JP2015229167A

JP2015229167A - レーザ加工方法

Info

Publication number: JP2015229167A
Application number: JP2014115334A
Authority: JP
Inventors: 市川　健一; Kenichi Ichikawa; 健一市川; 伊藤　靖; Yasushi Ito; 靖伊藤; 学岡崎; Manabu Okazaki; 薫占部; Kaoru Urabe
Original assignee: Via Mechanics Ltd
Current assignee: Via Mechanics Ltd
Priority date: 2014-06-04
Filing date: 2014-06-04
Publication date: 2015-12-21

Abstract

【課題】本発明の目的は、炭酸ガスレーザによるガラス板の厚さが１００μｍの穴明け加工の場合でも、テーパ率８０％程度以上をえることができるレーザ加工方法を提供することにある。
【解決手段】炭酸ガスレーザを用い、厚さ１００μｍのガラス板に穴明けするレーザ加工方法において、厚さ１２５μｍの樹脂フィルムを表面に貼った後に穴明け加工すると良い。特に、最適条件ではテーパ径が８０％近くなり、かつ開口部径も５０μｍに近いという良好な穴形状を加工できることがわかった。
【選択図】図１

Description

本発明は、炭酸ガスレーザを用いてガラス板に穴明け加工する場合に好適な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／℃）に貫通穴を明け、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、ガラス基板への穴明けは（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、レーザによる穴明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明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。

図４は本発明に係わ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。

図５はこのような構成でガラス基板に、炭酸ガスレーザで穴明けを行った場合の穴形状の模式図である。最初のパルスにより、開口部が広い穴が開き、その後パルス数を増やしても、奥行きは狭い穴になるが、開口部径はさらに少し広がってその後飽和するだけであり、このまま穴明けが完了してスルーホールにしても開口部径（ｔｏｐ径）と裏面部径（ｂｏｔｔｏｍ径）の比（テーパ率）が低下してしまう。特にガラス板の厚さが１００μｍの場合のテーパ率は悪く、７５％以下である。

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

本発明の目的は、炭酸ガスレーザによるガラス板の厚さが１００μｍの穴明け加工の場合でも、テーパ率８０％程度以上を得ることができるレーザ加工方法を提供することにある。

本発明の目的を達成するためには、炭酸ガスレーザを用い、ガラス板に穴明けするレーザ加工方法において、厚さ１００μｍのガラス板に穴明けするレーザ加工方法において、厚さ１２５μｍの樹脂フィルムを表面に貼った後に穴明け加工するとよい。これは、テーパ率を向上できるという知見を得たことによる。

本発明の加工方法により穴明けすることにより、ガラス板の厚さが１００μｍの場合でも、テーパ率８０％程度以上をえることができる。

本発明に係り、樹脂フィルム厚さを変えた時の、レーザパルスショット数と穴開口部径（ｔｏｐ径）及びテーパ率の関係を示すグラフである。本発明に係るレーザ加工方法において、最適な樹脂フィルム厚さを用いた実施例により加工した穴の模式図である。本発明に係るレーザ加工方法において、樹脂フィルム厚さが薄い場合の穴の模式図である。本発明に係るレーザ加工機の構成図である。樹脂フィルムを用いずにガラス基板に穴明けを行った場合の穴形状の模式図。

以下、本発明に係るレーザ加工方法の実施の形態について説明する。

加工諸元は下記の通りである。
ガラス板：無アルカリガラス，厚さ１００μｍ
保護シート：ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）
厚さ５０μｍ，７５μｍ，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
ビーム径：５１μｍ（ビームウエスト）
焦点位置：ガラス板表面
図１は、上記条件で加工したときの、レーザパルスショット数と穴開口部径（ｔｏｐ径）及びテーパ率の関係を示すグラフである。樹脂フィルムの厚さが５０μｍ（△：ＰＥＴ５０），７５μｍ（□：ＰＥＴ７５）の場合は、どのショット数においてもテーパ率が８０％を超えることは無い。一方開口部径は、ショット数の増加につれて飽和傾向ではあるが目標の５０μｍを超えて６０μｍ前後になってしまう。しかしながら、厚さが１２５μｍ（○：ＰＥＴ１２５）の場合は、ショット数が２の時にテーパ径が８０％近く（７９％）なり、かつ開口部径も目標の５０μｍに近い（５２μｍ）良好な穴形状を得ることができることを見出した。さらにショット数を増加させると、一旦テーパ率が減少した後、再び８１％になるが、この時には開口部径は５８．５μｍになってしまい、目標の５０μｍから外れてしまうことがわかった。しかしながら、厚さ１２５μｍの場合は全般的にテーパ率が８０％近い良好な穴形状を得ることができることがわかる。

これは図２に樹脂フィルムが厚い場合、図３に薄い場合の模式図を示すが、全体的には図５で説明したような加工開始初期の開口部が広い部分が樹脂によって吸収されるためと推定している。しかしながら、樹脂フィルムの厚さが１２５μｍ（○：ＰＥＴ１２５）の場合の、ショット数が２の時にテーパ径が８０％近くなり、かつ開口部径も５０μｍに近い良好な穴形状を得ることができるが、さらにショット数を増加させると一旦テーパ率が減少することについての原因は不明である。

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
１０ガラス基板
１２接着剤層
２０ビーム径調整器
２１音響光学変調器（ＡＯＭ）
２２集光レンズ
３０樹脂フィルム
３１樹脂フィルム
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、厚さ１００μｍのガラス板に穴明けするレーザ加工方法において、
厚さ１２５μｍの樹脂フィルムを表面に貼った後に穴明け加工する
ことを特徴とするレーザ加工方法。