JP2008147242A - プリント基板のレーザ加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】製造時間の短縮および製造コストの低減が可能なプリント基板の製造方法を提供すること。
【解決手段】表面が絶縁層２であるプリント基板１のランド３ａが配置された位置（第１の位置）に、ＣＯ_２レーザ（第１のレーザ）を照射して表面から深さｈの穴５ａを形成した後、マスクを介してビーム形状を矩形にしたエキシマレーザ（第２のレーザ）を走査させることにより、ランド３ａが配置された位置にランド３ａに到達する穴５およびラインを形成しようとするための溝６（第２の位置）を形成する。この場合、ＣＯ_２レーザにより表面からランド３ａに到達する穴５を形成してもよい。
【選択図】図１

Description

本発明は、プリント基板の製造方法に関する。

微細な配線を備えるプリント基板の製造方法として、特許文献１には、プリント基板の表面絶縁層に配線パターンに合わせた溝を形成し、形成した溝に導体（配線パターンの前駆体）を堆積させた後、過剰に堆積した導体をプリント基板の表面側から除去する方法が開示されている。この技術の場合、内層の配線パターンと表面に形成される配線パターンとを接続するための貫通穴を、配線パターンに合わせた溝を形成するに先立ち、レーザにより加工している。そして、この技術によれば、表面が平坦なプリント基板を形成することができた。

また、ビームの断面形状（以下、「ビーム形状」という。）を矩形形状にしたエキシマレーザを用いて配線パターンを作成する試みもなされている（非特許文献１）。

また、表面の導体層をマスクとして、ビーム形状を矩形形状にしたエキシマレーザによりブラインドホールを形成する技術が知られている（特許文献２）。
特開２００６−４１０２９号公報 特開平７−３３６０５５号公報 Ｐｈｉｌ Ｒｕｍｓｂｙ他、Ｐｒｏｃ．ＳＰＩＥ Ｖｏｌ．３１８４、ｐ．１７６−１８５、１９９７年

しかし、特許文献１記載の発明の場合、配線パターンに合わせた溝をソフトエッチングによって形成するので、溝を形成するための工程として、少なくとも、
ａ．フォトレジスト塗布工程
ｂ．フォトレジスト硬化工程
ｃ．露光工程
ｄ．現像工程
ｅ．ソフトエッチング工程
が必要である。

また、非特許文献１記載の技術では、内層の配線パターンと表面に形成される配線パターンとを接続する手段が考慮されていない。

本発明の目的は、上記した課題を解決し、製造時間の短縮および製造コストの低減が可能なプリント基板の製造方法を提供するにある。

上記課題を解決するため、本発明の第１の手段は、プリント基板の製造方法として、表面が絶縁層であるプリント基板の予め定める第１の位置に、第１のレーザを照射して前記表面から予め定める深さの穴を形成し、その後、前記第１の位置および前記プリント基板の予め定める第２の位置に、第２のレーザを照射して前記第１の位置に表面の絶縁層から内層の導体層に至る穴を形成すると共に前記第２の位置に前記表面から前記内層の導体層に接続されない深さの溝を形成し、その後、前記穴と前記溝に導電物質を充填して導体パターンを形成することを特徴とする。

この場合、前記第１のレーザが形成する前記穴の深さは、前記表面から前記内層の導体層に至る深さとしてもよいし、あるいは、前記内層の導体層に接続されない深さであり、かつ、形成された前記穴の穴底から前記導体層に至る高さが、前記第２のレーザが形成する前記溝の深さ以下としてもよい。

また、本発明の第２の手段は、プリント基板の製造方法として、表面が絶縁層であるプリント基板の予め定める第１および第２の位置に、第２のレーザを照射して前記表面から前記内層の導体層に接続されない深さの穴および溝を形成し、その後、前記第１の位置に、第１または第２のレーザを照射して前記表面から内層の導体層に至る穴を形成し、その後、前記穴と前記溝に導電物質を充填して導体パターンを形成することを特徴とする。

溝および穴を形成するための加工工程を減らすことができるので、プリント基板の製造時間を短縮できると共に、製造コストを安価にすることができる。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。

図１は本発明の加工手順を示す図であり、（ａ１）〜（ａ３）は平面図（表面図）、（ｂ１）〜（ｂ３）は（ａ１）〜（ａ３）におけるＡ−Ａ端断面図である。

プリント基板１は絶縁物１と導体層３とから形成されている。絶縁物２は線幅が１０μｍ程度のファインパターンを形成するのに適した材料（例えば、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、フェノール樹脂等の熱硬化性樹脂）で形成されており、（ｂ１）に示すように、表面２ａから深さＨの位置には、銅で形成された導体層（内層）３が配置されている。導体層３は、（ａ１）に示すように、円形のランド３ａとランド３ａと他のランド３ａとを接続するライン３ｂとから構成されている。また、表面の予め定める位置には、レーザを照射するときの位置の基準となるアライメントマーク４（図では９個）が導体層３を形成する際に作り込まれている（すなわち、アライメントマーク４は導体層３と同じ材質である）。

先ず、断面が円形のＣＯ_２レーザにより（ｂ２）に示すように、表面２ａから深さｈ（ただし、ｈ＜Ｈ）の穴５ａを形成する。すなわち、アライメントマーク４を参照し、ＣＯ_２レーザの光軸を加工しようとするランド３ａの中心に位置決めした後、パルス状のＣＯ_２レーザを照射する。この場合、穴５の形状として穴底の径が入り口の径に近い値とすることができる加工条件を選定することが好ましい。なお、深さｈについては後述する。

次に、ビーム形状を矩形にしたエキシマレーザを、導体パターンと同じレーザ透過部が形成された後述するマスク上を走査させ、（ａ３）、（ｂ３）に示すように、マスクを透過したエキシマレーザにより、絶縁物２の表面に深さｇの溝６を形成すると共に、穴５ａの底部とランド３ａとの間に存在していた絶縁物２を除去する。

すなわち、上記深さｈを、
ｈ≧（Ｈ−ｇ）
好ましくは、
ｈ≧１．２（Ｈ−ｇ）
に定める。この場合、ｈ＝Ｈとしても差し支えない。

以上で導体パターンを形成するための溝６および穴５の加工が終了したので、以下、従来の技術を用いて（例えば、非電解銅めっき工程により表面全体に銅めっき処理を行った後、電解銅めっき工程により溝６および穴５に銅を充填し、必要に応じて表面研磨する）導体パターンを完成させる。この後に、さらに樹脂を塗布あるいは積層し、上記の工程を繰り返すことにより、多層基板を製作する。

以下、具体的な実施例について説明する。

はじめに、穴５の加工について説明する。なお、穴を形成するためのレーザ加工機はよく知られているので、説明を省略する。ここでは、絶縁物２の材質がエポキシ系樹脂であり、表面２ａから導体層３までの深さＨが３５μｍであるとする。

ＣＯ_２レーザ加工機により直径が６０μｍの穴５を形成する場合、波長９．４μｍ、エネルギ密度１０〜１５Ｊ／ｃｍ^２、パルス幅１５μｓのパルスをプリント基板１に照射すると、２パルスで深さｈが３０〜３５μｍの穴５を加工することができる。そして、この場合、穴５の底の直径は５０μｍであった。

なお、穴５を形成するのに、ＣＯ_２レーザに代えて、エキシマレーザまたはＵＶレーザを用いてもよい。エキシマレーザにより直径が６０μｍの穴５を形成する場合、加工部でのエネルギを１Ｊ／ｃｍ^２として、５５パルス程度照射する必要がある。また、ＵＶレーザの場合、加工部でのエネルギを０．８Ｊ／ｃｍ^２として、６０〜７０パルス程度照射する必要がある。

次に、溝６の加工について説明する。

図２は、溝６および穴５を完成させるためのエキシマレーザ加工機の要部構成図である。

エキシマレーザのレーザビームは、レーザ発振によって生成されたビームをホモジナイザー（ビーム強度分布整形器）を用いて、ビーム強度分布が一様な、長辺が１３０ｍｍ、短辺が６ｍｍの矩形ビーム（以下、「ラインビーム１０」と呼ぶ。）に整形され、パルス状に出力される。そして、ラインビームは円筒レンズ２０により集光されてマスク１１に入射する。

マスク１１の材質は石英ガラスであり、片面にはクロム１１ａが塗布されている。塗布されたクロム１１ａのラインビーム１０を透過させようとする部分（すなわち、加工しようとする導体パターンと相似形（ここでは、５倍）の部分）は、クロムが削りとられている。この実施例の場合、マスク１１のクロムが削りとられている範囲（以下、「パターンサイズ」という。）は１２５ｍｍ×１２５ｍｍである。マスク１１は図示を省略する移動手段により、照射位置が固定のラインビーム１０の長辺に対して直角のＸ方向に移動自在である。

投影レンズ１２は、直径部がラインビーム１０の長辺に対応、かつ中心軸がラインビーム１０の中心軸と同軸になるようにして位置決めされている。

プリント基板１はテーブル１３上に固定されている。テーブル１３は図示を省略する移動手段により、マスク１１の移動方向と平行な方向に移動自在である。

そして、加工をする場合には、固定のレーザビーム１０と投影レンズ１２に対してマスク１１とプリント基板１とを逆方向に移動させ（走査させ）、マスク１１に形成された導体パターンをプリント基板１の表面に縮小転写させる（以下、「スキャン加工」と呼ぶ。）。この実施例の場合、縮小率が５倍であるからプリント基板１上におけるパターンサイズは２５ｍｍ×２５ｍｍである。そして、マスク１１の移動速度Ｖｓに対してプリント基板１の移動速度をＶｓ／５とする。

ここで、スキャン加工における、マスク１１の移動速度Ｖｓについて説明する。

いま、１パルスあたりの加工深さ（エッチレート）をＤとすると、加工深さｇを得るためのショット数Ｎは、
Ｎ＝ｇ／Ｄ
として求められる。そして、 投影レンズ１２の縮小率をＭ、パルスの繰返し周波数をｆ、レーザビーム１０のビーム幅をｗとすると、マスク１１の移動速度Ｖｓは、
Ｖｓ＝ｆｗ／ＭＮ
として求められる。

エキシマレーザとして、波長３０８ｎｍ、パルス幅４０ｎｓ、加工部のエネルギ密度１Ｊ／ｃｍ^２、パルス繰返し周期５０Ｈｚとして、１５パルスでプリント基板１上に溝幅１０μｍ、隣り合う溝６の間隔が１０μｍ、深さｇが１０μｍの加工を行うことができた。

ところで、スキャン加工の場合、デブリと呼ばれる飛散物（絶縁物２が蒸発したもの）が発生する。通常、投影レンズ１２の下面とプリント基板１との距離は短いため、デブリが投影レンズ１２付着することが多い。また、デブリによりラインビーム１０が通過する雰囲気の屈折率が変化して、導体パターンの像がぼけてしまう。そこで、図３に示すように、ラインビーム１０の相対的な移動方向に対して未加工側から、加工部（ラインビーム１０がプリント基板１に入射する位置）に向けて、デブリを除去するための気体１５を帯状に供給すると共に、加工が終了した側に配置した帯状のバキューム手段１６により集塵するようにすると、加工精度を向上させることができると共にデブリ１４が投影レンズ１２に付着することを予防できる。なお、デブリ１４を加工部から除去するための気体１５としては、ヘリウム等の不活性ガスや窒素ガス等のデブリが燃焼することを助長しないものが望ましい。

なお、ＣＯ_２レーザにより穴５を加工すると加工能率を向上させることができるが、スミアと呼ばれる微小厚さ（０．２〜０．３μｍ）の炭化残留物が穴底に残る場合がある。このため、従来はデスミアと呼ばれる化学的にスミアを溶解除去する工程を必要としたが、この実施例では、ＣＯ_２レーザにより穴５を加工した後、スミアが発生しないエキシマレーザをさらに照射するので、スミアが穴底に残ることはない。したがって、加工能率を向上させ、かつ、信頼性が高い加工を行うことができる。

なお、レーザ加工装置としては、ＣＯ_２レーザとエキシマレーザの両者を出力できる装置を用いても良いし、ＣＯ_２レーザを出力するレーザ加工装置とエキシマレーザを出力する他のレーザ加工装置を用いても良い。

また、ＣＯ_２レーザ（またはＵＶレーザ）とエキシマレーザの照射順序を逆にして、溝６を形成した後、穴５を形成する工にしてもよい。

本発明の加工手順を示す図である。 本発明を実施するのに好適なエキシマレーザ加工機の要部構成図である。 本発明を実施するのに好適な加工例を示す図である。

符号の説明

１ プリント基板
２ 絶縁層
３ａ ランド
５，５ａ 穴
６ 溝
１１ マスク

Claims (6)

1. 表面が絶縁層であるプリント基板の予め定める第１の位置に第１のレーザを照射して前記表面から予め定める深さの穴を形成し、
   前記穴の形成後、前記第１の位置および前記プリント基板の予め定める第２の位置に第２のレーザを照射して前記第１の位置に表面の絶縁層から内層の導体層に至る穴を形成すると共に前記第２の位置に前記表面から前記内層の導体層に接続されない深さの溝を形成し、
   前記溝の形成後、前記穴と前記溝に導電物質を充填して導体パターンを形成すること、
   を特徴とするプリント基板の製造方法。
2. 前記第１のレーザが形成する前記穴の深さは、前記表面から前記内層の導体層に至る深さであることを特徴とする請求項１に記載のプリント基板の製造方法。
3. 前記第１のレーザが形成する前記穴の深さは、前記内層の導体層に接続されない深さであり、かつ、形成された前記穴の穴底から前記導体層に至る高さが、前記第２のレーザが形成する前記溝の深さ以下であることを特徴とする請求項１に記載のプリント基板の製造方法。
4. 表面が絶縁層であるプリント基板の予め定める第１および第２の位置に第２のレーザを照射して前記表面から前記内層の導体層に接続されない深さの穴および溝を形成し、
   前記穴および溝の形成後、前記第１の位置に第１または第２のレーザを照射して前記表面から内層の導体層に至る穴を形成し、
   前記導体層に至る穴の形成後、前記穴と前記溝に導電物質を充填して導体パターンを形成すること、
   を特徴とするプリント基板の製造方法。
5. 前記第２のレーザの中心軸と直角方向の断面は、一辺が他辺よりも十分に大きい略矩形形状であることを特徴とする請求項１または請求項４に記載のプリント基板の製造方法。
6. 前記第２のレーザと前記プリント基板を相対的に移動させる際、前記第２のレーザが前記プリント基板に入射する位置において前記レーザの移動方向に対し未加工側から加工によって生じた蒸発物を除去するための気体を供給することを特徴とする請求項５に記載のプリント基板の製造方法。

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