JP2007157900A - プリント配線板のレーザー加工方法及びレーザー装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 レーザー孔明け加工部分の加工物の厚み、ガラスクロスなどの繊維の粗密度、樹脂材質、レーザー強度などによらず、多数のＩＶＨ用のバイアホールを均一にレーザー孔明け加工するレーザー加工方法及びこれに用いるレーザー装置を提供するものである。
【解決手段】 この課題を達成するために、多層プリント配線板の層間を接続するＩＶＨ用のバイアホールのレーザー孔明け加工方法において、内層の回路導体に達する際のレーザー照射光が被加工物を燃焼分解する燃焼光の変化を感知して、同一箇所のレーザー加工の追加ショット回数を決めるプリント配線板のレーザー孔明け加工方法、及びレーザー照射光が被加工物を燃焼分解する際の燃焼光の変化を感知する判定センサを備えたレーザー装置である。
【選択図】 図８

Description

本発明は、プリント配線板のレーザー加工方法及びこれに用いるレーザー装置に関するものである。

従来はプリント配線板、特に多層プリント配線板では、各内層の回路導体に達するＩＶＨのレーザー孔明け加工では、加工物の厚み、ガラスクロスなどの繊維の粗密度、樹脂材質、レーザー強度などにより多数のＩＶＨを均一にレーザー孔明け加工することが困難であった。

従来のレーザー孔明け加工では、その一例として、特開２００４−１４６４２７号公報に開示されている多層プリント配線板の製造方法がある。
これは、樹脂付き銅箔を積層しながら多段に重ねたバイアホールを形成するものであるビルドアップ法による多層プリント配線板の製造方法であって、多層プリント配線板の下方からの透過光を認識できる基準マークを第１バイアホール用のボトムランドに設け、基準マークから透過光を検出することにより第２バイアホールの合わせ位置決めをする多層プリント配線板の製造方法である。
特開２００４−１４６４２７号公報。

プリント配線板の外層から各段の内層の回路導体に達するＩＶＨ用のバイアホールのレーザー孔明け加工では、外層から各段の内層（加工物）までの厚みは、各段の絶縁層の厚みや各段の内層の回路導体厚みと樹脂材質が異なり、またガラスクロスなどの繊維の粗密度が孔明け位置によって異なり、レーザー強度やレーザー加工ショット数を、作業前の確認テストでレーザー加工条件を設定する必要があった。
また、外層から各段の内層毎に別工程でレーザー孔明け加工するため段取り作業が多く、作業ミスの発生の他多数のＩＶＨ用のバイアホールを均一にレーザー孔明け加工することが困難で接続信頼性の低下となっていた。

本発明の目的とすることは、レーザー孔明け加工部分の加工物の厚み、ガラスクロスなどの繊維の粗密度、樹脂材質、レーザー強度などによらず、多数のＩＶＨ用のバイアホールを均一にレーザー孔明け加工するレーザー加工方法及びこれに用いるレーザー装置を提供するものである。

上記の課題を解決するために請求項１の発明は、多層プリント配線板の層間を接続するＩＶＨ用のバイアホールのレーザー孔明け加工方法において、内層の回路導体に達する際のレーザー照射光が被加工物を燃焼分解する燃焼光の変化を感知して、同一箇所のレーザー加工の追加ショット回数を一定に選定するプリント配線板のレーザー孔明け加工方法である。
つまり、レーザー孔明け加工において、各層間の樹脂層から内層の回路導体に達するレーザー照射光が被加工物を燃焼分解、又は溶解分解する際の燃焼光の反応する変化を感知して、同一箇所平面のレーザー加工の追加ショット回数、又は追加レーザー照射時間を一定に選定することにより多数のＩＶＨ用のバイアホールを均一にレーザー孔明け加工するプリント配線板のレーザー加工方法である。

請求項２の発明は、上記内層の回路導体に達するレーザー照射光が被加工物を燃焼分解する際の燃焼光の変化を感知する判定手段として、内層の回路導体に達した際のレーザー照射光が被加工物を燃焼分解する燃焼光の色調変化、又は波長変化を受光して判定手段とするものである。そして同一箇所平面のレーザー加工の追加ショット回数、又は追加レーザー照射時間を一定にするプリント配線板のレーザー孔明け加工方法である。

請求項３の発明は、多層プリント配線板の層間を接続するＩＶＨ用のバイアホールの孔明けレーザー装置において、内層の回路導体に達するレーザー照射光が被加工物を燃焼分解する際の燃焼光の変化を感知する判定センサを備えたレーザー装置である。
つまり、樹脂層やガラスクロスなどの繊維から内層の回路導体（金属導体）に達する際のレーザー照射光が被加工物を燃焼分解する時の加工時に反応する燃焼光の変化を感知する判定センサを備えたレーザー孔明け装置である。

請求項４の発明は、内層の回路導体に達するレーザー照射光の変化を感知する判定センサとして、樹脂絶縁層から内層の回路導体（金属導体）に達するレーザー照射光が被加工物を燃焼分解する際の燃焼光の色調変化、又は波長変化を受光感知する判定センサを備えたレーザー装置である。

請求項１、請求項２のプリント配線板のレーザー加工方法では、ガラスクロスなどの繊維を含む樹脂層から各段の内層の金属回路導体に達するレーザー照射光が被加工物を燃焼分解する際の燃焼光の変化を感知して、同一箇所平面のレーザー加工の追加ショット回数を一定にすることにより多数のＩＶＨ用のバイアホールを均一にレーザー孔明け加工することができる。

つまり、各段の絶縁層の厚みと樹脂材質の違い、またガラスクロスなどの繊維の粗密度が孔明け位置によって異なってもレーザー強度やレーザー加工ショット数を、レーザー孔明け加工前の確認テストでレーザー加工条件を設定する必要がなくなり高作業効率で高品質である多数のＩＶＨ用のバイアホールを均一にレーザー孔明け加工をすることができる。

請求項３、請求項４の発明は、樹脂層やガラスクロスなどの繊維から内層の回路導体（金属導体）に達する際のレーザー照射光が被加工物を燃焼分解する際の燃焼光の変化を感知することを利用し、この燃焼光の色調変化、又は波長変化を受光する判定センサを備えたレーザー装置とするものであるから、絶縁層の厚み、樹脂材質の種類、またガラスクロスなどの繊維の粗密度によってレーザー強度やレーザー加工ショット数を選定する必要がない。

また、実際のレーザー孔明け加工前の確認テストでレーザー加工条件を設定する必要がなく、多数のＩＶＨのバイアホールを均一にレーザー孔明け加工することができるプリント配線板のレーザー加工方法及びレーザー装置を提供できる。

多層プリント配線板の層間を接続するＩＶＨのバイアホールのレーザー孔明け加工方法において、各層間の絶縁樹脂層から内層の回路導体（金属導体）に達するレーザー照射光から反応する燃焼光は絶縁樹脂層から内層の回路導体（金属導体）に達した時点で変化する。つまり、レーザー照射光が被加工物を燃焼分解、又は溶解分解する際の燃焼光の加工色は被加工物の厚み、被加工物の種類、またガラスクロスなどの繊維の粗密度によって変わることを利用する。

つまり、レーザー孔明け加工はＹＡＧや炭酸ガスレーザーを用い、被加工物を燃焼分解して孔明け加工するものであるから、被加工物の材質種類によってレーザー照射光が孔明け加工時に被加工物を燃焼分解する際の燃焼光（火花）は絶縁樹脂層から内層の回路導体（金属導体）に達した時点で変化する。
このレーザー照射光が絶縁樹脂層の加工時から内層の回路導体（金属導体）に達する時に反応する燃焼光の変化、例えば明暗変化、周波数変化、色調変化、又は波長変化などを利用する判定センサを備えたレーザー装置である。

絶縁樹脂層の加工時から内層の回路導体（金属導体）に達する時に明るい色調から暗い色調に変わる変化を感知して判定手段とするものである。
上記の燃焼光（火花）は絶縁樹脂層の加工時は燃焼分解が激しく孔明け加工速度が速くなり、明るい色調となるが、内層の金属導体の加工時は燃焼分解がされにくく暗い色調に変わり孔明け加工速度が激減する。

従って、同一箇所平面のレーザー加工の追加ショット回数、又は追加レーザー照射時間を一定にすることにより多数のＩＶＨ用のバイアホールを均一にレーザー孔明け加工するプリント配線板のレーザー加工方法及びこれに用いるレーザー装置である。

上記のレーザー照射光が内層の回路導体（金属導体）に達した時の回路導体（金属導体）からの反射光を感知することも考えられるが、通常ＩＶＨ用のバイアホール径は０．１ｍｍ程度と小径であり深さも０．２ｍｍ以上となると反射光を感知することは困難である。また、レーザー照射光が回路導体（金属導体）に充分に達した段階でないと反射光を感知することができない。

以下、図１〜図４を参照して本発明のプリント配線板のレーザー加工方法を説明する。
図１に示すように、プリント配線板のレーザー加工方法として、ガラスエポキシ材１に銅箔を張り合わせエッチングすることにより、両面に内層の回路導体２,３を設けたコア材５とした。

次に図２に示すように、内層の回路導体２,３を設けたコア材５の両面に樹脂付き銅箔７を樹脂６を介して高温プレス成形により積層する。
この樹脂付き銅箔７をレーザーマスクとして利用するため、外層の回路導体から内層の回路導体に達するブラインドビアや内層の回路導体相互を接続するベリードビアを総称するＩＶＨ（インタスティシャルビアホール）を配置する位置の樹脂付き銅箔７のＩＶＨ配置個所をエッチングすることにより銅箔を除去する。
つまり、金属導体は炭酸ガスレーザーの照射光に対して燃焼分解して溶解しないことを利用してレーザーマスクとする。

その次に図３に示すように、樹脂付き銅箔７の銅箔を除去し樹脂６が露出している部分へ炭酸ガスレーザー（レーザー加工条件：周波数1000Ｈｚ、パルス幅１０〜３０μｓｅｃ）を照射して、樹脂６を燃焼分解して除去することによりφ０．１ｍｍのバイアホール１５,１６を形成した。

そして、図４に示すように、無電解銅めっき及び電解銅めっき処理をして外層の回路導体と内層の回路導体を接続するバイアホール１５,１６の内壁にめっき導体１７を施しＩＶＨ１８,１９を形成する。
その後、外層銅箔（外層導体）をエッチングすることにより、所定の外層の回路導体１２,１３を設ける。

次に、図５〜図７を参照して本発明のプリント配線板のレーザー加工方法を詳細に説明する。
図３の断面図は、上記の図３においてレーザー孔明け加工における上面側のバイアホール１５部分を加工する際の拡大した断面図を示すものである。
この樹脂付き銅箔７の銅箔を除去し箇所の樹脂６が露出した部分へ炭酸ガスレーザーを照射して、樹脂６を燃焼分解して除去するものである。

そして図５に示すように、この樹脂付き銅箔７の銅箔７を除去し樹脂６が露出した部分へ炭酸ガスレーザー（レーザー加工条件：周波数1000Ｈｚ、パルス幅１０〜３０μｓｅｃ、ビーム径φ０．２ｍｍ）を２回〜４回ショット（照射）して、厚み０．２ｍｍ（今回の例）の樹脂６を内層の回路導体２の近くまで燃焼分解して除去する。

この時点のレーザー照射光が孔明け加工時に絶縁樹脂（被加工物）を燃焼分解する際の燃焼光（火花）は、絶縁樹脂６層の加工では燃焼分解速度が速いため、孔明け加工速度が速くなり、火花は赤色系統の明るい色調を示す。

次に図６に示すように、内層の回路導体２の一部分が露出するまでレーザー照射を続ける。この時点ではレーザー照射光は絶縁樹脂６の残存量が少なく樹脂６を燃焼分解する燃焼光（火花）は少なくなる。

この時点から先は内層の回路導体２の金属導体を溶解分解することになる。従って、内層の金属導体の加工時は溶解分解や燃焼分解がされにくいから燃焼光（火花）は少なくなり透明な暗い色調に変わる。
そして、この時点から先は孔明け加工速度は遅くなるが過剰なレーザー照射をするとバイアホール底面の周囲の樹脂６が燃焼分解して広がる。

つまり、図６に示したように、内層の回路導体２の一部分が露出する時点でのレーザー照射光の孔明け燃焼光（火花）が明るい色調から暗い色調に変化した明暗度、色調調度、又は波長、あるいは周波数をレーザー孔明け装置のセンサーで感知して、同一箇所平面のレーザー加工の追加ショット回数、又は追加レーザー照射時間を一定に設定する。

今回は燃焼光（火花）が明るい色調から暗い色調に変化した時点から１回〜２回のレーザーショットを追加設定して図７に示すように、樹脂６を適正に除去した高精度のバイアホール１５を形成した。
その後、図４に示すように、無電解銅めっき及び電解銅めっき処理によりバイアホール１５及びバイアホール１６の内壁にめっき導体１７を施し、外層の回路導体と内層の回路導体を電気的に接続するＩＶＨ１８及びＩＶＨ１９を形成する。

上記の図１から図７の説明では、コア材５の両面に樹脂付き銅箔７を積層するサブトラクティブ法で説明したが、コア材５の両面に絶縁樹脂層を重ね、その上に銅箔を交互に積層するビルドアップ法でも本願発明は適用できる。

そして、図８に示すように、多層プリント配線板の層間を接続するＩＶＨ用のレーザー孔明け装置において、樹脂付き銅箔７をレーザーマスクとして利用する所定位置のバイアホールを設ける上部の樹脂付き銅箔７の銅箔を除去し、樹脂６が露出した部分に炭酸ガスレーザーを照射して、樹脂６を燃焼分解して内層の回路導体２の一部分が露出するまでレーザー照射を続けてバイアホール１５を形成する。
この内層の回路導体２の一部分が露出するとレーザー照射光は絶縁樹脂６の残存量が少なくなるため樹脂６を燃焼分解する燃焼光（火花）は少なくなる。

つまり、レーザー照射光で絶縁樹脂を１００％燃焼分解している際の燃焼光（火花）は赤色系統の明るい色調である。そして内層の回路導体２の一部分が露出するとレーザー照射光は絶縁樹脂６の面積残存量（樹脂：８０％〜５０％が良好）が少なくなるため樹脂６を燃焼分解する燃焼光（火花）は少なくなり透明な暗い色調に変わる。

上記バイアホール１５底面の内層の回路導体２上の面積的の残存樹脂分：８０％〜５０％に達した段階の色調変化や明暗変化をレーザー装置に取り付けたセンサー２０で（受光）感知して、同一箇所平面のレーザー加工の追加ショット回数、又は追加レーザー照射時間を一定に設定するものである。

このレーザー照射光が絶縁樹脂層の加工時から内層の回路導体（金属導体）に達する時に反応する燃焼光（火花）の変化、例えば明暗変化、色調変化、色調による周波数変化又は波長変化などを利用して受光判定するセンサ２０を備えたレーザー装置である。

本発明のプリント配線板の内層コア材を説明する断面図である。 本発明のプリント配線板の積層工程を説明する断面図である。 本発明のプリント配線板のレーザー加工方法を説明する断面図である。 本発明のプリント配線板のＩＶＨの形成方法を説明する断面図である。 本発明のレーザー孔明け加工でバイアホールを形成する第１ステップの拡大図である。 本発明のレーザー孔明け加工でバイアホールを形成する第２ステップの拡大図である。 本発明のレーザー孔明け加工でバイアホールを形成する第３ステップの拡大図である。 本発明のレーザー装置を説明するための簡略図である。

符号の説明

１…ガラスエポキシ材、２,３…内層の回路導体、５…コア材、６…樹脂、
７…銅箔、１５,１６…バイアホール、１８,１９…ＩＶＨ、１７…めっき導体、２０…センサー。

Claims (4)

1. 多層プリント配線板のバイアホールのレーザー加工方法において、内層の回路導体に達する際のレーザー照射光が被加工物を燃焼分解する燃焼光の変化を感知して、同一箇所のレーザー加工の追加ショット回数を一定とすることを特徴とするプリント配線板のレーザー加工方法。
2. 請求項１において、上記内層の回路導体に達する際のレーザー照射光が被加工物を燃焼分解する燃焼光の変化を感知する判定手段として、内層の回路導体に達するレーザー照射光が被加工物を燃焼分解する際の燃焼光の色調変化、又は波長変化を受光して、判定することを特徴とするプリント配線板のレーザー加工方法。
3. 多層プリント配線板のバイアホールの孔明けレーザー装置において、内層の回路導体に達する際のレーザー照射光が被加工物を燃焼分解する燃焼光の変化を感知する判定センサを備えたことを特徴とするレーザー装置。
4. 請求項３において、内層の回路導体に達するレーザー照射光が被加工物を燃焼分解する際の燃焼光の変化を感知する判定センサとして、内層の回路導体に達するレーザー照射光が被加工物を燃焼分解する際の燃焼光の色調変化、又は波長変化を感知する判定センサであることを特徴とするレーザー装置。

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