JP2017112223A - レーザー穴あけ方法 - Google Patents

Abstract

【課題】良質な小径穴を加工することが可能なレーザー穴あけ方法を提供する。【解決手段】プリント配線板用積層板が有する、厚みが０．１５ｍｍ以下の、樹脂層部分のレーザー穴あけ方法であって、レーザーのパルス幅が５０ｐｓｅｃ以下である、レーザー穴あけ方法である。レーザーの波長が、４００ｎｍ以上６００ｎｍ以下であってもよい。レーザーの波長が、４００ｎｍ以上６００ｎｍ以下であることが好ましい。また、レーザーのパルス幅が５ｐｓｅｃ以下であることが好ましい。【選択図】図１

Description

本発明は、レーザー穴あけ方法に関し、特に、厚みが０．１５ｍｍ以下のプリント配線板用積層板のレーザー穴あけ方法に関する。

近年の情報通信分野において用いられる電子機器において、データ通信の高速化及び大容量化が急激に進められている。したがって、そのような電子機器において、高性能データ処理を実現するための高い周波数特性（高性能化）を実現するための配線多層化を両立したプリント配線基板が要求されている。

プリント配線板の穴あけに用いられるレーザーとして、特に炭酸ガスレーザー（ＣＯ_２レーザー）及び紫外レーザー（ＵＶレーザー）が知られている。一般には、加工コストの観点からＣＯ_２レーザーが多く用いられる。しかしながら、小径穴の加工を実施する際、ＣＯ_２レーザーによる加工では、穴径が５０μｍ程度以下になると加工が困難である。

このような課題に対し、特許文献１では、絶縁層と導体層とが交互に積層された多層プリント配線基板の穴形成箇所に対して、所定の大きさに集光した紫外線レーザを所定の繰り返し周波数で照射して所定の直径の穴をあけることを特徴とする多層プリント配線基板の穴あけ加工方法が開示されている。

特開２００４−０３１５００号公報

しかしながら、ＵＶレーザーによってガラスクロス繊維入り材料を加工しようとすると、穴側壁の樹脂がえぐられて樽形状になったり、ガラスクロス繊維が穴内部に残存し、穴内部に突き出したような形状（以下、ガラスクロス繊維の突き出しと呼ぶ。）に仕上がったりするなど、穴の品質が低下してしまう。このような影響を抑えようとすると、加工速度が低下し、生産性が悪くなる。

更に、ＵＶレーザーは装置のレンズ等の保守部品の耐久性にも問題があり、それにより生産性が低下しまう。

本発明は、そのような課題に鑑みてなされたものであり、良質な小径穴を加工することが可能なレーザー穴あけ方法を提供することを目的とする。

本発明の一実施形態に係るレーザー穴あけ方法は、プリント配線板用積層板が有する、厚みが０．１５ｍｍ以下の、樹脂層部分のレーザー穴あけ方法であって、レーザーのパルス幅が５０ｐｓｅｃ以下である。

レーザーの波長が、４００ｎｍ以上６００ｎｍ以下であることが好ましい。

レーザーのパルス幅が５ｐｓｅｃ以下であることが好ましい。

プリント配線板用積層板が有する、厚みが０．０３ｍｍ以下の、樹脂層部分のレーザー穴あけ方法であって、レーザーの総エネルギーが２０μＪから８０μＪであることが好ましい。

プリント配線板用積層板は、少なくとも片面に、金属または樹脂シートを含む保護層が設けられることが好ましい。

本発明によると、プリント配線板用積層板の樹脂層に良質な小径穴を加工することが可能なレーザー穴あけ方法を提供することができる。

本発明によるレーザー穴あけ方に適用されるプリント配線板用積層板の断面図である。 本発明によるレーザー穴あけ方法を用いた実施例及び比較例についてまとめた図である。 単一のパルスレーザーについて、横軸を時間、縦軸を光の出力とした模式図である。 実施例１の穴あけ条件によって得られた穴を示す図面代用写真である。 実施例２の穴あけ条件によって得られた穴を示す図面代用写真である。 比較例１の穴あけ条件によって得られた穴を示す図面代用写真である。 比較例２の穴あけ条件によって得られた穴を示す図面代用写真である。 比較例３の穴あけ条件によって得られた穴を示す図面代用写真である。

以下、本発明によるレーザー穴あけ方法について、実施例及び比較例を参照して説明する。先ず、以下で説明する実施例及び比較例において用いたプリント配線板用積層板の構成について、図面を参照しながら説明する。図１は本発明によるプリント配線板用積層板の穴あけ加工方法で用いるプリント配線板用積層板１００を説明する断面図である。図１（ａ）は、穴あけ加工前のプリント配線板用積層板であり、図１（ｂ）は、本発明によるレーザー穴あけ方法によって穴あけ加工を行った後のプリント配線板用積層板である。

プリント配線板用積層板１００は、少なくともコア基板１０２を含む。コア基板１０２は、絶縁基板１０４及び導電層１０６を有しており、絶縁基板１０４には、例えばガラスクロス入りプリプレグが含まれていてもよい。また、絶縁基板１０４の表裏両面にはそれぞれ導電層１０６が配置されている。

また、プリント配線板用積層板は、少なくとも片面に、金属または樹脂シートを含む保護層が設けられてもよい。

本実施形態において用いる絶縁基板１０４は、熱硬化性樹脂と、無機充填材と、ガラスクロスとを含む。

本発明で用いられる熱硬化性樹脂は、プリント配線板材料に使用される熱硬化性樹脂の非ハロゲン化合物であれば特に限定されない。具体例としては、シアン酸エステル化合物、エポキシ樹脂、マレイミド化合物、ポリイミド樹脂、２重結合付加ポリフェニレンエーテル樹脂などの非ハロゲン化合物が挙げられ、１種もしくは２種以上を組み合わせて使用することも可能である。好ましい熱硬化性樹脂としては、シアン酸エステル化合物（ａ）、エポキシ樹脂（ｂ）が挙げられる。

本発明で好適に使用されるシアン酸エステル化合物（ａ）は、１分子中に２個以上のシアネート基を有する非ハロゲン化合物であれば特に限定されない。具体例としては、ビスフェノールＡ型シアン酸エステル化合物、フェノールノボラック型シアン酸エステル化合物、ビスフェノールＥ型シアン酸エステル化合物、ナフタレン骨格含有シアン酸エステル化合物、ビフェニル骨格含有シアン酸エステル化合物など挙げられ、１種もしくは２種以上を組み合わせて使用することも可能である。より好適なものとしては、2, 2-ビス（4-シアナトフェニル）プロパン、ビス(3, 5-ジメチル-4-シアナトフェニル)メタン、フェノールノボラック型のシアン酸エステル化合物、ナフトールアラルキル型のシアン酸エステル化合物が挙げられる。

本発明において好適に使用されるエポキシ樹脂（ｂ）は、１分子中に２個以上のエポキシ基を有する非ハロゲン化合物であれば特に限定されない。具体例としては、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、ビフェノール型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、多官能フェノール型エポキシ樹脂、ナフタレン骨格含有エポキシ樹脂、ビフェニル骨格含有エポキシ樹脂、リン含有エポキシ樹脂など挙げられ、１種もしくは２種以上を組み合わせて使用することも可能である。より好適なものとしては、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、ビフェニルアラルキル型エポキシ樹脂、ナフタレン型エポキシ樹脂、ナフトールアラルキル型エポキシ樹脂、３官能フェノール型エポキシ樹脂が挙げられる。

無機充填材としては、シリカ、窒化ホウ素、ワラストナイト、タルク、カオリン、クレー、マイカ、アルミナ、ジルコニア、チタニア、酸化マグネシウム等の金属酸化物、窒化物、珪化物、硼化物等を用いることができる。絶縁基板１０４に無機充填材を添加することで、プリント配線板用積層板の熱膨張係数の低減や剛性を向上させることができる。特に、シリカや窒化ホウ素のような低誘電率の無機充填材を添加することで、絶縁基板１０４を低誘電率化させることができる。

以下で説明する実施例及び比較例においては、絶縁基板１０４の厚さは０．１ｍｍとした。

以下で説明する実施例及び比較例においては、絶縁基板の両面に配置された導電層は銅（Ｃｕ）であり、Ｃｕの厚さは３μｍとした。

コア基板１０２の表裏面の少なくとも一方には、樹脂１１０を含む樹脂層１０８が設けられていてもよい。樹脂層１０８は、外側の表面に配置される導電層１１２を更に含んでもよい。このとき、樹脂１１０と導電層１１２を含めて樹脂層１０８と呼ぶことにする。

以下で説明する実施例及び比較例においては、樹脂層１０８が有する樹脂１１０の厚さは、３０μｍとした。

以下で説明する実施例及び比較例においては、樹脂層１０８が有する導電層１１２は銅（Ｃｕ）であり、Ｃｕの厚さは３μｍである。

樹脂層１０８は、導電層１１２を有さない場合と、有する場合がある。本明細書においては、導電層１１２を有さない場合の樹脂層１０８をＦＲＳ（Ｆｉｌｍ Ｒｅｓｉｎ Ｓｈｅｅｔ）と呼び、導電層（Ｃｕ）を有する場合の樹脂層１０８をＣＲＳ（Ｃｕｐｐｐｅｒ Ｒｅｓｉｎ Ｓｈｅｅｔ）と呼ぶ。図１に示したプリント配線板用積層板１００はＣＲＳを有する場合を例示している。

本発明によるレーザー穴あけ方法は、プリント配線板用積層板１００に含まれる樹脂層１０８の穴あけ方法である。樹脂層１０８とは、プリント配線板用積層板１００において、コア基板１０２を含まない部分であるとも言える。コア基板１０２の絶縁基板１０４がガラスクロス入りプリプレグを含む場合、樹脂層１０８とは、プリント配線板用積層板１００において、ガラスクロス入りプリプレグを含まない部分とも言える。

プリント配線用積層板を形成する際、上層に形成する配線との電気的接続を行うために、コア基板１０２が有する導電層１０６を露出させるための穴あけ加工を行う場合がある。この場合、導電層１１２及び樹脂１１０をレーザー加工により除去しつつ、導電層１０６は貫通させないように穴の加工を行う。このようにして形成されるホールをブラインドビアホール（ＢＶＨ）という。本発明によるレーザー穴あけ方法は、ブラインドビアホールを形成する際に好適な技術であり、特に樹脂層１０８の厚さが０．１５ｍｍ以下である場合に適している。ここで樹脂層１０８とは、ＦＲＳ及びＣＲＳの場合を含む。

本発明においては、レーザーのパルス幅、波長、及び総エネルギー量を規定することによって、プリント配線板用積層板１００が有する、厚みが０．１５ｍｍ以下の、樹脂層１０８部分のレーザー穴あけ方法を提供する。本発明によれば、導電層１０６を貫通させず、穴径が５０μｍ程度以下であり、良質なＶＢＨを加工することができる。詳細は後述するが、レーザーの総エネルギー量とは、一回のレーザー穴あけにおいて、プリント配線板用積層板に投入される総エネルギー量に相当する。

以下、本発明によるレーザー穴あけ方法を用いた実施例及び比較例について図２を用いて詳細に説明する。図２は、本発明によるレーザー穴あけ方法を用いた実施例及び比較例の結果についてまとめた図である。

以下で説明する実施例及び比較例においては、ＣＯ_２レーザー又はＮｄ：ＹＡＧ（Ｎｅｏｄｙｍｉｕｍ：Ｙｔｔｒｉｕｍ Ａｌｕｍｉｎｕｍ Ｇａｒｎｅｔ）レーザーを用いた。ＣＯ_２レーザーの波長は１０．６μｍである。Ｎｄ：ＹＡＧレーザーについては、第２次高調波及び第３次高調波を用いた。Ｎｄ：ＹＡＧレーザーの第２次高調波の波長は５３２ｎｍ、第３次高調波の波長は３５５ｎｍである。

以下で説明する実施例及び比較例においては、上記レーザーのパルス幅について条件を振った。ここで、図２の表中に示した「パルス幅」、「パルスエネルギー」、及び「パルス周波数」について説明する。図３を用いて、レーザー発振条件について説明する。図３は、単一のパルスレーザーについて、横軸を時間、縦軸を光の出力とした模式図である。本明細書におけるパルス幅とは、単一のパルスレーザーについて、当該曲線の半値幅と定義する。つまり、パルス幅は時間の次元を有し、どの程度の時間だけ光を出すかを意味する時間的な幅である。

パルス周波数とは、単一のパルスレーザーが単位時間あたりに発せられる回数である。

パルスエネルギーとは、単一のパルスレーザーが有するエネルギーである。パルスエネルギーは、単一のパルスレーザーについて光の出力を時間について積分した値に相当する。つまり、パルスエネルギーが同じであれば、パルス幅が短いほど光のピーク出力が高いため、深い穴を加工し易くなる。

以下で説明する実施例及び比較例においては、レーザー穴あけの加工方法として、トレパニング又はパンチングを用いた。総エネルギー量の説明をする前に、これらの加工方法について説明する。

トレパニングとは、ある形状を有する穴の輪郭に沿ってエネルギーを投入することによって穴あけを行う加工法である。つまり、ある形状を有する穴の輪郭を切断して加工する。トレパニングは、ビーム径より大きな穴を加工する際に好適に用いられる。

トレパニングにおいて、一周あたりのショット数とは、トレパニングによる単一の穴の加工において、一周のスキャンの間にプリント配線板用積層板に単一のパルスレーザーが照射される回数である。

トレパニングにおいて、周回数とは、トレパニングによる単一の穴の加工において、穴の輪郭に沿ってスキャンする周回数である。

パンチングとは、同一箇所にパルスレーザーを複数回重ねて照射する加工法である。特に、深い穴を加工する際に好適に用いられる。

パンチングにおいて、ショット数とは、パンチングによる単一の穴の加工において、プリント配線板用積層板に照射されるパルスレーザーの回数である。

総エネルギー量とは、一回のレーザー穴あけにおいて、プリント配線板用積層板に投入された総エネルギー量に相当する。

トレパニングを用いた加工における総エネルギー量は、上記の条件から、以下の式を用いて算出することができる。
総エネルギー量＝パルスエネルギー×周回数×一周あたりのショット数

パンチングを用いた加工における総エネルギー量は、上記の条件から、以下の式を用いて算出することができる。
総エネルギー量＝パルスエネルギー×ショット数

尚、以下で説明する実施例及び比較例においては、Ｎｄ：ＹＡＧレーザーを用いる場合はトレパニングを用い、ＣＯ_２レーザーを用いる場合はパンチングを用いて加工を行った。

以下、本発明によるレーザー穴あけ方法を用いた実施例及び比較例について図２を用いて詳細に説明する。但し、本発明のレーザー穴あけ方法は、以下に示す実施形態及び実施例の記載内容に限定して解釈されるものではない。

［パルス幅］
実施例１、実施例２、比較例１及び比較例２に着目し、レーザーの好ましいパルス幅について説明する。実施例１及び実施例２は、比較例１及び比較例２に比べてパルス幅が短い。実施例１及び実施例２でのパルス幅は、全て３５ｐｓｅｃである。比較例１及び比較例２は、共に４０ｎｓｅｃである。

図４は、実施例１の穴あけ条件によって得られた穴を示す図面代用写真、図５は、実施例２の穴あけ条件によって得られた穴を示す図面代用写真、図６は、比較例１の穴あけ条件によって得られた穴を示す図面代用写真、図７は、比較例２の穴あけ条件によって得られた穴を示す図面代用写真である。実施例１及び実施例２では良質な穴が得られている。一方、比較例１及び比較例２では良質な穴は得られなかった。

レーザーのパルス幅が、熱が拡散する時間に比べて短いほど、熱影響が広がる前に加工を終えることができる。つまり、パルス幅がｐｓｅｃオーダーのレーザーによる加工は、ｎｓｅｃオーダーのような比較的長いパルス幅を持つレーザーに比べ、材料を瞬時に蒸発させることにより材料の溶融領域が拡大することを抑制し、精密な加工が可能となる。

レーザーのパルス幅がｎｓｅｃオーダー以上の場合、レーザーのパルス幅が、熱が拡散する時間に比べて長いために、加工中に穴の周辺に熱影響が広がってしまう。その結果、穴側壁の樹脂がえぐられて樽形状になるなど、穴の品質が低下してしまう。

以上を考慮すると、厚みが０．１５ｍｍ以下のプリント配線板用積層板のレーザー穴あけ方法においては、レーザーのパルス幅が５０ｐｓｅｃ以下であることが好ましい。レーザーのパルス幅は５ｐｓｅｃ以下であれば更に良質な穴を加工することができるため、更に好ましい。

［総エネルギー量］
実施例１、実施例２、比較例１及び比較例２に着目して、好ましい総エネルギー量について説明する。実施例１、実施例２、比較例１及び比較例２では、プリント配線板用積層板が有する樹脂層部分の厚さは３０μｍである。樹脂層は、実施例１、比較例１がＦＲＳであり、実施例２、比較例２がＣＲＳである。いずれもトレパニングによる加工であり、総エネルギー量を算出すると、実施例１では３０μＪ、実施例２では６０μＪ、比較例１、比較例２では９０μＪである。実施例１、実施例２ともに良質な穴が得られているが、比較例１及び比較例２では良質な穴が得られなかった。

以上は、プリント配線板用積層板が有する樹脂層部分の厚みが３０μｍの場合の実施例であった。これらを考慮すると、プリント配線板用積層板が有する、厚みが０．０３ｍｍ以下の、樹脂層部分のレーザー穴あけ方法においては、レーザーの総エネルギー量が２０μＪ以上８０μＪ以下の間であれば穴の加工が可能である。このとき、レーザーの総エネルギー量が３０μＪ以上６０μＪ以下であれば、更に好ましい。

［レーザー波長］
実施例１、実施例２、比較例１、比較例２及び比較例３に着目して、好ましいレーザーの波長について説明する。実施例１及び実施例２は、Ｎｄ：ＹＡＧレーザーの第２高調波を用いており、レーザーの波長は５３２ｎｍである。一方、比較例１及び比較例２では、Ｎｄ：ＹＡＧレーザーの第３高調波を用いており、レーザーの波長は３５５ｎｍである。

比較例１及び比較例２では良質な穴が得られていない。比較例１においては、図６の図面代用写真に示すようにコア基板の導電層を貫通し、比較例２においては、図７の図面代用写真に示すようにコア基板の導電層がえぐられている。

３５５ｎｍの波長は、紫外領域である。レーザーの波長が４００ｎｍよりも短くなると、レーザー発振器自体の光学系にも影響を及ぼし、レンズ等の保守部品の劣化を促進する傾向がある。それにより生産性が低下しまう。

また、比較例３はＣＯ_２レーザーを用いている点で他の実施例及び比較例と異なっている。図８は、比較例３の穴あけ条件によって得られた穴を示す図面代用写真である。比較例３では、穴の質としては良質なものが得られたが、仕上がりの穴径は６３μｍとなった。ＣＯ_２レーザーを用いる場合、穴径が２０μｍ程度以下の小径の穴を加工することが困難である。そこで、Ｎｄ：ＹＡＧレーザーを用いれば穴径が２０μｍ程度以下の穴を加工することができる。特に、波長が５３２ｎｍであるＮｄ：ＹＡＧレーザーの第２高調波を用いれば良質な穴を加工することができる。

以上を考慮すると、プリント配線板用積層板が有する、厚みが０．１５ｍｍ以下の、樹脂層部分のレーザー穴あけ方法においては、レーザーの波長が４００ｎｍ以上６００ｎｍ以下であることが好ましい。レーザーの波長がこの範囲内であれば、良質な穴を加工することができる。

以上、本発明によるプリント配線板用積層板が有する、厚みが０．１５ｍｍ以下の、樹脂層部分のレーザー穴あけ方法について説明した。本発明によると、導電層を貫通させず、樹脂層部分のみに良質な小径穴を加工することが可能なレーザー穴あけ方法を提供することができる。尚、本発明は上記の実施形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。

１００：プリント配線板用積層板
１０２：コア基板
１０４：絶縁基板
１０６：導電層
１０８：樹脂層
１１０：樹脂
１１２：導電層
１１４：穴

Claims (5)

1. プリント配線板用積層板が有する、厚みが０．１５ｍｍ以下の、樹脂層部分のレーザー穴あけ方法であって、前記レーザーのパルス幅が５０ｐｓｅｃ以下である、レーザー穴あけ方法。
2. 前記レーザーの波長が、４００ｎｍ以上６００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載のレーザー穴あけ方法。
3. 前記レーザーのパルス幅が５ｐｓｅｃ以下であることを特徴とする請求項１に記載のレーザー穴あけ方法。
4. 前記プリント配線板用積層板が有する前記樹脂層部分の厚みが０．０３ｍｍ以下であり、且つレーザーの総エネルギーが２０μＪ以上８０μＪ以下である、請求項１に記載のレーザー穴あけ方法。
5. 前記プリント配線板用積層板は、少なくとも片面に、金属または樹脂シートを含む保護層が設けられた前記プリント配線板用積層板であることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一に記載のレーザー穴あけ方法。