JP3940217B2 - レーザドリル装置及びレーザ穴あけ加工方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザドリル装置に関し、特にスミヤの除去を可能にしたレーザドリル装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
高密度多層プリント基板の製造においては、積層された配線パターンの層間接続を行うため、配線パターン間に配された絶縁樹脂に、インナーバイアやブラインドバイアといった穴(ビアホール)を形成する必要がある。
【0003】
ビアホールの形成は、以前は機械式ドリルや露光方式(ホトリソグラフィ技術)によって行われていたが、最近では、さらなる高密度化の要求に答えるため、より小径のビアホール形成が可能な、レーザ光を用いる技術が利用されるようになって来ている。
【0004】
従来のレーザドリル装置は、パルス発振型のレーザ発振器と、レーザ発振器からのレーザ光を被加工物に照射するための光学系と、被加工物を保持固定する加工台とを有している。
【0005】
レーザ発振器からのレーザ光は、光学系を介して加工台上の被加工物(多層プリント基板)に照射され、被加工物の一部を蒸発させる(レーザアブレーション)。被加工物にパルス状のレーザ光を数回照射することにより、被加工物には、所定深さの穴が形成される。通常、穴の形成は、絶縁樹脂に埋め込まれた銅ランドの一部を露出させて終了する。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
従来のレーザドリル装置を用いた穴あけでは、形成した穴の底部に、煤などの残留物(スミアと呼ばれる)が付着してしまうという問題点が有る。このため、従来は、レーザ穴あけ加工を終えた後、水で洗い流したり、エアで吹き飛ばしたり、デスミヤ(スミアを除去すること)専用の処理液に浸したりしてスミアの除去を行なっているが、形成する穴の径が小さくなる(例えば100μm以下)に従い、これらの方法では、スミアの除去が困難になってきている。
【0007】
本発明は、スミアを残すことなく、プリント基板にビアホール等の穴を形成することが可能な、レーザドリル装置を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、絶縁層と金属膜とが積層されたプリント基板にレーザ光を照射して前記絶縁層に穴を形成するレーザドリル装置において、前記絶縁層を蒸発させる第1のレーザ光を発生する第1のレーザ発振器と、前記第1のレーザ光の光強度を調節する第1のアッテネータと、該第1のアッテネータから出射する前記第1のレーザ光のエネルギー密度分布を均一にする第1の均一光学系と、該第1の均一光学系から出射する前記第1のレーザ光の一部を通過させる第1のマスクと、該第1のマスクを通過した前記第1のレーザ光を走査させる第1のガルバノスキャナーと、該第1のガルバノスキャナーにより走査される前記第1のレーザ光を第1の被加工物に入射させるための第1のf-θレンズと、前記第1のレーザ光よりも高い周波数を有し、前記第1のレーザ光を前記絶縁層に照射することにより発生するスミアを蒸発させる第2のレーザ光を発生する第2のレーザ発振器と、前記第2のレーザ光の光強度を調節する第2のアッテネータと、該第2のアッテネータから出射する前記第2のレーザ光のエネルギー密度分布を均一にする第2の均一光学系と、該前記第2の均一光学系から出射する前記第2のレーザ光の一部を通過させる第2のマスクと、該第2のマスクを通過した前記第2のレーザ光を走査させる第2のガルバノスキャナーと、該第2のガルバノスキャナーにより走査される前記第2のレーザ光を前記第1の被加工物とは別の第2の被加工物に入射させるための第2のf-θレンズと、前記第1の被加工物と前記第2の被加工物を並列させて保持するとともに、これらを独立に回転させることができるX−Yステージとを有し、前記第1の被加工物への前記第1のレーザ光の照射と、前記第2の被加工物への前記第2のレーザ光の照射とを同時に行えるようにしたことを特徴とするレーザドリル装置が得られる。
【0009】
また、本発明によれば、絶縁層と金属膜とが積層されたプリント基板にレーザ光を照射して前記絶縁層に穴を形成するレーザ穴あけ加工方法において、単一のX−Yステージ上に未加工の第1のプリント基板と予め第1のレーザ光を照射して穴あけ加工した加工済みの第2のプリント基板とを併置し、前記絶縁層を蒸発させる第1のレーザ光を前記第1のプリント基板に照射すると同時に、前記第1のレーザ光よりも高い周波数を有し、スミアを蒸発させる第2のレーザ光を前記第2のプリント基板に照射して穴あけ加工を行うことを特徴とするレーザ穴あけ加工方法が得られる。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【0011】
図1に本発明の一実施の形態によるレーザドリル装置を示す。図1に示すように、このレーザドリル装置は、CO2レーザ11、第1のアッテネータ12、第 1の均一光学系13、第1のターンミラー14、第1のマスク15、第1のガルバノスキャナー16、第1のf−θレンズ17、YAG4ωレーザ(第4高調波レーザ)18、第2のアッテネータ19、第2の均一光学系20、第2のターンミラー21、第2のマスク22、第2のガルバノスキャナー23、第2のf−θレンズ24、及びX−Yステージ25を有している。
【0012】
CO2レーザ11は、絶縁層と金属膜とが積層されたプリント基板の絶縁層を 蒸発(アブレーション)させるレーザ光(赤外線)を発生させる。
【0013】
YAG4ωレーザ18は、YAGレーザが発生するレーザ光の第4高調波をレーザ光として発生する。このレーザ光は、CO2レーザ11からのレーザ光を用 いて絶縁層を蒸発させた場合に発生するスミアを除去するために利用される。
【0014】
第1及び第2のアッテネータ12,19は、それぞれ、CO2レーザ11及び YAG4ωレーザ18からのレーザ光のエネルギー密度を調整する。
【0015】
第1及び第2の均一光学系13,20は、それぞれ、第1及び第2のアッテネータ12,19からのレーザ光のエネルギー強度を均一にする。
【0016】
第1及び第2のターンミラー14,21は、それぞれ、第1及び第2の均一光学系13,21からのレーザ光を第1及び第2のマスク15,22に入射させる。
【0017】
第1及び第2のマスク15,22は、それぞれ、第1及び第2のターンミラー14,21からのレーザ光の一部を通過させるマスク穴を有し、残りのレーザ光を阻止する。第1のマスクのマスク穴は、プリント基板に形成される穴の径を規定する。第2のマスクのマスク穴は、第1のマスク穴に一致させてある。
【0018】
第1及び第2のガルバノスキャナー16,23は、それぞれ、2枚のスキャニングミラーを有し、入射したレーザ光をX−Y平面上で走査する。
【0019】
第1及び第2のf−θレンズ17,24は、それぞれ、ガルバノスキャナー16,23からのレーザ光をX−Yステージ25(つまりプリント基板26及び27)に対して垂直に入射するように、屈折、収束させる。
【0020】
次に、このレーザドリル装置の動作について説明する。
【0021】
まず、X−Yステージ25の第1の領域に被加工物であるプリント基板26を載置する。これは、手動または自動にて行われる。
【0022】
次に、基板に形成されたアライメントマークを図示しないアライメント装置により検出し、検出結果を参照しながらX−Yステージ25を走査してプリント基板26の位置決めを行う。この際、図示しない第1のθステージを操作してプリント基板26の向き(θ角)も調整する(X−Yステージに対してプリント基板を回転させる)。
【0023】
次に、CO2レーザ11を発振させ、レーザ光を出射させる。CO2レーザ11からのレーザ光は、第1のアッテネータ12でエネルギー密度の調整が為され、第1の均一光学系13でエネルギー強度が均一化されて、第1のターンミラー14で屈折させられ、マスク15に到達する。
【0024】
マスク15、マスク穴から入射したレーザ光の一部を通過させる。マスク15通過したレーザ光は、ガルバノスキャナー16に入射し、プリント基板26の所望位置へ照射すべく、走査が行われる。ガルバノスキャナ16からのレーザ光は、f−θレンズ17により集光され、プリント基板26に垂直に照射される。
【0025】
プリント基板26では、CO2レーザ11からのレーザ光により絶縁層のアブ レーションが発生し穴が形成される。この時穴の底にはスミアが残留する。
【0026】
以上のレーザ発振以降の動作を繰り返し、ガルバノスキャナー16で対応できる加工エリア(例えば50mm×50mm)の加工が終了すると、X−Yステージ25を走査して次の加工エリアの加工を行う。
【0027】
以上のようにして、プリント基板の穴あけ加工が終了すると、図示しない搬送器によりプリント基板26をX−Yテーブル25上の第2の領域へ移動させ、プリント基板27とする。そして、X−Yテーブル25の第1の領域には、新たにプリント基板26を載置する。
【0028】
新たなプリント基板26に対しては、上述したように、アライメント面とマークを利用してX−Y方向、及びθ角についての位置決め処理を行う。
【0029】
プリント基板27については、第2のθテーブルを調整してθ角の調整が行われる。そして、プリント基板27の位置をアライメントマークを利用して検出し、ガルバノスキャナの制御装置(図示せず)へオフセットとして供給する。
【0030】
次に、CO2レーザ11を発振させ、プリント基板26に対しては、上述のよ うに穴あけ加工を行う。
【0031】
一方、プリント基板27に関しては、YAG4ωレーザ18を発振させ、第2のアッテネータ19、第2の均一光学系20、第2のターンミラー21、マスク22、ガルバノスキャナ23、及び、f−θレンズ24を介して、そのレーザ光を、形成された穴の内部に照射する。これにより、上述した穴あけ加工工程で発生したスミアは除去される。
【0032】
プリント基板26に対する穴あけ加工と、プリント基板27に対するスミア除去の処理とが終了すると、図示しない搬送器は、プリント基板27を搬出し、プリント基板26を新たなプリント基板27とするとともに、新たなプリント基板26を搬入する。以降、上記動作を繰り返す。
【0033】
以上のように、本実施の形態によれば、穴の形成と、デスミア処理とを並行して行うことができるので、デスミア処理に要する時間をほぼ削減することができる。特に、同一形状のプリント基板を複数連続的に加工する場合には、CO2レ ーザ11と、YAG4ωレーザ18とを同期させることにより、一枚のプリント基板に対する穴あけ加工と、他の一枚のデスミア処理とを同時に行うことができる。
【0034】
また、レーザ光を用いてデスミア処理を行うので、形成された穴の底にスミアが残るようなこともない。
【0035】
更に、1台の装置で穴あけ加工とデスミア処理が行え、デスミア処理のための特別な施設等を必要としない。
【0036】
なお、上記実施の形態では、CO2レーザとYAG4ωレーザとを用いる場合 について説明したが、CO2レーザに代えて、YAGレーザやYLFレーザを、 YAG4ωレーザに代えて、YAG2ωレーザ、YAG3ωレーザ、YLF2ωレーザ、YLF3ωレーザ、または、YLF4ωレーザを用いることもできる。
【0037】
また、YAGレーザとYAG4ωレーザのように、同種のレーザ発振器を用いる場合には、単一のレーザ発振器からのレーザ光を分岐して一方のレーザ光を波長変換用結晶を用いて波長変換するようにしてもよい。
【0038】
さらにまた、上記実施の形態では、一般光学系としてターンミラーしか示されていないが、ミラーやレンズは、適宜、配されるものであって、追加及び削除は自由である。
【0039】
【発明の効果】
本発明によれば、レーザ光を用いてプリント基板に穴を形成する工程と、その工程によって発生するスミアを別の波長のレーザ光をにより蒸発させる工程とを並行して行えるようにしたことで、デスミア処理のみを行う時間を設けることなく、スミアの残留のない穴あけ加工を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態を示す概略図である。
【符号の説明】
11 CO2レーザ
12 第1のアッテネータ
13 第1の均一光学系
14 第1のターンミラー
15 第1のマスク
16 第1のガルバノスキャナ
17 f−θレンズ
18 YAG4ωレーザ
19 第2のアッテネータ
20 第2の均一光学系
21 第2のターンミラー
22 第2のマスク
23 第2のガルバノスキャナ
24 第2のf−θレンズ
25 X−Yステージ
26 プリント基板
27 プリント基板
Claims (2)
- 絶縁層と金属膜とが積層されたプリント基板にレーザ光を照射して前記絶縁層に穴を形成するレーザドリル装置において、前記絶縁層を蒸発させる第1のレーザ光を発生する第1のレーザ発振器と、前記第1のレーザ光の光強度を調節する第1のアッテネータと、該第1のアッテネータから出射する前記第1のレーザ光のエネルギー密度分布を均一にする第1の均一光学系と、該第1の均一光学系から出射する前記第1のレーザ光の一部を通過させる第1のマスクと、該第1のマスクを通過した前記第1のレーザ光を走査させる第1のガルバノスキャナーと、該第1のガルバノスキャナーにより走査される前記第1のレーザ光を第1の被加工物に入射させるための第1のf-θレンズと、前記第1のレーザ光よりも高い周波数を有し、前記第1のレーザ光を前記絶縁層に照射することにより発生するスミアを蒸発させる第2のレーザ光を発生する第2のレーザ発振器と、前記第2のレーザ光の光強度を調節する第2のアッテネータと、該第2のアッテネータから出射する前記第2のレーザ光のエネルギー密度分布を均一にする第2の均一光学系と、該前記第2の均一光学系から出射する前記第2のレーザ光の一部を通過させる第2のマスクと、該第2のマスクを通過した前記第2のレーザ光を走査させる第2のガルバノスキャナーと、該第2のガルバノスキャナーにより走査される前記第2のレーザ光を前記第1の被加工物とは別の第2の被加工物に入射させるための第2のf-θレンズと、前記第1の被加工物と前記第2の被加工物を並列させて保持するとともに、これらを独立に回転させることができるX−Yステージとを有し、前記第1の被加工物への前記第1のレーザ光の照射と、前記第2の被加工物への前記第2のレーザ光の照射とを同時に行えるようにしたことを特徴とするレーザドリル装置。
- 絶縁層と金属膜とが積層されたプリント基板にレーザ光を照射して前記絶縁層に穴を形成するレーザ穴あけ加工方法において、単一のX−Yステージ上に未加工の第1のプリント基板と予め第1のレーザ光を照射して穴あけ加工した穴あけ加工済みの第2のプリント基板とを併置し、前記絶縁層を蒸発させる第1のレーザ光を前記第1のプリント基板に照射すると同時に、前記第1のレーザ光よりも高い周波数を有し、スミアを蒸発させる第2のレーザ光を前記第2のプリント基板に照射して穴あけ加工を行うことを特徴とするレーザ穴あけ加工方法。
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