JP3715242B2 - レーザ加工方法及びレーザ加工装置 - Google Patents
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【発明の属する技術分野】
本発明はレーザビームを用いた加工方法及び加工装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
図5(A)〜(C)を参照し、2層の金属層を有する基板(2メタル基板)の従来の加工方法を説明する。図5(A)は2メタル基板の概略を表す断面図である。たとえばポリイミドでつくられた樹脂層51の表面に銅層52、内部に銅で形成された電極層53が配された2メタル基板を紫外パルスレーザビーム54で加工する。
【0003】
図5(B)に示すように、紫外パルスレーザビーム54を銅層52に照射し、樹脂層51を露出させる穴52aをあける。
【0004】
図5(C)に示すように、この穴52aの穿孔に続けて紫外パルスレーザビーム54のパルスエネルギを小さくし、樹脂層51に電極層53に至る穴51aを穿つ。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかし従来の方法によると高品質の加工は困難である。
【0006】
図5(D)を参照して説明する。銅層52と樹脂層51の加工を連続して行うため、銅層52の加工時に樹脂層51まで伝わった熱及び樹脂層51の加工時に銅層52に残存する熱が影響して、アンダーカット51b等の欠陥が生じやすくなる。したがって、実際に樹脂層51に穿たれるのは穴51a'のように、穴52aの周辺直下の樹脂層51が損傷し、側面が膨らみを有する穴になる。また、単に銅層52加工時の熱が散逸するのを待てば、基板加工の時間効率が悪化する。
【0007】
本発明の目的は金属層加工時の熱の影響を排除して樹脂部の加工を行い、しかも加工時間を短縮する、すなわち品質と時間効率をともに向上させるレーザ加工方法及びレーザ加工装置を提供することである。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明の一観点によれば、第1のレーザ光路から分岐した第2及び第3のレーザ光路のうち、第2のレーザ光路に沿って進行するレーザビームを、樹脂部材の表面上に金属膜が密着した第1の被加工部に入射させて、該第1の被加工部の金属膜に穴を形成する工程と、前記第1の被加工部を、前記第3のレーザ光路に沿って進行するレーザビームの入射可能位置まで移動させるとともに、前記第1の被加工部の金属膜に形成された穴近辺の熱を移動時間により散逸させて、該穴近辺を冷却しつつ、樹脂部材の表面上に金属膜が密着した第2の被加工部を、前記第2のレーザ光路に沿って進行するレーザビームの入射可能位置に配置する工程と、前記第1の被加工部の樹脂部材が露出した領域に、前記第3のレーザ光路に沿って進行するレーザビームであって、前記第2のレーザ光路に沿って進行するレーザビームと波長の等しいレーザビームを入射させ、該樹脂部材に穴を形成すると同時に、前記第2の被加工部に、前記第2のレーザ光路に沿って進行するレーザビームを入射させて、該第2の被加工部の金属膜に穴を形成する工程とを有するレーザ加工方法が提供される。
【0009】
前記第1の被加工部は、前記第2のレーザ光路に沿って進行するレーザビームにより前記金属膜を加工されてから、前記第3のレーザ光路に沿って進行するレーザビームによって前記樹脂部分を加工されるまでの移送期間に、金属膜加工時の熱を散逸する。したがって前記レーザ加工方法は、良質の加工を提供することができる。また、該第1の被加工部の樹脂部分に穴を形成すると同時に前記第2の被加工部の金属膜に穴を形成するので、加工時間を短縮することができる。
【0010】
本発明の別の観点によれば、パルスレーザビームを出射するレーザ光源と、該レーザ光源から出射されたパルスレーザビームの1パルスを第1のパルスレーザビームと第2のパルスレーザビームとに分ける光学手段であって、前記第1のパルスレーザビームと前記第2のパルスレーザビームとのパワー比を変えることができる光学手段を含み、かつ該第1のパルスレーザビームを第1の加工領域内の点に、該第2のパルスレーザビームを第2の加工領域内の点に入射させる光学系と、前記第1の加工領域において前記第1のパルスレーザビームを走査させる第1の走査手段と、前記第2の加工領域において前記第2のパルスレーザビームを走査させる第2の走査手段と、前記第1の加工領域において加工された加工対象物を、前記第2の加工領域に移動させるとともに、前記第1の加工領域での加工時の熱を移動時間により散逸させて被加工部を冷却する移動手段とを有するレーザ加工装置が提供される。
【0011】
該レーザ加工装置は、前記第1の加工領域で加工された加工対象物を移動手段により移動させ、前記第2の加工領域で更に加工する。加工を二つの段階に分け、そこに時間間隔を設けることによって、前記加工対象物が前記第1の加工領域における加工で受けた熱影響を排除することができる。したがって良質の加工を実現することが可能となる。また、前記第1の加工領域における加工と前記第2の加工領域における加工とを同時に行うことができるため、一つの加工領域で異なる種類の加工を施す場合に比し、加工時間の短縮が実現される。
【0012】
【発明の実施の形態】
図1に本発明の実施例によるレーザ加工装置の概略図を示す。レーザ発振器10からパルスレーザビームが出射される。レーザ発振器10は、たとえばNd:YAGレーザである。パルスレーザビームがマスク11に入射し、マスク11に設けられた貫通孔を通過してEOM(electric optical modulator)12に入射する。偏光板13が互いにエネルギの異なる二つのパルスレーザビーム、すなわち反射パルスレーザビームと透過パルスレーザビームとに分ける。反射パルスレーザビームはガルバノスキャナ15に、透過パルスレーザビームは反射ミラー14で反射されてガルバノスキャナ17に向かう。
【0013】
EOM12はたとえばLiTaO3もしくはLiNbO3等を用いたポッケルス素子により構成されている。ポッケルス素子は、印加される電界に応じてその内部を通過する光の偏光方向を変化させる。偏光板13は入射する光の偏光方向に応じて、偏光板13における反射光と透過光の強度の割合を変化させる。したがってEOM12と偏光板13とにより、ガルバノスキャナ15に入射するパルスレーザビームとガルバノスキャナ17に入射するパルスレーザビームとの強度の割合を調整することが可能である。
【0014】
ガルバノスキャナ15及びガルバノスキャナ17は一対の揺動可能な反射鏡を含んで構成され、パルスレーザビームを2次元方向に走査する。ガルバノスキャナ15で走査されたパルスレーザビームはfθレンズ16を透過してTAB(tape automated bonding)用テープ20に入射し加工を行う。ガルバノスキャナ17で走査されたパルスレーザビームはfθレンズ18を透過してTAB用テープ20に入射し加工を行う。ガルバノスキャナ15及び17の加工領域はTAB用テープ20の長さ方向(矢印30方向)にある長さをもち、幅方向(TAB用テープ20上において矢印30方向と交差する方向)にある幅をもつ。fθレンズ16及びfθレンズ18はマスク11の貫通孔をTAB用テープ20の表面に結像させる。ロール機構19はTAB用テープ20を矢印30方向に移動させる。
【0015】
図2に示すように、加工対象物、ここではTAB用テープ20の長さ方向に、単位加工領域X(1)、X(2)、・・・X(i)、X(i+1)、・・・がこの順番に配列しており、隣り合う単位加工領域X(i)とX(i+1)とは相互に接している。単位加工領域とはロール機構19によりTAB用テープ20を移動させることなく、ガルバノスキャナ15または17による走査のみで加工が可能な、TAB用テープ20上のまとまった領域をいう。各単位加工領域にはn個の被加工部が分布する。すなわち単位加工領域X(i)内には被加工部ai1、ai2、・・・、ainが配置されている。パルスレーザビームはガルバノスキャナで走査され、該ガルバノスキャナの加工領域に進入した単位加工領域に配置されているn個の被加工部に入射する。なお、単位加工領域によって被加工部の数nは異なってもよい。
【0016】
図3(A)はガルバノスキャナ15の加工領域に単位加工領域X(1)が進入し、ガルバノスキャナ15で走査されるパルスレーザビームにより、被加工部a11〜a1nが第1段階の加工を施される様子を示す。この第1段階の加工が終了すると、TAB用テープ20がロール機構19により矢印30方向に送られ、ガルバノスキャナ15の加工領域には単位加工領域X(2)が進入する。
【0017】
図3(B)はガルバノスキャナ15の加工領域に単位加工領域X(2)が進入し、ガルバノスキャナ15で走査されるパルスレーザビームにより、被加工部a21〜a2nが第1段階の加工を施される様子を示す。この第1段階の加工が終了すると、TAB用テープ20がロール機構19により矢印30方向に送られ、ガルバノスキャナ15の加工領域には単位加工領域X(3)が進入する。以下同様である。
【0018】
図3(C)はガルバノスキャナ15の加工領域に単位加工領域X(i)が進入し、ガルバノスキャナ15で走査されるパルスレーザビームにより、被加工部ai1〜ainが第1段階の加工を施される様子を示す。これと同時にガルバノスキャナ17の加工領域には単位加工領域X(1)が進入し、ガルバノスキャナ17で走査されるパルスレーザビームにより、被加工部a11〜a1nが第2段階の加工を施される。単位加工領域X(i)、X(1)の加工がともに終了すると、TAB用テープ20がロール機構19により矢印30方向に送られる。
【0019】
図3(D)は、図3(C)の示す加工に続いて、ガルバノスキャナ15の加工領域に単位加工領域X(i+1)が進入し、これと同時にガルバノスキャナ17の加工領域に単位加工領域X(2)が進入した様子を表す。被加工部ai+1,1〜部ai+1,nがガルバノスキャナ15で走査されるパルスレーザビームにより、第1段階の加工を施される。これと同時に、被加工部a21〜a2nがガルバノスキャナ17で走査されるパルスレーザビームにより、第2段階の加工を施される。
【0020】
図4(A)、(B)を参照し、実施例によるレーザ加工方法について説明を続ける。加工対象物はTAB用テープ20で、ポリイミド等の樹脂製のベースフィルム40の両面に、それぞれ銅層41及び銅層42が接着されている。ベースフィルム40の厚さはたとえば25〜50μmであり、銅層41及び銅層42の厚さはたとえば9〜18μmである。
【0021】
図4(A)は、図3に示したガルバノスキャナ15で走査されたパルスレーザビーム43を、TAB用テープ20上の被加工部a1iの銅層41に入射させ、銅層41を貫通する穴41aを形成する様子を表す。これが前述した第1段階の加工である。穴41aの形成にはたとえば銅層表面に約20J/cm2のパルスエネルギ密度を与えるパルスレーザビームが必要である。ロール機構19が、すでに穴41aを穿たれ、穴41aの底にベースフィルム40が露出しているTAB用テープ20上の被加工部a1iを、ガルバノスキャナ17の加工領域に運ぶ。その間に穴41a加工時の熱が散逸し、穴41a近辺が冷却される。
【0022】
図4(B)は、図3に示したガルバノスキャナ17で走査されたパルスレーザビーム44を、被加工部a1iのベースフィルム40に入射させ、ベースフィルム40を貫通する穴40aを形成する様子を表す。これが前述した第2段階の加工である。この穴40aの形成にはたとえばベースフィルム40に約2J/cm2のパルスエネルギ密度を与えるパルスレーザビームが必要である。
【0023】
このように銅層41の加工とベースフィルム40の加工との間に時間間隔を設けることによって、良質の加工を実現できる。またガルバノスキャナ17による被加工部a1iのベースフィルム40の加工時、ガルバノスキャナ15の加工領域では被加工部aijの銅層41が加工されていることは、図3(C)を参照しながら先に述べた。したがって加工時間の短縮も実現されることになる。
【0024】
加工の時間効率を向上させるために、EOM12及び偏光板13によってパルスレーザビームを適切にパワー配分することが好ましい。銅層41の加工にパワーの70%以上を分配する。最適例のひとつとして、レーザ発振器10にNd:YAGレーザを用い、パルスレーザビームの波長355nm(3倍高調波)、パルス幅50nsec、パルス周波数10kHz、出力10Wの場合を考える。穴径50μmの穴を開けるとすると、銅層41の加工に90%、ベースフィルム40の加工に10%のパワーを分割することにより、厚さ12μmの銅層41、厚さ25μmのベースフィルム40にともに15ショットの照射で、穴を貫通させることができる。このとき銅層41に入射するパルスレーザビームのパルスエネルギ密度は約20J/cm2、ベースフィルム40に入射するパルスレーザビームのパルスエネルギ密度は約2J/cm2である。この最適例においては、図3(C)で示したガルバノミラー17の加工領域で被加工部a1iのベースフィルム40が加工されると同時に、ガルバノミラー15の加工領域では被加工部aiiの銅層41が加工されることになる。
【0025】
なお実際の加工においては、予め計算された分割比の周辺で微調整を行うことになる。
【0026】
また、用いるパルスレーザビームの波長は600nm以下のものが望ましい。波長が600nmを超える場合、銅箔に対する吸収率が10%以下となり、銅層の加工が困難となるためである。
【0027】
ここではマスク11の貫通孔をTAB用テープ20の表面に結像させるマスクイメージング光学系の実施例をあげたが、これが焦点レンズを用いてTAB用テープ20上にパルスレーザビームの焦点を結ばせる集光光学系であっても、事情は全く同じである。
【0028】
また、加工対象物がTAB用テープ20ではなくXYステージに載った基板であっても、ステージのストロークを長くとれば同様に良質で時間効率のよい加工を行うことができる。
【0029】
更にまた、パルス発振器10から出射されたパルスレーザビームを分ける光学手段にビームスプリッタを用いることも考えられる。
【0030】
以上、本発明の実施例について例示したが、その他、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能であることは当業者には自明であろう。
【0031】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、金属層加工時に蓄積された熱の影響を排除して樹脂部の加工を行い、しかも加工時間を短縮することができる。これにより樹脂部材上に金属層が密着した加工対象物の加工において、品質と時間効率をともに向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例によるレーザ加工装置の概略図である。
【図2】TAB用テープの単位加工領域及び被加工部を形式的に表した図である。
【図3】(A)〜(D)は本発明の実施例によるレーザ加工方法を説明するための図である。
【図4】(A)及び(B)は本発明の実施例によるレーザ加工方法を説明するためのTAB用テープの断面図である。
【図5】(A)〜(D)は従来の2メタル基板の加工方法を説明するための2メタル基板断面図である。
【符号の説明】
X(i) 単位加工領域
aij 被加工部
10 レーザ発振器
11 マスク
12 EOM
13 偏光板
14 反射ミラー
15 ガルバノスキャナ
16 fθレンズ
17 ガルバノスキャナ
18 fθレンズ
19 ロール機構
20 TAB用テープ
30 矢印
40 ベースフィルム
40a 穴
41、42 銅層
41a 穴
43、44 パルスレーザビーム
51 樹脂層
51a、51a' 穴
51b アンダーカット
52 銅層
52a 穴
53 電極層
54 紫外パルスレーザビーム
Claims (8)
- 第1のレーザ光路から分岐した第2及び第3のレーザ光路のうち、第2のレーザ光路に沿って進行するレーザビームを、樹脂部材の表面上に金属膜が密着した第1の被加工部に入射させて、該第1の被加工部の金属膜に穴を形成する工程と、
前記第1の被加工部を、前記第3のレーザ光路に沿って進行するレーザビームの入射可能位置まで移動させるとともに、前記第1の被加工部の金属膜に形成された穴近辺の熱を移動時間により散逸させて、該穴近辺を冷却しつつ、樹脂部材の表面上に金属膜が密着した第2の被加工部を、前記第2のレーザ光路に沿って進行するレーザビームの入射可能位置に配置する工程と、
前記第1の被加工部の樹脂部材が露出した領域に、前記第3のレーザ光路に沿って進行するレーザビームであって、前記第2のレーザ光路に沿って進行するレーザビームと波長の等しいレーザビームを入射させ、該樹脂部材に穴を形成すると同時に、前記第2の被加工部に、前記第2のレーザ光路に沿って進行するレーザビームを入射させて、該第2の被加工部の金属膜に穴を形成する工程と
を有するレーザ加工方法。 - 更に、前記第1の被加工部の金属膜を貫通する穴が形成される時間と、該第1の被加工部の樹脂部分を貫通する穴が形成される時間との差が、前記第2のレーザ光路を進むレーザビームと前記第3のレーザ光路を進むレーザビームとのパワーが等しい時に、前記金属膜を貫通する穴が形成される時間と、前記樹脂部分を貫通する穴が形成される時間との差よりも短くなるように、前記第1のレーザ光路を進むレーザビームを第2及び第3のレーザ光路を進むレーザビームに分岐させる工程を含む請求項1に記載のレーザ加工方法。
- 前記第1の被加工部と前記第2の被加工部とは、1本のテープ状加工対象物の異なる部分である請求項1または請求項2に記載のレーザ加工方法。
- 前記第1及び第2の被加工部の金属膜に形成する穴が該金属膜を貫通する穴であり、前記第3のレーザ光路に沿って進行するレーザビームを該穴の底面に露出した前記樹脂部材に入射させる請求項1〜3のいずれかに記載のレーザ加工方法。
- 前記第1のレーザ光路を進むレーザビームのパワーの70%以上が前記第2のレーザ光路に入射する請求項1〜4のいずれかに記載のレーザ加工方法。
- 前記レーザビームの波長が600nm以下である請求項1〜5のいずれかに記載のレーザ加工方法。
- パルスレーザビームを出射するレーザ光源と、
該レーザ光源から出射されたパルスレーザビームの1パルスを第1のパルスレーザビームと第2のパルスレーザビームとに分ける光学手段であって、前記第1のパルスレーザビームと前記第2のパルスレーザビームとのパワー比を変えることができる光学手段を含み、かつ該第1のパルスレーザビームを第1の加工領域内の点に、該第2のパルスレーザビームを第2の加工領域内の点に入射させる光学系と、
前記第1の加工領域において前記第1のパルスレーザビームを走査させる第1の走査手段と、
前記第2の加工領域において前記第2のパルスレーザビームを走査させる第2の走査手段と、
前記第1の加工領域において加工された加工対象物を、前記第2の加工領域に移動させるとともに、前記第1の加工領域での加工時の熱を移動時間により散逸させて被加工部を冷却する移動手段と
を有するレーザ加工装置。 - 前記レーザ光源が600nm以下の波長のレーザビームを出射する請求項7に記載のレーザ加工装置。
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