JP4532713B2 - 多層金属積層フィルム及びその製造方法 - Google Patents

多層金属積層フィルム及びその製造方法 Download PDF

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高分子フィルムと金属箔とを接着剤を用いない方法で積層した多層金属積層フィルム、及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、高分子フィルムに金属薄膜を積層した金属張積層体が、数多く提案されている。
例えば、ポリエチレンテレフタレートやポリイミドに代表される耐熱性フィルム上に金属薄膜を形成したものは、機械的、電気的、熱的特性に優れており、フレキシブル回路基板等に使用されている。
高分子フィルムへの金属箔の積層方法としては、金属箔とフィルムを接着剤を用いて接合する方法がある（特開平１１−２０７８６号公報）。
しかし、有機接着剤はフィルム・金属に比較し、熱的特性に劣ることから、耐熱性に問題が生じていた。それを改善する方法として、フィルム上に直接金属薄膜を形成する方法が提案されている（特許２８５９３３０号公報、特開平８−２３１７１７号公報、特開平１１−２０７８６６号公報など）。
これは、フィルム上に真空蒸着、スパッタリング等の薄膜形成方法により金属薄膜（１０〜１０００ｎｍ）を形成した後に、さらに金属箔の厚みを必要とする場合には、電気めっき等の手法を用いて厚膜化して１〜１００μm程度の厚みの金属積層体を得ていた（特開平８−２３１７１７号公報参照）。
しかし、従来のフィルム上への金属箔の積層法では、金属箔として比較的厚いものが要求された場合、時間・コストがかかる問題があった。また、真空プロセスと湿式プロセスを併用しなければならないなどの煩雑さが問題であった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の第一の課題は、予め真空蒸着、スパッタリング等の薄膜形成方法により、表面に金属薄膜を形成した高分子フィルムと、所定の厚みをもった金属箔とを、接着剤を用いずに接合し、所定の厚みを有する接着剤レスの多層金属積層フィルムを提供することである。
また、本発明の第二の課題は、高分子フィルム上への薄膜形成と金属箔とを接合する多層金属積層フィルムの製造を連続化した方法を提供することを課題とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明の多層金属積層フィルムの製造方法は、高分子フィルム表面に金属薄膜を形成した金属薄膜積層フィルムをフィルム巻き戻しリールに設置する工程と、金属箔を金属箔巻き戻しリールに設置する工程と、前記金属薄膜積層フィルムをフィルム巻き戻しリールから巻き戻し、金属薄膜積層フィルムの金属薄膜面をスパッタエッチングにより活性化する工程と、前記金属箔を金属箔巻き戻しリールから巻き戻し金属箔表面をスパッタエッチングにより活性化する工程と、前記活性化した金属薄膜面と金属箔表面とを圧接する工程を有することを特徴とする。
本発明の多層金属積層フィルムの製造方法は、高分子フィルムをフィルム巻き戻しリールに設置する工程と、金属箔を金属箔巻き戻しリールに設置する工程と、前記高分子フィルムをフィルム巻き戻しリールから巻き戻しフィルム面をスパッタエッチングにより活性化してフィルム面に金属薄膜をスパッタリング法により形成する工程と、前記金属箔を金属箔巻き戻しリールから巻き戻し金属箔表面をスパッタエッチングにより活性化する工程と、前記活性化した金属薄膜面と金属箔表面とを圧接する工程を有することを特徴とする。
【０００５】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の多層金属積層フィルムの断面構造を示す概略図である。
図１において、高分子フィルム２２は、金属薄膜２４を介して、金属箔２６に積層されている。高分子フィルム２２の材質としては、フィルム上に薄膜形成が可能な素材であれば特にその種類は限定されない。本発明の多層金属積層フィルムの用途により適宜選択して用いる。
例えば、本発明の多層金属積層フィルムが、フレキシブルプリント基板用途であれば、高分子フィルムの素材としては、ポリイミド、ポリエチレンテレフタレート、ポリエーテルイミド等が好ましく適用される。
また、本発明の多層金属積層フィルムが高温用途に適用されるものであれば、ポリイミドフィルムなどのフィルムも好適に適用できる。
【０００６】
高分子フィルム２２の厚みは用途により異なるが、フレキシブルプリント基板用途であれば１０〜１５０μｍが好ましく適用される。さらに２５〜７５μｍの範囲のものが好ましく適用される。
金属薄膜２４の材質としては、下地となる高分子フィルムとの密着性がよい材質のものであれば特にその種類は限定されない。
例えば、高分子フィルム２２がポリエチレンテレフタレートやポリイミドフィルムの場合であれば、金属薄膜２４としては、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｐｄ、Ｚｒ、Ｃｏ、Ａｕ、Ａｇ、Ｓｎ、Ｃｕ、Ａｌ等が好ましく適用される。また、これらの金属を複層にした金属薄膜でもよい。又、これらの金属の合金も薄膜として適用される。
厚みは、用途により異なるが、フレキシブルプリント基板用途であれば、０．０１〜１μｍが好ましく適用される。さらに０．１〜０．５μｍの範囲のものが好ましく適用される。
【０００７】
金属箔２６の材質としては、例えば、銅箔、ニッケル箔、アルミ箔、鉄箔などの単層箔、及びこれらの積層箔（クラッド材）、合金箔、圧延薄板などが適用できる。また、これらの表面にめっきを施しためっき箔などの適用も可能である。厚みは、用途により異なるが、例えばフレキシブルプリント基板用途であれば、３〜１００μｍが好ましく適用される。さらに１０〜３５μｍの範囲が好ましく適用される。
また、本発明の多層金属積層フィルムを放熱板用途に適用する場合は、伝熱性を向上させるため少し厚めの５０〜１０００μｍの範囲のものが好ましく適用される。
【０００８】
次に、本発明の多層金属積層フィルムの製造方法を説明する。まず、第一の製造方法としては、図３に示すように、高分子フィルムに予め金属薄膜を形成した金属薄膜積層フィルムを巻き戻しリール６２に設置し、その金属薄膜積層フィルム２８と金属箔２６とを真空容器５２内で、圧接ユニット６０により圧接する方法である。すなわち、高分子フィルム２２の表面に、予め金属薄膜が１０〜１０００ｎｍ程度積層すされた金属薄膜積層フィルム２８を、多層金属積層フィルム製造装置５０の中に設置した活性化処理装置７０を用いて活性化する。
ここでいう活性化とは、高分子フィルム上の金属薄膜表面に付着している、金属酸化物やゴミ吸着物、油などの異物を除去し、後工程での金属箔との密着性を向上させるための表面処理をいう。
同じく金属箔２６も活性化処理装置８０を用いて活性化される。
【０００９】
活性化処理装置７０、８０は、表面清浄できる機構のものであれば好適に採用できるが、本発明の実施例では、圧接しようとする材料のそれぞれの接合面をスパッタエッチング処理する装置を適用する。
すなわち、スパッタエッチング処理して活性化処理する方法は、本出願人が先に特開平１−２２４１８４号公報で開示したように、（１）１×１０１ 〜１×１０−２ Ｐａの極低圧不活性ガス雰囲気中で、（２）金属薄膜積層フィルム２８と金属箔２６とを、それぞれアース接地した一方の電極Ａとし、絶縁支持された他の電極Ｂとの間に１〜５０MHzの交流を印加してグロー放電を行わせ、（３）かつ、前記グロー放電によって生じたプラズマ中に露出される電極ロール７２，８２の面積Ａが、電極７４，８４の面積Ｂの、それぞれ１／３以下で、（４）スパッタエッチング処理することによって行うことが、高速で表面活性化できるので好ましい。
また、同様に高速で表面活性化が得られるイオンガン等を用いて行うこともできる。
【００１０】
次に、前記金属薄膜積層フィルム２８と金属箔２６とを圧接する方法を説明する。多層金属積層フィルム製造装置５０内で、高分子フィルム上に形成した金属薄膜２４の面と、金属箔２６の接合面を、それぞれ活性化処理した後、活性化された清浄な接合面同士を重ね合わせて、同じく多層金属積層フィルム製造装置５０内に設けた圧接ユニット６０によって圧接積層する。この圧接作業によって金属箔が破れたり変形することは好ましくないので、圧接ユニット６０内での圧接時の圧下率は、０．１〜３％程度とすることが望ましい。
【００１１】
次に、本発明の多層金属積層フィルムの第二の製造方法を説明する。
まず、第二の製造方法としては、高分子フィルム２２に金属薄膜２４を形成する薄膜形成ユニット９０を、真空容器５２の中、活性化処理装置７０の後工程に設置する。
すなわち、図４に示すように、活性化処理装置７０を用いて、高分子フィルム２２の接合表面を予め活性化処理し、引き続き同一多層金属積層フィルム製造装置５０内で直ちに金属薄膜２４を高分子フィルム２２表面上に形成し、金属薄膜積層フィルム２８とする。
【００１２】
また、積層する金属箔２６についても、活性化処理装置８０（図３）を用いて活性化処理を行い、前記の金属薄膜積層フィルム２８の金属薄膜２４形成面と金属箔２６の活性化処理面を重ね合わせて、圧接ユニット６０によって圧接することにより接合させ、多層金属積層フィルム２０を一工程で製造する。
【００１３】
なお、上記の薄膜形成ユニット９０を活性化処理装置８０の後工程に設置して、金属箔２６の表面に金属薄膜を形成してもよい。この場合は、高分子フィルム、金属薄膜、金属薄膜、金属箔の構成になる。また、薄膜形成ユニットを複数並べることで、金属薄膜を多層化することもできる。
金属薄膜の形成方法としては、スパッタリング法、イオンプレーティング法、真空蒸着法等の公知の方法（特開平８−２３１７１７号公報参照）を用いることができる。
また、高分子フィルム２２表面を粗面化しておくと金属薄膜との密着強度が向上し好ましい。
【００１４】
本発明で用いる薄膜形成ユニット９０の一例として用いるスパッタユニットを図４を用いて説明する。
スパッタユニット９０は、電気的にフローティングされたターゲット電極９４と、アース接地された水冷の電極ロール７２との組み合わせで構成される。ターゲット電極９４には金属薄膜２４を形成するターゲット９２が設置され、また、マグネット９８を設置して磁場によりスパッタリングの効率を向上させている。さらに、ターゲット９２の異常加熱を防止するため、ターゲット電極９４を水冷できるようにしてある。
スパッタ処理を行う場合は、１×１０−２ Ｐａ 以下に保持した後、真空容器５２内にアルゴン、ネオン、キセノン、クリプトン等の不活性ガスの他、酸素などのガスを導入し、１×１０１ 〜１×１０−２ Ｐａ程度のガス雰囲気とする。
その後、ターゲット電極９４に高周波電源９６を負荷することで、ターゲット電極９４と電極ロール７２間にプラズマを発生させ、ターゲット９２にイオン衝撃を与える。
それにより放出されたターゲット原子を、高分子フィルム２２上に金属薄膜２４を形成する。
【００１５】
【実施例】
以下に、実施例を図面に基づいて説明する。
（実施例１）
高分子フィルムとして５０μm厚みのポリイミドフィルムを用いた。また、金属箔として３５μｍ厚みの銅箔を用いた。
▲１▼高分子フイルム上への薄膜形成
高分子フィルム２２の片面に、スパッタリング法により厚さ３００ｎｍの、金属薄膜２４としてのニッケル薄膜を形成した。この面を金属箔との接合面とした。
▲２▼金属箔の積層
ポリイミドフィルム２２の表面にニッケル薄膜を形成した金属薄膜積層フィルム２８と、銅箔２６とを、それぞれの巻き戻しリール６２，６４に設置した。フィルム巻き戻しリール６２から巻き戻された金属薄膜積層フィルム２８と、銅箔２６は、その一部が、真空容器５２内に設置された水冷の電極ロール７２、８２に、それぞれ巻き付けられ、第１及び第２エッチングユニット７０，８０内で、スパッタエッチング処理し、活性化処理した。
その後、金属薄膜積層フィルム２８と銅箔２６は、圧接ユニット６０に送られ、接合面同士を重ねて、低圧接率で冷間圧接され、多層金属積層フィルム２０が巻き取りロール６６に巻き取られた。
【００１６】
（実施例２）
高分子フィルムとして５０μm厚みのポリイミドフィルムを用いた。また、金属箔として５０μｍ厚みの銅箔を用いた。
▲１▼活性化処理
ポリイミドフィルム２２と銅箔２６とを多層金属積層フィルム製造装置５０にセットした。フィルム巻き戻しリール６２から巻き戻されたポリイミドフィルム２２、および、金属箔巻き戻しリール６４から巻き戻された銅箔２６は、真空容器５２内の水冷の電極ロール７２，８２にそれぞれ巻き付けられ、活性化処理ユニット７０内で、スパッタエッチング法により活性化処理した。
▲２▼金属薄膜形成
ポリイミドフィルム２２を活性化処理した後に、水冷の電極ロール７２に巻き付けたままスパッタユニット９０に送り、金属薄膜２４として２００ｎｍ厚みのニッケル薄膜を形成した。
▲３▼圧接
表面に金属薄膜２４が形成された高分子フィルム２２と、銅箔２６の接合面同士を重ねて、０．５％程度の低圧下率で冷間圧接し、多層金属積層フィルム２０を製造した。
【００１７】
【発明の効果】
本発明の多層金属積層フィルムは、接着剤を用いないで真空容器内で圧接したものであるので、金属箔と高分子フィルムを均一の厚みで製造できる。
また、一工程で、表面活性化処理、金属薄膜形成、圧接を行うので、多層金属積層フィルムを容易に得ることができる。さらに、表面活性化処理と金属薄膜形成を、同一の電極ロールに対して行うので、装置をコンパクトにできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の多層金属積層フィルムの断面図である。
【図２】本発明の金属薄膜積層フィルムの断面図である。
【図３】本発明の製造工程を示す概略図である。
【図４】本発明の製造工程を示す概略図である。
【符号の説明】
２０・・・多層金属積層フィルム
２２・・・高分子フィルム
２４・・・金属薄膜
２６・・・金属箔
２８・・・金属薄膜積層フィルム
５０・・・多層金属積層フィルム製造装置
５２・・・真空容器
６０・・・圧接ユニット
６２、６４・・・巻き戻しリール
６６・・・巻き取りロール
７０、８０・・・活性化処理装置（エッチングユニット）
７２，８２・・・電極ロール
７４，８４・・・電極
９０・・・薄膜形成ユニット（スパッタユニット）
９２・・・ターゲット
９４・・・ターゲット電極
９８・・・マグネット
９６・・・高周波電源

Claims (2)

  1. 高分子フィルム表面に金属薄膜を形成した金属薄膜積層フィルムをフィルム巻き戻しリールに設置する工程と、金属箔を金属箔巻き戻しリールに設置する工程と、前記金属薄膜積層フィルムをフィルム巻き戻しリールから巻き戻し、金属薄膜積層フィルムの金属薄膜面をスパッタエッチングにより活性化する工程と、前記金属箔を金属箔巻き戻しリールから巻き戻し金属箔表面をスパッタエッチングにより活性化する工程と、前記活性化した金属薄膜面と金属箔表面とを圧接する工程を有する多層金属積層フィルムの製造方法。
  2. 高分子フィルムをフィルム巻き戻しリールに設置する工程と、金属箔を金属箔巻き戻しリールに設置する工程と、前記高分子フィルムをフィルム巻き戻しリールから巻き戻しフィルム面をスパッタエッチングにより活性化してフィルム面に金属薄膜をスパッタリング法により形成する工程と、前記金属箔を金属箔巻き戻しリールから巻き戻し金属箔表面をスパッタエッチングにより活性化する工程と、前記活性化した金属薄膜面と金属箔表面とを圧接する工程を有する多層金属積層フィルムの製造方法。
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