(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
上述のように下型のザグリ孔に弾性体を充填すると、ピンの持ち上げ時に弾性体の収縮作用によって、打ち抜きカスがピンから分離される。その結果、打ち抜きカスの持ち上がりが抑制される。
【0007】
一方、近年の回路基板の高密度化に伴って、貫通孔の径及びピッチが微小化されつつある。従来の設計では、貫通孔のピッチの微小化、つまりピンのピッチの微小化によって、ザグリ孔の大きさも縮小される。その結果、ザグリ孔に充填される弾性体の量が小さくなるため、ピンに付着した打ち抜きカスが持ち上がりやすくなる。
【0008】
本開示の一局面は、打ち抜きカスの持ち上がりを抑制できるパンチ金型を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0009】
本開示の一態様は、シート状のワークが載置される載置面を有する下型と、ワークを打ち抜くための複数のピンを有する上型と、を備えるパンチ金型である。下型は、載置面に開口し、複数のピンを挿通可能な複数の抜き孔と、複数の抜き孔にそれぞれ連続する複数のザグリ孔と、複数のザグリ孔にそれぞれ充填される複数の弾性体と、を有する。複数の抜き孔のうちピッチが0.2mm以下となる1対の微小ピッチ抜き孔において、1対の微小ピッチ抜き孔のピッチに対する、1対の微小ピッチ抜き孔に連続する1対のザグリ孔の径の比は、それぞれ1.5以上である。
【0010】
このような構成によれば、ピッチが0.2mm以下に微小化された貫通孔の打ち抜きにおいて、ザグリ孔の径がピッチ抜き孔のピッチに対し十分な大きさとされる。そのため、弾性体のザグリ孔の径方向における締め付け力が高くなり、ワークの孔開け工程における打ち抜きカスの持ち上がりを抑制できる。
【0011】
本開示の一態様では、1対の微小ピッチ抜き孔に連続する1対のザグリ孔の径は、それぞれ0.3mm以上であってもよい。このような構成によれば、より確実に打ち抜きカスの持ち上がりを抑制できる。
【0012】
本開示の一態様では、1対の微小ピッチ抜き孔に連続する1対のザグリ孔は、互いに連結していてもよい。このような構成によれば、1対のザグリ孔の径を上述の大きさに調整することが容易になる。また、1対のザグリ孔に充填される弾性体も連結されるので、打ち抜きカスを分離する締め付け力が向上する。
【0013】
本開示の一態様では、複数の抜き孔の長さは、それぞれ、連続する複数のザグリ孔の長さよりも大きくてもよい。このような構成によれば、打ち抜きカスの持ち上がりを抑制しつつ、下型の強度を確保することができる。
【0014】
本開示の別の態様は、基材層と、基材層に配置された配線部とを備える回路基板の製造方法である。回路基板の製造方法は、パンチ金型によりシート状のワークに複数の孔を開ける工程を備える。パンチ金型は、ワークが載置される載置面を有する下型と、ワークを打ち抜くための複数のピンを有する上型と、を有する。下型は、載置面に開口し、複数のピンを挿通可能な複数の抜き孔と、複数の抜き孔にそれぞれ連続する複数のザグリ孔と、複数のザグリ孔にそれぞれ充填される複数の弾性体と、を有する。複数の抜き孔のうちピッチが0.2mm以下となる1対の微小ピッチ抜き孔において、1対の微小ピッチ抜き孔のピッチに対する、1対の微小ピッチ抜き孔に連続する1対のザグリ孔の径の比は、それぞれ1.5以上である。
【0015】
このような構成によれば、ピッチが0.2mm以下に微小化された貫通孔の打ち抜きにおいて、ザグリ孔の径がピッチ抜き孔のピッチに対し十分な大きさとされる。そのため、ワークの孔開け工程において、打ち抜きカスの持ち上がりを抑制できる。
【0016】
本開示の一態様は、ワークに開けた複数の孔にビア導体を形成する工程をさらに備えてもよい。このような構成によれば、両面に回路が構成された回路基板を容易かつ確実に得ることができる。
【発明を実施するための形態】
【0018】
以下、本開示が適用された実施形態について、図面を用いて説明する。
[1.第1実施形態]
[1−1.パンチ金型]
図1に示すパンチ金型1は、シート状のワークWに打ち抜きにより複数の貫通孔を形成するための金型である。パンチ金型1は、上型2と、下型3とを備える。
【0019】
シート状のワークWの材質は特に限定されないが、焼成前のセラミックや樹脂等が例示される。すなわち、ワークWとしては、セラミックグリーンシートや樹脂シートが使用でき、打ち抜きカスの持ち上がりによるピン折れが生じやすいセラミックグリーンシートが打ち抜き対象として好適である。ワークWの平均厚さは、例えば0.04mm以上0.50mm以下である。
【0020】
<上型>
上型2は、
図1に示すように、支持プレート21と、複数のピン22と、ノックアウト板23とを有する。
【0021】
支持プレート21は、複数のピン22を支持するプレートである。具体的には、支持プレート21には、複数のピン22が支持プレート21の下側に突出するように設けられている。
【0022】
複数のピン22は、ワークWを打ち抜くことで貫通孔を形成するための部材である。各ピン22の径は、ワークWに形成される貫通孔の大きさに合わせて設計される。また、複数のピン22は、ワークWに形成される複数の貫通孔の位置に合わせて配置される。
【0023】
ノックアウト板23は、複数のピン22よりも下方に配置され、複数のピン22が出入り自在な複数の貫通孔23Aを有する。ノックアウト板23は、ワークWの打ち抜きの際に、複数のピン22よりも先にワークWに当接し、ワークWを押圧する機能を有する。
【0024】
なお、ノックアウト板23と支持プレート21とは、例えばバネ等の弾性体により接続されている。そのため、上型2が下降していくと、まずノックアウト板23がワークWに当接し、その後ノックアウト板23と支持プレート21との距離が縮まっていく。これにより、複数のピン22がノックアウト板23の複数の貫通孔23Aを通過してワークWを打ち抜く。
【0025】
<下型>
下型3は、
図2A,2Bに示すように、本体31と、複数の抜き孔32A,32B,32Cと、複数のザグリ孔33A,33B,33Cと、複数の弾性体34A,34B,34Cとを有する。
【0026】
(本体)
本体31は、ワークWが載置される載置面31Aを有する。載置面31Aは、本体31の上面、つまり上型2と対向する面である。
【0027】
(抜き孔)
抜き孔32A,32B,32Cは、載置面31Aに開口している。また、抜き孔32A,32B,32Cは、対応するピン22をそれぞれ挿通可能である。
【0028】
つまり、抜き孔32A,32B,32Cは、中心軸が鉛直方向と平行となるように形成されている。また、抜き孔32A,32B,32Cの径は、対応するピン22の径よりも若干大きく形成されている。抜き孔32A,32B,32Cとピン22とのクリアランスは、例えば片側で5μm以上20μm以下である。
【0029】
図2Bに示すように、抜き孔32A,32B,32Cの中心軸方向の長さL1は、ザグリ孔33A,33B,33Cの中心軸方向の長さL2よりも大きい。抜き孔32A,32B,32Cの長さL1は、例えば0.5mm以上1mm以下である。また、下型3の強度を高める観点から、抜き孔32A,32B,32Cの長さL1は、ザグリ孔33A,33B,33Cの長さL2の2倍以上であるとよい。
【0030】
抜き孔32A,32B,32Cの径は、それぞれ、例えば0.01mm以上0.1mm以下である。また、抜き孔32A,32B,32Cのピッチ(つまり中心軸間の距離)のうち、最小ピッチは、例えば0.1mm以上0.2mm以下である。
【0031】
(ザグリ孔)
ザグリ孔33A,33B,33Cは、抜き孔32A,32B,32Cにそれぞれ連続する。具体的には、ザグリ孔33A,33B,33Cは、抜き孔32A,32B,32Cの下方に連続して設けられ、本体31の下面(つまり載置面31Aとは反対側の面)に開口している。また、ザグリ孔33A,33B,33Cは、抜き孔32A,32B,32Cと中心軸同士が重なるように形成されている。
【0032】
したがって、下型3には、抜き孔32A,32B,32Cとザグリ孔33A,33B,33Cとにより、下型3を鉛直方向に貫通する貫通孔が構成されている。そのため、
図3に示すように、ワークWの打ち抜き時において、ピン22は、下型3の下方にまで突出する。
【0033】
本実施形態では、
図2A,2B中で最も左側の第1ザグリ孔33Aと、第1ザグリ孔33Aに隣接する第2ザグリ孔33Bとは、互いに連結している。つまり、第1ザグリ孔33Aと第2ザグリ孔33Bとは平面方向に連続した一つの空間を形成している。
【0034】
ザグリ孔33A,33B,33Cの長さL2は、例えば0.2mm以上0.7mm以下である。また、ザグリ孔33A,33B,33Cは、対応する抜き孔32A,32B,32Cよりも径が大きい。
【0035】
ここで、「ザグリ孔の径」とは、ザグリ孔の下端側の開口を平面視したとき(つまりザグリ孔を下側から視たとき)、開口の重心を通り、かつ開口の縁上の2点を結ぶ線分のうち、最も長さの大きい線分の長さをいう。なお、本実施形態のように隣接するザグリ孔が連結している場合は、一方のザグリ孔が連続する抜き孔の中心軸からの距離と、他方のザグリ孔が連続する抜き孔の中心軸からの距離とが等しい等距離線を各ザグリ孔の開口を画定する(つまり2つのザグリ孔を分割する)仮想縁(
図2A,2B中の破線)とする。そして、この仮想縁を開口の縁の一部として、各ザグリ孔の開口の重心及び上記線分を求める。
【0036】
(弾性体)
弾性体34A,34B,34Cは、ザグリ孔33A,33B,33Cにそれぞれ充填される。本実施形態では、第1ザグリ孔33Aと第2ザグリ孔33Bとは連結しているので、第1ザグリ孔33A及び第2ザグリ孔33Bに充填される弾性体34A,34Bは一体となって2つのザグリ孔に跨るように充填されている。
【0037】
弾性体34A,34B,34Cは、弾性を有する材質であれば特に限定されず、シリコーンゴムやウレタンゴム等のゴムが使用できる。これらの中でも離形性の観点から、シリコーンゴムが好ましい。
【0038】
図3に示すように、ワークWの打ち抜き時には、ピン22は弾性体34A,34B,34Cを貫通し、下型3の下側の空間まで突出する。打ち抜き後にピン22が持ち上げられると、弾性体34A,34B,34Cは弾性によって、ピン22によって開けられた孔を塞ぐ復元作用を奏する。この弾性体34A,34B,34Cの復元作用によって、打ち抜き時にピン22の先端に付着した打ち抜きカスが絞られてピン22から分離される。
【0039】
なお、弾性体34A,34B,34Cは、ザグリ孔33A,33B,33Cに加えて、これらと連続している抜き孔32A,32B,32Cの一部(つまり下端部)にまで充填されてもよい。
【0040】
また、ピン22による打ち抜きを繰り返すことにより弾性体34A,34B,34Cはザグリ孔33A,33B,33Cから脱落することがある。そのため、弾性体34A,34B,34Cは、パンチ金型1の使用中に適宜補充される。
【0041】
(抜き孔のピッチとザグリ孔の径との関係)
抜き孔32A,32B,32Cのうちピッチが0.2mm以下となる1対の微小ピッチ抜き孔において、1対の微小ピッチ抜き孔のピッチ(以下、「微小ピッチ」ともいう。)に対する、1対の微小ピッチ抜き孔に連続する1対のザグリ孔(以下、「1対の微小ピッチザグリ孔」ともいう。)の径の比(以下、「径−ピッチ比」ともいう。)は、それぞれ1.5以上である。
【0042】
なお、本実施形態では、1対の微小ピッチ抜き孔は、第1抜き孔32A及び第2抜き孔32Bである。また、上記微小ピッチは、
図2A,2Bに示すピッチPである。1対の微小ピッチザグリ孔の径は、第1ザグリ孔33Aの径D1及び第2ザグリ孔33Bの径D2である。また、1対の微小ピッチザグリ孔である第1ザグリ孔33A及び第2ザグリ孔33Bは、上述のように互いに連結している。
【0043】
上記径−ピッチ比の上限としては、4.5が好ましい。上記径−ピッチ比が4.5を超えると、1対の微小ピッチザグリ孔の径が過度に大きくなり、下型3の強度が不十分となるおそれがある。
【0044】
また、1対の微小ピッチザグリ孔の径は、それぞれ0.3mm以上0.9mm以下が好ましい。1対の微小ピッチザグリ孔の径が0.3mm未満だと、上記径−ピッチ比を1.5以上にすることができないおそれがある。逆に、1対の微小ピッチザグリ孔の径が0.9mmを超えると、下型3の強度が不十分となるおそれがある。
【0045】
なお、本実施形態では、ピッチが0.2mm以下となる微小ピッチ抜き孔は1組のみであるが、微小ピッチ抜き孔が2組以上存在する場合は、各微小ピッチ抜き孔の組に対し、上記径−ピッチ比が1.5以上となるように1対の微小ピッチザグリ孔が構成される。
【0046】
また、微小ピッチ抜き孔以外の抜き孔に連続するザグリ孔(本実施形態では第3抜き孔32Cに連続する第3ザグリ孔33C)の径についても、0.3mm以上とすることが好ましい。
【0047】
[1−2.回路基板の製造方法]
次に、パンチ金型1を用いた回路基板の製造方法について説明する。
本実施形態は、セラミック製の基材層と、基材層に配置された配線部とを備える回路基板の製造方法である。
【0048】
回路基板の製造方法は、
図4に示すように、成形工程S10と、孔開け工程S20と、未焼結導体形成工程S30と、焼成工程S40とを備える。なお、本実施形態では、未焼結導体形成工程S30と焼成工程S40とが、ワークに開けた複数の孔にビア導体を形成する工程を構成する。
【0049】
(成形工程)
本工程では、未焼結セラミックをセラミック基板状に成形する。具体的には、まず、セラミック粉末、有機バインダ、溶剤、及び可塑剤等の添加剤を混合して、スラリーを得る。次に、このスラリーを周知の方法によりシート状に成形することで、基板状の未焼結セラミック(いわゆるセラミックグリーンシート)が得られる。
【0050】
セラミックとしては、例えばアルミナ、ベリリア、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、窒化ケイ素、ガラス等が挙げられる。これらのセラミックは単体で、又は2種以上組み合わせて使用することができる。
【0051】
(孔開け工程)
本工程では、パンチ金型1を用いた打ち抜きによりシート状のワークであるセラミックグリーンシートに複数の孔を開ける。これにより、セラミックグリーンシートの表面と裏面とを厚み方向に貫通する複数の孔が形成される。
【0052】
(未焼結導体形成工程)
本工程では、まず、セラミックグリーンシートに設けた複数の孔にビア導体となる第1未焼結導体を充填する。
【0053】
ビア導体は、回路基板を厚み方向に貫通する導電性を有する部材である。ビア導体は、主成分として金属を含む。この金属としては、例えばタングステン(W)、モリブデン(Mo)、マンガン(Mn)、銅(Cu)、銀(Ag)、これらの合金等が挙げられる。
【0054】
上記第1未焼結導体は、ビア導体の構成材料に溶剤等を加えてペーストにしたものである。第1未焼結導体の複数の孔への充填方法としては、周知のペースト印刷方法が使用できる。
【0055】
第1未焼結導体の充填後、セラミックグリーンシートの両面に対し、セラミックグリーンシートを挟みつつ複数の孔と重なるように、配線部となる第2未焼結導体をそれぞれ配置する。具体的な手順としては、例えば第1未焼結導体の充填で用いたペーストを、スクリーン印刷によってセラミックグリーンシートの両面に印刷することで第2未焼結導体層を形成する。
【0056】
(焼成工程)
未焼結導体の形成後、セラミックグリーンシート、第1未焼結導体及び第2未焼結導体層を焼成する。この焼成は、セラミックグリーンシートが焼結する温度に加熱することで行われる。これにより、セラミックグリーンシートが焼結され、セラミック製の基材層(つまりセラミック基板)が形成される。また、未焼結導体が焼結し、電気的に接続されたビア導体及び配線部が形成される。
【0057】
[1−3.効果]
以上詳述した実施形態によれば、以下の効果が得られる。
(1a)複数の抜き孔のうちピッチが0.2mm以下となる1対の微小ピッチ抜き孔(つまり第1抜き孔32A及び第2抜き孔32B)において、微小ピッチに対する、1対の微小ピッチ抜き孔に連続する1対のザグリ孔(つまり第1ザグリ孔33A及び第2ザグリ孔33B)の径の比は、それぞれ1.5以上である。そのため、ピッチが0.2mm以下に微小化された貫通孔の打ち抜きにおいて、ザグリ孔の径がピッチ抜き孔のピッチに対し十分な大きさとされる。そのため、弾性体34A,34Bのザグリ孔33A,33Bの径方向における締め付け力が高くなり、ワークWの孔開け工程における打ち抜きカスの持ち上がりを抑制できる。
【0058】
(1b)1対の微小ピッチ抜き孔に連続する第1ザグリ孔33A及び第2ザグリ孔33Bは、互いに連結しているので、第1ザグリ孔33A及び第2ザグリ孔33Bの径を上述の関係を満たす大きさに調整することが容易になる。また、1対のザグリ孔に充填される弾性体34A,34Bも連結されるので、打ち抜きカスを分離する締め付け力が向上する。そのため、より確実に打ち抜きカスの持ち上がりを抑制できる。
【0059】
(1c)抜き孔32A,32B,32Cの長さは、それぞれ、連続するザグリ孔33A,33B,33Cの長さよりも大きいので、打ち抜きカスの持ち上がりを抑制しつつ、下型3の強度を確保することができる。
【0060】
[2.他の実施形態]
以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示は、上記実施形態に限定されることなく、種々の形態を採り得ることは言うまでもない。
【0061】
(2a)上記実施形態のパンチ金型1において、
図6A,6Bに示すように、1対の微小ピッチ抜き孔に連続する1対のザグリ孔と、その他のザグリ孔とを連結した連結ザグリ孔33Dを設けてもよい。この連結ザグリ孔33Dは、3つの抜き孔32A,32B,32Cと鉛直方向(つまり中心軸方向)に連続する。また、連結ザグリ孔33Dには、弾性体34Dが充填される。
【0062】
さらに、上記実施形態のパンチ金型1において、
図7Aに示すように、複数のザグリ孔を2次元方向に連結した連結ザグリ孔33Eを設けてもよい。この連結ザグリ孔33Eは、縦横に複数のザグリ孔を連結したもので、複数の抜き孔32Eと鉛直方向に連続する。
【0063】
(2b)上記実施形態のパンチ金型1において、ザグリ孔33A,33B,33Cの開口の形状は円形に限定されない。したがって、パンチ金型1の下型3は、例えば
図7Bに示すように、開口が四角形状のザグリ孔33Fを有してもよい。また、ザグリ孔の開口の形状は、楕円形、四角形以外の多角形等とすることもできる。
【0064】
(2c)上記実施形態のパンチ金型1において、抜き孔とザグリ孔との中心軸同士は必ずしも重ならなくてもよい。つまり、ピンがザグリ孔まで挿通可能であれば、抜き孔とザグリ孔との中心軸同士はずれていてもよい。
【0065】
(2d)上記実施形態のパンチ金型1において、1対の微小ピッチ抜き孔に連続する1対のザグリ孔は、必ずしも互いに連結している必要はなく、それぞれ独立して設けられてもよい。
【0066】
(2e)上記実施形態のパンチ金型1において、抜き孔32A,32B,32Cの長さL1は、必ずしも連続するザグリ孔33A,33B,33Cの長さL2よりも大きくなくてもよい。
【0067】
(2f)上記実施形態の回路基板の製造方法において、ビア導体及び配線部が形成された複数の回路基板を積層する工程を備えてもよい。この工程により、多層回路基板が得られる。
【0068】
(2g)上記実施形態の回路基板の製造方法において、ワークWとして、セラミックグリーンシート以外のシートを用いてもよい。また、ワークWに設けた孔に必ずしもビア導体を形成する必要はない。
【0069】
(2h)上記実施形態における1つの構成要素が有する機能を複数の構成要素として分散させたり、複数の構成要素が有する機能を1つの構成要素に統合したりしてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加、置換等してもよい。なお、特許請求の範囲に記載の文言から特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本開示の実施形態である。
【0070】
[3.実施例]
以下に、本開示の効果を確認するために行った試験の内容とその評価とについて説明する。
【0071】
図1のパンチ金型1において、ピン22の本数を10本、ピン22の径を0.06mm、抜き孔32間のピッチを全て0.2mmとし、下型3の全てのザグリ孔の径を表1に示すように変えた実施例1,2及び比較例1,2の4つの金型を用意した。なお、弾性体としては、シリコーンゴムを使用した。
【0072】
これらの金型それぞれを用いてセラミックグリーンシートのパンチングを行い、5000回、10000回、15000回、及び20000回のパンチング後におけるピン折れ及びカス上がりの有無を確認した。なお、ピン折れとは、ピンが折れた状態を意味し、カス上がりとは、打ち抜きカスが下型3の載置面の上側まで持ち上がったことを意味する。結果を表1に示す。
【0074】
表1に示されるように、径−ピッチ比が1.5未満の比較例1及び比較例2では、それぞれパンチングの回数が増えると共にカス上がりが発生した。比較例2では、カス上がりに起因してピン折れに至った。
【0075】
一方、径−ピッチ比が1.5の実施例1、及び径−ピッチ比が9.0の実施例2では、それぞれ20000回パンチングしてもカス上がりが発生せず、ピン折れに至らなかった。
【0076】
また、上記試験において、パンチングの回数ごとに弾性体の状態を観察し、モードA、モードB及びモードCの発生割合を集計した。モードAは、弾性体に空洞が無い状態、モードBは、弾性体に小さな空洞がある状態、モードCは、弾性体がザグリ孔の開口面積の半分以上無い状態を意味する。結果を
図8に示す。
【0077】
図8に示されるように、径−ピッチ比が1.5未満の比較例1及び比較例2では、パンチングの回数が増えると共に弾性体の脱落率が高まっていき、最終的に70%以上で空洞が発生している。
【0078】
一方、実施例1及び実施例2は、20000回のパンチング後でも空洞の発生率が60%以下である。さらに、実施例2では、空洞の発生率が20000回のパンチング後で20%に抑えられている。
【0079】
これらの結果から、金型における径−ピッチ比を1.5以上とすることで、打ち抜きによる弾性体の脱落の発生率が低下し、打ち抜きカスの持ち上がりが抑制されることが示された。