JP2003236690A

JP2003236690A - レーザ加工方法

Info

Publication number: JP2003236690A
Application number: JP2002036925A
Authority: JP
Inventors: Keiji Iso; 圭二礒
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 2002-02-14
Filing date: 2002-02-14
Publication date: 2003-08-26

Abstract

(57)【要約】【課題】樹脂層に形成する穴の開口率を高めることが
可能なレーザ加工方法を提供する。【解決手段】第１の層の上に、該第１の層よりもレー
ザ照射によってエッチングされやすい材料からなる第２
の層が密着した加工対象物を準備する。加工対象物の第
２の層に、該第２の層の表面におけるビームプロファイ
ルが、ビームスポットの周辺部に、中央よりも盛り上が
った肩部を有するレーザビームを入射させて、第２の層
に穴を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、レーザ加工方法に
関し、特に金属層の表面上に密着した樹脂層に穴を形成
するレーザ加工方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】樹脂層と金属配線とが交互に積層された
プリント配線板の樹脂層にレーザビームを照射して、穴
を形成する方法が知られている。通常のレーザビーム
は、ビームスポットの中心においてパワー密度が高く、
中心から離れるに従ってパワー密度が低下するプロファ
イルを有する。

【０００３】このレーザビームを樹脂層に入射させる
と、ビームスポットの中心のパワー密度の高い部分の加
工速度が速く、中心から離れるに従って加工速度が遅く
なる。このため、側面が傾斜した穴が形成される。この
ため、穴の開口部の直径をＤｔ、底面の直径をＤｂとし
たとき、Ｄｂ／Ｄｔで定義される開口率が小さくなる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】プリント配線板におい
ては、樹脂層に形成された穴の底面に金属層が露出す
る。樹脂層の上に形成される配線が、この穴の内部を経
由して、穴の底面に露出した金属層に接続される。穴の
開口率が小さくなると、穴の底面の面積が小さくなるた
め、上層の配線と下層の金属層との接触面積が小さくな
る。接触面積が小さくなると、接触抵抗が増大してしま
う。

【０００５】本発明の目的は、樹脂層に形成する穴の開
口率を高めることが可能なレーザ加工方法を提供するこ
とである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の一観点による
と、第１の層の上に、該第１の層よりもレーザ照射によ
ってエッチングされやすい材料からなる第２の層が密着
した加工対象物を準備する工程と、前記加工対象物の前
記第２の層に、該第２の層の表面におけるビームプロフ
ァイルが、ビームスポットの周辺部に、中央よりも盛り
上がった肩部を有するレーザビームを入射させて、該第
２の層に穴を形成する工程とを有するレーザ加工方法が
提供される。

【０００７】このようなビームプロファイルのレーザビ
ームを用いることにより、開口率の大きな穴を形成する
ことができる。

【０００８】

【発明の実施の形態】図１（Ａ）に、本発明の実施例で
使用されるレーザ加工装置の概略図を示す。加工用レー
ザ光源１が、加工用のパルスレーザビームを出射する。

【０００９】図１（Ｂ）に、加工用レーザ光源１の一構
成例を示す。全反射鏡２０と部分反射鏡２１とにより、
光共振器が画定されている。光共振器内に、レーザ媒質
２２及び波長変換素子２３が配置されている。レーザ媒
質２２として、例えばＮｄ：ＹＡＧが用いられる。波長
変換素子２３として、ＢＢＯやＫＤＰ光学結晶を用いる
ことができる。部分反射鏡２１から、Ｎｄ：ＹＡＧレー
ザの第２高調波（波長５３２ｎｍ）のパルスビームが出
射する。なお、波長変換素子２３を光共振器の外に出し
てもよい。また、炭酸ガスレーザ等を用いることも可能
である。

【００１０】図１（Ａ）に示すように、レーザ光源１か
ら出射したレーザビームが、ビームエキスパンダ２によ
りビームサイズを大きくされ、ビームプロファイル整形
ユニット３に入射する。レーザ光源１から出射したレー
ザビームのビーム断面の直径は約１ｍｍであり、ビーム
エキスパンダ２を通過したレーザビームのビーム断面の
直径は約１０ｍｍである。

【００１１】レーザ光源１から出射したレーザビーム、
及びビームエキスパンダ２を通過したレーザビームは、
通常ガウシアンビームであり、ビームスポットの中心に
おいてパワー密度が大きく、中心から離れるに従ってパ
ワー密度が低下する。ビームプロファイル整形ユニット
３は、ビームスポットの中央よりも周辺部が盛り上がっ
た肩部を有するプロファイルになるように、レーザビー
ムのプロファイルを整形する。

【００１２】ビームプロファイル整形ユニット３は、例
えば２枚の非球面平凸レンズを、凸面同士が向かい合う
ように配置した構成を有する。レーザビームの入射側に
配置される平凸レンズの焦点距離は５０ｍｍ、出射側に
配置される平凸レンズの焦点距離は１００ｍｍである。
両者の間隔を調整することにより、ビームプロファイル
を変化させることができる。例えば、両者の間隔を２０
０ｍｍにすると、上述のような肩を持ったビームプロフ
ァイルを得ることができる。

【００１３】ビームプロファイル整形ユニット３を通過
したレーザビームが、ビームコンプレッサ４に入射す
る。ビームコンプレッサ４は、レーザビームのスポット
サイズを小さくする。ビームプロファイル整形ユニット
３を通過したレーザビームのビーム断面の直径は約５ｍ
ｍであり、ビームコンプレッサ４を通過したレーザビー
ムのビーム断面の直径は約１ｍｍである。

【００１４】ビームコンプレッサ４を通過したレーザビ
ームが、マスク５に入射する。マスク５に設けられた直
径０．７５ｍｍの貫通孔を通過したレーザビームが、折
り返しミラー６に入射する。

【００１５】折り返しミラー６で反射されたレーザビー
ムが、ガルバノスキャナ７に入射する。ガルバノスキャ
ナ７は、一対の揺動可能な反射鏡を含んで構成され、レ
ーザビームを２次元方向に走査する。ガルバノスキャナ
７で走査されたレーザビームがｆθレンズ８で収束さ
れ、ＸＹステージ９に保持された加工対象物３０に入射
する。ｆθレンズ８は、マスク５の貫通孔を加工対象物
３０の表面上に結像させる。結像倍率は、例えば１／１
５倍である。このとき、加工対象物３０の表面上におけ
るビームスポットの直径は５０μｍになる。

【００１６】次に、図２を参照して、本発明の実施例に
よるレーザ加工方法について説明する。図２（Ａ）に、
レーザ加工されるプリント配線板３０の断面図を示す。
エポキシ樹脂製の下地基板３１の表面上に、銅配線パタ
ーン３２が形成されている。下地基板３１の上に、銅配
線パターン３２を覆うように、エポキシ樹脂製の被覆層
３３が形成されている。被覆層３３の厚さは、約４０μ
ｍである。このプリント配線板３０を、図１（Ａ）に示
したレーザ加工装置のＸＹステージ９の上に固定し、レ
ーザビームを照射する。

【００１７】図２（Ｂ）に、照射されるレーザビームの
ビーム断面内のプロファイルを示す。ビームプロファイ
ルは、ビームスポットの中心Ｏよりも周辺部が盛り上が
っており、周辺部に肩部Ｓを有する。レーザビームの波
長は３５５ｎｍ、パルス幅は１００ｎｓ、１ショットあ
たりのフルエンスは１Ｊ／ｃｍ₂である。このレーザビ
ームを４０ショット照射することにより、被覆層３３を
貫通する穴３４を形成することができた。

【００１８】図３（Ａ）に、上記方法で形成された穴の
電子顕微鏡写真のスケッチを示す。比較のために、図３
（Ｂ）に、ビームプロファイル以外の条件を上記実施例
で照射したレーザビームの条件と同一にしたガウシアン
ビームを照射して形成された穴の電子顕微鏡写真のスケ
ッチを示す。

【００１９】実施例による方法で形成された穴の開口部
及び底面の直径が、それぞれ４３μｍ及び３５μｍであ
るのに対し、比較例の穴の開口部及び底面の直径は、そ
れぞれ５３μｍ及び３５μｍであった。実施例による方
法で形成された穴の開口率が約８１％であるのに対し、
比較例の穴の開口率は約６６％でる。このように、実施
例による方法で穴を形成することにより、穴の開口率を
大きくすることができる。

【００２０】上記実施例では、金属層上の樹脂層に穴を
形成したが、その他の積層構造の基板に穴を形成するこ
とも可能である。図４（Ａ）及び（Ｂ）に、加工対象物
の積層構造の一例を示す。

【００２１】図４（Ａ）に示した加工対象物は、金属配
線パターン３２を覆う樹脂層３３の表面上に、さらに金
属配線パターン４０が形成された積層構造を有する。金
属配線パターン３２及び４０は、例えば銅で形成され、
樹脂層３３は、例えばエポキシ樹脂で形成されている。

【００２２】まず、銅に穴を形成するのに必要とされる
１パルスあたりのフルエンスの閾値以上のフルエンスの
レーザビームを金属配線パターン４０に入射させて、金
属配線パターン４０を貫通する穴を形成する。金属配線
パターン４０に形成された穴の底面の樹脂層３３の一部
も、同時にエッチングされる。その後、１パルスあたり
のフルエンスを、銅をエッチングする閾値よりも小さく
して、樹脂層３３に穴を形成する。フルエンスを小さく
することにより、埋め込まれた金属配線３２の損傷を防
止することができる。

【００２３】金属配線パターン４０及び樹脂層３３に穴
を形成するレーザビームのビームプロファイルは、上記
実施例で使用したレーザビームのプロファイルと同様
に、肩部を有するものである。このため、金属配線パタ
ーン４０及び樹脂層３３に、開口率の大きな穴を形成す
ることができる。

【００２４】図４（Ｂ）に示した加工対象物は、樹脂層
４１の両面に金属層４２及び４３が密着したテープオー
トメイテッドボンディング（ＴＡＢ）用フィルムであ
る。銅に穴を形成するための閾値以上のフルエンスのレ
ーザビームを入射させることにより、この３層を貫通す
る穴を形成することができる。使用するレーザビームの
プロファイルは、上記実施例で使用したレーザビームの
プロファイルと同様に、肩部を有するものである。これ
により、樹脂層４１の表側の金属層４２及び裏側の金属
層４３に形成される穴の大きさの差を小さくすることが
できる。

【００２５】穴の開口率を大きくする十分な効果を得る
ためには、ビームプロファイルの肩部よりも内側の最低
のパワー密度が、肩部の最大のパワー密度の９５％以下
となるようなレーザビームを使用することが好ましい。

【００２６】以上実施例に沿って本発明を説明したが、
本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種
々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に
自明であろう。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ビーム断面の中央部よりも周辺部が盛り上がったビーム
プロファイルを有するレーザビームを用いることによ
り、開口率の大きな穴を形成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（Ａ）は、本発明の実施例で用いられるレー
ザ加工装置の概略図であり、（Ｂ）は、レーザ光源の概
略図である。

【図２】（Ａ）は、加工対象物の断面図であり、
（Ｂ）は、レーザビームのビームプロファイルを示すグ
ラフである。

【図３】（Ａ）は、本発明の実施例による方法で形成
した穴の電子顕微鏡写真をスケッチした図であり、
（Ｂ）は、ガウシアンビームで形成した穴の電子顕微鏡
写真をスケッチした図である。

【図４】他の積層構造を有する加工対象物の断面図で
ある。

【符号の説明】

１レーザ光源２ビームエキスパンダ３ビームプロファイル整形ユニット４ビームコンプレッサ５マスク６折り返しミラー７ガルバノスキャナ８ｆθレンズ９ＸＹステージ２０全反射鏡２１部分反射鏡２２レーザ媒質２３波長変換素子３０加工対象物３１下地基板３２、４０配線パターン３３被覆層３４穴４１樹脂層４２、４３金属層

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１の層の上に、該第１の層よりもレー
ザ照射によってエッチングされやすい材料からなる第２
の層が密着した加工対象物を準備する工程と、前記加工対象物の前記第２の層に、該第２の層の表面に
おけるビームプロファイルが、ビームスポットの周辺部
に、中央よりも盛り上がった肩部を有するレーザビーム
を入射させて、該第２の層に穴を形成する工程とを有す
るレーザ加工方法。
【請求項２】前記ビームプロファイルの肩部よりも内
側の最低のパワー密度が、該肩部の最大のパワー密度の
９５％以下である請求項１に記載のレーザ加工方法。
【請求項３】前記第１の層が金属からなる層であり、
前記第２の層が樹脂からなる層である請求項１または２
に記載のレーザ加工方法。