JP2002290007A - 回路基板の製造方法及び製造装置 - Google Patents

回路基板の製造方法及び製造装置

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崇 進藤
Yoshiyuki Uchinono
良幸 内野々
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 パルス状レーザによる金属薄膜の除去処理を
基板にダメージを与えることなく高速に行う。 【解決手段】 基板表面に形成した金属薄膜の不要部分
をパルス状レーザで除去し、この後、金属薄膜上にめっ
きを施して回路パターンを作成するにあたり、パルス状
レーザの走査速度に応じて該パルス状レーザのパルス幅
を変化させて金属薄膜の不要部分の除去を行う。走査速
度が変わろうと、各部での照射積算エネルギーを等しく
することができ、照射積算エネルギーが多すぎて基板に
ダメージを与えてしまうということがない。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はレーザを用いた回路
基板の製造方法及び装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】基板上に金属薄膜を形成しておき、パル
ス状レーザによって該金属薄膜の不要部分(非回路部分
の少なくとも輪郭部)を除去した後、金属薄膜の回路部
分にめっきを施して回路パターンを形成する回路基板の
製造方法がある。立体成形回路基板(MID基板)用に
開発された該製造方法では、QスイッチYAGレーザ等
のパルス状レーザをガルバノミラー等の偏向手段を用い
て基板上を走査させることで、上記金属薄膜の不要部分
の除去を行う。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところで、レーザを走
査する場合の走査速度は、偏向手段による制限のために
走査経路の直線部よりもコーナー部の方がどうしても遅
くなる。このために一定時間間隔で照射するパルス状レ
ーザでは、低速となるコーナー部での照射エネルギーが
高速となる直線部での照射エネルギーよりも大きくなっ
てしまうものであり、コーナー部では金属薄膜の除去だ
けでなく、基板そのものにダメージを与えてしまう。
【0004】本発明はこのような点に鑑みなされたもの
であって、その目的とするところはパルス状レーザによ
る金属薄膜の除去処理を基板にダメージを与えることな
く高速に行うことができる回路基板の製造方法を提供す
るにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】しかして本発明は、基板
表面に形成した金属薄膜の不要部分をパルス状レーザで
除去し、この後、金属薄膜上にめっきを施して回路パタ
ーンを作成する回路基板の製造方法において、パルス状
レーザの走査速度に応じて該パルス状レーザのパルス幅
を変化させて金属薄膜の不要部分の除去を行うことに特
徴を有している。
【0006】パルス状レーザの走査速度に応じて該パル
ス状レーザのパルス周波数を変化させて金属薄膜の不要
部分の除去を行うようにしてもよく、パルス状レーザの
走査速度に応じて該パルス状レーザの走査回数を変化さ
せて金属薄膜の不要部分の除去を行うようにしてもよ
い。
【0007】いずれにしても、走査速度が変わろうと、
各部での照射積算エネルギーを等しくすることができる
ものであり、照射積算エネルギーが少なくて金属薄膜の
除去が不十分であったり照射積算エネルギーが多すぎて
基板にダメージを与えてしまうということがないもので
ある。
【0008】走査速度に関しては、パルス状レーザの走
査用偏向手段の加減速特性と走査内容とから走査速度を
演算するものとし、該演算速度に基づいてパルス状レー
ザを制御するのが好ましい。また、走査用偏向手段の加
減速特性と走査内容とレーザ照射面の傾斜角度とから走
査速度を演算するのが、尚、好ましい。
【0009】走査回数を変化させる場合、走査に際して
のレーザスポット照射開始点を前回の走査での同一位置
に対する照射開始点からずらすとよい。
【0010】パルス状レーザの照射面の表面粗さデータ
に基づいてパルス状レーザの制御の補正を行ったり、パ
ルス状レーザの焦点面に対するパルス状レーザの照射面
位置ずれ量に基づいてパルス状レーザの制御の補正を行
うと、より好ましい結果を得ることができる。
【0011】金属薄膜の除去状況を検出してパルス状レ
ーザの制御の補正を行うようにしてもよく、この場合、
金属薄膜の除去状況を加工面からのレーザの反射光を受
光して検出したり、レーザの波長と異なる特定の波長の
光による加工面からの反射光を受光して検出したりする
のが好ましい。
【0012】基板としてレーザによって特定波長光を放
出する材料を添加したものを用いて、金属薄膜の除去状
況を基板から放出される上記特定波長光を受光して検出
するようにしてもよく、さらには基板として金属薄膜と
の間にレーザによって特定波長光を放出する材料からな
る層を備えたものを用いて、金属薄膜の除去状況を基板
から放出される上記特定波長光を受光して検出するよう
にしてもよい。
【0013】そして本発明に係る回路基板の製造装置
は、パルス状レーザを発振するレーザ発振器と、レーザ
の走査のための偏向手段2と、これらレーザ発振器1及
び偏向手段2とを制御する制御手段とからなり、上記制
御手段は走査用偏向手段の加減速特性と走査内容とから
走査速度を演算する演算部を備えるとともに、該演算部
で導いた走査速度に基づいてパルス状レーザのパルス幅
とパルス周波数と走査回数の少なくとも一つを変更する
ものであることに特徴を有している。
【0014】上記制御手段は、パルス状レーザの照射面
の表面粗さデータに基づく補正を行う補正部や、パルス
状レーザの焦点面に対するパルス状レーザの照射面位置
ずれ量に基づく補正を行う補正部を備えたものが好まし
い。
【0015】金属薄膜の除去状況を検出する検出手段を
備え、制御手段は上記検出手段の出力に応じてレーザ発
振器を制御するものであってもよい。
【0016】
【発明の実施の形態】以下本発明を実施の形態の一例に
基づいて詳述すると、図2は本発明において用いるレー
ザ照射装置を示しており、Qスイッチング素子を備えた
QスイッチYAGレーザのようなパルス状レーザを発振
するレーザ発振器1と、レーザの走査のためのガルバノ
ミラー等からなる偏向手段2、集光レンズ3,そしてレ
ーザ発振器1と偏向手段2とを制御するパーソナルコン
ピューターからなる制御手段4で構成されている。
【0017】ここにおける制御手段4は、レーザ発振器
1を作動させるとともに偏向手段2を作動させて所定の
走査経路でレーザ走査を行うだけでなく、図3(a)に示
すような偏向手段2の加減速特性と、図3(b)に示すよ
うな走査経路に関するCADデータに基づく走査内容と
から、走査経路上の各部における走査速度を演算し、得
られた走査速度に応じてレーザ発振器1が発振するパル
ス状レーザのパルス幅Pwを制御するもので、走査速度
が大であるところにおいては、図1(c)に示すように大
きなパルス幅Pw0とし、走査速度が小であるところに
おいては図1(d)に示すように小さなパルス幅Pw1と
する。走査速度が大であるところでは、図1(a)に示す
ようにパルス状レーザの単位面積S当たりのスポット照
射回数が少なく、走査速度が小であるところでは図1
(b)に示すようにパルス状レーザの単位面積S当たりの
スポット照射回数が多くなるが、パルス幅Pwを走査速
度に応じて変えることで、走査速度の大小にかかわら
ず、単位面積当たりS当たりの照射積算エネルギーが等
しくなるようにしているものである。
【0018】ここにおいて、図4に示すように、ピーク
パワーPp、パルス幅PwのレーザをΔt間隔で照射す
る時、1パルス当たりの積算照射エネルギーはPp×P
wで現されるが、走査しながら照射する時、単位面積当
たりの積算照射エネルギーは、パルス周波数、つまりは
パルス照射間隔Δtによっても変化する。このために、
走査速度に応じてパルス幅を変えるのではなく、パルス
周波数を変えてもよい。つまり、走査速度が大であると
ころでは図5(c)に示すようにパルス周波数を高くし、
走査速度が小であるところでは図5(d)に示すようにパ
ルス周波数を低くして、走査速度が大であるところでの
単位面積S当たりのスポット照射回数(図5(a)参照)
と、走査速度が小であるところでの単位面積S当たりの
スポット照射回数(図5(b)参照)とを等しくして、走
査速度の大小にかかわらず、単位面積当たりS当たりの
照射積算エネルギーが等しくなるようにするのである。
【0019】ところで、基板8が立体成形回路基板であ
る場合、レーザを照射して金属薄膜を除去する部分が斜
面となっていることがある。この時、走査経路における
直線部が斜面を通っていると、斜面での実際上の走査速
度は平面よりも速くなってしまう。このために、ここで
は走査経路に関するCADデータに基づく走査内容から
制御手段4は走査経路上の斜面の傾斜角度に応じて、実
際上の走査速度を演算し、この走査速度に応じて図6に
示すようにパルス幅Pwの変更、あるいは図7に示すよ
うにパルス周波数の変更を行っている。たとえば、斜面
の傾斜角度が60°であれば、斜面(区間ロ−ハ)での
実際の走査速度は平面(区間イ−ロ,ハ−ニ)での走査
速度の倍となることから、パルス幅Pwを倍(Pw1=
2Pw0)としたり、パルス周波数を倍とすることで、
単位面積当たりS当たりの照射積算エネルギーが等しく
なるようにしている。
【0020】このほか、パルス状レーザによる金属薄膜
の除去に関しては、基板8の表面粗さが大であると金属
薄膜の除去性が低下するために、単位面積当たりの必要
照射エネルギーが大きくなる。従って、制御手段4は表
面粗さのデータ(予め測定したデータであってもレーザ
加工中の測定データであってもよい)に基づいて、表面
粗さが大であるところではパルス幅を大きく、もしくは
パルス周波数を高くするようにしてある。ちなみに、図
8は表面粗さが大となっている斜面でパルス幅Pwを大
きくし、図9は表面粗さが大となっている斜面でパルス
周波数を高くしたものを示している。
【0021】加えるに、集光レンズ3で集光している光
学系を有するものでは、図10あるいは図11に示すよ
うに、焦点面fにおいてレーザのエネルギー密度が最大
となり、焦点面fから離れるにつれてスポット径が大き
くなってエネルギー密度が低下する。そして、基板8が
立体成形回路基板であれば、焦点面fに常に加工対象部
が位置するとは限らない。このために、焦点面fからの
ずれ量(照射エネルギー密度)に応じて、図10に示す
ようにパルス幅Pwを変更したり、図11に示すように
パルス周波数を変更すると、単位面積当たりの照射積算
エネルギーをさらに等しくすることができる。
【0022】パルス状レーザのパルス周波数及びパルス
幅は一定としたまま、走査速度が速い区間の走査回数を
走査速度が遅い区間の走査回数よりも多くなるように走
査してもよい。図12はこの場合を示しており、一度連
続走査を行った後、走査速度が速い直線区間イ−ロ,ハ
−ニについて、2度目の走査(照射)を行っている。も
ちろん、走査するところが斜面であるために実際上の走
査速度が速くなる部分についても、図13に示すように
走査回数を多くしている。加えて、表面粗さが大である
ために必要照射エネルギーが大となっている区間に対し
て図14に示すように走査回数を多くしたり、さらには
図15に示すように、焦点面fから離れるところに対し
て走査回数を多くするのが好ましい。
【0023】なお、同じ区間を複数回走査するにあたっ
ては、図16に示すように、レーザスポットの照射開始
点S1を前回の照射開始点S0からずらせておくとよ
い。走査に際してレーザスポットが重なる部分と重なら
ない部分とが生じることによる走査経路上の各点での積
算照射エネルギーを均等化することができる上に、図中
Δ0,Δ1で示す非照射部の幅を小さくすることができ
る。
【0024】このほか、基板上の金属薄膜の厚みが各部
で均一でないこと等が原因で、単位面積当たりの照射積
算エネルギーを走査速度にかかわらず一定となるように
しても金属薄膜の除去状態が各部で同一とならない状態
が生じる。この点からすれば、図17に示すように、レ
ーザによる加工(金属薄膜除去)状態を監視して、金属
薄膜が除去されて基板表面が露出したか否かを検知する
ことができるようにするとともに、検知状態に応じて上
記の走査速度に応じたレーザ制御の補正を行うのが好ま
しい。
【0025】金属薄膜の除去加工の状態を監視して基板
8の表面が露出したかどうかは、例えば図18に示すよ
うに加工面からのレーザの反射光を光センサーやフォト
ダイオード等の受光手段6で受けることで検知すること
ができる。
【0026】図19に示すように、レーザ波長と異なる
光を出力する光源60とレーザ反射光のカットフィルタ
ー66を設けて、光源60からの光の加工面における反
射光を受光手段6で受光したり、基板8としてレーザ照
射で特定波長光を放出する材料を添加するものを用いた
り、図20に示すように基板8と金属薄膜との間にレー
ザ照射で特定波長光を放出する材料からなる中間層80
を設けたものを用いたりすれば、より確実に基板表面の
露出を検知することができる。
【0027】また、図21に示すようにCCDカメラの
ような撮像手段61で加工面を撮影し、得られた画像7
0から画像処理にて加工幅Wを測定して、該加工幅Wか
ら金属薄膜の除去量(除去幅)を検知するようにしても
よい。
【0028】図22に示すように、受光手段6に変えて
放射温度計64を設けて、加工面の輻射熱を放射温度計
64で測定することで、基板8が露出するに至ったかど
うかを検知するようにしてもよい。
【0029】
【発明の効果】以上のように本発明においては、パルス
状レーザの走査速度に応じて該パルス状レーザのパルス
幅を変化させて金属薄膜の不要部分の除去を行うため
に、走査速度が変わろうと、各部での照射積算エネルギ
ーを等しくすることができるものであり、照射積算エネ
ルギーが少なくて金属薄膜の除去が不十分であったり照
射積算エネルギーが多すぎて基板にダメージを与えてし
まうということがなく、均質な回路基板を得ることがで
きる。
【0030】パルス状レーザの走査速度に応じて該パル
ス状レーザのパルス周波数を変化させて金属薄膜の不要
部分の除去を行うようにしても、やはり金属薄膜の除去
が不十分であったり基板にダメージを与えてしまうとい
うことがなく、均質な回路基板を得ることができる。
【0031】パルス状レーザの走査速度に応じて該パル
ス状レーザの走査回数を変化させて金属薄膜の不要部分
の除去を行うようにしてもよく、やはり金属薄膜の除去
が不十分であったり基板にダメージを与えてしまうとい
うことがなく、均質な回路基板を得ることができる。
【0032】走査速度に関しては、パルス状レーザの走
査用偏向手段の加減速特性と走査内容とから走査速度を
演算するものとし、該演算速度に基づいてパルス状レー
ザを制御すると、レーザの走査速度の測定を必要とする
ことなく均質な加工を行うことができる。
【0033】走査回数を変化させる場合、走査に際して
のレーザスポット照射開始点を前回の走査での同一位置
に対する照射開始点からずらすことで、均質な幅で金属
薄膜を除去することができる。
【0034】パルス状レーザの照射面の表面粗さデータ
に基づいてパルス状レーザの制御の補正を行ったり、パ
ルス状レーザの焦点面に対するパルス状レーザの照射面
位置ずれ量に基づいてパルス状レーザの制御の補正を行
うと、表面粗さや焦点面に対する位置ずれの影響を避け
て均質な回路基板を得ることができる。
【0035】金属薄膜の除去状況を検出してパルス状レ
ーザの制御の補正を行えば、より確実に均質な回路基板
を得ることができる。
【0036】この場合、金属薄膜の除去状況を加工面か
らのレーザの反射光を受光して検出したり、レーザの波
長と異なる特定の波長の光による加工面からの反射光を
受光して検出したりすると、金属薄膜の除去状況検出を
簡便に行うことができるが、基板としてレーザによって
特定波長光を放出する材料を添加したものを用いて、金
属薄膜の除去状況を基板から放出される上記特定波長光
を受光して検出したり、基板として金属薄膜との間にレ
ーザによって特定波長光を放出する材料からなる層を備
えたものを用いて、金属薄膜の除去状況を基板から放出
される上記特定波長光を受光して検出すれば、金属薄膜
の除去状況を確実に検出することができる。
【0037】そして本発明に係る回路基板の製造装置
は、パルス状レーザを発振するレーザ発振器と、レーザ
の走査のための偏向手段2と、これらレーザ発振器1及
び偏向手段2とを制御する制御手段とからなり、上記制
御手段は走査用偏向手段の加減速特性と走査内容とから
走査速度を演算する演算部を備えるとともに、該演算部
で導いた走査速度に基づいてパルス状レーザのパルス幅
とパルス周波数と走査回数の少なくとも一つを変更する
ものであるために、照射積算エネルギーが各部で等しい
レーザ照射を行うことができ、均質な回路基板を得るこ
とができる。
【0038】上記制御手段が、パルス状レーザの照射面
の表面粗さデータに基づく補正を行う補正部や、パルス
状レーザの焦点面に対するパルス状レーザの照射面位置
ずれ量に基づく補正を行う補正部を備えていると、より
確実に均質な回路基板を製造することができる。
【0039】金属薄膜の除去状況を検出する検出手段を
備え、制御手段は上記検出手段の出力に応じてレーザ発
振器を制御するものであっても、均質な回路基板を製造
することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態の一例における動作を示す
もので、(a)(c)は走査速度が大の部分についての説明
図、(b)(d)は走査速度が小の部分についての説明図であ
る。
【図2】同上の概略ブロック図である。
【図3】(a)は偏向手段の加減速特性図、(b)は走査内容
を示す図である。
【図4】(a)(b)はパルス間隔(パルス周波数)とパルス
幅の説明図である。
【図5】本発明の実施の形態の他例における動作を示す
もので、(a)(c)は走査速度が大の部分についての説明
図、(b)(d)は走査速度が小の部分についての説明図であ
る。
【図6】更に他例における動作を示す説明図である。
【図7】別の例における動作を示す説明図である。
【図8】他例における動作を示す説明図である。
【図9】更に他例における動作を示す説明図である。
【図10】異なる例における動作を示す説明図である。
【図11】別の例における動作を示す説明図である。
【図12】本発明の実施の形態の別の例の説明図であ
る。
【図13】同上の他例の動作説明図である。
【図14】同上の更に他例の動作説明図である。
【図15】同上の別の例の動作説明図である。
【図16】さらに他例の動作説明図である。
【図17】本発明の実施の形態のさらに別の例のフロー
チャートである。
【図18】他例のブロック図である。
【図19】更に他例のブロック図である。
【図20】異なる例のブロック図である。
【図21】別の例のブロック図である。
【図22】さらに別の例のブロック図である。
【符号の説明】
1 レーザ発振器 2 偏向手段 4 制御手段 8 基板
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H05K 3/00 H05K 3/00 N 3/24 3/24 A // B23K 101:42 B23K 101:42 (72)発明者 内野々 良幸 大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株 式会社内 Fターム(参考) 4E068 AC01 CA02 CA04 CA17 CE02 DA11 DB01 5E339 BD08 BD11 BE05 DD03 5E343 AA02 AA11 BB16 BB21 BB66 BB71 DD43 DD75 FF21 GG06 5F072 AB01 HH02 HH03 JJ12 SS06 YY08

Claims (17)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基板表面に形成した金属薄膜の不要部分
    をパルス状レーザで除去し、この後、金属薄膜上にめっ
    きを施して回路パターンを作成する回路基板の製造方法
    において、パルス状レーザの走査速度に応じて該パルス
    状レーザのパルス幅を変化させて金属薄膜の不要部分の
    除去を行うことを特徴とする回路基板の製造方法。
  2. 【請求項2】 基板表面に形成した金属薄膜の不要部分
    をパルス状レーザで除去し、この後、金属薄膜上にめっ
    きを施して回路パターンを作成する回路基板の製造方法
    において、パルス状レーザの走査速度に応じて該パルス
    状レーザのパルス周波数を変化させて金属薄膜の不要部
    分の除去を行うことを特徴とする回路基板の製造方法。
  3. 【請求項3】 基板表面に形成した金属薄膜の不要部分
    をパルス状レーザで除去し、この後、金属薄膜上にめっ
    きを施して回路パターンを作成する回路基板の製造方法
    において、パルス状レーザの走査速度に応じて該パルス
    状レーザの走査回数を変化させて金属薄膜の不要部分の
    除去を行うことを特徴とする回路基板の製造方法。
  4. 【請求項4】 パルス状レーザの走査用偏向手段の加減
    速特性と走査内容とから走査速度を演算し、該演算速度
    に基づいてパルス状レーザを制御することを特徴とする
    請求項1〜3のいずれかの項に記載の回路基板の製造方
    法。
  5. 【請求項5】 走査用偏向手段の加減速特性と走査内容
    とレーザ照射面の傾斜角度とから走査速度を演算するこ
    とを特徴とする請求項4記載の回路基板の製造方法。
  6. 【請求項6】 走査に際してのレーザスポット照射開始
    点を前回の走査での同一位置に対する照射開始点からず
    らすことを特徴とする請求項3記載の回路基板の製造方
    法。
  7. 【請求項7】 パルス状レーザの照射面の表面粗さデー
    タに基づいてパルス状レーザの制御の補正を行うことを
    特徴とする請求項1〜6のいずれかの項に記載の回路基
    板の製造方法。
  8. 【請求項8】 パルス状レーザの焦点面に対するパルス
    状レーザの照射面位置ずれ量に基づいてパルス状レーザ
    の制御の補正を行うことを特徴とする請求項1〜7のい
    ずれかの項に記載の回路基板の製造方法。
  9. 【請求項9】 金属薄膜の除去状況を検出してパルス状
    レーザの制御の補正を行うことを特徴とする請求項1〜
    8のいずれかの項に記載の回路基板の製造方法。
  10. 【請求項10】 金属薄膜の除去状況を加工面からのレ
    ーザの反射光を受光して検出することを特徴とする請求
    項9記載の回路基板の製造方法。
  11. 【請求項11】 金属薄膜の除去状況をレーザの波長と
    異なる特定の波長の光による加工面からの反射光を受光
    して検出することを特徴とする請求項9記載の回路基板
    の製造方法。
  12. 【請求項12】 基板としてレーザによって特定波長光
    を放出する材料を添加したものを用いて、金属薄膜の除
    去状況を基板から放出される上記特定波長光を受光して
    検出することを特徴とする請求項9記載の回路基板の製
    造方法。
  13. 【請求項13】 基板として金属薄膜との間にレーザに
    よって特定波長光を放出する材料からなる層を備えたも
    のを用いて、金属薄膜の除去状況を基板から放出される
    上記特定波長光を受光して検出することを特徴とする請
    求項9記載の回路基板の製造方法。
  14. 【請求項14】 パルス状レーザを発振するレーザ発振
    器と、レーザの走査のための偏向手段と、これらレーザ
    発振器及び偏向手段とを制御する制御手段とからなり、
    上記制御手段は走査用偏向手段の加減速特性と走査内容
    とから走査速度を演算する演算部を備えるとともに、該
    演算部で導いた走査速度に基づいてパルス状レーザのパ
    ルス幅とパルス周波数と走査回数の少なくとも一つを変
    更するものであることを特徴とする回路基板の製造装
    置。
  15. 【請求項15】 制御手段は、パルス状レーザの照射面
    の表面粗さデータに基づく補正を行う補正部を備えてい
    ることを特徴とする請求項14記載の回路基板の製造装
    置。
  16. 【請求項16】 制御手段は、パルス状レーザの焦点面
    に対するパルス状レーザの照射面位置ずれ量に基づく補
    正を行う補正部を備えていることを特徴とする請求項1
    4または15記載の回路基板の製造装置。
  17. 【請求項17】 金属薄膜の除去状況を検出する検出手
    段を備えており、制御手段は上記検出手段の出力に応じ
    てレーザ発振器を制御するものであることを特徴とする
    請求項14〜16のいずれかの項に記載の回路基板の製
    造装置。
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