JP2004327830A

JP2004327830A - プリント基板の製造方法およびプリント基板

Info

Publication number: JP2004327830A
Application number: JP2003122317A
Authority: JP
Inventors: Keiji Iso; 圭二礒; Kenta Tanaka; 研太田中
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 2003-04-25
Filing date: 2003-04-25
Publication date: 2004-11-18

Abstract

【課題】電子部品を埋め込むための凹部を良質に形成できるプリント基板の製造方法を提供する。
【解決手段】プリント基板の製造方法は、（ａ）金属からなる配線層を被覆する絶縁樹脂層を有する加工対象物に、第１のパルスエネルギ密度でパルスレーザビームを照射して、前記絶縁樹脂層を一部除去し、前記配線層が露出する深さには達しない凹部を形成する工程と、（ｂ）前記凹部の底面に、前記第１のパルスエネルギ密度より小さい第２のパルスエネルギ密度でパルスレーザビームを照射して、前記絶縁樹脂層をさらに除去し、前記凹部の底面に前記配線層を露出させる工程とを有する。
【選択図】図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プリント基板の製造方法およびプリント基板に関し、特に、電子部品の３次元実装に適したプリント基板の製造方法およびプリント基板に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子部品を高密度で実装できる３次元実装が注目されている。３次元実装に必要な工程の１つとして、プリント基板の絶縁樹脂層中に電子部品を埋め込む工程がある。
【０００３】
電子部品を埋め込む凹部を形成するために、プリント基板の絶縁樹脂層を広い面積に亘って除去し、内層配線を露出させる加工（いわゆるザグリ加工）が行われている。ザグリ加工はこれまで、ルータビット等を用いて機械加工により行われてきた。
【０００４】
参考のため図４に、プリント基板の凹部の底面に露出する内層配線のパタンの一例を示す。プリント基板３０の表層部に形成された縦５ｍｍ、横６ｍｍの矩形状の凹部３５の底面に、内層配線パタン３２ａが形成されている。
【０００５】
なお、本発明は、新規なプリント基板の製造方法およびプリント基板を提供するものであり、本発明者は、本発明に関連する先行技術文献については存知しない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来の機械加工では、加工部の深さを高精度に制御することが困難であった。例えば、凹部の底面に配線パタンを露出させる際に、配線パタンの表面がドリルに削られて損傷する問題や、また、配線パタン表面の損傷を避けようとすると、絶縁樹脂層が除去しきれずに残存する問題等が生じていた。
【０００７】
本発明の一目的は、電子部品を埋め込むための凹部を生産性良く形成できるプリント基板の製造方法を提供することである。
【０００８】
本発明の他の目的は、電子部品を埋め込むための凹部を、配線パタンの損傷を抑制して形成できるプリント基板の製造方法を提供することである。
【０００９】
本発明の他の目的は、電子部品を埋め込むための凹部を、底面の段差を小さくして形成できるプリント基板の製造方法を提供することである。
【００１０】
本発明の他の目的は、電子部品を埋め込むための良質な凹部が形成されたプリント基板を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の一観点によれば、（ａ）金属からなる配線層を被覆する絶縁樹脂層を有する加工対象物に、第１のパルスエネルギ密度でパルスレーザビームを照射して、前記絶縁樹脂層を一部除去し、前記配線層が露出する深さには達しない凹部を形成する工程と、（ｂ）前記凹部の底面に、前記第１のパルスエネルギ密度より小さい第２のパルスエネルギ密度でパルスレーザビームを照射して、前記絶縁樹脂層をさらに除去し、前記凹部の底面に前記配線層を露出させる工程とを有するプリント基板の製造方法が提供される。
【００１２】
プリント基板の絶縁樹脂層の一部を除去して、電子部品を埋め込む凹部を形成するために、まず、絶縁樹脂層に高フルエンスでパルスレーザビームを照射する。これにより、少ないショット数で凹部が大部分の深さまで形成されるので、生産性を向上できる。
【００１３】
高フルエンスでのレーザビーム照射の後、凹部の底面に低フルエンスでパルスレーザビームの照射を行って、さらに絶縁樹脂層を除去し、内層の配線層を露出させる。低フルエンスでのレーザビーム照射により、絶縁樹脂層を過剰に除去することが抑制されるので、形成される凹部の底面の段差を小さくすることができる。
【００１４】
本発明の他の観点によれば、絶縁樹脂層と、前記絶縁樹脂層の内部に埋め込まれた金属からなる配線層と、前記絶縁樹脂層の表層部に形成され、底面に前記配線層が露出し、前記配線層が露出する第１の領域の深さよりも前記配線層が露出しない第２の領域の深さが深く、前記第１の領域の深さと前記第２の領域の深さとの差が５μｍ以内である凹部とを有するプリント基板が提供される。
【００１５】
絶縁樹脂層に形成された凹部の底面が有する段差が小さいため、該凹部への電子部品の埋め込みが良好に行える。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１（Ａ）は、本発明の実施例によるプリント基板の製造方法に用いられるレーザ加工装置の概略図である。
【００１７】
レーザ光源１が、パルスレーザビームを出射する。レーザ光源１は、炭酸ガス（ＣＯ_２）レーザ発振器であり、ＴＥＡ（ＴｒａｎｓｖｅｒｓｅｌｙＥｘｃｉｔｅｄＡｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃＰｒｅｓｓｕｒｅ）モードのＣＯ_２レーザ発振器や、ＲＦ−ＣＯ_２レーザ発振器を用いることができる。
【００１８】
レーザ光源１から出射したレーザビームは、ビーム整形・均一光学系２に入射する。ビーム整形・均一光学系２は、ビーム断面を整形し、ビーム断面内の光強度分布をほぼ均一にする。ビーム整形・均一光学系２を出射したレーザビームは、折り返しミラー３で反射され、集光レンズ４に入射する。集光レンズ４により収束されたレーザビームは、加工対象物５の表面に入射する。加工対象物５に照射されるレーザビームの断面形状は、長さ５ｍｍ、幅０．５ｍｍの、１辺の方向に細長い形状に整形されている。
【００１９】
図１（Ｂ）は、加工対象物５の断面図である。下地基板１０の上に、エポキシ樹脂等からなるビルドアップ層１１が３層積層されている。銅配線１２が、各ビルドアップ層１１の上側表層部に形成されている。上下に隣接する銅配線１２を接続するように、ビアホール１３が形成されている。ビアホール１３には銅が充填されている。説明のため、最上層のビルドアップ層１１の表層部に形成されている銅配線を特に１２ａで示す。
【００２０】
銅配線１２ａを覆うように、最上層のビルドアップ層１１の表面上に、エポキシ樹脂等からなる絶縁樹脂層１４が形成されている。後に詳述するように、絶縁樹脂層１４に、電子部品を埋め込むための凹部を形成する。なお、絶縁樹脂層１４の厚さは、埋め込む電子部品の大きさ等に応じて適宜設定される。本実施例では、絶縁樹脂層１４の厚さが１００μｍの場合を説明する。
【００２１】
図１（Ａ）に戻って説明を続ける。加工対象物５は、ＸＹステージ６の可動面上に保持されている。ＸＹステージ６の可動面を移動させることにより、加工対象物５の表面の所望の位置にレーザビームを照射して、穴開け加工をすることができる。
【００２２】
コントローラ７が、レーザ光源１から出射されるパルスレーザビームのパルスエネルギやＸＹステージの移動量等を制御する。
【００２３】
次に、図２、図３を参照して、本発明の実施例によるプリント基板の製造方法について説明する。
【００２４】
図２は、加工対象物５を図１（Ａ）の集光レンズ４側から見た平面図である。加工対象物の表面の凹部を形成すべき領域（図の破線で示す領域）の形状が、短辺の長さ５ｍｍ、長辺の長さ１０ｍｍの矩形である場合を例に説明する。ここで、該矩形の短辺の長さと、被加工面に照射されるビームの断面の長手方向の長さとは一致している。
【００２５】
まず、凹部１５を形成すべき領域を示す矩形の短辺とビーム断面の長手方向の辺が接し、該矩形の２つの長辺とビーム断面の長手方向の両端が接するような位置に（つまり、該矩形の長辺方向の一端の全幅上に）、エネルギ密度（フルエンス）が、被加工面において１パルスあたり１０Ｊ／ｃｍ^２となる高フルエンスの条件で、２ショットのパルスレーザビームを照射する。
【００２６】
この２ショットの照射により、絶縁樹脂層１４に、銅配線１２ａの表面までの深さ（１００μｍ）に少し及ばない深さの穴を形成する。好ましくは、銅配線１２ａの表面の深さまで残り５μｍ以内となる深さの穴を形成する。
【００２７】
以後順次、ビーム入射領域２０をビーム断面の長手方向と直交する一方向（図では右方向）に移動させながら、凹部を形成すべき領域の端（図では矩形の右端）に達するまで、被加工面へのパルスレーザビーム照射を続ける。このとき、移動後のビーム断面が、移動前に照射された領域と接するようにして、ビーム入射領域２０を移動させていく。各照射位置において、被加工面での１パルスあたりのフルエンス１０Ｊ／ｃｍ^２で、２ショットずつの照射を繰り返す。
【００２８】
各照射位置には、ほぼ均一な深さの穴が形成される。各穴が連続することにより、銅配線１２ａの表面までの深さに少し及ばない、ほぼ均一な深さを有する凹部が形成される。なお、図中の矢印は、上記工程におけるビーム照射位置の移動方向を示している。
【００２９】
なお、ビーム断面内の光強度分布は均一であることが好ましいが、ビーム断面の中心部で高く、周辺部で低い光強度分布を有するレーザビームを用いることもできる。その場合は、隣接する照射位置に照射されるビームの断面の縁部同士が重なるようにして、凹部の深さの均一化を図ることができる。
【００３０】
図３（Ａ）は、図２に示した凹部１５を形成すべき領域内の各照射位置へ、２ショットずつのパルスレーザビーム照射が終了した時点の、加工対象物の断面図である。
【００３１】
凹部１５は、途中の深さまで形成されており、まだ銅配線１２ａは露出していない。引き続き、図２を参照して説明した方法と同様な方法で、凹部１５の底面全体にパルスレーザビームの照射を行う。ただし今回は、各照射位置において、被加工面での１パルスあたりのフルエンスが２Ｊ／ｃｍ^２となる低フルエンスの条件で、１ショットずつの照射を行う。
【００３２】
図３（Ｂ）に示すように、この１ショットずつの照射により、残りの絶縁樹脂層１４が除去され、凹部１５の底面に銅配線１２ａが露出し、深さ約１００μｍのほぼ平坦な底部を有する凹部１５が完成する。
【００３３】
さて、凹部を完成させるためのレーザビーム照射を、低フルエンスではなく、例えば被加工面での１パルスあたりのフルエンス１０Ｊ／ｃｍ^２の高フルエンスで行うと、凹部１５の平坦性が低下してしまう。
【００３４】
凹部を完成させるためのレーザビーム照射を高フルエンスで行った場合、図３（Ｂ）に破線で示すように、凹部１５の底面の、銅配線１２ａが存在しない部分のビルドアップ層１１が過剰に除去されてしまう。一方、銅配線１２ａは、ＣＯ_２レーザを反射するので、除去されない。したがって、凹部１５の底面内に大きな段差が生じ、該底面の平坦性が低下する。凹部１５の底面の平坦性の低下は、凹部１５に電子部品を埋め込む際に好ましくない影響を及ぼす。
【００３５】
以上説明したように、凹部を形成する工程を前後２つに分け、第１の工程において、高フルエンスの条件でパルスレーザビームを照射する。これにより、少ないショット数で凹部が大部分の深さまで形成されるので、生産性を向上できる。生産性を向上させるためには、１パルスあたりのエッチングレートを１０μｍ以上とすることが好ましい。
【００３６】
また第２の工程において、残りの絶縁樹脂層を除去し、銅配線を露出させるパルスレーザビーム照射を、低フルエンスの条件で行う。これにより、絶縁樹脂層を過剰に除去することが防止される。
【００３７】
なお、低フルエンスの照射を行う本実施例の方法においても、銅配線１２ａを確実に露出させるためには、図３（Ｂ）に示すように、銅配線１２ａが存在しない底面の領域はややオーバーエッチングされることとなる。したがって、銅配線が露出する領域の深さよりも、それ以外の領域の深さのほうが、微小ではあるが深くなり、底面には段差が残る。底面の段差は５μｍ以内に抑えることが好ましい。段差を５μｍ以内に抑えるためには、第２の工程におけるレーザ照射を、１パルスあたりのエッチングレートが５μｍ以下となるような低フルエンスで行うことが好ましい。
【００３８】
銅配線１２ａは、ＣＯ_２レーザにより加工されない。したがって、銅配線１２ａの表面は、凹部形成のためのレーザ照射により荒らされない。なお、従来の技術である機械加工により凹部を形成した場合には、露出した配線層１２ａの表面に切削傷がつくことが起こる。
【００３９】
レーザ光源としてＣＯ_２レーザを用いる場合を説明したが、レーザ光源には、紫外線領域（ＵＶ）の波長を有する高調波固体レーザ発振器を用いることもできる。ただし、ＵＶレーザを用いる場合には、銅配線が加工されてしまう問題が生じる。銅は、例えば３５５ｎｍのレーザビームを、１パルス当たりのフルエンス３Ｊ／ｃｍ^２以上で照射すると溶融してしまう。したがって、銅配線を露出させるレーザビーム照射は、銅が溶融しない範囲の低いフルエンスで行うことが望ましい。
【００４０】
なお、凹部１５の形成後、必要に応じて、過マンガン酸溶液を用いた湿式処理やプラズマ処理等によりデスミアを行ってもよい。
【００４１】
さて、凹部１５が完成した後、図３（Ｃ）に示すように、凹部１５にコンデンサ、抵抗等の電子部品１６を挿入する。電子部品１６は、銅配線１２ａと電気的に接続される。
【００４２】
次に、図３（Ｄ）に示すように、絶縁樹脂層１４の表面上に、絶縁樹脂層１７を積層し、電子部品１６を覆う。ビルドアップ層１１、絶縁樹脂層１４、１７の中への電子部品１６の埋め込みが完成する。
【００４３】
なお、絶縁樹脂層１４とビルドアップ層１１とを合わせて絶縁樹脂層と捉えてもよい。凹部は、この絶縁樹脂層の表層部に形成される。凹部の底面には配線層が露出する。凹部の深さは、配線層が露出する領域よりも、配線層が露出しない領域の方が深いが、この深さの差は５μｍ以内に抑えることができる。
【００４４】
被加工面上の凹部を形成する領域の形状、大きさは、実施例で説明したものに限らない。また、被加工面上のビーム断面の形状、大きさは、実施例で説明したものに限らない。
【００４５】
第１の工程、第２の工程それぞれで照射するパルスレーザビームの被加工面におけるフルエンスは、絶縁樹脂層１４の素材や厚さ等を勘案して適宜設定することができる。
【００４６】
被加工面に照射されるレーザビームのフルエンスの調節は、レーザ光源から出射されるパルスレーザビームのパルスエネルギを調節することにより行うことができる。また、レーザ光源から加工対象物に至るレーザビームの光路中に、アッテネータを挿入することにより、フルエンスを調節してもよい。その他、デフォーカスによって、被加工面に照射されるレーザビームのフルエンスを下げることもできる。
【００４７】
プリント基板の製造方法に用いられるレーザ加工装置は、ビーム整形器から出射したレーザビームを、ガルバノスキャナに入射させ、ガルバノスキャナで進行方向を振られたレーザビームを、ｆθレンズにより加工対象物の表面に集光させる構成であってもよい。ガルバノスキャナでレーザビームの進行方向を振ることにより、加工対象物の表面上のレーザビームが照射される位置を移動させることができる。
【００４８】
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。
【００４９】
【発明の効果】
プリント基板の絶縁樹脂層の一部を除去して、電子部品を埋め込む凹部を形成するために、まず、絶縁樹脂層に高フルエンスでパルスレーザビームを照射する。これにより、少ないショット数で凹部が大部分の深さまで形成されるので、生産性を向上できる。
【００５０】
高フルエンスでのレーザビーム照射の後、凹部の底面に低フルエンスでパルスレーザビームの照射を行って、さらに絶縁樹脂層を除去し、内層の配線層を露出させる。低フルエンスでのレーザビーム照射により、絶縁樹脂層を過剰に除去することが抑制されるので、形成される凹部の底面の段差を小さくすることができる。
【００５１】
凹部形成に用いるレーザの種類や照射条件を適宜設定することにより、凹部の底面に露出する配線の損傷を抑制できる。
【００５２】
絶縁樹脂層に形成された凹部の底面が有する段差が小さいため、該凹部への電子部品の埋め込みが良好に行える。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例によるプリント基板の製造方法に用いられるレーザ加工装置の概略図（Ａ）、および、加工対象物の断面図（Ｂ）である。
【図２】実施例によるプリント基板の製造方法を説明するための、加工対象物の平面図である。
【図３】実施例によるプリント基板の製造方法を説明するための、加工対象物の断面図である。
【図４】内層配線のパタンの例を示す、プリント基板の平面図である。
【符号の説明】
１レーザ光源
２ビーム整形・均一光学系
３折り返しミラー
４集光レンズ
５加工対象物
６ＸＹステージ
７コントローラ
１０下地基板
１１ビルドアップ層
１２、１２ａ銅配線
１３ビアホール
１４、１７絶縁樹脂層
１５凹部
１６電子部品

Claims

（ａ）金属からなる配線層を被覆する絶縁樹脂層を有する加工対象物に、第１のパルスエネルギ密度でパルスレーザビームを照射して、前記絶縁樹脂層を一部除去し、前記配線層が露出する深さには達しない凹部を形成する工程と、
（ｂ）前記凹部の底面に、前記第１のパルスエネルギ密度より小さい第２のパルスエネルギ密度でパルスレーザビームを照射して、前記絶縁樹脂層をさらに除去し、前記凹部の底面に前記配線層を露出させる工程と
を有するプリント基板の製造方法。
さらに、
（ｃ）前記工程（ｂ）の後、前記凹部に電子部品を挿入する工程を含む請求項１記載のプリント基板の製造方法。
絶縁樹脂層と、
前記絶縁樹脂層の内部に埋め込まれた金属からなる配線層と、
前記絶縁樹脂層の表層部に形成され、底面に前記配線層が露出し、前記配線層が露出する第１の領域の深さよりも前記配線層が露出しない第２の領域の深さが深く、前記第１の領域の深さと前記第２の領域の深さとの差が５μｍ以内である凹部と
を有するプリント基板。
さらに、
前記凹部に挿入され、前記配線層に電気的に接続される電子部品を有する請求項３記載のプリント基板。