JP2904756B2

JP2904756B2 - プリント基板への穿孔方法およびその方法を有するプリント基板の製造方法

Info

Publication number: JP2904756B2
Application number: JP8331099A
Authority: JP
Inventors: 敦司日野
Original assignee: Nitto Denko Corp
Current assignee: Nitto Denko Corp
Priority date: 1996-12-11
Filing date: 1996-12-11
Publication date: 1999-06-14
Anticipated expiration: 2016-12-11
Also published as: JPH10173314A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、プリント基板への
穿孔方法およびその方法を有するプリント基板の製造方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年の電子機器の小型、高機能化に伴っ
て、半導体実装あるいは検査用途等に用いられるプリン
ト基板も微細、高密度の配線に対応していくことが必須
となってきている。それに伴い、こうしたプリント基板
に形成される、導通用途のための、又は接続端子やプロ
ーブ用の探触子等を形成するためのスルーホールやバイ
アホールも微細、高密度に形成する必要に迫られてきて
いる。なお、スルーホールとはプリント基板の樹脂層及
び導電性回路の両方を貫通するものをいい、バイアホー
ルとは樹脂層のみを貫通したものであり、その内部底面
に導電性回路が露出されたものをいう。

【０００３】従来、スルーホールの形成においては、ド
リル、パンチといった手法が用いられてきているが、こ
の方法では、孔径の下限が８０μｍ程度であり、又バイ
アホールの形成は不可能であるといった欠点がある。一
方、近年、各種レーザーを用いた穴加工法（穿孔を含
む）が注目されてきている。その一つである炭酸ガスレ
ーザーを用いた方法は、加工速度、コスト共にすぐれ多
くの用途に使用されつつあるが、その発振波長が赤外で
あることから、やはり孔径の下限が１００μｍ程度であ
る。ところが、半導体素子の微細化の進行により更に微
細な孔あけの要望が高まってきており、炭酸ガスレーザ
ーでは対応出来ないものがでてきた。

【０００４】こうした孔径が１００μｍ以下となるよう
な微細加工用途に対しては、レーザーアブレーション加
工が有用であり、発振波長が紫外領域にあるエキシマレ
ーザーが特に好ましいレーザー光源として用いられる。
エキシマレーザーは、発振波長が４００ｎｍ以下である
ため、孔径が１００μｍ以下であっても高精度に加工で
きる。

【０００５】図５は従来のエキシマレーザーによって穴
加工を行うプリント基板の製造方法を示した図であり、
マスク転写法によってプリント基板に孔を設けていると
ころを示している。同図の例では、光源１であるエキシ
マレーザー装置より出力されたレーザー光２は、スキャ
ン用ミラー１４、マスク４、結像レンズ６を介してプリ
ント基板７に照射され、プリント基板７に孔を形成して
いる。マスク転写法は、マスク４を通してレーザー光を
照射する穴加工法（穿孔を含む）であって、マスク４に
はプリント基板７に形成すべき孔に対応した光通過用孔
５が設けられており、マスク４に照射されたレーザー光
２のうち、光通過用孔５を通ったもののみがプリント基
板７に照射され孔が形成される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】図６及び７は、上記従
来のエキシマレーザーによる穴加工法におけるマスクの
面に対するレーザー光の照射領域を示す図である。従来
のエキシマレーザーによる穴加工法では、図６に示すよ
うに、レーザー光のビームの断面（該ビームの進行方向
に垂直な断面）１２、即ち照射領域の大きさより、マス
ク４に設けられた光通過用孔５の配置パターン１３全体
の大きさの方が大きい場合においては、ビームを移動さ
せてスキャンを行なう必要がある。即ち、レーザー光の
照射位置を、光通過用孔５の配置パターン１３を順次た
どるように（図６の例では矢印に示した経路１５）移動
させ、光通過用孔５をレーザー光が順番に通過する態様
である。例えば、図５の例では、スキャン用ミラー１４
を移動させることによって、マスクに対するレーザー光
２の照射位置を移動させてスキャンを行っている。従っ
て、孔の形成に時間を要し、加工コストが高くなるとい
う問題がある。

【０００７】一方、図７に示すように、光通過用孔の配
置パターン１３の全体の領域がビームの断面１２より小
さい場合でも、ビームの断面積に比較して、光通過用孔
５の断面積（該孔の軸に垂直な断面の形状）の総和は非
常に小さいため、光源から出力されたレーザー光のエネ
ルギーのごく一部を通過させて用いるだけとなり、マス
クでカットされる光は無駄になっている。従って、従来
の加工法はエネルギー利用効率が低く、不経済な方法で
あるといえる。

【０００８】本発明の課題は、上記問題を解決し、プリ
ント基板に対する穴加工工程において、エキシマレーザ
ーによる本来の高精度な加工に加え、加工速度を大幅に
向上でき、また、高いエネルギー利用効率とすることも
可能なプリント基板への穿孔方法およびその方法を有す
るプリント基板の製造方法を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明のプリント基板の
製造方法は、次の特徴を有するものである。（１）レーザーアブレーション加工が可能な波長のレ
ーザー光を、マスク転写法により照射して、プリント基
板の樹脂層に孔を形成するに際し、マスクの前方に設置
したビーム整形光学素子により、形成すべき孔に対応し
たマスク上の光通過用孔にレーザー光を一括して照射で
きるように、レーザー光のビームの断面（該ビームの進
行方向に垂直な断面）の形状を、全ての光通過用孔を個
々に包含する形状に整形し、その光通過用孔を個々に包
含する領域同士は互いに連続または不連続であり、また
それらの領域の総和は、マスクに設けられた光通過用孔
の断面積（該孔の軸に垂直な断面積）の総和の１００％
〜２０００％であり、光通過用孔に対してレーザー光を
同時に通過させて孔を形成する工程を有するプリント基
板の製造方法。

【００１０】（２）ビーム整形光学素子が、回析光学
素子である上記（１）記載のプリント基板の製造方法。

【００１１】また、本発明のプリント基板への穿孔方法
は、次の特徴を有するものである。（３）レーザーアブレーション加工が可能な波長のレ
ーザー光を、マスク転写法により照射して、プリント基
板の樹脂層に孔を形成するに際し、マスクの前方に設置
したビーム整形光学素子により、形成すべき孔に対応し
たマスク上の光通過用孔にレーザー光を一括して照射で
きるように、レーザー光のビームの断面（該ビームの進
行方向に垂直な断面）の形状を、全ての光通過用孔を個
々に包含する形状に整形し、その光通過用孔を個々に包
含する領域同士は互いに連続または不連続であり、また
それらの領域の総和は、マスクに設けられた光通過用孔
の断面積（該孔の軸に垂直な断面積）の総和の１００％
〜２０００％であり、光通過用孔に対してレーザー光を
同時に通過させて孔を形成するプリント基板への穿孔方
法。

【００１２】（４）ビーム整形光学素子が、回析光学
素子である上記（３）記載のプリント基板への穿孔方
法。

【００１３】

【作用】レーザー装置とマスクとの間に設置したビーム
整形光学素子により、レーザー光のビームの断面の形
状、即ち、該ビームの進行方向に垂直な断面の形状を整
形することによって、光通過用孔の配置パターン全体が
レーザー光のビームの断面形状よりも大きい場合には、
形成すべき孔に対応したマスク上の光通過用孔に対して
レーザー光を同時に通過させることができるようにな
り、スキャンする時間が無くなり、加工時間が短縮され
る。

【００１４】また、光通過用孔の配置パターン全体がそ
もそも小さく、レーザー光のビームの断面形状に包含さ
れるような場合には、上記の整形されたビームの断面の
面積がマスクに設けられた光通過用孔の断面積（該孔の
軸に垂直な断面積）の総和の１００％〜２０００％であ
り、又マスクによってさえぎられ無駄になっていたレー
ザー光を全て各光通過用孔に振り分けることも可能とな
るので、無駄無く、エネルギー利用効率を向上させるこ
ともできる。

【００１５】更に、従来のスキャンによる加工において
は、レーザー光の照射によって発生した樹脂層の分解生
成物が、先に形成された孔の内部に入り込むことがある
ため、その後にメッキによってバンプ接点を形成する際
において、バンプ接点が異常成長することがある。しか
しながら、本発明においては一括して孔を形成するた
め、加工時間を短縮するのみならず、上記のように孔の
内部に分解生成物が入り込むことを抑制できる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図を用いて詳細に
説明する。図１は、本発明のプリント基板への穿孔方法
及びその方法を有するプリント基板の製造方法の一例を
示した図であり、レーザー光によってプリント基板に孔
を形成する工程を示している。同図の例では、光源１で
あるエキシマレーザー装置より出力されたレーザー光２
は、ビーム整形光学素子３により、プリント基板７に形
成すべき孔に対応したマスク４上の光通過用孔５にレー
ザー光を一括して照射できるように、ビームの断面形状
が整形されている。また、その整形されたビームの断面
の形状は、全ての光通過用孔５を個々に包含する形状で
あり、光通過用孔５を個々に包含する領域同士は互いに
連続又は不連続となっている。更に、それらの領域の総
和、即ち、整形されたビームの断面の面積は、光通過用
孔５の断面積の総和の１００％〜２０００％である。こ
の断面形状が整形されたレーザー光２のうちマスク４に
設けられた光通過用孔５を通過するもののみが、結像レ
ンズ６を通り、プリント基板７に一括して孔を形成して
いる。

【００１７】光源となるレーザー装置は、レーザーアブ
レーション加工が可能な波長のレーザー光を出力するも
のであれば良く、例えば図１に示すようなエキシマレー
ザー装置が挙げられ、特に発振波長３０８ｎｍのＸｅＣ
ｌエキシマレーザー装置、発振波長２４８ｎｍのＫｒＦ
エキシマレーザー装置が好ましい。その他に、ＹＡＧレ
ーザーの第三、第四高調波を発生させる装置や、Ａｒイ
オン、Ｋｒイオンの第二高調波を発生させる装置等が挙
げられる。

【００１８】プリント基板は樹脂層を有するものであれ
ば特に限定されるものではなく、一般的な、樹脂層のい
ずれかの面又は内部に導電性回路（又は導電層）が設け
られたものを用いることができる。また、導電性回路の
形成は、樹脂層に対する孔の形成の前後いずれであって
も良く、特に限定されるものではない。また、樹脂層の
材料としては、上記レーザ装置より出力されたレーザー
光により孔を形成することができ、且つ、電気絶縁性を
有するものであれば、特に限定されるものではなく、ポ
リイミド系樹脂、ポリエステル系樹脂、エポキシ系樹
脂、ウレタン系樹脂、ポリスチレン系樹脂、ポリエチレ
ン系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリカーボネート系樹
脂、シリコーン系樹脂、フッ素系樹脂等が挙げられる。
これらの樹脂のうち、耐熱性、耐薬品性、電気特性よ
り、ポリイミド系樹脂が好ましい。

【００１９】樹脂層に設ける導電性回路としては、公知
の形成方法であるサブトラクティブ法やアディティブ法
等により形成できるものであっても良く、特に限定され
るものではない。また、導電性回路の材料としては、導
電性を有する金属であれば限定されないが、銅、金、ニ
ッケル、鉄、銀、パラジウムあるいはそれらの合金等が
挙げられる。

【００２０】また、本発明の方法により形成された孔
は、図２に示すようにバンプ接点の形成用として用いて
も良いし、その内側全面にメッキ等により金属物質を被
覆してスルーホールを形成するための孔として用いても
良い。その他、該孔の用途としてはインクジェットノズ
ル、フィルター等が挙げられる。図２は本発明の製造方
法により製造されたプリント基板にバンプ接点を形成す
る工程を示した図であり、断面図で示している。なお、
同図では断面に現れた線のみを示している。同図（ａ）
は、絶縁層８の一方の面に導電層９を設けてなるプリン
ト基板７に対して、絶縁層８にレーザー光２を照射して
孔を形成している工程である。同図（ｂ）は、絶縁層８
に孔１０が形成され、レーザー光の照射を停止する工程
である。また、孔１０の内部底面には導電層９が露出さ
れている。同図（ｃ）は、導電層９を負極として、電気
メッキにより孔１０内にバンプ接点となる金属物質を充
填し、さらに金属物質を突出させてバンプ接点１１を形
成する工程である。

【００２１】ビーム整形光学素子は、光源に対してマス
クの前方に設置され、光源からのレーザー光のビームの
断面形状を、形成すべき孔に対応するよう設けられたマ
スク上の光通過用孔にレーザー光を一括して照射し得る
形状、即ち、全ての光通過用孔を個々に包含する形状で
あって、その光通過用孔を個々に包含する領域同士が互
いに連続または不連続である形状に整形し、且つ、それ
らの領域の総和がマスクに設けられた光通過用孔の断面
積（該孔の軸に垂直な断面積）の総和の１００％〜２０
００％となるようにするものであれば良い。

【００２２】図３は、本発明におけるビーム整形光学素
子によって整形されたビームの断面形状の一例を示す図
であり、マスク４およびそれに設けられた光通過用孔５
についても示している。同図の例では、ビーム整形光学
素子によって、マスク４に照射されたビームの断面１２
は、マスク４に設けられた全ての光通過用孔５にレーザ
ー光を一括して照射できる形状に整形されている。同図
（ａ）、（ｂ）に示す例では、ビームの断面形状は、全
ての光通過用孔を個々に包含する形状であって、光通過
用孔を個々に包含する領域同士が互いに連続した形状と
なっている。また、同図（ｃ）に示す例では、ビームの
断面形状は、上記と同様に全ての光通過用孔を個々に包
含する形状となっているが、光通過用孔を個々に包含す
る領域同士は互いに連続していない。また、ビーム整形
光学素子により整形されたレーザー光のビームの断面の
面積、即ち、光通過用孔を個々に包含する領域の面積
は、マスクに設けられた光通過用孔の断面積の総和の１
００％〜２０００％となっている。なお、上記断面積の
総和が２０００％を越えると、実際の加工に利用される
エネルギーが小さくなり、加工速度が低下してしまうた
め好ましくない。

【００２３】ビーム整形光学素子としては、光通過用孔
の配置パターン１３が図３（ａ）に示すようなライン状
であるならば、組合せレンズによってビームを混合（併
せて）ライン状にして照射するビームホモジナイザーを
使用することができる。また、光通過用孔の配置パター
ン１３が同図（ｂ）に示すようなロの字型、同図（ｃ）
に示すようなアレイ状であるならば、上記のようなレン
ズの組合せでは不可能であり、この場合ではビーム整形
光学素子としては、回析光学素子（ディフラクティブオ
プティカルエレメント）を単体、又は他のレンズ系との
組み合わせで用いるのが好ましい。なお、回析光学素子
とは、ガラス表面に形成した微細な凹凸による光の回析
現象を利用して、レンズ機能や光強度分布変換機能等を
付与した光学素子である。

【００２４】マスクは、プリント基板に設ける孔の形
状、孔の配置パターン等に対応して光通過用孔が設けら
れたものであれば良く、マスク転写法に用いられるもの
を使用できる。マスクの材料としては、レーザー光によ
り容易に損傷しないものを用いるのが良く、溶融石英や
合成石英等が挙げられる。

【００２５】また、本発明でいうマスク転写法とは、レ
ーザー光をマスクに照射してプリント基板に孔を設ける
方法をいい、コンタクトマスク法、コンフォーマルマス
ク法等が挙げられる。従って、マスク４は、図１に示す
ようにプリント基板と離れて配置されていても良いし、
図４に示すようにプリント基板７の樹脂層８に重ねて用
いても良い。なお、図４は本発明のプリント基板への穿
孔方法及びその方法を有するプリント基板の製造方法の
他の例を示す図であり、コンタクトマスク法によりプリ
ント基板に孔を設けているところを示している。

【００２６】また、マスクとプリント基板との間には、
必要に応じて結像レンズを配置しても良く、結像レンズ
としては公知のマスク転写法で用いられるものを使用で
きる。

【００２７】

【実施例】以下、実施例を挙げて本発明を具体的に示
す。実施例１光源として、波長２４８ｎｍ、３５０ｍＪ／パルスのＫ
ｒＦエキシマレーザーを用い、１／５倍率の結像レンズ
を用いた縮小転写光学系において、プリント基板を穿孔
し、その製造を行なった。また、プリント基板として
は、厚さ２５μｍのポリイミド樹脂層の一方の面に厚さ
１８μｍの銅層が形成されたものを用いた。マスクとし
ては、表面にクロム蒸着を行なった石英ガラスの板材
（厚さ２ｍｍ）に一辺が５０ｍｍの正方形の辺上に並ぶ
ように、直径２５０μｍの孔を一辺につき５０個、計２
００個設けたものを使用した。

【００２８】次に、光源よりビームの断面形状が四角形
（２５ｍｍ×１０ｍｍ）のレーザー光を出力し、回析光
学素子を通してビームの断面形状を図３（ｂ）に示すロ
の字型（外側形状：５０．５ｍｍ×５０．５ｍｍ、内側
形状：４９．５ｍｍ×４９．５ｍｍ）に整形して、該ビ
ーム断面形状が整形されたレーザー光が前記マスクに設
けた光通過用孔を通るようにして、レーザー光をプリン
ト基板に照射した。なお、この時の整形されたビームの
断面積は１００ｍｍ²であり、光通過用孔の断面積の総
和は９．８ｍｍ²であり、ビームの断面積は光通過用孔
の断面積の総和の１０２０％であった。その結果、ポリ
イミド樹脂層には、一辺が１０ｍｍの正方形の辺上に並
ぶように直径５０μｍの孔が一辺につき５０個、計２０
０個同時に形成できた。また、上記加工に要した時間は
０．４秒であり、エネルギー利用効率は約５％であっ
た。

【００２９】実施例２光源として、波長３０８ｎｍ、３００ｍＪ／パルスのＸ
ｅＣｌレーザーを用い、回析光学素子を通して整形され
たビームの断面形状が、直径φ３５０μｍの円形を実施
例１のマスクの孔と同一のピッチで、一辺が５０ｍｍの
正方形の辺上に２００個並べた形状である他は、実施例
１と同様にしてレーザー光をプリント基板に照射した。
その結果、実施例１と同様の孔を同時に形成することが
できた。なお、この時の整形されたビームの断面積は１
９．２３ｍｍ²であり、光通過用孔の断面積の総和は
９．８ｍｍ²であり、該ビームの断面積は光通過用孔の
断面積の総和の１９６％であった。

【００３０】比較例上記実施例において、回析光学素子を用いず、レーザー
光をスキャンして同様の加工を行なったところ、加工に
要した時間は３０秒であった。また、孔の内部及びその
周辺には樹脂層の分解生成物が付着していた。なお、こ
の時の利用効率は０．１％より小さかった。

【００３１】上記実施例および比較例より、本発明の方
法を用いれば、加工時間を短縮でき、またエネルギー効
率を改善することもできる。更に、形成された孔の内部
及びその周辺に付着する分解生成物の量を従来より少な
くすることができる。

【００３２】

【発明の効果】本発明においては、一括して孔を形成し
ているため、加工時間を短縮して生産コストを低減する
ことができ、更に分解生成物によるバンプ接点の異常成
長を抑制して歩留りの向上を図ることができる。また、
エネルギー利用効率の向上を図ることができるため、レ
ーザー装置の出力を低減でき、このことによっても生産
コストを低減できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のプリント基板への穿孔方法及びその方
法を有するプリント基板の製造方法の一例を示した図で
ある。

【図２】本発明の製造方法により製造されたプリント基
板にバンプ接点を形成する工程を示した図である。

【図３】本発明のビーム整形光学素子によって整形され
たビームの断面形状の一例を示す図である。

【図４】本発明のプリント基板への穿孔方法及びその方
法を有するプリント基板の製造方法の他の例を示す図で
ある。

【図５】従来のエキシマレーザーによって穴加工を行な
うプリント基板の製造方法を示す図である。

【図６】従来のエキシマレーザーによる穴加工法におけ
るマスクの面に対するレーザー光の照射領域を示す図で
ある。

【図７】従来のエキシマレーザーによる穴加工法におけ
るマスクの面に対するレーザー光の照射領域を示す図で
ある。

【符号の説明】

１光源（エキシマレーザー装置）２レーザー光３ビーム整形光学素子４マスク５光通過用孔６結像レンズ７プリント基板

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】レーザーアブレーション加工が可能な波
長のレーザー光を、マスク転写法により照射して、プリ
ント基板の樹脂層に孔を形成するに際し、マスクの前方
に設置したビーム整形光学素子により、形成すべき孔に
対応したマスク上の光通過用孔にレーザー光を一括して
照射できるように、レーザー光のビームの断面（該ビー
ムの進行方向に垂直な断面）の形状を、全ての光通過用
孔を個々に包含する形状に整形し、その光通過用孔を個
々に包含する領域同士は互いに連続または不連続であ
り、またそれらの領域の総和は、マスクに設けられた光
通過用孔の断面積（該孔の軸に垂直な断面積）の総和の
１００％〜２０００％であり、光通過用孔に対してレー
ザー光を同時に通過させて孔を形成する工程を有するプ
リント基板の製造方法。
【請求項２】ビーム整形光学素子が、回析光学素子で
ある請求項１記載のプリント基板の製造方法。
【請求項３】レーザーアブレーション加工が可能な波
長のレーザー光を、マスク転写法により照射して、プリ
ント基板の樹脂層に孔を形成するに際し、マスクの前方
に設置したビーム整形光学素子により、形成すべき孔に
対応したマスク上の光通過用孔にレーザー光を一括して
照射できるように、レーザー光のビームの断面（該ビー
ムの進行方向に垂直な断面）の形状を、全ての光通過用
孔を個々に包含する形状に整形し、その光通過用孔を個
々に包含する領域同士は互いに連続または不連続であ
り、またそれらの領域の総和は、マスクに設けられた光
通過用孔の断面積（該孔の軸に垂直な断面積）の総和の
１００％〜２０００％であり、光通過用孔に対してレー
ザー光を同時に通過させて孔を形成するプリント基板へ
の穿孔方法。
【請求項４】ビーム整形光学素子が、回析光学素子で
ある請求項３記載のプリント基板への穿孔方法。