JPH11307940A - レーザー加工方法 - Google Patents

レーザー加工方法

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JPH11307940A
JPH11307940A JP10131137A JP13113798A JPH11307940A JP H11307940 A JPH11307940 A JP H11307940A JP 10131137 A JP10131137 A JP 10131137A JP 13113798 A JP13113798 A JP 13113798A JP H11307940 A JPH11307940 A JP H11307940A
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harmonic
laser beam
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Shunichi Okada
駿一 岡田
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 多層配線基板のような被加工物をビアホール
加工する場合において、微細な孔の底部に残渣などが形
成されずにビアホール加工を進めることができるレーザ
ー加工装置の提供する。 【解決手段】 単一の波長からなるレーザー光を発生さ
せるレーザー発振部10と、そのレーザー発振部10か
らのレーザー光を非線型光学結晶を用いて変換して高次
の高調波を発生させる波長変換部12と、この波長変換
部12からの複数の波長からなるレーザー光を走査する
ための走査部18と、レーザー光を集光して被加工物1
6に照射するための集光部14とからレーザー加工装置
を構成した。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は配線基板の如き微小
なビアホール加工などを要する被加工物を加工するのに
使用されるレーザー加工装置に関する。
【0002】
【従来の技術】携帯用の小型電話、モバイルのパソコ
ン、CCDカメラ、ビデオカメラなどに使用される多層
配線基板はさらに小型軽量にすることが求められてい
る。現在使用されている多層配線基板は、ガラスエポキ
シ樹脂を主な基板材料とする基板である。その両面にパ
ターン化された銅配線が形成され、この銅配線は所要の
配線のサイズを持って形成される。この配線は基板を小
型軽量にするために現行のものよりもさらに小さなサイ
ズ(ルール)にすることが検討されている。このような
縮小化したルールのもとでは、積層された基板間の接続
用に設けられるビアホールも小さな径にする必要があ
る。
【0003】近年、小型化や軽量化の要求から、レーザ
ーを利用した加工技術が注目され、その中でも炭酸ガス
レーザーを用いてビアホールを設ける方法が試みられて
いる。炭酸ガスレーザーは現在最も普及した加工用気体
レーザーであり、波長が10.6ミクロンと長波長なが
ら大出力が得られる利点があり、100乃至200ミク
ロン(直径)程度の孔を形成することは可能である。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】小型で軽量な多層配線
基板を作成する場合、そのビアホールは例えば70ミク
ロン程度以下の微小な径であることが望まれる。しかし
炭酸ガスレーザーを使用してビアホールを設けた場合、
その工程に時間がかかる上に、その集光スポットの特性
からして70ミクロン程度のサイズが限度である。更
に、炭酸ガスレーザーを用いたビアホール加工では、穴
の底部の角部分に炭酸ガスレーザーの熱では完全に分解
しきれなかった残渣が残ってしまい、これを洗浄工程で
除去すると、最終的に形成されるビアホールの径は、炭
酸ガスレーザーの集光スポットよりも大きくなってしま
う。その為、実用面を考慮すると炭酸ガスレーザーを用
いて形成できるビアホールの径は120ミクロン程度に
すぎない。
【0005】もし、穴の底部の残渣を除去できない場合
には、その残渣上をビアホール内の銅メッキが覆うこと
になる。そして、部品の半田付けなどによる熱が、残渣
を覆ったメッキ部分に加わった時には、その熱のために
銅メッキの部分とその下の基板の銅との間に微妙なスト
レスが生じる。この銅層内のストレスが大きくなった場
合に、下の基板の銅層と銅メッキ部分が剥がれてしま
い、その結果、回路が断線してしまうことになる。
【0006】このような問題を解決するための1つの考
え得る方法は、エキシマレーザーを使用する方法であ
る。エキシマレーザーは自然状態では結合しない原子
(あるいは分子)同士のガスを励起して、疑似分子から
なるエキシマを生成し、このエキシマが元の原子等に戻
る際に放出される固有の波長の光を利用して誘導放出さ
せた時に発生するレーザーであって、特に、炭酸レーザ
ーと比べてその波長が短いという特徴がある。一般に、
レーザーの波長が短く紫外線領域にある場合には、基板
を加工する際、樹脂を熱(熱エネルギー)により分解す
るのではなく、紫外線の光エネルギーで分子の結合を分
解できる。しかし、エキシマレーザーは非常に高価であ
り、これを多層配線基板の製造に用いた場合には、製造
された基板の価格を上昇させることになる。
【0007】そこで、本発明は、上述の技術的な課題に
鑑み、多層配線基板のような被加工物をビアホール加工
する場合において、微細な孔の底部に残渣などが形成さ
れずにビアホール加工を進めることができるレーザー加
工装置の提供を目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明は、レーザー加工
装置において、単一の波長のレーザー光を発生させるレ
ーザー発振部と、前記単一の波長のレーザー光の波長を
変換して複数の波長からなるレーザー光を射出する波長
変換部と、前記複数の波長からなるレーザー光を合わせ
て被加工物に照射する集光部を有することを要旨する。
【0009】この本発明のレーザー加工装置の一例にお
いては、前記波長変換部は前記単一の波長のレーザー光
の高調波を発生させる高調波発生部であり、前記複数の
波長からなるレーザー光は前記レーザー発振部で発生す
るレーザー光の基本波と、その基本波の2次以上の高調
波とからなる。前記レーザー発振部は種々のレーザー光
を発生させる発振装置を使用できるが、一例としてはY
AGレーザーを使用できる。
【0010】通常、エポキシ樹脂のような樹脂のビアホ
ール加工を施す場合には、基本波の波長1.064ミク
ロンのYAGレーザーのレーザー光を直接照射した場合
に樹脂が焦げるように変質することがあり、これを防ぐ
ために3次高調波である355nmの波長に変換して使
用することがある。ところが、3次高調波のみを照射し
ようとすると、その変換効率は約30%程度であり、残
り約70%のエネルギーは利用されないことになる。こ
れに対して本発明では、このようなエネルギーの損失が
最小限に抑えられ、且つ、ビアホール加工された孔の底
部の残渣も効率良く除去される。すなわち、本発明で照
射されるレーザー光はその基本波に加え、当該レーザー
光の変調波、一例として2次高調波と3次高調波(ある
いはさらに高次の高調波)の一方または両方が含まれ
る。このように波長が異なるレーザー光を樹脂製の被加
工物に照射すると、例えば、基本波のレーザー光の成分
で主にビアホール加工を進め、高調波の成分で残渣を分
解して行くように作業を進めることが可能となる。
【0011】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施例を図面に
基づき詳細に説明する。図1は本実施例のレーザー加工
装置の構成を示すブロック図であり、図2は被加工物と
しての多層配線基板を示す断面図であり、図3は照射さ
れるレーザー光のパターンの一例を示す図である。
【0012】本実施例のレーザー加工装置はYAGレー
ザーを使用したパルスレーザーの装置例であり、単一の
波長からなるレーザー光を発生させるレーザー発振部1
0と、そのレーザー発振部10からのレーザー光を非線
型光学結晶を用いて変換して高次の高調波を発生させる
波長変換部12と、この波長変換部12からの複数の波
長からなるレーザー光を走査するための走査部18と、
レーザー光を集光して被加工物16に照射するための集
光部14とからなる。被加工物16は、本実施例におい
ては、多層配線用のコアがガラスエポキシから形成さ
れ、エポキシ樹脂とメッキ層が多層に積層されたもので
あり、本実施例のレーザー加工装置によってビアホール
加工される。
【0013】前記レーザー発振部10は、YAGロッド
20とKrフラッシュランプなどからなる励起ランプ2
4を備えたランプハウス22と、レーザー光のシャッタ
ーとして機能するQスイッチ26と、増幅・発振用の発
振器ミラー28、30とを有する。また、本実施例では
変換効率を高めるために当該レーザー発振部10内に波
長変換部12が設けられる。このレーザー発振部10は
一般のレーザー加工用のYAGレーザーであり、エキシ
マレーザーと比較して安価に構成できる。前記YAGロ
ッド20はイットリウム・アルミニウム・ガーネット単
結晶にNd3+イオンをドープしたものである。このYA
Gロッド20に併設される励起ランプ24はパルス励起
させるためのエネルギー源であり、図示しないレーザー
電源が供給される。このランプハウス22には図示しな
い冷却装置が設けられ、この冷却装置によりランプハウ
ス22とYAGロッド20が常時冷却される。本実施例
のように励起ランプ24をフラッシュランプとした場合
には、当該レーザー発振部10はパルスレーザーとして
機能するが、励起ランプ24をアークランプとした場合
には、当該レーザー発振部10はCW(連続発振)レー
ザーとして機能する。またYAGレーザーの励起手段と
してはレーザーダイオードを用いる方法もある。
【0014】前記Qスィッチ26は図示しないQスィッ
チドライバーによって駆動され、シャッターとして機能
して集中したエネルギーのパルスを発生させるものであ
る。本実施例においては、Qスィッチ26はEO−Qス
ィッチ(Electro−Optic Q−switc
h)であり、CWレーザーの場合にはAO−Qスィッチ
(Acoustic−Optic Q−switch)
が使用される。前記発振器ミラー28、30はその間で
光共振によりレーザー光を増幅するためのものであり、
発振器ミラー28が反射鏡として用いられ、反射器ミラ
ー30が出力鏡として用いられる。このレーザー発振部
10は、YAGレーザーの基本波である単一の波長1.
064ミクロンのレーザー光を出力する。
【0015】このような構成のレーザー発振部10から
出力された単色のレーザー光は波長変換部12に入射す
る。この波長変換部12では、非線型光学結晶を用いた
高調波の発生が行われる。本実施例においては、波長変
換部12は光路上に直列に並べられた2つの非線型光学
素子32、34からなり、非線型光学素子32はLBO
(LiB3 4 )であり、非線型光学素子34はBBO
(BaB2 4 )であある。これら非線型光学素子3
2、34を通過したレーザー光は基本波である波長1.
064ミクロンの成分に加えて、波長532ナノメート
ルの2次高調波と波長334ナノメートルの3次高調波
が加わる。
【0016】本実施例では、2つの非線型光学素子3
2、34はBBOとLBOであるが、他の非線型光学結
晶も使用できる。例示すると、KDP(K2 2
4 )、LiNbO3 、KTP(KTiOPO4 )な
ど、その他の波長変換に用いられる非線型光学結晶を使
用できる。また、本実施例では高次の高調波を基本波に
共に発生させることとしているが、ラマンセル等を使用
した誘導ラマン散乱により波長の異なるレーザー光を生
成しても良い。さらに、本実施例においてレーザー発振
部10内部に前記波長変換部12を設けているが、前記
波長変換部12はレーザー発振部10と別体に設けるよ
うに構成することも可能である。
【0017】レーザー光の基本波と高調波のエネルギー
の比は、被加工物16の材料特性に応じて選択される。
本実施例では、基本波に加えて2次高調波と3次高調波
が生成されて合わせて照射されるが、基本波と2次高調
波だけの組合せや、基本波と3次高調波だけの組合せ、
さらには4次以上の高調波も含んだ組合せなどを照射す
るようにすることも可能であり、その組合せ方法は、被
加工物16のビアホール加工される材料の特性に合わせ
て選択される。また、後述するように、この波長変換部
12から被加工物16までの間の光学系を操作すること
で、基本波の分布と高調波の分布からなる所望のレーザ
ー光の強度分布を得ることができ、最適な形でビアホー
ル加工作業を進めることができる。
【0018】前記走査部18は一対のガルバノミラー4
2、44を主たる要素として構成されており、ガルバノ
ミラー42がレーザー光をY軸方向で走査するための機
構部であり、ガルバノミラー44がレーザー光をX軸方
向で走査するための機構部である。前記波長変換部12
からの基本波、2次高調波、および3次高調波を含んだ
レーザー光はガルバノミラー42でY軸方向に走査さ
れ、ガルバノミラー44でX軸方向に走査される。この
ような走査部18から出力される多波長のレーザー光
は、X軸及びY軸方向に走査された光であり、後述する
被加工物16の平面内の走査された位置にスポットを形
成する。
【0019】本実施例では、走査部18を一対のガルバ
ノミラー42、44を主要素として構成したが、被加工
物16が載せられるテーブルの側を動かして、レーザー
光のスポットの位置を走査するようにすることもでき、
光学系とテーブル側の双方を移動させるように構成する
こともできる。
【0020】前記走査部18からのレーザー光は集光部
14で集光され被加工物16に照射される。本実施例で
は集光部14はfθレンズ50からなり、異なる波長で
ある基本波、2次高調波、および3次高調波を含むレー
ザー光はfθレンズ50によって集光される。特に、f
θレンズ50を上記3波長の色消しレンズにした場合に
はレーザー光は同一平面上で集光可能となる。
【0021】本発明のレーザー加工装置における集光部
は、その被加工物の特性に応じて選択される集光特性を
持つことが望ましい。多層配線基板などの合成樹脂にビ
アホール加工を行う場合には、たとえば孔を形成する範
囲全体に均一に基本波と高調波が組み合わされたレーザ
ー光を照射する。このようにレーザー光を照射すること
で、パワーが大きい長波長でビアホール加工し熱の影響
の少ない短波長で残渣をとることができる。
【0022】図2は図示しないテーブル上に置かれた本
実施例の被加工物16であるガラスエポキシ樹脂製の多
層配線基板の断面を示す。ガラスエポキシ基板52の両
面には銅層53、54が形成され、スクリーン印刷など
によりさらにそれら銅層53、54のそれぞれ表面にエ
ポキシ樹脂55、56が形成される。本実施例のレーザ
ー加工装置は、このようなエポキシ樹脂55、56をビ
アホール加工することができる。図2では、エポキシ樹
脂56の表面にレーザー加工装置からレーザー光59が
照射され、孔57が形成されている。このレーザー光5
9は上述のように、基本波と高調波が組み合わされたも
のであり、例えば波長1.064ミクロンの基本波のレ
ーザー光の成分で主にビアホール加工を進め、波長53
2nmと334nmの高調波の各成分で残渣が分解され
る。仮に、レーザー光が基本波だけの場合に、孔57の
底部に破線で示すような残渣58が存在してしまうこと
になるが、本実施例においてはその高調波成分によって
残渣は除去されてしまう。本実施例のレーザー加工装置
によって形成された孔57は一例として基板の垂直方向
に対して約15度傾いたテーパー面を有し、エッチング
や洗浄の際にはエッチング液や洗浄液が孔の底部まで回
り込み効率良く残渣を除去できる。
【0023】図3はレーザー光の強度分布の一例を示
す。上述のように、エポキシ等の樹脂に対してビアホー
ル加工を施した場合には、孔の底部の角の部分に残渣が
残り易い。そこで、図3のようなレーザースポットの中
央部がやや平坦でその周囲にもガウス分布を以って広が
る強度分布を持ったレーザー光を照射する。このような
レーザー光の照射により、たとえばビアホールの上面側
の径が大きく底面側の径が小さくなるようなテーパー形
状のビアホールを設けることができ、その形状において
はエッチングや洗浄などの工程でエッチング液や洗浄液
がビアホールに良く流れ込んで効率良く作業を進めるこ
とができる。また、それぞれの波長ごとに異なる強度分
布を有するようにしても良く、どの波長のものが残渣の
除去に有効かは被加工物16の材料や厚みなどによって
決めるようにして、その材料や厚み等に応じて集光部1
4の光学系の組合せを設定することで効率良く残渣を除
去できる。さらに図3の強度分布以外の強度分布、たと
えば矩形状やリング状などの強度分布を有するレーザー
光を照射するようにしても良い。
【0024】本実施例のレーザー加工装置は、主にビア
ホール加工用として説明したが、これに限定されず、他
の用途例えば、切断や溶接などの加工や、熱処理、レー
ザーアシストエッチングやアッシング、デポジションそ
の他の表面改質などに対しても応用可能である。
【0025】
【発明の効果】本発明のレーザー加工装置は、上述のよ
うに、基本波と高調波が組み合わされたレーザー光を照
射するため、高調波のみを照射した場合に比べて、パワ
ーの損失が小さくなり、それだけ効率良くビアホール加
工作業を進めることができ、同時に、基本波のみ照射し
た場合に比べて、高調波が孔内部の残渣を除去するよう
に機能することから、精度良くビアホール加工をするこ
とができる。加工された被加工物は、残渣などが残るこ
ともなくなるため、その歩留りが向上する。
【0026】また、本発明のレーザー加工装置は、その
レーザー光源として、安価で普及しているYAGレーザ
ーを使用することができ、高調波を加えるための要素と
しては前記波長変換部を加えているだけであり、従って
既存の設備に大幅な設定変更なく、利用できるものであ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のレーザー加工装置の一実施例を示すブ
ロック図である。
【図2】前記実施例のレーザー加工装置で加工される被
加工物としての多層配線基板の概略部分断面図である。
【図3】被加工物に照射されるレーザー光の強度分布の
一例である。
【符号の説明】
10 レーザー発振部 12 波長変換部 14 集光部 16 被加工物 18 走査部 20 YAGレーザーロッド 22 ランプハウス 24 励起ランプ 26 Qスィッチ 28、30 共振器ミラー 32、34 非線型光学素子 42、44 ガルバノミラー 50 fθレンズ
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成11年4月12日
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正内容】
【書類名】 明細書
【発明の名称】 レーザー加工方法
【特許請求の範囲】
【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は配線基板の如き微小
なビアホール加工などを要する被加工物を加工するのに
使用されるレーザー加工方法に関する。
【0002】
【従来の技術】携帯用の小型電話、モバイルのパソコ
ン、CCDカメラ、ビデオカメラなどに使用される多層
配線基板はさらに小型軽量にすることが求められてい
る。現在使用されている多層配線基板は、ガラスエポキ
シ樹脂を主な基板材料とする基板である。その両面にパ
ターン化された銅配線が形成され、この銅配線は所要の
配線のサイズを持って形成される。この配線は基板を小
型軽量にするために現行のものよりもさらに小さなサイ
ズ(ルール)にすることが検討されている。このような
縮小化したルールのもとでは、積層された基板間の接続
用に設けられるビアホールも小さな径にする必要があ
る。
【0003】近年、小型化や軽量化の要求から、レーザ
ーを利用した加工技術が注目され、その中でも炭酸ガス
レーザーを用いてビアホールを設ける方法が試みられて
いる。炭酸ガスレーザーは現在最も普及した加工用気体
レーザーであり、波長が10.6ミクロンと長波長なが
ら大出力が得られる利点があり、100乃至200ミク
ロン(直径)程度の孔を形成することは可能である。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】小型で軽量な多層配線
基板を作成する場合、そのビアホールは例えば70ミク
ロン程度以下の微小な径であることが望まれる。しかし
炭酸ガスレーザーを使用してビアホールを設けた場合、
その工程に時間がかかる上に、その集光スポットの特性
からして70ミクロン程度のサイズが限度である。更
に、炭酸ガスレーザーを用いたビアホール加工では、穴
の底部の角部分に炭酸ガスレーザーの熱では完全に分解
しきれなかった残渣が残ってしまい、これを洗浄工程で
除去すると、最終的に形成されるビアホールの径は、炭
酸ガスレーザーの集光スポットよりも大きくなってしま
う。その為、実用面を考慮すると炭酸ガスレーザーを用
いて形成できるビアホールの径は120ミクロン程度に
すぎない。
【0005】もし、穴の底部の残渣を除去できない場合
には、その残渣上をビアホール内の銅メッキが覆うこと
になる。そして、部品の半田付けなどによる熱が、残渣
を覆ったメッキ部分に加わった時には、その熱のために
銅メッキの部分とその下の基板の銅との間に微妙なスト
レスが生じる。この銅層内のストレスが大きくなった場
合に、下の基板の銅層と銅メッキ部分が剥がれてしま
い、その結果、回路が断線してしまうことになる。
【0006】このような問題を解決するための1つの考
え得る方法は、エキシマレーザーを使用する方法であ
る。エキシマレーザーは自然状態では結合しない原子
(あるいは分子)同士のガスを励起して、疑似分子から
なるエキシマを生成し、このエキシマが元の原子等に戻
る際に放出される固有の波長の光を利用して誘導放出さ
せた時に発生するレーザーであって、特に、炭酸レーザ
ーと比べてその波長が短いという特徴がある。一般に、
レーザーの波長が短く紫外線領域にある場合には、基板
を加工する際、樹脂を熱(熱エネルギー)により分解す
るのではなく、紫外線の光エネルギーで分子の結合を分
解できる。しかし、エキシマレーザーは非常に高価であ
り、これを多層配線基板の製造に用いた場合には、製造
された基板の価格を上昇させることになる。
【0007】そこで、本発明は、上述の技術的な課題に
鑑み、多層配線基板のような被加工物をビアホール加工
する場合において、微細な孔の底部に残渣などが形成さ
れずにビアホール加工が可能なレーザー加工方法を提供
することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明は、(1)被加工
物に波長の異なる複数のレーザー光を合わせて照射し
て、被加工物を加工することを特徴とするレーザー加工
方法、(2)複数の波長からなるレーザー光が、レーザ
ー光の基本波及び該基本波の変調波の中から選択された
ものである上記(1)記載のレーザー加工方法、(3)
YAGレーザーを用いる上記(1)又は(2)記載のレ
ーザー加工方法、を要旨とする。
【0009】本発明で用いられる装置は、例えば単一の
波長のレーザー光を発生させるレーザー発振部と、前記
単一の波長のレーザー光の波長を変換して複数の波長か
らなるレーザー光を射出する波長変換部と、前記複数の
波長からなるレーザー光を合わせて被加工物に照射する
集光部を有するものが用いられる。上記装置において
は、前記波長変換部は前記単一の波長のレーザー光の高
調波を発生させる高調波発生部であり、前記複数の波長
からなるレーザー光は前記レーザー発振部で発生するレ
ーザー光の基本波と、その基本波の2次以上の高調波と
からなる。前記レーザー発振部は種々のレーザー光を発
生させる発振装置を使用できるが、一例としてはYAG
レーザーを使用できる。
【0010】通常、エポキシ樹脂のような樹脂のビアホ
ール加工を施す場合には、基本波の波長1.064ミク
ロンのYAGレーザーのレーザー光を直接照射した場合
に樹脂が焦げるように変質することがあり、これを防ぐ
ために3次高調波である355nmの波長に変換して使
用することがある。ところが、3次高調波のみを照射し
ようとすると、その変換効率は約30%程度であり、残
り約70%のエネルギーは利用されないことになる。こ
れに対して本発明では、このようなエネルギーの損失が
最小限に抑えられ、且つ、ビアホール加工された孔の底
部の残渣も効率良く除去される。すなわち、本発明で照
射されるレーザー光はその基本波に加え、当該レーザー
光の変調波、一例として2次高調波と3次高調波(ある
いはさらに高次の高調波)の一方または両方が含まれ
る。このように波長が異なるレーザー光を樹脂製の被加
工物に照射すると、例えば、基本波のレーザー光の成分
で主にビアホール加工を進め、高調波の成分で残渣を分
解して行くように作業を進めることが可能となる。
【0011】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施例を図面に
基づき詳細に説明する。図1は本実施例において用いら
れるレーザー加工装置の構成を示すブロック図であり、
図2は被加工物としての多層配線基板を示す断面図であ
り、図3は照射されるレーザー光のパターンの一例を示
す図である。
【0012】本実施例において用いられるレーザー加工
装置はYAGレーザーを使用したパルスレーザーの装置
例であり、単一の波長からなるレーザー光を発生させる
レーザー発振部10と、そのレーザー発振部10からの
レーザー光を非線型光学結晶を用いて変換して高次の高
調波を発生させる波長変換部12と、この波長変換部1
2からの複数の波長からなるレーザー光を走査するため
の走査部18と、レーザー光を集光して被加工物16に
照射するための集光部14とからなる。被加工物16
は、本実施例においては、多層配線用のコアがガラスエ
ポキシから形成され、エポキシ樹脂とメッキ層が多層に
積層されたものであり、本実施例のレーザー加工装置に
よってビアホール加工される。
【0013】前記レーザー発振部10は、YAGロッド
20とKrフラッシュランプなどからなる励起ランプ2
4を備えたランプハウス22と、レーザー光のシャッタ
ーとして機能するQスイッチ26と、増幅・発振用の発
振器ミラー28、30とを有する。また、本実施例では
変換効率を高めるために当該レーザー発振部10内に波
長変換部12が設けられる。このレーザー発振部10は
一般のレーザー加工用のYAGレーザーであり、エキシ
マレーザーと比較して安価に構成できる。前記YAGロ
ッド20はイットリウム・アルミニウム・ガーネット単
結晶にNd3+イオンをドープしたものである。このYA
Gロッド20に併設される励起ランプ24はパルス励起
させるためのエネルギー源であり、図示しないレーザー
電源が供給される。このランプハウス22には図示しな
い冷却装置が設けられ、この冷却装置によりランプハウ
ス22とYAGロッド20が常時冷却される。本実施例
のように励起ランプ24をフラッシュランプとした場合
には、当該レーザー発振部10はパルスレーザーとして
機能するが、励起ランプ24をアークランプとした場合
には、当該レーザー発振部10はCW(連続発振)レー
ザーとして機能する。またYAGレーザーの励起手段と
してはレーザーダイオードを用いる方法もある。
【0014】前記Qスィッチ26は図示しないQスィッ
チドライバーによって駆動され、シャッターとして機能
して集中したエネルギーのパルスを発生させるものであ
る。本実施例においては、Qスィッチ26はEO−Qス
ィッチ(Electro−Optic Q−switc
h)であり、CWレーザーの場合にはAO−Qスィッチ
(Acoustic−Optic Q−switch)
が使用される。前記発振器ミラー28、30はその間で
光共振によりレーザー光を増幅するためのものであり、
発振器ミラー28が反射鏡として用いられ、反射器ミラ
ー30が出力鏡として用いられる。このレーザー発振部
10は、YAGレーザーの基本波である単一の波長1.
064ミクロンのレーザー光を出力する。
【0015】このような構成のレーザー発振部10から
出力された単色のレーザー光は波長変換部12に入射す
る。この波長変換部12では、非線型光学結晶を用いた
高調波の発生が行われる。本実施例においては、波長変
換部12は光路上に直列に並べられた2つの非線型光学
素子32、34からなり、非線型光学素子32はLBO
(LiB34 )であり、非線型光学素子34はBBO
(BaB24である。これら非線型光学素子32、
34を通過したレーザー光は基本波である波長1.06
4ミクロンの成分に加えて、波長532ナノメートルの
2次高調波と波長334ナノメートルの3次高調波が加
わる。
【0016】本実施例では、2つの非線型光学素子3
2、34はBBOとLBOであるが、他の非線型光学結
晶も使用できる。例示すると、KDP(K22 PO
4 )、LiNbO3 、KTP(KTiOPO4 )など、
その他の波長変換に用いられる非線型光学結晶を使用で
きる。また、本実施例では高次の高調波を基本波に共に
発生させることとしているが、ラマンセル等を使用した
誘導ラマン散乱により波長の異なるレーザー光を生成し
ても良い。さらに、本実施例においてレーザー発振部1
0内部に前記波長変換部12を設けているが、前記波長
変換部12はレーザー発振部10と別体に設けるように
構成することも可能である。
【0017】レーザー光の基本波と高調波のエネルギー
の比は、被加工物16の材料特性に応じて選択される。
本実施例では、基本波に加えて2次高調波と3次高調波
が生成されて合わせて照射されるが、基本波と2次高調
波だけの組合せや、基本波と3次高調波だけの組合せ、
さらには4次以上の高調波も含んだ組合せなどを照射す
るようにすることも可能であり、その組合せ方法は、被
加工物16のビアホール加工される材料の特性に合わせ
て選択される。また、後述するように、この波長変換部
12から被加工物16までの間の光学系を操作すること
で、基本波の分布と高調波の分布からなる所望のレーザ
ー光の強度分布を得ることができ、最適な形でビアホー
ル加工作業を進めることができる。
【0018】前記走査部18は一対のガルバノミラー4
2、44を主たる要素として構成されており、ガルバノ
ミラー42がレーザー光をY軸方向で走査するための機
構部であり、ガルバノミラー44がレーザー光をX軸方
向で走査するための機構部である。前記波長変換部12
からの基本波、2次高調波、および3次高調波を含んだ
レーザー光はガルバノミラー42でY軸方向に走査さ
れ、ガルバノミラー44でX軸方向に走査される。この
ような走査部18から出力される多波長のレーザー光
は、X軸及びY軸方向に走査された光であり、後述する
被加工物16の平面内の走査された位置にスポットを形
成する。
【0019】本実施例では、走査部18を一対のガルバ
ノミラー42、44を主要素として構成したが、被加工
物16が載せられるテーブルの側を動かして、レーザー
光のスポットの位置を走査するようにすることもでき、
光学系とテーブル側の双方を移動させるように構成する
こともできる。
【0020】前記走査部18からのレーザー光は集光部
14で集光され被加工物16に照射される。本実施例で
は集光部14はfθレンズ50からなり、異なる波長で
ある基本波、2次高調波、および3次高調波を含むレー
ザー光はfθレンズ50によって集光される。特に、f
θレンズ50を上記3波長の色消しレンズにした場合に
はレーザー光は同一平面上で集光可能となる。
【0021】本発明において用いられるレーザー加工装
置の集光部は、その被加工物の特性に応じて選択される
集光特性を持つことが望ましい。多層配線基板などの合
成樹脂にビアホール加工を行う場合には、たとえば孔を
形成する範囲全体に均一に基本波と高調波が組み合わさ
れたレーザー光を照射する。このようにレーザー光を照
射することで、パワーが大きい長波長でビアホール加工
し熱の影響の少ない短波長で残渣をとることができる。
【0022】図2は図示しないテーブル上に置かれた本
実施例の被加工物16であるガラスエポキシ樹脂製の多
層配線基板の断面を示す。ガラスエポキシ基板52の両
面には銅層53、54が形成され、スクリーン印刷など
によりさらにそれら銅層53、54のそれぞれ表面にエ
ポキシ樹脂55、56が形成される。本実施例のレーザ
ー加工方法では、このようなエポキシ樹脂55、56を
ビアホール加工することができる。図2では、エポキシ
樹脂56の表面にレーザー加工装置からレーザー光59
が照射され、孔57が形成されている。このレーザー光
59は上述のように、基本波と高調波が組み合わされた
ものであり、例えば波長1.064ミクロンの基本波の
レーザー光の成分で主にビアホール加工を進め、波長5
32nmと334nmの高調波の各成分で残渣が分解さ
れる。仮に、レーザー光が基本波だけの場合に、孔57
の底部に破線で示すような残渣58が存在してしまうこ
とになるが、本実施例においてはその高調波成分によっ
て残渣は除去されてしまう。本実施例のレーザー加工方
法によって形成された孔57は一例として基板の垂直方
向に対して約15度傾いたテーパー面を有し、エッチン
グや洗浄の際にはエッチング液や洗浄液が孔の底部まで
回り込み効率良く残渣を除去できる。
【0023】図3はレーザー光の強度分布の一例を示
す。上述のように、エポキシ等の樹脂に対してビアホー
ル加工を施した場合には、孔の底部の角の部分に残渣が
残り易い。そこで、図3のようなレーザースポットの中
央部がやや平坦でその周囲にもガウス分布を以って広が
る強度分布を持ったレーザー光を照射する。このような
レーザー光の照射により、たとえばビアホールの上面側
の径が大きく底面側の径が小さくなるようなテーパー形
状のビアホールを設けることができ、その形状において
はエッチングや洗浄などの工程でエッチング液や洗浄液
がビアホールに良く流れ込んで効率良く作業を進めるこ
とができる。また、それぞれの波長ごとに異なる強度分
布を有するようにしても良く、どの波長のものが残渣の
除去に有効かは被加工物16の材料や厚みなどによって
決めるようにして、その材料や厚み等に応じて集光部1
4の光学系の組合せを設定することで効率良く残渣を除
去できる。さらに図3の強度分布以外の強度分布、たと
えば矩形状やリング状などの強度分布を有するレーザー
光を照射するようにしても良い。
【0024】本実施例では主にビアホール加工について
説明したが、本発明方法は、これに限定されず、他の用
途例えば、切断や溶接などの加工や、熱処理、レーザー
アシストエッチングやアッシング、デポジションその他
の表面改質などに対しても応用可能である。
【0025】
【発明の効果】本発明のレーザー加工方法は、上述のよ
うに、複数の波長のレーザー光を照射するため、高調波
のみを照射した場合に比べて、パワーの損失が小さくな
り、それだけ効率良くビアホール加工作業を進めること
ができ、同時に、基本波のみ照射した場合に比べて、高
調波が孔内部の残渣を除去するように機能することか
ら、精度良くビアホール加工をすることができる。さら
に加工された被加工物は、残渣などが残ることもなくな
るため、その歩留りが向上する。
【0026】また、本発明のレーザー加工方法は、その
レーザー光源として、安価で普及しているYAGレーザ
ーを使用することができ、高調波を加えるための要素と
しては前記波長変換部を加えているだけであり、従って
既存の設備に大幅な設定変更なく、利用できるものであ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明方法において用いられるレーザー加工装
置の一実施例を示すブロック図である。
【図2】前記実施例のレーザー加工装置で加工される被
加工物としての多層配線基板の概略部分断面図である。
【図3】被加工物に照射されるレーザー光の強度分布の
一例である。
【符号の説明】 10 レーザー発振部 12 波長変換部 14 集光部 16 被加工物 18 走査部 20 YAGレーザーロッド 22 ランプハウス 24 励起ランプ 26 Qスィッチ 28、30 共振器ミラー 32、34 非線型光学素子 42、44 ガルバノミラー 50 fθレンズ

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】レーザー加工装置において、単一の波長の
    レーザー光を発生させるレーザー発振部と、前記単一の
    波長のレーザー光の波長を変換して複数の波長からなる
    レーザー光を射出する波長変換部と、前記複数の波長か
    らなるレーザー光を合わせて非加工物に照射する集光部
    を有することを特徴とするレーザー加工装置。
  2. 【請求項2】請求項1のレーザー加工装置において、前
    記波長変換部は前記単一の波長のレーザー光の高調波を
    発生させる高調波発生部であり、前記複数の波長からな
    るレーザー光は前記レーザー発振部で発生するレーザー
    光の基本波と、その基本波の2次以上の高調波とからな
    ることを特徴とするレーザー加工装置。
  3. 【請求項3】請求項1のレーザー加工装置において、前
    記レーザー発振部はYAGレーザーの発振部であり、被
    加工物はそのYAGレーザーの基本波および高調波によ
    ってビアホール加工されること特徴とするレーザー加工
    装置。
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