JP2005199544A - Plastic film, method for manufacturing the same, apparatus for manufacturing the same, and flexible circuit board using the plastic film - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、プラズマ処理後、金属薄膜を被覆するプラスチックフィルム及びその製造方法及びその製造装置及びプラスチックフィルムを用いたフレキシブル回路基板に関するものである。 The present invention relates to a plastic film for coating a metal thin film after plasma treatment, a method for manufacturing the same, an apparatus for manufacturing the same, and a flexible circuit board using the plastic film.
従来プラスチックフィルムの表面に金属粒子をPVD法により成膜するには、該フィルムに純度のよい、アルゴン等の不活性ガスを用いてスパッタリングまたは、イオンプレーティングを行っていたものである。しかしながら、これらの方法では、密着性のよい金属成膜を行うことができないものであった。 Conventionally, in order to form metal particles on the surface of a plastic film by the PVD method, sputtering or ion plating is performed on the film using an inert gas such as argon having a high purity. However, these methods cannot perform metal film formation with good adhesion.
近時、プラスチックフィルムへのプラズマ処理が行われることにより、その表面に金属粒子を付着せしめるにおいて、密着性のより方法が提案されている。 Recently, a method of better adhesion has been proposed for attaching metal particles to the surface of a plastic film by performing a plasma treatment.
その一例として、酸素ガスにより低温プラズマ処理を行ったプラスチックフィルムを大気に接触せしめることなく走行させる第1工程と酸素を0.01〜10%含有するアルゴン、キセノン、ヘリウム等の不活性ガスのプラズマ中を通過した金属粒子を上記プラスチックフィルム上に厚さ1μm以下に付着せしめる第2工程とその表面に高純度の不活性ガスのプラズマ中を通過した金属粒子を付着せしめる第3工程からなる製造方法がある。これにより、優れた密着性を有する金属コーティングフィルムを提供することができるとの記載がある(例えば、特許文献1参照)。
しかしながら、従来の構成では、フィルムと金属膜の界面に、酸素プラズマによる酸化膜を多く含むため、高温放置を繰り返すことにより、密着性の良い酸化銅Cu2Oから密着性の悪い酸化銅CuOに変わり、密着性が低下するという重大な課題を有していた。 However, in the conventional configuration, since the oxide film formed by oxygen plasma is included in the interface between the film and the metal film, by repeating the high temperature standing, the copper oxide Cu 2 O having good adhesion is changed to copper oxide CuO having poor adhesion. It changed and had the serious subject that adhesiveness fell.
本発明は、従来の課題を解決するもので、高温放置を繰り返しても、従来工法に比べ、高い密着性を維持するプラスチックフィルム及びその製造方法及びその製造装置及びプラスチックフィルムを応用したフレキシブル回路基板を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION The present invention solves the conventional problems, and a plastic film that maintains high adhesion as compared with the conventional method even after repeated high-temperature standing, a manufacturing method thereof, a manufacturing apparatus thereof, and a flexible circuit board using the plastic film The purpose is to provide.
前記従来の課題を解決するために、本発明のプラスチックフィルムの製造方法は、プラスチックフィルム面にプラズマ処理を行った後、金属薄膜を被覆するプラスチックフィルム製造方法において、プラズマ処理後の表面粗さを2nmから5nmとする窒素ガス雰囲気中のプラズマ処理の工程と、前記プラズマ処理後、銅または銅を主成分とする合金からなる金属を溶融して蒸着させて前記プラスチックフィルム面上に第1の金属薄膜を形成する工程と、次に不活性ガスを用いて、前記第1の金属薄膜上にプラズマ放電下による銅または銅を主成分とする合金からなる金属を溶融して蒸着させて第2の金属薄膜を形成する工程とからなるものである。 In order to solve the above-described conventional problems, the plastic film manufacturing method of the present invention is a plastic film manufacturing method for coating a metal thin film after performing plasma processing on the plastic film surface. A plasma treatment step in a nitrogen gas atmosphere of 2 nm to 5 nm; and after the plasma treatment, a metal made of copper or an alloy containing copper as a main component is melted and evaporated to form a first metal on the plastic film surface A step of forming a thin film, and then using an inert gas, a metal comprising copper or an alloy containing copper as a main component under plasma discharge is melted and deposited on the first metal thin film to form a second Forming a metal thin film.
また、本発明のプラスチックフィルムの製造方法は、プラスチックフィルムを真空中で脱水処理する工程と、前記プラスチックフィルム表面に、粗化の範囲が2nmから5nmとなるプラズマ処理をする工程と、前記プラズマ処理後、銅または銅を主成分とする合金からなる金属を溶融して蒸着させて前記プラスチックフィルム上に金属薄膜を形成し、更に不活性ガスを用いてその不活性ガスプラズマ放電下にて、銅または銅を主成分とする合金からなる金属を溶融して蒸着させ、前記プラスチックフィルム上に金属薄膜を蒸着する工程とからなるものである。 The method for producing a plastic film of the present invention includes a step of dehydrating the plastic film in a vacuum, a step of performing a plasma treatment on the surface of the plastic film so that a roughening range is 2 nm to 5 nm, and the plasma treatment. Thereafter, a metal made of copper or an alloy containing copper as a main component is melted and deposited to form a metal thin film on the plastic film, and further, an inert gas is used to form the copper under an inert gas plasma discharge. Alternatively, the method includes a step of melting and depositing a metal made of an alloy containing copper as a main component and depositing a metal thin film on the plastic film.
また、本発明のプラスチックフィルムは、プラスチックフィルムを真空中で脱水処理し、前記プラスチックフィルム表面に、粗化の範囲が2nmから5nmとなるプラズマ処理し、前記プラズマ処理後、銅または銅を主成分とする合金からなる金属を溶融して蒸着させて前記プラスチックフィルム上に金属薄膜を形成し、更に不活性ガスを用いて当該不活性ガスプラズマ放電下にて、銅または銅を主成分とする合金からなる金属を溶融して蒸着させ、前記プラスチックフィルム上に金属薄膜を生成したものである。 Further, the plastic film of the present invention is a dehydration treatment of the plastic film in a vacuum, a plasma treatment is performed on the surface of the plastic film so that a roughening range is 2 nm to 5 nm, and copper or copper is a main component after the plasma treatment. A metal thin film is formed on the plastic film by melting and vapor-depositing a metal made of the alloy, and copper or an alloy containing copper as a main component under an inert gas plasma discharge using an inert gas. A metal thin film is formed on the plastic film by melting and vapor-depositing a metal composed of
また、本発明のプレキシブル回路基板は、プラスチックフィルムを真空中で脱水処理し、前記プラスチックフィルム表面に、粗化の範囲が2nmから5nmとなるプラズマ処理し、前記プラズマ処理後、銅または銅を主成分とする合金からなる金属を溶融して蒸着させて前記プラスチックフィルム上に、10Åから100Åの厚さの第1の金属薄膜を形成し、更に不活性ガスを用いて当該不活性ガスプラズマ放電下にて、銅または銅を主成分とする合金からなる金属を溶融して蒸着させて、3000Åから5000Å厚さの第2の金属薄膜を形成し、当該第2の金属薄膜上に、所定の厚さの第3の金属導体層を形成したものである。 In addition, the flexible circuit board of the present invention is a dehydration treatment of a plastic film in a vacuum, and a plasma treatment on the surface of the plastic film with a roughening range of 2 nm to 5 nm. After the plasma treatment, copper or copper mainly A metal composed of an alloy as a component is melted and vapor-deposited to form a first metal thin film having a thickness of 10 to 100 mm on the plastic film, and further, an inert gas is used under the inert gas plasma discharge. Then, a metal composed of copper or an alloy containing copper as a main component is melted and deposited to form a second metal thin film having a thickness of 3000 to 5000 mm, and a predetermined thickness is formed on the second metal thin film. A third metal conductor layer is formed.
また、本発明のプラスチックフィルム製造装置は、プラスチックフィルム面にプラズマ処理を行った後、金属薄膜を被覆するプラスチックフィルム製造装置において、窒素ガス雰囲気中で前記プラスチックフィルム面の表面粗さを2nmから5nmとするプラズマ処理後、銅または銅を主成分とする合金からなる金属を溶融して蒸着させて前記プラスチックフィルム面上に所定の厚さの第1の金属薄膜を形成するための第1の成膜室と、次に不活性ガスを用いて、前記第1の金属薄膜上にプラズマ放電下による銅または銅を主成分とする合金からなる金属を溶融して蒸着させて第2の金属薄膜を形成する第2の成膜室とを有することを特徴としたものである。 The plastic film manufacturing apparatus of the present invention is a plastic film manufacturing apparatus that coats a metal thin film after performing plasma treatment on the plastic film surface. The surface roughness of the plastic film surface is 2 nm to 5 nm in a nitrogen gas atmosphere. After the plasma treatment, a first composition for forming a first metal thin film having a predetermined thickness on the plastic film surface by melting and vapor-depositing a metal made of copper or an alloy containing copper as a main component. Using a film chamber and then an inert gas, a second metal thin film is formed by melting and vapor-depositing a metal made of copper or a copper-based alloy under plasma discharge on the first metal thin film. And a second film formation chamber to be formed.
本発明のプラスチックフィルム及びその製造方法及びその製造装置及びそれを応用したフレキシブル回路基板及びプラスチックフィルム装置によれば、密着性が非常に強固でエッチングによるファインパターン化が可能なプラスチックフィルム及びフレキシブル回路基板を提供できる。このため、本発明によるフレキシブル回路基板はあらゆるエレクトロニクス分野に活用できる。たとえば一般的なフレキシブル回路基板からTAB、COF、PGA等のボンディングが必須の配線板にも適用が可能である。また、この分野の高密度配線板、高周波基板が可能なフレキシブル回路基板を実現できる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY According to the plastic film, the manufacturing method and the manufacturing apparatus thereof, and the flexible circuit board and the plastic film apparatus to which the plastic film of the present invention is applied, the plastic film and the flexible circuit board that have very strong adhesion and can be formed into a fine pattern by etching. Can provide. For this reason, the flexible circuit board by this invention can be utilized for all the electronics fields. For example, the present invention can be applied to a wiring board in which bonding such as TAB, COF, and PGA is indispensable from a general flexible circuit board. In addition, a flexible circuit board capable of high-density wiring boards and high-frequency boards in this field can be realized.
以下に、本発明のプラスチックフィルム及びその製造方法及びその製造装置及びそれを応用したフレキシブル回路基板及びプラスチックフィルム製造装置の実施の形態を図面とともに詳細に説明する。 DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Embodiments of a plastic film, a manufacturing method thereof, a manufacturing apparatus thereof, a flexible circuit board and a plastic film manufacturing apparatus to which the plastic film of the present invention is applied will be described below in detail with reference to the drawings.
図1は、本発明のプラスチックフィルムの製造装置の装置構成例を示す図である。 FIG. 1 is a diagram showing an apparatus configuration example of a plastic film manufacturing apparatus according to the present invention.
図1において、1は真空槽、2は巻出し部としての巻出しロール、3は巻取り部としての巻取りロール、4はフィルム加熱手段(IRヒータ)、5aと5bはフィルムを案内するための回転機構とフィルム冷却機能を具備した、円筒形で且つ、フィルムと接触する面に凹凸が形成された第1の電極と第2の電極、そして、第1の電極5a側面の一部分には少なくとも、導電部材で構成され、該一部分に、高周波電力を供給するために、6a、6bの高周波電源と7a、7bのマッチングボックスがあり、8a、8bは蒸発源、8cは第3の電極、9a、9bはガス供給部であり、薄膜付与部はこれらにより構成される。10a〜10cは遮蔽板、11a、11bはガイドロール、12a〜12dは真空ポンプ、13はプラスチックフィルム(ここで、本発明で使用されるプラスチックフィルムとしては、カプトン(東レ・デュポン(株))、ユーピレックス(宇部興産(株))、アピカル(鐘淵化学工業(株))などの商品名として市場で入手できるポリイミドフィルムを使用した。)である。 In FIG. 1, 1 is a vacuum chamber, 2 is an unwinding roll as an unwinding part, 3 is a winding roll as a winding part, 4 is a film heating means (IR heater), and 5a and 5b are for guiding the film. The first electrode and the second electrode, which have a cylindrical shape and have irregularities formed on the surface in contact with the film, and at least a part of the side surface of the first electrode 5a are provided. In order to supply high-frequency power to the part, there are high-frequency power sources 6a and 6b and matching boxes 7a and 7b, 8a and 8b are evaporation sources, 8c is a third electrode, 9a 9b are gas supply units, and the thin film applying unit is constituted by these. 10a to 10c are shielding plates, 11a and 11b are guide rolls, 12a to 12d are vacuum pumps, 13 is a plastic film (herein, as a plastic film used in the present invention, Kapton (Toray DuPont Co., Ltd.), Upirex (Ube Industries Co., Ltd.), Apical (Kanebuchi Chemical Industry Co., Ltd.) and other commercially available product names are used.
真空槽1内において遮蔽板10aにより分離された部分の巻出しロール2の置かれた側は、フィルム室14と呼ばれる。遮蔽板10aと10cで分離され、蒸発源8bが配置された部分は、成膜室15aと呼ばれる。また薄膜付与部の設けられた側は、成膜室15bと呼ばれる。遮蔽板10bで分離され、プラズマ処理用の電極が配置された部分はプラズマ処理室16と呼ばれる。フィルム室14と成膜室15a、15b、プラズマ処理室16は、それぞれ真空ポンプ12a、12d、12b、12cにより真空排気される。
The side where the
次に図1の製造装置及び図2に示すフローチャートを用いて、本発明の製造工程を説明する。 Next, the manufacturing process of the present invention will be described using the manufacturing apparatus of FIG. 1 and the flowchart shown in FIG.
ステップ1において、巻出しロール2から巻出されたプラスチックフィルム13は、真空ポンプ12aにより10-3Pa以下に排気される。
In
次に、ステップ2において、加熱・脱水処理を行う。即ち、プラスチックフィルム13の表面に付着した水分や、内部に吸着している水分は、プラスチックフィルム13が巻出しロール2から第2の電極5bに至る過程において、フィルム加熱手段4でプラスチックフィルム13表面を加熱することにより、ガス化させることができる。そしてガス化した水分は、真空ポンプ12aによって排気され、水の分圧が10-4Pa以下になるよう排気される。尚、水分圧は4重極質量分析器を用いて水分圧を測定した。これにより、ガス化した水分が拡散して真空槽の内部やガイドロールに再付着することを防止できる。
Next, in
次に、ステップ3において、プラスチックフィルム13は、プラズマ処理される。即ち、加熱・脱水処理を終えたプラスチックフィルム13はプラズマ処理用の第2の電極5bを通過する。プラズマ処理室16にはガス供給部9bから、窒素ガスを導入し、プラズマ処理室16内の真空度は10-3Paから10-1Paの範囲に保つ。高周波電源6bからマッチングボックス7bを介して第2の電極5bに、周波数13.56MHz、電力150Wから1kWを印加する。プラズマ処理室16には、第2の電極5bと第3の電極8c間でグロー放電が発生し、第2の電極5b上のプラスチックフィルム13の極近傍に約200Vから約1000Vの負の誘起直流電圧が生じる。
Next, in
プラズマ処理室16において、該グロー放電下でイオン化された窒素ガスは、プラスチックフィルム13の表面をボンバードし、表面粗さRMSが2nmから5nmとなるようボンバード処理される。
In the plasma processing chamber 16, the nitrogen gas ionized under the glow discharge bombards the surface of the
表面粗さの測定は原子間力顕微鏡(AFM)をもちいて、測定範囲1μm四方程度内を測定した。 The surface roughness was measured using an atomic force microscope (AFM) and the measurement range was about 1 μm square.
また、該グロー放電下でイオン化された窒素ガスは、プラスチックフィルム13を構成する原子をたたき、例えば炭素と水素の結合や、窒素と水素の結合を切るため、プラスチックフィルム13上に特定の原子と化学的に反応しやすい官能基が形成される。即ち、官能基は蒸着材料の蒸着粒子と化学的に結合し、密着性のよい蒸着膜が形成される。
Further, the nitrogen gas ionized under the glow discharge strikes atoms constituting the
ここで、発明者はプラズマ処理に導入するガスを窒素ガス以外に、アルゴンガスについても検討した。その結果、グロー放電下でイオン化されたアルゴンガスは、プラスチックフィルム13の表面を、窒素ガスによるプラズマ処理に比べ速い速度でボンバードするが、表面粗さRMSが2nm未満と、ほとんどフィルム表面が荒れなかった。また、プラスチックフィルムを構成する原子、例えば炭素と水素の結合や、窒素と水素の結合を切る量も窒素ガスによるプラズマ処理に比べ、少ないため、プラスチックフィルム上に形成される官能基もわずかであった。アルゴンガスによるプラズマ処理後、銅の成膜を行い、剥離強度の測定を行った結果、0.3N/mm程度と低い値を示した。
Here, the inventor examined not only nitrogen gas but also argon gas as a gas to be introduced into the plasma treatment. As a result, the argon gas ionized under glow discharge bombards the surface of the
従って、発明者はプラスチックフィルムに密着性のいい金属膜を形成するには、金属成膜を行う前のプラズマ処理で、窒素ガスを導入し、窒素ガスのプラズマ処理を利用してプラスチックフィルム上を2〜5nmの値の粗さにすることが重要であることを見出した。 Therefore, in order to form a metal film with good adhesion on the plastic film, the inventor introduced nitrogen gas in the plasma treatment before metal film formation, and applied the nitrogen gas plasma treatment on the plastic film. It has been found that it is important to have a roughness of 2 to 5 nm.
次に、ステップ4において、プラスチックフィルム上に第1層目の成膜を行う。即ち、プラズマ処理室16を通過したプラスチックフィルム13は、ガイドロール11a、図示されていないエキスパンドロール、ニップロール、そして、遮蔽板10cを経て、第1の成膜室15aに入り、矢視の回転方向に回転する第1の電極5aの外周に入る。第1の成膜室15aでは、蒸発源8bを溶融し、本実施例では、銅または銅を含む主成分とする合金からなる金属、好ましくは銅の全重量比に占める割合が99.99%以上の合金を用いる。また、抵抗加熱方式又は、電子ビーム方式を用いて蒸発源8bを溶融させ、第1の成膜室15a内のプラスチックフィルム13に10から100Åの第1層の薄膜を形成する。
Next, in
次に、ステップ5において、プラスチックフィルム上に第2層目の成膜を行う。即ち、第1の成膜室15aを通過したプラスチックフィルム13は、遮蔽板10aを経て、第2の成膜室15bに入る。第2の成膜室15bでは、ガス供給部9aより、アルゴン,キセノン,クリプトンのような不活性ガス,好ましくはアルゴンを導入し、第2の成膜室15b内の真空度は10-3Paから10-1Paの範囲に保つ。高周波電源6aからマッチングボックス7aを介して第1の電極5aに、周波数13.56MHz、電力150Wから1kWを印加すると、第1の電極5aと蒸発源8a間でグロー放電が発生し、プラスチックフィルム13近傍に約200Vから約1000Vの負の誘起直流電圧が生じる。そして、該グロー放電下で、蒸発源8aを溶融する。その結果、グロー放電中に存在する電離プラズマにより、金属はイオン化され、励起種となり、高エネルギーの状態で第2の薄膜が、プラスチックフィルム13上に形成された第1の成膜上に成膜される。
Next, in
本実施例では、銅または銅を含む主成分とする合金からなる金属、好ましくは銅の全重量比に占める割合が99.99%以上の合金を用いる。また、抵抗加熱方式又は、電子ビーム方式を用いて蒸発源8bを溶融させ、第2の成膜室15b内のプラスチックフィルム13に第2層の3000Åから5000Åの第2層の薄膜を形成する。
In this embodiment, copper or a metal made of an alloy containing copper as a main component, preferably an alloy having a ratio of 99.99% or more to the total weight ratio of copper is used. Further, the evaporation source 8b is melted by using a resistance heating method or an electron beam method, and a second layer thin film of 3000 to 5000 mm is formed on the
成膜終了後、プラスチックフィルム13は遮蔽板10aを経て、フィルム室14に入り、ガイドロール11bを経て、巻取りロール3にいたる。
After film formation, the
以上のように、第1の成膜室15aにおける第1の金属薄膜の形成後、引き続き第2の成膜室15bにて第2の金属薄膜を形成する工程を連続的に行うので、効率的にプラスチックフィルムの製造を行うことができる。 As described above, after the formation of the first metal thin film in the first film formation chamber 15a, the process of continuously forming the second metal thin film in the second film formation chamber 15b is continuously performed. In addition, plastic films can be manufactured.
本発明のプラズマ処理後に形成する、第1層の銅の膜厚を変えて、プラスチックフィルム13に、電気めっき銅を約20μm厚付けし、JIS C6481(90°ピール)に準じて90°引き剥がし試験を行った。合わせて、150℃で1日放置した後、3日放置した後、7日放置した後の引き剥がし試験も行った。即ち、第1層の膜厚をパラメータにして加熱時間と剥離強度を測定したものであり、その測定結果を図3に示す。
By changing the film thickness of the first layer copper formed after the plasma treatment of the present invention, electroplated copper is applied to the
発明者は、図3に示した評価結果に対し、以下のように考量する。 The inventor considers the evaluation results shown in FIG. 3 as follows.
第1層の銅がない場合、窒素プラズマ処理後にアルゴンプラズマ雰囲気で銅を成膜するため、成膜初期はアルゴンプラズマ雰囲気によって、ポリイミドフィルム表面が表面粗化されてしまう。そのため、窒素プラズマ処理効果が低下するため、常態の剥離強度も0.7N/mm程度と低い。また、150℃で加熱をした場合、初期段階では、ポリイミドフィルム内の酸素による酸化が進み、銅とポリイミドフィルムの界面で、密着性の高いCu2Oが増加するため、密着強度は上がる。しかし、窒素プラズマ処理効果の低下により、銅とポリイミドフィルムの密着強度が低くなる。また、加熱時間の増加とともに、酸化が進み、Cu2Oは密着性の低いCuOに変化し、剥離強度は低下する。 When there is no copper of the first layer, copper film is formed in an argon plasma atmosphere after the nitrogen plasma treatment, so that the surface of the polyimide film is roughened by the argon plasma atmosphere at the initial stage of film formation. Therefore, since the nitrogen plasma treatment effect is reduced, the normal peel strength is as low as about 0.7 N / mm. Further, when heated at 150 ° C., in the initial stage, oxidation by oxygen in the polyimide film proceeds, and Cu 2 O having high adhesion increases at the interface between copper and the polyimide film, so that the adhesion strength increases. However, the adhesion strength between the copper and the polyimide film decreases due to the decrease in the nitrogen plasma treatment effect. Further, as the heating time increases, the oxidation progresses, Cu 2 O changes to CuO with low adhesion, and the peel strength decreases.
第1層の銅の膜厚が10Åから100Åの場合、第2層目の銅を成膜する際のアルゴンプラズマ雰囲気による、窒素プラズマ処理効果の低下を防ぐ事ができ、且つポリイミドフィルム表面の窒素官能基と銅が充分に反応して、強い結合を形成し、更に、ポリイミドフィルム表面の表面粗化によるアンカー効果によって、膜の密着性が向上する。 When the film thickness of the first layer copper is 10 to 100 mm, it is possible to prevent the nitrogen plasma treatment effect from being lowered by the argon plasma atmosphere when forming the second layer copper, and the nitrogen on the polyimide film surface The functional group and copper sufficiently react to form a strong bond, and the adhesion of the film is improved by the anchor effect due to the surface roughening of the polyimide film surface.
更に、第2層目の銅を成膜することで、アルゴンプラズマ雰囲気によるアルゴンイオンと銅イオンの打ち込み効果によって、常態の剥離強度が1.0N/mm以上が可能となる。 Furthermore, by forming a second layer of copper, the normal peel strength can be 1.0 N / mm or more due to the implantation effect of argon ions and copper ions in an argon plasma atmosphere.
即ち、第1層目の銅薄膜とプラスチックフィルム13上のアンカー効果が、アルゴンプラズマ雰囲気でのプラズマイオンの打ち込み効果により、更に強化されると解される。
That is, it is understood that the anchor effect on the first layer copper thin film and the
150℃で加熱をした場合、初期段階では、ポリイミドフィルム内の酸素による酸化が進み、銅とポリイミドフィルムの界面で、密着性の高いCu2Oが増加し、密着強度は上がる。しかし、加熱時間の増加とともに、Cu2Oは密着性の低いCuOに変化し、剥離強度は低下するが、本発明で製造した製品は、銅とポリイミドフィルムの界面が酸化され難いため、剥離強度が低下する速度も遅い。 When heated at 150 ° C., oxidation by oxygen in the polyimide film proceeds at the initial stage, Cu 2 O having high adhesion increases at the interface between copper and the polyimide film, and adhesion strength increases. However, as the heating time increases, Cu 2 O changes to CuO with low adhesion, and the peel strength decreases. However, the product manufactured according to the present invention does not easily oxidize the interface between copper and polyimide film. The rate of decrease is slow.
即ち、10〜100Åの適宜な厚さの第1層の銅薄膜がアルゴンプラズマ処理中に窒素プラズマ処理効果の低下を防ぐと共に、アルゴン雰囲気中によるプラズマイオンの打ち込み効果によって、剥離強度を維持している。 That is, the copper thin film of the first layer having an appropriate thickness of 10 to 100 mm prevents the nitrogen plasma treatment effect from being lowered during the argon plasma treatment, and maintains the peel strength by the plasma ion implantation effect in the argon atmosphere. Yes.
第1層の銅の膜厚が100Åをこえる場合、第2層目の銅を成膜する際のアルゴンプラズマ雰囲気による、窒素プラズマ処理効果の低下を防ぐ事ができ、且つポリイミドフィルム表面の酸素官能基と銅が反応して、強い結合を形成し、表面粗化によるアンカー効果によって、膜の密着性が向上する。しかし、第2層目の銅を成膜する際の、アルゴンプラズマ雰囲気によるアルゴンイオンと銅イオンの打ち込み効果は、第1層の膜厚が厚いために、低い。よって、常態の剥離強度は1.0N/mm程度しかいかない。150℃で加熱をした場合、初期段階では、ポリイミドフィルム内の酸素による酸化が進み、銅とポリイミドフィルムの界面で、密着性の高いCu2Oが増加するため、多少密着強度上がるが、第2層目の銅を成膜する際の、アルゴンプラズマ雰囲気によるアルゴンイオンと銅イオンの打ち込み効果が低い。そして、加熱時間の増加とともに、酸化が進み、Cu2Oは密着性の低いCuOに変化し、剥離強度は低下する。 When the film thickness of the first layer copper exceeds 100 mm, it is possible to prevent the nitrogen plasma treatment effect from being deteriorated by the argon plasma atmosphere when the second layer copper film is formed, and the oxygen function on the polyimide film surface. The group and copper react to form a strong bond, and the adhesion of the film is improved by the anchor effect by surface roughening. However, the effect of implanting argon ions and copper ions in the argon plasma atmosphere when forming the second layer of copper is low because the first layer is thick. Therefore, the normal peel strength is only about 1.0 N / mm. When heated at 150 ° C., the oxidation by oxygen in the polyimide film proceeds at the initial stage, and Cu 2 O having high adhesion increases at the interface between copper and the polyimide film, so that the adhesion strength increases slightly. The effect of implanting argon ions and copper ions in an argon plasma atmosphere when forming a copper layer is low. As the heating time increases, oxidation proceeds, Cu 2 O changes to CuO having low adhesion, and the peel strength decreases.
次に本発明品と比較するために、比較例品として、酸素ガスでプラズマ処理行った後、酸素を0.01%〜10%含有するアルゴンガスのプラズマ中で、銅成膜したポリイミドフィルムの引き剥がし試験を行った。合わせて、150℃で1日放置した後、3日放置した後、7日放置した後の引き剥がし試験も行った。その測定結果を図4に示す。 Next, in order to compare with the product of the present invention, as a comparative product, after performing plasma treatment with oxygen gas, in a plasma of argon gas containing 0.01% to 10% oxygen, a polyimide film formed of copper was formed. A peel test was performed. At the same time, a peeling test was also conducted after being left at 150 ° C. for 1 day, then left for 3 days, and then left for 7 days. The measurement results are shown in FIG.
発明者は図4に示した評価結果に対し、以下のメカニズムから生じると推定している。 The inventor estimates that the evaluation mechanism shown in FIG. 4 results from the following mechanism.
比較例品の、酸素ガスでプラズマ処理した場合、ポリイミドフィルム表面層には酸素官能基が形成され、表面もボンバード効果により、粗化される。銅成膜時には、ポリイミドフィルム表面の酸素官能基と銅が反応して、強い結合を形成する。また、表面が粗化されているため、アンカー効果による膜の密着性が向上する。ただし、成膜初期はアルゴンプラズマ雰囲気によって、ポリイミドフィルム表面が表面粗化され、酸素プラズマ処理効果が低下する。そのため、剥離強度も1N/mm程度しか達成しない。また、150℃で加熱をした場合、銅とポリイミドフィルムの界面に酸素が多量に存在するため、熱による、界面の銅が急速に酸化されて、脆いCuOが形成される。そのため、剥離強度が急激に低下する。 When the plasma treatment is performed with oxygen gas of the comparative example product, oxygen functional groups are formed on the polyimide film surface layer, and the surface is also roughened by the bombard effect. At the time of copper film formation, the oxygen functional group on the polyimide film surface reacts with copper to form a strong bond. Further, since the surface is roughened, the adhesion of the film due to the anchor effect is improved. However, in the initial stage of film formation, the surface of the polyimide film is roughened by the argon plasma atmosphere, and the oxygen plasma treatment effect is reduced. Therefore, the peel strength can be achieved only about 1 N / mm. Further, when heated at 150 ° C., a large amount of oxygen is present at the interface between the copper and the polyimide film, so that the copper at the interface is rapidly oxidized by heat and brittle CuO is formed. As a result, the peel strength decreases rapidly.
これに対して、本発明による製造方法では、プラズマ処理時、窒素ガスを導入することで、ポリイミドフィルム表面層に窒素官能基が形成され、また、窒素ボンバードにより、ポリイミドフィルム表面が粗化される。プラズマ処理後は、抵抗加熱方式又は、電子ビーム方式を用いて第1層の銅薄膜を形成することで、第2層目の銅を成膜する際のアルゴンプラズマ雰囲気による、窒素プラズマ処理効果の低下を防ぐ事ができ、且つポリイミドフィルム表面の窒素官能基と銅が反応して、強い結合を形成し、表面粗化によるアンカー効果によって、膜の密着性が向上する。更に、第2層目の銅を成膜することで、アルゴンプラズマ雰囲気によるアルゴンイオンと銅イオンの打ち込み効果によって、剥離強度が1.5N/mm程度まで上げる事が可能となる。 On the other hand, in the production method according to the present invention, nitrogen functional groups are formed in the polyimide film surface layer by introducing nitrogen gas during the plasma treatment, and the polyimide film surface is roughened by nitrogen bombardment. . After the plasma treatment, the first layer of copper thin film is formed using a resistance heating method or an electron beam method, so that the nitrogen plasma treatment effect of the argon plasma atmosphere when forming the second layer of copper is formed. The decrease can be prevented, and the nitrogen functional group on the surface of the polyimide film reacts with copper to form a strong bond, and the adhesion of the film is improved by the anchor effect by surface roughening. Furthermore, by forming a second layer of copper, the peel strength can be increased to about 1.5 N / mm by the implantation effect of argon ions and copper ions in an argon plasma atmosphere.
150℃で加熱をした場合、初期段階では、ポリイミドフィルム内の酸素による酸化が進み、銅とポリイミドフィルムの界面で、密着性の高いCu2Oが増加し、密着強度は上がる。しかし、加熱時間の増加とともに、Cu2Oは密着性の低いCuOに変化し、剥離強度は低下するが、本発明で製造した製品は、銅とポリイミドフィルムの界面が酸化され難いため、剥離強度が低下する速度も遅い。 When heated at 150 ° C., oxidation by oxygen in the polyimide film proceeds at the initial stage, Cu 2 O having high adhesion increases at the interface between copper and the polyimide film, and adhesion strength increases. However, as the heating time increases, Cu 2 O changes to CuO with low adhesion, and the peel strength decreases. However, the product manufactured according to the present invention does not easily oxidize the interface between copper and polyimide film. The rate of decrease is slow.
以上のように、本実施の形態1においては、プラズマ処理後に、第1層の銅薄膜を形成することで、密着性の高い、且つ、高温放置試験においても、高い剥離強度を維持することができる。 As described above, in the first embodiment, after the plasma treatment, by forming the first layer of copper thin film, it is possible to maintain high peel strength even in the high temperature standing test with high adhesion. it can.
また、本実施の形態1のフィルム加熱手段による脱水処理する工程を、プラズマ処理で脱水することにより、熱によるフィルムのダメージも少なくなり、また、加熱した後の冷却工程が必要としないため、タクトを短くすることすることができる。 In addition, the dehydration process by the film heating unit of the first embodiment is reduced by plasma treatment to reduce film damage due to heat, and the cooling process after heating is not necessary. Can be shortened.
本発明にかかるプラスチックフィルム及びその製造方法及びそれを応用したフレキシブル回路基板は、密着性が非常に強固でエッチングによるファインパターン化が可能なフレキシブル回路基板を提供でき、携帯電話、PDA(パーソナル・デジタル・アシスタント)、ノートブック型パソコン、デジタル・スチル・カメラ、液晶ディスプレイ等の電子回路に有用である。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The plastic film according to the present invention, the manufacturing method thereof, and the flexible circuit board to which the plastic film is applied can provide a flexible circuit board that has very strong adhesion and can be formed into a fine pattern by etching.・ Assistant), notebook computers, digital still cameras, liquid crystal displays, and other electronic circuits.
1 真空槽
2 巻出しロール
3 巻取りロール
4 フィルム加熱手段
5a 第1の電極
5b 第2の電極
6a、6b 高周波電源
7a、7b マッチングボックス
8a、8b 蒸発源
8c 第3の電極
9a、9b ガス供給部
10a、10b 遮蔽板
11a、11b ガイドロール
12a〜12d 真空ポンプ
13 プラスチックフィルム
14 フィルム室
15a、15b 成膜室
16 プラズマ処理室
DESCRIPTION OF
Claims (14)
前記プラスチックフィルム表面に、粗化の範囲が2nmから5nmとなるプラズマ処理をする工程と、前記プラズマ処理後、銅または銅を主成分とする合金からなる金属を溶融して蒸着させて前記プラスチックフィルム上に金属薄膜を形成し、更に不活性ガスを用いてその不活性ガスプラズマ放電下にて、銅または銅を主成分とする合金からなる金属を溶融して蒸着させ、前記プラスチックフィルム上に金属薄膜を蒸着する工程とからなるプラスチックフィルムの製造方法。 Dehydrating the plastic film in vacuum;
A step of performing a plasma treatment on the surface of the plastic film so that a roughening range is 2 nm to 5 nm; and after the plasma treatment, a metal composed of copper or an alloy containing copper as a main component is melted and evaporated to form the plastic film. A metal thin film is formed thereon, and an inert gas is used to melt and vapor-deposit a metal made of copper or an alloy containing copper as a main component under the inert gas plasma discharge. A method for producing a plastic film comprising a step of depositing a thin film.
前記プラスチックフィルム表面に、粗化の範囲が2nmから5nmとなるプラズマ処理し、前記プラズマ処理後、銅または銅を主成分とする合金からなる金属を溶融して蒸着させて前記プラスチックフィルム上に金属薄膜を形成し、更に不活性ガスを用いて当該不活性ガスプラズマ放電下にて、銅または銅を主成分とする合金からなる金属を溶融して蒸着させ、前記プラスチックフィルム上に金属薄膜を生成するプラスチックフィルム。 Dehydrate the plastic film in a vacuum,
The surface of the plastic film is subjected to a plasma treatment with a roughening range of 2 nm to 5 nm, and after the plasma treatment, a metal composed of copper or an alloy containing copper as a main component is melted and evaporated to form a metal on the plastic film. A thin film is formed, and a metal made of copper or an alloy containing copper as a main component is melted and deposited under an inert gas plasma discharge using an inert gas, thereby forming a metal thin film on the plastic film. Plastic film.
前記プラスチックフィルム表面に、粗化の範囲が2nmから5nmとなるプラズマ処理し、前記プラズマ処理後、銅または銅を主成分とする合金からなる金属を溶融して蒸着させて前記プラスチックフィルム上に、10Åから100Åの厚さの第1の金属薄膜を形成し、更に不活性ガスを用いて当該不活性ガスプラズマ放電下にて、銅または銅を主成分とする合金からなる金属を溶融して蒸着させて、3000Åから5000Å厚さの第2の金属薄膜を形成し、当該第2の金属薄膜上に、所定の厚さの第3の金属導体層を形成するフレキシブル回路基板。 Dehydrate the plastic film in a vacuum,
The surface of the plastic film is subjected to plasma treatment with a roughening range of 2 nm to 5 nm, and after the plasma treatment, a metal composed of copper or an alloy containing copper as a main component is melted and deposited on the plastic film. A first metal thin film having a thickness of 10 to 100 mm is formed, and further, an inert gas is used to melt and deposit a metal made of copper or an alloy containing copper as a main component under the inert gas plasma discharge. A flexible circuit board in which a second metal thin film having a thickness of 3000 to 5000 mm is formed and a third metal conductor layer having a predetermined thickness is formed on the second metal thin film.
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-
2004
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