JPH10291080A - 銅箔の支持用帯状体への超音波溶接方法 - Google Patents
銅箔の支持用帯状体への超音波溶接方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 銅箔とアルミニウムまたは他の金属シートを
結合する、より単純でより費用がかからない改良された
方法を提供する。 【解決手段】 銅箔帯状体を、好ましくは銅箔より厚い
アルミニウムまたはステンレススチールの、支持体金属
の第二の帯状体の端で超音波で溶接するための方法と装
置が開示されている。溶接された帯状体は続いてプリン
ト回路基板を製作するのに用いられるパネルに切断され
る。
結合する、より単純でより費用がかからない改良された
方法を提供する。 【解決手段】 銅箔帯状体を、好ましくは銅箔より厚い
アルミニウムまたはステンレススチールの、支持体金属
の第二の帯状体の端で超音波で溶接するための方法と装
置が開示されている。溶接された帯状体は続いてプリン
ト回路基板を製作するのに用いられるパネルに切断され
る。
Description
【０００１】
【発明の属する分野】本発明は一般的にプリント回路基
板を製造するのに用いられる銅箔に関する。さらに詳し
くは、銅箔を他の金属のシートに付着させて銅箔に物理
的支持を与え、そしてこれらを、例えば、エポキシ樹脂
のようなガラス繊維強化樹脂プリプレグまたはポリイミ
ドのようなポリマーフィルムなどの絶縁基板への積層を
容易にすることに関する。
板を製造するのに用いられる銅箔に関する。さらに詳し
くは、銅箔を他の金属のシートに付着させて銅箔に物理
的支持を与え、そしてこれらを、例えば、エポキシ樹脂
のようなガラス繊維強化樹脂プリプレグまたはポリイミ
ドのようなポリマーフィルムなどの絶縁基板への積層を
容易にすることに関する。
【０００２】
【従来の技術】銅箔のキャリアーとして金属シートを用
いることは当該技術分野において知られている。非常に
薄い銅の層を得るため、金属シート上への銅の電着が提
案されているが、この方法以外の他の方法では不可能に
近い。プリント回路基板を作るのに用いられる代表的な
銅箔は厚さ約９から３５μｍであるが、他の金属の支持
シートに電着すると、より薄い銅層を用いることが可能
である。銅が基板に積層され、その後支持シートが剥さ
れ、そしてそれにより回路配線が形成される銅の薄い層
が基板上に残る。
いることは当該技術分野において知られている。非常に
薄い銅の層を得るため、金属シート上への銅の電着が提
案されているが、この方法以外の他の方法では不可能に
近い。プリント回路基板を作るのに用いられる代表的な
銅箔は厚さ約９から３５μｍであるが、他の金属の支持
シートに電着すると、より薄い銅層を用いることが可能
である。銅が基板に積層され、その後支持シートが剥さ
れ、そしてそれにより回路配線が形成される銅の薄い層
が基板上に残る。
【０００３】米国特許第５、１５３、０５０号にＪｏｈ
ｎｓｔｏｎが、比較的厚いアルミニウムシートの上に従
来の厚さの銅箔のシートを重ね、そして二枚のシートの
間に異物が入り込み、後工程で形成される回路配線で欠
陥となるのを防ぐため、接着剤で銅箔の端をアルミニウ
ムシートに封着する方法を開示している。アルミニウム
シートの替わりに銅箔の他のシートを用いる似たような
方法を用いることもまた提案されている。例えば、シー
トの端に接着剤を用いたり、または機械的にシートの端
を接合するといった方法である。
ｎｓｔｏｎが、比較的厚いアルミニウムシートの上に従
来の厚さの銅箔のシートを重ね、そして二枚のシートの
間に異物が入り込み、後工程で形成される回路配線で欠
陥となるのを防ぐため、接着剤で銅箔の端をアルミニウ
ムシートに封着する方法を開示している。アルミニウム
シートの替わりに銅箔の他のシートを用いる似たような
方法を用いることもまた提案されている。例えば、シー
トの端に接着剤を用いたり、または機械的にシートの端
を接合するといった方法である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】Ｊｏｈｎｓｔｏｎの方
法は商業的に成功したが、ある不利な面を持っている。
すべてのアルミニウムおよび銅箔の一部は、銅箔が基板
へ積層された後、回収されたとき銅箔および／またはア
ルミニウムシートの接着剤による汚染が問題になるであ
ろう。（アルミニウムシートが分離された後、積層板の
一部は接着剤領域を取り除くため切り取られる。）接着
剤を塗布し金属シートを組立てることは難しく、そして
商業的規模で行うのに複雑な機械を必要とする。さら
に、銅とアルミニウムは異なった熱膨張係数を持ってい
るので、そのため熱と圧力をかけて行われる積層工程中
でアルミニウムの大きな膨張により、銅張り積層板中に
望ましくない応力を持ち込み、銅の歪みが起こる恐れが
ある。
法は商業的に成功したが、ある不利な面を持っている。
すべてのアルミニウムおよび銅箔の一部は、銅箔が基板
へ積層された後、回収されたとき銅箔および／またはア
ルミニウムシートの接着剤による汚染が問題になるであ
ろう。（アルミニウムシートが分離された後、積層板の
一部は接着剤領域を取り除くため切り取られる。）接着
剤を塗布し金属シートを組立てることは難しく、そして
商業的規模で行うのに複雑な機械を必要とする。さら
に、銅とアルミニウムは異なった熱膨張係数を持ってい
るので、そのため熱と圧力をかけて行われる積層工程中
でアルミニウムの大きな膨張により、銅張り積層板中に
望ましくない応力を持ち込み、銅の歪みが起こる恐れが
ある。
【０００５】本発明者等は銅箔とアルミニウムまたは他
の金属シートを結合する、より単純で、より費用がかか
らず、上記で議論された問題のいくつかを避ける、改良
された方法を見いだした。本方法は銅箔および第二の金
属の連続帯状体を整列一致させ、二つの金属帯状体の端
を超音波溶接をすることを含んでいる。接着は接合した
シートを取り扱うのに十分である上、しかも剥れた時
も、余分な接着剤または付着した金属が残らないので、
銅およびアルミニウムを汚染することがない。
の金属シートを結合する、より単純で、より費用がかか
らず、上記で議論された問題のいくつかを避ける、改良
された方法を見いだした。本方法は銅箔および第二の金
属の連続帯状体を整列一致させ、二つの金属帯状体の端
を超音波溶接をすることを含んでいる。接着は接合した
シートを取り扱うのに十分である上、しかも剥れた時
も、余分な接着剤または付着した金属が残らないので、
銅およびアルミニウムを汚染することがない。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明の方法は、銅箔帯
状体を第二の金属の支持用帯状体に超音波を用いて連続
的に溶接する方法であって、該方法が（ａ）銅箔ロール
から前記銅箔帯状体を引き出す工程、（ｂ）前記第二の
金属のロールから前記第二の金属帯状体を引き出す工
程、（ｃ）前記銅箔帯状体の表面を前記第二の金属帯状
体の表面に隣接して置きそしてこれらの帯状体の両端を
整列一致させる工程、（ｄ）銅箔と第二の金属の整列一
致させた帯状体を、該帯状体のそれぞれの端で少なくと
も一つの超音波溶接部署を通過させる工程であって、該
超音波溶接部署は前記銅箔に接触する一つの溶接ヘッド
を含み、そして（ｅ）前記銅箔および第二の金属へ前記
超音波溶接ヘッドにより該銅箔を該第二の金属に溶接す
るのに足りる超音波エネルギーを与える工程、を含むこ
とを特徴とするものである。
状体を第二の金属の支持用帯状体に超音波を用いて連続
的に溶接する方法であって、該方法が（ａ）銅箔ロール
から前記銅箔帯状体を引き出す工程、（ｂ）前記第二の
金属のロールから前記第二の金属帯状体を引き出す工
程、（ｃ）前記銅箔帯状体の表面を前記第二の金属帯状
体の表面に隣接して置きそしてこれらの帯状体の両端を
整列一致させる工程、（ｄ）銅箔と第二の金属の整列一
致させた帯状体を、該帯状体のそれぞれの端で少なくと
も一つの超音波溶接部署を通過させる工程であって、該
超音波溶接部署は前記銅箔に接触する一つの溶接ヘッド
を含み、そして（ｅ）前記銅箔および第二の金属へ前記
超音波溶接ヘッドにより該銅箔を該第二の金属に溶接す
るのに足りる超音波エネルギーを与える工程、を含むこ
とを特徴とするものである。
【０００７】また、本発明の銅張り積層体製造用のパネ
ルは、該パネルが（ａ）銅箔シート、（ｂ）前記銅箔シ
ートと寸法が一致する端を持つ第二の金属のシート、お
よび（ｃ）前記両シートの両端に近接した線状の超音波
溶接部からなり、該溶接部が前記銅箔シートを前記第二
の金属シートに固定していることを特徴とするものであ
る。
ルは、該パネルが（ａ）銅箔シート、（ｂ）前記銅箔シ
ートと寸法が一致する端を持つ第二の金属のシート、お
よび（ｃ）前記両シートの両端に近接した線状の超音波
溶接部からなり、該溶接部が前記銅箔シートを前記第二
の金属シートに固定していることを特徴とするものであ
る。
【０００８】本発明の方法は、銅箔および、アルミニウ
ムのような第二の金属の連続帯状体をロールから繰り出
し、整列一致させ、そしてそれから整列一致された金属
帯状体のそれぞれの端を少なくとも一か所の溶接部署を
通過させ超音波でこれら連続帯状体の端を溶接する。銅
箔は、銅箔が溶接部署を通過する時、比較的薄い銅箔が
反らないように銅箔が移動する方向を横切る方向に張力
をかける。金属帯状体の両側端のみが超音波で溶接され
る。溶接された帯状体は所望のパネル(panel)の大きさ
に切断され、切断された端は溶接により封じられてない
ままである。でき上がったパネルは銅箔のシートが第二
の金属のシートに対して平らとなり、そして封じられて
ない端はほとんどの異物の侵入を防ぐよう十分に互いに
接近している。
ムのような第二の金属の連続帯状体をロールから繰り出
し、整列一致させ、そしてそれから整列一致された金属
帯状体のそれぞれの端を少なくとも一か所の溶接部署を
通過させ超音波でこれら連続帯状体の端を溶接する。銅
箔は、銅箔が溶接部署を通過する時、比較的薄い銅箔が
反らないように銅箔が移動する方向を横切る方向に張力
をかける。金属帯状体の両側端のみが超音波で溶接され
る。溶接された帯状体は所望のパネル(panel)の大きさ
に切断され、切断された端は溶接により封じられてない
ままである。でき上がったパネルは銅箔のシートが第二
の金属のシートに対して平らとなり、そして封じられて
ない端はほとんどの異物の侵入を防ぐよう十分に互いに
接近している。
【０００９】超音波溶接ヘッドは銅箔に接触し、そして
溶接ヘッドへかけられる力の調節を可能にする第二の金
属に接触している支持アイドラー（中間車）に押しつけ
られている。運転条件は金属同士に適切な溶接を与える
ように選ばれる。一つの実施例では約２０lbs.(4.45N)
までの力が箔にかけられる。溶接ヘッドは約１０から５
０kHz の振動数で振動し箔と約０．１から２秒接触す
る。溶接ヘッドは好ましくは箔と接触する面は滑らかな
表面が用いられるが、より一般的な粗い表面も用いられ
る。
溶接ヘッドへかけられる力の調節を可能にする第二の金
属に接触している支持アイドラー（中間車）に押しつけ
られている。運転条件は金属同士に適切な溶接を与える
ように選ばれる。一つの実施例では約２０lbs.(4.45N)
までの力が箔にかけられる。溶接ヘッドは約１０から５
０kHz の振動数で振動し箔と約０．１から２秒接触す
る。溶接ヘッドは好ましくは箔と接触する面は滑らかな
表面が用いられるが、より一般的な粗い表面も用いられ
る。
【００１０】他の側面では、本発明は超音波でアルミニ
ウムのような第二の金属シートに、二つの端を溶接さ
れ、残りのパネルの端は超音波により溶接されてなく、
好ましくは全く封じられてない銅箔のパネルに関する。
かように、長方形のパネルでパネルは四つの端すべてで
一致しているが、二つの端のみ超音波で溶接されてい
る。
ウムのような第二の金属シートに、二つの端を溶接さ
れ、残りのパネルの端は超音波により溶接されてなく、
好ましくは全く封じられてない銅箔のパネルに関する。
かように、長方形のパネルでパネルは四つの端すべてで
一致しているが、二つの端のみ超音波で溶接されてい
る。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下に、本発明を図面を用いて詳
細に説明する。図面は本明細書の一部を構成し、そして
本発明のある態様をさらに説明するために掲載されてい
る。本発明は一つかそれ以上のこれらの図面と、ここに
提供された特定の具体例の詳細な記述と組合せて参照す
ることにより、より良く理解されるであろう。
細に説明する。図面は本明細書の一部を構成し、そして
本発明のある態様をさらに説明するために掲載されてい
る。本発明は一つかそれ以上のこれらの図面と、ここに
提供された特定の具体例の詳細な記述と組合せて参照す
ることにより、より良く理解されるであろう。
【００１２】銅箔 プリント回路基板を製造するのに用いられる銅箔は、一
般的に回転ドラム上に銅溶液を用いて電着され、このロ
ールから剥され、更なる処理をされ、出荷のためにロー
ルに巻かれている。あるいはまた、ある用途には銅の原
料から機械的にロールで伸ばされた箔が用いられる。こ
れらのどちらの箔も本発明の方法に用いることができ、
本発明は使用される箔のタイプについては制限されな
い。銅箔は様々の厚みのものが製造されている。プリン
ト回路基板には、代表的には厚さ１２から３５μｍ(3/8
から１oz/ft2) の範囲の薄い箔が最も一般的に用いられ
る。より薄い箔を用いることができるが、それらは製造
も取り扱いもより難しい。より厚い箔は普通、大部分の
プリント回路板の用途としては経済的でないと考えられ
ている。
般的に回転ドラム上に銅溶液を用いて電着され、このロ
ールから剥され、更なる処理をされ、出荷のためにロー
ルに巻かれている。あるいはまた、ある用途には銅の原
料から機械的にロールで伸ばされた箔が用いられる。こ
れらのどちらの箔も本発明の方法に用いることができ、
本発明は使用される箔のタイプについては制限されな
い。銅箔は様々の厚みのものが製造されている。プリン
ト回路基板には、代表的には厚さ１２から３５μｍ(3/8
から１oz/ft2) の範囲の薄い箔が最も一般的に用いられ
る。より薄い箔を用いることができるが、それらは製造
も取り扱いもより難しい。より厚い箔は普通、大部分の
プリント回路板の用途としては経済的でないと考えられ
ている。
【００１３】本発明の利点の一つは、より薄い箔の取扱
い性の改良にある。箔がガラス繊維強化エポキシ樹脂プ
リプレグまたは重合体フィルム、例えばポリイミド等の
絶縁基板に積層される時、箔は箔を基板に接着すること
となる熱と圧力を受ける。もし箔が既に厚い金属シート
上に支持されていたら、積層体を作るのに用いられる加
熱プレスの中にこれらが置かれる前に銅箔および基板の
シートが組み立てられる時、これらはより簡単に取り扱
われる。支持金属シートは、従来からセパレーターとし
て用いられていたステンレススチールのスぺーサー板を
代替することもまたできる。
い性の改良にある。箔がガラス繊維強化エポキシ樹脂プ
リプレグまたは重合体フィルム、例えばポリイミド等の
絶縁基板に積層される時、箔は箔を基板に接着すること
となる熱と圧力を受ける。もし箔が既に厚い金属シート
上に支持されていたら、積層体を作るのに用いられる加
熱プレスの中にこれらが置かれる前に銅箔および基板の
シートが組み立てられる時、これらはより簡単に取り扱
われる。支持金属シートは、従来からセパレーターとし
て用いられていたステンレススチールのスぺーサー板を
代替することもまたできる。
【００１４】プリント回路基板 銅箔が絶縁基板に積層された後、得られた積層体はプレ
スから取り除かれ、そしてプリント回路基板を製造する
のに用いられる。一般的な工程では、銅張り積層板は光
で像が描かれ、そして所望の回路パターンが現像され
る。銅の上にパターンが光で描かれた後、回路パターン
とならない銅の部分は化学的にエッチングで取り除か
れ、このようにして基板上に回路の配線が残る。回路パ
ターンを作るのに用いられる加工に耐えるようにするの
であれば、銅箔は基板へしっかりと接着してなければな
らないことは明白であろう。
スから取り除かれ、そしてプリント回路基板を製造する
のに用いられる。一般的な工程では、銅張り積層板は光
で像が描かれ、そして所望の回路パターンが現像され
る。銅の上にパターンが光で描かれた後、回路パターン
とならない銅の部分は化学的にエッチングで取り除か
れ、このようにして基板上に回路の配線が残る。回路パ
ターンを作るのに用いられる加工に耐えるようにするの
であれば、銅箔は基板へしっかりと接着してなければな
らないことは明白であろう。
【００１５】銅の表面上の汚染物の存在は回路を光で描
くことや、または不要部分の箔の化学的エッチングを妨
げることもまた明白であろう。これはＪｏｈｎｓｔｏｎ
により議論された支持体付の箔の開発の一つの理由であ
ろう。光で像を描きそしてエッチングされる銅箔の表面
は、積層工程中支持体金属シートで覆われており、これ
はエポキシ樹脂微粒子または他の外からの汚染物質の微
粒子が銅箔の表面へ接近することを防ぐのを助ける。そ
こで、被覆シートが取り除かれる時、銅の表面にはプリ
ント回路基板を製作する工程中に問題を起こす可能性の
ある微粒子がないはずである。銅箔およびアルミニウム
シートのパネルを製造するのにすべてのパネルの端を、
必要とされるであろう基準穴も含めて、接着剤で封じる
ことをＪｏｈｎｓｔｏｎやその他に用いられた方法が強
調しているのはこの理由のためである。接着剤はシート
の端を封じるのに有効であるとはいえ、銅箔の汚染とな
り得る。なお、接着剤はパネルの端に残るだろうし、こ
のパネルの端は銅およびアルミニウムの価値（values)
を回収するためリサイクルされる。もし可能ならば接着
剤の使用を避けるのが望ましい。そのために、銅箔とそ
の支持金属シートの機械的付着で十分であろうことが提
案された。機械的な締め具を用いることは可能ではある
が、これらは連続的な封着をすることが困難であること
および二枚のシートが付着される部分の銅箔のゆがみが
起こりうることによる問題を作り出すであろうことが理
解されるであろう。機械的な締め具はスクラップの銅と
アルミニウムを汚染するであろう。したがって、本発明
者等はプリント回路基板を製造するのに有用な費用が安
く、連続的な工程を与える改良された方法を捜した。
くことや、または不要部分の箔の化学的エッチングを妨
げることもまた明白であろう。これはＪｏｈｎｓｔｏｎ
により議論された支持体付の箔の開発の一つの理由であ
ろう。光で像を描きそしてエッチングされる銅箔の表面
は、積層工程中支持体金属シートで覆われており、これ
はエポキシ樹脂微粒子または他の外からの汚染物質の微
粒子が銅箔の表面へ接近することを防ぐのを助ける。そ
こで、被覆シートが取り除かれる時、銅の表面にはプリ
ント回路基板を製作する工程中に問題を起こす可能性の
ある微粒子がないはずである。銅箔およびアルミニウム
シートのパネルを製造するのにすべてのパネルの端を、
必要とされるであろう基準穴も含めて、接着剤で封じる
ことをＪｏｈｎｓｔｏｎやその他に用いられた方法が強
調しているのはこの理由のためである。接着剤はシート
の端を封じるのに有効であるとはいえ、銅箔の汚染とな
り得る。なお、接着剤はパネルの端に残るだろうし、こ
のパネルの端は銅およびアルミニウムの価値（values)
を回収するためリサイクルされる。もし可能ならば接着
剤の使用を避けるのが望ましい。そのために、銅箔とそ
の支持金属シートの機械的付着で十分であろうことが提
案された。機械的な締め具を用いることは可能ではある
が、これらは連続的な封着をすることが困難であること
および二枚のシートが付着される部分の銅箔のゆがみが
起こりうることによる問題を作り出すであろうことが理
解されるであろう。機械的な締め具はスクラップの銅と
アルミニウムを汚染するであろう。したがって、本発明
者等はプリント回路基板を製造するのに有用な費用が安
く、連続的な工程を与える改良された方法を捜した。
【００１６】本発明は超音波溶接の使用を伴うが、この
方法は数多くの目的に用いられ、特にプラスチックフィ
ルムの溶接に用いられているが、銅箔は非常に薄く、し
たがって簡単にゆがんでしまうので、超音波溶接の工程
を支持金属シートと銅箔の張り合せに適応することは難
しいとされてきた。さらに、銅箔が支持シートの金属連
続帯状体の二つの端部で溶接できるか、そして、切断が
行われる端部が溶接されてない状態で、パネルとして溶
接後切断されることができるかはっきりとしてなかっ
た。しかしながら、本発明者の工程は、銅箔が支持シー
トの上で平らでそしてその上、二つの端部のみでしっか
り溶接されたパネルを製造するという要望された結果を
なし遂げる事ができる。
方法は数多くの目的に用いられ、特にプラスチックフィ
ルムの溶接に用いられているが、銅箔は非常に薄く、し
たがって簡単にゆがんでしまうので、超音波溶接の工程
を支持金属シートと銅箔の張り合せに適応することは難
しいとされてきた。さらに、銅箔が支持シートの金属連
続帯状体の二つの端部で溶接できるか、そして、切断が
行われる端部が溶接されてない状態で、パネルとして溶
接後切断されることができるかはっきりとしてなかっ
た。しかしながら、本発明者の工程は、銅箔が支持シー
トの上で平らでそしてその上、二つの端部のみでしっか
り溶接されたパネルを製造するという要望された結果を
なし遂げる事ができる。
【００１７】代表的なパネルは図１に斜視図で示されて
いる。長方形のパネル１０は四つの端部１０a-d を持っ
ている。端部１０ａおよび１０ｂは溶接されてないが、
しかし１０ｃおよび１０ｄは超音波で溶接点１２で溶接
されている。切断された端部１０ａおよび１０ｂは超音
波溶接、接着剤、またはほかの方法により封じることが
できるが、しかし多くの用途では必要ないと考えられて
いる。銅箔のその支持体への組みつけは清潔な条件で行
われるだろうから、そのため通常、回路基板工場で発見
される汚染は避けられるだろうことに注目すべきであ
る。
いる。長方形のパネル１０は四つの端部１０a-d を持っ
ている。端部１０ａおよび１０ｂは溶接されてないが、
しかし１０ｃおよび１０ｄは超音波で溶接点１２で溶接
されている。切断された端部１０ａおよび１０ｂは超音
波溶接、接着剤、またはほかの方法により封じることが
できるが、しかし多くの用途では必要ないと考えられて
いる。銅箔のその支持体への組みつけは清潔な条件で行
われるだろうから、そのため通常、回路基板工場で発見
される汚染は避けられるだろうことに注目すべきであ
る。
【００１８】超音波溶接 超音波溶接は、適切な接着強度を与えるよう選ばれた代
表的には約１０から５０ｋＨｚの振動数の、超音波振動
を介して機械的エネルギーの適用を伴う。十分なエネル
ギーが与えられた時、局所的な過熱が起こり、そしてそ
の結果、金属の運動が起こり、そのため接着が起こる。
これは他の溶接方法で一般的に行われるような、第三の
金属の追加または高温での溶融を必要としない“溶接”
である。正確な接着の本質は確立されてないが、しかし
当該技術分野で一般的に“溶接”と呼ばれている。この
超音波エネルギーは、接着される表面を、通常“ホー
ン”と呼ばれる振動溶接ヘッドに接触させることにより
加えられる。ホーンの大きさおよび形状は重要とは考え
られてない。本発明の一つの実施例として実施されてい
るように、“ホーン”は約１／２インチ(12.7mm)の厚さ
そして約２インチ(50.8mm)の直径の円盤である。円盤の
端が銅箔の上面に、超音波振動が金属へ伝えられるのを
保証するのに十分な力で接触する。代表的な力は２０lb
s.(4.45N) までとしてもよい。もし力が強過ぎると銅箔
は傷つけられる。小さ過ぎると、超音波エネルギーは金
属の二枚のシートを接着するのに不十分である。
表的には約１０から５０ｋＨｚの振動数の、超音波振動
を介して機械的エネルギーの適用を伴う。十分なエネル
ギーが与えられた時、局所的な過熱が起こり、そしてそ
の結果、金属の運動が起こり、そのため接着が起こる。
これは他の溶接方法で一般的に行われるような、第三の
金属の追加または高温での溶融を必要としない“溶接”
である。正確な接着の本質は確立されてないが、しかし
当該技術分野で一般的に“溶接”と呼ばれている。この
超音波エネルギーは、接着される表面を、通常“ホー
ン”と呼ばれる振動溶接ヘッドに接触させることにより
加えられる。ホーンの大きさおよび形状は重要とは考え
られてない。本発明の一つの実施例として実施されてい
るように、“ホーン”は約１／２インチ(12.7mm)の厚さ
そして約２インチ(50.8mm)の直径の円盤である。円盤の
端が銅箔の上面に、超音波振動が金属へ伝えられるのを
保証するのに十分な力で接触する。代表的な力は２０lb
s.(4.45N) までとしてもよい。もし力が強過ぎると銅箔
は傷つけられる。小さ過ぎると、超音波エネルギーは金
属の二枚のシートを接着するのに不十分である。
【００１９】超音波の溶接で、溶接される表面との良好
な接触を保証するよう溶接ヘッドを粗い表面とすること
は一般的に行われてきた。しかしながら、厚い支持シー
トへの銅箔の溶接に於ては、通常の粗い溶接ヘッドが銅
箔を傷つけるであろうから、滑らかな溶接ヘッドが好ま
しいということが分かってきた。本工程は特に、箔に加
えられる力に対する抵抗力の大きくない、１８μｍ厚の
箔のような、薄い箔に特に有効である。したがって、箔
は溶接ヘッドの往復運動により移動しうる。箔が傷つけ
られるのみでなく、たぶんこの場合スクラップとして捨
てられることになり、箔はそれに加えられた力により歪
み、そしてこのようにして箔に波しわを作る。この場
合、箔は支持体シートに対し平らでなく、そしてもし絶
縁基板と積層するのに用いられると、波しわは押しつぶ
され欠点のある回路配線となる。
な接触を保証するよう溶接ヘッドを粗い表面とすること
は一般的に行われてきた。しかしながら、厚い支持シー
トへの銅箔の溶接に於ては、通常の粗い溶接ヘッドが銅
箔を傷つけるであろうから、滑らかな溶接ヘッドが好ま
しいということが分かってきた。本工程は特に、箔に加
えられる力に対する抵抗力の大きくない、１８μｍ厚の
箔のような、薄い箔に特に有効である。したがって、箔
は溶接ヘッドの往復運動により移動しうる。箔が傷つけ
られるのみでなく、たぶんこの場合スクラップとして捨
てられることになり、箔はそれに加えられた力により歪
み、そしてこのようにして箔に波しわを作る。この場
合、箔は支持体シートに対し平らでなく、そしてもし絶
縁基板と積層するのに用いられると、波しわは押しつぶ
され欠点のある回路配線となる。
【００２０】支持金属表面で平らであるように銅箔を溶
接するために、溶接する時、張力が箔に加えられるべき
であることが見いだされた。張力は、金属帯状体を溶接
ヘッドを通って移動するローラーにより長手方向に加え
られてもよい。張力は横方向にも加えられてもよい。こ
れは波しわが起こるのを防止し、そして銅箔とその支持
シートが平らであるが故に、パネルが一組となった連続
的に溶接された帯状体から切断される時、切断された端
は溶接または接着されてないがしっかり閉じていること
を確実にする。銅箔に横方向の張力を与えるのに有効な
一つの方法は、支持体シートに上向きの力をかけ、そし
てこれを通して銅箔に上向きの力をかけるために、溶接
ヘッド内で支持体シートの下にローラーを設置すること
である。他の方法は機械技術に熟練した人等が思い浮か
ぶであろうし、そして本発明は銅箔に張力を与えるこの
方法に限られていると考えられてはならない。
接するために、溶接する時、張力が箔に加えられるべき
であることが見いだされた。張力は、金属帯状体を溶接
ヘッドを通って移動するローラーにより長手方向に加え
られてもよい。張力は横方向にも加えられてもよい。こ
れは波しわが起こるのを防止し、そして銅箔とその支持
シートが平らであるが故に、パネルが一組となった連続
的に溶接された帯状体から切断される時、切断された端
は溶接または接着されてないがしっかり閉じていること
を確実にする。銅箔に横方向の張力を与えるのに有効な
一つの方法は、支持体シートに上向きの力をかけ、そし
てこれを通して銅箔に上向きの力をかけるために、溶接
ヘッド内で支持体シートの下にローラーを設置すること
である。他の方法は機械技術に熟練した人等が思い浮か
ぶであろうし、そして本発明は銅箔に張力を与えるこの
方法に限られていると考えられてはならない。
【００２１】結果に影響を及ぼす他の要因は金属シー
ト、特に薄い銅箔の端の平滑性である。これらの端は通
常、製造工程で切断されるであろうし、そして好ましく
はこれらは平らであるべきであり、そして切断工程によ
り歪められないべきであり、またもしそうでないと、ゆ
がみを修正する工程を設ける必要がある。
ト、特に薄い銅箔の端の平滑性である。これらの端は通
常、製造工程で切断されるであろうし、そして好ましく
はこれらは平らであるべきであり、そして切断工程によ
り歪められないべきであり、またもしそうでないと、ゆ
がみを修正する工程を設ける必要がある。
【００２２】銅箔に超音波溶接を行うことでのもう一つ
の要件は溶接される表面の品質である。電解銅箔は、粗
度の小さい平滑なまたは光沢のある面、即ち平均粗度が
例えば１．５から２μｍの面を持ち、一方、粗面はより
粗さが大きく、例えば４μｍ以上の面を持っており、表
面の粗度が超音波溶接に用いられる条件に影響を与える
ことが理解できる。典型的な場合では、箔の平滑な面が
第二の金属と接触し、一方、粗面は溶接ヘッドと接触す
る。
の要件は溶接される表面の品質である。電解銅箔は、粗
度の小さい平滑なまたは光沢のある面、即ち平均粗度が
例えば１．５から２μｍの面を持ち、一方、粗面はより
粗さが大きく、例えば４μｍ以上の面を持っており、表
面の粗度が超音波溶接に用いられる条件に影響を与える
ことが理解できる。典型的な場合では、箔の平滑な面が
第二の金属と接触し、一方、粗面は溶接ヘッドと接触す
る。
【００２３】アルミニウムが比較的費用がかからず、そ
して軽量なので好ましい材料であるが、さまざまなタイ
プの鋼鉄のような、他の材料を所望により用いることが
できる。例えば、ステンレススチールシートを用いるこ
とができ、これはより費用がかかるがアルミニウムより
強く、そして銅箔を積層するのに用いられているステン
レススチール板を代替できる。
して軽量なので好ましい材料であるが、さまざまなタイ
プの鋼鉄のような、他の材料を所望により用いることが
できる。例えば、ステンレススチールシートを用いるこ
とができ、これはより費用がかかるがアルミニウムより
強く、そして銅箔を積層するのに用いられているステン
レススチール板を代替できる。
【００２４】本発明の工程の好ましい実施例を図２を参
照して説明する。これは部分的斜視図で、その両端で金
属の二つの帯状体が連続的に溶接を行われている超音波
溶接工程を示す。銅箔２０ (18μm)のロールおよびアル
ミニウムのシート２２(250μm 厚) のロールが設置され
ており、そのため第一の一組の溶接部署のすぐ前に置か
れているローラー（図示されてない）上を両方が通過す
る時、銅箔をアルミニウムシート上に引き出すことがで
きる。代表的には、帯状体の幅は１２から３６インチ(3
04.8から914.4mm)でよい。一組となったシートは、溶接
ヘッド２４または“ホーン”およびそれに対して溶接ヘ
ッドが押しつけられている金属のアイドラーホイール２
６の間を通過する。上に述べたように、溶接ヘッド２４
およびアイドラ−２６のすぐ前にアルミニウムシートに
圧力を与えるため金属シートのそれぞれの側およびそれ
らの下にローラーが設置されており、このようにして銅
箔に横方向の張力を発生させる。超音波エネルギーは約
４０ｋＨｚの振動数で、アルミニウムシートの下の金属
アイドラーホイールに作用する溶接ヘッドを経由して加
えられる。溶接ヘッドに加えられる力は約５から２０lb
s.(1.11 から4.45N)である。金属の二枚のシートは溶接
ヘッドを約５から３０m/分で通過する。溶接ヘッドの下
の金属シートの滞在時間は短く、約０．１から２秒にす
ぎないが、しかし銅箔をアルミニウムシートに溶接する
のに十分である。第一の溶接ヘッドを通過した後、シー
トは工程を完了させる第一に似た（図示されてない）第
二の溶接部署を通過させてもよい。そして、溶接された
シートは、銅箔とアルミニウムシートに圧力をかけそし
て溶接工程中これらを引っ張るために用いられるローラ
ーを通過する。機械的により複雑とはいえ、アルミニウ
ム支持体シートの両サイドに同時に二枚の銅箔を溶接す
ることは可能ではあるが、アルミニウムシートのもう一
つの面に第二の銅箔シートを溶接することが要望された
ら本工程を繰り返してもよい。
照して説明する。これは部分的斜視図で、その両端で金
属の二つの帯状体が連続的に溶接を行われている超音波
溶接工程を示す。銅箔２０ (18μm)のロールおよびアル
ミニウムのシート２２(250μm 厚) のロールが設置され
ており、そのため第一の一組の溶接部署のすぐ前に置か
れているローラー（図示されてない）上を両方が通過す
る時、銅箔をアルミニウムシート上に引き出すことがで
きる。代表的には、帯状体の幅は１２から３６インチ(3
04.8から914.4mm)でよい。一組となったシートは、溶接
ヘッド２４または“ホーン”およびそれに対して溶接ヘ
ッドが押しつけられている金属のアイドラーホイール２
６の間を通過する。上に述べたように、溶接ヘッド２４
およびアイドラ−２６のすぐ前にアルミニウムシートに
圧力を与えるため金属シートのそれぞれの側およびそれ
らの下にローラーが設置されており、このようにして銅
箔に横方向の張力を発生させる。超音波エネルギーは約
４０ｋＨｚの振動数で、アルミニウムシートの下の金属
アイドラーホイールに作用する溶接ヘッドを経由して加
えられる。溶接ヘッドに加えられる力は約５から２０lb
s.(1.11 から4.45N)である。金属の二枚のシートは溶接
ヘッドを約５から３０m/分で通過する。溶接ヘッドの下
の金属シートの滞在時間は短く、約０．１から２秒にす
ぎないが、しかし銅箔をアルミニウムシートに溶接する
のに十分である。第一の溶接ヘッドを通過した後、シー
トは工程を完了させる第一に似た（図示されてない）第
二の溶接部署を通過させてもよい。そして、溶接された
シートは、銅箔とアルミニウムシートに圧力をかけそし
て溶接工程中これらを引っ張るために用いられるローラ
ーを通過する。機械的により複雑とはいえ、アルミニウ
ム支持体シートの両サイドに同時に二枚の銅箔を溶接す
ることは可能ではあるが、アルミニウムシートのもう一
つの面に第二の銅箔シートを溶接することが要望された
ら本工程を繰り返してもよい。
【００２５】溶接された銅とアルミニウムは切断部署に
進み、そこでは連続の帯状体は、積層体をそして最終的
にはプリント回路基板を製造するといった次の用途のた
めに所望のパネルサイズに切断される。業界では数多く
の異なったパネルの寸法を用いており、そして通常、銅
箔ロールおよびアルミニウムロールは所望の寸法のもの
よりわずかに巾が広くてもよい。金属の溶接された帯状
体は別の所望の寸法となる間隔で切断されてもよい。そ
の結果、均一なパネルの寸法、即ち２０インチ×２６イ
ンチ(508mm×660.4mm) が得られる。二枚の金属のシー
ト端は四つの側面それぞれで一致するが、しかし二つの
端のみが共に超音波で溶接される。切断は溶接を横切る
ように行うことができる。
進み、そこでは連続の帯状体は、積層体をそして最終的
にはプリント回路基板を製造するといった次の用途のた
めに所望のパネルサイズに切断される。業界では数多く
の異なったパネルの寸法を用いており、そして通常、銅
箔ロールおよびアルミニウムロールは所望の寸法のもの
よりわずかに巾が広くてもよい。金属の溶接された帯状
体は別の所望の寸法となる間隔で切断されてもよい。そ
の結果、均一なパネルの寸法、即ち２０インチ×２６イ
ンチ(508mm×660.4mm) が得られる。二枚の金属のシー
ト端は四つの側面それぞれで一致するが、しかし二つの
端のみが共に超音波で溶接される。切断は溶接を横切る
ように行うことができる。
【００２６】本発明の工程はすべての四つの端に沿って
完全に銅をアルミニウムパネルに封着することに必要と
されるよりも簡単な加工を要求することは明白である。
本発明の工程は連続的に行うことができ、そして溶接に
よるはっきりとした封着が二つの端のみに行われる。銅
箔は支持体のアルミニウム（または他の金属）シートに
対して平らなので、パネルの切断された端の効果的な封
着がなされその結果、更に切断された端をはっきりと封
着する工程は大部分の場合必要ない。これはＪｏｈｎｓ
ｔｏｎによって述べられているような、同様な性質のこ
れまで利用できた製品によっては得られない明らかに有
利な点である。切断された端への追加の封着は行われる
こともできるが、ほとんどの用途では好まれない。
完全に銅をアルミニウムパネルに封着することに必要と
されるよりも簡単な加工を要求することは明白である。
本発明の工程は連続的に行うことができ、そして溶接に
よるはっきりとした封着が二つの端のみに行われる。銅
箔は支持体のアルミニウム（または他の金属）シートに
対して平らなので、パネルの切断された端の効果的な封
着がなされその結果、更に切断された端をはっきりと封
着する工程は大部分の場合必要ない。これはＪｏｈｎｓ
ｔｏｎによって述べられているような、同様な性質のこ
れまで利用できた製品によっては得られない明らかに有
利な点である。切断された端への追加の封着は行われる
こともできるが、ほとんどの用途では好まれない。
【００２７】接着剤は使用されないので銅箔の汚染は避
けられる。超音波溶接による銅のアルミニウムへの封着
はかなり強いものとなり得るので、この場合製品の切断
された端は少量のアルミニウムを含有する銅および銅を
少量含有するアルミニウムを含有する。これらは銅およ
びアルミニウムのスクラップを回収する時好ましくない
ものではない。しかしながら、銅およびアルミニウムの
シートを一緒に保持し、しかるに銅を基板へ積層するの
に十分な接着となるように、しかし一方で、銅とアルミ
ニウムの両方を含有する切断された端が、一方の金属を
もう一方の金属の方にほとんどまたは全く残さず、一つ
の金属を他の金属に残さず手で分離できるように十分弱
く溶接の程度を調整することも可能である。これは銅と
アルミニウムの帯状体が溶接ヘッドを通過する際の圧力
の大きさおよび移動の速度を調整することによりなされ
る。
けられる。超音波溶接による銅のアルミニウムへの封着
はかなり強いものとなり得るので、この場合製品の切断
された端は少量のアルミニウムを含有する銅および銅を
少量含有するアルミニウムを含有する。これらは銅およ
びアルミニウムのスクラップを回収する時好ましくない
ものではない。しかしながら、銅およびアルミニウムの
シートを一緒に保持し、しかるに銅を基板へ積層するの
に十分な接着となるように、しかし一方で、銅とアルミ
ニウムの両方を含有する切断された端が、一方の金属を
もう一方の金属の方にほとんどまたは全く残さず、一つ
の金属を他の金属に残さず手で分離できるように十分弱
く溶接の程度を調整することも可能である。これは銅と
アルミニウムの帯状体が溶接ヘッドを通過する際の圧力
の大きさおよび移動の速度を調整することによりなされ
る。
【００２８】上に開示された説明は、本発明者等により
発見された技術が本発明の実施において十分に機能する
ことを述べていること、そして該技術はこのようにその
実施の好ましい態様をなすと考えられ得るということを
当業者により理解されるべきである。しかしながら、当
業者は、本開示に鑑みて、開示された実施例に於て多く
の変更をすることができ、そして本発明の精神と範囲か
ら離れることなく類似または同様な結果がなお得られる
ことを理解すべきである。
発見された技術が本発明の実施において十分に機能する
ことを述べていること、そして該技術はこのようにその
実施の好ましい態様をなすと考えられ得るということを
当業者により理解されるべきである。しかしながら、当
業者は、本開示に鑑みて、開示された実施例に於て多く
の変更をすることができ、そして本発明の精神と範囲か
ら離れることなく類似または同様な結果がなお得られる
ことを理解すべきである。
【図１】 本発明によるパネルの斜視図である。
【図２】 その端を超音波で溶接された二つの金属帯状
体の部分的斜視図である。
体の部分的斜視図である。
Claims (16)
- 【請求項１】 銅箔帯状体を第二の金属の支持用帯状体
に超音波を用いて連続的に溶接する方法であって、該方
法が （ａ）銅箔ロールから前記銅箔帯状体を引き出す工程、 （ｂ）前記第二の金属のロールから前記第二の金属帯状
体を引き出す工程、 （ｃ）前記銅箔帯状体の表面を前記第二の金属帯状体の
表面に近接して置きそしてこれらの帯状体の両端を整列
一致させる工程、 （ｄ）銅箔と第二の金属の整列一致させた帯状体を、該
帯状体のそれぞれの端で少なくとも一つの超音波溶接部
署を通過させる工程であって、該超音波溶接部署は前記
銅箔に接触する一つの溶接ヘッドを含み、そして （ｅ）前記銅箔および第二の金属へ前記超音波溶接ヘッ
ドにより該銅箔を該第二の金属に溶接するのに足りる超
音波エネルギーを与える工程、を含むことを特徴とする
前記方法。 - 【請求項２】 前記（ｅ）工程において溶接された銅箔
および第二の金属の帯状体のそれぞれの端を、少なくと
も第二の溶接部署を通過させ該銅箔と該第二の金属との
少なくとも二度目の溶接を行う工程を更に含むことを特
徴とする請求項１に記載の方法。 - 【請求項３】 前記超音波溶接ヘッドが前記銅箔帯状体
の上側にあり、そして支持用金属アイドラーが前記第二
の金属の下側にあることを特徴とする請求項１に記載の
方法。 - 【請求項４】 前記超音波溶接ヘッドが１０から５０ｋ
Ｈｚの振動数を与えるものであることを特徴とする請求
項１に記載の方法。 - 【請求項５】 溶接された前記銅箔帯状体の溶接を横切
るように切断し、それにより前記第二の金属に二つの端
で溶接された銅箔パネルを形成する工程を更に含むこと
を特徴とする請求項１に記載の方法。 - 【請求項６】 前記第二の金属がアルミニウムであるこ
とを特徴とする請求項１に記載の方法。 - 【請求項７】 前記第二の金属が鋼鉄であることを特徴
とする請求項１に記載の方法。 - 【請求項８】 前記鋼鉄がステンレススチールであるこ
とを特徴とする請求項７に記載の方法。 - 【請求項９】 前記超音波溶接ヘッドが約２０ｌｂｓ
(4.45N) までの力を前記銅箔および第二の金属の帯状体
に与えるものであることを特徴とする請求項１に記載の
方法。 - 【請求項１０】 前記超音波溶接ヘッドへの接触時間が
約０．１から２秒であることを特徴とする請求項１に記
載の方法。 - 【請求項１１】 前記（ｄ）工程において銅箔と第二の
金属の整列一致した帯状体が通過する方向に対し横方向
に張力が該銅箔に加えられることを特徴とする請求項１
に記載の方法。 - 【請求項１２】 銅張り積層体製造用のパネルであっ
て、該パネルが （ａ）銅箔シート、 （ｂ）前記銅箔シートと寸法が一致する端を持つ第二の
金属のシート、および （ｃ）前記両シートの両端に近接した線状の超音波溶接
部からなり、該溶接部が前記銅箔シートを前記第二の金
属シートに固定していることを特徴とする前記パネル。 - 【請求項１３】 前記第二の金属がアルミニウムである
ことを特徴とする請求項１２に記載のパネル。 - 【請求項１４】 前記第二の金属が鋼鉄であることを特
徴とする請求項１３に記載のパネル。 - 【請求項１５】 前記鋼鉄がステンレススチールである
ことを特徴とする請求項１４に記載のパネル。 - 【請求項１６】 前記銅のシートおよび第二の金属のシ
ートが長方形でありそして超音波で溶接した両端のみを
超音波で溶接していることを特徴とする請求項１２に記
載のパネル。
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