JPH05211398A - 多層回路における層間貫通孔形成方法 - Google Patents

多層回路における層間貫通孔形成方法

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JPH05211398A
JPH05211398A JP4206635A JP20663592A JPH05211398A JP H05211398 A JPH05211398 A JP H05211398A JP 4206635 A JP4206635 A JP 4206635A JP 20663592 A JP20663592 A JP 20663592A JP H05211398 A JPH05211398 A JP H05211398A
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holes
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thick film
dielectric
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Carl B Wang
バッサン ウァン カール
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EI Du Pont de Nemours and Co
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 多層電子結合回路の層間貫通孔パターンを速
やかに形成する。 【構成】 各層間貫通孔はＮｄ：ＹＡＧレーザ３の制御
された数のビームパルスによって穿孔される。ビームの
位置決めはプログラムされた検流計式のビーム位置決め
機により制御される。穿孔シーケンスは、対称「巡回セ
ールスマン問題」の自己発見的アルゴリズムの適用によ
って随意に制御される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は無機誘電体層に速やかに
層間貫通孔（ｖｉａ ｈｏｌｅｓ）を形成する方法に関
する。特に、本発明は多層電子結合回路（ｍｕｌｔｉｌ
ａｙｅｒ ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｃｉｒｃｕｉｔｓ）
に速やかにヴィア（ｖｉａ）を形成する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】ヴィアとは、多層回路の隣接する層を作
動可能に連結するために用いられている導電通路であ
る。
【０００３】多層回路にヴィアを形成する従来の方法
は、下張りした導電体パターンの上に誘電体ペーストの
パターンをスクリーン印刷し、これで層間貫通孔がスク
リーンの不導電領域によって形成される。印刷された誘
電体層はそれから焼成され、層間貫通孔には導電性厚膜
ペーストがスクリーン印刷によって充填される。
【０００４】ヴィアを形成する他の方法は、誘電体のグ
リーン（未焼成）テープに穿孔し、上述の方法で層間貫
通孔をスクリーン印刷によって充填し、そして有機媒体
を取除くべくそのテープを焼く。
【０００５】しかしながら、これらの多層回路のヴィア
形成方法は、均一な形状で対称なヴィアが信頼的に作ら
れ得るには、厚膜に対しては径が８〜１０ミルあるいは
それより大きく、またグリーンテープに対しては４ミル
あるいはそれより大きい場合のみに限られている。これ
らの方法で、より小さなヴィアを作ろうという試みがな
されるとき、層間貫通孔は印刷および焼成工程中にいっ
ぱいになる傾向がある。
【０００６】従来のスクリーン印刷法を改良する試みに
おいて、層間貫通孔を形成するのにレーザ穿孔の使用を
多数の経験者が推奨している。例えば、コッカ等（Ｃｏ
ｃｃａ ｅｔ ａｌ）は、厚膜導電体上の未焼成厚膜誘
電体をレーザ穿孔することを推奨している（Ｌａｓｅｒ
Ｄｒｉｌｌｉｎｇ ｏｆ Ｖｉａｓ ｉｎ Ｄｉｅｌ
ｅｃｔｒｉｃ ｆｏｒ Ｈｉｇｈ Ｄｅｎｓｉｔｙ Ｍ
ｕｌｔｉｌａｙｅｒＴｈｉｃｋ Ｆｉｌｍ Ｃｉｒｃｕ
ｉｔｓ， Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｇ
ｙ，１９７８年９月号，６３〜６６頁）。この方法によ
る層間貫通孔の穿孔では、コッカ等は単一レーザパルス
を用い、パワーレベルが４２〜４７ｍｊのパルス化され
たＹＡＧレーザを用いたところ、レーザ穿孔された層間
貫通孔の下側の金導電体パターンが取除かれてしまっ
た。
【０００７】さらに、バレット等（Ｂａｒｒｅｔｔ ｅ
ｔ ａｌ）は、１ｋＨｚのＱレートで１Ｗにセットさ
れ、パルス化されたＹＡＧレーザを用い焼成された誘電
体層をレーザ穿孔することを開示している。この研究
は、穿孔の深さは所定のパワーレベルにおけるパルスの
数に直接関係することを示している（Ａ Ｍｅｔｈｏｄ
ｏｆ Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒ
ｏｓｃｏｐｅ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ Ｌａｓｅｒ
Ｄｒｉｌｌｅｄ Ｔｈｉｃｋ Ｆｉｌｍ Ｖｉａｓ，Ｈ
ｙｂｒｉｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ，１９８４年春期第４号，
６１〜６３頁）。
【０００８】最近では、同時係属の特許出願番号ＰＣＴ
／ＵＳ９０／０６１６０，１９９０年１０月２５日出願
で、カワサキ等が、ビーム反射型基材上に透明保護層を
有する無機絶縁（誘電体）層に、層間貫通孔を形成する
ためにレーザビームを用いたことを開示している。この
層間貫通孔を厚膜ペーストで充たし、保護層を取除き、
それから所望の層の数を得るべくシーケンスを繰返し、
その後全体の組立体を同時に焼成している。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
誰もが、現在の電子製造法が要求する速さおよび品質を
満たし得る、レーザを用いて層間貫通孔を穿孔する方法
を装置化していない。すなわち、先行技術におけるレー
ザ穿孔法では、製造工程での穿孔はあまりにも遅く商業
的組立処置の要求を満たし得ない。
【００１０】
【課題を解決するための手段】それ故に、本発明の主た
る形態は、実質的に揮発性の有機溶剤を含まない融蝕性
有機媒体中に分散され細かく分割された誘電性固体の粒
子を有する未焼成層であって、１〜２０００ミクロンの
厚みを有する層に、所定サイズの層間貫通孔のパターン
列を急速に形成する方法であって、以下のステップを連
続して有することを特徴とする方法： （ａ）前記誘電体層の表面の所定位置にレーザビームを
向けるべくＹＡＧレーザ光の光源を位置決めする； （ｂ）前記誘電体層の表面の所定位置上に、少なくとも
１ｋＨｚの速度で、複数個のＹＡＧレーザビームパルス
を当てる。該レーザビームは（１）ビームサイズが少な
くとも１ミルであるが、形成される孔の所定のサイズよ
り小さく、（２）焦点深度が前記誘電体層の厚みより大
であり、（３）パワーレベルが少なくとも１Ｗであっ
て、かつ、パルスの数が誘電性固体の高密度化を招くこ
となくレーザビームの下の領域内で誘電体層を通して有
機媒体の完全な融蝕をもたらし、それによって形成され
た孔内に細かく分割された誘電体粒子の残留物を形成す
るに十分である； （ｃ）プログラムされた検流計式のビーム位置決めの手
段により、誘電体層の表面のさらに所定位置にレーザビ
ームを向けるべく前記レーザ光の光源を再位置決めす
る； （ｄ）未焼成層に層間貫通孔のパターン列を形成すべく
少なくとも１秒当り５０回の速度で上記ステップ（ｂ）
および（ｃ）を連続して繰返すことにある。
【００１１】ここで、レーザビームのパルス速度は８〜
１２ｋＨｚであってもよい。
【００１２】また、誘電体層が厚膜層であり、レーザビ
ームのパワーレベルが３〜５Ｗであってもよい。
【００１３】また、誘電体層がグリーンテープであり、
レーザビームのパワーレベルが８〜１２Ｗであってもよ
い。
【００１４】さらに、誘電体層は、揮発性溶剤が加熱に
よって取除かれ乾燥された厚膜ペーストであってもよ
い。
【００１５】また、パターン列に層間貫通孔を形成する
速度は、対称「巡回セールスマン問題」の自己発見的ア
ルゴリズムの適用によって決定された順序に従う層間貫
通孔の穿設により最適化されてもよい。
【００１６】なお、上記の誘電性固体はガラスであって
もよい。
【００１７】本発明の第２の形態は、所定のサイズで相
互に接続された導電ヴィアを有する多層回路の形成方法
であって、以下のステップを有することを特徴とする方
法： （ａ）未焼成誘電体層をもたらし、該誘電体層に請求項
１の寸法により層間貫通孔のパターン列を形成する； （ｂ）層間貫通孔から誘電体粒子の残留物を取除く； （ｃ）残留物を取除いた前記層間貫通孔を、液状有機媒
体中に分散され細かく分割された導電金属の粒子と無機
結合剤とを含む導電性厚膜ペーストで充填する； （ｄ）前記充填された層間貫通孔と適正に整合させて、
液状有機媒体中に分散され細かく分割された導電金属の
粒子と無機結合剤とを含む厚膜導電体ペーストのパター
ンを施す； （ｅ）前記誘電体層および厚膜ペーストから有機媒体の
蒸発、誘電性固体の高密度化および前記厚膜ペースト中
の無機結合剤の焼結をもたらすべく前記誘電体層を焼
く； （ｆ）直前の一連のステップ（ｅ）から焼成された集積
体の露出表面を基体として利用しつつ、所望の数の回路
層を形成するためにステップ（ａ）から（ｅ）までを十
分な回数繰返すことにある。
【００１８】ここで、レーザで穿孔された誘電体層、層
間貫通孔充填ペーストおよび導電性厚膜層は連続的に焼
成されてもよい。
【００１９】また、レーザで穿孔された誘電体層および
層間貫通孔充填ペーストは同時焼成され、導電性厚膜層
が続けて焼成されてもよい。
【００２０】さらに、レーザで穿孔された誘電体層が続
いて焼成され、層間貫通孔充填ペーストおよび導電性厚
膜層が同時焼成されてもよい。
【００２１】さらに、レーザで穿孔された誘電体層、層
間貫通孔充填ペーストおよび導電性厚膜層は同時に焼成
されてもよい。
【００２２】なお、多層回路は（ａ）厚膜、（ｂ）グリ
ーンテープ、および（ｃ）厚膜とグリーンテープ層から
選ばれた複数の誘電体層を有してもよい。
【００２３】本発明の第３の形態は、所定のサイズで相
互に接続された導電ヴィアを有する多層回路の形成方法
であって、以下のステップを有することを特徴とする方
法： （ａ）寸法的に安定したセラミック基体をもたらす； （ｂ）前記セラミック基体に、液状有機媒体中に分散さ
れ細かく分割された導電金属の粒子と無機結合剤とを含
む厚膜導電体ペーストのパターンを施し、該厚膜ペース
トを前記有機媒体の蒸発および無機結合剤の焼結のため
に焼く； （ｃ）前記焼成された導電体パターンおよび前記基体の
露出領域に未焼成誘電体層を施し、該誘電体層に請求項
１の方法により層間貫通孔のパターン列を形成する； （ｄ）層間貫通孔から誘電体粒子の残留物を取除く； （ｅ）前記誘電体層から有機媒体を蒸発すべく誘電体層
を焼く； （ｆ）前記焼成された誘電体層上に少なくとも１つの付
加的未焼成誘導体層を施し、該付加的誘電体層に下側の
誘電体層の孔パターンと位置合わせされた層間貫通孔の
パターン列を形成する； （ｇ）該層間貫通孔から誘電体粒子の残留物を取除く； （ｈ）前記誘電体層から有機媒体を蒸発すべく誘電体層
を焼く； （ｉ）該焼成された誘電体層の層間貫通孔を、液状有機
媒体中に分散され細かく分割された導電金属の粒子と無
機結合剤とを含む導電体厚膜ペーストで充填する； （ｊ）液状有機媒体中に分散され細かく分割された導電
金属の粒子と無機結合剤とを含む厚膜導電体ペーストの
パターンを施し、該集成体を、誘電体層および前記厚膜
ペーストから有機媒体を蒸発し、厚膜ペースト中の無機
結合剤の焼結のために焼く； および （ｋ）直前の一連のステップのステップ（ｊ）からの焼
成された集成体の露出面を基体として利用しつつ、所望
の数の回路層を形成するためにステップ（ｃ）から
（ｊ）を十分な回数繰返すことにある。
【００２４】本発明の第４の形態は、所定のサイズで相
互に接続された導電ヴィアを有する多層回路の形成方法
であって、以下のステップを有することを特徴とする方
法： （ａ）複数のグリーンテープ層を積層して寸法的に安定
した基体を形成し、該積層を焼く； （ｂ）前記基体に、液状有機媒体中に分散され細かく分
割された導電金属の粒子と無機結合剤とを含む厚膜導電
体ペーストのパターンを施し、該厚膜ペーストを前記有
機媒体の蒸発および前記無機結合剤の焼結のために焼
く； （ｃ）前記焼成した導電体パターンおよび前記基体の露
出領域にグリーンテープ層を施し、該グリーンテープ層
に請求項１の方法により層間貫通孔のパターン列を形成
する； （ｄ）前記層間貫通孔から誘電体粒子の残留物を取除
く； （ｅ）液状有機媒体中に分散され細かく分割された導電
金属の粒子と無機結合剤とを含む導電体厚膜ペーストで
前記残留物を取除いた層間貫通孔を充填する； （ｆ）直前の一連のステップのステップ（ｄ）から焼成
された集積体の露出表面を基体として利用しつつ所望の
数の回路層を形成するために、ステップ（ｂ）から
（ｅ）を十分な回数繰返す； （ｇ）前記導電体ペーストおよびグリーンテープ層から
前記有機媒体を蒸発すべくステップ（ｅ）からの集積体
を焼き、前記厚膜ペースト中の無機結合剤を焼結する； （ｈ）液状有機媒体中に分散され細かく分割された導電
金属の粒子および無機結合剤とを含む厚膜導電体ペース
トのパターンを、前記充填された層間貫通孔と位置合わ
せしてステップ（ｇ）からの焼成された集積体に施す； および、 （ｉ）前記導電体厚膜ペーストから前記有機媒体を蒸発
させるべくステップ（ｈ）からの集積体を焼き、前記厚
膜ペースト中の無機結合剤を焼結することにある。
【００２５】
【実施例】Ａ．概要 本発明方法は、多層電子結合回路で層間貫通孔およびヴ
ィアを迅速かつ正確に形成するという課題に向けられて
いる。特に、本発明はグリーンテープおよび厚膜誘電体
材料に細かい（４〜６ミル）またはより小さいヴィアの
広いパターンを、層が焼成される前に正確かつ迅速に形
成するという課題に向けられている。
【００２６】多層電子結合回路のヴィアは、１つの層の
回路パターンを導電体層が比較的薄い誘電体材料層によ
って分離されている他の層の回路パターンと電気的に接
続するために用いられる。
【００２７】複雑な多層回路の面積的要求を最小にすべ
く必要とされる実質的な回路密度のために、ヴィアは配
置および輪郭の両者に関して正確に作られること、およ
び極めて迅速に作られることが不可欠である。例えば、
４インチ×４インチの多層回路の１つの誘電体層は３，
０００ないしは４，０００のオーダのヴィアを必要と
し、このようして作られた装置はかかる層を５〜１０層
も含む。さらに、このような装置は大量に、例えば一日
に数千個生産されることがしばしば要求される。
【００２８】先行技術は、種々の有機および無機材料を
通して、マークおよび穿孔のためのレーザの使用を教示
するには十分ではあるが、実質的な問題は、レーザ穿孔
を実用化するためにこのような孔をいかにして連続的に
十分速く生成するかであった。本発明は、ビームの配置
および層間貫通孔の穿孔機能の両者が、誘電体層の物理
的特性および形状に従ってコンピュータ制御される適正
化されたレーザシステムの使用を通じて、前記問題にア
プローチしている。
【００２９】Ｂ．レーザ光学システム 本発明の実際の使用にあたり、好適なレーザ光学システ
ムは４つの主要部分を有している。第１はＱスイッチＮ
ｄ：ＹＡＧレーザであり、これは層間貫通孔を穿つため
のエネルギ源である。第２の部分はヘリウム−ネオン
（Ｈｅ−Ｎｅ）レーザであり、これは低エネルギの可視
赤色光ビームを生成する。ヘリウム−ネオンレーザから
のビームはＹＡＧレーザからの不可視ビームと同一軸線
上にあり、ＹＡＧレーザの効果を観察するためのマーカ
として機能する。第３の部分はビーム位置決め機であ
り、第４の部分はＴＶカメラである。ＴＶカメラは穿孔
作業の結果を観察するために用いられる。もちろん、Ｔ
Ｖカメラは本方法の作動に必須のものではない。しかし
ながら、穿孔作業の評価および制御を促進するためには
極めて好ましい。コンピュータ制御の下で、ビーム位置
決め機は集束されたＨｅ−ＮｅおよびＹＡＧビームを穿
孔領域に亘り条件付けし、かつ位置決めする。二色性ミ
ラーはＹＡＧレーザからの不可視赤外光を全てワーク表
面に反射し、可視のＨｅ−Ｎｅ光を部分的にワーク表面
に反射する。可視光の反射は二色性レンズを通してＴＶ
カメラによるワーク表面の観察を許容する。もちろん、
ＴＶカメラに代え顕微鏡を観察機能のために用いること
もできる。
【００３０】ここで図１において、Ｈｅ−Ｎｅレーザ１
が平行光Ａの可視ビームを発生するために用いられてい
る。平行光Ａはミラー２ａおよび２ｂにてＮｄ：ＹＡＧ
レーザ３に向けて反射されている。レーザ３では、不可
視の赤外線レーザビームが可視のＨｅ−Ｎｅビームと同
軸的に発生され、組合わされたビームＢは接眼レンズ５
と対物レンズ７とを有するビームエクスパンダを介して
通過される。ビームエクスパンダからは、光は第１ミラ
ー、すなわちＸミラー９に向けられる。Ｘミラー９は、
Ｘ軸駆動系統接続１３ａを経由して受けとられるコンピ
ュータ１３からのコンピュータ信号に応動する第１のガ
ルバノメータ１１により回動可動であり、ワークピース
３上でのＸ軸配置に関してビームＢを位置決めする役目
をする。Ｘミラー９から、拡大され組合わされたレーザ
ビームＢは第２のミラー、すなわちＹミラー１５に反射
される。Ｙミラー１５は、Ｙ軸駆動系統接続１３ｂを経
由して受けとられるコンピュータ１３からのコンピュー
タ信号に応動する第２のガルバノメータ１７により回動
可能であり、ワークピース２３上でのＹ軸配置に関して
ビームＢを位置決めする役目をする。Ｙミラー１５から
は、拡大され組合わされたレーザビームＢが焦点調節レ
ンズ１９を通って二色性ミラー２１に入射される。不可
視のＹＡＧビームは、ＸおよびＹミラーによって決定さ
れた位置に従ってワークピース２３に向かい下向きに反
射され、可視のＨｅ−Ｎｅ光はワークピース２３に向か
い下向きに部分的に反射され、それから二色性ミラー２
１を通して観察のためＴＶカメラ２５に上向きに反射さ
れる。
【００３１】Ｃ．材料 本発明方法の多数の利点のうちの一つは、従来の厚膜導
電体および誘電体材料、誘電体グリーンテープ、さらに
これ等の材料を電気回路の形成に適用する既存の技術を
使用しながら本発明方法が実行され得ることである。
【００３２】かくて、導電性層ないしは金属被覆は、ス
クリーン印刷の適用のために、適正な流動性を有する有
機媒体中に分散され導電性金属や金属酸化物の微細に分
割された粒子を有する既存の厚膜導電性ペーストから形
成することができる。このような印刷可能な厚膜ペース
トは、微細に分割された無機の結合剤粒子を含有しても
よい。適正な回路パターンに印刷した後、導電性厚膜層
は有機媒体の蒸発および固体成分の焼結のために焼成さ
れる。
【００３３】誘電体層は、好ましくは１つ、もしくはそ
れ以上の誘電体グリーンテープの層を積重ねることによ
り形成される。誘電体グリーンテープは、積層されたテ
ープが酸化雰囲気か非酸化雰囲気のいずれかで焼かれた
とき、熱分解可能な重合母材（ｐｏｌｙｍｅｒｉｃ ｍ
ａｔｒｉｘ）中に分散されている微細に分割されたチタ
ン酸バリウム，アルミナあるいはガラスのような誘電体
材料を有している。焼成時、重合母材は熱分解（焼失）
され、誘電体材料は焼結および／または高密度化（ｄｅ
ｎｓｉｆｉｅｄ）される。誘電体層は厚膜誘電体ペース
トの層を適用することにより形成することもまた可能で
ある。
【００３４】このような厚膜導電体組成物、誘電体グリ
ーンテープ、および、これらの適用法は、電子材料技術
分野において周知である。
【００３５】本発明に用いられるすべての基体材料の必
須条件は、薄層（例えば、６００ミクロン）に形成され
たとき剛くなければならず、寸法的に安定したものでな
ければならないことである。すなわち、それ等が焼成さ
れたとき、いかなる程度のそりをもこうむらないこと、
最も重要なことには、それ等はＸ−Ｙ平面での安定性を
所持すべきことである。多くの場合、本発明に用いられ
る基体は、アルミナのような電気的に絶縁体のセラミッ
ク材料から形成される。しかしながら、ある場合には、
積層されたグリーンテープ、熱伝導金属、あるいは磁器
化鋼（ｐｏｒｃｅｌａｉｎｉｚｅｄ ｓｔｅｅｌ）のよ
うな、セラミックコートされた金属から形成された基体
が使用され得る。
【００３６】グリーンテープにおける層間貫通孔は、２
つの方法のいずれかにより充填され得る。１つの手法で
は、層間貫通孔が厚膜導電性ペーストを直接層間貫通孔
にスクリーン印刷することにより充たされる。他の方法
では、層間貫通孔は、上塗導電体層のスクリーン印刷の
際中に、厚膜ペーストの層間貫通孔への流動により充た
される。
【００３７】本発明の方法は、例えば１５〜２０の導電
体層を有する多層回路を用意するために使用され得る。
グリーンテープは、通常、約５０から４００ミクロンの
厚みを有する。
【００３８】しかしながら、本発明の方法は、レーザの
出力レベルおよび焦点深度が十分であることを条件とし
て、厚さ２０００ミルの誘電体材料を穿孔するのに用い
られ得る。
【００３９】Ｄ．レーザオペレーション 本発明方法の実用にあたり、Ｎｄ：ＹＡＧレーザのビー
ムは、層間貫通孔の下側に存する誘電体あるいは導電体
層のいずれかに損傷を与えることなく、適正なサイズお
よび形状の層間貫通孔を形成するために、正確に制御さ
れることが必須である。これを失敗なく行うためには、
以下の４つの変数を制御することが必要である。（１）
ビームのサイズ、（２）焦点深度、（３）ビームのパワ
ーレベル、および（４）パルスの速度（ｒａｔｅ）およ
び数。加えて、ビームのパルスは、ビーム位置決め機と
整合されていることが重要である。
【００４０】ビームサイズ： ビームサイズ（直径）は
もちろん穿かれる孔の直径に直接関与する。それ故、ビ
ームサイズは層間貫通孔の所望の直径を決して越えるこ
とはなく、通常はいく分小さめである。ビームサイズ
は、レーザが発振するモードを決定するモード選択開口
（前および後）径で決定される。最低次のモードは最小
径のビームを有する（これは焼成された厚膜抵抗のトリ
ミングによく用いられる）。高次のモードは、より大き
い径の層間貫通孔を得るために用いることができる。し
かしながら、高次のモードはそれらの断面内にゼロパワ
ー密度領域を有することがある。広い面積および大出力
の故に、高次のモードは単位パルスにつき多くの材料を
取除く能力がある。しかしながら、ゼロパワー密度の領
域は、不完全に蒸発した材料をカーフ（ｋｅｒｆ）内に
残すかもしれない。それ故、最小で適正なビームサイズ
を用いることが好ましい。
【００４１】焦点深度： 所定の誘電体層を完全に穿つ
ためには、ビームの焦点深度が層の厚みを越えることが
必須である。多くの場合、層の厚みを越える焦点の範囲
は、レーザビームによって層の完全な貫通を得るのと一
致させて、できるだけ小さいことが好ましい。これはビ
ームパラメータの所定の設定の下に、層間貫通孔および
その下側の導電体あるいは誘電体層を検査することによ
り容易に決定される。
【００４２】パワーレベル： 層間貫通孔の形成時に取
除かれる有機材料を融蝕するために必要とされるエネル
ギであるが故に、レーザビームのパワーレベルは、相対
的に短時間内に、および／または比較的少ないパルス数
でもって、作業を遂行するに十分であることが必須であ
る。それ故、本発明の目的のためには、レーザのパワー
レベルは少なくとも１Ｗあるべきことがわかっている。
レーザビームの平均パワーレベルは厚膜誘電体に対して
は３〜５Ｗであり、グリーンテープ誘電体に対しては６
〜８Ｗであることが好ましい。より厚い誘電体層に対し
てはより高い平均パワーレベルが用いられ得る。
【００４３】パルスの速度および数： レーザオペレー
ションにおける当業者には、理論的には少なくとも本発
明は連続発振レーザビームを用いて実行できるはずだと
認識されるであろう。しかしながら、実際問題として、
このタイプの作業は大量のパワーを不必要に消費し、さ
らには、現在のレーザ技術をもってしては、このような
数キロワットの連続出力レーザは、建設、作動および維
持があまりにも高価となってしまう。下側の基体に損傷
を与えることなく、層間貫通孔の形成を行うに必要とさ
れるパルスの数は、層の厚み、層の化学的組成、層間貫
通孔の直径、およびパルスのパワーレベルに関係する。
【００４４】本発明を実行するに際し、パワーレベル
は、少なくとも２つのビームパルス、および好ましくは
５つ、もしくはそれ以上のパルスが層間貫通孔を形成す
るために用いられるよう調整されることが好ましい。複
数のパルスを用いれば、本方法のオペレーションに亘
り、細かい制御ができる。というのも、パルスの数はパ
ワーレベルよりもより簡単に調整ができるからである。
代表的には、本発明は、層間貫通孔の形成を行うにあた
り、６あるいは７つのパルスで十分であるようなパワー
レベルにおいて実行される。
【００４５】本発明を実用的速さで実行するためには、
もちろん、パルス速度は極めて速いことが必要である。
特に、本発明の方法は１秒当り少なくとも５０、ないし
は１００のオーダの層間貫通孔穿孔速度を指向してい
る。これを達成するには、現状のレーザ開発において、
少なくとも１ｋＨｚの速度、好ましくは１０ｋＨｚ、も
しくはより高い速度のＱスイッチレーザを用いることが
必要である。Ｑスイッチは、レーザに周期的にエネルギ
を蓄えさせ、それから狭いパルス（例えば１００〜３０
０ナノ秒幅）で放出させることによって、レーザから高
いピークのパワー出力を創り出している。Ｑスイッチ以
外にも、将来レーザスイッチ手段が開発されるかもしれ
ないことは認識されるであろう。しかしながら、現在の
技術水準では、このような速いパルス発振レーザオペレ
ーションを達成する唯一の実用的手段はＱスイッチによ
る手段である。
【００４６】ビーム位置決め機との整合： 特に、層間
貫通孔は、本発明によれば１秒間に少なくとも５０個の
速度で穿たれるという事実からすると、レーザビームの
パルス動作は、ワークピース上のレーザビームの位置と
注意深く整合されねばならないことが明らかである。か
くて、ビームの位置決め機とレーザとは、ビームの再位
置決めが行われた後、極めて短時間が経過する迄は、レ
ーザがパルスを発しないように制御されている。ビーム
が再位置決めされた時刻とビームパルスがトリガされた
時刻との間の遅れは、本例において後述の「ガルボフラ
ッグ（ｇａｌｖｏ ｆｌａｇ）」と称されるものによっ
て制御される。ガルボフラッグはビーム位置決め機の調
整可能なパラメータであり、ＸおよびＹガルボミラーが
要求された角度位置に安定するよう、およびパルスおよ
びパルス列が発される前に、レーザビームがワークピー
ス上の目標位置の±１ミル以内に存在すべく十分に緩衝
されるように、十分な時間をもたらすものである。ガル
ボフラグに加えて、レーザビームの位置決め要求が満た
された後に特別な待ち時間を加えるべくコンピュータ命
令が用いられてもよい。これは「ガルボ待ち（ｇａｌｖ
ｏ ｗａｉｔ）」として知られている。穿孔速度をさら
に増大させるためには、以下を用いてもよい。（ａ）よ
り軽量なガルボミラー、これは安定化時間（すなわち、
ガルボフラグの要求を満たす時間）を短縮する。（ｂ）
レーザ設備において、１つのコンピュータオペレーティ
ングシステムによって駆動される複数のレーザ、光学系
およびガルボ装置。または、（ｃ）レーザ設備におい
て、１つのコンピュータオペレーティングシステムによ
って駆動される複数の光学系またはガルボにより分離ま
たは案内される単一のレーザ。
【００４７】上記システムは、スループットを増大する
利益が、要求される開発時間と費用とを正当化する限り
において、現代の光学および機械設計を用いて履行され
得る。
【００４８】Ｅ．穿孔シーケンス 多くの多層装置に要求される極めて多数の層間貫通孔で
あるが故に、層間貫通孔の穿孔シーケンスは、レーザビ
ームがその穿孔作業の間、最少距離を巡回すべく実行さ
れるのが好ましい。これは好ましくは、対称「巡回セー
ルスマン問題（Ｔｒａｖｅｌｉｎｇ Ｓａｌｅｓｍａｎ
Ｐｒｏｂｌｅｍ：ＴＳＰ）」のアルゴリズムの適用に
よって達成される。ＴＳＰは、多数の都市間のツアーを
完了するのに、最短距離の決定をめざしたものである。
「都市」の数が膨大な状況下では正確な解答はない。し
かしながら、完全な解答の２％以内にアプローチする、
問題の自己発見的な解答は入手可能である。これらは、
本発明の方法を実行するための経過時間を５０％にまで
実質的に減少すべく効果的に用いられる。このようなア
ルゴリズムの多くは、ニュージャージ州マーレイヒルに
あるベル研究所の、リンおよびカーニハン（Ｌｉｎ ａ
ｎｄ Ｋｅｒｎｉｇｈａｎ）によって引出された方法の
派生物である。本発明方法へのこの適用においては、方
法のためのソフトウェアがビーム位置決めコンピュータ
１３にプログラムされており、そのシーケンスはＸおよ
びＹミラーのガルバノメータ（１１，１７）への信号に
よって実行される。
【００４９】上述のレーザ光学システムによる動作シー
ケンスの一例を、図２のフローチャートに示す。
【００５０】ステップＳ０１においては、誘電体層の穿
孔位置が特定された原層間貫通孔座標に基づき、対称
「巡回セールスマン問題」アルゴリズムを用いて、移動
距離を最短とすべく最適な層間貫通孔座標シーケンスが
決定される。そして、ステップＳ０２において、決定さ
れた層間貫通孔座標シーケンスが、レーザビーム位置決
めコンピュータ１３に入力される。ステップＳ０３で
は、レーザビーム位置決めコンピュータ１３が、Ｘミラ
ー９のガルバノメータ１１およびＹミラー１５のガルバ
ノメータ１７に制御信号を出力し、ワークピース２３上
の所定位置にレーザビームを位置決めする。しかる後、
ステップＳ０４においてレーザ穿孔が実行される。
【００５１】Ｆ．レーザ穿孔への適用 上述したレーザ穿孔方法は、従来の厚膜、および／また
はグリーンテープ材料を用いている多層電子結合回路の
製造に用いることができる。それはまた、一層の厚膜あ
るいはグリーンテープの誘電体層や、それらの一方ある
いは両方のタイプの材料を含む多層に穿孔するためにも
用いられる。
【００５２】微細な（４〜６ミル以下）ヴィアを有する
多層回路の形成に適するので、以下に多数のこれらの適
用が述べられる。３つの主要な誘電体システムにつき述
べる。
【００５３】（１）セラミック基体上の多層厚膜、
（２）多層グリーンテープ、および、（３）厚膜多層回
路付、あるいは無しのセラミック基体上の多層グリーン
テープ。
【００５４】（１）セラミック基体上の多層厚膜 プロセスは表１に要約されている。
【００５５】
【表１】
【００５６】また、図３には上述のプロセスのフローチ
ャートと多層電子結合回路の各製造過程における断面図
とを示す。
【００５７】ステップＳ１においては、基体が用意され
必要に応じて洗浄される。そして、ステップＳ２におい
て、この基体上に導電体パターンがスクリーン印刷等に
より印刷され、乾燥された後、焼かれる。ステップＳ３
においては、この導電体パターンが形成された基体上
に、誘電体が同じくスクリーン印刷等により印刷され、
乾燥される。そして、ステップＳ４において、該誘電体
に層間貫通孔がレーザ穿孔され、その後焼成される。
【００５８】ステップＳ５は、上述のステップＳ３およ
びＳ４を必要に応じて繰り返すことを示しており、この
ようにして誘電体層の厚みを増すことができる。
【００５９】次に、ステップＳ６において、上述のステ
ップによって形成された層間貫通孔にヴィアとなる導電
体が充填され、ステップＳ７において誘電体層の上面に
導電体パターンが印刷され、乾燥された後、同時に焼成
される。そして、ステップＳ８は、多層を形成するため
にステップＳ３からＳ７が繰り返されることを示してい
る。
【００６０】電気的特性の要求に対応させて、ステップ
Ｓ４およびＳ６（Ｓ５をスキップする）を進める前に、
ステップＳ３を数回繰り返すこともできる。
【００６１】ステップＳ２，Ｓ３，Ｓ６およびＳ７にお
いては、従来のスクリーン印刷が用いられていたが、他
の微細導電体回路トレース（ｆｉｎｅ ｃｏｎｄｕｃｔ
ｏｒｃｉｒｃｕｉｔ ｔｒａｃｅｓ）を製作する方法も
また用いられ得る。ステップＳ３において、ブランケッ
ト印刷（ｂｌａｎｋｅｔ ｐｒｉｎｔｉｎｇ）によりピ
ンホールのない誘電体層が得られ、一方、全ての層間貫
通孔は、後（ステップＳ４）で、レーザにより穿かれ
る。同一の誘電体層に異なるサイズの層間貫通孔を形成
する場合には、既存の誘電体材料を用い、大き目（すな
わち、１０ミル以上）の層間貫通孔を印刷し、および残
りの小さ目の孔を形成するのにレーザを使用してもよ
い。
【００６２】表２は表１に示した方法のためのレーザ穿
孔パラメータを要約したものである。
【００６３】
【表２】
【００６４】レーザによる層間貫通孔の穿孔プロセスに
おいて、層間貫通孔内に認識し得る不完全に蒸発した
（あるいは分解した）材料をなにも残さずに４ミルの層
間貫通孔を形成するために、高次モードＹＡＧの多数パ
ルスが用いられた。最終のヴィアサイズは、（１）層間
貫通孔壁のテーパ、（２）許容できる層間貫通孔の穿孔
速度、および（３）層間貫通孔の充填能力に依存する。
１〜１．５ミルのテーパと仮定すると、最小のヴィアサ
イズは２〜２．５ミルとなり、これは１秒当り５０〜１
００個を越える層間貫通孔の形成速度において、従来技
術の方法では形成できない。
【００６５】表３は開口サイズの関数として層間貫通孔
のサイズを記載している。
【００６６】
【表３】
【００６７】レーザからのビームは、ビームエクスパン
ダを通り、Ｘ軸ミラー、それからＹ軸ミラーに入射され
る。これ等のミラーは、ビームをＸおよびＹ方向におい
て位置決めするために、ガルバノメータによって動かさ
れる。基本的な光学的原理は、与えられた次元モードに
対し、ビームが収束するスポットサイズは、収束するビ
ームの円錐角に逆比例すると述べている。それ故に、最
適化された開口サイズ、およびビームの拡大因子でもっ
て２〜３ミルの層間貫通孔の形成が可能である。
【００６８】レーザによる穿孔中に、強いレーザビーム
は局部的に熱を与える。この熱は厚膜あるいはグリーン
テープ誘電体における有機媒体を、その下側の導電体ト
レース（ｔｒａｃｅ）に損傷を与えることなく分解およ
び融蝕あるいは蒸発させる。このプロセスを制御するに
は、下記の点が大事な条件である。
【００６９】（１）誘電体層を均一な厚みとすること、
（２）下側の導電体を溶融、蒸発、崩壊あるいは酸化す
ることなく層間貫通孔を形成するために、レーザのエネ
ルギを一定に制御すること、および（３）層間貫通孔の
配置を正確に維持しつつ回路製作と矛盾のない速度で層
間貫通孔を穿孔すること、である。
【００７０】層間貫通孔の配置の正確さは、（１）組込
まれたソフトウェアの較正ルーチン、（２）組込まれた
調整可能なハードウェア（ガルボフラグ）、（３）ルー
チンシーケンスにおける全ての２つの層間貫通孔間の距
離、（４）レーザ位置決めの正確さ、および（５）基体
配置の繰り返し性、に依存する。上記（１），（２）お
よび（４）項は、レーザシステムに大きく依存する。前
述の巡回セールスマン問題（ＴＳＰ）の適用は孔間の距
離を最適化し、基体の配置はサンプル台（ｓａｍｐｌｅ
ｓｔａｇｅ）の設計の関数である。
【００７１】所定の層間貫通孔のＸおよびＹの座標軸列
（ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅ ｆｉｌｅ）は、穿孔命令のた
めにコンピュータにロードされる前に、最適化されたル
ーチンシーケンスとともに再フォーマット化される。
“巡回セールスマン問題”を解くために、ドナルド ミ
ラー（Ｄｏｎａｌｄ Ｌ．Ｍｉｌｌｅｒ（Ｄｕ Ｐｏｎ
ｔ Ｃｅｎｔｒａｌ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ａｎｄ Ｄｅ
ｒｅｌｏｐｍｅｎｔｏＤｅｐａｒｔｍｅｎｔ））、およ
びヨゼフ ペクニイ（Ｊｏｓｅｐｈ Ｆ．Ｐｅｋｎｙ
（Ｐｕｒｄｕｅ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ））によって書
かれた最適化プログラムは、２−マッチング（２−Ｍａ
ｔｃｈｉｎｇ）アルゴリズム（リン−カーニハン（Ｌｉ
ｎ−Ｋｅｒｎｉｇｈａｎ）アルゴリズムに基づいてい
る）を適用している。この問題は、膨大な数の可能なシ
ーケンスの中から最良のシーケンスを見出すことを取扱
う数学的なものである。上述のプログラムを履行するこ
とによって、短い合計巡回距離、および順序だてて形成
されるたくさんの層間貫通孔のために、層間貫通孔間の
より短い距離が一貫して得られる。これにより、より速
い穿孔速度および／またはより厳密な配置精度が得られ
る。
【００７２】（２）多層グリーンテープ（ＧＴ） プロセスは表４に要約される。
【００７３】
【表４】
【００７４】また、図４には上述のプロセスのフローチ
ャートと多層電子結合回路の各製造過程における断面図
とを示す。
【００７５】ステップＳ（ｘ）までにおいて、ｘ枚のブ
ランクグリーンテープが用意される。そして、ステップ
Ｓ（ｘ＋１）において、ｘ枚目のグリーンテープ上に導
電体パターンが印刷された後乾燥される。
【００７６】ステップＳ（ｘ＋２）では、１枚のブラン
クグリーンテープが用意され、ステップＳ（ｘ＋３）に
おいて、該グリーンテープに層間貫通孔がレーザ穿孔さ
れる。そして、ステップＳ（ｘ＋４）において、該層間
貫通孔は印刷によりヴィアとなる導電体が充填されて乾
燥される。次いで、ステップＳ（ｘ＋５）において、該
グリーンテープ上にヴィアを接続するための導電体パタ
ーンが印刷され、乾燥される。ステップＳ（ｘ＋６）
は、多層を形成するために上述のステップＳ（ｘ＋２）
からＳ（ｘ＋５）が繰り返されることを示している。
【００７７】さらに、ステップＳ（ｘ＋７）では最上の
誘電体層となるブランクグリーンテープに層間貫通孔が
レーザ穿孔され、ステップＳ（ｘ＋８）において、該層
間貫通孔は印刷によりヴィアとなる導電体が充填されて
乾燥される。
【００７８】ステップＳ（ｘ＋９）では、上記ステップ
にて形成した各グリーンテープを位置合わせのために照
合し、ステップＳ（ｘ＋８）のグリーンテープを最上層
として積層した後、全てを焼成する。そして、ステップ
Ｓ（ｘ＋１０）において、最上部の導電体を印刷、乾燥
し焼成する。この最上部の導電体はワイヤ結線や部品の
取付けを容易とするように、他のものと異なる性質が要
求される。最後にステップＳ（ｘ＋１１）において、ダ
イシングソーを用いて単体化される。
【００７９】最初のテープのｘ層は、寸法的に安定した
基体を形成するために必要なときはいつも用いられる。
従来のスクリーン印刷あるいは微細な導電体トレース
（ｔｒａｃｅ）を形成する全ての方法が、印刷を含む全
てのステップに適用されてもよい。種々のサイズの層間
貫通孔を同一のグリーンテープシートに形成する場合に
は、レーザだけ、あるいは他の穿孔手段（ダイブランキ
ング、パンチング等）と組合わせてもよい。表２に示し
たレーザ穿孔パラメータが、グリーンテープについても
同様に適用される。現在にあっては、グリーンテープは
厚膜誘電体に比べ数倍厚く、それ故に、層間貫通孔の穿
設を可能とするためには、より大きなレーザパワー、お
よび／または多くのパルス（オーバブラスト（ｏｖｅｒ
ｂｌａｓｔ）、オーバブラストとは同一箇所に繰り返
しパルスを与えることをいう）を適用することが必要で
ある。結果的に、より薄いグリーンテープ材料が入手可
能であれば、より高い穿孔スループットを達成し得る。
というのも、レーザはより薄いグリーンテープシートを
多層に亘り同時に穿孔できるからである。
【００８０】レーザは、グリーンテープシートに裏当て
（通常ポリマー、例えばポリエステルフィルムのマイラ
ー（Ｍｙｌａｒ：商標）により作られる）付、あるいは
なしで貫通孔を穿設するために使用できる。
【００８１】裏当てなしのグリーンテープシートに貫通
する層間貫通孔（ｔｈｒｏｕｇｈｖｉａ ｈｏｌｅｓ）
が作られようとするときには、レーザによって生成され
た残骸の全てを取除くことは困難である。この目的のた
めに、グリーンテープシートの周囲（少なくとも層間貫
通孔パターンの境界から１／２インチ離れている）に真
空孔を備えたサンプル台が用いられている。リントフリ
ー（ｌｉｎｔ−ｆｒｅｅ）紙がグリーンテープシートと
台との間に挿入される。脱イオンの圧縮空気噴射および
真空ピックアップがグリーンテープシートに対し４５度
の角度でその両端から適用されている。シートの寸法に
応じて、金属（あるいは他の材質）製の格子がシートの
上面に置かれてもよい。レーザビームはこの格子の開口
を通り、空気の噴射や真空引きにより可撓性シートのば
たつきを防止するためである。
【００８２】グリーンテープシートの両面における残骸
を排除する限りにおいては、他の台の設計およびテープ
や台の洗浄ステップがまた用いられてもよい。
【００８３】（３）セラミック基体上の多層グリーンテ
ープ セラミック基体上の多層厚膜の利点（例えば、機械的強
度、熱伝導性、寸法的安定性）とグリーンテープの多層
構造の利点（設計上の柔軟性、装置の小型化、低処理コ
スト）とを、ときには組合わせることが望ましいことが
ある。そのような回路を作るプロセスを以下説明する。
【００８４】（ａ）厚膜多層回路を備えたセラミック基
体 このような多層は、あらかじめ回路が形成されたセラミ
ック基体（上述のセクション（１）に述べた方法（図３
参照）により作られる）に、（１）グリーンテープの多
層（上述のセクション（２）に述べた方法（図４参照）
により作られる）を積層するか、（２）単層のグリーン
テープにレーザ穿孔しこのプロセスを数回繰り返すか、
あるいは（３）単層のグリーンテープにレーザ穿孔およ
び／または層間貫通孔充填を行い、このプロセスを数回
繰り返すことにより作られる。レーザはオプション１あ
るいはオプション２，３によって形成された積層に適用
されたとき完全に貫通するあるいは盲の層間貫通孔を形
成する。
【００８５】表５はプロセスおよびレーザパラメータの
要約である。
【００８６】
【表５】
【００８７】図５には、上述のオプション１のプロセス
のフローチャートを示す。
【００８８】ステップＳ１ないしＳ８は図３に説明した
プロセスと、ステップＳ（ｘ＋１）ないしＳ（ｘ＋６）
は図４に説明したプロセスと、それぞれ同じである。そ
して、ステップＳ２１では、ステップＳ１ないしＳ８に
よって厚膜多層回路が形成された基体に、ステップＳ
（ｘ＋１）ないしＳ（ｘ＋６）によりパターンが形成さ
れたグリーンテープが位置合わせのために照合され、積
層され、さらに同時焼成される。そして、ステップＳ２
２において、最上部の導電体を印刷、乾燥し焼成する。
最後にステップＳ２３において、ダイシングソーを用い
て単体化される。
【００８９】図６には、上述のオプション２のプロセス
のフローチャートを示す。
【００９０】ステップＳ１ないしＳ８、およびステップ
Ｓ（ｘ＋２）ないしＳ（ｘ＋５）は前述の通りである。
そして、ステップＳ３１において、ステップＳ１ないし
Ｓ８によって厚膜多層回路が形成された基体に、ステッ
プＳ（ｘ＋２）ないしＳ（ｘ＋５）によりパターンが形
成された単層のグリーンテープが積層される。さらに、
ステップＳ３２において、ステップＳ（ｘ＋２）ないし
Ｓ（ｘ＋５）、およびステップＳ３１が繰り返されるこ
とによりグリーンテープが積層され、ステップＳ３３に
おいて焼成される。その後、ステップＳ３４およびＳ３
５において、前述のステップＳ２２およびＳ２３と同じ
処理が行われる。
【００９１】図７には、上述のオプション３のプロセス
のフローチャートを示す。
【００９２】前述のステップＳ８の後、ステップＳ９に
おいてブランクグリーンテープが積層される。ステップ
Ｓ１０において、該グリーンテープに層間貫通孔がレー
ザ穿孔され、ステップＳ１１で層間貫通孔が充填され
る。そして、ステップＳ１２でヴィアを接続する導電体
が印刷され、乾燥され、また同時焼成される。ステップ
９ないし１２を繰り返しグリーンテープ層が必要に応じ
増大される。そして、ステップＳ１４でダイシングソー
を用いて単体化される。
【００９３】（ｂ）厚膜多層回路を備えないセラミック
基体 ステップＩ（オプション１，２および３）に述べたセラ
ミック基体をブランクのセラミック基体に置換え、その
後は全て他の詳述した手順に従う。
【００９４】〔実験例〕実験例１ ３０−６０ミクロンの厚さのガラス／セラミック誘電体
厚膜をセラミック基体上に印刷し、乾燥させた。Ｑスイ
ッチＹＡＧレーザ（ＣＬＳ７７Ｗ，シカゴレーザシステ
ム会社製）が、盲の層間貫通孔を穿孔するのに表２に載
せた条件で使用された。ＣＬＳ７７Ｗは８インチ×８イ
ンチの領域をカバーし、ガルボフラッグが±２ミルに設
定された。
【００９５】４−７ミル直径の層間貫通孔が、４０，６
０，８０，１２０あるいは１６０ミルの規則的なピッチ
（中心から中心までの間隔）サイズで形成された。表６
はこの結果を要約している。
【００９６】
【表６】
【００９７】この例で使用された厚膜誘電体組成物は、
ガラス／充填材組織（デュポン５７０４）あるいは結晶
化物／充填材組織（デュポンＱＭ４１ＤとＱＭ５１Ｄ）
の結晶ガラス／充填材誘電体であった（注： デュポン
５７０４，デュポン ＱＭ４１Ｄ，ＱＭ５１Ｄは、そ
れぞれデュポン社の製品名）。
【００９８】追加のガルボ待ちは、層間貫通孔の配置精
度、特に６０ミルより大きなピッチサイズに関連する配
置精度を制御するのに必要であることに注意すべきであ
る。８インチ×８インチの領域をカバーする装置で、６
インチ×４インチの部分（つまり台を移動させずに）に
層間貫通孔の穿孔を単一ステップ動作で行ったが、レー
ザビーム位置決め装置は、大口径の光学レンズおよびＸ
およびＹ方向ガルボミラーの一方あるいは両方を回転さ
せる大きなモータを装備している。しかし、ミラーの慣
性が大きければ大きい程、あらかじめ設定したガルボ待
ち限界に達するまでに長い安定化時間を必要とする。よ
り小さな光学系とより軽いミラーを備えたレーザシステ
ムの製作は、穿孔速度を改善するひとつの方法のように
思える。
【００９９】実験例２は、３インチ×３インチの領域を
カバーするレーザシステムを使用した結果の要約であ
る。全体が３インチ×３インチより大きな寸法の部分に
レーザ穿孔する場合、このレーザシステムにはステージ
の共動が必要となる。
【０１００】さらに厳密なガルボフラグの制御（つま
り、±２．０ミルのかわりに±０．５ミル）が層間貫通
孔の配置精度の向上に有益であることもわかる。厳密な
ガルボフラグによってレーザ光線を発射する時間を遅ら
す利点は、余分なガルボ待ちをいっさい使わずにすむこ
とである。
【０１０１】実験例２ ３つの厚膜誘電体組成物に、３インチ×３インチの領域
をカバーするＣＬＳ９６０（シカゴレーザシステム会社
製）で、レーザ穿孔を行った。レーザパラメータは、ガ
ルボフラッグが±０．５ミルに設定されたことを除い
て、表２に記載されたものと同じであり、追加のガルボ
待ちを使わずに層間貫通孔の穿孔をする。
【０１０２】誘電体組成物間の唯一の差異は、効果的な
ＹＡＧレーザ吸収体である酸化コバルトのパーセント濃
度であった。表７では、３つの組成物を比較し、層間貫
通孔の穿孔に必要なレーザパワーを記載している。最小
レーザパワーの印加は、導電体回路（厚膜多層の場合）
に損傷を与える危険、あるいは。誘電体の事前焼結をよ
り低下させるので、有利である。
【０１０３】この試験用のプロトタイプは、２５個の繰
り返し層間貫通孔パターンを有し、４インチ×４インチ
の領域をカバーする。最小ピッチサイズは約２０ミルで
ある。層間貫通孔の穿孔シーケンスの再配置のために、
対称巡回セールスマン問題の自己発見的アルゴリズムが
使われた。層間貫通孔のパターン全体が４つの象限に分
割され、それぞれ最適化され、そしてともに連結され
る。実際の層間貫通孔のパターン（４インチ×４イン
チ）は、レーザシステムの領域のカバー（３インチ×３
インチ）を越えるので、全パターンを完成するために
は、台を３回移動させる必要があった。３０ミクロンの
厚みで未焼成誘電体厚膜組成物Ｃでは、１７５層間貫通
孔／秒のスピードが各象限で達成された。これは、全て
の部分で１７０層間貫通孔／秒のスピードに等しい。
【０１０４】
【表７】
【０１０５】実験例３ ２種のグリーンテープ誘電体（ＡとＢ）が使われ、それ
ぞれの材料とプロセスの明細が表８に要約されている。
実験例２に記載したのと同じ層間貫通孔パターンが適用
された。
【０１０６】
【表８】
【０１０７】実験例４ 「着色したグリーンテープ」が使われ、その材料とプロ
セスの明細が表９に要約されている。実験例２に記載し
たのと同じ層間貫通孔パターンが適用された。合計３つ
のテープの層を貫通して穿孔するために、レーザパルス
の数を増加させた（表８と比較）。しかしながら、同時
に形成される層間貫通孔の総計をカウントすることによ
る、有効スループットは９５％増加された。酸化コバル
ト顔料は、必要なレーザパワーを減少するのに貢献し、
また「着色グリーンテープ」の厚みの減少はレーザが同
時に３つの層以上を穿孔することと、さらに有効スルー
プットを増加することとを可能とする。
【０１０８】
【表９】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を実行するために用いられるレーザ光学
システムを示す概略図である。
【図２】本発明に用いるレーザ光学システムの動作シー
ケンスの一例を示すフローチャートである。
【図３】多層電子結合回路を形成するプロセスの一例を
示すフローチャートおよびその各製造過程における断面
図である。
【図４】多層電子結合回路を形成するプロセスの他の例
を示すフローチャートおよびその各製造過程における断
面図である。
【図５】表５におけるオプション１のプロセスを示すフ
ローチャートである。
【図６】表５におけるオプション２のプロセスを示すフ
ローチャートである。
【図７】表５におけるオプション３のプロセスを示すフ
ローチャートである。
【符号の説明】
１ Ｈｅ−Ｎｅレーザ ３ Ｎｄ：ＹＡＧレーザ ９ Ｘミラー １１ ガルバノメータ １３ コンピュータ １５ Ｙミラー １７ ガルバノメータ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｂ２３Ｋ 26/02 Ａ 7425−4Ｅ Ｈ０５Ｋ 3/00 Ｎ 6921−4Ｅ // Ｂ２３Ｋ 101:42

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 実質的に揮発性の有機溶剤を含まない融
    蝕性有機媒体中に分散され細かく分割された誘電性固体
    の粒子を有する未焼成層であって、１〜２０００ミクロ
    ンの厚みを有する層に、所定サイズの層間貫通孔のパタ
    ーン列を急速に形成する方法であって、以下のステップ
    を連続して有することを特徴とする方法： （ａ）前記誘電体層の表面の所定位置にレーザビームを
    向けるべくＹＡＧレーザ光の光源を位置決めする； （ｂ）前記誘電体層の表面の所定位置上に、少なくとも
    １ｋＨｚの速度で、複数個のＹＡＧレーザビームパルス
    を当てる。該レーザビームは（１）ビームサイズが少な
    くとも１ミルであるが、形成される孔の所定のサイズよ
    り小さく、（２）焦点深度が前記誘電体層の厚みより大
    であり、（３）パワーレベルが少なくとも１Ｗであっ
    て、かつ、パルスの数が誘電性固体の高密度化を招くこ
    となくレーザビームの下の領域内で誘電体層を通して有
    機媒体の完全な融蝕をもたらし、それによって形成され
    た孔内に細かく分割された誘電体粒子の残留物を形成す
    るに十分である； （ｃ）プログラムされた検流計式のビーム位置決めの手
    段により、誘電体層の表面のさらに所定位置にレーザビ
    ームを向けるべく前記レーザ光の光源を再位置決めす
    る； （ｄ）未焼成層に層間貫通孔のパターン列を形成すべ
    く、少なくとも１秒当り５０回の速度で上記ステップ
    （ｂ）および（ｃ）を連続して繰返す。
  2. 【請求項２】 所定のサイズで相互に接続された導電ヴ
    ィアを有する多層回路の形成方法であって、以下のステ
    ップを有することを特徴とする方法： （ａ）未焼成誘電体層をもたらし、該誘電体層に請求項
    １の方法により層間貫通孔のパターン列を形成する； （ｂ）層間貫通孔から誘電体粒子の残留物を取除く； （ｃ）残留物を取除いた前記層間貫通孔を、液状有機媒
    体中に分散され細かく分割された導電金属の粒子と無機
    結合剤とを含む導電性厚膜ペーストで充填する； （ｄ）前記充填された層間貫通孔と適正に整合させて、
    液状有機媒体中に分散され細かく分割された導電金属の
    粒子と無機結合剤とを含む厚膜導電体ペーストのパター
    ンを施す； （ｅ）前記誘電体層および厚膜ペーストから有機媒体の
    蒸発、誘電性固体の高密度化および前記厚膜ペースト中
    の無機結合剤の焼結をもたらすべく前記誘電体層を焼
    く； （ｆ）直前の一連のステップ（ｅ）から焼成された集積
    体の露出表面を基体として利用しつつ、所望の数の回路
    層を形成するためにステップ（ａ）から（ｅ）までを十
    分な回数繰返す。
  3. 【請求項３】 所定のサイズで相互に接続された導電ヴ
    ィアを有する多層回路の形成方法であって、以下のステ
    ップを有することを特徴とする方法： （ａ）寸法的に安定したセラミック基体をもたらす； （ｂ）前記セラミック基体に、液状有機媒体中に分散さ
    れ細かく分割された導電金属の粒子と無機結合剤とを含
    む厚膜導電体ペーストのパターンを施し、該厚膜ペース
    トを前記有機媒体の蒸発および無機結合剤の焼結のため
    に焼く； （ｃ）前記焼成された導電体パターンおよび前記基体の
    露出領域に未焼成誘電体層を施し、該誘電体層に請求項
    １の方法により層間貫通孔のパターン列を形成する； （ｄ）層間貫通孔から誘電体粒子の残留物を取除く； （ｅ）前記誘電体層から有機媒体を蒸発すべく誘電体層
    を焼く； （ｆ）前記焼成された誘電体層上に少なくとも１つの付
    加的未焼成誘導体層を施し、該付加的誘電体層に下側の
    誘電体層の孔パターンと位置合わせされた層間貫通孔の
    パターン列を形成する； （ｇ）該層間貫通孔から誘電体粒子の残留物を取除く； （ｈ）前記誘電体層から有機媒体を蒸発すべく誘電体層
    を焼く； （ｉ）該焼成された誘電体層の層間貫通孔を、液状有機
    媒体中に分散され細かく分割された導電金属の粒子と無
    機結合剤とを含む導電体厚膜ペーストで充填する； （ｊ）液状有機媒体中に分散され細かく分割された導電
    金属の粒子と無機結合剤とを含む厚膜導電体ペーストの
    パターンを施し、該集成体を、誘電体層および前記厚膜
    ペーストから有機媒体を蒸発し、厚膜ペースト中の無機
    結合剤の焼結のために焼く； および （ｋ）直前の一連のステップのステップ（ｊ）からの焼
    成された集成体の露出面を基体として利用しつつ、所望
    の数の回路層を形成するためにステップ（ｃ）から
    （ｊ）を十分な回数繰返す。
  4. 【請求項４】 所定のサイズで相互に接続された導電ヴ
    ィアを有する多層回路の形成方法であって、以下のステ
    ップを有することを特徴とする方法： （ａ）複数のグリーンテープ層を積層して寸法的に安定
    した基体を形成し、該積層を焼く； （ｂ）前記基体に、液状有機媒体中に分散され細かく分
    割された導電金属の粒子と無機結合剤とを含む厚膜導電
    体ペーストのパターンを施し、該厚膜ペーストを前記有
    機媒体の蒸発および前記無機結合剤の焼結のために焼
    く； （ｃ）前記焼成した導電体パターンおよび前記基体の露
    出領域にグリーンテープ層を施し、該グリーンテープ層
    に請求項１の方法により層間貫通孔のパターン列を形成
    する； （ｄ）前記層間貫通孔から誘電体粒子の残留物を取除
    く； （ｅ）液状有機媒体中に分散され細かく分割された導電
    金属の粒子と無機結合剤とを含む導電体厚膜ペーストで
    前記残留物を取除いた層間貫通孔を充填する； （ｆ）直前の一連のステップのステップ（ｄ）から焼成
    された集積体の露出表面を基体として利用しつつ所望の
    数の回路層を形成するために、ステップ（ｂ）から
    （ｅ）を十分な回数繰返す； （ｇ）前記導電体ペーストおよびグリーンテープ層から
    前記有機媒体を蒸発すべくステップ（ｅ）からの集積体
    を焼き、前記厚膜ペースト中の無機結合剤を焼結する； （ｈ）液状有機媒体中に分散され細かく分割された導電
    金属の粒子および無機結合剤とを含む厚膜導電体ペース
    トのパターンを、前記充填された層間貫通孔と位置合わ
    せしてステップ（ｇ）からの焼成された集積体に施す； および、 （ｉ）前記導電体厚膜ペーストから前記有機媒体を蒸発
    させるべくステップ（ｈ）からの集積体を焼き、前記厚
    膜ペースト中の無機結合剤を焼結する。
JP4206635A 1991-08-01 1992-08-03 多層回路における層間貫通孔形成方法 Pending JPH05211398A (ja)

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