JP2865809B2 - プリント基板の盲穴加工方法 - Google Patents

プリント基板の盲穴加工方法

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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、プリント基板の穴明け方法にかかり特に内
部の配線パターンと表面の配線パターンを電気的に接続
する多層プリント基板の穴明け方法に関するものであ
る。
〔従来の技術〕
多層プリント基板の表面の配線パターンと内部の配線
パターンを電気的に接続するための穴を明ける方法とし
て、たとえば、ドリルを使用して内層に至る盲穴を形成
する方法や特開昭58−64097号公報に開示された方法が
ある。
第６図（ａ）は、従来の典型的な多層プリント基板の
構造を示す。1,1′は外層銅箔2,2′…は内層銅箔、3,
3′…はガラス繊維を束ねて編んだ布材（以下ガラスク
ロスという）、4,4′…は樹脂であり、内層銅箔、外層
銅箔とガラスクロスとは少くとも最小樹脂層厚さa,bが
境界に介在することによつて、機械的特性と電気的特性
を保持する構造である。
第６図（ｂ）は上記従来のドリルによる穴明け方法を
示す図でドリルで穴明した盲穴を示す。即ちドリルで最
初の内層と次の体層の間の深さをねらつて穴明し、外層
と内層を接続する盲穴を形成する。
第７図（ａ）〜（ｃ）は他の従来の穴明け方法を示す
図でレーザで穴明した盲穴を示す。即ち、外層銅箔の穴
明位置にレーザビームの径より少し小さい窓穴をエツチ
ングであけ、窓穴を通してCO2等のレーザを照射するこ
とにより、エツチングで形成した穴の位置の樹脂層を除
去して盲穴を形成するようにしたものである。
従来のドリルを用いた穴明け方法では、基板表面を基
準に内層位置の設計値に従つて目標とする内層とその次
の内層の間（実際には最初の内層と２つ目の内層の間）
に切込深さを決めて穴明加工するため、プリント基板製
造における基板積層時の内層位置誤差や板厚の誤差（許
容値は0.1mm）によつて穴が内層まで届かない場合又は
次の内層をキズつけるようなことがある。また、加工さ
れた穴の内側に銅メツキを施す工程においては、穴が円
筒形状になるため穴径が小さい場合表面張力によつてメ
ツキ液が穴に入り難く、しかもメツキ液が穴内によど
み、第８図に示したように穴の奥でメツキが薄くなるた
めメツキ可能なアスペクト比（穴深さ／穴径）が制約さ
れるということがあつた。このため実用に供したもの
は、プリント基板製造工程における積層厚みの集積誤差
が少い部分、即ち最初の外層と最初の内層との接続用で
しかも２つ目の内層がなく２つ目の内層をキズつける恐
れのない盲穴で穴径がφ0.5mm以上の穴明けに適用され
ていた。
さらに、レーザによる従来の穴明け方法では前記の様
なガラスクロスと樹脂とからなるプリント基板に、エツ
チングにより銅箔層を除去して設けた窓穴からレーザを
照射した場合、中間層を形成するガラスクロスと樹脂層
とでは、レーザエネルギーの吸収容量、吸収度合の差及
び焦点を結ぶフオーカス位置とフオーカス位置前後のレ
ーザエネルギー密度の差、照射時間の差によつてガラス
繊維と樹脂とで除去状態に差がでた。
例えば、フオーカス位置を内層銅箔表面に設定した場
合、除去する樹脂層の厚さＨが大きい場合、穴底部は、
図７（ｂ）のように比較的きれいに除去されるが、穴底
部の有効面積が不足する。この状態からさらにレーザ照
射を続けると、第７図（ｃ）のように、穴入口に近い部
分では穴底に比べ低エネルギーに長くさらされるため、
また、レーザ光がガウスビームの場合、光の回折によつ
て照射位置周辺の低エネルギー部では固体→蒸発過程で
なく、途中溶融過程を含むことになり外層銅箔直下の樹
脂がオーバーハング状にえぐられて炭化する。また、ガ
ラス繊維が樹脂から高さＷだけ針状に露出し、さらに一
部は９のように巨大化して穴内壁面に残つた。
一方、穴底部中央では、エネルギー過多により、内層
銅箔の裏側の樹脂４″が一部蒸発するため、内層銅箔か
Ｌだけ押上げられると同時に樹脂４″が炭化し劣化し
た。さらに同図中（ｂ）から（ｃ）への工程において内
層銅箔表面で乱反射した拡散光により穴底部の樹脂がW2
だけえぐられた。これらの不良現象はレーザ出力（W/
S）照射時間（Ｓ）をコントロールして簡単に解決する
ことは困難である。穴内壁の樹脂の炭化部分は化学的な
処理で除去可能であるが面倒なことである。前述のオー
バハング量及びガラス繊維の樹脂からの突出量はさらに
大きくなり、穴内壁をメツキする際メツキ液が浸透し難
いため、第９図のように穴底部のメツキが薄くなりメツ
キ不良を起し易く導電体（導通穴）としての信頼性が低
くなつた。このため、一部でレーザ穴明用基板としてガ
ラス繊維を使用しない特殊な樹脂材料が使用されたが従
来のプリント基板に比較して物理的特性で劣るため本格
的実用化に至つていない。また、第６図（ａ）に示す多
層板の内層重なり部の内層導通用盲穴をレーザにより加
工しようとしてもレーザ光が最初の内層銅箔２で反射さ
れてしまうため適用できないという加工上の制約があ
る。
さらに、エツチングで窓穴を形成する場合、製造工程
及び精度面で次のような問題があつた。即ち、配線パタ
ーンを形成するための工程は、エツチング→穴明→メツ
キ→エツチングとなりエツチング工程が２回重複して必
要になる。また、穴明前のエツチング工程と穴明工程が
別工程になるため、各工程での加工誤差が累積される。
即ち、エツチングで形成した穴の位置とレーザビームを
照射する位置が大きい場合には50μｍ近くずれることが
ある。このため第10図（ａ）のように穴入口の銅箔のオ
ーバーハング量が増すためメツキ後の穴の仕上りは第10
図（ｂ）のようにいつそう悪くなり導電体としての信頼
性はさらに低下する。本発明の目的は前記課題に鑑み信
頼性の高い穴を効率よくあけられる穴明方法を提供する
にある。
〔課題を解決するための手段〕
上記の目的を解決するため、本発明においては、ガラ
スクロス等からなる絶縁物を挾み上下に銅箔層が配置さ
れたプリント基板に、上層銅箔と下層銅箔とを接続する
盲穴を加工するプリント基板の盲穴加工方法において、
ドリルにより前記上層銅箔と前記下層銅箔直前までの前
記絶縁物を除去し、レーザにより前記下層銅箔上に残っ
た前記絶縁物を除去することにより、直径が略前記ドリ
ル径に等しい１つの盲穴を加工する。
〔作用〕
ドリルにより、上層銅箔と下層銅箔との間に介在する
ガラスクロス等をほとんど除去するから、穴の内壁面を
凹凸の少ない均一な面に仕上げることができる。
〔実 施 例〕
以下、本発明の一実施例を第１図乃至第５図に従つて
説明する。
第５図は、本発明による穴明け方法を実施するための
装置の一例を示すもので、同図において、101は穴明け
装置のベツド。102はＸテーブルで、ベツド101に矢印Ｘ
方向に移動可能に支持されている。103はＹテーブル
で、Ｘテーブル102に矢印Ｙ方向に移動可能に支持され
ている。104はコラムで、ベツド101にＸテーブル102及
びＹテーブル103を跨ぐように固定されている。105はド
リル加工ヘツドで、コラム104の所定の位置に固定され
ている。このドリル加工ヘツド105には、ドリル６を保
持したスピンドルが、回転および矢印Ｚ方向に移動可能
に支持されている。107はモータで、前記スピンドルを
矢印Ｚ方向に移動させる。108はレーザ加工ヘツドで、
コラム104にドリル加工ヘヅド105と所定の間隔で固定さ
れている。109はレーザ発振器で、コラム104の所定の位
置に固定されている。110はプリント基板で、Ｙテーブ
ル103の上に固定されている。
上記プリント基板の穴明け装置を使つて行うプリント
基板の穴明け方法を以下第１図，第２図を用いて説明す
る。即ち、Ｘテーブル102とＹテーブル103を夫々Ｘ方向
及びＹ方向へ移動させ、プリント基板110の穴明け位置
を、ドリル加工ヘツド105のスピンドルに保持されたド
リル６の下に位置決めする。
そして、ドリル６を下降させて、第１図（ｂ）に示す
ように、ドリル６で、プリント基板110の表面の銅箔
１、樹脂層４、ガラスクロス３、３′を内層銅箔２から
高さｈだけ残して除去し、窓穴５、５′を形成する。次
に、Ｘテーブル102とＹテーブル103をそれぞれX,Y方向
に移動して、窓５、５′をレーザ加工ヘッド108の真下
に位置決めする。
そして、レーザ発振器109を作動させ、レーザビーム
を第２図（ｃ）に示すように、内層銅箔上面に集光し、
穴入口部で窓穴と略同径のレーザビーム７を照射して、
プリント基板110の残余の樹脂層４′を高さｈのところ
から内層銅箔表面まで除去する。この時、レーザビーム
７は内層銅箔２によつて反射されるので、内層銅箔２は
加工されない。この穴明方法で穴明を行うことにより、
殆んど樹脂のみを最もエネルギー密度の高いフォーカス
（焦点）位置近傍で、しかも従来に比べ1/3〜1/5の低エ
ネルギー照射で除去できるので、レーザ光がガウスビー
ムである場合の光の回折があつても、また、内層銅箔で
の拡散光があつても、ドリル加工した穴内壁への影響は
少く、穴底部コーナーの樹脂は第１図（ｃ）に示すよう
に丸みを帯びて除去される。したがつて従来のような、
穴内壁面のガラス繊維の針状露出、ガラス繊維先端の巨
大化、樹脂の炭化も殆んどなく一様にきれいに仕上が
る。また、内層銅箔裏面の樹脂４″の気化、炭化及び銅
箔自身の変形も見当らない。
従来のドリル加工に比べアスペクト比で30〜40％小さ
い盲穴（したがつて、穴径が変らなければより深い穴）
の加工を実現できる。また、回折光によつて外層銅箔の
入口コーナーが丸みを帯びるのでメッキ液が穴に入り易
く、メツキ液のよどみも少くできるので、メツキ不良が
改善され信頼性を向上することができ、このことから加
工穴の小径穴化が実現可能になる。そして、レーザビー
ムは所望の内層銅箔表面までしか樹脂層を除去しないか
ら次の内層を傷つけるようなこともない。
また、本法によれば、ドリル加工によつて外層銅箔
１、ガラス繊維3,3′，樹脂4,4′さらに内層２、ガラス
繊維３″,3、樹脂４を除去することもできるため、
内層銅箔の重なり部の深い側の内層銅箔と外層銅箔とを
結ぶ盲穴の加工をも実現できる。次に、第３図は、本発
明の他の実施例を示す図である。同図において第１図と
同一符号は同一部分を示す。６′は先端が平坦で、その
切刃形状は、レーザビームの集光角に略等しい角度をも
つて先端（図中下方に対応）に細く絞られた形状を有す
るドリルである。このドリル６′を使用して外層銅箔
１、ガラス繊維層3,3′、樹脂層4,4′を除去した場合、
ドリル加工穴の形状はドリル６′の先端部外形にならつ
て先細りの形状となる。この場合の先細りのドリル穴
は、側壁の傾斜がレーザービームの集光角に略等しくな
るから、ドリル穴底部に残つている樹脂層４′の残余の
部分をレーザ加工により除去する場合に、レーザビーム
を途中の障害物無しにドリル穴底の加工部に供給するこ
とができて、エネルギを無駄なく有効に利用することが
可能となる。同様に、ドリル穴の側壁に対してレーザ加
工しないので、穴内壁への悪影響を防止することができ
る。さらに、加工形状をすりばち状にすることにより、
後工程のメツキ工程において、メツキ液が加工穴の奥
（底部）まで入り易くなるので信頼性が向上する。
さらに、第４図は本発明の更に他の実施例を示す図
で、第３図と同様のドリルを使用して、複数の銅箔内層
を有するプリント基板（多層プリント基板）を加工する
場合を示す。この場合においても第３図に示した実施例
と同様に、ドリル加工穴の底部は、ドリル６′の先端部
外形にならつて先細りの形状となるから、次のレーザ加
工による場合の加工穴底の角部が丸められて加工される
ので、次のメツキ工程におけるメツキ処理を良好に実施
することができる。
〔発明の効果〕
本発明によれば、レーザ加工用レーザ加工ヘツドとド
リル加工用ドリル加工ヘツドを備え、プリント基板をド
リル加工を行い、次にレーザー加工を行うようにしたの
で、外層銅箔，ガラスクロス，樹脂から成るプリント基
板を欠陥無く加工することができるとともに、アスペク
ト比の大きな細穴又は深穴の加工を円滑に行うことがで
きるという効果が有る。さらに、他の実施例によれば、
ドリルの先端外形をレーザ加工用レーザビームの集光角
度に略等しい角度に形成したので、加工穴側面に対する
レーザ加工の影響を少くし、且つ加工穴底部のレーザ加
工を容易にし、更に、次工程のメツキ処理を良好に促進
することができるという効果が有る。さらに、本発明に
より小径の穴明け加工されたプリント基板は、部品実装
の高密度化や配線距離の短距離化が計れるので、電子回
路のプロセススピードを向上し、耐ノイズマージンが向
上する等性能向上を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
第１図及び第２図は、本発明の一実施例のプリント基板
加工の状態を示す説明図、第３図及び第４図は本発明の
他の実施例のプリント基板加工の状態を示す説明図、第
５図は本発明の機器構成を示す図である。 第６図乃至第10図は従来のプリント基板の加工の状態を
示す説明図である。 1,1′……外層銅箔、2,2′……内層銅箔、 3,3′……ガラス繊維、4,4′……樹脂（層）、 ６……ドリル、７……レーザビーム、 101……ベツド、102……Ｘテーブル、 183……Ｙテーブル、105……ドリル加工ヘツド、108…
…レーザ加工ヘツド。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) B23P 15/00 B23P 23/04 B23P 41/00 B26F 1/16 H05K 3/46

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】ガラスクロス等からなる絶縁物を挾み上下
    に銅箔層が配置されたプリント基板に、上層銅箔と下層
    銅箔とを接続する盲穴を加工するプリント基板の盲穴加
    工方法において、ドリルにより前記上層銅箔と前記下層
    銅箔直前までの前記絶縁物を除去し、レーザにより前記
    下層銅箔上に残った前記絶縁物を除去することにより、
    直径が略前記ドリル径に等しい１つの盲穴を加工するこ
    とを特徴とするプリント基板の盲穴加工方法。
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