CN1270864C - 层压材料的二氧化碳激光加工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及层压材料的二氧化碳激光加工方法，是对具有绝缘层(1)和夹有该绝缘层(1)的层压的第一导体层(4)和第二导体层(5)的层压材料的被加工部照射二氧化碳激光，除去上述被加工部的上述第一导体层和上述绝缘层，形成到达上述第二导体层的盲孔和进行沟槽加工，其特征在于，以能量密度为25J/cm2以上、且射束照射时间在1μs以上10μs以下范围的上述激光对上述被加工部进行脉冲性的照射。

Description

层压材料的二氧化碳激光加工方法
技术领域
本发明涉及在被称为印刷电路板的多层电路板中，形成使多个导电层电连接用的通孔和盲孔的层压材料的二氧化碳激光加工方法。
背景技术
印刷电路板一般如图9所示，是在使玻璃布含浸树脂2使其硬化形成的绝缘层1的两面形成有铜箔导体层4、5的基板，也有如图10所示的经多层层压形成基板形状的印刷电路板。
以往，在如上所述的印刷电路板上，要形成可使在绝缘层1的两面设有的导体层4、5电连接的盲孔，有如下2种方法。
第1种是使用二氧化碳激光的方法，该方法利用二氧化碳激光可被绝缘层1很好地吸收、而几乎完全被导体层反射的特点。在采用蚀刻和钻孔等二氧化碳激光以外的方法将激光入射侧的导体层4除去后，仅对绝缘层用激光照射进行加工。
第2种是使用固体(YAG等)激光的方法，该方法利用与二氧化碳激光不同的、可均能被绝缘层和导体层很好地吸收的特点，仅使用激光形成盲孔。
但在第1种方法中的通过钻孔除去导体层的情况下，难以进行深度方向的微细调整，不能做到使导体层稳定除去、同时又不造成对层面的导体层5的损害。此外，通过蚀刻除去导体层时，存在由于蚀刻工艺复杂而使成本增大的问题。
而在第2种方法中的采用固体(YAG等)激光除去导体层4和绝缘层1的情况下，存在由于固体激光的进行费用高而使生产成本增大的问题。
在考虑上述问题的基础上，目前仅采用二氧化碳激光对导体层4和绝缘层1两者进行加工，形成盲孔。
具体来说，是在采用二氧化碳激光进行导体层的加工时，由于激光入射侧的导体层对二氧化碳激光的反射明显很大，因此，要使得可稳定加工导体层而照射的二氧化碳激光的能量大大高于仅对绝缘层进行加工时的能量，通过这样进行加工。
如图11(a)所示，对于印刷电路板为了确实除去导体层4，如果照射如上所述的相当大能量的二氧化碳激光进行加工，则在照射单脉冲的激光的过程中，以图11(b)、(c)、(d)、(e)的顺序进行加工，出现如(e)所示的激光入射侧的导体层4向孔内突出、孔的形状变为中间膨胀的形状、或损害内层导体层5等问题。该原因在于为了加工导体层4而增大了二氧化碳激光的能量，从而对绝缘层1输入过大的热量。
此外，由于进行加工的激光入射侧、即表面侧的导体层4对二氧化碳激光的反射明显很大，输入热量和热量输入后的热扩散方向不稳定，因此，加工孔的圆度易变差，出现如何提高加工孔圆度的问题。
发明内容
本发明是为了解决上述问题所进行的。其目的是得到层压材料的二氧化碳激光的加工方法，该方法在除去激光入射侧的导体层时，通过使用最合适的二氧化碳激光使入射侧的导体层稳定除去，且孔的形状不变为中间膨胀形状。
为了达到本发明的目的，本发明的第一方面提供的层压材料的二氧化碳激光加工方法，它是对具有绝缘层和夹有该绝缘层的层压的第一导体层和第二导体层的层压材料的被加工部照射二氧化碳激光，除去上述被加工部的上述第一导体层和上述绝缘层，形成到达上述第二导体层的盲孔和进行沟槽加工的层压材料的二氧化碳激光加工方法，该方法是以能量密度为25J/cm2以上、且射束照射时间在1μs以上10μs以下范围的上述激光对上述被加工部进行脉冲性的照射。
本发明的另一方面提供的层压材料的二氧化碳激光的方法，是在通过多个脉冲除去被加工部的第一导体层时，使后照射的脉冲照射束径大于先照射的脉冲照射束径。
附图说明
图1为表示根据本发明的第一实施形态采用激光加工方法的加工过程图。
图2为表示用激光除去厚度为12μm铜箔时相对于不同激光的特性图。
图3为表示加工孔深度与能量密度及射束照射时间的关系图。
图4为表示孔形状的中间膨胀率与射束照射时间的关系图。
图5为表示采用比较例的激光加工方法除去厚度为12μm铜箔时相对于不同激光的特性图。
图6为表示根据本发明的第二实施形态采用激光加工方法的加工过程图。
图7为表示加工孔的圆度与激光照射面积的关系图。
图8为表示加工部的温度分布图。
图9为表示一般的印刷电路板的剖面图。
图10为表示一般的多层层压印刷电路板的剖面图。
图11为表示采用以往的激光加工方法的加工过程图。
具体实施方式
实施形态1
用图1-图5对本发明第一实施形态的层压材料的二氧化碳激光加工方法进行说明。
该实施形态是对在使玻璃布3含浸树脂2使其硬化形成的绝缘层1的上下两面设有导体层4、5的电路板基板，形成可使激光入射侧的导体层4和相反侧的导体层5电连接的盲孔。
含有玻璃布3的目的是提高基板的电气可靠性和基板的强度，也可用其它材料代替玻璃布3，也可不含有玻璃布3。
这里，采用本实施形态的层压材料的二氧化碳激光加工方法进行加工的印刷电路板，如图1(a)所示，导体层4为厚度12μm的铜箔，导体层5为18μm的铜箔，基板1为80μm的环氧材料。作为加工目标的盲孔的孔径为φ100μm。
首先，如图1(b)所示，对印刷电路板的导体层4在必须除去的导体层4的面积φ100μm的范围内，照射脉冲的射束照射时间3μs、能量密度150J/cm2的二氧化碳激光6，作为第1个脉冲除去导体层4和部分绝缘层1。
在进行除去的过程中，由于使用射束照射时间在1μs以上10μs以下、能量密度在25J/cm2以上的激光，因此与在相同的面积上以相同的能量密度照射射束照射时间小于1μs的二氧化碳激光和大于10μs的二氧化碳激光的情况相比，二氧化碳激光的能量有效地被吸收用于除去导体层4，因而能量被消耗掉，且剩余的二氧化碳激光不会对绝缘层1进行不必要的过大加工，因此，可防止由单脉冲所引起的导体层4的孔内突出或孔形状变为中间膨胀的形状。
这里，对二氧化碳激光的能量有效地被吸收用于除去导体层4被消耗掉、且剩余的二氧化碳激光不会对绝缘层1进行不必要的过大加工的原因进行说明。
图2表示改变单脉冲的射束照射时间和能量密度、向厚度12μm的导体层以照射面积φ100μm照射激光时可否除去导体层的情况，○表示可除去，×表示不可除去。
图2中○和×的倾向，在导体层的厚度为3-12μm的情况下几乎相同。
该原因在于，二氧化碳激光的吸收率主要决定于导体层表面对激光的反射率而不是导体层的厚度。
图2表明，在射束照射时间为1μs以上、能量密度一定的情况下，射束照射时间越短，导体层的除去能力越强，铜箔则越可被除去。
这是由于在加工导体层4时需要一定的功率密度(＝能量密度÷射束照射时间)(在除去一般的3-12μm的铜箔时，功率密度必须在107W/cm2以上)。
以射束照射时间长、功率密度低的激光照射时，由于导体层4即铜箔的导热率高，因此被铜箔吸收的热量向周围扩散，从而不能有效地除去铜箔。
此外，图2还表明，与射束照射时间在1μs以上相比，射束照射时间不足1μs时，除去导体层需要更大的能量密度。
在加工导体层4时虽需要一定的功率密度，但若以射束照射时间过短、功率密度过大的激光照射时，被铜箔吸收的热量将难以向周围扩散，因此导致仅激光照射部(铜箔)过度加热。
由于激光能量消耗在使激光照射部(铜箔)的温度过度上升，因此，每个单脉冲所除去的体积变得极小。
进一步用图3表示在将单脉冲的能量密度设定为10、20、30J/cm2、向厚度500μm的仅有环氧的基板照射面积φ100μm的激光的情况下，绝缘层1的孔的深度与射束照射时间的关系。
图3表明，射束照射时间越长且能量密度越大，越能较深地除去绝缘层1。
在除去绝缘层1形成止于导体层5的盲孔的情况下，由于绝缘层1的厚度有一定的限度，因此在除去深度达到绝缘层1的厚度后，绝缘层的除去将沿着与入射激光的前进方向垂直的方向进行，因此，盲孔成为中间膨胀的形状。
由于在同样的能量密度的情况下，射束照射时间越短，功率密度越高，因此在热量向激光照射部周围扩散之前，仅激光照射部(树脂)被过度加热，激光照射部的温度升高，所以，每个单脉冲所除去的体积变小，孔深度变浅。
相反，由于射束照射时间越长，功率密度越低，因此热量向激光照射部周围(深度方向)扩散，所以，每个单脉冲所除去的体积变大，孔深度变深。
由于本实施形态的射束照射时间是在1μs以上10μs以下的范围，因此可防止上述原因引起的孔深度变浅、或在除去表面的导体层后绝缘层除去超过需要的深度、或盲孔成为中间膨胀的形状等。
图4进一步表示在将单脉冲的能量密度设定为100、150、200、250J/cm2一定值的情况下，孔形状的中间膨胀率与射束照射时间的关系，孔形状的中间膨胀率是通过(中间膨胀率)＝100[(绝缘层的孔径)-(激光入射侧的导体层孔径)]/(激光入射侧的导体层孔径)计算的，在未形成导体层向孔内突出、孔形状为中间膨胀形状的情况下，中间膨胀率为0(％)。
图4表明，射束照射时间越长，中间膨胀率越上升。
也就是说，这是由于在脉冲宽度较宽的情况下，功率密度降低，从而队去的绝缘层较深。
此外还表明，能量密度越大，中间膨胀率越上升。
也就是说，这是由于在能量密度大的情况下，除去的绝缘层较深。
综合表示图2和图4结果的图5表明，射束照射时间在1-10μs以下的情况下，可除去表面铜箔，且中间膨胀率在10％以下，因此，该范围的射束照射时间为合适的射束照射时间。
而该合适的射束照射时间可根据表面的导体层及绝缘层的厚度进行若干改变。
特开平9-107168号公报提出了使用射束照射时间为10μs-200μs、能量密度为20J/cm2以上激光的激光加工方法。
但，在与特开平9-107168号公报中列举的条件相当的图5的a区域，仅适用于可高效除去树脂这一点，而不适用于作为本说明书对象的要求兼顾高效除去铜箔和防止中间膨胀形状的加工。
此外，特开平10-323777号公报提出了使用射束照射时间为3μs-4μs、能量密度为22J/cm2以下激光的激光加工方法。
但，图5的b所示的区域为与特开平10-323777号公报中列举的条件相当的区域，而该区域的能量密度较低，在22J/cm2以下，由于不能确保稳定除去导体层用的能量密度25J/cm2，因此，这表示不适用于作为本说明书对象的要求高效除去导电层(铜箔)的加工。
接下来，为了对照射了激光6后所剩的如图1(b)的绝缘层进行加工，在照射了作为第1个脉冲的激光6之后，照射作为第2个脉冲以后的如图1(c)所示的激光7，通过这样对所剩绝缘层1进行加工，从而完成盲孔的形成。
由于这里的激光7不加工导体层而仅加工绝缘层即可，不需要如本专利所示的能量密度和脉冲宽度，因此，最好使用适合除去加工绝缘层的例如在特开平9-107168号公报等中提出的射束照射时间为10μs-200μs、能量密度为20J/cm2以上的激光。此外，为了防止孔形状成为中间膨胀的形状，最好减小能量密度。
能量密度过高时，如图9(e)所示，由于过剩的激光被导体层5反射，除去了壁面的绝缘层，从而使孔形状成为中间膨胀的形状。
该实施形态通过将激光设置为15μs、50J/cm2，可达到不发生铜箔的突出和孔形状不变为中间膨胀的形状的目的，且可形成没有绝缘层的加工残留物的良好的盲孔。
实施形态2
以下，用图6-图8对根据本发明第二实施形态的层压材料的二氧化碳激光加工方法进行说明。对图6(a)所示的印刷电路板，首先如图6(b)所示，对电路板的导体层4上小于最终必须被除去的导体层4的面积φ100μm的面积φ50μm照射激光8，该激光的射束照射时间为3μs，能量密度为150J/cm2，除去导体层4和部分绝缘层1。由于该除去过程是使用射束照射时间在1μs以上10μs以下、且能量密度在25J/cm2以上的激光，激光的能量可高效地除去导体层4，且剩余的激光不会对绝缘层1进行不必要的过大加工，因此，可防止由单脉冲引起的导体层4在孔内突出或孔形状成为中间膨胀的形状。
然后，如图6(c)所示，对必须被除去的导体层4的面积φ100μm，照射射束照射时间为3μs、能量密度为150J/cm2的激光6，通过向照射激光8后的导体层4的加工孔位置重复照射，除去大面积的导体层4。
图7为对12μm厚的铜箔以照射面积不同的激光进行双脉冲照射时的结果，以Y轴表示加工孔的圆度(＝100×短轴/长轴)，以X轴表示第1个脉冲的激光照射面积。第2个脉冲的激光照射面积固定为φ100μm。该图表明，第1个脉冲的照射面积在φ60μm以下时，圆度提高。这里，加工孔的圆度一般必须在90％以上。
仅用单脉冲除去导体层时，如果导体表面有污垢和伤痕，出现激光吸收率高的部分，则引起该部分的温度升高。该情况下，如果吸收率高的部分不在激光照射中心，则如图8(b)所示，温度分布不成为圆，而容易成为椭圆。因此，单脉冲照射的情况下，加工孔的圆度容易降低。
但以束径不同的双脉冲除去导体层的情况下，图8表示照射双脉冲以上激光时的加工部的温度分布，由于以第1次激光加工小口径孔，然后，通过照射大激光，使第2脉冲的激光照射中的温度上升以第1个脉冲形成的孔为中心呈放射状分布，因此，温度分布成为如图8(a)所示的以第1个脉冲形成的孔为中心的圆形。由于除去现象是按照温度的分布而进行，因此，可得到圆度高的加工孔。
特开平9-239573号公报中提出的加工方法是，第1个脉冲用射束照射时间为10μs-20ms的激光进行加工，第2个脉冲用照射面积大于第1个脉冲、射束照射时间在200ns以下的激光进行加工。但是，使第2个脉冲的激光照射面积大于第1个脉冲的目的在于，除去绝缘层的受热变质层和残余树脂膜，改变束径的目的和射束照射时间的区域(图5的c所表示的范围)也与本发明的激光加工方法不同。
接下来，在图6(c)中，为了加工照射了激光8、6(双脉冲)后所剩的绝缘层1，在照射激光6之后，照射与图1(d)所示的激光7条件相当的激光，对所剩的绝缘层1进行加工，通过这样经全部三脉冲形成盲孔。该实施形态通过使第3个脉冲的激光为1μs、50J/cm2，可形成表面圆度高、未发生表面铜箔突出和孔形状变为中间膨胀形状、且没有加工剩余的绝缘层的良好的盲孔。
如上所述，采用本发明的激光加工方法，通过以1μs以上10μs以下范围的射束照射时间对上述被加工部脉冲性地照射能量密度为25J/cm2以上的激光，具有可防止表面的导体层向孔内突出、或孔形状变为中间膨胀形状的效果。
如上所述，本发明的二氧化碳激光加工方法适用于形成使多个导体层电连接用的通孔和盲孔的层压材料的二氧化碳激光加工方法。

Claims (2)

1.层压材料的二氧化碳激光加工方法，它是对具有绝缘层和夹有该绝缘层的层压的第一导体层和第二导体层的层压材料的被加工部照射二氧化碳激光，除去上述被加工部的上述第一导体层和上述绝缘层，形成到达上述第二导体层的盲孔和进行槽加工的层压材料的二氧化碳激光加工方法，其特征在于，以能量密度为25J/cm2以上、且射束照射时间在1μs以上10μs以下的上述激光对上述被加工部进行脉冲照射。
2.根据权利要求1所述的层压材料的二氧化碳激光加工方法，其特征在于，在通过多个脉冲除去被加工部的第一导体层时，使后照射的脉冲照射束径大于先照射的脉冲照射束径。
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