JP2021089926A - Laser processing method - Google Patents

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修 久世
Osamu Kuze
修 久世
圭孝 保科
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圭孝 保科
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Abstract

To suppress variations in hole shape to make a small-diameter hole in which the processing quality is ensured when a CO2 laser beam is used to make a hole in a printed wiring board in which a thin conductor is used as a surface layer and an insulating layer is laminated under the surface layer.SOLUTION: A laser processing method of irradiating a drilling position of a printed wiring board in which a conductor is used as a surface layer and an insulating layer is laminated under the surface layer with a CO2 laser beam includes a first step of irradiating the drilling position of the surface layer with a laser beam to form an oxide film of the conductor on the surface layer, a second step of irradiating the drilling position with the laser beam to remove the surface layer after the first step, and a third step of irradiating the drilling position with the laser beam to remove the insulating layer after the second step.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、レーザ光を使用してプリント配線板のような被加工物に穴あけ等を行うレーザ加工方法に関するものである。 The present invention relates to a laser processing method for drilling or the like in a workpiece such as a printed wiring board using laser light.

プリント配線板を使用する回路形成方法として、表面層に厚さが3um以下の薄い銅箔、その下に絶縁層を積層したプリント配線板を使用するMSAP(Modified Semi Additive Process)と呼ばれる工法がある。このようなプリント配線板に30um以下の小径の穴をCO2レーザ光を使用して穴あけする場合、レーザ光のエネルギーを低下させる必要がある。
しかしながら、エネルギーを低下させたレーザ光では銅箔を分解するエネルギーが不十分で、溶融、蒸発が不安定となり、穴の銅箔開口径寸法及び真円形状等の穴形状にばらつきを生じ、加工品質を確保できない。
As a circuit formation method using a printed wiring board, there is a construction method called MSAP (Modified Semi Additive Process) that uses a thin copper foil with a thickness of 3 um or less on the surface layer and a printed wiring board on which an insulating layer is laminated. .. When drilling a hole with a small diameter of 30 um or less in such a printed wiring board using CO2 laser light, it is necessary to reduce the energy of the laser light.
However, the energy for decomposing the copper foil is insufficient with the laser beam with reduced energy, and melting and evaporation become unstable, causing variations in the copper foil opening diameter dimension of the hole and the hole shape such as a perfect circle, and processing. Quality cannot be ensured.

一方、例えば特許文献1に開示されているように、酸化剤を含む化学処理液を用いて銅箔に酸化処理を施す黒化処理等の化学的な表面処理により、銅箔のCO2レーザ光の吸収率を上げることも考えられるが、銅箔の厚さが薄いと銅箔が無くなってしまう問題があり、この方法は適用できない。 On the other hand, as disclosed in Patent Document 1, for example, the CO2 laser beam of the copper foil is subjected to a chemical surface treatment such as a blackening treatment in which the copper foil is oxidized using a chemical treatment liquid containing an oxidizing agent. It is possible to increase the absorption rate, but if the thickness of the copper foil is thin, there is a problem that the copper foil disappears, and this method cannot be applied.

特開2006-339259号公開公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-339259

そこで本発明は、厚さが薄い導体を表面層にし、その下に絶縁層を積層したプリント配線板にCO2レーザ光を使用して穴あけする場合、穴形状のばらつきを抑えて加工品質を確保した小径の穴をあけることを目的とする。 Therefore, in the present invention, when a thin conductor is used as a surface layer and a CO2 laser beam is used to make a hole in a printed wiring board in which an insulating layer is laminated under the surface layer, variation in hole shape is suppressed to ensure processing quality. The purpose is to make a small diameter hole.

上記課題を解決するため、本願において開示される発明のうち、代表的なレーザ加工方法は、導体を表面層にし、その下に絶縁層を積層したプリント配線板の穴あけ位置にCO2レーザ光を照射するレーザ加工方法において、前記レーザ光を前記表面層の前記穴あけ位置に照射して当該表面層の上に前記導体の酸化膜を形成する第1の工程と、
前記第1の工程の後で、前記レーザ光を前記穴あけ位置に照射して前記表面層を除去する第2の工程と、前記第2の工程の後で、前記レーザ光を前記穴あけ位置に照射して前記絶縁層を除去する第3の工程とを有することを特徴とする。
In order to solve the above problems, a typical laser processing method among the inventions disclosed in the present application irradiates a CO2 laser beam at a drilling position of a printed wiring board in which a conductor is used as a surface layer and an insulating layer is laminated under the conductor. In the laser processing method, the first step of irradiating the drilling position of the surface layer with the laser beam to form an oxide film of the conductor on the surface layer.
After the first step, the laser beam is irradiated to the drilling position to remove the surface layer, and after the second step, the laser beam is irradiated to the drilling position. It is characterized by having a third step of removing the insulating layer.

なお、本願において開示される発明の代表的な特徴は以上の通りであるが、ここで説明していない特徴については、以下に説明する実施例に適用されており、また特許請求の範囲にも示した通りである。 The typical features of the invention disclosed in the present application are as described above, but the features not described here are applied to the examples described below, and are also included in the claims. As shown.

本発明によれば、厚さが薄い導体を表面層にし、その下に絶縁層を積層したプリント配線板にCO2レーザ光を使用して穴あけする場合、穴形状のばらつきを抑えて加工品質を確保した小径の穴をあけることができる。 According to the present invention, when a thin conductor is used as a surface layer and a CO2 laser beam is used to make a hole in a printed wiring board in which an insulating layer is laminated under the surface layer, variation in hole shape is suppressed to ensure processing quality. It is possible to make a small diameter hole.

本発明の一実施例により加工するプリント配線板の断面図である。It is sectional drawing of the printed wiring board processed by one Example of this invention. 本発明の一実施例における第1ステップを説明するための図である。It is a figure for demonstrating the 1st step in one Example of this invention. 本発明の一実施例における第2ステップを説明するための図である。It is a figure for demonstrating the 2nd step in one Example of this invention. 本発明の一実施例における第3ステップを説明するための図である。It is a figure for demonstrating the 3rd step in one Example of this invention. 銅箔開口径について、本実施例による場合と従来技術による場合を比較した図である。It is the figure which compared the case by this Example and the case by a prior art about the copper foil opening diameter. 銅箔開口径の標準偏差値について、本実施例による場合と従来技術による場合を比較した図である。It is the figure which compared the case by this Example and the case by a prior art about the standard deviation value of a copper foil opening diameter.

本発明に一実施例について説明する。
図1は本実施例により加工するプリント配線板の断面図である。このプリント配線板はMSAP工法で使用するプリント配線板の一例である。
プリント配線板1は、表側導体となる銅箔2、裏側導体となる銅箔3、ガラス繊維入りエポキシ樹脂等から成る絶縁層4及び内側導体となる銅箔5が積層された構成となっている。
なお、一般的なMSAP工法においては、銅箔2及び3の厚さは1.5〜2μm、絶縁層4の厚さは20〜25μmである。
An embodiment will be described in the present invention.
FIG. 1 is a cross-sectional view of a printed wiring board processed according to this embodiment. This printed wiring board is an example of the printed wiring board used in the MSAP method.
The printed wiring board 1 has a structure in which a copper foil 2 as a front conductor, a copper foil 3 as a back conductor, an insulating layer 4 made of an epoxy resin containing glass fiber and the like, and a copper foil 5 as an inner conductor are laminated. ..
In the general MSAP method, the thickness of the copper foils 2 and 3 is 1.5 to 2 μm, and the thickness of the insulating layer 4 is 20 to 25 μm.

本実施例においては、プリント配線板1にレーザ光6を照射して止まり穴をあける。ここでのレーザ光6は、波長9.3〜10.6μmのCO2レーザである。図2〜図4は穴あけの加工工程を示す図である。
先ず第1のステップとして、プリント配線板1の穴あけ位置に目標加工径を開口させるに適した直径D1の範囲にレーザ光6を照射する。この第1のステップを行った後の状態を図2に示す。
ここでは、銅箔1の表面温度は400℃〜500℃程度までとなって銅箔2が溶融しないで表面にCuOから成る銅酸化膜7が形成されるようにレーザ光6のエネルギーが調整される。
In this embodiment, the printed wiring board 1 is irradiated with the laser beam 6 to make a blind hole. The laser beam 6 here is a CO2 laser having a wavelength of 9.3 to 10.6 μm. 2 to 4 are views showing a drilling process.
First, as the first step, the laser beam 6 is irradiated to the range of the diameter D1 suitable for opening the target processing diameter at the drilling position of the printed wiring board 1. The state after performing this first step is shown in FIG.
Here, the surface temperature of the copper foil 1 is about 400 ° C. to 500 ° C., and the energy of the laser beam 6 is applied so that the copper oxide film 7 made of Cu 2 O is formed on the surface without melting the copper foil 2. It will be adjusted.

次に第2のステップとして、プリント配線板1の穴あけ位置の目標加工径となる直径D2の範囲に再びレーザ光6を照射し、この部位の銅箔2を除去する。この第2のステップを行った後の状態を図3に示す。
この前の段階では、すでに銅箔2の表面に銅酸化膜7が形成されているのでCO2レーザの吸収率は高くでき、ここでは、銅箔2の銅酸化膜7が形成された部位において、穴中央部は2567℃以上の銅箔の蒸発温度となって銅箔2に所定の加工形状で穴があくように、また穴外周部は1084.4℃以上〜2567℃未満の銅箔の溶融温度となるようにレーザ光6のエネルギーが調整される。
通常、銅箔2の下の絶縁層4の上部も除去され開口穴8が形成された状態となる。なお、直径D2は直径D1より小さい。
Next, as a second step, the laser beam 6 is irradiated again to the range of the diameter D2, which is the target processing diameter of the drilling position of the printed wiring board 1, and the copper foil 2 at this portion is removed. The state after performing this second step is shown in FIG.
In the previous stage, since the copper oxide film 7 has already been formed on the surface of the copper foil 2, the absorption rate of the CO2 laser can be increased. Here, at the portion where the copper oxide film 7 of the copper foil 2 is formed, The central part of the hole has the evaporation temperature of the copper foil of 2567 ° C or higher so that the copper foil 2 has a hole with a predetermined processing shape, and the outer peripheral part of the hole has the melting temperature of the copper foil of 1084.4 ° C or higher and less than 2567 ° C. The energy of the laser beam 6 is adjusted so as to be.
Normally, the upper part of the insulating layer 4 under the copper foil 2 is also removed to form the opening hole 8. The diameter D2 is smaller than the diameter D1.

次に第3のステップとして、開口穴8の位置に再びレーザ光6を照射し、この部位の絶縁層4を除去する。
この前の段階では、すでに銅箔2とその下の絶縁層4の上部に穴があけられており、ここでは、内層金属層となる銅箔5の上にある絶縁層4が蒸発温度になって絶縁層4を除去できるようにレーザ光6のエネルギーが調整される。
この第3のステップを行った後の状態を図4に示すが、穴あけ位置に止まり穴9が形成される。なお、d1は最終的な銅箔2の開口径、d2は穴底径であり、通常の場合、穴底径d2は開口径d1より小さい。
Next, as a third step, the position of the opening hole 8 is irradiated with the laser beam 6 again to remove the insulating layer 4 at this portion.
In the previous stage, a hole has already been made in the upper part of the copper foil 2 and the insulating layer 4 below it, and here, the insulating layer 4 on the copper foil 5 which is the inner metal layer reaches the evaporation temperature. The energy of the laser beam 6 is adjusted so that the insulating layer 4 can be removed.
The state after performing this third step is shown in FIG. 4, and a blind hole 9 is formed at the drilling position. Note that d1 is the final opening diameter of the copper foil 2, d2 is the hole bottom diameter, and normally, the hole bottom diameter d2 is smaller than the opening diameter d1.

上記の加工工程は、例えば特開2017-51987号公開公報の特に図1に開示されているようなレーザ加工装置を使用して行う。
ここでのレーザ加工装置は、レーザ照射位置を変えるためのガルバノスキャナによる位置決め動作の完了に基づいてレーザ発振器にレーザ光を発振させ、超音波による回折格子を発生させるゲルマニウム等の結晶体を用いた音響光学素子(以下AOMと略す)を用いたAOM制御部により、レーザ発振器から出力されたレーザ光を加工方向か非加工方向に偏向し、加工方向に偏向されたレーザ光をテーブルに載置されたプリント配線板に照射するものである。
The above processing step is performed using, for example, a laser processing apparatus as disclosed in FIG. 1 of JP-A-2017-51987.
The laser processing device used here is a crystal such as germanium that oscillates a laser beam to a laser oscillator based on the completion of a positioning operation by a galvano scanner for changing the laser irradiation position to generate a diffraction grating by ultrasonic waves. The AOM control unit using an acousto-optic element (hereinafter abbreviated as AOM) deflects the laser beam output from the laser oscillator in the machining direction or the non-machining direction, and the laser beam deflected in the machining direction is placed on the table. It irradiates the printed wiring board.

上記第1〜3ステップにおいては、レーザ光6のエネルギーを調整するようになっているが、この調整はAOM制御部に登録しておく制御情報に基づきAOMにて行うことができる。
プリント配線板1の複数の穴あけ位置に対して上記第1〜3ステップを適用する場合、例えば全ての穴あけ位置に対して第1ステップを、次に第2ステップを、次に第3ステップを順番に行うようにすればよい。
In the first to third steps, the energy of the laser beam 6 is adjusted, and this adjustment can be performed by the AOM based on the control information registered in the AOM control unit.
When the above steps 1 to 3 are applied to a plurality of drilling positions of the printed wiring board 1, for example, the first step, the second step, and then the third step are performed in order for all the drilling positions. You can do it in.

図5は、上記の開口径d1について、本実施例による場合と予め酸化膜7を形成しないで銅箔と絶縁層に順次レーザ光を照射する従来技術による場合との比較を示す図である。
また図6は、上記の開口径d1の標準偏差値(穴径のばらつき)について、本実施例による場合と上記従来技術による場合との比較を示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing a comparison between the case of the present embodiment and the case of the conventional technique of sequentially irradiating the copper foil and the insulating layer with laser light without forming the oxide film 7 in advance with respect to the above-mentioned opening diameter d1.
Further, FIG. 6 is a diagram showing a comparison of the standard deviation value (variation of the hole diameter) of the opening diameter d1 between the case according to the present embodiment and the case according to the conventional technique.

従来技術による場合、銅箔2に吸収されたレーザ光により生じる熱の拡散が大きくなり、穴の外周部での銅箔2の溶融部分が大きくなる傾向がある。この溶融部分は、続く次の絶縁層4へのレーザ光の照射ステップにおいて、絶縁層4の蒸発分解の気体の噴出により吹き飛ばされる。従って、この溶融部分の範囲が大きいと銅箔開口径d1が大きくなるとともに、銅箔開口径寸法及び真円形状等の穴形状のばらつきは大きくなる。
本実施例の場合、予め銅箔2の穴あけ位置の表面に酸化膜7を形成することにより、レーザ光により生じる熱の吸収が選択的に垂直方向に促進されるので、穴の外周部での銅箔2の溶融部分の拡大が抑えられ、銅箔開口径d1を小さくできるとともに、穴形状のばらつきを小さくできる。
According to the prior art, the heat diffusion generated by the laser beam absorbed by the copper foil 2 tends to be large, and the molten portion of the copper foil 2 at the outer peripheral portion of the hole tends to be large. This melted portion is blown off by the ejection of the vaporized decomposition gas of the insulating layer 4 in the subsequent step of irradiating the insulating layer 4 with the laser beam. Therefore, if the range of the molten portion is large, the copper foil opening diameter d1 becomes large, and the variation in the copper foil opening diameter dimension and the hole shape such as a perfect circle becomes large.
In the case of this embodiment, by forming the oxide film 7 on the surface of the copper foil 2 at the drilling position in advance, the absorption of heat generated by the laser beam is selectively promoted in the vertical direction, so that the outer peripheral portion of the hole is formed. The expansion of the molten portion of the copper foil 2 can be suppressed, the copper foil opening diameter d1 can be reduced, and the variation in the hole shape can be reduced.

本実施例においては、以上の通り、処理が面倒な化学処理を行うことなくレーザ照射だけで穴あけ加工が可能であり、また化学処理液を用いないで銅箔2に酸化処理を施すので、銅箔2が薄くても穴形状のばらつきを抑えて加工品質を確保した小径の穴をあけることができる。 In this embodiment, as described above, the drilling can be performed only by laser irradiation without performing the troublesome chemical treatment, and the copper foil 2 is oxidized without using the chemical treatment liquid, so that copper is used. Even if the foil 2 is thin, it is possible to make a hole having a small diameter while suppressing variation in the hole shape and ensuring processing quality.

以上、実施の形態に基づき本発明を具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもなく、様々な変形例が含まれる。
例えば、以上の実施例においては、プリント配線板1の表側導体層、裏側導体層及び内側導体層として銅箔を使用する例であるが、他の導体であってもよい。
Although the present invention has been specifically described above based on the embodiments, it goes without saying that the present invention is not limited to the above-described embodiments and can be variously modified without departing from the gist thereof. , Various variants are included.
For example, in the above examples, copper foil is used as the front conductor layer, the back conductor layer, and the inner conductor layer of the printed wiring board 1, but other conductors may be used.

1:プリント配線板 2、3、5:銅箔 4:絶縁層 6:レーザ光 7:酸化膜
8:開口穴 9:止まり穴
1: Printed wiring board 2, 3, 5: Copper foil 4: Insulation layer 6: Laser beam 7: Oxidation film
8: Opening hole 9: Blind hole

Claims (4)

導体を表面層にし、その下に絶縁層を積層したプリント配線板の穴あけ位置にCO2レーザ光を照射するレーザ加工方法において、
前記レーザ光を前記表面層の前記穴あけ位置に照射して当該表面層の上に前記導体の酸化膜を形成する第1の工程と、
前記第1の工程の後で、前記レーザ光を前記穴あけ位置に照射して前記表面層を除去する第2の工程と、
前記第2の工程の後で、前記レーザ光を前記穴あけ位置に照射して前記絶縁層を除去する第3の工程と
を有することを特徴とするレーザ加工方法。
In a laser processing method in which a conductor is used as a surface layer and a CO2 laser beam is applied to a hole in a printed wiring board on which an insulating layer is laminated.
The first step of irradiating the drilling position of the surface layer with the laser beam to form an oxide film of the conductor on the surface layer.
After the first step, a second step of irradiating the drilling position with the laser beam to remove the surface layer,
A laser processing method comprising, after the second step, a third step of irradiating the drilling position with the laser beam to remove the insulating layer.
請求項1に記載のレーザ加工方法において、前記導体は銅箔、前記酸化膜はCuOから成る銅酸化膜であることを特徴とするレーザ加工方法。 The laser processing method according to claim 1, wherein the conductor is a copper foil and the oxide film is a copper oxide film made of Cu 2 O. 請求項1あるいは2に記載のレーザ加工方法において、前記プリント配線板はMSAP(Modified Semi Additive Process)による回路形成方法で使用するものであることを特徴とするレーザ加工方法。 The laser processing method according to claim 1 or 2, wherein the printed wiring board is used in a circuit forming method by MSAP (Modified Semi Additive Process). 請求項1〜3のいずれかに記載のレーザ加工方法において、前記プリント配線板の穴あけ位置が複数存在する場合、全ての穴あけ位置に対して第1ステップを、次に第2ステップを、次に第3ステップを順番に行うことを特徴とするレーザ加工方法。
In the laser processing method according to any one of claims 1 to 3, when there are a plurality of drilling positions of the printed wiring board, the first step, then the second step, and then the next step are performed for all the drilling positions. A laser processing method characterized in that the third step is performed in order.
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