JP4519732B2 - 金属箔樹脂フィルム積層板製造装置 - Google Patents

Description

本発明は、特に接着剤を用いないで樹脂フィルムの両面に樹脂フィルムを熱溶融させて金属箔をラミネートするのに好適な金属箔樹脂フィルム積層板製造装置に関する。

ベースフィルムであるポリイミド樹脂フィルムを熱可塑性ポリイミド樹脂層（接着剤）を介して、片面もしくは両面に銅箔をラミネートした銅箔ポリイミド積層板は公知であり、フレキシブルで薄く軽量である上、強靭であるため既に広く用いられている。

この銅箔ポリイミド樹脂フィルム積層板を、加熱圧着ロールを用いて製造する従来の方法では、熱可塑性ポリイミド樹脂の特性を利用して、３００℃以下のロール温度でかつ金属ロールと弾性ロール（ゴムロール）の組み合わせで製造していた。弾性ロール（ゴムロール）を使用しているため、ロール間の圧着精度は特に問題とはならなかった。

近年、高密度化とコンパクト化の要求のもとで、接着剤無しでより薄くかつ強靭な特性を持つフレキシブルプリント基板用銅張積層板のニーズが高まってきている。接着剤無しで銅箔ポリイミド樹脂フィルム積層板を製造するためには、ポリイミド樹脂フィルムが溶融する３００〜４００℃前後の高温、５０〜３００ｋＮ／ｍ前後の高圧条件下で、金属ロールを用いてラミネートする必要がある。なお、この場合は、弾性ロール（ゴムロール）は耐熱性がないため使用できない。

従来の高温用ロールラミネート装置（金属箔樹脂フィルム積層板製造装置）に採用されている誘導発熱ロール（ラミネートロール）は、ロール軸方向に誘導加熱コイルを分割配置して各位置の発熱量を調整することによりロール有効面長の均温化を図っている。このことは、例えば下記の特許文献１に記載されている。

一方、ポリイミド樹脂フィルムと銅箔を加熱圧着するとき、ロールは荷重により撓むようになる。これに対処するため、ロールの中央部の外径を両端部の外径よりやや太く予め加工して積層板加工幅方向の均一な荷重条件を実現させる固定クラウンが採用されている。固定クラウン量は各メーカ独自に試行錯誤した結果の経験値を採用している。

従来のロール軸方向に誘導加熱コイルを分割配置した誘導発熱ロールは、ロール有効面長の均温化の実現による、サーマルクラウンの発生を最小限にすることを最大の目的としている。ロールの軸方向発熱量分布、すなわち、ロール内部の軸方向温度分布によりロール外径の軸方向分布（サーマルクラウン）が生じるが、３００〜４００℃前後で使用される高温ロールのサーマルクラウンについては、計測機器を含め技術対応策が未だ確立されていないが実情である。

このような状況の中で、実際のサーマルクラウン形状は、どのように形成されているかの計測は不可能である。その上、サーマルクラウンをロール軸方向に分割配置した誘導加熱コイルの出力調整でコントロールするには安定するまでに数時間を要し、運転中にコントロールすることは実用上不可能なことである。

一方、ロールの荷重撓みに対処するために採用されている固定クラウンについては、積層板幅方向の均一な荷重条件を実現させる荷重条件はただ一つに限定されるので、幅方向の均等プレスの実現が困難なため、金属ロール間での１回のプレスでは接着剤無し両面銅張り積層板の製造が困難であった。このため、第一段階では、銅箔に溶融ポリイミドを塗工・乾燥させて片面銅張積層板を製造し、第２段階で片面銅張積層板の銅箔を金属ロール間で張り合わせる方法で製造している。

これは片面銅張積層板のポリイミド層が弾性体として作用することにより、固定クラウンでも誘導発熱ロールにおける幅方向の不完全な均等プレスでも張り合わせることが可能となるためと考えられる。ポリイミド樹脂フィルムとその両面に張り合わせる銅箔の３軸を同時に巻き出して、金属ロール部での１回のプレスで、接着剤無し両面銅張積層板を製造するためには、完全な均等プレスの実現が不可欠なため、従来のロール軸方向に誘導加熱コイルを分割配置した誘導発熱ロール有効面長の均温化の実現と、ロール負荷撓みに対する固定クラウン方式の金属ロールの装置では不完全な均等プレスとなり、実現が不可能であった。

特公昭６３−５３６７６号公報

従来技術の高温用ロールラミネート装置は、経験値による固定クラウンでありロールの撓みの調整を行えず、また、ロール軸方向に分割配置した誘導加熱コイルの出力調整によるサーマルクラウンの調整では、安定した結果が出るまでに数時間の単位を要することになり、ロールの撓みとサーマルクラウンの調整をできないという問題点を有する。

本発明の目的は、金属ロールを用いて銅箔とポリイミド樹脂フィルムを接着剤無しでラミネートする場合に、高温・高圧条件下でロールのサーマルクラウン調整とロールの撓みを瞬時に補正して金属箔と樹脂フィルムを加熱圧着することができる金属箔樹脂フィルム積層板製造装置を提供することにある。

本発明は、帯状の樹脂フィルムと金属箔を加熱圧着するロールプレス機は、帯状の被処理物を間に挟み、ロール長手方向に複数個の誘導加熱コイルを分割配置され前記被処理物を加熱押圧する一対の誘導発熱ロールと、前記誘導発熱ロールの回転軸の両側端部に、前記一対の誘導発熱ロール間を接近する方向に加圧する第１の加圧手段と、前記一対の誘導発熱ロールに曲げ力を加える第２の加圧手段とを有し、前記分割配置した誘導加熱コイルの出力を制御してロール長手方向の中央部の温度が若干低くなる凹形クラウンにし、前記第２の加圧手段によりロールベンディング制御を行うようにしたことを主要な特徴とする。

本発明に係る接着剤無し両面銅張積層板の製造装置によれば、ロール長手方向に誘導加熱コイルを分割配置し出力コントロールが可能で、かつ、ロール表面温度を均一化する手段を有する一対の誘導発熱ロールを備え、無負荷状態で前記各ロールが通常発生する凸方向のサーマルクラウンを抑制する方向に、分割配置された各々の誘導加熱コイルの出力をコントロールすることで、ロールベンディング方式の撓み補正機構が有効に作用するよう若干凹クラウンになるようにし、かつ、負荷状態での前記各ロールの凹クラウン方向の撓みと合せ、前記各ロールが加熱圧着されるポリイミド樹脂フィルムと銅箔に均一に当たるように瞬時に補正可能とするロールベンディング方式の撓み補正機構を備えているので、サーマルクラウンの調整が出来、かつ、ロールの撓みの調整も出来る。

また、ロールの撓みをロールベンディング方式で補正した場合に発生した誤差も、分割配置したコイルの出力をコントロールしてその誤差を補正することも可能となる。

上記のような接着剤無し両面銅張積層板の製造装置により、ロール表面温度を均一化出来、分割配置された各々の誘導加熱コイルの出力をコントロールすることによりロール外形寸法の軸方向分布（サーマルクラウン）の調整が出来、かつ、ロールベンディング方式の撓み補正機構によりロールの撓みも調整出来る。したがって、加熱圧着条件の自由度が増し、最適条件で装置の操作が出来るため、金属ロール間での一回のプレスで、高品質の接着剤無し両面銅張積層板を得ることが出来る。

３００〜４００℃前後の高温、５０〜３００ｋＮ／ｍ前後の高圧条件下で、金属ラミネートロールを用いて銅箔とポリイミド樹脂フィルムを接着剤無しでラミネートする場合、高温条件下の運転中のロールのサーマルクラウンを、ロール長手方向に分割配置した誘導加熱コイルの各コイルの出力を無負荷状態で、通常発生する凸方向のサーマルクラウンと逆方向にコントロールすることにより、通常発生する凸方向のサーマルクラウンを抑制すると共に、若干凹方向に窪ませる様にコントロールすることにより、かつ、高温条件下の運転中にロールの撓みを瞬時に補正可能とする目的を、ロールベンディング方式で補正することにより実現した。

図１に本発明の一実施例を示す。図１は接着剤を用いないでポリイミド樹脂フィルムの両面に銅箔をラミネートする両面銅張積層板製造装置を示している。

本発明の両面銅張積層板製造装置は、帯状のポリイミド樹脂フィルムを供給する巻出機１、帯状の銅箔を供給する巻出機１ａおよび１ｂ、ポリイミド樹脂フィルムと銅箔を、接着剤を用いないで加熱圧着するロールプレス機２、およびポリイミド樹脂フィルムと銅箔を加熱圧着することにより製造された帯状の銅箔ポリイミド積層板を巻き取る巻取機３などから構成されている。ロールプレス機２は一対の金属製ラミネートロール（誘導発熱ロール）２ａおよび２ｂからなり、これらのラミネートロール２ａ、２ｂにより加熱圧着し製造された帯状銅箔ポリイミド樹脂フィルムの積層板の送り速度（通搬速度）は０．１ｍ〜１０．０ｍ／ｍｉｎ程度である。

ポリイミド樹脂フィルムと銅箔を加熱圧着する前にそれぞれ予熱するための予熱器４、４ａ、４ａがロールプレス機２の上流側に設置されている。ポリイミド樹脂フィルムの厚さは２０μｍ程度であり、銅箔の厚さは８〜２０μｍ程度で非常に薄いものである。このため、ポリイミド樹脂フィルムや銅箔に過大な張力がかかり縦ジワや伸びが発生しないように、巻出機１、１ａ、１ｂと予熱器４、４ａ、４ｂの間にそれぞれ張力計５、５ａ、５bが設置され、巻出機１、１ａ、１ｂの巻出張力を制御している。同様に、ロールプレス機２と巻出機３の間に張力計６が設置され、巻出機３の巻取張力を制御している。さらに、原材料のポリイミド樹脂フィルムや銅箔および製品の銅箔ポリイミド樹脂フィルム積層板が高温になるロールプレス機２、および、予熱器４、４ａ、４ｂはパッケージ７内に収容されている。

次に、ロールプレス機２に使用する誘導発熱ロール（ラミネートロール）２ａ、２ｂの一例について図３および図４を参照して説明する。図３は誘導発熱ロール２ａ、２ｂの概略の構成を示す断面図、図４は誘導加熱コイルの接続回路図である。

図３において、１２は中空ロール、１３は鉄心、Ｌ１〜Ｌ５は誘導加熱コイル（図示例では５個に分割されている。）で、誘導加熱コイルＬ１〜Ｌ５は鉄心１３に巻回され、中空ロール１２の内部に軸方向に沿って配置されている。鉄心１３は支持ロッド１４を介して中空ロール１２の軸受部１６内で軸受１５により回転自在、すなわち、固定鉄心１３に対してロールが回転自在に支持されている。

中空ロール１２の肉厚内には、気液二相の熱媒体を封入する密閉室１２ａが、長手方向に延びて形成され、周方向に複数設けられている。この密閉室１２ａは、誘導加熱コイルＬ１〜Ｌ５による磁束の凹凸に伴う中空ロール１２の表面温度の凹凸を潜熱移動により均一化する。１７は誘導加熱コイルＬ１〜Ｌ５のリード線で、支持ロッド１４内を通って外部に導出され、外部の交流電源に接続される。

中空ロール１２の中空内に軸方向に沿って配列された誘導加熱コイルＬ１〜Ｌ５のうち、誘導加熱コイルＬ２、Ｌ４は誘導加熱コイルＬ１、Ｌ３、Ｌ５の巻回方向（以下、順巻という。）に対して逆の方向に巻回（以下、逆巻という。）されている。すなわち、順巻誘導加熱コイル（Ｌ１、Ｌ３、Ｌ５）と逆巻誘導加熱コイル（Ｌ２、Ｌ４）とを交互に配列されている。誘導加熱コイルＬ１〜Ｌ５に交流電圧が印加されると、各コイル同方向に交番磁束が発生し、この交番磁束によって中空ロール１２がジュール発熱する。

図４は、以上のように構成された誘導発熱ロールの誘導加熱コイルを８個に分割して配置したときの回路接続を示すもので、各誘導加熱コイルＬ_１１〜Ｌ_１８は直列に接続されている。ロールの一方の端部に位置する誘導加熱コイルＬ_１１は順巻誘導加熱コイルとされ、他方の端部に位置する誘導加熱コイルＬ_１８は逆巻誘導加熱コイルとされ、誘導加熱コイルＬ_１１の最端部は誘導加熱コイルＬ_１８の最端部と接続されている。

１８〜２１はサイリスタなどの電圧調整器、２２はトランスで、トランス２２は図示しない交流電源の一方の電位に接続する入力端子Ｖと他方の電位に接続する入力端子Ｕおよび入力端子ＵＶ間に入力された交流電圧を分圧して出力する出力端子ｖ、ｕ１、ｕ２を備え、出力端子ｕ１、ｕ２の出力電圧は出力端子ｖの出力電圧に対して出力端子ｕ１、ｕ２の順に高い交流電圧を出力する。

順巻誘導加熱コイルＬ_１１の最端部と逆巻誘導加熱コイルＬ_１８の最端部との接続点は電圧調整器１８を介してトランス２２の出力端子ｕ２に接続し、順巻誘導加熱コイルＬ_１１と逆巻誘導加熱コイルＬ_１２の接続点、順巻誘導加熱コイルＬ_１３と逆巻誘導加熱コイルＬ_１４の接続点、順巻誘導加熱コイルＬ_１５と逆巻誘導加熱コイルＬ_１６の接続点、順巻誘導加熱コイルＬ_１７と逆巻誘導加熱コイルＬ_１８の接続点、すなわち配列順に、順巻誘導加熱コイルと隣接の逆巻誘導加熱コイルの接続点はトランス２２の出力端子ｖに接続している。

また、逆巻誘導加熱コイルＬ_１２と順巻誘導加熱コイルＬ_１３の接続点は電圧調整器１９を介し、逆巻誘導加熱コイルＬ_１４と順巻誘導加熱コイルＬ_１５の接続点は電圧調整器２０を介し、逆巻誘導加熱コイルＬ_１６と順巻誘導加熱コイルＬ_１７の接続点は電圧調整器２０を介してトランス２２の出力端子ｕ１に接続している。すなわち配列順に、逆巻誘導加熱コイルと隣接の順巻誘導加熱コイルの接続点はそれぞれに電圧調整器を介してトランス２２の出力端子ｕ１に接続している。

この接続により、互いに隣り合う誘導加熱コイルの接続点を同電位とすることができるとともに、ロールの端部に位置する順巻誘導加熱コイルＬ_１１と逆巻誘導加熱コイルＬ_１８、逆巻誘導加熱コイルＬ_１２と順巻誘導加熱コイルＬ_１３、逆巻誘導加熱コイルＬ_１４と順巻誘導加熱コイルＬ_１５、逆巻誘導加熱コイルＬ_１６と順巻誘導加熱コイルＬ_１７をそれぞれ一組として、各組の誘導加熱コイルに印加する電圧を各組ごとに挿入した電圧調整器１８〜２１により調整することができる。

この場合、順巻誘導加熱コイルＬ_１１の最端部と逆巻誘導加熱コイルＬ_１８の最端部との接続点は電圧調整器１８を介して高出力端子ｕ２に接続しているので、電圧調整器１８の調整によりロールの端部の温度の低下を抑制し、またその端部の温度を一層低下させることができる。さらにロールの中間部の温度を電圧調整器１９、２０、２１の個別の調整により部分的に調整するなど、ロールの長さ方向で部分的に素早く温度を制御することができる。

また、互いに隣り合う誘導加熱コイルの接続点を同電位とするので、誘導加熱コイル間を狭くすることができ、これによりロール長さ方向の磁束の分布密度が平均化され、ロール表面の温度分布を平滑化することができる。

すなわち、図１に示すロールプレス機２の金属製ラミネートロール２ａおよび２ｂとする場合、無負荷状態で前記各ロールが通常発生する凸方向のサーマルクラウンと逆方向に、分割配置された各々の誘導コイルの出力をコントロールすることで、ロールベンディング方式の撓み補正機構が有効に作用するよう若干凹形クラウンになるようにし、かつ、負荷状態での前記各ロールの凹クラウン方向の撓みと合せ、前記各ロールが加熱圧着されるポリイミド樹脂フィルムと銅箔に均一に当たるように瞬時に補正可能とするロールベンディング方式の撓み補正機構とすることができる。

図２はロールプレス機のラミネートロール２ａおよび２ｂをロール軸に垂直の方向から見たときの側面図である。図２（ａ）は無負荷状態、図２（ｂ）は負荷状態でのロール形状の説明であり、ロールの変形を理解しやすいように誇張して描かれている。上ロール２ａおよび下ロール２ｂは両端の支持軸が主軸受８およびベンディング軸受９によりそれぞれ支持されている。図２（ｂ）内の参照数字１０は加熱圧着中のポリイミド樹脂フィルムと銅箔を示している。なお、図中の一点鎖線はロールの中心線を示している。

図２（ａ）に示すように、無負荷状態では、ロール両端部の発熱量をロール中央部の発熱量よりやや高く設定し、ロールがμｍオーダーの若干凹形クラウンになるようにロール内部温度を調整する。このとき、先に述べたように、ロール表面はヒートパイプの効果によりほぼ均一な温度に保たれている。

ポリイミド樹脂フィルムと銅箔を、接着剤を用いないで加熱圧着する負荷状態では、ロールプレス機２の撓み補正機構（図示せず）のベンディングシリンダ（図示せず）内の油圧を調整して、図２（ｂ）に示すように、図中の実線の矢印の方向に主軸受８にプレス荷重とベンディング軸受９にベンディング荷重をかけることにより、ロールが被圧着物であるポリイミド樹脂フィルムと銅箔に均等に当接するようにする。この時のロールの曲げもμｍオーダーの僅かなものである。

ロールを若干凹クラウンに設定するためのロール内部温度の調整、ロールの撓み補正するための主軸受とベンディング軸受への荷重調整、ラミネートロールにより過熱圧着された帯状銅箔ポリイミド樹脂フィルム積層板の送り速度（通搬速度）、ロール表面温度などの装置操作条件は、テストプレスを行い、得られた銅箔ポリイミド樹脂フィルム積層板製品の接着強度、接着された銅箔のシワの有無などの結果を評価して最適操作条件を求める。

以上に述べたようにして、接着剤を使用せず、３００〜４００℃前後の高温、５０〜３００ｋＮ／ｍ前後の高圧条件下で、均一かつ適切なロール表面温度と加圧条件で、銅箔とポリイミド樹脂フィルムを加熱圧着し、高品質の銅箔ポリイミド樹脂フィルム積層板を得ることができる。

上記の実施例では、ポリイミド樹脂フィルムの両面に銅箔を接着剤無しで加熱圧着する両面銅張積層板製造装置について説明したが、ポリイミド樹脂フィルムの片面のみに銅箔を接着剤無しで加熱圧着する装置、または、ポリイミド樹脂フィルムの片面のみに銅箔を接着した後にポリイミド樹脂フィルムの他の面に銅箔を接着する装置にも本発明を適用出来ることは言うまでもない。

また、ベースフィルムであるポリイミド樹脂フィルムは、ポリイミド樹脂フィルム以外であっても本発明を適用できることは言うまでもない。金属箔は銅箔以外であっても本発明を適用できることは言うまでもない。

本発明によれば、３００〜４００℃前後の高温、５０〜３００ｋＮ／ｍ前後の高圧条件下で、金属ラミネートロールを用いて銅箔とポリイミド樹脂フィルムを接着剤なしでラミネートする場合、高温条件下でのロールのサーマルクラウンを調整し、かつ、高温条件下でのロールの撓みを瞬時に補正することにより、均一なロール表面温度分布とロールの幅方向の均一な加圧条件を実現でき、金属ロール間での１回のプレスで、高品質の銅箔ポリイミド樹脂フィルム積層板を得ることができる両面銅張積層板製造装置を提供することが出来る。

なお、上述した荷重、温度等の数値は、一つの最適な参考値である。

本発明の一実施例である両面銅張積層板製造装置の設備構成図である。 本発明のロールプレス機のラミネートロールのロール形状説明図である。 本発明における誘導発熱ロールの一例構成を示す断面図である。 本発明における誘導発熱ロールの誘導加熱コイルの一例接続回路図である。

符号の説明

１、１ａ、１ｂ…巻出機、２…ロールプレス機、２ａ、２ｂ…ラミネートロール、３…巻出機、４、４ａ、４ｂ…予熱器、５、５ａ、５ｂ、６…張力計、７…パッケージ、８…主軸受、９…ベンディング軸受、１２…中空ロール、１２ａ…密閉室、１３…鉄心、Ｌ１〜Ｌ５、Ｌ１１〜Ｌ１８…誘導加熱コイル、１８〜２１…電圧調整器、２２…トランス。

Claims (4)

1. 帯状のベースフィルムである樹脂フィルムを供給する巻出機、帯状の金属箔を供給する巻出機、前記樹脂フィルムを熱溶融させて前記樹脂フィルムに前記金属箔を加熱圧着するロールプレス機、および、樹脂フィルムと金属箔を加熱圧着することにより製造された帯状の金属箔樹脂フィルム積層板を巻き取る巻取機を備える金属箔樹脂フィルム積層板製造装置において、前記ロールプレス機は、帯状の被処理物を間に挟み、ロール長手方向に複数個の誘導加熱コイルを分割配置され前記被処理物を加熱押圧する一対の誘導発熱ロールと、前記誘導発熱ロールの回転軸の両側端部に、前記一対の誘導発熱ロール間を接近する方向に加圧する第１の加圧手段と、前記一対の誘導発熱ロールに曲げ力を加える第２の加圧手段とを有し、前記分割配置した誘導加熱コイルの出力を制御してロール長手方向の中央部の温度が若干低くなる凹形クラウンにし、前記第２の加圧手段によりロールベンディング制御を行い前記一対の誘導発熱ロールが前記金属箔に均一に当接するようにしたことを特徴とする金属箔樹脂フィルム積層板製造装置。
2. 分割配置された前記複数個の誘導加熱コイルの出力は、無負荷状態で前記一対の誘導発熱ロールがロール長手方向の中央部の温度が若干低くなる凹方向に窪ませるように制御されることを特徴とする請求項１に記載の金属箔樹脂フィルム積層板製造装置。
3. 前記誘導発熱ロールは、回転する中空ロ−ルと、順方向に巻回された順巻誘導加熱コイルと、逆方向に巻回された逆巻誘導加熱コイルと、前記各誘導加熱コイルに電圧を印加する交流電源とを有し、前記中空ロ−ルの中空内に軸方向に沿って前記順巻誘導加熱コイルと前記逆巻誘導加熱コイルとを交互に配置し、前記順巻誘導加熱コイルと逆巻誘導加熱コイルの接続点と、逆巻誘導加熱コイルと順巻誘導加熱コイルの接続点のいずれか一方の接続点を前記交流電源の一方の電位に接続し、他方の接続点を前記交流電源の他方の電位に接続するとともに、前記他方の接続点の所定の接続点ごとに電圧調整器を挿入して構成してなることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の金属箔樹脂フィルム積層板製造装置。
4. 金属箔樹脂フィルム積層板は、接着剤無しで形成されることを特徴とする、請求項１又は請求項２又は請求項３に記載の金属箔樹脂フィルム積層板製造装置。

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