JP2006205261A - Drilling device of printed circuit board - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、プリント基板の加工装置に係り、特にレーザ光を用いて上層と下層の導体層を接続するための底付穴(ブラインドホール)を加工するのに好適なプリント基板の加工装置に関する。 The present invention relates to a printed circuit board processing apparatus, and more particularly to a printed circuit board processing apparatus suitable for processing a bottomed hole (blind hole) for connecting an upper conductor layer and a lower conductor layer using a laser beam.
図17は、従来のレーザ加工装置の構成図である。このレーザ加工装置では、レーザ発振器1から出力されたレーザ光2は、コリメータ3により直径をM倍に拡大あるいは縮小され、アパーチャ4により加工に適した直径に整形される。整形されたレーザ光はコーナーミラー5および加工ヘッドZ内のミラー14、第1および第2の2つのガルバノミラー15a,15bを介してfθレンズ16に入射し、ガルバノミラー15aおよびガルバノミラー15bにより位置決めされ、fθレンズ16から加工面の所定の位置に垂直に入射する。加工は、fθレンズ16に対応する加工領域18毎に行われ,図示を省略するXYワークテーブルにより、図中の181…18Nの順に領域が移動する。
FIG. 17 is a configuration diagram of a conventional laser processing apparatus. In this laser processing apparatus, the
図18(a)は、コリメータ3及びアパーチャ4の作用を示す図である。下方の各分布は縦軸がレーザ光のエネルギ、横軸がビーム径である。レーザ発振器からの出射口でのエネルギ空間分布は一般にガウス分布であるため、コリメータ3を通過したビームのエネルギ空間分布もガウス分布となる。レーザ光はコリメータ3の拡大率Mを変えることにより、エネルギ空間分布を変えることができる。すなわち、たとえば拡大率Mを小さくすると、「a’分布(点線)」に示すように、ビーム径が小さく、高エネルギ密度(高出力密度)のエネルギ空間分布が、また、拡大率Mを大きくすると、「b’分布(点線)」に示すように、ビーム径が大きくなり、低エネルギ密度(低出力密度)のエネルギ空間分布が得られる。
FIG. 18A is a diagram illustrating the operation of the
アパーチャ4の直径をビーム径に対して大きくするとエネルギが中央部に集中し、加工した穴底(すなわち、内層の導体層)が損傷することがある。そこで、アパーチャ4によりビーム中央部のエネルギ分布が比較的均一な部分を切り取ることにより、加工部におけるエネルギの大きさがほぼ均一の「A’分布(点線)」又は「B’分布(実線)」になるようにして、ブラインドホールの穴底を損傷しないようにしている。ここで、アパーチャ4を光軸から外しコリメータ3のみにしたときの、フル出力のエネルギ空間分布を、以下「C’分布」と呼ぶ。
When the diameter of the aperture 4 is increased with respect to the beam diameter, energy is concentrated in the center portion, and the processed hole bottom (that is, the inner conductor layer) may be damaged. Therefore, by cutting out a relatively uniform energy distribution at the center of the beam by the aperture 4, an “A ′ distribution (dotted line)” or “B ′ distribution (solid line)” in which the energy intensity in the processed portion is substantially uniform. The bottom of the blind hole is not damaged. Here, the full output energy space distribution when the aperture 4 is removed from the optical axis and only the
一方、レーザ光2の光路にビーム整形ユニット30を入れた場合のエネルギ空間分布を図18(b)に示す。レーザ光2の光路にビーム整形ユニット30を入れることによりエネルギ空間分布が矩形化され、それをコリメータ3で拡大又は縮小し(図中点線のa分布、b分布)、さらにアパーチャ4により切り取ることにより、加工部におけるエネルギの大きさの均一性を格段に向上させることができる(図中実線:「A分布」、「B分布」)。以下、この矩形状の分布を「トップハット形」と呼ぶ。ビーム整形ユニット30には、非球面レンズを組み合わせ、または回折形光学素子を組み合わせたもの等の市販のものを使用することができる。ここで、アパーチャ4を光軸から外した場合のフル出力のエネルギ空間分布を、以下「分布C」という。
On the other hand, FIG. 18B shows the energy space distribution when the
プリント基板の構成は、表面が導体層で、導体層とガラス繊維を含む絶縁層とが交互に配置されたFR−4ガラス繊維入り基板(以下、「ガラス入り基板」という)、導体層の裏に絶縁層と導体層の積層板を張り付けた樹脂付きの銅箔(以下、「RCC基板」という)、導体層の表面に樹脂フィルムまたは樹脂コーティングされた基板(以下、「樹脂ダイレクト基板」という)などがある。絶縁層は、主としてエポキシ系、ポリイミド系樹脂の有機材料が使用される。絶縁層の強化材としてガラス繊維の代わりにセラミックスなどの無機材料がフィラとして使用されることもある。 The configuration of the printed circuit board is as follows: a substrate with FR-4 glass fibers (hereinafter referred to as “glass-containing substrate”) in which the surface is a conductor layer and the conductor layers and insulating layers containing glass fibers are alternately arranged; Copper foil with resin (hereinafter referred to as “RCC substrate”) on which a laminated plate of an insulating layer and a conductor layer is attached, and a substrate coated with a resin film or resin on the surface of the conductor layer (hereinafter referred to as “resin direct substrate”) and so on. For the insulating layer, an organic material such as epoxy or polyimide resin is mainly used. An inorganic material such as ceramics may be used as a filler instead of glass fiber as a reinforcing material for the insulating layer.
従来から波長が10.6μmのCO2レーザを用いた加工方法は広く知られている。例えば、樹脂ダイレクト基板の絶縁層にブラインドホールを加工する方法は、1982年に米国IPCレビューにより紹介され、CO2樹脂ダイレクト法として実用化されている。また、ガラス入り基板にブラインドホール穴明けする方法としては、特許文献1や特許文献2には、ケミカルエッチングやドリルで穴径に相当する導体層を予め除去してウィンドーを形成した後、CO2レーザにより絶縁層を加工する方法が開示されている。
Conventionally, a processing method using a CO 2 laser having a wavelength of 10.6 μm is widely known. For example, a method of processing a blind hole in an insulating layer of a resin direct substrate was introduced by an IPC review in the United States in 1982 and put into practical use as a CO 2 resin direct method. Further, as a method of blind holes drilled in the glass-containing substrate,
さらに、特許文献3には、複数の導体層と絶縁層が積層されたに加工する方法として、金属を効率よく加工できる紫外線(以下、UVという)レーザ光を用いて、その円周動作による導体層のウィンドー加工とCO2レーザによる絶縁層の除去を繰り返してブラインドホールあるいはスルーホールを加工するUV+CO2レーザ法が開示されている。
Further, in
しかし、このCO2レーザによる樹脂層の穴明けの場合、穴底(導体層の直上)に厚さtC(0.2〜3μm)の「スミア」と呼ばれる膜が残ることが知られている。しかも、これはCO2レーザーパルスのエネルギ密度とショット数を増しても残膜厚tCの厚さはほとんど変わらないことが、発明者の実験によりわかった。 However, in the case of drilling a resin layer by this CO 2 laser, it is known that a film called “smear” having a thickness t C (0.2 to 3 μm) remains on the bottom of the hole (immediately above the conductor layer). . Moreover, it has been found through experiments by the inventors that the thickness of the remaining film thickness t C hardly changes even when the energy density of the CO 2 laser pulse and the number of shots are increased.
このように膜が残る理由は、下記のように推定できる。CO2レーザ加工は、絶縁層がレーザ光を吸収することにより樹脂の温度を上昇させて熱分解させる方法である。従って、内層導体である銅の熱伝導率は樹脂に比べて約3桁大きいため、絶縁層が薄くなると熱が内層導体に流れる結果、樹脂の温度が分解温度に達することができず、その結果穴底に厚さ0.2〜3μmの膜が残存する、というものである。 The reason why the film remains in this way can be estimated as follows. CO 2 laser processing is a method in which an insulating layer absorbs laser light to raise the temperature of the resin and cause thermal decomposition. Therefore, the thermal conductivity of copper, which is the inner layer conductor, is about three orders of magnitude higher than that of the resin. As a result, when the insulating layer becomes thinner, the heat flows to the inner layer conductor, so that the resin temperature cannot reach the decomposition temperature. A film having a thickness of 0.2 to 3 μm remains at the bottom of the hole.
このように膜が残ると、穴底に残った膜を除去するためのケミカルデスミア工程(コンディショニング、水洗、煮沸、冷却、水洗、膨潤、水洗、酸化デスミア、水洗、中和、水洗、乾燥等の工程からなる)が必要である。また、穴径が100μm以下になると、処理液の濡れ性が低下するため(処理液が加工した穴に入りにくくなる)、デスミアプロセスの信頼性が低下する。また、デスミア処理は本来穴底の樹脂残膜の除去を目的とする処理であるが、穴底の残膜を除去する際に、穴壁が3〜5μm除去されてしまい、通常、穴径が直径で最大10μm大きくなってしまうという問題もあった。 When the film remains in this manner, a chemical desmear process (conditioning, water washing, boiling, cooling, water washing, swelling, water washing, oxidation desmear, water washing, neutralization, water washing, drying, etc.) is performed to remove the film remaining at the bottom of the hole. Consisting of steps). Further, when the hole diameter is 100 μm or less, the wettability of the treatment liquid is reduced (the treatment liquid is difficult to enter the processed hole), and thus the desmear process reliability is lowered. The desmear treatment is originally intended to remove the resin film remaining on the bottom of the hole. However, when removing the film remaining on the bottom of the hole, the hole wall is removed by 3 to 5 μm, and the hole diameter is usually reduced. There was also a problem that the maximum diameter was increased by 10 μm.
一方、UVレーザを用いて樹脂ダイレクト基板にブラインドホール加工する方法は、1987年に米国IPCレビューにより紹介され、UV樹脂ダイレクト法として実用化されている。また、特許文献4には、複数の導体層と絶縁層が積層されたに加工する方法として、UVレーザだけで導体層と絶縁層を加工するUVダイレクト法が開示されている。 On the other hand, a method of blind hole processing on a resin direct substrate using a UV laser was introduced by the US IPC review in 1987 and put into practical use as a UV resin direct method. Further, Patent Document 4 discloses a UV direct method in which a conductor layer and an insulating layer are processed only by a UV laser as a method for processing a plurality of conductor layers and insulating layers to be laminated.
UVレーザを用いた場合、前記CO2レーザの場合のように、穴底に絶縁層が残ることはない。しかし、実用的な加工速度を得ようとして加工に十分なパルスエネルギを用いると、エネルギ密度過多であるため、穴底の導体層まで削られてしまい、めっき強度を確保するために設けられている導体層表面の凹凸が溶融分解してなくなってしまう。特に非線型光学素子等を用いて波長を変換する波長変換方式のUVレーザの場合はCO2レーザのようにパルス巾やパルス周波数によりパルスエネルギを加工途中で変えることができなく、絶縁層材料の厚さが65μmに対して厚さのばらつきが約20μmと大きいため、結果として穴底導体層を損傷してしまう。また、絶縁層のエネルギ吸収率が低い場合、穴底に到達するエネルギ量が増加し、これによって穴底導体層のエネルギ蓄積が増加する。このため、導体層上面の樹脂が分解気化することがあり、この際、気化エネルギにより絶縁層が引き剥がされて、穴底コーナー周辺の絶縁層がリング状に剥離することがある。しかし、パルスエネルギを小さくすると、穴底の損傷を軽減することはできるが、パルスショット数が増えるため、加工速度が低下する。 When a UV laser is used, an insulating layer does not remain at the bottom of the hole as in the case of the CO 2 laser. However, if sufficient pulse energy is used for processing in order to obtain a practical processing speed, the energy density is excessive, so that the conductor layer at the bottom of the hole is scraped, and is provided to ensure plating strength. The irregularities on the surface of the conductor layer are not melted and decomposed. In particular, in the case of a wavelength conversion type UV laser that converts a wavelength using a non-linear optical element or the like, the pulse energy cannot be changed during the processing by the pulse width or the pulse frequency like a CO 2 laser. Since the thickness variation is as large as about 20 μm with respect to the thickness of 65 μm, the hole bottom conductor layer is damaged as a result. Further, when the energy absorption rate of the insulating layer is low, the amount of energy reaching the hole bottom increases, thereby increasing the energy accumulation of the hole bottom conductor layer. For this reason, the resin on the upper surface of the conductor layer may decompose and vaporize. At this time, the insulating layer may be peeled off by the vaporization energy, and the insulating layer around the hole bottom corner may be peeled off in a ring shape. However, if the pulse energy is reduced, damage to the hole bottom can be reduced, but the number of pulse shots increases, so the processing speed decreases.
また、ガラス入り基板の加工を行った場合、エネルギ過多により、導体層が削られるだけでなく、穴の側壁にガラスが突き出し、絶縁層がバレル状に穴の側面がえぐられる。 In addition, when a glass-containing substrate is processed, not only the conductor layer is scraped due to excessive energy, but also glass protrudes from the side wall of the hole, and the side surface of the hole is punched out in a barrel shape.
絶縁層がエネルギ過多になる理由は、以下のように推定できる。UVレーザ光に関するエネルギ吸収率は、たとえば波長355nmの場合、エポキシ系材約30〜80%、銅約70〜75%以上、ガラス約20%(70%透過、10%反射)であり、差が大きい。また熱伝導率の差、すなわちエポキシ系材0.8〜0.85Wm−1K−1、銅386Wm−1K−1、ガラス1.04〜1.09Wm−1K−1であり、差が大きい。そのため、ガラス入り基板の場合、ガラス繊維により、約80%のエネルギが穴内部に反射拡散されて蓄積されるため、パルス周期を0.0033ms以下(パルス周波数3kHz以上)にすると穴側壁の樹脂がバレル状にえぐられ、ガラス繊維の突き出しが大きくなり穴品質が低下するというものである。 The reason why the insulating layer becomes excessive in energy can be estimated as follows. For example, when the wavelength is 355 nm, the energy absorption rate of the UV laser light is about 30 to 80% epoxy material, about 70 to 75% copper, about 20% glass (70% transmission, 10% reflection), and the difference is large. Moreover, it is a difference in thermal conductivity, that is, epoxy-based material 0.8 to 0.85 Wm −1 K −1 , copper 386 Wm −1 K −1 , glass 1.04 to 1.09 Wm −1 K −1 , and the difference is large. Therefore, in the case of a glass-filled substrate, about 80% of energy is reflected and diffused inside the hole by the glass fiber. Therefore, if the pulse period is set to 0.0033 ms or less (pulse frequency of 3 kHz or more), the resin on the hole side wall It is made into a barrel shape, and the protrusion of the glass fiber becomes large and the hole quality is lowered.
また、この加工法では、絶縁層にガラス繊維が入っていない場合でも、導体層を除去するため、エネルギ密度3J/cm2以上で加工をする。このため、UV光に対する前記材料物性値の違いにより、熱の制御が困難となり、穴底の導体層を損傷してしまう。したがって、実用可能な穴品質を得ることは困難である。 Further, in this processing method, processing is performed at an energy density of 3 J / cm 2 or more in order to remove the conductor layer even when glass fibers are not contained in the insulating layer. For this reason, the control of heat becomes difficult due to the difference in the material property values with respect to the UV light, and the conductor layer at the bottom of the hole is damaged. Therefore, it is difficult to obtain a practical hole quality.
さらにこのUV光を用いた場合、図18(a)に示したような、穴の途中まではA’又はC’分布での加工となるため、穴底に凹凸が発生し、後の残膜除去工程に要する時間が長くなる場合や凹部底部の導体層が部分的に損傷する場合がある。 Further, when this UV light is used, as shown in FIG. 18 (a), processing is performed with A ′ or C ′ distribution up to the middle of the hole, so that unevenness occurs in the bottom of the hole, and the remaining film after In some cases, the time required for the removal process becomes long, or the conductor layer at the bottom of the recess is partially damaged.
このような底部導体を損傷するという問題点を解決する手段として、例えば非特許文献1にあるように、レーザ光のエネルギ密度を樹脂層の分解エネルギしきい値より高く、かつ導体層の分解エネルギしきい値より低く設定することにより樹脂層部のみを選択的にエッチングする方法が提案されている。
As a means for solving such a problem of damaging the bottom conductor, for example, as disclosed in
ここで、分解エネルギしきい値とは、レーザ光の照射パワー密度とパルス幅の積であるエネルギー密度(フルエンスと呼ばれる。)がある一定値以上でなければワーク表面の溶融蒸発等による加工(アブレーション加工と呼ばれる。)が始まらないことが知られているが、その値のことである。 Here, the decomposition energy threshold is an energy density (referred to as fluence) that is the product of the irradiation power density of laser light and the pulse width (referred to as a fluence). It is known that processing does not start), but that value.
また、特許文献5には、穴底や周辺部の残渣物やスミアを除去するために、エキシマレーザのUV光をビーム整形光学素子でビームの断面形状をライン状又は矩形状の均一な分布にしたのち、照射して複数の穴を同時にクリーニングする方法が開示されている。しかし、これを樹脂層が最表層のものに適用すると、樹脂層の表面が損傷を受けることになる。
本発明の課題は、上記した樹脂や導体層についての分解エネルギしきい値の具体的な値を明らかにして、その違いを利用して穴底の残膜を選択的に除去できるようにレーザ光のエネルギ密度を切り替えて、穴開け加工から穴底の残膜除去までを一貫して行い、デスミア工程を不要にできる装置を提供することにある。 The object of the present invention is to clarify the specific value of the decomposition energy threshold for the above-mentioned resin and conductor layer, and to use the difference to selectively remove the residual film on the bottom of the laser beam. It is an object of the present invention to provide an apparatus capable of switching from the energy density to consistently performing the process from drilling to removing the residual film on the bottom of the hole and eliminating the desmear process.
発明者らの実験によれば、波長355nmのUVレーザの場合の分解エネルギしきい値は、エポキシ系材0.3〜0.5J/cm2、銅0.8〜1.0J/cm2、ガラス5〜6J/cm2であることがわかった。本発明は、この分解エネルギしきい値がエポキシ系材料と銅でわずかな差があることを見出し、これを利用して第2のUVレーザ光のエネルギ密度を絶縁層の分解エネルギしきい値よりも高く、導体層の分解エネルギしきい値よりも低いエネルギ密度にして、前記の残りの絶縁層を加工することにより目的とする導体層を露出させることに成功したものである。 According to the experiments by the inventors, the decomposition energy threshold in the case of a UV laser with a wavelength of 355 nm is an epoxy-based material of 0.3 to 0.5 J / cm 2 , copper of 0.8 to 1.0 J / cm 2 , it has been found that a glass 5~6J / cm 2. The present invention finds that this decomposition energy threshold is slightly different between the epoxy-based material and copper, and using this, the energy density of the second UV laser beam is made to be higher than the decomposition energy threshold of the insulating layer. The target conductor layer was successfully exposed by processing the remaining insulating layer at an energy density lower than the decomposition energy threshold of the conductor layer.
さらに、本発明においては、第2のUVレーザ光による仕上げ加工を行う前のステップにおいて、第1のUVレーザ光を用いて加工を施す際に、第1のUVレーザ光のエネルギ空間分布をトップハット形にして、穴底を平坦化しておく必要があることがわかった。 Furthermore, in the present invention, when processing is performed using the first UV laser light in the step before performing the finishing process using the second UV laser light, the energy space distribution of the first UV laser light is topped. It turned out that it was necessary to make a hat shape and to flatten the hole bottom.
そこで、上記の課題を解決するためには、少なくともUVレーザ光源を2系統用意し、ビーム整形ユニットによりエネルギ空間分布をトップハット形にして、その2系統のビーム径及びエネルギ密度を独立に設定できるようにすればよい。このとき、一つのUVレーザ光源から発射されたビームを音響光学素子等で2系統に切り替えるように構成した場合、装置寸法が小さくなるためさらによい。また、2系統のビームを、ワークに照射するときには同一の光軸にすると、レーザ光を切り替える際にX−Yステージの移動をしなくてすむため、加工時間が短縮化される。 Therefore, in order to solve the above problems, at least two UV laser light sources are prepared, the energy space distribution is made into a top hat shape by the beam shaping unit, and the beam diameter and energy density of the two systems can be set independently. What should I do? At this time, when the beam emitted from one UV laser light source is switched to two systems by an acousto-optic device or the like, it is further preferable because the size of the apparatus is reduced. Further, if the two beams are irradiated on the workpiece with the same optical axis, it is not necessary to move the XY stage when switching the laser beam, so that the processing time is shortened.
本発明によれば、導体層と絶縁層とが交互に積層されたプリント基板の内部に設けられた導体層へのブラインドホールの加工方法において、第1のUVレーザ光のエネルギ密度を、導体層と絶縁層の分解エネルギしきい値よりも高いエネルギ密度にして内部導体層の直前の絶縁層の途中まで加工し、第2のUVレーザ光のエネルギ密度を、前記内部導体層の分解エネルギしきい値よりも低く、前記絶縁層の分解エネルギしきい値よりも高いエネルギ密度にして前記絶縁層の残りの膜厚を除去するので、内部導体層を損傷がほとんどない状態で露出させることができる。 According to the present invention, in the method for processing a blind hole in a conductor layer provided inside a printed circuit board in which conductor layers and insulating layers are alternately laminated, the energy density of the first UV laser light is changed to the conductor layer. And an energy density higher than the decomposition energy threshold of the insulating layer is processed halfway through the insulating layer immediately before the inner conductor layer, and the energy density of the second UV laser beam is set to the decomposition energy threshold of the inner conductor layer. Since the remaining film thickness of the insulating layer is removed with an energy density lower than the value and higher than the decomposition energy threshold value of the insulating layer, the inner conductor layer can be exposed with almost no damage.
すなわち、穴底の絶縁層の残膜を除去できるので、デスミア処理工程が不要あるいは、処理時間を短縮することができる。 That is, since the remaining film of the insulating layer at the bottom of the hole can be removed, a desmear treatment process is unnecessary or the processing time can be shortened.
また、穴底コーナー部の剥離が発生しないので、穴品質が向上する。 Moreover, since peeling of the hole bottom corner portion does not occur, the hole quality is improved.
さらに、レーザ光を偏向器を用いて分配するように構成したことにより、1台のUVレーザ源で、導体層を加工するためのレーザ光と絶縁層の残膜を除去するためのUVレーザ光の両者を供給できるので、装置の小型化、低コスト化を実現することができる。 Furthermore, since the laser beam is configured to be distributed using a deflector, the laser beam for processing the conductor layer and the UV laser beam for removing the remaining film of the insulating layer with one UV laser source. Therefore, it is possible to reduce the size and cost of the apparatus.
また、レーザ光の分配手段と組み合わせてUVレーザ光とUVレーザ光を同軸化するように構成すると、2ヘッド構成でUVレーザ光2iによるUV加工とUVレーザ光2kによる穴底仕上げを同軸で連続して行うことができるため、テ−ブル移動回数を減らすことができ、加工時間を短縮することができる。
Further, when the UV laser light and the UV laser light are coaxially combined with the laser light distribution means, the UV processing by the
以下、本発明の実施形態について実施例を用いて具体的に説明する。
(装置例1)
図1は、本発明の第1の実施形態に係るレーザ加工装置の構成図である。同図において、UVレーザ発振器1は偏光型のQスイッチYVO4レーザ光(繰返し周波数10kHz〜100kHz)を、非線型光学素子LBO(LiB3O5)を用いて第3高調波(355nm)とした。ここで、レーザ光2の電場ベクトルが紙面平行方向となるようにレーザ発振器1を設置した。(以下、P偏光という。)音響光学偏向器6は、一般に音響光学素子に圧電素子を張り合わせた構造であり、その圧電素子に動作電圧(RF電圧)が印加されない場合入射光を直進(透過)させ、動作電圧が印加されると圧電素子を経由して音響光学素子中に発生した超音波により入射光はその超音波面でブラッグ回折し、出射角度が変化して偏向させるものである。この音響光学偏向器6を用いてレーザ光2を直進(2k)又は偏向(2i)させる。偏向されたレーザ光2iは、ビーム整形ユニット30iでトップハット形のエネルギ空間分布にされ、コリメータ3iにより絞られ、アパーチャ4iにより加工に適した直径に整形される。そして、コーナーミラー5iによって反射され、1/2波長板11により偏光方向を電場ベクトルが紙面垂直方向Si(以下、S偏光という。)になるように変換され、P波を透過させS波を反射する偏光ビームコンバイナ(偏光ビームスプリッタ)10により反射されて、コーナーミラー5kを介して加工ヘッドZに入射し、ヘッド部Z(2個のガルバノミラーとfθレンズとから構成される。図17参照)により集光されて加工面に垂直に入射する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be specifically described using examples.
(Device Example 1)
FIG. 1 is a configuration diagram of a laser processing apparatus according to the first embodiment of the present invention. In the figure, the
一方、直進させた場合のUVレーザ光2kは、ビーム整形ユニット30kを通り、コリメータ3kにより拡大あるいは縮小され、アパーチャ4kにより加工に適した直径に整形される。そして、2kはP偏光(Pk)であるから偏光ビームコンバイナ(偏光ビームスプリッタ)10を透過してコーナーミラー5kを介して加工ヘッドZに入射し、ヘッド部Z(2個のガルバノミラーとfθレンズとから構成されている)により集光されて加工面に垂直に入射する。ここで、レーザ光2i及び2kの光路を同一の光軸上を進むように調整した。
On the other hand, the
また、アパーチャ径を一定にしたまま、コリメ−タ3i、3kの拡大率Mi、Mkを調節することによって加工に適したエネルギ空間分布Ai、Bkにすることができる。(図18(b)参照。)また、アパーチャ4iを光路から外すと、エネルギ空間分布をフル出力のCi分布とすることができる。
Further, by adjusting the magnifications M i and M k of the
本装置例は、加工用のレーザ光学系を2系統持ち、エネルギ分布をほぼ独立に設定できる装置として非常に簡略化されており、装置を小型化できる。また、従来音響光学素子等を用いた偏向器の場合はビームダンパー等に入力して捨てていた透過光を利用するためエネルギの利用効率が向上する。また、ワークに照射する時点では2系統のレーザ光が同じ光軸にあるため、一貫して加工する場合にステージ移動などを伴わず、加工時間を短縮できる。 This apparatus example is very simplified as an apparatus having two laser optical systems for processing and capable of setting energy distribution almost independently, and the apparatus can be miniaturized. Further, in the case of a deflector using a conventional acousto-optic device or the like, the use efficiency of energy is improved because transmitted light that has been input to a beam damper or the like and discarded is used. Further, since the two laser beams are on the same optical axis at the time of irradiating the workpiece, the machining time can be shortened without moving the stage in the case of consistent machining.
本装置例において、音響光学偏向器6として入力光と出力光の偏向方向が90度変化するものが知られているが、これを用いた場合偏光方向の変換が不要となるため、1/2波長板11が不要となる。
In this example of the apparatus, the
(加工例1)
図2(a)は装置例1を用いた場合のガラス入り基板の加工方法に対するエネルギ分布と穴の形状を示す図であり、図2(b)はこのときの加工のタイミングを示すタイミングチャートである。
(Processing example 1)
FIG. 2A is a diagram showing the energy distribution and the hole shape for the glass substrate processing method when the apparatus example 1 is used, and FIG. 2B is a timing chart showing the processing timing at this time. is there.
ここで、レーザ光2i、2kの諸元を本明細書において以下のように定義する。なお、添字のaはレーザ光i、kの区分である。
EPa:パルスエネルギ(=EP0a×(dAa/d0a/Ma)2)
EP0a:レーザ発振器出射口でのパルスエネルギ
dAa:アパーチャ径
d0a:レーザ光2aの30aに入る前のビーム径
Ma:コリメータの拡大率
TPa:パルス巾
WPa:ピ−ク出力(=EPa/TPa)
EdSa:エネルギ密度 (=EPa/[π(dSa/2)2])
dSa:加工スポット径(=dAa×[(La/fa)−1])
La:fθレンズからワークまでの距離
fa:fθレンズの焦点距離
TPPa:パルス周期
TGC:ガルバノミラー位置決め周期
ESa:分解エネルギしきい値
Na:パルスショット数
Va:材料除去量
Here, the specifications of the
E Pa : Pulse energy (= E P0a × ( d Aa / d 0a / M a ) 2 )
E P0a : Pulse energy at the laser oscillator exit port d Aa : Aperture diameter d 0a : Beam diameter of
E dSa : Energy density (= E Pa / [π (d Sa / 2) 2 ])
d Sa : Processing spot diameter (= d Aa × [(L a / f a ) -1])
L a : Distance from fθ lens to workpiece f a : Focal length of fθ lens T PPa : Pulse period T GC : Galvano mirror positioning period E Sa : Decomposition energy threshold N a : Number of pulse shots V a : Material removal amount
図2(a)において、21は銅からなる外層導体層(厚さ9μm)、22はエポキシ系からなる絶縁層(厚さ50μm)、24は銅からなる内層導体層、tは第1のレーザ光2iで加工した後に残す膜厚である。まず、音響光学偏向器6に高周波電圧を印加して偏向させた第1のレーザ光2iを得た。ここで、第1のレーザ光2iに対する分解エネルギしきい値ESiは、外層導体層21(0.8〜1.0J/cm2)、絶縁層22の樹脂(0.3〜0.5J/cm2)に対する分解エネルギしきい値の中で高い方の値0.8〜1.0J/cm2である。
In FIG. 2A, 21 is an outer conductor layer made of copper (thickness 9 μm), 22 is an insulating layer made of epoxy (thickness 50 μm), 24 is an inner conductor layer made of copper, and t is the first laser. This is the film thickness left after processing with
レーザ光2iの導体層の効率的な除去に必要なエネルギ密度は実験から約3.0J/cm2以上であるためにビームを絞る必要があり、できるだけ大きなスポット径が得られるようにレーザ光2iはCi分布を適用した。パルス巾TPiを25ns、パルス周期TPPiを0.03ms(周波数30kHz)、ピ−ク出力WPiを2.4〜4.0kW、パルスエネルギEPiを0.06〜0.10mJとし、加工スポット径dSiを40μmにすると、パルスエネルギ密度EdSiを4.8〜8.0J/cm2にでき、導体層21及び絶縁層の大半を除去することができた。また、厚さ9μmの導体層に穴径100μmのウィンドーを加工するには、ビームスポットをいくつかの同心円状に円周運動(図中矢印)させる必要がある。この場合、必要なパルスの総数Niは100ショットであった。ここで、絶縁層を残す厚さtは5〜10μmが良い。ここで、第1のレーザ光2iのエネルギ空間分布をトップハット形にしているため、残膜厚をほぼ均一にできる。
Since the energy density required for the efficient removal of the conductor layer of the
絶縁層22の残膜tは、音響光学素子6への高周波電圧の印加を停止することにより得た第2のレーザ光2kにより除去した。レーザ光2kの穴底の絶縁層を除去するのに必要なUVレーザのエネルギ密度は0.3〜0.5J/cm2以上(実用的には0.5J/cm2以上)である。このため、絶縁層を均一に除去でき、かつ樹脂の引き剥がし強度を向上するために設けられている内層導体表面の酸化物層を除去でき、かつ導体層素材にほとんど損傷を与えないトップハット形状のBk分布を適用した。第2のレーザ光2kのパルスエネルギEPkを分解エネルギしきい値ESkよりも高く、内層導体層24の分解エネルギしきい値よりも低ければ内層の導体層24に損傷を与えることはない。したがって、パルス巾TPkを25ns、パルス周期TPPkを0.03ms(波数30kHz)、ピ−ク出力WPkを2.3〜3.6kW、パルスエネルギEPkを0.06〜0.09mJを適用し、加工スポット径dSkをウィンドー径100μmよりも大きい120μmにしてパルスエネルギ密度EdSkを0.5〜0.8J/cm2とした。この条件は、実用的に必要なエポキシ系絶縁層の分解エネルギ密度0.3〜0.5J/cm2より高いため絶縁層の残膜を除去することができ、また、内層導体層の銅に対する分解エネルギ密度0.8〜1.0J/cm2より低いため、内層導体層に損傷を与えることがなかった。このときの、絶縁層除去速度は約0.5μm/パルスであり、必要なパルス数Nkは30ショットであった。
The remaining film t of the insulating
図2(b)には、この方法のタイミングチャートが記載されている。第1のレーザ光2iを照射している時間にも第2のレーザ光2kが弱く重畳されることがわかる。これは音響光学素子の回折効率が100%ではないために発生するものであるが、樹脂の分解エネルギしきい値より低い値であるため、上記第1のレーザ光2iの加工への悪影響はなかった。
FIG. 2B shows a timing chart of this method. First in time that a
この方法によれば、穴底コーナー周辺部で導体層と絶縁層との間に剥離が生じることはなかった。なお、穴明け後に穴底の導体層上にわずかな分解飛散物が残る場合があったが、これはレーザ加工の後工程のメッキ処理の最初の工程であるソフトエッチング工程において、内層導体表面の酸化物層等と共に除去することができるので問題はなかった。 According to this method, no peeling occurred between the conductor layer and the insulating layer in the periphery of the hole bottom corner. In addition, after the drilling, there was a case where a slight dispersal and scattered matter remained on the conductor layer at the bottom of the hole. This is a soft etching process that is the first step of the plating process after the laser processing. There was no problem because it can be removed together with the oxide layer.
(加工例2)
図3(a)は装置例1を用いた場合の樹脂ダイレクト基板の加工方法に対するエネルギ分布と穴の形状を示す図であり、図3(b)はこのときの加工のタイミングを示すタイミングチャートである。図3(a)において、22はエポキシ系からなる絶縁層(厚さ50μm)、24は銅からなる内層導体層、tは第1のレーザ光2iで加工した後に残す膜厚である。ここで、第1のレーザ光2iに対する分解エネルギしきい値ESiは、絶縁層22の樹脂に対する分解エネルギしきい値の中で決まるので、0.3〜0.5J/cm2である。
(Processing example 2)
FIG. 3A is a diagram showing the energy distribution and the hole shape for the processing method of the resin direct substrate when the apparatus example 1 is used, and FIG. 3B is a timing chart showing the processing timing at this time. is there. In FIG. 3A, 22 is an epoxy insulating layer (thickness 50 μm), 24 is an inner conductor layer made of copper, and t is a film thickness left after processing with the
加工方法としては加工例1とほぼ同様であるので異なる点を説明する。第1のレーザ光2iの樹脂層に対して必要なエネルギ密度は、導体層に対するものより低いのでAi分布を適用した。パルス巾TPiを25ns、パルス周期TPPiを0.03ms(周波数30kHz)、ピ−ク出力WPiを1.0〜1.6kW、パルスエネルギEPiを0.025〜0.040mJとし、加工スポット径dSiを50μmにすると、パルスエネルギ密度EdSiを1.3〜2.0J/cm2にでき、絶縁層の大半を除去することができた。必要なパルス数Niは25ショットであった。絶縁層を残す厚さtは、絶縁層厚のばらつきを考慮して5〜10μmとした。ここで、第1のレーザ光2iのエネルギ空間分布をトップハット形にしたため、残膜厚をほぼ均一にできた。
Since the processing method is almost the same as the processing example 1, only different points will be described. Since the energy density required for the resin layer of the
絶縁層22の残膜tは、トップハット形状のBk分布にした第2のレーザ光2kにより除去する。パルス巾TPkを25ns、パルス周期TPPkを0.03ms(波数30kHz)、ピ−ク出力WPkを0.4〜0.6kWを適用した。ここで、加工例1と異なり、穴底以外の損傷を避けるために加工スポット径dSkをウィンドー径50μmよりも大きくできないので、ウィンドー径と同じ50μmにして、パルスエネルギEPkを0.010〜0.016mJに下げ、パルスエネルギ密度EdSkを0.5〜0.8J/cm2とした。このときの、絶縁層除去速度は約0.5μm/パルスであり、必要なパルス数Nkは15ショットであった。
The remaining film t of the insulating
(装置例2)
図4は、本発明の第2の実施形態に係るレーザ加工装置の構成図であり、UVレーザでウィンドーを明けた後にCO2レーザで絶縁層を除去することもできるようにしたものである。同図において、レーザ発振器1iから出力されたUVレーザ光2iは、ビーム整形ユニット30iを通り、コリメータ3iにより直径を拡大あるいは縮小され、アパーチャ4iにより加工に適した直径に整形される。そして、コーナーミラー5iを介して加工ヘッドZiに入射し、ヘッド部Ziにより集光されて加工面に垂直に入射する。
(Device example 2)
FIG. 4 is a block diagram of a laser processing apparatus according to the second embodiment of the present invention, in which the insulating layer can be removed with a CO 2 laser after the window is opened with a UV laser. In the figure, a
レーザ発振器1jから出力されたCO2レーザ光2jはビーム整形ユニット30jを通り、コリメータ3jにより直径を拡大あるいは縮小され、アパーチャ4jにより加工に適した直径に整形される。そして、コーナーミラー5jを介して加工ヘッドZjに入射し、ヘッド部Zjにより集光されて加工面に垂直に入射する。
The CO 2 laser light 2 j output from the
レーザ発振器1kから出力されたUVレーザ光2kは、ビーム整形ユニット30kを通り、コリメータ3kにより直径をMk倍に拡大あるいは縮小され、アパーチャ4kにより加工に適した直径に整形される。そして、コーナーミラー5kを介して加工ヘッドZkに入射し、ヘッド部Zkにより集光されて加工面に垂直に入射する。
The
レーザ光2i、2j、2kのいずれもビーム整形ユニット30i、30j、30kを制御することにより、エネルギ空間分布をガウス分布からトップハット形状に整形することができる。
By controlling the
また、アパーチャ径dAi、dAj、dAkを変更することにより、ワーク表面において、エネルギ密度一定のまま加工ビーム径dSi、dSj、dSkの調整が可能である。 Further, by changing the aperture diameters d Ai , d Aj , and d Ak , it is possible to adjust the machining beam diameters d Si , d Sj , and d Sk on the workpiece surface while keeping the energy density constant.
また、アパーチャ径dAi、dAj、dAkを一定にしたまま、コリメ−タ3i、3j、3kの拡大率Mi、Mj、Mkを変えることによって異なるエネルギ空間分布Ai、Bi、Aj、Bj、Ak、Bkとすることができる。また、アパーチャを光路から外すと、エネルギ空間分布をフル出力のCi、Cj、Ckとすることができる。
Further, different energy space distributions A i can be obtained by changing the enlargement factors M i , M j , M k of the
また、ヘッドZi、ヘッドZj、ヘッドZkはそれぞれ連続的に加工を行うことができ、それぞれプリント基板の全域を加工できる移動量をもっている。そして、XYワークテーブルの移動距離が最小となるように、軸間距離Lij、Ljkが最小となるように、かつそれぞれがワークテーブル上の同一のプリント基板を加工できるようにして、レーザ加工装置上に直線的に配置されている。 Further, the head Z i , the head Z j , and the head Z k can each be processed continuously, and each has a moving amount capable of processing the entire printed board. Laser processing is performed so that the inter-axis distances L ij and L jk are minimized so that the movement distance of the XY work table is minimized, and the same printed circuit board can be processed on the work table. It is arranged linearly on the device.
(加工例3)
図5は装置例2を用いて、ガラス入り基板の加工を行う場合のエネルギ分布と穴の形状を加工順に示す図であり、図6はこのときの加工のタイミングを示すタイミングチャートである。これらの図において、図5における(a)〜(c)と図6における(a)〜(c)はそれぞれ対応している。
(Processing example 3)
FIG. 5 is a diagram showing the energy distribution and the hole shape when processing a glass-containing substrate using the apparatus example 2, and FIG. 6 is a timing chart showing the processing timing at this time. In these drawings, (a) to (c) in FIG. 5 correspond to (a) to (c) in FIG.
図5(a)において、外層導体層21(厚さ9μm)は、レーザ光2iのパルスエネルギEPiが分解エネルギしきい値ESiよりも高い範囲のエネルギによって除去される。そこで、レーザ光2iのパルス巾TPiを30ns、パルス周期TPPiを0.04ms(周波数25kHz)、ピ−ク出力WPiを4000W、パルスエネルギEPiを0.12mJのCi分布を適用し、加工スポット径dSiを60μmとして、パルスエネルギ密度EdSiを4J/cm2とした。この条件は、実用的に必要なエネルギ密度3J/cm2以上(実験値である)を満足するので導体層を除去することができる。また、ビーム径より大きい、導体層の穴径100μmのウィンドーを加工するために、ビームスポットを円周運動(図中矢印)させた。この場合、必要なパルス数Niは80ショットであった。
In FIG. 5A, the outer conductor layer 21 (thickness 9 μm) is removed by the energy in the range where the pulse energy E Pi of the
図5(b)において、絶縁層22(厚さ50μm)はレーザ光2jによってほとんど除去される。ここで、パルス巾TPjを10μs、ピ−ク出力WPjを800W、パルスエネルギEPjを8mJのCj分布、加工スポット径dSjをウィンドー径100μmよりも大きい150μmにして、パルスエネルギ密度EdSjを45J/cm2にした。パルス数Njを3ショットとした。この条件は、ほとんどの絶縁層を除去できるが、穴底に厚さtcが0.1〜3μmのスミアが残った。
In FIG. 5B, the insulating layer 22 (thickness 50 μm) is almost removed by the
図5(c)において、絶縁層22のスミアはレーザ光2kによって除去される。したがって、パルス巾TPkを30ns、パルス周期TPPkを0.04ms(波数25kHz)、ピ−ク出力WPkを4000W、パルスエネルギEPkを0.12mJのBk分布を適用し、加工スポット径dSkをウィンドー径100μmよりも大きい150μmにした。この場合のパルスエネルギ密度EdSkは0.7J/cm2である。このときの、絶縁層除去速度は約0.5μm/パルスであり、必要なパルス数Nkは10〜15ショットであった。
In FIG. 5 (c), the smear of the insulating
そして、以上の方法によれば、導体層の加工とガラス繊維を含む絶縁層の加工を最も効率よく行うことができる。また、UVレーザ光の穴底に到達するトータルエネルギは約0.55mJ(≒0.12mJ×10ショット×(φ100/φ150)2)であり、絶縁層を直接加工する場合のトータルエネルギ6mJ(0.12mJ×50ショット)の約10%以下であった。したがって、UVレーザ光の吸収率が低い材料であっても、穴底が損傷することも、また、穴底コーナー周辺部で導体層と絶縁層との間に剥離が生じることはなかった。さらに、本加工例の場合、絶縁層の厚さがばらついても、CO2レーザ光2j加工後の残膜厚(スミア厚)は変わらないので、加工の信頼性が向上した。 And according to the above method, the process of a conductor layer and the process of the insulating layer containing glass fiber can be performed most efficiently. The total energy of the UV laser beam reaching the hole bottom is about 0.55 mJ (≈0.12 mJ × 10 shots × (φ100 / φ150) 2 ), and the total energy in the case of directly processing the insulating layer is 6 mJ (0 .10 mJ × 50 shots) or less. Therefore, even if the material has a low absorption rate of UV laser light, the bottom of the hole is not damaged, and no peeling occurs between the conductor layer and the insulating layer in the periphery of the hole bottom corner. Further, in the case of this processing example, even if the thickness of the insulating layer varies, the remaining film thickness (smear thickness) after processing the CO 2 laser beam 2 j does not change, so that the processing reliability is improved.
(加工例4)
図7は装置例2の装置を用いて、RCC基板の加工を行う場合のエネルギ分布と穴の形状を加工手順に示す図であり、図8はこのときの加工のタイミングを示すタイミングチャートある。図7における(a)〜(c)と図8における(a)〜(c)はそれぞれ対応している。
(Processing example 4)
FIG. 7 is a diagram showing the energy distribution and hole shape when processing the RCC substrate using the apparatus of apparatus example 2, and FIG. 8 is a timing chart showing the processing timing at this time. (A) to (c) in FIG. 7 correspond to (a) to (c) in FIG.
RCC基板では、導体層21の加工は、図7(a)に示すように、前記図5(a)と同様に行なった。図7(b)のCO2レーザ光2jによる絶縁層22の除去加工はガラス入り基板に比べて分解エネルギ密度しきい値が低いので、Bj分布のパルス巾TPjが10ms、ピ−ク出力WPjが500W、パルスエネルギEPjが5mJの条件を適用した。そして、加工スポット径dSjを150μmにすると、30J/cm2のパルスエネルギ密度EdSjが得られ、実用パルスエネルギ密度10J/cm2以上を満足する。この条件によれば、1〜2ショットでほとんどの絶縁層を除去できるが、穴底に厚さtcが0.1〜3μmの残膜(スミア)が残るので、図5(c)の場合と同様にして、残膜を除去した。
In the RCC substrate, the
(加工例5)
図9(a),(c)は、装置例2の装置を用いて表面に導体層のないFR−4基板の加工を行う場合のエネルギ分布と穴の形状を示す図であり、(b)、(d)はそのときのタイミングを示すタイミングチャートである。表面に導体層のないFR−4基板加工では、同図(a)に示すように、穴入口径が、絶縁層を除去するためのレーザ光2jのパルスエネルギEPjと絶縁層の分解エネルギしきい値ESjにより決まることを除いて、図5(b)の絶縁層の除去加工と同様に行った。また、同図(b)の絶縁層22のレーザ光2kによる穴底の絶縁層残膜の除去は図5(c)の穴底の残膜除去と同様に行った。
(Processing example 5)
FIGS. 9A and 9C are diagrams showing energy distributions and hole shapes when processing an FR-4 substrate without a conductor layer on the surface using the apparatus of apparatus example 2, and FIG. , (D) is a timing chart showing the timing at that time. In the FR-4 substrate processing without a conductor layer on the surface, as shown in FIG. 5A, the hole entrance diameter is such that the pulse energy E Pj of the
(加工例6)
図10(a)、(c)は、装置例2の装置を用いて表面に導体層のない樹脂基板の加工を行う場合のエネルギ分布と穴の形状を示す図であり、(b)、(d)はそのときのタイミングを示すタイミングチャートである。表面に導体層のない樹脂基板では同図(a)に示すように、穴入口径が絶縁層を除去するためのレーザ光2jのパルスエネルギEPjと絶縁層の分解エネルギしきい値ESjで決まることを除いて、図7(b)の絶縁層の加工と同様に行った。また、同図(c)の絶縁層22のレーザ光2kによる穴底の絶縁層の残膜除去は、図7(c)の穴底の残膜除去と同様に行った。
(Processing example 6)
FIGS. 10A and 10C are views showing energy distributions and hole shapes when processing a resin substrate having no conductor layer on the surface using the apparatus of apparatus example 2, and FIGS. d) is a timing chart showing the timing at that time. In the case of a resin substrate having no conductor layer on the surface, as shown in FIG. 4A, the hole entrance diameter is the pulse energy E Pj of the
(加工例7)
図11(a)、(c)は、装置例2の装置を用いて表面に導体層のない樹脂基板(あるいは導体層のないFR−4基板)の加工を行う場合のエネルギ分布と穴の形状を示す図であり、(b)、(d)はそのときのタイミングを示すタイミングチャートである。表面に導体層のない樹脂基板では、同図(a)に示すように、レーザ光2jの代わりにUVレーザ光2iのBi分布を適用し、パルスエネルギEPiと絶縁層の材質により、絶縁層を絶縁層の厚さのばらつき分を考慮して、tが5〜10μm残るように加工し、同図(c)に示すように、レーザ光2kにより穴底の残膜厚tを除去した。
(Processing example 7)
11 (a) and 11 (c) show the energy distribution and hole shape when processing a resin substrate without a conductor layer (or FR-4 substrate without a conductor layer) on the surface using the apparatus of apparatus example 2. FIG. (B), (d) is a timing chart showing the timing at that time. In the resin substrate having no conductor layer on the surface, as shown in FIG. 5A, the Bi distribution of the
(装置例3)
図12は、本発明の第3の実施形態に係るレーザ加工装置の構成図であり、図4と同じものまたは同一機能のものは、同一の符号を付して説明を省略する。
(Device Example 3)
FIG. 12 is a configuration diagram of a laser processing apparatus according to the third embodiment of the present invention. Components having the same or the same functions as those in FIG. 4 are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
同図において、10はレーザ光2iの光軸上に設置された偏光ビームコンバイナ(偏光ビームスプリッタ)、11はレーザ光2kの光軸上に設置された1/2波長板、12は全反射コーナーミラーである。全反射コーナーミラー12はレーザ光2kを反射して、偏光ビームコンバイナ10を透過したレーザ光2iと同軸になるように配置された。また、レーザ発振器1iとレーザ発振器1kは偏光方向と光軸が互いに平行となるように配置された。
In the figure, 10 is a polarization beam combiner (polarization beam splitter) installed on the optical axis of
この結果、Bi分布のレーザ光2iのP波成分Piと、Bk分布のレーザ光2kのS波成分Skを同軸化したレーザ光が時間軸で同時又は直列的に加算される。すなわち、ヘッドZiの出力を一定にした状態で加工部に、異なるエネルギ密度、出力密度、スポット径のビームを供給することができる。また、1/2波長板11、全反射コーナーミラー12を光軸から外すことにより、図4の場合と同様に、レーザ光2i、レーザ光2kにより同時および個別加工を行うこともできる。
As a result, the P-wave component P i of the
なお、レーザ光2iの電場ベクトルが紙面平行方向、レーザ光2kの電場ベクトルが紙面垂直方向となるようにレーザ発振器1iとレーザ発振器1kを設置した場合、レーザ光2kの偏光方向はS波成分Skとなるので、図12における1/2波長板11を省くことができる。
When the
(加工例8)
図13は、装置例3の装置によるRCC基板の加工例を示す図である。
同図において、導体層加工と絶縁層加工とを導体層除去エネルギ密度に設定したCi分布のレーザ光2iおよびBk分布の穴底の樹脂残厚は除去できるが導体層に損傷を与えないエネルギ密度のレーザ光2kにより、所定の絶縁層厚に対して10μmを残し、途中まで同時に加工を行った。引き続きヘッドZkによりレーザ光2kで樹脂残厚を連続的にショットして穴明けした。これにより、製造工程における絶縁層厚誤差の影響を受けることなく導体層と絶縁層の除去が可能になり、穴底を損傷することなくブラインドホールを加工できるため穴品質が向上した。また、ガルバノミラーの位置決め後のトータルパルスショット時間0.012秒(25kHz、300ショット)は同時加工により変わらなかった。
(Processing example 8)
FIG. 13 is a diagram illustrating a processing example of the RCC substrate by the apparatus of the apparatus example 3.
In the same figure, the residual resin thickness at the bottom of the hole of the C i
(加工例9)
図14は、第3の実施形態の装置による樹脂基板(層厚40μm)の加工例を示す図である。
同図において、絶縁層除去エネルギ密度に設定したAi分布のレーザ光2i、およびBk分布の絶縁層は除去できるが導体層に損傷を与えないエネルギ密度のレーザ光2kにより、所定の絶縁層厚に対して10μmを残し途中まで同時に加工を行い、引き続きヘッドZkでレーザ光2kにより連続的にショットして穴明けした。これにより、製造工程における絶縁層厚誤差の影響を受けることなく導体層と絶縁層の除去が可能になり、穴底を損傷することなくブラインドホールを加工できるため穴品質が向上した。また、ガルバノミラーの位置決め後のトータルパルスショット時間0.001秒(40kHz、40ショット)は同時加工により単独の場合の0.002秒(40kHz、80ショット)を1/2に低減できた。
(Processing example 9)
FIG. 14 is a diagram illustrating a processing example of a resin substrate (layer thickness: 40 μm) by the apparatus of the third embodiment.
In the figure, the
(装置例4)
図15は、本発明に係る第4の実施形態に係るレーザ加工装置の構成を示す図であり、図4、12と同じものまたは同一機能のものは、同一の符号を付して説明を省略する。なお、レーザ源1iは、直線偏光であるレーザ光2の電場ベクトルが紙面平行方向のP波成分になるように設置された。同図において、6a、6bは音響光学偏向器であり、電場ベクトルが平行偏光のレーザ光2の光軸上に設置された。8は0次回折光(透過光)用のビームダンパである。
(Example 4)
FIG. 15 is a diagram showing a configuration of a laser processing apparatus according to the fourth embodiment of the present invention. Components having the same or the same functions as those in FIGS. 4 and 12 are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted. To do. The
なお、レーザ光2iおよびレーザ光2kは、音響光学偏向器6a、6bによるエネルギロスが発生するため、エネルギ密度、出力密度は図4におけるレーザ光2i、レーザ光2kに対し、それぞれ約15%低下する。しかし、エネルギ空間分布などの特性は変化しないので、出力を調整することにより、図4に示した装置例1と実質的に同じ加工を行うことができた。
Since the
(加工例10)
ガラス入り基板を加工する場合には、次のような手順で行った。先ず、エネルギ密度を導体層除去エネルギ密度に設定したCi分布のレーザ光2iにより導体層を除去した後、Aj分布のレーザ光2jにより絶縁層を除去し、さらに、Bk分布のレーザ光2kにより穴底の残膜を除去して、ブラインドホールを形成した。この場合、ガルバノミラーを位置決めしてから、ショット時間が最も長いのは導体層除去時の0.0012秒であった。また、絶縁層除去では0.003秒、穴底の残膜除去は0.0004秒であった。したがって、穴底の残膜除去を導体層除去のガルバノミラー移動中に行うことができるため、実質的な加工速度は図4に示した装置例1と変わらなかった。この結果、1個のレーザ源1iで図4におけるレーザ源1iとレーザ源1kの動作を兼用することができるので、装置のコストを低減することができた。
(Processing example 10)
In the case of processing a glass-containing substrate, the procedure was as follows. First, the conductor layer is removed by the
(装置例5)
図16は、本発明に係る第5の実施形態に係るレーザ加工装置の構成を示す図であり、装置例2、装置例3又は装置例4に係る前述の図4、12、15と同じものまたは同一機能のものは、同一の符号を付して説明を省略する。
(Device Example 5)
FIG. 16 is a diagram showing a configuration of a laser processing apparatus according to the fifth embodiment of the present invention, which is the same as the above-described FIGS. 4, 12, and 15 related to apparatus example 2, apparatus example 3 or apparatus example 4. Or the thing of the same function attaches | subjects the same code | symbol and abbreviate | omits description.
これは装置例4において、音響光学装置6a、6bを配置し、1/2波長板11と全反射コーナーミラー12および偏光ビームコンバイナ10を配置することにより、1台のレーザ源1iからレーザ光2i、レーザ光2kを分離あるいは同軸化するようにしたものである。
Which in apparatus example 4, arranged acousto-
また、1/2波長板11、および全反射コーナーミラー12を光軸から外すことにより、図15の場合と同様に、レーザ光2i、レーザ光2k(一点鎖線)を個別に用いて加工を行うこともできる。
Further, by removing the half-
(加工例11)
装置例5に係るレーザ加工装置によって樹脂ダイレクト基板(絶縁層の厚さは40μmである。)の加工を、前記装置例3と同様の方法で行った。これにより、装置例3と同様に穴品質が向上した。また、ガルバノミラーの位置決め後のレーザ光2i、レーザ光2kをそれぞれ時間をずらせてショットしたが、レーザ光2iの出力を増すことにより、ト−タルパルスショット時間0.001秒(40kHz、40ショト)を維持できた。
(Processing example 11)
The resin direct substrate (the thickness of the insulating layer is 40 μm) was processed by the laser processing apparatus according to apparatus example 5 in the same manner as in apparatus example 3. As a result, the hole quality was improved as in the apparatus example 3. Further, although the
また、レーザ光を同軸化するための1/2波長板11、および全反射コーナーミラー12を光軸から外すことにより前記装置例3で示したレーザ加工装置の機能と同等にすることができた。すなわち、1つのレーザ源で装置例3と同じ機能を持たせることができる。その結果、装置コストの低減を図ることができた。
Further, by removing the half-
1,1i,1j,1k レーザ発振器
2 レーザ光
3,3i,3j,3k コリメータ
4,4i,4j,4k アパーチャ
5,5i,5j,5k コーナーミラー
14 ミラー
15a,15b ガルバノミラー
16 fθレンズ
30,30i,30j,30k ビーム整形ユニット
2,2i,2j,2k レーザ光
Z,Zi,Zj,Zk ヘッド部
1, 1 i , 1 j , 1 k
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