JP2001068816A - 銅張積層板及びその銅張積層板を用いたレーザー加工方法 - Google Patents

銅張積層板及びその銅張積層板を用いたレーザー加工方法

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foil
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富士夫 桑子
Tomohiro Ishino
友宏 石野
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Mitsui Mining and Smelting Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 レーザー法で、外層銅箔から銅箔回路層の層
間導通を確保するために用いるスルーホール、バイアホ
ールを形成する貫通孔若しくは凹部を形成するのに適し
た銅張積層板を提供する。 【解決手段】 銅張積層板の外層銅箔の表面に微細な銅
酸化物又は微細銅粒を形成する等により、レーザー光の
反射率が、８６％以下、明度（Ｌ値）が２２以下等の条
件を満たす銅張積層板を用いることで課題を解決する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本件発明は、銅張積層板及び
その銅張積層板を用いたレーザー加工方法に関する。特
に、銅箔と樹脂部とを同時に穴あけするレーザー加工に
用いるものである。
【０００２】
【従来の技術】近年は、コンピュータハードウェア、コ
ンピュータ周辺機器、ビデオ関連機器、移動通信体等に
代表される電子、電気機器のいわゆる軽薄短小化にはめ
ざましいものがある。このような流れは、当然に、それ
らに内蔵される電子部品、プリント配線板等の軽薄短小
化をも要求することになる。
【０００３】従って、プリント配線板にも回路の細線
化、スルーホールや各種バイアホール等の小径化、板厚
の薄物化等の要求がより一層厳しくなってきている。中
でも、スルーホールや各種バイアホール等の小径穴の形
成には、従来からドリル加工を用いてプリント配線板に
小径穴を形成してきた。このドリル加工は、プリント配
線板を重ねて一気に複数枚の加工を可能とし、多軸化す
ることで、予想通りに生産性を向上させる手段としての
長所を有するものであった。
【０００４】そして、このドリル加工による小径穴の形
成は、穴径０．３〜０．４ｍｍのものが主体であり、近
年の技術進歩により穴径０．１５〜０．２５ｍｍ程度ま
でドリル加工が可能となってきた。
【０００５】更に、超硬ドリルを用いることで、穴径
０．１〜０．０５ｍｍの範囲のドリル加工が検討されて
いるが、いまだ技術的に解決すべき課題が多く、ドリル
寿命、難削材に該当するプリント配線板等も出現等の問
題点も多い。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、現実の
市場における電子、電気機器の軽薄短小化はめざましい
速度で進行しており、ドリル加工技術の進展を待つこと
の出来ない状況が形成されてきた。そこで、レーザ加工
技術を応用しての０．１ｍｍ以下の小径穴の加工が行わ
れてきた。
【０００７】レーザー法を用いてプリント配線板への小
径穴の加工を行う場合、レーザーの初期照射が基材樹
脂から始まる場合、回路を形成することとなる銅箔表
面から始まる場合の２パターンが考えられる。このと
き、銅箔は表面が光沢を持ち、レーザー光を反射する性
質を持つものであるから、前記のパターンのレーザー
加工の方が困難なものとなる。
【０００８】現実には、光沢を持つ銅箔表面から前記
のパターンのレーザー加工を行うことはほぼ不可能な状
態にある。銅箔がレーザー光を反射すると言うことは、
レーザー光の初期吸収効率が悪くなり、穴明け速度が遅
くなると言うことであり、生産効率を引き下げることと
なる。そのため、前記のパターンで、レーザー穴明け
を行う場合は、穴明け箇所の外層銅箔を、予めエッチン
グで除去する作業を必要としていた。
【０００９】このエッチング作業では、エッチングレジ
ストの塗布が行われることになるが、レジストレーショ
ンの精度が問題で、穴明け箇所のエッチング位置を要求
通りの精度にすることは非常に困難であった。そのた
め、内層銅箔回路の接点部となるランドとレーザー加工
で形成するバイアホールとの位置ずれが生ずるため、そ
の誤差を見込んで内層銅箔回路のランドを大きめに設計
する等の対応がなされていた。これは内層銅箔回路を微
細化する上での大きな障害となるのである。
【００１０】従って、銅箔のエッチングを行うことな
く、銅箔と樹脂層とを同時に安定してレーザー加工でき
る銅張積層板の開発が待たれてきた。
【００１１】
【課題を解決するための手段】そこで、本件発明者等
は、レーザー光の反射と銅箔の表面状態との関係を鋭意
研究し、以下、レーザー加工用の適正な銅張積層板がい
かなる範囲のものであるかを明らかにし、本件発明に到
ったのである。ここでは銅張積層板とは、最終製品であ
るプリント配線板の完成前の段階にある銅箔と基材とを
プレス成形する事で積層した状態のものを意味するもの
とする。
【００１２】本件発明者等が研究を行った結果、レーザ
ー光を銅箔に照射する場合、銅箔の表面が一定の条件を
満たせば、レーザー加工条件に大きく左右されることな
く、容易に加工できる条件があることが判明してきた。
そこで、請求項１には、レーザー法により、外層銅箔か
ら銅箔回路層の層間導通を確保するために用いるスルー
ホール、バイアホールを形成する貫通孔若しくは凹部を
形成するために用いる銅張積層板において、当該銅張積
層板の外層銅箔表面におけるレーザー光反射率が８６％
以下であることを特徴とするレーザー加工用の銅張積層
板としている。
【００１３】本件発明者等は、銅張積層板の表層に位置
する外層銅箔の表面を種々の状態とし、そのときの反射
率、明度、表面粗さの３種のパラメータを組み合わせ
て、レーザー穴明け状態と比較することにより、最もレ
ーザー穴明けに適したパラメータを見いだそうとした。
【００１４】ここで評価に用いた銅張積層板の外層銅箔
は、表１に示した反射率、明度、表面粗さを持つ４種の
ものである。そして、これらのパラメータを組み合わ
せ、それぞれの相関関係を調べることとした。なお、こ
こで言う反射率とは、波長９．３μｍの炭酸ガスレーザ
ーを用いた場合を基準としているが、その他の波長及び
レーザーの種類に拘わらず、ほぼ変わらぬ近似した値と
して得られることが判明している。
【００１５】
【表１】
【００１６】表１に示したレーザー穴明け評価結果の具
体的内容とは、図１に示したようにレーザー加工後の形
成したバイアホールの断面観察を行い、その形状を持っ
て判断したのである。図１には、試料Ｎｏ．Ａ〜Ｄに対
応させたバイアホールの断面観察写真を掲載している。
このときのレーザー加工条件は、炭酸ガスレーザーを用
い、周波数２０００Ｈｚ、マスク５．０ｍｍ径、パルス
幅（１ショット：２０μＳ、１８．３ｍＪ）、オフセッ
ト０．８とした。そして、試料Ｎｏ．Ａの断面形状レベ
ルを良好、試料Ｎｏ．Ｂの断面形状レベルを良、試料Ｎ
ｏ．Ｃ及び試料Ｎｏ．Ｄの断面形状レベルを不良と判断
した。
【００１７】表１に記載の値をもとに、各パラメータ間
の相関関係を調べた。図２には、明度と表面粗さとをプ
ロットしているが、この図２から分かるように、明度と
表面粗さとの間に明瞭な相関関係を得ることは出来ない
と判断した。但し、明度と表面粗さとは、必ずしも一致
しないのであるが、レーザー穴明け評価結果と考え併せ
れば、明度とレーザー穴明け性との関係はあることが分
かる。
【００１８】図３には、反射率と表面粗さとをプロット
しているが、この図３から分かるように、反射率と表面
粗さとの間にも明瞭な相関関係を得ることが出来ないと
判断した。但し、反射率と表面粗さも、必ずしも一致し
ないのであるが、レーザー穴明け評価結果と考え併せれ
ば、反射率とレーザー穴明け性との関係はあることが分
かる。
【００１９】そこで、図４には、反射率と明度とをプロ
ットしているが、この図４から分かるように、反射率と
明度との間には、対数関数的な相関関係を存在し、明度
が大きくなるほど、１００％反射率の線に漸近してくる
ものと考えられる。そして、試料のＮ数を上げ、更に実
験を積み重ねた結果、図４中に破線で区分した反射率８
６％以下、明度２５以下の領域の明度及び反射率の表面
を持つ銅箔が銅張積層板の外層に存在すると、穴明け性
が良好となるのである。
【００２０】従って、請求項１には、レーザー加工を行
う銅張積層板の反射率８６％以下の場合を記載してい
る。そして、以上の内容から分かるように銅張積層板の
外層銅箔の明度も、非常に優れたレーザー穴明け性のモ
ニター要素となり得る。
【００２１】このことから請求項２には、レーザー法に
より、外層銅箔から銅箔回路層の層間導通を確保するた
めに用いるスルーホール、バイアホールを形成する貫通
孔若しくは凹部を形成するために用いる銅張積層板にお
いて、当該銅張積層板の外層銅箔表面の明度（Ｌ値）が
２５以下であることを特徴とする請求項１に記載のレー
ザー加工用の銅張積層板としている。
【００２２】ここで言うＬ値とは、色彩の明度、彩度を
表示するものとして一般的に使用されるマンセル図の中
で明暗を表示する時に用いる値である。ここでは、いわ
ゆる色差計を用いて測定した値を用いている。
【００２３】そして、請求項３には、多層プリント配線
板においてレーザー光を照射する面の外層銅箔は、その
表面に微細な銅酸化物又は微細銅粒を形成することによ
り粗化したものであるレーザー加工用の銅張積層板とし
ている。これは、請求項１又は請求項２に記載の反射率
及び明度を達成するための手段の一つとして、銅箔の表
面を粗化することを目的として、外層銅箔の表面に微細
な銅酸化物又は微細銅粒を形成したものである。
【００２４】銅箔の表面に微細な銅酸化物又は微細銅粒
を形成することで、上述した銅箔表面の反射率及び明度
を確保すると、色彩として暗褐色から黒色のものとなる
のが一般的で、このようにすることでレーザー光の初期
吸収効率が向上することが分かってきた。初期吸収効率
が向上すれば、初期の穴明け形状が均一でフラットなも
のとなり、請求項３のキャリア箔付電解銅箔を用いると
いう技術的思想と組み合わせれば、より良いレーザー穴
明け加工が可能となるのである。
【００２５】ここで言う微細な銅酸化物粒又は微細銅粒
とは、銅電解溶液を用いてヤケメッキ条件で銅箔表面に
析出付着させた銅粒、いわゆる黒化処理により形成され
た銅酸化物粒、黒化処理を亜鉛等で還元したいわゆる還
元黒化処理により得られる銅粒等の銅箔表面へ付着形成
できるものであれば、いかなる方法を用いて形成される
ものであっても構わない。
【００２６】但し、請求項１又は請求項２に記載した反
射率と明度の少なくとも１つの条件若しくは双方の条件
を満足する必要がある。もっとも、図４に示した反射率
と明度との関係が成立するものと考えられるため、一方
の条件を満足すれば他方の条件をも満足するものと考え
られる。また、銅酸化物粒及び微細銅粒の形状は、球形
のものに限らず、針状、樹枝状等の形状の全てを包含す
る概念としてここに記載している。これらは、その形成
手法により生成する銅酸化物粒及び微細銅粒の形状が異
なると考えられるためである。
【００２７】請求項４には、外層銅箔はキャリア箔付電
解銅箔であって、キャリア箔上に、有機系剤からなる接
合界面層を形成し、その接合界面層上に電解銅箔層を析
出形成させ、電解銅箔層の表面に樹脂層を形成したもの
を用いたものである請求項１〜請求項３に記載のレーザ
ー加工用の銅張積層板としている。
【００２８】レーザー加工用の銅張積層板であって、レ
ーザーの初期照射が、回路を形成することとなる外層銅
箔表面から始まる場合の外層銅箔には、生産性を考慮
し、極力薄い銅箔を使用することが好ましい。従って、
３μｍレベルの厚さの銅箔を、歩留まり良く銅張積層板
に加工できるキャリア箔付電解銅箔を用いることが好ま
しい。
【００２９】キャリア箔付電解銅箔は、キャリア箔と銅
箔とが張り合わせられた如き状態のものであり、キャリ
ア箔は銅張積層板の製造過程が終了するまで、極薄の銅
箔を支持補強し、皺の発生を防止して、銅張積層板の製
造歩留まりを飛躍的に向上させることの出来る銅箔のこ
とである。一般に、このキャリア箔付電解銅箔は、銅張
積層板への製造完了後、キャリア箔を引き剥がして回路
形成を行うピーラブルタイプと、キャリア箔をエッチン
グにより除去して回路形成を行うエッチャブルタイプと
に大別することが出来る。
【００３０】後者のエッチャブルタイプの使用は、特殊
なキャリア箔エッチング用の機械を必要とするため、生
産コストを押し上げる要因となる。これに対し、ピーラ
ブルタイプの使用は、単に引き剥がす作業のみで足りる
ため、エッチャブルタイプに比べ有利なものとなる。特
に、ピーラブルタイプのキャリア箔付銅箔の内、キャリ
ア箔である電解銅箔上に、有機系剤からなる接合界面層
を形成し、その接合界面層上に電解銅箔層を析出形成さ
せ、更に電解銅箔層の表面に樹脂層を形成したものを用
いるのが有用である。
【００３１】キャリア箔と銅箔との接合界面を、有機系
材からなる材料で形成したキャリア箔付電解銅箔は、そ
の接合界面での剥離強度が、低位で安定し手作業で容易
に剥離可能であり、しかも銅張積層板の製造終了までに
求められる必要最低限の剥離強度を確保できるものであ
る。
【００３２】そして、電解銅箔層の表面に形成する樹脂
層は、銅張積層板へのプレス加工時に基材との接着面と
なり、積層して基材となる材料であるプリプレグの表面
に現れる「うねり」を軽減し、プリプレグとの良好な接
着性を得るためのものである。プリプレグは、一般にグ
ラスファイバーにエポキシ系、メラミン系等の樹脂を含
浸させ半硬化の状態にあるものであり、これを銅箔とプ
レス成形することで完全硬化させ銅張積層板の基材とな
るのである。
【００３３】完全硬化させた後のプリプレグは、一種の
ファイバー・レインフォースド・プラスチック（ＦＲ
Ｐ）と考えてよい。従って、その内部にはガラスクロス
が包含され、そのガラスクロスのうねりが基材表面に現
れることになる。ここでいう樹脂層は、このガラスクロ
スのうねりを軽減する役割を果たすことになるのであ
る。このようにして、銅張積層板の表面を、よりフラッ
トにすることによりレーザー加工時のレーザー光の均一
な照射を可能とし、より精度の高い穴明け加工を可能と
するのである。
【００３４】また、この樹脂層を２０μ以上の厚めのも
のとし、外層銅箔として使用すれば、多層プリント配線
板を製造する際の、外層銅箔とコア材との間に入れるプ
リプレグを省略する事も可能となる。このようにすれ
ば、外層銅箔とコア材との間には、ガラスクロスを含ま
ない絶縁層が形成され、よりレーザー加工精度を高める
ことが可能となる。レーザー穴明け加工において、形成
した穴の側壁形状を悪くさせる要因として、樹脂に比べ
て加工しづらい、ガラスクロスの無い状態がとなるから
である。
【００３５】更に、請求項５には、レーザー光を照射す
る面の外層銅箔は、その表面にレーザーの吸収効率を高
めるための樹脂層を形成したことを特徴とする請求項１
〜請求項４に記載のレーザー加工用の銅張積層板として
いる。
【００３６】これは、本件発明に係る、上述の種々の効
果を、より一層向上させるためにレーザーの吸収効率を
高めるための樹脂層を形成したものである。ここでい
う、レーザーの吸収効率を高めるための樹脂層を形成す
る樹脂には、レーザービームの波長が含まれる赤外領域
での吸収が良好なポリエチレンテレフタレート（ＰＥ
Ｔ）、ポリエチレン等の熱可塑性樹脂を用いることが好
ましい。
【００３７】そして、請求項６には、請求項１〜請求項
５に記載の銅張積層板を用いて、レーザー法によりスル
ーホール、バイアホール等を形成する貫通孔若しくは凹
部の形成を行うものである銅張積層板のレーザー加工方
法としている。
【００３８】これは、上述の銅張積層板を用いた点に特
徴を有するレーザー加工方法としており、ここで用いる
レーザーの種類に特に制限はなく、アルゴンレーザー、
炭酸ガスレーザー等の種類は問わない。また、レーザー
の照射条件は、基材材質、厚さ等を考慮し、適宜最適条
件を選択して使用すればよい。
【００３９】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係る銅張積層板の
最も単純で分かりやすい銅張積層板の製造方法及びレー
ザー加工後の評価結果を示すことにより、発明の実施の
形態について説明する。
【００４０】本件発明に係る銅張積層板１を製造するに
当たり、最初にエッチングして回路形成の終了した両面
プリント配線板２を用意した。そして、この両面プリン
ト配線板２の両面にそれぞれ、キャリア箔付電解銅箔３
を配して、１８０℃×６０分の熱間プレス成形を行い、
図５に模式断面図として示した、４層の銅張積層板４と
して仕上げた。
【００４１】このとき用いたキャリア箔付電解銅箔３
は、図６に示す断面模式図から分かるように、キャリア
箔５には１８μｍ厚の電解銅箔を用い、接合界面６には
カルボキシベンゾトリアゾール被膜を形成し、その接合
界面６上に電解法で５μｍ厚の電解銅箔７を形成し、電
解銅箔７の粗化面８に７０μｍ厚のエポキシ系の樹脂層
９を形成したものを用いた。従って、熱間プレス成形後
は、キャリア箔５を引き剥がして通常の銅張積層板４と
して使用した。このとき、銅張積層板４の外層銅箔が、
キャリア箔付電解銅箔３の５μｍ厚の電解銅箔７で構成
されることになる。
【００４２】そして、銅張積層板４の外層に位置する電
解銅箔７に黒化処理を施し、微細な銅酸化物粒を形成付
着させ、黒褐色の状態とした。このときの黒化処理条件
は、亜塩素酸ナトリウム２５ｇ／ｌ、水素化ナトリウム
２０ｇ／ｌ、アルキル酸エステル６ｇ／ｌ、液温６７
℃、処理時間４分である。
【００４３】上述した黒化処理の終了した銅張積層板４
の外層銅箔７の表面の特性は、反射率７５％、明度（Ｌ
値）２０であった。この銅張積層板４を用いて炭酸ガス
レーザーによるバイアホールの形成を行った。即ち、炭
酸ガスレーザーを黒化処理した外層銅箔７の所定位置に
照射し、外層銅箔７とその下の硬化した樹脂層９に穴明
けを行い、内層銅箔１０に達するバイアホール１１を形
成したのである。このときのレーザー照射条件は、前述
した通りであるので、重複した記載は省略する。このバ
イアホール１１を、断面観察した結果を図７に示した。
バイアホールの側壁は極めて平滑で美麗且つ略円筒状に
穴明けされていることが分かる。
【００４４】更に、本件発明者等は、上記した黒化処理
を省略し、外層銅箔７の表面が光沢を有する状態で、同
様の条件でレーザー穴明け加工を行い比較用に用いた。
この結果を、図８に示す。図８から分かるように、全く
満足のいくレーザー穴明け加工はできず、内層銅箔１０
にも達していないことが分かる。従って、本件発明に係
る銅張積層板１の持つレーザー加工特性が、いかに優れ
たものであるかが容易に推測できる。
【００４５】
【発明の効果】本発明に係る銅張積層板は、レーザー加
工条件を厳密に管理することなく、美麗なスルーホー
ル、バイアホール等の穴明け加工が可能で、しかも短時
間で加工できるため生産性を大きく高めることが可能と
なる。従って、本発明に係る銅張積層板を用いること
で、よりファインな回路設計が可能となり、部品の実装
密度を向上させ、多層プリント配線板の層間接続信頼性
を飛躍的に向上させることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】レーザー加工により形成したバイアホールの断
面観察写真。
【図２】銅箔表面の明度と表面粗さとの相関関係。
【図３】銅箔表面の反射率と表面粗さとの相関関係。
【図４】銅箔表面の反射率と明度との相関関係。
【図５】銅張積層板の模式断面図。
【図６】キャリア箔付電解銅箔の模式断面図。
【図７】レーザー加工により形成したバイアホールの断
面観察写真。
【図８】レーザー加工により形成したバイアホールの断
面観察写真。
【符号の説明】
１ 銅張積層板 ２ 両面プリント配線板 ３ キャリア箔付電解銅箔 ４ ４層銅張積層板 ５ キャリア箔 ６ 接合界面 ７ 電解銅箔（外層銅箔） ８ 粗化面 ９ 接着剤 １０ 内層銅箔 １１ バイアホール

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 レーザー法により、外層銅箔から銅箔回
    路層の層間導通を確保するために用いるスルーホール、
    バイアホールを形成する貫通孔若しくは凹部を形成する
    ために用いる銅張積層板において、 当該銅張積層板の外層銅箔表面におけるレーザー光の反
    射率が、８６％以下であることを特徴とするレーザー加
    工用の銅張積層板。
  2. 【請求項２】 レーザー法により、外層銅箔から銅箔回
    路層の層間導通を確保するために用いるスルーホール、
    バイアホールを形成する貫通孔若しくは凹部を形成する
    ために用いる銅張積層板において、 当該銅張積層板の外層銅箔表面の明度（Ｌ値）が２５以
    下であることを特徴とする請求項１に記載のレーザー加
    工用の銅張積層板。
  3. 【請求項３】 レーザー法により、外層銅箔から銅箔回
    路層の層間導通を確保するために用いるスルーホール、
    バイアホールを形成する貫通孔若しくは凹部を形成する
    ために用いる銅張積層板において、 レーザー光を照射する外層銅箔は、その表面に微細な銅
    酸化物又は微細銅粒を形成することにより粗化したもの
    であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の
    レーザー加工用の銅張積層板。
  4. 【請求項４】 外層銅箔はキャリア箔付電解銅箔であっ
    て、キャリア箔上に、有機系剤からなる接合界面層を形
    成し、その接合界面層上に電解銅箔層を析出形成させ、
    電解銅箔層の表面に樹脂層を形成したものを用いたもの
    である請求項１〜請求項３に記載のレーザー加工用の銅
    張積層板。
  5. 【請求項５】 外層銅箔は、その表面にレーザーの吸収
    効率を高めるための樹脂層を形成したものであることを
    特徴とする請求項１〜請求項４に記載のレーザー加工用
    の銅張積層板
  6. 【請求項６】 請求項１〜請求項５に記載の銅張積層板
    を用いて、レーザー法によりスルーホール、バイアホー
    ル等を形成する貫通孔若しくは凹部の形成を行うもので
    ある銅張積層板のレーザー加工方法。
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