JP2003511241A - 有機材料をレーザー穿孔するための方法及び装置 - Google Patents

有機材料をレーザー穿孔するための方法及び装置

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JP2003511241A JP2001528442A JP2001528442A JP2003511241A JP 2003511241 A JP2003511241 A JP 2003511241A JP 2001528442 A JP2001528442 A JP 2001528442A JP 2001528442 A JP2001528442 A JP 2001528442A JP 2003511241 A JP2003511241 A JP 2003511241A
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Abstract

(57)【要約】 次のレーザーパラメータ：パルス幅＜４０ｎｓ；パルス周波数≧２０ｋＨｚ；波長＝５３２ｎｍを有する周波数倍増したＮｄ−バナジウム酸塩−レーザーを使用する有機材料をレーザー穿孔する方法及び装置。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 本発明は有機材料のレーザー穿孔のための方法及び装置に関する。
【０００２】 欧州特許出願公開（ＥＰ−Ａ）第０１６４５６４号明細書から、金属−誘電体
−金属の積層順序を有する積層体をエキシマレーザーを用いて止まり穴を製造す
ることは公知である。積層体の最上の金属層はこの場合に孔マスクとして使用さ
れ、この孔の画像を光技術を用いて転写し、引き続きエッチングより製造する。
このマスクの孔の範囲内で露出する誘電体を、次いでエキシマレーザーの作用に
より、最下の金属層に達するまで除去し、除去プロセスを完了する。この公知の
方法を用いて特に多層のプリント配線板の製造の際に、必要なコンタクトホール
を止まり穴の形で製造される。
【０００３】 ＤＥ−Ｚ "Feinwerktechnik & Messtechnik 91 (1983) 2, p. 56-58"から、多
層のプリント配線板の同様の製造方法は公知であり、この方法の場合、ＣＯ２レ
ーザーを用いたコンタクトホールとして用いる止まり穴を製造する。同様に、最
上の銅箔は孔マスクとして用いられ、その際、レーザー放射線が孔を製造すべき
箇所は全て銅をエッチングにより除去される。
【０００４】 ドイツ国特許出願公開（ＥＰ−Ａ）第１９７１９７００号明細書から、すでに
積層体のレーザー穿孔のための装置は公知であり、この場合、金属層の穿孔のた
めに約２６６ｎｍ〜１０６４ｎｍの範囲内の波長を有する第１のレーザーを使用
し、誘電層の穿孔のために約１０６４ｎｍ〜１０６００ｎｍの範囲内の波長を有
する第２のレーザーを使用する。
【０００５】 米国特許（ＵＳ−Ａ）第５５９３６０６号明細書から、積層体のレーザー穿孔
のための方法が公知であり、この場合、金属層の穿孔のため及び誘電層の穿孔の
ために唯一のＵＶレーザーを使用し、この波長は４００ｎｍを下回り、このパル
ス幅は１００ｎｓを下回る。エキシマレーザーを使用しないという前提条件の下
で、つまり金属及び有機相は同じＵＶレーザーで穿孔される。
【０００６】 ドイツ国特許出願公開（ＤＥ−Ａ）第１９８２４２２５号明細書から、積層体
のレーザー穿孔のための別の方法は公知であり、この場合、金属層の穿孔のため
及び誘電層の穿孔のために、例えば５３２ｎｍの波長を有するＳＨＧ（第２高調
波発生）−ＹＡＧ−レーザー又は３５５ｎｍの波長を有するＴＨＧ（第３高調波
発生）−ＹＡＧ−レーザーを使用することもできる。
【０００７】 基本的に、有機材料をＵＶレーザーを用いて、つまり４００ｎｍを下回る波長
を有するレーザを用いてレーザー穿孔する場合に、有機材料の光化学的分解が生
じることが確認できる。ここではつまり燃焼は生じず、せいぜい極端に僅かな熱
的負荷に基づき、積層体において層間剥離は生じない。これとは反対に、ＣＯ２ レーザーを用いて有機材料をレーザー穿孔する際に熱的分解が行われ、つまり、
燃焼が生じ、積層体において層間剥離の危険が生じる。ＣＯ２レーザーを用いた
ＵＶ−レーザーと比較して、有機材料の穿孔の場合にはしかしながら著しく短か
い加工時間を達成することができる。
【０００８】 欧州特許出願公開（ＥＰ−Ａ）第０４７８３１３号明細書から、いわゆるＳＬ
Ｃ−法（Surface Laminar Circuit）は公知であり、この方法の場合にまずベー
ス支持体上に第１の配線平面を作成する。次いでこの第１の配線平面上にスクリ
ーン印刷又は注ぎ込み（Vorhanggiessen）により感光性エポキシ樹脂からなる誘
電層を塗布する。フォトリソグラフィー法で照射及び現像することにより、次い
で誘電層中に止まり穴を作成した。孔壁及び誘電層の表面の化学的及び電気メッ
キによる銅被覆の後で第２の配線平面を析出した銅層の構造化により作成する。
次いで、感光性の誘電層と銅層を交互に設けることにより、記載した方法でさら
に配線平面を作成することができる。
【０００９】 請求項１から１３に記載した本発明の根底をなす課題は、有機材料のレーザー
穿孔の際に、前記の材料を熱的に損傷することなしに止まり穴又は貫通孔の迅速
な製造を可能にすることである。
【００１０】 本発明は、５３２ｎｍの波長を有する周波数倍増したＮｄ−バナジウム酸塩−
レーザーを用いて、４０ｎｓを下回る短いパルス幅で、有機材料からなる層を短
い加工時間でかつ燃焼の危険なしに加工することができるという認識に基づく。
この場合、有機材料のレーザー穿孔のために≧２０ｋＨｚのパルス周波数が選択
される。有機材料のレーザー加工の場合、光化学的分解及び熱的分解の組合せが
生じ、この分解はＵＶレーザと比較してより短時間の加工時間を可能にし、ＣＯ ２ レーザーと比較して高すぎる熱的負荷は避けられる。もう一つの利点は、同じ
Ｎｄ−バナジウム酸塩−レーザーを用いて積層体の金属層も穿孔できることであ
る。この種の金属層の穿孔のためには、次いで≧３０ｋＨｚのパルス周波数が選
択される。
【００１１】 有機材料の穿孔のために本発明により選択される周波数倍増した（frequenzve
rdoppelt）Ｎｄ−バナジウム酸塩−レーザーは、極めて高いパルス周波数を可能
にし、これは４０ｎｓより短い僅かなパルス幅で、１００ｋＨｚを越えることが
できる。高いパルス周波数は、この場合、有機材料の迅速かつ有効な加工を可能
にし、一方で短いパルス幅により著しく低い熱的負荷が保障される。類似の又は
同様の波長を用いて作業する他のレーザーを用いて、高いパルス周波数と短いパ
ルス幅とのこの種の組合せは実現できない。例えばドイツ国特許出願公開（ＤＥ
−Ａ）第１９８２４２２５号明細書から公知のＳＨＧ−ＹＡＧ−レーザーの場合
、比較的高いパルス周波数で、せいぜい７０〜８０ｎｓのパルス幅が達成される
だけである。
【００１２】 本発明による方法の有利な実施態様は請求項２〜１２から明らかである。
【００１３】 請求項２記載の実施態様は、３０ｎｓより短いパルス幅によりレーザー穿孔に
おいて有機材料又は場合により積層体のなお僅かな熱的負荷を可能にする。
【００１４】 請求項３による１０μｍ〜１００μｍのスポット直径を有するフォーカスされ
たレーザー放射線の使用の際に、有機材料の有効なレーザー加工が生じる。請求
項４記載の２０μｍ〜５０μｍのスポット直径の使用の際に、有機材料のレーザ
ー加工はなお有効に構成することができる。
【００１５】 請求項５記載の実施態様は、有機材料内でのレーザー放射線のより高い吸収に
より加工速度の著しい向上を可能にする。この場合、この添加物は、５３２ｎｍ
の波長を有するレーザー放射線に対して、純粋な有機材料よりも明らかに高い吸
収率を有する。
【００１６】 請求項６記載の実施態様は、有機材料の吸収率の特に簡単でかつ経済的な向上
を可能にする。
【００１７】 請求項７記載の実施態様は、赤色添加物の選択により、吸収率の最適化を可能
にする、それというのも５３２ｎｍの波長の緑色の光は補色の赤色により特に良
好に吸収するされるためである。
【００１８】 請求項８記載の実施態様は、添加物として顔料の混合のために、その他の特性
に障害を与えることなしに吸収率を向上させるために特に有利であることが実証
された量の範囲を設定している。請求項９において記載されたより狭い量の範囲
は、この場合、最適である。
【００１９】 有機材料の吸収率を請求項１０記載の添加物の混合により少なくとも５０％に
上昇させる場合、すでに有機材料中での加工速度のかなりの向上が生じる。請求
項１１記載の少なくとも６０％までの、もしくは請求項１２記載の少なくとも８
０％までの吸収率の向上の際に、有機材料のレーザー穿孔のための加工時間は相
応してさらに短縮することができる。
【００２０】 次に記載する実施例において、次のレーザータイプを使用した：レーザーＩ： Firma Spectra Physics, Mountain View, California, US社のダイオードポン
ピングした、周波数倍増したＮｄ−バナジウム酸塩−レーザー。
【００２１】 名称：Ｔ８０−ＹＨＰ４０−５３２ＱＷ 波長：５３２ｎｍ 出力：約８．５Ｗ モード：Monomode TEMoo パルス幅： １０ｋＨｚの周波数で２０ｎｓ パルス周波数：２００ｋＨｚまで フィールドサイズ：１００×１００ｍｍ２ レーザーＩＩ： Firma Haas-Laser GmbH, Schramberg, DE社のダイオードポンピングした、周
波数倍増したＮｄ−バナジウム酸塩−レーザー。
【００２２】 名称：プロトタイプのためになし 波長：５３２ｎｍ 出力：約４．０Ｗ モード：Monomode TEMoo パルス幅： １０ｋＨｚの周波数で２５ｎｓ パルス周波数：２００ｋＨｚまで フィールドサイズ：１００×１００ｍｍ２ 例１： 多層配線の製造の際に、すでに作成し終わった配線層上に注ぎ込み又はスクリ
ーン印刷により有機材料からなる誘電層を例えば２５μｍの厚さで塗布する。有
機材料として例えばエポキシ−材料が適当である。次いでこの誘電層中にマスク
を使用せずに止まり穴を作成し、この穴を後に次の配線層までの貫通接続として
使用する。
【００２３】 誘電層内への止まり穴の作成は、レーザーＩＩを使用した。レーザー放射線を
変向するための２つのガルバノメータミラーの使用において１０ｃｍ×１０ｃｍ
の面を加工した。このレーザーの他のパラメータは次に挙げる： パルス幅： ３０ｎｓ パルス周波数： ２５ｋＨｚ このフォーカスされたレーザー放射線の約２５μｍのスポット直径を用いて誘
電層内へ所定の箇所に止まり穴を作成した。この場合、パルス周波数を１０〜２
０ｋＨｚの間に選択した。燃焼又は他の熱的損傷は止まり穴の作成の際に回避す
ることができた。
【００２４】例２： レーザーＩを用いて、ＲＣＣ−材料（ＲＣＣ＝Resin Coated Copper Foil;銅
箔で被覆した樹脂）のエポキシ材料内へ１２５μｍの直径を有する止まり穴を作
成した。このＲＣＣ−材料は１２μｍの厚さの銅箔と６０μｍの厚さのエポキシ
材料からなる誘電層からなっていた。パルス周波数は２５ｋＨｚであった。パル
ス幅は３０ｎｓであった。
【００２５】 レーザー放射線をＸ−方向及びＹ−方向で変向するための２つのガルバノメー
タミラーの使用において１０ｃｍ×１０ｃｍの面を加工した。エポキシ−材料の
穿孔のために、レーザー放射線を１．６ｍｍフォーカスを外して調整し（ＯＯＦ
＝Out of Focus）かつ穴の領域で同心円の形で動かした。レーザー放射線の直線
速度は９００っｍ／ｓであった。エポキシ−材料の穿孔の後に、その下にある銅
箔は僅かに攻撃されただけであった。
【００２６】 エポキシ−材料の穿孔は１秒あたり２２０個の孔の速度で行った。
【００２７】例３： 例２と異なり、レーザーＩＩを同じパラメータで使用した。エポキシ−材料の
穿孔は１秒あたり１２２個の孔の速度で行った。
【００２８】例４： 例２と異なり、止まり穴を６０μｍの厚さのＦＲ４−材料（ＦＲ４＝level 4
fire retardant epoxyglass composition;レベル４難燃性エポキシガラス複合材
料）内に作成し、この片面に１２μｍの厚さの銅箔を貼り付けた。この結果は同
等であった。
【００２９】例５： 例３と異なり、止まり穴を６０μｍの厚さのＦＲ４−材料内に作成し、この片
面に１２μｍの厚さの銅箔を貼り付けた。この結果は同等であった。
【００３０】例６： 例２と異なり、１００μｍの直径の止まり穴を製造した。エポキシ−材料の穿
孔は１秒あたり３８２個の孔の速度で行った。
【００３１】例７： 例３と異なり、１００μｍの直径の止まり穴を製造した。エポキシ−材料の穿
孔は１秒あたり２１２個の孔の速度で行った。
【００３２】例８： 例２と異なり、７５μｍの直径の止まり穴を製造した。エポキシ−材料の穿孔
は１秒あたり８００個の孔の速度で行った。
【００３３】例９： 例３と異なり、７５μｍの直径の止まり穴を製造した。エポキシ−材料の穿孔
は１秒あたり４００個の孔の速度で行った。
【００３４】例１０： 例２と異なり、添加物約１．５質量％を混合した変性されたエポキシ−材料を
使用した。この添加剤は、名称"1501 Fast Red"（C. I. Pigment Red 48:1）のF
irma Xijingming, Shenzhou City, Hebei Province, P. R. China社の有機赤色
顔料である。この顔料は、バリウム塩をベースとするアゾ染料である。エポキシ
−材料の穿孔のための速度はレーザー放射線の吸収率の改善により１秒あたり５
５０個の孔の速度に向上した。
【００３５】例１１： 例１０と異なり、添加物として名称"BayferroxＴＭ"（C. I. Pigment Rot 101
）のBayer AG, DE社の無機赤色顔料を使用した。この顔料は酸化鉄赤色顔料であ
る。この結果は同等であった。
【００３６】例１２： 例１０と異なり、添加物として名称"OracetＴＭ Gelb GHS"（C. I. Solvent G
elb 163）のCIBA-Geigy AG, CH社のポリマー可溶性のアントラキノン染料を使用
した。エポキシ−材料の穿孔のための速度の向上はこの場合いくらか低下した。
【００３７】例１３： 例１０と異なり、同じレーザーパラメータを有するレーザーＩＩを使用した。
エポキシ−材料の穿孔のための速度は、１秒あたり３０６個の孔に向上した。
【００３８】例１４： 例１０と異なり、１００μｍの直径を有する止まり穴を製造した。エポキシ−
材料の穿孔のための速度は、１秒あたり９５６個の孔であった。
【００３９】例１５： 例１３と異なり、１００μｍの直径を有する止まり穴を製造した。エポキシ−
材料の穿孔のための速度は、１秒あたり５３１個の孔であった。
【００４０】例１６： 例４と異なり、変性されたＦＲ４−材料を使用し、この場合、エポキシ−材料
は通常のガラス繊維強化の代わりにルビーガラスの繊維約５０質量％で強化され
ていた。このルビーガラスはセレン２質量％、三酸化ヒ素１質量％及び炭０．５
質量％を、組成Ｎａ２Ｏ−ＺｎＯ−４ＳｉＯ２の基礎ガラスに添加することによ
り製造した。このガラス繊維強化されたエポキシ−材料の穿孔のための速度は、
２〜２．５倍程度向上した。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ヨーゼフ ヴァン プイムブレーク ベルギー国 オーストカンプ コレンブレ ームストラート 17 Ｆターム(参考） 4E068 AF01 CF03 CK01 DB07 5F072 AB20 QQ02 RR03 SS06 YY06

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 次のレーザーパラメータ： パルス幅 ＜４０ｎｓ パルス周波数 ≧２０ｋＨｚ 波長 ＝５３２ｎｍ を有する周波数倍増したＮｄ−バナジウム酸塩−レーザーを使用することを特徴
    とする、有機材料をレーザー穿孔する方法。
  2. 【請求項２】 パルス幅＜３０ｎｓを使用する、請求項１記載の方法。
  3. 【請求項３】 １０μｍ〜１００μｍのスポット直径を有するフォーカスさ
    れたレーザー放射線を使用する、請求項１又は２記載の方法。
  4. 【請求項４】 ２０μｍ〜４０μｍのスポット直径を有するフォーカスされ
    たレーザー放射線を使用する、請求項３記載の方法。
  5. 【請求項５】 有機材料に５３２ｎｍの波長を有するレーザー光を吸収する
    添加物を混合する、請求項１から４までのいずれか１項記載の方法。
  6. 【請求項６】 添加物として少なくとも１種の無機及び／又は有機顔料及び
    ／又は少なくとも１種のポリマーに可溶性の染料及び／又は少なくとも１種の繊
    維状の充填剤を使用する、請求項５記載の方法。
  7. 【請求項７】 添加物として少なくとも１種の無機の赤色顔料及び／又は有
    機の赤色顔料及び／又はポリマーに可溶性の赤色染料を使用する、請求項６記載
    の方法。
  8. 【請求項８】 有機材料に顔料０．１質量％〜５．０質量％を混合する、請
    求項６又は７記載の方法。
  9. 【請求項９】 有機材料に顔料１質量％〜２質量％を混合する、請求項６又
    は７記載の方法。
  10. 【請求項１０】 有機材料が添加物の混合によりレーザー放射線の波長５３
    ２ｎｍに対して少なくとも５０％の吸収率を有する、請求項５から９までのいず
    れか１項記載の方法。
  11. 【請求項１１】 有機材料が添加物の混合によりレーザー放射線の波長５３
    ２ｎｍに対して少なくとも６０％の吸収率を有する、請求項５から９までのいず
    れか１項記載の方法。
  12. 【請求項１２】 有機材料が、添加物の混合によりレーザー放射線の波長５
    ３２ｎｍに対して少なくとも８０％の吸収率を有する、請求項５から９までのい
    ずれか１項記載の方法。
  13. 【請求項１３】 次のレーザーパラメータ： パルス幅 ＜４０ｎｓ パルス周波数 ≧２０ｋＨｚ 波長 ＝５３２ｎｍ を有する周波数倍増したＮｄ−バナジウム酸塩−レーザーを備えた、有機材料を
    レーザー穿孔する装置。
JP2001528442A 1999-09-30 2000-09-29 有機材料をレーザー穿孔するための方法及び装置 Pending JP2003511241A (ja)

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