JP3149808B2 - 回路形成基板の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は回路形成基板の製造
方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年の電子機器の小型化・高密度化に伴
って、電子部品を搭載する回路形成基板も従来の片面基
板から両面、多層基板の採用が進み、より多くの回路を
基板上に集積可能な高密度回路形成基板の開発が行われ
ている。

【０００３】高密度回路形成基板においては、従来広く
用いられてきたドリル加工による基板への穴（スルーホ
ール）加工に代わって、より高速で微細な加工が可能な
レーザー加工法の採用が検討されている（たとえば、Y.
Yamanaka et al.,ExcimerLaser Processing In The Mic
roelectronics Fields等）。また、レーザーによる微細
な穴加工と導電性ペースト等の接続手段を用いて層間接
続を行う回路形成基板も提案されている（特開平６−２
６８３４５号公報等）。

【０００４】しかし、レーザーによる穴加工ではレーザ
ーにより加工対象を局所的に加熱し昇華させて穴を形成
するため図５（ａ）に示すように貫通穴２の内部に基板
材料１の変質部３が残る、さらに加熱された基板材料１
が加工粉４となって貫通穴２の内部および基板材料１の
表面に付着する。また、基板材料１として一般に用いら
れるガラス繊維織布と熱硬化性樹脂あるいは芳香族ポリ
アミド繊維（以後アラミドと記載）不織布と熱硬化性樹
脂に代表されるような複合材料に対してレーザーを用い
た場合には複合された各々の材料によって加工レートが
異なるため、図５（ｂ）に示すように貫通穴２の内壁に
は著しい凹凸が生じる。さらに、基板材料１の中にアラ
ミドなどの繊維５を完全に均一に分布させることは実際
には困難で、等しいエネルギー量のレーザーパルスによ
って加工を行った場合でも貫通穴２のサイズは局所的な
繊維密度の影響を受ける。

【０００５】その結果、加工後の貫通穴２の直径はレー
ザーによる加工エネルギーを最適化した場合について
も、目的の値に対してかなりばらつきをもつものとな
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、基板材
料１に穴加工を行う目的は前述したように、基板の表裏
あるいは内層に形成された回路を相互に接続するためで
あり、穴加工を行った後にめっき、導電ペーストの充填
などの接続手段の形成が行われる。

【０００７】高密度回路形成基板では穴および接続手段
のサイズは非常に微小なものであるため、前述したよう
な貫通穴２の内部の変質部３、基板材料１に付着した加
工粉４、貫通穴２の内壁の凹凸等の穴加工品質は接続手
段の信頼性に重大な影響を与える。

【０００８】また、導電ペーストの充填等を行う際に
は、充填方式、導電ペーストの粘度、基板材料の厚み等
と共に貫通穴の直径は重要な管理項目であり、設計値よ
りも直径が小さい場合には充填が不十分になってしまう
可能性がある。

【０００９】一方、導電ペーストの充填不十分を防止す
るためにレーザーのエネルギーを大きく設定して設計値
よりも直径が大きくなった場合には、隣接する回路との
絶縁不良等の問題が懸念される。

【００１０】このように、高密度回路形成基板における
基板材料への穴加工は設計値に対する穴直径ばらつきの
許容範囲は非常に狭いものである。

【００１１】穴加工品質を高めるためには、低い加工エ
ネルギーのレーザーを多数回照射する方法や、本来のレ
ーザーパルスの後にクリーニング用の低エネルギーレー
ザーパルスを照射する方法があるが、加工スピード（単
位時間当たりに加工できる穴数）の点で満足できるもの
ではない。

【００１２】本発明は高品質の穴加工をレーザー加工の
高速性を失うことなく実現し、低コストで信頼性の高い
回路形成基板の製造方法を提供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明の回路形成基板の製造方法は、シート状補強材
に熱硬化性樹脂を含浸させたシート状複合材料からな
り、前記熱硬化性樹脂が未硬化分を含むいわゆるＢステ
ージ状態の基板材料に貫通あるいは非貫通の穴加工を行
う穴形成工程と、前記穴形成工程にて形成された貫通あ
るいは非貫通の穴に回路形成基板の表面に形成される回
路または内部に形成される回路を相互に接続する接続手
段を形成する工程を含み、前記穴形成工程がレーザーを
前記基板材料に照射し第１段階の貫通あるいは非貫通の
穴形状を形成する工程と、前記工程により前記基板材料
表面および前記第１段階の貫通あるいは非貫通の穴形状
内壁に形成された変質部や前記工程中あるいは工程後に
基板材料より遊離した後に前記基板材料に再付着した粉
状ないし塊状の変質物質の少なくとも一方あるいは両方
を、前記Ｂステージ状態の基板材料を水あるいは精製さ
れた純水中に浸漬して振動させることにより前記基板材
料より選択的に除去し、所望の貫通あるいは非貫通の穴
形状を得る。

【００１４】この方法によれば、高品質の穴加工をレー
ザー加工の高速性を失うことなく実現し、低コストで信
頼性の高い回路形成基板を提供できるものである。

【００１５】

【発明の実施の形態】本発明の請求項１に記載の発明
は、シート状補強材に熱硬化性樹脂を含浸させ たシート
状複合材料からなり、前記熱硬化性樹脂が未硬化分を含
むいわゆるＢステージ状態の基板材料に貫通あるいは非
貫通の穴加工を行う穴形成工程と、前記穴形成工程にて
形成された貫通あるいは非貫通の穴に回路形成基板の表
面に形成される回路または内部に形成される回路を相互
に接続する接続手段を形成する工程を含み、前記穴形成
工程がレーザーを前記基板材料に照射し第１段階の貫通
あるいは非貫通の穴形状を形成する工程と、前記工程に
より前記基板材料表面および前記第１段階の貫通あるい
は非貫通の穴形状内壁に形成された変質部や前記工程中
あるいは工程後に基板材料より遊離した後に前記基板材
料に再付着した粉状ないし塊状の変質物質の少なくとも
一方あるいは両方を、前記Ｂステージ状態の基板材料を
水あるいは精製された純水中に浸漬して振動させること
により前記基板材料より選択的に除去し、所望の貫通あ
るいは非貫通の穴形状を得る工程からなる回路形成基板
の製造方法としたものであり、レーザーにより形成され
る第１段階の穴形状は穴形状内壁に形成された変質部お
よび基板材料に再付着した加工粉等を含んでいても、そ
の後に除去が行われるという作用を有する。

【００１６】また、基板材料がシート状補強材に熱硬化
性樹脂を含浸させたシート状複合材料からなるものであ
り、複合材料に対してレーザーを用いた場合に生じる穴
内壁の著しい凹凸を次の除去工程で取り除くことができ
る作用を有する。

【００１７】また、熱硬化性樹脂が未硬化分を含むいわ
ゆるＢステージであるものであり、補強材よりも著しく
加工レートの大きなＢステージ樹脂のレーザー加工時の
ダメージを低減できる作用を有する。

【００１８】さらに、Ｂステージ状態の基板材料を水あ
るいは精製された純水中に浸漬して振動させることによ
り、工程のランニングコストが安価で蒸発した液体の回
収装置が不要であるという作用を有する。

【００１９】請求項２に記載の発明は、基板材料を振動
させることによって穴内部から除去される変質部あるい
は変質物質の総和が所望の穴形状に対する体積比で平均
１％以上であることを特徴とするものであり、除去によ
って取り除くことができる物質量が十分であるためレー
ザーの加工エネルギーを必要最小限することができると
いう作用を有する。

【００２０】請求項３に記載の発明は、シート状複合材
料の両面あるいは片面に高分子フイルムを接着して基板
材料としたものであり、レーザーの加工エネルギーが必
要最小限にとどめることができるために、穴周辺部にお
ける高分子フィルムの熱収縮が低減できる作用を有す
る。

【００２１】請求項４に記載の発明は、補強材がガラス
繊維織布あるいは不織布であるものであり、熱硬化性樹
脂とガラス繊維の加工レートの差による穴内壁の凹凸を
低減できる作用を有する。

【００２２】請求項５に記載の発明は、補強材がアラミ
ド繊維織布あるいは不織布であるものであり、熱硬化性
樹脂とアラミド繊維の加工レートの差による穴内壁の凹
凸を低減できる作用を有する。

【００２３】請求項６に記載の発明は、高周波振動子あ
るいは振動板から音波を基板材料に放射することにより
基板材料を加振するものであり、基板材料に伝達される
振動エネルギーを均一化しやすい作用を有する。

【００２４】請求項７に記載の発明は、液体中に高周波
振動子あるいは振動板および基板材料を浸漬するもので
あり、気体中より振動エネルギーの伝搬効率が良く、除
去加工にて基板材料から除去した物質を液体とともに回
収することが容易であるという作用を有する。

【００２５】請求項８に記載の発明は、接続手段を形成
する工程中に基板材料に形成された穴に導電粒子を含有
するペーストを充填するものであり、穴内壁が凹凸の少
ない形状で加工粉の付着も無いことから、ペーストの穴
への充填性が良いという作用を有する。

【００２６】請求項９に記載の発明は、接続手段を形成
する工程中にめっきを含むものであり、穴内壁が凹凸の
少ない形状で加工粉の付着も無いことからめっきの付き
まわり性が良いという作用を有する。

【００２７】以下、本発明の実施の形態について、図１
から図４を用いて説明する。

【００２８】（実施の形態１） 図１は本発明の第１の実施の形態における回路形成基板
の製造方法を示す工程断面図である。基板材料６は図１
（ａ）に示すように熱硬化性エポキキシ樹脂７とアラミ
ド繊維８の複合材料となっている。熱硬化性エポキシ樹
脂７は完全に硬化したものではなく、未硬化分を含むい
わゆるＢステージ状態であり、基板材料６は通常プリプ
レグと呼ばれるものである。

【００２９】次に図１（ｂ）に示すようにレーザー９を
基板材料６上に照射して貫通穴１０を形成する。その際
に基板材料６中の熱硬化性エポキシ樹脂７およびアラミ
ド繊維８は熱により昇華して周囲に飛散する。しかし、
穴壁面には昇華しきれなかった熱硬化性エポキシ樹脂７
あるいはアラミド繊維８が硬く脆い変質部１１として残
る。また、熱硬化性エポキシ樹脂７と比較してアラミド
繊維８は耐熱性が高くレーザーによる加工レートが低い
ため、昇華しきれずに残りやすく穴内壁は図中に示すよ
うな凹凸形状となる。一方、周囲に飛散した熱硬化性エ
ポキシ樹脂７あるいはアラミド繊維８の一部は加工粉１
２となって基板材料６の表面あるいは貫通穴１０の内部
に付着する。

【００３０】次に図１（ｃ）に示すように高周波振動板
１３を基板材料６に近づけて振動させる。高周波振動板
１３から放射される音波エネルギーによって基板材料６
は振動し、変質部１１および加工粉１２が基板材料６よ
り脱落、剥離する除去が行われ、図１（ｄ）に示すよう
な良好な穴形状を持つ基板材料６が得られる。除去加工
工程において、Ｂステージ状態の熱硬化性エポキシ樹脂
７やアラミド繊維８は柔軟性を持つために振動によって
ダメージを受けることはなく、硬く脆い変質部１１およ
び加工粉１２が選択的に除去される。

【００３１】次に図１（ｅ）に示すように印刷等の手段
を用いて導電性ペースト１４を貫通穴１０に充填する。
貫通穴１０は良好な形状であるために導電性ペースト１
４の充填は全く妨げられることなく、貫通穴１０の内部
に完全に充填される。

【００３２】次に図１（ｆ）に示すように金属箔１５で
基板材料６を挟み込み、熱プレス装置（図示せず）を用
いて加熱加圧することにより基板材料６は成形されると
同時に導電性ペースト１４によって金属箔１５と金属箔
１５は電気的に接続される。次に金属箔１５を所望の形
状にパターンニングすることにより図１（ｇ）に示すよ
うな回路パターン１６を有する両面回路形成基板が得ら
れる。

【００３３】なお、本実施の形態では両面回路形成基板
について説明したが、工程を複数回繰り返すことにより
多層回路形成基板が得られることはいうまでもない。

【００３４】図２は熱硬化性エポキシ樹脂７とアラミド
繊維８の複合材料を用いた基板材料６に対するレーザー
による穴加工を多数回行って得られた貫通穴１０の直径
と発生頻度を示す図である。図２（ａ）は加振による除
去加工を行わない場合であり、基板材料６上でのレーザ
ービーム径および加工エネルギーを一定にした場合にも
貫通穴１０の直径は穴内壁の凹凸や付着した加工粉等に
よりばらつきを持つ。図２（ｂ）は除去を行った場合で
ある。除去を行うことにより穴内壁の凹凸や加工粉等が
除去されるため穴直径のばらつきは著しく低減されてい
る。

【００３５】（実施の形態２） 図３は本発明の第２の実施の形態における回路形成基板
の製造方法を示す工程断面図である。まず、図３（ａ）
に示すように回路パターン１６を形成した基板材料６上
に絶縁層１７を形成する。絶縁層１７の材料にはエポキ
シ、ポリイミド等の樹脂を用いることができる。次に図
３（ｂ）に示すようにレーザー９を照射し絶縁層１７に
非貫通穴１８を形成する。非貫通穴１８の下側および周
囲の絶縁層１７は加工熱により変質部１１となる。

【００３６】次に図３（ｃ）に示すように純水１９中で
基板材料６に振動を与え変質部１１を除去する。除去に
おいて変質部１１は完全に取り除かれ、図３（ｄ）に示
すように回路パターン１６を露出させる。除去された変
質部１１は純水１９の循環と共に運ばれ回収手段（図示
せず）によって回収される。次に図３（ｅ）に示すよう
にめっき層２０を無電解あるいは電解めっきにて形成す
る。次に図３（ｆ）に示すようにめっき層２０をパター
ンニングし回路パターン１６とし多層の回路形成基板を
得る。

【００３７】本発明者の実験によれば非貫通穴１８の深
さが絶縁層１７の厚さの数％でも、除去加工により回路
パターン１６を露出させることが可能であった。このこ
とは、体積比で表現するとほとんどの加工がレーザー加
工後の除去によって行われていることを意味する。ただ
し、レーザー加工によって生じる変質部１１が回路パタ
ーン１６にまで達していることが必要である。

【００３８】（実施の形態３） 図４は本発明の回路形成基板の製造方法を実施する際に
用いる製造装置を示す断面図である。チャンバ２１ａ〜
２１ｄはそれぞれ独立しており、各チャンバ２１ａ〜２
１ｄ内をステージ２２上に固定された基板材料６が順次
移動できるようにシャッター２３ａ〜２３ｅが設けられ
ている。また、チャンバ２１ａ〜２１ｄには吸引口２４
ａ〜２４ｄが接続されている。チャンバ２１ｂは基板材
料６をレーザー加工するためにレーザー発振器２５から
光学系２６を経てレーザー９が導入されている。チャン
バ２１ｃには基板材料６に振動を与えレーザー加工によ
って生じた変質部１１および加工粉１２等を除去するた
めの高周波振動板１３が設置されている。

【００３９】次に本発明の上記の製造装置の動作につい
て順を追って説明する。まず図４中左端にあるようにス
テージ２２上に基板材料６を固定する。次にシャッター
２３ａを開けステージ２２をチャンバ２１ａ内に入れシ
ャッター２３ａを閉じる。次にシャッター２３ｂを開け
ステージ２２をチャンバ２１ｂ内に入れる。次にシャッ
ター２３ｂを閉じて、チャンバ２１ａ内にチャンバ２１
ｂ内より流入した粉塵を吸引口２４ａより排出する。次
にチャンバ２１ｂ内で基板材料６にレーザー加工を行
う。発生した粉塵は吸引口２４ｂより排出される。

【００４０】次にシャッター２３ｃを開けステージ２２
をチャンバ２１ｃ内に入れシャッター２３ｃを閉じる。
次に高周波振動板１３を駆動し基板材料６を振動させて
除去を行う。発生した粉塵は吸引口２４ｃより排出され
る。次にシャッター２３ｄを開きステージ２２をチャン
バ２１ｄに入れシャッター２３ｄを閉じる。次に吸引口
２４ｄよりチャンバ２１ｃからチャンバ２１ｄに流入し
た粉塵を排出する。次にシャッター２３ｅを開け、ステ
ージ２２をチャンバ２１ｄ外に出しシャッター２３ｅを
閉じる。次に所望の穴加工が終了した基板材料６をステ
ージ２２から取り外す。

【００４１】以上述べたような動作では、チャンバ２１
ａ〜２１ｄの外部と内部が完全に遮断され、基板材料６
もレーザー加工による変質部１１や加工粉１２の無い状
態で持ち出されるために加工に伴う粉塵などが外部にで
ることはなく、クリーンルーム内に本製造設備を設置す
る場合などに好都合である。

【００４２】なお、本実施の形態においてはチャンバの
数を４室としたがレーザー加工用と除去加工用の２室を
最低数として増減可能である。

【００４３】

【発明の効果】以上のように本発明の回路形成基板の製
造方法は、レーザーを前記基板材料に照射し第１段階の
貫通あるいは非貫通の穴形状を形成する工程と、前記工
程により前記基板材料の表面および前記第１段階の貫通
あるいは非貫通の穴形状内壁に形成された変質部や前記
工程中あるいは工程後に基板材料より遊離した後に前記
基板材料に再付着した粉状ないし塊状の変質物質の少な
くとも一方あるいは両方を前記基板材料を振動させるこ
とにより前記基板材料より選択的に除去し、所望の貫通
あるいは非貫通の穴形状を得る工程から構成されている
ため、高品質の穴加工をレーザー加工の高速性を失うこ
となく実現し、低コストで信頼性の高い回路形成基板の
製造方法を提供できるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）〜（ｇ）本発明の第１の実施の形態にお
ける回路形成基板の製造方法の工程断面図

【図２】（ａ），（ｂ）熱硬化性エポキシ樹脂とアラミ
ド繊維の複合材料を用いた基板材料に対するレーザーに
よる穴加工を多数回行って得られた貫通穴の直径と発生
頻度を示す図

【図３】（ａ）〜（ｆ）本発明の第２の実施の形態にお
ける回路基板の製造方法の工程断面図

【図４】本発明の回路形成基板の製造方法を実施する際
に用いる製造装置の断面図

【図５】（ａ），（ｂ）従来の回路形成基板の製造方法
における穴加工部断面図

【符号の説明】

６ 基板材料 ７ 熱硬化性エポキシ樹脂 ８ アラミド繊維 ９ レーザー １０ 貫通穴 １１ 変質部 １２ 加工粉 １３ 高周波振動板 １４ 導電性ペースト １５ 金属箔 １６ 回路パターン １７ 絶縁層 １８ 非貫通穴 １９ 純水 ２０ めっき層 ２１ａ〜２１ｄ チャンバ ２２ ステージ ２３ａ〜２３ｅ シャッター ２４ａ〜２４ｄ 吸引口 ２５ レーザー発振器 ２６ 光学系

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平５−190610（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−36522（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−235504（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−210280（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−258488（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−302954（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−245279（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−221189（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−253550（ＪＰ，Ａ) 実公 平７−44015（ＪＰ，Ｙ２) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H05K 3/00 - 3/38

Claims (9)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シート状補強材に熱硬化性樹脂を含浸さ
   せたシート状複合材料からなり、前記熱硬化性樹脂が未
   硬化分を含むいわゆるＢステージ状態の基板材料に貫通
   あるいは非貫通の穴加工を行う穴形成工程と、 前記穴形成工程にて形成された貫通あるいは非貫通の穴
   に回路形成基板の表面に形成される回路または内部に形
   成される回路を相互に接続する接続手段を形成する工程
   を含み、 前記穴形成工程がレーザーを前記基板材料に照射し第１
   段階の貫通あるいは非貫通の穴形状を形成する工程と、 前記工程により前記基板材料表面および前記第１段階の
   貫通あるいは非貫通の穴形状内壁に形成された変質部や
   前記工程中あるいは工程後に基板材料より遊離した後に
   前記基板材料に再付着した粉状ないし塊状の変質物質の
   少なくとも一方あるいは両方を、前記Ｂステージ状態の
   基板材料を水あるいは精製された純水中に浸漬して振動
   させることにより前記基板材料より選択的に除去し、所
   望の貫通あるいは非貫通の穴形状を得る工程からなる回
   路形成基板の製造方法。
2. 【請求項２】 基板材料を振動させることによって穴内
   部から除去される変質部あるいは変質物質の総和が所望
   の穴形状に対する体積比で平均１％以上である請求項１
   に記載の回路形成基板の製造方法。
3. 【請求項３】 シート状複合材料の両面あるいは片面に
   高分子フイルムを接着して基板材料とした請求項１に記
   載の回路形成基板の製造方法。
4. 【請求項４】 補強材がガラス繊維織布あるいは不織布
   である請求項１に記載の回路形成基板の製造方法。
5. 【請求項５】 補強材が芳香族ポリアミド繊維織布ある
   いは不織布である請求項１に記載の回路形成基板の製造
   方法。
6. 【請求項６】 高周波振動子あるいは振動板から音波を
   基板材料に放射することにより基板材料を加振する請求
   項１から５のいずれかひとつに記載の回路形成基板の製
   造方法。
7. 【請求項７】 液体中に高周波振動子あるいは振動板お
   よび基板材料を浸漬する請求項６に記載の回路形成基板
   の製造方法。
8. 【請求項８】 接続手段を形成する工程中に基板材料に
   形成された穴に導電粒子を含有するペーストを充填する
   請求項１に記載の回路形成基板の製造方法。
9. 【請求項９】 接続手段を形成する工程中にめっきを含
   む請求項１に記載の回路形成基板の製造方法。