CN111629857A - 激光加工方法 - Google Patents

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CN111629857A CN201880087421.9A CN201880087421A CN111629857A CN 111629857 A CN111629857 A CN 111629857A CN 201880087421 A CN201880087421 A CN 201880087421A CN 111629857 A CN111629857 A CN 111629857A
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Abstract

一种激光加工方法，其消除现有的激光加工方法的问题点，即，如果向外周部分连续地照射脉冲激光，则向1个保形掩模的蓄热量变大从而选择性地将绝缘材料分解去除，因此容易产生玻璃布的凸出，进行要形成的孔数为多个的保形加工，该激光加工方法具有：向在构成与孔数相对应地设置的多个保形掩模(30a～30f)的第1掩模(30a)的内侧或外侧确定的区域照射激光(1)的第1加工工序、以及向与构成保形掩模(30a～30f)的第1掩模(30a)不同的掩模(30b～30f)的内侧或外侧照射激光(1)的与第1加工工序不同的加工工序，将实施从第1加工工序至不同的加工工序为止的加工顺序重复多次，并且在将加工顺序重复多次时，每次一边改变照射激光(1)的位置一边完成加工。

Description

激光加工方法
技术领域
本发明涉及进行保形加工的激光加工方法。
背景技术
近年，在车载用电子仪器等要求冷热环境·振动环境下的连接可靠性的电子电路形成工序中，由于能够实现高密度安装，因此作为电路基板的开孔加工方法，开始取代现有的钻孔加工法而推进激光加工法。激光加工法作为形成承担印刷配线板的层间电连接的导通孔的方法，以往已被采用。在车载用电子仪器中新采用的电路基板的材料具有下述特征，即，作为绝缘材料而使用使树脂含侵于玻璃转移温度高的玻璃布中的复合材料。
另一方面，为了去除绝缘材料，玻璃转移温度越高，则需要照射越高强度的激光。在车载用电子仪器中使用的基板的绝缘层厚度通常大于或等于100μm，为了有效地去除贯通孔部分的绝缘材料，光强度高的CO2脉冲激光作为光源而被采用。
专利文献1：日本特开2011－110598号公报(第17页，图1)
发明内容
以往，使用下述加工方法，即，使用激光扫描装置，沿一个保形掩模的外周依次连续照射脉冲激光，但如果向外周部分连续地照射脉冲激光，则在保形掩模的外周部分，先前被分解去除而等离子化的激光吸收物质会对后续照射的激光进行吸收，在该处滞留，滞留附近的绝缘材料内部的蓄热量增加。如果蓄热量增加，则绝缘材料内部的玻璃布不会充分地冷却至小于或等于玻璃转移温度，其结果，玻璃布不会被充分地分解去除，容易发生玻璃布的凸出，存在玻璃球向孔底部残留这样的问题。
本发明就是为了解决上述这样的问题而提出的，其目的在于，抑制绝缘材料内部的蓄热量而有效地形成孔。
在本发明所涉及的激光加工方法中，进行要形成的孔数为多个的保形加工，该激光加工方法的特征在于，具有下述工序：第1加工工序，向在构成与孔数相对应地设置的多个保形掩模的第1掩模的内侧或外侧确定的区域照射激光；以及与第1加工工序不同的加工工序，向与构成保形掩模的第1掩模不同的掩模的内侧或外侧照射激光，该激光加工方法将实施从第1加工工序至不同的加工工序为止的加工顺序重复多次，并且在将加工顺序重复多次时一边改变照射激光的位置一边完成加工。
发明的效果
本发明如果关注任意的保形掩模，则后续地照射的激光向与先前被分解去除而等离子化的激光吸收物质的产生位置不同的位置在经过一定程度的时间后进行照射，因此激光吸收物质随着时间经过而扩散，抑制向1个保形掩模的蓄热量，能够确保直至绝缘材料内部的玻璃布冷却至小于或等于玻璃转移温度为止的充分的照射间隔，其结果，玻璃布被充分地分解去除，不产生玻璃布的凸出，能够抑制玻璃球向孔底部的残留，因此能够有效地形成孔。
附图说明
图1是表示本发明的实施例1的激光加工装置的结构图。
图2是表示本发明的实施例1的激光的照射位置的图。
图3是与表示本发明的实施例1的被加工材料的表面垂直地切断的剖视图。
图4是表示本发明的实施例1的激光照射顺序的图。
图5是表示本发明的实施例1的激光加工装置的结构图。
图6是表示本发明的实施例2的激光的照射位置的图。
图7是表示本发明的实施例3的激光的照射位置的图。
具体实施方式
实施例1.
图1是表示本发明的实施例1的激光加工装置的结构图。图1所示的激光加工装置由下述部分构成：激光振荡器2，其产生作为脉冲的激光1；能量调整装置3，其对激光1的能量进行调整；光扫描装置4，其使激光1的照射方向偏转；以及fθ透镜5，其使激光1聚光。被加工材料6设置于移动工作台9上，以被加工材料6的表面与fθ透镜5的焦点面7一致，或者激光1从焦点偏离而照射的方式，将被加工材料6配置于从焦点面7沿移动工作台9方向平行移动的面8。控制装置50对激光振荡器的激光动作进行控制，并且为了实现本发明的实施例1所示的加工方法，对光扫描装置4和移动工作台9进行控制。
由激光振荡器2生成的激光1通过能量调整装置3将能量调整为最适于加工的值，向使激光1的照射方向偏转的光扫描装置4射入。由控制装置50控制的光扫描装置4与预先计算的激光照射位置相对应地使激光1的照射方向偏转。通过光扫描装置4将激光照射位置定位的激光1向fθ透镜5射入，向被加工材料6照射。
图2表示激光1相对于被加工材料6即形成有3个保形掩模30a～30c的基材10的照射位置。在图2中，如果以保形掩模30a为例进行说明，则基材10的表面原本由表面导体层16覆盖，但与保形掩模30a的外周部11相比内侧部分的表面导体层16通过其他工序被预先去除。作为激光照射点13，在保形掩模30a的内侧，作为区域而以保形掩模30a的重心为基点确定与保形掩模30a的外周部11相似形状的外周部12，以将外周部12的外周长等分的方式决定激光照射点13。或者，也可以从保形掩模30a的重心延伸放射状的等角线，在保形掩模30a的内侧，作为区域而确定与保形掩模30a相似形状的外周部12，将与外周部12的外周的交点作为照射点13。在保形掩模为圆形状的情况下，保形掩模的重心设为保形掩模的中心。
在图2中，在保形掩模30a的内侧，作为区域而以保形掩模30a的重心为基点，确定了与保形掩模30a的外周部11相似形状的外周部12，但也可以在保形掩模30a的外侧，作为区域而确定与保形掩模30a相似形状的外周部12，与保形掩模30a相似形状的外周部12的扩大缩小率可以设为适于加工的值。
图3是在图2中经过保形掩模30a～30c各自的重心，相对于被加工材料6即基材10的表面垂直地切断的剖视图。基材10由表面导体层16、绝缘层17和背面导体层19构成。在绝缘层17的内部内含有基材10的加强材料即玻璃布18。14是由激光1分解去除而产生的激光吸收物质。
图4是表示在基材存在多个保形掩模的情况下的激光照射顺序的图。在1个保形掩模预先确定大于或等于4个照射激光1的位置，例如，在保形掩模30a～30c分别确定了8个照射激光1的位置。在N个保形掩模中，在各保形掩模中存在M个激光照射点的情况下，存在M×N个加工工序，将第n个保形掩模中的第m个激光照射位置设为k(n，m)。在这里，1≤n≤N，1≤m≤M。例如，在图4中，保形掩模30a～30f的数量为6(N＝6)，激光照射点的数量为8(M＝8)。此外，向激光照射位置k(n，m)照射激光1时的加工条件全部设为相同的条件。此外，在图4中，对激光1的脉冲照射数为1个脉冲的情况进行说明。
在图4中，合计存在M×N个，即48个激光照射位置k(n，m)，1≤n≤6，1≤m≤8，按照下面的顺序照射激光1。
作为第1加工工序，首先，将激光1向第1掩模即保形掩模30a的k(1，1)照射1个脉冲。接下来，作为第2加工工序，将激光1向与第1掩模不同的第2掩模即保形掩模30b的k(2，1)照射1个脉冲。并且，依次作为第3加工工序，将激光1向与第1掩模不同的第3掩模即保形掩模30c的k(3，1)照射1个脉冲，作为第4加工工序，向与第1掩模不同的第4掩模即保形掩模30d的k(4，1)照射1个脉冲，作为第5加工工序，向与第1掩模不同的第5掩模即保形掩模30e的k(5，1)照射1个脉冲，作为第6加工工序，向与第1掩模不同的第6掩模即保形掩模30f的k(6，1)照射1个脉冲。
在每次将实施第1加工工序至第6加工工序为止的一系列的加工工序的加工顺序重复时，在向1个保形掩模照射激光1时，将激光1向最远离照射完成的位置的位置且激光1的未照射位置进行照射。首先，在向保形掩模30f的k(6，1)照射1个脉冲后，作为第2次的加工顺序而将激光1向保形掩模30a的k(1，2)照射1个脉冲。接下来，将激光1向保形掩模30b的k(2，2)照射1个脉冲。并且依次将激光1向保形掩模30c的k(3，2)照射1个脉冲，向保形掩模30d的k(4，2)照射1个脉冲，向保形掩模30e的k(5，2)照射1个脉冲，向保形掩模30f的k(6，2)照射1个脉冲。
接下来，作为第3次的加工顺序，将激光1向保形掩模30a的k(1，3)照射1个脉冲。接下来，将激光1向保形掩模30b的k(2，3)照射1个脉冲。并且依次将激光1向保形掩模30c的k(3，3)照射1个脉冲，向保形掩模30d的k(4，3)照射1个脉冲，向保形掩模30e的k(5，3)照射1个脉冲，向保形掩模30f的k(6，3)照射1个脉冲。
接下来，作为第4次的加工顺序，将激光1向保形掩模30a的k(1，4)照射1个脉冲。接下来，将激光1向保形掩模30b的k(2，4)照射1个脉冲。并且依次将激光1向保形掩模30c的k(3，4)照射1个脉冲，向保形掩模30d的k(4，4)照射1个脉冲，向保形掩模30e的k(5，4)照射1个脉冲，向保形掩模30f的k(6，4)照射1个脉冲。
接下来，作为第5次的加工顺序，将激光1向保形掩模30a的k(1，5)照射1个脉冲。接下来，将激光1向保形掩模30b的k(2，5)照射1个脉冲。并且依次将激光1向保形掩模30c的k(3，5)照射1个脉冲，向保形掩模30d的k(4，5)照射1个脉冲，向保形掩模30e的k(5，5)照射1个脉冲，向保形掩模30f的k(6，5)照射1个脉冲。
接下来，作为第6次的加工顺序，将激光1向保形掩模30a的k(1，6)照射1个脉冲。接下来，将激光1向保形掩模30b的k(2，6)照射1个脉冲。并且依次将激光1向保形掩模30c的k(3，6)照射1个脉冲，向保形掩模30d的k(4，6)照射1个脉冲，向保形掩模30e的k(5，6)照射1个脉冲，向保形掩模30f的k(6，6)照射1个脉冲。
接下来，作为第7次的加工顺序，将激光1向保形掩模30a的k(1，7)照射1个脉冲。接下来，将激光1向保形掩模30b的k(2，7)照射1个脉冲。并且依次将激光1向保形掩模30c的k(3，7)照射1个脉冲，向保形掩模30d的k(4，7)照射1个脉冲，向保形掩模30e的k(5，7)照射1个脉冲，向保形掩模30f的k(6，7)照射1个脉冲。
最后，作为第8次的加工顺序，将激光1向保形掩模30a的k(1，8)照射1个脉冲。接下来，将激光1向保形掩模30b的k(2，8)照射1个脉冲。并且依次将激光1向保形掩模30c的k(3，8)照射1个脉冲，向保形掩模30d的k(4，8)照射1个脉冲，向保形掩模30e的k(5，8)照射1个脉冲，向保形掩模30f的k(6，8)照射1个脉冲，完成加工。
接下来，对保形掩模的数量为N个，在各保形掩模中存在M个激光照射点的通常情况下的加工工序进行说明。
在照射激光1的第n个保形掩模不是最后的第N个保形掩模的情况下，在向第n个保形掩模(1≤n＜N)中的第m个激光照射点照射激光1，即，向激光照射位置k(n，m)照射激光1后，将激光照射点依次重复加工工序而将激光1照射至激光照射位置k(n+1，m)。
在照射激光1的第n个保形掩模为最后的第N个保形掩模，且第m个激光照射点不是最后的第M个激光照射点的情况下，在向第N个保形掩模中的第m个激光照射点照射激光1，即，向激光照射位置k(N，m)照射激光1后，使激光照射点返回至第1个保形掩模，并且向激光照射位置k(1，m+1)移动而照射激光1。从激光照射位置k(N，m)移动至激光照射位置k(1，m+1)的情况，即，同一保形掩模内的照射顺序优选逐次选择对角位置，以使得蓄热的影响变得最小。
在照射激光1的第n个保形掩模是最后的第N个保形掩模且第m个激光照射点是最后的第M个激光照射点的情况下，在向第N个保形掩模的第M个激光照射点照射激光1，即，向激光照射位置k(N，M)照射激光1后，完成加工。或者，在向激光照射位置k(N，M)照射激光1后，再次返回至激光照射位置k(1，1)，多次重复同一加工顺序，完成加工。
如果以激光1的照射脉冲数为1个脉冲为例而进行说明，则在向任意的保形掩模的激光照射位置k(n，m)照射1个脉冲的激光1后，后续的脉冲的激光1向属于不同的保形掩模的激光照射位置k(n+1，m)照射。另外，如果关注于某个保形掩模，则在向属于所关注的保形掩模的激光照射位置k(n，m)照射出激光1后，直至下一个激光1向属于相同的保形掩模的激光照射位置k(n，m+1)照射为止的时间间隔，与向属于其他N－1个保形掩模的激光照射位置1个脉冲1个脉冲地改变位置而不断照射的时间间隔相同。
关注的保形掩模在经过一个加工顺序完成的时间后，再次受到激光1的照射，但该激光照射位置是与在之前的加工顺序时被照射的激光照射位置不同的位置，因此后续的激光1向与被分解去除而产生的激光吸收物质14不同的位置，在经过一定程度的时间后进行照射。因此，激光吸收物质随着时间经过而扩散，抑制向1个保形掩模的蓄热量，能够确保绝缘材料内部的玻璃布冷却至小于或等于玻璃转移温度为止的充分的照射间隔。
另外，以往向相同的保形掩模照射激光1，因此存在由于先前照射出的激光1的照射而产生的激光吸收物质14，受到了蓄热的影响，但在本发明的实施例1中，后续的激光1向与被分解去除而产生的激光吸收物质14不同的位置，在经过一定程度的时间后进行照射，因此激光吸收物质随着时间经过而扩散，不易发生后续地照射的激光1的强度的衰减、强度分布的变化，能够形成良好的孔。
激光1的照射位置由通过控制装置50控制的光扫描装置4所进行的偏转、或者由移动工作台9的驱动进行的被加工材料6的平行移动、或者通过光扫描装置4进行的偏转和移动工作台9的驱动这两者进行定位。如果处于光扫描装置4的扫描范围内，则在使移动工作台9静止的状态下，可以仅通过光扫描装置4的扫描使激光1的照射位置变化。
将相对于各保形掩模的重心而处于同一相对位置，即，m相同的激光照射位置k(n，m)分组，在向m相同的激光照射位置组照射时，仅通过由光扫描装置4实施的偏转进行照射激光1的定位，在向处于m不同的相对位置的激光照射位置组照射时，以组间的坐标的差分使移动工作台9驱动，使被加工材料6平行移动，由此可以向组间的激光照射位置赋予相对的位移。
也可以取代通过移动工作台9的驱动而使被加工材料6平行移动，而如图5所示，可以在与fθ透镜5的设置位置相比的振荡器2侧的位置追加配置光扫描装置20，通过光扫描装置20向激光照射位置赋予相对的位移。
在实施例1中，关于针对激光照射位置k(n，m)各自的位置而照射1个脉冲的情况进行了说明，但也可以连续照射多个脉冲数，使孔形成得以进展。
如上所述，如果关注任意的保形掩模，则后续地照射的激光向与先前被分解去除而等离子化的激光吸收物质的产生位置不同的位置，在经过一定程度的时间后进行照射，因此激光吸收物质随着时间经过而扩散，抑制向1个保形掩模的蓄热量，能够确保直至绝缘材料内部的玻璃布冷却至小于或等于玻璃转移温度为止的充分的照射间隔，其结果，玻璃布被充分地分解去除，不产生玻璃布的凸出，能够抑制玻璃球向孔底部的残留，因此能够有效地形成孔。
实施例2.
在实施例1中，关于激光照射点，针对以保形掩模的重心为基点而确定1个与保形掩模的外周部相似形状的外周部的情况进行了说明，但也可以以保形掩模的重心为基点而确定多个与保形掩模的外周部相似形状的外周部。在保形掩模为圆形状的情况下，保形掩模的重心成为保形掩模的中心。
图6示出激光1相对于表示本发明的实施例2的被加工材料6即形成有2个保形掩模60a～60b的基材10的照射位置。在本发明的实施例2中，如果以保形掩模60a为例进行说明，则在保形掩模60a的内侧以保形掩模60a的重心为基点，确定与保形掩模60a的外周部61相似形状的外周部21和外周部22，以将外周部21和外周部22的外周长等分的方式决定激光照射点62。在N个保形掩模中，在各保形掩模中相对于外周部21而存在P个激光照射点、相对于外周部22而存在Q个激光照射点的情况下，将第n个保形掩模中的向外周部21照射的第p个激光照射位置设为a(n，p)，将向外周部22照射的第q个激光照射位置设为b(n，q)。在这里，1≤n≤N，1≤p≤P，1≤q≤Q。
关于加工顺序，不对向外周部21照射的激光照射位置a(n，p)和向外周部22照射的激光照射位置b(n，q)进行区分，只要按照与在实施例1中说明的激光照射顺序相同的顺序决定即可。在1个保形掩模中，照射激光1的位置预先确定了大于或等于4个，在一个加工顺序每次完成而向1个保形掩模照射激光1时，使激光1向最远离照射完成的位置的位置且激光1的未照射位置进行照射。此外，向激光照射位置a(n，p)和b(n，q)照射激光1时的加工条件全部相同。
如上所述，如果关注任意的保形掩模，则后续地照射的激光向与先前被分解去除而等离子化的激光吸收物质的产生位置不同的位置在经过一定程度的时间后进行照射，因此激光吸收物质随着时间经过而扩散，抑制向1个保形掩模的蓄热量，能够确保直至绝缘材料内部的玻璃布冷却至小于或等于玻璃转移温度为止的充分的照射间隔，其结果，玻璃布被充分地分解去除，不产生玻璃布的凸出，能够抑制玻璃球向孔底部的残留，因此能够有效地形成孔。
实施例3.
在实施例2中，说明了向激光照射位置a(n，p)和b(n，q)照射激光1时的加工条件全部相同的情况，但如图7所示，也可以针对照射激光1的各个外周部，对进行照射的激光1的脉宽、光束强度、触发数、基材10的表面和fθ透镜5的焦点面7的距离这样的参数中的至少1个参数进行变更。
如果以保形掩模60a为例进行说明，则考虑下述情况，即，以保形掩模60a的重心为基点，向与保形掩模60a的外周部相似形状的外周部中的最外侧的外周部21先照射激光1，接下来向内侧的外周部22照射激光1。保形掩模60a的重心部分通过先前向外周部21照射的激光1将树脂及玻璃布的大部分去除，因此如果针对内侧的外周部22，按照与先前向外周部21照射的激光1相同的加工条件进行照射，则入热变得过多，有时在底面导通层产生熔融部分。因此，向内侧的外周部22照射的激光1降低光束强度而进行加工，由此能够避免熔融而进行良好的孔形成。
另外，在保形掩模内部的绝缘层17的厚度例如大于或等于200μm而较厚的情况下，为了有效地将绝缘层17的背面导体层19侧下部去除，在向内侧的外周部22照射激光1的情况下，在绝缘层17的背面导体层19侧下部，使fθ透镜5的焦点面7下降或者使被加工材料6上升以使得激光1进一步聚光，由此在绝缘层17的背面导体层19侧下部，能够进行扩大了绝缘物去除面积的孔形成。
如上所述，如果关注于任意的保形掩模，则后续地照射的激光向与先前被分解去除而等离子化的激光吸收物质的产生位置不同的位置，在经过一定程度的时间后进行照射，因此激光吸收物质随着时间经过而扩散，抑制向1个保形掩模的蓄热量，能够确保直至绝缘材料内部的玻璃布冷却至小于或等于玻璃转移温度为止的充分的照射间隔，其结果，玻璃布被充分地分解去除，不产生玻璃布的凸出，能够抑制玻璃球向孔底部的残留，因此能够有效地形成孔。
标号的说明
1激光，2激光振荡器，3能量调整装置，4、20光扫描装置，5fθ透镜，6被加工材料，7焦点面，8平行移动的面，9移动工作台，10基材，11、12、21、22、61外周部，13激光照射点，14激光吸收物质，16表面导体层，17绝缘层，18玻璃布，19背面导体层，30a～30f、50控制装置，60a、60b保形掩模。

Claims (8)

1.一种激光加工方法，其进行要形成的孔数为多个的保形加工，
该激光加工方法的特征在于，
具有下述工序：
第1加工工序，向在构成与所述孔数相对应地设置的多个保形掩模的第1掩模的内侧或外侧确定的区域照射激光；以及
与所述第1加工工序不同的加工工序，向与构成所述保形掩模的所述第1掩模不同的掩模的内侧或外侧照射所述激光，
将实施从所述第1加工工序至所述不同的加工工序为止的加工顺序重复多次，并且在将所述加工顺序重复多次时，每次一边改变照射所述激光的位置一边完成加工。
2.根据权利要求1所述的激光加工方法，其特征在于，
向1个所述保形掩模照射所述激光的位置，预先确定了大于或等于4个。
3.根据权利要求2所述的激光加工方法，其特征在于，
在将所述加工顺序重复多次时，每次在向1个所述保形掩模照射所述激光时，使所述激光向最远离照射完成的位置的位置，且所述激光的未照射位置进行照射。
4.根据权利要求3所述的激光加工方法，其特征在于，
所述区域是以所述保形掩模的重心为基点而与所述保形掩模相似形状，向该相似形状的外周部照射所述激光。
5.根据权利要求4所述的激光加工方法，其特征在于，
照射所述激光的位置是将所述外周部的外周长等分为多个的位置。
6.根据权利要求3所述的激光加工方法，其特征在于，
所述区域在所述保形掩模的内侧或外侧确定有多个。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的激光加工方法，其特征在于，
所述激光为脉冲光。
8.根据权利要求7所述的激光加工方法，其特征在于，
所述脉冲光的数量为1个脉冲。
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