JP3756723B2

JP3756723B2 - プリント配線板の加工方法

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Publication number: JP3756723B2
Application number: JP2000142410A
Authority: JP
Inventors: 雄一内田; 健一郎田中; 雅男久保; 宮本　　勇
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 1999-07-27
Filing date: 2000-05-15
Publication date: 2006-03-15
Anticipated expiration: 2020-05-15
Also published as: US6414263B1; KR100379801B1; EP1073321B1; EP1073321A3; JP2001102720A; KR20010015448A; TW460350B; EP1073321A2; CN1282203A; CN1205846C

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はプリント配線板、殊に多層配線板のＶＩＡホール加工についての加工方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
プリント配線板の絶縁層の上層の導体と絶縁層の下層の導体との導通のための穴（ＶＩＡホール）を絶縁層にレーザ加工によって形成して穴底に下層導体を露出させるにあたっては、絶縁層のみに穴を明けなくてはならず、また穴底に絶縁層の残渣が残っていないようにしなくてはならない。
【０００３】
特開平１０−３２２０３４号公報には絶縁層に紫外線または電子線により変色または発光する物質を添加混合しておき、穴加工と洗浄・粗化後に穴底に紫外線または電子線を照射し、穴底面の発光面積から穴加工の良否を判定することが開示されている。しかし、この場合はレーザ加工中に穴底が下層導体に達したか否かを検出することができない。
【０００４】
一方、特開平１０−８５９７６号公報には、絶縁層と下層導体との反射率の違いを利用して、レーザ光の反射光強度を測定することで穴底が下層導体に達したことを検出することが開示されており、この場合、レーザ加工中に穴底が下層導体に達したことを検出することができるために、該検出結果に基づいて加工用レーザの制御を行うことで、適切な穴を絶縁層にのみあけることができる。また、下層導体のレーザ光反射率及び熱伝導率が高いために下層導体表面樹脂の温度が上昇せずに残存してしまうことへの対処として、上記残渣を除去するためのレーザ光を付加的に照射することも開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、レーザ光の反射光はその指向性が高いことから、反射光の検出方向が制限される上に、穴底面の粗さや傾きの影響を受けてしまうものであり、また、絶縁層の上層の導体に下層の導体と同じ材料を用いた場合、精度の良い検査が困難である。
【０００６】
本発明はこのような点に鑑みなされたものであって、その目的とするところは穴が絶縁層を貫通したことを的確に且つ容易に検出することができるプリント配線板の加工方法を提供するにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
しかして本発明は、プリント配線板の絶縁層の上層の導体と絶縁層の下層の導体との導通のための穴を絶縁層に形成して穴底に下層導体を露出させるにあたり、プリント配線板として下層導体と絶縁層との間にレーザ加工時に加工用レーザの波長と異なる波長の電磁波を放射する処理層を備えたものを用いて、絶縁層に穴をあけるレーザ加工に際し、プリント配線板の処理層から発せられる信号の変化を計測して絶縁層の残存状態を判定することに特徴を有している。レーザ光の反射光ではなく、下層導体と絶縁層との間の処理層からレーザ加工で放射される電磁波を利用するために、穴が絶縁層を貫通したかどうかを的確に検出することができるものである。
【０００８】
プリント配線板としては、下層導体の表面を酸化処理して処理層としたもの、下層導体の表面にレーザ加工により電磁波を放射する導体物質を配して処理層としたもの、下層導体の表面にレーザ加工により電磁波を放射する強度が強い成分を含有する樹脂を配して処理層としたもの等を好適に用いることができる。
【０００９】
検査用照明を穴に照射して、レーザ加工時に処理層から放射される電磁波の信号変化を検出すると同時に、穴底からの反射光あるいは処理層からの発光の強度測定を行って絶縁層の残存状態を判定するようにしてもよい。
【００１０】
また、プリント配線板として、処理層から放射される電磁波を遮蔽する樹脂を絶縁層としているものを用いてもよい。
【００１１】
穴底樹脂残渣膜厚の判定については、レーザ加工時に処理層から放射される電磁波のピーク強度を測定し、あらかじめ設定している基準値と測定したピーク強度との比較で行ったり、処理層から放射される電磁波のピーク強度が予め設定してある上限基準値を超えた後に、強度が減少して予め設定してある下限基準値以下となったことによって行ったり、処理層から放射される電磁波を測定すると同時に加工用レーザの反射光を測定して、反射光強度が反射光基準値以上で且つ電磁波の強度が放射強度基準値以下となることで行ったり、処理層から放射される電磁波の信号強度波形がレーザ照射終了までに減衰してピークが検出される形となることで行ったり、処理層から放射される電磁波の強度を測定して１つの穴毎に放射強度の積分値を算出し、あらかじめ設定している基準値との比較で行ったりすることができるが、これらの方法に限定されるものではない。
【００１２】
レーザ加工中に処理層から放射される電磁波のうち波長５００〜２０００ｎｍのものだけを測定することが好ましいが、処理層が放射する電磁波によっては他の波長域を用いてもよい。
【００１３】
さらに、処理層の厚さをレーザ加工の後工程である樹脂除去処理で除去可能な樹脂厚以下としておき、処理層から放射された電磁波の信号が測定された時点でレーザ加工を停止するのも好ましい。
【００１４】
処理層としては、レーザ加工中に放射する電磁波の放射強度が絶縁層のレーザ加工中に絶縁層が放射する電磁波の放射強度よりも２倍以上大であるものを用いるのが好ましい。この場合、放射強度が特定波長でのみ絶縁層から放射される電磁波の放射強度よりも２倍以上となるものであってもよい。
【００１５】
処理層がそのレーザ加工時に放射する電磁波の最大強度が得られる波長と、処理層がそのレーザ加工時に放射する電磁波の強度が小さく且つ絶縁層がそのレーザ加工時に放射する電磁波の強度が大である波長とにおいて電磁波を測定して、両波長での電磁波強度から絶縁層の残存状態を判定したり、あるいは処理層がそのレーザ加工時に放射する電磁波を複数波長で検出して各波長でのピーク強度の比から絶縁層の残存状態を判定するようにしてもよい。
【００１６】
このように複数波長の電磁波を検出する場合は、レーザ加工時に放射される電磁波を分光器により分光し、分光後の電磁波を２個以上の検出器を用いて検出するのが好ましい。
【００１７】
また、加工用のレーザ光を加工位置に集光するレンズとプリント配線板との間にダイクロイックミラーを配置し、レーザ加工時に放射される電磁波をダイクロイックミラーでレーザ光軸外に取り出して検出器に導くと、レンズの材質の影響を受けることがない電磁波検出を行うことができる。
【００１８】
この時、検出器としてフォトセンサアレーを用いたり、あるいはダイクロイックミラーと検出器との間に集光レンズを配置すると、レーザ加工を走査して行う場合、きわめて好ましい結果を得ることができる。
【００１９】
絶縁層に穴をあけるレーザ加工に際し、プリント配線板の処理層から発せられる信号の変化を計測して絶縁層の残存状態を判定し、絶縁層の残存厚みが設定値より大である時、加工用レーザの追加パルスを照射するようにしてもよい。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下本発明を実施の形態の一例に基づいて詳述すると、本発明においては、前述のように、プリント配線板１の絶縁層１０の上層の導体１１と絶縁層１０の下層の導体１２との導通のための穴１３を絶縁層１０に形成して穴底に下層導体１２を露出させるにあたり、プリント配線板１として下層導体１２と絶縁層１０との間にレーザ加工時に加工用レーザの波長と異なる波長の電磁波を放射する処理層１４を備えたものを用いて、絶縁層１０に穴１３をあけるレーザ加工に際し、プリント配線板１の処理層１４から発せられる信号の変化を計測して絶縁層１０の残存状態を判定するのであるが、上記レーザ加工のための加工装置の一例を図２に示す。レーザ発振器２０から出た光を、マスク２１形状を投影する方式でプリント配線板１上に像転写して穴あけを行う。加工の高速化のため光をスキャンできるようガルバノミラー２２を用いており、さらにＸ−Ｙテーブル２３による移動も可能なようになっている。図中２４はｆ−θレンズである。
【００２１】
このシステムにおいてプリント配線板１の層間導通用の穴１３を加工する場合、レーザ照射による除去加工で絶縁層１０に穴１３をあけて、該穴１３の穴底が下層導体１２表面に達した時点でレーザ加工を停止する。ただし、ＣＯ₂レーザによる加工では、下層導体１２のレーザ光反射率及び熱伝導率が高いため、導体表面樹脂の温度が上昇せず、残存してしまうことから、穴底に残存した樹脂は、さらにレーザ光を１パルス加えたり、次の工程である樹脂除去工程(デスミア処理)により除去する。なお、デスミア処理では、時間や処理液濃度などにより除去量が変化する。この時、長時間あるいは高濃度で処理すると、穴１３内壁の樹脂をも除去してしまって穴１３形状に影響を及ぼし、後の上層導体１１と下層導体１２の導通を確保するメッキ工程においてメッキ不良が発生することから、レーザ加工時の穴底に残存する樹脂の厚みを管理する必要がある。
【００２２】
このために、レーザ加工状況をモニタリングすることで、残存する樹脂の厚みを管理するのであるが、本発明においては、プリント配線板１として、下層導体１２の表面（絶縁層１０側の面）にレーザ加工により加工用レーザの波長とは異なる電磁波を強く放射する処理層１４を設けたものを用いる。なお、上層導体１１は必ずしも必要ではない。
【００２３】
処理層１４は加工に用いるレーザ、たとえばＣＯ₂レーザの吸収率が高くてレーザ加工が容易であり、熱容量、熱伝導率、熱拡散率が小さいほうが良い。穴加工用レーザがＣＯ₂レーザである場合、絶縁層１０のエポキシ系樹脂を加工した際に発生する電磁波の強度は非常に小さく、従って処理層１４として電磁波の放射強度が強いものを用いて、絶縁層１０及び処理層１４をレーザで穴加工した時の電磁波の放射の強度を測定し、その信号強度の変化を検出すれば、穴底の状況を把握することができる。
【００２４】
この時、処理層１４からの電磁波は処理層１４面から等方的に放射されるため、穴底の状態(傾き、粗面化状態など)による影響を受けにくく、穴底にある処理層１４からの信号のみを検出することが可能である。従って、安定した判定が可能となる。
【００２５】
この判定は、あらかじめ良品となった加工穴の信号強度の変化を測定しておき、加工時に測定された信号強度の変化と比較することで行うことができる。また、放射される電磁波を測定する検出器２７は、加工用のレーザのパルス幅あるいは出力波形に対して同等またはそれ以上の応答性をもつものを用いることでインラインの検査を行うことができる。
【００２６】
測定すべき電磁波が紫外光〜可視光ではマイクロチャンネルプレートフォトマルチプレーヤーなど、波長１９０ｎｍ〜１１００ｎｍではＳｉフォトダイオード、波長７００〜２６００ｎｍの範囲ではＩｎＧａＡｓフォトダイオード、赤外線領域で他にはＰｂＳｅ光導電素子、ＩｎＡｓ光起電力素子、ＩｎＳｂ光起電力素子、ＭＣＴ光導電素子などを検出器２７として用いることができる。これらの検出器２７を設置する位置として、穴底が検出器２７の位置から穴壁面で隠れてしまうことがない加工穴直上が望ましい。もっとも加工穴の真上、つまり、加工用レーザの光軸上に検出器２７を設置することは、加工用レーザを遮断して加工エネルギーが減少することになるために、放射された電磁波をレーザ光軸より取り出すためのビームスプリッタあるいはピンホールミラー２８を設置する。特にガルバノミラーを用いた走査型のシステムで加工した場合、レーザ光軸と同軸で検出することにより加工速度を低減させることなく各穴毎の検査が可能となる。なお、図１に示すように、検出器２７はレーザ光Ｌの光軸の脇に配していてもよい。
【００２７】
プリント配線板１における処理層１４としては、種々のものを用いることができるが、下層導体の表面を酸化処理（黒化処理）したものを好適に用いることができる。下層導体１２が銅である場合は、ＮａＯＨ溶液に銅表面を浸すことにより酸化処理することができる。そしてレーザ加工が穴底の酸化処理層（ＣｕＯ）である処理層１４まで到達すると、処理層１４はレーザ光を吸収して加熱される。この時、酸化銅はＣＯ₂レーザ光の吸収率が高く、加熱された時に発生する電磁波の放射強度が大きいために、検出される信号の変化が大きくなり、精度の良い検査が可能となる。測定に使用する検出器２７は、レーザ加工時に発生する電磁波の波長により適切なものを選べばよい。なお、この点については後述する。
【００２８】
また、あらかじめレーザ加工時に発生する電磁波の強度変化と穴底に残存する樹脂の厚みとの関係を測定しておき、良品となる信号強度を求めておけば、その信号変化との比較を行うことにより、加工と同時に検査を行うことが可能となる。また、処理層１４である酸化層を黒化処理で得ている場合、黒化処理では銅表面が粗化されていることから、絶縁層１０と下層導体１２との密着力の確保も期待することができる。
【００２９】
処理層１４は、レーザ加工によって電磁波を放射する導体物質、例えば、炭素を下層導体１２の表面に配したものとしてもよい。該処理層１４（炭素層）は、炭素材の加熱による真空蒸着や真空スパッタリングなどによって得ることができる。この場合、レーザ加工が穴底の処理層１４まで到達すると、炭素層である処理層１４はＣＯ₂レーザ光の吸収率が高くて加熱された時に発生する電磁波の放射強度が大きいため、検出される信号の変化が大きくなり、精度の良い検査が可能である。
【００３０】
さらに処理層１４は、レーザ加工により電磁波を放射する強度が強い成分を含有する樹脂の層を下層導体１２と絶縁層１０との間に介在させたものとしてもよい。たとえば、炭素粉末を混入させたエポキシ系樹脂を下層導体１２上に塗布して処理層１４とした後に所定の絶縁層１０を形成したプリント基板１では、加工が穴底の処理層１４まで到達すると、炭素はレーザ光を吸収して加熱されることで発生する電磁波の放射強度が大きいために、検出される信号の変化が大きくなり、精度の良い検査が可能となる。この場合、処理層１４は通常の絶縁材料をベ一スとするものでよく、従って密着不良などが発生しにくいものとすることができる。
【００３１】
処理層１４から放射される電磁波の信号変化を測定すると同時に、図３に示すように、検査用照明３０を穴１３に照射し、穴底からの反射光あるいは処理層１４からの発光の強度も検出器２７で測定するようにしてもよい。レーザ加工時に発生する処理層１４からの信号のみを検出するのではなく、検査用光源３０を用いて積極的に処理層１４からの信号を検出することにより、検査精度を向上させることができる。この時、処理層１４から放射される電磁波の検出器２７と検査用光源３０の反射光測定用検出器とは同一のものでなくてもよい。また、処理層１４として紫外線の照射により蛍光するものを用いた場合は、検査用光源３０として紫外光を使用し、その際の蛍光強度を測定するとよい。
【００３２】
また、処理層１４から放射される電磁波を遮蔽することができる材料を混入した樹脂で絶縁層１０を形成しておけば、絶縁層が除去されて処理層１４が露出された時の信号強度変化が大きくなるために、絶縁層の除去状態を正確に把握することができ、精度の良い検査が可能となる。
【００３３】
処理層１４から放射される電磁波のうち可視光の放射を検出している場合には、絶縁層１０のエポキシ系樹脂に黒色顔料（たとえばＦｅ，Ｍｎ，Ｃｒ，Ｃｏ，Ｎｉ等の超微粒子複合酸化物顔料やマグネタイト粉）を混入させたものとするとよい。穴底に絶縁層１０が残存する場合、レーザ光が絶縁層１０を透過して処理層１４に到達した結果、処理層１４より電磁波の放射があったとしても、黒色顔料を混入した絶縁層１０がこの電磁波を遮蔽するために、穴底に残存樹脂があることが明確となる。
【００３４】
処理層１４から放射された電磁波の信号変化に基づいて、穴底の絶縁層１０の残存状態を判定することについては、図４に示すように、レーザ加工時に処理層１４から放射される電磁波のピーク強度を測定し、あらかじめ設定している基準値とピーク強度との比較で行うことができる。穴底の樹脂残り厚みが薄いほど処理層１４へのエネルギー投入が大きくなり、レーザ加工時に放射される電磁波の変化は大きくなることから、処理層１４から照射される電磁波のピーク強度を測定するため、単純な比較回路で判定処理が可能なものであり、検査アルゴリズムを単純化でき、短時間で処理することができる。
【００３５】
今、絶縁層１０のエポキシ系樹脂の絶縁層厚みを６０μｍ、処理層１４として銅表面を酸化処理である黒化処理したものを用い、加工穴径をφ１００μｍとした場合、穴底樹脂残り厚みが４μｍ以上では信号強度の変化は小さく、測定強度波形にピークはほとんど測定されない。しかし、ある基準値以上の測定ピーク強度であると、穴底樹脂残り厚みは約１μｍ以下となっている。従って、あらかじめ穴底樹脂残り厚みが後工程であるデスミア処理で除去可能な所定の厚み以下となる時の信号強度ピーク値を測定しておき、それとの比較を行うことにより樹脂の残り厚みを検出することができる。なお、上記の基準値は加工対象材料やレーザ加工条件などにより変化することから個々の条件における基準値を設定する必要がある。
【００３６】
図５に示すように、レーザ加工中に放射される電磁波のピーク強度が予め設定してある上限基準値を超えた後に、強度が減少して予め設定してある下限基準値以下となったことを基に、穴底樹脂残渣膜厚が許容厚み以下となったと判定するようにしてもよい。
【００３７】
この点について説明すると、穴底の樹脂残り厚みが薄いほど処理層へのエネルギー投入が大きくなり、レーザ加工時に放射される電磁波の変化は大きくなるが、更に加工が進んで電磁波を発生する処理層１４がレーザ加工により分解・除去されていくと、測定される信号強度は減少していく。ここで、レーザ加工エネルギーが低く、１ショットの加工で穴底まで穴加工ができない場合には、レーザを複数回照射して加工するが、この時、測定される電磁波の強度はショット数毎に変化するものの、その信号ピーク強度は比較的小さい。従って、信号ピーク強度のレベルのみで判定すると、検査精度を保つことが困難となる。そこで、信号ピーク強度が上限基準値を超えた後に、下限基準値以下となったことにより、穴底樹脂残渣の状態を判定するのである。
【００３８】
信号ピーク値が上限基準値を超えることにより、処理層１４がレーザにより加工されていることが判り、その後、信号ピーク値が減少することにより、電磁波を発生する処理層１４にレーザエネルギーが十分に投入されていることが判る。その結果、穴底樹脂の残り厚みが後工程であるデスミア処理で除去可能な所定の厚み以下となっていることを検出することができる。
【００３９】
絶縁層１０のエポキシ系樹脂の厚みを６０μｍ、処理層１４として銅表面を酸化処理（黒化処理）したものを用い、レーザ加工エネルギーを１.７ｍＪ／ｐ、加工穴径をφ１００μｍとした場合、１ショットでは穴底まで加工されず、信号強度の変化は小さく、測定強度波形にピークは測定されない。ショット数を重ねていき穴底まで到達すると、信号強度のピーク値は一度大きくなり、その後、小さくなっていきピーク値は測定されなくなる。あらかじめ良品穴におけるピーク値の上限基準値と下限基準値を設定しておく。上限基準値はショット数を重ねたときにピーク強度が最大となった値より求め、下限基準値は前述の上限基準値が測定された後のピーク強度の最小値より求めておく。それらと加工中の測定ピーク値との比較を行うことにより穴底樹脂の残り厚みを検出することが可能となる。また、前述の基準値は加工対象材料やレーザ加工条件などにより変化するので、それぞれの条件における基準値を設定する。
【００４０】
図６は処理層１４から放射される電磁波の測定と同時に加工用レーザの反射光も測定して、反射光強度が反射光基準値以上で且つ電磁波の強度が放射強度基準値以下となることで判定を行ってもよい。穴底の樹脂残り厚みが薄いほど処理層１４へのエネルギー投入が大きくなって処理層１４から放射される電磁波の強度も高くなるが、更に加工が進んで処理層１４がレーザ加工により分解・除去されていくと、測定される信号強度は減少していく。この時、上限基準値を用いて判定を行うと、信号ピーク強度がノイズにより上限基準値を見かけ上超えたように測定されることが考えられることから、ここでは信号ピーク強度が上限基準値を超えたかどうかの条件に代えて、加工用レーザの反射光の強度が反射光基準値を超えたかどうかを判定条件に加えている。上記の各基準値は、あらかじめ良品穴における反射光のピーク強度と処理層から放射されるの信号波形のピーク値の変化を測定して、該測定結果に基づいて設定する。
【００４１】
このほか、レーザ加工中に処理層１４から放射される電磁波を測定して、その信号強度波形がレーザ照射終了までに減衰してピークが検出される形となることをもって、判定を行ってもよい。図７に示すように、信号強度の波形を検出し、その形状によって穴底樹脂残渣の状態を判定するのである。穴底の樹脂残り厚みが薄いほど処理層１４へのエネルギー投入が大きくなり、レーザ加工時に放射される電磁波の強度も高くなるが、更に加工が進んで電磁波を発生する処理層１４がレーザ加工により分解・除去されていくと、測定される信号強度は減少していく。この時の電磁波の強度についての波形がレーザ照射終了までに減衰してピークが検出される形であると、処理層１４が十分に加熱されて穴底樹脂残渣の最大膜厚は１μｍ程度となる。このように信号強度の波形により穴底樹脂残渣の状態を判定した場合、波形にピークが検出されるとレーザ照射を中止して、余分な加工エネルギーを投入せずに最適な穴形状を安定して得ることができる。
【００４２】
例えば、絶縁層１０のエポキシ系樹脂の厚みを６０μｍ、処理層として銅表面を酸化処理で黒化させたものを用い、レーザ加工エネルギーを１.７ｍＪ／ｐ、パルス幅を３０μｓ、加工穴径をφ１００μｍとした場合、最初のレーザーパルス（１ショット目、図７(a)）では穴底まで加工されず、２ショット目（図７(b)）で穴は処理層１４まで到達するが、穴底に残存する樹脂や、露出された穴底径が小さく適切な穴形状とはならない。３ショット目（図７(c)）の加工でレーザ照射中にピークが観測され、穴底に残存する樹脂の最大膜厚も１μｍ程度となり、良好な加工穴を確保できる。また、信号強度の波形により判定しているため、あらかじめ判定に用いる基準値を設定する必要がない。
【００４３】
図８に示すように、レーザ加工時に処理層１４から放射される電磁波の強度を測定して各穴毎に放射強度の積分値を算出し、該積分値があらかじめ設定している基準値に達したかどうかで判定を行うこともできる。なお、図８(a)は１ショット目、図８(b)は２ショット目、図８(c)は３ショット目の放射強度の時間変化を示している。波形の面積（図中の斜線部）は、放射強度の積分として求められ、図８(d)に示すように、各穴毎の放射強度の積分値を１ショット目から累積し、その累積積分値が予め設定してある基準値に達したかどうかで判定を行うことも可能である。
【００４４】
処理層から電磁波を放射する量は穴底径が同じであれば一定である。一方、複数ショットで穴を加工する場合、放射強度は各穴、各ショット毎に同じように測定されるわけではなく変化する。従って、あるショット数目での放射強度のピーク値により穴底樹脂残渣の状態を判定する場合に比べ、放射強度の波形の積分演算処理を行い、あらかじめ算出している良品の積分基準値と比較を行うことにより穴底樹脂の残り厚みを検出した方が、検査精度の信頼性が高くなる。もちろん、上記基準値は加工対象材料やレーザ加工条件などにより変化するので、それぞれの条件における基準値を設定する。
【００４５】
ところで、処理層１４から放射された電磁波の測定にあたっては、５００ｎｍから２０００ｎｍの波長の電磁波の測定を行うことが好ましい。殊に、処理層１４が下層導体１２である銅を黒化処理したものである場合、ＣＯ₂レーザ加工で処理層１４から放射される電磁波の放射強度は、５００〜２０００ｎｍの波長領域において高くなるからであり、また、上記波長域のみを検出器２７が検出できるように、たとえばフィルターを通したりすることで、他からのノイズ光などを除去することが可能となり、残存樹脂の膜厚を検出する精度を上げることができる。
【００４６】
下層導体１２の表面にレーザ加工により電磁波を放射する導体物質を配して処理層としたものや、下層導体１２の表面にレーザ加工により電磁波を放射する強度が強い成分を含有する樹脂を配して処理層１４としたものを用いる場合にも、前記炭素に加えて硫化銅を用いれば、この場合においても５００ｎｍから２０００ｎｍの波長の近赤外光が放射されるために、この波長域のみの電磁波の測定で精度の高い判定を行うことができる。
【００４７】
処理層１４の厚さは、レーザ加工の後工程である樹脂除去処理で除去可能な樹脂厚以下としておくのが好ましい。特に、電磁波を放射する処理層１４として、レーザ加工により電磁波を放射する強度が強い成分を含有する樹脂を用いた場合、レーザ穴加工を行うと、穴底の処理層１４まで達しなければ、放射強度の変化は測定されない。更に加工が進んで処理層１４が加工され始めると、放射強度の変化は測定される。従って、放射強度の変化が測定されたということは、絶縁層１０は除去され、処理層１４のみが穴底に残存する。レーザ加工により穴底に残存した処理層１４の樹脂は、次の工程である樹脂除去工程(デスミア処理)により除去される。処理層の厚さをこのデスミア処理で除去可能な樹脂厚以下としておき、レーザ加工により処理層１４からの信号が検出されれば、穴底に残存する樹脂の厚みは、後工程で除去可能な樹脂厚であると判定することが可能となる。従って、処理層１４の厚みをデスミア処理で除去可能な樹脂厚以下とすることにより、予め処理層からの信号強度と穴底に残存する絶縁層１０の厚みとの相関関係を把握する必要なく、精度良く穴底に残存する樹脂を制御することが可能となる。
【００４８】
なお、処理層１４が導体物質の場合、後工程の導体メッキとの密着力に問題がなければ、処理層１４を除去する必要はない。もっとも、処理層１４を下層導体１２（銅）の黒化処理で形成したものの場合、デスミア工程やメッキ工程の酸処理によって上記処理層１４の除去を行う。
【００４９】
次に絶縁層１０がたとえばガラスクロス基材などを含有する複合材で形成されていることから、レーザ加工時に絶縁層１０も放射強度の強い電磁波を放射してしまう場合については、次のようにして対処すればよい。
【００５０】
すなわち、絶縁層１０が放射する電磁波よりも強度が２倍以上の電磁波を放射することになる材質の処理層１４を用いる。このような処理層１４としては、酸化処理層（ＣｕＯ）、炭素層、金属粉末（Ｃｕ，Ｆｅなど）を含んだものを用いることができる。なお、強度は判定に用いる波長において２倍以上となっておればよく、全波長域で２倍以上の強度を持つものである必要はない。
【００５１】
また、ある波長での電磁波の強度が２倍以上でなくても、放射される電磁波の波長分布が異なっておれば、複数の波長を測定することで次のようにして判定を行うことができる。すなわち、絶縁層１０からの電磁波の放射強度が図９(a)にイで示すような波長分布であり、且つレーザ加工が処理層１４に達するとともに処理層１４からの放射強度が図９(b)にロで示すような波長分布である場合、判定を図中のλ₁及びλ₂の２波長で行い、両波長λ₁，λ₂での放射強度が共に大である時には絶縁層１０のレーザ加工中であると判定し、図９(c)に示すように波長λ₁での放射強度が小さく且つ波長λ₂での放射強度が大きければ、処理層１４のレーザ加工中であると判定するのである。この場合、波長λ₁で測定を行っておき、波長λ₁の放射強度が小さくなった時点で波長λ₂の測定を行って、該波長λ₂放射強度のピーク値あるいは推移から判定を行うとよい。この場合、波長λ₂での放射強度が絶縁層１０から放射される電磁波の方が処理層１４から放射される電磁波より高くても問題なく判定を行うことができる。
【００５２】
また、図１０に示すように、複数の波長（図示例ではλ₁，λ₂，λ₃の３波長）での測定を行い、これらの波長での放射される電磁波の強度比から絶縁層１０から放射されている電磁波イであるか処理層１４から放射されている電磁波ロであるかの判断を行うようにしておいてもよい。図示例の場合、上記３波長λ₁，λ₂，λ₃での放射強度がほぼ同じであれば絶縁層１０から放射された電磁波イであると判断し、λ₁の放射強度＜λ₂の放射強度＜λ₃の放射強度であれば、処理層１４から放射された電磁波ロであると判断するのである。
【００５３】
このようにレーザ加工時に絶縁層１０からも電磁波が放射されるとしても、絶縁層１０から放射される電磁波と処理層１４から放射される電磁波とが波長分布及び放射強度の２点でほぼ同じでない限り、処理層１４からの電磁波を区別して判断を下すことができる。
【００５４】
判断のために複数波長を測定する必要がある場合は、感度波長の異なる各波長用の検出器２７，２７を図１１に示すようにプリズムや回折格子などの分光器２９の後段に配置するとよい。分光器２９を経ることなく各検出器２７，２７に導く場合よりも各波長での検出強度を大きくすることができる。
【００５５】
図１２に他例を示す。これは加工用レーザと同軸の検出器２７で電磁波を測定するにあたり、レーザ光の集光用のレンズ２４と加工対象のプリント配線板１との間にダイクロイックミラー３１を配置して、測定対象の電磁波をダイクロイックミラー３１で検出器２７側に反射させている。
【００５６】
赤外光の集光用のレンズ２４の材料としては、通常ＺｎＳｅが使用されているが、Ｇｅを使用している場合もあり、後者のものではその光学特性により波長２μｍ以下の近赤外光〜可視光〜紫外光が透過しないために、集光用レンズ２４を通して電磁波をモニタリングすることはできない。つまり、レーザ光源と集光用レンズ２４との間にダイクロイックミラー３１などを配置して放射された電磁波を検出器２７に導く構成であれば、電磁波をモニタリングすることができない場合が存在することになる。しかし、上記のようにプリント配線板１から放射された電磁波をレンズ２４の通過前にレーザ光の軸外に取り出すことによって、レンズ２４の材質の影響を受けることなく電磁波の測定を行うことができる。
【００５７】
この時、図１３に示すように、検出器２７としてフォトセンサをマトリックス状に並べたフォトセンサアレイを用いれば、ガルバノミラー２２によって加工位置を走査させている場合、レンズ２４の通過前に軸外に取り出しているにもかかわらず、全加工エリアでの電磁波の測定を行うことができる。
【００５８】
もちろん、図１４に示すように、ダイクロイックミラー３１と検出器２７との間に集光レンズ３２を配置して、該集光レンズ３２による縮小結像を検出器２７に導くことによっても、上記の場合と同様に走査させて加工している場合にも全加工エリアでの電磁波の測定を行うことができる。
【００５９】
図１５は上記判定を用いてレーザ加工制御を行う場合のフローを示しており、絶縁層１０や処理層１４からレーザ加工で発生する電磁波（発光信号）を検出して、処理層１４に至っていない場合はレーザ光の追加パルスを照射するということを繰り返すことで、絶縁層１０の厚みを減少させていき、絶縁層１０の残存厚みが設定値以下になれば（処理層１４の除去も行う場合は処理層１４を含む厚みがデスミア処理で除去できる厚み以下となれば）、次の穴の加工に移り、エリア内の全穴の加工が終われば加工テーブルの移動で次のエリアの加工に移り、全エリアの全穴の加工が終われば、ワーク取り出しテーブルの移動でワーク（プリント配線板１）を取り出している。
【００６０】
絶縁層１０の残存量が確実に薄くなるまで加工を行うために、不良を無くすことができる。
【００６１】
【発明の効果】
以上のように本発明においては、プリント配線板の絶縁層の上層の導体と絶縁層の下層の導体との導通のための穴を絶縁層に形成して穴底に下層導体を露出させるにあたり、プリント配線板として下層導体と絶縁層との間にレーザ加工時に加工用レーザの波長と異なる波長の電磁波を放射する処理層を備えたものを用いて、絶縁層に穴をあけるレーザ加工に際し、プリント配線板の処理層から発せられる信号の変化を計測して絶縁層の残存状態を判定するものであり、レーザ光の反射光ではなく、下層導体と絶縁層との間の処理層からレーザ加工で放射される電磁波を利用するために、穴が絶縁層を貫通したかどうかを的確に検出することができるものであり、殊に電磁波は穴底から等方的に放射されるために、電磁波の検出方向についての制約が少なく、また穴底面の粗さや傾きによって放射状態や放射強度が変化してしまうこともなく、さらに上層導体に下層導体と同じ材料を用いた場合でも、上層導体に影響されない判定を行うことができるものである。
【００６２】
プリント配線板としては、下層導体の表面を酸化処理して処理層としたものを用いることができる。レーザ光の吸収率が高いために強い信号を得ることができて信頼性が向上する上に、絶縁層と下層導体との密着力の確保が可能である。
【００６３】
下層導体層の表面にレーザ加工により電磁波を放射する導体物質を配して処理層としたものを用いてもよく、この場合もレーザ光の吸収率が高いために強い信号を得ることができて信頼性が向上する上に、処理層が残存してしまっても導通信頼性を確保することができる。
【００６４】
プリント配線板として、下層導体の表面にレーザ加工により電磁波を放射する強度が強い成分を含有する樹脂を配して処理層としたものを用いた時には、樹脂材料に制限が少なく、また絶縁層と処理層との密着力を確保することができる。
【００６５】
検査用照明を穴に照射して、レーザ加工時に処理層から放射される電磁波の信号変化を検出すると同時に、穴底からの反射光あるいは処理層からの発光の強度測定を行って絶縁層の残存状態を判定する時には、検査の信頼性が更に向上する。
【００６６】
また、プリント配線板として、処理層から放射される電磁波を遮蔽する樹脂を絶縁層としているものを用いても検査の信頼性を向上させることができる。
【００６７】
穴底樹脂残渣膜厚の判定については、レーザ加工時に処理層から放射される電磁波のピーク強度を測定し、あらかじめ設定している基準値と測定したピーク強度との比較で行うと、検査判定が容易である。
【００６８】
処理層から放射される電磁波のピーク強度が予め設定してある上限基準値を超えた後に、強度が減少して予め設定してある下限基準値以下となったことによって行っても検査の信頼性が向上する。
【００６９】
さらに処理層から放射される電磁波を測定すると同時に加工用レーザの反射光を測定して、反射光強度が反射光基準値以上で且つ電磁波の強度が放射強度基準値以下となることで行った場合にも高い信頼性を得ることができる。
【００７０】
処理層から放射される電磁波の信号強度波形がレーザ照射終了までに減衰してピークが検出される形となることで行ったり、処理層から放射される電磁波の強度を測定して１つの穴毎に放射強度の積分値を算出し、あらかじめ設定している基準値との比較で行った場合にも高い信頼性を得ることができる。
【００７１】
レーザ加工中に処理層から放射される電磁波のうち波長５００〜２０００ｎｍのものだけを測定することで、ノイズを低減して信頼性を高めることができる。
【００７２】
処理層の厚さをレーザ加工の後工程である樹脂除去処理で除去可能な樹脂厚以下としておき、処理層から放射された電磁波の信号が測定された時点でレーザ加工を停止するのも好ましい。高い信頼性を確保することができる上に、処理層からの信号強度と穴底に残存する樹脂の厚みとの相関関係をあらかじめ把握する必要がない。
【００７３】
処理層としては、レーザ加工中に放射する電磁波の放射強度が絶縁層のレーザ加工中に絶縁層が放射する電磁波の放射強度よりも２倍以上大であるものを用いることで、絶縁層が複合材で形成されていてレーザ加工時に絶縁層からも電磁波が放射される場合にも適用することができる。
【００７４】
放射強度が特定波長でのみ絶縁層から放射される電磁波の放射強度よりも２倍以上となるものであっても上記特定波長を検出することで適用することができるのはもちろんである。
【００７５】
処理層がそのレーザ加工時に放射する電磁波の最大強度が得られる波長と、処理層がそのレーザ加工時に放射する電磁波の強度が小さく且つ絶縁層がそのレーザ加工時に放射する電磁波の強度が大である波長とにおいて電磁波を測定して、両波長での電磁波強度から絶縁層の残存状態を判定したり、あるいは処理層がそのレーザ加工時に放射する電磁波を複数波長で検出して各波長でのピーク強度の比から絶縁層の残存状態を判定するようにしてもよい。この場合、処理層がそのレーザ加工時に放射する電磁波の最大強度が得られる波長が絶縁層から放射する電磁波の波長域と重なってしまう場合においても処理層が放射する電磁波を区別して判断することができる。
【００７６】
いずれにしても、複数波長の電磁波を検出する場合は、レーザ加工時に放射される電磁波を分光器により分光し、分光後の電磁波を２個以上の検出器を用いて検出すると、各波長での検出強度を大きくすることができて、検査精度を高めることができる。
【００７７】
そして、加工用のレーザ光を加工位置に集光するレンズとプリント配線板との間にダイクロイックミラーを配置し、レーザ加工時に放射される電磁波をダイクロイックミラーでレーザ光軸外に取り出して検出器に導くと、集光レンズが電磁波を透過しない場合においても、その影響を受けることなく電磁波検出を行うことができる。
【００７８】
この時、検出器としてフォトセンサアレーを用いたり、あるいはダイクロイックミラーと検出器との間に集光レンズを配置すると、レンズを通さずに電磁波を検出している場合においてレーザ加工を走査で行っていても、各加工位置での電磁波検出を行うことができる。
【００７９】
さらに、絶縁層に穴をあけるレーザ加工に際し、プリント配線板の処理層から発せられる信号の変化を計測して絶縁層の残存状態を判定し、絶縁層の残存厚みが設定値より大である時、加工用レーザの追加パルスを照射すれば、絶縁層の残存量が確実に薄くなるまでレーザ加工することを自動で行うことができて、不良を無くすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の一例における加工中の状態を示す断面図である。
【図２】同上の加工装置の説明図である。
【図３】他例における加工中の状態を示す断面図である。
【図４】判定動作についての説明図である。
【図５】他の判定動作についての説明図である。
【図６】さらに他の判定動作についての説明図である。
【図７】別の判定動作についての説明図であって、(a)はレーザ光の１ショット目、(b)は２ショット目、(c)は３ショット目の説明図である。
【図８】さらに別の判定動作についての説明図であって、(a)はレーザ光の１ショット目、(b)は２ショット目、(c)は３ショット目の説明図であり、(d)は累積積分値による判定動作についての説明図である。
【図９】他例の動作を説明するもので、(a)は絶縁層加工時の放射強度−波長特性図、(b)は穴の一部が処理層に達した時の放射強度−波長特性図、(c)は処理層加工時の放射強度−波長特性図である。
【図１０】さらに他例の動作を説明する放射強度−波長特性図である。
【図１１】別の例の概略説明図である。
【図１２】さらに別の例の概略説明図である。
【図１３】同上の他例の概略説明図である。
【図１４】同上のさらに他例の概略説明図である。
【図１５】レーザ加工制御を含む動作説明図である。
【符号の説明】
１プリント配線板
１０絶縁層
１１上層導体
１２下層導体
１３穴
１４処理層

Claims

プリント配線板の絶縁層の上層の導体と絶縁層の下層の導体との導通のための穴を絶縁層に形成して穴底に下層導体を露出させるにあたり、プリント配線板として下層導体と絶縁層との間にレーザ加工時に加工用レーザの波長と異なる波長の電磁波を放射する処理層を備えたものを用いて、絶縁層に穴をあけるレーザ加工に際し、プリント配線板の処理層から発せられる信号の変化を計測して絶縁層の残存状態を判定することを特徴とするプリント配線板の加工方法。
プリント配線板として、下層導体の表面を酸化処理して処理層としたものを用いることを特徴とする請求項１記載のプリント配線板の加工方法。
プリント配線板として、下層導体層の表面にレーザ加工により電磁波を放射する導体物質を配して処理層としたものを用いることを特徴とする請求項１記載のプリント配線板の加工方法。
プリント配線板として、下層導体の表面にレーザ加工により電磁波を放射する強度が強い成分を含有する樹脂を配して処理層としたものを用いることを特徴とする請求項１記載のプリント配線板の加工方法。
検査用照明を穴に照射して、レーザ加工時に処理層から放射される電磁波の信号変化を検出すると同時に、穴底からの反射光あるいは処理層からの発光の強度測定を行って絶縁層の残存状態を判定することを特徴とする請求項１〜４のいずれかの項に記載のプリント配線板の加工方法。
プリント配線板として、処理層から放射される電磁波を遮蔽する樹脂を絶縁層としているものを用いることを特徴とする請求項１〜５のいずれかの項に記載のプリント配線板の加工方法。
レーザ加工時に処理層から放射される電磁波のピーク強度を測定し、あらかじめ設定している基準値と測定したピーク強度との比較により穴底樹脂残渣膜厚を検出することを特徴とする請求項１〜５のいずれかの項に記載のプリント配線板の加工方法。
レーザ加工中に処理層から放射される電磁波のピーク強度を測定し、その強度が予め設定してある上限基準値を超えた後に、強度が減少して予め設定してある下限基準値以下となることにより穴底樹脂残渣膜厚を検出することを特徴とする請求項１〜５のいずれかの項に記載のプリント配線板の加工方法。
レーザ加工中に処理層から放射される電磁波を測定すると同時に加工用レーザの反射光を測定し、反射光強度が反射光基準値以上で且つ電磁波の強度が放射強度基準値以下となることにより穴底樹脂残渣膜厚を検出することを特徴とする請求項１〜５のいずれかの項に記載のプリント配線板の加工方法。
レーザ加工中に処理層から放射される電磁波を測定し、その信号強度波形がレーザ照射終了までに減衰してピークが検出される形となることにより穴底樹脂残直膜厚を検出することを特徴とする請求項１〜５のいずれかの項に記載のプリント配線板の加工方法。
レーザ加工時に処理層から放射される電磁波の強度を測定して１つの穴毎に放射強度の積分値を算出し、あらかじめ設定している基準値との比較により穴底樹脂残渣膜厚を検出することを特徴とする請求項１〜５のいずれかの項に記載のプリント配線板の加工方法。
レーザ加工中に処理層から放射される電磁波のうち波長５００〜２０００ｎｍのものだけを測定することを特徴とする請求項２〜４のいずれかの項に記載のプリント配線板の加工方法。
処理層の厚さをレーザ加工の後工程である樹脂除去処理で除去可能な樹脂厚以下としておき、処理層から放射された電磁波の信号が測定された時点でレーザ加工を停止することを特徴とする請求項４記載のプリント配線板の加工方法。
処理層として、レーザ加工中に放射する電磁波の放射強度が絶縁層のレーザ加工中に絶縁層が放射する電磁波の放射強度よりも２倍以上大であるものを用いることを特徴とする請求項１〜１３のいずれかの項に記載のプリント配線板の加工方法。
処理層として、レーザ加工中に放射する電磁波の特定波長での放射強度が絶縁層のレーザ加工中に絶縁層が放射する電磁波の上記特定波長での放射強度よりも２倍以上大であるものを用いることを特徴とする請求項１〜１３のいずれかの項に記載のプリント配線板の加工方法。
処理層がそのレーザ加工時に放射する電磁波の最大強度が得られる波長と、処理層がそのレーザ加工時に放射する電磁波の強度が小さく且つ絶縁層がそのレーザ加工時に放射する電磁波の強度が大である波長とにおいて電磁波を測定して、両波長での電磁波強度から絶縁層の残存状態を判定することを特徴とする請求項１〜１５のいずれかの項に記載のプリント配線板の加工方法。
処理層がそのレーザ加工時に放射する電磁波を複数波長で検出して各波長でのピーク強度の比から絶縁層の残存状態を判定することを特徴とする請求項１〜１５のいずれかの項に記載のプリント配線板の加工方法。
複数波長の電磁波の検出にあたり、レーザ加工時に放射される電磁波を分光器により分光し、分光後の電磁波を２個以上の検出器を用いて検出することを特徴とする請求項１６または１７記載のプリント配線板の加工方法。
加工用のレーザ光を加工位置に集光するレンズとプリント配線板との間にダイクロイックミラーを配置し、レーザ加工時に放射される電磁波をダイクロイックミラーでレーザ光軸外に取り出して検出器に導くことを特徴とする請求項１〜１３のいずれかの項に記載のプリント配線板の加工方法。
検出器としてフォトセンサアレーを用いることを特徴とする請求項１９記載のプリント配線板の加工方法。
ダイクロイックミラーと検出器との間に集光レンズを配置していることを特徴とする請求項１９記載のプリント配線板の加工方法。
絶縁層に穴をあけるレーザ加工に際し、プリント配線板の処理層から発せられる信号の変化を計測して絶縁層の残存状態を判定し、絶縁層の残存厚みが設定値より大である時、加工用レーザの追加パルスを照射することを特徴とする請求項１記載のプリント配線板の加工方法。