JP4252939B2 - レーザ加工方法 - Google Patents

Description

本発明は、レーザ加工方法に関し、特に、導体層と樹脂層とが積層された構造を含む加工対象物にレーザビームを照射して樹脂層を除去し、底面に導体層が露出する穴を形成するレーザ加工方法に関する。

プリント基板の樹脂層にレーザビームを照射して、底面に内層導体層が露出する穴を形成する加工が行われている。内層導体層の樹脂層と接する表面は、内層導体層と樹脂層との密着性を向上させるための粗化処理が施されており粗い。

レーザビームで樹脂層に穴を形成すると、穴の底面に樹脂層の残渣であるスミアが残留する。スミアは、穴の底面に露出した内層導体層の粗い表面の凹部に入り込むので、容易には除去されない。スミアが充分に除去されないと、後の工程で形成される配線と、内層導体層との電気的接触が良好に行われない。

特許文献１には、以下に説明するように、内層導体層の粗い表面の凹部に入り込んだスミアであっても、除去することができるレーザ加工方法が開示されている。プリント基板の樹脂層にレーザビームを照射し、底面に内層導体層が露出した穴を形成する。穴を形成するレーザビームとして、例えば、赤外波長域の炭酸ガスレーザ、紫外波長域のエキシマレーザ等が用いられる。

次に、形成された穴の底面に、パルス幅１００ｐｓ以下のパルスレーザビームを、穴の底面における１パルス当たりのエネルギ密度が０．５J／ｃｍ^２以上となる条件で照射する。このレーザ照射により、穴の底面に露出した内層導体層の表層が除去される。これにより、内層導体層の表面に付着したスミアも一緒に除去することができる。スミアの除去用のレーザビームを出射するレーザ光源は、穴の形成用のレーザビームを出射するレーザ光源とは別に準備される。スミアの除去用のレーザビームとして、例えばＹＬＦレーザの第２高調波（波長５２３ｎｍ）が用いられる。

特開２００４−７４２１１号公報

特許文献１に開示された方法では、スミアの除去に伴い、内層導体層の表層まで除去されてしまう。スミアを除去するために、穴の形成用のレーザ光源と別のレーザ光源を準備する必要がある。

本発明の一目的は、導体層と樹脂層とが積層された構造を含む加工対象物に形成され、底面に導体層が露出した穴の底面に残留したスミアの除去を容易にすることが可能な、従来とは異なるレーザ加工方法を提供することである。

本発明の一観点によれば、（ａ）導体層と樹脂層とが積層された構造を含む加工対象物の、該導体層と該樹脂層とが積層された構造にレーザビームを照射して、該樹脂層を除去し、底面が該導体層に達する穴を形成する工程と、（ｂ）前記穴の底面に、パルス幅が１００ｎｓより長く、前記穴の底面における１パルス当たりのエネルギ密度が１．５Ｊ／ｃｍ^２以上のパルスレーザビームを照射し、前記導体層の表面を溶融させる工程と、（ｃ）前記工程（ｂ）の後、前記穴の底面に残留したスミアを除去する工程と
を有するレーザ加工方法が提供される。

穴の底面に露出した導体層の表面が溶融して、平坦化される。平坦化された穴の底面に残留したスミアは、平坦でない穴の底面に残留したスミアに比べて除去しやすい。

図１（Ａ）〜図１（Ｃ）を参照して、本発明の実施例によるレーザ加工方法について説明する。図１（Ａ）に示すように、例えばガラスエポキシ樹脂からなるコア基板１の表面に、例えば銅からなる内層導体層２が形成されている。内層導体層２を覆うように、コア基板１の表面に、樹脂層３が形成されている。樹脂層３は、例えばベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）樹脂からなり、その厚さは例えば２５〜３０μｍである。内層導体層２の、樹脂層３に接する表面は、粗化処理されている。内層導体層２の粗い表面の凹部に、樹脂層３が食い込むことにより、内層導体層２と樹脂層３との密着性が高められる。コア基板１、内層導体層２、及び樹脂層３が加工基板６を構成する。

次に、図１（Ｂ）に示すように、加工基板６の、内層導体層２と樹脂層３とが積層されている部分の表面にパルスレーザビームＬを照射する。パルスレーザビームＬとして、例えばＹＡＧレーザの第３高調波（波長３５５ｎｍ）が用いられる。パルスレーザビームＬのパルス幅は、例えば３００ｎｓであり、加工基板６の表面における１パルス当たりのエネルギ密度は、例えば２．１Ｊ／ｃｍ^２である。

パルスレーザビームＬの照射を開始すると、樹脂層３が除去され、樹脂層３に穴４が形成される。照射されるショット数が増えるにつれ、穴４が深くなり、その底面が内層導体層２の表面まで到達する。穴４の底面が内層導体層２の表面まで到達すると、それ以後に照射されるパルスが、内層導体層２の表層で吸収される。これにより、内層導体層２の表面が溶融して、平坦化される。内層導体層２の表面を溶融させることが可能な程度に、パルスレーザビームＬが内層導体層２に吸収されるように、パルスレーザビームＬの波長が選択される。１つの穴４を形成するために、例えば２０〜１００ショット程度のパルスが照射される。レーザ照射で形成された穴４の底面に、樹脂層３の残渣であるスミア５が残留する。

なお、例えば、パルス幅が３００ｎｓで、被加工位置での１パルス当たりのエネルギ密度が２．１Ｊ／ｃｍ^２のパルスレーザビームＬを照射するとき、内層導体層２の表面に過剰なショット数のパルスを照射したとしても、内層導体層２の表層が除去されることはない。

次に、図１（Ｃ）に示すように、穴開けが終了した加工基板６を、Ｏ_２及びＣＦ_４の混合ガスのプラズマＰ１に晒し、その後、さらにＡｒのプラズマＰ２に晒して、穴４の底面に残留したスミア５を除去する。スミア５の除去後、穴４及び樹脂層３の上面に、例えば銅からなる配線を形成する。配線と内層導体層２が電気的に接続される。

上述したレーザ加工方法では、穴４の底面に露出した内層導体層２の表面が、レーザビームにより溶融され、平坦化される。これにより、穴４の底面に残留したスミア５が、穴４の底面が粗い場合に比べて除去されやすくなる。スミア除去のために、内層導体層２の表層まで一緒に除去する必要がない。スミアが充分に除去されることにより、内層導体層２と配線との電気的接触を良好にできる。

図２のグラフに、銅の光吸収率の波長依存性を示す。横軸がμｍ単位で表した波長を示し、縦軸が光吸収率を示す。光吸収率は、波長が１０μｍから０．７μｍ（７００ｎｍ）までは１０％程度以下であるが、波長が７００ｎｍ以下になると急激に増加する。波長３５５ｎｍの光は、５０〜６０％程度が吸収される。

上述の実施例では、パルスレーザビームＬの波長を３５５ｎｍとしたが、内層導体層が銅であるとき、パルスレーザビームＬの波長を、例えば７００ｎｍ以下で２００ｎｍ以上の範囲内から選ぶことができる。なお、現在のところ、２００ｎｍより短い波長を有し、かつ銅を溶融させるほどのパワーを有するレーザ光源を作製することは容易でない。

次に、図３（Ａ）〜図３（Ｆ）の電子顕微鏡写真を参照して、加工基板に照射するパルスレーザビームの、加工基板表面における１パルス当たりのエネルギ密度を変化させ、銅からなる内層導体層の表面の溶融状態がどのように変化するか調べた実験について説明する。実験において、パルスレーザビームの波長を３５５ｎｍとし、パルス幅を３００ｎｓとした。

図３（Ａ）及び（Ｂ）が、パルスエネルギ密度が２．１Ｊ／ｃｍ^２の場合の結果を示し、図３（Ｃ）及び（Ｄ）が、パルスエネルギ密度が１．６Ｊ／ｃｍ^２の場合の結果を示し、図３（Ｅ）及び（Ｆ）が、パルスエネルギ密度が１．１Ｊ／ｃｍ^２の場合の結果を示す。図３（Ａ）、（Ｃ）及び（Ｅ）が、レーザ照射で形成された穴を加工基板の上方から見た写真であり、各写真とも、円形の開口の内部が穴の底面を示す。図３（Ｂ）、（Ｄ）及び（Ｆ）がそれぞれ、図３（Ａ）、（Ｃ）及び（Ｅ）に示す穴の底面の拡大写真である。

図３（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、１パルス当たりのエネルギ密度が２．１Ｊ／ｃｍ^２の場合は、内層導体層の表面が充分に溶融し、穴の底面が平坦化された。図３（Ｃ）及び（Ｄ）に示すように、１パルス当たりのエネルギ密度が１．６Ｊ／ｃｍ^２の場合は、内層導体層の表面がやや溶融し、穴の底面がやや平坦化された。図３（Ｅ）及び（Ｆ）に示すように、１パルス当たりのエネルギ密度が１．１Ｊ／ｃｍ^２の場合は、内層導体層の表面が溶融せず、穴の底面は粗かった。なお、どの場合においても、穴の底面を覆うように、スミアが残留している。

この実験から、加工基板の表面における１パルス当たりのエネルギ密度が１．５Ｊ／ｃｍ^２程度以上であれば、内層導体層の表面が溶融し、穴の底面が平坦化される作用が期待できることがわかった。穴の底面が少しでも平坦化されれば、内層導体層が溶融せずに穴の底面が粗い場合に比べて、スミアの除去が容易になる。

なお、上述の実験は、パルス幅が３００ｎｓのパルスレーザビームを用いて行ったが、パルス幅が１００ｎｓより長く１０００ｎｓより短いパルスレーザビームであれば、内層導体層の表面を溶融させて平坦化させる加工が行えるであろう。

なお、例えば銅を主成分とする合金やアルミニウム等の金属からなる内層導体層に対しても、加工基板表面での１パルス当たりのエネルギ密度を１．５Ｊ／ｃｍ^２程度以上に設定してレーザ照射を行うことにより、内層導体層の表面を溶融させて平坦化させる加工が行えるであろう。

なお、１パルス当たりのエネルギ密度が５Ｊ／ｃｍ^２以上になると、樹脂層が良好に加工されなくなり、所望の開口形状を有する穴の形成が困難となる。加工基板表面における１パルス当たりのエネルギ密度は、樹脂層が良好に加工できる程度の高さに止めることが好ましい。

次に、底面の内層導体層が溶融した穴に形成した配線と、底面の内層導体層が溶融していない穴に形成した配線とで、電気的接続の信頼性を比較した実験について説明する。被加工位置における１パルス当たりのエネルギ密度を約２Ｊ／ｃｍ^２として穴を形成した加工基板と、被加工位置における１パルス当たりのエネルギ密度を約１Ｊ／ｃｍ^２として穴を形成した加工基板とを、それぞれ複数個準備した。前者の加工基板は、穴底の内層導体層の表面が溶融しており、後者の加工基板は、穴底の内層導体層の表面が溶融していない。

全加工基板に対して同一の条件で、上述したプラズマ処理を行うことにより、穴の底面に残留したスミアを除去した。その後、穴の底面に露出した内層導体層に接続する配線を形成した。このようにして作製した試料に対して、室温と２６０℃との間の熱衝撃試験を行った。３０サイクルの温度変化を経たときの導通を、良不良の判断基準とした。内層導体層の表面が溶融した方の試料はすべて、３０サイクル以上の温度変化を経ても導通が良好であった。一方、内層導体層の表面が溶融していない方の試料は、３０サイクルに達しないうちに導通が不良になるものがあった。

この実験から、内層導体層の表面を溶融して平坦化することにより、スミアの除去が良好に行われ、内層導体層と配線との電気的接続の信頼性を向上できることがわかった。

なお、上述の実施例では、コア基板１上に内層導体層２と樹脂層３とが形成された加工対象物に穴を形成する例を説明したが、上述したレーザ加工方法は、コア基板がなく、導体層と樹脂層とが積層された加工対象物の樹脂層に穴を形成する加工に応用しても構わない。

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。

図１（Ａ）〜図１（Ｃ）は、加工基板の断面図である。 銅の光吸収率の波長依存性を示すグラフである。 図３（Ａ）は、加工基板に形成された穴の電子顕微鏡写真である。 図３（Ｂ）は、加工基板に形成された穴の電子顕微鏡写真である。 図３（Ｃ）は、加工基板に形成された穴の電子顕微鏡写真である。 図３（Ｄ）は、加工基板に形成された穴の電子顕微鏡写真である。 図３（Ｅ）は、加工基板に形成された穴の電子顕微鏡写真である。 図３（Ｆ）は、加工基板に形成された穴の電子顕微鏡写真である。

符号の説明

１ コア基板
２ 内層導体層
３ 樹脂層
４ 穴
５ スミア
Ｌ パルスレーザビーム
Ｐ１、Ｐ２ プラズマ
６ 加工基板

Claims (6)

1. （ａ）導体層と樹脂層とが積層された構造を含む加工対象物の、該導体層と該樹脂層とが積層された構造にレーザビームを照射して、該樹脂層を除去し、底面が該導体層に達する穴を形成する工程と、
   （ｂ）前記穴の底面に、パルス幅が１００ｎｓより長く、前記穴の底面における１パルス当たりのエネルギ密度が１．５Ｊ／ｃｍ^２以上のパルスレーザビームを照射し、前記導体層の表面を溶融させる工程と、
   （ｃ）前記工程（ｂ）の後、前記穴の底面に残留したスミアを除去する工程と
   を有するレーザ加工方法。
2. 前記工程（ａ）でレーザビームが照射される前記加工対象物において、前記導体層の前記樹脂層と接する表面は粗化処理されている請求項１に記載のレーザ加工方法。
3. 前記導体層が銅からなり、前記工程（ｂ）で照射されるレーザビームの波長は、２００ｎｍ以上７００ｎｍ以下である請求項１または２に記載のレーザ加工方法。
4. 前記工程（ａ）及び（ｂ）で照射されるレーザビームの、パルス幅、前記加工対象物の表面における１パルス当たりのエネルギ密度、及び波長が等しい請求項１〜３のいずれかに記載のレーザ加工方法。
5. 前記工程（ｃ）において、前記穴の底面をプラズマに晒すことによりスミアを除去する請求項１〜４に記載のレーザ加工方法。
6. 導体層と樹脂層とが積層された構造を含む加工対象物の、該導体層と該樹脂層とが積層された構造に、パルス幅が１００ｎｓより長く、該加工対象物の表面における１パルス当たりのエネルギ密度が１．５Ｊ／ｃｍ^２以上のパルスレーザビームを、該樹脂層が貫通して該導体層の表面の一部が露出し、かつ該導体層の露出した部分の表層が溶融するまで照射する工程と、
   前記導体層の露出した表面に残留するスミアを除去する工程と
   を有するレーザ加工方法。