JP2006190702A - フレキシブルプリント基材の製造装置及び製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 可撓性基材に薄膜を形成してフレキシブルプリント基材とするために、配線の微細化に支障となる接着剤を必要とせずに、製造コストを高めることなく、可撓性基材に高い密着性で薄膜を形成し、更に、得られたフレキシブルプリント基材に皺やカーリング等が生じない製造装置及び製造方法を提供する。
【解決手段】 真空槽内において可撓性基材上に金属薄膜層を形成するためのフレキシブルプリント基材の製造装置であって、前記真空槽は、前記可撓性基材の搬送方向に、プラズマ処理手段と、シード層形成手段と、金属薄膜層形成手段と、加熱圧延手段とを順に備え、前記シード層形成手段と、前記薄膜層形成手段とを、前記可撓性基材を巻回して搬送するとともに前記可撓性基材を加熱するためのメインローラーの周方向に沿って設けたことを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、携帯型電子機器などの電子回路に利用されるフレキシブルプリント基材製造装置及び製造方法に関する。

従来、フレキシブルプリント基材の製造は、ポリイミドフィルムなどの可撓性基材に接着剤を用いて厚さ１２〜１８μｍのＣｕ箔を貼着する方法が主流であった。その際、可撓性基材へのＣｕ箔の密着性が特に重要視されてきた。
また、可撓性基材へのＣｕ箔の密着性を確保するために接着剤を用いない製造方法がある。この製造方法として、例えば、特許文献１には、可撓性基材にシード層としてＮｉＣｒ合金やＣｕをスパッタ法により形成して、前記シード層上に湿式メッキにより２０μｍ程度のＣｕ層を形成する方法が開示されている。

このような技術背景下において、近年、電子機器の高密度化に伴いフレキシブルプリント基材における配線幅の微細化が要求されるようになってきている。
しかしながら、前記した接着剤により、Ｃｕ箔を可撓性基材に貼着する方法では、Ｃｕ箔に皺が生じたり、Ｃｕ箔と可撓性基材との間や可撓性基材端部に不純物が付着したりする等の問題があるため、前記配線幅の微細化に対応することが困難であった。更に、前記配線幅の微細化には厚さ１０μｍ以下のＣｕ箔が必要となるが、このように薄いＣｕ箔を製造すること、或いは、製造されたＣｕ箔は取り扱いが難しいため、製造コストの大幅な増加を避けることができなかった。また、接着剤を使用する場合には、接着剤の熱的性能が可撓性基材の性能に劣る等の理由から、前記配線の微細化工程に支障が生じることも予想されている。
一方、接着剤を用いない特許文献１に開示されるような製造方法では、製造工程において、真空雰囲気を用いるスパッタ装置と、大気雰囲気下で廃液処理を行う設備を伴う湿式メッキ装置が独立して必要となるため、製造コストが高くなるという問題があった。

上記問題を解決するために、上記Ｃｕ層の形成までの工程を１つの真空槽内において行うことが考えられるが、Ｃｕ層を形成する際に可撓性基材に与える熱と、形成されたＣｕ層により生じる応力により、フレキシブルプリント基材に皺やカーリングが生じるという問題があった。

特開平１０−２００２３３号公報

上記課題を解決するために、本発明は、可撓性基材に薄膜を形成してフレキシブルプリント基材とするために、配線の微細化に支障となる接着剤を必要とせずに、製造コストを高めることなく、可撓性基材に高い密着性で薄膜を形成し、更に、得られたフレキシブルプリント基材に皺やカーリング等が生じない製造装置及び製造方法を提供することを目的とする。

本発明者等は鋭意検討の結果、真空槽内において、可撓性基材の表裏をプラズマ洗浄処理し、加熱メインローラーにより加熱するとともに搬送する際に、シード層及び金属薄膜層を連続して形成し、その後、加熱圧延処理を行うことにより、上記課題を解決することを見いだした。
即ち、本発明のフレキシブル基材の製造装置は、請求項１に記載の通り、真空槽内において可撓性基材上に金属薄膜層を形成するためのフレキシブルプリント基材の製造装置であって、前記真空槽は、前記可撓性基材の搬送方向に、プラズマ処理手段と、シード層形成手段と、金属薄膜層形成手段と、加熱圧延手段とを順に備え、前記シード層形成手段と、前記薄膜層形成手段とを、前記可撓性基材を巻回して搬送するとともに前記可撓性基材を加熱するためのメインローラーの周方向に沿って設けたことを特徴とする。
請求項２に記載の本発明は、請求項１に記載の製造装置において、前記各手段間に隔壁を設けたことを特徴とする。
請求項３に記載の本発明は、請求項２に記載の製造装置において、前記シード層形成手段と、前記金属薄膜層形成手段との間に、両手段間の雰囲気圧力間に圧力差を設けるための中間室を設けたことを特徴とする。
請求項４に記載の本発明は、請求項２又は３に記載の製造装置において、前記シード層形成手段、前記中間室及び前記金属薄膜層形成手段の雰囲気を、独立又は同時に真空排気できるように構成したことを特徴とする。
請求項５に記載の本発明は、請求項１乃至４のいずれかに記載の製造装置において、前記シード層形成手段は、少なくとも１つ以上のカソードを備え、前記金属薄膜形成手段は、少なくとも１つ以上の蒸着源を備えることを特徴とする。
また、本発明の製造方法は、請求項６に記載の通り、真空槽内において可撓性基材上に金属薄膜層を形成するためのフレキシブルプリント基材の製造方法であって、前記金属薄膜層は、前記可撓性基材上にシード層を介して形成され、前記可撓性基材は、前記金属薄膜層形成前に４０℃以上に加熱され、前記金属薄膜層形成後に、１００℃以上で加熱圧延されることを特徴とする。

本発明によれば、金属薄膜層の可撓性基材への密着性を高めることができ、更に、皺やカーリングが生じることがない優れたフレキシブルプリント基材を、製造コストを高めることなく提供することができる。

次に、図面を参照して本発明の一実施の形態について説明する。
図１に示されるフレキシブルプリント基材製造装置１は、真空槽２内において、可撓性基材３（以下、「基材」とする。）を搬送するために、アンワインダー４、メインローラー５及びワインダー６を備えている。
前記アンワインダー４は、巻回された前記基材３をメインローラー５に送り出すために使用される。アンワインダー４とメインローラー５との間には、プラズマ処理手段７が設けられる。
前記メインローラー５は、基材３を密着させながら回転搬送するとともに、基材３を加熱するために使用される。このメインローラー５を中心として、その外周の真空槽２内の空間は、隔壁８，９，１０，１１により区割され、前記基材３の搬送方向に、シード層を形成するためのシード層形成手段１２、中間室１３及び金属薄膜層を形成する金属薄膜層形成手段１４が配置又は形成される。尚、各形成手段１２，１４及び中間室１３は、メインローラー５と各隔壁８，９，１０，１１により設計可能な範囲で区割され、雰囲気分離されている。尚、ここでいう雰囲気分離とは、完全な空間の分離を意味するのではなく、各形成手段１２，１４における処理が、支障のない程度に空間雰囲気の分離がなされていることをいうものとする。
そして、ワインダー６は、メインローラー４により搬送される基材３を巻き取るために使用される。ワインダー６とメインローラー５との間には、加熱圧延手段１５が設けられる。
尚、本発明における基材３には、絶縁性を有するポリマーフィルム等を使用することができ、具体的には、ポリイミドフィルムを使用することができる。また、その厚さについても、特に制限はなく、通常は、５μｍ〜２００μｍの範囲のものが使用される。

前記プラズマ処理手段７においては、プラズマ放電を生じさせて、プラズマ中の陽イオンガス種を基材３の表裏に衝突させることにより、前記基材３表面の水分が除去するとともにカーボン系の不純物を除去する等の洗浄処理がなされる。
図示されるプラズマ処理手段７では、円筒形状のＲＦイオンボンバード電極１６，１６が、その間に、基材３を通過できるように配置され、各電極１６，１６の基材３に対向する側以外は、隔壁１７，１７により覆われ、隔壁１７，１７外の空間から雰囲気分離ができるようになっている。
この雰囲気分離された隔壁１７，１７内へは図示しないガス導入系からガス導入管１８を介して放電ガスが導入され、前記電極１６，１６にＲＦ電力を印加してプラズマを生じさせる。そして、プラズマ中の陽イオンガス種が基材３の表裏へ衝突することにより、前記基材３表面の水分が除去されるとともにカーボン系の不純物が除去される等の洗浄処理がなされる。導入された放電ガスは、真空ポンプ２９により排気される。尚、導入されるガスとしては、Ａｒ、Ｎ_２、Ｏ_２やこれらの混合ガスを使用することができる。また、前記電極１６，１６周囲の雰囲気圧力を保ちＲＦ放電を維持するために、前記隔壁１７，１７と前記基材３との間隙を狭くして、隔壁１７，１７内の圧力を隔壁１７，１７外より高くなるようにしている。

前記プラズマ処理手段７により処理された基材３は、メインローラー５に送られ、このメインローラー５上で裏面から加熱される。この加熱は、例えば、金属薄膜層形成時に蒸発源からの輻射等による入熱や、膜応力により基材３に皺が生じるのを回避するために、基材３へのシード層形成前から開始される。また、基材３は、その厚みが薄いため、メインローラー５の熱容量を基材３に比べて十分に大きくして、基材３表裏での温度差を小さくしている。尚、メインローラー５上での基材３への加熱の上限は、使用する基材３の耐熱温度以下とし、例えば、ポリイミド基材の場合では、２６０℃となる。

次に、基材３は、メインローラー５により搬送され、シード層形成手段１２により、シード層が形成される。尚、本発明におけるシード層は、可撓性基材に対して、金属薄膜層の密着性を高めるために設けられるもので、ＮｉＣｒ合金をはじめとして、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｃｏ、Ｚｎ、Ｓｎ等の金属や、それらの金属のうちの２種以上からなる合金が用いることができる。
このシード層形成手段１２では、基材３と対向する側に、スパッタリングカソード１９が設けられ、図示しないが、ガス導入系からのガスがガス導入管３０から導入されるとともに、真空ポンプ２０により真空排気され、所定の圧力下でスパッタリングが行われる。尚、図示されるものでは、スパッタリングカソード１９として、マグネトロンスパッタカソードを使用している。このマグネトロンスパッタリングカソードは、真空層２内に絶縁体１９ａを介して設けられたバッキングプレート１９ｂに、電源１９ｃから電圧を印可するとともに、バッキングプレート１９ｂ上のターゲット１９ｄの表面に磁気回路１９ｅにより磁界を印加するように構成されたものである。
尚、上記説明した例では、１台のスパッタリングカソード１９によりスパッタリングを行うようにしているが、スパッタリングによるシード層の形成速度が材質により異なることや、或いは、装置に求められる生産能力に応じて複数台のスパッタリングカソードを使用することも当然可能である。

シード層形成手段１２により処理された基材３は、更に、メインローラー５により搬送され、金属薄膜層形成手段１４により、金属薄膜層が形成される。本発明における金属薄膜層は、導電性を有する金属から構成されるものであれば特に制限はなく、例えば、Ｃｕ、ＡｇやＡｕ又はこれらの合金等により構成することができる。
この金属薄膜層形成手段１４では、真空ポンプ２３により真空排気しながら、１組の電子ビームガン２１と蒸発源２２とを用いて電子ビーム蒸着法により金属薄膜層が形成される。
また、上記説明した例では、１組の電子ビームガン２１と蒸発源２２とを使用しているが、電子ビーム蒸着による前記金属薄膜層の形成速度が蒸発源２２に充填される材料により異なることや、或いは、装置に求められる生産能力に応じて、複数組の電子ビームガンと蒸発源とを使用することも当然可能である。また、電子ビーム蒸着法の代わりに、抵抗加熱蒸着法、誘導加熱蒸着法やレーザー加熱法を用いることもできる。

金属薄膜層が形成された基材３は、メインローラー５から、加熱圧延手段１５により加熱圧延処理され、ワインダー６により巻き取られる。
図示される加熱圧延処理手段１５では、１組の加熱圧延ローラー２４，２４間に基材３を通過させることにより、基材３に残留する金属薄膜層形成後の応力を緩和し、基材３のカーリングを防ぐようにしている。この加熱圧延ローラー２４，２４の温度は、基材３の耐熱温度以下とすることが好ましいが、基材３の熱容量が小さいこともあるため、基材３の耐熱温度より５０℃程度高い温度であってもよい。

尚、本実施の形態では、シード層形成手段１２と金属薄膜層形成手段１４との間に隔壁９，１０により区割された中間室１３を設けるようにしている。これは、シード層形成手段１２において必要な雰囲気圧力領域（例えば、０．１〜２Ｐａ）と、金属薄膜層形成手段１４において必要な雰囲気圧力領域（例えば、５×１０^−４〜１×１０^−２Ｐａ）とが異なるためである。尚、この中間室１３についても、真空ポンプ２５により真空排気して真空雰囲気下とすることが好ましい。これにより、隣接する処理手段間の処理のための圧力差を大きくすることが容易になり、また、隣接する処理手段間の処理のための圧力差をつける必要がない場合であっても中間室１３における不純物ガス分圧をプロセスガス圧力乃至雰囲気圧力に比べて低くすることができるため、高品質のシード層及び金属薄膜層の形成プロセスを実現できるからである。
また、シード層形成手段１２、中間室１３及び金属薄膜層形成手段１４の雰囲気を、それぞれに真空ポンプ２０，２３，２５を設けて独立して真空排気するようにしたが、必ずしも、個別に真空排気する必要はなく、１つの真空ポンプにより同時に真空排気することや、シード層形成手段１２及び金属薄膜層形成手段１４の雰囲気のみを個別に真空排気するようにしてもよい。

次に、図２を参照して、本発明の他の実施の形態について説明する。
図２に示される装置における金属薄膜層形成手段１４では、スパッタリングにより基材３に金属薄膜層を形成するために、メインローラー５の基材３の搬送方向に基材３と対向するようにして、３台のスパッタリングカソード２６，２７，２８を配置し、各スパッタリングカソード２６，２７，２８近傍にガスを導入するためのガス導入管３１，３２，３３を配置している。尚、図示されるものでは、スパッタリングカソード２６，２７，２８として、図１において説明したマグネトロンスパッタカソード１９と同様の構成のものを使用している。また、ガス導入管３１，３２，３３は、必ずしも各スパッタリングカソード２６，２７，２８に個別に設ける必要はなく、１つのガス導入管のみを配置するようにしてもよい。
本実施の形態の装置１’によれば、シード層を形成するためのスパッタリングの圧力と同等の圧力で金属薄膜層を形成することができるので、図１に示した装置に比べて中間室１３を設けることなく、シード層と金属薄膜層の形成を隔壁８，１１で囲われた同室内で行うことができる。尚、シード層形成と金属層形成との間で圧力差を設ける場合には、図１で説明したのと同様に中間室を設ければよい。

上記実施の形態において図１を用いて説明した製造装置１を用いて、具体的にフレキシブルプリント基材を製作した例について説明する。
基材３として、幅２５０ｍｍ、長さ１５０ｍ、厚さ２５μｍのポリイミドフィルムを巻回したもの（商品名：カプトンＥＮ、東レ・デュポン株式会社製）を使用し、これをアンワインダー４に装着して、真空槽２の圧力が１×１０^−４Ｐａとなるまで、真空ポンプ２０，２３，２５，２９により真空排気した。
そして、アンワインダー４からの基材３の送り速度を２ｍ／ｍｉｎとして、次のように連続して処理を行った。
まず、プラズマ処理手段７では、隔壁１７，１７内にＡｒガスを導入してＲＦ印加電極１６，１６の雰囲気圧力を１．５Ｐａとし、周波数１３．５６ＭＨｚのＲＦ電力３００ＷをＲＦ印加電極１６，１６に投入して放電させ、基材３の表面の洗浄を行った。
シード層形成手段１２では、基材３とカソード１９の周囲に、Ａｒガスを導入するとともに真空ポンプ２０で排気しながらシード層形成時の圧力を０．５Ｐａとして、基材３に対して、厚さ２０ｎｍのシード層（ＮｉＣｒ層）をＤＣマグネトロンスパッタリング法により形成した。
次の金属薄膜層形成手段１４では、最大出力２０ｋＷの電子ビームガン２１及びカーボンライナー付銅製水冷ルツボ２２を使用して、シード層の上に厚さ３μｍのＣｕ層を電子ビーム蒸着法により形成した。尚、Ｃｕ層形成時の圧力は０．００５Ｐａとした。
上記各処理の間、メインローラー５を１１０℃に設定し、基材３を加熱するようにした。
そして、上記処理の後、基材３は、１４０℃に設定された加熱圧延処理手段１５により加熱圧延処理し、ワインダー６により巻回した。

得られたフレキシブルプリント基材３には、処理の際に生じる熱応力及びＣｕ層の応力による変形は見られなかった。また、前記基材３のＣｕ層上に湿式メッキで２０μｍのＣｕ層を形成したものを用い、ＪＩＳ Ｃ６４８１に準じて、１８０°反転引き剥がし試験をした結果、ピール強度が１．３ｋｇ／ｃｍであった。

上記実施の形態において図２を用いて説明した製造装置１’を用いて、具体的にフレキシブルプリント基材を製作した例について説明する。
基材３は、実施例１と同じものを使用し、同様に真空槽２の圧力が１×１０^−４Ｐａとなるまで真空ポンプ２５，２９により真空排気した。
基材３の送り速度は、１ｍ／ｍｉｎとして、次のように連続して処理を行った。
まず、プラズマ処理手段７では、隔壁１７，１７内にＡｒガスを導入してＲＦ印加電極１６，１６の雰囲気圧力を１．５Ｐａとし、周波数１３．５６ＭＨｚのＲＦ電力３００ＷをＲＦ印加電極１６，１６に投入して放電させ、基材３の表面の洗浄を行った。
シード層形成手段１２では、基材３及びカソード１９の周囲にＡｒガスを導入するとともに、真空ポンプ２５で排気しながらシード層形成時の圧力を０．５Ｐａとして、基材３に対して、厚さ２０ｎｍのシード層（ＮｉＣｒ合金層）をＤＣマグネトロンスパッタリング法により形成した。
次に、金属薄膜層形成手段１４では、３台のカソード２６，２７，２８を使用して、ＤＣマグネトロンスパッタリング法により、シード層の上に厚さ３μｍのＣｕ層を形成した。
上記各処理の間、メインローラー５を７０℃に設定し、基材３を加熱するようにした。
そして、上記処理の後、基材３は、１００℃に設定された加熱圧延手段１５により加熱圧延処理してからワインダー６により巻回した。

得られたフレキシブルプリント基材３には、熱応力及びＣｕ層の応力による変形は見られなかった。また、当該基材３のＣｕ層上に湿式メッキで２０μｍのＣｕ層を形成したものを用い、ＪＩＳ Ｃ６４８１に準じて、１８０°反転引き剥がし試験した結果、ピール強度が１．５ｋｇ／ｃｍであった。

本発明のフレキシブルプリント基材の製造装置及び製造方法は、シード層を有する電磁シールド用基材の製造等に利用することができる。

本発明のフレキシブルプリント基材の製造装置の一実施の形態の説明図 本発明のフレキシブルプリント基材の製造装置の他の実施の形態の説明図

符号の説明

１ フレキシブルプリント基材の製造装置
２ 真空槽
３ 可撓性基材
４ アンワインダー
５ メインローラー
６ ワインダー
７ プラズマ処理手段
８，９，１０，１１ 隔壁
１２ シード層形成手段
１３ 中間室
１４ 金属薄膜層形成手段
１５ 加熱圧延手段
１６ ＲＦ印加電極
１７ 隔壁
１８ ガス導入管
１９ スパッタリングカソード
２０ 真空ポンプ
２１ 電子ビーム
２２ 蒸発源
２３ 真空ポンプ
２４ 加熱圧延ローラー
２５ 真空ポンプ
２６，２７，２８ スパッタリングカソード
２９ 真空ポンプ
３０，３１，３２，３３ ガス導入管

Claims (6)

1. 真空槽内において可撓性基材上に金属薄膜層を形成するためのフレキシブルプリント基材の製造装置であって、前記真空槽は、前記可撓性基材の搬送方向に、プラズマ処理手段と、シード層形成手段と、金属薄膜層形成手段と、加熱圧延手段とを順に備え、前記シード層形成手段と、前記薄膜層形成手段とを、前記可撓性基材を巻回して搬送するとともに前記可撓性基材を加熱するためのメインローラーの周方向に沿って設けたことを特徴とするフレキシブルプリント基材の製造装置。
2. 前記各手段間に隔壁を設けたことを特徴とする請求項１に記載のフレキシブルプリント基材の製造装置。
3. 前記シード層形成手段と、前記金属薄膜層形成手段との間に、両手段間の雰囲気圧力間に圧力差を設けるための中間室を設けたことを特徴とする請求項２に記載のフレキシブルプリント基材の製造装置。
4. 前記シード層形成手段、前記中間室及び前記金属薄膜層形成手段の雰囲気を、独立又は同時に真空排気できるように構成したことを特徴とする請求項２又は３に記載のフレキシブルプリント基材の製造装置。
5. 前記シード層形成手段は、少なくとも１つ以上のカソードを備え、前記金属薄膜層形成手段は、少なくとも１つ以上の蒸着源を備えることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のフレキシブルプリント基材の製造装置。
6. 真空槽内において可撓性基材上に金属薄膜層を形成するためのフレキシブルプリント基材の製造方法であって、前記金属薄膜層は、前記可撓性基材上にシード層を介して形成され、前記可撓性基材は、前記金属薄膜層形成前に４０℃以上に加熱され、前記金属薄膜層形成後に、１００℃以上で加熱圧延されることを特徴とするフレキシブルプリント基材の製造方法。

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