JP2004356588A - Material processing method by ultrashort pulse laser, printed circuit board and its manufacturing method - Google Patents

Material processing method by ultrashort pulse laser, printed circuit board and its manufacturing method Download PDF

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JP2004356588A JP2003155665A JP2003155665A JP2004356588A JP 2004356588 A JP2004356588 A JP 2004356588A JP 2003155665 A JP2003155665 A JP 2003155665A JP 2003155665 A JP2003155665 A JP 2003155665A JP 2004356588 A JP2004356588 A JP 2004356588A
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Susumu Emori
晋 江森
Atsushi Sasaki
淳 佐々木
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Toppan Inc
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Toppan Printing Co Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a stable processing method of a recessed portion by which accuracy of a submicron order is easily obtained without using a complicated processing process such as a lithography process. <P>SOLUTION: In the material processing method by an ultrashort pulse laser, a femtosecond laser 12 is irradiated to a substrate 3 formed by an insulating material 1, and the recessed portion 13 is formed for embedding and forming an electronic element 5 on the substrate. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、各種の材料で形成された基板に対して、この基板に電子素子を埋込形成するための凹部を形成する加工技術に係わり、特に、フェムト秒レーザーを用いた超短パルスレーザーによる材料加工方法、この超短パルスレーザーによる材料加工方法を用いたプリント配線板の製造方法、及びこのプリント配線板の製造方法で製造されたプリント配線板に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、電子回路の小型化の進展により、電子部品は、その大部分が表面実装されるようになった。抵抗、コンデンサ、インダクタの受動電子素子はチップ化され、より小型化への一途を辿っている。一方、有機材料を基材とする多層プリント配線板の基板に対して、印刷や、作込み、埋込みによって各種の受動電子素子を搭載するようになってきた。
【0003】
これらの受動電子素子をプリント配線板の基板に対して作込んだり、埋込形成するためには、基板にこれらの受動電子素子を作込んだり、埋込形成するための3次元の微細な凹部を加工により形成する必要がある。この基板に対する凹部の形成には、通常、リソグラフィー(写真蝕刻)工程が用いられる。
【0004】
このリソグラフィー工程では、複数の材料膜を積層し、3次元の凹部の加工を施す層において、レジストコート、レジストパターン形成露光、レジスト現像、パターンエッチング、レジスト剥離等の一連の工程が実施される。
【0005】
図11に電子素子を構成する抵抗体が埋込形成されたプリント配線板の従来の製造方法を示す。
【0006】
先ず、ガラスエポキシなど複合材料からなる0.5mmから数mm前後の厚さの基材1に10μm程度の厚さの銅箔2が貼付けられた銅張基板3を作成する(図11(a))。次に、この銅張基板3の銅箔2の表面に感光性のレジスト4を塗布し(図11(b))、その後、レジスト4に対して配線パターン(電子回路)のパターン露光(図11(c))、現像(図11(d))を順次行なう。
【0007】
続いて、エッチングにより銅箔2を露光パターンに応じて除去し、図示しない配線パターン(電子回路)を形成する(図11(e))。エッチング終了後、レジスト4を溶剤で剥離し、配線パターンを露出させる(図11(f))。
【0008】
スクリーン印刷などにより抵抗体5を、この抵抗体5の両端が銅箔2の配線パターン(電子回路)にかぶるように塗布する(図11(g))。塗布された抵抗体5に対して、図示しない低温焼成などの固化処理を実施した後、抵抗体5に対してYAGレーザー6を用いてレーザー照射して、抵抗体5の抵抗値が設計許容値内になるように、この抵抗体5をトリミングする(図11(h))。最後に、この抵抗体5の上面を覆うように絶縁皮膜7をラミネートや塗布工程により形成する(図11(i))。
このようにして、抵抗体5が内部に埋込形成されたプリント配線板が製造される。
【0009】
次に、図12、図13に電子素子として誘電体(コンデンサ)が埋込形成されたプリント配線板の従来の製造方法を示す。
【0010】
図11と同様に、ガラスエポキシなど複合材料からなる0.5mmから数mm前後の厚さの基材1に10μm程度の厚さの銅箔2bが貼付けられた銅張基板3を作成する(図12(a))。次に、銅箔2bの表面に感光性のレジスト4をドライフィルムレジストラミネート(DFRラミ)法により形成し(図12(b))、その後、下部電極を含む配線パターン(電子回路)のパターン露光を行い(図12(c))、現像を実施する(図12(d))。
【0011】
続いて、エッチング処理により銅箔2bを露光パターンに応じて除去することにより、誘電体(コンデンサ)の下部電極8bの配線パターン(電子回路)を形成する(図12(e))。エッチング終了後、溶剤にてレジスト4を剥離して、下部電極8bの配線パターンを露出させる(図12(f))。
【0012】
次に、下部電極8bの配線パターンの上面に、絶縁樹脂9をドライフィルムレジストラミネート(DER)法により貼付ける(図12(g))。その後、レジスト塗布、パターン露光、現像、エッチング処理、レジスト剥離等のリソグラフィー工程を繰返し(図12(h))、3次元の凹部(充填溝)10を形成する(図12(i))。そして、この形成した凹部(充填溝)10内に、誘電体11を塗布充填する(図13(j))。なお、図示しないが、このあと誘電体11の表面の平滑化処理を行う場合もある。
【0013】
凹部(充填溝)10内に誘電体11を塗布充填した後に、無電解メッキにより銅箔2bを形成する(図13(k))。その後、再度、リソグラフィー法により、ドライフィルムレジストラミネート(DFR)、露光、現像、エッチング、レジスト剥離を順次実行して(図13(l)(m)(n)(o))、誘電体11の上部電極8aを誘電体11上に形成する。
【0014】
その後、上部電極8aに対してYAGレーザー6を用いてレーザー照射して、誘電体11の電極8a、8b間の容量値が設計許容値内になるように、この上部電極8aをトリミングする(図13(p))。
【0015】
このようにして、誘電体11が内部に埋込形成されたプリント配線板が製造される。
【0016】
【特許文献1】
特開2001−239379号公報
【0017】
【非特許文献1】
緑川克美、「フェムト秒レーザーと物質の相互作用」、レーザー加工学会誌 Vol.8,No.3(2001)
【0018】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述したレジスト塗布、パターン露光、現像、エッチング処理、レジスト剥離等を含むリソグラフィー工程における基板その他の部材に対する加工精度は、一般的に、2μm程度である。
【0019】
図12、図13で示した誘電体11が内部に埋込形成されたプリント配線板においては、図12(i)で形成された凹部(充填溝)10の寸法ばらつきが大きい。そのために、誘電体11の電極8a、8b間の容量値が設計許容値内になるように、この上部電極8aをレーザー照射してトリミングする必要がある。
【0020】
また、図11で示した抵抗体5が内部に埋込形成されたプリント配線板においては、図11(f)に示すように、抵抗体5をスクリーン印刷等を用いて両端が銅箔2の配線パターン(電子回路)にかぶるように塗布している。そのため、20%以上の抵抗値のばらつきが発生する。そのため、図11(g)に示すトリミング工程を追加しなければならないという問題がある。
【0021】
トリミングを行わない製造方法とするためには抵抗体5や凹部(充填溝)10に対してサブμmの微細加工を行う必要があるが、上記の様な従来の加工工程では、加工条件の管理の厳しさ、設備の煩雑さとその規模が膨大となり、歩留まりの低下と共に加工コストが急騰する。
【0022】
本発明は以上のような従来の技術が持つ問題点に着目してなされたものであって、リソグラフィー工程のような複雑な加工工程を使用することなく、簡単にかつ高い加工精度を有し、かつ埋込形成された電子素子に対する特性値に対する調整を実施する必要のなく、製造方法を簡素化できるフェムト秒レーザーを用いた超短パルスレーザーによる材料加工方法、この超短パルスレーザーによる材料加工方法を用いたプリント配線板の製造方法、及びこのプリント配線板の製造方法で製造されたプリント配線板を提供することを目的とする。
【0023】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解消するために、請求項1の発明は、絶縁材料で形成された基板に対してフェムト秒レーザーを照射して、この基板に電子素子を埋込形成するための凹部を形成することを特徴とする超短パルスレーザーによる材料加工方法である。
【0024】
請求項2の発明は、有機材料に無機材料が混合された複合材料で形成された基板に対してフェムト秒レーザーを照射して、この基板に電子素子を埋込形成するための凹部を形成することを特徴とする超短パルスレーザーによる材料加工方法である。
【0025】
請求項3の発明は、金属層と絶縁材料層とが積層された基板に対してフェムト秒レーザーを照射して、この基板に電子素子を埋込形成するための凹部を形成することを特徴とする超短パルスレーザーによる材料加工方法である。
【0026】
請求項4の発明は、有機材料に無機材料が混合された複合材料層と金属層とが積層された基板に対してフェムト秒レーザーを照射して、この基板に電子素子を埋込形成するための凹部を形成することを特徴とする超短パルスレーザーによる材料加工方法である。
【0027】
この請求項1〜4において、フェムト秒レーザーを使用することによって、基板に電子素子を埋込形成するためのサブμmの寸法精度を有した凹部を形成できる。また、材料の光吸収特性に合わせたレーザー光源(波長)の選択が不要となる。よって、優れた加工特性を有する凹部を、種々の材料で形成された基板に対して形成可能となる。
【0028】
請求項5の発明は、請求項1から4のいずれか1項記載の超短パルスレーザーによる材料加工方法において、電子素子は、抵抗、コンデンサ、インダクタのうちのいずれか1つである。
【0029】
請求項6の発明は、請求項1から5のいずれか1項記載の超短パルスレーザーによる材料加工方法において、加工すべき凹部の深さを、フェムト秒レーザーが有する照射エネルギー量に対する加工深さ特性における深さ方向のしきい値領域内とする。
【0030】
この請求項6においては、フェムト秒レーザーの照射エネルギー量に変動が生じた場合においても、加工すべき凹部の深さはほとんど変動せずに高い加工精度を維持する。
【0031】
請求項7の発明は、絶縁材料で形成された基板の一方面に対してフェムト秒レーザーを照射して、この基板に凹部を形成し、この形成された凹部内に電子素子の材料を充填することによって、凹部内に電子素子を埋込形成し、電子素子が埋込形成された基板の一方面に対して、電子素子に対する電極を含む電子回路を有する金属層を形成することを特徴とするプリント配線板の製造方法である。
【0032】
請求項8の発明は、絶縁材料層と金属層とを積層した基板における金属層に電子素子に対する電極を含む電子回路を形成し、基板における金属層の上面に絶縁皮膜層を形成し、この絶縁皮膜層が形成された基板の絶縁皮膜層側面に対して、フェムト秒レーザーを照射して、この基板に電子回路に達する凹部を形成し、この形成された凹部内に電子素子の材料を充填することによって、凹部内に電子素子を埋込形成することを特徴とするプリント配線板の製造方法である。
【0033】
この請求項7、8においては、基板等の加工対象に凹部を、フェムト秒レーザーを用いて形成しているので、リソグラフィー工程のような複雑な加工工程を使用する必要なく、製造工程を簡素化できる。
【0034】
請求項9の発明は、請求項7又は8記載のプリント配線板の製造方法で製造されたプリント配線板である。
【0035】
【発明の実施の形態】
先ず、樹脂等の有機材料やセラミック基板等各種の絶縁材料で形成された基板等の加工対象に凹部を、フェムト秒レーザーを用いて形成することに対する特徴について述べる。
【0036】
なお、本発明で述べる絶縁材料とは、広く一般にプリント配線板の基板や、基板材料の一部として使用される絶縁性の材料をいい、具体的にはセラミックやガラス等の無機材料、エポキシ、ポリイミド、液晶ポリマー、紙フェノール等の樹脂を含む有機材料、ガラスエポキシ等の有機材料と無機材料からなる複合材料をいう。
【0037】
フェムト秒レーザーとは、図7に示すにように、オン時間(パルス幅)が、熱緩和時間より短い10−12秒(1ピコ秒)以下に設定された超短パルスレーザーである。ちなみに、通常のYAGレーザー(基準波YAGレーザー)のパルス幅は10−3秒程度であり、高周波YAGレーザーのパルス幅は10−6秒程度である。
【0038】
本発明によるパルス幅が1ピコ秒以下のフェムト秒レーザーを有機化合物に対して高い深さ精度を要求される加工などに用いることが近年になって提唱されるようになった。図7はレーザーパルス幅とレーザー照射に起因する加工材料内の熱拡散長との関係を示す特性図である。この特性図で理解できるように、フェムト秒レーザーにおいては、多光子吸収や熱緩和時間よりも短時間の現象であることなどにより非熱加工が可能である。さらに、非線形応答のため加工分解能は光の回折限界以下であり、高い精度の加工が可能である。このようなフェムト秒レーザーが有する基本特性は既に非特許文献1に報告されている。
非熱加工が可能であることは、加工材料が溶融しないので、加工部分の周囲に溶融物が飛散しない。
【0039】
次に、図9に示すように、パルス幅がナノ秒以上の従来のYAGレーザー又は炭酸ガスレーザーでは、照射エネルギー量(レーザーフルエンス)と加工体積(寸法)はほぼ線形比例関係にある。
【0040】
しかし、パルス幅が1ピコ秒以下のフェムト秒レーザーでは、照射エネルギー量(レーザーフルエンス)と加工寸法は非線形関係にある。特に、ビーム方向と垂直の方向、つまり幅方向にはサブμmの広がりを持つのみであり、深さ方向への加工進行が主体的である。
【0041】
発明者は、電子回路素子と配線幅の精密加工を鋭意研究の途上、材料によらず、1ピコ秒以下のフェムト秒レーザーを用いて加工を行った場合、図8に示すように、照射エネルギー量に比例した加工深さが得られないこと、つまり、あるエネルギー範囲では加工深さがナノメートル(nm)の勾配でほぼ一定となり、ある照射エネルギー量で桁違いに加工が進むことを確認した。
【0042】
照射エネルギー量0から徐々に照射エネルギー量を上げていくとある照射エネルギー量までは加工(加工深さ)がナノメートル(nm)オーダーで進む。その後、サブμm(マイクロメータ)オーダーで一気に加工(加工深さ)が進行する。このときの最初のサブμmオーダーの加工が開始される照射エネルギー量(値)をアブレーションしきい値と呼ぶ。
【0043】
照射エネルギー量を更に上げて行くと、第2、第3のしきい値が現れることも確認した。つまり、パルス幅が1ピコ秒以下のフェムト秒レーザーを用いることで、照射エネルギー量に変動がある場合でも、加工が停滞する照射エネルギー値の範囲内であれば、安定した寸法(加工深さ)の加工が可能であることが見出された。
【0044】
逆に、図8に示す照射エネルギー量に対する加工深さ特性における深さ方向の加工が停滞するしきい値イ、ロ、ハの領域内に加工すべき凹部の深さを設定すれば、たとえ照射エネルギー値が変動したとしても、凹部の深さは設定れた値に例えばサブμmの精度で一致する。このように、フェムト秒レーザーの図8に示す非線形加工特性を利用することによって、照射エネルギーの設定が簡略化される。
【0045】
これが発明者の実験の誤りではなく、原理的に正しいことが特許文献1に示されている。この特許文献1によれば、個体状低分子有機化合物の加工では、700nm加工の間に3つのステップ(ほぼ一定値)が存在するという実験結果を報告している。
【0046】
発明者は、厚さ12μmの銅箔を試料として実験した。この実験結果によると、加工深さが5μm、9μm、11μmと3段階(3段階のしきい値)で進行し、4段階目で銅箔を貫通し、下層の支持基材に達した。しかしながら、銅箔表面位置での加工幅には変化が起こらない。このことは、照射エネルギー量をパラメーターとして複数の溝加工を実施したが、その全てで加工幅に有意差は見られなかったことにより確認されている。
【0047】
また、今回使用したフェムト秒レーザーの発振波長は、図10に示すように、ほぼ780nmであり、銅の光エネルギー吸収帯域(ほぼ400nm以下)から外れているが、十分な加工ができたことで、材料の光吸収波長に依存しない加工が可能であることを確認した。例示した特許文献1に示されているように、銅やガラス等の材料の光吸収帯域は400nm以下の波長域である。それにもかかわらず、約2倍の波長を持つフェムト秒レーザーの使用が可能である。
【0048】
以上のように、本発明では、フェムト秒レーザーが有する図8に示す階段状加工進行原理と、図10、図7に示す材料選択性の少ない非熱加工特性を応用し、複数種類の材料が混合又は積層されている加工対象に対して、サブμmオーダーの3次元微細構造を安定して加工可能となる。
【0049】
以下、本発明の各具体的実施形態を図面を用いて説明する。
なお、通常、電子素子といえば記線の済んだ受動素子(抵抗、コンデンサ、インダクタ等)を指すが、本明細書中でいう、本発明により加工材料に形成された凹部に埋込まれる抵抗、コンデンサ、インダクタとは、これら電子素子そのものだけでなく、その材料を前記凹部に充填することで形成された抵抗体、誘電体、磁性体等の、電子素子を構成する部分も含むものとする。
【0050】
(第1実施形態)
図1は本発明の第1実施形態に係わる超短パルスレーザーによる材料加工方法を用いたプリント配線板の製造方法を示す製造工程図である。このプリント配線板においては、基板に電子素子を構成する抵抗体が埋込形成される。図11に示した従来のプリント配線板の製造方法を示す製造工程図と同一部分には同一符号を付して、重複する部分の詳細説明は省略する。
【0051】
先ず、ガラスエポキシなど有機材料を含む複合材料からなる0.5mmから数mm前後の厚さの基材1に10μm程度の厚さの銅箔2が貼付けられた銅張基板3を作成する(図1(a))。次に、この銅張基板3の銅箔2の表面に感光性のレジスト4を塗布し(図1(b))、その後、レジスト4に対して配線パターン(電子回路)のパターン露光(図1(c))、現像(図1(d))を順次行なう。
【0052】
続いて、エッチングにより銅箔2を露光パターンに応じて除去し、図示しない配線パターン(電子回路)を形成する(図1(e))。エッチング終了後、レジスト4を溶剤で剥離し、配線パターンを露出させる(図1(f))。
【0053】
次に、配線パターンが露出した銅張基板3の上面に、絶縁皮膜7をラミネートや塗布工程により形成する(図1(g))。この絶縁皮膜7に、パルス幅が約150フェムト秒のフェムト秒レーザー12を照射して凹部(充填溝)13をサブμm精度で形成する(図1(h))。
【0054】
この場合、フェムト秒レーザー12の照射位置を、凹部(充填溝)13の形成領域内をレーザー照射しながら連続移動させるのではなくて、照射位置を何度も変更してレーザー照射することにより、凹部(充填溝)13の広い形成領域を加工する。
【0055】
次に、銅張基板3(基材1)の表面に形成された凹部(充填溝)13に抵抗材料を充填して抵抗体5を形成する(図1(i))。図示しないが、このあと抵抗体5の表面の平滑化処理を行う場合もある。最後に、抵抗体5の上面に絶縁皮膜14をラミネートや塗布工程により形成する(図1(j))。
このようにして、基板に電子素子を構成する抵抗体5が埋込形成されたプリント配線板が製造される。
【0056】
(第2実施形態)
図2は本発明の第2実施形態に係わる超短パルスレーザーによる材料加工方法を用いたプリント配線板の製造方法を示す製造工程図である。このプリント配線板においても、基板に電子素子を構成する抵抗体が埋込形成される。図1に示した第1実施形態のプリント配線板の製造方法を示す製造工程図と同一部分には同一符号を付して、重複する部分の詳細説明は省略する。
【0057】
ガラスエポキシなど複合材料からなる0.5mmから数mm前後の厚さの基材1からなる基板3aを作成する(図2(a))。この基板3aに、パルス幅が約150フェムト秒のフェムト秒レーザ12を照射して凹部(充填溝)13をサブμm精度で形成する(図2(b))。次に、基板3a(基材1)の表面に形成された凹部(充填溝)13に抵抗材料を充填して抵抗体5を形成する(図2(c))。図示しないが、このあと抵抗体5の表面の平滑化処理を行う場合もある。
【0058】
抵抗体5を凹部(充填溝)13に充填した後に、リソグラフィー法により配線パターンを形成する。すなわち、感光性のレジスト4を塗布した後(図2(d))、パターン露光(図2(e))、現像(図2(f))を順次行なう。続いて、露光パターンに応じてアディティブ法により配線形成を行い、露光パターンに応じた銅箔2を形成する(図2(g))。最後に、配線が形成された銅箔2上に絶縁皮膜7をラミネートや塗布工程により形成する(図2(h))。
このようにして、基板に電子素子を構成する抵抗体5が埋込形成されたプリント配線板が製造される。
【0059】
(第3実施形態)
図3、図4は本発明の第3実施形態に係わる超短パルスレーザーによる材料加工方法を用いたプリント配線板の製造方法を示す製造工程図である。このプリント配線板においては、基板に電子素子を構成する誘電体(コンデンサ)が埋込形成される。図12、図13に示した従来のプリント配線板の製造方法を示す製造工程図と同一部分には同一符号を付して、重複する部分の詳細説明は省略する。
【0060】
ガラスエポキシなど有機材料を含む複合材料からなる0.5mmから数mm前後の厚さの基材1に10μm程度の厚さの銅箔2bが貼付けられた銅張基板3を作成する(図3(a))。次に、銅箔2bの表面に感光性のレジスト4をドライフィルムレジストラミネート(DFRラミ)法により形成し(図3(b))、その後、下部電極を含む配線パターン(電子回路)のパターン露光を行い(図3(c))、現像を実施する(図3(d))。
【0061】
続いて、エッチング処理により銅箔2bを露光パターンに応じて除去することにより、誘電体(コンデンサ)の下部電極8bの配線パターン(電子回路)を形成する(図3(e))。エッチング終了後、溶剤にてレジスト4を剥離して、下部電極8bの配線パターンを露出させる(図3(f))。下部電極8bの配線パターンの上面に、絶縁樹脂9をドライフィルムレジストラミネート(DER)法により貼付ける(図3(g))。
【0062】
次に、上面に絶縁樹脂9が形成された銅張基板3に、パルス幅が約150フェムト秒のフェムト秒レーザ12を照射して、深さが下部電極8bの配線パターンに達する凹部(充填溝)13をサブμm精度で形成する(図3(h))。そして、この形成した凹部(充填溝)13内に、誘電体11を塗布充填する(図4(i))。なお、図示しないが、このあと誘電体11の表面の平滑化処理を行う場合もある。
【0063】
凹部(充填溝)13内に誘電体11を塗布充填した後に、無電解メッキにより銅箔2bを形成する(図4(j))。その後、再度、リソグラフィー法により、ドライフィルムレジストラミネート(DFR)、露光、現像、エッチング、レジスト剥離を順次実行して(図4(k)(l)(m)(n))、誘電体11の上部電極8aを誘電体11上に形成する。
【0064】
このようにして、基板に誘電体11が埋込形成されたプリント配線板が製造される。
【0065】
(第4実施形態)
図5は本発明の第4実施形態に係わるプリント配線板の概略構成図である。図5(a)は上面図であり、図5(b)は図5(a)のプリント配線板をa―a’線で切断した場合の断面図であり、図5(c)は図5(a)のプリント配線板をb―b’線で切断した場合の断面図である。このインダクタの一形態であるミアンダ型素子としてのプリント配線板においては、基板に電子素子を構成する磁性体が埋込形成される。
【0066】
このプリント配線板においては、例えば樹脂材料で形成された基板21に3つの長尺の凹部(充填溝)22が形成されており、基板21の表面と各凹部22の底面に連続する1本のコイルを形成する導体23が形成されている。そして、底面に導体23が形成された各凹部22内に磁性体24が埋込形成されている。
【0067】
蛇腹状に配線された導体23からなるコイルのインダクタンスの値を大きくするために磁性体24が設けられている。磁性体24の量(体積)によってインダクタンスの大きさが決定されるので、この磁性体24を収納する凹部(充填溝)22を高い精度で加工形成する必要がある。
【0068】
図6は、基板21に電子素子を構成する磁性体24が埋込形成されたプリント配線板の製造方法を示す製造工程図である。
【0069】
樹脂材料で形成された基板21に、パルス幅が約150フェムト秒のフェムト秒レーザ12を照射して、凹部(充填溝)22をサブμm精度で形成する(図6(a))。次に、凹部22が形成された基板21の上面にレジスト4を塗布し(図6(b))、導体23の配線パターンをパターン露光し、現像する(図6(c))。その後、アディティブ法により配線形成を行い、露光パターンに応じた導体23の配線パターンを形成する(図6(d))。その後、溶剤でレジスト4を剥離し(図6(e))、底面に導体23が形成された各凹部22内に磁性体24を充填する(図6(f))。
【0070】
このようにして、基板21に磁性体24が埋込形成されたプリント配線板が製造される。
【0071】
このように構成された超短パルスレーザーによる材料加工方法、プリント配線板、及びプリント配線板の製造方法においては、フェムト秒レーザー12を用いて基板に抵抗体5、誘電体11、磁性体24を埋込形成するための凹部(充填溝)13、22を形成している。
【0072】
したがって、図8を用いて説明したように、レーザー照射方向と垂直な方向への加工幅の変動が極めて少なく、凹部13、22の加工深さのみが変化するので、均一な水平断面形状の凹部13、22の加工を行うことができる。また、加工深さが照射エネルギー量に対して段階的に変化するので、加工深さが照射エネルギー量の変動に影響されることが抑制される。その結果、凹部13、22の加工精度として、サブμmオーダーを確保できた。この場合、凹部13、22の深さを、図8に示す照射エネルギー量に加工深さ特性における深さ方向の加工が停滞するしきい値イ、ロ、ハの少なくとも3段階に設定可能である。
【0073】
図7を用いて説明したように、パルス幅が熱緩和時間より短いフェムト秒レーザー12で加工を行うので、熱影響のない加工が可能であり、形成された凹部13、22の加工精度をより確実なものとする。
【0074】
さらに、図10に示す材料の光吸収特性に合わせたレーザー光源の選択が不要となり、1つのレーザー加工システムで、ガラス等の無機材料、樹脂等の有機材料、銅等の金属材料、有機材料に無機材料が混合された複合材料、有機材料に無機材料が混合された複合材料と金属材料とが積層された積層材料等のあらゆる材料を使用する基板に対する凹部13、22の形成を行うことができる。
【0075】
また、凹部13、22を、フェムト秒レーザー12を用いて形成しているので、このプリント配線板の製造工程において、レジスト塗布、パターン露光、現像、エッチング処理、レジスト剥離等を含む複雑なソグラフィー工程を1工程分省略することができる。
【0076】
さらに、凹部13、22がサブμmオーダーの精度で形成されているので、この凹部13、22内に埋込形成(充填)された抵抗体5、誘電体11、磁性体24の体積も高い精度で設計値に一致させることができ、この抵抗体5、誘電体11、磁性体24で構成される電子素子の抵抗値、容量値、インダクタンス値をも高い精度で設計値に一致させることができる。その結果、図11(g)に示すようにYAGレーザー6を用いて、抵抗体5の抵抗値が設計許容値内になるように、この抵抗体5をトリミングしたり、図13(p)に示すようにYAGレーザー6を用いて誘電体11の電極8a、8b間の容量値が設計許容値内になるように、この上部電極8aをトリミングする調整工程を実施する必要がない。
このように、プリント配線板の製造工程を簡素化できる。
【0077】
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。
基板は1種類の絶縁材料で形成されたものに限定されるものではなく、2層以上の積層回路基板であってもよい。この基板の材料構成として、前述したように、有機材料に無機材料が混合された複合材料、有機材料に無機材料が混合された複合材料と金属材料とが積層された積層材料等が有効である。
【0078】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の超短パルスレーザーによる材料加工方法、プリント配線板の製造方法及びプリント配線板においては、フェムト秒レーザーを用いて基板に抵抗、コンデンサ、インダクタ等の電子素子又はその一部を埋込形成するための凹部(充填溝)を形成している。
【0079】
したがって、凹部の形成工程を簡略化でき、形成される凹部の寸法精度を大幅に向上でき、さらに、複数種類の材料が混合又は積層されていた基板であったとしても、凹部を簡単にかつ高い精度で形成できる。
【0080】
さらに、プリント配線板の製造方法においては、上述した効果に加えて、リソグラフィー工程のような複雑な加工工程を使用することなく、簡単にかつ高い加工精度を実現でき、かつ埋込形成された電子素子に対する特性値に対する調整を実施する必要がなく、製造工程を簡素化できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施形態に係わる超短パルスレーザーによる材料加工方法を用いたプリント配線板の製造方法を示す製造工程図
【図2】本発明の第2実施形態に係わる超短パルスレーザーによる材料加工方法を用いたプリント配線板の製造方法を示す製造工程図
【図3】本発明の第3実施形態に係わる超短パルスレーザーによる材料加工方法を用いたプリント配線板の製造方法を示す製造工程図
【図4】同じく本発明の第3実施形態に係わる超短パルスレーザーによる材料加工方法を用いたプリント配線板の製造方法を示す製造工程図
【図5】本発明の第4実施形態に係わるプリント配線板の概略構成図
【図6】同第4実施形態に係わるプリント配線板の製造方法を示す製造工程図
【図7】レーザーパルス幅とレーザー照射に起因する加工材料内の熱拡散長との関係を示す特性図
【図8】フェムト秒レーザーの照射エネルギーと加工深さとの関係を示す図
【図9】一般的なレーザーの照射エネルギー量と加工体積との関係を示す図
【図10】各材料における光エネルギー吸収特性を示す図
【図11】従来のプリント配線板の製造方法を示す製造工程図
【図12】他の従来のプリント配線板の製造方法を示す製造工程図
【図13】同じく他の従来のプリント配線板の製造方法を示す製造工程図
【符号の説明】
1…基材、2,2a,2b…銅箔、3…銅張基板、3a,21…基板、4…レジスト、5…抵抗体、7,14…絶縁皮膜、8a…上部電極、8b…下部電極、9…絶縁樹脂、11…誘電体、12…フェムト秒レーザー、13,22…凹部(充填溝)、23…導体、24…磁性体
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a processing technique for forming a recess for embedding an electronic element in a substrate formed of various materials, and particularly by an ultrashort pulse laser using a femtosecond laser. The present invention relates to a material processing method, a printed wiring board manufacturing method using the material processing method using an ultrashort pulse laser, and a printed wiring board manufactured by the printed wiring board manufacturing method.
[0002]
[Prior art]
In recent years, with the progress of miniaturization of electronic circuits, most electronic components have been surface-mounted. Passive electronic elements such as resistors, capacitors, and inductors have been made into chips, and are continuing to become smaller. On the other hand, various passive electronic elements have been mounted on a substrate of a multilayer printed wiring board using an organic material as a base material by printing, embedding, and embedding.
[0003]
In order to fabricate or embed these passive electronic elements in the printed circuit board substrate, a three-dimensional fine recess for embedding or embedding these passive electronic elements in the substrate. Must be formed by processing. In order to form the recesses on the substrate, a lithography (photographic etching) process is usually used.
[0004]
In this lithography process, a series of processes such as resist coating, resist pattern formation exposure, resist development, pattern etching, resist stripping, and the like are performed in a layer in which a plurality of material films are stacked and a three-dimensional recess is processed.
[0005]
FIG. 11 shows a conventional manufacturing method of a printed wiring board in which a resistor constituting an electronic element is embedded.
[0006]
First, a copper-clad substrate 3 in which a copper foil 2 having a thickness of about 10 μm is pasted on a base material 1 made of a composite material such as glass epoxy and having a thickness of about 0.5 mm to several mm is created (FIG. 11A). ). Next, a photosensitive resist 4 is applied to the surface of the copper foil 2 of the copper-clad substrate 3 (FIG. 11B), and then a pattern exposure of a wiring pattern (electronic circuit) is performed on the resist 4 (FIG. 11). (C)) and development (FIG. 11D) are sequentially performed.
[0007]
Subsequently, the copper foil 2 is removed by etching in accordance with the exposure pattern to form a wiring pattern (electronic circuit) (not shown) (FIG. 11E). After the etching is completed, the resist 4 is peeled off with a solvent to expose the wiring pattern (FIG. 11 (f)).
[0008]
The resistor 5 is applied by screen printing or the like so that both ends of the resistor 5 cover the wiring pattern (electronic circuit) of the copper foil 2 (FIG. 11G). The applied resistor 5 is subjected to solidification processing such as low-temperature firing (not shown), and then the resistor 5 is irradiated with laser using a YAG laser 6 so that the resistance value of the resistor 5 is a design allowable value. The resistor 5 is trimmed so as to be inside (FIG. 11 (h)). Finally, an insulating film 7 is formed by a lamination or coating process so as to cover the upper surface of the resistor 5 (FIG. 11 (i)).
In this manner, a printed wiring board having the resistor 5 embedded therein is manufactured.
[0009]
Next, FIGS. 12 and 13 show a conventional method for manufacturing a printed wiring board in which a dielectric (capacitor) is embedded as an electronic element.
[0010]
Similarly to FIG. 11, a copper-clad substrate 3 is prepared in which a copper foil 2 b having a thickness of about 10 μm is attached to a base material 1 made of a composite material such as glass epoxy and having a thickness of about 0.5 mm to several mm (see FIG. 11). 12 (a)). Next, a photosensitive resist 4 is formed on the surface of the copper foil 2b by a dry film resist lamination (DFR lamination) method (FIG. 12B), and then pattern exposure of the wiring pattern (electronic circuit) including the lower electrode is performed. (FIG. 12C) and development is performed (FIG. 12D).
[0011]
Subsequently, the wiring pattern (electronic circuit) of the lower electrode 8b of the dielectric (capacitor) is formed by removing the copper foil 2b in accordance with the exposure pattern by etching (FIG. 12E). After the etching is completed, the resist 4 is peeled off with a solvent to expose the wiring pattern of the lower electrode 8b (FIG. 12 (f)).
[0012]
Next, the insulating resin 9 is pasted on the upper surface of the wiring pattern of the lower electrode 8b by a dry film resist laminate (DER) method (FIG. 12G). Thereafter, lithography processes such as resist coating, pattern exposure, development, etching, and resist removal are repeated (FIG. 12 (h)) to form a three-dimensional recess (filling groove) 10 (FIG. 12 (i)). Then, the dielectric 11 is applied and filled into the formed recess (filling groove) 10 (FIG. 13 (j)). Although not shown, the surface of the dielectric 11 may be smoothed thereafter.
[0013]
After the dielectric 11 is applied and filled into the recess (filling groove) 10, the copper foil 2b is formed by electroless plating (FIG. 13 (k)). Thereafter, dry film resist lamination (DFR), exposure, development, etching, and resist stripping are sequentially performed again by lithography (FIGS. 13 (l), (m), (n), and (o)). An upper electrode 8 a is formed on the dielectric 11.
[0014]
After that, the upper electrode 8a is irradiated with laser using the YAG laser 6, and the upper electrode 8a is trimmed so that the capacitance value between the electrodes 8a and 8b of the dielectric 11 is within the design allowable value (see FIG. 13 (p)).
[0015]
In this manner, a printed wiring board having the dielectric 11 embedded therein is manufactured.
[0016]
[Patent Document 1]
JP 2001-239379 A
[0017]
[Non-Patent Document 1]
Katsumi Midorikawa, “Femtosecond laser interaction with matter”, Journal of Laser Processing Vol. 8, no. 3 (2001)
[0018]
[Problems to be solved by the invention]
However, the processing accuracy for the substrate and other members in the lithography process including the above-described resist coating, pattern exposure, development, etching processing, resist stripping, and the like is generally about 2 μm.
[0019]
In the printed wiring board in which the dielectric 11 shown in FIGS. 12 and 13 is embedded, the dimensional variation of the recess (filling groove) 10 formed in FIG. Therefore, it is necessary to perform trimming by irradiating the upper electrode 8a with a laser so that the capacitance value between the electrodes 8a and 8b of the dielectric 11 is within the design allowable value.
[0020]
In the printed wiring board in which the resistor 5 shown in FIG. 11 is embedded, as shown in FIG. 11 (f), the resistor 5 is made of copper foil 2 at both ends by screen printing or the like. It is applied so as to cover the wiring pattern (electronic circuit). Therefore, the resistance value variation of 20% or more occurs. For this reason, there is a problem that a trimming step shown in FIG.
[0021]
In order to obtain a manufacturing method that does not perform trimming, it is necessary to perform sub-micron microfabrication on the resistor 5 and the recess (filling groove) 10. However, in the conventional machining process as described above, the machining conditions are managed. Severity, complexity of equipment and its scale become enormous, and the processing cost increases rapidly as the yield decreases.
[0022]
The present invention has been made paying attention to the problems of the conventional technology as described above, and has a high processing accuracy easily and without using a complicated processing process such as a lithography process, A material processing method using an ultrashort pulse laser using a femtosecond laser capable of simplifying the manufacturing method without the need to adjust the characteristic values of the embedded electronic device, and a material processing method using the ultrashort pulse laser An object of the present invention is to provide a method for producing a printed wiring board using the above and a printed wiring board produced by the method for producing a printed wiring board.
[0023]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problems, the invention of claim 1 irradiates a femtosecond laser to a substrate formed of an insulating material, and forms a recess for embedding an electronic element in the substrate. Is a material processing method using an ultrashort pulse laser.
[0024]
According to the second aspect of the present invention, a substrate formed of a composite material in which an inorganic material is mixed with an organic material is irradiated with a femtosecond laser to form a recess for embedding an electronic element in the substrate. This is a material processing method using an ultrashort pulse laser.
[0025]
According to a third aspect of the present invention, a substrate on which a metal layer and an insulating material layer are laminated is irradiated with a femtosecond laser to form a recess for embedding an electronic element in the substrate. This is a material processing method using an ultrashort pulse laser.
[0026]
According to the fourth aspect of the present invention, a substrate in which a composite material layer in which an inorganic material is mixed with an organic material and a metal layer are irradiated with a femtosecond laser to embed an electronic device in the substrate. A material processing method using an ultrashort pulse laser.
[0027]
In this first to fourth aspects, by using a femtosecond laser, it is possible to form a recess having a sub-μm dimensional accuracy for embedding an electronic element in a substrate. Further, it is not necessary to select a laser light source (wavelength) that matches the light absorption characteristics of the material. Therefore, a recess having excellent processing characteristics can be formed on a substrate formed of various materials.
[0028]
According to a fifth aspect of the present invention, in the material processing method using the ultrashort pulse laser according to any one of the first to fourth aspects, the electronic element is any one of a resistor, a capacitor, and an inductor.
[0029]
The invention of claim 6 is the material processing method using the ultrashort pulse laser according to any one of claims 1 to 5, wherein the depth of the recess to be processed is the processing depth relative to the irradiation energy amount of the femtosecond laser. Within the threshold region in the depth direction in the characteristics.
[0030]
According to the sixth aspect of the present invention, even when the irradiation energy amount of the femtosecond laser fluctuates, the depth of the recess to be processed hardly fluctuates and high processing accuracy is maintained.
[0031]
The invention of claim 7 irradiates a femtosecond laser to one surface of a substrate formed of an insulating material to form a recess in the substrate, and fills the formed recess with a material for an electronic device. Thus, an electronic element is embedded in the recess, and a metal layer having an electronic circuit including an electrode for the electronic element is formed on one surface of the substrate on which the electronic element is embedded. It is a manufacturing method of a printed wiring board.
[0032]
According to an eighth aspect of the present invention, an electronic circuit including an electrode for an electronic element is formed on a metal layer of a substrate in which an insulating material layer and a metal layer are laminated, and an insulating film layer is formed on the upper surface of the metal layer of the substrate. A side surface of the insulating film layer of the substrate on which the film layer is formed is irradiated with a femtosecond laser to form a recess reaching the electronic circuit on the substrate, and the material of the electronic element is filled in the formed recess. Thus, a printed wiring board manufacturing method is characterized in that an electronic element is embedded in a recess.
[0033]
According to the seventh and eighth aspects, since the concave portion is formed on the processing object such as the substrate using the femtosecond laser, the manufacturing process is simplified without using a complicated processing process such as a lithography process. it can.
[0034]
The invention according to claim 9 is a printed wiring board manufactured by the method for manufacturing a printed wiring board according to claim 7 or 8.
[0035]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
First, a feature of forming a recess using a femtosecond laser on a processing target such as a substrate formed of various insulating materials such as an organic material such as a resin or a ceramic substrate will be described.
[0036]
The insulating material described in the present invention generally refers to a substrate of a printed wiring board or an insulating material used as a part of the substrate material, specifically, an inorganic material such as ceramic or glass, epoxy, An organic material containing a resin such as polyimide, liquid crystal polymer, paper phenol, or a composite material composed of an organic material such as glass epoxy and an inorganic material.
[0037]
As shown in FIG. 7, the femtosecond laser has an on-time (pulse width) shorter than the thermal relaxation time. -12 It is an ultrashort pulse laser set to a second (1 picosecond) or less. By the way, the pulse width of normal YAG laser (reference wave YAG laser) is 10 -3 The pulse width of the high frequency YAG laser is about 10 seconds. -6 About seconds.
[0038]
In recent years, it has been proposed to use a femtosecond laser having a pulse width of 1 picosecond or less according to the present invention for processing that requires high depth accuracy for an organic compound. FIG. 7 is a characteristic diagram showing the relationship between the laser pulse width and the thermal diffusion length in the processed material resulting from laser irradiation. As can be understood from this characteristic diagram, in the femtosecond laser, non-thermal processing is possible due to a phenomenon that is shorter than multiphoton absorption and thermal relaxation time. Furthermore, the processing resolution is below the diffraction limit of light due to the non-linear response, and high-precision processing is possible. The basic characteristics of such a femtosecond laser have already been reported in Non-Patent Document 1.
The fact that non-thermal processing is possible does not cause the molten material to scatter around the processed portion because the processed material does not melt.
[0039]
Next, as shown in FIG. 9, in a conventional YAG laser or carbon dioxide laser having a pulse width of nanoseconds or more, the irradiation energy amount (laser fluence) and the processing volume (dimension) are in a substantially linear proportional relationship.
[0040]
However, in a femtosecond laser with a pulse width of 1 picosecond or less, the irradiation energy amount (laser fluence) and the processing dimension are in a non-linear relationship. In particular, it has only a sub-μm spread in the direction perpendicular to the beam direction, that is, in the width direction, and processing progresses mainly in the depth direction.
[0041]
The inventor is in the midst of earnest research on precision processing of electronic circuit elements and wiring widths, and when processing is performed using a femtosecond laser of 1 picosecond or less regardless of the material, as shown in FIG. It was confirmed that the machining depth proportional to the amount could not be obtained, that is, the machining depth was almost constant with a nanometer (nm) gradient in a certain energy range, and the machining proceeded by orders of magnitude with a certain irradiation energy amount. .
[0042]
When the irradiation energy amount is gradually increased from the irradiation energy amount 0, the processing (processing depth) proceeds in nanometer (nm) order up to a certain irradiation energy amount. Thereafter, processing (processing depth) proceeds at a stretch in the order of sub-μm (micrometer). The irradiation energy amount (value) at which the first sub-μm order processing is started is called an ablation threshold value.
[0043]
It was also confirmed that the second and third threshold values appear as the irradiation energy amount is further increased. In other words, by using a femtosecond laser with a pulse width of 1 picosecond or less, even if there is a variation in the amount of irradiation energy, if it is within the range of the irradiation energy value at which processing stagnate, stable dimensions (processing depth) Has been found to be possible.
[0044]
On the contrary, if the depth of the recess to be processed is set in the threshold values (a), (b) and (c) where the processing in the depth direction in the processing depth characteristic with respect to the irradiation energy amount shown in FIG. Even if the energy value fluctuates, the depth of the recess coincides with the set value with, for example, sub-μm accuracy. Thus, the setting of irradiation energy is simplified by using the non-linear processing characteristic shown in FIG. 8 of the femtosecond laser.
[0045]
Patent Document 1 shows that this is not an error of the inventor's experiment but is theoretically correct. According to Patent Document 1, an experimental result is reported that there are three steps (substantially constant values) during 700 nm processing in processing of individual low molecular weight organic compounds.
[0046]
The inventor conducted an experiment using a copper foil having a thickness of 12 μm as a sample. According to this experimental result, the processing depth progressed in 5 steps, 5 μm, 9 μm, and 11 μm in three steps (threshold of three steps), penetrated the copper foil in the fourth step, and reached the underlying support substrate. However, there is no change in the processing width at the copper foil surface position. This is confirmed by the fact that a plurality of grooves were processed using the irradiation energy amount as a parameter, but no significant difference was found in the processing width in all of them.
[0047]
Further, as shown in FIG. 10, the oscillation wavelength of the femtosecond laser used this time is approximately 780 nm, which is out of the optical energy absorption band of copper (approximately 400 nm or less), but with sufficient processing. It was confirmed that processing independent of the light absorption wavelength of the material was possible. As shown in Patent Document 1 as an example, the light absorption band of a material such as copper or glass is a wavelength region of 400 nm or less. Nevertheless, it is possible to use femtosecond lasers with about twice the wavelength.
[0048]
As described above, the present invention applies the stepwise processing progression principle shown in FIG. 8 possessed by the femtosecond laser and the non-thermal processing characteristics with low material selectivity shown in FIGS. It is possible to stably process a three-dimensional microstructure on the order of sub-μm with respect to a processing target that is mixed or stacked.
[0049]
Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
Normally, an electronic element refers to a passive element (resistor, capacitor, inductor, etc.) that has been marked, but in this specification, a resistor embedded in a recess formed in a processing material according to the present invention, Capacitors and inductors include not only these electronic elements themselves but also parts constituting electronic elements such as resistors, dielectrics, and magnetic bodies formed by filling the concave portions with the material.
[0050]
(First embodiment)
FIG. 1 is a manufacturing process diagram showing a method for manufacturing a printed wiring board using a material processing method using an ultrashort pulse laser according to the first embodiment of the present invention. In this printed wiring board, a resistor constituting an electronic element is embedded in the substrate. The same parts as those in the manufacturing process diagram showing the manufacturing method of the conventional printed wiring board shown in FIG. 11 are denoted by the same reference numerals, and detailed description of the overlapping parts is omitted.
[0051]
First, a copper-clad substrate 3 in which a copper foil 2 having a thickness of about 10 μm is attached to a base material 1 made of a composite material containing an organic material such as glass epoxy and having a thickness of about 0.5 mm to several mm is created (see FIG. 1 (a)). Next, a photosensitive resist 4 is applied to the surface of the copper foil 2 of the copper-clad substrate 3 (FIG. 1B), and then pattern exposure of a wiring pattern (electronic circuit) is performed on the resist 4 (FIG. 1). (C)) and development (FIG. 1D) are sequentially performed.
[0052]
Subsequently, the copper foil 2 is removed by etching according to the exposure pattern to form a wiring pattern (electronic circuit) (not shown) (FIG. 1 (e)). After the etching is completed, the resist 4 is stripped with a solvent to expose the wiring pattern (FIG. 1 (f)).
[0053]
Next, the insulating film 7 is formed on the upper surface of the copper-clad substrate 3 where the wiring pattern is exposed by a lamination or coating process (FIG. 1G). The insulating film 7 is irradiated with a femtosecond laser 12 having a pulse width of about 150 femtoseconds to form a recess (filling groove) 13 with sub-μm accuracy (FIG. 1 (h)).
[0054]
In this case, the irradiation position of the femtosecond laser 12 is not continuously moved while irradiating the laser within the formation region of the recess (filling groove) 13, but by changing the irradiation position many times and performing laser irradiation, A wide formation region of the recess (filling groove) 13 is processed.
[0055]
Next, a resistance material is formed by filling a recess (filling groove) 13 formed on the surface of the copper-clad substrate 3 (base material 1) with a resistance material (FIG. 1 (i)). Although not shown, the surface of the resistor 5 may be smoothed thereafter. Finally, an insulating film 14 is formed on the upper surface of the resistor 5 by lamination or a coating process (FIG. 1 (j)).
In this way, a printed wiring board in which the resistor 5 constituting the electronic element is embedded in the substrate is manufactured.
[0056]
(Second Embodiment)
FIG. 2 is a manufacturing process diagram showing a method for manufacturing a printed wiring board using a material processing method using an ultrashort pulse laser according to the second embodiment of the present invention. Also in this printed wiring board, the resistor constituting the electronic element is embedded in the substrate. The same parts as those in the manufacturing process diagram showing the method of manufacturing the printed wiring board of the first embodiment shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and detailed description of the overlapping parts is omitted.
[0057]
A substrate 3a made of a base material 1 made of a composite material such as glass epoxy and having a thickness of about 0.5 mm to several mm is formed (FIG. 2A). The substrate 3a is irradiated with a femtosecond laser 12 having a pulse width of about 150 femtoseconds to form a recess (filling groove) 13 with sub-μm accuracy (FIG. 2B). Next, a resistance material is formed by filling a recess (filling groove) 13 formed on the surface of the substrate 3a (base material 1) with a resistance material (FIG. 2C). Although not shown, the surface of the resistor 5 may be smoothed thereafter.
[0058]
After filling the resistor 5 into the recess (filling groove) 13, a wiring pattern is formed by lithography. That is, after applying the photosensitive resist 4 (FIG. 2D), pattern exposure (FIG. 2E) and development (FIG. 2F) are sequentially performed. Subsequently, wiring is formed by an additive method according to the exposure pattern, and a copper foil 2 corresponding to the exposure pattern is formed (FIG. 2G). Finally, the insulating film 7 is formed on the copper foil 2 on which the wiring is formed by a lamination or coating process (FIG. 2 (h)).
In this way, a printed wiring board in which the resistor 5 constituting the electronic element is embedded in the substrate is manufactured.
[0059]
(Third embodiment)
3 and 4 are manufacturing process diagrams showing a method for manufacturing a printed wiring board using a material processing method using an ultrashort pulse laser according to the third embodiment of the present invention. In this printed wiring board, a dielectric (capacitor) constituting an electronic element is embedded in a substrate. The same parts as those in the manufacturing process diagram showing the method for manufacturing the conventional printed wiring board shown in FIGS. 12 and 13 are denoted by the same reference numerals, and detailed description of the overlapping parts is omitted.
[0060]
A copper-clad substrate 3 in which a copper foil 2b having a thickness of about 10 μm is pasted on a base material 1 made of a composite material containing an organic material such as glass epoxy and having a thickness of about 0.5 mm to several mm is created (FIG. 3 ( a)). Next, a photosensitive resist 4 is formed on the surface of the copper foil 2b by a dry film resist lamination (DFR lamination) method (FIG. 3B), and then pattern exposure of a wiring pattern (electronic circuit) including a lower electrode is performed. (FIG. 3C) and development is performed (FIG. 3D).
[0061]
Subsequently, the wiring pattern (electronic circuit) of the lower electrode 8b of the dielectric (capacitor) is formed by removing the copper foil 2b in accordance with the exposure pattern by etching (FIG. 3E). After the etching is completed, the resist 4 is removed with a solvent to expose the wiring pattern of the lower electrode 8b (FIG. 3F). An insulating resin 9 is pasted on the upper surface of the wiring pattern of the lower electrode 8b by a dry film resist laminate (DER) method (FIG. 3G).
[0062]
Next, the copper-clad substrate 3 with the insulating resin 9 formed on the upper surface is irradiated with a femtosecond laser 12 having a pulse width of about 150 femtoseconds, and a recess (filling groove) whose depth reaches the wiring pattern of the lower electrode 8b. ) 13 is formed with sub-μm accuracy (FIG. 3H). Then, the dielectric 11 is applied and filled into the formed recess (filling groove) 13 (FIG. 4 (i)). Although not shown, the surface of the dielectric 11 may be smoothed thereafter.
[0063]
After the dielectric 11 is applied and filled in the recess (filling groove) 13, the copper foil 2b is formed by electroless plating (FIG. 4 (j)). Thereafter, dry film resist lamination (DFR), exposure, development, etching, and resist stripping are sequentially performed again by lithography (FIGS. 4 (k), (l), (m), and (n)). An upper electrode 8 a is formed on the dielectric 11.
[0064]
In this way, a printed wiring board in which the dielectric 11 is embedded in the substrate is manufactured.
[0065]
(Fourth embodiment)
FIG. 5 is a schematic configuration diagram of a printed wiring board according to the fourth embodiment of the present invention. FIG. 5A is a top view, FIG. 5B is a cross-sectional view of the printed wiring board of FIG. 5A taken along the line aa ′, and FIG. 5C is FIG. It is sectional drawing at the time of cut | disconnecting the printed wiring board of (a) by bb 'line. In a printed wiring board as a meander-type element which is one form of this inductor, a magnetic body constituting an electronic element is embedded in a substrate.
[0066]
In this printed wiring board, for example, three long concave portions (filling grooves) 22 are formed in a substrate 21 made of a resin material, and one continuous piece is formed on the surface of the substrate 21 and the bottom surface of each concave portion 22. A conductor 23 forming a coil is formed. A magnetic body 24 is embedded in each recess 22 having a conductor 23 formed on the bottom surface.
[0067]
A magnetic body 24 is provided in order to increase the inductance value of the coil composed of the conductor 23 wired in a bellows shape. Since the magnitude of the inductance is determined by the amount (volume) of the magnetic body 24, it is necessary to process and form the recess (filling groove) 22 for housing the magnetic body 24 with high accuracy.
[0068]
FIG. 6 is a manufacturing process diagram showing a method for manufacturing a printed wiring board in which a magnetic body 24 constituting an electronic element is embedded in a substrate 21.
[0069]
A substrate 21 made of a resin material is irradiated with a femtosecond laser 12 having a pulse width of about 150 femtoseconds to form a recess (filling groove) 22 with sub-μm accuracy (FIG. 6A). Next, a resist 4 is applied to the upper surface of the substrate 21 in which the recess 22 is formed (FIG. 6B), and the wiring pattern of the conductor 23 is subjected to pattern exposure and developed (FIG. 6C). Thereafter, wiring is formed by an additive method, and a wiring pattern of the conductor 23 corresponding to the exposure pattern is formed (FIG. 6D). Thereafter, the resist 4 is peeled off with a solvent (FIG. 6E), and the magnetic material 24 is filled in each of the recesses 22 in which the conductors 23 are formed on the bottom surface (FIG. 6F).
[0070]
In this way, a printed wiring board in which the magnetic body 24 is embedded in the substrate 21 is manufactured.
[0071]
In the material processing method, the printed wiring board, and the printed wiring board manufacturing method using the ultrashort pulse laser configured as described above, the resistor 5, the dielectric 11, and the magnetic body 24 are attached to the substrate using the femtosecond laser 12. Recesses (filling grooves) 13 and 22 for embedding are formed.
[0072]
Therefore, as described with reference to FIG. 8, the variation in the machining width in the direction perpendicular to the laser irradiation direction is extremely small, and only the machining depth of the recesses 13 and 22 changes. 13 and 22 can be processed. Further, since the processing depth changes stepwise with respect to the amount of irradiation energy, the processing depth is suppressed from being affected by fluctuations in the amount of irradiation energy. As a result, the sub-μm order was secured as the processing accuracy of the recesses 13 and 22. In this case, the depths of the recesses 13 and 22 can be set to at least three levels of threshold values a, b, and c at which the processing in the depth direction in the processing depth characteristics stagnate to the irradiation energy amount shown in FIG. .
[0073]
As described with reference to FIG. 7, since processing is performed with the femtosecond laser 12 whose pulse width is shorter than the thermal relaxation time, processing without thermal influence is possible, and processing accuracy of the formed recesses 13 and 22 is further improved. Make sure.
[0074]
Furthermore, it is not necessary to select a laser light source according to the light absorption characteristics of the material shown in FIG. 10, and one laser processing system can be used for inorganic materials such as glass, organic materials such as resin, metallic materials such as copper, and organic materials. The recesses 13 and 22 can be formed on a substrate using any material such as a composite material in which an inorganic material is mixed and a laminate material in which a composite material in which an inorganic material is mixed in an organic material and a metal material are laminated. .
[0075]
In addition, since the recesses 13 and 22 are formed by using the femtosecond laser 12, in this printed wiring board manufacturing process, complicated sography including resist coating, pattern exposure, development, etching treatment, resist stripping, etc. One step can be omitted.
[0076]
Furthermore, since the recesses 13 and 22 are formed with sub-μm order accuracy, the volume of the resistor 5, dielectric 11, and magnetic body 24 embedded (filled) in the recesses 13 and 22 is also highly accurate. The resistance value, the capacitance value, and the inductance value of the electronic element composed of the resistor 5, the dielectric 11, and the magnetic body 24 can be matched with the design value with high accuracy. . As a result, as shown in FIG. 11G, the resistor 5 is trimmed by using the YAG laser 6 so that the resistance value of the resistor 5 is within the design allowable value, or as shown in FIG. As shown, it is not necessary to carry out an adjustment process for trimming the upper electrode 8a using the YAG laser 6 so that the capacitance value between the electrodes 8a and 8b of the dielectric 11 is within the design allowable value.
Thus, the manufacturing process of a printed wiring board can be simplified.
[0077]
In addition, this invention is not limited to embodiment mentioned above.
The substrate is not limited to one formed of one type of insulating material, and may be a laminated circuit substrate having two or more layers. As described above, a composite material in which an inorganic material is mixed with an organic material, a laminated material in which a composite material in which an inorganic material is mixed with an organic material, and a metal material are laminated as the substrate material is effective. .
[0078]
【The invention's effect】
As described above, in the material processing method, the printed wiring board manufacturing method, and the printed wiring board using the ultrashort pulse laser according to the present invention, an electronic element such as a resistor, a capacitor, an inductor, or the like is used on the substrate by using a femtosecond laser. A recess (filling groove) is formed for embedding a part.
[0079]
Therefore, the step of forming the recess can be simplified, the dimensional accuracy of the formed recess can be greatly improved, and even if the substrate is a mixture or laminated of a plurality of types of materials, the recess can be easily and high. Can be formed with accuracy.
[0080]
Furthermore, in the printed wiring board manufacturing method, in addition to the above-described effects, it is possible to easily realize high processing accuracy without using a complicated processing process such as a lithography process, and to form an embedded electron. It is not necessary to adjust the characteristic value for the element, and the manufacturing process can be simplified.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a manufacturing process diagram showing a method for manufacturing a printed wiring board using a material processing method using an ultrashort pulse laser according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a manufacturing process diagram showing a method for manufacturing a printed wiring board using a material processing method using an ultrashort pulse laser according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a manufacturing process diagram showing a method for manufacturing a printed wiring board using a material processing method using an ultrashort pulse laser according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a manufacturing process diagram showing a method for manufacturing a printed wiring board using a material processing method using an ultrashort pulse laser according to the third embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a schematic configuration diagram of a printed wiring board according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a manufacturing process diagram showing a method for manufacturing a printed wiring board according to the fourth embodiment;
FIG. 7 is a characteristic diagram showing the relationship between the laser pulse width and the thermal diffusion length in the work material caused by laser irradiation.
FIG. 8 is a graph showing the relationship between the irradiation energy of a femtosecond laser and the processing depth.
FIG. 9 is a diagram showing the relationship between the general laser irradiation energy amount and the processing volume.
FIG. 10 is a diagram showing light energy absorption characteristics of each material.
FIG. 11 is a manufacturing process diagram showing a conventional method for manufacturing a printed wiring board;
FIG. 12 is a manufacturing process diagram showing another conventional method for manufacturing a printed wiring board.
FIG. 13 is a manufacturing process diagram showing another conventional method for manufacturing a printed wiring board.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Base material, 2, 2a, 2b ... Copper foil, 3 ... Copper-clad board | substrate, 3a, 21 ... Board | substrate, 4 ... Resist, 5 ... Resistor, 7, 14 ... Insulating film, 8a ... Upper electrode, 8b ... Lower part Electrode, 9 ... insulating resin, 11 ... dielectric, 12 ... femtosecond laser, 13, 22 ... recess (filling groove), 23 ... conductor, 24 ... magnetic material

Claims (9)

絶縁材料で形成された基板に対してフェムト秒レーザーを照射して、この基板に電子素子を埋込形成するための凹部を形成することを特徴とする超短パルスレーザーによる材料加工方法。A material processing method using an ultrashort pulse laser, wherein a substrate formed of an insulating material is irradiated with a femtosecond laser to form a recess for embedding an electronic element in the substrate. 有機材料に無機材料が混合された複合材料で形成された基板に対してフェムト秒レーザーを照射して、この基板に電子素子を埋込形成するための凹部を形成することを特徴とする超短パルスレーザーによる材料加工方法。A super short characterized by irradiating a femtosecond laser to a substrate formed of a composite material in which an inorganic material is mixed with an organic material, and forming a recess for embedding an electronic element in the substrate. Material processing method by pulse laser. 金属層と絶縁材料層とが積層された基板に対してフェムト秒レーザーを照射して、この基板に電子素子を埋込形成するための凹部を形成することを特徴とする超短パルスレーザーによる材料加工方法。An ultrashort pulse laser material characterized by irradiating a femtosecond laser on a substrate on which a metal layer and an insulating material layer are laminated to form a recess for embedding an electronic element on the substrate. Processing method. 有機材料に無機材料が混合された複合材料層と金属層とが積層された基板に対してフェムト秒レーザーを照射して、この基板に電子素子を埋込形成するための凹部を形成することを特徴とする超短パルスレーザーによる材料加工方法。Irradiating a femtosecond laser to a substrate in which a composite material layer in which an inorganic material is mixed with an organic material and a metal layer are laminated, and forming a recess for embedding an electronic device on the substrate. A material processing method using an ultra-short pulse laser. 前記電子素子は、抵抗、コンデンサ、インダクタのうちのいずれか1つであることを特徴とする請求項1から4のいずれか1項記載の超短パルスレーザーによる材料加工方法。The material processing method using an ultrashort pulse laser according to any one of claims 1 to 4, wherein the electronic element is any one of a resistor, a capacitor, and an inductor. 前記加工すべき凹部の深さを、前記フェムト秒レーザーが有する照射エネルギー量に対する加工深さ特性における深さ方向のしきい値領域内とすることを特徴とする請求項1から5のいずれか1項記載の超短パルスレーザーによる材料加工方法。6. The depth of the recess to be processed is within a threshold region in the depth direction in the processing depth characteristic with respect to the irradiation energy amount of the femtosecond laser. The material processing method by the ultrashort pulse laser of description. 絶縁材料で形成された基板の一方面に対してフェムト秒レーザーを照射して、この基板に凹部を形成し、
この形成された凹部内に電子素子の材料を充填することによって、前記凹部内に前記電子素子を埋込形成し、
前記電子素子が埋込形成された基板の前記一方面に対して、前記電子素子に対する電極を含む電子回路を有する金属層を形成する
ことを特徴とするプリント配線板の製造方法。
Irradiate femtosecond laser to one side of the substrate made of insulating material to form a recess in this substrate,
By filling the material of the electronic device in the formed recess, the electronic device is embedded in the recess,
A method of manufacturing a printed wiring board, comprising: forming a metal layer having an electronic circuit including an electrode for the electronic element on the one surface of the substrate in which the electronic element is embedded.
絶縁材料層と金属層とを積層した基板における前記金属層に電子素子に対する電極を含む電子回路を形成し、
前記基板における前記金属層の上面に絶縁皮膜層を形成し、
この絶縁皮膜層が形成された前記基板の絶縁皮膜層側面に対して、フェムト秒レーザーを照射して、この基板に前記電子回路に達する凹部を形成し、
この形成された凹部内に前記電子素子の材料を充填することによって、前記凹部内に前記電子素子を埋込形成する
ことを特徴とするプリント配線板の製造方法。
Forming an electronic circuit including an electrode for an electronic element on the metal layer in the substrate in which the insulating material layer and the metal layer are stacked;
Forming an insulating film layer on the upper surface of the metal layer in the substrate;
Irradiating femtosecond laser to the side of the insulating film layer of the substrate on which the insulating film layer is formed, forming a recess reaching the electronic circuit on the substrate,
A method of manufacturing a printed wiring board, wherein the electronic device is embedded in the recess by filling the formed recess with a material of the electronic device.
前記請求項7又は8記載のプリント配線板の製造方法で製造されたプリント配線板。The printed wiring board manufactured with the manufacturing method of the printed wiring board of the said Claim 7 or 8.
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