■総積層厚みで見る
顧客が欲しいのは、
「このフィルムが50μm」
という情報だけではない。
実際の製品では、
保護フィルム。
粘着材。
TIM。
絶縁材。
が重なる。
そのため、
最終的な積層厚みがいくらか
を見る必要がある。
薄膜化は一材料だけではなく、積層構造全体で考えるべきである。
■薄膜化すると複合化の価値が高くなる
複数部材を別々に貼ると、
各部材にライナーが必要。
位置合わせも必要。
工程も増える。
そこで、
グラファイト＋絶縁＋粘着
などを一体化する。
こうすれば、
総工程を減らせる。
位置精度を高められる。
可能性がある。
つまり薄膜部材ほど、複合機能化と高精度ラミネートの価値が大きい。
■ただし複合化しすぎると厚くなる
機能を追加する。
絶縁層。
粘着層。
保護層。
を増やす。
すると厚くなる。
薄型化という目的から離れていく。
そのため、
必要な機能だけを残す。
部分的に配置する。
といった設計が必要になる。
つまり薄膜複合部材では、機能の足し算より、不要層を減らすことも重要になる。
■部分ラミネートが有効になる
全面に粘着材が必要とは限らない。
全面に絶縁フィルムが必要とは限らない。
必要な場所だけに配置すれば、
厚み。
重量。
熱抵抗。
を減らせる可能性がある。
つまり薄膜加工では、部分的に機能を配置する加工が価値を持つ。
■スマートフォンでは「薄膜の集合体」になる
スマートフォン内部を見ると、
放熱。
絶縁。
EMI。
防水。
固定。
の多くを薄いフィルム・箔・粘着材が担っている。
一つ一つは数十μm。
しかしその積み重ねで製品機能が成立する。
つまりスマートデバイスでは、膜材料そのものが構造部材の一部になっている。
■ウェアラブルでは柔軟性も必要になる
薄いだけでは足りない。
身体へ沿う。
曲がる。
繰り返し変形する。
必要がある。
この場合、
材料厚み。
積層構成。
粘着材硬さ。
によって曲げやすさが変わる。
つまりウェアラブルでは、薄膜化と柔軟性をセットで考える必要がある。
■医療機器では装着性にもつながる
患者へ長時間貼る機器。
厚い。
硬い。
重い。
と装着感が悪くなる。
薄膜化によって、
軽く。
柔らかく。
違和感を減らす。ことができる。
つまり薄膜加工は、熱性能だけでなく、人が使い続けられる製品設計にもつながる。
■EV絶縁部材では大面積薄膜が必要になる
バッテリーケース。
セル。
バスバー。
周辺では、大面積の絶縁フィルムが使われることがある。
大きくて薄い材料は、
シワ。
反り。
寸法変化。
搬送。
が難しい。
つまりEVでは、微細加工とは違う意味で、大面積薄膜加工が重要になる。
■大面積では数mmのズレが発生しやすい
小さいフィルムなら位置合わせしやすい。
500mm、1000mmと大きくなると、
材料伸び。
張力差。
温湿度。
によって端部位置が変わりやすい。
つまり大面積薄膜では、局所精度だけでなく、
面全体の寸法安定性を見る必要がある。
■航空宇宙では薄膜化が重量低減に直結する
宇宙機や航空機では、重量制約が厳しい。
薄膜断熱材。
金属箔。
グラファイト。
絶縁材。
を必要部分だけ使う。
こうすることで、機能を維持しながら重量を抑える。
つまり薄膜加工は、航空宇宙でも重要な基盤技術になり得る。
■薄膜は熱サイクルの影響も受けやすい
薄膜材料を異種材料へ貼る。
温度が上がる。
膨張差で応力がかかる。
薄いため変形する。
温度が下がる。
また戻る。
この繰り返しで、
剥離。
クラック。
反り。
が起こる可能性がある。
つまり薄膜部材では、初期形状だけでなく長期寸法安定性も必要になる。
■静電気が大きな問題になる
薄いフィルムは軽い。
そのため静電気の影響を受けやすい。
ライナーから剥がした瞬間、
別の場所へ貼り付く。
吸着ヘッドへ付く。
異物を引き寄せる。
といったことがある。
つまり薄膜量産では、静電気対策が搬送品質そのものになることがある。
■除電して終わりではない
除電装置を置けばよい。
とは限らない。
材料。
湿度。
剥離速度。
接触材質。
によって帯電量が変わる。
そのため、
工程のどこで帯電するか。
どこで除電するか。
を見る必要がある。
薄膜加工では、静電気も工程設計の一部になる。
■薄膜部材は自動吸着が難しい
真空吸着すると、
たわむ。
吸着穴へ引き込まれる。
反る。
ことがある。
また小さなフィルムでは吸着面積そのものが少ない。
そのため、
キャリアごと搬送する。
吸着ヘッドを工夫する。
剥離直後に貼る。
といった方法を考える。
つまり薄膜加工は、自動化とセットで設計する価値が高い。
■リール供給との相性がよい
薄膜部材を一枚ずつバラにすると、
静電気。
変形。
紛失。
表裏混在。
が起こりやすい。
リール上に一定位置で保持すれば、
形状を維持しやすい。
設備へ連続供給しやすい。
つまり薄膜部材では、リール供給が大きな価値を持つことがある。
■リール巻きによる曲げ癖も考える
薄膜だから何でも小径リールへ巻けるとは限らない。
グラファイト。
金属箔積層体。
多層フィルム。
では、巻き径が小さすぎると曲げ癖が残る場合がある。
そのため、
リール径。
巻き張力。
層構成。
も考える必要がある。
つまり、供給形態が最終平面性へ影響する。
■薄膜化は検査も難しくする
薄いフィルムの、
傷。
シワ。
異物。
欠け。
は見えにくい。
透明材料ならさらに難しい。
そのため、
照明。
背景。
画像検査条件。
を工夫する必要がある。
つまり薄膜加工では、加工技術と検査技術を同時に作る必要がある。
■透明フィルムは特に検査が難しい
透明な絶縁フィルムでは、
外形。
傷。
異物。
が通常照明では見えにくい。
しかし絶縁用途では小さな欠陥も重要になる場合がある。
そのため、
斜光。
透過光。
背景色。
などを使い分ける。
つまり材料特性によって検査方法も変える必要がある。
■薄膜では異物高さが大きな意味を持つ
フィルム厚50μm。
異物30μm。
とする。
異物はフィルム厚の60％に相当する。
厚い部材なら無視できた異物が、薄膜では大きな段差になる。
その結果、
浮き。
局所圧力。
絶縁破壊。
につながる可能性がある。
つまり薄膜化するほど、クリーン度への要求も高くなる。
■失敗例：TIMを薄くしたら接触しなくなった
熱抵抗を下げるため、TIMを0.5mmから0.2mmへ変更した。
材料単体では熱的に有利。
しかし相手部品の反りが0.3mmあった。
その結果、一部が接触しなくなった。
温度は逆に上がった。
つまり、
薄膜化が界面接触を壊した
例である。
■失敗例：絶縁フィルムを薄くしたらバリの影響が出た
熱性能を改善するため、絶縁フィルムを薄くした。
初期評価は良好。
しかし量産で一部に絶縁不良が発生した。
調べると、金属箔端面の微小バリが原因だった。
厚いフィルムでは吸収できていた突起が、薄膜化で問題になった。
つまり、薄膜化によって別工程の品質要求が上がった。
■失敗例：薄いグラファイトを採用したが自動貼付できない
製品薄型化のため、より薄いグラファイトへ変更した。
製品設計上は理想的だった。
しかしライナーから剥離すると曲がる。
吸着すると変形する。
貼付位置が安定しない。
結果として量産工程を変更する必要が出た。
つまり、製品内での最適厚みと、量産工程での最適厚みが違った。
■失敗例：薄膜化したらシワが増えた
絶縁フィルムを薄くして軽量化した。
しかしラミネート工程では従来と同じ張力・ローラー条件を使用した。
シワが増えた。
つまり材料変更に対して加工条件を見直していなかった。
薄膜化では、材料変更＝工程条件変更と考える必要がある。
■失敗例：総厚みを見ず、一枚ずつ薄くした
各部材を少しずつ薄型化した。
しかし固定力不足を補うために粘着層を追加。
保護のためにフィルムを追加。
最終的には元より厚くなった。
つまり、材料単体の薄膜化だけを追い、積層構造全体を見ていなかった。
■研究者視点：薄膜化は「厚みを減らす」だけではない
薄膜化すると、
熱抵抗。
剛性。
熱容量。
電気絶縁。
曲げ特性。
応力。
すべてが変わる。
つまり厚みは、単なる寸法ではない。
多くの物性を同時に変える設計パラメータである。
そのため、薄くする判断は一つの性能だけで行うべきではない。
■現場視点：薄くしたら、工程条件を一度リセットする
材料厚みを半分にした。
外形は同じ。
だから同じ加工条件でよい。
とは限らない。
張力。
刃物。
送り速度。
ローラー圧。
静電気。
吸着。
すべて見直す。
薄膜化は、加工現場にとっては別材料に近い変更になることがある。
■薄膜加工では試作段階から量産を考える
手作業なら貼れる。
ピンセットなら扱える。
しかし量産では自動機を使う。
そうであれば、最初から、
ライナー。
キャリア。
リール。
吸着。
貼付方法。
を考える。
つまり薄膜部材は、最終形状だけでなく、工程中の姿まで設計する必要がある。
■OTIS視点：薄膜加工は「材料性能を守りながら扱える形にする」技術
OTISにとって薄膜加工は、
薄いフィルムを切れる。
というだけの話ではない。
薄いTIM。
グラファイト。
絶縁フィルム。
金属箔。
粘着材。
を、
伸ばさず。
破らず。
シワを入れず。
位置をずらさず。
必要形状へ加工する。
さらに、
積層する。
ライナー上へ保持する。
リール供給する。
検査する。
ここまで行う。
つまり薄膜加工とは、高性能材料の薄さを、量産工程でも維持する技術である。
■「薄い材料を作る」のは材料メーカー
材料メーカーは、
10μmのフィルム。
薄いグラファイト。
薄い粘着材。
薄い金属箔。
を開発する。
OTISは、その薄さを壊さず、
必要形状へ加工する。
複数材料を積層する。
顧客が使える供給形態にする。
つまり、材料メーカーが薄さを作り、OTISが薄さを使える状態にする。
ここに役割分担がある。
■薄膜化の相談は加工前から関わる価値がある
顧客から、
「100μmから50μmへ薄くしたい」
という相談がある。
ここで単純に、
加工できます。
だけではなく、
反り。
張力。
搬送。
自動貼付。
絶縁余裕。
を確認する。
場合によっては、
70μmの方が量産性と機能のバランスが良い。
という提案もあり得る。
つまりOTISの価値は、最薄加工ではなく、最適厚みを量産成立させることにある。
■薄膜化と部分加工を組み合わせる
全面を薄くする必要がない場合もある。
ある部分だけ薄くしたい。
一部だけ粘着材をなくしたい。
必要な場所だけ金属箔を配置したい。
こうした部分設計によって、
熱。
重量。
厚み。
を最適化できる。
つまり薄膜加工は、部分ラミネートや異形加工と組み合わせることで価値が高くなる。
■OTISでできること
OTISでは、
- 薄膜フィルム加工
- 薄型TIM加工
- グラファイト加工
- 銅箔・アルミ箔加工
- 絶縁フィルム加工
- 薄型粘着材加工
- 高精度打ち抜き
- 微細加工
- ハーフカット
- 高精度ラミネート
- 部分ラミネート
- 異種材料積層
- 張力管理
- キャリア設計
- リール・ツー・リール加工
- 自動貼付向け供給形態
- 画像検査
- 異物・外観管理
- 試作から量産条件への展開
などを組み合わせ、薄膜機能材料を量産で使える部材へ加工することができる。
■OTISの専門外
OTISは、
- フィルム材料そのものの製膜
- グラファイト原材料そのものの開発
- 粘着剤そのものの配合開発
- 金属箔そのものの圧延製造
を専門とする会社ではない。
それらは材料メーカーの領域である。
OTISが担うのは、薄膜材料を、製品へ組み込める形状・積層・供給形態へ変える領域である。
■まとめ：薄膜加工は「薄さを維持する技術」である
薄くすれば、
熱抵抗を下げやすい。
軽くできる。
小型化できる。
製品内スペースを増やせる。
しかし薄くすると、
伸びる。
シワになる。
反る。
破れる。
静電気で動く。
吸着しにくい。
貼りにくい。
という問題が増える。
つまり、薄膜材料を作ることと、
薄膜材料を量産で使うこと
の間には、大きな技術差がある。
高性能な薄膜材料があっても、
加工中に伸びる。
積層すると反る。
自動機で扱えない。
顧客まで届く間に変形する。
のであれば、その薄さを製品性能へ変えることはできない。
だから薄膜加工で重要なのは、
最も薄く切ることではない。
必要な薄さを、形状・平面性・清浄度・位置精度を維持したまま量産すること。
材料メーカーが作った数十μmの高性能材料。
その薄さを壊さず。
必要な形へ変え。
別材料と重ね。
自動で扱える状態へする。
ここに加工会社の役割がある。
製品が薄くなるほど、加工会社が扱う材料も薄くなる。
そして材料が薄くなるほど、加工の存在感は小さくなるのではない。
むしろ大きくなる。
「薄い」という材料性能を、「使える」という製品性能へ変える。
それが、OTISにおける薄膜加工の価値なのである。
コラム監修：角本 康司 (オーティス株式会社)
語学留学や商社での企画開発を経て2011年にオーティス株式会社入社。経営企画部を中心に製造・技術部門も兼任し、2018年より代表取締役として事業成長と組織強化に努めている。
※本記事は教育・啓発を目的とした一般的な技術解説であり、特定企業・製品・技術を示すものではありません
