JP2014123682A - 基板の製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】高い信頼性を有する基板を低コストで効率良く製造することが可能な基板の製造方法を提供すること。
【解決手段】レーザー照射工程において、最表層の樹脂絶縁層であるソルダーレジスト51の表面52からレーザーL1の光源側にずれた位置に焦点を合わせた状態で、ソルダーレジスト51の表層部分にレーザーL1を照射する。レーザーL1の加工熱によって、有色のレジスト材が発泡してソルダーレジスト51の表面52から盛り上がるとともに変色した刻印部55を形成する。
【選択図】図8

Description

本発明は、レーザーを照射するレーザー照射工程を経て、基板を製造する基板の製造方法に関するものである。
従来、ICチップなどの部品を搭載してなる基板がよく知られている。この種の基板では、基板の基板主面を覆うようにソルダーレジストが形成されている。また、一般的に、ソルダーレジストの表面には、基板の種類を判別するためのマーク(文字など)が付与されている。
なお、マークは、例えば、ソルダーレジストの表面上に形成されたインク層に対するレーザー刻印、インクジェットプリンターを用いた印刷、基板の種類を表示したシールの貼付などにより付与される。ところが、インク層に対するレーザー刻印を行う場合には、インク層形成用のインクを準備する必要があり、しかもインク層の形成をレーザー刻印とは別に行う必要があるため、製造コストが上昇するという問題がある。同様に、インクジェットプリンターを用いた印刷を行う場合であっても、インクを準備する必要があるため、製造コストが上昇するという問題がある。また、シールを貼付する場合であっても、シールを準備する必要があるために製造コストが上昇するという問題がある。このため、近年では、ソルダーレジストの表面に対して直接レーザー刻印を行うことにより、低コストで刻印部(文字やマークなど)を形成するレーザー刻印方法が提案されている。
従来提案されているレーザー刻印方法としては、(1)表面層剥離、(2)印刷面剥離、(3)発色の3つの手法に分類される。(1)の表面層剥離の手法では、ソルダーレジストに文字を掘り込むことで刻印部を形成している。また、(2)の印刷面剥離の手法では、ソルダーレジストの下地層として銅層などの金属層を形成しておき、レーザー加工によってその銅層を露出させることで刻印部(認識マーク)を形成している(例えば、特許文献1参照)。さらに、(3)の発色の手法においては、レーザーの加工熱によってレジスト材を発泡させることで発色させ、刻印部を形成している。この手法は、表面層剥離のように掘り込む加工ではなく、ソルダーレジストの深部まで発泡させることで、刻印部における良好な視認性が得られるようになっている。
特開2003−51650号公報
しかしながら、上述した従来のレーザー刻印方法(1)〜(3)では、以下のような問題がある。すなわち、(1)の表面層剥離の手法において、刻印部はレジスト自体の厚みが減ることとなるため、ソルダーレジストの機能を確保しつつ刻印部を形成するためには、厳密な加工精度が要求され、製造コストが高くなる。また、(2)の印刷面剥離の手法では、刻印部の形成に合わせた専用の特殊設計(露出させることを前提とした金属層などの表面基材とは色調の違う下地材を埋め込む設計)を行う必要があり、製造コストが高くなる。さらに、刻印部にて銅層が露出すると、その部分から浸食が起こってソルダーレジストが剥離するといった問題が懸念される。また、(3)の発色の手法では、視認性を確保すべくソルダーレジストの深部まで発泡させると、レジスト内に多くの気泡が発生することになるため、ソルダーレジストにおいて物理的な脆弱性を生じさせることになる。このため、ソルダーレジストが崩れたり剥がれたりするリスクが増す。従って、発色による刻印部の形成は、ソルダーレジストにおいて適用が可能な範囲が限定されるといった問題がある。
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、高い信頼性を有する基板を低コストで効率良く製造することが可能な基板の製造方法を提供することにある。
上記課題を解決するための手段(手段1)としては、複数の樹脂絶縁層を積層した構造を有する基板にレーザーを照射するレーザー照射工程を経て、基板を製造する方法であって、前記レーザー照射工程では、最表層の樹脂絶縁層の表面からレーザーの光源側にずれた位置に焦点を合わせた状態で、前記最表層の樹脂絶縁層の表層部分にレーザーを照射することにより、発泡して前記最表層の樹脂絶縁層の表面から盛り上がるとともに変色した刻印部を形成することを特徴とする基板の製造方法がある。
従って、手段1の基板の製造方法によると、レーザー照射工程において、最表層の樹脂絶縁層の表面からレーザーの光源側にずれた位置に焦点を合わせた状態でレーザーが照射される。このように焦点をずらしてレーザー照射すると、レーザーの加工熱の効果が樹脂絶縁層の深部まで達しないため、樹脂絶縁層の機能(絶縁性や耐熱性などの機能)を保持した状態でその表面に刻印部を形成することができる。このため、本発明では、製造される基板の信頼性を確保することができる。また、本発明では、従来の印刷面剥離の手法のように、金属層を下地材として埋め込むといった特殊設計をする必要がない。従って、高い信頼性を有する基板を低コストで効率良く製造することができる。
最表層の樹脂絶縁層は、着色されたソルダーレジストであってもよい。この場合、絶縁性や耐熱性の機能を保持しつつソルダーレジストの表面に刻印部を形成することができる。また、ソルダーレジストにおいて、刻印部に閉じ込められた気泡によって光が散乱するため、刻印部はその周囲と比較して白濁した外観となり、視認性を十分に確保することができる。
最表層の樹脂絶縁層の表面から焦点までの距離を、1.2mm±0.25mmとすると、樹脂絶縁層の表面部分を確実に発泡させることができ、樹脂絶縁層の表面から盛り上がった刻印部を形成することができる。
また、樹脂絶縁層の表面から焦点をずらすことで、加工に必要なレーザーの出力や累積加工時間を大きくする必要がある。このため、本発明では、刻印部を形成する際のレーザーの照射条件として、レーザーの出力を3.8W以上4.3W以下、レーザーの発振周波数を18kHz以上23kHz以下、レーザーの移動速度を455mm/s以上525mm/s以下とする。つまり、樹脂絶縁層の表面に焦点を合わせてレーザー加工を行う従来のレーザー照射条件と比較して、本発明ではレーザーの出力を大きくし、レーザーの発振周波数を低くし、さらにレーザーの移動速度を遅くしている。このようにすると、レーザー加工による熱効果の影響が樹脂絶縁層の表層部分に留まり、表面に刻印部を安定して形成することができる。仮に、レーザーの出力が3.8W未満になったり、レーザーの発振周波数が18kHz未満になったり、レーザーの移動速度が455mm/s未満になったりすると、レーザーの加工熱の効果が樹脂絶縁層に達しにくくなるため、樹脂絶縁層の表面に刻印部を確実に形成できない可能性がある。一方、レーザーの出力が4.3Wよりも大きくなったり、レーザーの発振周波数が23kHzよりも大きくなったり、レーザーの移動速度が525mm/sよりも大きくなったりすると、レーザーの加工熱の効果が樹脂絶縁層の深部まで達してしまうため、樹脂絶縁層の機能(絶縁性や耐熱性などの機能)を保持できなくなるおそれがある。
上記基板を形成する材料は特に限定されず任意であるが、例えば、樹脂基板などが好適である。好適な樹脂基板としては、EP樹脂(エポキシ樹脂)、PI樹脂(ポリイミド樹脂)、BT樹脂(ビスマレイミド−トリアジン樹脂)、PPE樹脂(ポリフェニレンエーテル樹脂)等からなる基板が挙げられる。その他、これらの樹脂とガラス繊維(ガラス織布やガラス不織布)との複合材料からなる基板を使用してもよい。その具体例としては、ガラス−BT複合基板、高Tgガラス−エポキシ複合基板(FR−4、FR−5等)等の高耐熱性積層板などがある。また、これらの樹脂とポリアミド繊維等の遊技繊維との複合材料からなる基板を使用してもよい。あるいは、連続多孔質PTFE等の三次元網目状フッ素系樹脂基材にエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂を含浸させた樹脂−樹脂複合材料からなる基板等を使用してもよい。他の材料として、例えば各種のセラミックなどを選択することもできる。なお、かかる基板の構造としては特に限定されないが、例えばコア基板の片面または両面にビルドアップ層を有するビルドアップ多層配線基板や、コア基板を有さないコアレス配線基板などを挙げることができる。
本発明における刻印部とは、樹脂絶縁層の表面を盛り上げることによって形成された識別子のことを指す。刻印部の具体例としては、文字、記号、二次元コード、絵柄などが挙げられる。
ソルダーレジストは、絶縁性及び耐熱性を有する樹脂からなり、基板主面を覆い隠すことによりその基板主面を保護する保護膜として機能する。ソルダーレジストの具体例としては、エポキシ樹脂やポリイミド樹脂などからなるソルダーレジストがある。
本実施形態における配線基板を示す概略平面図。 配線基板を示す概略断面図。 刻印部の文字を示す拡大平面図。 図3におけるZ−Z線での断面図。 レーザー加工装置を示す概略構成図。 基板用トレイを示す平面図。 レーザー加工部の概略構成を示す断面図。 レーザーの焦点を配線基板の表面から光源側にずらして加工する場合の説明図。 レーザーの焦点を配線基板の表面に一致させて加工する場合の説明図。 レーザーの焦点深度と加工深さとの関係を示す説明図。
以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に基づき詳細に説明する。
図1,図2に示されるように、本実施形態の配線基板10は、ICチップ搭載用の基板である。配線基板10は、略矩形板状のコア基板11と、コア基板11のコア主面12(図2では上面)上に形成される主面側ビルドアップ層31と、コア基板11のコア裏面13(図2では下面)上に形成される裏面側ビルドアップ層32とからなるビルドアップ多層配線基板である。
本実施形態のコア基板11は、縦25mm×横25mm×厚さ1.0mmの平面視略矩形板状である。コア基板11は、ガラスエポキシからなる基材14と、基材14の上面及び下面に形成され、シリカフィラーなどの無機フィラーを添加したエポキシ樹脂からなるサブ基材15と、同じく基材14の上面及び下面に形成され、銅からなる導体層16とによって構成されている。また、コア基板11には、複数のスルーホール導体17がコア主面12、コア裏面13及び導体層16を貫通するように形成されている。かかるスルーホール導体17は、コア基板11のコア主面12側とコア裏面13側とを接続導通するとともに、導体層16に電気的に接続している。なお、スルーホール導体17の内部は、例えばエポキシ樹脂などの閉塞体18で埋められている。また、コア基板11のコア主面12及びコア裏面13には、銅からなる導体層41がパターン形成されており、各導体層41は、スルーホール導体17に電気的に接続されている。
図2に示されるように、主面側ビルドアップ層31は、熱硬化性樹脂(エポキシ樹脂)からなる3層の樹脂絶縁層33,35,37と、銅からなる導体層42とを交互に積層した構造を有している。また、第3層の樹脂絶縁層37の表面上における複数箇所には、端子パッド44がアレイ状に形成されている。さらに、樹脂絶縁層37の表面、即ち、配線基板10の基板主面19は、ソルダーレジスト51によってほぼ全体的に覆われている。本実施形態のソルダーレジスト51は、例えば青色に着色されたレジスト材(日立化成工業株式会社製SR7200)を用いて形成されている。なお、ソルダーレジスト51としては、青色以外に緑色などの他の色のレジスト材を用いて形成してもよい。
ソルダーレジスト51の所定箇所には、端子パッド44を露出させる開口部47が形成されている。端子パッド44の表面上には、複数のはんだバンプ(図示略)が配設されている。各はんだバンプは、矩形平板状をなすICチップ(図示略)の面接続端子(図示略)に電気的に接続される。なお、各端子パッド44及び各はんだバンプからなる領域は、ICチップを搭載可能なICチップ搭載領域23である。ICチップ搭載領域23は、主面側ビルドアップ層31の表面に設定されている。また、樹脂絶縁層33,35,37内には、それぞれビア導体43が設けられている。これらのビア導体43は、導体層42及び端子パッド44を相互に電気的に接続している。
裏面側ビルドアップ層32は、上述した主面側ビルドアップ層31とほぼ同じ構造を有している。即ち、裏面側ビルドアップ層32は、熱硬化性樹脂(エポキシ樹脂)からなる3層の樹脂絶縁層34,36,38と、導体層42とを交互に積層した構造を有している。第3層の樹脂絶縁層38の下面上における複数箇所には、ビア導体43を介して導体層42に電気的に接続されるパッド45がアレイ状に形成されている。また、樹脂絶縁層38の下面、即ち配線基板10の基板裏面20は、ソルダーレジスト53によってほぼ全体的に覆われている。ソルダーレジスト53の所定箇所には、パッド45を露出させる開口部48が形成されている。パッド45の表面上には、図示しないマザーボードとの電気的な接続を図るための複数のはんだバンプ(図示略)が配設される。そして、各はんだバンプにより、図1,図2に示される配線基板10は図示しないマザーボード上に実装される。
また、図1に示されるように、ソルダーレジスト51の表面52には、刻印部55が設けられている。刻印部55は、ロット番号や品番等を示す文字(本実施形態では「ABCDE」の文字)からなる。刻印部55は、ICチップ搭載領域23を避けた外縁部に配置されている。図3に示されるように、本実施形態の刻印部55の文字は、縦幅W1が0.6mm程度、横幅W2が0.45mm程度の文字である。また、図4に示されるように、刻印部55は、ソルダーレジスト51の表面52から盛り上がることで形成されており、その高さH1は1μm〜2μm程度である。刻印部55には複数の気泡が閉じ込められており、刻印部55はその周囲の青色に対して白く変色(白濁)した外観を有している。なお、刻印部55の幅W3(文字の線幅)は100μm程度に設定されている。
次に、レーザー加工装置61の構成について説明する。
図5に示されるように、レーザー加工装置61は、配線基板10の種類を示す情報(刻印部55)などを配線基板10にマーキングするためのものであり、供給部62、段バラシ部63、ワーク状態認識部64、レーザー加工部65、印字確認部66、段積み部67、排出部68を備えている。また、レーザー加工装置61は、供給部62、段バラシ部63、ワーク状態認識部64、レーザー加工部65、印字確認部66、段積み部67、排出部68の順に基板用トレイ91を搬送する搬送装置100や、装置全体を統括的に制御する制御装置110を備える。
図6に示されるように、基板用トレイ91は、例えば縦120mm×横315mmの平面視略矩形状をなしている。基板用トレイ91は、合成樹脂製(例えばPET樹脂製など)の板状物によって構成される。なお、基板用トレイ91は、金属製(例えばステンレス製など)の他の部材によって構成されていてもよい。基板用トレイ91は、配線基板10を横置き状態で支持するための基板支持手段である。本実施形態の基板用トレイ91は、配線基板10を収容する正方形状のトレイポケット92(収容凹部)が平面方向に沿って縦横に複数(本実施形態では24個)配置されるとともに、トレイポケット92を包囲する枠部93が形成された構造を有している。この基板用トレイ91は、製品出荷時に製品を収容する製品出荷用トレイとして共通に使用されるトレイである。
図5に示されるように、本実施形態では、レーザー加工装置61の供給部62に、マーキング処理前の複数の配線基板10を収容した基板用トレイ91が複数段に積み重ねられた状態で搬入される。また、段バラシ部63では、搬送装置100を構成するロボットや搬送コンベアなどによって、段積みされた各基板用トレイ91を1段ずつばらした後、基板用トレイ91をワーク状態認識部64に搬入する。
ワーク状態認識部64には、基板用トレイ91の上方からトレイポケット92内の配線基板10を撮影する認識カメラ121及び照明装置122等が設けられている。認識カメラ121及び照明装置122は、画像処理の技術を用いてワーク状態を確認するための機構である。認識カメラ121は、段バラシ部63からワーク状態認識部64に搬送された基板用トレイ91及び配線基板10をその上方から撮影する。照明装置122は、基板用トレイ91及び配線基板10上に光を照射する機能を有しており、基板用トレイ91における各トレイポケット92内の配線基板10を均一に照らすために光量や位置を調整する機能を有している。認識カメラ121は制御装置110に接続されており、認識カメラ121によって撮影された画像のデータが制御装置110に取り込まれる。制御装置110は、その画像データに基づいて、トレイポケット92内にて正しい姿勢(水平の姿勢)で配線基板10が収納されているか否かを確認するとともに、刻印部55となる位置が正しい方向(例えば上方)に向いた状態で配線基板10が収納されているか否かを確認する。
図5,図7に示されるように、レーザー加工部65には、レーザー照射装置71、ステージ81、トレイ押さえユニット101、アライメントカメラ124及び照明装置125等が設けられている。ステージ81は、基板用トレイ91の主面94をレーザー照射装置71に向けた状態で基板用トレイ91を支持する。また、ステージ81は、高さ方向に移動することにより、基板用トレイ91に支持された配線基板10とレーザー照射装置71との距離をあらかじめ決定した規定値(レーザーの焦点距離に対応した値)に保持するようになっている。具体的には、ステージ81の下方にエアシリンダ83が設けられている。エアシリンダ83は、シリンダ本体84と、エア圧によって上下動するピストンロッド85とからなる。ピストンロッド85は、その先端がステージ81に固定されており、シリンダ本体84から上方に突出することにより、ステージ81全体を上昇させる。さらに、エアシリンダ83のシリンダ本体84は、昇降ロボット87によって昇降される基台88上に固定されている。
トレイ押さえユニット101は、ステージ81とレーザー照射装置71との間に設けられており、ステージ81によって支持された基板用トレイ91の主面94を配線基板10を避けて押圧する。具体的には、トレイ押さえユニット101において、2本の棒状のストッパ部材102がトレイ搬送方向(図5では左右方向)に沿って延びるように配置されている。各ストッパ部材102は、ステージ81の主面94と平行に配置されている。そして、エアシリンダ83の駆動によりステージ81が上方に移動すると、基板用トレイ91の主面94の枠部93がトレイ押さえユニット101のストッパ部材102に面接触し、そのストッパ部材102によって基板用トレイ91の主面94が押圧される。この結果、基板用トレイ91の主面94が水平に保持され、それに伴って、配線基板10の上面(ソルダーレジスト51の表面52)も水平に保持される。さらに、基板用トレイ91に反りが生じている場合にはその反りも矯正される仕組みになっている。なお、本実施形態において、基板用トレイ91の水平度の角度誤差が0.1°未満となるようステージ81及びトレイ押さえユニット101が設計されている。
さらに、トレイ押さえユニット101(ストッパ部材102)は、連結部材104を介して基台88上に固定されており、それら連結部材104及び基台88を介して昇降ロボット87に連結されている。この昇降ロボット87の駆動によって、基台88が昇降すると、基板用トレイ91の主面94を押圧した状態でステージ81及びトレイ押さえユニット101が高さ方向に移動される。この結果、基板用トレイ91に支持されている配線基板10の表面52とレーザー照射装置71との位置合わせが行われる。なお、エアシリンダ83及び昇降ロボット87も制御装置110に接続されており、制御装置110から出力される制御信号に基づいてエアシリンダ83及び昇降ロボット87が駆動制御される。
基板用トレイ91は、配線基板10の種類によって異なる規格サイズのものが使用される。この場合、基板用トレイ91におけるトレイポケット92内での配線基板10の収納位置、配線基板10の厚さ、基板用トレイ91の厚さなどによって、配線基板10の表面52の位置が異なってしまう。このため、トレイ押さえユニット101の高さ補正を行わない場合、レーザー照射装置71の焦点が配線基板10の表面52に合わなくなる。これに対して、本実施形態では、基板用トレイ91の厚み、トレイポケット92内での配線基板10の位置、配線基板10の厚みなどの情報を制御装置110に入力しておき、その情報に応じてステージ81及びトレイ押さえユニット101の高さを補正している。この結果、レーザー照射装置71と配線基板10の表面52との距離が一定の間隔に保たれる。
図5に示されるように、レーザー加工部65におけるアライメントカメラ124及び照明装置125は、画像処理の技術を用いて配線基板10の位置を認識するための機構である。アライメントカメラ124は、ワーク状態認識部64からレーザー加工部65に搬送された基板用トレイ91及び配線基板10をその上方から撮影する。照明装置125は、基板用トレイ91及び配線基板10上に光を照射する機能を有しており、基板用トレイ91における各トレイポケット92内の配線基板10を均一に照らすために光量や位置を調整する機能を有している。アライメントカメラ124は制御装置110に接続されており、アライメントカメラ124によって撮影された画像のデータが制御装置110に取り込まれる。制御装置110は、その画像データに基づいて、基板用トレイ91における各トレイポケット92内の配線基板10の位置データを取得する。制御装置110は、この位置データを利用してレーザー照射装置71を制御する。
レーザー照射装置71は、基板用トレイ91によって支持された各配線基板10に対してレーザーを照射するためのものである。レーザー照射装置71は、レーザー(本実施形態では、波長532nmのYVOレーザー)を発生させるレーザー発生部(図示略)と、レーザーを偏向させるレーザー偏向部(図示略)と、レーザー発生部及びレーザー偏向部を制御するレーザー制御部(図示略)とを備えている。レーザー偏向部は、レンズ(図示略)と反射ミラー(図示略)とを複合させてなる光学系であり、これらレンズ及び反射ミラーの位置を変更することにより、レーザーの照射位置や焦点位置を調整するようになっている。レーザー制御部は、レーザーの照射強度、レーザーの発振周波数、レーザーの移動速度(印字速度)などの制御を行う。
印字確認部66には、画像処理の技術を用いて刻印部55の印字状態を検査するための機構、具体的には、検査用カメラ127及び照明装置128が設けられている。検査用カメラ127は、レーザー加工部65から印字確認部66に搬送された基板用トレイ91の各配線基板10をその上方から撮影する。照明装置128は、配線基板10上の刻印部55に光を照射する機能を有しており、基板用トレイ91の各トレイポケット92内の配線基板10を均一に照らすために光量や位置を調整する機能を有している。検査用カメラ127は制御装置110に接続されており、検査用カメラ127によって撮影された画像のデータが制御装置110に取り込まれる。制御装置110は、その画像データに基づいて、各配線基板10の刻印部55の印字状態を確認する。
段積み部67では、印字確認部66から搬入された基板用トレイ91がその厚さ方向に複数段積み重ねて配置される。そして、所定の段数に積み重ねられた各基板用トレイ91は、搬送装置100によって排出部68に送られその排出部68から装置外部に搬出される。
制御装置110は、CPU111、ROM112、RAM113、入出力ポート(図示略)等からなる周知のコンピュータにより構成されている。制御装置110は、レーザー照射装置71、搬送装置100、各カメラ121,124,127及び照明装置122,125,128、エアシリンダ83及び昇降ロボット87等に電気的に接続されており、各種の制御信号によってそれらを制御する。制御装置110において、CPU111は、レーザー加工装置61全体を制御するための各種処理を実行し、その処理結果に応じて各種の制御コマンドを演算処理するようになっている。そして、CPU111は、制御コマンドを所定の制御信号として出力するようになっている。ROM112には、レーザー加工装置61を制御するための制御プログラムなどが記憶されている。また、RAM113には、レーザー加工装置61の動作に必要な各種の情報が一時的に記憶される。
具体的には、レーザー照射を行うためのレーザー照射データがRAM113に記憶されている。レーザー照射データは、CADデータに基づいて生成されるデータであり、CADデータは、刻印部55が形成された画像を示す画像データを変換することによって得られるデータである。また、RAM113には、レーザー照射に用いられるレーザー照射パラメータ(レーザーの照射位置、焦点位置、照射角度、移動速度、照射強度、照射周期、照射ピッチなど)を示すデータが記憶されている。さらに、RAM113には、基板用トレイ91の厚さ、トレイポケット92内での配線基板10の位置、配線基板10の厚さなどの情報が記憶されている。
次に、本実施形態の配線基板10の製造方法について説明する。
本実施形態の配線基板10は、コア基板11のコア主面12及びコア裏面13に周知のビルドアップ工程を行うことで製造される。ここでは、配線基板10となる製品領域が平面方向に沿って縦横に複数配列した多数個取り用基板の形態で製造され、切断工程を経て個片化した複数の配線基板10が同時に得られる。そして、これら配線基板10を基板用トレイ91の各トレイポケット92に1枚ずつ収容し、さらに基板用トレイ91を複数段に積み重ねた状態でレーザー加工装置61の供給部62に搬入する。
その後、作業者によってレーザー加工装置61の稼動スイッチ(図示略)がオンされることで、配線基板10に刻印部55をマーキングするための処理が開始される。具体的には、制御装置110のCPU111は、搬送装置100を駆動することで、段積みされた各基板用トレイ91を段バラシ部63に搬入し、各基板用トレイ91を1段ずつばらす。そして、その基板用トレイ91がワーク状態認識部64に搬入される。
基板用トレイ91がワーク状態認識部64に搬入されると、CPU111は、認識カメラ121及び照明装置122を駆動し、基板用トレイ91及び配線基板10に対する照明及び撮像を開始させる。このとき、CPU111は、認識カメラ121によって撮影された画像のデータを取り込み、画像処理を行う。CPU111は、画像処理の結果、トレイポケット92内にて正しい姿勢(水平の姿勢)、かつ刻印部55となる位置が正しい方向(例えば、上方)に向いた状態で配線基板10が収納されているか否かを確認する。各配線基板10の姿勢や方向が正常であると判断した場合、CPU111は、搬送装置100を駆動することにより、基板用トレイ91をレーザー加工部65に搬入してステージ81上に基板用トレイ91を載置させる。
一方、CPU111は、配線基板10の姿勢や方向が異常であると判断した場合、図示しない警報手段(ブザーやランプ)を用いてその旨を通知するとともに、レーザー加工装置61の各処理を一旦停止する。その後、作業者は、配線基板10の姿勢や方向を正常な状態に直した後、レーザー加工装置61を再稼動し、基板用トレイ91をレーザー加工部65に搬入させるとともにステージ81上に基板用トレイ91を載置させる。
レーザー加工部65において、基板用トレイ91はその主面94をレーザー照射装置71に向けた状態でステージ81上に支持される。その後、CPU111は、エアシリンダ83を駆動して、ステージ81全体を高さ方向に移動させ、トレイ押さえユニット101のストッパ部材102にステージ81を接近させる。このとき、基板用トレイ91の主面94の枠部93がトレイ押さえユニット101のストッパ部材102に面接触することで、配線基板10を避けた状態で基板用トレイ91の主面94がストッパ部材102によって押圧される。この結果、基板用トレイ91の主面94の水平度が保持されるのと同時に基板用トレイ91の反りが矯正される。
さらに、CPU111は、昇降ロボット87を駆動し、基板用トレイ91の主面94を押圧した状態でステージ81及びトレイ押さえユニット101を高さ方向に移動させる。この移動によって、基板用トレイ91に支持された配線基板10とレーザー照射装置71との距離があらかじめ決定した値に保持される。
その後、CPU111は、アライメントカメラ124及び照明装置125を駆動し、基板用トレイ91及び配線基板10に対する照明及び撮像を開始させる。このとき、CPU111は、アライメントカメラ124によって撮影された画像のデータを取り込み、画像処理を行う。CPU111は、画像処理の結果、基板用トレイ91における各トレイポケット92内の配線基板10の位置データを取得する。
各トレイポケット92の平面形状は配線基板10よりも大きく、トレイポケット92の内壁面と配線基板10の側面との間には若干の遊びがある状態で配線基板10が収納されている。このため、各トレイポケット92内においてその遊び(隙間)に応じて水平方向にずれた状態で配線基板10が収納されているが、CPU111は、位置データに基づいて各配線基板10(刻印部55)の正確な位置を把握する。
その後、CPU111は、レーザー照射工程を行い、その位置データ等に基づいてレーザー照射装置71を駆動する。このレーザー照射装置71によって、各配線基板10に対してレーザーを照射してソルダーレジスト51の表面52を刻印することにより、ソルダーレジスト51の表面52に刻印部55を形成する。
本実施形態のレーザー照射工程では、レーザー照射装置71は、配線基板10において最表層のソルダーレジスト51の表面52からレーザーの光源側にずれた位置に焦点を合わせた状態で、ソルダーレジスト51の表層部分にレーザーL1を照射する。具体的には、図8に示されるように、ソルダーレジスト51の表面52からの距離D1が1.2mm±0.25mmの範囲となるよう焦点O1を設定している。また、レーザー照射工程におけるレーザー照射条件として、レーザーL1の出力を4.0W、レーザーL1の発振周波数を20kHz、レーザーL1の移動速度(印字速度)を500mm/sに設定している。このようにして、レーザーL1を照射すると、レジスト材が発泡してソルダーレジスト51の表面52から盛り上がるとともに変色した刻印部55が形成される。またここで、ソルダーレジスト51の表面52から焦点O1までの距離D1を大きくする(光源側に焦点O1がずれる)と、次第に発色が得られなくなる。また逆に、表面52から焦点O1までの距離D1を小さくする(表面52に焦点O1を近づける)と、ソルダーレジスト51が蒸発してその表面52に凹部が形成されるようになる(図9参照)。
図10には、レーザーL1の焦点深度と加工深さとの関係を示している。図10において、焦点深度は、光源側に焦点O1がずれた場合を−側として示し、ソルダーレジスト51の内部側にずれた場合を+側として示している。また、加工深さは、ソルダーレジスト51の表面52が盛り上がる場合を+側として示し、表面52が凹む場合を−側として示している。図10に示されるように、レーザーL1の焦点O1を距離D1だけ光源側にずらして照射すると、ソルダーレジスト51の表層部分が発泡してその部分に気泡が閉じ込められることで突条の刻印部55が形成される。なお、ソルダーレジスト51の表面52に対して光源側の反対側(ソルダーレジスト51の内側)に焦点O1をずらすと、ソルダーレジスト51自体の透過性によって、レーザーL1がソルダーレジスト51の深部へ到達し、より深い位置で熱効果が発生することが考えられる。従って、光源側に焦点O1がずれた場合と同様の効果は得られない。
因みに、従来の発色の場合のレーザー照射条件は、レーザーL1の出力が1.5W、レーザーL1の発振周波数が45kHz、レーザーL1の移動速度(印字速度)が700mm/sである。さらに、従来の表面層剥離の場合のレーザー照射条件は、レーザーL1の出力が2.7W、レーザーL1の発振周波数が45kHz、レーザーL1の移動速度(印字速度)が700mm/sである。つまり、本実施形態では、レーザーL1の焦点O1を光源側にずらしているため、加工に必要なレーザーL1の出力を大きくし、レーザーL1の発振周波数を低くし、さらにレーザーL1の移動速度を遅くしている。このようにすると、レーザー加工による熱効果の影響がソルダーレジスト51の表層部分に留まり、表面52に刻印部55の文字が安定して形成(印字)される。
刻印部55の形成後、CPU111は、搬送装置100を駆動することで基板用トレイ91を印字確認部66に搬送した後、検査用カメラ127及び照明装置128を駆動する。このとき、CPU111は、検査用カメラ127によって撮影された画像のデータを取り込み、画像処理を行う。CPU111は、画像処理の結果、各配線基板10に印字された刻印部55の文字を認識する。CPU111は、刻印部55の文字が正常に印字されているか否かを判定する。ここでは、文字に欠け、薄い部分などの欠陥がないか否かの判定(印字判定)が行われ、欠陥がなく正常であると判定された場合、CPU111は、搬送装置100を駆動することで基板用トレイ91を段積み部67に搬入する。一方、印字に欠陥があると判定した場合、CPU111は、図示しない警報手段(ブザーやランプ)を用いてその旨を通知するとともに、搬送装置100のロボット(図示略)等によって、異常のあった配線基板10を基板用トレイ91のトレイポケット92から取り除く。なお、配線基板10を取り除く作業は、ロボット以外に作業者が行ってもよい。またここで、刻印部55が正常に印字された配線基板10をあらかじめ準備しておき、空の状態となったトレイポケット92に、その配線基板10を入れ替えるようにしてもよい。
そして、CPU111は、搬送装置100を駆動することで段積み部67における基板用トレイ91をその厚さ方向に複数段積み重ねて配置する。さらに、所定の段数に積み重ねられた各基板用トレイ91は、搬送装置100によって排出部68に送られその排出部68から装置外部に搬出される。以上の工程を経て、刻印部55のマーキング処理が完了し、図1に示される配線基板10が製造される。
従って、本実施形態によれば以下の効果を得ることができる。
(1)本実施形態では、レーザー照射工程において、最表層のソルダーレジスト51の表面52からレーザーL1の光源側にずれた位置に焦点O1を合わせた状態でレーザーL1が照射される。このレーザー照射によって、ソルダーレジスト51の表層部分が発泡して盛り上がることで刻印部55が形成されるとともに、その刻印部55に発泡した気泡が閉じ込められることで刻印部55が変色する。このようにレーザーL1の焦点O1をずらして加工すると、その加工熱の効果がソルダーレジスト51の深部まで達しないため、ソルダーレジスト51の機能(絶縁性や耐熱性などの機能)を保持した状態で表面52に刻印部55を形成することができる。このため、配線基板10の信頼性を確保することができる。また、本実施形態では、従来の印刷面剥離の手法のように、金属層を下地材として埋め込むといった特殊設計をする必要がない。従って、高い信頼性を有する配線基板10を低コストで効率良く製造することができる。
(2)本実施形態では、ソルダーレジスト51は、青色に着色された樹脂絶縁層であり、表面52に形成された刻印部55では、その刻印部55に閉じ込められた気泡によって光が散乱する。このため、刻印部55はその周囲と比較して白濁した外観となり、視認性を十分に確保することができる。
(3)本実施形態では、従来のレーザー照射条件と比較して、レーザーL1の出力を大きくし、レーザーL1の発振周波数を低くし、さらにレーザーL1の移動速度を遅くしている。このようにすると、レーザー加工による熱効果の影響がソルダーレジスト51の表層部分に留まり、表面52に刻印部55を安定して形成することができる。
(4)本実施形態では、レーザー照射により、ソルダーレジスト51の表面52を盛り上げることで刻印部55を形成している。薄型の配線基板としては、ソルダーレジスト51の厚さが薄くなり、10μm程度の厚さとなる基板も実用化されているが、そのような薄型の配線基板であってもソルダーレジスト51の機能を確保しつつ刻印部55を確実に形成することができる。
(5)本実施形態のように、レーザー照射により、ソルダーレジスト51の表面52を盛り上げる場合には、樹脂絶縁層37とソルダーレジスト51との界面における導体層(配線パターン)の有無にかかわらず、刻印部55を形成することができる。このことから、ソルダーレジスト51の表面52において、刻印部55の形成可能領域が広くなり、より多くの情報を刻印部55として印字することが可能となる。
なお、本実施形態を以下のように変更してもよい。
・上記実施形態では、ソルダーレジスト51に対してレーザーL1を照射することによって刻印部55を形成していたが、配線基板10の他の層に刻印部を形成するようにしてもよい。例えば、ソルダーレジスト51を省略するとともに、樹脂絶縁層37に対してレーザーL1を照射することによって刻印部を形成してもよい。この場合、樹脂絶縁層37が最表層の樹脂絶縁層となる。
次に、前述した実施形態によって把握される技術的思想を以下に列挙する。
(1)上記手段1において、前記刻印部の高さは0.5μm以上5μm以下であることを特徴とする基板の製造方法。
(2)上記手段1において、前記刻印部は文字によって構成されており、前記文字の線幅は50μm以上150μm以下に設定されていることを特徴とする基板の製造方法。
(3)基板を横置き状態で支持する基板支持手段と、前記基板支持手段によって支持された前記基板に対してレーザーを照射するレーザー照射装置と、主面を前記レーザー照射装置に向けた状態で前記基板支持手段を支持し、かつ高さ方向に移動させることにより、前記基板支持手段に支持された前記基板と前記レーザー照射装置との距離をあらかじめ決定した規定値に保持するステージと、前記ステージと前記レーザー照射装置との間に配置され、前記ステージによって支持された前記基板支持手段の主面を前記基板を避けて押圧する押圧手段とを備えることを特徴とするレーザー加工装置。
10…基板としての配線基板
19…基板主面
33〜38…樹脂絶縁層
51…ソルダーレジスト
52…表面
55…刻印部
D1…焦点までの距離
L1…レーザー
O1…焦点

Claims (6)

  1. 複数の樹脂絶縁層を積層した構造を有する基板にレーザーを照射するレーザー照射工程を経て、基板を製造する方法であって、
    前記レーザー照射工程では、最表層の樹脂絶縁層の表面からレーザーの光源側にずれた位置に焦点を合わせた状態で、前記最表層の樹脂絶縁層の表層部分にレーザーを照射することにより、発泡して前記最表層の樹脂絶縁層の表面から盛り上がるとともに変色した刻印部を形成することを特徴とする基板の製造方法。
  2. 前記最表層の樹脂絶縁層は、着色されたソルダーレジストであることを特徴とする請求項1に記載の基板の製造方法。
  3. 前記最表層の樹脂絶縁層の表面から前記焦点までの距離は、1.2mm±0.25mmであることを特徴とする請求項1または2に記載の基板の製造方法。
  4. 前記刻印部を形成する際に照射されるレーザーの出力は、3.8W以上4.3W以下であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の基板の製造方法。
  5. 前記刻印部を形成する際に照射されるレーザーの発振周波数は、18kHz以上23kHz以下であることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の基板の製造方法。
  6. 前記刻印部を形成する際に照射されるレーザーの移動速度は、455mm/s以上525mm/s以下であることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の基板の製造方法。
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