JP4794152B2 - プリント配線板の配線層間接続方法 - Google Patents

Description

本発明は、プリント配線板の配線層間接続方法に係わり、より詳しくはプリント配線板の配線層接続用穴を導電化して複数の配線層を相互に電気接続する方法に関する。

一般に、半導体装置、抵抗体、コンデンサ等の電気部品はプリント配線板に搭載または実装されて種々の電子機器に使用される。プリント配線板は、絶縁基板の片面または両面に印刷技術を用いて導体パターンを形成してなる回路基板であり、両面の導体パターンを電気的に接続するときはいわゆるスルーホール接続の構成を採っている。スルーホール接続とは、絶縁基板に貫通させた穴を通じて両面の導体パターン間の電気的導通をとる方式である。

最近のプリント配線板は、電子機器の小型化、高性能化あるいは多機能化に伴って、導体パターン層（配線層）の多層化がますます進んでいる。このような配線層の多層化を実現するプリント配線板構造として、多層配線板とビルドアップ配線板がよく知られている。多層配線板は、複数の配線層と層間絶縁層をまとめて重ね、加圧・加熱により積層一体化して、たとえば炭酸ガスレーザ加工あるいはドリル加工等により必要な箇所に貫通孔（スルーホール）あるいはバイアホール（Via Hole）等の配線層接続用穴をあけ、配線層間を電気接続するものである。ビルドアップ配線板は、第１の配線層の上に層間絶縁層を形成し、その上に第２の配線層を形成し、必要な箇所にバイアホールを設けて第１の配線層と第２の配線層とを電気接続するというように、配線層および層間絶縁層を１層１層順次に積み上げるものである。このような多層または積層型のプリント配線板構造においても、配線層接続用穴の内壁あるいは内部を導電化するために、両面配線板と同様に銅メッキ法が広く使用されている。また、配線層接続用穴の内部に導電性ペーストを充填して固める方法も一部で使用されている（特許文献１）。
特開平０９−２７５２７３号公報

しかしながら、銅メッキ法による従来の配線層間接続方法は、プリント基板表面のＣｕ箔上にも銅メッキをしてしまうため、パターニング後に配線層となるＣｕ箔がメッキの厚さ分だけ厚くなってしまう。このため、Ｃｕ箔をエッチングして導体パターンを形成する際に、微細配線層の形成が困難になるという問題があった。また、メッキ法は、配線層接続用穴の内壁に膜厚が１μｍ以上のメッキ層を形成する場合は、作業時間が長くなり、生産性に問題が生じてくる。特に、１層１層順次に積層するビルドアップ配線板の製造では、その多層化と共にメッキ作業による生産性低下が大きな問題になっていた。更に、配線層接続用穴の部分は凹みになるため、多層化において、層間絶縁層を形成する前に凹みを穴埋め樹脂等で一度充填して平滑にする必要があり、工程が複雑になるという問題もあった。

また、配線層接続用穴に導電性ペーストを充填する従来の配線層間接続方法は、通常、半硬化状態の接着性樹脂を有する絶縁基材に層間接続のための配線層接続用穴を開け、その配線層接続用穴に導電性ペーストを充填した後、配線層と重ね合わせて加圧加熱により熱硬化させ一体化させる。しかしながら、硬化状態の樹脂が加圧加熱工程の際に流動することや、樹脂の硬化収縮によって、層間接続用の導電性ペーストを充填した配線層接続用穴の位置がずれるという問題があった。更に、この方法では、導電性ペーストに含まれる例えば金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、Ｃｕ等からなる金属粒子が微視的には配線層に接触した状態で電気的な接続をとる構造であるため、配線層間の安定した低抵抗の電気的接続が難しかった。これらの問題は、特に、プリント配線板が高密度化して配線層接続用穴の口径が微細になってくると不可避になる。

本発明は、上述のような事情に鑑みてなされたもので、作業性に優れており、かつ安定した接合強度および電気的特性が得られるプリント配線板の配線層間接続方法を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明によるプリント配線板の配線層間接続方法は、第１および第２の配線層を有するプリント配線板の前記第１および第２の配線層間を接続する方法であって、前記プリント配線板の層間絶縁層を貫通する配線層接続用の穴を設ける工程と、前記配線層接続用穴にパウダー状または線状のＣｕ系、Ａｕ系またはＡｌ系の金属充填材を充填する工程と、前記配線層接続用穴内の前記金属充填材に対して可変のパルス幅を有するＹＡＧ高調波のパルスレーザ光を照射し、前記パルスレーザ光のエネルギーで前記金属充填材を前記配線層接続用穴のおもて側から裏側まで溶融させて、前記配線層接続用穴に臨む前記第１および第２の配線層と接合する導体プラグを形成する工程とを有する。

本発明の配線層間接続方法においては、プリント配線板の層間絶縁層を貫通する配線層接続用の穴にパウダー状または線状のＣｕ系、Ａｕ系またはＡｌ系の金属充填材が充填され、その金属充填材にＹＡＧ高調波のパルスレーザ光が照射される。そうすると、金属充填材がＹＡＧ第２高調波のレーザエネルギーを高い吸収率で吸収して配線層接続用穴のおもて側から裏側まで溶融し、おもて側の配線層（たとえば第１配線層）および裏側の配線層（第２の配線層）に溶着して固化する導体プラグとなる。このように、１回のレーザ照射工程によって、導体プラグの形成と、導体プラグを介した多層配線接続とを同時に行える。したがって、両面スルーホールプリント配線板、多層配線板あるいはビルドアップ配線板におけるスルーホールまたはバイアホールの金属化（導電化）の作業性を大きく改善することができる。また、配線層間の接続は溶融して固化した導体プラグを介しての強固な溶融接合であるために、信頼性の高い安定した低抵抗の配線層間接続が可能になる。

本発明の好適な一態様では、ＹＡＧ高調波のパルスレーザ光をガルバノメータ・スキャナによりスキャニングして配線層接続用穴内の金属の充填材に照射する。この方式によれば、配線層接続用穴の数が多くなっても短時間で配線層間を電気的に接続することができる。

本発明の好適な一態様では、ＹＡＧ高調波のパルスレーザ光のパワーを可変制御する。パルス幅とパワー（レーザ出力）を任意に制御できるので、溶接部である配線層接続用穴内の金属の充填材に対する入熱を精細に制御し、多種多様な配線層接続用穴あるいは金属充填材による配線層間接続に対応することができる。

本発明におけるＹＡＧ高調波の好適な形態は波長５３２ｎｍ（グリーン光）のＹＡＧ第２高調波である。

本発明においては、充填材がＣｕ系の金属で構成されていると、非常に有利に作用するが、Ａｕ系の金属で構成されていても同様の効果を奏する。そして、金属充填材はパウダー状あるいは線状に形成されると極めて好適である。

また、本発明において、好ましくは、配線層がＣｕあるいはＣｕ合金の導体パターンで形成されており、配線層接続用穴は２層以上の層間絶縁層を貫通するスルーホールあるいは２層の配線層間に設けられるバイアホールである。

本発明の好適な一態様におけるプリント配線板はビルドアップ配線板である。

本発明におけるプリント配線板の配線層間接続方法によれば、配線層接続用穴の導電化の作業性が優れているために、配線層間の電気接続が極めて簡便にしかも効率的に行えるようになる。また、配線板の高密度化に伴い微細化する配線層接続用穴および微細化する配線層においても、安定した接合強度の下に高品質な配線層間の物理的かつ電気的な接続が可能になる。

以下、添付図を参照して本発明の好適な実施の形態を説明する。

図１Ａ〜図１Ｃにつき、本発明におけるスルーホール接続の一実施形態を説明する。

図１Ａに、本発明によってスルーホール接続を施される前の両面配線板１０の構成を示す。この両面配線板１０は、両面銅張り積層板を用いて、たとえばガラスエポキシ樹脂あるいはセラミックグリーンシートからなる肉厚が０．２ｍｍ程度の絶縁基板１１の両面のＣｕ箔をエッチング加工し、おもて面導体パターン１２および裏面導体パターン１４を形成している。ここで、導体パターン１２，１４の配線幅は５０μｍ程度であり、その膜厚は２０μｍ程度である。そして、導体パターン１２，１４の接続ランド位置に、たとえばドリル加工により口径が５０μｍ程度のスルーホール１６を形成している。

次に、この両面配線板１０にブラシ研磨等の機械的整面処理および化学薬液等による洗浄処理を施した後、図１Ｂに示すように、平滑な表面を有するＸ−Ｙステージ１８上に両面配線板１０を載置し、上側つまりおもて面導体パターン１２側からスルーホール１６内に金属の充填材としてたとえばＣｕパウダー２０を充填する。ここで、Ｃｕパウダー２０の粒径は０．１μｍ〜１μｍが好適である。Ｘ−Ｙステージ１８の上面は、耐熱性を有し且つＣｕ材と接合し難い材質、たとえば炭化珪素（ＳｉＣ）、セラミックス、石英ガラス等で構成されるのが好ましい。

次に、本発明にしたがって、図１Ｂに示すように、両面配線板１０のスルーホール１６内のＣｕパウダー２０に対して、真上から５３２ｎｍの波長を有するＹＡＧ第２高調波パルスレーザ光ＳＨＧを照射する。このレーザ照射により、スルーホール１６内でＣｕパウダー２０がＹＡＧ第２高調波のレーザエネルギーを効率的に吸収して瞬間的に溶融し、冷めて固化すると図１Ｃに示すようにＣｕからなる固形の導体プラグ２２となる。この導体プラグ２２は、おもて面導体パターン１２および裏面導体パターン１４に溶融接合し、それら両面の導体パターン１２，１４を互いに電気的および物理的に接続する。このようにして、スルーホール１６内に埋め込み形成した導体プラグ２２を通して両面の配線層１２，１４を電気的に接続（スルーホール接続）することができる。そして、両面配線板１０に設けた所要のスルーホール１６全部に上記と同様の導体プラグ２２を形成することで、両面スルーホールプリント配線板２４を製作することができる。

図２に、本発明の一実施形態におけるＹＡＧ第２高調波パルスレーザ光ＳＨＧの照射法を示す。

両面配線板１０（図１Ａの構成）は、図２に示すように、模式的に示すＸ−Ｙステージ１８上の所定位置に位置合わせして搭載され、ステージ上面に設けられた真空吸着機構（図示せず）によって吸着固定される。ここで、Ｘ−Ｙステージ１８は、ボールネジ駆動またはリニモータ駆動によりＸ−Ｙ方向で移動して、ステージ上のワークＷ（スルーホール１６）を予め設定された加工位置（Ｃｕパウダー充填位置、レーザ照射位置等）に位置合わせできるようになっている。Ｘ−Ｙステージ１８の上方には、両面配線板１０の縁端部の所定箇所に設けられた位置決めマーク２６を検出する撮像部２８が配置されている。この撮像部２８は、たとえばＣＣＤ等の固体撮像素子を有し、Ｘ−Ｙステージ１８上における両面配線板１０の位置座標を画像認識するようになっている。位置決めマーク２６は、両面配線板１０に設けた基準穴（あるいは十字パターン）で構成され、両面配線板１０の少なくとも２箇所以上の縁端部に設けられてよい。比較的大きな定尺のプリント配線板の場合には、基板の伸縮による座標位置の歪みの補正を行えるように、図２に示すように多数の箇所に位置決めマーク２６が設けられてよい。Ｘ−Ｙステージ１８上の所定位置に位置合わせして搭載した両面配線板１０の各スルーホール１６の位置座標は、撮像部２８により画像認識される位置決めマーク２６の位置座標を基準として決定される。

先ず、Ｘ−Ｙステージ１８上で両面配線板１０の各スルーホール１６をたとえば微細孔のノズルを有するＣｕ充填部（図示せず）に位置合わせして、該ノズルからＣｕパウダー２０をスルーホール１６に注入して充填する。しかる後、Ｘ−Ｙステージ１８上で両面配線板１０の各スルーホール１６を、図２に示すようにレーザ出射ユニット３０の真下に設定されたレーザ照射位置に位置合わせする。そして、該スルーホール１６内のＣｕパウダー２０に向けて５３２ｎｍの波長を有するＹＡＧ第２高調波パルスレーザ光ＳＨＧを所望のパルス幅およびパワーで集光照射する。ここで、レーザ光のビームスポット径は、たとえば５０μｍ程度でよい。そうすると、図１Ｃで説明したようにパルスレーザ光ＳＨＧの当たった部分（照射ポイント）ＷのＣｕパウダー２０が溶融して導体プラグ２２が形成される。つまり、照射ポイントＷのＣｕパウダー２０が、図４につき後述するように、ＹＡＧ第２高調波のレーザエネルギーを高い吸収率で吸収して急速に溶融してＣｕ箔からなる導体パターン１２，１４に溶着し、冷却で固化して導体プラグ２２となる。

本発明によるプリント配線板の配線層間接続方法を実施するための上記実施例の装置は、上記のようなＸ−Ｙステージ１８、レーザ出射ユニット３０、撮像部２８、Ｃｕ充填部（図示せず）に加えて、各部を制御するための制御部等を有している。

本発明によれば、上記のスルーホール接続と全く同様にして、図３に示すように多層配線板の複数の配線層間を電気的に接続することができる。図３の例は、６層配線板であり、複数の配線層と層間絶縁層をまとめて重ね、加圧・加熱により成形プレスして、炭酸ガスレーザ加工あるいはドリル加工等により必要な箇所にスルーホールあるいはバイアホール等の配線層接続用穴をあけ、各配線層接続用穴を本発明により導電化して配線層間を電気的に接続している。

図３に示すように、図１および図２の方法で製作した２枚の両面スルーホールプリント配線板２４Ａ、２４Ｂを内層板とし、層間絶縁層である例えばガラスエポキシ樹脂からなる肉厚が０．２ｍｍのプリプレグ（Prepreg）３２，３４，３６および肉厚が２０μｍ程度の外層用銅箔をレイアップし、加圧・加熱により成形プレスして積層化する。そして、該外層用銅箔をエッチングして、プリプレグ３４，３６の表面にそれぞれ所望の外層導体パターン３８，４０を形成する。ここで、内層板である両面スルーホールプリント配線板２４Ａ，２４Ｂの両面には、それぞれ、図１Ａ〜図１Ｃの工程で形成したような導体プラグ２２Ａ，２４Ｂを介して電気的に相互接続する導体パターン（１２Ａ、１４Ａ）、（１２Ｂ、１４Ｂ）が形成されている。

図３に示す多層板構造において、ドリル加工等を用いて両面スルーホールプリント配線板２４Ａ、２４Ｂおよびそれぞれ層間絶縁層になったプリプレグ３２，３４，３６を貫通するスルーホール４２を形成する。そして、図１および図２につき上述したようにスルーホール４２内にＣｕパウダーのようなＣｕ充填材を充填し、該Ｃｕ充填材に向けてレーザ出射ユニット３０より５３２ｎｍの波長を有するＹＡＧ第２高調波パルスレーザ光ＳＨＧを所望のパルス幅およびパワーで集光照射し、スルーホール４２内のＣｕ充填材を溶融固化させて導体プラグ４４を形成し、６層の配線層である導体パターン（３８，１２ａ，１４ａ，１２ｂ，１４ｂ，４０）を電気的に接続する。また、おもて面導体パターン１２ａと外層導体パターン３８との間にバイアホール４６を炭酸ガスレーザ加工等で形成し、上記したスルーホール内の金属化と全く同様にバイアホール４６内を導電化して導体プラグ４８を形成し、バイアホール４６を介して配線層間の電気接続を行う。ここで、スルーホール４２内の導体プラグ４４の形成においては、バイアホール４６内の導体プラグ４８を形成する場合よりもＹＡＧ第２高調波パルスレーザ光ＳＨＧのパワーを大きな値に設定してよい。

上記実施形態（図１〜図３）においては、導体プラグ２２，２２ａ、２２ｂ、４４，４８となるＣｕ充填材として、Ｃｕパウダーの替わりにＣｕ線をスルーホール１６，４２あるいはバイアホール４６に挿入してもよい。ここで、挿入するＣｕ線の数は１本であってもよいし複数本になるようにしてもよい。また、Ｃｕ充填材は、球形、直方体、立方体等、任意の形状のＣｕ粒子で構成されてもよい。

また、上記実施形態においては、図６で後述するようにＹＡＧ第２高調波パルスレーザ光ＳＨＧ照射のパワーを制御することが好ましい。たとえば、照射始めのレーザパワーを少し高くして、その後のレーザパワーを低くすると好適である（図６（ｃ））。このようなレーザ光のパワー制御（波形制御）は、スルーホールやバイアホールの寸法あるいは金属充填材の材質等に応じて適宜調整ないし最適化されてよい。

また、プリント配線板の全てのスルーホール１６，４２あるいはバイアホール４６に対してＣｕ材の充填あるいは挿入を全部一括して行ってから、各スルーホールまたはバイアホールについて波長５３２ｎｍのＹＡＧ第２高調波のパルスレーザ光（グリーン光）ＳＨＧ照射による導体プラグ（２２，２２Ａ、２２Ｂ、４４，４８）形成を行うようにしてもよい。

また、波長５３２ｎｍのＹＡＧ第２高調波のパルスレーザ光（グリーン光）ＳＨＧを用いて導体プラグ（２２，２２Ａ、２２Ｂ、４４，４８）を形成した後に、Ｃｕ箔をエッチングして導体パターン（１２，１２Ａ、１２Ｂ、１４，１４Ａ、１４Ｂ、３８，４０）を形成するようにしてもよい。

また、Ｃｕ材としては純銅（Ａ１０５０）の代わりに、Ｃｕ合金（純銅に亜鉛、ニッケル、錫、銀、ジルコニウム等を添加したもの）を用いてもよい。Ｃｕ合金を使用することにより、レーザ光照射によるＣｕ材の溶融温度を低減させることができる。

上記のように、好適な実施形態では、波長５３２ｎｍのＹＡＧ第２高調波のパルスレーザ光（グリーン光）ＳＨＧを用いることにより、両面プリント配線板２４のおもて面導体パターン１２と裏面導体パターン１４との間に導体プラグ２２を簡便かつ瞬時に形成し、両導体パターン（１２，１４）を確実に且つきれいに接合させることができる。

また、上記のように、波長５３２ｎｍのＹＡＧ第２高調波のパルスレーザ光（グリーン光）ＳＨＧを用いることにより、多層プリント配線板であるたとえば６層プリント配線板の導体パターン（３８，１２Ａ，１４Ａ，１２Ｂ，１４Ｂ，４０）の間に導体プラグ４４を簡便にかつ瞬時に形成し、６層配線層を確実に且つきれいに接合させることができる。ここで、スルーホール４２の深さは略１．２ｍｍ程度になるが、波長５３２ｎｍのＹＡＧ第２高調波のパルスレーザ光（グリーン光）ＳＨＧによるＣｕ材の溶融深さは２ｍｍ以上となるために全く問題なく導体プラグ４４を形成することができる。そして、バイアホール４６を介した２層間の配線層接続も簡便に形成できる。

また、従来のメッキ法による配線層接続とは異なり、本発明のパルスレーザ光照射によるスポット溶接を用いた配線層接続法は、スルーホール１６，４４あるいはバイアホール４６の金属化または導電化の作業が極めて簡便であり、その作業性が大幅に向上し、製造工程を簡略化できる。上記したように、プリント配線板の多層化にメッキ法を用いた場合は、層間絶縁層を形成する前にバイアホールの凹みを穴埋め樹脂等で一度充填して平滑にする必要があるために製造工程が複雑になっていた。そして、本発明によれば、スルーホール１６，４４あるいはバイアホール４６の口径の微細化も可能になる。

また、導電性ペーストを用いた従来の配線層接続の方法とも異なり、本発明においては、パルスレーザ光照射によりＣｕパウダー等のＣｕ充填材が瞬時に溶融固化し、導体プラグ２２，４４，４８が短時間で形成されるので、配線層接続用穴の位置がずれるという問題は発生しない。更に、本発明の方法では、導電性ペーストのように金属粒子が配線層に接触して電気接続する構造ではなく、配線層間の接続は強固な溶融接合となるために、信頼性の高い安定した低抵抗の配線層間接続が可能になる。このような効果は、プリント配線板が高密度化して配線層の微細化および配線層接続用穴の口径の微細化が進むにつれて益々顕著になってくる。このようにして、安定した接合強度の下に高品質な配線層間の物理的かつ電気的な接続が可能になる。

ここで、図４にＣｕ、Ａｕ、Ｆｅ（鉄）のレーザ光波長吸収特性を示す。代表的なＹＡＧレーザであるＮｄ：ＹＡＧレーザの基本波（ω）は１０６４ｎｍである。このＹＡＧ基本波（ω）を、Ｆｅは比較的良好に吸収するが、ＣｕやＡｕは僅かしか吸収しない。したがって、上記のような配線層接続におけるＣｕパウダー２０による導体パターン（１２，１４）の接合にＹＡＧ基本波（ω）のレーザ光を用いたならば、接合部への入熱が非常に難しく、無理にレーザパワーを上げるとＣｕ材であるＣｕパウダー２０が吹き飛んでしまうこともあり、安定確実な溶接は殆ど不可能である。ところが、ＣｕやＡｕは、ＹＡＧ基本波（ω）の高調波つまり第２高調波（２ω：５３２ｎｍ）、第３高調波（３ω：３５５ｎｍ）あるいは第４高調波（４ω：２６６ｎｍ）等をよく吸収する。たとえば、第２高調波（２ω：５３２ｎｍ）に対するＣｕやＡｕの吸収率は５０％以上である。ＹＡＧ基本波（ω）をよく吸収するといわれるＦｅの吸収率が４０％以下であることを鑑みれば、如何に高い吸収率であるかが分かる。実用的に、ＣｕやＡｕのレーザ溶接には第２高調波（２ω：５３２ｎｍ）で十分である。

図５に、この実施形態のプリント配線板の配線層間接続方法で用いるＹＡＧレーザ装置５０の構成を示す。このＹＡＧレーザ装置５０は、支持台（図示せず）上に直線配列型で一対の終端ミラー５２，５４、固体レーザ活性媒質５６、波長変換結晶５８、偏光素子６０および高調波分離出力ミラー６２を配置している。

両終端ミラー５２，５４は互いに向かい合って光共振器を構成している。一方の終端ミラー５２の反射面５２ａには、基本波長（１０６４ｎｍ）に対して反射性の膜がコーティングされている。他方の終端ミラー５４の反射面５４ａには、基本波長（１０６４ｎｍ）に対して反射性の膜がコーティングされるとともに、第２高調波（５３２ｎｍ）に対して反射性の膜がコーティングされている。

活性媒質５６は、たとえばＮｄ：ＹＡＧロッドからなり、一方の終端ミラー５２寄りに配置され、電気光学励起部６４によって光学的にポンピングされる。電気光学励起部６４は、活性媒質５６に向けて励起光を発生するための励起光源（たとえば励起ランプあるいはレーザダイオード）を有し、この励起光源をレーザ電源部６６からの励起電流（パルス電流）でパルス点灯駆動することにより、活性媒質５６を持続的または断続的にポンピングする。なお、レーザ電源部６６は制御部６８の下で電気光学励起部６４を駆動する。そして、活性媒質５６で生成される基本波長（１０６４ｎｍ）の光ビームＬＢは、終端ミラー５２，５４の間に閉じ込められて増幅される。このように、両終端ミラー（光共振器）５２，５４、活性媒質５６および電気光学励起部６４によって基本波長（１０６４ｎｍ）の光ビームまたはレーザ光ＬＢを生成するレーザ発振器が構成されている。

偏光素子６０は、たとえばポラライザまたはブリュースタ板等からなり、活性媒質５６からの基本波長の光ビームが非法線方向で入射するように光共振器の光路または光軸に対して所定の斜めの角度で配置されている。活性媒質５６からの基本波長の光ビームＬＢのうち、Ｐ偏光は偏光素子６０をまっすぐ透過して波長変換結晶５８に入射し、Ｓ偏光は偏光素子６０で所定の方向に向けて反射するようになっている。ここで、Ｐ偏光およびＳ偏光は基本波長の光ビームの進行方向に垂直な面内で振動方向が互いに直交する直線偏光成分（電界成分）である。たとえば、Ｐ偏向は鉛直方向で振動する直線偏光成分であり、Ｓ偏向は水平方向で振動する直線偏光成分である。好ましくは、基本波長（１０６４ｎｍ）においてＰ偏光透過率は略１００％でＳ偏光反射率は略１００％であるような偏光フィルタ特性が選ばれる。

波長変換結晶５８は、たとえばＫＴＰ（ＫＴｉＯＰＯ₄）結晶やＬＢＯ（ＬｉＢ₃Ｏ₅）結晶等の非線形光学結晶からなり、他方の終端ミラー５４寄りに配置され、この光共振器で励起された基本モードに光学的に結合され、基本波長との非線形光学作用により第２高調波（５３２ｎｍ）の光ビームＳＨＧを光共振器の光路上に生成する。

波長変換結晶５８より終端ミラー５４側に出た第２高調波の光ビームＳＨＧは、終端ミラー５４で戻されて、波長変換結晶５８を通り抜ける。波長変換結晶５８より終端ミラー５４の反対側に出た第２高調波の光ビームＳＨＧは、光共振器の光路または光軸に対して所定の角度（たとえば４５°）で斜めに配置されている高調波分離出力ミラー６２に入射し、このミラー６２で所定の方向に反射または分離出力されるようになっている。そして、高調波分離出力ミラー６２より分離出力された第２高調波の光ビームＳＨＧは、ベントミラー７０で光軸を曲げられて入射ユニット７２へ向けられる。

入射ユニット７２は集光レンズ７４を内蔵しており、ベントミラー７０からの第２高調波の光ビームＳＨＧを集束レンズ７４により集束して光ファイバ７６の一端面（入射端面）に入射させる。光ファイバ７６は第２高調波の光ビームＳＨＧを出射ユニット３０（図２）まで伝送させる。出射ユニット３０には、光ファイバ７６の他端面より出射された第２高調波の光ビームＳＨＧを集束させてＣｕパウダー２０の照射ポイントＷに照射するための光学レンズが設けられている。

このＹＡＧレーザ装置５０では、第２高調波の光ビームＳＨＧすなわちＹＡＧ第２高調波パルスレーザ光ＳＨＧについてパワーフィードバック制御を行うために、ベントミラー７０の背後に漏れたＹＡＧ第２高調波パルスレーザ光ＳＨＧの漏れ光Ｍ_SHG を受光する受光素子またはフォトセンサ７８が配置されている。測定回路８０は、フォトセンサ７８の出力信号を基に第２高調波パルスレーザ光ＳＨＧのレーザ出力測定値を表す電気信号（レーザ出力測定値信号）を生成する。制御部６８は、測定回路８０からのレーザ出力測定値信号を基準値または基準波形と比較し、比較誤差に応じてたとえばパルス幅変調（ＰＷＭ）方式の制御信号を生成する。レーザ電源６６は、制御部６８からの制御信号に応じてスイッチング素子をスイッチング動作させ、電気光学励起部６４に供給する励起電流のパルス幅および電流値を制御する。

図６に、この実施形態におけるＹＡＧ第２高調波パルスレーザ光ＳＨＧのレーザ出力波形の一例を示す。図示のように、パワーフィードバック方式でレーザパワー、パルス幅、パルス波形等を任意に設定・制御することができる。

図７に、この実施形態で用いる波長変換方法の基本原理を示す。この波長変換方法は、波長変換結晶５８にタイプII位相整合角にカットされた非線形光学結晶を使用し、タイプIIの位相整合で基本波から第２高調波への波長変換を行う。より詳細には、固体パルスレーザたとえばＹＡＧパルスレーザ（図示せず）で生成された基本波（たとえば１０６４ｎｍ）のパルスレーザ光を楕円偏光（好ましくは円偏光）またはランダム偏光の形態で非線形光学結晶５８に入射させる。そうすると、入射光のうち基本波長の垂直偏光成分と水平偏光成分のみが直線偏光として非線形光学結晶５８を通過する。非線形光学結晶５８は、基本波ＹＡＧパルスレーザと光学的に結合して、非線形光学効果により基本波光の垂直偏光成分と同じ方向に直線偏光したロングパルスの第２高調波パルスレーザ光ＳＨＧ（５３２ｎｍ）を生成する。

しかしながら、上記のような波長変換方法（図７）においては、基本波パルスレーザ光の偏光分布に偏りまたは異方性があったりすると、波長変換効率が低下し、第２高調波パルスレーザ光ＳＨＧのレーザ出力が下がったり変動することがある。特に、活性媒質５６に対する電気光学励起部６４のポンピング（励起光の照射）が不均一であると、基本波パルスレーザ光の偏光分布に偏りまたは異方性が生じる。

図８に、この実施形態における波長変換方法を示す。この波長変換は、基本波のＰ偏光を透過させると同時にＳ偏光を反射する偏光素子６０をその直線偏光化方向（Ｐ偏光の振動方向）が非線形光学結晶５８の光学軸に対して相対的に４５°傾くように配置する。実施形態のＹＡＧレーザ装置５０（図５）では、図８に示すように、偏光素子６０の直線偏光化方向を鉛直方向に設定し、非線形光学結晶５８の方をその光学軸が鉛直方向に対して４５°傾くように配置している。

このように偏光素子６０の直線偏光化方向と非線形光学結晶５８の光学軸とを相対的に４５°傾けて配置する構成によれば、偏光素子６０からのＰ偏光が非線形光学結晶５８の座標系において見かけ上直交する等強度の２つの基本波光成分として非線形光学効果に作用する。仮に偏光素子６０を省くと、Ｐ偏光と直交するＳ偏光も非線形光学結晶５８に入射することになり、それによって非線形光学結晶５８の座標系において垂直偏光成分と水平偏光成分のバランスが崩れ、タイプIIの波長変換効率は低下する。こうして、偏光素子６０の直線偏光化により、高効率のタイプII波長変換が可能であり、安定かつ高出力でロングパルスの第２高調波パルスレーザ光ＳＨＧを生成することができる。これにより、ＣｕやＡｕの被溶接材に対しては、ＹＡＧ第２高調波の入射時間をパルス幅で任意に制御し、ＹＡＧ第２高調波パルスレーザ光ＳＨＧのエネルギー吸収が十分に行われ、良好な溶融接合を得ることができる。

以上、好適な実施形態を説明したが、本発明の技術思想に基づいて他の実施形態や種々の変形・変更が可能である。

図９および図１０につき、本発明をビルドアップ配線板の製造に適用した実施形態を説明する。このビルドアップ配線板は、携帯電話のような電子機器の小型化および多機能化において必須になっている。このような用途のビルドアップ配線板の一辺の寸法は５０ｍｍ〜１００ｍｍ程度であり、後述するガルバノメータ・スキャナが充分に適用できる寸法範囲にある。

図９Ａ〜図９Ｃに、本発明を適用した６層ビルドアップ配線板の製造工程を示す。図１０に、レーザ出射ユニット３０にガルバノメータ・スキャナを搭載して、ビルドアップ配線板を固定したままでＹＡＧ第２高調波パルスレーザ光ＳＨＧをスキャニングして、ビルドアップ配線板の配線層を順次に電気接続する様子を示す。

図９Ａに示すように、図１の方法で製作した両面配線板２４Ｃを内層板とし、その表面に熱硬化性の樹脂を塗布し、２０μｍ程度のＣｕ箔を重ね、加熱硬化して０．１ｍｍ程度の厚さの層間絶縁層８２を形成する。そして、Ｃｕ箔を所望のパターンにエッチングし導体パターン８４を形成し、両面プリント配線板２４Ｃの表面導体パターン１２Ｃ上に位置するバイアホール８６を炭酸ガスレーザ加工等で作製し、バイアホール８６内にＣｕ材８８を充填させる。このようにした後に、後述するガルバノメータ・スキャナを用いてＹＡＧ第２高調波パルスレーザ光ＳＨＧをＣｕ充填材８８に照射する。このレーザ光照射により、Ｃｕ充填材８８が溶融固化して、導体プラグ９０が形成される。このようにして、下層配線である表面導体パターン１２Ｃと上層配線である導体パターン８４とが電気的に接続される。なお、図９Ａにおいて、両面スルーホールプリント配線板２４Ｃでは、図１に示した方法によりおもて面導体パターン１２Ｃと裏面導体パターン１４Ｃとが導体プラグ２２Ｃを介して電気的に接続される。この場合、導体プラグ２２Ｃはインタースティシャルバイアホール（スルーホール１６Ｃ）内に形成される。説明を省くが、内層板２４Ｃの裏面側にも全く同様にして層間接続する１層の配線層を追加形成する。

なお、ガルバノメータ・スキャナを用いてＹＡＧ第２高調波パルスレーザ光ＳＨＧをＣｕ充填材８８に照射して導体プラグ９０を形成した後に、Ｃｕ箔をエッチングして導体パターン８４を形成するようにしてもよい。

引き続いて、図９Ｂに示すように、図９Ａで説明したのと全く同様にして、層間絶縁層８２上に更に新たな層間絶縁層９２および導体パターン９４を積層形成し、図９Ｃに示すようにガルバノメータ・スキャナを用いたＹＡＧ第２高調波パルスレーザ光ＳＨＧ照射により導体プラグ９６を形成し、この導体プラグ９６を通して下層の導体パターン８４に接続する上層の導体パターン９４を形成する。以後、説明を省くが、上記内層板である両面配線板２４Ｃの裏面側にも全く同様にして層間接続する更に１層の配線層を追加形成する。この後も必要に応じて上記と同様の工程を繰り返すことにより、所望の多層プリント配線板が作製され、目的の多層回路が形成される。

図１０において、ガルバノメータ・スキャナは、互いに直交する回転軸９８Ｘ、９８Ｙに取付けられたＸ軸スキャン・ミラー１００ＸおよびＹ軸スキャン・ミラー１００Ｙと、両ミラー１００Ｘ、１００Ｙをそれぞれ回転振動（首振り）させるＸ軸ガルバノメータ１０２ＸおよびＹ軸ガルバノメータ１０２Ｙとを有している。

光ファイバ７６の端面より放射状に出たＹＡＧ第２高調波パルスレーザ光ＳＨＧは、コリメータレンズ１０４によって平行光線となり、先ずＸ軸スキャン・ミラー１００Ｘに入射して、そこで全反射してからＹ軸スキャン・ミラー１００Ｙに入射し、このミラー１００Ｙで全反射してのちｆθレンズ１０６を通って、上述したビルドアップ配線板１１０表面のバイアホールの位置すなわち照射ポイントＷに集光する。ビルドアップ配線板１１０上のパルスレーザ光ＳＨＧの照射位置は、Ｘ方向においてはＸ軸スキャン・ミラー１００Ｘの振れ角によって決まり、Ｙ方向においてはＹ軸スキャン・ミラー１００Ｙの振れ角によって決まる。Ｘ軸スキャン・ミラー１００ＸはＸ軸ガルバノメータ１０２Ｘの駆動で矢印Ａ、Ａ’方向に回転振動（首振り）し、Ｙ軸スキャン・ミラー１００ＹはＹ軸ガルバノメータ１０２Ｙの駆動で矢印Ｂ、Ｂ’方向に回転振動（首振り）するようになっている。

Ｘ軸ガルバノメータ１０２Ｘは、たとえば、Ｘ軸スキャン・ミラー１００Ｘに結合された可動鉄片（回転子）と、この可動鉄片に接続された制御バネと、固定子に取付けられた駆動コイルとを有している。制御部６８のスキャナ制御部よりＸ方向スキャニング制御信号に応じた駆動電流が電気ケーブル１０８Ｘを介してＸ軸ガルバノメータ１０２Ｘ内の該駆動コイルに供給されることで、該可動鉄片（回転子）が該制御バネに抗してＸ軸スキャン・ミラー１００Ｘと一体にＸ方向スキャニング制御信号の指定する角度に振れるようになっている。

Ｙ軸ガルバノメータ１０２Ｙも同様の構成を有しており、上記スキャナ制御部よりＹ方向スキャニング制御信号に応じた駆動電流が電気ケーブル１０８Ｙを介してＹ軸ガルバノメータ１０２Ｙ内の駆動コイルに供給されることで、Ｙ軸ガルバノメータ１０２Ｙの可動鉄片（回転子）がＹ軸スキャン・ミラー１００Ｙと一体にＹ方向スキャニング制御信号の指定する角度に振れるようになっている。

上記ガルバノメータ・スキャナを搭載したレーザ出射ユニット３０を用いて、ＹＡＧ第２高調波パルスレーザ光ＳＨＧをビルドアップ配線板１１０上でスキャニングし、ビルドアップ配線板１１０において多数のバイアホール内のＣｕ材を順次溶融固化せしめ、全てのバイアホール内を導体プラグで金属化または導電化して配線層間の電気接続を行う。

上記のようなガルバノメータ・スキャナを用いる方法によれば、ＹＡＧ第２高調波パルスレーザ光ＳＨＧのスキャニングは非常に高速になり、バイアホール内への導体プラグの形成すなわちバイアホール内の導電化を高速に行えるようになる。このために、ビルドアップ配線板のようにバイアホールを介して配線層を１層毎に電気接続して積み上げるプリント配線板の製造においては、その製造の作業時間が短縮して生産性が大幅に向上する。一般のビルドアップ配線板は、スルーホールの形成はなく、スルーホールの有するプリント配線板の場合よりも多数のバイアホールの導電化を必要としている。ここで、全ての必要なバイアホール内へのＣｕ材の充填は、予め専用のＣｕ充填装置を用いて行うと好適である。

上記の実施形態は基本波を生成するための活性媒質５６として、Ｎｄ：ＹＡＧ結晶を用いたが、Ｎｄ：ＹＬＦ結晶、Ｎｄ：ＹＶＯ₄ 結晶、Ｙｂ：ＹＡＧ結晶等を使用することもできる。

上記の好適な実施形態では、スルーホールあるいはバイアホールに充填する金属の充填材としてＣｕ材あるいはＣｕ合金材を用いる場合について説明した。しかし、本発明はそれに限定されるものでなく、上記導電体材料がＡｕ系あるいはＡｌ系の材質の場合でも同様に適用できる。また、それら以外にも、レーザ光の波長が赤外光領域〜紫外光領域において、波長が短くなるにつれてそのエネルギー吸収率が増加する金属は多々ある（たとえばＴａ）。このために、本発明は、種々の合金、高融点金属を含む金属によりスルーホールあるいはバイアホール内を導電化する場合にも適用できるものである。

上記実施形態はレーザ溶接に用いるＹＡＧ高調波としてＹＡＧ第２高調波を用いたが、ＹＡＧ第３高調波やＹＡＧ第４高調波等も使用可能である。また、ＹＡＧ高調波とＹＡＧ基本波とを併用する方法、つまりＹＡＧ高調波にＹＡＧ基本波を重畳して溶接ポイントに照射する方法も可能である。

また、上記実施形態のビルドアップ配線板の製造において、内層板の表面に熱硬化性の樹脂を塗布し半硬化状態にした後にバイアホールを形成し、そのバイアホールに金属の充填材を充填し、ＹＡＧ第２高調波パルスレーザ光ＳＨＧを上記金属の充填材に照射し導体プラグを形成した後に、Ｃｕ箔を重ねて加熱硬化させ、その後に上記Ｃｕ箔をエッチングし下層の導体パターンに電気接続する上層の導体パターンを形成するようにしてもよい。あるいは、導体プラグを形成した後に、予め形成した転写シート状の導体パターンを位置合わせし上記半硬化状態の樹脂表面に張り付けた後に加熱硬化させて、電気接続する上層の導体パターンを形成するようにしてもよい。

上記実施形態では高調波レーザ溶接を用いてプリント配線板の配線層間を接続する場合について説明しているが、本発明は、いわゆるチップ・サイズ・パッケージ（ＣＳＰ）等に用いる回路基板すなわちインターポーザーの形成においても同様に適用できる。

本発明の一実施形態におけるプリント配線板の配線層接続方法の一段階を示す断面図である。 本発明の一実施形態におけるプリント配線板の配線層接続方法の一段階を示す断面図である。 本発明の一実施形態におけるプリント配線板の配線層接続方法の一段階を示す断面図である。 上記実施形態のプリント配線板の配線層接続方法を示す斜視図である。 上記実施形態の６層プリント配線板の断面図である。 Ｃｕ、Ａｕ、Ｆｅのレーザ光波長吸収特性を示す図である。 実施形態のプリント配線板の配線層接続方法で用いるＹＡＧレーザ装置の構成を示すブロック図である。 実施形態におけるＹＡＧ第２高調波パルスレーザ光のレーザ出力波形の一例を示す図である。 実施形態における波長変換方法の基本原理を示す図である。 実施形態の波長変換方法を示す図である。 実施形態の一変形例におけるビルドアップ配線板の配線層接続方法の一段階を示す断面図である。 実施形態の一変形例におけるビルドアップ配線板の配線層接続方法の一段階を示す断面図である。。 実施形態の一変形例におけるビルドアップ配線板の配線層接続方法の一段階を示す断面図である。 実施形態の一変形例によるガルバノメータ・スキャナ型の出射ユニットの構成例を示す斜視図である。

符号の説明

１０ 絶縁基板
１２，１２ａ、１２ｂ おもて面導体パターン
１４，１４ａ、１４ｂ 裏面導体パターン
１６，４２ スルーホール
１８ Ｘ−Ｙステージ
２０ Ｃｕパウダー
２２，２２ａ、２２ｂ、４４，４８ 導体プラグ
２４，２４ａ、２４ｂ 両面配線板
２６ 位置決めマーク
２８ 撮像部
３０ レーザ出射ユニット
３２，３４，３６ プリプレグ
３８，４０ 導体パターン
４６ バイアホール
５０ ＹＡＧレーザ装置
５２，５４ 終端ミラー
５６ 活性媒体
５８ 波長変換結晶
６０ 偏光素子
６２ 高周波分離出力ミラー
６４ 電気光学励起部
６６ レーザ電源部
６８ 制御部
７２ 入射ユニット
７６ 光ファイバ
７８ フォトセンサ
８０ 測定回路

Claims (8)

1. 第１および第２の配線層を有するプリント配線板の前記第１および第２の配線層間を接続する方法であって、
   前記プリント配線板の層間絶縁層を貫通する配線層接続用の穴を設ける工程と、
   前記配線層接続用穴にパウダー状または線状のＣｕ系、Ａｕ系またはＡｌ系の金属充填材を充填する工程と、
   前記配線層接続用穴内の前記金属充填材に対して可変のパルス幅を有するＹＡＧ高調波のパルスレーザ光を照射し、前記パルスレーザ光のエネルギーで前記金属充填材を前記配線層接続用穴のおもて側から裏側まで溶融させて、前記配線層接続用穴に臨む前記第１および第２の配線層と接合する導体プラグを形成する工程と
   を有するプリント配線板の配線層間接続方法。
2. 前記ＹＡＧ高調波のパルスレーザ光をガルバノメータ・スキャナによりスキャニングして前記金属充填材に照射する、請求項１に記載のプリント配線板の配線層間接続方法。
3. 前記ＹＡＧ高調波のパルスレーザ光のパワーを波形制御する、請求項１または請求項２に記載のプリント配線板の配線層間接続方法。
4. 前記ＹＡＧ高調波が波長５３２ｎｍのＹＡＧ第２高調波である、請求項１〜３のいずれか一項に記載のプリント配線板の配線層間接続方法。
5. 前記配線層がＣｕあるいはＣｕ合金の導体パターンで形成されている、請求項１〜４のいずれか一項に記載のプリント配線板の配線層間接続方法。
6. 前記配線層接続用穴は１層または２層以上の層間絶縁層を貫通するスルーホールである、請求項１〜５のいずれか一項に記載のプリント配線板の配線層間接続方法。
7. 前記配線層接続用穴は前記第１および第２の配線層間に設けられるバイアホールである、請求項１〜５のいずれか一項に記載のプリント配線板の配線層間接続方法。
8. 前記プリント配線板はビルドアップ多層配線板である、請求項１〜７のいずれか一項に記載のプリント配線板の配線層間接続方法。

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