平面状の電子回路を高速かつ容易に立体化できる技術を産総研が開発

産業技術総合研究所(産総研)は11月30日、平面状の樹脂シートに作製した電子回路を破損させず、高速かつ容易に立体成形できる技術を開発したと発表した。

同成果は、産総研人間拡張研究センター兼センシングシステム研究センターの金澤周介研究員らの研究チームによるもの。今回開発された技術によって作成された立体回路は、2020年12月9日～11日に東京ビッグサイトで開催される「MEMSセンシング＆ネットワークシステム展 2021」において、一般公開される予定だ。

人々が生活する現実空間(フィジカル空間)と、コンピュータ内の仮想空間(サイバー空間)を強固に連携させ、社会問題の解決や新規事業の創出につなげる取り組みが、「Society 5.0」や「サイバーフィジカルシステム」として提唱されている。

現実空間に埋設された表示デバイスやセンサーを幅広く創り出すためには、デバイスの小型化や薄型化だけでなく、ゲームコントローラーやPC用マウスなど、エルゴノミクスデザインのような立体形状への対応が求められている。

ゲームコントローラーやPC用マウスなど、立体曲面に電子回路が組み込まれた既存製品は、立体的に成形した樹脂に部品や配線を後から取り付けて製造されている。しかし、立体構造上に配線や回路を形成することの困難さが、生産速度の向上や低コスト化を制限してしまっているという。

この課題を解決するには平面状に作製した回路を立体化する技術が有効だ。ただし、従来の回路であれば、平面で作製されたものを立体化するのは無理を強いることであり、破損してしまうのは当然だ。そのため、平面状の回路の機能を損なわずに高速に立体化できる新たな技術が求められていた。

既存の樹脂シートの成形方法として広く使われている真空成形法や圧空成形法は、熱可塑性のシートの全面を均一に加熱して軟化させ、その形状を金型に追従させて成形するというものである。

それに対して今回開発された「熱投影成形法」では、基板を均一に加熱しないことがポイントだ。基板の一部を加熱しないことで、所望の熱分布になるように加熱(ヒートプロジェクション処理)した後にシートを成形するのである。

熱投影成形法(真空方式)のプロセス概要 (出所:産総研Webサイト)

熱が供給されない非加熱領域ではシートが軟化しないため、回路が破損してしまう原因となるシートの延伸や屈曲の低減させることが可能だ。実装された半導体チップの破損の回避や、設計通りの寸法の維持が必要なコネクター用配線部の保護に有効であり、回路の機能を維持した状態で基板を立体的に成形できるという。

立体的な回路を製造する既存の手法のひとつに、MID(Molded Interconnect Devices)技術がある。MIDでは、主に射出成形で作製した立体的な筐体の表面に光描画プロセスを用いて配線部を描き、めっきやエッチングにより配線化した後にチップを実装するというものだ。光描画技術と実装技術の高度化により、微細で高集積化された回路を形成することが可能である。