JP2005021917A - Method for boring resin layer - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、樹脂層への穴あけ方法に関し、特にパルスレーザビームを樹脂層に入射させて穴あけを行う方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
プリント配線基板の樹脂層にパルスレーザビームを入射させてビアホールを形成する技術が知られている。パルスレーザビームとして、炭酸ガスレーザの基本波(波長9.1μmまたは10.6μm)や、Nd:YAG、Nd:YLF等の固体レーザの高調波が用いられる。固体レーザの高調波を用いる場合には、通常数十〜数百ショットのパルスレーザビームを入射させて、樹脂層を貫通するビアホールを形成する。
【0003】
特許文献1に、加工対象物の表面におけるパワー密度を徐々に低下させて、樹脂層を貫通し内層の銅配線を露出させるビアホールを形成する方法が開示されている。パワー密度を徐々に低下させることにより、内層の銅配線に与えるダメージを小さくすることができる。
【0004】
【特許文献1】
特開2000−202668号公報
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
プリント配線基板に実装される電子素子の高速化に伴い、プリント配線基板の樹脂層の誘電率を低下させることが望まれている。誘電率の低い樹脂材料として、液晶樹脂等が注目されている。液晶樹脂を用いたプリント配線基板は、例えば、表面に銅配線が形成されたコア層の上に、液晶樹脂からなる下層と、ポリエチレンテレフタレート(PET)等からなる上層とを積層した構造を有する。
【0006】
本願発明者らは、このようなプリント配線基板の樹脂層にパルスレーザビームを入射させてビアホールを形成すると、ビアホールの品質が低下することを見出した。
【0007】
本発明の目的は、パルスレーザビームを用いて、プリント配線基板の樹脂層に高品質のビアホールを形成することが可能な穴あけ方法を提供することである。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明の一観点によると、(a)第1の樹脂からなる下地の上に、第2の樹脂からなる上層が配置された加工対象物に、該加工対象物の表面において第1のパルスエネルギ密度になる条件でパルスレーザビームを照射して、前記上層に穴を形成する工程と、(b)前記加工対象物の表面において、前記第1のパルスエネルギ密度よりも大きな第2のパルスエネルギ密度になる条件で、前記工程(a)で形成された穴の底面にパルスレーザビームを照射し、前記下地のある深さまで達するように穴を深くする工程とを有する穴あけ方法が提供される。
【0009】
【発明の実施の形態】
図1及び図2を参照して、本発明の実施例による穴あけ方法について説明する。
【0010】
図1(A)は、加工対象物の断面図を示す。ガラスエポキシ等からなるコア層1の表面の一部に、銅からなる内層配線2が形成されている。内層配線2を覆うように、コア層1の上に下地層3が形成されている。下地層3は液晶樹脂で形成され、その厚さは例えば50μmである。下地層3の表面に、接着層4により上層5が接着されている。上層5はPETで形成され、その厚さは例えば13μmである。なお、接着層4の厚さは例えば8μmである。
【0011】
図1(B)に示すように、加工対象物の上層5の表面にパルスレーザビーム7を複数ショット入射させ、上層5、接着層4、及び下地層3を貫通し、内層配線2の表面まで達するビアホール6を形成する。パルスレーザビーム7として、例えばNd:YAGレーザの3倍高調波(波長355nm)を用いることができる。なお、その他の固体レーザ、例えばNd:YLFレーザ等の3倍高調波、エキシマレーザ等を用いることもできる。
【0012】
図2に、加工時に照射するパルスレーザビームのパルスエネルギと経過時間との関係を示す。横軸は経過時間を表し、縦軸はパルスエネルギを単位「μJ」で表す。最初にパルスエネルギ4μJで40ショットの照射を行う。その後、パルスエネルギを段階的に増加させる。実施例では、パルスエネルギが7μJ、11μJ、16μJ、23μJ、30μJ、34μJ、36μJ、39μJ、44μJ、46μJ、51μJ、59μJになるように段階的に増加させ、各パルスエネルギで30ショットの照射を行った。すなわち、合計で400ショットの照射を行った。なお、パルス周波数は20kHz、パルス幅は50ns、加工対象物の表面におけるビームスポットの直径は100μmである。例えば、パルスエネルギが4μJであるとき、加工対象物表面におけるパルスエネルギ密度は0.05J/cm2になる。
【0013】
上記条件で穴あけ加工を行ったところ、図1(B)に示したように、内層配線2の表面まで達するビアホール6が形成された。ビアホール6の開口部における直径は約100μmであり、開口部の周囲にわずかな盛り上がり部7が形成された。盛り上がり部7の高さは10μm以下であった。
【0014】
比較のために、パルスエネルギを80μJにして120ショットの照射を行い、ビアホールを形成した。図3に、形成されたビアホールの一部の断面の顕微鏡写真をスケッチした線図を示す。下地層3、接着層4、上層5、ビアホール6が観察される。ビアホール6の開口部の周囲に盛り上がり部7が形成されている。盛り上がり部7の高さは約27μmであった。
【0015】
パルスエネルギを一定にしてビアホールを形成すると、盛り上がり部7が高くなってしまうことがわかる。盛り上がり部7が高くなると、ビアホール6内に導電性ペーストを充填しにくくなる。これに対し、上記実施例のように、穴形成時の初期のパルスエネルギを低くし、徐々にパルスエネルギを高くすることにより、盛り上がり部7を低くすることができる。
【0016】
以下、盛り上がり部7が低くなる理由について考察する。加工に使用されるパルスレーザビームの波長域において、図1(A)に示した上層5の光吸収係数は、下地層3の光吸収係数よりも小さい。このため、上層5に入射したパルスレーザビームは、上層5で吸収されにくく、下層3まで到達し、下層3で吸収される。このため、上層5が溶融または気化する前に、下地層3が溶融または気化する場合がある。
【0017】
上層5が残っている状態で、下地層3が溶融または気化すると、上層5が捲れ上がってしまうと考えられる。この捲れ上がった部分が上層5の表面に付着し、盛り上がり部7を形成すると考えられる。
【0018】
上記実施例の場合には、穴加工の初期に照射されるパルスレーザビームのパルスエネルギを小さくしているため、下地層3を溶融させることなく、上層5に穴が形成されると考えられる。上層5及び接着層4を貫通する穴が形成された後に、穴の底面に露出した下地層5に、下地層5を溶融または気化させるのに充分な大きさのパルスエネルギを有するパルスレーザビームが入射し、穴が深くなる。このため、上層5が捲れ上がることがない。従って、盛り上がり部7が形成されにくくなると考えられる。
【0019】
上述のように、少なくとも上層と下地層との2層の樹脂層に穴を形成する場合に、照射するパルスレーザビームのパルスエネルギを小さくし、徐々に大きくしていくことにより、ビアホールの開口部周囲に形成される盛り上がり部を低くすることができる。パルスエネルギは、上層を貫通する穴が形成されるまで下地層の溶融または気化が生じないように制御することが好ましい。
【0020】
また、上層を貫通する穴が形成された後、下地層に入射するパルスレーザビームのパルスエネルギが当初のパルスエネルギよりも高くなっている。このため、パルスエネルギを、当初の比較的低い値に固定して穴あけを行う場合に比べて、加工時間を短くすることができる。
【0021】
上記実施例では、パルスエネルギを段階的に12回増加させたが、少なくとも1回増加させれば、上記実施例と同様に、盛り上がり部の発生の抑制、及び加工時間の短縮を図ることが可能である。なお、この効果は、加工に用いられるパルスレーザビームの波長域において、上層の吸収係数が下地層の吸収係数よりも小さい場合に、特に高い効果が期待される。
【0022】
また、上記実施例では、1回目にパルスエネルギを増加させた後、30ショット毎にパルスエネルギを増加させたが、必ずしも30ショット毎に増加させる必要はない。例えば、1ショット毎に増加させてもよいし、その他適当なショット数毎に増加させてもよい。また、パルスエネルギを固定して照射するショット数を、すべてのパルスエネルギについて等しくする必要もない。
【0023】
図4(A)に、上記実施例による穴あけ方法で使用されるレーザ加工装置の概略図を示す。
【0024】
レーザ光源10が、例えばNd:YAGレーザの3倍高調波からなるパルスレーザビームを出射する。レーザ光源10から出射されたパルスレーザビームが音響光学素子(AOM)11に入射する。AOM11に、高周波電源16から高周波電圧が印加されている。印加される高周波電圧の大きさによって、AOM11から出射する0次回折光L0及び1次回折光L1の強度が変化する。
【0025】
0次回折光L0はビームダンパ12に入射する。1次回折光L1は、ガルバノスキャナ13に入射する。ガルバノスキャナ13は、入射するパルスレーザビームを2次元方向に走査する。ガルバノスキャナ13で走査されたパルスレーザビームが、fθレンズ14を経由して、XYステージ15に保持された加工対象物20に入射する。AOM11とガルバノスキャナ13との間のレーザビームの光路内に、必要に応じてフィールドレンズ、ビーム断面を整形するためのマスク等を配置してもよい。
【0026】
AOM11に印加される高周波電圧の大きさを変化させることにより、加工対象物20に入射するパルスレーザビームの強度及びパルスエネルギを変化させることができる。1つのビアホール形成期間中にパルスエネルギを少なくとも1回増加させることにより、上記実施例による穴あけ加工を行うことができる。
【0027】
図4(A)の装置構成では、AOM11の1次回折光L1を加工対象物20に入射させたが、0次回折光L0を加工対象物20に入射させてもよい。
【0028】
また、図4(A)に示したレーザ加工装置では、AOM11を用いてパルスエネルギを変化させたが、他の強度変調器を用いてパルスエネルギを変化させることも可能である。
【0029】
図4(B)に、強度変調器として電気光学素子を用いたレーザ加工装置の概略図を示す。レーザ光源10から出射した直線偏光のパルスレーザビームが、電気光学素子(EOM)21に入射する。EOM21に、電圧可変の直流電源24から電圧が印加される。EOM21を通過したパルスレーザビームは楕円偏光になる。EOM21に印加する電圧により、この楕円の偏平率を制御することができる。
【0030】
楕円偏光にされたパルスレーザビームが、偏光ビームスプリッタ22に、ある入射角で入射する。偏光ビームスプリッタ22として、偏光ビームスプリッタキューブ、薄膜ポーラライザ、グラントムソンプリズム等を使用することができる。パルスレーザビームの一部は偏光ビームスプリッタ22で反射し、残りの成分は偏光ビームスプリッタ22を透過する。偏光ビームスプリッタ22で反射したパルスレーザビームはビームダンパ23に入射する。偏光ビームスプリッタ22を透過したパルスレーザビームは、図4(A)に示したガルバノスキャナ13、fθレンズ14と同じ構成の光学系を経由して、加工対象物に入射する。
【0031】
偏光ビームスプリッタ22に入射する楕円偏光されたパルスレーザビームの楕円の偏平率を変化させることにより、加工対象物に入射するパルスレーザビームの強度及びパルスエネルギを変化させることができる。なお、偏光ビームスプリッタ22で反射したパルスレーザビームを加工対象物に入射させてもよい。
【0032】
図4(A)及び図4(B)に示した装置では、レーザ光源10から出射されたパルスレーザビームの強度を変調しているため、レーザ発振器を一定のパルス周波数で発振させておきことができる。実際の加工に使用するパルス周波数でレーザ発振器の出力を調整しておくことにより、所望のパルスエネルギで加工を行うことができる。
【0033】
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。
【0034】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、少なくとも2層の樹脂層にパルスレーザビームを入射させて穴を形成する際に、穴形成の途中でパルスエネルギ密度を少なくとも1回増加させることにより、穴の開口部周囲に盛り上がり部が形成されにくくすることができる。また、穴の加工時間が長くなることを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】(A)は穴形成前の加工対象物の断面図であり、(B)は穴を形成した後の加工対象物の断面図である。
【図2】実施例による方法で穴を形成する際のパルスエネルギの時間変動を示すグラフである。
【図3】パルスエネルギを一定にして形成した穴の顕微鏡写真をスケッチした線図である。
【図4】実施例による穴あけ方法で用いられるレーザ加工装置の概略図である。
【符号の説明】
1 コア層
2 内層配線
3 下地層
4 接着層
5 上層
6 ビアホール
7 盛り上がり部
10 レーザ光源
11 音響光学素子
12、23 ビームダンパ
13 ガルバノスキャナ
14 fθレンズ
15 XYステージ
16、24 電源
21 電気光学素子
22 偏光ビームスプリッタ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a drilling method for a resin layer, and more particularly to a method for drilling by making a pulse laser beam incident on a resin layer.
[0002]
[Prior art]
A technique for forming a via hole by making a pulse laser beam incident on a resin layer of a printed wiring board is known. As the pulse laser beam, a fundamental wave of a carbon dioxide laser (wavelength: 9.1 μm or 10.6 μm) or a harmonic of a solid-state laser such as Nd: YAG or Nd: YLF is used. When using a harmonic of a solid-state laser, a pulse laser beam of several tens to several hundred shots is normally incident to form a via hole that penetrates the resin layer.
[0003]
Patent Document 1 discloses a method of gradually reducing the power density on the surface of a workpiece to form a via hole that penetrates the resin layer and exposes the inner layer copper wiring. By gradually reducing the power density, damage to the inner layer copper wiring can be reduced.
[0004]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 2000-202668
[Problems to be solved by the invention]
As the speed of electronic devices mounted on a printed wiring board increases, it is desired to reduce the dielectric constant of the resin layer of the printed wiring board. As a resin material having a low dielectric constant, a liquid crystal resin or the like has attracted attention. A printed wiring board using a liquid crystal resin has, for example, a structure in which a lower layer made of a liquid crystal resin and an upper layer made of polyethylene terephthalate (PET) or the like are laminated on a core layer having a copper wiring formed on the surface thereof.
[0006]
The inventors of the present application have found that when a via hole is formed by making a pulse laser beam incident on the resin layer of such a printed wiring board, the quality of the via hole is deteriorated.
[0007]
An object of the present invention is to provide a drilling method capable of forming a high-quality via hole in a resin layer of a printed wiring board using a pulsed laser beam.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
According to one aspect of the present invention, (a) a first pulse energy on the surface of a processing object is provided on a processing object in which an upper layer made of a second resin is disposed on a base made of the first resin. Irradiating a pulsed laser beam under conditions of density to form a hole in the upper layer; and (b) a second pulse energy density greater than the first pulse energy density on the surface of the workpiece. And a step of deepening the hole so that the bottom surface of the hole formed in the step (a) is irradiated with a pulse laser beam to reach a certain depth of the base.
[0009]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
With reference to FIG.1 and FIG.2, the drilling method by the Example of this invention is demonstrated.
[0010]
FIG. 1A shows a cross-sectional view of a workpiece.
[0011]
As shown in FIG. 1B, a plurality of shots of the pulse laser beam 7 are incident on the surface of the
[0012]
FIG. 2 shows the relationship between the pulse energy of the pulse laser beam irradiated during processing and the elapsed time. The horizontal axis represents elapsed time, and the vertical axis represents pulse energy in the unit “μJ”. First, 40 shots are irradiated with a pulse energy of 4 μJ. Thereafter, the pulse energy is increased stepwise. In the embodiment, the pulse energy is increased stepwise so that the pulse energy becomes 7 μJ, 11 μJ, 16 μJ, 23 μJ, 30 μJ, 34 μJ, 36 μJ, 39 μJ, 44 μJ, 46 μJ, 51 μJ, 59 μJ, and 30 shots are irradiated with each pulse energy. It was. That is, a total of 400 shots were irradiated. The pulse frequency is 20 kHz, the pulse width is 50 ns, and the diameter of the beam spot on the surface of the workpiece is 100 μm. For example, when the pulse energy is 4 μJ, the pulse energy density on the surface of the workpiece is 0.05 J / cm 2 .
[0013]
When drilling was performed under the above conditions, a via hole 6 reaching the surface of the
[0014]
For comparison, a via hole was formed by irradiating 120 shots with a pulse energy of 80 μJ. FIG. 3 shows a diagram in which a micrograph of a cross section of a part of the formed via hole is sketched.
[0015]
It can be seen that when the via hole is formed with a constant pulse energy, the raised portion 7 becomes higher. When the raised portion 7 becomes high, it becomes difficult to fill the via hole 6 with the conductive paste. On the other hand, the raised portion 7 can be lowered by lowering the initial pulse energy at the time of hole formation and gradually increasing the pulse energy as in the above embodiment.
[0016]
Hereinafter, the reason why the raised portion 7 is lowered will be considered. The light absorption coefficient of the
[0017]
If the
[0018]
In the case of the above-described embodiment, the pulse energy of the pulse laser beam irradiated at the initial stage of drilling is reduced, so that it is considered that a hole is formed in the
[0019]
As described above, when forming a hole in at least two resin layers of the upper layer and the base layer, the pulse energy of the pulse laser beam to be irradiated is decreased and gradually increased, thereby opening the opening of the via hole. The raised part formed around can be made low. The pulse energy is preferably controlled so that the underlying layer does not melt or vaporize until a hole penetrating the upper layer is formed.
[0020]
In addition, after the hole penetrating the upper layer is formed, the pulse energy of the pulse laser beam incident on the underlayer is higher than the initial pulse energy. For this reason, the machining time can be shortened compared to the case where drilling is performed with the pulse energy fixed at a relatively low value.
[0021]
In the above embodiment, the pulse energy is increased stepwise 12 times. However, if the pulse energy is increased at least once, it is possible to suppress the occurrence of the swelled portion and shorten the machining time as in the above embodiment. It is. This effect is expected to be particularly high when the absorption coefficient of the upper layer is smaller than the absorption coefficient of the underlying layer in the wavelength region of the pulse laser beam used for processing.
[0022]
In the above embodiment, the pulse energy is increased every 30 shots after the pulse energy is increased for the first time. However, it is not always necessary to increase the pulse energy every 30 shots. For example, it may be increased for every shot, or may be increased for every other appropriate number of shots. Further, it is not necessary to make the number of shots irradiated with fixed pulse energy equal for all pulse energies.
[0023]
FIG. 4A shows a schematic view of a laser processing apparatus used in the drilling method according to the above embodiment.
[0024]
The
[0025]
The zero-order diffracted light L0 is incident on the
[0026]
By changing the magnitude of the high frequency voltage applied to the
[0027]
In the apparatus configuration of FIG. 4A, the first-order diffracted light L1 of the
[0028]
In the laser processing apparatus shown in FIG. 4A, the pulse energy is changed using the
[0029]
FIG. 4B shows a schematic diagram of a laser processing apparatus using an electro-optic element as an intensity modulator. A linearly polarized pulsed laser beam emitted from the
[0030]
The pulse laser beam that has been elliptically polarized enters the
[0031]
By changing the ellipticity of the elliptical pulse laser beam incident on the
[0032]
In the apparatus shown in FIGS. 4A and 4B, the intensity of the pulse laser beam emitted from the
[0033]
Although the present invention has been described with reference to the embodiments, the present invention is not limited thereto. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications, improvements, combinations, and the like can be made.
[0034]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, when forming a hole by making a pulse laser beam incident on at least two resin layers, by increasing the pulse energy density at least once during the formation of the hole, It is possible to make it difficult for the raised portion to be formed around the opening of the hole. Moreover, it can suppress that the processing time of a hole becomes long.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1A is a cross-sectional view of a workpiece before forming a hole, and FIG. 1B is a cross-sectional view of the workpiece after forming a hole.
FIG. 2 is a graph showing temporal variation of pulse energy when forming a hole by a method according to an embodiment.
FIG. 3 is a diagram sketched from a photomicrograph of a hole formed with a constant pulse energy.
FIG. 4 is a schematic view of a laser processing apparatus used in a drilling method according to an embodiment.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (5)
(b)前記加工対象物の表面において、前記第1のパルスエネルギ密度よりも大きな第2のパルスエネルギ密度になる条件で、前記工程(a)で形成された穴の底面にパルスレーザビームを照射し、前記下地のある深さまで達するように穴を深くする工程と
を有する穴あけ方法。(A) A pulse laser beam is applied to a processing object in which an upper layer made of a second resin is disposed on a base made of the first resin, under a condition that the first pulse energy density is obtained on the surface of the processing object. And forming a hole in the upper layer,
(B) Irradiating the bottom surface of the hole formed in the step (a) with a pulse laser beam on the surface of the object to be processed under the condition that the second pulse energy density is higher than the first pulse energy density. And a step of deepening the hole so as to reach a certain depth of the base.
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