジスタ、抵抗、コンデンサ、ダイオード等）、ＣＰＵやメモリに代表されるデジタル部品（デジタルＩＣ）、およびアンプや各種コンバータに代表されるアナログ部品（アナログＩＣ）等、電気回路を構成する各種の部品を含む。

【0051】

図２は、ステップＳ１～ステップＳ３を実施した後の回路基板の一例を示す模式図である。この例は、三次元成形工程（ステップＳ４）において、電極印刷面をＩＲヒーターで加熱する場合を想定したものである。具体的には、プラスチックシート１１における一方の面上に、電極１２と反射パターン１３が印刷され、さらに、電子部品１４が実装されることで、回路基板３１が形成されている。なお、電極印刷面の裏面をＩＲヒーターで加熱する場合、反射パターン１３は、電極印刷面の裏面に印刷される。

【0052】

つぎに、三次元成形工程では、上記ステップＳ１～Ｓ３を実施した後の回路基板３１を、真空圧空成形機を使用して三次元形状に成形し、三次元成形物を得る（ステップＳ４）。

【0053】

図３は、本実施形態の三次元成形工程の一例を示す図であり、たとえば、真空圧空成形機による真空圧空成形の各工程を示している。

【0054】

図３において、真空圧空成形機２０は、上下に駆動し互いに対面する開口を有する上ボックス２１および下ボックス２２と、回路基板３１を加熱するためのＩＲヒーター２３と、上下に駆動するテーブル２４と、上ボックス２１に接続され上ボックス２１内を減圧するための上通気口２５と、下ボックス２２に接続され下ボックス２２を減圧するための下通気口２６と、上ボックス２１に接続され上ボックス２１内を加圧するための加圧用通気口２７と、を備える。

【0055】

また、テーブル２４には、三次元成形用の型３２が載置された状態で固定されている。型３２の材料は、特に限定するものではなく、三次元成形時の熱および圧力に耐えうるものであればよく、たとえば、樹脂製、金属製等のものが使用可能である。

【0056】

また、真空圧空成形機２０は、上ボックス２１と下ボックス２２とを閉じた状態で回路基板３１を境界として形成される上空間２８および下空間２９を有する。この上空間２８および下空間２９は、上ボックス２１と下ボックス２２が閉じた状態において気密性が確保されている。

【0057】

以下、本実施形態においては、一例として、反射ペーストを電極印刷面に印刷し、回路基板３１（プラスチックシート１１）の電極印刷面（図２参照）をＩＲヒーターで加熱する場合について説明する。

【0058】

本実施形態の真空圧空成形においては、まず、成形前の準備作業として、上ボックス２１と下ボックス２２とを開いた状態でテーブル２４上に型３２を固定し、さらに、回路基板３１を、電極印刷面を上に向けて下ボックス２２の開口部に固定する。そして、この状態で上ボックス２１と下ボックス２２とを閉じることにより、回路基板３１を境界として気密性を有する上空間２８および下空間２９を形成する。図３（ａ）は、準備作業完了後の真空圧空成形機２０の概略構成の一例を示す図である。

【0059】

つぎに、上ボックス２１内のＩＲヒーター２３により上から回路基板３１を加熱し、プラスチックシート１１を軟化させる。また、第一通気口２５から上空間２８を減圧し、第二通気口２６から下空間２９を減圧することにより、上空間２８および下空間２９を真空状態にする（図３（ｂ）参照）。

【0060】

この状態で、図３（ｃ）に示すように、テーブル２４を上昇させ、軟化された回路基板３１に型３２を押し込むことにより、回路基板３１は、三次元形状である型３２の形状に変形していく。そして、図３（ｄ）に示すように、加圧通気口２９から上空間２８に空気を導入して加圧することにより、軟化された回路基板３１を型３２にさらに密着させる。これにより、回路基板３１は、型３２の形状を正確に再現した形状、すなわち、所望の三次元成形物となる。最後に、上ボックス２１と下ボックス２２とを開き、型３２から三次元成形物を取り外す。

【0061】

図４は、三次元成形工程（ステップＳ４）により得られた三次元成形物の一例を示す模式図である。図４において、三次元成形物４１は、熱変形後のプラスチックシート４２と電極４３と電子部品４４から構成され、プラスチックシート４２の一方の面に、電極４３が印刷されかつ電子部品４４が実装され、電極印刷面の上記所定位置に反射パターン（図示せず）が印刷されているものとする。

【0062】

なお、上記では、一例として、反射ペーストを電極印刷面に印刷し、回路基板３１の電極印刷面をＩＲヒーターで加熱する場合について説明したが、たとえば、反射ペーストを電極印刷面の裏面の所定位置に印刷し、回路基板３１の電極印刷面の裏面をＩＲヒーターで加熱する場合には、電極印刷面を下（反射パターンを上）に向けて、回路基板３１を下ボックス２２の開口部に固定する。それ以外の手順は、回路基板３１の電極印刷面をＩＲヒーターで加熱する場合と同様である。

【0063】

また、本実施形態においては、一例として、真空圧空成形機による真空圧空成形により三次元成形物を得ることとしたが、これに限るものではなく、真空成形機による真空成形により三次元成形物を得ることとしてもよい。

【0064】

図５は、真空成形機による真空成形の各工程の一例を示す模式図である。真空成形機５０による真空成形においては、ボックス５１上部の開口部にセットされた回路基板３１をＩＲヒーター５２で上から加熱してプラスチックシート１１（回路基板３１）を軟化させる（図５（ａ）参照）。そして、通気口５３から空間５４を減圧することにより空間５４を真空状態にするとともに、テーブル５５を上昇させ、軟化された回路基板３１に型３２を押し込むことにより、回路基板３１は、三次元形状である型３２の形状に変形する。これにより、回路基板３１は、型３２の形状を再現した形状、すなわち、所望の三次元成形物４１となる。

【0065】

上述したように三次元成形工程（ステップＳ４）を実施した後、つぎに、射出成形工程では、三次元成形物４１の電子部品実装面を射出成形によりプラスチックで覆い、完成品である電気回路部品や電気製品等を得る（ステップＳ５）。

【0066】

図６は、本実施形態の射出成形工程の一例を示す図である。

【0067】

本実施形態において使用する金型６１は、たとえば、三次元成形工程（ステップＳ４）により得られた三次元成形物４１の電子部品実装面の裏面を嵌め込むことが可能な第１の金型６１－１と、第１の金型６１－１と組み合わせた（接合した）ときに三次元成形物４１の電子部品実装面側に空間６２を設けるように形成された第２の金型６１－２と、から構成される。そして、三次元成形物４１を嵌め込んだ状態の第１の金型６１－１と第２の金型６１－２とを接合して閉じることにより、完成品（電気回路部品や電気製品等）の形状を有する金型６１を形成する。

【0068】

また、第２の金型６１－２には、金型６１内の空間６２に溶かした樹脂（プラスチック）を注入するための樹脂注入口６３が設けられている。

【0069】

本実施形態の射出成形においては、まず、三次元成形工程（ステップＳ４）により得られた三次元成形物４１を用意し（図６（ａ）参照）、この三次元成形物４１を第１の金型６１－１に嵌め込んだ状態で、第１の金型６１－１と第２の金型６１－２とを接合して金型６１を形成する（図６（ｂ）参照）。

【0070】

つぎに、樹脂注入口６３から、金型６１内の空間６２に熱で溶かした樹脂を注入する（図６（ｂ）参照）。そして、本実施形態においては、冷やすことにより固まったプラスチック６４と三次元成形物４１とが密着状態で一体化した完成品６５（電気回路部品や電気製品等）を、金型６１から取り出す（図６（ｃ）参照）。

【0071】

＜効果＞
以上のように、本実施形態の三次元成形物の製造方法においては、平面のプラスチックシート１１を用いて作製された回路基板３１を型３２の形状に熱変形させる三次元成形工程（ステップＳ４）を実施することにより、所望の三次元成形物４１を得る。具体的には、熱変形を抑制する範囲として規定したプラスチックシート１１上の所定位置に反射パターン１３を印刷する反射パターン印刷工程（ステップＳ２）を含み、三次元成形工程においては、反射パターン印刷面側を加熱することにより軟化したプラスチックシート１１（回路基板３１）に対し、型３２を押し込むことによって、回路基板３１を型３２の形状に熱変形させる。

【0072】

また、プラスチックシート１１に電極１２を印刷する電極印刷工程（ステップＳ１）をさらに含み、前記所定位置を、印刷した電極のうちのベタパターンの印刷範囲とし、上記反射パターン印刷工程では、ベタパターンの印刷範囲を覆うように、プラスチックシート１１の電極印刷面またはその裏面に対し、反射パターン１３を印刷する。

【0073】

さらに、電極１２が印刷されたプラスチックシート１１の電極印刷面に電子部品１４を実装する実装工程（ステップＳ３）を含み、上記反射パターン印刷工程では、前記所定位置として、プラスチックシート１１の電極印刷面における電子部品実装範囲の周囲、またはその裏面の電子部品実装範囲およびその周囲に、反射パターン１３を印刷する。

【0074】

これにより、三次元成形工程実施時における電極（導電性ペースト）部分の熱変形（伸び）が抑制されるため、電極の亀裂、破断、断線、剥がれ等を防止することができる。また、三次元成形工程実施時における電子部品実装範囲の熱変形（伸び）が抑制されるため、電子部品の接触不良、断線、脱落等を防止することができる。

【実施例0075】

つづいて、本発明にかかる三次元成形物の製造方法の実施例について説明する。なお、本発明は下記実施例により制限されるものではない。

【0076】

＜実施例１＞
実施例１では、図３に示す真空圧空成形機と、図７に示す形状のベタパターンを印刷したプラスチックシートと、図８に示す円筒を半分にした半円筒状の型とを使用し、さらに、ベタパターンを覆うように電極印刷面に反射パターンを印刷した上で、図１に示す三次元成形工程（ステップＳ４）を実施した。実施例１においては、電子部品を実装していないプラスチックシートを三次元形状に成形し、三次元成形物を得た。

【0077】

なお、実施例１で使用するプラスチックシートは、厚さ０．４ｍｍ、幅３３５ｍｍ、長さ４５０ｍｍのポリカーボネートシート「PC-2151」（帝人株式会社製）を使用した。また、ベタパターン（電極）には、導電性ペーストとして「DOTITE XA-3737」（藤倉加成株式会社製）を使用した。また、反射パターンには、反射ペーストとして「ＦＵＮＣＯＡＴメタミラー」（十条ケミカル製）を使用した。また、型は、鉄製とし、半円の直径４０ｍｍ、高さ８０ｍｍの半円筒状のものを使用した（図８参照）。

【0078】

また、真空圧空成形機は、ＴＯＭ（Three-dimension Overlay Method）成形機「NGT-T-0203」（manufactured by Fuse Vacuum Forming Co. Ltd.）を使用した。また、真空圧空成形機のＩＲヒーターは、１本０．３ｋＷのＩＲヒーターを１６本（４．８ｋＷ）配置（縦４本×横４本に配置）して使用した。

【0079】

実施例１においては、まず、上記プラスチックシートに対し、上記導電性ペーストを使用してベタパターンを印刷した（図１のステップＳ１に相当）。実施例１では、図７に示すとおり、ｋ＝４５．４９ｍｍ、ｌ１＝６．２７ｍｍ、ｌ２＝２．５１ｍｍのベタパターンをプラスチックシートの中心に下記印刷条件１によりスクリーン印刷した。
（印刷条件１）
・印刷方式：スクリーン印刷
・スキージスピード：１００ｍｍ／ｓｅｃ
・スキージ押込み量：０．２ｍｍ
・クリアランス量：１．０ｍｍ
・オフコン量：１．０ｍｍ
・その他：ベーク温度はクリーンオーブンにて１２５℃、３０分。

【0080】

つぎに、ベタパターンを覆うように、プラスチックシートのベタパターン印刷面に対し、上記反射ペーストを使用して反射パターンを印刷した（図１のステップＳ２に相当）。具体的には、ベタパターンと略同一形状の反射パターンを下記印刷条件２によりスクリーン印刷（重ね塗り）した。
（印刷条件２）
・印刷方式：スクリーン印刷
・スキージスピード：１００ｍｍ／ｓｅｃ
・スキージ押込み量：０．２ｍｍ
・クリアランス量：１．０ｍｍ
・オフコン量：１．０ｍｍ
・その他：初期乾燥は５０℃以下で表面が乾燥するまで自然乾燥または送風乾燥。その後、クリーンオーブンにて８０℃、３０分。

【0081】

そして、上記のようにベタパターンおよび反射パターンを印刷した後のプラスチックシートを、真空圧空成形機を使用して三次元形状に加工し、三次元成形物を得た（図１のステップＳ４に相当）。

【0082】

具体的には、まず、成形前の準備作業として、真空圧空成形機の上ボックスと下ボックスとを開いた状態でテーブル上に型を固定した。このとき、型は、半円筒の内部側（内側）が上向きとなるように（図８参照）、テーブルの中心付近に固定した。そして、型の内部（半円筒の内部）にベタパターンが収まるように、ベタパターン印刷面を上に向けて（ＩＲヒーター側に向けて）プラスチックシートを下ボックスの開口部に固定し、この状態で上ボックスと下ボックスとを閉じた。

【0083】

成形前の準備作業が完了した後、下記の製造条件により三次元成形工程を実施した。
（製造条件）
・シート温度（Sheet temperature）：１４０℃
・型移動速度（Mold speed）：８０ｍｍ／ｓ
・圧力強度（Pressure）：２００ｋＰａ
・プレス時間（Pressing time）：６０（ｓ）
・プレスタイミング（Pressing timing）：０．７（ｓ）

【0084】

図９は、型から取り外した後の実施例１の三次元成形物の形状を示す模式図である。

【0085】

＜比較例１＞
比較例１では、図３に示す真空圧空成形機と、図７に示すベタパターンを印刷したプラスチックシートと、図８に示す円筒を半分にした半円筒状の型とを使用して、反射パターンを印刷することなく、図１に示す三次元成形工程（ステップＳ４）を実施した。実施例１とは、反射パターンを印刷していない点だけが異なる。

【0086】

＜評価＞
実施例１により製造した三次元成形物と比較例１により製造した三次元成形物とを比較した。

【0087】

図１０は、本発明にかかる三次元成形物の製造方法の効果を示す図であり、図１０（ａ）は実施例１の三次元成形物におけるベタパターンの形状および状態を示すものであり、図１０（ｂ）は比較例１の三次元成形物におけるベタパターンの形状および状態を示すものである。また、図１１は、実施例１および比較例１の三次元成形物におけるベタパターンの各部の寸法（ｍｍ）を示す図であり、ベタパターンの各部の寸法（ｍｍ）であるｋ、ｌ１、ｌ２の測定結果が記載されている。

【0088】

図１１を参照すると、比較例１の寸法は、Ｌ１が１０．７ｍｍで成形前の１．６１倍、Ｌ２が４．０３ｍｍで成形前の１．６１倍となっている一方で、実施例１の寸法は、Ｌ１が６．８８ｍｍで成形前の１．１倍、Ｌ２が３．４５ｍｍで成形前の１．３７となっている。すなわち、実施例１の熱変形後のベタパターンと比較例１の熱変形後のベタパターンとを比較すると、実施例１の方が、変形量（伸びの長さ）が抑制されていることがわかる。

【0089】

また、図１０（ａ）（ｂ）を参照すると、比較例１の熱変形後のベタパターンには複数の亀裂が発生しているが、実施例１の熱変形後のベタパターンは、上記のとおり変形量（伸びの長さ）が抑制されているため、亀裂、破断、断線、剥がれ等は見られなかった。

【符号の説明】

【0090】

１１，４２ プラスチックシート
１２，４３ 電極
１３ 反射パターン
１４，４４ 電子部品
２０ 真空圧空成形機
２１ 上ボックス
２２ 下ボックス
２３，５２ ＩＲヒーター
２４，５５ テーブル
２５ 上通気口
２６ 下通気口
２７ 加圧用通気口
２８ 上空間
２９ 下空間
３１ 回路基板
３２ 型
４１ 三次元成形物
５０ 真空成形機
５１ ボックス
５３ 通気口
５４，６２ 空間
６１ 金型
６１－１ 第１の金型
６１－２ 第２の金型
６３ 樹脂注入口
６４ プラスチック
６５ 完成品

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】