JP2004228590A - 回路形成基板の製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 貫通あるいは非貫通の穴内壁に形成された拡散防止手段の外部に接続手段が拡散せず、信頼性の高い回路形成基板を製造するための製造装置を提供する。
【解決手段】 放電電極間を通過するレーザー媒質気体の流速、放電電極の幅、放電電極間のアパーチャの位置を、所望の値に設定することが可能なレーザービーム発振器２０と、全反射ミラー２２、開閉手段を有するシャッタ３４、走査手段２３、集光レンズ２４とを備えた回路形成基板の製造装置。
【選択図】 図１３

Description

本発明は各種電子機器に利用される回路形成基板および回路形成基板の製造方法およびその製造装置に関するものである。

近年の電子機器の小型化・高密度化に伴って、電子部品を搭載する回路形成基板も従来の片面基板から両面、多層基板の採用が進み、より多くの回路を基板上に集積可能な高密度の回路形成基板の開発が行われている。

高密度の回路形成基板においては、従来広く用いられてきたドリル加工による基板への穴（スルーホール）加工に代わって、より高速で微細な加工が可能なレーザー等のエネルギービームを用いた加工法の採用が検討されている（日刊工業新聞社発行「表面実装技術」１９９７年１月号、高木清著；“目覚ましいビルドアップ多層ＰＷＢの開発動向”参照）。

一般にレーザーによる穴加工ではレーザーにより加工対象を局所的に加熱し昇華させて穴を形成するため穴内壁が凹凸の激しい粗雑な面となりやすい。また、加工対象物質の炭化物が穴内に残留した場合、穴内にめっき等の接続手段を形成する場合の妨げとなる。このような問題に対して、加工対象に照射するエネルギービームのピークエネルギー値を大きく照射時間を極力短くして、加工対象を瞬時に蒸発昇華させ加工部周辺に熱影響の及ばない加工法が採用されている。

以上に述べたような加工法を実施した場合の加工部断面を図１５に示す。図１５（ａ）は未硬化分を含むＢステージ状態の熱硬化性樹脂フィルムへの加工例、図１５（ｂ）は芳香族ポリアミド（以下アラミドと記載）繊維３の不織布と熱硬化性樹脂２の複合材料における加工例である。図１５（ａ）において加工後の貫通穴４の内壁は熱影響をほとんど受けていない熱硬化性樹脂フィルムからなっており、図１５（ｂ）においてもアラミド繊維３の切断面がそのまま貫通穴４の内壁に現れるような性状を示す。基板材料１が空孔部１ａを持つ多孔質材料であった場合には貫通穴４の内壁に空孔部１ａが現れてしまう場合がある。

しかしながら基板材料に穴加工を行う目的は前述したように、基板の表裏あるいは内層に形成された回路を相互に接続するためであり、穴加工を行った後にめっき、導電ペーストの充填などの接続手段の形成が行われる。

前述のＢステージ樹脂フィルムに形成した貫通穴４に導電性粒子５を含む導電ペースト６を印刷法などを用いて充填し、フィルムの表裏に銅箔７を配置して加熱加圧することによりＢステージ樹脂を成形硬化させた後に、銅箔７をパターンニングして回路を形成した両面回路形成基板を図１６（ａ）に示す。図中にあるように導電ペースト６中の導電性粒子５が成形硬化時の樹脂の流れによって貫通穴４の付近に拡散している。

図１５（ｂ）に示した空孔部１ａを持つ基板材料１に対して同様の工程を実施した場合には図１６（ｂ）に示すように貫通穴４の周辺に導電性粒子５が拡散するとともに穴内壁に現れた空孔部１ａにも導電性粒子５が流入拡散する。加熱加圧時に厚み方向に基板材料１を圧縮する必要がある場合にこのような空孔部１ａを持ついわゆる多孔質基板材料がしばしば用いられるが、一般に空孔部１ａの形成は制御しづらいものであり、図１６（ｂ）に示したような形状に必ずしも安定せず、そのサイズはかなりのばらつきを実際には示す。その際、大きい空孔部１ａが貫通穴４の付近に存在した場合には、導電性粒子５の流入、拡散はかなり広い範囲におよぶものとなる。

また、前述のアラミド繊維３の不織布と熱硬化性樹脂２の複合材料に対して穴加工を行った後にめっき８を施した場合において、アラミド繊維３と熱硬化性樹脂２の界面に密着不十分な箇所が有った場合に穴内壁から界面にめっき液のしみこみ９が発生した例を図１７に示す。

高密度の回路形成基板では貫通穴および接続手段のサイズは非常に微小なものであるため、接続手段が貫通穴周辺に拡散してしまうことは隣接する接続手段間あるいは回路間の絶縁抵抗を確保する上で重大な問題である。

また、加熱加圧時に導電ペースト６を基板材料１の厚み方向に圧縮することにより導電性粒子５間の接触を密にして低抵抗の接続手段を得ようとする場合に、前述したような導電性粒子５の拡散が発生した際には導電ペースト６の圧縮が十分に行われず、接続の信頼性に問題が発生する可能性がある。

本発明は高品質の穴加工をエネルギービーム加工の高速性を失うことなく実現し、高密度で信頼性の高い回路形成基板および回路形成基板の製造方法およびその製造装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために本発明は、レーザービーム発振器と、全反射ミラー、開閉手段を有するシャッタ、走査手段、集光レンズとを備えた回路形成基板の製造装置であって、前記レーザービーム発振器は、放電電圧が印加された上下の放電電極と、その間を一定の流速で通過するレーザー媒質気体と、放電電極による放電現象によってレーザー媒質気体分子が励起された励起粒子を備え、前記励起粒子は励起した状態から通常状態に戻る際にレーザービームを発生し、そのレーザービームを増幅させ、放電電極間に位置するアパーチャからレーザー導出方向に向かって外部に取り出すことによりレーザービームを発振することを特徴とする回路形成基板の製造装置を提供するものである。またその製造装置を用いて製造した回路形成基板を提供するものである。

その回路形成基板は、単一あるいは複数の材質の基板材料より構成される両面あるいは多層の回路形成基板であって、両面あるいは多層に形成された回路間を相互に接続するための貫通あるいは非貫通の穴およびその貫通あるいは非貫通の穴を通じて前記回路間を相互に接続する接続手段を設け、外部に接続手段が拡散しないあるいは少なくとも前記接続手段中の導電物質が拡散しない前記貫通あるいは非貫通の穴の内壁に拡散防止手段を備えた構成としたものである。

この本発明によれば、拡散防止手段の作用により接続手段が穴周辺に拡散することを防止でき、エネルギービーム加工の高速性、経済性等を失うことなく高品質の穴加工を実現し、高密度で信頼性の高い回路形成基板を提供できるものである。

以上のように本発明の回路形成基板の製造装置を用いて回路形成基板を提供することにより、貫通あるいは非貫通の穴内壁に変質層あるいは樹脂層などの拡散防止手段を形成する構成により、その拡散防止手段の外部に接続手段が拡散せず、特に高密度な回路形成基板において信頼性が向上する等の作用を有する。

本発明の請求項１に記載の発明は、レーザービーム発振器と、全反射ミラー、開閉手段を有するシャッタ、走査手段、集光レンズとを備えた回路形成基板の製造装置であって、前記レーザービーム発振器は、放電電圧が印加された上下の放電電極と、その間を一定の流速で通過するレーザー媒質気体と、放電電極による放電現象によってレーザー媒質気体分子が励起された励起粒子を備え、前記励起粒子は励起した状態から通常状態に戻る際にレーザービームを発生し、そのレーザービームを増幅させ、放電電極間に位置するアパーチャからレーザー導出方向に向かって外部に取り出すことによりレーザービームを発振することを特徴とする回路形成基板の製造装置としたものであり、この構成により、レーザービーム発振器より発振されるレーザービーム強度の立ち上がり時間、または立ち下がり時間を設定することが可能となり、さらに基板材料上に照射されるレーザービームのパルス幅を、所望の穴径の貫通あるいは非貫通の穴を加工すると同時に前記穴の内壁に拡散防止手段が残存するために設定することで、穴内壁に変質層を安定して生成させる効果を有する製造装置を提供する。

本発明の請求項２に記載の発明は、放電電極間を通過するレーザー媒質気体の流速と、放電電極の幅と、放電電極間のアパーチャの位置は、所望の値に設定することが可能であることを特徴とする請求項１に記載の回路形成基板の製造装置としたものであり、レーザービーム発振器より発振されるレーザービーム強度の立ち上がり時間、または立ち下がり時間を設定するための具体的構成を示すものであり、穴内壁に好ましい変質層を形成することができる。

本発明の請求項３に記載の発明は、シャッタの開閉、あるいはレーザービーム発振器に与える発振指令信号のパルス幅を変化させることにより、レーザービームのパルス幅を設定することが可能であることを特徴とする請求項１に記載の回路形成基板の製造装置としたものであり、シャッタを開閉することで、基板材料に照射されるレーザービームのパルス幅を所望の値に設定することができ、またレーザービーム発振器に与える発振指令信号のパルス幅を変化させてレーザービームのパルス幅を調整することも可能である。シャッタを用いた場合の方が得られるパルス幅の自由度は高く、発振指令信号のパルス幅とシャッタの開閉時間の２条件の操作でレーザービームを制御することが可能な製造装置を提供する。

本発明の回路形成基板の製造装置を用いて製造した回路形成基板の形態は、以下に示す構成を採用することが可能である。

すなわち、単一あるいは複数の材質の基板材料より構成した両面あるいは多層の回路形成基板であって、前記基板材料にレーザー加工によって形成された貫通あるいは非貫通の穴と、前記貫通あるいは非貫通の穴の内壁に前記レーザー加工の際に形成された拡散防止手段と、前記拡散防止手段が残存した前記貫通あるいは非貫通の穴内に導電物質で形成された接続手段とを備えた回路形成基板としたものであり、拡散防止手段の外部に接続手段が拡散しておらず回路形成基板の信頼性が向上する作用を有する。

また、前記基板材料を織布あるいは不織布と樹脂の複合材料とした回路形成基板としたものであり、複合材料の特性を利用しながら、拡散防止手段の外部に接続手段が拡散しないという作用を有する。

また、前記樹脂が熱硬化性樹脂を主体とした回路形成基板としたものであり、エネルギービーム照射による拡散防止手段の形成が容易で、樹脂の耐湿性などの信頼性が向上するという作用を有する。

また、前記織布あるいは不織布に有機繊維材料を用いた回路形成基板としたものであり、樹脂と比較的物性の近い有機繊維を用いることにより拡散防止手段の形成が容易になるという作用を有する。

また、前記有機繊維材料に芳香族ポリアミドを用いた回路形成基板としたものであり、エネルギービームによる拡散防止手段の形成が容易で、回路形成基板の軽量化、高信頼性化等の作用を有する。

また、前記拡散防止手段は基板材料の構成要素の一部あるいは全てが変質した変質層からなる回路形成基板としたものであり、拡散防止手段の形成のために基板材料以外の材料を付加する必要がないという作用を有する。

また、前記変質層は基板材料の構成する織布あるいは不織布を主体としてなる回路形成基板としたものであり、溶融時に織布あるいは不織布の一部あるいは大部分が一体化し緻密な変質層を形成できる作用を有する。

また、前記変質層は織布あるいは不織布の変質した成分と樹脂が変質した成分が一体化してなる回路形成基板としたものであり、より緻密な変質層が形成できる作用を有する。

また、前記接続手段として貫通あるいは非貫通の穴に導電性の金属をめっきした回路形成基板としたものであり、めっき液が前記貫通あるいは非貫通の穴付近に拡散しない作用を有する。

また、前記拡散防止手段は基板材料と接続手段の構成物質が貫通あるいは非貫通の穴内壁付近で一体化してなる回路形成基板としたものであり、拡散防止手段の形成が効率的に行える作用を有する。

また、単一あるいは複数の材質の基板材料より構成した両面あるいは多層の回路形成基板であって、前記基板材料に形成された貫通あるいは非貫通の穴と、前記貫通あるいは非貫通の穴内に導電物質で形成された接続手段と、前記穴内壁付近に前記導電物質を構成する材料あるいは該材料と前記基板材料が一体化されて形成された拡散防止手段を備えた回路形成基板としたものであり、基板材料以外の材料を用いることにより拡散防止手段として好ましい材料を選択できる自由度が高まる作用を有する。

また、前記導電物質は、熱硬化性樹脂と反応する材料を構成成分として含む導電ペーストである回路形成基板としたものであり、ペースト中の導電粒子が前記穴付近に拡散しないという作用を有する。

さらに、本発明の回路形成基板の製造装置を用いて、以下に示す回路形成基板の製造方法を採用することが可能であり、その形態は次の通りである。

すなわち、単一あるいは複数の材質より構成される板状あるいはシート状の基板材料を準備する工程と、前記基板材料に所望の穴径の貫通あるいは非貫通の穴を加工すると同時に前記穴の内壁に拡散防止手段が残存する条件にてエネルギービームを照射する穴形成工程と、前記拡散防止手段が残存した前記穴内に導電物質により接続手段を形成する工程を備えた回路形成基板の製造方法であり、拡散防止手段により前記貫通あるいは非貫通の穴周辺に接続手段が拡散しないという作用を有する。

また、前記エネルギービームの照射条件は、基板材料が溶融し再凝固して膜状の拡散防止手段としての変質層が、穴の内壁の一部あるいは全面を覆うように残存形成される条件である回路形成基板の製造方法であり、緻密な変質層が形成できる作用を有する。

また、前記エネルギービームはレーザービームである回路形成基板の製造方法であり、基板材料上への集光性が良く、光学素子等を用いて走査が容易である作用を有する。

また、前記レーザービームは炭酸ガスレーザーである回路形成基板の製造方法であり、高エネルギーのビームが得られ、コストが安い等の作用を有する。

また、前記エネルギービームの照射条件は、エネルギービームのエネルギー量であって、所望の穴寸法を加工するに必要なエネルギー量と、穴の内壁に形成する変質層が炭化せずに残存するのに必要なエネルギー量との和以上のエネルギー量で、かつ穴の内壁に炭化物層が生成あるいは穴内壁に凹凸形状が発生するエネルギー量以下の条件である回路形成基板の製造方法であり、穴内壁に炭化物層および凹凸形状等の接続手段の信頼性に悪影響をおよぼす要因の生成を防止し、所望の穴寸法を確保しながら安定して変質層を穴内壁に形成できる作用を有する。

また、前記エネルギービームの照射条件は、基板材料上でのエネルギービーム径を所望の穴径の３０〜９０％に設定された条件である回路形成基板の製造方法であり、エネルギービーム径に相当する部分の基板材料を除去加工するとともに、該除去加工部の周辺に順次熱影響による除去加工を伝搬させ、熱影響が除去加工に必要な条件以下になる部位すなわち穴内壁付近では変質層が形成されるという一連の加工を安定して実現できる効果を有する。

また、前記エネルギービームの照射条件は、加工される貫通あるいは非貫通の穴径が基板材料上に照射されるエネルギービーム径（スポット径）の１１０〜３００％の穴径に達する照射時間に設定された条件である回路形成基板の製造方法であり、穴内壁に変質層を安定に生成させる効果を有する。

また、前記エネルギービームの照射条件は、基板材料上に照射されるエネルギービームのパルス幅を、半値幅で５０μｓから１ｍｓの範囲内として設定した条件である回路形成基板の製造方法であり、穴内壁付近の温度を変質層が生成しやすい条件にできる効果を有し、好ましくはパルス幅を半値幅で１５０μｓから１ｍｓの範囲とすることで、より変質層の形成が効果的なものとなる。

また、前記エネルギービームの照射条件は、照射の時間軸に対する照射の強度を設定することであって、強度のピーク値に対する半値幅時間をｔ１とし、このピーク値からピーク値ｅの２乗分の１（約１３．５％）に強度が立ち下がる時間をｔ２とした場合に、ｔ２をｔ１の５０％以上かつ２００％未満として設定された条件である回路形成基板の製造方法であり、急峻な立ち下がりでは得られない変質層が生成しやすい温度条件を穴内壁付近にもたらし、緩慢な立ち下がりで得られるような炭化物の生成する温度条件が穴内壁付近にもたらされることがないという作用を有する。

また、前記エネルギービームの照射条件は、照射の時間軸に対する照射の強度を設定することであって、強度がピーク値からピーク値ｅの２乗分の１（約１３．５％）へ立ち下がる時間を２０μｓ以上かつ１ｍｓ以下の範囲内として設定された条件である回路形成基板の製造方法であり、十分な量の変質層を穴内壁に生成し、かつ炭化物の生成を防止できる穴加工条件が得られるという効果を有する。

また、前記エネルギービームの照射条件は、エネルギービームの発振器から導出されるエネルギービームの光束のうち周辺部から９８％を上限としてエネルギービームの光束をカットする条件である回路形成基板の製造方法であり、エネルギービームの外周部の低品質のビームが基板材料に到達しないように遮断し、通常エネルギービームの断面におけるエネルギー量が中央から外周方向に向かって減少することを利用して穴加工時における基板材料の穴加工部の温度分布に穴中心付近から穴外周方向に向かって傾斜を発生させ、穴内壁付近の温度を変質層が生成しやすい条件にできる効果を有する。

また、前記エネルギービームの照射条件は、エネルギービームの発生装置から導出されるエネルギービームパルスのピークエネルギーを１００Ｗ以上かつ３０００Ｗ以下として設定する条件である回路形成基板の製造方法であり、基板材料上にエネルギービームが照射された際に瞬間的に基板材料が蒸発昇華し、穴周辺に熱影響が及ぶことなく加工が終了してしまうことを防止し、穴内壁付近の温度を変質層が生成しやすい条件にできる効果を有する。

以下、本発明の実施の形態について、図１から図１４を用いて説明する。

（実施の形態１）
図１（ａ）〜（ｆ）は本発明の第１の実施の形態における回路形成基板の製造方法を示す工程断面図である。基板材料１１は図１（ａ）に示すように熱硬化性樹脂１２と織布または不織布の有機繊維材料からなるアラミド繊維１３の複合材料となっている。熱硬化性樹脂１２は完全に硬化したものではなく、未硬化分を含むいわゆるＢステージ状態であり、基板材料１１は通常プリプレグと呼ばれるものである。

次に図１（ｂ）に示すように、レーザービーム１４を基板材料１１上に照射して貫通穴１５を形成する。その際に基板材料１１中の熱硬化性樹脂１２およびアラミド繊維１３は熱により昇華して周囲に飛散する。そして、後述するように加工条件を適正なものとした場合にはアラミド繊維１３は穴内壁付近で溶融等の変質を起こして一体化し拡散防止手段としての変質層１６を形成する。変質層１６はアラミド繊維１３を主体とするが熱硬化性樹脂１２が軟化した成分が一部混入することも差し支えない。

次に図１（ｃ）に示すように導電粒子とエポキシ系樹脂を主体とする接続手段としての導電ペースト１７を印刷法等を用いて貫通穴１５に充填する。次に図１（ｄ）に示すように金属箔１８を基板材料１１の両面に重ね合わせ加熱加圧することにより、図１（ｅ）に示すように基板材料１１は厚み方向に圧縮成形され、導電ペースト１７によって基板材料１１の両面に重ね合わせた金属箔１８は電気的に接合される。その後、図１（ｆ）に示すように基板材料１１に両面の金属箔１８は通常のエッチング工法によりエッチングされて回路１９を形成して回路形成基板となる。

変質層１６は比較的緻密な膜状となって貫通穴１５の内壁に形成されているが、導電ペースト１７中の樹脂成分などを前記加圧加熱時に貫通穴１５の外部に排出する程度の空隙は有している。しかし、１〜５μｍ程度の粒径の球形導電粒子を用いた実験では変質層１６の外部に導電粒子の流れ出しはほとんど確認されなかった。貫通穴１５のサイズが微細化した場合には、導電ペースト１７の充填性を高めるために粘度の低い導電ペースト１７を使う必要がある。そのため、導電ペースト１７中の導電粒子比率を下げて樹脂成分などを増加させることにより粘度調整を行うが、導電粒子の比率を下げたことにより基板材料１１の両面の金属箔１８の電気的な接合の信頼性が低下する可能性がある。

しかし、本実施の形態に述べたような導電ペースト１７中の導電粒子のみを選択的に貫通穴１５の内部に残しながら加熱加圧による圧縮を行うことによって、圧縮後の貫通穴１５内での導電粒子の密度を十分高いものとして接合の信頼性を高めることができる。本実施の形態で説明している内容からもわかるように、変質層１６という表現を便宜的に本発明の中で使用しているが、完全な膜状に層を形成して穴内壁に変質層１６が形成されている必要は必ずしも無く、穴内壁付近に接続手段の拡散を防止する性質を持つ部分が存在することが条件として満たされておれば良いものであって、その部分のことを本発明では変質層１６とするものである。

本実施の形態の作用は基板材料１１がプリプレグの状態で空孔の多い多孔質であった場合においても有効なものであり、圧縮成形が容易な多孔質材料についても本発明は有効である。

（実施の形態２）
図２から図４は本発明の第２の実施の形態における基板材料１１への穴加工を示すパルス波形概略図と加工部断面図である。

基板材料１１にはアラミド繊維の不織布に熱硬化性樹脂を含浸し、加熱によりＢステージ化したプリプレグを用い、エネルギービームとして炭酸ガスレーザーを用いて穴加工を行った。図２（ａ）に示すような立ち上がりおよび立ち下がりが急峻で比較的ピークエネルギーの高いレーザーパルスを基板材料１１に照射した場合には熱硬化性樹脂１２およびアラミド繊維１３は瞬時に蒸発昇華して除去加工され、図２（ｂ）に示すように穴内壁にはアラミド繊維１３の切断面が加工前の性状で現れ、熱硬化性樹脂１２の硬化も穴周囲に進展しない。本発明者の実験によれば、約２００μｍの厚みのプリプレグに対してレーザーパルスの立ち上がりおよび立ち下がり時間が２０μｓ以下でピークエネルギーが１０００Ｗ以上の場合にこのような加工となった。さらに、１５０μｍ程度の穴径を得るのに必要なパルス幅は半値幅にして約５０μｓ未満であった。

次に図３（ａ）に示すような比較的ピークエネルギーが低く立ち下がり時間の長いレーザーパルスを基板材料１１に照射した場合には、図３（ｂ）に示すような加工部断面となった。ピークパワーが低いために所望の穴加工を行うために必然的にパルス幅は長くなり、立ち下がり時間も長いために加工部付近に蓄熱現象が起こり、熱硬化性樹脂１２およびアラミド繊維１３は穴内壁付近で炭化し炭化層２９が形成され、かつ両者の融点および加工レートの差によって穴内壁の形状は凹凸の激しいものとなる。本発明者の実験によれば、レーザーパルスのピークパワーが１００Ｗ以下あるいはパルスの半値幅が１ｍｓ以上あるいは立ち下がり時間が１ｍｓ以上の場合にこのような現象が観察された。

次に図４（ａ）に示すように、図２（ａ）と図３（ａ）の中間に相当するようなパルス波形を用いた場合には、図４（ｂ）に示すようにアラミド繊維１３が溶融した成分により膜状の変質層１６として穴内壁が覆われる加工部断面形状が得られた。空孔部１１ａが穴内壁に存在した場合にも変質層１６により穴内壁に空孔部１１ａが現れることはない。特に熱収縮開始温度が１５０℃以上３００℃未満のアラミド繊維１３を用いた場合に、熱による繊維の縮退が効果的に起こり膜状の変質層１６が効率的に形成された。当然のことながら熱硬化性樹脂１２の成分も変質層１６に混入するが、変質層１６の効果に対しては影響するものではなく、熱硬化性樹脂１２の物性によってはアラミド繊維１３によって形成された変質層１６の空隙を補完するような作用が得られる場合もある。

本発明者の実験によれば、レーザーパルスのピークパワーが１００Ｗから１０００Ｗ程度の範囲、パルスの半値幅が５０μｓから１ｍｓ程度の範囲、立ち下がり時間が２０μｓから１ｍｓ程度の範囲の条件が全てあるいは一部満たされた場合にこのような加工が実現された。具体的には、厚み２００μｍのプリプレグに直径１５０μｍの穴加工を行う際に、パルスのピークパワーが５００Ｗ、パルスの半値幅が２５０μｓ、立ち下がり時間が５０μｓというレーザービームを１パルス照射した際に、良好な変質層１６の形成が確認された。別の実験ではパルスのピークパワーを４００Ｗ、半値幅を５００μｓ、立ち下がり時間を３００μｓとした場合においても良好な変質層１６が得られた。

基板材料１１の材質、厚み等によって最適な加工条件は様々に変化するが、所望の穴径を得るためにパルスのピークパワーおよび半値幅（パルス幅）を変化させて穴内壁に炭化層の形成が起こることなく所望穴径が得られる最適値、すなわち穴加工に必要な最小エネルギーを見いだし、変質層１６の形成が不十分な場合には立ち下がり時間を半値幅の約５０から２００％の範囲で変化させて変質層１６の形成に必要な加工エネルギーを与えることにより好ましい変質層１６を持つ所望穴径の加工ができる場合が多い。ただし、ピークパワーおよび半値幅についてはエネルギービームの発生源の構造などにより調整範囲が限られる場合も多いので、後述するようにマスクなどを用いてエネルギー量の調整を行う場合もある。

（実施の形態３）
図５（ａ）〜（ｆ）は本発明の第３の実施の形態における回路形成基板の製造方法を示す工程断面図である。本発明の第１の実施の形態と異なるのは基板材料が熱硬化性樹脂１２のみから構成されている点である。回路形成基板の要求される性能によってはこのような構成を採用することも可能である。本実施の形態においても第１の実施の形態と同様に変質層１６の形成により導電ペースト１７の拡散が防止される。なお、第１および第３の実施の形態についてはいずれも両面回路形成基板について記載したが、工程を繰り返すことにより多層回路形成基板が得られることは言うまでもない。また、不織布の代わりに織布を使用することおよび織布あるいは不織布を構成する繊維としてアラミド以外の有機繊維材料あるいはガラスなどの無機繊維材料を使用すること、熱硬化性樹脂１２に代えて熱可塑性樹脂を用いることも可能である。

（実施の形態４）
図６は本発明の第４の実施の形態における回路形成基板の製造装置を示す概略構成図である。レーザービーム発振器２０より導出されたレーザービーム１４は全反射ミラー２２等を経由してマスク２１に入射し所望のビーム径にマスクされ走査手段２３を経由して集光レンズ２４によって基板材料１１上に照射される。基板材料１１上の所望位置に照射するために走査手段２３には高速で動作するガルバノミラー等が用いられ、基板材料１１はＸＹステージ（図示せず）等に固定される、等の方法が用いられる。

次に、図７から図９までを用いてその動作を説明する。図７（ａ）のようにレーザービームの面内のエネルギー分布は中央部を頂点とするなだらかな分布を示す。本実施の形態ではシングルモードと呼ばれる単純な形状を示したが、数個のピークを中心から外周方向に持つマルチモードと呼ばれるモードを持つレーザービーム発振器を用いることも可能である。このようなレーザービームを基板材料１１に照射した場合には、図７（ｂ）に示すように基板材料１１に穴加工が行われるとともに穴周辺への熱影響によって変質層１６が形成される。レーザービーム周辺のエネルギー密度の小さい部分では基板材料１１の除去に必要なエネルギー量に達しないために変質層１６の形成は基板材料１１の表面部のみに起こり、図示するように変質層１６は基板表面に向かって広がるように形成される。

このような基板材料１１を前述した第３の実施の形態のような用途に用いた場合には、変質層１６が接続手段の拡散防止に必要な部分以外にも形成されていることから加熱加圧して基板材料１１を圧縮成形する場合の妨げとなり、接続手段の信頼性は低いものとなってしまう。そのため、レーザービーム周辺のエネルギー分布の小さい部分が基板材料１１に到達しないように図６中に示したようなマスク２１が用いられる。

図８にマスク２１を用いた場合の加工の状態を示す。図８（ａ）に示すようにレーザービームの点線で示す部分、すなわちエネルギー密度の小さい周辺部はマスク２１にてカットされている。そのため、図８（ｂ）に示すように変質層１６が必要以上に穴周辺に形成されることはなく穴内壁付近にのみ形成される。

さらにマスク２１によるレーザービームの選択幅を狭くした場合の加工状態を図９に示す。図９（ａ）に示すようにレーザービームの中心付近のエネルギー密度が高い部分のみが選択されて基板材料１１に照射される。この場合の加工断面は図９（ｂ）に示すように変質層１６のないものとなる。このような加工の場合においては、得られる穴径はレーザービームが基板材料１１に照射されたときのスポット径にほぼ等しいものとなる。このような基板材料１１を実施の形態３に示したような用途に用いた場合には圧縮成形時に導電ペーストの穴周辺への拡散が発生してしまう。

本発明者の実験によるとマスク２１により選択される光束すなわち加工に作用する光束がマスク２１に到達したレーザービーム１４の光束のうち２％以下の場合には図９に示すような現象が起こりやすい。すなわち、マスク２１に入射する光束つまりビーム直径が１０ｍｍであった場合に、マスク２１に形成されているビーム通過のための穴径が１ｍｍであった場合には、面積比にして１％の光束しか基板材料１１に到達できず、図９に示されるように変質層１６の無いまたは非常に少ない穴形成となってしまう。

また、レーザービーム発振器２０から導出されるレーザービーム１４の品質が非常に良好な場合にはマスク２１は必要ない場合もある。この場合にはレーザービーム周辺のエネルギー分布の小さい部分が照射された基板材料１１は変質層１６が形成されやすい加工条件となり、結果として穴内壁に好ましい変質層１６が得られる。

さらに、図９に示すような穴加工においても、レーザービーム１４の照射時間を穴形成に最小限必要な時間から延長していった場合には、レーザービーム１４の照射による熱影響が順次加工部付近に伝搬し穴径は照射時間とともに増大する。この場合には、穴内壁付近は基板材料１１が蒸発昇華する温度条件に達せずに変質層１６が形成される場合もある。ただし、照射時間をさらに延長した場合には炭化物が穴内に生成されてしまう。好ましい変質層１６の生成は基板材料１１上でのレーザービームスポット径の１１０から３００％程度に穴径を増大させた場合に見られるものでそれ以上に穴径を増大させた場合には炭化物の生成および穴内壁の凹凸が著しくなる等の問題が発生する。言い換えれば所望穴径の３０から９０％程度のレーザービーム径を用いれば良いこととなる。

好ましい変質層１６が得られる加工条件の一つの定義を以下に述べる。基板材料１１に貫通あるいは非貫通の穴を形成するに必要な最低限のエネルギー量を用い、かつ照射するレーザービームのパルス幅および立ち下がり時間が十分に短く、穴周囲に熱影響を及ぼさない場合の加工では、穴形成時の加工部の面内温度分布は穴加工部のみが除去加工に必要なしきい値以上になる急峻な分布であり、穴の体積分の基板材料１１が除去加工されるのみで穴内壁への変質層１６の生成は無い。

そして、好ましい変質層１６を得るためには穴加工部は除去加工に必要なしきい値以上とし、その周囲が変質層１６を形成するに好適な温度条件となるような比較的緩やかな温度分布とし、かつ必要以上に熱影響が基板材料１１上に広がることの無いようにしなければならず、そのためには前述した貫通あるいは非貫通の穴を形成するに必要な最低限のエネルギー量に変質層１６を形成するに必要なエネルギー量を加えたレーザーパルスを基板材料１１に照射することが必要である。その方法としてはパルス幅、立ち下がり時間を延長するか、レーザービームの中心から周辺部に向かってのエネルギー密度分布を利用することが前述の実施の形態に示したように有効である。

（実施の形態５）
図１０は本発明の第５の実施の形態における回路形成基板の製造方法を示す工程断面図である。基板材料１１として図１０（ａ）に示すような内層回路が形成された多層回路形成基板用材料を用いる。内層回路２５は金属箔およびめっき層により形成されており、絶縁層にはアラミド繊維１３と熱硬化性樹脂１２の複合材料が用いられている。次に図１０（ｂ）に示すように非貫通穴２６をレーザービーム（図示せず）の照射により基板材料１１の表面に形成する。その際に加工条件の最適化により非貫通穴２６の内壁に変質層１６を同時に形成する。炭酸ガスレーザを用いた場合には、金属箔への加工性が悪いことを利用して図中に示すように非貫通形状の加工が容易である。

次に図１０（ｃ）に示すように基板材料１１の表面にめっき層２７を形成する。めっき層２７は非貫通穴２６内で内層回路２５と接続される。めっき層２７の形成時に変質層１６の作用によりめっき液の基板材料１１内部へのしみ込みは防止される。最後に、めっき層２７をパターンニングすることにより表面に回路２８を有する図１０（ｄ）に示すような多層基板を得る。

なお、以上の本実施の形態ではエネルギービームとして炭酸ガスレーザーを用いて説明したが、その他の気体レーザーおよびＹＡＧレーザー等の固体レーザー、エキシマレーザーあるいはレーザー以外のエネルギービームの使用も可能である。

（実施の形態６）
図１１は本発明の第６の実施の形態における回路形成基板の製造方法を示す工程断面図である。図１１（ａ）に示す基板材料１１は熱硬化性樹脂１２からなる板状の材料であり、両面にフィルム３１がラミネート等の工法により接着されている。フィルム３１はポリエチレンテレフタレート等の有機材料あるいは金属箔を用いることができる。次に図１１（ｂ）に示すようにレーザービーム１４を用いて貫通穴１５を形成する。次に図１１（ｃ）に示すように基板材料１１にディッピングあるいはスプレー法などを用いて樹脂層３２を形成する。樹脂層３２の材料は溶剤で希釈した熱硬化性樹脂等が好適であり、塗布後に乾燥炉等で溶剤を除去し樹脂層３２の硬度を増しておくことが望ましい。

次に図１１（ｄ）に示すようにフィルム３１を剥離することによって貫通穴１５の内壁部のみに樹脂層３２が形成された基板材料１１を得る。このように形成した樹脂層３２は本発明の第３の実施の形態で説明した変質層１６と同様な効果を持ち、その後の工程で接続手段が貫通穴１５の周辺に拡散することを防止できるものである。以上の実施の形態では拡散防止手段として樹脂を用いたが、スパッタリングなどの手段で薄膜を基板材料１１に形成して同様の効果を得ることもできる。

（実施の形態７）
図１２は本発明の第７の実施の形態における回路形成基板の製造方法を示す工程断面図である。図１２（ａ）に示す基板材料１１は熱硬化性樹脂１２からなる板状の材料であり前述の実施の形態の説明と同様にＢステージ化されている。次に図１２（ｂ）に示すようにレーザービーム１４を用いて貫通穴１５を形成する。次に図１２（ｃ）に示すように導電ペースト１７を貫通穴１５に充填する。導電ペースト１７に熱硬化性樹脂１２と反応する材料を加えておくことが貫通穴１５の壁面付近に硬化層３３が形成される。熱硬化性樹脂１２は後の工程でＢステージから完全硬化させるためこの段階では硬化剤は潜在的なものとなっている。そこで、活性の高い硬化剤を導電ペースト１７に加えておくことで図１２（ｃ）の段階で導電ペースト１７と熱硬化性樹脂１２の接触面で硬化層３３を形成することができる。この後は、前述の本発明の第３の実施の形態に説明したような工程を実施することで回路形成基板を製造することができ、硬化層３３は拡散防止手段としての効果を発揮するものである。

（実施の形態８）
図１３は本発明の第８の実施の形態における回路形成基板の製造装置を示す概略構成図である。レーザービーム発振器２０より導出されたレーザービーム１４は全反射ミラー２２等を経由してシャッタ３４に入射し走査手段２３を経由して集光レンズ２４によって基板材料１１上に照射される。基板材料１１上の所望位置に照射するために走査手段２３には高速で動作するガルバノミラー等が用いられ、基板材料１１はＸＹステージ（図示せず）等に固定される等の方法が用いられる。

シャッタ３４を開閉することで、基板材料１１に照射されるレーザービーム１４のパルス幅を所望の値に設定することができる。レーザービーム発振器２０に与える発振指令信号のパルス幅を変化させてレーザービーム１４のパルス幅を調整することも可能であるが、シャッタ３４を用いた場合の方が得られるパルス幅の自由度は高い。発振指令信号のパルス幅とシャッタ３４の開閉時間の２条件の操作でレーザービーム１４を制御することがより好ましい。

このように構成されたレーザー加工装置を用いて、基板材料１１上に照射されるレーザービーム１４のパルス幅を、レーザービーム１４が照射された部分の基板材料１１が除去加工されるに必要な時間に、その除去加工された基板材料１１の周辺に順次熱影響がおよんで穴径が拡大し基板材料１１上でのエネルギービーム径の１１０〜３００％の穴径が得られるに必要な時間を加えたものとする、あるいは基板材料１１上に照射されるレーザービーム１４のパルス幅を、半値幅で５０μｓから１ｍｓの範囲内とするという前述の加工条件を設定したところ好ましい穴加工が実現できた。

（実施の形態９）
図１４は本発明の第９の実施の形態における回路形成基板の製造装置のレーザー発振部を示す斜視図である。上下の放電電極３５の間に放電電圧（図示せず）が印加され、ガス流方向３８と図示した方向にレーザー媒質気体が一定の流速で通過している。励起粒子３６はレーザー媒質気体の分子であり放電電極３５の間に発生する放電現象によって励起され、励起した状態から通常状態に励起粒子３６が戻る際にレーザービームが発生し、発生したレーザービームは発振部内で増幅されアパーチャ３９からレーザー導出方向３７に向かって外部に取り出される。

このような構成から理解できるように、図１４の点線部分で示したアパーチャ３９の投影部分にて発生したレーザービームのみが外部に取り出される。放電電圧の印加を停止してから導出されるレーザービーム強度が立ち下がるまでの時間は、放電電圧の印加を停止した時点で上下の放電電極３５に挟まれている励起粒子３６が図中点線で示したアパーチャ３９の投影部分を全て通過するまでの時間で決定される。すなわち、この立ち下がり時間はガス流の速度と放電電極３５の幅とアパーチャ３９の位置によって所望の値に設定することが可能である。たとえば放電電極３５の幅を５０ｍｍとしてその中央付近にアパーチャ３９を設け、ガス流速度を８０ｍ毎秒にした場合に約３００μｓの立ち下がり時間が得られ、好ましい変質層１６の形成が確認できた。

（ａ）〜（ｆ）本発明の第１の実施の形態の回路形成基板の製造方法の工程断面図 （ａ）本発明の第２の実施の形態の回路形成基板の製造方法のパルス波形概略図（ｂ）同加工部断面図 （ａ）本発明の第２の実施の形態の回路形成基板の製造方法のパルス波形概略図（ｂ）同加工部断面図 （ａ）本発明の第２の実施の形態の回路形成基板の製造方法のパルス波形概略図（ｂ）同加工部断面図 （ａ）〜（ｆ）本発明の第３の実施の形態の回路形成基板の製造方法の工程断面図 本発明の第４の実施の形態の回路形成基板の製造装置の概略構成図 （ａ）本発明の第４の実施の形態の回路形成基板の製造装置のレーザービームエネルギー分布図（ｂ）同加工部断面図 （ａ）本発明の第４の実施の形態の回路形成基板の製造装置のレーザービームエネルギー分布図（ｂ）同加工部断面図 （ａ）本発明の第４の実施の形態の回路形成基板の製造装置のレーザービームエネルギー分布図（ｂ）同加工部断面図 （ａ）〜（ｄ）本発明の第５の実施の形態の回路形成基板の製造方法の工程断面図 （ａ）〜（ｄ）本発明の第６の実施の形態の回路形成基板の製造方法の工程断面図 （ａ）〜（ｃ）本発明の第７の実施の形態の回路形成基板の製造方法の工程断面図 本発明の第８の実施の形態の回路形成基板の製造装置の概略構成図 本発明の第９の実施の形態の回路形成基板の製造装置の概略構成図 （ａ），（ｂ）従来の回路形成基板の製造方法の断面図 （ａ），（ｂ）従来の両面回路形成基板の断面図 従来の回路形成基板の断面図

符号の説明

１１ 基板材料
１２ 熱硬化性樹脂
１３ アラミド繊維
１４ レーザービーム
１５ 貫通穴
１６ 変質層
１７ 導電ペースト
１８ 金属箔
１９ 回路
２０ レーザービーム発振器
２１ マスク
２２ 全反射ミラー
２３ 走査手段
２４ 集光レンズ
２５ 回路
２６ 非貫通穴
２７ めっき層
２９ 炭化層
３２ 樹脂層
３３ 硬化層
３４ シャッタ
３５ 放電電極
３６ 励起粒子
３７ レーザー導出方向
３８ ガス流方向
３９ アパーチャ

Claims (3)

1. レーザービーム発振器と、全反射ミラー、開閉手段を有するシャッタ、走査手段、集光レンズとを備えた回路形成基板の製造装置であって、
   前記レーザービーム発振器は、放電電圧が印加された上下の放電電極と、その間を一定の流速で通過するレーザー媒質気体と、放電電極による放電現象によってレーザー媒質気体分子が励起された励起粒子を備え、
   前記励起粒子は励起した状態から通常状態に戻る際にレーザービームを発生し、そのレーザービームを増幅させ、放電電極間に位置するアパーチャからレーザー導出方向に向かって外部に取り出すことによりレーザービームを発振することを特徴とする回路形成基板の製造装置。
2. 放電電極間を通過するレーザー媒質気体の流速と、放電電極の幅と、放電電極間のアパーチャの位置は、所望の値に設定することが可能であることを特徴とする請求項１に記載の回路形成基板の製造装置。
3. シャッタの開閉、あるいはレーザービーム発振器に与える発振指令信号のパルス幅を変化させることにより、レーザービームのパルス幅を設定することが可能であることを特徴とする請求項１に記載の回路形成基板の製造装置。

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