JPH02500891A

JPH02500891A - 穴あけ装置および方法

Info

Publication number: JPH02500891A
Application number: JP63507517A
Authority: JP
Inventors: サンカー　ノット　ジー; ピレーキ　ヴィクター　ティー; ザヘイケヴィッチ　ジョージ　エイ
Original assignee: ディジタル　イクイプメント　コーポレーション
Priority date: 1987-09-03
Filing date: 1988-09-02
Publication date: 1990-03-29
Also published as: US4839497A; WO1989001842A1

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】本発明は複合材料、特にプリント配線板に穴あけを行う装置および方法に関する。

プリント配線板は電子装置の回路構成要素、たとえば、集積回路を取り付け、接続する手段となる。このようなプリント配線板は銅被覆した絶縁基板を包含し、この銅被覆を選択的にエツチングして所望の回路経路を作る。プリント配線板の基板を作る材料はプリント配線板に接続した回路の適正な機能に悪影響を与えるおそれのある熱、電気の伝導を避けるために熱容量が低いことが好ましい、したがって、プリント配線板基板は注意深く選んだ材料、たとえば、ガラス繊維補強ポリマーで作るのが望ましい、プリント配線板上て適正な電気接続を行うために、プリント配線板は基板材料の表面に設けた銅の層からなるｔｉｌｔ体として作る０次いて、銅被覆面にエツチングを施し、銅電気コネルタの所望のパターンを歿す、プリント配線板はり−ト線の突出した回路構成要素のための取り付は板としても用いられるのて、普通は、プリント配線板に穴をあけて回路構成要素のり一ト線を受け入れる必要かある。

プリント配線板に穴をあける公知の方法ては、Ｎ／Ｃ制御のボール盤、たとえば、ＡＤＶＡＮＣＥＤ　Ｃ０ＮＴＲ０ＬＳ　ＴＲＵＤＲＩＬ　ＭＯＤＥＬ　９５あるいはＥｘｃｅｌｌｏｎ　Ｍｏｄｅｌ　Ｍａｒｋ　ＩＶを利用■■ 機械的なドリルを使用する。この種のトリルはタングステン・カーバイトで作ったドリルビットを使用している。ドリルビットの破損を防ぎ、あけた穴の一貫性を雌持し、さらに、穴付近のプリント配線板部分に余分な損傷を与えるのを防ぐために、チップロート（送り速度）は約０．５ミル／回転より低く保ち、トリルビットあたりのヒツト回数を約５００回に保たなければならない、タングステン・カーバイド製のトリルビットは普通は一木あたり４〜１２ドルてあり、２５００個の穴を有する超高密度マイクロモジュールの機械的穴あけのためには全トリルビット・コストは約６０ドルにもなるから、機械的な穴あけは高価なものとなることがわかった。さらに、ケブラ補強ポリマーや均質融合石英基板のような成る種の基板に穴あけするには機械的穴あけは不適であることもわかった。

機械的穴あけほど広く使用されているわけではないが、別の公知の方法としては、ネオジムＹＡＧ（イツトリウム・アルミニウム・ガーネット）レーザまたは二酸化炭素レーザ（共に通常はパルス状モードで使用される）のような単一レーザを使用する、この単一レーザ穴あけ方法は銅がまったくないかあるいは薄い銅厚さ、たとえば、０．０００７ミル以下となっている約ｌＯ〜２０ミルの薄い積層厚さを有するプリント配線板にとりて満足できることがわかった。しかしながら、この単一レーザ穴あけ方法特に銅厚さが０．０００７ミルを超える銅／ポリマー複合体に穿孔する能力が限られる。もワと大きい厚さのものに穴をあけるためには、単一レーザの出力を高めなければならないことがわかった。しかしながら、出力を高めると、レーザ穿孔穴のまわりの部分に悪影響を与えて剥離を生じさせる。したがって、プリント配線板に穴をあけるための改良された安価な方法が必要である。

久里例患ス本発明は２つ以上のレーザを使用することによって基板、たとえば、プリント配線板に穴をあける改良された方法および装置を提供する。ここで用いている「プリント配線板」なる用語はエポキシガラス、ポリイミド、セラミックのような種々の材料から作った相互接続基板を含んでいる。

一般に、レーザ光線が基板の表面に入射すると、基板は入射光線を吸収したり、反射したりする。吸収率は基板を作った材料の性質や入射光線の波長によって異なる。

効率良く穴あけを行うためには、基板が入射光線をほとんどすべて吸収し、最短時間で気化するのが望ましい、＊＜て高エネルギのパルスの方がより低いエネルギ・レベルの長いパルスより好ましい、これは短い高エネルギ・パルスがプリント配線板をより急速に気化させると共に、穿孔穴まわりの部分に与える損傷が少ないからである。

したがって、穴あけしている材料の吸収特性とレーザ光線波長との正しく適合することが最も望ましい。

プリント配線板で用いられる種々の材料は任意所与の波長の電磁放射線を種々の程度に吸収する。たとえば、ポリマー・マトリックスは１０．６１Ｌｍの波長を有する単一二酸化炭素レーザな容易に吸収するが、一方、ポリマーの表面にある銅はこの波長の放射線をほとんど反射してしまう、したがって、二酸化炭素レーザはポリマーおよびガラス材料を効率良く気化させ、除去することはできるが、銅層はほんの少し加熱するだけである。一方、もっと短い波長、たとえば、０．６９１Ｌｍを有するルビーレーザのような固体レーザは銅によってより容易に吸収され、銅を貫いて穴をあけるのに一層適している。

穴あけしようとしている複合材料すなわち積層材料の特性に照らして、特に、そこに含まれる種々の材料が放射線の波長に依存して種々の率で入射放射線を吸収するという事実に照らして１本発明によれば、少なくとも２１ｉ類の波長を有する放射線を穴あけ位置に送る。したがって１本発明は複合材料または積層材料に穴をあける装置ｔおよび方法であって、Ｍｌの電磁波路に沿って第１の電磁波を発生する手段と、第２の電磁波路に沿って第２の電磁波を発生する手段とを包含し、第２の電磁波が第１％ｉ磁波の波長と異なる波長を有する装置および方法を提供する。これらの波長は材料の成分の気化作用を最大にするように選定する０本装置は、さらに、第１ｔ磁波および第２電磁波を共通の電磁波路に沿って方向付け、穴あけしようとしている材料上に電磁波を合焦させることができると好ましい。

プリント配線板に穴をあけるためには、ルビーレーザ、二酸化炭素レーザのような２種類のレーザな利用するのが望ましいことがわかった０本発明ては、異なワた波長を有する２つ以上の電磁波の方向付けが多層基板または複合基板に穴をあける効率の良い装置を提供しながらも２つの独立したレーザ装置の間で複合材料を移動させることなくいくつかの作業モードを行い得るので有利である。１つの加工装置で基板に穴をあけることによって、一方のレーザ装置から他方のレーザ装置に部品を動かすことから生じる整列エラーが効果的に排除される。さらに、本発明の穴あけ装置の保守コストは機械的な穴あけ装置よりも低い。

図面の簡単な説明ただ１つの図は本発明の一具体例の概略図である。

詳細な説明本発明は異なった波長を有する少なくとも２種類の電磁波を利用してプリント配線板のような複合材料または多層材料に穴をあける装置および方法てあって、それぞれの電磁波が複合材料または多層材料を＆Ｉ成している材料のうち少なくとも１つの材料によって容易に吸収され、２種類のビームを共通の軸線に沿って方向付け、穴あけしようとしている材料に入射させる装置３よび方法を提供する。

好ましくは、これら組み合わせビームは複合材料に到達する前に合焦レンズのような合焦機構を通るように送られる。

本発明の電磁波は、好ましくは、ルビーレーザ、エキシマ−（ｅｘｉｍｅｒ）、二厳化炭素レーザ、ネオジムＹＡＧレーザのようなレーザで発生させられる。当業者には明らかなように、穴あけしようとしている材料に応じて種々のレーザを使用することが望ましい、一般には、ルビーレーザとエキシマ−レーザが金属材料に穴をあけるのに適した波長を持つが、重合材料に穴をあけるには二酸化炭素レーザやネオジムＹＡＧレーザがもっと好ましい０本発明の装置は複合材料に小さい穴、たとえば、１〜８ミルの直径の穴をあける手段となる。特に１本発明は銅被覆、ガラス繊維補強エポキシまたは銅被覆、ガラス繊維補強ポリイミドのような複合材料または多層材料に小さな穴、たとえば、１〜６ミルの直径の穴を効率良くあけることのできる装置を提供する。明らかなように２本方法は特に小さな穴をあけるのに有利ではあるが、大きな穴をあけるにも同様に応用できる。

図を参照して、ルビーレーザのような第１の電磁放射線源ｌＯが第１の軸線１１に沿って第１の電磁波ビームを放射し、二酸化炭素レーザのような第２の電磁放射線源２０が第２の軸線２１に沿って第２の電磁波ビームを放射する。

本発明の複数の電磁波ビーム１１．２１は、好ましくは、図示のビーム組合わせ用ミラー３０によって共通の電磁波経路に沿って方向付けられる。ビーム組合わせ用ミラー３０は、好ましくは１片面を反射性被覆で覆われており、第４．第２の電磁波が約４５度の角度でこのミラーに入射したときには第１電磁波１１を反射し、第２電磁波２１を通過させるようになっている。ビーム組合わせ用ミラー３０は共通軸線に沿って多重、たとえば、二重ビーム伝播を行うように各光路に対して位置決めされる。

図示のように、ビーム１１．２１は直角であり、ミラー３０がこれらのビームに対して約４５度て位置すると好ましい。

上述したように１組合わせビームは１次に、合焦レンズのような合焦機構４０によって穴あけ部位５０に合焦させると好ましい、ルビーレーザと二酸化炭素レーザな使用する場合には、亜鉛・セレニド（ＺｅＳｅ）レンズが適していることがわかった。

合焦レンズの焦点距離は使用する装置に対して所望の穴径を与えるように選ばなければならないことは了解されたい、一般には、１％インチ〜５インチの焦点距離を有するレンズが適していることがわかった。また、レンズを作る材料が使用するレーザに対して透明でなければならないことも了解されたい。

多層材料または複合材料に穴をあける場合、電磁波ビームは任意の組合わせであるいは同時に普通の制御器１５を使用して順次に変調のオン、オフを行ってもよい、電磁波ビームをパルス状のモードでルビーレーザとＣＯ□レーザによって供給する場合には、ルビーレーザからは１〜４パルス／秒、Ｃ０２レーザからはｌＯＯ〜１０００パルス／秒て電磁波ビームを送ると望ましいことがわかった。パルスは均等に間隔を置かれ、パルスの持続時間がパルス間の時間間隔に等しいように供給されると好ましい、あるいは、電磁波ビームの制御を穴をあけようとしている材料の動きに同調させて多数の穴を迅速にあけるようにすると好ましい、プリント配線板は標準のＸ−Ｙテーブルのような普通の手段によって位置決めしてもよい。

ここで１本発明によれば、ルビーレーザ、二酸化炭素レーザのような２種類のレーザな同じビーム経路に沿って方向付け、同時にあるいは順次に銅被覆ガラス繊維補強ポリマーに入射させた場合には、複合体の各材料が効率良く除去される。

ルビーレーザが銅に最初により効果的に作用して銅の除去を行うと同時に、二酸化炭素レーザはほとんど反射される０組合わせたレーザビームがひとたび銅を貫通し、ポリマー・ガラス・マトリックスが露出したならば、二酸化炭素レーザビームが効果的に働いて。

ガラス繊維補強ポリマーを効率良く除去する。

衷施例本発明の装置を、マサチュセッツ州つォルサム市のＡｄｖａｎｃｅｄ　Ｌａ５ｅｒ　５ｙｓＬｅｌＩｓから得られるルビーレーザＭｏｄｅ１６０４を第４電磁波ビーム源として用いて組み立てた、このルビーレーザは約０．６９Ｂｍの波長を有する電磁波ビームを放射し、これは銅によって容易に吸収される。ルビーレーザは約３００マイクロ秒のパルス長をもって２パルスを与えるようにセットし、エネルギ設定値は１５００ボルトてあった。これは普通は１〜３ジユールの出力を与える。第２電磁波ビーム源はマサチュセッツ州スターブリッジ市のＣｏｈｅｒｅｎｔ　Ｇｅｎｅｒａｌから得られる二酸化炭素レーザ（Ｍｏｄｅ１Ｍ４６）であった、これは約１１０−６Ｂの波長を有する放射線を放射し、ポリマー・マトリックスによって適当に吸収される。Ｃｏ、レーザは５００Ｈｚの周波数にセットし、２５０マイクロ秒て放射線を放射し、１２５パルスの放射を行うようにプログラムした。ここで使用したｃｏ、レーザビームはピーク出力が約７００ワツトてあり、パルス長が約１００マイクロ秒でありだ、ルビーレーザビームと二酸化炭素レーザビームはビーム組合わせ用ミラーて組合わせた。このミラーは亜鉛・セレニドてあり、図示したものに類似した要領て被覆した。ビーム組合わせ用ミラーはヴアーモント州タウンシェンド市ルート３５、ボックス２５、ＨＲＣ３３のＪａｎｏｓ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ、１ｎＣ，によって提供されたものであり、次のような仕様を有する。

直径　＝　２インチ：１０．６ミクロンて％波長に対して平坦：表面の品質　：　４０／２０；平行度　：　厚み中心で３０アークセカンド；表面ｌ　：　入射角４５度で０．６９ミクロンの最大反射率（少なくとも９０％）を与える；表面２　：　入射角４５度で１０００ミクロンの最大前反射率（少なくとも８０％）を与える組合わせビームは次に亜鉛・セレニド（ＺｎＳｅ）で作られ、２局インチの焦点距離を宥する最終合焦レンズによって合焦された。このようにして、ルビーレーザからの第１パルスは頂部銅被覆を気化させて穴を穿ち１次にＣ０２レーザて絶縁材を気化させた９次いで、第２のルビー・パルスが銅被覆の底層を気化させた０本装置は両側面に約１．４ミルの銅被覆を有し、約８ミルの絶縁材厚さを有する両面プリント配線板を貫いて毎分５０〜６０個の割合で５ミルの直径を有する穴をあけた。

上述したように、種々のレーザ放射線が本発明の実施にあたって有利に利用される、たとえば、０．６９弘ｍの波長を有するルビーレーザと０．１９３〜３．３５１ミクロンの波長を有するエキシマ−レーザか金属、たとえば、銅層な貫いて穴をあけるのに適している。１０．５ｐｍの波長を有する二酸化炭素レーザはポリマー材料に穴をあけるのに適している。また、ＹＡＧレーザを使用することもてきる。入射電磁波ビームの持続時間を適正に制御すると共に適切な電磁放射線源を選ぶことにより、穿孔部位に隣接した部分に悪影響を与えることなく効率良く穴をあけることがてきる。

本発明は、特に、プリント配線板の製造に使用されるガラスミｍ補強ポリマー材料、たとえば、ＦＲ４のような複合材料に穴をあけるのに適している。−居詳しく言えば、本発明は、特に、ガラス繊維補強エポキシ、または銅被覆・ガラス繊維補強ポリイミドのような銅被覆多層複合材料に穴をあけるのに適している０本発明は、また、石英補強ポリマーまたはケブラ（ＤｕＰｏｎｔ　Ｃｏｒｐ、のＫｅｖｌａｒＴ′）補強ポリマーおよび均質融合石英基板に穴をあけるのにも適している６３つ以上の電磁波源を本発明の範囲内て利用し得ることは了解されたい。

国際調査報告＋−−＊ｍａ＊−１ｂ、Ｎ＠、　ＰＣ＋ｒ／ＵＳ　８１！１０３００３国際調査報告ＵＳ　８８０３００３ＳＡ　２４２７６

Claims

【特許請求の範囲】

１．異なった放射線を吸収する第１，第２の材料で作った複合材料または多層材料に穴をあける装置であって、第１の電磁波路に沿って第１の電磁波を発生する手段と、第２の電磁波路に沿って第２の電磁波を発生する手段とを包含し、前記第２電磁波の波長が前記第１電磁波の波長と異なっており、前記第１、第２の電磁波がそれぞれ前記第１、第２の材料の気化を最大限に行うように選定してあり、さらに、前記複合材料に対して共通の電磁波路に沿って前記第１、第２の電磁波を方向付ける手段を包含することを特徴とする装置。
２．請求項１記載の装置において、さらに、前記方向付けられた第１、第２の電磁波を前記複合材料に合焦させる手段を包含することを特徴とする装置。
３．請求項１記載の装置において、前記第１電磁波発生手段がレーザであることを特徴とすろ装置。
４．請求項１記載の装置において、前記第１電磁波発生手段がルビーレーザであることを特徴とする装置。
５．請求項１記載の装置において、前記第１電磁波発生手段がエキシマーレーザであることを特徴とする装置。
６．請求項３記載の装置において、前記第２電磁波発生手段がレーザであることを特徴とする装置。
７．請求項６記載の装置において、前記第２電磁波発生手段がＣＯ２レーザであることを特徴とする装置。
８．請求項６記載の装置において、前記第２電磁波発生手段がＹＡＧレーザであることを特徴とする装置。
９．請求項６記載の装置において、前記方向付け手段が前記電磁波の１つを反射し、他の電磁波を透過させることを特徴とする装置。
１０．請求項１記載の装置において、前記方向付け手段が前記電磁波を反射し、他方の電磁波を透過させることを特徴とする装置。
１１．請求項６記載の装置において．前記方向付け手段がビーム組合わせ用ミラーであることを特徴とする装置。
１２．請求項２記載の装置において、前記合焦手段がレンズであることを特徴とする装置。
１３．請求項１２記載の装置において、前記レンズがＺｎＳｅレンズであることを特徴とする装置。
１４．請求項１記載の装置において、前記複合材料がプリント配線板であることを特徴とする装置。
１５．請求項１４記載の装置において、前記複合材料が鋼で被覆したガラス繊維補強ポリマーの基板を有するプリント配線板であることを特徴とする装置。
１６．請求項１記載の装置において．前記複合材料が鋼で被覆したガラス繊維補強エポキシの基板を有するプリント配線板であることを特徴とする装置。
１７．請求項１記載の装置において、前記複合有料が銅で被覆したガラス繊維補強ポリイミドの基板を有するプリント配線板であることを特徴とする装置。
１８．請求項１記載の装置において、前記第１、第２の電磁波を同時に発生するようになっていることを特徴とする装置。
１９．請求項１記載の装置において、前記第１、第２の電磁波を順次に発生するようになっていることを特徴とする装置。
２０．請求項１９記載の装置において、前記第１電磁はがルビーレーザビームであり、前記第２電磁波が二酸化炭素レーザビームであることを特徴とする装置。
２１．請求項２０記載の装置において、前記方向付け手段がビーム組合わせ用ミラーであることを特徴とする装置。
２２．請求項２１記載の装置において、前記ビーム組合わせ用ミラーが前記ルビーレーザビームをほぼ反射し、前記二酸化炭素レーザビームをほぼ透過させることを特徴とする装置。
２３．異なった率で１波長の入射放射線を吸収する少なくとも第１、第２の材料からなるプリント配線板に穴をあける装置であって、第１のレーザビームを発生する手段と、前記第１レーザビームの波長と異なる波長を有する第２のレーザビームを発生する手段とを包含し、前記第１、第２の波長がそれぞれ前記第１、第２の材料の気化を最大限に行うように選定してあり、さらに、共通のレーザビーム路に沿って前記第１、第２のレーザビームを方向付ける手段を包含することを特徴とする装置。
２４．請求項２３記載の装置において、さらに、前記プリント配線板に前記組合わせたビームを合焦させる手段を包含することを特徴とする装置。
２５．請求項２４記載の装置において、前記合焦手段がレンズであることを特徴とする装置。
２６．請求項２５記載の装置において、前記レンズが亜鉛・セレン・レンズであることを特徴とする装置。
２７．請求項第２３記載の装置において、前記方向付け手段がビーム組合わせ用ミラーであることを特徴とする装置。
２８．請求項２７記載の装置において、さらに、前記第１、第２の電磁波発生手段を制御する手段を包含することを特徴とする装置。
２９．第１の材料と第２の材料からなる基板に穴をあける方法であって、第１の電磁波路に沿って第１の電磁波を発生する段階と、第２の電磁波路に沿って第２の電磁波を発生する段階とを包含し、前記第２電磁波の波長が前記第１電磁波の波長と異なっており、前記第１、第２の電磁波がそれそれ前記第１、第２の材料の気化を最大限に行うように選定してあり、さらに、前記複合材料に対して共通の電磁波路に沿って前記第１、第２の電磁波を方向付ける段階を包含することを特徴とする方法。
３０．請求項２９記載の方法において、さらに、前記基板に前記方向付けられた電磁波を合焦する段階を包含することを特徴とする方法。
３１．請求項２８記載の基板に穴をあける方法において、前記第１電磁波が第１レーザによって発生させられることを特徴とする方法。
３２．請求項３１記載の基板に穴をあける方法において、前記第１レーザがルビーレーザであることを特徴とする方法。
３３．請求項３１記載の基板に穴をあける方法において．前記第１レーザがエキシマーレーザであることを特徴とする方法。
３４．請求項３１記載の基板に穴をあける方法において、前記第２電磁波が第２レーザによって発生させられることを特徴とする方法。
３５．請求項３４記載の基板に穴をあける方法において、前記第２レーザがＣＯ２レーザであることを特徴とする方法。
３６．請求項３５記載の基板に穴をあける方法において、前記第２レーザがＹＡＧレーザであることを特徴とする方法。
３７．請求項３０記載の基板に穴をあける方法において、前記第１、第２の電磁はがビーム組合わせ用ミラーによって方向付けられることを特徴とする方法。
３８．請求項３７記載の基板に穴をあける方法において、前記方向付けられた電磁はがレンズによって合焦させられることを特徴とする方法。
３９．請求項３８記載の基板に穴をあける方法において、前記レンズがＺｎＳｅレンズであることを特徴とする方法。
４０．請求項３８記載の基板に穴をあける方法において、さらに、前記第１、第２の電磁波の発生を制御する手段を包含することを特徴とする方法。
４１．請求項４０記載の基板に穴をあける方法において、前記第１、第２の電磁波が同時に発生させられることを特徴とする方法。
４２．請求項４０記載の基板に穴をあける方法において、前記第１、第２の電磁波が順次に発生させられることを特徴とする方法。
４３．請求項４０記載の基板に穴をあける方法において、前記基板がプリント配線板であることを特徴とする方法。
４４．第１、第２の材料からなるプリント配線板に穴をあける方法であって、第１のレーザビームを発生する段階と、前記第１レーザビームの波長と異なる波長を有する第２のレーザビームを発生する段階とを包含し、前記第１、第２のレーザビームの波長がそれぞれ前記第１、第２の材料の気化を最大限に行うように選定してあり、さらに、共通のレーザビーム路に沿って前記第１、第２のレーザビームを方向付ける段階を包含することを特徴とする方法。
４５．請求項４３記載のプリント配線板に穴をあける方法において、さらに、前記プリント配線板に前記方向付けられたビームを合焦させる段階を包含することを特徴とする方法。
４６．請求項４４記載のプリント配線板に穴をあける方法において、前記方向付けられたビームがレンズによって合焦させられることを特徴とする方法。
４７．請求項４５記載のプリント配線板に穴をあける方法において、前記レンズが亜鉛・セレン・レンズであることを特徴とする方法。
４８．請求項４３記載のプリント配線板に穴をあける方法において、前記レーザビームがビーム組合わせ用ミラーによって方向付けられることを特徴とする方法。
４９．請求項４４記載のプリント配線板に穴をあける方法において、前記プリント配線板が銅被覆したガラス繊維補強ポリマーであることを特徴とする方法。
５０．請求項４４記載のプリント配線板に穴をあける方法において、前記プリント記線板がケブラ補強ポリマーであることを特徴とする方法。
５１．請求項４４記載のプリント配線板に穴をあける方法において、さらに、前記第１、第２のレーザビームの発生を制御する段階を包含することを特徴とする方法。