JP2000326144A - 多孔マイクロパンチ装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 多孔マイクロパンチ装置及びその製造方法を
提供する。 【解決手段】 パンチ装置（５０）は、基板に均等な孔
やバイア等を形成するため、その一部として形成された
複数のパンチチップ（４０）を有する。パンチ装置は、
全体として、孔（３６）を備えた工具（３４）を提供
し、この工具で一体の材料ブロック（３７）にアーキン
グを加えてブロックに複数のパンチチップを形成し、こ
れらのパンチチップを中心として工具を軌道運動するこ
とによって形成される。形成後、パンチ装置は、ベース
（３８）及びこのベースに形成された複数のパンチチッ
プを有する。パンチチップは、フレア状セグメント（４
２）を有し、パンチチップはこのセグメントのところで
ベースと出会う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は孔パンチに関し、詳
細には、本発明は、小さく且つ歪みのない孔やバイア
（ｖｉａ）等を基板に形成するためのマイクロ孔パンチ
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、孔パンチの設計に関する様々な装
置及び方法が開発されてきた。本発明と関連した特許の
例には、以下に列挙する特許が含まれる。これらの特許
に触れたことにより、これらの特許に開示されている内
容は、教示を支持するため、本明細書中に組入れたもの
とする。

【０００３】米国特許第１７４，３８６号は、チューブ
状切断パンチであり、米国特許第２２４，６６５号は、
印刷用オートグラフィックステンシルを形成するための
方法であり、米国特許第１，０５６，８０５号は、印
刷、穿孔、及び切断を行うための装置であり、米国特許
第１，１５９，８３０号は、有孔ノートシートを形成す
るためのダイであり、米国特許第２，２３８，８５３号
は、パルプ成形ダイを形成する方法であり、米国特許第
２，６１９，８５３号は、ダイ形成方法であり、米国特
許第２，８７３，６２７号は、多パンチ及びダイセット
であり、米国特許第５，３０３，６１８号は、バイア孔
パンチである。

【０００４】以上の特許は、本出願人が気付いている当
該技術分野の現状を反映するものであり、本願の審査と
関連する情報を開示する上で本出願人が承知している誠
実の義務を果たそうとして提出するものである。しかし
ながら、これらの特許のうち、単独でも組み合わせて
も、本願発明を教示したり明らかにしたりするものはな
いということをここに明記する。

【０００５】集積回路技術の発展に従って、集積回路の
構成要素の寸法を更に小さくする必要性が高まる。同様
に、構成要素に形成される孔、バイア等を更に小さくす
る必要がある。このような集積回路の構成要素に孔を形
成するための関連装置が存在している。しかしながら、
関連技術について幾つかの共通の問題がある。例えば、
関連したパンチ設計に伴う一つの問題点は、極めて小径
の孔は、正確に形成するのが困難であるということであ
る。これは、小径のパンチチップ／ピン（以下、「チッ
プ」と呼ぶ）を形成できないプロセスを使用して関連パ
ンチを形成するためである。逆に、関連プロセスを使用
してパンチチップを形成する場合には、パンチチップの
小さな直径は、多くの場合、歪みや凹凸のあるパンチチ
ップの発生を高めてしまう。従って、歪みや凹凸のある
孔が、集積回路の構成要素に形成されることとなる。

【０００６】他の関連したパンチ設計は、多数のパンチ
チップを備えたパンチの代わりに個々のパンチチップを
使用することによって、構成要素に孔の所望のパターン
を形成する。多数のチップを持つパンチを使用しないた
め、個々のパンチチップを所望のパターンで次々に移動
させる必要があり、これには時間及び費用がかかる。

【０００７】更に、多数のチップを上側に位置決めでき
る関連パンチは、個々のチップがパンチに取り外し自在
に挿入されている。これは、パンチチップが抜けて失わ
れる場合があるばかりでなく、追加の保守及びパンチの
検査を行う必要があり、使用者は、時間及び資源の両方
を無駄に費やすことになる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】従って、安価なパンチ
装置及びその形成方法が必要とされている。このパンチ
装置は、多数のパンチチップがパンチの一部として形成
されており、小さく且つ歪みのない孔やバイア等を基板
に形成できる。

【０００９】本発明の好ましい実施例は、本明細書中に
記載した問題点及び本明細書中に論じられていない当業
者が発見できる他の問題点を解決するように設計されて
いる。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の特徴は、パンチ
装置を提供することである。詳細には、小さく且つ歪み
のない孔やバイア等を基板に形成するための多数のパン
チチップが形成されたパンチ装置が提供される。

【００１１】本発明の別の特徴は、１）ベースと、２）
このベースに形成された複数のパンチチップとを有し、
各パンチチップは底面を有し、この底面は外方にフレア
している（換言すれば、フレアー状に広がっている、ま
たは、末広がりになっている）、パンチ装置を提供する
ことである。

【００１２】本発明の更に別の特徴は、１）ベースと、
２）頂面及びフレア状セグメントを各々有する複数のパ
ンチチップとを含み、これらのパンチチップがベースに
動かないように固定されている、パンチ装置を提供する
ことである。

【００１３】本発明の更に別の特徴は、小さく且つ歪み
のない孔、バイア、等を基板に形成できるように、多数
のパンチチップが一部として形成されたパンチ装置を形
成するための方法を提供することである。

【００１４】本発明の更に別の特徴は、パンチ装置を形
成するための方法であって、１）複数の孔を持つ工具
（ツール）を提供する工程と、２）この工具で一体の材
料ブロック（すなわち、ブロック材料又はブロック材）
にアーキング（ａｒｃｉｎｇ）を加え、複数のパンチチ
ップをブロックに形成する工程と、３）パンチチップを
中心として工具を軌道運動（ｏｒｂｉｔｉｎｇ：換言す
れば、軌道移動）する工程とを含む、方法を提供するこ
とである。

【００１５】本発明の更に別の特徴は、パンチ装置を形
成するための方法であって、１）部片を提供する工程
と、２）この部片の所定の位置に孔を形成する工程と、
３）部片の孔をフラッシングし、汚染物を除去する工程
と、４）部片で材料ブロックにアーキングを加え、複数
のパンチチップを形成する工程と、５）これらのパンチ
チップを中心として部片を軌道運動（軌道移動）する工
程と、６）パンチチップを研削する工程とを含む、方法
を提供することである。

【００１６】本発明は、これらの特徴のうちの任意の一
つの特徴それ自体にはなく、本明細書中に開示し且つ特
許請求の範囲されたこれらの全ての特定の組み合わせに
ある。本開示がその基礎とする概念は、本発明の幾つか
の目的を実行するためのこの他の構造、方法、及びシス
テムを設計するための基礎として容易に使用できるとい
うことは、当業者には理解されよう。更に、要約書は、
特許請求の範囲によって行われた本願発明の定義を行お
うとするものでも本発明の範囲を限定しようとするもの
でもない。

【００１７】本発明の図面は、等縮尺でないということ
に着目されたい。添付図面は単なる概略の例示であっ
て、本発明の特定のパラメータを描出すようとするもの
ではない。添付図面は、本発明の代表的な実施例を示そ
うとするに過ぎず、及び従って、本発明の範囲を限定す
るのもと考えられてはならない。添付図面では、図面間
で同様の要素に同じ参照番号が附してある。

【００１８】

【発明の実施の形態】本発明は、マイクロ孔（微小孔）
パンチ装置及びその形成方法を提供する。詳細には、小
さく且つ歪みのない孔、バイア等を基板に形成するため
の複数のパンチチップを持つパンチ装置５０を提供す
る。

【００１９】先ず最初に図１を参照すると、この図に
は、本発明によるパンチ装置５０を形成するための方法
１０のフローチャートが示してある。詳細には、方法１
０の第１工程１２は、孔３６を備えた工具／部片３４を
提供する工程である。この工具は、図３及び図４に示し
てあり、放電加工（ＥＤＭ）工具３４として当該技術分
野で一般に周知である。添付図面に示すように、工具に
は複数の孔３６が形成されている。特定の数の孔３６が
示してあるが、任意の数の孔を形成できるということは
理解されるべきである。詳細には、添付図面に示す孔３
６の数は、単なる例示である。

【００２０】工具３４は、所望の製品の反転であるよう
に形成される。詳細には、孔３６が配置されている場所
では、工具３４が置かれた被加工物（ワークピース）
は、無傷のままである。これとは逆に、孔３６が配置さ
れていない場所では、被加工物に処理が加えられる、即
ちＥＤＭ（放電加工）が行われる。工具３４は、カーボ
ンで形成されていることがより具体的にはグラファイト
で形成されていることが好ましいが、多くの等価物が存
在するということは理解されるべきである。例えば、工
具３４は、銅やタングステンでできていてもよい。

【００２１】ひとたび工具３４の所望の位置に孔３６を
設けた後、パンチ装置５０に形成するのが望ましい被加
工物に工具３４を置く。詳細には、第２工程１４は、一
体の材料ブロック３７の上で工具３４がアークを発生
し、パンチチップ４０を形成する工程である。図４及び
図５を参照すると、工具３４は、一体の材料ブロック３
７の上で矢印３９が示す方向にアークを発生する。一体
の材料ブロック３７は好ましくは鋼（スチール）である
が、多くの等価物が存在するということは理解されるべ
きである。例えば、一体の材料ブロック３７は、カーバ
イド又は他の剛性材料であってもよい。

【００２２】アーキング（ａｒｃｉｎｇ）は、工具３４
を通して電流を加えることにより、一体の材料ブロック
３７を、工具３４の孔３６が存在しない位置で溶融除去
（ｂｕｒｎ ｄｏｗｎ）する電気的プロセスである。こ
れは、図５に示すように、一体の材料ブロック３７の、
孔３６と重なった位置で、一体の材料ブロック３７にパ
ンチチップ４０が形成されるように行われる。アーキン
グはＥＤＭプロセス（放電加工プロセス）であり、その
詳細は当業者に公知である。

【００２３】アーキングでパンチチップ４０がひとたび
形成された後、第３工程１６を実行する。詳細には、パ
ンチチップ４０を中心として工具３４を軌道運動（換言
すれば、軌道移動）させる。この軌道運動（ｏｒｂｉｔ
ｉｎｇ）工程１６は、パンチチップ４０を中心とした工
具３４の回転ではなく、むしろ、軌道をなすように揺動
（又は振動）させることである。工具を回転しようとす
ると、パンチチップ４０が折れてしまう。更に、軌道運
動工程１６では、工具３４を通して加えられた電流を減
少しなければならない。これにより、パンチチップ４０
を精密に且つ均等に形成できる。

【００２４】方法１０の最終工程１８は、パンチチップ
４０を研削する工程である。研削により、パンチチップ
４０の表面を平らで且つ滑らかにし、かくしてパンチチ
ップの欠陥をなくすか或いは欠陥が発生する頻度を減少
する。更に、研削により、使用者は、パンチチップ４０
がとる形体を更に正確に選択できる。図５及び図６に示
すように、パンチチップ４０は円形形体の頂面４４又は
縁部４６を含む。この円形形体により、使用者は、きれ
いで歪みのない孔やバイア等を基板（図示せず）に、基
板の残りの部分に悪影響を及ぼすことなく、形成でき
る。しかしながら、パンチチップ４０の頂面４４につい
て、この他の形体が存在するということは理解されるべ
きである。例えば、頂面４４は図７に示すように多角形
であってもよい。研削工程１８は有利であり、本明細書
中に説明したが、本発明の必須の工程ではない。例え
ば、使用者は、プロセスを軌道運動工程で完了できる。

【００２５】図２は、本発明のパンチ装置５０を形成す
るための別の方法２０を示す。第１工程２２は、部片３
４を提供する工程である。上文中に説明した方法と同様
に、部片３４は、放電加工（ＥＤＭ）部片３４として当
該技術分野で周知である。部片３４は、カーボンで形成
されていることがより具体的にはグラファイトで形成さ
れていることが好ましいが、多くの等価物が存在すると
いうことは理解されるべきである。例えば、部片３４
は、銅やタングステンでできていてもよい。ひとたび部
片３４を工程２２で提供した後、この部片の所定位置に
孔３６を設けなければならない。詳細には、使用者は孔
の位置及び数を選択し、これらの孔を、当該技術分野で
公知のように、ＥＤＭ（放電加工）を使用して形成す
る。

【００２６】工程２４で部片３４に孔３６を形成した
後、部片３４を工程２６でフラッシングしてもよい。こ
れにより、汚染物即ち部片に残っているものを除去する
ことができる。この工程は、均等なパンチチップ４０を
形成するために部片３４を使用できるようにするのを補
助する。フラッシング工程２６は必要ではないが、フラ
ッシングをしないと、汚染物がパンチチップ４０の形成
に悪影響を及ぼす可能性がある。

【００２７】図３及び図４に示すように、部片３４には
複数の孔が形成される。所定数の孔３６が示してある
が、任意の数の孔を形成できるということは理解される
べきである。詳細には、図面に示す孔３６の数は、単な
る例示の目的で示された数である。

【００２８】方法１０と同様に、部片３４は、所望の製
品の反転であるように形成される。詳細には、孔３６が
配置された場所では、部片３４が置かれた被加工物に作
用が及ぼされない。これとは逆に、孔３６が配置されて
いない場所では、被加工物に処理が加えられる、即ちＥ
ＤＭが行われる。

【００２９】部片３４のうち使用者が望む場所に孔３６
を形成した後、パンチ装置５０に形成するのが望ましい
被加工物に部片３４を置く。詳細には、第４工程２８
は、一体の材料ブロック３７の上で部片３４がアークを
発生し、パンチチップ４０を形成する工程である。図４
及び図５を参照すると、部片３４は、一体の材料ブロッ
ク３７上で矢印３９が示す方向にアークを発生する。一
体の材料ブロックは好ましくは鋼であるが、多くの等価
物が存在するということは理解されるべきである。例え
ば、一体の材料ブロック３７は、カーバイド又は他の剛
性材料であってもよい。

【００３０】上述のように、アーキングは、部片３４を
通して電流を加えることにより、一体の材料ブロック３
７を、部片３４の孔３６が存在しない位置で溶融除去す
る電気的プロセスである。これは、図５に示すように、
一体の材料ブロック３７の、孔３６と重なった位置で、
一体の材料ブロック３７をベース３８まで溶融除去し、
パンチチップ４０をそのベースの一部として形成するよ
うに行われる。アーキングはＥＤＭプロセスであり、そ
の詳細は当業者に公知である。更に、アーキング工程に
亘って部片３４をフラッシングしてもよいということは
理解されるべきである。上述のように、フラッシングに
より、部片から汚染物を除去する。かくして、パンチチ
ップ４０に欠陥が形成される可能性が低下する。

【００３１】アーキングにより、一体の材料ブロックに
パンチチップ４０が形成された後、第５工程３０を実行
する。詳細には、パンチチップ４０を中心として部片３
４を軌道運動させる。この軌道運動工程３０は、パンチ
チップ４０を中心とした部片３４の回転ではなく、むし
ろ、軌道をなすように揺動（又は振動）させることであ
る。部片３４を回転しようとすると、パンチチップが折
れてしまう。更に、軌道運動工程３０では、部片３４を
通して加えられた電流を減少しなければならない。これ
により、パンチチップ４０を精密に且つ均等に形成でき
る。

【００３２】方法２０の最終工程３２は、パンチチップ
を研削する工程である。研削により、パンチチップ４０
の表面を平らで且つ滑らかにし、かくしてパンチチップ
の欠陥をなくすか或いは欠陥が発生する頻度を減少す
る。更に、研削により、使用者は、パンチチップ４０が
とる形体を更に正確に選択できる。図５及び図６に示す
ように、パンチチップ４０は、円形形体４６の頂面４４
を含む。この円形形体４６により、使用者は、きれいな
（あるいは完全な）孔やバイア等を基板（図示せず）
に、基板の残りの部分に悪影響を及ぼすことなく、形成
できる。しかしながら、パンチチップ４０の頂面４４に
ついて、この他の形体が存在するということは理解され
るべきである。例えば、頂面４４は図７に示すように多
角形であってもよい。研削工程３２は有利であり、本明
細書中に説明したが、本発明の必須の工程ではない。例
えば、使用者は、プロセスを軌道運動工程で完了でき
る。

【００３３】図５、図６、及び図７は、本発明の方法に
従って形成された完成したパンチ装置を示す。図５を参
照すると、パンチ装置５０が示してある。この装置は、
複数のパンチチップ４０が形成されたベース３８を含
む。パンチチップ４０は、パンチ装置５０の一部として
形成されており、パンチ装置５０と取り外し可能に係合
させた個々のパンチチップではない。パンチチップ４０
は、パンチチップ４０がベース３８と出会う部分にフレ
ア状セグメント４２を持つコラム状形体（円柱状形体）
をとる。このフレア状セグメント４２は、パンチチップ
４０を強化する上で役立ち、パンチチップ４０の折損を
阻止するのを助ける。工具／部片３４の説明と同様に、
パンチ装置５０は、特定の数のパンチチップを持つよう
に図５、図６、及び図７に示してあるが、パンチチップ
４０の数及び位置は、使用者の必要（ニーズ）及び工具
／部片３４の形体に従って変化するということは理解さ
れるべきである。

【００３４】図６は、上文中に説明したように、パンチ
チップ４０の頂面４４がとる一つの形体を示す。詳細に
は、使用者の必要（ニーズ）に応じて頂面４４に丸味４
６を付けることができる。図７は、頂面４４の形体につ
いての別の態様を示す。この実施例では、使用者の必要
に合わせるため、頂面４４は、隅部が垂直方向に延びる
多角形又は正方形である。しかしながら、頂面４４は、
使用者の必要（ニーズ）に基づいて、本願に示してない
別の形体をとることができるということは理解されよ
う。

【００３５】本発明に従って形成されたパンチチップ４
０は、基板に孔やバイア等を形成するようになってい
る。詳細には、技術において、集積回路のサイズを小型
化することが求められているため、孔やバイア等を同様
に小さくする必要がある。本発明に従ってパンチ装置５
０を形成することによって、また、かくして形成された
パンチ装置５０を使用することによって、使用者は、き
れいで均等な孔やバイア等を基板に更に正確に形成でき
る。孔やバイア等が形成される基板の例には、とりわ
け、エポキシ樹脂及びセラミックグリーンテープが含ま
れる。更に、本発明のパンチ装置５０は、直径が少なく
とも０．１０１６ｍｍ（０．００４インチ）程度に小さ
いこのような孔やバイア等を形成できなければならな
い。本発明のパンチ装置５０を使用して他の大径の孔や
バイア等も形成できる。

【００３６】パンチを受け入れるためのダイ（図示せ
ず）が必要とされるということは、当業者には理解され
よう。このようなダイには、基板に形成されることが望
まれるパターンで孔が設けられている。ダイは、対応す
る孔を基板に形成する上でパンチチップ用のテンプレー
トとして役立つ。

【００３７】更に、基板をパンチから離間するための装
置（図示せず）もまた必要とされている。これは、基板
に形成された孔にパンチチップ４０がくっつかないよう
にする。適当な抜取り手段（ストリッピング手段）の一
例としては、ダイに負圧を加えてパンチに空気の力を加
えることが挙げられる。負圧によりダイ及び基板が所定
の場所に保持され、空気の力がパンチチップ４０を基板
から分離する。しかしながら、パンチを引き抜く際に基
板を所定位置に保持する任意の機械的装置が同様に適し
ているということは理解されるべきである。

【００３８】本発明を特にこれらの実施例を参照して教
示したが、本発明の精神及び範囲から逸脱することな
く、形体及び詳細において変更を行うことができるとい
うことは当業者には理解されよう。上文中に説明した実
施例は、全ての点に関し、単なる例示であって限定では
ないと考えられるべきである。従って、本発明の範囲
は、以上の説明によってでなく、特許請求の範囲によっ
て定められる。特許請求の範囲の均等の意味及び範囲内
の全ての変更は、特許請求の範囲に含まれる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、パンチ装置を本発明に従って形成する
ための方法のフローダイヤグラムである。

【図２】図２は、パンチ装置を本発明に従って形成する
ための方法のフローダイヤグラムである。

【図３】図３は、本発明による部片又は工具の平面図で
ある。

【図４】図４は、本発明による、一体のブロック材料及
び部片又は工具の斜視図である。

【図５】図５は、本発明によるパンチ装置の側面図であ
る。

【図６】図６は、本発明の変形例に係る、チップに丸味
を付けたパンチ装置の平面図である。

【図７】図７は、本発明の別の実施例に係る、パンチ装
置の平面図である。

【符号の説明】

３４ 工具／部品 ３６ 孔 ３７ 材料ブロック ４０ パンチチップ ５０ パンチ装置

Claims (20)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 パンチ装置を形成するための方法であっ
   て、 ａ）複数の孔を持つ工具を提供する工程と、 ｂ）前記工具で一体の材料ブロックにアーキングを加
   え、前記ブロックに複数のパンチチップを形成する工程
   と、 ｃ）前記パンチチップを中心として前記工具を軌道運動
   させる工程とを備えた、方法。
2. 【請求項２】 前記パンチチップを研削する工程を更に
   備えた、請求項１に記載の方法。
3. 【請求項３】 前記研削工程は、平らな頂面を持つパン
   チチップを提供する、請求項２に記載の方法。
4. 【請求項４】 パンチ装置で基板にバイアを形成する工
   程を更に備えた、請求項１に記載の方法。
5. 【請求項５】 前記工具は、グラファイト、銅、及びタ
   ングステンからなる群から選択される、請求項１に記載
   の方法。
6. 【請求項６】 前記孔は、工具の所定位置に形成され
   る、請求項１に記載の方法。
7. 【請求項７】 前記孔は、放電加工によって形成され
   る、請求項１に記載の方法。
8. 【請求項８】 前記工具提供工程の前に前記孔をフラッ
   シングして汚染物を除去する、請求項１に記載の方法。
9. 【請求項９】 前記軌道運動工程は、縁部に丸味が付い
   た頂面を持つパンチチップを提供する、請求項１に記載
   の方法。
10. 【請求項１０】 パンチ装置を形成するための方法であ
    って、 ａ）部片を提供する工程と、 ｂ）前記部片の所定の位置に孔を形成する工程と、 ｃ）前記部片の前記孔をフラッシングし、汚染物を除去
    する工程と、 ｄ）前記部片で材料ブロックにアーキングを加え、複数
    のパンチチップを形成する工程と、 ｅ）前記パンチチップを中心として前記部片を軌道運動
    させる工程と、 ｆ）前記パンチチップを研削する工程とを備えた、方
    法。
11. 【請求項１１】 前記部片は、グラファイト、銅、及び
    タングステンからなる群から選択される、請求項１０に
    記載の方法。
12. 【請求項１２】 前記軌道運動工程は、丸味を帯びた頂
    面を持つパンチチップを提供する、請求項１０に記載の
    方法。
13. 【請求項１３】 前記研削工程は、平らな頂面を持つパ
    ンチチップを提供する、請求項１０に記載の方法。
14. 【請求項１４】 パンチ装置であって、 ａ）ベースと、 ｂ）前記ベースと一体に形成された複数のパンチチップ
    とを備え、各パンチチップは底面を有し、前記底面は外
    方にフレアー状に広がっている、パンチ装置。
15. 【請求項１５】 前記パンチチップは、頂面を更に備え
    た、請求項１４に記載のパンチ装置。
16. 【請求項１６】 前記頂面は丸味を帯びた縁部を有す
    る、請求項１５に記載のパンチ装置。
17. 【請求項１７】 前記頂面は平らである、請求項１５に
    記載のパンチ装置。
18. 【請求項１８】 パンチ装置であって、 ａ）ベースと、 ｂ）頂面及びフレア状セグメントを各々含む複数のパン
    チチップとを備え、前記パンチチップは前記ベースに一
    体に形成されている、パンチ装置。
19. 【請求項１９】 前記パンチチップの各々の前記頂面は
    平らであり、丸味を帯びた縁部を有する、請求項１８に
    記載のパンチ装置。
20. 【請求項２０】 前記パンチチップは、前記フレア状セ
    グメントのところで前記ベースに出会う、請求項１８に
    記載のパンチ装置。