JP2006225710A - 巻取式真空成膜装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 原料フィルムの成膜面に対してマスクパターンを高精度に形成することができる巻取式真空成膜装置を提供する。
【解決手段】 真空チャンバ１１と、原料フィルム１２の巻出し部１３及び巻取り部１５と、原料フィルム１２に密着しこれを冷却するキャンローラ１４と、原料フィルム１２に金属膜を蒸着させる蒸発源１６と、原料フィルム１２の成膜面に、金属膜の蒸着領域を画定するマスクパターンを形成するマスク形成ユニット２０とを備え、このマスク形成ユニット２０において、原料フィルム１２へ上記マスクパターンを印刷塗布する版胴３２を、シームレススリーブ印刷版で構成する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えば自己保安機能型のフィルムコンデンサの製造に好適に用いられる巻取式真空成膜装置に関する。

従来より、フィルムコンデンサの製造には、プラスチックフィルム等の絶縁性原料フィルムを巻出しローラから巻き出しながら、その原料フィルムの一表面に金属膜を蒸着した後、当該原料フィルムを巻取りローラに巻き取る形式の巻取式真空蒸着装置が用いられている。

ところで、この種のフィルムコンデンサには、原料フィルムの表面に形成される金属蒸着膜が複数のコンデンサ片に個片化され、隣接し合うコンデンサ片が同一蒸着膜でなる幅狭の連接部で相互に接続された、いわゆる自己保安機能型と呼ばれるものがある。このタイプのフィルムコンデンサは、一部で絶縁破壊が生じた際に上記連接部を溶断させることにより（ヒューズ機能）、コンデンサの絶縁破壊領域が個片単位で最小限に抑えられるようになっている。

このような自己保安機能型のフィルムコンデンサを上述の巻取式真空蒸着装置で製造する場合、巻出しローラと蒸発源との間に、原料フィルムの成膜面に対して金属膜の蒸着領域を画定するマスクパターンを形成するマスク形成手段が設置される。

マスク形成手段としては、フレキソ印刷ユニットで構成でき、原料フィルムを版胴と圧胴間に挟んで搬送しながら、インキ供給源から版胴に転写されたマスクパターンの形成用インキ（オイル）を、版胴から原料フィルムの成膜面へ連続的に転写形成する。これにより、任意形状のコンデンサ片を有する自己保安機能型のフィルムコンデンサを連続的に製造することができる。版胴は、スリーブに巻き付けられた感光性樹脂層にマスクパターン（凸版）が形成されたスリーブ印刷版等で構成されている。

特開平７−１１８８３５号公報 特開２００３−２５７４９号公報

しかしながら、従来のフレキソ印刷ユニットを備えた巻取式真空蒸着装置においては、原料フィルムの成膜面へマスクパターンを形成する版胴の印刷面に継ぎ目（シーム）が存在するために、金属膜を蒸着すべき所にマスク形成用のインキが付着したり、マスクすべき所に金属膜が付着する場合がある。このため、原料フィルムの成膜面に対してマスクパターンを高い精度で形成することができないという問題がある。

本発明は上述の問題に鑑みてなされ、原料フィルムの成膜面にマスクパターンを高精度に形成することができる巻取式真空成膜装置を提供することを課題とする。

以上の課題を解決するに当たり、本発明の巻取式真空成膜装置は、原料フィルムの成膜面に対し、金属膜の成膜領域を画定するマスクパターンを形成するマスク形成手段が、マスクパターンを形成するインキを供給するインキ供給源と、このインキ供給源から供給されたインキが転写され原料フィルムの成膜面へマスクパターンを形成する版胴と、この版胴に対設され原料フィルムを挟持する圧胴とを有し、上記版胴が、シームレススリーブ印刷版で構成されている。

本発明によれば、マスク形成手段を構成するフレキソ印刷ユニットの版胴にシームレススリーブ印刷版が用いられているので、原料フィルムの成膜面に対して所望のマスクパターンを高精度に連続形成することができ、これにより、フィルムコンデンサの生産性向上と信頼性の確保を図ることができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。本実施の形態では、巻取式真空成膜装置として、巻取式真空蒸着装置に本発明を適用した例について説明する。

図１は、本発明の実施の形態による巻取式真空蒸着装置１０の概略構成図である。本実施の形態の巻取式真空蒸着装置１０は、真空チャンバ１１と、原料フィルム１２の巻出しローラ１３と、冷却用キャンローラ１４と、巻取りローラ１５と、蒸着物質の蒸発源（本発明の「成膜手段」に対応）１６とを備えている。

真空チャンバ１１は、配管接続部１１ａ，１１ｃを介して図示しない真空ポンプ等の真空排気系に接続され、その内部が所定の真空度に減圧排気されている。真空チャンバ１１の内部空間は、仕切板１１ｂにより、巻出しローラ１３、巻取りローラ１５等が配置される室と、蒸発源１６が配置される室とに仕切られている。

原料フィルム１２は、所定幅に裁断された長尺の絶縁性プラスチックフィルムでなり、本実施の形態では、ＯＰＰ（延伸ポリプロピレン）単層フィルムが用いられている。
なお、これ以外にも、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）フィルム、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイト）フィルム等のプラスチックフィルムや紙シート等が適用可能である。

原料フィルム１２は、巻出しローラ１３から繰り出され、複数のガイドローラ１７、キャンローラ１４、補助ローラ１８、複数のガイドローラ１９を介して巻出しローラ１５に巻き取られるようになっている。巻出しローラ１３及び巻取りローラ１５はそれぞれ本発明の「巻出し部」及び「巻取り部」に対応し、これらには、図示せずとも、それぞれ回転駆動部が設けられている。

キャンローラ１４は筒状で鉄等の金属製とされ、内部には冷却媒体循環系等の冷却機構や、キャンローラ１４を回転駆動させる回転駆動機構等が備えられている。キャンローラ１４の周面には所定の抱き角で原料フィルム１２が巻回される。キャンローラ１４に巻き付けられた原料フィルム１２は、その外面側の成膜面が蒸発源１６からの蒸着物質で成膜されると同時に、キャンローラ１４によって冷却されるようになっている。

蒸発源１６は、蒸着物質を収容するとともに、蒸着物質を抵抗加熱、誘導加熱、電子ビーム加熱等の公知の手法で加熱蒸発させる機構を備えている。この蒸発源１６はキャンローラ１４の下方に配置され、蒸着物質の蒸気を、対向するキャンローラ１４上の原料フィルム１２上へ付着させ被膜を形成させる。

蒸着物質としては、Ａｌ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｔｉ等の金属元素単体のほか、Ａｌ−Ｚｎ、Ｃｕ−Ｚｎ、Ｆｅ−Ｃｏ等の二種以上の金属あるいは多元系合金が適用され、蒸発源も一つに限らず、複数設けられてもよい。

本実施の形態の巻取式真空蒸着装置１０は、更に、パターン形成ユニット２０、電子ビーム照射器２１、直流バイアス電源２２及び除電ユニット２３を備えている。

パターン形成ユニット２０は、原料フィルム１２の成膜面に対して金属膜の蒸着領域を画定するマスクパターンを形成する、本発明の「マスク形成手段」に対応するもので、巻出しローラ１３と蒸発源１６（キャンローラ１４）との間に設置されている。

図２は原料フィルム１２の成膜面を示している。
パターン形成ユニット２０は、例えば図２Ａにおいてハッチングで示す形状のマスクパターン（オイルパターン）２５を、原料フィルム１２の成膜面に複数列にわたって塗布するように構成されている。マスクパターン２５上には金属膜が成膜されないので、成膜後は、マスクパターン２５の開口部２５ａに蒸着物質が被着した略矩形状の金属パターンが連接部２６ａを介して所定ピッチで連接される形態の金属膜２６が複数列成膜されることになる（図２Ｂ）。なお、金属膜２６の成膜形態は上記に限定されるものではない。

なお、各金属層２６はそれぞれコンデンサ片を構成するとともに、連接部２６ａは、一部で絶縁破壊が生じた際に、発生した電流のジュール熱で溶断するように構成され、コンデンサの絶縁破壊領域が個片単位で最小限に抑える、いわゆる自己保安機能型のフィルムコンデンサとして機能するようになっている。

図３はパターン形成ユニット２０の概略構成図である。パターン形成ユニット２０は、フレキソ印刷ユニットで構成されており、アニロックスロール等のインキ供給ロール３１と、このインキ供給ロール３１から供給されたインキ（本例ではオイル）が転写され原料フィルム１２の成膜面へマスクパターン２５を形成する版胴３２と、この版胴３２に対設され当該版胴３２と対になって原料フィルム１２を挟持する圧胴３３とを有している。

版胴３２とインキ供給ロール３１との間には転写ロール３４が転接されており、この転写ロール３４は、インキ供給ロール３１から所要量のインキを供給され、当該供給されたインキを版胴３２へ転写する。これらインキ供給ロール３１及び転写ロール３４は、本発明の「インキ供給源」に対応する。版胴３２の表面には、マスクパターン２５に対応する凸版が形成されており、その凸面に転写されたインキが原料フィルム１２の成膜面に転写されてマスクパターン２５を形成する。

本実施の形態では、版胴３２をシームレス（継ぎ目無し）スリーブ印刷版で構成している。このシームレススリーブ印刷版は、図４に示すように、合成樹脂製あるいは金属製のスリーブ３５表面に弾性材料でなるクッション層３６と、凸版を形成するポリマー層３７が積層されている。最表面の凸版は、例えば感光性樹脂層で構成することができ、継ぎ目にシームレス加工が施された後、フォトリソ技術を用いてマスクパターンが形成されている。

次に、従来の巻取式真空蒸着装置においては、金属膜の蒸着前に原料フィルムに電子ビームを照射して当該原料フィルムを負に帯電させ、金属製のキャンローラに対して静電的な吸着力を生じさせて密着を図るようにしていたが、金属膜の蒸着後は、原料フィルムに帯電した電荷がその上に蒸着された金属膜に拡散し、これが原因でキャンローラと原料フィルムとの間の吸着力が低下し、両者の密着力が劣化することがあった。
そこで本実施の形態では、電子ビーム照射器２１に加えて直流バイアス電源２２を設置することにより、金属膜の蒸着前後を通じて原料フィルム１２をキャンローラ１４へ密着させるようにしている。

電子ビーム照射器２１は、本発明の「荷電粒子照射手段」に対応し、原料フィルム１２に荷電粒子として電子ビームを照射して原料フィルム１２を負に帯電させる。図５は原料フィルム１２に対する電子ビームの照射工程を説明する断面模式図である。本実施の形態では、電子ビーム照射器２１は、キャンローラ１４の周面との対向位置に設置され、キャンローラ１４に接触した原料フィルム１２の成膜面に電子ビームが照射されるようにしている。キャンローラ１４上で電子ビームを照射することにより、原料フィルム１２を冷却しながら電子ビームを照射できる。

特に本実施の形態では、電子ビームが原料フィルム１２の幅方向に走査しながら照射されるように電子ビーム照射器２１が構成されており、これにより、局所的な電子ビームの照射による原料フィルムの損傷を回避できると同時に、原料フィルム１２を均一に効率良く帯電させることが可能となる。

直流バイアス電源２２は、キャンローラ１４と補助ローラ１８との間に所定の直流電圧を印加する、本発明の「電圧印加手段」に対応する。本実施の形態では、キャンローラ１４は正極に接続され、補助ローラ１８は負極に接続されている。これにより、電子ビームが照射され負に帯電した原料フィルム１２は、図５に示したように、キャンローラ１４の周面に静電引力によって電気的に吸着され、かつ密着されることになる。

ここで、補助ローラ１８は金属製であり、その周面が原料フィルム１２の成膜面に転接する位置に設けられている。図６は蒸着後の原料フィルム１２とキャンローラ１４との間の吸着作用を説明する断面模式図である。蒸着により、原料フィルム１２上にパターン状に金属膜２６が形成される。

補助ローラ１８にガイドされる原料フィルム１２は、その成膜面上の金属膜２６（図２Ｂ参照）と補助ローラ１８の周面との接触により、金属膜２６とキャンローラ１４との間に挟まれる原料フィルム１２が分極して、原料フィルム１２とキャンローラ１４との間に静電的な吸着力が生じ、両者の密着が図られることになる。

そして、除電ユニット２３は、冷却用キャンローラ１４と巻取りローラ１５との間に配置され、電子ビーム照射器２１からの電子照射により帯電した原料フィルム１２を除電する機能を有する。除電ユニット２３の構成例としては、プラズマ中に原料フィルム１２を通過させボンバード処理により原料フィルム１２を除電する機構が採用されている。

次に、以上のように構成される本実施の形態の巻取式真空蒸着装置１０の動作について説明する。

所定の真空度に減圧された真空チャンバ１１の内部において、巻出しローラ１３から連続的に繰り出された原料フィルム１２は、マスク形成工程と、電子ビーム照射工程と、蒸着工程と、除電工程とを経て、巻取りローラ１５に連続的に巻き取られる。

マスク形成工程において、原料フィルム１２はパターン形成ユニット２０によって、成膜面に図２Ａに示した形態のマスクパターン２５が印刷される。本実施の形態によれば、原料フィルム１２の成膜面にマスクパターン２５を形成する版胴３２が、シームレススリーブ印刷版で構成されているので、金属膜を蒸着すべき所にオイルが付着したりマスクすべき所に金属膜が付着することを防止して、図２Ａに示したマスクパターン２５を高精度に形成することができる。これにより、図２Ｂに示したパターンのフィルムコンデンサの生産性向上と信頼性の確保を図ることができる。

マスクパターン２５が形成された原料フィルム１２はキャンローラ１４に巻回される。原料フィルム１２は、キャンローラ１４との接触開始位置近傍において、電子ビーム照射器２１により電子ビームが照射され、電位的に負に帯電される。このとき、原料フィルム１２がキャンローラ１４と接触した位置で電子ビームを照射するようにしているので、原料フィルム１２を効率良く冷却することができる。また、走行する原料フィルム１２の成膜面に対しその幅方向に走査しながら電子ビームを照射することによって、電子ビームの局所的な照射による原料フィルム１２の熱変形を回避できると同時に、均一に効率良く原料フィルム１２を帯電させることができるようになる。

電子ビームの照射を受けて負に帯電した原料フィルム１２は、直流バイアス電源２２によって正電位にバイアスされているキャンローラ１４に対して、静電引力により密着される（図５）。そして、蒸発源１６から蒸発した蒸着物質が原料フィルム１２の成膜面に堆積することによって、図２Ｂに示す金属膜２６が形成される。この金属膜２６は、連接部２６ａを介して連接された複数列の島状の形態を有する。

原料フィルム１２に成膜された金属膜２６は、補助ローラ１８を介して直流バイアス電源２２の負電位が印加される。金属膜２６は、原料フィルム１２の長手方向に連接する島状に形成されているので、金属膜２６の蒸着後、キャンローラ１４に巻回された原料フィルム１２において、金属膜２６側の一方の表面にあっては正に、キャンローラ１４側の他方の表面にあっては負にそれぞれ分極し、図６に示すように、原料フィルム１２とキャンローラ１４との間に静電的な吸着力を生じさせる。その結果、原料フィルム１２とキャンローラ１４とが互いに密着される。

上記のように本実施の形態においては、金属膜２６の蒸着前は、電子ビームの照射により原料フィルム１２を帯電させてキャンローラ１４へ密着させ、金属膜２６の蒸着後は、当該金属膜２６とキャンローラ１４との間に印加したバイアス電圧により原料フィルム１２をキャンローラ１４へ密着させるようにしているので、金属膜の蒸着前に原料フィルム１２に帯電させた電荷（電子）の一部が、その後の金属膜の蒸着工程で当該金属膜に放出され消失しても、補助ローラ１８から金属膜２６への負電位の印加（電子の供給）によって当該消失した電荷の一部又は全部を補償することが可能となる。

従って本実施の形態によれば、蒸着工程後においても原料フィルム１２とキャンローラ１４との間の密着力低下が抑止され、蒸着工程の前後にわたって原料フィルム１２の安定した冷却作用が確保されることになる。これにより、金属膜の蒸着時における原料フィルム１２の熱変形を防止することができるとともに、原料フィルム１２の高速走行化、成膜運転速度の高速化を可能として、生産性向上を図ることができるようになる。

このような構成は、ＯＰＰフィルム等のような金属膜が付着すると帯電しにくい素材で原料フィルムを構成した場合に特に有利である。更に、原料フィルム１２上にパターン状に金属膜２６を形成する場合、部分的に温度が上がるとともに電荷が変化することがあるため、電荷が抜けた金属膜形成部分をバイアス電圧で密着性を高めることは、原料フィルム１２が均一に冷却されるため望ましい。

以上のようにして金属膜２６の蒸着が行われた原料フィルム１２は、除電ユニット２３で除電された後、巻取りローラ１５に巻き取られる。これにより、原料フィルム１２の安定した巻取り動作が確保されると同時に、帯電による巻きシワを防止できる。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、勿論、本発明はこれに限定されることなく、本発明の技術的思想に基づいて種々の変形が可能である。

例えば以上の実施の形態では、原料フィルム１２上に蒸着する金属膜２６として図２Ｂに示したように連接部２６ａを介して連接される島状に形成したが、これに限らず、例えばフィルム長手方向（搬送方向）に沿った直線パターンとすることも勿論可能である。

また、以上の実施の形態では、電子ビームを照射して原料フィルム１２を負に帯電させるようにしたが、これに代えて、イオンを照射して原料フィルム１２を正に帯電させるようにしてもよい。この場合は、キャンローラ１４及び補助ローラ１８に印加されるバイアスの極性を上記実施の形態と逆（キャンローラ１４を負極、補助ローラ１８を正極）にする。

なお、以上の実施の形態では、成膜手段として蒸発源１６を用いる真空蒸着法を適用して金属膜を成膜する例を説明したが、勿論これに限られず、スパッタ法や各種ＣＶＤ法等、金属膜を成膜する他の成膜法も適用可能であり、これら成膜法に合わせてスパッタターゲット等の成膜手段を適宜採用することができる。

本発明の実施の形態による巻取式真空蒸着装置１０の概略構成図である。 原料フィルム成膜面を示す図であり、Ａはマスクパターン２５の形成後の状態を示し、Ｂは金属膜２６の蒸着後の状態を示している。 パターン形成ユニット２０の概略構成図である。 パターン形成ユニット２０を構成する版胴３２の断面構造の一例を示す図である。 原料フィルム１２に対する電子ビームの照射工程を説明する断面模式図である。 蒸着後の原料フィルム１２とキャンローラ１４との間の吸着作用を説明する断面模式図である。

符号の説明

１０ 巻取式真空蒸着装置（巻取式真空成膜装置）
１１ 真空チャンバ
１２ 原料フィルム
１３ 巻出しローラ
１４ キャンローラ（冷却用ローラ）
１５ 巻取りローラ
１６ 蒸発源（成膜手段）
１８ 補助ローラ
２０ パターン形成ユニット（マスク形成手段）
２１ 電子ビーム照射器（荷電粒子照射手段）
２２ 直流バイアス電源（電圧印加手段）
２３ 除電ユニット
２５ マスクパターン
２６ 金属層
３１ インキ供給ロール
３２ 版胴
３３ 圧胴
３４ 転写ロール
３５ スリーブ
３６ クッション層
３７ ポリマー層

Claims (2)

1. 真空チャンバと、この真空チャンバの内部に配置され絶縁性の原料フィルムを連続的に繰り出す巻出し部と、この巻出し部から繰り出された原料フィルムを巻き取る巻取り部と、前記巻出し部と前記巻取り部との間に配置され前記原料フィルムと密着して当該フィルムを冷却する冷却用ローラと、前記冷却用ローラに対向配置され前記原料フィルムに金属膜を成膜する成膜手段と、前記巻出し部と前記成膜手段との間に設置され、前記原料フィルムの成膜面に対し、前記金属膜の成膜領域を画定するマスクパターンを形成するマスク形成手段とを備えた巻取式真空成膜装置であって、
   前記マスク形成手段は、前記マスクパターンを形成するインキを供給するインキ供給源と、このインキ供給源から供給されたインキが転写され前記原料フィルムの成膜面へ前記マスクパターンを形成する版胴と、この版胴に対設され前記原料フィルムを挟持する圧胴とを有し、前記版胴がシームレススリーブ印刷版であることを特徴とする巻取式真空成膜装置。
2. 前記マスク形成手段と前記成膜手段との間に配置され前記原料フィルムに荷電粒子を照射する荷電粒子照射手段と、
   前記冷却用ローラと前記巻取り部との間に配置され前記原料フィルムの成膜面に接触して当該原料フィルムの走行をガイドする補助ローラと、
   これら冷却用ローラと補助ローラとの間に直流電圧を印加する電圧印加手段とを備えたことを特徴とする請求項１に記載の巻取式真空成膜装置。
   

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