JP2000509909A - 熱フォイルエンボス技術を用いた基板を選択的にメタライズする方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 熱フォイルエンボス技術を用いて熱可塑性基板（１）を選択的にメタライズする方法において、パターン化金属層（１５）が切断およびプレス手順の助けで金属フォイル（５）から基板に転写され、それによって：（ａ）パターン化金属層（１５）がはじめにポンチプレス（１３）を用いてフォイル（５）から切断され；（ｂ）切断されたパターン化金属層（１５）が次に圧力Ｐ_b≦１０Ｎ／ｍｍ²と温度Ｔ_b≧１００℃でプレス（１３）を用いて基板（１）に接着される。

Description

【発明の詳細な説明】 熱フォイルエンボス技術を用いた基板を 選択的にメタライズする方法 この発明は、熱フォイルエンボス技術を用いて熱可塑性基板を選折的にメタラ イズし、それによってパターン化金属層が切断およびプレス処置の助けで金属フ ォイルから基板に転写される方法に関するものである。 かかる方法は、例えば、プリント回路ボードまたはモールド内部接続デバイス の製造に使用され、その場合パターン化金属層は電気回路の（一部の）部分領域 （ｌａｎｄ）および内部接続トラックを表す。特に、この方法は、例えば、スマ ートカード（ＳｍａｒｔＣａｒｄ）の生産に使用される。 “熱可塑性”という言葉は比較的穏やかな加熱（せいぜい、約３００℃程度の 温度まで）の効果で軟化させられ、次に冷却により硬化させられる高分子材料に 引用され；この機構はそれ故金属層を基板に固着させるのに利用され、それによ って金属層は上昇温度で一時的に軟化した基板にしみ込んだりくっついたりする ものである。 冒頭のパラグラフに述べた方法は米国特許ＵＳ２，７７６，２３５号公報から 公知である。この公報に記載されている手順では、与えられた表面形状の加熱さ れたポンチプレス（転写工具）が、金属のバターン化された層を一様にメタライ ズされたキャリアフォイルから押し抜き、同時にその層を基板に固着させるため の唯１つのステップの手順に使用される。 この種の処理はドイツ国、ラインブルグ、Ｂｏｌｔａ−Ｗｅｒｋｅ ＧｍｂＨ により供給されたコマーシャルパンフレット“ＩＶＯＮＤＩＮＧ（登録商標）： ＭＩＤ製造方法”に詳細に記載されており、米国特許ＵＳ４，４９５，２３２号 公報に記載されているＩＶＯＮＤＩＮＧ（登録商標）エンボスフォイルに参照さ れている。特に、このパンフレットの第３ページの表には、公知の方法に使用す る７０−９０Ｎ／ｍｍ²のエムボス圧力と１３０−２８０℃のエムボス温度を規 定している。 この公知の方法の欠点は、それがしばしば結果として所謂基板上“アップセッ トエッジ（ｕｐｓｅｔ ｅｄｇｅｓ：太った線部）”となることで、それによっ てパターン化金属層の縁部近くの基板表面に小さなアップライト（ｕｐｒｉｇｈ ｔ：真っすぐな）壁が現れる。これらアップセットエッジは典型的には約５０− −１００μｍ程度の高さで、パターン化金属層と上に横たわる接触部との問の適 切な電気接触にたいし、それらが前者と後者の間で空気間隙を強いるから苛酷な 障害物となる。これは特に集積回路（ＩＣ）が所謂“フリップーフロップ”技術 を使用して基板上に載置され、それによってＩＣ表面の少量のはんだ突起部がパ ターン化金属層にたいしある位置でプレスしようとする場合に当てはまり；なん となれば、かかるはんだ突起部は一般に約５０μｍ程度の高さで、基板上のアッ プセットエッジの存在はパターン化金属層への接触から突起部を完全に遠ざけて しまうからである。その結果電気的接触は全くないかかなり貧弱となる。 本発明の目的は上述の課題を軽減するにある。また特に本発明の目的は上述の ようなアップセットエッジが徹底して削減された、または完全に存在しない結果 を生じる熱フォイルエンボス技術を提供せんとするものである。 これら目的は、冒頭のパラグラフに記載された方法において： （ａ）パターン化金属層がはじめにポンチプレスを用いてフォイルから切断され ； （ｂ）切断されたパターン化金属層が次に圧力ｐ_b≦１０Ｎ／ｍｍ²と温度Ｔｂ≧ １００℃でプレス（ｐｒｅｓｓ）を用いて基板に固着される ことを特徴とすることによって達成される。 本発明に到達する実験で、公知の方法では、ボンチ処理の圧力または温度が減 少するとアップセットエッジの発生率が減少することが発明者らに観察された。 しかしながら、かかる減少は一般に金属パターンの品賃の悪い切断および／また は金属パターンの基板への劣悪な固着をもたらす。高い圧力は本質的に品賃の好 い金属パターンを生じ、一方高い温度は本質的に基板への良好な固着を生じるよ うである。 本発明者らは最終的に公知の方法のアップセットエッジは、高い圧力と高い温 度の同時発生に起因するらしいこと、すなわち高い温度は基板材料の熱的軟化を 引き起こし、一方同時の高い圧力の効果は容易な変形を引き起こすことを理解し た。この欠点の指摘において、２ステップの熱フォイルエンボス手順が提案され 、それによって切断ステップ（ａ）がはじめに比較的低い温度（例えば室温）で 実行され、次に上昇温度の固着ステップ（ｂ）が比較的低い圧力（すなわちｐ_b ≦１０Ｎ／ｍｍ²，これは従来技術で使用しおよび上に参照した７０−９０Ｎ／ ｍｍ²の値よりかなり低い）で実行された。本発明に係るこの方法の始の試みで 、発明者らはアップセットエッジの発生率と大きさをかなり削減することができ た。 本発明に係る特定の実施態様ではステップ（ａ）および（ｂ）は異なった温度 で実行される。例えば、室温でのポンチプレスはステップ（ａ）を実行するのに 使用され、熱いポンチプレス（温度Ｔ_b≧１００℃で）はステップ（ｂ）を実施 するのに使用される。かかる実施態様は２相の実施態様と称せられ、それは異な ったプレスがステップ（ａ）および（ｂ）で使用され、ステップ（ａ）および（ ｂ）が実行される間に時間間隔が存在し、そして切断されたパターン化金属層が ステップ（ａ）および（ｂ）間にしまい込まれる。 本発明に係る方法の別の実施態様はステップ（ａ）および（ｂ）がほぼ同じ温 度で（Ｔ_b≧１００℃）実行されることを特徴とする。一般に、ステップ（ａ） の間にプレスにより印加される力は、条件ｐ_b≦１０Ｎ／ｍｍ²を満足するようス テップ（ｂ）の目的のため調整されねばならないだろう。かかる実施態様は唯１ 相の実施態様と称せられ：それはパターン化金属層と上に横たわるプレス部との 問の接触がステップ（ａ）および（ｂ）問で障害になることがなく、全体の熱フ ォイルエンボス操作が唯１つの流れで実行されるからである。発明者らはかかる １つの相の実施態様は典型的に約１−２秒で実施されることを示した。 本発明に係る特定の実施態様では、金属フォイルは非金属キャリアフォイルに 接着される。多くの適用で、金属フォイルはかなり薄いだろから（数μの程度） 、その結果それはかよわくそしてもろいであろう。かかる場合、補強されたキャ リアフォイルの提供は金属フォイルの被害を防止する助けをする。キャリアフォ イルの提供は本発明方法の２つの相の実施態様の場合に特に有用であり、それは ステップ（ａ）からの結果のパターン化金属層がステップ（ｂ）の実施される前 にある時間しまい込まれて残るからである。 前述のパラグラフにより記載された方法の実施態様では、破壊時のキャリアフ ォイルの伸長は金属フォイルのそれよりほぼ大きい。その場合、使用されるポン チプレス力が十分に小さければ、その時はポンチステップ（ａ）はまわりの金属 フォイルからパターン化金属層を切断するのみで、手のつけられていないキャリ アフォイルを残す。 前述のパラグラフで参照された非金属キャリアフォイルは固着ステップ（ｂ） の間被害を受けないよう十分な熱抵抗を有するべきである。加うるに、キャリア フォイルは固着ステップ（ｂ）の間パターン化金属層を十分に暖めることのでき る熱伝導性を有するべきである。この点で、適切なキャリアフォイルは、例えば 、ＰＴＦＥ（ｐｏｌｙ ｔｅｔｒａｆｌｕｏｒｏｅｔｈａｎｅ）またはＴＥＤＬ ＡＲ（ｐｏｌｙ ｖｉｎｙｌｆｌｕｏｒｉｄｅ）からなっていても良い。金属フ ォイルは熱的に軟化する物質、例えばパラフィン ワックス（融点≒８２℃）を 使用して、ステップ（ｂ）の後または間にキャリアフォイルから金属フォイルの 分離を容易にするようにキャリアフォイルに固着される。 本発明方法の実施態様では、基板に固着されるべき金属フォイルの表面が熱的 に活性のある接着性のフィルムを備えている。この場合、接着性あるフィルムは 温度Ｔ_bで活性化され、引き続く周囲温度への冷却時に固化する。この種の接着 材の例としてはエポキシレジン（ｅｐｏｘｙ ｒｅｓｉｎ）のような熱的に保存 できるレジンを含んでいる。かかる実施態様の代案として、基板（の複数部分） がかかる接着性あるフィルムを備えていてもよいし；代案として、（特に例えば エポキシレジン基板用に）付加的な接着性あるフィルムを使用することなく、軟 化した熱可塑性基板に金属層を押し込む結果の接着効果のみを当てにして決定す ることができる。 本発明方法で使用される適切な金属は、例えば、Ｃｕ，Ａｌ，Ｎｉ，Ｓｎ，Ｐ ｂ，Ａｕ，およびそれらの合金を含んでいる。これらの金属は相対的に良好な電 気的および熱的な伝導性を有し、容易に半田づけされる。大抵の応用には、金属 フォイルは約１０−１００μｍ程度の厚さを有するであろう。 ステップ（ａ）を十分に実施するに必要なポンチプレス力は金属フォイルの厚 みｔ_m、金属フォイルの材料（特にそのせん断弾性係数）、ポンチプレスの縁部 の尖鋭度および金属フォイルにおける切断の幅に依存し、パターン化金属層の周 囲の（累積の）長さに比例するだろう。例えば、ｔ_m＝７０μｍの銅フォイルの 場合には、発明者らは１３Ｎ／ｍｍの周辺力（Ｌ_pにより分割された全ポンチプ レス力である）を使用してよく規定されたパターンを切断することができたが、 ｔ_m＝２０μｍの場合には、たつた４Ｎ／ｍｍの周辺力を必要とした。 本発明に係る方法の特定の実施態様は１２５℃≦Ｔ_b≦２００℃であることを 特徴とするするものである。Ｔ_bのかかる値は本発明方法の使用において大抵の 金属フォイルにあまり軟化を促進せず、さらに本発明方法の使用において（ＰＣ （ｐｏｌｙｃａｒｂｏｎａｔｅ）またはＰＣ／ＡＢＳ（ＰＣ／ａｃｒｙｌｏｎｉ ｔｒｉｌｅ ｂｕｔａｄｉｅｎｅ ｓｔｙｒｅｎｅ））のような通常の合成基板 材料にさしたる損傷を与えないだろう。これら特定の材料については、Ｔ_bは好 適にはそれぞれ約１７５℃と１４５℃の値である。 本発明およびその利点は以下に説明する図面を参照し実施例により詳細に説明 される。 図１は本発明に係る方法が実施される構成の断面図を示し； 図２は本発明に係る方法のステップ（ａ）の実施中における図１の対象物を示 し； 図３は本発明に係る方法のステップ（ｂ）の実施中における図２の対象物を示 し； 図４は本発明に係る方法の実施後の図３の対象物を示し； 図５は従来技術公知の熱フォイルエンボス技術を用いたパターン化金属層を備 えた基板の比較の表示であり； 図６は集積回路に載置せんと試みられた図５の対象物を示し； 図７は本発明に係る方法の実施される別の構成の断面図を示し； 図８は本発明方法の実施中における図７の対象物を示し； 図９は本発明に係る方法の実施されるさらに別の構成の断面図を示し； 図１０は本発明方法の一部の実施中の図９の対象物を示している。 各図面の対応する特徴は同じ参照記号により示されている。実施例１ 図１−４は本発明に係る方法特定実施例の実施の種々の態様を示している。こ こに示した実施例は上述に規定した１相の実施例を示している。 図１は本発明に係る方法の実施される構成の断面図である。熱可塑性基板１は パターン化金属層が備えられるべき平滑な表面３を提示している。この層は金属 フォイル５のポンチされるべき部分である。この場合、基板１はポリカーボネー ト（ｐｏｌｙｃａｒｂｏｎａｔｅ）からなり；フォイル５は純粋なＣｕからなり ７０μｍの厚みである。基板１に面するフォイル５の側面は熱的に活性のある接 着剤（図示されず）、例えば乾質性エポキシレジン（ｄｒｙ ｅｐｏｘｙ ｒｅ ｓｉｎ）の２−５μｍの薄い被膜で被覆されている。 フォイル５は表面３にほば平行に延在する２つの平板７ａ，７ｂの問に保持さ れている。これらの平板７ａ，７ｂはそれぞれ整合する開孔９ａ，９ｂを含み、 それらはフォイル５の部分１５により相互に分離されている。ポンチプレス１１ は平板７ａの側面で表面３から隔離し、開孔９ａの上に位置している。このプレ ス１１は“鼻状部（ｓｎｏｕｔ）”１３を有し、開孔９ａ，９ｂが鼻状部１３と 同じ断面形状を有しさらにほんの少しより大きいから、開孔９ａにきちきちでは あるが自由に滑り込むことができる（開孔９ｂについてもまた同じ）。鼻状部１ ３は与えられた（パターン化）形状、例えば２５ｍｍの一辺を有する正方形を備 えた平坦な底面２３を有する。 プレス１１、または少なくとも鼻状部１３は上昇温度Ｔ_b（例えば約１５０℃ ）に保持される。これは、例えば、鼻状部１３の本体に電気的加熱要素（図示さ れず）を組み入れることにより達成される。 図２は本発明方法のステップ（ａ）の実施直後の図１の対象物を示す。ここに 示されているごとく鼻状部１３は開孔９ａに挿入され開孔９ｂ中にある。そうす る際に、鼻状部１３はフォイル５の部分１５に押し込みがなされ、フォイル５の 結果として剪断力のため部分１５はフォイル５の他の部分から引き離される。こ のようにして、パターン化金属層１５は、表面２３と同じ形状と大きさで、フォ イル５から孔あけさせられる。挿入状態で鼻状部１３の外側面とまわりの孔９ａ ，９ｂの内側面の間の機械的遊び（スプリット幅）は鼻状部１３が加熱状態にあ る時一般に約１０−５０μｍ程度であるべきことは注目に値する。 ステップ（ａ）のポンチプレス１１により印加される力はＬ_pのｍｍあたり約 ２０Ｎ程度であり、表面２３が（例えば）一辺２５ｍｍの正方形周辺を有する場 合にはＬ_p＝４×２５ｍｍ＝１００ｍｍとなり、プレス１１により印加される力 は約２ｋＮとなる。 図３は本発明方法のステップ（ｂ）の実施中の図２の対象物をしめしている。 パターン化金属層１５は今や基板１の表面３に対し鼻状部１３により押しこまれ ている。鼻状部１３は上昇温度Ｔ_bにあるから、このことは金属層１５上の熱的 に活性化した接着層を軟化し、さらにまた基板の表面３を部分的に軟化する。こ のステップの間プレス１１により印加された相対的に穏やかな圧力は、パターン 化金属層１５か表面３で著しい変形を引き起こす事なく（特にアップセットエッ ジ）、軟化表面３に穏やかに押しこまれる。 ステップ（ｂ）の間にプレス１１により印加された圧力Ｐ_bはせいぜい１０Ｎ ／ｍｍ²である。この場合、パターン化金属層１５は２５×２５ｍｍ²＝６２５ｍ ｍ²の面積を有するから圧力Ｐ_bはせいぜい６．２５ｋＮのポンチプレス力に対応 する。 図４は本発明方法実施後の図３の対象物を示す。パターン化金属層１５は表面 ３にエンボスされ（一般に周囲の面３のレベル上わずかに突き出る）、そしてそ れに固着されている。 フォイル５が本発明方法の実施後リボン状にエンボスされる時は、平板７ａ， ７ｂの掴み動作が緩み、そのリボン５が変位し次に平板７ａ，７ｂの間に再び掴 まれ（それで開孔９ａ，９ｂ間でフォイル１５の手付かずのシートが再度一度だ け存在し）、新しい基板（または同じ基板の異なった領域）が開孔９ａの下に置 かれ、本発明方法が繰り返される。比較の実施例 図５と６は従来技術から公知の熱フォイルエンボス技術を用いたパターン化金 属層を備えた基板の断面図である。 図５は大きな平滑な平面５３を提示する熱可塑性基板を示す。パターン化金属 層５１５はＢｏｌｔａ ＧｍｂＨのパンフレットに記載された熱フォイルエンボ ス技術を用いて表面５３に埋め込まれている。この技術に関連する高い圧力の結 果、モールドされた基板材料は層５１５の縁部に沿ってアップセットエッジ５１ ７を形成するよう持ち上げられる。かかるアップセットエッジ５１７の高さは典 型的には表面５３のレベル上約５０−１００μｍ程度である。 図６で、集積回路基板６１は図５対象物の頂部に位置される。基板６１は金属 突起部（つめ先などではじくごときチップ状突起部）６１５を金属５１５に面す る表面に備えている。しかしながら、この金属突起部６１５は典型的には約５０ μｍの高さであるから、アップセットエッジ５１７の存在は突起部６１５と層５ １５の間の接触を妨害する。実施例２ 実施例１とは別の実施例２が図７および図８を用いて説明される。 図７は金属フォイル５が鼻状部１３に面する金属フォイル５の側面で非金属キ ャリアフォイル５’へ接着される以外は図１と大部分が対応する。このキャリア フォイル５’は、例えば、熱的に軟化した接着物の層（図示されず）を用いて金 属フォイル５に接着された５０μｍ厚のＰＴＦＥフォイルを具えている。 図８で、鼻状部１３は開孔９ａを介して開孔９ｂ中に押し込まれている。フォ イル５の結果の剪断応力で、フォイル５の部分１５は周囲のフォイル５から切断 される。しかしながら、なかんずくそのより大きな剪断弾性係数のゆえに、キャ リアフォイル５’は損なわれずに残り、部分１５へ接着された部分１５’は周囲 のキャリアフォイル５’から切断されない。 複合物１５，１５’はパターン化金属層１５を熱可塑性基坂１の表面３と接触 させるため十分下の方へ押し入れられる。実施例１と同様、鼻状部１３の上昇温 度（Ｔ_b≧１００℃）は金属層１５を表面３に埋め込ませるだろうし、他方鼻状 部１３により層１５へ印加された穏やかな圧力（Ｐ_b≦１０Ｎ／ｍｍ²）は層１５ まわりのアップセットエッジの発生を阻止するだろう。鼻状部１３の上昇温度は また同時に層１５のキャリアフォイル１５’からの分離をそれら相互接着を熱的 に軟化させて促進する。実施例３ 実施例２の代案を図９および１０に基づいて明らかにしよう。 図９で金属フォイル５は熱的に軟化接着物の層（実施例２での例えばパラフィ ンワックスのごときもの）を用いて非金属キャリアフォイル５’へ接着させられ る。このフォイル複合物１５，１５’は平板３１に面するキャリアフォイル５’ を備えて平滑な、堅い（例えば金属または石からなる）平板３１に置かれる。実 施例２のごとくキャリアフォイル５’から離れた金属フォイル５の表面は熱的に 活性化された接着物の薄い層（図示されず）で被覆される。 またポンチプレス１３’が示されている。実施例２のポンチプレス１１，１３ とは対照的に現在のポンチプレス１３’は： そのポンチ面の周辺まわりに刃状縁部３３’を有し； 加熱手段を備えずに室温で動作する。 本発明に係る方法のステップ（ａ）を実施するためにボンチプレス１３’は刃 状縁部３３’がキャリアフォイル５’に到達する（がしかし切断しない）よう合 成物５，５’に丁度押し入れられる。そうする際、金属フォイル５は周辺刃状縁 部３３’と同じ形状を有する周辺に沿って切断される。切断された金属フォイル ５の部分１５はかくてキャリアフォイル５’に接着されて残る（図１０参照）。 図１０は本発明方法のステップ（ｂ）の引き続く実施を示している。フォイル 複合物５，５’は今や金属フォイル５が基板１に面するように熱可塑性基板１上 上に置かれる。プレス１３’はステップ（ａ）の間に切断された部分１５の上に 正確に位置される。このプレス１３”は： 図９の周辺刃状縁部３３′により囲まれた面積と同じ形状および大きさを有す るプレス面２３”を有し； 上昇温度（Ｔ_b≧１００℃）で動作できるよう加熱手段（図示されず）を備え ている。 上昇温度と圧力Ｐ_b≦１０Ｎ／ｍｍ²でプレス１３”が部分１５上のキャリアフ ォイルに押し込まれると、部分１５は： 熱的に軟化した基板１に押し込まれ； キャリアフォイル５’から切り離される。実施例４ スマートカードの特定の場合には、基板１は標準のクレジットカード（Ｃｒｅ ｄｉｔ Ｃａｒｄ）の大きさを有する熱可塑性シートである。本発明方法を使用 すると、この基板１の主要な面の１つは複数の金属領域（ｌａｎｄ）の群（ｃｌ ｕｓｔｅｒ）を（基板の短い縁部の１つの近くに）備えている。これら複数領域 １５は領域群の中心に位置するＩＣの複数端子と接触するよう複数の行に配置さ れている。 複数領域１５の各は約１−２１ｍｍ²程度の面積を有し、一方領域群自身はほ ぼ矩形形状で約１ｃｍ²程度の面積を有している。全領域群（“パターン化金属 層”）はポンチ面がその領域群と同じ幾何学的形状を有するポンチプレスを使用 して、金属フォイルから押し抜くことができる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．熱フォイルエンボス技術を用いて熱可塑性基板を選択的にメタライズし、そ れによってパターン化金属層が切断およびプレス処置の助けで金属フォイルか ら基板に転写される方法において： （ａ）パターン化金属層がはじめにポンチプレスを用いてフォイルから切断さ れ； （ｂ）切断されたパターン化金属層が次に圧力ｐ_b≦１０Ｎ／ｍｍ²と温度Ｔ _b≧１００℃でプレス（ｐｒｅｓｓ）を用いて基板に固着される ことを特徴とする熱フォイルエンボス技術を用いて熱可塑性基板を選訳的にメ タライズする方法。 ２．請求項１記載の方法において、ステップ（ａ）および（ｂ）がほぼ同じ温度 で実行されることを特徴とする熱フォイルエンボス技術を用いて熱可塑性基板 を選択的にメタライズする方法。 ３．請求項１記載の方法において、ステップ（ａ）および（ｂ）が異なった温度 で実行されることを特徴とする熱フォイルエンボス技術を用いて熱可塑性基板 を選択的にメタライズする方法。 ４．請求項１から３いずれか記載の方法において、金属フォイルが非金属キャリ アフォイルに接着されることを特徴とする熱フォイルエンボス技術を用いて熱 可塑性基板を選択的にメタライズする方法。 ５．請求項１から４いずれか記載の方法において、基板に接着される金属フォイ ル表面が熱的に活性化された接着物の被膜を備えることを特徴とする熱フォイ ルエンボス技術を用いて熱可塑性基板を選択的にメタライズする方法。