JP2015213949A5

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Publication number: JP2015213949A5
Application number: JP2014098173A
Authority: JP
Filing date: 2014-05-09
Publication date: 2017-04-27

Description

レーザ加工方法

本発明は、炭酸ガスレーザを用いてガラス板に穴あけする場合に好適なレーザ加工方法に係るものである。

近年、携帯電話、薄型テレビ、パソコンディスプレイ等の普及に伴い、ＩＣチップ（シ
リコン：２．６ｐｐｍ／℃）とマザーボード（ＦＲ４等の樹脂：横方向１０〜１５ｐｐｍ／℃）との熱膨張率の差を緩和するために、その中間的な熱膨張率を持つガラス板（例えば無アルカリガラスの場合３．８〜４．９ｐｐｍ／℃）に貫通穴をあけ、貫通電極を形成してＩＣチップへの中継基板（インターポーザ）とする需要が高まっている。

従来、ガラス基板への穴あけは（超音波）ドリル加工が主流であったが、ドリルの激しい磨耗やクラックが入りやすいなどの問題があった（特許文献１段落０００４参照）。そのため、レーザによる穴あけ加工が検討されているが、高出力が得られる炭酸ガスレーザではやはりクラックが入りやすいなどの問題があり（例えば、特許文献１段落００１４、特許文献２段落０００４参照）、紫外線レーザが主流であった（例えば、特許文献２、特許文献３参照）。尚、特許文献１には、炭酸ガスレーザでのガラス基板への穴あけ加工方法が開示されているが、穴壁面の品質が悪いために紫外線レーザを用いて仕上げ加工を行うというものである。

しかしながら、ＵＶレーザやピコ秒グリーンレーザを用いた場合は２穴／秒程度の生産性であるのに対し、高出力の炭酸ガスレーザを用いた場合は５００穴／秒以上の生産性を期待できるため、炭酸ガスレーザでの加工方法の確立が急がれているが、厚さ１００μｍのガラス基板に穴あけを行うとき、穴のピッチが１２５μｍ未満では穴の周りにクラックが入ってしまう場合があることがわかった。

図３は、厚さ１００μｍの無アルカリガラス基板に対し、穴ピッチ１００μｍで連続的に加工した場合のセナルモン光学系により撮影した暗視野像（ａ）と明視野像（ｂ）の図面代用写真を示す。この暗視野像（ａ）の中で、穴の周りで模様が乱れている部分（四角で囲んだ部分）は、穴の周りの応力分布が乱れている部分であり、この部分を拡大して明視野像にしたものが明視野像（ｂ）である。明視野像（ｂ）を見ると、穴の周りにクラックが入り、さらにはレーザ光が照射されて溶融したガラスがデブリのように表面に流れ出て固まっていることがわかる。

このような場合、特許文献４に記載されているごとく、穴をあける順番を菱形格子状にする加工がまず考えられるが、やはりクラックが発生することがわかった。

特開2011-143434号公報（段落０００４，００１４）特開2012-086993号公報（段落０００４）国際公開第WO2010/087483号パンフレット特開2001-079677号公報

本発明の目的は、ピッチが狭い穴を連続的に加工しても穴の周りにクラックが入らないようにすることにある。

上記課題を解決するため、本発明では、炭酸ガスレーザを用いてガラス板に穴あけするレーザ加工方法において、加工予定の穴を複数のグループに分け当該グループ内での加工ピッチは加工予定の穴のピッチよりも大きくして当該グループ毎に穴あけを行う工程と、各グループ毎での前記穴あけ工程の後に行う歪取りのためのアニーリング工程とを含むことを特徴とする。

本発明により、ピッチが狭い穴を連続的に加工しても穴の周りにクラックが入らないようにすることができる。

本発明に係るレーザ加工方法を説明するための図である。本発明に係るレーザ加工方法によりガラス板に加工した穴の図面代用写真である。従来の加工方法によりガラス板に加工した穴の図面代用写真である。本発明に係るレーザ加工装置の概略図である。

図４は本発明に係るレーザ加工装置の概略図である。レーザ加工装置の光学系は、レーザ発振器８、ビーム径調整器２０、パルス整形器２１、Ｘ方向及びＹ方向にレーザビームを偏向するためのガルバノミラー１ａ，１ｂ、ガルバノモータ２ａ，２ｂ及びガルバノ制御部３ａ，３ｂからなるガルバノスキャナ、Ｆθレンズ２２、及びこれらを制御する制御装置５２から基本的に構成されており、ガラス基板５０を載置してＸ方向及びＹ方向に移動できるＸ−Ｙテーブル５１を有する。レーザ発振器８は波長９．４μｍのレーザビーム９をパルス出力する炭酸ガスレーザ発振器である。レーザ発振器８から出力されたレーザビーム９は、ビーム径調整器２０により外径を整形され、音響光学変調器２１（以下、「ＡＯＭ２１」という。）により、加工条件に合わせたパルス幅に変調されたレーザビーム９ｋを加工用の光軸に分岐する。なお、変調されたレーザビーム９ｋ以外の廃棄レーザビーム９ｄは図示を省略するダンパに照射され、熱に変換される。

以下、本発明に係るレーザ加工方法について図１を用いて説明する。加工予定の穴のピッチは１００μｍとする。まず、穴あけの一列目を１番目から一つ置きに行い、二列目では２番目から一つ置きに行う（ステップ１）。以下、同様に互い違いに、菱形格子状になるようにして穴あけを行う。これにより、加工される穴の最小間隔をピッチ１００μｍの１．４倍にすることができる。

次に、歪取りのためのアニーリングを行う。その温度は使用した無アルカリガラスの歪点６５０℃であり、時間は５分間である。アニーリング温度は歪点より上は＋１０度、下は−２０度の範囲内で設定できるが、低い温度でアニーリングするためには時間を延長する必要がある。

その後、ステップ１で後回しにした残りの穴のグループの穴あけを行う（ステップ２）。このように、まず加工予定の穴を、クラックの入らない間隔を持つ２つのグループに分け、第１グループを加工した後に歪取りアニーリングを行った後、第２グループを加工する。これにより、穴の周りにクラックが入らないで穴あけを行うことができる。

図２は、本発明に係るレーザ加工方法により、後述する加工条件で穴あけした試料の暗視野像（ａ）と明視野像（ｂ）で、第２グループの加工を行った直後の歪取りアニーリングを行う前のものである。明視野像（ｂ）は図３（ｂ）と同様の部分拡大画面である。暗視野像（ａ）では、ステップ１で加工した穴の周りの残留応力が歪取りアニーリングによって緩和してパターンが現れず、ステップ２で加工した穴の周りだけに残留応力が発生していることを示している。

前述の加工条件は下記の通りである。
ガラス板：無アルカリガラス（歪点６５０℃）、厚さ１００μｍ
保護シート：ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、厚さ１２５μｍ
レーザ：炭酸ガスレーザ（９．４μｍ）、平均パワー２４Ｗ、
繰り返し周波数：５ｋＨｚ、
パルス幅：３６μｓ、
加工穴個数：１０２０１個

本実施例では加工予定の穴のピッチが１００μｍであるが、ステップ１における上下左右の穴ピッチは２００μｍ、加工される穴の最小間隔は１４０μｍとなる。より狭いピッチの穴をあける場合には、一つ置きではクラックの入らない加工ピッチ１２５μｍ以上を達成できない場合がある。その場合には、加工予定の穴を、グループ内の穴あけにより穴の周りにクラックが入ることの無い穴のピッチ（１２５μｍ）以上となるように、より多くのグループに分け、各グループの穴あけ工程の間に歪取りのためのアニーリング工程を行う。

また、本実施例では、無アルカリガラスを用いたが、他にホウ珪酸ガラスやソーダライムガラス等のガラス一般に対して適用できる。但し、その場合アニーリング温度を、ホウ珪酸ガラス、ソーダライムガラスの歪点がそれぞれ５６０℃程度、５１０℃程度であることを考慮して決定する必要がある。

１ａガルバノミラー（Ｘ軸）、１ｂガルバノミラー（Ｙ軸）
２ａガルバノモータ（Ｘ軸）、２ｂガルバノモータ（Ｙ軸）
３ａガルバノ制御部（Ｘ軸）、３ｂガルバノ制御部（Ｙ軸）
８レーザ発振器、９レーザビーム、９ｋ変調後のレーザビーム
９ｄダンパに向かうレーザビーム、２０ビーム径調整器
２１音響光学変調器（ＡＯＭ）、２２集光レンズ
５０ガラス基板、５１Ｘ−Ｙテーブル、５２制御部

Claims

炭酸ガスレーザを用いてガラス板に穴あけするレーザ加工方法において、加工予定の穴を複数のグループに分け当該グループ内での加工ピッチは加工予定の穴のピッチよりも大きくして当該グループ毎に穴あけを行う工程と、各グループ毎での前記穴あけ工程の後に行う歪取りのためのアニーリング工程とを含むことを特徴とするレーザ加工方法。