JP4577155B2 - プラズマ処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、大気圧近傍の圧力下でプラズマを用い、導線、配線部品、電子部品、部品端子、プリント基板、シート基板、フィルム基板、とりわけ複数の被処理物に対して、各被処理面を高速に表面処理するためのプラズマ処理方法及び装置、また、その表面処理により、被覆を除去した銅線に対して、はんだ等の金属めっきをしなくても、所望の金属部材との導通が確保できる導線に関するものである。

大気圧近傍の圧力下で生成するプラズマ（以下、「大気圧プラズマ」と称する）を用いたプラズマ処理方法及び装置は、装置コスト削減、省スペース、及び省エネなどの理由から、例えば導線、配線部品、電子部品、部品端子、プリント基板、シート基板、フィルム基板などの製造工程におけるエッチング、成膜及び表面処理工程の一部において、減圧装置を用いたプラズマからの転換が図られている。

従来例としてのプラズマ処理方法及び装置を、図１０乃至図１１を用いて説明する。

図１０はプラズマ処理装置の正面図を示し、正面図のＧ−Ｇ部における横断面図を図１１に示す。図１１では、上部電極１と下部電極２を設け、両電極間に絶縁体チャンバー３を設けている。また、絶縁体チャンバー３の内部にはガス流路４を形成しており、処理ガス供給装置５、金属容器６におけるガス供給口７を介して内部にガスを供給し、ガス流路４を通ってガス噴出口８より処理ガスを大気中へ排気しつつ、高周波電源９より上部電極１に高周波電力を供給し、上部電極１と下部電極２の間に交流電界を供給できる構造となっている。また、被処理物１０はガス噴出口８より挿入し、絶縁体チャンバー３内の任意の場所に載置させることが可能となっている。なお、下部電極２と金属容器６は基本的に接地電位とし、上部電極１と金属容器６は絶縁ブロック１１で絶縁させている。

この装置によるプラズマ処理の一例として、絶縁体チャンバー３内に被処理物１０を載置し、処理ガス供給装置５より処理ガスとしてＨｅ＝７５０ｓｃｃｍ、Ｏ₂＝４０ｓｃｃｍ、ＣＦ₄＝１３ｓｃｃｍを供給し、高周波電源９より電力を１００Ｗ供給することで、上部電極１と下部電極２の間にプラズマ１２を生成でき、被処理物１０をプラズマ処理できる。

また、上記プラズマ処理方法により、例えば、銅線の表面にイミド系有機膜を塗布した被覆銅線としての被処理物１０をプラズマ処理することが可能である。なおこの時、被覆銅線を単線で絶縁体チャンバー３に挿入しプラズマ処理するだけでなく、拠り線の状態（接着剤等を用いて複数本を束ねた状態）で絶縁体チャンバー３に挿入し、所謂バッチ処理として、プラズマ処理することも可能である。

図１０乃至図１１は、特許文献１もしくは未公開自社の特願２００３−３６３０８１号明細書に記載のプラズマ処理方法及び装置を基本としており、固体誘電体を設けた一対の電極間にプラズマを生成し、被処理物を電極間のなす空間に載置することで被処理物をプラズマ処理する方法である。この方法は、一般にダイレクト方式と呼ばれ、被処理物を高密度なプラズマに直接曝すため、高速なプラズマ処理が可能となる。
特開２００４−３６３１５２公報

従来例としてのプラズマ処理方法及び装置にて、被処理物をプラズマ処理した結果を次に示す。なお被処理物は、銅線の表面にイミド系の有機膜としてポリイミドアミドを１５μｍの厚さで全周塗布した被覆銅線とし、さらに接着剤にて４０本束ねた拠り線の状態としたものを用いた。

なお、被覆銅線の被覆除去の有無に関する評価は、プラズマ処理後の拠り線をエポキシ樹脂に埋め込み、エメリー紙等を用いて回転研磨した後で、銅線の断面をＳＥＭ観察することで実施した。

従来例におけるプラズマ処理結果を図１２に示す。図の横軸はプラズマ処理時間を示し、縦軸は被覆除去された銅線の数を示す。このように、プラズマ処理時間が９０ｓ程度までは線形性良く、且つ高速に被覆除去が進行し、４０本中３２本程度を被覆除去できた。また、３９０ｓのプラズマ処理を実施することで、全４０本の被覆を除去できた。

しかしながら、９０ｓを経過するあたりから被覆除去速度が極端に低下し、中心部に位置する被処理物の被覆が除去されにくい、また結果として全４０本の被覆を除去するのに３９０ｓという非常に長い時間を要するという問題があった。

また、従来例におけるプラズマ処理方法及び装置を用いて被覆を除去した導線を再び束ねて、はんだ等の金属めっきをすることなく、所望の金属部材と接合した場合、金属部材との導通が確保できない（抵抗率が高い）という問題があった。

本発明は、上記従来の問題点に鑑み、隣接し、一箇所以上が接触した複数の被処理物のバッチ処理において、全ての被処理物の被覆を高速に除去できるプラズマ処理方法及び装置を提供すること、また、その表面処理により、所望の金属部材との導通を確保しやすくなる導線を提供することを目的としている。

本願発明のプラズマ処理方法は、一対の電極間に絶縁体チャンバーを設け、電極間に処理用ガスを供給しつつ高周波電力を供給することで、電極間に大気圧近傍の圧力下でプラズマを生成させ、被処理物を処理する方法において、前記被処理物は表面の一部及び全部を有機膜で覆われた金属を複数本で重ねた、束ねた或いは拠ったものであり、前記被処理物は前記絶縁体チャンバー内に配置されると共に、前記被処理物の端面は前記一対の電極間のなす空間よりも外側に載置され、前記被処理物を振動或いは回転させながら前記被処理物の有機膜を除去することを特徴とする。

このような構成により、隣接し、一箇所以上が接触した複数の被処理物のバッチ処理において、全ての被処理物の被覆を高速に除去できることが実現可能となる。

本願発明のプラズマ処理方法において、好適には、被処理物が糸状あるいは棒状の形態をなすことが望ましい。

また好適には、有機膜は熱硬化性樹脂であることが望ましい。

本願発明のプラズマ処理方法において、好適には、プラズマ処理中に、もしくはプラズマ処理とプラズマ処理の間に、供給するガスの流量を大きくすることが望ましい。

本願発明のプラズマ処理方法において、好適には、処理用ガスがＯ₂ガスを含み、且つＮ₂、Ｆ元素含有ガスの少なくとも１種類を含むことが望ましい。

また好適には、Ｆ元素含有ガスはＦ₂、ＣＨＦ₃、ＨＦ、ＣＦ₄、Ｃ₂Ｆ₄、Ｃ₂Ｆ₆、Ｃ₃Ｆ₆、Ｃ₄Ｆ₆、Ｃ₃Ｆ₈、Ｃ₄Ｆ₈、Ｃ₅Ｆ₈、ＮＦ₃及びＳＦ₆ガスのいずれかであることが望ましい。

以上のように、本発明のプラズマ処理方法及び装置によれば、隣接し、一箇所以上が接触した複数の被処理物のバッチ処理において、熱伝導を抑えつつ高密度プラズマを供給することで、全ての被処理物の被覆を高速に除去できるプラズマ処理方法及び装置を提供すること、また、プラズマにより短時間で被覆を除去することで、例えば圧着端子とのかしめのような、所望の金属部材との導通を確保しやすくなる導線を提供することが可能となる。

（実施の形態１）
以下、本発明の第１実施形態について、図１乃至図５を参照して説明する。

図１は本発明の第１実施形態におけるプラズマ処理装置の構成を示す断面図である。図１において、上部電極１と下部電極２を設け、両電極間に絶縁体チャンバー３を設けている。また、絶縁体チャンバー３の内部にはガス流路４を形成しており、処理ガス供給装置５、金属容器６におけるガス供給口７を介して内部にガスを供給し、ガス流路４を通ってガス噴出口８より処理ガスを大気中へ排気しつつ、高周波電源９より上部電極１に高周波電力を供給し、上部電極１と下部電極２の間に交流電界を供給できる構造となっている。また、被処理物１０はガス噴出口８より挿入し、絶縁体チャンバー３内の任意の場所に載置させることが可能となっている。なお、下部電極２と金属容器６は基本的に接地電位とし、上部電極１と金属容器６は絶縁ブロック１１で絶縁させている。このようなプラズマ処理装置を用いて、上部電極１と下部電極２の間にプラズマ１２を生成することができる。

ここでは、振動ユニット１３により、被処理物がＺ方向に往復できる運動できるようになっている。

なお、本発明の実施の形態では、図２乃至図３に示すような被処理物を用いた。図２は被処理物の断面の拡大模式図を示し、図３は被処理物の外観模式図を示している。図２より、被処理物１０は直径Ｌ＝０．０９ｍｍの銅線１４の周囲にイミド系有機膜１５を厚みＭ＝１５μｍで被覆している。またこの被覆銅線を、図３に示すように接着剤を用いて４０本束ねた拠り線状のものを被処理物１０として適用した。ここで、図３に示したように、銅線の長さ方向Ｎを線方向と称し、拠り線の断面（あるいは各銅線の断面）に平行な方向Ｏを径方向と称する。

この装置によるプラズマ処理の一例として、絶縁体チャンバー３内に被処理物１０を挿入し、振動ユニット１３により被処理物１０を移動させつつ、処理ガスとしてＨｅ＝７５０ｓｃｃｍ、Ｏ₂＝４０ｓｃｃｍ、ＣＦ₄＝１３ｓｃｃｍを供給し、高周波電源９より電力を１００Ｗ供給することで、上部電極１と下部電極２の間にプラズマ１２を生成し、被処理物１０をプラズマ処理した。また、振動ユニット１３の振動条件は、振幅１．５ｍｍ、振動数５Ｈｚとし、図４の電極近傍の断面拡大図で示したように、両電極間の距離Ｐは２ｍｍとした。なおこのとき、被処理物１０の端面は両電極間に届かない位置、すなわち、両電極間のなす空間の端面である破線Ａ−Ａより左側の位置に１ｍｍ離して載置し、上部電極１と下部電極２のなす空間で生成されるプラズマ１２に直接曝されないようにした。

上記のプラズマ処理方法及び装置により、被処理物１０をプラズマ処理した結果、９０ｓのプラズマ処理で、４０本全ての被覆銅線の被覆を除去することができた。なおこのとき、線方向の被覆除去長さは５ｍｍであった。

被覆を除去したあと、２５０℃のＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ系鉛フリーはんだ槽に３ｓディップし、はんだをメッキした後、エポキシ樹脂に埋め込み、断面を観察したＳＥＭ画像を図５に示す。図５から明らかなように、全ての銅線１４の周囲に鉛フリーはんだ１６がメッキされており、銅線１４の界面には合金層が形成されていた。このことは、全４０本において、イミド系有機膜が残渣なく除去されていることを示している。

このようにして、断面をＳＥＭ観察することで、被覆銅線からイミド系有機膜１５が除去されているか、否かを評価した。

次に、上記のプラズマ処理方法及び装置により、被処理物１０の両端の被覆を除去して銅線を露出させ、両端に圧着端子をかしめて導通の有無を確認したところ、導通を確保することが確認できた。

以上のように、短時間で被覆を除去できた理由として、熱による有機膜の変質が化学反応による有機膜の除去速度を低下させていることが考えられる。一般に、大気圧下でのプラズマは、減圧下では得難い、非常に高密度なプラズマを生成することが可能である。しかし一方で、粒子間の衝突回数が増えるため、高密度化に伴って熱的平衡状態に近づき、非常に高いガス温度となることが知られている。よって従来例のように、高密度プラズマを被処理物に直接曝すと、拠り線の内部に、プラズマ活性種による化学反応が浸透するより早く、熱が伝導し、銅線に被覆された有機膜を熱硬化させると考えられる。この結果、化学反応による有機膜の除去速度が低下し、被処理物の中心部で極端に除去速度が低下したと予想できる。

一方、第１実施形態では、両電極間で生成した高温高密度プラズマが、離れた位置にある被処理物に到達するまでに低温高密度プラズマとなることが予想できる。両電極間からそれほど離れていなければ、Ｈｅのラジカル寿命が長いなどの理由から、ガス温度は下がるがプラズマ密度はそれほど低下せず、低温高密度プラズマとして被処理物に到達できると考えられる。

また、次の３つのことも理由として考えられる。１つ目に、従来例ではプラズマ活性種の浸透が径方向であったが、第１実施形態では線方向であり、拠り線の内部へのプラズマ活性種の浸透速度が大きくなったこと。２つ目に、被処理物を振動させることで、被処理物の特定の面にのみプラズマ活性種が照射するのを防止し、特定の箇所に熱が蓄積されるのを抑制できたこと。３つ目に、被処理物を振動させることで、絶縁体チャンバーの壁面に被処理物が長時間接触することを防止し、壁面から被処理物へ熱が伝導するのを抑制できること。

これらの理由により、熱による有機膜の変質を抑制でき、被覆除去速度が大幅に向上したと考えられる。

次に、導通を確保できた理由として、以下のことが考えられる。

従来例では、プラズマから供給される熱などにより、特に拠り線の最外周部の銅線において、自然酸化膜よりも厚い酸化膜が形成されてしまい、隣接する銅線同士、あるいは銅線と圧着端子間の接触抵抗が高くなったと考えられる。一方、第１実施形態では最外周部の銅線においても表面を酸化することなくプラズマ処理できたため、導通を確保できたと考えられる。

（実施の形態２）
以下、本発明の第２実施形態について、図６乃至図７を参照して説明する。

図６は本発明の第２実施形態におけるプラズマ処理装置の断面図であり、基本的な構成は、第１実施形態と同じである。ただし、被処理物１０に対して２方向からプラズマを照射できる構成となっている（図示せず）。図のＣ−Ｃにおける上断面図を図７に示す。図７において、上部電極１−ａ、１−ｂと下部電極２−ａ、２−ｂ（共に図示せず、ただし破線部Ｄ、Ｅにあたる部分に載置している）を設け、両電極間に絶縁体チャンバー３を設けている。また、絶縁体チャンバー３の内部にはガス流路４を形成しており、処理ガス供給装置５−ａ、５−ｂ、金属容器６におけるガス供給口７を介して内部にガスを供給し、ガス流路４を通ってガス噴出口８より処理ガスを大気中へ排気しつつ、高周波電源９（図示せず）より上部電極１−ａ、１−ｂに高周波電力を供給し、上部電極１−ａ、１−ｂと下部電極２−ａ、２−ｂの間に交流電界を供給できる構造となっている。また、被処理物１０はガス噴出口８より挿入し、絶縁体チャンバー３内の任意の場所に載置させることが可能となっている。なお、下部電極２−ａ、２−ｂと金属容器６は基本的に接地電位とし、上部電極１−ａ、１−ｂと金属容器６は絶縁ブロック１１（図示せず）で絶縁させている。このようなプラズマ処理装置を用いて、上部電極１−ａ、１−ｂと下部電極２−ａ、２−ｂの間にプラズマ１２−ａ、１２−ｂを生成することができる。

ここでは、振動ユニット１３により、被処理物がＹ方向に往復できる運動できるようになっている。

この装置によるプラズマ処理の一例として、絶縁体チャンバー３内に被処理物１０を挿入し、振動ユニット１３により被処理物１０を移動させつつ、処理ガス供給装置５−ａよりＨｅ＝７５０ｓｃｃｍ、Ｏ₂＝４０ｓｃｃｍ、ＣＦ₄＝１３ｓｃｃｍを供給し、処理ガス供給装置５−ｂよりＨｅ＝１０００ｓｃｃｍ、Ｏ₂＝４０ｓｃｃｍ、ＣＦ₄＝１３ｓｃｃｍを供給し、両電極間のなす領域１−ａと両電極間のなす領域１−ｂに高周波電源９より電力を１００Ｗ供給することで、プラズマ１２−ａ、１２−ｂを生成し、被処理物１０をプラズマ処理した。また、振動ユニット１３の振動条件は、振幅１．５ｍｍ（設定値）、振動数５Ｈｚとし、第１実施例と同じく、上部電極１−ａと下部電極２−ａ間の距離、上部電極１−ｂと下部電極２−ｂ間の距離は、共に２ｍｍとした。なおこのとき、被処理物１０の端面は両電極間に届かない位置、すなわち、両電極間のなすＤの端面Ｆ−Ｆ及び両電極間のなす距離Ｅの端面Ｇ−Ｇより共に１ｍｍ離して載置し、上部電極１−ａ、１−ｂと下部電極２−ａ、２−ｂのなす空間で生成されるプラズマ１２−ａ、１２−ｂに直接曝されないようにした。

上記のプラズマ処理方法及び装置により、被処理物１０をプラズマ処理した結果、６０ｓのプラズマ処理で、４０本全ての被覆銅線の被覆を除去することができた。またこのとき、線方向の被覆除去長さは１０ｍｍであった。

次に、上記のプラズマ処理方法及び装置により、被処理物１０の両端の被覆を除去して銅線を露出させ、両端に圧着端子をかしめて導通の有無を確認したところ、導通を確保することが確認できた。

以上のように、短時間で被覆を除去できた理由として、熱による有機膜の変質が化学反応による有機膜の除去速度を低下させていることが考えられる。一般に、大気圧下でのプラズマは、減圧下では得難い、非常に高密度なプラズマを生成することが可能である。しかし一方で、粒子間の衝突回数が増えるため、高密度化に伴って熱的平衡状態に近づき、非常に高いガス温度となることが知られている。よって従来例のように、高密度プラズマを被処理物に直接曝すと、拠り線の内部に、プラズマ活性種による化学反応が浸透するより早く、熱が伝導し、銅線に被覆された有機膜を熱硬化させると考えられる。この結果、化学反応による有機膜の除去速度が低下し、被処理物の中心部で極端に除去速度が低下したと予想できる。

一方、第２実施形態では、両電極間で生成した高温高密度プラズマが、離れた位置にある被処理物に到達するまでに低温高密度プラズマとなることが予想できる。両電極間からそれほど離れていなければ、Ｈｅのラジカル寿命が長いなどの理由から、ガス温度は下がるがプラズマ密度はそれほど低下せず、低温高密度プラズマとして被処理物に到達できると考えられる。

また、次の３つのことも理由として考えられる。１つ目に、従来例ではプラズマ活性種の浸透が径方向であったが、第１実施形態では線方向であり、拠り線の内部へのプラズマ活性種の浸透速度が大きくなったこと。２つ目に、被処理物を振動させることで、被処理物の特定の面にのみプラズマ活性種が照射するのを防止し、特定の箇所に熱が蓄積されるのを抑制できたこと。３つ目に、被処理物を振動させることで、絶縁体チャンバーの壁面に被処理物が長時間接触することを防止し、壁面から被処理物へ熱が伝導するのを抑制できること。

これらの理由により、熱による有機膜の変質を抑制でき、被覆除去速度が大幅に向上したと考えられる。

また、２方向からプラズマを照射することで、より多くのプラズマ活性種を被処理物に供給でき、さらに被覆除去時間が短縮できたと考えられる。

次に、導通を確保できた理由として、以下のことが考えられる。

従来例では、プラズマから供給される熱などにより、特に拠り線の最外周部の銅線において、自然酸化膜よりも厚い酸化膜が形成されてしまい、隣接する銅線同士、あるいは銅線と圧着端子間の接触抵抗が高くなったと考えられる。一方、第２実施形態では最外周部の銅線においても表面を酸化することなくプラズマ処理できたため、導通を確保できたと考えられる。

（実施の形態３）
以下、本発明の第３実施形態について、図１、図４を参照して説明する。

プラズマ処理装置の構成は第１実施例と同様である。

この装置によるプラズマ処理の一例として、絶縁体チャンバー３内に被処理物１０を挿入し、振動ユニット１３により被処理物１０を移動させつつ、処理ガスとしてＨｅ＝７５０ｓｃｃｍ、Ｏ₂＝４０ｓｃｃｍ、ＣＦ₄＝１３ｓｃｃｍを供給し、高周波電源９より電力を１００Ｗ供給することで、上部電極１と下部電極２の間にプラズマ１２を生成し、被処理物１０をプラズマ処理した。また、振動ユニット１３の振動条件は、振幅１．５ｍｍ、振動数５Ｈｚとし、図４の電極近傍の断面拡大図で示したように、両電極間の距離Ｐは２ｍｍとした。なおこのとき、被処理物１０の端面は両電極間に届かない位置、すなわち、両電極間のなす空間の端面である破線Ａ−Ａより左側の位置に１ｍｍ離して載置し、上部電極１と下部電極２のなす空間で生成されるプラズマ１２に直接曝されないようにした。

このようなプラズマ処理条件で、プラズマ処理を２５ｓ実施した後、ガスストップバルブ（図示せず）を閉めるにより処理ガスの供給を５ｓ間遮断し、再びガスストップバルブを開けることにより処理ガスの供給を再開するという３０ｓ単位の処理を２回実施し、その後に再び３０ｓのプラズマ処理を実施した。

上記のプラズマ処理方法及び装置により、被処理物１０をプラズマ処理した結果、９０ｓのプラズマ処理で、４０本全ての被覆銅線の被覆を除去することができた。なおこのとき、線方向の被覆除去長さは８ｍｍであった。

次に、上記のプラズマ処理方法及び装置により、被処理物１０の両端の被覆を除去して銅線を露出させ、両端に圧着端子をかしめて導通の有無を確認したところ、導通を確保することが確認できた。

以上のように、短時間で被覆を除去できた理由として、熱による有機膜の変質が化学反応による有機膜の除去速度を低下させていることが考えられる。一般に、大気圧下でのプラズマは、減圧下では得難い、非常に高密度なプラズマを生成することが可能である。しかし一方で、粒子間の衝突回数が増えるため、高密度化に伴って熱的平衡状態に近づき、非常に高いガス温度となることが知られている。よって従来例のように、高密度プラズマを被処理物に直接曝すと、拠り線の内部に、プラズマ活性種による化学反応が浸透するより早く、熱が伝導し、銅線に被覆された有機膜を熱硬化させると考えられる。この結果、化学反応による有機膜の除去速度が低下し、被処理物の中心部で極端に除去速度が低下したと予想できる。

一方、第３実施形態では、両電極間で生成した高温高密度プラズマが、離れた位置にある被処理物に到達するまでに低温高密度プラズマとなることが予想できる。両電極間からそれほど離れていなければ、Ｈｅのラジカル寿命が長いなどの理由から、ガス温度は下がるがプラズマ密度はそれほど低下せず、低温高密度プラズマとして被処理物に到達できると考えられる。

また、次の３つのことも理由として考えられる。１つ目に、従来例ではプラズマ活性種の浸透が径方向であったが、第１実施形態では線方向であり、拠り線の内部へのプラズマ活性種の浸透速度が大きくなったこと。２つ目に、被処理物を振動させることで、被処理物の特定の面にのみプラズマ活性種が照射するのを防止し、特定の箇所に熱が蓄積されるのを抑制できたこと。３つ目に、被処理物を振動させることで、絶縁体チャンバーの壁面に被処理物が長時間接触することを防止し、壁面から被処理物へ熱が伝導するのを抑制できること。

これらの理由により、熱による有機膜の変質を抑制でき、被覆除去速度が大幅に向上したと考えられる。

また、プラズマ処理中にガスストップバルブを用いてガス供給の遮断と再開を繰り返すことにより、ガス供給の再開時過大なガス流量が発生する。このガス流から力を受け、拠り線である被処理物がほどよく解れ、プラズマ活性種が浸透しやすくなることで、さらに被覆除去速度が向上したと考えられる。

次に、導通を確保できた理由として、以下のことが考えられる。

従来例では、プラズマから供給される熱などにより、特に拠り線の最外周部の銅線において、自然酸化膜よりも厚い酸化膜が形成されてしまい、隣接する銅線同士、あるいは銅線と圧着端子間の接触抵抗が高くなったと考えられる。一方、第３実施形態では最外周部の銅線においても表面を酸化することなくプラズマ処理できたため、導通を確保できたと考えられる。

（実施の形態４）
以下、本発明の第４実施形態について、図４、図８及び図９を参照して説明する。

図８は本発明の第１実施形態におけるプラズマ処理装置の断面図である。図８において、プラズマ処理装置の基本構成は図１と同じであり、上部電極１と下部電極２の間にプラズマ１２を生成することができる。また、振動ユニット１３により、被処理物がＺ方向に往復できる運動できるようになっている。

なお、振動ユニット１３には搬送ユニット１７が連結されており、隣接する解しユニット１８とプラズマ処理装置の間で、被処理物１０を搬送する構成になっている。

図９は、解しユニット１８内部の断面拡大図を示している。土台１９上に被処理物１０を載置させ、端子２０を被処理物１０に押しつけることで、拠り線を解すことができる。つまり、接着剤で互いに結合された被覆銅線同士を剥がすことができる。端子２０をＸ方向に移動した後、再び端子２０を被処理物１０に押しつけるという動作を繰り返すことにより、線方向に対して任意の長さを解すことができる。あるいは、端子２０を被処理物１０に押しつけつつ端子２０をＸ方向に動かすことにより、線方向に対して任意の長さを解すことができる。

この装置によるプラズマ処理の一例として、解しユニット１８で被処理物１０の先端を解した後、搬送ユニット１７により被処理物１０を取り出し、絶縁体チャンバー３内に被処理物１０を挿入し、振動ユニット１３により被処理物１０を移動させつつ、処理ガスとしてＨｅ＝７５０ｓｃｃｍ、Ｏ₂＝４０ｓｃｃｍ、ＣＦ₄＝１３ｓｃｃｍを供給し、高周波電源９より電力を１００Ｗ供給することで、上部電極１と下部電極２の間にプラズマ１２を生成し、被処理物１０をプラズマ処理した。また、振動ユニット１３の振動条件は、振幅１．５ｍｍ、振動数５Ｈｚとし、図４の電極近傍の断面拡大図で示したように、両電極間の距離Ｐは２ｍｍとした。なおこのとき、被処理物１０の端面は両電極間に届かない位置、すなわち、両電極間のなす空間の端面である破線Ａ−Ａより左側の位置に１ｍｍ離して載置し、上部電極１と下部電極２のなす空間で生成されるプラズマ１２に直接曝されないようにした。

上記のプラズマ処理方法及び装置により、被処理物１０をプラズマ処理した結果、７０ｓのプラズマ処理で、４０本全ての被覆銅線の被覆を除去することができた。なおこのとき、線方向の被覆除去長さは６．５ｍｍであった。

次に、上記のプラズマ処理方法及び装置により、被処理物１０の両端の被覆を除去して銅線を露出させ、両端に圧着端子をかしめて導通の有無を確認したところ、導通を確保することが確認できた。

以上のように、短時間で被覆を除去できた理由として、熱による有機膜の変質が化学反応による有機膜の除去速度を低下させていることが考えられる。一般に、大気圧下でのプラズマは、減圧下では得難い、非常に高密度なプラズマを生成することが可能である。しかし一方で、粒子間の衝突回数が増えるため、高密度化に伴って熱的平衡状態に近づき、非常に高いガス温度となることが知られている。よって従来例のように、高密度プラズマを被処理物に直接曝すと、拠り線の内部に、プラズマ活性種による化学反応が浸透するより早く、熱が伝導し、銅線に被覆された有機膜を熱硬化させると考えられる。この結果、化学反応による有機膜の除去速度が低下し、被処理物の中心部で極端に除去速度が低下したと予想できる。

一方、第４実施形態では、両電極間で生成した高温高密度プラズマが、離れた位置にある被処理物に到達するまでに低温高密度プラズマとなることが予想できる。両電極間からそれほど離れていなければ、Ｈｅのラジカル寿命が長いなどの理由から、ガス温度は下がるがプラズマ密度はそれほど低下せず、低温高密度プラズマとして被処理物に到達できると考えられる。

また、次の３つのことも理由として考えられる。１つ目に、従来例ではプラズマ活性種の浸透が径方向であったが、第１実施形態では線方向であり、拠り線の内部へのプラズマ活性種の浸透速度が大きくなったこと。２つ目に、被処理物を振動させることで、被処理物の特定の面にのみプラズマ活性種が照射するのを防止し、特定の箇所に熱が蓄積されるのを抑制できたこと。３つ目に、被処理物を振動させることで、絶縁体チャンバーの壁面に被処理物が長時間接触することを防止し、壁面から被処理物へ熱が伝導するのを抑制できること。

これらの理由により、熱による有機膜の変質を抑制でき、被覆除去速度が大幅に向上したと考えられる。

また、プラズマ処理前に解しユニットを用いて被覆銅線同士を剥がしておくことで、プラズマ活性種が浸透しやすくなり、さらに被覆除去速度が向上したと考えられる。

次に、導通を確保できた理由として、以下のことが考えられる。

従来例では、プラズマから供給される熱などにより、特に拠り線の最外周部の銅線において、自然酸化膜よりも厚い酸化膜が形成されてしまい、隣接する銅線同士、あるいは銅線と圧着端子間の接触抵抗が高くなったと考えられる。一方、第４実施形態では最外周部の銅線においても表面を酸化することなくプラズマ処理できたため、導通を確保できたと考えられる。

以上、本発明の実施形態において、有機膜として、イミド系有機膜のポリイミドアミドを例示したが、これに限らない。特に熱硬化性を有する樹脂であれば格別の効果を奏し、エステル系有機膜、エステルイミド系有機膜、ウレタン系有機膜、エポキシ系有機膜、イミド系有機膜、アミド系有機膜などの様々な有機膜で本発明と同等の効果を得られる。

また、本発明の実施形態において、被処理物が線状のものである場合のみ例示したが、これに限らず、フィルム状、シート状及び板状の形態であっても、狭いチャンバー内でも重ねて処理することができるため、本発明を用いることにより、本実施形態と同等の効果を奏する。

また、本発明の実施形態において、被処理物を振動させる場合のみ例示したが、これに限らず、回転及び不規則な揺動させる場合でも、被処理物の特定の面にのみプラズマ活性種が照射するのを防止できる、あるいはチャンバーの壁面に被処理物が長時間接触することを防止できるため、本発明と同様の効果を得られる。

また、本発明の実施形態において、振動周波数が５Ｈｚの場合のみ例示したが、振動数が小さすぎると、プラズマから被処理物への熱伝導を抑制する効果が薄く、振動数が大きすぎると、振動による対流で大気を巻き込んでしまい、プラズマ密度を低下させてしまうため、概ね０．１Ｈｚ以上５００ｋＨｚ以下がよい。また、回転周波数に関しても同様である。

また、本発明の実施形態において、ガスストップバルブを開閉することによってガス流量を大きくする場合のみ例示したが、これに限らず、流量計などの設定値を変えることによりガス流量を大きくしてもよく、本発明と同等の効果が得られる。

また、本発明の実施形態において、電極間の距離が２ｍｍである場合のみ例示したが、これに限らない。電極間の距離が大きすぎると、プラズマが生成し難くなる、あるいはアークプラズマに移行しやすくなるため、概ね１０ｍｍ以下がよい。さらに好適には４ｍｍ以下がよい。

また、本発明の実施形態において、電極間のなす空間の端面から被処理物の端面までの距離が１ｍｍである場合のみ例示したが、これに限らない。距離が近づきすぎるとプラズマからの熱の影響を受けやすく、距離が遠すぎるとプラズマ密度が低下して処理速度が著しく低下するため、概ね１ｍｍ以上１０ｍｍ以下がよい。

また、本発明の実施形態において、不活性ガス濃度が９３％程度の処理ガスの場合のみ例示したが、不活性ガスが少なすぎるとプラズマ密度の著しい低下を招くため、不活性ガス濃度は概ね５０％以上がよい。また、不活性ガスが多すぎると化学反応性に乏しくなり処理速度が著しく低下するため、不活性ガス濃度は概ね９９．９％以下がよい。

また、本発明の実施形態において、処理用ガスが不活性ガス、Ｏ₂ガス及びＦ含有ガスの組み合わせについてのみ例示したが、これに限らない。処理用ガスが不活性ガス、Ｏ₂ガス及びＮ₂ガスを組み合わせた場合においても、オゾンの生成を促進するなどして、有機膜の除去速度を大きくできるため、本発明と同等の効果を得ることができる。また、Ｆ含有ガスとして、ＣＦ₄ガスについてのみ例示したが、これに限らず、Ｆ₂、ＣＨＦ₃、ＨＦ、ＣＦ₄、Ｃ₂Ｆ₄、Ｃ₂Ｆ₆、Ｃ₃Ｆ₆、Ｃ₄Ｆ₆、Ｃ₃Ｆ₈、Ｃ₄Ｆ₈、Ｃ₅Ｆ₈、ＮＦ₃及びＳＦ₆ガスにおいても同様の効果を得ることができる。

また、本発明の実施形態において、１つの工程としてのプラズマ処理についてのみ例示したが、これに限らない。第１の工程で少なくとも不活性ガス及びＯ₂ガスを含むガスで被処理物表面の有機膜を除去し、その後、第２の工程で少なくとも不活性ガス及び還元ガスを含むガスで露出した金属表面を還元することによって、有機膜除去中に酸化した導線の表面を還元することができるため、さらに格別の効果を奏する。なお、還元ガスとして、Ｈ₂、ＮＨ₃、Ｎ₂、及びＣＯガスが挙げられる。

また、本発明の実施形態において、解し機構として機械的圧力を加えることによって解す場合のみ例示したが、これに限らず、薬液によって解す場合、また爆風によって解す場合でも本発明と同等の効果を得ることができる。

また、本発明の実施形態において、圧着端子とのかしめについてのみ例示したが、これに限らず、固体同士の接合であり、かつ機械的な圧力によって接合する場合は、本発明と同等の効果を得ることができる。

本発明は、隣接し、一箇所以上が接触した複数の被処理物のバッチ処理において、全ての被処理物の被覆を高速に除去できるプラズマ処理方法及び装置を提供でき、また、その表面処理により、所望の金属部材との導通を確保しやすくなる導線を提供でき、導線、配線部品、電子部品、部品端子、プリント基板、シート基板、フィルム基板、とりわけ複数の被処理物に対して、各被処理面を高速にエッチング、成膜及び表面処理するといった用途にも適用できる。

本発明の第１及び第３実施形態におけるプラズマ処理装置の断面図 本発明の第１実施形態における被処理物の断面の拡大模式図 本発明の第１実施形態における被処理物の外観模式図 本発明の第１、第２及び第４実施形態における電極近傍の断面拡大図 本発明の第１実施形態における被処理物の断面を観察したＳＥＭ画像を示す図 本発明の第２実施形態におけるプラズマ処理装置の断面図 本発明の第２実施形態におけるプラズマ処理装置の上断面図 本発明の第４実施形態におけるプラズマ処理装置の断面図 本発明の第４実施形態における解しユニット１８内部の断面拡大図 従来のプラズマ処理装置を示す図 従来のプラズマ処理装置を示す図 従来のプラズマ処理装置を用いた場合の結果を示す図

符号の説明

１ 上部電極
２ 下部電極
３ 絶縁体チャンバー
４ ガス流路
５ 処理ガス供給装置
６ 金属容器
７ ガス供給口
８ ガス噴出口
９ 高周波電源
１０ 被処理物
１１ 絶縁ブロック
１２ プラズマ
１３ 振動ユニット

Claims (6)

1. 一対の電極間に絶縁体チャンバーを設け、電極間に処理用ガスを供給しつつ高周波電力を供給することで、電極間に大気圧近傍の圧力下でプラズマを生成させ、被処理物を処理する方法において、前記被処理物は表面の一部及び全部を有機膜で覆われた金属を複数本で重ねた、束ねた或いは拠ったものであり、
   前記被処理物は前記絶縁体チャンバー内に配置されると共に、前記被処理物の端面は前記一対の電極間のなす空間よりも外側に載置され、前記被処理物を振動或いは回転させながら前記被処理物の有機膜を除去すること
   を特徴とするプラズマ処理方法。
2. 被処理物が糸状あるいは棒状の形状であることを特徴とする請求項１記載のプラズマ処理方法。
3. 有機膜は熱硬化性樹脂であることを特徴とする請求項１又は２に記載のプラズマ処理方法。
4. プラズマ処理中に、もしくはプラズマ処理とプラズマ処理の間に、供給するガスの流量を大きくすること
   を特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載のプラズマ処理方法。
5. 処理用ガスがＯ₂ガスを含み、且つＮ₂、Ｆ元素含有ガスの少なくとも１種類を含むこと
   を特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載のプラズマ処理方法。
6. Ｆ元素含有ガスはＦ₂、ＣＨＦ₃、ＨＦ、ＣＦ₄、Ｃ₂Ｆ₄、Ｃ₂Ｆ₆、Ｃ₃Ｆ₆、Ｃ₄Ｆ₆、Ｃ₃Ｆ₈、Ｃ₄Ｆ₈、Ｃ₅Ｆ₈、ＮＦ₃及びＳＦ₆ガスのいずれかであること
   を特徴とする請求項５記載のプラズマ処理方法。

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