JP3978152B2 - レーザ加工方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザ加工方法に関し、特に金属製の内層パターンを覆う樹脂製の絶縁層に穴を形成するレーザ加工方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
特許文献1に、紫外線領域のレーザビームを用いて、多層配線基板の樹脂層にビアホールを形成する技術が開示されている。多層配線基板の内部には、銅等からなる内層パターンが埋め込まれている。樹脂層にビアホールを形成することにより、内層パターンの表面の一部を露出させる。紫外レーザを用いると、炭酸ガスレーザ等の赤外レーザを用いる場合に比べて、より小径のビアホールを形成することができる。
【0003】
【特許文献1】
特開2001−347388号公報
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
銅の紫外域における光吸収係数は、赤外域における光吸収係数よりも高い。このため、紫外域のレーザビームを用いてビアホールを形成する場合には、炭酸ガスレーザ等の赤外レーザを用いてビアホールを形成する場合に比べて、内層パターンが溶融しやすい。
【0005】
本発明の目的は、内層パターンが溶融しにくいレーザ加工方法を提供することである。
【0006】
本発明の一観点によると、
(a)下地表面上に、金属からなる第1及び第2の内層パターンが形成され、該第1及び第2の内層パターンを覆うように、前記下地表面の上に樹脂からなる絶縁層が形成された加工対象物を準備する工程と、
(b)前記絶縁層にパルスレーザビームを入射させて前記第1の内層パターンの一部を露出させる第1の穴を形成するときの該第1の穴の位置に入射させる第1のショット数を、該第1の内層パターンの形状及び大きさに応じて決定するとともに、前記第2の内層パターンの一部を露出させる第2の穴を形成するときの該第2の穴の位置に入射させる第2のショット数を、該第2の内層パターンの形状及び大きさに応じて決定する工程と、
(c)前記第1の穴の位置に前記工程bで決定された前記第1のショット数のパルスレーザビームを入射させ、前記第2の穴の位置に前記工程bで決定された前記第2のショット数のパルスレーザビームを入射させて該第1の穴及び第2の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。
【0007】
本発明の他の観点によると、
(a)下地表面上に、金属からなる第1及び第2の内層パターンが形成され、該第1及び第2の内層パターンを覆うように、前記下地表面の上に樹脂からなる絶縁層が形成された加工対象物を準備する工程と、
(b)前記絶縁層にパルスレーザビームを入射させて前記第1の内層パターンの一部を露出させる第1の穴を形成するときの該第1の穴の位置に入射させるレーザビームの第1の合計エネルギを、該第1の内層パターンの形状及び面積に応じて決定するとともに、前記第2の内層パターンの一部を露出させる第2の穴を形成するときの該第2の穴の位置に入射させるレーザビームの第2の合計エネルギを、該第2の内層パターンの形状及び面積に応じて決定する工程と、
(c)前記第1の穴の位置に前記工程bで決定された前記第1の合計エネルギになるようにパルスレーザビームを入射させ、前記第2の穴の位置に前記工程bで決定された前記第2の合計エネルギになるようにパルスレーザビームを入射させて該第1の穴及び第2の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。
【0008】
内層パターンの形状及び大きさに応じて、ショット数が好適化される。これにより、内層パターンの溶融を防止することができる。ショット数を好適化する代わりに、内層パターンの形状及び大きさに応じて他の照射条件を異ならせてもよい。
【0009】
【発明の実施の形態】
図1(A)に、加工対象物となるパッケージビルドアップ基板の断面図を示す。コア基板1の第1の面上に、複数の内層パターン2が形成されている。内層パターン2を覆うように、第1の面上に絶縁層4が形成されている。コア基板1の第2の面上に、内層パターン3が形成されている。内層パターン3を覆うように、第2の面上に絶縁層5が形成されている。
【0010】
コア基板1は、絶縁性の樹脂、例えばガラス繊維で補強されたエポキシ樹脂で形成されている。内層パターン2及び3は、金属、例えば銅で形成されている。絶縁層4及び5は、絶縁性の樹脂、例えばエポキシ樹脂で形成されている。
【0011】
絶縁層4に、紫外域のパルスレーザビーム10を複数ショット入射させ、内層パターン2の表面の一部を露出させるビアホール6が形成される。紫外域のパルスレーザビーム10として、全固体レーザ、例えばNd:YAGレーザ、Nd:YLFレーザ、Nd:YVO4レーザ等の第3高調波を用いることができる。同様に、絶縁層5にもビアホールが形成され、内層パターン3の表面の一部が露出される。
【0012】
図1(B)及び図1(C)に、内層パターンの平面図の例を示す。図1(B)に示した内層パターン20は、パッド20A及び配線20Bを含んで構成される。パッド20Aは直径120μmの円形であり、パッド20Aに接続された配線20Bの太さは30〜50μmである。パッド20Aのほぼ中央に、直径50μmのビアホール21が形成されている。
【0013】
図1(C)に示した内層パターン25は、幅200μmの帯状の形状を有する。内層パターン25の両端の近傍に、直径50μmのビアホール26及び27が形成されている。内層パターン25の長さは、例えば1mm程度である。
【0014】
次に、実施例によるレーザ加工方法について説明する。絶縁層4に入射するパルスレーザビームとして、例えばNd:YAGレーザの第3高調波(波長355nm)を用いる。絶縁層4の厚さは40μmである。絶縁層4の表面におけるパルスエネルギ密度が1J/cm2、パルス周波数が40kHzの条件で、ビアホールを形成すべき位置にパルスレーザビームを入射させることとする。
【0015】
図1(B)に示したビアホール21を形成すべき位置に、パルスレーザビームを40ショット入射させる。これにより、絶縁層4を貫通するビアホール21が形成され、パッド20Aの表面の一部が露出する。次に、図1(C)に示したビアホール26及び27を形成すべき位置の各々に、パルスレーザビームを50ショット入射させる。これにより、絶縁層4を貫通するビアホール26及び27が形成され、内層パターン25の表面の一部が露出する。
【0016】
このように、面積の大きな内層パターン上に配置されるビアホールを形成する時のショット数が、面積の小さな内層パターン上に配置されるビアホールを形成する時のショット数よりも多くされる。次に、このようにショット数を内層パターンの大きさによって変える効果について説明する。
【0017】
波長355nm程度の領域における銅の光吸収率は約70%である。内層パターンが露出した後にレーザビームの照射を続けると、内層パターンの温度が上昇する。図1(C)に示したように、内層パターン25が大きい場合には、熱拡散により内層パターン25の温度上昇が抑制される。これに対し、図1(B)に示したように、内層パターン20が小さい場合には、十分な熱拡散が生じないため、内層パターン20の温度が上昇しやすい。
【0018】
図1(C)に示したビアホール26及び27を形成する時の最適なショット数で全ビアホールを加工すると、図1(B)に示したビアホール21を形成する時に、小さな内層パターン20が過度に加熱されて溶融してしまうことがある。
【0019】
逆に、図1(B)に示したビアホール21を形成する時の最適なショット数で全ビアホールを加工すると、大きな内層パターン25の溶融は生じないが、ビアホール26及び27の底面の直径が小さくなる。これは、レーザビームのエネルギの一部が熱エネルギに変換されて、内層パターン25内を拡散することにより、ビアホール形成のために消費されるエネルギが減少してしまうためと考えられる。
【0020】
上記実施例では、小さな内層パターン20上のビアホール21を形成する時のショット数と、大きな内層パターン25上のビアホール26及び27を形成する時のショット数とを異ならせ、両者が共に最適化されている。このため、小さな内層パターンの溶融を回避し、かつ大きな内層パターン上のビアホールの底面が小さくなることを防止することができる。
【0021】
図1(B)に示した内層パターン20の配線20Bが長い場合には、結果的に内層パターン20の面積が、図1(C)の内層パターン25の面積よりも大きくなる場合がある。ところが、ビアホールが配置される位置から遠く離れた部分は、熱拡散にほとんど影響を与えない。
【0022】
ビアホール形成に最適なショット数を求める場合には、ビアホールを中心とし、ビアホールの半径の4倍の半径の円の内部に含まれる内層パターンの面積を考慮すればよいであろう。例えば、第1の穴を中心とし、第1の穴の半径の4倍の半径の円の内部に位置する内層パターンの面積が、第2の穴を中心とし、第2の穴の半径の4倍の半径の円の内部に位置する内層パターンの面積よりも小さい場合には、第1のビアホールを形成するためのショット数を、第2のビアホールを形成するためのショット数よりも少なくすればよい。面積の大小関係が逆の場合には、第1のビアホールを形成するためのショット数を、第2のビアホールを形成するためのショット数よりも多くすればよい。
【0023】
赤外域においては、銅の反射率が高いため、内層パターンは溶融しにくい。このため、上記実施例は、波長400nm以下の紫外域のパルスレーザビームを使用する場合に、特に大きな効果が期待できる。
【0024】
図2に、上記実施例による方法で用いられるレーザ加工装置の概略図を示す。
【0025】
レーザ光源31が、加工用のパルスレーザビームを出射する。レーザ光源31は、例えばNd:YAGレーザ発振器と波長変換素子とを含んで構成され、Nd:YAGレーザの第3高調波(波長355nm)を出射する。レーザ光源31として、Nd:YAGレーザの第4高調波を出射するものを使用することもできる。さらに、Nd:YAGレーザの代わりに、Nd:YLFレーザやNd:YVO4レーザを使用することも可能である。
【0026】
レーザ光源31から出射したレーザビームが、マスク32に入射する。マスク32に設けられた貫通孔を通過したレーザビームが、折り返しミラー33に入射する。
【0027】
折り返しミラー33で反射されたレーザビームが、ガルバノスキャナ34に入射する。ガルバノスキャナ34は、一対の揺動可能な反射鏡を含んで構成され、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34で走査されたレーザビームがfθレンズ35で集束され、XYステージ36に保持された加工対象物38に入射する。fθレンズ35は、マスク32の貫通孔を加工対象物38の表面上に結像させる。
【0028】
制御装置40が、レーザ光源31に契機信号Trgを送出する。レーザ光源31は、契機信号Trgを受信すると、1ショットのパルスレーザビームを出射する。さらに、制御装置40は、ガルバノスキャナ34に走査指示信号Scnを送出する。ガルバノスキャナ34は、走査指示信号Scnを受信すると、走査指示信号Scnの指示に基いて、レーザビームを走査する。制御装置40に、ビアホール形成のためのレーザ照射条件が規定されたTコードテーブルが記憶されている。
【0029】
図3(A)に、Tコードテーブルの一例を示す。Tコードテーブルには、Tコード、マスク径、パルス周波数、ショット数等が記憶されている。TコードT101は、直径が1mmの開口を有するマスクを用い、パルス周波数40kHz、ショット数50の条件で加工を行うことを意味する。TコードT102は、直径が1mmの開口を有するマスクを用い、パルス周波数40kHz、ショット数60の条件で加工を行うことを意味する。
【0030】
図3(B)に、穴あけデータファイルの一例を示す。穴あけデータファイルには、Tコードと、形成すべき穴の座標とが関連付けられて記憶されている。TコードT101に、座標(x1、y1)、(x2、y2)・・・のビアホールが対応付けられており、TコードT102に、座標(x100、y100)、(x101、y101)・・・のビアホールが対応付けられている。加工時に、この穴あけデータファイルが制御装置40に入力される。
【0031】
制御装置40は、座標(x1、y1)、(x2、y2)・・・の位置に、TコードT101の条件でレーザビームの照射を行い、座標(x100、y100)、(x101、y101)・・・の位置に、TコードT102の条件でレーザビームの照射を行うように、レーザ光源31及びガルバノスキャナ34を制御する。
【0032】
予め、内層パターンの形状や大きさによって最適の加工条件を求めておく。求められた加工条件ごとにTコードを定義することにより、内層パターンの形状や大きさが異なる場合でも、好適な条件でビアホールを形成することが可能になる。
【0033】
上記実施例では、内層パターンの大きさに応じて、ビアホール形成時のショット数を異ならせたが、他の照射条件、例えば、パルスエネルギ密度、パルス周波数等を異ならせてもよい。この場合、小さい内層パターン上に配置されるビアホール形成時に入射するレーザビームの合計のエネルギが、大きい内層パターン上に配置されるビアホール形成時に入射するレーザビームの合計のエネルギよりも小さくなるようにすればよい。
【0034】
以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。
【0035】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、内層パターンの大きさに依存して加工条件を変えることにより、内層パターンの溶融を防止し、かつ穴の底面が小さくなることを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 (A)は、実施例によるレーザ加工方法で加工される対象物の断面図であり、(B)及び(C)は、加工される位置の平面図である。
【図2】 実施例による方法で用いられるレーザ加工装置の概略図である。
【図3】 (A)は、レーザ加工装置に記憶されているTコードテーブルの一例を示す図であり、(B)は穴あけデータファイルの一例を示す図である。
【符号の説明】
1 コア基板
2、3、20、25 内層パターン
4、5 絶縁層
6、21、26、27 ビアホール
10 レーザビーム
31 レーザ光源
32 マスク
33 折り返しミラー
34 ガルバノスキャナ
35 fθレンズ
36 XYテーブル
38 加工対象物
40 制御装置
Claims (5)
- (a)下地表面上に、金属からなる第1及び第2の内層パターンが形成され、該第1及び第2の内層パターンを覆うように、前記下地表面の上に樹脂からなる絶縁層が形成された加工対象物を準備する工程と、
(b)前記絶縁層にパルスレーザビームを入射させて前記第1の内層パターンの一部を露出させる第1の穴を形成するときの該第1の穴の位置に入射させる第1のショット数を、該第1の内層パターンの形状及び大きさに応じて決定するとともに、前記第2の内層パターンの一部を露出させる第2の穴を形成するときの該第2の穴の位置に入射させる第2のショット数を、該第2の内層パターンの形状及び大きさに応じて決定する工程と、
(c)前記第1の穴の位置に前記工程bで決定された前記第1のショット数のパルスレーザビームを入射させ、前記第2の穴の位置に前記工程bで決定された前記第2のショット数のパルスレーザビームを入射させて該第1の穴及び第2の穴を形成する工程と
を有するレーザ加工方法。 - 前記工程cにおいて、前記第1及び第2の穴の半径に対応する大きさの開口を持つマスクを用い、該マスクの貫通孔が前記加工対象物の表面上に結像する条件でパルスレーザビームを前記加工対象物に入射させ、
前記工程bにおいて、前記第1の穴を中心とし、該第1の穴の半径の4倍の半径の円の内部に位置する該第1の内層パターンの面積に基づいて前記第1の穴の位置に入射させるショット数を決定し、前記第2の穴を中心とし、該第2の穴の半径の4倍の半径の円の内部に位置する該第2の内層パターンの面積に基づいて前記第2の穴の位置に入射させるショット数を決定する請求項1に記載のレーザ加工方法。 - (a)下地表面上に、金属からなる第1及び第2の内層パターンが形成され、該第1及び第2の内層パターンを覆うように、前記下地表面の上に樹脂からなる絶縁層が形成された加工対象物を準備する工程と、
(b)前記絶縁層にパルスレーザビームを入射させて前記第1の内層パターンの一部を露出させる第1の穴を形成するときの該第1の穴の位置に入射させるレーザビームの第1の合計エネルギを、該第1の内層パターンの形状及び面積に応じて決定するとともに、前記第2の内層パターンの一部を露出させる第2の穴を形成するときの該第2の穴の位置に入射させるレーザビームの第2の合計エネルギを、該第2の内層パターンの形状及び面積に応じて決定する工程と、
(c)前記第1の穴の位置に前記工程bで決定された前記第1の合計エネルギになるようにパルスレーザビームを入射させ、前記第2の穴の位置に前記工程bで決定された前記第2の合計エネルギになるようにパルスレーザビームを入射させて該第1の穴及び第2の穴を形成する工程と
を有するレーザ加工方法。 - 前記工程cにおいて、前記第1及び第2の穴の半径に対応する大きさの開口を持つマスクを用い、該マスクの貫通孔が前記加工対象物の表面上に結像する条件でパルスレーザビームを前記加工対象物に入射させ、
前記工程bにおいて、前記第1の穴を中心とし、該第1の穴の半径の4倍の半径の円の内部に位置する該第1の内層パターンの面積に基づいて前記第1の穴の位置に入射させるレーザビームの合計エネルギを決定し、前記第2の穴を中心とし、該第2の穴の半径の4倍の半径の円の内部に位置する該第2の内層パターンの面積に基づいて前記第2の穴の位置に入射させるレーザビームの合計エネルギを決定する請求項3に記載のレーザ加工方法。 - 前記パルスレーザビームが、400nm以下の紫外領域の波長を有する請求項1〜4のいずれかに記載のレーザ加工方法。
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