(57)【要約】【課題】メタルコア基板の製造における外形加工で、外形加工後のメタルコアの「バリ」と「だれ」の双方の発生を抑制して、品質の向上を図る。【解決手段】メタルコア１１の表面に絶縁層２１ａを有した被加工材４１に対して、これをダイ５５とポンチ５３により打ち抜く外形加工を施す。この外形加工を、メタルコア１１の材質及び厚さに基づいて定められる適正隙間よりも小さく、絶縁層２１ａの材質及び厚さに基づいて定められる適正隙間よりも大きい外形加工隙間ｃで行う。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
メタルコアの表面に絶縁層を有した被加工材に対して、これをダイとポンチにより打ち抜く外形加工を施してメタルコア基板を製造するメタルコア基板の製造方法であって、
メタルコアの材質及び厚さに基づいて定められる適正隙間よりも小さく、絶縁層の材質及び厚さに基づいて定められる適正隙間よりも大きい外形加工隙間で上記の外形加工を行う
メタルコア基板の製造方法。
【請求項２】
０．４ｍｍの銅板からなるメタルコアの両面に０．２ｍｍ厚の絶縁層を有した被加工材の外形加工を、ダイとポンチとの間の外形加工隙間を０．０３ｍｍ以上０．０８ｍｍより小さい値にして打ち抜いて行う
メタルコア基板の製造方法。
【請求項３】
０．４ｍｍの銅板からなるメタルコアの両面に０．２ｍｍ厚の絶縁層を有した被加工材の外形加工を、ダイとポンチとの間の外形加工隙間を０．０５ｍｍにして打ち抜いて行う
メタルコア基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ダイとポンチによる打ち抜きで外形加工を行うメタルコア基板の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
外形加工は、基板の製造工程の中でも最終段階に位置するもので、その方法にはルーター加工と金型加工がある。ルーター加工は、側面に刃のついたドリルのような円形のビットで被加工材の端面をなぞるように切断する方法であり、基板の端面がきれいになるという利点がある。一方、金型加工はダイとポンチを用いてせん断により打ち抜く方法であり、短時間で大量の加工が行える利点を有するが、基板の端面には破断が起こるため、きれいな端面は得られない。
【０００３】
金型加工は、上述のようにせん断で打ち抜く方法であるので、図９に示したように、外形加工後のメタルコア基板のメタルコア１０１には、「だれ」１０２、「せん断面」１０３、「破断面」１０４、「バリ（返り）」１０５ができる。図示例では便宜上省略するが、絶縁層１０６，１０６においても「バリ」等は発生する。
【０００４】
ここで、一般的な板材のせん断のメカニズムについて説明する。せん断初期において板材は、まず、ポンチとダイに挟まれて押し潰される。この結果、平らな面が湾曲したり傾いたりする変形が起こり、「だれ」を生じる。この後、ポンチとダイとの更なる圧縮により、せん断力が働いてポンチとダイの角が板材に食い込みはじめ、せん断力が所定値になると割れ（亀裂）が発生し、「せん断面」が形成される。続いて、ポンチとダイの側面から側圧力が作用して、ポンチとダイの角が楔の作用をし、ポンチ側から発生した割れとダイ側から発生した割れが繋がってせん断が終わる。割れが繋がる時に形成されるのが「破断面」である。また、「破断面」の下には、素材の残材部分である「バリ」が生じ、「バリ」は板面よりも突出する。「バリ」は、基板表面の回路パターンが接触してショートする可能性があるなどの理由から、メタルコア基板の不具合の一つとされている。
【０００５】
せん断が上述のようにして行われるので、板材への割れの発生と２つの割れの繋がりが円滑に行われれば、「バリ」の発生を抑制できると考えられる。このため、板厚および板材に発生する割れの方向（角度）を基にして、適正な隙間を設定することが行われていた。
【０００６】
しかし、メタルコア基板の被加工材の場合には、メタルコアと絶縁層との積層構造であるため、上記のようにして設定した適正な隙間をそのまま適用することはできない。
【０００７】
たとえば、０．４ｍｍ厚の銅板における適正な隙間は、０．０８ｍｍとされているが、この隙間で、０．４ｍｍ厚の銅板をメタルコアとする被加工材の打ち抜きを行うと、メタルコアの「バリ」は小さく、許容できる範囲のものであるが、「だれ」が大きくなってしまう。これは、金属板とは性質の異なる樹脂からなる絶縁層が両面に形成されており、絶縁層がメタルコアの円滑なせん断を阻害しているからだと考えられる。
【０００８】
また、メタルコア基板の外形加工後の品質について、これまで「だれ」については考慮されてこなかった。「だれ」は「バリ」のように突出するものではないため、従来特に問題視されてこなかった。しかし、「だれ」部分は絶縁層と剥離した部分であり、「だれ」も大きくなると、デラミネーション（層間剥離）を招来するおそれがあり、メタルコア基板の不具合の一つとして見逃せないものと考えられる。
【０００９】
そこで、出願人がメタルコア基板におけるメタルコアの「バリ」と「だれ」との関係について、研究を進めると、図１０に示したように一方を充足させると他方が犠牲になるトレードオフの関係にあることが分かった。すなわち、ダイ１０７とポンチ１０８の間の隙間ｃが大きいと、「バリ」１０５は小さいが「だれ」１０２が大きくなり、隙間ｃが小さいと、「だれ」１０２が小さくなる一方で、「バリ」１０５が大きくなる。また、二次せん断が生じて断面は複雑化する。
【００１０】
なお、「バリ」の発生による品質の低下を防止するものとして、下記特許文献１に開示されたものがある。これは、外形加工を行う前に外形加工を行う箇所の金属板をエッチングにより除去して、金属板に積層された樹脂部分のみを打ち抜くというものである。金属板を打ち抜かないので金属板にバリが生じることはない。しかし、このような方法は、メタルコア基板に採用したとしても高価である。
【００１１】
【特許文献１】特開平７−１５１３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
そこで、この発明は、メタルコア基板における外形加工でメタルコアの「バリ」と「だれ」の双方の発生を抑制して、品質の向上を図ることができるようにすることを主たる課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
そのための手段は、メタルコアの表面に絶縁層を有した被加工材に対して、これをダイとポンチにより打ち抜く外形加工を施してメタルコア基板を製造するメタルコア基板の製造方法であって、メタルコアの材質及び厚さに基づいて定められる適正隙間よりも小さく、絶縁層の材質及び厚さに基づいて定められる適正隙間よりも大きい外形加工隙間で上記の外形加工を行うメタルコア基板の製造方法である。
【００１４】
外形加工隙間は、絶縁層が存在するので厚さのみに基づけば本来ならメタルコアの材質及び厚さに基づいて定められる適正隙間よりも広い外形加工隙間とすべきところを、メタルコアの材質及び厚さに基づいて定められる適正隙間よりも小さく、絶縁層の材質及び厚さに基づいて定められる適正隙間よりも大きく設定されており、被加工材のせん断時にメタルコアにとって覆い、カバーあるいは緩衝等となる絶縁層があっても、被加工材のメタルコアに対する割れの発生と２つの割れの繋がりを円滑に行わせることができる。
【００１５】
これは、被加工材のせん断開始時に先にせん断を受ける絶縁層と、絶縁層を介してせん断を受けるメタルコアとの間で、屈折に似た現象によってせん断力にずれ（あるいは変換や変位）が起こるためであると考えられる。すなわち、絶縁層とメタルコアとでは硬度が異なるので、絶縁層に作用したせん断力がメタルコアに伝わる時に、絶縁層とメタルコアとの境界を中心してせん断力が、外形加工隙間を広げる方向にずれるのではないかと考えられる。このようなせん断力のずれが起こることによって、メタルコアでのせん断力の作用位置が、メタルコアのせん断に適した隙間に近づいた隙間を有するようになり、この結果、せん断力をメタルコアにおける適正なせん断部分に集中させることが可能になるものと思われる。
【００１６】
いずれにしても、メタルコアに対する割れの発生が円滑になされ、メタルコアに対してせん断力が一旦作用すればその力はメタルコアをせん断するせん断力として即座に作用する。このため、発生した割れの繋がりも円滑であり、「バリ」の発生を抑制できる。しかも、メタルコアに対するせん断力は即座に作用するので、「だれ」の発生も抑制できる。
【００１７】
さらに、外形加工隙間は、絶縁層のみをせん断する場合の適正隙間よりも大きく設定しているので、メタルコアに発生する「バリ」の規模を抑えることができるとともに、ダイやポンチに掛かる負担が過大になることを避けることができる。
【発明の効果】
【００１８】
以上のように、この発明によれば、メタルコア基板のメタルコアの「バリ」と「だれ」の双方を抑制することができ、製品の品質を向上することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
メタルコア基板における外形加工でメタルコアの「バリ」と「だれ」の双方の発生を抑制して品質の向上を図るという目的を、メタルコアの材質及び厚さに基づいて定められる適正隙間よりも小さく、絶縁層の材質及び厚さに基づいて定められる適正隙間よりも大きい外形加工隙間で外形加工を行うことによって実現した。
【実施例】
【００２０】
この発明の一実施例を、以下図面を用いて説明する。  
図１は、メタルコア基板の製造工程における外形加工前の工程を示す断面図である。図１（ａ）〜（ｊ）にしたがって概略を説明してから、外形加工について説明する。
【００２１】
メタルコア１１の材料としては、銅やアルミニウムからなる矩形の金属板（以下、「基材１２」という。）が用いられる（ａ）。
【００２２】
この基材１２に対して機械的に穴１３を開け、水洗などの脱脂処理、続いて、表面を粗くする粗化加工を施すことで、メタルコア１１が得られる（ｂ）。
【００２３】
次に、メタルコア１１の両面に、樹脂シート２１（たとえばＦＲ−４のようなプリプレグ）と電解銅箔２２を配置する。樹脂シート２１がメタルコア１１側で、電解銅箔２２が表面側である（ｃ）。
【００２４】
そして、この状態で、熱を加えるとともに真空引きをしながらプレスして、メタルコア１１の穴１３内に樹脂シート２１の溶けた樹脂を注入充填させる。樹脂が固化するとメタルコア１１の両面に絶縁層２１ａが形成された１枚の積層板３１となる（ｄ）。
【００２５】
この後、積層板３１の樹脂充填部位に、メタルコア１１の穴１３よりも小径で厚み方向に貫通するスルーホール３１ａを開ける（ｅ）。
【００２６】
つづいて、表面に位置する電解銅箔２２の上に銅メッキ層３２を形成する。この銅メッキ層３２と電解銅箔２２とよりなる層が回路パターン層３１ｂである（ｆ）。
【００２７】
この回路パターン層３１ｂの上の所定部位にはマスク３３をかけ（ｇ）、マスク３３のかかってない部分の回路パターン層３１ｂを除去する（ｈ）。
【００２８】
このあと、上記のマスク３３を除去し（ｉ）、表面の所定部位に、内部保護のためのソルダーレジスト３４を形成する（ｊ）。
【００２９】
つづいて、図２に示したように外形加工を行う。すなわち、図１（ａ）〜（ｊ）のようにして得られた被加工材４１から不要な部分４２を切り捨てるべく回路パターンごとに打ち抜いて基板素材４３を得る。そして最後に、適宜、プリフラックスやはんだレベラーなどのコーティングをかけ、基板素材４３をメタルコア基板として完成させる。
【００３０】
外形加工は、図３に示したようなプレス金型５１を用いて行う。  
プレス金型５１は、ロアプレート５２上に固定されたポンチ５３と、被加工材４１を挟んでポンチ５３の上方に配されるストリッパ５４と、該ストリッパ５４の横でストリッパ５４に沿って上下動するダイ５５と、被加工材４１を挟んでダイ５５の下方に配されるストリッパ５６とを有する。被加工材４１におけるポンチ５３とストリッパ５４に挟まれる範囲内には回路パターン層３１ｂが存在するので、ポンチ５３とストッパ５４には逃げのための空間５３ａ，５４ａが設けられている。
【００３１】
このようなプレス金型５１では、ポンチ５３の上に被加工材４１を置いてストリッパ５４で挟み、ストリッパ５４の横に位置するダイ５５を押下すると、被加工材４１の打ち抜きができる。このとき、ポンチ５３とダイ５５との間には、プレス金型の保護と適切なせん断のために、図４に示したように隙間（外形加工隙間ｃ）が必要である。
【００３２】
この外形加工隙間ｃは、メタルコア１１の材質及び厚さに基づいて定められる適正隙間よりも小さく、絶縁層２１ａの材質及び厚さに基づいて定められる適正隙間よりも大きい値に設定する。
【００３３】
上記の各適正隙間は、加工後の端面が比較的きれいになる理想的なせん断を可能とする隙間であって、材質と厚さに基づいて周知の方法でおおよその値が見出せる。そしてこれらの値から、メタルコアの適正隙間の値より小さく絶縁層の適正隙間の値よりも大きい範囲内で、メタルコアの「だれ」と「バリ」を許容し得る大きさに抑制する上記の外形加工隙間ｃが設定される。
【００３４】
設定にあたっては、メタルコア１１および絶縁層２１ａの材質と厚さの違いの程度を考慮する。
【００３５】
具体的には、外形加工隙間ｃの値は、メタルコア１１の材質及び厚さに基づいて定められた適正隙間と絶縁層２１ａの材質及び厚さに基づいて定められた適正隙間との中間値に、メタルコア１１の材質及び／又は厚さと、絶縁層２１ａの材質及び／又は厚さに基づく修正を加えて得ることができる。修正は、たとえば絶縁層２１ａの厚さが厚ければ中間値よりも小さくし、薄ければ中間値よりも大きくするように行う。これは、せん断時に絶縁層２１ａに掛けたせん断力が、メタルコア１１においても同位置で作用するのではなく、絶縁層２１ａとメタルコア１１との間、特に界面部分を中心に、硬度の違いにより屈折に似たような現象が起こり、ダイ５５及びポンチ５３からかかったそれぞれのせん断力が離間する方向にずれを生じるからであると思われる。絶縁層２１ａが厚いほど、また絶縁層２１ａの材質が柔らかいほど、ずれは大きくなる。
【００３６】
このような観点から、０．４ｍｍ厚の銅板をメタルコアとして、両面に０．２ｍｍ厚の樹脂（ＦＲ−４（耐燃性ガラス基材エポキシ樹脂積層板））からなる絶縁層２１ａが形成された被加工材４１について、０．０３ｍｍ以上で０．０８ｍｍより小さい外形加工隙間ｃを得た。特に、以下の理由から０．０５ｍｍの外形加工隙間ｃを得た。
【００３７】
すなわち、メタルコア１１の材質及び厚さに基づいて定められる適正隙間は、０．０８ｍｍであり、絶縁層２１ａの材質及び厚さに基づいて定められる適正隙間は、０．０１ｍｍである。したがって、これらの中間値は０．０４５ｍｍであるが、両面の各絶縁層２１ａ，２１ａの厚さとメタルコア１１の厚さとの比（絶縁層厚／メタルコア厚）は１対２である。つまり、合せるとメタルコア１１の厚さと同一になる２つの絶縁層２１ａ，２１ａが形成されていることになる。しかし、上記の通り各絶縁層２１ａの厚さはメタルコアの半分の０．２ｍｍであり、またエポキシ製の絶縁層２１ａの硬度は比較的高いので、絶縁層２１ａを比較的薄いものとみなして、中間値の０．０４５ｍｍを上方修正し、０．０５ｍｍとした。
【００３８】
この０．０５ｍｍはメタルコアの厚さ０．４ｍｍに対して１２．５％であり、絶縁層の厚さ０．２ｍｍに対しては２５％である。材質が同じで厚さが異なる場合には、各部の厚さから上記の割合を用いて外形加工隙間ｃを得ることができる。
【００３９】
この外形加工隙間ｃで、打ち抜き試験を行った。比較するため、上記のメタルコアの材質及び厚さに基づいて定められる適正隙間である０．０８ｍｍと、絶縁層の材質及び厚さに基づいて定められる適正隙間である０．０１ｍｍでも試験を行った。
【００４０】
試験は、図５に示したように、上記の構造と同一構造の被加工材４１から、メタルコア基板となる基板素材４３を打ち抜いて、この基板素材４３の４辺における各端面の長さ方向の両端部および中間部の３箇所（左、中、右）と、平面における同じ３箇所を電子顕微鏡で観察した。図５中の矢印Ｆ，Ｒ，Ｂ，Lは、基板素材４３の４辺の観察方向を示している。
【００４１】
この結果、図６、図７、図８の写真に示すような結果が得られた。外形加工隙間が０．０５ｍｍであるものが実施例１で、０．０１ｍｍであるものが比較例１、０．０８ｍｍであるものが比較例２である。
【００４２】
図６、図７、図８中、端面において厚さ方向に延びるように断続的に存在する黒っぽく写っている部分がメタルコアの「せん断面」であり、その下に「破断面」や「バリ」が見える。また、端面における厚さ方向の上側部分において横方向に見える線状の部分がメタルコアの「だれ」の部分である。
【００４３】
実施例１を比較例１と比較すると、比較例１では、端面における黒っぽい部分が圧倒的に多く、厚み方向での長さも長い。このことからも、「バリ」が多く発生していることも分かる。しかも、その「バリ」は、下側の絶縁層に達しているばかりではなく、絶縁層よりも下に延びているものも見受けられる。これに対して、実施例１では、端面における黒っぽい部分は、比較例１と比較して少なく、厚み方向での長さも短い。そのうえ絶縁層よりも下に延びているものは見られない。
【００４４】
一方、メタルコアの「だれ」についてみると、比較例１ではその存在がうっすらと見られる程度であるのに対して、実施例１では、比較例２の場合よりもはっきり見える部分がある。しかし、その存在は断続的であり、発生の程度も許容し得る範囲内である。
【００４５】
また、実施例１を比較例２と比較すると、比較例２では、「バリ」の存在はほとんど見られない。この点、実施例１では、下側の絶縁層に達する程度の「バリ」はあるが、下側の絶縁層から突出する「バリ」は存在しない。また、実施例１は比較例２に比して「せん断面」は多く存在し、比較的きれいな端面である。
【００４６】
一方、メタルコアの「だれ」についてみると、比較例２では、実施例１の場合よりもはっきりと、連続した「だれ」が観察できる。これに対して実施例１では比較例２の「だれ」よりも発生規模が小さく範囲も狭い。
【００４７】
このように、実施例１では、「バリ」も「だれ」も見られるが、これらは極端に存在せず、端面は比較的きれいである。つまり、「バリ」と「だれ」の双方の発生を抑制して、外形加工により打ち抜いて得る基板素材４３、すなわちメタルコア基板の品質の向上を図ることができた。
【００４８】
また、過剰な「バリ」の発生を抑制できるので、プレス金型５１に掛かる負担を軽減できる。この結果、プレス金型５１の長寿命化や製造コストの低減を図ることも可能である。
【００４９】
上述の構成はこの発明の一実施例であり、この発明は上述の構成のみに限定されるものではなく、その他の形態を採用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】メタルコア基板の製造工程における外形加工前を示す断面図。
【図２】外形加工の説明図。
【図３】プレス金型の断面図。
【図４】外形加工の要部を示す断面図。
【図５】試験の方法の説明図。
【図６】試験結果（実施例１）の顕微鏡写真。
【図７】試験結果（比較例１）の顕微鏡写真。
【図８】試験結果（比較例２）の顕微鏡写真。
【図９】外形加工後の端面の状態を示す断面図。
【図１０】従来技術の説明図。
【符号の説明】
【００５１】
１１…メタルコア
２１ａ…絶縁層
４１…被加工材
５３…ポンチ
５５…ダイ
ｃ…外形加工隙間
【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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【図９】
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【図１０】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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