(57)【要約】【課題】  抜き屑の残存を防止することができるパンチ加工装置及びこれを用いたパンチ加工方法を提供する。【解決手段】  基材(10)を保持する保持手段(11)と、パンチ(30)とダイ(21)とパンチ(30)を基材(10)の厚み方向に駆動させる駆動手段(22)とを有するパンチングツール(12)とを含み、基材(10)に孔を開けるためのパンチ加工装置であって、パンチングツール(12)は、パンチ(30)に対して基材(10)の厚み方向に超音波振動を付与する振動付与手段(32)を含むパンチ加工装置(1)とする。【選択図】      図１
2006043804.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材を保持する保持手段と、パンチとダイと前記パンチを前記基材の厚み方向に駆動させる駆動手段とを有するパンチングツールとを含み、基材に孔を開けるためのパンチ加工装置であって、
前記パンチングツールは、前記パンチに対して前記基材の厚み方向に超音波振動を付与する振動付与手段を含むことを特徴とするパンチ加工装置。
【請求項２】
前記振動付与手段は、圧電セラミック材を含む超音波振動子と、前記超音波振動子に電圧を印加して前記超音波振動子の厚みを前記基材の厚み方向に変位させる電圧印加手段とを含む請求項１に記載のパンチ加工装置。
【請求項３】
前記パンチ加工装置は、前記保持手段を支持するステージを更に含む請求項１に記載のパンチ加工装置。
【請求項４】
前記パンチ加工装置は、前記保持手段を支持するステージを更に含み、
前記保持手段は、前記基材の厚み方向と直交する平面内を前記パンチングツールに対し相対的に移動可能に設けられている請求項１に記載のパンチ加工装置。
【請求項５】
請求項１に記載のパンチ加工装置を用いて基材に孔を開けるパンチ加工方法であって、
前記パンチに対して前記基材の厚み方向に超音波振動を付与しながら、前記基材を貫通する孔を開けることを特徴とするパンチ加工方法。
【請求項６】
前記孔を形成する際、前記超音波振動による前記パンチの変位量を減衰させながら行う請求項５に記載のパンチ加工方法。
【請求項７】
前記基材は、半硬化状態の熱硬化性樹脂を含むコンポジットシートである請求項５に記載のパンチ加工方法。
【請求項８】
前記コンポジットシートは、無機質フィラー７０〜９５重量％を含む請求項７に記載のパンチ加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基材に孔を開けるためのパンチ加工装置及びこれを用いたパンチ加工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子機器の高性能化、小型化等の要求に伴い、電子機器の内部に組み込まれる配線基板に対しても、電子部品の高密度実装化、小型化等が要求されている。これらの要求に対し、上下の配線基板に形成された配線パターン間の電気接続を、ビアホールに導電性ペーストが充填されたビア導体により行う多層配線基板の製造方法が、例えば特許文献１等に提案されている。この製造方法によれば、多層配線基板のビアホール内に導電性ペーストを充填して必要な配線パターン間のみを電気的に接続することができる上、ランドの直下にビア導体を設けることができるため、電子部品の高密度実装化や基板サイズの小型化を実現することができる。また、導電性ペーストを用いているため、ビアホールに印加される応力を緩和することができ、熱衝撃等に対する寸法変化に対しても安定した電気接続を実現することができる。
【０００３】
しかし、上記方法によっても２次元的に電子部品を高密度に実装することは限界に近づきつつある。また、高機能化、高密度化に伴うノイズの影響も避けて通れなくなりつつある。
【０００４】
そのため、半導体、コンデンサ、抵抗器等の電子部品を多層配線基板に内蔵した部品内蔵モジュールが、例えば、特許文献２等に提案されている。
【０００５】
具体的な部品内蔵モジュールの製造方法の一例について説明する。図４Ａ〜Ｆは、従来の部品内蔵モジュールの製造方法を工程順に示した断面図である。まず、図４Ａに示すように、無機質フィラーと半硬化状態の熱硬化性樹脂とを含む３層のコンポジットシート４０１ａ〜４０１ｃからなるコンポジットシート４０１を準備する。なお、「半硬化状態」とは、熱硬化性樹脂の硬化反応を中間段階で止めた状態をいい、半硬化状態から更に加熱すると、一度軟化（溶融）し、完全硬化に至る。
【０００６】
そして、コンポジットシート４０１の上下面に保護フィルム４０２を貼り合わせた後、ビアホール４０３を形成する。ビアホール４０３の形成方法としては、パンチ加工以外にも、例えば、レーザ加工によっても形成できるが、ビアホール４０３を形成する際、コンポジットシート４０１ａ〜４０１ｃが積層されたコンポジットシート４０１を貫通させるため、アスペクト比（ビアホールの深さと開口径の比）が大きくなり、レーザ加工では、ビーム中央部から外周方向に向かってエネルギー密度が低くなるいわゆるガウシアンモードのエネルギー密度分布が影響して、すり鉢状のテーパ孔になり易い。また、ドリル加工によってビアホール４０３を形成する方法もあるが、ドリル加工では、コンポジットシート４０１が半硬化状態で柔らかいため、切り屑がドリルに凝着して切削性が悪くなる。そのため、通常は、図４Ａに示すパンチ４０６とダイ４０７とを含むパンチングツールを用いてパンチ加工することによりビアホール４０３の形成を行っている。
【０００７】
次に、図４Ｂに示すように、ビアホール４０３に導電性ペースト４０４を充填する。充填する方法としては、ビアホール４０３を形成したコンポジットシート４０１を印刷機（図示せず）のテーブル上に設置し、保護フィルム４０２の上からスキージ４０５を図中矢印方向に移動させて、導電性ペースト４０４をビアホール４０３に充填する方法が一般に用いられる。このとき、保護フィルム４０２は印刷マスクの役割と、コンポジットシート４０１の主面に導電性ペースト４０４が付着するのを防止する役割とを果たす。図４Ｃは、導電性ペースト４０４が充填された状態を示しており、導電性ペースト４０４の表面と保護フィルム４０２の表面とは、ほぼ同じ高さになっている。
【０００８】
そして、図４Ｄに示すようにコンポジットシート４０１の上下面に貼り合わされた保護フィルム４０２を剥離する。このとき、ビアホール４０３内の導電性ペースト４０４は、保護フィルムの厚み分だけコンポジットシート４０１の表面から突出している。
【０００９】
続いて、図４Ｅに示すように、保護フィルム４０２を剥離したコンポジットシート４０１の上下面に、配線基板４０８と電子部品４１１が実装された配線基板４０９とを位置合わせして載置した後、加熱、加圧処理する。この際、コンポジットシート４０１が溶融流動することで、配線基板４０９に実装された電子部品４１１がコンポジットシート４０１に埋設され、同時に、配線基板４０８及び配線基板４０９の所望の配線４０８ａ，４０９ａ間がビアホール４０３内に形成されたビア導体４２０（図４Ｆ参照）で電気的に接続され、部品内蔵モジュール４００が得られる（図４Ｆ参照）。
【特許文献１】特許第２６０１１２８号公報（４〜７頁、図１〜３及び図７）
【特許文献２】特開平１１−２２０２６２号公報（８〜１１頁、図１〜６）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかし、上記製造方法では、パンチ加工の際、半硬化状態のコンポジットシートがパンチにより圧縮応力を受け、厚み方向に変形した状態でパンチ加工される。特に、電子部品を内蔵させる部品内蔵モジュールの製造方法の場合は、内蔵する電子部品の厚みを吸収するためにコンポジットシートの厚みを厚くする必要があることから、コンポジットシートがより変形し易くなる。コンポジットシートが変形した状態でパンチをコンポジットシートから抜き取ると、コンポジットシートが厚み方向へ復元され、形成されたビアホールがくびれた鼓状の形状になる。その結果、ビアホールのくびれ部分にコンポジットシートの抜き屑が引っ掛り、打ち抜いたビアホール内に抜き屑が詰まることがある。
【００１１】
以下、図５を参照して、パンチ加工によるビアホール形成時の不具合を詳細に説明する。
【００１２】
図５Ａは、厚さ１２５μｍのコンポジットシートを４層積層させたコンポジットシート５０１の上下面に、保護フィルム５０２ａ，５０２ｂを貼り合わせて基材５００を作製し、更に、基材５００をダイ５０７上に載置した状態を示す。
【００１３】
図５Ａの状態から、直径１５０μｍのパンチ５０６により、基材５００を打ち抜く。図５Ｂは、パンチ５０６が基材５００のほぼ中央部まで達している状態を示す。この状態では、コンポジットシート５０１の下層部５０１ａに最も強く圧縮応力が作用している。
【００１４】
更に、パンチ５０６を下降させると、図５Ｃに示すように、下側の保護フィルム５０２ｂが切断されて、ビアホール５０３が形成される。この際、抜き屑５１０はパンチ加工装置に設けた吸塵装置（図示せず）により吸引除去される。しかしながら、図５Ｄに示すように、抜き屑５１０が吸引除去されずにパンチ５０６に付着したままの状態になることがある。これは、パンチ加工を重ねるに従い、パンチ５０６やダイ５０７に半硬化状態のコンポジットシート５０１から発生した粉状の屑が付着することによる。特に、パンチ５０６の先端部に付着した粉状の屑は、接着剤として作用するため、パンチ５０６と抜き屑５１０とが接着された状態となる。この場合は、図５Ｅに示すように、パンチ５０６の先端部に抜き屑５１０が接着された状態で、パンチ５０６が引き抜かれる。この際、パンチ５０６により基材５００の厚み方向へ加わっていた圧縮応力が開放される。その結果、圧縮応力を受けて変形していた基材５００が復元されるため、ビアホール５０３の中央５０３ａ付近がくびれた鼓形状に変形する（図５Ｆ参照）。そして、この変形部分に抜き屑５１０が引っ掛り、図５Ｆに示すように、抜き屑５１０がビアホール５０３内に残留して抜き屑詰まりが発生する。
【００１５】
このように、ビアホール５０３内に抜き屑５１０が残存すると、後工程において導電性ペーストの充填が阻害される場合がある。その結果、上下の配線基板に形成された配線パターン間の電気接続の接続抵抗値が高くなるおそれがある。
【００１６】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、抜き屑の残存を防止することができるパンチ加工装置及びこれを用いたパンチ加工方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明のパンチ加工装置は、基材を保持する保持手段と、パンチとダイと前記パンチを前記基材の厚み方向に駆動させる駆動手段とを有するパンチングツールとを含み、基材に孔を開けるためのパンチ加工装置であって、
前記パンチングツールは、前記パンチに対して前記基材の厚み方向に超音波振動を付与する振動付与手段を含むことを特徴とする。
【００１８】
本発明のパンチ加工方法は、前記パンチ加工装置を用いて基材に孔を開けるパンチ加工方法であって、
前記パンチに対して前記基材の厚み方向に超音波振動を付与しながら、前記基材を貫通する孔を開けることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明のパンチ加工装置によれば、パンチに対して基材の厚み方向に超音波振動を付与しながらパンチ加工できるため、パンチの変位速度が速くなり、基材に加わる圧縮応力が軽減される。これにより、加工時における基材の変形が抑えられ、孔内の抜き屑の残存を防止することができる。また、本発明のパンチ加工方法によれば、パンチに対して基材の厚み方向に超音波振動を付与しながら孔を開けるため、上述した理由により、孔内の抜き屑の残存を防止することができる。これにより、例えばビアホールの形成に使用した場合は、後工程における導電性ペーストの充填をスムーズに行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明のパンチ加工装置は、基材に孔を開けるためのパンチ加工装置であって、基材を保持する保持手段と、パンチとダイとパンチを基材の厚み方向に駆動させる駆動手段とを有するパンチングツールとを含む。基材を保持する保持手段としては、例えば、基材の端部を掴持する固定治具等が使用できる。パンチ及びダイの材料は、耐久性の観点から炭化タングステン−コバルト等の超硬合金材料が好ましい。また、ダイの材料として、超硬合金材料に単結晶や多結晶のダイヤモンドを埋め込んだものも好ましい。ダイの切れ刃のエッジ摩耗が抑制され、耐久性がより向上するからである。パンチを基材の厚み方向に駆動させる駆動手段としては、例えば電磁式のシリンダ等を使用することができる。そして、本発明のパンチ加工装置は、パンチングツールが、パンチに対して基材の厚み方向に超音波振動を付与する振動付与手段を含む。これにより、パンチに対して基材の厚み方向に超音波振動を付与しながらパンチ加工できるため、パンチの変位速度が速くなり、基材に加わる圧縮応力が軽減される。その結果、加工時における基材の変形が抑えられ、孔内の抜き屑の残存を防止することができる。なお、振動付与手段としては、例えば共振周波数が
５〜３００ｋＨｚ程度の振動を付与できるものが使用できる。
【００２１】
また、本発明のパンチ加工装置は、配線基板形成用の基材にビアホールを形成するためのパンチ加工装置として好適であり、特に、前記基材としてコンポジットシートを用い、前記コンポジットシートに電子部品が埋設された部品内蔵モジュールを製造する際、前記コンポジットシートにビアホールを形成するためのパンチ加工装置として有用である。本発明のパンチ加工装置を用いてビアホールを形成することにより、ビアホール内の抜き屑の残存を防止することができるため、後工程における導電性ペーストの充填をスムーズに行うことができる。
【００２２】
また、本発明のパンチ加工装置は、振動付与手段が、圧電セラミック材を含む超音波振動子と、この超音波振動子に電圧を印加して超音波振動子の厚みを基材の厚み方向に変位させる電圧印加手段とを含んでいてもよい。パンチの変位速度をより高速化することができるため、基材に加わる圧縮応力がより軽減されるからである。
【００２３】
また、本発明のパンチ加工装置は、保持手段を支持するステージを更に含んでいてもよい。基材の固定がより容易となるからである。更に、前記保持手段が、基材の厚み方向と直交する平面内をパンチングツールに対し相対的に移動可能に設けられていてもよい。基材上の加工位置の位置決めが容易となる上、パンチ加工を連続して行うことができるからである。
【００２４】
本発明のパンチ加工方法は、前記パンチ加工装置を用いて基材に孔を開けるパンチ加工方法であって、前記パンチに対して前記基材の厚み方向に超音波振動を付与しながら、前記基材を貫通する孔を開けることを特徴とする。この方法によれば、パンチに対して基材の厚み方向に超音波振動を付与しながら孔を開けるため、上述した理由により、孔内の抜き屑の残存を防止することができる。例えば、孔の開口径が１５５〜１６５μｍの場合、孔内部の最小径を１５０μｍ以上に形成することができる。
【００２５】
また、本発明のパンチ加工方法において、孔を形成する際、超音波振動によるパンチの変位量を減衰させながら行ってもよい。パンチ加工の終端部において、パンチの変位量が抑えられるため、パンチと抜き屑との接着を容易に防止できるからである。
【００２６】
また、本発明のパンチ加工方法は、前記基材として、半硬化状態の熱硬化性樹脂を含むコンポジットシートを用い、前記コンポジットシートにビアホールを開けるパンチ加工方法であってもよい。これにより、ビアホール内の抜き屑の残存を防止することができるため、後工程における導電性ペーストの充填をスムーズに行うことができる。更に、前記コンポジットシートとして、Ａｌ2Ｏ3、ＭｇＯ、ＢＮ、ＡｌＮ、ＳｉＯ2等で構成される無機質フィラー７０〜９５重量％と、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、シアネート樹脂等を主成分とする半硬化状態の熱硬化樹脂組成物５〜３０重量％とを含むものを使用するパンチ加工方法であってもよい。無機質フィラーが７０重量％未満になると、コンポジットシートを硬化させる際に粘度が急速に低下し流動性が増加する。その結果、コンポジットシートに形成されるビアホールが変形するおそれがある。また、無機質フィラーが９５重量％を超えると、粘度が高くなり過ぎて成形性が劣化する場合がある。コンポジットシートの厚みは、内蔵する電子部品の厚みに合わせて適宜設定すればよく、例えば、１００〜６００μｍとすればよい。また、コンポジットシートは１枚のみ用いてもよいし、複数枚積層させたものを用いてもよい。以下、本発明の実施形態を詳細に説明する。
【００２７】
［第１実施形態］
まず、本発明の第１実施形態に係るパンチ加工装置ついて適宜図面を参照して説明する。参照する図１は、第１実施形態に係るパンチ加工装置の説明図で、図１Ａは、第１実施形態に係るパンチ加工装置の全体斜視図であり、図１Ｂは、第１実施形態に係るパンチ加工装置に使用されるパンチングツールの断面図である。
【００２８】
図１Ａに示すように、第１実施形態に係るパンチ加工装置１は、基材１０の端部を掴持して保持する保持手段１１，１１と、パンチングツール１２と、保持手段１１，１１を支持するステージ１３とを備えている。ステージ１３は、基台１３ａと、図１Ａ中に示す座標軸におけるＹ軸方向に沿って基台１３ａに固定されたＹ軸ガイドレール１５ａ，１５ａと、Ｙ軸ガイドレール１５ａ，１５ａに摺動自在に設けられたＹ軸スライダ１５ｂ，１５ｂと、Ｙ軸スライダ１５ｂ，１５ｂに固定され、図１Ａ中に示す座標軸におけるＸ軸方向に沿って配置されたＸ軸ガイドレール１４ａと、Ｘ軸ガイドレール１４ａに摺動自在に設けられたＸ軸スライダ１４ｂとを備えている。そして、保持手段１１，１１は、Ｘ軸スライダ１４ｂに取り付けられている。パンチングツール１２に対し、基材１０をＸ軸方向へスライドさせる際は、基材１０を保持手段１１，１１により保持し、ボールネジ等のＸ軸駆動機構（図示せず）によりＸ軸スライダ１４ｂをスライドさせる。また、基材１０をＹ軸方向へスライドさせる際は、基材１０を保持手段１１，１１により保持し、ボールネジ等のＹ軸駆動機構（図示せず）によりＹ軸スライダ１５ｂ，１５ｂをスライドさせる。なお、Ｘ軸駆動機構及びＹ軸駆動機構は、それぞれ単独で制御できるものであってもよいし、同時に制御できるものであってもよい。このように、パンチ加工装置１では、Ｘ軸スライダ１４ｂ及びＹ軸スライダ１５ｂ，１５ｂを用いて、保持手段１１，１１に保持された基材１０をスライドさせることができるため、基材１０上の加工位置の位置決めが容易となる上、パンチ加工を連続して行うことができる。
【００２９】
また、図１Ｂに示すように、パンチングツール１２は、パンチユニット２０と、ダイ２１と、パンチユニット２０を基材１０（図１Ａ参照）の厚み方向に駆動させる駆動手段であるシリンダ２２と、パンチングツール１２の各部位を固定するフレーム２３と、パンチユニット２０とフレーム２３との間に圧入され、パンチユニット２０を基材１０の厚み方向にスムーズに駆動させるためのスライダ２４とを備えている。
【００３０】
パンチユニット２０は、パンチ３０と、パンチ３０を保持するパンチホルダ３１と、パンチホルダ３１の上端に取り付けられ、パンチ３０に対して基材１０の厚み方向に超音波振動を付与する振動付与手段３２と、振動付与手段３２の上端に取り付けられ、シリンダ２２と連結するプルスタッド３３とを備えている。振動付与手段３２は、圧電セラミック材を含む超音波振動子３２ａと、超音波振動子３２ａに電圧を印加して超音波振動子３２ａの厚みを基材１０の厚み方向に変位させる電圧印加手段として交流電圧発生器３２ｂとを備えている。そして、振動付与手段３２によって超音波振動を発生させる際は、交流電圧発生器３２ｂを用いて超音波振動子３２ａに交流電圧を印加することにより、その周波数で超音波振動子３２ａを歪ませ、超音波振動を励起させる。なお、超音波振動子３２ａは特に限定されないが、例えば、１００μｍ程度の薄膜状の圧電セラミック材を２枚の電極で挟持して挟持体を形成し、この挟持体を２００〜３００層に積層して一体化したものが使用できる。このように構成された超音波振動子３２ａは、堅牢な構造を有し、大振幅励振も可能となり、かつ内部機械損失が小さくなり、電気音響変換効率が高くなる。これにより、超音波振動子３２ａは、パンチ加工時において発生する発熱量が小さくなる上、負荷変動に強くなるため、効率よく超音波振動を発生することができる。
【００３１】
シリンダ２２は、ソレノイドにより電磁駆動する可動鉄心２２ａと、可動鉄心２２ａとプルスタッド３３の溝部３３ａとの間に配置され、パンチユニット２０のガタツキを防止する鋼球２２ｂとを備えている。そして、パンチユニット２０を駆動させる際は、可動鉄心２２ａを電磁駆動させて行う。
【００３２】
また、ダイ２１には空気穴２１ａが設けられており、更に、フレーム２３にはダイ２１の下方に配置され、空気穴２１ａに連通する吸引穴２３ａが設けられている。これにより、パンチ加工の際、吸引穴２３ａからバキューム吸引することで、抜き屑を排出できる。なお、パンチ３０の中心軸とダイ２１の中心軸とは、調整機構（図示せず）によって、ズレ量２μｍ以下の範囲で芯合わせされていることが好ましい。パンチ加工の際、パンチ３０とダイ２１との干渉を防止できるからである。
【００３３】
このように構成されたパンチ加工装置１によりパンチ加工する際は、まず、Ｘ軸スライダ１４ｂ及びＹ軸スライダ１５ｂ，１５ｂを用いて、保持手段１１，１１に保持された基材１０をスライドさせることによって、ダイ２１上に基材１０の加工位置を位置合わせする。そして、振動付与手段３２によりパンチ３０に対して基材１０の厚み方向に超音波振動を付与しながら、シリンダ２２によりパンチユニット２０を駆動させてパンチ加工する。これにより、従来のパンチ加工装置に比べ、パンチの変位速度が速くなり、基材に加わる圧縮応力が軽減される。
【００３４】
なお、従来のパンチ加工装置では、通常、電磁式、圧空式、モータ式等の駆動手段のみを用いてパンチを駆動させるため、パンチの変位速度が遅くなり（例えば、数１０ｍｍ／ｓ程度）、基材に圧縮応力が加わる時間が長くなる。その結果、基材が変形し易くなり、前述したようにビアホール内にくびれた部分が形成されたり、粉状の屑が発生したりして、抜き屑が残存し易くなる。特に、半硬化状態のコンポジットシートのような柔らかい基材の場合、パンチの変位速度が遅くなるほど、圧縮応力を受ける時間がより長くなるため変形し易くなる。一方、本発明のパンチ加工装置１では、超音波振動を付与しながら加工するため、パンチの変位速度を例えば２０００ｍｍ／ｓ程度まで向上させることができる。その結果、加工時における基材の変形が抑えられ、孔内の抜き屑の残存を防止することができる。
【００３５】
以上、本発明の第１実施形態に係るパンチ加工装置について説明したが、本発明は前記実施形態には限定されない。例えば、前記実施形態では、パンチユニットを基材の厚み方向に駆動する方式として電磁式の例を用いて説明したが、圧空式、モータ式などの駆動方式を用いてもよい。また、前記実施形態では、１組のパンチユニットを備えたパンチ加工装置を例示したが、複数のパンチユニットを備えた構成としてもよい。更に、前記実施形態では、１組のパンチングツールを備えたパンチ加工装置を例示したが、複数のパンチングツールを備えた構成としてもよい。パンチユニットやパンチングツールを複数備えると、パンチ加工の効率を高めることができる。
【００３６】
［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態に係るパンチ加工方法を用いた部品内蔵モジュールの製造方法ついて適宜図面を参照して説明する。参照する図２Ａ〜Ｈは、第２実施形態に係るパンチ加工方法を用いた部品内蔵モジュールの製造方法の各工程を示す断面図である。なお、図１と同一構成のものには同一の符号を付し、その説明は省略する。
【００３７】
まず、図２Ａに示すように、半硬化状態の熱硬化性樹脂を含むコンポジットシート１０１ａを３枚準備し、これらを重ね合わせる。そして、コンポジットシート１０１ａの上下面に保護フィルム１０２ａを配置して、真空ラミネート等の手段を用いて各層を接着させる。保護フィルム１０２ａとしては、ポリエチレンテレフタレート、ポリプロピレン、ポリフェニレンサルファイド、ポリエチレンナフタレート等で構成される厚み１０〜１００μｍのフィルムが使用できる。次に、図２Ｂに示すように、電子部品１１３（図２Ｇ参照）を収容する空隙１２０を、例えばパンチ加工等の手段を用いて形成する。空隙１２０を設けることで、電子部品１１３を埋設したとき、コンポジットシート１０１ａの余分な流動を防止することができる。また、電子部品１１３の体積に応じた空隙１２０を形成することによって、電子部品１１３に過大な応力を与えることなく埋設することができる。
【００３８】
次に、図２Ｃに示すように、２枚の保護フィルム１０２ａのうち片方のみを剥離し、緩衝層であるコンポジットシート１０１ｂと保護フィルム１０２ｂとを新たに積層し、ラミネート加工により貼り合わせて、積層体１１１（図２Ｄ参照）を形成する。
【００３９】
次に、図２Ｄに示すように、積層体１１１に、前述した第１実施形態に係るパンチ加工装置１（図１参照）を用いて、パンチ３０に対して積層体１１１の厚み方向に超音波振動を付与しながら積層体１１１を貫通するビアホール１０３を形成する。これにより、ビアホール１０３内の抜き屑の残存を防止することができるため、後工程における導電性ペースト１０４（図２Ｅ参照）の充填をスムーズに行うことができる。なお、本実施形態では、超音波振動によるパンチ３０の変位量を一定（例えば３０μｍ）にして、ビアホール１０３を形成するものとする。
【００４０】
続いて、図２Ｅに示すように、保護フィルム１０２ｂの上からスキージ１０５を図中矢印方向に移動させて、導電性ペースト１０４をビアホール１０３に充填する。この際、導電性ペースト１０４の表面は、保護フィルム１０２ｂの表面とほぼ同じ高さになっている。なお、導電性ペースト１０４としては、金、銀、銅、ニッケル、錫、鉛等を含む金属粉末と、エポキシ樹脂、シアネート樹脂、フェノール樹脂等の熱硬化性樹脂とを混練したものが使用できる。特に、金属粉末として銅粉末を用いた場合は、導電性が良好となり、マイグレーションが抑えられるため好ましい。また、熱硬化性樹脂としてエポキシ樹脂を用いた場合は、硬化後の耐熱性が高くなるため好ましい。
【００４１】
そして、保護フィルム１０２ａ，１０２ｂを剥離する。図２Ｆは、保護フィルム１０２ａ，１０２ｂを剥離した後の、積層体１１１を示している。図２Ｆに示すように、ビアホール１０３内の導電性ペースト１０４は、保護フィルム１０２ａ，１０２ｂの厚み分だけ積層体１１１の表面から突出している。
【００４２】
続いて、別に、電気絶縁層１３０と、電気絶縁層１３０の上下面に形成された配線パターン１３１と、上下の配線パターン１３１の所望の配線間を電気的に接続するためのビア導体１３２とを含む第１配線基板１０８及び第２配線基板１０９を準備し、第２配線基板１０９に形成された配線パターン１３１上に電子部品１１３を実装する（図２Ｇ参照）。電気絶縁層１３０としては、例えば、アラミド不織布又はガラス織布２０重量％以上〜７０重量％以下と熱硬化樹脂３０重量％以上〜８０重量％以下とを含むプリプレグシート等が使用できる。配線パターン１３１は公知の方法で形成することができ、例えば、電気絶縁層１３０上に熱プレスにより接着された銅箔等の金属箔をフォトリソグラフィー法及びエッチングによりパターニングすることによって得られる。ビア導体１３２は、高密度に部品を実装させるためには、電気絶縁層１３０に設けたビアホール内に導電性ペーストを充填させた後、圧縮して形成することが好ましい。電子部品１１３は、半導体、コンデンサ、抵抗器等が使用できる。なお、本実施形態では電気絶縁層１３０として、１層の電気絶縁基材からなるものを用いたが、複数層の電気絶縁基材からなるものでもよい。複数層の電気絶縁基材からなる場合は、各々の電気絶縁基材間に配線パターンが形成されていてもよい。また、本実施形態では、第２配線基板１０９に電子部品１１３を実装したが、第１配線基板１０８に電子部品１１３を実装してもよいし、第１及び第２配線基板１０８，１０９の双方に電子部品１１３を実装してもよい。
【００４３】
そして、図２Ｇに示すように、第１及び第２配線基板１０８，１０９に形成された配線パターン１３１の所望の配線間に積層体１１１のビアホール１０３が配置され、かつ電子部品１１３が空隙１２０に面するように、積層体１１１の上下面に対して第１及び第２配線基板１０８，１０９を位置合わせする。
【００４４】
続いて、積層体１１１の上下面に第１及び第２配線基板１０８，１０９を載置した後、熱プレスにより加熱、加圧処理して電子部品１１３を積層体１１１に埋設するとともに、第１及び第２配線基板１０８，１０９に形成された配線パターン１３１の所望の配線間をビアホール１０３内に形成されたビア導体１４０（図２Ｈ参照）で電気的に接続し、部品内蔵モジュール１００が得られる（図２Ｈ参照）。
【００４５】
［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態に係るパンチ加工方法を用いた部品内蔵モジュールの製造方法ついて適宜図面を参照して説明する。参照する図３Ａ，Ｂは、第３実施形態に係るパンチ加工方法を用いた部品内蔵モジュールの製造方法において、ビアホールを形成する工程を示す断面図である。なお、図１及び図２と同一構成のものには同一の符号を付し、その説明は省略する。
【００４６】
第３実施形態に係るパンチ加工方法を用いた部品内蔵モジュールの製造方法は、前述した第２実施形態に対し、ビアホール１０３を形成する際のパンチ３０に対する超音波振動の付与方法のみが異なる。第３実施形態に係るパンチ加工方法を用いた部品内蔵モジュールの製造方法では、パンチ加工の際、パンチ３０の変位量を加工開始時（図３Ａ参照）から加工終了時（図３Ｂ参照）にかけて減衰させながら加工する。パンチ３０の変位量を減衰させるには、例えば、交流電圧発生器３２ｂ（図１Ｂ参照）の駆動電圧を加工開始時から加工終了時にかけて減衰させればよい。これにより、パンチ加工の終端部において、パンチ３０の変位量が抑えられるため、パンチ３０と抜き屑との接着を容易に防止できる。
【実施例】
【００４７】
以下、実施例を用いて本発明を説明する。なお、本発明は、以下の実施例に限定されない。
【００４８】
（実施例１）
まず、実施例１として、前述した第２実施形態に係るパンチ加工方法を用いた部品内蔵モジュールの製造方法の実施例について、図２を参照して説明する。
【００４９】
コンポジットシート１０１ａ（図２Ａ参照）には、ＳｉＯ2フィラー８０重量％と、エポキシ樹脂を主成分とする半硬化状態の熱硬化樹脂組成物１９．５重量％と、半硬化処理時に残留した溶剤０．５重量％とからなり、厚みが０．３ｍｍのものを用いた。そして、コンポジットシート１０１ａを３枚重ね合わせて、コンポジットシート１０１ａの上下面に保護フィルム１０２ａとしてポリフェニレンサルファイドフィルム（厚み１６μｍ）を配置した（図２Ａ参照）。
【００５０】
次に、真空ラミネート（８０℃、０．８ＭＰａ）により約２分間ラミネート加工を行ない、各層を接着させた。このとき、コンポジットシート１０１ａは８０℃で加熱されるが、硬化しない温度領域であるため半硬化状態を保っていた。次に、図２Ｂに示すように、電子部品１１３（図２Ｇ参照）を収容する空隙１２０を、パンチ加工により形成した。この際、空隙１２０の寸法は、縦１０×横１０×高さ０．３ｍｍとした。
【００５１】
次に、図２Ｃに示すように、２枚の保護フィルム１０２ａのうち片方のみを剥離し、緩衝層であるコンポジットシート１０１ｂと保護フィルム１０２ｂとを新たに積層し、ラミネート加工により貼り合わせ（５０℃、０．２ＭＰａ）、積層体１１１（図２Ｄ参照）を形成した。なお、コンポジットシート１０１ｂは、前述したコンポジットシート１０１ａと同様のものを用いた。また、保護フィルム１０２ｂは、前述した保護フィルム１０２ａと同様のものを用いた。
【００５２】
次に、図２Ｄに示すように、積層体１１１に、前述した第１実施形態に係るパンチ加工装置１（図１参照）を用いて、パンチ３０に対して積層体１１１の厚み方向に超音波振動を付与しながら積層体１１１を貫通するビアホール１０３を形成した。この際、振動付与手段３２によって、パンチ３０に対して積層体１１１の厚み方向に共振周波数３４ｋＨｚで変位量３０μｍの超音波振動を付与しながら、シリンダ２２によって、パンチ３０を積層体１１１の厚み方向に２０ｍｍ／ｓの速度で駆動させた。また、パンチ３０としては、１６０μｍ径のものを用いた。これにより、パンチ加工の際、パンチ３０を積層体１１１の厚み方向に１０４０ｍｍ／ｓの速度で変位させてビアホール１０３を形成することができた。加工後のビアホール１０３の平均穴径は、パンチ３０の入り側が１５６μｍで、積層体１１１の厚み方向の中央部が１５０μｍで、パンチ３０の出側が１６５μｍであった。また、ビアホール１０３内において、抜き屑の残存は見られなかった。なお、振動付与手段を設けていない従来のパンチ加工装置にて、同じ１６０μｍ径のパンチを用いてパンチ加工した場合は、加工後のビアホールの平均穴径が、例えばパンチの入り側が１５５μｍで、基材の厚み方向の中央部が１２０μｍで、パンチの出側が１６５μｍとなった。
【００５３】
続いて、図２Ｅに示すように、保護フィルム１０２ｂの上からスキージ１０５を図中矢印方向に移動させて、導電性ペースト１０４をビアホール１０３に充填した。使用した導電性ペースト１０４には、平均粒径２μｍの球形状の銅粒子８５質量％と、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂３質量％と、グルシジルエステル系エポキシ樹脂９質量％と、硬化剤としてアミンアダクト硬化剤３質量％とを三本ロールにて混練したものを用いた。充填条件は、スキージ１０５として、ゴム硬度９０度のウレタンゴムを用い、充填圧を０．０４ＭＰａに調整して充填動作を行った。
【００５４】
そして、保護フィルム１０２ａ，１０２ｂを剥離して、ビアホール１０３内の導電性ペースト１０４を、保護フィルム１０２ａ，１０２ｂの厚み分だけ積層体１１１の表面から突出させた（図２Ｆ参照）。
【００５５】
続いて、別に、電気絶縁層１３０と、電気絶縁層１３０の表面に形成された配線パターン１３１と、上下の配線パターン１３１間を電気的に接続するためのビア導体１３２とを含む第１配線基板１０８及び第２配線基板１０９を準備し、第２配線基板１０９に形成された配線パターン１３１上に電子部品１１３を実装した（図２Ｇ参照）。
【００５６】
そして、図２Ｇに示すように、第１及び第２配線基板１０８，１０９の所望の配線パターン１３１間に積層体１１１のビアホール１０３が配置され、かつ電子部品１１３が空隙１２０に面するように、積層体１１１の上下面に対して第１及び第２配線基板１０８，１０９を位置合わせした。
【００５７】
続いて、積層体１１１の上下面に第１及び第２配線基板１０８，１０９を載置した後、温度２００℃、圧力３ＭＰａの条件で２時間熱プレスにより加熱、加圧処理して、電子部品１１３を積層体１１１に埋設するとともに、第１及び第２配線基板１０８，１０９の所望の配線パターン１３１間をビアホール１０３内に形成されたビア導体１４０で電気的に接続し、部品内蔵モジュール１００を得た。得られた部品内蔵モジュール１００について、ビア導体１４０の電気接続抵抗を確認した結果、全てのビア導体１４０において６ｍΩ以下で安定していた。
【００５８】
（実施例２）
次に、実施例２として、前述した第３実施形態に係るパンチ加工方法を用いた部品内蔵モジュールの製造方法の実施例について、図３を参照して説明する。
【００５９】
実施例２の製造方法は、前述した実施例１に対し、ビアホール１０３を形成する際のパンチ３０に対する超音波振動の付与方法のみが異なる。実施例２では、パンチ加工の際、パンチ３０の変位量を加工開始時（図３Ａ参照）の４０μｍから、加工終了時（図３Ｂ参照）の２０μｍへと減衰させながら加工した。この際、パンチ３０の変位量を変化させるために、共振周波数を３４ｋＨｚで一定にしたまま、交流電圧発生器３２ｂ（図１Ｂ参照）の駆動電圧を１５０Ｖ（加工開始時）から８０Ｖ（加工終了時）へと連続的に変化させた。これにより、パンチ３０を積層体１１１の厚み方向に、加工開始時においては１４００ｍｍ／ｓの速度で変位させ、加工終了時においては７２０ｍｍ／ｓの速度で変位させ、ビアホール１０３を形成することができた。その結果、加工開始時においては、積層体１１１に加わる圧縮応力が軽減され、加工終了時においては、パンチ３０の変位量を減じることで打ち抜かれた抜き屑とパンチ３０の先端との接着を防止できた。なお、加工後のビアホール１０３の平均穴径は、パンチ３０の入り側が１５８μｍで、積層体１１１の厚み方向の中央部が１５３μｍで、パンチ３０の出側が１６４μｍであった。また、ビアホール１０３内において、抜き屑の残存は見られなかった。更に、得られた部品内蔵モジュールについて、ビア導体の電気接続抵抗を確認した結果、全てのビア導体において６ｍΩ以下で安定していた。
【００６０】
以上、本発明の実施形態及び実施例について説明したが、本発明は前記実施形態及び前記実施例に限定されない。例えば、パンチ加工装置にパンチを回転させる回転機構を更に設け、パンチを回転させ、かつパンチに超音波振動を付与しながらパンチ加工できるパンチ加工装置としてもよい。また、パンチ加工装置に設けるパンチとして、先端が尖ったパンチを使用してもよい。いずれの場合も、より短時間でパンチ加工することができるようになる。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
本発明のパンチ加工装置及びパンチ加工方法は、孔内の抜き屑の残存を防止することができるため、例えば、高密度性、高機能性、耐ノイズ性等を向上させる部品内蔵モジュールの製造方法として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明の第１実施形態に係るパンチ加工装置の説明図で、Ａは、第１実施形態に係るパンチ加工装置の全体斜視図であり、Ｂは、第１実施形態に係るパンチ加工装置に使用されるパンチングツールの断面図である。
【図２】Ａ〜Ｈは、本発明の第２実施形態に係るパンチ加工方法を用いた部品内蔵モジュールの製造方法の各工程を示す断面図である。
【図３】Ａ，Ｂは、本発明の第３実施形態に係るパンチ加工方法を用いた部品内蔵モジュールの製造方法において、ビアホールを形成する工程を示す断面図である。
【図４】Ａ〜Ｆは、従来の部品内蔵モジュールの製造方法を工程順に示した断面図である。
【図５】Ａ〜Ｆは、従来のパンチ加工によるビアホールの形成工程を説明する断面図である。
【符号の説明】
【００６３】
１      パンチ加工装置
１０    基材
１１    保持手段
１２    パンチングツール
１３    ステージ
２０    パンチユニット
２１    ダイ
２２    シリンダ（駆動手段）
３０    パンチ
３１    パンチホルダ
３２    振動付与手段
３２ａ  超音波振動子
３２ｂ  交流電圧発生器（電圧印加手段）
１００  部品内蔵モジュール
１０１ａ，１０１ｂ  コンポジットシート
１０２ａ，１０２ｂ  保護フィルム
１０３  ビアホール
１０４  導電性ペースト
１０８  第１配線基板
１０９  第２配線基板
１１１  積層体
１１３  電子部品
１３０  電気絶縁層
１３１  配線パターン
１３２，１４０  ビア導体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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