CN1309527C - 激光加工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及激光加工方法，该方法是对印刷配线基板的绝缘层照射激光束，加工盲孔、凹槽或贯通孔的印刷配线基板的激光加工方法，其包括如下工序：第1工序，以规定的能量密度加工所述绝缘层；第2工序，对经第1工序加工的加工部位周围，以能量密度小于所述第1工序中的能量密度的激光进行照射以固化所述绝缘层；和第3工序，清除残存的污渍。

Description

激光加工方法
技术领域
本发明涉及叠层材料的激光加工方法，该方法是在叠层配线基板上形成用于电连接多个导体层的贯通孔或盲孔的激光加工方法，所述叠层配线基板通常被称作印刷配线基板，其具有绝缘层和导体层，所述绝缘层由环氧类树脂或聚酰亚胺类树脂形成，所述导体层由铜箔形成。
背景技术
以往，在印刷配线基板的绝缘层上形成用于电连接的盲孔时，首先通过对绝缘层照射二氧化碳激光束来对绝缘层进行加工(清除)，再通过电镀等在印刷配线基板上沉积导体层，形成叠层型的电路。
此处，在沉积导体层时，如果在加工孔的底面存在树脂污渍，电镀的密合性就会变差，焊接等的加热或使用中温度的变化有时会引起断线。
因此，一直以来，作为树脂污渍的清除工序，是将具有加工孔的基板浸在有机溶液中，通过化学处理洗涤清除残存的树脂污渍。另外，在化学处理中使用浓硫酸、铬酸或高锰酸钾等。
有关这些印刷配线基板的二氧化碳激光加工方法，在特开平10-12997号公报中已经公开。(参考专利文献1：特开平10-12997号公报)
另外，在特开平10-173318号公报中公开了在用激光束形成加工孔后，采用比形成加工孔使用的激光更大的激光束进行照射以清除污渍的激光加工方法。(参考专利文献2：特开平10-173318号公报)
专利文献1中公开的现有的二氧化碳激光加工方法中，在污渍清除工序等的液体处理工序，在通过激光照射开孔的加工孔的边缘部，流体流动的压力会变大，存在因液体的流动压力而在加工孔边缘部产生“豁”等损伤的情况。
其结果是存在如下问题，即以连接表面和底面的导体层的层间连接为目的的加工孔的截面积产生偏差，导致电气特性不稳定。(电阻值与加工孔的截面积成反比。)
专利文献2中公开的现有的激光加工方法中，由于利用激光束进行污渍清除，所以不需要进行液体处理的污渍清除工序。但是在污渍清除工序之后的电镀工序中，还必须有用液体进行杂质的清除工序或用碱性溶液进行的脱脂工序等，因此，与专利文献1一样，同样存在因液体的流动压力而在加工孔的边缘部产生损伤的情况。
另外，作为参考，使用波长为0.249μm的准分子激光，即使采用比加工孔更大的激光束进行照射，但在进行激光烧蚀加工时也几乎不会产生热影响，所以用该能量的激光束仅可以清除污渍而不会将加工孔周围的树脂层制成固化层。
所谓激光烧蚀加工的特点是，利用激光束的电场成分使处于结合状态的分子间存在的电子直接振动从而产生分解，因此不会产生热影响层。
另外，照射波长为10.6μm的二氧化碳激光束的情况下，利用激光束电场成分使处于结合状态的分子自身振动，从而产生热量，在这种热量作用下产生分解，因此，在某些激光束条件下可以不清除污渍而制成固化层。
发明内容
本发明旨在解决上述问题，其目的是提供在激光束加工后污渍清除工序等液体处理工序中，防止加工孔的损伤，并且使加工孔的截面积(电阻值)稳定的印刷配线基板的二氧化碳激光加工方法。
为达到上述目的，本发明的第1方面是提供激光加工方法，该方法是对印刷配线基板的绝缘层照射激光束，加工盲孔、凹槽或贯通孔的印刷配线基板的激光加工方法，其包括如下工序：第1工序，以规定的能量密度加工所述绝缘层；第2工序，对经第1工序加工的加工部位周围，以能量密度低于所述第1工序中的能量密度的激光进行照射以固化所述绝缘层；和第3工序，清除残存的污渍。
另外，在所述第2工序中，所述能量密度小于等于0.5J/cm2。
在所述第2工序中，对聚酰亚胺树脂形成的绝缘层进行激光照射的能量密度小于等于0.6J/cm2。
在所述第2工序中，激光照射区域的面积大约为第1工序进行加工区域的面积的2倍。
另外，以波长为10.6μm的二氧化碳激光进行激光加工。
本发明的第2方面是提供激光加工方法，该方法是对印刷配线基板的绝缘层照射激光束，加工盲孔或凹槽或贯通孔的印刷配线基板的激光加工方法，其包括如下工序：第1工序，以15J/cm2的能量密度加工所述绝缘层；第2工序，对经第1工序加工的加工部位周围，以能量密度小于等于0.5J/cm2的激光进行照射以固化所述绝缘层；和第3工序，清除残存的污渍。
另外，在所述第2工序中，照射脉冲束持续时间为10μs的1个脉冲的激光束。
附图说明
图1是表示本发明的第一实施方式的激光加工方法的加工流程图。
图2是表示环氧树脂的加工孔深度与能量密度的关系图。
图3是表示聚酰亚胺树脂的加工孔深度与能量密度的关系图。
图4是表示本发明的第二实施方式的激光加工方法的加工流程图。
图5是表示现有的激光加工方法的加工流程图。
具体实施方式
实施方式1
用图1说明本发明的第一实施方式的二氧化碳激光加工方法。
在本实施方式中，印刷配线基板具有环氧树脂形成的绝缘层1和设置于绝缘层1背面的由铜箔形成的导体层2的结构，针对该印刷配线基板，就如何形成通过绝缘层1并止于导体层2的盲孔进行说明。
印刷配线基板可以是使树脂浸渍于玻璃布而成为绝缘层的形式，也可以是进一步将绝缘层层叠成多层基板的形式。
此处，其叠层材料采用二氧化碳激光加工方法进行加工的印刷配线基板，如图1(a)所示，包括厚度为60μm的环氧树脂构成的绝缘层1和厚度为18μm的铜箔构成的导体层2。
另外，目标盲孔的孔径为φ80μm。
首先，作为第1次激光照射，对绝缘层1上面积为φ80μm的范围照射2个脉冲的二氧化碳激光束4，脉冲束持续时间为10μs、能量密度为15J/cm2，在绝缘层1上进行孔加工。(参见图1(b))
其次，作为第2次激光照射，在面积为φ150μm的范围照射1个脉冲的二氧化碳激光束9，脉冲束持续时间为10μs、能量密度为0.4J/cm2，使加工孔周围的绝缘层1的表面固化，形成树脂固化层10。(参见图1(c))
然后，为了清除孔加工后残存于导体层2表面的污渍5，实施应用高锰酸钾6的污渍清除工序。(参见图1(d))
最后，通过包括杂质清除工序和脱脂工序等的液体处理工序的电镀工序，进行电镀7，完成印刷配线基板的通孔加工。(参见图1(e))
下表给出如下两种情况下污渍清除工序后的加工孔边缘部的损伤率，即将第1次激光照射条件固定成脉冲束持续时间为10μs、能量密度为15J/cm2、脉冲数为2、照射面积为φ80μm，将第2次激光照射条件固定成脉冲束持续时间为10μs、脉冲数为1、照射面积为φ150μm时，不进行第2次激光照射的已有的加工方法加工的情况和第2次激光照射条件下能量密度从0.1～0.6J/cm2变化的情况。
此处，损伤率与损伤程度无关，其根据200个孔中有损伤的加工孔有几个来计算得到。(※当通过显微镜由上表面观察发现100个孔受损时，损伤率为100÷200＝50％)
如下表所示，与现有的方法比较，可知本发明的损伤率急剧减小，固化层防止了加工孔边缘部的损伤。
              第2次激光照射条件对应的损伤率
  第2次激光照射条件(J/cm2)   损伤率(％)   备注
  0.0   32.5   现有的加工方法
  0.1   1.5
  0.2   1.0
  0.3   0.5
  0.4   0.0
  0.5   0.5
  0.6   85.0   激光照射后有损伤
(※使用环氧树脂)
在此，对固化进行说明。
固化的别名称作“交联”，指对树脂加热，引起高分子链间形成键合，形成具有三维网格结构的高分子的现象，这种现象发生在各种热固性树脂的固化过程中。
根据树脂的种类，固化现象有少许变化，但是一般在达到材料的沸点温度之前的阶段发生固化。
根据激光的能量密度，所述固化状态和固化层的深度会有所变化，从图2的结果可知，通过用能量密度小于等于0.5J/cm2的激光照射，树脂层未被清除而是发生了固化，因此可以防止加工孔边缘部的损伤。
其次，对形成加工孔周围的树脂固化层10的激光照射条件的设定进行说明。
图2是使用波长为10.6μm的二氧化碳激光束照射环氧树脂时，能量密度与清除深度的关系图。
作为前处理，根据待加工的树脂而改变能量密度，从图中求出不可进行加工的临界能量密度。
例如，对于环氧树脂，由图2所示可知当能量密度大于等于0.6J/cm2时环氧树脂开始被清除，清除深度逐渐变深。
另外，对于聚酰亚胺树脂，由图3所示可知当能量密度大于等于0.7J/cm2时聚酰亚胺树脂开始被清除，清除深度逐渐变深。
作为第2次激光照射条件，通过将能量密度设定为小于由图2和图3求出的临界能量密度，从而在加工孔周围形成固化层，进而可以防止污渍清除工序等液体处理工序导致的加工孔损伤。
本实施方式中，使用波长为10.6μm的二氧化碳激光束，通过将第2次激光照射的能量密度设定为小于等于0.5J/cm2，从而可以不清除环氧树脂而使其固化。
另外，残存于加工孔底面的树脂污渍也会固化，但是树脂厚度较薄小于等于1μm并且是再次附着时，由于该树脂污渍与导体层2的结合力减弱，因此可以通过污渍清除工序清除。
作为制作固化层的激光，适合使用二氧化碳激光束，而因材料的不同使用波长为1.06μm的YAG(钇铝石榴石)激光会由于材料分子的振动而形成热加工，所以也可以制作固化层。
作为实现本加工方法的加工机，优选如特开平10-362422号公报公开的具有可改变能量密度的可动透镜和可改变激光束照射面积的孔径的装置。
实施方式2
用图4说明本发明第二实施方式的二氧化碳激光加工方法。
在本实施方式中，印刷配线基板具有环氧树脂形成的绝缘层1和设置于绝缘层1背面的由铜箔形成的导体层2的结构，针对该印刷配线基板，就如何形成通过绝缘层1并止于导体层2的盲孔进行说明。
此处，其叠层材料采用二氧化碳激光加工方法进行加工的印刷配线基板，如图4(a)所示，包括厚度为60μm的环氧树脂构成的绝缘层1和厚度为18μm的铜箔构成的导体层2。
另外，目标盲孔的孔径为φ80μm。
首先，作为第1次激光照射，对绝缘层1同时照射激光束4和激光束9，激光束4的目的是进行绝缘层1的孔加工，脉冲束持续时间为10μs、能量密度为15J/cm2、照射面积为φ80μm，激光束9的目的是固化加工孔周围绝缘层1的表面，脉冲束持续时间为10μs、能量密度为0.4J/cm2、照射面积为φ150μm，从而在对绝缘层1进行孔加工的同时形成树脂固化层10。(参考图4(b))
然后，为了清除孔加工后残存于导体层2表面的污渍5，实施应用高锰酸钾的污渍清除工序。(参考图4(c))
最后，通过包括杂质清除工序和脱脂工序等液体处理工序的电镀工序，进行电镀，完成印刷配线基板的通孔加工。(参考图4(d))
此处，用图5说明与现有技术的比较。
以往，用激光束4清除树脂层后，进行污渍清除工序等液体处理工序，所以在加工孔周围产生损伤8(参考图5(c))，在此后的电镀工序中，该损伤8在进一步恶化的状态被电镀。(参考图5(d))
如以往制成的印刷配线基板，在污渍清除工序等的液体处理工序中，利用激光照射开孔的加工孔出现损伤，因此加工孔的截面积产生偏差，导致印刷配线基板的电气特性变得不稳定。但是，根据本实施方式，由于在绝缘层1的加工孔周围形成树脂固化层10，所以在污渍清除工序中，加工孔不会受到损伤，即使在电镀工序中加工孔同样也不会受到损伤。因此，具有稳定印刷配线基板的电气特性等的效果。
作为参考，特开昭54-8143号公报中公开了在利用激光束形成孔的激光加工方法中，以减少加工孔周围因激光加工产生的损伤或附着物等为目的，通过对加工件的加工表面进行激光束照射等而将其固化处理，然后再利用激光束进行孔加工。但是该公报未对加工件的规定和激光束条件做出详细说明，考虑到根据加工件的不同，用于固化的激光束的条件会发生很大变化，所以该方法在这些方面是不清楚的。
另外，由于上述方法是以减少激光加工产生的损伤或附着物等为目的的，所以必须在激光加工的前一阶段照射固化用激光束，而固化层会对激光加工造成影响，所以难以进行良好的加工。
本发明中，由于是在激光加工的同时或激光加工之后照射固化用激光，所以固化层不会影响激光加工。
如上所述，若采用本发明的激光加工方法，可以起到在激光束加工后的污渍清除工序等液体处理工序中，防止加工孔受到损伤的作用。
如上所述，在被称为印刷配线基板的叠层配线基板上，形成用于电连接多个导体层的贯通孔或盲孔的加工方法，特别适合使用二氧化碳激光装置。

Claims (10)

1.激光加工方法，该方法是对印刷配线基板的绝缘层照射激光束，加工盲孔、凹槽或贯通孔的印刷配线基板的激光加工方法，其包括如下工序：第1工序，以规定的能量密度加工所述绝缘层；第2工序，对经第1工序加工的加工部位周围以能量密度低于所述第1工序中的能量密度的激光进行照射以固化所述绝缘层；和第3工序，清除残存的污渍。
2.如权利要求1所述的激光加工方法，其特征为，在第2工序中，所述能量密度小于等于0.5J/cm2。
3.如权利要求1所述的激光加工方法，其特征为，在第2工序中，对聚酰亚胺树脂形成的绝缘层进行激光照射的能量密度小于等于0.6J/cm2。
4.如权利要求1～3任一项所述的激光加工方法，其特征为，在第2工序中，激光照射区域的面积大约为第1工序中进行加工的区域面积的2倍。
5.如权利要求1～3任一项所述的激光加工方法，其特征为，以波长为10.6μm的二氧化碳激光进行激光加工。
6.如权利要求1～3任一项所述的激光加工方法，其特征为，在第2工序中，进行1个脉冲的激光照射，脉冲束的持续时间为10μs。
7.如权利要求1～3任一项所述的激光加工方法，其特征为，同时进行第1工序的激光照射和第2工序的激光照射。
8.激光加工方法，该方法是对印刷配线基板的绝缘层照射激光束，加工盲孔或凹槽或贯通孔的印刷配线基板的激光加工方法，其包括如下工序：第1工序，以15J/cm2的能量密度加工所述绝缘层；第2工序，对经第1工序加工的加工部位周围，以能量密度小于等于0.5J/cm2的激光进行照射以固化所述绝缘层；和第3工序，清除残存的污渍。
9.如权利要求8所述的激光加工方法，其特征为，在第2工序中，进行1个脉冲的激光照射，脉冲束的持续时间为10μs。
10.如权利要求8或9所述的激光加工方法，其特征为，同时进行第1工序的激光照射和第2工序的激光照射。
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