JP2002067260A

JP2002067260A - 積層帯材の製造方法および積層帯材

Info

Publication number: JP2002067260A
Application number: JP2000260371A
Authority: JP
Inventors: Kentaro Yano; 健太郎矢野
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 2000-08-30
Filing date: 2000-08-30
Publication date: 2002-03-05

Abstract

(57)【要約】【課題】工業的に十分実用可能な技術の範囲で、即
ち、低い圧延率でも同時に三層以上の構造の積層帯材を
連続生産する方法と、積層帯材を提供する。【解決手段】真空槽内で、第一の帯材の被接合表面と
第二の帯材の被接合表面の少なくとも一方の面側に、蒸
着法により前記第一の帯材もしくは前記第二の帯材と同
種、もしくは異種の蒸着層を付着形成させた後、前記第
一の帯材と第二の帯材とを圧着接合させる積層帯材の製
造方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は強固に接合可能な積
層帯材の製造方法および積層帯材に関する。

【０００２】

【従来の技術】真空槽内で圧延を利用して圧着接合する
ことにより積層帯材を製造する方法の第一の方法とし
て、特公平7-55384号に示されるように、常温の真空雰
囲気を用いて被接合帯材表面をイオンエッチング処理に
より活性化し、圧延法を用いて低い圧下率での圧着接合
する方法がある。この第一の利点としては、常温での圧
着法を用いるため、圧着接合界面に拡散層を生成し難
く、拡散層の形成で積層帯材の特性が著しく劣化するよ
うな極薄板用途の製造方法として好適となる。また、第
二の利点としては、真空雰囲気にて積層圧着せしめるた
め、接合面に気体巻き込みによるまたは酸化物に起因す
る接合欠陥も無くなり、その結果、積層圧着後の積層帯
材の接合強度の高い複合材料を得ることができるため、
加工性の優れた積層帯材を製造できる点で優れたもので
ある。第二の方法として、特開平1-133689号に示される
加熱圧延法がある。これは、真空もしくは調整雰囲気中
で、重ね合わせた異種金属を室温〜1400℃の任意の温度
に加熱した後、圧延することにより積層帯材を製造する
方法である。この方法は、溶接工程が不要であり、高速
で強固に接合できるため、生産効率が良い。また、設備
が比較的単純で、設備費が低いなどの利点がある。

【０００３】一方、第三の方法として低圧拡散接合法が
提案されている。これは、例えば特開昭60-27481号に
は、接合されるAlとTiの接合表面をスパッタリング(ド
ライエッチ)した後、Zn、Mg、Ag、Au、Ni、Cu、Siなど
をスパッタリングでコーティングし、AlとTiを重ね合せ
る接合方法が開示され、更に特開平7-214344号には、三
枚以上の板状の材料の一部または全部の接合面を同時に
スパッタリングで活性化な金属薄膜を形成するか、不活
性ガスまたは金属粒子のビームを照射して汚染層を除去
するなどした後、被接合面同士を接触することで積層材
を得る装置が開示され、これらの方法は比較的小さな板
状の材料の接合に適している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
第一の方法におけるイオンエッチングは、エッチングの
速度が遅く、かつ強固に接合させるには酸化層厚さ以上
のエッチング量が必要であるため、生産性が悪いだけで
なく、更にこの方法では、同種または異種の材質でなる
二層構造の積層帯材を製造する方法に限定されるため、
一度に三層以上の構造を有する積層帯材を製造する方法
には適さない。また、上述の第二の方法は接合前に加熱
するため、例えば被接合材が、厚さ10μｍの銅箔などで
は、素材の軟化、膨張係数の違いなどにより、しわを生
じやすく、コイルでの製造は困難であり、生産性が悪
い。更に、第三の方法は比較的小さな板状の接合には適
しているものの、帯状のような長い材料の接合を考慮さ
れるものではないため、例えば、帯状の材料同士を連続
して接合するのは困難である。本発明は、工業的に十分
実用可能な技術の範囲で、即ち、低い圧延率でも同時に
三層以上の構造の積層帯材を連続生産する方法と、積層
帯材を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明者は、真空槽内で
行う圧着法の利点を活かしながら、より生産性を向上で
き、更に同時に三層以上構造の積層帯材を得ることが可
能な製造方法について鋭意検討を行った結果、帯材の接
合面に蒸着法を用いて新たな蒸着層を形成することで生
産性を大きく改善できることを見いだし、本発明に到達
した。

【０００６】すなわち本発明の第一は、真空槽内で、第
一の帯材の被接合表面と第二の帯材の被接合表面の少な
くとも一方の面側に、蒸着法により前記第一の帯材もし
くは前記第二の帯材と同種、もしくは異種蒸着層を付着
形成させた後、前記第一の帯材と第二の帯材とを圧着す
る積層帯材の製造方法である。本発明の第二は、上述の
蒸着法として、好ましくは物理蒸着法で行う積層帯材の
製造方法であり、本発明の第三は、上記の積層帯材の材
質が金属もしくは樹脂からなる積層帯材の製造方法であ
る。また、本発明の第四は第一の帯材と第二の帯材との
間に蒸着層を有することを特徴とする積層帯材である。

【０００７】

【発明の実施の形態】本発明の重要な特徴は、帯状の材
料を真空槽中で蒸着した蒸着層を介して圧接することに
ある。真空中で蒸着した金属やＣやＳｉ等の非金属は、
活性であり圧接することにより接着させることができ
る。圧接する方法としては、少なくとも加圧できれば良
い。たとえば、ロールによる圧下や、圧延等が適用でき
る。

【０００８】以下に本発明を詳しく説明する。本発明で
は、まず、蒸着法により第一の帯材もしくは第二の帯材
と同種、もしくは異種の蒸着金属若しくは蒸着非金属を
第一、第二の帯材の被接合面に一方若しくは両方に付着
形成させ、蒸着層とする。蒸着金属若しくは蒸着非金属
の付着形成は、第一の帯材の被接合面側と第二の帯材の
被接合面側の何れかの表面、若しくは両方の表面に対し
て行い、上述の第一の帯材の被接合面側と第二の帯材の
被接合面側の何れかの表面に付着形成すれば、その後に
施す圧着接合で強固に接合できるが、例えば接合をより
強固にしようとすれば、両方の帯材の接合面に蒸着金属
もしくは蒸着非金属を付着形成すれば良い。

【０００９】また本発明では、金属、樹脂を帯材として
用いることができる。この時、第一の帯材、第二の帯材
の両方とも金属帯としても良いし、第一の帯材、第二の
帯材の両方とも樹脂帯としても良く、勿論、金属帯と樹
脂帯とを組合せても良い。金属の種類としては、導電性
に優れたＣｕやＣｕ合金、Ａｕ、Ａｕ合金、低廉なＦ
ｅ、Ｆｅ合金など帯板材への加工が可能なものであれ
ば、特に制限はなく、また、樹脂の種類としては、耐熱
性にすぐれたポリイミド樹脂、廉価な塩化ビニールなど
用途に応じてさまざまに選択可能で、特に制限は無い。

【００１０】中間層となる蒸着材の種類としては、屈曲
性に優れた材料である必要があるため、金属がよいとし
ているが、厚さが薄い場合には屈曲性に優れた素材やま
た、屈曲性が要求されない用途であるものであれば、特
に金属に限定されず、ＣやＳｉ等の非金属でも良いが非
金属を蒸着させた場合は、延性に多少問題があるので、
その後の圧着を低圧下率で圧着接合すると良い。また、
蒸着材を金属とすれば、例えば第一の帯材、第二の帯材
が同種の金属の場合、蒸着金属も同種の金属とすれば、
例えば均質な積層帯材を得ることができるし、蒸着金属
だけを異種の金属とすれば、例えば、選択エッチングす
る用途の材料として好適となる。

【００１１】また、第一の帯材もしくは第二の帯材のど
ちらかひとつを金属とし、蒸着金属を、第一の帯材また
は第二の帯材の何れかと同種の金属とすれば、二種類の
材質による積層帯材を容易に得ることができ、例えば熱
膨張率の異なる二種類の材質によるバイメタル材、熱的
電気的特性の異なる二種類の材質によるリードフレーム
材、プリント基板用材料などに適用できる。更に、第一
の帯材、第二の帯材が異種の場合、蒸着金属も第一の帯
材、第二の帯材とは異なる金属とすると、一度に三種類
の層でなる三層以上の構造を有する積層板を得ることが
でき、例えば、耐食性、電気特性、耐候性などが異なっ
た三種類の材質により構成される電池用材料などに適用
可能となる。

【００１２】この本発明の積層帯材(9)は、例えば図１
に断面顕微鏡写真、模式図として示すように、第一の帯
材(4)と第二の帯材(5)に挟まれる蒸着層(11)を有する構
造となる。なお、本発明では、上述のように第一、第二
の帯材と蒸着層が同種の場合もあり、実質一種の金属で
なる積層帯材となる場合があるが、本発明で言う積層帯
材とは、第一の帯材と第二の帯材に挟まれた蒸着層の構
造を有するものを指し、同種の金属の組合わせであって
も、本発明でいう積層帯材と言う。また、これまで述べ
た方法では、蒸着材料は一種のものを付着形成するもの
として説明したが、例えば、第一の帯材と、第二の帯材
に、それぞれ異なる金属もしくは非金属を付着形成する
ことも可能であり、蒸着層を異種材質で構成することも
できる。

【００１３】本発明では、蒸着金属もしくは非金属を付
着形成して層とするが、このときの層の厚みが１０μm
以上に過剰に厚くしようとすると、蒸着に要する時間が
増えて生産性を低下する場合があるので、望ましくは、
１０μm未満(0は含まない)の範囲で付着形成すると良
く、生産性と蒸着層に求められる特性が、例えば選択エ
ッチング時のエッチングバリアとすれば、3μm以下の厚
みの蒸着層で十分である。もし、蒸着層を厚くしなけれ
ばならない場合は、最初に第一の帯材または第二の帯材
の何れかの帯材を蒸着材料と同種の材料で形成した積層
帯を製造した後、これを第一または第二の帯材として用
いることもできる。勿論、第一の帯材と第二の帯材に積
層された帯材を用いても良い。

【００１４】本発明でいう蒸着法としては、化学蒸着法
や、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティ
ング法、分子線蒸着法、反応性PVD法等の物理蒸着法を
採用できるが、このうち本発明の蒸着金属の付着形成に
は、近年の成膜技術の高速化が著しい、真空蒸着法、ス
パッタリング法、イオンプレーティング法の物理蒸着法
が好適である。真空蒸着法は蒸着速度が速く、生産性が
良い。スパッタリング法は、蒸着材料が高融点金属の場
合も対応可能であり、蒸着材料の選択範囲が広い。イオ
ンプレーティング法は真空蒸着法と同様生産性が良く、
さらに基板となる帯板と蒸着層との接合が強固になる
が、帯板にバイアス電圧を付加する必要があり、装置構
成が煩雑になる。これらのことから、工業的な生産をお
こなう場合には、真空槽内において真空蒸着法を用いれ
ば良く、このときの真空槽内は1×10^-1Pa以下の極低圧
雰囲気とするのが良い。なお、蒸着膜が形成し易いよう
に第一の帯材、第二の帯材の一方もしくは両方にあらか
じめイオンエッチング処理を施しても良い。

【００１５】次に、上述の蒸着法を用いて蒸着金属層も
しくは非金属層が付着形成された第一、第二の帯材に圧
着を行う。この際、圧延を用いて圧着を行なえば、連続
した帯板に連続的に圧着を行なえるので生産性がよい。
圧延時の圧下率としては、好ましくは１％以下の低い圧
延率で圧着する。なお、圧着には圧延ロールではなく、
巻き取りロールのようなものを用いて張力をもって巻き
つけ、圧着させてもよい。さらに、このようにして製造
した帯材を便宜切断して、積層板としてもよい。

【００１６】このように、本発明は低荷重で圧接させる
ため、厚さ0.5ｍｍ以下の比較的厚さの薄い積層帯材の
製造に適している。具体的な例を示すと、銅/インバー
合金の二種類の材質で構成されるリードフレーム材やCS
P、BGAなどの微細配線用途材料である銅/ニッケル/銅の
三層構造材料、或いは樹脂/銅の微細配線用途材料など
である。

【００１７】

【実施例】以下に本発明を実施例および図面に基づいて
詳細に説明する。図２は本発明の積層帯材製造装置の一
例を示す概略図である。図２に示すように真空槽(1)内
に配置された第一の帯材の巻き出しリール(2)と、第二
の帯材の巻き出しリール(3)から巻き出された第一の帯
材(4)、第二の帯材(5)が蒸着装置(6)と対峙する位置に
設けられたガイドロール(7)上を通過する時、第一、第
二の帯材の被接合表面に蒸着金属または非金属が蒸着に
より付着形成され、圧延ロール(8)によって圧着接合が
完了し、第一、第二の帯材の間に蒸着層を有する積層帯
材(9)が形成される。さらに、該積層帯材は巻き取りリ
ール(10)によって巻き取られることになる。

【００１８】一例として、第一の帯材(4)として厚み10
μｍのCu箔を、第二の帯材(5)として厚み25μｍのCu箔
を夫々巻き出しリールから巻き出し、それぞれの接合表
面を蒸着装置(6)のNiの蒸着材と対峙させた。この時、
真空槽(1)内は5×10^-3Pa程度の低圧雰囲気として、Niを
真空蒸着法によって第一、第二金属の被接合表面にそれ
ぞれ付着形成させた。この付着面同士が圧延ロール(8)
により圧着接合され、Niを蒸着層とするCu/Ni/Cuの積層
帯材(9)が形成され、該積層帯材を巻き取りリール(10)
にて巻き取った。

【００１９】上述のようにして得られたCu/Ni/Cuの積層
帯材(9)の断面形態を光学顕微鏡で観察を行った。その
結果として、図１(a)に400倍での顕微鏡写真を、図１
(b)にその模式図を示す。断面形態として、第一の帯材
(4)と第二の帯材(5)に挟まれて、極めて均一に蒸着によ
る蒸着金属層(11)が形成されていることが判る。接合強
さについては、母材破断している。

【００２０】

【発明の効果】本発明により、従来は二工程を必要とし
ていた三層以上の構造の積層帯材を一工程で製造できる
ようになり、また、蒸着の前処理であるイオンエッチン
グを簡略化できるようになったため、生産性を飛躍的に
改善することができた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一例である積層帯材の断面顕微鏡写真
とその模式図である。

【図２】本発明の一例である積層帯材製造装置を示す概
略図である。

【符号の説明】

１．真空槽、２．第一の帯材の巻き出しリール、３．第
二の帯材の巻き出しリール、４．第一の帯材、５．第二
の帯材、６．蒸着装置、７．ガイドロール、８．圧延ロ
ール、９．積層帯材、１０．巻き取りリール、１１．蒸
着層、１２．加熱装置

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】真空槽内で、第一の帯材の被接合表面と
第二の帯材の被接合表面の少なくとも一方の面側に、蒸
着法により、前記第一の帯材もしくは前記第二の帯材と
同種、もしくは異種の蒸着層を付着形成させた後、前記
第一の帯材と第二の帯材とを圧着接合することを特徴と
する積層帯材の製造方法。
【請求項２】蒸着法は物理蒸着法であることを特徴とす
る請求項１に記載の積層帯材の製造方法。
【請求項３】帯材の材質は金属もしくは樹脂からなる
ことを特徴とする請求項１または２に記載の積層帯材の
製造方法。
【請求項４】第一の帯材と第二の帯材との間に蒸着層
を有することを特徴とする積層帯材。