JP2009234074A - セラミックグリーンシートのレーザー加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 直径３０μｍ乃至５０μｍの貫通ビアを厚み２５０μｍ以下のセラミックグリーンシートに６０％以上１００％未満のテーパ率で、熱による影響をうけることなく、穿孔加工を精度良く行なうことができるセラミックグリーンシートのレーザー光を用いたビア加工方法を提供すること。
【解決手段】 セラミックグリーンシート１に含まれるセラミック粉末の個数積算粒度分布における９０％粒径（Ｄ９０）を数式３からなる関係式を用いてテーパ率が６０％以上になるような粒径で調合し、図２ａに示すレーザーパルス４を同じ座標位置に連続で照射することにより穿孔加工を行なう。
【選択図】 図２

Description

本発明は、レーザー加工を用いたセラミックグリーンシートの孔加工の方法に関するものであり、特にレーザー光により、セラミックグリーンシートにビアホールとして機能させるための微小な貫通孔を形成する際のセラミックグリーンシートの孔加工方法に関するものである。

近年、電子機器の小型化に伴い、この電子機器に用いられる積層セラミック配線基板のようなセラミック電子部品においても小型化および高性能化が望まれている。例えば、積層セラミック配線基板においては小型化および配線導体の高密度化のために、より薄い絶縁層とし、配線導体層の幅、間隔およびスルーホールの径もより微細にすることが求められている。

このようなセラミック電子部品の製造方法として、セラミックグリーンシートにレーザーを用いたスルーホールの形成を行なうことにより、ビアの直径より厚みのある、微細な孔径および間隔のスルーホールを加工することが示されている（例えば、特許文献１および特許文献２参照）。
特開２００３−３４０８１８号公報 特許第３６１３１１１号公報

従来セラミック電子部品のビアホールの形成方法としては、レーザー加工性を向上させるために、被加工物であるセラミックグリーンシートにＴｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｔｌ、Ｐｂ、Ｂｉ、Ｃｅ、Ｕなどの金属を添加させたり、レーザー揮発性の高い補助剤を貼り付けたりする。

しかし、厚みがビアの直径の２倍以上のセラミックグリーンシートに直径３０μｍ乃至５０μｍの貫通ビアを６０％以上のテーパ率で加工するには、レーザービームの軌道を円状や螺旋状などに回しながら穴を掘り進めるため、１穴当りに所要するパルス数が多くなる。パルス数が増えるとレーザービームを照射することにより発生する熱がセラミックグリーンシートに溜まり、ビアの壁面にガラス成分や有機成分などの溶融が発生して、焼成時にビアが不均一に焼結され、ビアの接続信頼性を悪化させる。

パルス数を減らし厚みがビアの直径の２倍以上のセラミックグリーンシートに直径３０μｍ乃至５０μｍの貫通ビアを加工すると、ガラス成分や有機成分などの溶融を改善することができるが、テーパ率が６０％以上で加工するのが非情に困難になる。

厚みがビアの直径の２倍以上のセラミックグリーンシートに、直径３０μｍ乃至５０μｍで加工された貫通ビアがテーパ率６０％以下であると、後工程におけるビアへの導体の充填が不十分となり接続信頼性において問題となっていた。

また、テーパ率が６０％以下であっても導体ペーストの粘度を低くしたり、導体ペーストの流動性を上げることにより充填は可能となるが、ビア導体の焼結性が変化し信頼性の劣化などが問題として浮上する。即ち、ビアを充填する導体ペーストの特性を変えずに導体の充填を達成するには、ビアのテーパ率を改善する必要がある。

本発明のセラミックグリーンシートのレーザー加工方法は、厚さＴ_ＧＳが２５０μｍ以下のセラミックグリーンシートにトップハット形状に成形された紫外線レーザーを照射することによって、直径が３０μｍ乃至５０μｍで最大直径φviaの貫通孔を形成するレーザー加工方法において、前記紫外線レーザーのビーム径φ_Bと前記紫外線レーザーのショット数ｘが、

但し、

であり、前記貫通孔のテーパ率Ｔａと、セラミックグリーンシートに含まれる無機粉末の個数積算粒度分布における９０％粒径ｄとが、

の関係を有することを特徴とするものである。

また、本発明のセラミックグリーンシートのレーザー加工方法において好ましくは、前記セラミックグリーンシートが、紫外線吸収率が９０％以上の支持体に載置されていることを特徴とし、前記支持体の厚みが、３０μｍ乃至１００μｍであることを特徴とするものである。

本発明によれば、上記関係を用いると、厚みが２５０μｍ以下のセラミックグリーンシートに直径３０μｍ乃至５０μｍ、テーパ率６０％以上の貫通孔を加工することが可能となる。

また、セラミックグリーンシートが紫外線吸収率が９０％以上の支持体に載置されていると、紫外線吸収性の低いセラミックグリーンシートにおいても、前記の関係を用いて厚みが２５０μｍ以下のセラミックグリーンシートに直径３０μｍ乃至５０μｍ、テーパ率６０％以上の貫通穴を加工することが可能となる。

前記支持体の厚みが、３０μｍ乃至１００μｍのものを用いると、後工程における搬送や加工の際に発生する機械的応力に強く、支持体とセラミックグリーンシートとを一括で貫通孔を加工することが可能となる。

本発明のレーザー加工の実施の形態の一例を添付図面に基づいて以下に詳細に説明する。

本発明のセラミックグリーンシートのレーザー加工方法によれば、図１のセラミックグリーンシート１に貫通孔加工を施す加工を、紫外線領域レーザーの照射により行なうとともに、支持体２にＵＶ吸収材を含有させるようにした場合は、レーザーの照射スポット径を１５〜３５μｍ程度に小さくすることができ、かつ、支持体がＵＶ吸収材を含有しており効率よくレーザーを吸収し加工されるため、支持体２とセラミックグリーンシート１を同時に一括して穴加工することができ、さらに、ビアの直径を例えば３０μｍ乃至５０μｍの小径とすることができる。

図２は、Ｌ／Ｓ＝３０／３０乃至５０／５０のセラミック多層基盤において、直径が３０乃至５０μｍの貫通ビアを厚みが２５０μｍ以下のセラミックグリーンシートにレーザーパルスを同じ座標位置に連続で照射することによりビア３を加工し、支持体を剥がしたものを示す。ビアの直径をφ_viaとし、φ_via’とφ_viaの比に１００を掛けてパーセントで表わしたものをテーパ率Ｔａとする。

図２に示すビア３を加工するには、図３に示すレーザーパルス４を２ａ乃至２ｄの軌道で加工する方法がある。図３（ｂ）に示すレーザーパルス４を円弧状に軌道を描くように掃引させる加工方法や図３（ｃ）、図３（ｄ）に示すレーザーパルス４を螺旋状に軌道を描くように掃引させてビア３を加工する方法がある。図３に示すレーザーパルス３の軌道の組合せによる加工方法は、図２に示すビア３のテーパ率Ｔａを改善することができるが、図３（ａ）に示す同じ座標位置にレーザーパルス４を連続で照射する加工方法に比べ、ビア３を貫通させるのに所要するパルス数が多くなり、図２に示すセラミックグリーンシート１は熱による影響を受けて、ビア３の壁面にガラス成分や有機成分の溶融が発生する。

また、図３（ａ）に示す同じ座標位置にレーザーパルス４を連続で照射する加工方法において、過度な量のレーザーパルス４を照射すると、図２に示すセラミックグリーンシート１にビア３を貫通させるのに所要するパルス数が多くなり、熱による影響を受けてビア３の壁面にガラス成分や有機成分の溶融が発生し、セラミックグリーンシート１とビア３の焼結性に差が生じるため、接続信頼性において問題が発生する。

そこで、図３（ａ）に示す同じ座標位置にレーザーパルス４を連続で照射する加工方法において、次に示すパルス数とセラミックグリーンシートの厚みの関係式より、被加工物となる図２のセラミックグリーンシート１の厚みと図３（ａ）に示すレーザーパルス４のビーム径と加工するビア３の直径の比率が０．５乃至０．７の間になるように設定し、各種厚みと直径３０μｍ乃至５０μｍのビアを貫通させるのに適切なパルス数を算出する。

前記設定の下で算出したパルス数を用いて、図３ａに示す同じ座標位置にレーザーパルス４を連続で照射する加工方法を施すと、図２に示すセラミックグリーンシート１にビア３を貫通させることにより、ビア３の壁面にガラス成分や有機成分の溶融が発生するのを防ぐことができる。

貫通穴加工を施す加工を、第三高調波のＹＡＧレーザーで行なった場合には、レーザーパルスの照射ビーム径を１５〜３５μｍ程度にさらに小さくすることができ、ビアの直径を例えば３０μｍ乃至５０μｍとする。

図３（ｂ）、図３（ｃ）、図３（ｄ）に示すレーザーパルス４の軌道を用いて貫通ビアの加工を行なうと、加工速度はガルバノ速度に大きく依存する。それに対し、図３（ａ）に示すレーザーパルス４の移動に所要する時間は、加工速度が図３（ａ）に示す同じ座標位置にレーザーパルス４を連続で照射する加工方法を用いると加工速度はレーザーパルス発振器の周波数に依存する。ガルバノ周波数は現行の装置レベルにおいて２０００Ｈｚ前後に対しパルス周波数は１０〜７０ｋＨｚと、周波数のオーダーが異なるため、円弧状や螺旋状の軌道にレーザービームを移動しながら加工する方式に関しては、ガルバノ周波数が障害となりビアの加工速度を左右する。結果、図３（ａ）に示す同じ座標位置にレーザーパルス４を連続で照射する加工方法は生産性の向上にも多いに役立つ。

また、セラミックグリーンシートに含まれるセラミック粉末の個数積算粒度分布における９０％粒径（Ｄ９０）が２．６μｍ以下とした場合には、セラミックグリーンシートに含まれるセラミック粉末が、第三高調波のＹＡＧレーザーにてビア加工途中のセラミックグリーンシートの内部から物理的に弾き出されるように排出される易くなり、図４に示すレーザーパルスのエネルギー分布５のエネルギー密度が９０％以下の領域６においても、セラミックグリーンシート１の深さ方向への加工性が向上する。その結果、図２ａに示す同じ座標位置にレーザーパルス４を連続で照射する加工方法において、テーパ率が改善され、後工程における導体の充填を十分に施すことができ、信頼性の高いセラミック電子部品が得られる。

このときに加工に使用するレーザービームが光学フィルターを介し、トップハット形状（円柱）に変換する事により、さらにテーパ率Ｔａと真円度が改善される。

加工に使用するレーザービームをトップハット形状とすると、さらに図４に示すレーザーパルスのエネルギー分布５のエネルギー密度が９０％以上の面積７のレーザーパルスの照射ビーム径８に対する面積比が大きくなり、エネルギー密度の低いレーザーパルスビームの外周面積が小さくなるため、さらにビアのテーパ率が改善される。この時のレーザーパルスのエネルギー分布５のエネルギー密度が９０％以上の面積７がレーザーパルスの照射ビーム面積に対し２０％以上のビームをトップハット形状のビームとする。

数１と数２に示す関係式より、厚み２５０μｍ以下のセラミックグリーンシート各種を貫通させるために必要なパルス数を用いて、テーパ率６０％以上で加工するには、請求項１の数式３に表すテーパ率とセラミックグリーンシート１に含まれるセラミック粉末の個数積算粒度分布における９０％粒径（Ｄ９０）の関係式より目標とするテーパ率に対するセラミックの粒径を設定する。テーパ率６０％の貫通ビアを加工するのに必要な粒径を例えば２．６μｍとする。

前記の関係で整合がとれた条件化で、紫外線吸収率が９０％以下のセラミックグリーンシートにビアを加工する際は、図１に示す支持体２の紫外線吸収率が９０％以上であるか、図５ｃに示す導体層９が入ったセラミックグリーンシート１、若しくは紫外線吸収率が９０％以上の支持体２と図５ｃに示す導体層９が入ったセラミックグリーンシート１の組合せを図５ａ、および図５ｃに示す様に、セラミックグリーンシート側からレーザーパルス４を照射する。紫外線吸収率が９０％以上のセラミックグリーンシートにビアを加工する際は、５ａ乃至５ｂに示す入射方向からレーザーパルス４を照射しセラミックグリーンシート１を加工する。

また、セラミックグリーンシートに含まれるセラミック粉末の個数積算粒度分布における９０％粒径（Ｄ９０）が２．６μｍ以下とし、支持体２か、セラミックグリーンシート１、若しくは両方の組合せの紫外線吸収率が９０％以上としても、図３に示すレーザーパルス４の照射ビームとビア３の直径の比率が０．５乃至０．７以外となると、図２におけるビア３の直径φ_viaが大きくなり、φ_via’とφ_viaの差が大きくなることでテーパ率が悪化する。ビーム径を大きく広げることにより、狙いのビアの直径よりも大きく加工され、ビーム径を小さく絞ることにより、レーザーパルスの照射ビームが持つ絶対エネルギーが小さくなり過ぎることにより、被加工物に対する深さ方向への加工が少なくなるのと同時に、レーザーのエネルギーが被加工物の面方向に熱へと変換し広がることで、レーザーパルスの焦点付近が加工される。

セラミックスラリーに用いられるセラミック粉末としては、例えばセラミック配線基板であれば、Ａｌ_２Ｏ_３，ＡｌＮ，ガラスセラミック粉末（ガラス粉末とフィラー粉末との混合物）等が挙げられ、積層コンデンサであればＢａＴｉＯ_３系，ＰｂＴｉＯ_３系等の複合ペロブスカイト系セラミック粉末が挙げられ、セラミック電子部品に要求される特性に合わせて適宜選択される。

ガラスセラミック粉末のガラス成分としては、例えばＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３系、ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−Ａｌ_２Ｏ_３系，ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−Ａｌ_２Ｏ_３−ＭＯ系（ただし、ＭはＣａ，Ｓｒ，Ｍｇ，ＢａまたはＺｎを示す），ＳｉＯ_２−Ａｌ_２Ｏ_３−Ｍ^１Ｏ−Ｍ^２Ｏ系（ただし、Ｍ１およびＭ２は同じまたは異なってＣａ，Ｓｒ，Ｍｇ，ＢａまたはＺｎを示す），ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−Ａｌ_２Ｏ_３−Ｍ^１Ｏ−Ｍ^２Ｏ系（ただし、Ｍ^１およびＭ^２は上記と同じである），ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−Ｍ^３ _２Ｏ系（ただし、Ｍ^３はＬｉ、ＮａまたはＫを示す），ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−Ａｌ_２Ｏ_３−Ｍ^３ _２Ｏ系（ただし、Ｍ３は上記と同じである），Ｐｂ系ガラス，Ｂｉ系ガラス等が挙げられる。

また、ガラスセラミック粉末のフィラー粉末としては、例えばＡｌ_２Ｏ_３，ＳｉＯ_２，ＺｒＯ_２とアルカリ土類金属酸化物との複合酸化物，ＴｉＯ_２とアルカリ土類金属酸化物との複合酸化物，Ａｌ_２Ｏ_３およびＳｉＯ_２から選ばれる少なくとも１種を含む複合酸化物（例えばスピネル，ムライト，コージェライト）等のセラミック粉末が挙げられる。有機バインダーとしては、従来よりグリーンシートに使用されているものが使用可能であり、例えばアクリル系（アクリル酸，メタクリル酸またはそれらのエステルの単独重合体または共重合体，具体的にはアクリル酸エステル共重合体，メタクリル酸エステル共重合体，アクリル酸エステル−メタクリル酸エステル共重合体等），ポリビニルブチラール系，ポリビニルアルコール系，アクリル−スチレン系，ポリプロピレンカーボネート系，セルロース系等の単独重合体または共重合体が挙げられる。焼成工程での分解、揮発性を考慮すると、アクリル系バインダーがより好ましい。

また、上記のセラミック粉末やガラスセラミック粉末（ガラス粉末とフィラー粉末の混合物）の粒径は、個数積算粒度分布における９０％粒径（Ｄ９０）が２．６μｍ以下であることが望ましい。

これは、セラミックグリーンシートに含まれるセラミック粉末が第三高調波のＹＡＧレーザーにてビア加工途中のセラミックグリーンシートの内部から物理的に弾き出されるように排出される易くなり、図４に示すレーザーパルスのエネルギー分布５のエネルギー密度が９０％以下の領域６においても、セラミックグリーンシート１の深さ方向への加工性が向上する。その結果、図２ａに示す同じ座標位置にレーザーパルス４を連続で照射する加工方法において、テーパ率が改善され、後工程における導体の充填を十分に施すことができ、信頼性の高いセラミック電子部品が得られる。

前記で示すセラミックスラリーを図１に示す支持体２の上に塗布し、乾燥させて固めることにより、セラミックグリーンシート１を成形する。この時の支持体２の厚みは３０乃至１００μｍが適当であり、望ましくは３０乃至５０μが良い。これは、支持体２の厚みが３０μｍより小さいとフィルムの変形や折れ曲がりにより形成したビアパターンのピッチ変形や形状変形を引き起こしやすくなり、厚みが１００μｍより大きいとビア３の穴加工が難しくなるためである。支持体２と同時にビア３を打ち抜くため、従来より充填工程にて用いられたマスク製版などの役目を支持体２で行なうことができる。充填時に支持体の上は、導体ペーストで汚れてしまうが、充填後に支持体を剥がすことにより、ビアのショートなく、充填を達成することができる。

貫通穴加工を施す工程を、第三高調波のＹＡＧレーザーの照射により行なうとともに、支持体に紫外線吸収材を含有させるようにした場合、セラミックグリーンシートに貫通穴が形成される過程として、まず、第三高調波のＹＡＧレーザー光がセラミックグリーンシートに照射される。そこで、紫外線吸収率９０％以上のセラミックグリーンシート１を加工する場合、第三高調波のＹＡＧレーザーによる貫通穴のセラミック粉末の揮発による穿設の効果は高く、入射面の表層から徐々に深さ方向へと加工が進む。しかし、セラミックグリーンシートの紫外線吸収率が２０〜３０％程度と低い場合、第三高調波のＹＡＧレーザーによる貫通穴のセラミック粉末の揮発による穿設の効果は不十分であり、セラミックグリーンシートの第三高調波のＹＡＧレーザーが照射された部位（貫通穴となる部位）には、原料のセラミック粉末が残留していわゆるガラス残りの状態となり、所望の貫通ビアを得られない可能性がある。

しかしながら、セラミックグリーンシートに吸収されなかったＵＶ光はセラミックグリーンシートを透過して、支持体に照射される。ここで、支持体にＵＶ吸収材を含有させておくと、セラミックグリーンシートを透過したＵＶ光によって支持体は揮発しガスを噴出する。

その後、セラミックグリーンシート１の表面側の第三高調波のＹＡＧレーザーが照射された貫通穴となる部位は、支持体２が揮発し噴出したガスによって、セラミックグリーンシートに含まれるセラミック粉末が、支持体側からセラミックグリーンシートの表面方向に物理的に弾き出されるように噴出、排出され、貫通穴が形成される。

また、セラミックグリーンシートに含まれるセラミック粉末の粒径を、個数積算粒度分布における９０％粒径（Ｄ９０）が２．６μｍ以下とすれば、レーザービームのエネルギーによって、無機紛体が弾き出され易くなり、レーザーパルス４の照射ビーム上で、エネルギー密度が低い外周部分においても第三高調波のＹＡＧレーザーによる貫通穴のセラミック粉末の揮発による穿設の効果は適度となり、ビームの形状に近似するビアの加工が可能となる。

なお、セラミックグリーンシートに含まれるセラミック粉末の粒径を、個数積算粒度
分布における９０％粒径（Ｄ９０）が２．６μｍ以下とすれば、脱離痕が貫通穴と導体ペーストの間の空隙となることを抑制することはできるが、個数積算粒度分布における１０％粒径（Ｄ１０）が０．１μｍ未満となると、例えば、セラミック電子部品を製造する場合、セラミック粉末、有機バインダー、溶剤等を混合したセラミックスラリーを作成する工程において、セラミック粉末の凝集が生じ、導体ペーストによって導体層が形成された支持体上にセラミックスラリーを塗工してグリーンシートを形成する際に、グリーンシートの表面に凝集粒による突起が生じたり、凝集粒の周囲に塗工時の空気の取り込みによる空隙が生じたりしてしまう。したがって、セラミックグリーンシートに含まれるセラミック粉末の粒径は、個数積算粒度分布における１０％粒径（Ｄ１０）が０．１μｍ以上であることがより好ましい。

このときに使用するビーム径の一般的な定義を図６に示す。レーザーパルスの最高強度を１．０としたエネルギー分布５の、１／ｅ^２のエネルギー強度１１におけるパルス幅の長さをビーム径８とする。

しかし、前記ビーム径８は、理論値とビームプロファイラーなどの測定機器を使用した実測値から多少の差があるため、セラミックグリーンシートの貫通ビア加工に関しては、各種レーザー発振器においての最適な周波数とパルスエネルギーを用いて、紫外線吸収率が９０％以上の被加工物に、同じ座標位置へ５パルスのレーザーを連続で打ち込み、出来上がった穴径の測定を行ない、ビーム径と定義する。

貫通孔の加工は、金型やＣＯ２によるレーザーによる穴加工は、直径５０μｍが金型ピンの加工上あるいは光学的に限界であるために、第３高調波３５５ｎｍのＹＡＧレーザーにより加工することが好ましい。第１高調波１０６４ｎｍや第２高調波５３２ｎｍのＹＡＧレーザーでは光学的に５０μｍ以下の微小な穴加工は困難である。また、第４高調波２６６ｎｍではセラミックグリーンシートを貫通して穴加工するためのパワーが足りないため、レーザーのパルス数が著しく増加し生産性が極めて悪くなると同時に、導体付きグリーンシートが厚い場合には、導体付きグリーンシートの表裏の貫通孔径の差が極めて大きな穴加工となってしまう。

また、第三高調波のＹＡＧレーザーにより加工する場合、発振器出力、光路長、アパーチャマスク径、分光数などによる最適化された加工エネルギーはそれぞれ異なる場合はあるが加工点エネルギーを５０〜１５０μＪとすることがより望ましい。これは、加工点エネルギーが５０μＪより小さい場合、パルス数が著しく増加し生産性が極めて悪くなるとともに導体付きグリーンシートが厚い場合には、導体付きグリーンシートの表裏の貫通孔径の差が極めて大きな穴加工となってしまうからである。また、加工点エネルギーが１５０μＪより大きい場合、被加工物を乗せるレーザーテーブルなども加工され、ビアの表裏面に熱的ダメージを負わせたり、治工具の飛散物が異物としてビアの周囲や内壁、セラミックグリーンシートに付着したりする可能性があるからである。

このときの所望するビーム径とビア径の比が０．５乃至０．７である事が好ましい。

また、セラミック粉末やガラスセラミック粉末（ガラス粉末とフィラー粉末の混合物）の粒径は、個数積算粒度分布における９０％粒径（Ｄ９０）が２．６μｍ以下とし、支持体２か、セラミックグリーンシート１、若しくは両方の組合せの紫外線吸収率が９０％以上としても、図３に示すレーザーパルス４の照射ビームとビア３の直径の比率が０．５乃至０．７以外となると、図２におけるビア３の直径φ_viaが大きくなり、φ_via’とφ_viaの差が大きくなることでテーパ率が悪化する。ビーム径を大きく広げることにより、狙いのビアの直径よりも大きく加工され、ビーム径を小さく絞ることにより、レーザーパルスの照射ビームが持つ絶対エネルギーが小さくなり過ぎることにより、被加工物に対する深さ方向への加工が少なくなるのと同時に、レーザーのエネルギーが被加工物の面方向に熱へと変換し広がることで、レーザーパルスの焦点付近が加工される。

また、貫通孔を加工する際、グリーンシートは支持体上に保持したまま行なうと、導体付きグリーンシートの変形を防止できるのでより好ましい。

さらに、支持体にはＵＶ吸収材を含有させておくことが好ましい。支持体がＵＶ吸収材を含まなければ、導体付きグリーンシートに貫通孔を形成した際に同時に穴が空かず、貫通孔に導体ペーストを充填することが極めて困難になってしまうためである。

支持体中のＵＶ吸収材としては、Ｔｉ、Ｃｅ、Ｃなどが挙げられ、例えば５〜１５％
含有させておくのが好ましい。ＵＶ吸収材の含有量が５％未満であるとＵＶ吸収の効果は
得られにくく、また１５％を超えるとシートが硬くなり加工が困難となってしまうためで
ある。

また、支持体に含有させるＵＶ吸収材は、無色の有機系ＵＶ吸収剤を用い、導体付きグリーンシートに形成された導体層を、支持体を透過して可視的に認識できることがより好ましい。これは、導体付きグリーンシートを作成する過程において、支持体上に導体ペーストが塗布してあり導体層を形成し、導体層を形成した支持体上にセラミックスラリーを塗布してセラミックグリーンシート層を形成している場合、支持体に金属酸化物や有機系顔料のような有色のＵＶ吸収剤を用いた場合は、導体層付きセラミックグリーンシートに貫通穴を穿設する際に、貫通穴を穿設すべき位置を認識できないためである。

本発明の実施について以下に詳細に説明する。

まず、ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−Ａｌ_２Ｏ_３系ガラス粉末６０質量％およびアルミナ粉末４０質量％の無機粉末に、表２に示した有機バインダーおよび溶剤を添加し、ボールミルにて２４時間混合し、セラミックスラリーを作製した。

次に、ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−Ａｌ_２Ｏ_３系ガラス粉末６０質量％およびアルミナ粉末４０質量％のセラミック粉末に、有機バインダーとしてアクリル酸エステル‐メタクリル酸エステル共重合体を体積分率で４０％と、溶剤としてエチルアルコールを体積分率で６０％添加し、ビーズミルにて混合し、セラミックスラリーを作製した。このときセラミックグリーンシートに含まれるセラミック粉末の個数積算粒度分布における９０％粒径（Ｄ９０）粒径は、請求項１の数式３に示すテーパ率とグリーンシートのＤ９０粒径の関係式で表せる粒径となるようにビーズミルでの混合時間によって調整した。

次ぎに、アルミナ粉末と有機成分を混合してセラミックスラリーを作製し、紫外線吸の収率が９６％のＰＥＴフィルム支持体上にセラミックスラリーをリップコーター法により厚さ６２μｍ、１２５μｍ、１８７μｍ、２５０μｍで塗布し、乾燥することによりセラミックグリーンシートを作製した。

セラミック粉末の個数積算粒度分布における９０％粒径（Ｄ９０）が、０．８、１．４、２．０、２．６、２．７、３．２μｍである６種類のセラミックスラリーを準備し、紫外線吸の収率が９６％のＰＥＴフィルム支持体上にリップコーター法により厚みが６２．５、１２５．０、１８７．５、２５０μｍになるように成型して、２４種類のセラミックグリーンシートを得た。なお、セラミック粉末の９０％粒径はビーズミルの混合時間によって調整した。

このセラミックグリーンシートに、ＹＡＧレーザー（ＵＶ−ＹＡＧレーザー）を用いて貫通孔を形成した。このとき、ＹＡＧレーザー（ＵＶ−ＹＡＧレーザー）のビーム径は２０、２５、３０μｍの３条件を使用し、それぞれ直径が２５、２８、３０、３５、４０、４５、５０、５２、６５μｍの９種類の貫通孔を形成した。このときのＹＡＧレーザー（ＵＶ−ＹＡＧレーザー）の加工条件、および加工後の貫通孔の形状とテーパ率を表１にまとめて示す。

表１中に示す形状の「○」は、ビア径のバラツキが狙い値より±５μｍ未満のものを、「×」は、ビア径のバラツキが狙い値より±５μｍ以上のものを示している。また同様に、表１中のテーパの「○」は、狙いのビア径でテーパ率が６０％以上のものを示す。一方「△」は、ビア３０個測定中テーパ率が６０％前後のものを示す。「×」は、テーパ率が６０％未満のものを示す。

セラミックグリーンシートをレーザー光の照射側として、レーザービームが光学フィルターを介し、トップハット形状（円柱）に変換し、図４に示すレーザーパルスのエネルギー分布５のエネルギー密度が９０％以上の面積７がレーザーパルスの照射ビーム面積に対し８０％のトップハット形状のレーザーパルスを使用する。

ビームの形状を円柱状に変換する光学部品を介した第三高調波のＹＡＧレーザー（ＵＶ−ＹＡＧレーザー）でビアの中心座標に、請求項１の数式１と数式２より導いたパルス数を連続で照射し、表１中の加工条件を用いて貫通穴加工を行ない、ビア形状を５０倍の双眼顕微鏡にて各条件のビアのテーパを３０個測定した結果を表１に示す。

本発明の実施例である例Ａ、および例Ｂにおいてはビーム径とビア径の割合が０．７以上、例Ｈ、および例Ｉのビーム径とビア径の割合が０．５以下の条件で加工されており、トップ径の広がり過ぎによるテーパ率の悪化や、パルス数が足りない影響により形状のバラツキや貫通性が不十分であった。

本発明の実施について以下に詳細に説明する。

厚み１２５μｍで紫外線吸収率が４２％のセラミックグリーンシートにテーパ率８０％以上で直径が４０μｍのビアを加工するために必要なセラミックグリーンシートに含まれるセラミック粉末の個数積算粒度分布における９０％粒径（Ｄ９０）、および加工条件を請求項１に示す関係より抽出する。

グリーンシートの厚みと貫通に必要なパルス数、およびビーム径とビアの直径の関係により、セラミックグリーンシートの厚みは最大で２５０μｍまでで、直径３０μｍ乃至５０μｍの貫通穴加工ができ、ビーム径とビアの直径の比率が０．５乃至０．７となる領域１２を図７ａに示す。ビーム径が２５μｍに設定された１０Ｗ発振器を搭載する第三高調波のＹＡＧレーザーを使用して、直径が４０μｍのビアをセラミックグリーンシートに貫通させる際のビーム径とビアの直径の比率が０．６２５となるパルス数と加工の深さ方向への進み具合を示す傾向線１３より、セラミックグリーンシートの厚みによって必要とするパルス数を検討する。

厚み１２５μｍのセラミックグリーンシートにレーザーパルスを同じ座標位置を連続して照射させて貫通する場合、図７ｂに示すグラフの傾向線１３において、セラミックグリーンシートに対するレーザーパルスの加工深度が１６パルス乃至１７パルスの間であることが判明した。

次に、実際に厚み１２５μｍのセラミックグリーンシートにレーザーパルスを同じ座標位置を連続して照射させて貫通する場合に所要するパルス数を請求項１の数式１、および数式２より算出する。結果、１６．２パルスであることが判明したため、実施するパルス条件は、切り上げて１７パルスを適応する。このときに使用する１７回のレーザーパルスの出力はパルス周波数が３０ｋＨｚで最適化された１０Ｗ発振器のパルス出力を適応する。

次に、請求項１の数式３に示すテーパ率とグリーンシートのＤ９０粒径の関係式でテーパ率が８０％となる粒径を算出すると１．８２７μｍとなる。ビアを加工するセラミックグリーンシートには、テーパ率８０％のビア加工に対して優位となる粒径として、Ｄ９０粒径が１．８μｍになる様にする。

まず、ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−Ａｌ_２Ｏ_３系ガラス粉末６０質量％およびアルミナ粉末４０質量％の無機粉末に、表２に示した有機バインダーおよび溶剤を添加し、ボールミルにて２４時間混合し、セラミックスラリーを作製した。

次に、ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−Ａｌ_２Ｏ_３系ガラス粉末６０質量％およびアルミナ粉末４０質量％のセラミック粉末に、有機バインダーとしてアクリル酸エステル‐メタクリル酸エステル共重合体を体積分率で４０％と、溶剤としてエチルアルコールを体積分率で６０％添加し、ビーズミルにて混合し、セラミックスラリーを作製した。このときセラミックグリーンシートに含まれるセラミック粉末の個数積算粒度分布における９０％粒径（Ｄ９０）粒径は、１．８μｍとなるようにビーズミルでの混合時間によって調整した。

次ぎに、アルミナ粉末と有機成分を混合してセラミックスラリーを作製し、紫外線吸の収率が９６％のＰＥＴフィルム支持体上にセラミックスラリーをリップコーター法により厚さ１２５μｍで塗布し、乾燥することによりセラミックグリーンシートを作製した。

プロット１として、セラミックグリーンシートをレーザー光の照射側として、ビームの形状を円柱状に変換する光学部品を介し、ビーム径２５μｍの第三高調波のＹＡＧレーザーで１７回のレーザーパルスを同じ座標位置に連続で照射し貫通ビアを加工した。

ビア３０個測定の結果、セラミックリーンシートに含まれるセラミック粉末の個数積算粒度分布における９０％粒径（Ｄ９０）が１．８μｍのときに平均８０．５％のテーパが付いたビアが加工できる。

また、例１と同じ様にｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−Ａｌ_２Ｏ_３系ガラス粉末６０質量％およびアルミナ粉末４０質量％の無機粉末に、表２に示した有機バインダーおよび溶剤を添加し、ボールミルにて２４時間混合し作成し、ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−Ａｌ_２Ｏ_３系ガラス粉末６０質量％およびアルミナ粉末４０質量％のセラミック粉末に、有機バインダーとしてアクリル酸エステル‐メタクリル酸エステル共重合体を体積分率で４０％と、溶剤としてエチルアルコールを体積分率で６０％添加し、ビーズミルにて混合し、セラミックスラリーを作製した。このときセラミックグリーンシートに含まれるセラミック粉末の個数積算粒度分布における９０％粒径（Ｄ９０）粒径が、５．１１μｍ、４．２９μｍ、３．８１μｍ、３．１６μｍ、２．７２μｍ、２．３９μｍ、２．１８μｍ、１．９４μｍ、１．６４μｍ、１．４９μｍ、１．４０μｍ、０．８０μｍとなるようにビーズミルでの混合時間によって調整した。

次に、アルミナ粉末と有機成分を混合してセラミックスラリーを作製し、紫外線吸の収率が９６％のＰＥＴフィルム支持体上にセラミックスラリーをリップコーター法により厚さ１２５μｍで塗布し、乾燥することによりセラミックグリーンシートを作製した。

それぞれをプロット２，３，４，５，６，７，８，９，１０，１１，１２，１３として、セラミックグリーンシートをレーザー光の照射側として、ビームの形状を円柱状に変換する光学部品を介し、ビーム径２５μｍの第三高調波のＹＡＧレーザーで１７回のレーザーパルスを同じ座標位置に連続で照射し貫通ビアを加工した。

ビア３０個測定の結果、図８において本発明における数式３はビアのテーパ率が６０％乃至９０％までで確認ができ、９０％以上になるとテーパの改善具合が飽和して、テーパ率１００％未満のビアが加工できることを確認した。

支持体の上に形成したセラミックグリーンシートの模式図である。 セラミックグリーンシートに加工したビアの断面図である。 代表的なレーザーパルスの軌道を用いた加工方法の模式図である。 トップハットビームの説明図である。 ビアの加工形体を示す模式図である。 パルスエネルギー分布の説明図である。 パルス数と加工深度を表すグラフである。 実施例２の結果を示すグラフである。

符号の説明

１ セラミックグリーンシート
２ 支持体
３ ビア
４ レーザーパルス
５ エネルギー分布
６ ９０％以下領域
７ ９０％以上領域
８ ビーム径
９ 導体層
１０ Ｆθレンズ
１１ １／ｅ^２
１２ 加工領域
傾向線

Claims (3)

1. 厚さＴ_ＧＳが２５０μｍ以下のセラミックグリーンシートにトップハット形状に成形された紫外線レーザーを照射することによって、直径が３０μｍ乃至５０μｍで最大直径φviaの貫通孔を形成するレーザー加工方法において、前記紫外線レーザーのビーム径φ_Bと前記紫外線レーザーのショット数ｘが、
   

   

   但し、
   

   

   であり、前記貫通孔のテーパ率Ｔａと、セラミックグリーンシートに含まれる無機粉末の個数積算粒度分布における９０％粒径ｄとが、
   

   

   の関係を有することを特徴とするセラミックグリーンシートのレーザー加工方法。
2. 前記セラミックグリーンシートが、紫外線吸収率が９０％以上の支持体に載置されていることを特徴とする請求項１記載のセラミックグリーンシートのレーザー加工方法。
3. 前記支持体の厚みが、３０μｍ乃至１００μｍであることを特徴とする請求項１または２記載のセラミックグリーンシートのビア加工方法。

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