JP2023073891A - プリント基板における炭酸ガスレーザによるホール加工方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】プリント基板における炭酸ガスレーザによるホール加工において、作業効率を向上させるとともに、作業コスト低減させ、しかも高い加工精度を実現することができる上、プリント基板の内部導体層に対してダメージを与えないようにする。【解決手段】プリント基板1にBH(B)を形成するに当たって行う複数回のショットを、連続パルス照射Laと断続パルス照射Lbとの組み合わせて行うものであるので、連続パルス照射によって大きく加工し、更に断続パルス照射のショットで正確に加工し、しかも発生する熱を少なくするとともに、出力ボトム時に熱伝導によって熱を放散させて絶縁層を十分に冷却できるので、作業効率を向上させるとともに、作業コスト低減させ、しかも高い加工精度を実現することができる上、絶縁層内の内部導体層である内部銅箔層へのダメージを防止できる。【選択図】図6
Description
本願発明は、樹脂とガラス繊維を編んでなるガラスクロスとからなる絶縁層と、該絶縁層の少なくとも一面に設けられた銅箔等からなる外部導体層と、該絶縁層内に設けられる銅箔等からなる内部導体層とから構成されるプリント基板に対して、炭酸ガスレーザにより、その底部において絶縁層内に設けられた銅箔層を露出させるブラインドホール(以下、「BH」という。)、又は該プリント基板を貫通するスルーホール(以下、「TH」という。)を形成するためのホール加工方法に関するものである。
従来、上記プリント基板におけるBH又はTHを形成するためのホール加工では、ホール加工の作業効率を向上させるとともに、該ホール加工の作業コストの低減を目的として炭酸ガスレーザ(以下、「レーザ」という。)を採用している。
そして、近年上記プリント基板におけるレーザによるホール加工では、プリント基板の薄板化とともにホール加工の微細化が要求され、その結果、プリント基板に対してBH又はTHを形成するためのホール加工における高い加工精度が要求されている。
さらに、プリント基板の絶縁層内に設けられる内部導体層の薄肉化に伴って、特にBH加工の際には、該内部導体層における変色、溶融、貫通又は剥離等のダメージを防止することも必要とされている。
そして、近年上記プリント基板におけるレーザによるホール加工では、プリント基板の薄板化とともにホール加工の微細化が要求され、その結果、プリント基板に対してBH又はTHを形成するためのホール加工における高い加工精度が要求されている。
さらに、プリント基板の絶縁層内に設けられる内部導体層の薄肉化に伴って、特にBH加工の際には、該内部導体層における変色、溶融、貫通又は剥離等のダメージを防止することも必要とされている。
しかしながら、上記従来のBH又はTHを形成するためのホール加工で使用されるレーザは連続発振であって、そのレーザの出力が大きいものである。
従って、プリント基板におけるホール加工において、絶縁層内ではレーザによって該絶縁層が分解される際に熱が発生、しかも滞留してしまうので、中膨れ形状等の変形が発生し、また該内部導体層では変色、溶融、貫通又は剥離等のダメージを与えることがある。
従って、プリント基板におけるホール加工において、絶縁層内ではレーザによって該絶縁層が分解される際に熱が発生、しかも滞留してしまうので、中膨れ形状等の変形が発生し、また該内部導体層では変色、溶融、貫通又は剥離等のダメージを与えることがある。
そのため、前記BH加工又はTH加工に際して、中膨れ形状等の変形の発生や内部導体層に対するダメージを防止するために、レーザの出力を低減させることも考えられるが、ホール加工に長時間要する上に、該BH加工では必要となるボトム径を得られず、プリント基板におけるBHの加工穴寸法が許容値外となってしまい、微細化が要求されるプリント基板のホール加工において、高い加工精度を実現することができないものである。
また、プリント基板の両面からのレーザ照射によって形成される孔を貫通させてなるTHにおいては、たとえ同じ出力のレーザを使用した場合であっても、絶縁層中のガラスクロスを構成するガラス繊維の粗密により、加工量の差が発生することがある。すなわち、絶縁層を構成するガラスクロスのガラス繊維が粗である部分にレーザが照射されると、レーザによる絶縁層の分解が進み、プリント基板の一面側から形成される孔のボトム径は広くなる一方で、絶縁層中を構成するガラスクロスのガラス繊維が密である部分にレーザが照射されると、レーザによる分解が進まず、プリント基板の一面側から形成される孔のボトム径は狭くなってしまうものである。
そのため、プリント基板にTHを形成するホール加工においては、センター径(すなわちTHの深さ方向における中間位置での径)に大きな広狭が発生してしまい、特に微細化が要求されるプリント基板のホール加工において、TH内壁に施される銅箔等のメッキの信頼性を維持できるような高い加工精度を確保できないものである。
そのため、プリント基板にTHを形成するホール加工においては、センター径(すなわちTHの深さ方向における中間位置での径)に大きな広狭が発生してしまい、特に微細化が要求されるプリント基板のホール加工において、TH内壁に施される銅箔等のメッキの信頼性を維持できるような高い加工精度を確保できないものである。
そこで、例えば、第一の導体層と絶縁層を除去して第二の導体層に達する止まり穴や溝加工を行なう積層材料の炭酸ガスレーザ加工方法において、前記レーザ光を、エネルギー密度を25J/cm2以上とし、且つ1μs以上10μs以下の範囲のビームON時間でパルス的に被加工部に照射するものが提案されている(特許文献1参照)。
その結果、ビームON時間が1μsより短い炭酸ガスレーザ光や10μsより長い炭酸ガスレーザ光を、同じ面積に同じエネルギー密度で照射した場合と比較して、炭酸ガスレーザ光のエネルギーが導体層4の除去に効率良く吸収そして消費され、且つ、余分となった炭酸ガスレーザ光が絶縁層1を不必要に大きく加工しないため、1パルスによりガラスクロス2bが穴内に突き出したり、穴形状が中膨れ形状になることを防止することを可能とすることができる。すなわち、上記積層材料の炭酸ガスレーザ加工方法を実施すると、ホール加工の作業効率は向上し、ホール加工の作業コストを低減させることができるとともに、中膨れ形状等の変形を防止して高い加工精度を得ることができるものである。
しかしながら、特に絶縁層に照射することになる炭酸ガスレーザは1μs以上10μs以下の範囲のビームON時間でパルス的に照射するものであるが、そのビームON時間は長く、且つエネルギー密度は25J/cm2以上であるので、照射する炭酸ガスレーザの出力は高いものである。
そのため、絶縁層を分解、除去する際に発生する熱は大きく、しかも発生した熱は絶縁層内に徐々に滞留してしまうので、止まり穴において中膨れ形状のような変形を完全に止めることはできず、また、該止まり穴内の底部に露出する導体層に対して変色、溶融、貫通又は剥離等のダメージを与えるおそれがある。
そのため、絶縁層を分解、除去する際に発生する熱は大きく、しかも発生した熱は絶縁層内に徐々に滞留してしまうので、止まり穴において中膨れ形状のような変形を完全に止めることはできず、また、該止まり穴内の底部に露出する導体層に対して変色、溶融、貫通又は剥離等のダメージを与えるおそれがある。
解決しようとする課題は、プリント基板におけるレーザによるBHやTHを形成するためのホール加工方法において、該BHやTHの加工の作業効率の向上及び作業コストの低減を図りつつ、プリント基板に形成されるBHのボトム径やTHのセンター径が設計値の許容範囲内となるように高い加工精度を実現するとともに、特にBH加工では絶縁層内に有する内部導体層へのダメージを防止できるようにするものである。
第1の特徴として、
樹脂とガラス繊維のガラスクロスとからなる絶縁層と、該絶縁層の少なくとも一面に設けられた外部導体層とともに、該絶縁層内部に設けられた内部導体層とから構成されるプリント基板における炭酸ガスレーザ(以下、「レーザ」という。)によるブラインドホール(以下、「BH」という。)を形成するためのホール加工方法において、
該プリント基板におけるホール加工のために複数回のレーザ照射(以下、該レーザ照射のうち、各々の回を「ショット」という。)を行うものであって、
(1)少なくとも初回のショットでは、プリント基板の外部導体層に対して、パルス発振であって、1ショットの時間内において、その出力ピークが一定であって、且つ該出力ピークが連続するレーザの照射(以下、「連続パルス照射」という。図5(イ)参照)を行って、該外部導体層又は外部導体層と絶縁層の一部を分解、除去し、
(2)その後のショットでは、連続パルス照射あるは後記断続パルス照射を行って、絶縁層内の内層導体層の直前の深さに至るまで絶縁層を分解、除去し、
(3)さらに、少なくとも絶縁層内の内層導体層の直前以降においては、パルス発振であって、1ショットの時間内において、その出力ピークが一定であって、且つ該出力ピークが出力をゼロとする出力ボトムと交互になって断続するレーザの照射(以下、「断続パルス照射」という。図5(ロ)参照)のショットを行って、残った絶縁層を分解、除去するものである。
樹脂とガラス繊維のガラスクロスとからなる絶縁層と、該絶縁層の少なくとも一面に設けられた外部導体層とともに、該絶縁層内部に設けられた内部導体層とから構成されるプリント基板における炭酸ガスレーザ(以下、「レーザ」という。)によるブラインドホール(以下、「BH」という。)を形成するためのホール加工方法において、
該プリント基板におけるホール加工のために複数回のレーザ照射(以下、該レーザ照射のうち、各々の回を「ショット」という。)を行うものであって、
(1)少なくとも初回のショットでは、プリント基板の外部導体層に対して、パルス発振であって、1ショットの時間内において、その出力ピークが一定であって、且つ該出力ピークが連続するレーザの照射(以下、「連続パルス照射」という。図5(イ)参照)を行って、該外部導体層又は外部導体層と絶縁層の一部を分解、除去し、
(2)その後のショットでは、連続パルス照射あるは後記断続パルス照射を行って、絶縁層内の内層導体層の直前の深さに至るまで絶縁層を分解、除去し、
(3)さらに、少なくとも絶縁層内の内層導体層の直前以降においては、パルス発振であって、1ショットの時間内において、その出力ピークが一定であって、且つ該出力ピークが出力をゼロとする出力ボトムと交互になって断続するレーザの照射(以下、「断続パルス照射」という。図5(ロ)参照)のショットを行って、残った絶縁層を分解、除去するものである。
そのため、プリント基板においてBHを形成するためのホール加工は、炭酸ガスレーザによる連続パルス照射及び断続パルス照射を組み合わせて行うので、ホール加工の作業時間は短縮されて作業効率は向上するとともに、ホール加工の作業コストの低減を図ることができる。
すなわち、プリント基板の外部導体層に対するホール加工では、高エネルギーの連続パルス照射によって行うので、該外部導体層に多量の熱を吸収させて、容易に分解させることができるものである。
ここで、外部導体層又は外部導体層と絶縁層の一部を分解、除去するための初回のショットである連続パルス照射は、CO2レーザを吸収しやすくするように表面処理を施している外部導体層の厚さに依存するが、一般的にエネルギー密度が50~100J/cm2であって、パルス幅は12μsとするものである(以下、同じである。)。
そして、上記連続パルス照射のあるいは断続パルス照射のレーザによって露出したプリント基板の絶縁層に対して、最終のホール加工は断続パルス照射によって行うので、絶縁層内で発生し、滞留する熱は、絶縁層に反復してショットする断続パルス照射における出力ボトム時に、絶縁層の熱伝導により該絶縁層を通じて放散されて十分冷却されるものとなる。
さらに、上記断続パルス照射におけるレーザの出力は低いので、絶縁層を正確に加工するものである。
その結果、BHについてのホール加工(以下、「BH加工」という。)において高い加工精度を確保し、BHの底部に露出している内部導体層に対しては変色、溶融、貫通又は剥離等のダメージを防止できるとともに、BHの底部のボトム径を設計値の許容範囲内とすることができる。
ここで、外部導体層又は外部導体層と絶縁層の一部を分解、除去するための初回のショットである連続パルス照射は、CO2レーザを吸収しやすくするように表面処理を施している外部導体層の厚さに依存するが、一般的にエネルギー密度が50~100J/cm2であって、パルス幅は12μsとするものである(以下、同じである。)。
そして、上記連続パルス照射のあるいは断続パルス照射のレーザによって露出したプリント基板の絶縁層に対して、最終のホール加工は断続パルス照射によって行うので、絶縁層内で発生し、滞留する熱は、絶縁層に反復してショットする断続パルス照射における出力ボトム時に、絶縁層の熱伝導により該絶縁層を通じて放散されて十分冷却されるものとなる。
さらに、上記断続パルス照射におけるレーザの出力は低いので、絶縁層を正確に加工するものである。
その結果、BHについてのホール加工(以下、「BH加工」という。)において高い加工精度を確保し、BHの底部に露出している内部導体層に対しては変色、溶融、貫通又は剥離等のダメージを防止できるとともに、BHの底部のボトム径を設計値の許容範囲内とすることができる。
第2の特徴として、
樹脂とガラス繊維のガラスクロスとからなる絶縁層と、該絶縁層の両面に設けられた外部導体層とともに、該絶縁層内部に設けられた内部導体層とから構成されるプリント基板におけるレーザによるスルーホール(以下、「TH」という。)を形成するためのホール加工方法において、
該プリント基板におけるホール加工のために複数回のショットを行うものであって、
(1)少なくとも初回のショットでは、プリント基板の一面の外部導体層に対して、連続パルス照射を行って、該外部導体層又は外部導体層と絶縁層の一部を分解、除去し、
(2)その後のショットでは、連続パルス照射あるは断続パルス照射を行って、そのプリント基板の厚さの半分となる位置の直前までの深さに至るまで絶縁層を分解、除去し、
(3)さらに、少なくともプリント基板の厚さの半分となる位置の直前以降においては、断続パルス照射のショットを行って、そのプリント基板の厚さの半分となる位置まで残った絶縁層を分解、除去し、
(4)その上で、プリント基板の他面についても、上記(1)~(3)の加工を行い、その両側からの孔を貫通させるものである。
樹脂とガラス繊維のガラスクロスとからなる絶縁層と、該絶縁層の両面に設けられた外部導体層とともに、該絶縁層内部に設けられた内部導体層とから構成されるプリント基板におけるレーザによるスルーホール(以下、「TH」という。)を形成するためのホール加工方法において、
該プリント基板におけるホール加工のために複数回のショットを行うものであって、
(1)少なくとも初回のショットでは、プリント基板の一面の外部導体層に対して、連続パルス照射を行って、該外部導体層又は外部導体層と絶縁層の一部を分解、除去し、
(2)その後のショットでは、連続パルス照射あるは断続パルス照射を行って、そのプリント基板の厚さの半分となる位置の直前までの深さに至るまで絶縁層を分解、除去し、
(3)さらに、少なくともプリント基板の厚さの半分となる位置の直前以降においては、断続パルス照射のショットを行って、そのプリント基板の厚さの半分となる位置まで残った絶縁層を分解、除去し、
(4)その上で、プリント基板の他面についても、上記(1)~(3)の加工を行い、その両側からの孔を貫通させるものである。
そのため、プリント基板におけるTHについてのホール加工(以下、「TH加工」という。)では、その作業時間を短縮し、作業コストを低減することができる。
さらに、TH加工では、プリント基板の両面から加工して、それを貫通させてTHを形成することから、該プリント基板の厚さの半分となる位置の直前以降のホール加工は、断続パルス照射によって行うので、絶縁層内で発生し、滞留する熱は、その断続パルス照射における出力ボトム時に、絶縁層の熱伝導により該絶縁層を通じて放散されて十分冷却されるものとなる。
その結果、プリント基板の両面から絶縁層に形成される孔を高い加工精度で加工できるので、該孔を組み合わせてTHとしても、THのセンター径を設計値の許容範囲内にする高い加工精度を実現することができるものである。
さらに、TH加工では、プリント基板の両面から加工して、それを貫通させてTHを形成することから、該プリント基板の厚さの半分となる位置の直前以降のホール加工は、断続パルス照射によって行うので、絶縁層内で発生し、滞留する熱は、その断続パルス照射における出力ボトム時に、絶縁層の熱伝導により該絶縁層を通じて放散されて十分冷却されるものとなる。
その結果、プリント基板の両面から絶縁層に形成される孔を高い加工精度で加工できるので、該孔を組み合わせてTHとしても、THのセンター径を設計値の許容範囲内にする高い加工精度を実現することができるものである。
本願発明は、炭酸ガスレーザによるプリント基板におけるBH又はTHを形成するためのホール加工において、連続パルス照射と断続パルス照射とを組み合わせるものであるので、プリント基板の外部導体層及び絶縁層に対してホール加工を効率的に行えるので、作業時間を短縮して作業効率を向上させるとともに、作業コストを低減させることができる優れた効果を有するものである。
そして、絶縁層に対して行う断続パルス照射では、出力が小さいものである上、ホール加工において発生し、滞留することになる熱は断続パルス照射の出力ボトム時において絶縁層を通じての熱伝導により放散されて十分に冷却される。
その結果、中間のショットにも断続パルスを使用した場合には、BHやTHにおいて、中膨れ形状等の変形をより防止しつつ、レーザ照射による加工量を細かく調整して正確に加工できるので、高い加工精度を実現できるものである。
その結果、中間のショットにも断続パルスを使用した場合には、BHやTHにおいて、中膨れ形状等の変形をより防止しつつ、レーザ照射による加工量を細かく調整して正確に加工できるので、高い加工精度を実現できるものである。
特に、プリント基板の絶縁層内に設けられた内部導体層を露出させるBH加工では、絶縁層でのホール加工の少なくとも最後のショットは断続パルス照射であるので、ホール加工において発生し、滞留することになる熱は断続パルス照射の出力ボトム時に熱伝導により十分に冷却されるので、BHによって露出する内部導体層に対する変色、溶融、貫通又は剥離等のダメージの発生を防止できる優れた効果をも有するものである。
また、プリント基板を貫通するTH加工では、プリント基板の両面から形成される孔のボトム径が正確に加工されるので、それらの孔を貫通させてTHとしても、該THにおけるセンター径は設計値の許容範囲内となって、TH内壁に設けられるメッキの信頼性を維持するだけの高い加工精度を実現できる優れた効果をも有するものである。
プリント基板の外部導体層に対して連続パルス照射を行って該外部導体層、又は外部導体層と絶縁層の一部を分解、除去し、さらにその後、絶縁層に対して連続パルス照射あるは断続パルス照射を行った上で、最終的に断続パルス照射によるホール加工の仕上げを行うものである。
その結果、プリント基板におけるBH又はTHのホール加工の作業時間を短縮して作業効率を向上させるとともに、作業コストを低減し、特に絶縁層においてホール加工を行う断続パルス照射では出力ボトム時にBH又はTH内において発生し、滞留する熱は熱伝導により放散し、十分に冷却することで高い加工精度を実現する上、特にBH加工では底部のボトム径を設計値の許容範囲内としつつ内部導体層の剥離等のダメージを防止し、またTH加工では該プリント基板の両面から形成する両孔を貫通させてTHとしても、そのセンター径は設計値の許容範囲内となるものである。
その結果、プリント基板におけるBH又はTHのホール加工の作業時間を短縮して作業効率を向上させるとともに、作業コストを低減し、特に絶縁層においてホール加工を行う断続パルス照射では出力ボトム時にBH又はTH内において発生し、滞留する熱は熱伝導により放散し、十分に冷却することで高い加工精度を実現する上、特にBH加工では底部のボトム径を設計値の許容範囲内としつつ内部導体層の剥離等のダメージを防止し、またTH加工では該プリント基板の両面から形成する両孔を貫通させてTHとしても、そのセンター径は設計値の許容範囲内となるものである。
尚、ホール加工に際してプリント基板に対して初回に照射する連続パルス照射のパルス幅を1μs以上とすることが望ましく、それによってレーザを照射するプリント基板の外部導体層に与える熱が大きくなり、該外部導体層を除去するために必要となる蓄熱効果を十分に発揮させるものである。その結果、プリント基板における外部導体層を容易に分解、除去できるものである。
一方、最後のショットで行われる断続パルス照射においては、そのパルス幅を1μs未満とすることが望ましい。それによって、一定のパルス周期における出力ボトム時間が大きくなるので、レーザの照射に伴って発生する熱は小さくなって加工量も少なくなるものの、加工量を調整して正確に加工を行えるとともに、上記加工時に発生した熱は迅速に出力ボトム時での熱伝導により拡散されて十分に冷却されるので、BHにおいて、内部導体層に対してダメージを抑制しつつ、底部のボトム径を設計値の許容範囲内とする高い加工精度を実現することができるとともに、THのセンター径を設計値の許容範囲内とする高い加工精度を実現することができるものである。
図1に示すものは、本願発明であるプリント基板における炭酸ガスレーザによるホール加工方法を実施するプリント基板におけるホール加工装置Aである。
そして、該プリント基板におけるホール加工装置Aは、炭酸ガスレーザによってプリント基板1を構成する絶縁層2内に設けられた内部導体層である内部銅箔層4を露出させるように、外部導体層である表面銅箔層3を除去して通じるブラインドホールBH、並びに該プリント基板1の両面に有する外部導体層である表面銅箔層3’を除去して貫通するスルーホールTHを加工するものである。
そして、該プリント基板におけるホール加工装置Aは、炭酸ガスレーザによってプリント基板1を構成する絶縁層2内に設けられた内部導体層である内部銅箔層4を露出させるように、外部導体層である表面銅箔層3を除去して通じるブラインドホールBH、並びに該プリント基板1の両面に有する外部導体層である表面銅箔層3’を除去して貫通するスルーホールTHを加工するものである。
そこで、上記プリント基板におけるホール加工装置Aは、レーザhを発生する発振器a、該発振器aから発生したレーザhの光径を複数のレンズb’を以て収束させるズームb、該ズームbによって光径を収束させたレーザhを所定の光径まで絞るアパーチャc、プリント基板の一定の区画の照射面に対して、アパーチャcを通過したレーザhを狙った位置へ照射するようにガルバノスキャナdによって制御されてなるガルバノミラーe、プリント基板1の照射面に対してレーザhを垂直に照射するFθレンズf、該Fθレンズfを通過したレーザhによって加工が施されるプリント基板1を載置し、必要な場合にプリント基板1を適切な位置に設定するため平面方向を縦横に移動可能となる加工テーブルg、発振器aからズームb、アパーチャc、ガルバノミラーe、Fθレンズfへと、レーザhを反射しつつ誘導してプリント基板1に至る光路を形成する複数のミラーi、並びに前記発振器a、ガルバノスキャナd、及び加工テーブルgを統合的に制御するNC装置jから構成されるものである。
ここで、発振器aから照射されたレーザhは、ガルバノスキャナdにて位置決めされて、Fθレンズfによってプリント基板1上に焦点を結んでホール加工がされるものであって、発振器a、ガルバノスキャナd、及び加工テーブルgはNC装置jからの指示により制御されるものである。
ところで、プリント基板1に対するホール加工における、ガルバノスキャナdでの加工領域は、Fθレンズfの領域に限定されるものである。そのため、ガルバノスキャナdでの加工領域が前記Fθレンズfの領域外となった場合には、加工テーブルgを平面方向に移動自在とさせることによってプリント基板1の位置を調整して、ホール加工を行うものである。
なお、上記プリント基板におけるホール加工装置Aにおいて、プリント基板1に照射されるレーザhにおける連続パルス照射La又は断続パルス照射Lbの変更は、NC装置j内に内蔵されるプログラムによって発振器aを制御して行うものである。
ところで、プリント基板1に対するホール加工における、ガルバノスキャナdでの加工領域は、Fθレンズfの領域に限定されるものである。そのため、ガルバノスキャナdでの加工領域が前記Fθレンズfの領域外となった場合には、加工テーブルgを平面方向に移動自在とさせることによってプリント基板1の位置を調整して、ホール加工を行うものである。
なお、上記プリント基板におけるホール加工装置Aにおいて、プリント基板1に照射されるレーザhにおける連続パルス照射La又は断続パルス照射Lbの変更は、NC装置j内に内蔵されるプログラムによって発振器aを制御して行うものである。
ところで、上記発振器a、ガルバノスキャナd及び加工テーブルgを統合的に制御するNC装置jの加工パートプラグラムは、加工する条件選択指令(以下、「T指令」という。)と加工位置指令とから構成されている。
そのため、NC装置jでは、該T指令に対応した、例えばレーザ発振条件、加工モード等の加工条件を設定した上で、それらを上記加工パートプラグラムとともに読み取り、その指示データに従って、加工テーブルgによってプリント基板1の加工領域をFθレンズfの下となるように移動させ、ガルバノスキャナdによってプリント基板1の加工位置を位置決めし、発振器aから発振される連続パルス照射La又は断続パルス照射Lbによってホール加工を行うものである。
そのため、NC装置jでは、該T指令に対応した、例えばレーザ発振条件、加工モード等の加工条件を設定した上で、それらを上記加工パートプラグラムとともに読み取り、その指示データに従って、加工テーブルgによってプリント基板1の加工領域をFθレンズfの下となるように移動させ、ガルバノスキャナdによってプリント基板1の加工位置を位置決めし、発振器aから発振される連続パルス照射La又は断続パルス照射Lbによってホール加工を行うものである。
ここで、T指令の加工条件の加工モードの選択項目には、本願発明のプリント基板における炭酸ガスレーザによるホール加工方法が設けられており、T指令の加工条件として、例えばホール加工のためにプリント基板1に照射する複数回のレーザ照射において、そのショットを各々個別具体的に、連続パルス発振La又は断続パルス発振Lbのいずれにするかを設定できるものである。
そして、上記プリント基板における炭酸ガスレーザによるホール加工方法を実施するプリント基板のホール加工装置Aは、実施例2において説明するTHの加工方法の実施においても使用するものである。
そして、上記プリント基板における炭酸ガスレーザによるホール加工方法を実施するプリント基板のホール加工装置Aは、実施例2において説明するTHの加工方法の実施においても使用するものである。
そこで、本願発明であるプリント基板における炭酸ガスレーザによるホール加工方法により、図2に示す工程表に従って、図6において示すように、プリント基板1にBH(B)を形成するための作業工程を説明する。
ここで、プリント基板1は、樹脂2aとガラス繊維のガラスクロス2bとからなる絶縁層2と、該絶縁層2の少なくとも一面に有する外部導体層である表面銅箔層3とともに、該絶縁層2内に設けられた内部導体層である内部銅箔層4とから構成されるものである。
そのため、上記プリント基板1に対してBH(B)を形成するに当たっては、次のようにするものである。
(1)まず、プリント基板1の外部導体層である表面銅箔層3に対して、初回のショットでは連続パルス照射Laを行って、外部導体層である表面銅箔層3又は外部導体層である表面銅箔層3と絶縁層2の一部を分解、除去する〔図6(イ)~(ロ)参照〕。
なお、この段階で、絶縁層2内の内部導体層である内部銅箔層4がほぼ露出するようになっていた場合は、(3)の断続パルス照射Lbへ移行する。
(2)そして、その後のショットでは、絶縁層2内の内部導体層である内部銅箔層4の直前に至るまで、連続パルス照射Laもしくは断続パルス照射Lbを適宜組み合わせて行い、絶縁層2を分解、除去する〔同図(ロ)~(ハ)参照〕。
(3)さらに、少なくとも最後のショットでは、断続パルス照射Lbを行って、絶縁層2内に有する内部導体層4を完全に露出させように至るまで絶縁層2を分解、除去する〔同図(ハ)~(ホ)参照〕。
(4)その結果、最終的に、所定のボトム径を有するBH(b)を形成することができるものとなる〔同図(ホ)参照〕。
ここで、プリント基板1は、樹脂2aとガラス繊維のガラスクロス2bとからなる絶縁層2と、該絶縁層2の少なくとも一面に有する外部導体層である表面銅箔層3とともに、該絶縁層2内に設けられた内部導体層である内部銅箔層4とから構成されるものである。
そのため、上記プリント基板1に対してBH(B)を形成するに当たっては、次のようにするものである。
(1)まず、プリント基板1の外部導体層である表面銅箔層3に対して、初回のショットでは連続パルス照射Laを行って、外部導体層である表面銅箔層3又は外部導体層である表面銅箔層3と絶縁層2の一部を分解、除去する〔図6(イ)~(ロ)参照〕。
なお、この段階で、絶縁層2内の内部導体層である内部銅箔層4がほぼ露出するようになっていた場合は、(3)の断続パルス照射Lbへ移行する。
(2)そして、その後のショットでは、絶縁層2内の内部導体層である内部銅箔層4の直前に至るまで、連続パルス照射Laもしくは断続パルス照射Lbを適宜組み合わせて行い、絶縁層2を分解、除去する〔同図(ロ)~(ハ)参照〕。
(3)さらに、少なくとも最後のショットでは、断続パルス照射Lbを行って、絶縁層2内に有する内部導体層4を完全に露出させように至るまで絶縁層2を分解、除去する〔同図(ハ)~(ホ)参照〕。
(4)その結果、最終的に、所定のボトム径を有するBH(b)を形成することができるものとなる〔同図(ホ)参照〕。
なお、上記プリント基板1にBH(B)を形成するための加工方法は、一個のBH(B)を対象としているが、一枚のプリント基板1に同一の径及び深さの複数(N個)のBH(B)を形成する場合は、図3に示すようにする。
例えば、一個のBHのホール加工においては、連続及び断続レーザ照射La、Lbを併せて4ショットで完結させる場合、プリント基板1における全てのBH(B)の各々の加工位置(穴1~穴N)に対して、まず初回のショットである連続パルス照射Laを順次(穴1~穴N)移動しながら行った後〔図3(1)を参照〕、さらに元の位置に戻って同じ加工位置に対して、2回目のショットとして、連続パルス照射Laを順次穴1~穴Nに移動しながら行うものである〔図3(2)を参照〕。その上で、3回目のショットは、既に絶縁層2内の内部導体層である内部銅箔層4が近くなっていることから、断続パルス照射を順次穴1~穴Nに対して順次行い〔図3(3)を参照〕、更に4回目のショットは、絶縁層2内の内部導体層内部導体層に対して変色、溶融、貫通又は剥離等のダメージを与えることなく、完全に露出させるべく、断続パルス照射を穴1~穴Nに対して順次行うものである〔図3(4)を参照〕。これによって、一枚のプリント基板1に同一の径及び深さのN個のBH(B)が同時に形成される。尚、実施例2において、一枚のプリント基板1において複数のTH(C)を形成するに当たっての孔5においても同様にして行うものである。
例えば、一個のBHのホール加工においては、連続及び断続レーザ照射La、Lbを併せて4ショットで完結させる場合、プリント基板1における全てのBH(B)の各々の加工位置(穴1~穴N)に対して、まず初回のショットである連続パルス照射Laを順次(穴1~穴N)移動しながら行った後〔図3(1)を参照〕、さらに元の位置に戻って同じ加工位置に対して、2回目のショットとして、連続パルス照射Laを順次穴1~穴Nに移動しながら行うものである〔図3(2)を参照〕。その上で、3回目のショットは、既に絶縁層2内の内部導体層である内部銅箔層4が近くなっていることから、断続パルス照射を順次穴1~穴Nに対して順次行い〔図3(3)を参照〕、更に4回目のショットは、絶縁層2内の内部導体層内部導体層に対して変色、溶融、貫通又は剥離等のダメージを与えることなく、完全に露出させるべく、断続パルス照射を穴1~穴Nに対して順次行うものである〔図3(4)を参照〕。これによって、一枚のプリント基板1に同一の径及び深さのN個のBH(B)が同時に形成される。尚、実施例2において、一枚のプリント基板1において複数のTH(C)を形成するに当たっての孔5においても同様にして行うものである。
以上のようにして、プリント基板1にBH(B)を形成するので、上記プリント基板1におけるBH(B)のホール加工の作業時間を短縮し、作業コストを低減することができるものとなる。
そして、絶縁層2内の内部導体層である内部銅箔層4を完全に露出させるのが断続パルス照射Lbであるので、その出力は弱いものであるが、レーザ照射での加工量が少なくて加工量を調整しやすいので、絶縁層に形成されるBH(B)を正確に加工することができるものとなる。
さらに、BH(B)内に発生し、滞留する熱は少なくなる上、出力ボトム時で熱伝導により放散されて、冷却されるので、該BH(B)の内底に露出している内部導体層である内部銅箔層4に対しては変色、溶融、貫通又は剥離等のダメージを防止することができるものである。
そして、絶縁層2内の内部導体層である内部銅箔層4を完全に露出させるのが断続パルス照射Lbであるので、その出力は弱いものであるが、レーザ照射での加工量が少なくて加工量を調整しやすいので、絶縁層に形成されるBH(B)を正確に加工することができるものとなる。
さらに、BH(B)内に発生し、滞留する熱は少なくなる上、出力ボトム時で熱伝導により放散されて、冷却されるので、該BH(B)の内底に露出している内部導体層である内部銅箔層4に対しては変色、溶融、貫通又は剥離等のダメージを防止することができるものである。
そこで、本願発明であるプリント基板における炭酸ガスレーザによるホール加工方法によってBH(B)を形成する場合における本願発明の効果を検討した。
そのため、外部導体層である表面銅箔層3が5μm、絶縁層2厚が60μm、内部導体層である内層銅箔層4が9μmであるプリント基板1に対して、トップ径がφ80μm、ボトム径がトップ径の75%以上であって、しかも内部銅箔層4に対してダメージを与えていないものとする仕様のBH(B)を形成することとする。そしてその際、断続パルス照射Lbの条件を様々に変化させ、すなわち連続パルス照射Laと様々なパルス幅の断続パルス照射Lbとを組み合わせたもの(条件5~9)の加工品質と、全てのショットを連続パルス照射Laのみとしてなるもの(条件1~4)の加工品質とを比較した結果を、表1に示すものである。
なお、1ショット目の連続パルス照射Laは、プリント基板1の表面導体層である表面銅箔層3を除去することを目的とするため、エネルギー密度が53J/cm2であってそのパルス幅が10μsとするものであり、表1の条件1~9においては共通するので省略する。
そのため、外部導体層である表面銅箔層3が5μm、絶縁層2厚が60μm、内部導体層である内層銅箔層4が9μmであるプリント基板1に対して、トップ径がφ80μm、ボトム径がトップ径の75%以上であって、しかも内部銅箔層4に対してダメージを与えていないものとする仕様のBH(B)を形成することとする。そしてその際、断続パルス照射Lbの条件を様々に変化させ、すなわち連続パルス照射Laと様々なパルス幅の断続パルス照射Lbとを組み合わせたもの(条件5~9)の加工品質と、全てのショットを連続パルス照射Laのみとしてなるもの(条件1~4)の加工品質とを比較した結果を、表1に示すものである。
なお、1ショット目の連続パルス照射Laは、プリント基板1の表面導体層である表面銅箔層3を除去することを目的とするため、エネルギー密度が53J/cm2であってそのパルス幅が10μsとするものであり、表1の条件1~9においては共通するので省略する。
以上のとおり、まずBH(B)の底部のボトム径がトップ径の75%以上を確保ためには、エネルギー密度9J/cm2以上が必要となるが、連続パルス照射Laを連続させると内部導体層である内層銅箔層4に対してダメージを与えてしまうものである。それに対して、エネルギー密度9J/cm2以上とし、前記連続パルス照射Laに続いて断続パルス照射Lbを行った場合には、断続パルス照射Lbにおけるパルス幅は1μs未満であって、特にパルス幅が0.6μs以下では明らかに不足するものである。従って、パルス幅を0.7μs以上で、0.8μs以下とする、すなわちパルス幅を1μs未満とすることによって、BH(B)のボトム径がトップ径の75%以上となって、且つ絶縁層2内の内層銅箔層4へのダメージを防止できる結果が得られたので、本願発明の効果は確認された。
次に、本願発明であるプリント基板における炭酸ガスレーザによるホール加工方法により、図4において示す工程表に従って、図7において示すように、プリント基板にTHを形成するための作業工程を説明する。
ここで、プリント基板1’は、絶縁層2’と、該絶縁層2’の両面において外部導体層である表面銅箔層3’とから構成するものである。
そこで、上記プリント基板1’に対してTH(C)を形成するに当たっては次のようにするものである。
(1)まず、プリント基板1’の外部導体層である表面銅箔層3’を有する両面のうち、その一面1a’に対して、初回のショットでは連続パルス照射Laを行って、外部導体層である表面銅箔層3’、又は外部導体層である表面銅箔層3’と絶縁層2’の一部を分解、除去する〔図7(イ)~(ロ)参照〕。
なお、この段階で、絶縁層2’内に形成される孔5の深さが、該プリント基板1’の厚さの半分の直前まで至っていた場合は、(3)の断続パルス照射へ移行する。
(2)そして、その後のショットでは、孔5の深さが、該プリント基板1’の厚さの半分の直前に至るまで、連続パルス照射Laもしくは断続パルス照射Lbを適宜組み合わせて行い、絶縁層2’を分解、除去する〔同図(ロ)参照〕。
(3)さらに、少なくとも最後のショットでは、断続パルス照射Lbを行って、孔5の深さが、該プリント基板1’の厚さの半分の位置に至るまで、絶縁層2を分解、除去する〔同図(ハ)参照〕。
(4)その上で、プリント基板1の他面に対して、上記(1)~(3)の加工を行うものである〔同図(ニ)~(ホ)参照〕。
(5)その結果、最終的に、両孔5、5を貫通させてTH(C)を形成することができるものである〔同図(ヘ)参照〕。
ここで、プリント基板1’は、絶縁層2’と、該絶縁層2’の両面において外部導体層である表面銅箔層3’とから構成するものである。
そこで、上記プリント基板1’に対してTH(C)を形成するに当たっては次のようにするものである。
(1)まず、プリント基板1’の外部導体層である表面銅箔層3’を有する両面のうち、その一面1a’に対して、初回のショットでは連続パルス照射Laを行って、外部導体層である表面銅箔層3’、又は外部導体層である表面銅箔層3’と絶縁層2’の一部を分解、除去する〔図7(イ)~(ロ)参照〕。
なお、この段階で、絶縁層2’内に形成される孔5の深さが、該プリント基板1’の厚さの半分の直前まで至っていた場合は、(3)の断続パルス照射へ移行する。
(2)そして、その後のショットでは、孔5の深さが、該プリント基板1’の厚さの半分の直前に至るまで、連続パルス照射Laもしくは断続パルス照射Lbを適宜組み合わせて行い、絶縁層2’を分解、除去する〔同図(ロ)参照〕。
(3)さらに、少なくとも最後のショットでは、断続パルス照射Lbを行って、孔5の深さが、該プリント基板1’の厚さの半分の位置に至るまで、絶縁層2を分解、除去する〔同図(ハ)参照〕。
(4)その上で、プリント基板1の他面に対して、上記(1)~(3)の加工を行うものである〔同図(ニ)~(ホ)参照〕。
(5)その結果、最終的に、両孔5、5を貫通させてTH(C)を形成することができるものである〔同図(ヘ)参照〕。
以上のようにして、プリント基板1’にTH(C)を形成するので、上記プリント基板1’におけるTH(C)のホール加工の作業時間を短縮し、作業コストを低減することができるものとなる。
そして、プリント基板1’の一面及び他面からの各ホール加工に際し、少なくともそれぞれ最後のホール加工を断続パルス照射Lbによって行うことから、その出力は弱いものであるが、その加工量は少なく加工量を調整しやすいので、プリント基板1’の両面からそれぞれ形成される孔5、5が貫通することによって形成されるTH(C)において、そのセンター径が設計値の許容範囲内となるように正確に加工することができるようになる。
その結果、TH(C)の壁面に設けられるメッキの信頼性の維持が可能となるものである。
そして、プリント基板1’の一面及び他面からの各ホール加工に際し、少なくともそれぞれ最後のホール加工を断続パルス照射Lbによって行うことから、その出力は弱いものであるが、その加工量は少なく加工量を調整しやすいので、プリント基板1’の両面からそれぞれ形成される孔5、5が貫通することによって形成されるTH(C)において、そのセンター径が設計値の許容範囲内となるように正確に加工することができるようになる。
その結果、TH(C)の壁面に設けられるメッキの信頼性の維持が可能となるものである。
そこで、本願発明であるプリント基板における炭酸ガスレーザによるホール加工方法によってTH(C)を形成する場合における本願発明の効果を検討した。
絶縁層2’の両面にある外部導体層である表面銅箔層3’、3’が2μm、絶縁層2’厚が60μmであるプリント基板1’に対して、プリント基板1’の外部導体層である表面銅箔層3’における開口径がφ60μmであって、センター径がφ40±10μmとする仕様のTH(C)を形成するにあたって、断続パルス照射Lbの条件を様々に変化させ、すなわち連続パルス照射Laと様々なパルス幅の断続パルス照射Lbとを組み合わせたもの(条件5~9)の加工品質と、全てのショットを連続パルス照射Laのみとするもの(条件1~4)の加工品質とを比較した結果を表2に示すものである。
なお、1ショット目の連続パルス照射Laは、プリント基板1’の表面導体層である表面銅箔層3’を除去することを目的とするため、エネルギー密度が52J/cm2であって、そのパルス幅が8μsとするものであり、表2の条件1~9においては共通するので省略する。
絶縁層2’の両面にある外部導体層である表面銅箔層3’、3’が2μm、絶縁層2’厚が60μmであるプリント基板1’に対して、プリント基板1’の外部導体層である表面銅箔層3’における開口径がφ60μmであって、センター径がφ40±10μmとする仕様のTH(C)を形成するにあたって、断続パルス照射Lbの条件を様々に変化させ、すなわち連続パルス照射Laと様々なパルス幅の断続パルス照射Lbとを組み合わせたもの(条件5~9)の加工品質と、全てのショットを連続パルス照射Laのみとするもの(条件1~4)の加工品質とを比較した結果を表2に示すものである。
なお、1ショット目の連続パルス照射Laは、プリント基板1’の表面導体層である表面銅箔層3’を除去することを目的とするため、エネルギー密度が52J/cm2であって、そのパルス幅が8μsとするものであり、表2の条件1~9においては共通するので省略する。
以上のとおり、まずTHのセンター径をφ30~50μmとするためには18J/cm2程度のエネルギー密度が必要となるが、連続パルス照射LaだけではTHのセンター径を設計値の許容範囲内であるφ40±10μm、すなわちφ30μm以上であって50μm以下とすることは不可能であった。それに対して、エネルギー密度を18J/cm2以上とし、前記連続パルス照射Laに続いて断続パルス照射Lbを行った場合には、断続パルス照射Lbにおけるパルス幅が1μs未満であっても、特に0.4μsであっては明らかに不足してしまうものである。従って、パルス幅を0.5μs以上で、0.7μs以下とすることによって、THのセンター径がφ30~50μmとなる結果が得られたので、本願発明の効果が確認された。
プリント基板において、BH又はTHを形成するに当たって行う複数回のレーザ照射において、連続パルス照射と断続パルス照射とを組み合わせることで、レーザ加工の作業効率を向上させるとともに、作業コスト低減させ、しかも高い加工精度を実現することができる上、プリント基板の絶縁層内に設けられた内部導体層に対して、加工に際してのダメージを与えることはないので、プリント基板のみならず、薄肉化され、且つ微細化されたあらゆる基板の加工に適用できるものである。
1、1’ プリント基板
1a’ 一面
2、2’ 絶縁層
2a、2a‘ 樹脂
2b、2b‘ ガラスクロス
3、3’ (表面導体層である)表面銅箔層
4 (内部導体層である)内部銅箔層
5 孔
A プリント基板におけるホール加工装置
a 発振器
b ズーム
b’ レンズ
c アパーチャ
d ガルバノスキャナ
e ガルバノミラー
f Fθレンズ
g 加工テーブル
h レーザ
i ミラー
j NC装置
B ブラインドホール(BH)
C スルーホール(CH)
1a’ 一面
2、2’ 絶縁層
2a、2a‘ 樹脂
2b、2b‘ ガラスクロス
3、3’ (表面導体層である)表面銅箔層
4 (内部導体層である)内部銅箔層
5 孔
A プリント基板におけるホール加工装置
a 発振器
b ズーム
b’ レンズ
c アパーチャ
d ガルバノスキャナ
e ガルバノミラー
f Fθレンズ
g 加工テーブル
h レーザ
i ミラー
j NC装置
B ブラインドホール(BH)
C スルーホール(CH)
Claims (2)
- 樹脂とガラス繊維のガラスクロスとからなる絶縁層と、該絶縁層の少なくとも一面に設けられた外部導体層とともに、該絶縁層内部に設けられた内部導体層とから構成されるプリント基板における炭酸ガスレーザ(以下、「レーザ」という。)によるブラインドホール(以下、「BH」という。)を形成するためのホール加工方法において、
該プリント基板におけるホール加工のために複数回のレーザ照射(以下、該レーザ照射のうち、各々の回を「ショット」という。)を行うものであって、
(1)少なくとも初回のショットでは、プリント基板の外部導体層に対して、パルス発振であって、1ショットの時間内において、その出力ピークが一定であって、且つ該出力ピークが連続するレーザの照射(以下、「連続パルス照射」という。)を行って、該外部導体層又は外部導体層と絶縁層の一部を分解、除去し、
(2)その後のショットでは、連続パルス照射あるは後記断続パルス照射を行って、絶縁層内の内層導体層の直前の深さに至るまで絶縁層を分解、除去し、
(3)さらに、少なくとも絶縁層内の内層導体層の直前以降においては、パルス発振であって、1ショットの時間内において、その出力ピークが一定であって、且つ該出力ピークが出力をゼロとする出力ボトムと交互になって断続するレーザの照射(以下、「断続パルス照射」という。)のショットを行って、残った絶縁層を分解、除去する
ことを特徴とするプリント基板における炭酸ガスレーザによるホール加工方法。 - 樹脂とガラス繊維のガラスクロスとからなる絶縁層と、該絶縁層の両面に設けられた外部導体層とともに、該絶縁層内部に設けられた内部導体層とから構成されるプリント基板におけるレーザによるスルーホール(以下、「TH」という。)を形成するためのホール加工方法において、
該プリント基板におけるホール加工のために複数回のショットを行うものであって、
(1)少なくとも初回のショットでは、プリント基板の一面の外部導体層に対して、連続パルス照射を行って、該外部導体層又は外部導体層と絶縁層の一部を分解、除去し、
(2)その後のショットでは、連続パルス照射あるは断続パルス照射を行って、そのプリント基板の厚さの半分となる位置の直前までの深さに至るまで絶縁層を分解、除去し、
(3)さらに、少なくともプリント基板の厚さの半分となる位置の直前以降においては、断続パルス照射のショットを行って、そのプリント基板の厚さの半分となる位置まで残った絶縁層を分解、除去し、
(4)その上で、プリント基板の他面についても、上記(1)~(3)の加工を行い、その両側からの孔を貫通させる
ことを特徴とするプリント基板における炭酸ガスレーザによるホール加工方法。
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