JP7175077B2 - 塑性加工用の金型、およびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、成形対象に一群の凹状構造を成形するための塑性加工用の金型、なかでも、内部に凸部や凹部を備えている複雑な凹状構造を成形するための塑性加工用の金型と、その製造方法に関する。

例えば、表面実装型のセラミックパッケージの製造方法として、基板にセラミックシートを積層したのち焼成して、片面にキャビティ（凹状構造）を備えたセラミック基板を得ることが特許文献１に開示されている。また、特許文献１には、合計４枚のセラミックシートを積層して、最下層のセラミックシートの中央に向かって階段状に凹むキャビティを形成することが開示されている。

本出願人は、この種の成形金型に関して特許文献２の電鋳メタルを先に提案している。そこでは、銅合金製の基板の表面にニッケルを１次電鋳して電着層を形成し、電着層の表面に、電鋳用の開口部を備えた電着パターンをフォトリソグラフィ法によって形成する。開口部に合致する通口を備えた捨て電着用部材を別途形成しておき、捨て電着用部材を電着パターンの表面に密着した状態で、開口部および捨て電着用部材の表面にニッケルを２次電鋳する。次に、捨て電着用部材を剥離除去し、さらにパターンレジストを除去して、電着層の表面に穿孔用の凸部を形成し、凸部および電着層の表面にメッキ被膜を形成して電鋳メタルを完成する。凸部の厚みは２００～３００μｍである。この電鋳メタルを使用することにより、グリーンシートに微小部品を搭載するための一群の孔を形成することができる。

特開２００３－１５８３７５公報（段落番号００３２～００３３、図１） 特開２００２－１８０２８２公報（段落番号００１７～００２４、図１）

近年、表面実装型のセラミックパッケージの小形化と、低背化（薄形化）とが促進され、その外形サイズはますます小さくなりつつある。例えば、小形化されたセラミックパッケージの縦横寸法は１．６×１．２ｍｍしかなく、そのため装填凹部を成形するための金型は、より高度の寸法精度や位置精度を備えていることが要求される。しかし、特許文献１の多層基板の製造方法においては、焼成前のセラミックシートにパンチング加工を施して開口やビアホールを形成するため、先に述べたような微小サイズのセラミックパッケージに対応した開口やビアホールを高精度に加工することが困難になる。セラミックパッケージが小さくなるのに伴い、加工寸法に対する許容誤差寸法が極端に小さくなるが、パンチング加工用の金型では、加工時のばらつき寸法が先の許容誤差寸法より大きくなるため、要求される精度の塑性加工を行うことは極めて困難になるからである。

その点、特許文献２の電鋳メタルでは、電鋳加工によって成形凸部を高精度に形成できるので、グリーンシートに微小部品を搭載するための一群の孔を精密に形成できる。しかし、特許文献２の電鋳メタルは、成形用凸部の厚みが一定であるため、グリーンシートに形成される孔は、凸部の外形形状に合致した一定深さの孔にしかならない。そのため、微小パーツの構造や機能に対応した凹状構造を形成することができない。詳しくは、内部に凸部や凹部を備えている複雑な凹状構造を成形することはできない。

本発明の目的は、内部に凸部や凹部を備えている複雑で微細な凹状構造を高精度で成形できる塑性加工用の金型と、その製造方法を提供することにある。

本発明に係る塑性加工用の金型は、加工対象３に凸部や凹部を備えた凹状構造４の一群を成形するための金型である。塑性加工用の金型は、金属製の基板１の上面に、凹状構造４を形成するための一群の成形凸部２が設けられて、一群の成形凸部２の表面が金属カバー層２９で覆われている。図１、図１４（ｅ）に示すように、成形凸部２は、多段状に積層した複数の金属層で構成する。

複数の金属層は電鋳層２１・２２・２３からなる。

複数の金属層はメッキ層５１・５２からなる。

図３に示すように、基板１の上面には一群の成形凸部２を備えた成形エリア１１が形成されている。成形エリア１１を囲む状態でダミーエリア１３が形成されている。ダミーエリア１３に、成形凸部２と同じ構造の一群のダミー成形凸部１５が形成されている。

基板１の周縁にダミーエリア１３を囲む外周エリア１４が形成されている。外周エリア１４において金属カバー層２９が露出している。

各金属層の上面は介在層２６・２７・２８で覆われている。

本発明に係る塑性加工用の金型の製造方法は、金属製の基板１の上面に多段状の成形凸部２の一群が形成された金型の製造方法である。本製造方法は、電鋳対象に、レジスト開口３５・３９を備えたレジストパターン３６・４０をフォトリソグラフィ法で形成するパターニング工程と、レジスト開口３５・３９に臨む電鋳対象の表面に電鋳層２１・２２・２３を形成する電鋳工程と、レジストパターン３６・４０を除去するパターン除去工程を含む。パターニング工程と電鋳工程を２回以上交互に行い、最終の電鋳工程ののちパターン除去工程を行い、基板１の上面に複数の電鋳層２１・２２・２３を積層形成して成形凸部２を多段状に形成し、一群の成形凸部２を含む基板１の上面にメッキ処理を施して金属カバー層２９を形成することを特徴とする。

本発明に係る塑性加工用の金型の別の製造方法においては、金属製の基板１の上面に多段状の成形凸部２の一群が形成された金型の製造方法である。本製造方法は、処理対象に、レジスト開口３５・３９を備えたレジストパターン３６・４０をフォトリソグラフィ法で形成するパターニング工程と、レジスト開口３５・３９に臨むメッキ対象の表面にメッキ層５１・５２を形成するメッキ工程と、レジストパターン３６・４０を除去するパターン除去工程を含む。パターニング工程とメッキ工程を２回以上交互に行い、最終のメッキ工程ののちパターン除去工程を行い、基板１の上面に複数のメッキ層５１・５２を積層形成して成形凸部２を多段状に形成し、一群の成形凸部２を含む基板１の上面にメッキ処理を施して金属カバー層２９を形成することを特徴とする。

上記の製造方法は、基板１の上面にメッキ処理を施してストライクメッキ層２０を形成する下地調整工程を備えており、下地調整工程を行ったのち、パターニング工程と電鋳工程またはメッキ工程を行って１層目の電鋳層２１、または１層目のメッキ層５１を形成する。

金属製の原板４４に複数の基板１を同時に形成する。原板４４を複数の基板１の集合外郭線Ｌに沿ってレーザーカッターで切断して、基板集合体４５を形成する。基板集合体４５を個々の基板１の外郭線に沿ってワイヤーカット放電加工機で切断して、複数の塑性加工用の金型を形成する。

本発明に係る塑性加工用の金型においては、金属製の基板１の上面に、凸部や凹部を備えた凹状構造４を形成するための一群の成形凸部２を設け、一群の成形凸部２の表面を金属カバー層２９で覆うようにした。また、成形凸部２は、多段状に積層した複数の金属層で構成した。こうした塑性加工用の金型によれば、従来構造の金型に比べて、寸法精度や位置精度に優れた高精度の成形凸部２を精確に形成できる。従って、一群の成形凸部２を備えた金型を使用して加工対象３に塑性加工を施すことにより、内部に凸部や凹部を備えている複雑で微細な構造の凹状構造４を高精度に、しかも１回の塑性加工のみで確実に成形できる。また、一群の成形凸部２の表面を金属カバー層２９で覆うことにより、成形凸部２の外隅部を覆う部分の金属カバー層２９を丸めることができる。従って、塑性加工が施された加工対象３を金型から離型する場合に、加工対象３を容易に離型できる。

複数の金属層を電鋳層２１・２２・２３で形成すると、内部に凸部や凹部を備えている複雑で微細な構造の凹状構造４を高精度に形成できる。

複数の金属層をメッキ層５１・５２で形成すると、電鋳層２１・２２・２３で金属層を形成する場合と同様に、複雑で微細な構造の凹状構造４を高精度に形成できるうえ、塑性加工用の金型をより低コストで提供できる。

基板１の上面に一群の成形凸部２を備えた成形エリア１１を形成し、さらに成形エリア１１を囲む状態でダミーエリア１３を形成して、同エリア１３に成形凸部２と同じ構造の一群のダミー成形凸部１５を形成すると、成形エリア１１に形成される成形凸部２の層厚みを均一にすることができる。これは以下の理由による。電鋳加工時に、基板１上に電着される単位面積当たりの電着金属の量はほぼ一定であるが、各成形凸部２の形や外形寸法、あるいは隣接ピッチが同じであると、全ての成形凸部２の層厚みは同じになる。しかし、例えば各成形凸部２の形や外形寸法が同じであったとしても、隣接ピッチが異なっていると、成形凸部２の配置密度の違いに応じて各電鋳層２１・２２・２３の層厚みに違いが生じてしまう。成形凸部２の配置密度が粗である領域ほど成形凸部２の層厚みが大きくなり、成形凸部２の配置密度が密である領域ほど成形凸部２の層厚みが小さくなる。こうした層厚みのばらつきを解消するために、成形エリア１１の周囲にダミーエリア１３を形成し、同エリア１３に成形凸部２と同じ構造の一群のダミー成形凸部１５を形成して、成形エリア１１に形成される成形凸部２の層厚みを均一化している。因みに、ダミーエリア１３が設けられていない場合には、成形エリア１１の周縁寄りに位置する成形凸部２の層厚みが、成形エリア１１の中央寄りに形成される成形凸部２の層厚みに比べて大きくなってしまう。

基板１の周縁に外周エリア１４を設け、同エリア１４において、金属カバー層２９を露出させると、外周エリア１４によって一群の成形凸部２を備えた金型の外縁を特定することができる。多くの場合には、金型を低コストで製造するために、面積が大きな原板４４に多数個の基板１を同時に形成し、最後に個々の基板１として切分けるが、その場合に、外周エリア１４を指標にして基板１を切断することにより、基板１の切断を適確に行うことができる。

各電鋳層２１・２２・２３の上面を、電鋳層２１・２２・２３との密着性に優れた介在層２６・２７・２８で覆うと、隣接する電鋳層２１・２２・２３同士の密着強度を高めて、成形凸部２の構造強度を増強でき、従って、一群の成形凸部２を備えている金型の耐久性を向上できる。これは以下の理由による。各電鋳層２１・２２・２３は例えばニッケル－コバルト合金を電着させて形成するが、１層目の電鋳層２１に２層目の電鋳層２２を直接電着させ、あるいは２層目の電鋳層２２に３層目の電鋳層２３を直接電着させると、隣接する電鋳層２１・２２・２３同士を強固に密着させることができない。このように、電着金属がニッケル系金属であると密着性の相性が悪く、充分な密着強度が得られないからである。しかし、各電鋳層２１・２２・２３の上面に介在層２６・２７・２８を形成し、その上面に２層目あるいは３層目の電鋳層２３を形成すると、隣接する電鋳層２１・２２・２３同士を、介在層２６・２７を介して強固に一体化して密着強度を増強できる。同様に、最外層の電鋳層２２・２３の上面に金属カバー層２９を形成する場合にも、金属カバー層２９と最外層の電鋳層２２・２３を、介在層２６・２７・２８を介して強固に一体化して密着強度を増強できる。また、各メッキ層５１・５２の上面を介在層で覆ってもよく、その場合も同様な効果が得られる。なお、介在層２６・２７・２８の形成素材としては、とくに制限はないが、各金属層や金属カバー層２９をニッケル―コバルト合金で形成する場合には銅が好ましい。

本発明に係る塑性加工用の金型の製造方法においては、パターニング工程と電鋳工程を２回以上交互に行い、最終の電鋳工程ののちパターン除去工程を行って、基板１の上面に複数の電鋳層２１・２２・２３を積層形成し、成形凸部２を多段状に形成するようにした。さらに、一群の成形凸部２を含む基板１の上面にメッキ処理を施して金属カバー層２９を形成した。こうした金型の製造方法によれば、従来構造の金型に比べて、寸法精度や位置精度に優れた高精度の成形凸部２の一群を精確に形成できる。また、パターニング工程と電鋳工程を２回以上交互に行って複数の電鋳層２１・２２・２３を積層し、多段状の成形凸部２を形成するので、成形凸部２の構造の自由度が高く、より複雑な形状の凹状構造４を成形するための成形凸部２を、確実に形成することができる。さらに、一群の成形凸部２を含む基板１の上面に金属カバー層２９を形成するので、成形凸部２の外隅部を覆う部分の金属カバー層２９を丸めることができる。従って、塑性加工時に加工対象３を金型から離型する場合に、加工対象３を円滑にしかも容易に離型できる。加工対象３に形成した微細な凹状構造４が、離型時に傷むこともない。

本発明に係る塑性加工用の金型の別の製造方法においては、パターニング工程とメッキ工程を２回以上交互に行い、最終のメッキ工程ののちパターン除去工程を行って、基板１の上面に複数のメッキ層５１・５２を積層形成し、成形凸部２を多段状に形成するようにした。こうした金型の製造方法によれば、従来構造の金型に比べて、寸法精度や位置精度に優れた高精度の成形凸部２の一群を精確に形成できる。また、パターニング工程とメッキ工程を２回以上交互に行って複数のメッキ層５１・５２を積層し、多段状の成形凸部２を形成するので、成形凸部２の構造の自由度が高く、より複雑な形状の凹状構造４を成形するための成形凸部２を、確実に形成することができる。さらに、一群の成形凸部２を含む基板１の上面に金属カバー層２９を形成するので、成形凸部２の外隅部を覆う部分の金属カバー層２９を丸めることができる。従って、塑性加工時に加工対象３を金型から離型する場合に、加工対象３を円滑にしかも容易に離型できる。加工対象３に形成した微細な凹状構造４が、離型時に傷むこともない。

上記の製造方法において、下地調整工程においてストライクメッキ層２０を形成したのち、パターニング工程と電鋳工程またはメッキ工程を行って１層目の電鋳層２１、または１層目のメッキ層５１を形成すると、１層目の電鋳層２１または１層目のメッキ層５１と基板１を、ストライクメッキ層２０を介して強固に一体化して、両者１・２の密着強度を増強できる。

複数の基板１が同時に形成してある原板４４を、複数の基板１の集合外郭線Ｌに沿ってレーザーカッターで切断して基板集合体４５を形成し、さらに、基板集合体４５を個々の基板１の外郭線に沿ってワイヤーカット放電加工機で切断するのは、切断時の熱によって成形エリア１１に形成した成形凸部２が熱変形するのを避けるためである。詳しくは、原板４４を多数個の基板１の集合外郭線Ｌに沿ってレーザーカッターで切断すると、集合体の切断を速やかに行える。また、レーザーによる切断位置が各基板１から充分に離れているので、切断時の熱によって成形エリア１１に形成した成形凸部２が熱変形することはない。しかし、基板集合体４５から個々の基板１を切断する際には、切断位置が成形エリア１１に近づくため、切断時の熱によって成形エリア１１に形成した成形凸部２が熱変形するおそれがある。こうした切断時の熱による成形凸部２の熱変形を避けるために、基板集合体４５から個々の基板１を切断する際には、水槽中で切断を行うワイヤーカット放電加工機を使用している。

本発明の実施例１に係る塑性加工用の金型の成形凸部の構造を示す断面図である。 塑性加工用の金型と加工対象の関係を示す説明図である。 塑性加工用の金型の平面図である。 図３におけるＡ－Ａ線断面図である。 基板に第１電鋳層を形成する工程を示す説明図である。 基板に第２電鋳層を形成する工程を示す説明図である。 基板に銅層と金属カバー層を形成する工程を示す説明図である。 複数の基板を備えた原板から基板集合体を切断し、基板集合体から塑性加工用の金型を切断する過程を示す平面図である。 本発明の実施例２に係る塑性加工用の金型における成形凸部の構造を示す断面図である。 本発明の実施例３に係る塑性加工用の金型における成形凸部の構造を示す断面図である。 本発明の実施例４に係る塑性加工用の金型における成形凸部の構造を示す断面図である。 本発明の実施例５に係る塑性加工用の金型における成形凸部の構造を示す断面図である。 本発明の実施例６に係る工程説明図であって、基板に第１メッキ層を形成する工程を示している。 本発明の実施例６に係る工程説明図であって、基板に第２メッキ層を形成する工程を示している。

（実施例１） 図１ないし図８は、本発明に係る塑性加工用の金型を、セラミックシートに塑性加工を施すスタンプ金型に適用した実施例１を示す。図２においてスタンプ金型は、厚みが１．０～１０．０ｍｍのステンレス板材からなる基板１の上面に、一群の成形凸部２を形成して構成される。この金型を使用して、焼成前のセラミックシート（加工対象）３に表面実装用の電子部品やセンサーなどの微小パーツを収容するための装填凹部（凹状構造）４の一群が成形される。図２において符号５はセラミックシート３を支持する固定台、符号６は昇降移動して塑性加工用の金型をセラミックシート３に押付ける可動台である。

図３に示すようにスタンプ金型は、長方形状の基板１の中央部を含む成形エリア１１と、成形エリア１１の周囲を囲むダミーエリア１３と、基板１の周縁に形成されてダミーエリア１３を囲む外周エリア１４を備えている。成形エリア１１には、一群の成形凸部２がマトリクス状に形成されており、ダミーエリア１３には、一群のダミー成形凸部１５がマトリクス状に形成されている。成形凸部２やダミー成形凸部１５は円形に形成するが、多角形状や楕円形状に形成してあってもよい。外周エリア１４には、成形凸部２やダミー成形凸部１５は形成されておらず、後述するカバーメッキ層２９が外周エリア１４において露出している。基板１の長辺部の長さは２００ｍｍであり、短辺部の長さは１５０ｍｍである。

成形凸部２とダミー成形凸部１５は同じ構造に形成するが、成形エリア１１に設けた成形凸部２で成形された装填凹部４のみがセラミックパッケージとして使用される。上記のように、成形エリア１１の周囲にダミーエリア１３を形成し、同エリア１３に成形凸部２と同じ構造のダミー成形凸部１５を形成するのは、成形エリア１１とダミーエリア１３に形成される成形凸部２の密度を均一にして、成形エリア１１における成形凸部２の層厚み（高さ）を均一化するためである。

より詳しくは、電鋳加工時に基板１上に電着される単位面積当たりの電着金属の量はほぼ一定であり、各成形凸部２の形や外形寸法、あるいは隣接ピッチが同じであると、全ての成形凸部２の層厚みは同じになる。しかし、例えば各成形凸部２の形や外形寸法が同じであったとしても、隣接ピッチが異なっていると、成形凸部２の配置密度の違いに応じて層厚みに違いが生じてしまう。成形凸部２の配置密度が粗である領域ほど成形凸部２の層厚みが大きくなり、成形凸部２の配置密度が密である領域ほど成形凸部２の層厚みが小さくなる。こうした層厚みのばらつきを解消するために、成形エリア１１の周囲にダミーエリア１３を形成し、同エリア１３に成形凸部２と同じ構造の一群のダミー成形凸部１５を形成して、成形エリア１１に形成される成形凸部２の層厚みが均一になるようにしている。

図１および図４に成形凸部２の詳細構造を示している。成形凸部２は、基板（電鋳対象）１の上面に形成される第１電鋳層（金属層）２１と、電鋳対象である第１電鋳層２１の上面に形成される銅メッキ層（介在層）２６と、銅メッキ層２６の上面に形成される２層目の第２電鋳層（金属層）２２と、第２電鋳層２２の上面に形成される銅メッキ層（介在層）２７と、銅メッキ層２７の上面に形成されるカバーメッキ層（金属カバー層）２９で構成される。なお、基板１と第１電鋳層２１の密着性を向上するために、基板１上にストライクメッキ層２０を形成することが好ましく、このストライクメッキ層２０の形成素材としては、ニッケル、銅、金、銀が好適である。図３および図４に示すように、この実施例では、第１電鋳層２１を円形状に形成し、その上面の周囲および中央部の上面に第２電鋳層２２を形成して、第２電鋳層２２の形成領域に左右一対の平行な凹部３０を備えたコンセント状の成形凸部２を形成した場合を示している。第１電鋳層２１および第２電鋳層２２はいずれもニッケル－コバルトを電鋳処理して形成するが、第２電鋳層２２の第１電鋳層２１に対する密着強度を高めるために、第１電鋳層２１の上面に銅メッキ層２６を形成している。同様に、ニッケル－コバルトのメッキ層からなるカバーメッキ層２９の第２電鋳層２２に対する密着強度を高めるために、第２電鋳層２２の上面に銅メッキ層２７を形成している。一群の成形凸部２を含む基板１の上面をカバーメッキ層２９で覆うことにより、成形凸部２の外隅部を覆う部分のカバーメッキ層２９を丸めることができる。従って、塑性加工が施された加工対象３を金型から離型する場合に、加工対象３を円滑にしかも容易に離型できる。セラミックシート３に形成した微細な凹状構造４が、離型時に傷むこともない。

上記のように、第１電鋳層２１と第２電鋳層２２で多段状に形成した成形凸部２で装填凹部４を成形することにより、図２に示すように、底面に左右一対の突リブ３１を備えた
装填凹部４を形成することができる。第１電鋳層２１の厚みは１００～２００μｍ、第２電鋳層２２の厚みは１０～１００μｍとした。ストライクメッキ層２０の厚みは０．０１～１μｍ、銅メッキ層２６・２７・２８の厚みは１～５μｍ、カバーメッキ層２９の厚みは１～１０μｍとすることが好ましい。

上記構成のスタンプ金型は、下地調整工程と、パターニング工程と、電鋳工程と、パターン除去工程と、電鋳工程の後に行われる研削工程、およびメッキ工程などを経て製造する。下地調整工程においては、ステンレス製の基板１の上面にメッキ処理を施してストライクメッキ層２０を形成する。なお、ストライクメッキ層２０は、基板１の上面全体に形成するが、以下のパターニング工程ののちに、レジスト開口３５に露出する基板１の表面に形成してもよい。

（パターニング工程）
１回目のパターニング工程においては、図５（ａ）および図５（ｂ）に示すように、ストライクメッキ層（電鋳対象）２０の上面にフォトレジスト層３３を形成し、その上面にフォトマスク３４を密着した状態で露光し、現像および乾燥を行い、未露光部を溶解除去して、レジスト開口３５を備えたレジストパターン３６をストライクメッキ層２０の上面に形成する。このように１回目のパターニング工程においては、１層目のレジストパターン３６をフォトリソグラフィ法で形成する。

（電鋳工程、研削工程、およびメッキ処理）
１回目の電鋳工程においては、図５（ｃ）に示すように、レジストパターン３６が形成された基板１を電鋳液に浸漬して、レジスト開口３５に露出しているストライクメッキ層２０に、電着金属がレジストパターン３６の厚みを僅かに超えるまで成長させて、第１電鋳層２１を形成する。図５（ｄ）に示すように、得られた基板１の第１電鋳層２１の上面側に研削加工を施して、第１電鋳層２１の厚みを所定の厚みに調整する。さらに、第１電鋳層２１の上面側に銅のメッキ処理を施して銅メッキ層（介在層）２６を形成する。上記のように、下地調整工程においてストライクメッキ層２０を形成したのち１層目の電鋳層２１を形成すると、１層目の電鋳層２１を基板１の上面に直接形成する場合に比べて、１層目の電鋳層２１と基板１を、ストライクメッキ層２０を介して強固に一体化して、基板1と成形凸部２の密着強度を増強できる。

（パターニング工程）
２回目のパターニング工程においては、図６（ａ）および図６（ｂ）に示すように、銅メッキ層（電鋳対象）２６の上面にフォトレジスト層３７を形成し、その上面にフォトマスク３８を密着した状態で露光し、現像および乾燥を行い、未露光部を溶解除去して、レジスト開口３９を備えたレジストパターン４０を第１電鋳層２１の上面側に形成する。このように２層目のレジストパターン４０はフォトリソグラフィ法で形成する。

（電鋳工程および研削工程）
２回目の電鋳工程においては、図６（ｃ）に示すように、レジストパターン４０が形成された基板１を電鋳液に浸漬して、レジスト開口３９に露出している銅メッキ層２６に、電着金属がレジストパターン４０の厚みを僅かに超えるまで成長させて第２電鋳層２２を形成する。図６（ｄ）に示すように、第２電鋳層２２の上面側に研削加工を施して、第２電鋳層２２の厚みを所定の厚みに調整する。

（パターン除去工程およびメッキ処理）
パターン除去工程においては、レジストパターン３６・４０を溶解除去して、第１電鋳層２１および第２電鋳層２２を露出させる。次に、図７（ａ）に示すように、第２電鋳層２２の上面側に銅のメッキ処理を施して銅メッキ層（介在層）２７を形成する。さらに、図７（ｂ）に示すように、銅メッキ層２７の上面側にニッケル－コバルトのメッキ処理を施して、カバーメッキ層２９を形成してスタンプ金型を完成する。以上のように、この実施例ではパターニング工程と電鋳工程を２回ずつ行って、成形凸部２を多段状に形成した。なお、カバーメッキ層２９は、一群の成形凸部２の表面にのみ形成してあってもよい。また、カバーメッキ層２９は、光沢メッキで形成するのが好ましい。

上記のように、各電鋳層２１・２２の上面を銅メッキ層２６・２７で覆うと、隣接する電鋳層２１・２２同士の密着強度を高めて、成形凸部２の構造強度を増強できる。従って、一群の成形凸部２を備えている金型の耐久性を向上できる。各電鋳層２１・２２は例えばニッケル－コバルト合金を電着させて形成するが、１層目の電鋳層２１に２層目の電鋳層２２を直接電着させ、隣接する電鋳層２１・２２同士を強固に密着させることができない。電着金属が同じ素材であると、充分な密着強度が得られないからである。しかし、電鋳層２１の上面に銅メッキ層２６を形成し、その上面に２層目の電鋳層２２を形成すると、隣接する電鋳層２１・２２同士を、銅メッキ層２６を介して強固に一体化して密着強度を増強できる。同様に、最外層の電鋳層２２の上面にカバーメッキ層２９を形成する場合にも、カバーメッキ層２９と最外層の電鋳層２２を、銅メッキ層２７を介して強固に一体化して密着強度を増強できる。

スタンプ金型は、原理的には上記の各工程を経て形成するが、実際には図８（ａ）に示すように、面積が大きなステンレス製の原板４４を用意しておき、その板面に９個の基板１を同時に形成して、スタンプ金型をより低コストで製造できるようにしている。この場合のフォトマスク３４・３８は、９個分の基板１を覆う大きさに形成してある。一連の処理が施された原板４４は、９個の基板１の集合外郭線Ｌに沿ってレーザーカッターで切断されて、図８（ｂ）に示す９個の基板１を備えた基板集合体４５とされる。また、基板集合体４５を個々の基板１の外郭線に沿ってワイヤーカット放電加工機で切断することにより、図８（ｃ）に示す９個の塑性加工用の金型を得ることができる。

原板４４を９個の基板１の集合外郭線Ｌに沿ってレーザーカッターで切断すると、基板１の集合体の切断を速やかに行える。また、レーザーによる切断位置が各基板１から充分に離れているので、切断時の熱によって成形エリア１１に形成した成形凸部２が熱変形することはない。しかし、基板集合体４５から９個の基板１を切断する際には、切断位置が成形エリア１１に近づくため、切断時の熱によって成形エリア１１に形成した成形凸部２が熱変形するおそれがある。こうした切断時の熱による成形凸部２の熱変形を避けるために、基板集合体４５から９個の基板１を切断する際には、水槽中で切断を行うワイヤーカット放電加工機を使用している。

個々のスタンプ金型は、洗浄し乾燥することにより完成する。得られたスタンプ金型を使用してセラミックシート３に塑性加工を施すことにより、内部に凸部や凹部を備えている複雑で微細な構造の装填凹部４の一群を高精度に形成できる。焼成されたセラミックシートの装填凹部４には、例えば水晶振動子、水晶発振器、加速度センサー、角速度センサーなどの微小パーツを装填したのち、装填凹部の開口面を蓋で封止することにより、真空封止されあるいは気密封止された表面実装型のセラミックパッケージを得ることができる。

以上のように電鋳法で形成した塑性加工用の金型によれば、従来構造の金型に比べて、寸法精度や位置精度に優れた高精度の成形凸部２を精確に形成できる。従って、一群の成形凸部２を備えた金型を使用して加工対象３に塑性加工を施すことにより、内部に凸部や凹部を備えている複雑で微細な構造の装填凹部４を高精度に、しかも１回の塑性加工のみで確実に成形できる。

基板１の周縁に外周エリア１４を設け、同エリア１４においてカバーメッキ層２９を露出させると、ダミーエリア１３と外周エリア１４の外観を大きく異ならせて、塑性加工用の金型の形状を明確に認識させることができる。また、ダミーエリア１３と外周エリア１４の単位面積当たりの電着量を、成形エリア１１の単位面積当たりの電着量に近づけて、成形エリア１１における成形凸部２の層厚みの均一化に寄与できる。なお、外周エリア１４においてカバーメッキ層２９を露出させる必要はなく、同エリア１４にダミー成形凸部１５を形成すると、成形エリア１１における成形凸部２の層厚みの均一化により一層寄与できる。また、この実施例では成形凸部２とダミー成形凸部１５を同じ構造としたが、その必要はなく、成形凸部２とダミー成形凸部１５の構造が異なっていても良い。要は、成形エリア１１と、外周エリア１４を含むダミーエリア１３の単位面積当たりの電着量が同じであれば良い。因みに、成形凸部２とダミー成形凸部１５の構造を異ならせていれば、各凸部２・１５で成形された成形品が入り混じったとしても、両成形品の識別を容易に行えるので、不必要な成形品を確実に取除くことができる。

（実施例２） 図９は実施例２に係る成形凸部２を示す。実施例２においては、成形凸部２を１層目の第１電鋳層２１と、２層目の第２電鋳層２２と、３層目の第３電鋳層（金属層）２３で多段状に形成した。詳しくは、第１電鋳層２１の上面の周囲に限って第２電鋳層２２を形成し、第２電鋳層２２の上面の周囲に限って第３電鋳層２３を形成して、第１電鋳層２１の中央に向かって階段状に凹む凹部４８を形成した。第３電鋳層２３は、３層目のレジストパターンをフォトリソグラフィ法で形成したのち、３回目の電鋳工程を経て形成した。この実施例においては、第２電鋳層２２の上面に形成した銅メッキ層２７が、３回目の電鋳処理を行う場合の電鋳対象となる。符号２８は第３電鋳層２３の上面に形成した銅メッキ層（介在層）である。以上のように、この実施例ではパターニング工程と電鋳工程を３回ずつ行って、成形凸部２を多段状に形成した。図示していないが、先に説明した成形凸部２と同様に、各電鋳層２１～２３の上面にはそれぞれ銅をメッキ処理して銅メッキ層が形成してあり、以下の実施例においても、同様の銅メッキ層が形成してある。他は先の実施例と同じであるので同じ部材に同じ符号を付して、その説明を省略する。以下の実施例においても同じとする。

（実施例３） 図１０は実施例３に係る成形凸部２を示す。実施例３においては、成形凸部２を１層目の第１電鋳層２１と、２層目の第２電鋳層２２と、３層目の第３電鋳層２３で多段状に形成した。詳しくは、第１電鋳層２１の上面の中央に限って第２電鋳層２２を形成し、第２電鋳層２２の上面の中央に限って第３電鋳層２３を形成して、第３電鋳層２３の上面が頂部となる成形凸部２を階段状に形成した。第３電鋳層２３は、上記の実施例と同様に、３層目のレジストパターンをフォトリソグラフィ法で形成したのち、３回目の電鋳工程を経て形成することができ、以下の実施例においても、同様にして第３電鋳層２３を形成することができる。

（実施例４） 図１１は実施例４に係る成形凸部２を示す。実施例４においては、成形凸部２を１層目の第１電鋳層２１と、２層目の第２電鋳層２２と、３層目の第３電鋳層２３で多段状に形成した。詳しくは、第１電鋳層２１の上面の中央寄りに第２電鋳層２２を形成し、第１電鋳層２１の上面の周囲と、第１電鋳層２１の上面の中央に、第２電鋳層２２より分厚い第３電鋳層２３を形成して、凹部と高さが異なる２種の凸部を備えた成形凸部２を多段状に形成した。

（実施例５） 図１２は実施例５に係る成形凸部２を示す。実施例５においては、上記の実施例１において、第１電鋳層２１および第２電鋳層２２の上面側に形成した銅メッキ層２６・２７を省略して、１層目の第１電鋳層２１の上面に第２電鋳層２２を形成し、両電鋳層２１・２２の上面側にニッケル―コバルトのメッキ処理を施して、カバーメッキ層２９を形成した。この実施例においては、第１電鋳層２１が第２電鋳層２２を形成する際の電鋳対象となる。

（実施例６） 図１３および図１４は実施例６に係るスタンプ金型の製造過程を示す工程説明図である。そこでは、パターニング工程と、メッキ工程と、パターン除去工程と、メッキ工程の後に行われる研削工程などを経てスタンプ金型を製造する。なお、メッキ工程におけるメッキ処理としては、蒸着やスパッタリングなど多様な処理方法があるが、以下では、無電解メッキでメッキ処理を行う場合について説明する。

（パターニング工程）
１回目のパターニング工程においては、図１３（ａ）および図１３（ｂ）に示すように、基板１の上面にフォトレジスト層３３を形成し、その上面にフォトマスク３４を密着した状態で露光し、現像および乾燥を行い、未露光部を溶解除去して、レジスト開口３５を備えたレジストパターン３６を形成する。このように１回目のパターニング工程においては、１層目のレジストパターン３６をフォトリソグラフィ法で形成する。

（メッキ工程、および研削工程）
１回目のメッキ工程においては、図１３（ｃ）に示すように、レジストパターン３６が形成された基板１を無電解メッキ用のメッキ槽に浸漬して、レジスト開口３５に露出している基板（メッキ対象）１にメッキ層を成長させて、第１メッキ層（金属層）５１を形成する。図１３（ｄ）に示すように、得られた基板１の第１メッキ層５１の上面側に研削加工を施して、第１メッキ層５１の厚みを所定の厚みに調整する。

（パターニング工程）
２回目のパターニング工程においては、図１４（ａ）および図１４（ｂ）に示すように、第１メッキ層５１の上面にフォトレジスト層３７を形成し、その上面にフォトマスク３８を密着した状態で露光し、現像および乾燥を行い、未露光部を溶解除去して、レジスト開口３９を備えたレジストパターン４０を第１メッキ層５１の上面側に形成する。このように２層目のレジストパターン４０はフォトリソグラフィ法で形成する。

（メッキ工程および研削工程）
２回目のメッキ工程においては、図１４（ｃ）に示すように、レジストパターン４０が形成された基板１を無電解メッキ用のメッキ槽に浸漬して、レジスト開口３９に露出している第１メッキ層（メッキ対象）５１の上面にメッキ層を成長させて第２メッキ層５２を形成する。図１４（ｄ）に示すように、第２メッキ層５２の上面側に研削加工を施して、第２メッキ層５２の厚みを所定の厚みに調整する。

（パターン除去工程）
パターン除去工程においては、レジストパターン３６・４０を溶解除去して、第１メッキ層５１および第２メッキ層５２を露出させたのち、一群の成形凸部２を含む基板１の上面に金属カバー層２９を形成してスタンプ金型を完成する。以上のように、この実施例ではパターニング工程とメッキ工程を２回ずつ行って、成形凸部２を多段状に形成した。必要があれば第３のメッキ層を形成して、成形凸部２を多段状に形成することができる。なお、第１メッキ層５１および第２メッキ層５２の上面は、介在層（２６・２７・２８）で覆われていてもよい。

以上のようにメッキ法で形成した塑性加工用の金型によれば、実施例１の金型と同様に、従来構造の金型に比べて、寸法精度や位置精度に優れた高精度の成形凸部２を精確に形成できる。従って、一群の成形凸部２を備えた金型を使用して加工対象３に塑性加工を施すことにより、内部に凸部や凹部を備えている複雑で微細な構造の装填凹部４を高精度に、しかも１回の塑性加工のみで確実に成形できる。また、成形凸部２を複数の電鋳層２１・２２・２３で形成する場合に比べて、塑性加工用の金型をより低コストで提供できる。

実施例１においては、図６（ａ）～（ｄ）に示すように、銅メッキ層２６の上面にフォトレジスト層３７を形成し、フォトマスク３８を介して露光し、現像および乾燥を行い、未露光部を溶解除去して、２層目のレジストパターン４０を形成した。さらに、基板１を電鋳液に浸漬して第２電鋳層２２を形成した。上記のように、２層目のレジストパターン４０は、フォトレジスト層３７の未露光部を溶解除去して形成するが、未露光部の溶解除去時に、第１電鋳層２１の上面にレジスト残渣が発生することがある。このように、レジスト残渣が存在すると、第１電鋳層２１と第２電鋳層２２の密着強度が低下してしまう。

上記のような密着強度の低下を防ぐために、レジストパターン４０を形成した後に、エッチング処理を行って、レジスト開口３９に露出する銅メッキ層２６を除去すると、レジスト残渣を確実に除去できる。従って、エッチング処理を行ったのち、第２電鋳層２２を形成することで、レジスト残渣の影響を排除して、第２電鋳層２２の第１電鋳層２１に対する密着強度を向上できる。さらに、レジストパターン３６・４０を溶解除去したのち、カバーメッキ層２９を形成する。なお、レジストパターン３６・４０を溶解除去した状態においては、レジストパターン４０の直下の銅メッキ層２６が第１電鋳層２１の上面に露出するが、露出した銅メッキ層２６を除去したのちカバーメッキ層２９を形成してもよく、銅メッキ層２６を除去せずにカバーメッキ層２９を形成してもよい。

実施例５において説明したスタンプ金型においても、上記と同様のエッチング処理を行うことにより、第１電鋳層２１と第２電鋳層２２の密着強度を向上できる。実施例５においては、図１２に示すように、第１電鋳層２１と第２電鋳層２２の層間、および第２電鋳層２２とカバーメッキ層２９の層間に銅メッキ層（介在層）が存在しない金型の形態であるが、係る形態の金型を製造する過程では、銅メッキ層を形成してもよい。詳しくは、実施例１の図５（ａ）～（ｃ）に示すように、１回目のパターニング工程と電鋳工程を行ったのちに、図５（ｄ）に示すように、第１電鋳層２１の上面に銅メッキ層２６を形成する。これが、先に述べた密着強度の低下を防ぐ役割となる。このように、第１電鋳層２１の上面に銅メッキ層２６を形成したのち、図６（ａ）、（ｂ）に示すように２回目のパターニング工程を行う。２回目のパターニング工程におけるレジスト現像時に、レジスト残渣が発生し、レジスト開口３９内に存在することがあるが、その場合には、レジスト開口３９に露出する銅メッキ層２６を除去することで、レジスト残渣を一緒に除去できる。こののち、２回目の電鋳工程を行うことで、第１電鋳層２１と第２電鋳層２２の密着強度を向上できる。この後、レジストパターン除去工程を行い、レジストパターン４０の直下の銅メッキ層２６を除去して、カバーメッキ層２９を形成することにより、図１２に示す金型が得られる。

上記の各実施例では、各金属層の形成素材としては、ニッケル－コバルト以外に、ニッケル、あるいはコバルト以外の金属を含むニッケル合金、さらに銅、銅合金を適用できる。基板１はステンレス材以外に、銅合金材であってもよい。また、上記の実施例の下地調整工程においては、ステンレス製の基板１の上面にストライクメッキ層２０を形成して、その上面に第１電鋳層２１または第１メッキ層５１を形成したが、ストライクメッキ層２０を形成する代わりに、ステンレス製の基板１の上面に化学エッチング処理を施して下地とすることができる。成形エリア１１は、ダミーエリア１３を囲む状態で形成してあってもよい。本発明における凹状構造４は、底壁で塞がれている凹部である必要はなく、凹部の底壁に開口が形成してある形態を含むこととする。成形凸部２は、電鋳法やメッキ法で形成する必要はなく、ニッケル、銅、鉄などの金属母材にレーザー加工を施して形成でき、あるいは先の金属母材にエッチング加工を施して形成することができる。

本発明に係る金型は、セラミックシート以外の加工対象の塑性加工にも適用できる。

１ 基板
２ 成形凸部
３ セラミックシート（加工対象）
４ 装填凹部（凹状構造）
１１ 成形エリア
１３ ダミーエリア
１４ 外周エリア
１５ ダミー成形凸部
２０ ストライクメッキ層
２１ 第１電鋳層（金属層）
２２ 第２電鋳層（金属層）
２３ 第３電鋳層（金属層）
２６・２７・２８ 銅メッキ層（介在層）
２９ カバーメッキ層（金属カバー層）
３３・３７ フォトレジスト層
３４・３８ フォトマスク
３５・３９ レジスト開口
３６・４０ レジストパターン
５１ 第１メッキ層（金属層）
５２ 第２メッキ層（金属層）

Claims (8)

1. 加工対象（３）に凸部や凹部を備えた凹状構造（４）の一群を成形する塑性加工用の金型であって、
   塑性加工用の金型は、金属製の基板（１）の上面に、成形エリア（１１）と、成形エリア（１１）を囲むダミーエリア（１３）とを備え、
   成形エリア（１１）には、基板（１）の上面に、下地層を介して、凹状構造（４）を形成するための一群の成形凸部（２）が設けられて、一群の成形凸部（２）の表面が金属カバー層（２９）で覆われており、
   ダミーエリア（１３）には、一群のダミー成形凸部（１５）が形成されており、
   成形凸部（２）が、多段状に積層した複数の金属層で構成され、成形凸部（２）の外隅部を覆う部分の金属カバー層（２９）を丸めており、
   金属カバー層（２９）は、成形凸部（２）を含む基板（１）の上面を覆っていることを特徴とする塑性加工用の金型。
2. ダミー成形凸部（１５）が成形凸部（２）と同じ構造に形成されている請求項１に記載の塑性加工用の金型。
3. 基板（１）の周縁にダミーエリア（１３）を囲む外周エリア（１４）が形成されており、
   外周エリア（１４）には成形凸部（２）やダミー成形凸部（１５）が形成されておらず、金属カバー層（２９）が露出している請求項１、または２に記載の塑性加工用の金型。
4. 基板（１）の上面全体に、下地層が形成されている請求項１から３のいずれかひとつに記載の塑性加工用の金型。
5. 各金属層の上面が介在層で覆われている請求項１から４のいずれかひとつに記載の塑性加工用の金型。
6. 金属製の基板（１）の上面に多段状の成形凸部（２）の一群が形成されている塑性加工用の金型の製造方法であって、
   基板（１）の上面にメッキ処理を施してストライクメッキ層（２０）を形成する下地調整工程と、レジスト開口（３５・３９）を備えたレジストパターン（３６・４０）をフォトリソグラフィ法で形成するパターニング工程と、レジスト開口（３５・３９）に臨む電鋳対象の表面に電鋳層（２１・２２）を形成する電鋳工程と、レジストパターン（３６・４０）を除去するパターン除去工程と、電鋳層（２１・２２）の上面を介在層（２６・２７）で覆う工程とを含み、
   パターニング工程と電鋳工程を２回以上交互に行い、最終の電鋳工程ののちパターン除去工程を行い、電鋳層と介在層とを積層形成して基板（１）の上面に成形凸部（２）を多段状に形成し、
   一群の成形凸部（２）を含む基板（１）の上面にメッキ処理を施して金属カバー層（２９）を形成し、成形凸部（２）の外隅部を覆う部分の金属カバー層（２９）が丸まっていることを特徴とする塑性加工用の金型の製造方法。
7. 下地調整工程を行ったのち、パターニング工程と電鋳工程を行って１層目の電鋳層（２１）を形成する請求項６に記載の塑性加工用の金型の製造方法。
8. 金属製の原板（４４）に複数の基板（１）が同時に形成されており、
   原板（４４）を複数の基板（１）の集合外郭線（Ｌ）に沿ってレーザーカッターで切断して、基板集合体（４５）を形成し、
   基板集合体（４５）を個々の基板（１）の外郭線に沿ってワイヤーカット放電加工機で切断して、複数の塑性加工用の金型を形成する請求項６、または７に記載の塑性加工用の金型の製造方法。

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