JP2000307215A - 配線板の加工方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 加工位置決めに必要なNC制御等を用いずに、
CO₂レーザから発振されるパルスレーザビームにより、
穴加工や線加工、面加工問わず如何なるパターンに対し
ても効率よく加工することのできる、配線板を構成する
絶縁層である樹脂の除去加工方法を提供すること。 【解決手段】 配線板の移動方向とは直行する方向に掃
引する駆動ミラー装置１１及びレーザビームを集光する
光学レンズ１２等を経たCO₂レーザのパルスレーザビー
ムを、一定速度で移動する配線板１６に照射して、絶縁
層である樹脂を除去加工する方法において、樹脂の加工
閾値φ(J/cm²)、樹脂の吸収係数q(cm^-1)、樹脂厚みm(c
m)等から求められる熱閾値効果係数Ttと熱光吸収効果係
数Taを、次の式４〜６を満足させる範囲とする。 0.3 < Tt < 1.2（式４）、 0.7 < Ta < 3 （式５）、
0.8 < (Tt × Ta) < 1.2 （式６）

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は絶縁層と導体層とを
有する配線板を、CO₂レーザのパルスレーザビームによ
り加工する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】配線板には、エポキシ樹脂等の絶縁材料
の表面に銅箔などの導体層を形成したものの他に、ガラ
ス繊維、芳香族ポリアミド繊維等の補強繊維にエポキシ
樹脂、ポリイミド樹脂などの熱硬化性樹脂を含浸硬化さ
せた絶縁材料の表面に銅箔などの導体層を形成したリジ
ッド配線板がある。また、絶縁性材料として可撓性を有
するポリイミド樹脂などを用いたフレキシブル配線板が
ある。更に、多層配線板には上記のプリント配線板を導
体層と絶縁層が交互に位置するように貼り合わせたもの
や、絶縁層と導体層を交互に積層したものを加圧加熱し
て硬化させたビルトアップ配線板がある。

【０００３】これらの配線板の樹脂部分にビアホールや
スルーホール等の微細孔を開ける方法としてはウエット
エッチングによる方法が知られている。この方法では、
例えば導体層面にフォトレジストを形成し、所望のホー
ルパターンをフォトリソグラフィー技術によりパターニ
ングし、露出した導体層をエッチングした後、フォトレ
ジストを剥離すれば導体層にホールパターンが形成され
るので、所望のホール形成位置に絶縁層が露出する。次
いで、この導体層をエッチングマスクとして、配線板を
強アルカリ溶液に浸漬して絶縁層露出部をエッチング
し、この部分の絶縁体をパターンに至るまで完全に除去
し、貫通孔を形成することによって所望のホールを得る
ことができる。しかしながら、このようなウエットエッ
チングによる方法は工程が煩雑で加工速度が遅く、また
廃液処理の問題もある。

【０００４】微細孔を明ける方法としてはCO₂レーザに
よるドライ開孔技術も知られている。この方法では微細
孔を明ける個所にレーザビームを直接照射し、樹脂を分
解及び／又は燃焼させて除去するものである。このた
め、単位時間当たり高密度エネルギのレーザビームを照
射する必要がある。このような高密度エネルギを短時間
のうちに得る手段には、CO₂レーザをパルス発振化する
ことが知られている。例えば、特開平6-326395号公報に
は高ピーク出力を持ったパルス発振CO₂レーザによっ
て、従来の連続発振CO₂レーザでは不可能であった精密
な加工が可能となることが記載されている。

【０００５】しかしながら、従来のCO₂パルスレーザビ
ームを用いた配線板の穴明け加工方法では、例えば複数
の駆動ミラー装置等をNC制御などの手法でパルス発振と
同期させながら制御して、樹脂を除去加工したい部分の
みにパルスレーザビームを照射する方法が採られていた
ため、予め配線板の加工パターンに合わせてNC制御のた
めのプログラミングなどを行わなければならず、複雑な
加工パターン等の場合にはこのプログラミング作業が煩
雑となり、特に複数のパターンを次々と加工するような
場合には、生産性が低下する原因の一つとなっていた。

【０００６】パルスレーザビームを用いた樹脂の加工方
法において、配線板におけるビアホール、スルーホール
等の微細孔の形成のように、除去すべき樹脂範囲がパル
スレーザビーム1パルスの加工面での照射範囲よりも小
さい場合は、金属製のマスクなどを用いて除去範囲のみ
の同一個所にパルスレーザビームを照射することによ
り、容易に加工することができる。しかし、パルスレー
ザビーム1パルスの加工面での照射範囲より大きい連続
した範囲、例えば細長い連続した範囲を加工するなどの
場合には、パルスレーザビームを隙間なく照射する必要
があり、このようなパルスレーザビームを隙間なく照射
して加工する方法は、例えば特開平9-223456号公報に記
載されているが、従来のパルスレーザ加工方法では、パ
ルス繰り返し周波数がおよそ10kHz以下と小さいため
に、複数のパルスを照射するのに長時間を要し、つまり
は連続した広い範囲の樹脂を除去するのに長時間を要す
ることとなり、効率よく樹脂の除去加工ができないとい
う問題があった。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の目的
はCO₂レーザから発振されるパルスレーザビームを、加
工位置決めに必要なNC制御などを用いずに、バイアホー
ル等の穴加工や線加工、面加工問わず如何なるパターン
に対しても効率よく加工することのできる、配線板を構
成する絶縁層である樹脂の除去加工方法を提供すること
にある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、配線板の移動
方向とは直行する方向に掃引する駆動ミラー装置及びレ
ーザビームを集光する光学レンズを経由し、更に必要に
応じて駆動ミラー装置の掃引運動に同期するシャッター
装置を経たCO₂レーザのパルスレーザビームを、一方向
に一定速度で移動する配線板に照射して、配線板を構成
する絶縁層である樹脂を除去加工する方法において、樹
脂の加工閾値をφ(J/cm²)、樹脂の吸収係数をq(cm^-1)、
加工したい樹脂厚みをm(cm)、自然対数の底をeとし、熱
閾値効果係数をTtと熱光吸収効果係数をTaと定義したと
きに、 ［a / (b× d)］× Tt = e ×φ （式1） ［(d× h× b) / (z× v)］× Ta = q × m （式2） の関係式で表される加工条件のうち、 0.5 < ［(z× f²) / (v× h× b)］ < 3 （式3） 0.3 < Tt < 1.2 （式4） 0.7 < Ta < 3.7 （式5） 0.8 < (Tt × Ta) < 1.2 （式6） の条件を満たす範囲の平均出力a(W)、パルス繰り返し周
波数b(Hz)、パルスレーザビームの配線板における集光
面積d(cm²)、シャッター装置が開となる確率h、駆動ミ
ラー装置によるパルスレーザビームの配線板における掃
引幅z(cm)、配線板の移動速度v(cm/s)及び駆動ミラー装
置の掃引周波数f(Hz)の条件でパルスレーザビームを照
射することを特徴とする配線板の加工方法である。ま
た、本発明は、テレスコープと回転円盤で構成されるQ
スイッチ装置付CO₂レーザから発振されたCO₂レーザのパ
ルスレーザビームを照射する前記配線板の加工方法であ
る。更に、本発明は、光学レンズで集光したパルスレー
ザビームの加工面に対する入射傾斜角度が2°〜 20°の
範囲になるよう駆動ミラー装置及び光学レンズを配置す
る前記配線板の加工方法である。

【０００９】以下、本発明を詳細に説明する。本発明で
使用されるレーザ発振装置は、パルス発振が可能なCO₂
レーザ発振装置であり、共振器のミラー等により発振波
長を9.3μm付近にチューニングしたものであることが、
樹脂層がポリイミド系である場合は有利である。また、
レーザ発振の平均出力は500W以上であることが望まし
い。更に、レーザ発振装置は高パルス繰り返し周波数の
パルス発振が可能なQスイッチCO₂レーザ発振装置である
ことが好ましく、このようなレーザ発振装置は例えば特
開平6-326395号公報に示されているように、レーザ発振
器にレンズとミラーで構成されるテレスコープを設け、
このテレスコープにより作られるレーザビームウエスト
部に、開口部をもつ回転円盤を配置して、CW発振のレー
ザビームを機械的にチョッピングする方法を用いた装置
がある。この回転円盤によるQスイッチの方式によれ
ば、レーザ発振の平均出力を大きくとることができ、ま
た円盤の回転数と開口部の数を制御することによって、
最高100kHzまでの高パルス繰り返し周波数を実現するこ
とができる。

【００１０】好ましいQスイッチ装置の概略を図２に示
す。図２において、１はレーザ発振器の共振器部、２は
テレスコープ、３は凸レンズ、４は凹ミラー、５は回転
円盤、６はモータ、７は部分反射ミラー、８はレーザビ
ームを表し、これらの作動は前記公報等から容易に理解
される。

【００１１】本発明で加工する配線板は、少なくとも１
層の絶縁層もしくは少なくとも１層の絶縁層と少なくと
も１層の導体層を有するものであればよく、層の数や種
類には限定されないが、導体としては、銅のような金属
が好ましく、絶縁体としてはポリイミド、ポリアミド、
ポリエステル、エポキシ樹脂等の樹脂が好ましい。ま
た、フレキシブル、リジッドいずれでもよい。また、加
工とは配線板内部又は表面に存在する絶縁体としての樹
脂の少なくとも一部を除去することを含むものをいう。

【００１２】

【発明の実施の形態】次に、本発明に用いるレーザ加工
装置について詳細に説明する。レーザ加工装置の1例の
概略を図１に示す。図１において、８はレーザビーム、
８’は掃引されたレーザビーム、９はCO₂レーザ発振
器、１０はシャッター装置、１１はガルバノミラー、１
２はテレセントリックレンズ、１３はエアカーテン装
置、１４はアシストガス吹出口及び集塵口、１５は加工
テーブル、１６は配線板であり、配線板１６にはマスク
が施される。

【００１３】QスイッチCO₂レーザ発振器９から発振され
たパルスレーザビームを、一定速度で移動するマスクを
施した配線板１６の樹脂除去加工したい一定面積の部分
に照射するためには、配線板の移動方向（Y方向とす
る）とは直行する方向（X方向とする）にパルスレーザ
ビームを掃引する必要がある。このために本発明で使用
される駆動ミラー装置は、高パルス繰り返し周波数に対
応できるよう高速度で掃引できるものでなければならな
い。このような高速掃引可能な駆動ミラー装置として
は、平面ミラーを平面を含む軸に対して往復回転運動さ
せることのできるガルバノミラー掃引装置と、多角形ミ
ラーを回転させるポリゴンミラー掃引装置が知られてい
る。ポリゴンミラー掃引装置による方がパルスレーザビ
ームをより高速で掃引することができるが、掃引幅を変
更するためにはポリゴンミラーを交換する必要がある。
一方、ガルバノミラー掃引装置による方法の場合は掃引
幅の制御が容易に可変できる。本発明に用いるミラー駆
動装置としてはいずれの装置でもよい。

【００１４】駆動ミラー装置の掃引周波数は高い程よ
く、最高250Hzでの掃引が可能であることが望ましい
が、このような高速度の掃引を精度良く行うことが技術
的に困難である場合が多く、掃引最高周波数は少なくと
も100Hz以上であればよい。

【００１５】ガルバノミラーのミラー面又はポリゴンミ
ラーの一辺を構成するミラー面の大きさは、パルスレー
ザビームを掃引したときにパルスレーザビームが後方に
漏れない程度の大きさであればよく、またミラーの材質
は特に限定されないが、軽いアルミ製やベリリウム製な
どでよい。また、ミラー表面は9.3μm波長の炭酸ガスレ
ーザビームに対する反射率の高いAuなどでコーティング
されていることが望ましい。更に、駆動ミラー装置はレ
ーザ発振器と、レーザビームを集光するための光学レン
ズ系との間に配置すればよい。

【００１６】駆動ミラー装置としてガルバノミラー１１
を使用する場合には、配線板１６へのパルスレーザビー
ム８’の照射を均一化するために、図3及び図４に示し
たように、ガルバノミラー１１の往復運動の往きの時間
内のみ配線板１６にパルスレーザビーム８’が照射さ
れ、復の時間内には照射されないよう、パルスレーザビ
ーム群の一部をシャッター装置によって遮蔽することが
好ましい。ここで、図３において、１７はパルスビー
ム、１８は掃引されたパルス列、１９は掃引幅である。
また、図４において横軸は掃引時間であり、縦軸はパル
スのX方向座標である。なお、共通の番号は、矛盾を生
じない限り、各図において同一のものを意味する。

【００１７】これを行うためのシャッター装置の一つの
具体例を図５に示す。図５において、２０は回転羽根、
２１はモータである。すなわち、レーザ発振器９のパル
スレーザビーム８出口付近に回転羽根２１によるシャッ
ター装置を設け、ガルバノミラーの掃引運動に同期させ
て回転させ、ガルバノミラーが復運動を行っている時間
内のみパルスレーザビームを回転する羽根に当たるよう
にして反射させ、パルスレーザビームが配線板に照射さ
れないようにする方法が好ましい。この場合、遮蔽する
パルスレーザビームの割合は、ガルバノミラーの復運動
を行う速度にも関係するが、少ない方が加工に対するエ
ネルギー効率が良く、遮蔽率としては0.3以下が好まし
く、言いかえればシャッター装置が開となる確率は0.7
以上であることが好ましい。但し、駆動ミラー装置とし
てポリゴンミラー掃引装置を使用する場合は、復運動に
よるパルスレーザビームの掃引運動が無いため、上記シ
ャッター装置の開となる確率を1にするか又はシャッタ
ー装置を設置しなくともよい。

【００１８】掃引されたパルスレーザビームを集光する
ためには光学レンズが使用される。光学レンズはCO₂レ
ーザビームに対する透過率の高いZnSe製が好ましい。ま
た、駆動ミラー装置で掃引することにより生じるレーザ
ビーム照射角度の広がりを一方向にそろえて、配線板に
略垂直に入射させるためには、凸レンズ及び凹レンズの
組み合わせで構成される、いわゆるテレセントリックレ
ンズ１２の使用が好ましい。但し、パルスレーザビーム
を駆動ミラー装置で掃引して、例えば100mm幅の範囲を
レーザ照射するためには、このテレセントリックレンズ
の直径は100mmを超えるものでなければならない。ま
た、本レンズの焦点距離は、特に限定されるものではな
いが、配線板と本レンズ間の距離が300mmを超えると加
工装置自体が大型となり、また50mm未満であると配線板
と本レンズとの間に、例えばエアカーテンなどのオプシ
ョン装置の取り付けが困難となるため、50mm以上、300m
m以下が好ましい。

【００１９】駆動ミラー装置とテレセントリックレンズ
とを組み合わせて、パルスレーザビームをコンフォーマ
ルマスクあるいはコンタクトマスクを配した配線板に略
垂直の入射角度になるように入射させるようにした場
合、マスク面に入射したパルスレーザビームはマスク面
で反射され、テレセントリックレンズ及び駆動ミラー装
置のミラーを経由し、略同一光路を通ってレーザ発振器
へ逆戻りする場合がある。一度発振されたパルスレーザ
ビームがレーザ発振器に逆戻りすれば、逆戻りしたパル
スレーザビームがレーザ発振に関らない誘導放出を引き
起こし、レーザ発振の増幅率である利得を減少させるこ
ととなり、結果的にレーザ発振出力を低下させる原因と
なる場合が考えられる。更には、逆戻りしたパルスレー
ザビームがレーザ発振器の共振器壁面などに照射され、
共振器自身を破壊する恐れもある。

【００２０】このようなマスク面で反射したパルスレー
ザビームの発振器への逆戻りを防止する方法としては、
レーザビームの偏向を利用する円偏向ミラーなどを組み
合わせた光学系をレーザ発振器と配線板の間に配置する
方法がある。しかしながら、この場合、発振されたレー
ザビームの一部はこれら光学系で反射あるいは吸収さ
れ、配線板に照射されるレーザビームのエネルギー低下
を引き起こし、効率を低下させる原因となる。このよう
な低下を引き起こさないようにし、且つパルスレーザビ
ームの逆戻りを防止するには、配線板に照射されるパル
スレーザビームの傾斜角度が0°を超えるように、駆動
ミラー装置及びテレセントリックレンズを配置すること
がよい。駆動ミラー装置がガルバノミラー掃引装置であ
る場合の好ましい具体例の概略を図６に示す。図６にお
いて、２２は配線板に対する垂線であり、２３はレーザ
ビーム８’の入射軌跡と垂線２２とが作る角度、すなわ
ち、本発明でいう入射傾斜角度である。

【００２１】ガルバノミラー１１とテレセントリックレ
ンズ１２を2〜20°の範囲で傾斜させ、配線板１６への
パルスレーザビームの入射ビームの傾斜角度を2〜20°
に制御することで、パルスレーザビームの入射エネルギ
を低下させること無くマスク面で反射したパルスレーザ
ビームの発振器への逆戻りを防止できる。傾斜角度が2
°未満の場合は、マスクで反射したパルスレーザビーム
の一部がレーザ発振器へ逆戻りし、また、傾斜角度が20
°を超える場合は、レーザ加工後の配線板の加工断面形
状が傾斜角度に対応して傾斜し、例えば配線板の穴加工
の場合は顕著な左右非対称の加工穴が形成されることと
なり好ましくない。

【００２２】加工したい配線板を固定する加工テーブル
１５は、駆動ミラー装置による掃引方向（X方向）と直
行する方向（Y方向）に、一定速度で移動する機構を備
えたものであればよい。加工テーブルの形状は特に限定
されるものではなく、平面状でもよく、また円筒状でも
よい。加工テーブルが円筒状である場合は、駆動ミラー
装置によるパルスレーザビームの掃引方向が円筒の高さ
方向に一致するように円筒を配置しなければならない。
また、加工テーブルへの配線板の固定方法も特に限定さ
れるものではなく、加工テーブルが平面状の場合は加工
テーブルに設けた微細穴を介した真空吸引による方法
や、マグネットによる方法でもよく、加工テーブルが円
筒状の場合は、テンションロールなどを用いた方法でも
よい。いずれにしても配線板の移動速度が少なくとも0.
1〜2cm/sの範囲で、0.1cm/s刻みで可変制御可能であ
り、好ましくは0.01〜10cm/sの範囲で0.01cm/s刻みで可
変制御可能であることがよい。

【００２３】配線板１６を構成する絶縁層である樹脂を
パルスレーザビームで除去加工すると、すすなどの樹脂
の分解副生成物が発生し、これが配線板に付着したり、
あるいはレーザ加工装置を構成する光学レンズに付着し
たりする場合がある。これらはそれぞれ、配線板の品質
を低下させたり、レーザ加工装置の性能を低下させる原
因となり、好ましくない。そこで、これら発生するすす
などの分解副生成物の除去を目的としたガス吹き付け装
置であるいわゆるアシストガス装置の吹出口あるいはす
すを回収するための集塵装置の集塵口１４やエアカーテ
ン装置１３などをテレセントリックレンズ近傍あるいは
テレセントリックレンズ１２と配線板１６の間に配置す
ることが好ましい。それぞれの装置は、一般に知られて
いる装置でよく、また、アシストガス装置及びエアカー
テン装置に用いるガスの種類は特に限定されるものでは
なく、例えばコンプレッサーなどで5kg/cm²程度に加圧
された空気を用いてもよい。

【００２４】次に、上記説明したレーザ加工装置を用い
た配線板の加工条件を詳細に説明する。絶縁層である樹
脂のレーザによる除去加工は、樹脂のレーザビームに対
する吸収係数及び加工閾値と樹脂厚みに関連し、これら
の特性に合わせて本発明で用いるCO₂パルスレーザビー
ムのパルスエネルギ密度及びパルス照射回数を制御する
必要がある。CO₂レーザの発振波長に対する樹脂の吸収
係数がq(cm^-1)で樹脂の加工閾値がφ(J/cm²)の場合、1
パルスのエネルギ密度φ₀(J/cm²)のパルスをn回照射し
た時の樹脂の加工深さ、つまり加工したい樹脂厚みm(c
m)は、電磁波が物質に吸収される場合の一般式を用いて
次のように表される。 m = (n/q) × ln(φ₀ / φ) （式7） ここで樹脂加工に要する照射エネルギ最小条件は、eを
自然対数の底とすると、 φ₀ = e×φ （式8） の場合であり、このときの最適照射回数は n = q× m （式9） で表される。つまり加工したい樹脂の種類によって決ま
るCO₂レーザの発振波長に対する樹脂の吸収係数と加工
閾値及び加工したい樹脂厚みから、式8及び式9を用いて
1パルスエネルギ密度及び照射回数を決定することがで
きる。

【００２５】さて、本発明で用いるレーザ加工装置の場
合、1パルスのエネルギ密度は、1パルスエネルギと光学
レンズ系により集光したときの集光面積により決定さ
れ、1パルスのエネルギは平均出力とパルス繰り返し周
波数により決められる。具体的には、パルスレーザ発振
時の平均出力がa(W)、パルス繰り返し周波数がb(Hz)の1
パルスエネルギc(J)は c = a / b (式10) となり、集光面積をd(cm²)とした場合の1パルスのエネ
ルギー密度φ₀(J/cm²)は、 φ₀ = c / d (式11) で表される。

【００２６】本発明による樹脂の除去加工方法の場合、
パルスレーザビームのX方向及びY方向の照射距離間隔も
制御する必要がある。すなわち、図７に示したように、
パルスレーザビームのX方向及びY方向の照射距離間隔を
それぞれx(cm)、y(cm)とすると、これらはパルス繰り返
し周波数b(Hz)、駆動ミラー装置の掃引周波数f(Hz)、駆
動ミラー装置によって掃引される加工面での掃引幅z(c
m)、駆動ミラー装置の掃引運動に同期したシャッター装
置が開となる確率h、及び配線板を固定した加工テーブ
ルの移動速度v(cm/s)によって制御され、次の式12及び
式13の関係式で示される。 x = (z× f) / (h× b) （式12） y = v / f （式13）

【００２７】また、１パルス分での加工面積p(cm²)は p = x × y （式14） で表されるが、加工する配線板の絶縁層を構成する樹脂
の種類や厚さによって制御しなければならない照射回数
nは、加工面でのレーザビームの集光面積d(cm²)を１パ
ルス分での加工面積で除した値となり、次式で表され
る。 n = d / p （式15） ここで、最適な1パルスのエネルギ密度φ₀を満足するレ
ーザ加工条件は、式7、式10及び式11から導かれる、 φ₀ = e ×φ = c / d = a / (b × d) （式16） a / (b× d) = e ×φ （式17） の理想的な関係式によって導かれ、つまり式17を満たす
平均出力、パルス繰り返し周波数及び集光面積が導かれ
る。

【００２８】更に、最適な照射回数nを満足するレーザ
加工条件は、式9、式12、式13、式14及び式15から導か
れる、 n = q × m = d / p = d / (x × y) = (d× h× b) / (z× v) （式18） (d× h× b) / (z× v) = q × m （式19） の理想的な関係式によって導かれ、つまり式19を満たす
集光面積、掃引幅、配線板移動速度及びパルス繰り返し
周波数が導かれる。シャッター装置が開となる確率h
は、駆動ミラー装置がポリゴンミラー掃引装置の場合は
1であり、ガルバノミラー掃引装置の場合はガルバノミ
ラー掃引装置の性能などで決まり、好ましくは0.7以上
である。

【００２９】本発明者らは、式17に対しては加工閾値の
変化に対応する熱閾値効果係数Ttと、式19に対して吸収
係数の変化に対応する熱吸収効果係数Taを定義し、式17
と式19にそれぞれ導入して式1及び式2を導いた。 ［a / (b× d)］× Tt = e ×φ （式1） ［(d× h× b) / (z× v)］× Ta = q × m （式2） これらの係数はそれぞれ、最近報告されているパルス繰
り返し周波数の加工閾値（φ）への影響（F.C.Burns et
al., J. Phys. D: Appl. Phys., 29, 1996, 1349）、
及び加工時の熱の吸収係数（q）への影響（P.E.Dyer et
al., J. Phys. D:Appl. Phys. 29, 1996, 2554）も考
慮して定義されたものである。

【００３０】これら係数の範囲を実験的に求め、 0.3 < Tt < 1.2 （式4） 0.7 < Ta < 3.7 （式5） であり、且つ 0.8 < (Tt × Ta) < 1.2 （式6） を満たす場合に、樹脂残りなく、かつ効率的に加工で
き、これを満たさない場合には樹脂残差が発生したり、
あるいは加工効率が低下し場合によっては照射レーザエ
ネルギー過剰による加工品質の低下などを引き起こすこ
とを見出した。

【００３１】パルスレーザビームが配線板の樹脂を除去
加工したい面内で均一に照射されるには、X方向及びY方
向のパルスレーザビームの照射距離間隔であるxとyの比
x/yを制御する必要があり、この比が0.5 < x / y < 3の
範囲でなければならない事を実験的に求めた。つまり、
式3を満たすレーザ加工条件であることが必要である。 x / y = (z× f²) / (v× h× b) （式20） 0.5 < ((z × f²) / (v× h× b)) < 3 （式3）

【００３２】すなわち、用いるレーザ加工装置により、
式3、式4、式5及び式6を同時に満足する条件で配線板を
構成する絶縁層である樹脂の除去加工を行うことで、効
率よく配線板の加工を行うことができる。

【００３３】

【実施例】以下、実施例及び比較例に基づき本発明を詳
細に説明する。 実施例１〜８及び比較例１〜８ 図２に示したQスイッチ装置と、図５に示したシャッタ
ー装置を取り付けた図１に示した9.3μmの波長のパルス
レーザビームを発振するCO₂レーザ加工装置を、配線板
を構成する絶縁層である樹脂の除去加工に用いた。ま
た、駆動ミラー装置としてガルバノミラー掃引装置を用
いた。シャッターの開閉は、図４に示したようにガルバ
ノミラー掃引装置の掃引運動に同期させた。ガルバノミ
ラー掃引装置とテレセントリックレンズは、図６に示し
たように、レーザビームの入射傾斜角度が2.5°となる
ように傾斜させて配置した。また、5kg/cm²の圧縮空気
をレンズ面に吹き付けられるよう、エアカーテン装置を
テレセントリックレンズ下方に配置した。更に、配線板
の上方に5kg/cm²の圧縮空気を吹き付けられるアシスト
ガス装置と、加工副生成物であるすす等を系外に排出す
るための集塵装置を配置した。配線板は平面加工テーブ
ルに真空吸引の方法で固定し、銅製コンフォーマルマス
クあるいはコンタクトマスクをマスクとして使用した。

【００３４】上層ポリイミド／下層銅の層構造を持つ新
日鐵化学株式会社製片面銅張積層板SC18-25-00ME（以降
タイプAと呼ぶ）、上層銅／中間層ポリイミド／下層銅
の層構造を持つ両面銅張積層板SB18-50-18WE（以降タイ
プBと呼ぶ）、上層シリコン変性ポリイミド／下層アル
ミの層構造を持つボンディングシートSPB035A（以降タ
イプCと呼ぶ）及び上層シリコン変性ポリイミド／下層
アルミの層構造を持つSPB050A（以降タイプDと呼ぶ）を
配線板として用いた。それぞれの樹脂の9.3μm波長に対
する吸収係数は、2種類の厚みの樹脂層のみのFTIRスペ
クトルの9.3μmに対応する吸光度の差から求めた。本発
明に用いるレーザ加工機による樹脂の加工閾値は、1パ
ルスのレーザビームで加工が開始されるエネルギー密度
を実験的に求める方法で算出した。これらの樹脂層厚
み、吸収係数及び加工閾値を表1に示す。

【００３５】

【表１】

【００３６】実施例及び比較例には、直径9cm、1cm、0.
1cm及び0.008cmの円形開口部と、一辺が9cm、1cm、0.1c
m及び0.008cmの正方形開口部が250mm×350mmの銅マスク
に1列に形成されているマスクAと、直径4cm、1cm、0.1c
m及び0.008cmの円形開口部と、一辺が4cm、1cm、0.1cm
及び0.008cmの正方形開口部が250mm×350mmの銅マスク
に1列に形成されているマスクBを用いた。また、タイプ
Bの配線板に対してはコンフォーマル方式のそれぞれの
マスクを用い、その他のタイプA、C及びDに対してはコ
ンタクト方式のそれぞれのマスクを用いた。

【００３７】それぞれのタイプの配線板の加工を行った
際のレーザ発振の平均出力、パルス繰り返し周波数、パ
ルスレーザビームの集光面積、パルスレーザビームの掃
引幅、配線板の移動速度及びガルバノミラー掃引周波数
を表2に示した。パルスレーザビームの掃引幅はマスクA
に対しては100mm、マスクBに対しては50mmとした。平均
出力はパワーメータを用いて、パルス繰り返し周波数は
オシロスコープを用いて測定した。パルスビームの照射
ビーム形状は円形であり、その集光面積はアクリル樹脂
にレーザビームを照射した時の加工痕を電子顕微鏡及び
光学顕微鏡を用いて観察することにより求めた。シャッ
ター装置が開となる確率(h)は全てを通して0.75に制御
した。

【００３８】

【表２】

【００３９】これらの条件で樹脂加工を行った後の加工
が良好に行えたかどうかの評価は目視、光学顕微鏡及び
電子顕微鏡の各手法を用いて顕著な樹脂残さの有無の観
察、並びにパルスレーザビームの過剰照射が原因の加工
壁面のオーバーエッチングの有無を観察をすることで行
った。これらの条件の式3への対応及び式1及び2に適用
したときの式4、5及び6への対応を合わせて表3に示し
た。

【００４０】

【表３】

【００４１】

【発明の効果】本発明によれば、CO₂レーザから発振さ
れるパルスレーザビームを、駆動ミラー装置にて一方向
に掃引した後に光学レンズで集光して、掃引方向とは直
行する方向に一定速度で移動するコンフォーマルマスク
あるいはコンタクトマスクを施した配線板のマスクの一
部を含む一定面積全面に照射することのできる装置を用
いて、加工位置決めに必要なNC制御などを用いずに、バ
イアホール等の穴加工や線加工、面加工問わず如何なる
パターンに対しても効率よく配線板を構成する絶縁層で
ある樹脂の除去加工を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 レーザ加工装置の概略図

【図２】 Qスイッチ装置の概略図

【図３】 パルスビーム掃引説明図

【図４】 シャッター装置の同期方法説明図

【図５】 シャッター装置の概略図

【図６】 入射傾斜角度の説明図

【図７】 パルスビームの照射間隔の説明図

【符号の説明】

８ レーザビーム ９ CO₂レーザ発振器 １０ シャッター装置 １１ ガルバノミラー １２ テレセントリックレンズ １５ 加工テーブル １６ 配線板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田中 隆 千葉県木更津市築地１番地、新日鐵化学株 式会社電子材料開発センター内 Ｆターム(参考） 4E068 AF00 CA03 CD10 CE03 CK01 DA11 5F072 AA05 JJ02 JJ07 MM06 RR01 SS06 YY06

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項1】 駆動ミラー装置の掃引運動に同期し、必
   要に応じて設けられるシャッター装置、配線板の移動方
   向とは直行する方向に掃引する駆動ミラー装置及びレー
   ザビームを集光する光学レンズを経たCO₂レーザのパル
   スレーザビームを、一方向に一定速度で移動する配線板
   に照射して、配線板を構成する絶縁層である樹脂を除去
   加工する方法において、樹脂の加工閾値をφ(J/cm²)、
   樹脂の吸収係数をq(cm^-1)、加工したい樹脂厚みをm(c
   m)、自然対数の底をeとし、熱閾値効果係数をTtと熱光
   吸収効果係数をTaと定義したときに、 ［a / (b× d)］× Tt = e ×φ （式1） ［(d× h× b) / (z× v)］× Ta = q × m （式2） の関係式で表される加工条件のうち、 0.5 < ［(z× f²) / (v× h× b)］ < 3 （式3） 0.3 < Tt < 1.2 （式4） 0.7 < Ta < 3.7 （式5） 0.8 < (Tt × Ta) < 1.2 （式6） の条件を満たす範囲の平均出力a(W)、パルス繰り返し周
   波数b(Hz)、パルスレーザビームの配線板における集光
   面積d(cm²)、シャッター装置が開となる確率h、駆動ミ
   ラー装置によるパルスレーザビームの配線板における掃
   引幅z(cm)、配線板の移動速度v(cm/s)及び駆動ミラー装
   置の掃引周波数f(Hz)の条件でパルスレーザビームを照
   射することを特徴とする配線板の加工方法。
2. 【請求項2】 CO₂レーザのパルスレーザビームが、テ
   レスコープと回転円盤で構成されるQスイッチ装置付CO₂
   レーザから発振されたパルスレーザビームである請求項
   1記載の配線板の加工方法。
3. 【請求項3】 光学レンズで集光したパルスレーザビー
   ムの加工面に対する入射傾斜角度が2°〜 20°の範囲に
   なるよう駆動ミラー装置及び光学レンズを配置する請求
   項1及び請求項2記載の配線板の加工方法。