JPS62213998A - プログラム式穿孔装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 Ａ、産業上の利用分野 この発明は薄板材料にきわめて小さい孔を穿孔する穿孔
装置に関するものであり、詳細にいえばグリーン・セラ
ミック・シートなどのシート材料に孔を形成するプログ
ラム式穿孔機に関するものである。

Ｂ、従来の技術 集積回路半導体パッケージ構造体用の多層セラミック（
ＭＬＣ）基板の製造において、樹脂結合剤、微粒セラミ
ック材料、溶剤および可塑剤を含むスラリをドクタで塗
布し、ドクタで塗布されたシートを乾燥し、適切な大き
さのシートに切断することによって、複数枚のグリーン
・セラミック・シートが掲載される。次いで、バイア・
ホールを穿孔し、シートを貫通する電気接続を形成する
。

導電性のペーストをホール中に付着させ、かつシート表
面上に適切なパターンで付着させ、シートを積み重ね、
積層し、その後このアセンブリを焼結温度で焼成する。

セラミック・シートにバイア・ホールを穿孔することは
、これらの大きさが小さい事、密度、および必要なホー
ルのパターンが複雑なことで、極めて困難な技術的問題
を提示するものである。ＩＢＭテクニカル・ディスクロ
ージャ・プルテンＶｏ１．１３、Ｎｏ、４．１９７１年
２月１３日、ｐ、２５３６または同Ｖｏ　ｌ。

１６、Ｎｏ、１２．１９７４年５月、ｐ、３９３および
米国特許第４４２５８２９号に開示されている型式の装
置によって、バイア・ホールを穿孔することは、公知で
ある。これらの装置においては、パンチ・ヘッドに格子
状に配列された複数個の穿孔素子が、間挿マスクによっ
てカバーされたグリーン・シート上に配置される。間挿
マスクはホールを穿孔することを希望する個所に、開口
を含んでいる。パンチ・ヘッドが下方へ移動し、穿孔素
子が間挿マスクに接触すると、穿孔素子が問挿入マスク
の開口を通過し、かつセラミック・グリーン・シートを
通過するので、開口のある場所にホールが穿孔される。

間挿マスクによってカバーされている他の領域、すなわ
ちホールを望まない個所においては、間挿マスクが穿孔
素子をヘッド中に引き込ませる。

独立してプログラム可能なパンチを利用する自動穿孔装
置が、ＩＢＭテクニカル・ディスクロージャ・ブルゾン
Ｖｏ１．２０、Ｎｏ、４．１９７７年９月、ｐ、１３７
９に示唆されている。この型式の穿孔装置は上述の間挿
マスクを必要としないが、これは個々の穿孔素子をコマ
ンドに応じて電気的に作動させることができるからであ
る。この装置においては、間挿マスクを使う穿孔装置と
同様に、穿孔されるシートの各部分に対する穿孔素子を
含んでいるパンチ・ヘッドが使われる。パンチ・ヘッド
は、１００個程鹿の独立した穿孔素子を有していること
ができる。プログラム式パンチ・ヘッドにおいては、選
択されたパンチがソレノイドによって延ばされ、ヘッド
全体はホールを穿孔するユニットとして移動する。延長
位置まで移動したパンチが、シートにホールを穿孔する
。

引っ込んだ位置にある他のパンチは、シートへ侵入せず
、したがってホールを形成することはない。

グリーン・シートの支承体は穿孔工程中停止し、穿孔素
子が破壊することを防止しなければならない。さらに、
ホールのパターンの一般的な全体形状は、パンチ・ヘッ
ドの形状によって左右される。

ホールのパターンを変更することはできるが、パンチ・
ホールのパターンを適宜拡大したり、縮小することはで
きない。

ワークピースを通して穿孔素子を駆動する磁気反発アク
チュエータを使う高速穿孔装置が、米国特許第３７３０
０３９号に記載されている。

Ｃ１発明が解決しようとする問題点 この発明の目的は、パンチ・ホールのパターンを適宜拡
大または縮小できるプログラム式の穿孔装置を提供する
ことにある。

Ｄ０問題点を解決するための手段 この発明によれば、シート材料、特にグリーン・セラミ
ック・シート材料にホールを穿孔する穿孔装置が、改善
される。詳細にいえば、この発明は薄いシート材料にホ
ール・パターンを穿孔するプログラム式穿孔装置であっ
て、フレーム、およびこのフレーム上に直線運動を行う
ように取り付けられた穿孔素子を包含しており、しかも
運動方向に垂直に、穿孔素子に取り付けられた高導電性
材料のほぼ平坦な素子と、平坦素子と同軸であり、かつ
これに隣接している、フレームに固定された板状コイル
と、材料の薄いシートを穿孔素子の経路に配置し、この
シート材料を穿孔素子の軸＃ｊＡｔ！：横断する方向へ
移動させるキャリジ手段と、導電性平坦素子を結合する
磁束を発生させるため、電気エネルギーの低周波パルス
によってコイルを付勢し、この導電柱平坦素子をコイル
から反発させる手段と、端部のシートへの侵入の直後に
、前記穿孔素子を跳ね返させる手段とを包含するもので
ある。プログラム可能な手段を設け、キャリジ手段を選
択的に移動させて、穿孔素子に関してシートを特定の位
置に配置し、かつコイルを付勢させてこの手段を作動さ
せ、これによって前記シート中に所定のパンチ・ホール
・パターンを形成する。

Ｅ、実施例 図面には、この発明の穿孔装置が示されている。

第１図に示すように、ベンチまたはテーブル１０はレー
ル１６上を矢印１８の方向へ移動するように取り付けら
れたパンチ１４を含む穿孔装置１２、およびキャリッジ
２２上に取り付けられ、次いでレール２４上に矢印２６
で示される方向へ移動するように取り付けられたシート
・ワークピース支承体を支承している。２つのシート支
承体２０を設け、この両者をレール２４上で支承される
ように取り付けることが好ましい。適当な整合ビン２８
を支承体２０上に設け、整合孔の設けられた、穿孔され
るシートを保持する。制御盤３０に適当な制御装置を設
け、穿孔装置１２を操作する。

第２図には、パンチ１４の詳細構造が示されている。ブ
ッシング３４およびパンチ・ガイド・ブロック３６上で
直線運動をするように、穿孔素子３２が取り付けられて
おり、小直径の穿孔素子の端部はブロック３６の孔３８
と整合している。穿孔素子３２の端部は、この素子が第
２図に示すように、引き込み位置にあるときに、孔３８
から引き出されている。導電性材料の板状素子４０がカ
ラ４２に取り付けられ、次いで穿孔素子３２の上端に固
定されている。ブッシング３４とカラ４２の衝合面に着
座したスプリング４４は、穿孔素子とこれに接続された
素子の重量を支え、穿孔素子を押圧し、シート４８の衝
合面４６と接触させている。穿孔素子８２の下端はパン
チ・ダイ５２の孔５０と整合している。穿孔素子３２が
下方へ動かされると、下端部はワークピース・シート５
４に侵入し、孔を形成し、パンチの端部はパンチ・ダイ
５２の孔５０に入る。打ち抜かれた材料、すなわちスラ
グは下方へ落下して、室５６に入る。

穿孔素子３２はワークピース・シート５４．中へ、磁気
反発によって移動させられる。板状高エネルギ・コイル
５８がシート４８上に、板状素子４０に近接して取り付
けられている。リード線６０おル５８を通る電流は磁場
を生起し、これは板状素子４０と結合して、コイル５８
中を流れる電流とほぼ対向する位相の電流を誘起する。

板状素子４０中のこの電流は、コイル５８の磁場と対向
する磁場をもたらす。２つの対向する磁場によって生じ
る力は、板状素子４０を固定コイル５８から遠ざける。

この力はコイル５８のターン数、コイルおよび板状素子
中で電流が変動する回数、ならびにシステムの他の物理
的パラメータに比例する。

好ましい実施例においては、約３０ボンドの力が発生す
る。低い可動質量と結合したこの高い力は、極めて高速
なパンチ駆動システムをもたらす。穿孔素子３２の運動
は、カラ４２の表面４２Ａがブッシング８４の表面３４
Ａに当り、跳ね返ったときに終了する。コイル５８を通
った電流のパルスは、コイル５８から穿孔素子３２を極
めて急速に加速する大きさである。パンチの変位は第８
図のパンチの変位対時間のグラフで示されている。第８
図に示すように、穿孔素子３２は最初の１００マ々ロ豹
の闇ｒ　膓めイ偵４申ケｈｎ４申七幻ス　りの後、さら
に約１００マクロ秒の間に、パンチの速度は曲線の一様
な傾斜で示されるように、一定となる。屈曲点６２はパ
ンチがごく僅か低い速度で、上方へ移動する跳ね返り点
を示している。パンチが最初の上方位置へ到達すると、
パンチの速度は急激に減少する。この減衰効果は板状素
子４０と衝合面４６の間に、瞬間的にトラップされる空
気によってもたらされる。スプリング４４は板状素子４
０を衝合面４６に対して保持するためのみに、設けられ
ている。高い復帰速度はブッシング８４におけるカラ４
２の跳ね返りによって達成される。

パンチの極めて高い跳ね返り速度は、パンチの端部から
材料のスラグを排出するのに役立つ。スラグの慣性は、
スラグ自体を穿孔素子から外し、落下？：継続させる。

第７図には、電流パルスをコイル５８に印加することに
より、穿孔素子３２を作動させるのに適した回路を示す
ものである。典型的なものが１００■である外部直流電
源６３は、抵抗６５を介して主エネルギ蓄積コンデンサ
６４を充電する。抵抗６６はコンデンサ６４を放電させ
るブリーダ抵抗であり、安全のため設けられている。穿
孔工程が必要となった場合に、制御装置からの正の入力
駆動信号が、端子６７の両端に印加される。パルス信号
はトランジスタ６８Ａ、６，８Ｂおよび６８Ｃによって
増幅され、接地されているトランジスタ６９をオンにす
る。これは駆動コイル５８を事実上、コンデンサ６４に
接続するものである。コイル５８中の電流は徐々に増加
し、穿孔工程をもたらす。コイルの最大電流はコイルと
回路の直流抵抗によって決定される。端子６７０両端に
負の駆動信号を印加することによって、トランジスタ６
８Ａ、６８Ｂ、６８Ｃおよび６９はオフとなり、コイル
５８は事実上、コンデンサ６４との接続から切断される
。コンデンサ６４をコイル５８から切り離すことによっ
て、コイル５８中の電流は減衰し、ダイオード７５を流
れるようになる。ダイオード７７Ａ、７７Ｂ、７７Ｃ１
７７Ｄおよび７７Ｅ、ならびに抵抗７９Ａおよび７９Ｂ
が回路に含まれており、関連するトランジスタの迅速な
オン、オフを確実としている。

穿孔素子の速度を高くするためには、極めて高いパルス
の電流をコイル５８に流されなければならない。これは
コイルを通常は水冷によって、冷却することを必要とす
る。十分な冷却剤を流すためには、第２図に関連した詳
細図に示すように、巻線５８Ａを適当なスペーサ５８Ｂ
で隔離しなければならない。コイル５８の巻線の隔離は
、第６八図ないし第６Ｄ図に示した構造の何れかによっ
て、達成できる。第６Ａ図の実施例において、巻線７１
は非円形断面、たとえば方形または矩形断面を有してお
り、巻線は回旋状に捻られている。

巻ａをコイルに形成した場合、結果として得られるコイ
ルは流体を循環させるため多孔性となる。

第６Ｂ図の実施例において、誘電体、たとえばナイロン
のスペーサ５８Ｂは、典型的なものは銅線である巻線５
８Ａに巻付られ、スペーサ手段を提供する。第６Ｃ図の
実施例においては、誘電体の隔離した環状ビード７２巻
＄１５８　Ａの周囲に配置さね、てい乙−筑Ｒｒ）面の
宗添仰ｒおいで６士　諸乃本のワイヤ７３が共に捻られ
、または編まれている。

コイル５８に冷却流体を流す好ましい構造においては、
流体は巻ｕＩを通って、放射状に流れている。第２図に
示すように、入口通路７４は冷却流体をコイル５８の中
心へ導く。圧力によって流体は巻線を通って放射状に流
れ、巻線中において流体は室７６に集められ、通路７８
から外部へ出される。環状シール８０を設け、冷却剤の
室７６街への漏洩を防止する。

パンチ・ダイ５２上でのワークピース・シート５４の支
承を改善するために、第３図に示すように、複数個のエ
ア・ベアリング８２を穿孔素子３２の周囲に設ける。各
エア・ベアリングは空気通路８４および８６からなって
おり、これらの端部は整合し、対向する関係になってい
る。通路からの圧縮空気はブッシング８４Ａおよび８６
Ａのそれぞれを通り、ワークピース・シート５４の対向
面に対して流される。通路８６に接続された小さな分岐
空気通路８６Ｂが、空気をパンチ・タイ５２の孔５０の
下端に流し、穿孔工程の完了時に穿孔素子３２から打ち
抜かれた材料のスラグを除去することを援助する。真空
源を室５６に接続し、開口８８を通して付加的な空気を
吸気し、材料のスラブその外の残滓を除去する。

通１！＄８４の付加的な分岐通路８４Ｂが、室９０に接
続されている。この構成によって、穿孔サイクルの完了
後、空気が孔３８を通してブッシング３４へ、またパン
チ・ホールを通してシート５４に流される。圧力をかけ
た空気が、穿孔素子を抜き出したときに、ダイまたはシ
ートに滞留している可能性のある材料のスラグを吹き飛
ばす。

シート５４の穿孔された孔の存在または不存在をチェッ
クするために、第２図および第３図に示すように、複数
個のホール・センサ９２を穿孔素子３２の周囲に設ける
。ホール・センサ９２は一対の光ファイバ・ケーブル９
３および９４がらなっており、その端部はシート５４の
対向面に、対向して整合した関係で配置されている。ケ
ーブルの一方、すなわち９４は光源に接続されており、
他方のケーブル９３は光センサに接続されている。

シート５４のホールが光ファイバ・ケーブル９３および
９４の端部と整合すると、光センサは光を検出し、ホー
ルが存在していることを示す。ホールが存在していない
場合には、光シートによってブロックされ、このことも
センサによって検出可能である。適切なホール検査制御
装置がパンチ・シート内のホール位置の記録を管理し、
かつホールの位置が検出器の端部と整合した時期を管理
する。このことによって、隣接するホールが打ち抜かれ
ると同時に、パンチ・ホールのパターンをチェックする
ことが可能となる。

第４図および第５図には、この発明の最初の穿孔装置の
他の実施例が示されている。この実施例において、パン
チ・ヘッド１００は複数個の穿孔素子３２、およびこれ
を作動させる関連素子を含んでいる。複数個のパンチ・
ヘッドがシート・ワークピース上に割り付けられ、上述
の穿孔装置と同様に、ホールを穿孔する。しがしながら
、ヘッドに複数個のパンチがあるため、穿孔できるホー
ルの数は、多くなる。外の変更点はパンチ・ヘッド１０
０ｆ！：スパイダ１０２に取り付けたことであり、した
がって、ヘッドを穿孔位置に対して回転させることがで
きる。スパイダによって、ワークピース・シート支承装
置と同時に支えるように、複数個のヘッドを取り付ける
ことが可能となる。

動作時に、パンチを定期的に保守し、摩耗したパンチの
交換その他を行わなければならな、い。保守を行ったパ
ンチ・ヘッドを予備として保持し、ヘッドの誤動作の発
生時、あるいは定期保守が必要になったときに、動作位
置へ回転させることができる。このことは装置が長期間
停止することを、防止するものである。スパイダ素子を
運動するように取付け、パンチ・ヘッドをワークピース
の表面上へ移動させることができる。

上述の穿孔装置は、米国特許第４２４５２７３号記載の
型式の半導体モジュール用の多層セラミック基板の生産
にあたって、グリーン・セラミックにホール・パターン
を穿孔するのに、特に適すの直径は５ないし６ミル程度
と非常に小さい。セラミック・シートの厚さは通常、８
ないし１１ミルである。動作時に、ホール・パターンは
プログラムによって制御される。穿孔工程の速度は、穿
孔工程中にシートの運動を停止する必要がないようなも
のである。パンチはグリーン・シートと係合する。すな
わち、パンチはシートへ、１０−４秒間で進入し、離脱
する。シート支承手段はこの時間で約１０−４インチ移
動する。この運動はグリーン・シートの可塑性により、
またおそらくはパンチが若干撓むことによって、調整さ
れる。

第９図には、この発明の穿孔装置の一部である、制御手
段の略図が示されている。ホール・パターンの構成、お
よび基板の焼成収縮を補償するため、パターンを拡大し
なければならない量を含んでいる処理データは、パンチ
・データ処理装置１１０におけるＸおよびＹ方向への走
査に通したマトリックスに変換される。ホールの座標の
リストが穿孔データとして、工具制御装置１１２へ送ら
れる。

ＸＹステージ１１４を移動させる命令を生成する。

ＸＹステージ１１４は穿孔されるワークピース・シート
を支承し、穿孔素子３２に関して移動させる。詳細にい
えば、制御装置１１２はパンチ１４を支承しているテー
ブルのＸ方向運動と、キャリジ２２のＹ方向のステップ
運動を調和させる。工具制御装置１１２はコイル５８の
作動開始信号も生成し、これらの信号はＸＹステージを
移動させる命令と調和させられる。パンチ・ホール検査
装ｅ１１６はフォト・デテクタ１１８からの信号を、穿
孔命令およびＸＹステージの位置データと調和させ、ホ
ールが穿孔され、残滓が残っていないことなどを検査す
る。検査は穿孔操作と同様に、穿孔素子に関するシート
の連続運動を停止させずに、行われる。フォト・デテク
タ１１８は光源１２０からの、シート５４のホールを通
過し、光ファイバ・ケーブルによって送られる光を検出
する。

さらに、この装置によってグリーン・シートに穿孔され
るホールの品質は改善される。グリーン・セラミック材
料は、粘弾性を有している。穿孔速度が比較的遅いと、
この材料は下方への穿孔を工程中に穿孔素子の周囲を流
れる傾向があり、その後シートの歪が生じる。穿孔速度
が、この穿孔装置と同様に、１０ｍ／秒程度の極めて早
いものである場合、グリーン・シート材料は脆い材料で
あるかのように反応する。このことはシートの歪を減少
させる。

Ｆ１発明の詳細 な説明したように、この発明によれば、パンチ・ホール
のパターンを適宜拡大または縮小できる、薄いシート材
料にホール・パターンを穿孔するための穿孔装置が与え
られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、穿孔装置とシート材料の支承体の間の全体的
な関係を示す、この発明の装置全体の斜視図である。 第２図は、この発明の素子を示す穿孔装置の断面図であ
る。 第３図は、第２図の３−３線上図面である。 第４図は、この発明の好ましい外の特定な実施例である
穿孔素子を支承する回転ヘッドを示す、破断断面詳細図
である。 第５図は、第４図の５−５４１１断面図である。 第６Ａ図、第６Ｂ図、第６Ｃ図および第６Ｄ図は、この
発明のコイルの特徴のさまざまな実施例を示す図面であ
る。 第７図は、この発明の穿孔装置を作動させるために使う
ことのできる電気回路の回路図である。 第８図は、パンチの変位と時間の間の関係を示すグラフ
である。 第９図は、この発明の穿孔装置のさまざまな素子を制御
するための制御手段の略図である。 １０、、、、テーブル、１２．、、、穿孔装置、１４９
００．パンチ、１６．、、、レール、１８．、、、矢印
、２０．、、、シート支承体、２２．、、、キャリッジ
、２４．、、、　　レール、２６．、、、矢印、２８１
００．整合ビン、３０．、、、制御盤、３２．、、。 穿孔素子、３４．、、、ブッシング、３４Ａ、、、。 表面、３６．、、、パンチ・ガイド・ブック、３８０９
６．孔、４０．、、、板状素子、４２．、、、カラー、
４２Ａ、、、、表面、４４．、、、スプリング、４６、
、、、衝合面、４８．、、、シート、５０．、。 、孔、５２．、、、パンチ・ダイ、５４．、、、ワーク
ピース・シート、５６．、、、室、５８．、、、コイル
、５８Ａ、、、、巻線、５８Ｂ、、、、スペーサ、６０
．６１．、、、　　リード線、６２．、、、屈曲点、６
３・・・・直流電源、６４．、、、コンデンサ、６５．
６６、、、、抵抗、６７、、、、端子、６８Ａ１６８Ｂ
、６８Ｇ、６９　、、、、　　トランジスタ、７１００
００巻線、７２．、、、環状ビード、７３．、、。 ワイヤ、７４．、、、入口通路、７５．７７Ａ、７７Ｂ
、’７７Ｃ１７７Ｄ、７７Ｆ、、、、、ダイオード、７
６、、、、室、７８．、、、通路、７９Ａ、７９Ｂ・・
・・抵抗・８０・・・・環状シール・８２・・・、エア
・ベアリング、８４．８６．、、、空気通路、８４Ａ、
８６Ａ、、、、ブッシング、８４Ｂ、、、。 分岐通路、８６Ｂ、、、、分岐空気通路、８８．、。 、開口、９０．、、、室、９３．９４．、、、光ファイ
バ・ケーブル、１００　、、、、パンチ・ヘッド、１０
２、、、、スパイダ、１１０．、、、パンチ・デ−夕処
理装置、１１２．、、、工具制御装置、１１４　、、、
、ＸＹステージ、１１６．、、、パンチ・ホール検査装
置、１１８．、、、フォト・デテクタ、１２０　・・・
・光源・ 出願人　　インターナショナル・ビジネス・マシーンズ
・コーポレーション

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）フレーム、および該フレーム上に直線運動を行う
   ように取り付けられた穿孔素子を包含する、薄いシート
   材料にホール・パターンを穿孔するプログラム式穿孔装
   置において、 （ａ）運動方向に垂直に、前記穿孔素子に取り付けられ
   た高導電性材料のほぼ平坦な素子と、 （ｂ）前記穿孔素子と同軸に、かつ前記平坦素子に隣接
   して、前記穿孔装置の前記フレームに固定された、板状
   ゴムと、 （ｃ）穿孔される材料の薄いシートを前記穿孔素子の経
   路に配置し、該シート材料を前記穿孔素子の軸線を横断
   する方向へ移動させるキャリジ手段と、 （ｄ）前記導電性平坦素子を結合する磁束を発生させる
   ため、電気エネルギーの低周波パルスによってコイルを
   付勢し、前記導電性平坦素子をコイルから反発させる手
   段と、 （ｅ）前記穿孔素子を跳ね返させる手段と、 （ｆ）前記キャリジ手段を選択的に移動させ、前記穿孔
   素子に関して前記シートを特定の位置に配置し、かつ前
   記コイルを付勢させて該手段を作動させ、これによって
   前記シート中に所定のパンチ・ホール・パターンを形成
   する、プログラム可能な手段とからなる、 プログラム式穿孔装置。
2. （２）前記穿孔素子を跳ね返させる前記手段が、前記シ
   ート材料へのパンチ端部の侵入直後に、穿孔素子の移動
   方向を変える、特許請求の範囲第（１）項記載の穿孔装
   置。
3. （３）前記穿孔素子を跳ね返させる前記手段が、前記穿
   孔素子に固定された弾力材料のカラ素子と、前記穿孔素
   子を摺動可能に支承する、前記フレーム上の弾性材料の
   ブッシング素子を包含しており、前記シート材料へのパ
   ンチ端部の侵入直後に、該カラ素子と該ブッシング素子
   が互いに当接し、かつ接触するように配置されている、
   特許請求の範囲第（２）項記載の穿孔装置。
4. （４）前記カラ素子と前記ブッシング素子が焼入鋼で形
   成されている、特許請求の範囲第（３）項記載の穿孔装
   置。