JP2010121188A - 金属積層樹脂フィルム基板及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 スパッタリング法などの真空成膜法により樹脂フィルムに金属膜を成膜する際に、樹脂フィルムのシワの発生を抑制することができ、実質的にシワのない金属積層樹脂フィルム基板を製造する方法を提供する。
【解決手段】 樹脂フィルム上に真空成膜法により金属膜を形成する際に、内部に温度１２０〜３００℃の温媒を循環させたキャンロール４に樹脂フィルムＦの裏面を接触させながら、樹脂フィルムＦの表面に金属膜を成膜する。樹脂フィルムＦは１５０℃以上のガラス転移点を有するものが好ましく、特にポリイミドフィルムが好ましい。
【選択図】 図１

Description

本発明は、スパッタリング法などの物理的真空成膜法により樹脂フィルム上に金属膜を形成する方法、及びその金属積層樹脂フィルム基板に関する。

樹脂フィルムはフレキシブル性を有し且つ加工が容易なことから、表面に金属膜や酸化物膜を形成することによって、フレキシブル配線基板のような電子部品、光学部品、あるいは包装材料などとして広く利用されている。

例えば、液晶ディスプレイのドライバ回路には、フレキシブル性と微細配線に対応する特性を持つＣＯＦ（Ｃｈｉｐ ｏｎ Ｆｉｌｍ）が採用されている。このＣＯＦ用の基板は、ポリイミドフィルム上にニッケル−クロム合金や銅等の金属膜を成膜した後、その上に銅層を電解めっきにて形成した金属積層樹脂フィルム基板の一種である銅ポリイミド基板を使用し、サブトラクティブ法で配線加工して製造されている。

上記銅ポリイミド基板の製造工程においては、まずポリイミドフィルムの表面に金属膜を成膜する。この金属膜の成膜方法として真空成膜法があり、その代表的な方法の一つがスパッタリング法である。スパッタリング法では、ガスプラズマのイオンをターゲットに衝突させ、スパッタされたターゲットの原子・分子を基板上に沈着させて成膜する。そのため、プラズマから受ける熱エネルギーによって基板の温度が上昇し、基板が樹脂フィルムである場合には熱変形することがある。

この樹脂フィルムの熱変形を防止するために、従来から樹脂フィルムを冷却することが行われている。例えば特開昭６２−２４７０７３号公報に記載されているように、ロール・ツー・ロールの真空成膜装置においては、クーリングローラ（一般的にはキャンロールと称する）上にフィルムを連続して走行させながら成膜する際に、クーリングローラの内部に冷却水や有機溶媒などの冷媒を循環させてフィルムを冷却している。

しかしながら、上記のごとくキャンロール上に樹脂フィルムを連続して走行させ、キャンロールで冷却しながら成膜を行った場合、樹脂フィルムの熱変形を防ぐことはできても、成膜時の温度上昇によって樹脂フィルムにシワが発生しやすいという問題があった。この樹脂フィルムのシワの発生を抑制するには、キャンロール内部の冷媒温度や、樹脂フィルムの種類に応じた搬送速度や成膜速度などの成膜条件を厳密に管理する必要があった。

特にロール・ツー・ロール方式の真空成膜装置を用いて金属積層樹脂フィルム基板を製造する場合、樹脂フィルムに一度シワが発生すれば、巻取ロールに巻き取取られた金属積層樹脂フィルム基板のシワが、その上に連続して巻き取られる金属積層樹脂フィルム基板に転写されて次々と継続することとなるため、シワの発生を回避することは重要である。更に、金属積層樹脂フィルム基板にシワが発生すると、例えば銅ポリイミド基板などでフレキシブルプリント基板を製造する際に、高い電気的信頼性を確保することが困難になる。

この問題を解決する方法として、特開２００８−８１８２０号公報には、樹脂フィルムを加熱することにより、シワの発生を抑制する方法が開示されている。即ち、キャンロールに接する直前の基材シートをランプヒータで加熱し、堆積温度部との温度差を少なくすることによって、シワの低減が図られている。

しかしながら、この方法では、基材シートを加熱するランプヒータなどの手段を設置する必要があるうえ、加熱直後の基材シートが冷却されているキャンロールに接触するため、急激な温度降下により基材シートが収縮しやすくなることから、シワの発生を抑制することは難しかった。

特開昭６２−２４７０７３号公報 特開２００８−８１８２０号公報

本発明は、上記した従来の事情に鑑み、スパッタリング法などの真空成膜法により樹脂フィルムに金属膜を成膜する際に、特別な装置などを増設する必要がなく、効率よく樹脂フィルムのシワの発生を抑制することができ、実質的にシワのない金属積層樹脂フィルム基板を製造することが可能な方法、及びその方法により得られたシワのない金属積層樹脂フィルム基板を提供することを目的とする。

樹脂フィルム上に真空成膜法により金属膜を形成する場合、得られる金属積層樹脂フィルム基板にシワが発生するのは、キャンロールに接した状態で成膜される際の樹脂フィルム内の温度差に起因していると考えられる。そこで、本発明者らは、検討を重ねた結果、樹脂フィルムのシワの発生を抑制するには、キャンロールで冷却するのではなく、逆に樹脂フィルムをキャンロールで加熱することが適切な方法であると考え、本発明に至ったものである。

即ち、上記目的を達成するため、本発明が提供する金属積層樹脂フィルム基板の製造方法は、樹脂フィルム上に真空成膜法により金属膜を形成する際に、内部に温度１２０〜３００℃の温媒を循環させたキャンロールに樹脂フィルムの裏面を接触させながら、該樹脂フィルムの表面に金属膜を成膜することを特徴とするものである。

上記本発明の金属積層樹脂フィルム基板の製造方法においては、前記樹脂フィルムとして１５０℃以上のガラス転移点を有する樹脂フィルムを用いることが好ましく、特にポリイミドフィルムが好ましい。

また、上記本発明の金属積層樹脂フィルム基板の製造方法では、前記真空成膜法がスパッタリング法であり、前記樹脂フィルム上にニッケル合金膜を成膜した後、該ニッケル合金膜の上に銅膜を成膜することが好ましい。

本発明は、更に、上記した本発明の金属積層樹脂フィルム基板の製造方法によって得られた金属積層樹脂フィルム基板を提供するものである。

本発明によれば、スパッタリング法などの真空成膜法により樹脂フィルム上に金属膜を成膜する際に、生産効率を下げることなく、樹脂フィルムにシワが発生することを抑制できる。しかも、ヒータなどの特別な装置を設ける必要がなく、通常のキャンロール及び真空成膜装置を利用することが可能である。

従って、簡単に且つ効率よく実質的にシワのない金属積層樹脂フィルム基板を得ることができるので、フレキシブルプリント基板などに対応した金属積層樹脂フィルム基板として、使用時に大きな問題を発生させることなく、高い電気的信頼性を確保しつつ狭ピッチ化にも対応することが可能となる。

本発明の金属積層樹脂フィルム基板では、スパッタリング法などの真空成膜法により樹脂フィルムに金属膜を成膜する際に、キャンロール内部に温度１２０〜３００℃の温媒を循環させて加熱し、そのキャンロールに樹脂フィルムの裏面を接触させながら樹脂フィルムの表面に金属膜を成膜する。尚、キャンロールは、温媒の循環が可能なものであればよく、冷却水や有機溶媒などの冷媒を循環させる構造を備えた従来のキャンロールをそのまま利用することができる。

キャンロール内部に温度１２０〜３００℃の温媒を循環させることによって、キャンロールの表面も温媒とほぼ同じ温度となる。従って、温媒により１２０〜３００℃に加熱されたキャンロールに樹脂フィルムの裏面を接触させながら表面に成膜することで、成膜時における樹脂フィルム内の温度差が抑制され、更には連続して走行する樹脂フィルムの加熱引きのばしの効果も加味されることで、シワの発生が抑制されるのである。

キャンロール内部に循環させる温媒の温度は、１２０〜３００℃の範囲とし、好ましくは１２０〜２５０℃の範囲とする。温媒の温度が１２０℃未満では、成膜時に樹脂フィルム内で温度差が生じやすくなるため、シワが発生することがある。また、温媒の温度が３００℃を超えると、樹脂フィルムにポリイミド等の耐熱性を有するフィルムを用いても、フィルム強度が低下するため好ましくない。尚、キャンロール内部に循環させる温媒としては、シリコン油などのほか、高沸点の有機物液体等を用いることができる。

本発明により金属積層樹脂フィルム基板の製造に用いる真空成膜法には、真空蒸着法、スパッタリング法等の物理的成膜法と、化学的気相成長法（ＣＶＤ）等の化学的成膜法とがある。真空蒸着法は、抵抗加熱や電子銃照射により蒸発源の成膜材料を加熱蒸発させ、基材上に薄膜を形成する方法である。蒸着の際に、薄膜の密着性、緻密化を目的として、蒸発源と基材の間にプラズマを形成するプラズマアシスト蒸着法も知られている。

上記真空成膜法の中では、磁場などでプラズマを制御できるためスパッタリング法が望ましい。スパッタリング法は、成膜材料をプレート状に成形したターゲットを用い、基材とターゲットの間にアルゴン（Ａｒ）等の不活性ガスのプラズマを発生させ、電位勾配を利用してターゲット表面にイオンを照射衝突させることによりターゲット物質を叩き出し、基材上にターゲット物質の薄膜を形成する方法である。

金属膜を成膜するための樹脂フィルムとしては、ポリイミド系フィルム、ポリアミド系フィルム、ポリエチレンナフタレート系フィルム、ポリエステル系フィルム、ポリテトラフルオロエチレン系フィルム、液晶ポリマー系フィルム、ポリエーテルサルフォン系フィルム等が知られている。

上記樹脂フィルムの中でも、成膜時の熱変形を抑制するために、１５０℃以上のガラス転移点を有する樹脂フィルム、例えば、ポリイミド系フィルム、ポリアミド系フィルム、ポリエチレンナフタレート系フィルム、液晶ポリマー系フィルム、ポリエーテルサルフォン系フィルムなどを用いることが好ましい。

次に、本発明の金属積層樹脂フィルム基板の製造方法について、図１の真空成膜装置を用いて具体的に説明する。図１の真空成膜装置は、ロール・ツー・ロール方式のスパッタリング成膜装置であり、真空成膜室１の内部に主要な構成部品の多くを、例えば樹脂フィルムＦの巻出ロール２と巻取ロール３、キャンロール４、スパッタリングカソード５ａ、５ｂなどを備えている。

また、巻出ロール２とキャンロール４の間には、成膜前の樹脂フィルムＦの表面をプラズマで前処理するために、前処理用プラズマ発生装置６を備えることが好ましい。尚、真空成膜室１については、略直方体状又は略円筒状など形状は問わないが、１０^−４〜１Ｐａの範囲に減圧された状態を保持できれることが必要である。

キャンロール４の内部には温度１２０〜３００℃の熱媒が循環し、成膜の際に樹脂フィルムＦを加温できるようになっている。キャンロール４の表面は、硬質クロムめっきが施されている。また、スパッタリングカソード５ａ、５ｂは、マグネトロンカソード式でキャンロール４に対向して配置される。樹脂フィルムＦの幅方向におけるスパッタリングカソード５ａ、５ｂの寸法は、樹脂フィルムＦの幅より広ければよい。例えば５００ｍｍの樹脂フィルムＦの場合、スパッタリングカソードの幅方向寸法は６００ｍｍ程度であればよい。

上記真空成膜装置を用いて成膜する場合、樹脂フィルムＦは巻出ロール２から巻き出され、複数のテンションロールとキャンロール４を経由して緩まないように連続的に搬送され、巻取ロール３で巻き取られる。連続的に搬送される樹脂フィルムＦは、その裏面がキャンロール４の表面に接触している間に、スパッタリングカソード５ａ、５ｂにより表面に所定の金属膜が成膜される。

スパッタリング法で成膜する場合、まず真空成膜装置内を１０^−４から１０^−３Ｐａの範囲内の圧力まで減圧し、この減圧の圧力を到達圧力という。到達圧力まで減圧した後、Ａｒなどのスパッタリングガスを導入して、１０^−１〜１Ｐａの範囲内の圧力でスパッタリングを行う。尚、スパッタリングに替えて、蒸着など上記した公知の真空成膜方法を用いることもできる。

樹脂フィルム上に成膜する金属としては、金属積層樹脂フィルム基板の用途に応じて、金、アルミニウム、銅などを適宜選択することができる。例えば、銅ポリイミド基板では、樹脂フィルムであるポリイミドフィルム上にＮｉ−Ｃｒ又はＮｉ−Ｃｒ−ＭｏのようなＮｉ合金からなる下地金属膜を成膜し、この下地金属膜の上に銅薄膜を成膜する。尚、上記銅薄膜の上に、更に電解めっきにより銅層が形成されて、銅ポリイミド基板が得られる。

本発明の金属積層樹脂フィルム基板の製造方法によれば、スパッタリング法などの真空成膜法により金属膜を成膜する際に、樹脂フィルムにシワが発生することを防ぎ、極めてシワの少ない金属積層樹脂フィルム基板を得ることができる。特にスパッタリング法による場合、通常のマグネトロンスパッタリング法だけでなく、アンバランスドマグネトロンスパッタリング法を用いても、成膜時にシワの発生を抑えることが可能である。

上記アンバランスドマグネトロンスパッタリング法は、成膜時のプラズマを強化した成膜法であり、膜密度の向上等の効果がある。具体的には、樹脂フィルム側にバイアス電位を印加するなどして磁場を非平衡にすることにより、樹脂フィルムへのプラズマの照射を強化した状態でスパッタリングする。このアンバランスドマグネトロンスパッタリング法は、一般的なマグネトロンスパッタリング法よりも樹脂フィルムにシワが発生しやすい傾向があるが、本発明によれば樹脂フィルムのシワの発生を効果的に抑えることができる。

図１に示すようなロール・ツー・ロール方式のスパッタリング成膜装置を用いて、銅ポリイミド基板を作製した。樹脂フィルムＦには、厚み３８μｍ、幅５０ｃｍ、長さ１５００ｍのポリイミドフィルム（東レ・デュポン社製、カプトン（登録商標））を用い、金属膜との密着性を上げるための前処理としてプラズマ表面処理を施した。

巻出ロール２と巻取ロール３は、軸の直径が共に８ｃｍであり、幅は共に８０ｃｍであった。樹脂フィルムＦの搬送速度は６ｍ／分とし、巻取及び巻出の張力は６０Ｎ／ｍとした。また、キャンロール４は直径８０ｃｍの従来から通常使用されているものであり、表面には硬質クロムめっきが施されている。キャンロール４の内部には、従来の冷媒の代わりに、温媒として温度２００℃のシリコン油を循環させた。

スパッタリングカソード５ａはクロム２０質量％のニッケル−クロム合金スパッタリングターゲットを備え、スパッタリングカソード５ｂは銅スパッタリングターゲットを備えたものである。これら両スパッタリングカソードとも、アンバランスドマグネトロンスパッタリングカソードとした。

上記成膜装置を用い、真空成膜室１の内部を到達圧力の１０^−４Ｐａまで減圧した後、アルゴンガスを導入して圧力を０.１Ｐａとした。樹脂フィルムＦを連続的に搬送しながら、スパッタリングカソード５ａ、５ｂに電力を投入してスパッタリングを実施し、樹脂フィルムＦ上にＮｉ−Ｃｒ膜とＣｕ膜を順に積層して形成した。その後、真空成膜室１内のアルゴンガスを置換し、ロール状に巻き取った樹脂フィルムＦを取り外した。

得られた金属積層樹脂フィルム基板、即ち樹脂フィルムＦ上にＮｉ−Ｃｒ膜とＣｕ膜を積層して形成した銅ポリイミド基板について、金属面に蛍光灯の光を照射した状態の銅ポリイミド基板を写真撮影し、その写真を目視により検査して、シワの発生状況を評価した。

図１に金属面に２本の直管蛍光灯の光を照射した状態の銅ポリイミド基板の写真を示す。この図１から分るように、温度２００度の温媒で加熱されたキャンロールを用いて樹脂フィルムを搬送させることにより、樹脂フィルム内の温度の均一化と樹脂フィルムの加熱引き伸ばしとの相乗効果によって、シワの発生が極めて少ない銅ポリイミド基板を得ることができた。

［比較例１］
上記実施例１と同じロール・ツー・ロール方式のスパッタリング成膜装置を用い、キャンロール内に循環させる温媒の温度を４０℃とした以外は上記実施例１と同様にして、銅ポリイミド基板を作製した。

得られた比較例１の銅ポリイミド基板について、上記実施例１と同様に金属面に２本の直管蛍光灯の光を照射した状態の銅ポリイミド基板を写真撮影した。この写真を図２に示す。図２から分るように、温度４０℃の温媒で加熱されたキャンロールでは、樹脂フィルムの全面にシワの発生が認められ、銅ポリイミド基板の歩留まりが極めて悪かった。

［比較例２］
上記実施例１と同じロール・ツー・ロール方式のスパッタリング成膜装置を用い、キャンロール内に循環させる温媒の温度を３５０℃とした以外は上記実施例１と同様にして、銅ポリイミド基板を作製した。

得られた比較例２の銅ポリイミド基板は、見かけ上シワの発生が認められなかったが、樹脂フィルムそのものの強度が低下してしまい、その後の製品としての加工評価で支障を来たすことが分った。

本発明による真空成膜装置の一具体例を示す概略の断面図である。 実施例１で得られた銅ポリイミド基板の金属面に２本の直管蛍光灯の光を照射した状態の写真である。 比較例１で得られた銅ポリイミド基板の金属面に２本の直管蛍光灯の光を照射した状態の写真である。

符号の説明

１ 真空成膜室
２ 巻出ロール
３ 巻取ロール
４ キャンロール
５ａ、５ｂ スパッタリングカソード
６ 前処理用プラズマ発生装置
Ｆ 樹脂フィルム

Claims (5)

1. 樹脂フィルム上に真空成膜法により金属膜を形成する金属積層樹脂フィルム基板の製造方法において、内部に温度１２０〜３００℃の温媒を循環させたキャンロールに樹脂フィルムの裏面を接触させながら、該樹脂フィルムの表面に金属膜を成膜することを特徴とする金属積層樹脂フィルム基板の製造方法。
2. 前記樹脂フィルムとして、１５０℃以上のガラス転移点を有する樹脂フィルムを用いることを特徴とする、請求項１に記載の金属積層樹脂フィルム基板の製造方法。
3. 前記樹脂フィルムがポリイミドフィルムであることを特徴とする、請求項２に記載の金属積層樹脂フィルム基板の製造方法。
4. 前記真空成膜法がスパッタリング法であり、前記樹脂フィルム上にニッケル合金膜を成膜した後、該ニッケル合金膜の上に銅膜を成膜することことを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の金属積層樹脂フィルム基板の製造方法。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載の方法で得られたことを特徴とする金属積層樹脂フィルム基板。

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