JPH1177343A - 積層部材のレーザ加工方法及びレーザ加工装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 加工速度を減少させることなく、樹脂の完全
除去を達成できる、すなわち、高信頼性と高効率の両立
が可能なレーザ加工方法を提供すること。 【解決手段】 本発明に係るレーザ加工方法は、複数の
導体層とこの複数の導体層間に設けられた樹脂層とから
なる積層部材１６に孔部１９を形成する孔部形成工程
と、レーザ光のビームＯＮ時間が短くピークパワーが高
いレーザ光２２を孔部１９に照射し孔部形成工程におい
て除去できなかった孔部１９の残留樹脂２０を除去する
残留樹脂除去工程とを含んでいる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、いわゆるプリント
基板と呼称される積層配線基板へのブラインドバイアホ
ール加工、溝加工等のレーザを用いた加工方法、特に微
細な導通穴を迅速かつ高品質に形成できる加工方法並び
にこの加工に最適なパルス状のレーザビームを発生する
レーザ加工装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】最近の電子機器の高性能化に伴い、配線
の高密度化が要求されており、この要求を満たすために
プリント基板の多層化、小形化が要求されている。この
ような多層化、小形化を実現するために、ブラインドバ
イアホール（ＢＶＨ）と呼称される穴径１５０μｍ程度
の層間導通接続用の微細とまり穴の形成が必須となる。
しかし、現状のドリル加工ではφ０．２ｍｍ以下の穴あ
けは困難であることに加え、高密度プリント基板では絶
縁層厚さが１００μｍ以下となり、この精度で深さ制御
を行うことが困難なため、ドリル加工では微細ＢＶＨ形
成は不可能である。

【０００３】このドリル加工に代わるＢＶＨ形成方法と
してＩＢＭ ジャーナル オブ リサーチ アンド デ
ィベロップメント（ＩＢＭ Ｊ．Ｒｅｓ．Ｄｅｖｅｌｏ
ｐ．）第２６巻、第３号、３０６〜３１７ページ（１９
８２年）や特公平４−３６７６号公報で示される炭酸ガ
スレーザ等のレーザビームを応用する方法が注目され、
一部実用化されている。これらのレーザビームによる加
工方法は、プリント基板を構成する絶縁基材である樹脂
やガラス繊維と導体層である銅に対する炭酸ガスレーザ
の光エネルギーの吸収率の差を利用したものである。

【０００４】図１８は従来のレーザ加工方法を説明する
図で、図１８（ａ）はレーザ加工中のプリント基板を、
図１８（ｂ）はレーザ加工後のプリント基板を示してい
る。図において、１０１はプリント基板、１０２はプリ
ント基板１０１の表面に設けられ除去部１０２ａが取り
除かれている銅箔、１０３は炭酸ガスレーザ加工装置か
ら照射されるレーザ光である。

【０００５】図１８（ａ）に示すように、プリント基板
１０１の表面の銅箔１０２に必要な穴径の銅箔除去部１
０２ａをエッチング等により形成し、この除去部１０２
ａを介してレーザ光１０３を照射することにより、プリ
ント基板１０１における樹脂やガラスを選択的に分解・
除去してプリント基板１０１に微細な加工穴１０４を形
成する。ここで、銅は炭酸ガスレーザをほとんど反射す
るという特性を有しているので、銅箔１０２が取り除か
れている部分のみが加工され、銅箔１０２が存在する部
分は加工されず、図１８（ｂ）に示すような加工穴１０
４を形成することができる。

【０００６】また、図１９に示すように加工部の内部に
内層銅箔１０２ｂを予め積層しておけば絶縁基材の分解
・除去は内層銅箔１０２ｂで停止するため、内層銅箔１
０２ｂで確実に停止するとまり穴１０４を形成すること
ができる。

【０００７】しかし、図１９に示したように銅箔で停止
するとまり穴を炭酸ガスレーザで加工した場合には、十
分にレーザビームを照射したとしても厚さ１μｍ以下の
絶縁基材である樹脂が内層銅箔上に残留してしまう。こ
のため、レーザ加工後、残留樹脂を過マンガン酸などで
エッチングして残留樹脂を完全に除去する必要がある。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】従来のレーザ加工方法
は上記のようになされているので、とまり穴を形成する
ときに、加工穴が１００μｍ程度まで小さくなると、エ
ッチング液が穴内まで行き渡りにくくなり、残留樹脂を
完全に除去できない穴が発生しやすくなる。そして、こ
の状態のままめっきを施しＢＶＨを形成すると、めっき
膜と内層銅箔の間に一部の樹脂が残留したままになり、
熱サイクル等により応力がかかると、これを起点として
めっき膜が剥がれてしまう。

【０００９】これはレーザを照射してもほとんど温度が
上昇しない銅箔に樹脂内部で発生した熱が熱伝導により
奪われるためで、これを防ぐためには、樹脂で発生した
熱が熱伝導により銅箔に奪われる前に除去に必要なエネ
ルギーを投入する必要がある。すなわち、レーザ光のビ
ームＯＮ時間を短く、ピークパワーを高くする必要があ
る。

【００１０】この発明は上記のような問題点を解決する
ためになされたもので、樹脂の完全除去を達成できる、
すなわち、信頼性が高いレーザ加工方法を提供すること
を目的とする。さらに、この発明は加工速度を減少させ
ることなく、樹脂の完全除去を達成できる、すなわち、
高信頼性と高効率の両立が可能なレーザ加工方法を提供
することを目的とする。また、高信頼性と高効率の両立
が可能なレーザ加工装置を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】この発明に係るレーザ加
工方法は、複数の導体層とこの複数の導体層間に設けら
れた樹脂層とからなる積層部材に孔部を形成する孔部形
成工程と、レーザ光のビームＯＮ時間が短くピークパワ
ーが高いレーザ光を孔部に照射し残留樹脂を除去する残
留樹脂除去工程とを含んでいる。

【００１２】また、残留樹脂除去工程におけるレーザ光
のビームＯＮ時間は５００ｎｓ以下である。さらに、残
留樹脂除去工程におけるレーザ光は、Ｑスイッチ発振さ
れたパルスにより取り出されたＱスイッチレーザビーム
である。

【００１３】また、孔部形成工程は、レーザ光により孔
部を形成する。さらに、孔部形成工程におけるレーザ光
のビームＯＮ時間は１μｓ以上である。さらにまた、孔
部形成工程におけるレーザ光は、複数のＱスイッチパル
スからなるパルス列を周期的に複数形成し、これらのパ
ルスにより取り出されたレーザビームである。さらに、
孔部形成工程におけるレーザ光は、ビームＯＮ時間が長
くピークパワーが低いレーザ光である。

【００１４】この発明に係るレーザ加工装置は、対向し
て設けられた一対の反射ミラーと、この反射ミラー間に
設けられた放電管と、この放電管と反射ミラー間に設け
られレーザ光の偏光を制御する電気光学振幅変調器と、
放電管にパルス電流を投入するパルスレーザ電源と、電
気光学振幅変調器にパルス電圧を印加するパルス発生器
と、パルスレーザ電源において投入されるパルス電流と
パルス発生器において印加されるパルス電圧との同期を
制御する同期制御器とを備えている。また、同期制御器
はパルス電流が投入されているときに、複数のパルス電
圧が印加されるようにする。

【００１５】

【発明の実施の形態】

実施の形態１．本実施の形態におけるレーザ加工装置
は、レーザ光のビームＯＮ時間が長くピークパワーが低
い通常のレーザ光のみでなく、レーザ光のビームＯＮ時
間が短くピークパワーが高いＱ−スイッチ発振により取
り出されるレーザ光をも１つのレーザ加工装置で取り出
すことができるようにしたものである。

【００１６】図１はこの実施の形態１の炭酸ガスレーザ
加工装置を示す図である。図において、１は銅よりなる
凹面形状の全反射ミラー、２は全反射ミラー１に対向配
置されたＺｎＳｅよりなる凹面形状の部分反射ミラーで
あり、この部分反射ミラー２と全反射ミラー１とが安定
型のレーザ共振器を構成する。

【００１７】３はレーザ共振器内に発生するレーザビー
ム、４ａ、４ｂはレーザビーム３のＰ偏光成分のみを透
過させＳ偏光成分は反射させるブリュースター窓、５は
４分の１波長板、６は放電管、７はＣｄＴｅよりなり外
部から印加される電圧により偏光状態を変える電気光学
振幅変調器、８は電気光学振幅変調器７に印加する電圧
を発生するパルス発生器、９は放電管６にパルス電流を
投入するパルスレーザ電源、１０はパルス発生器８とパ
ルスレーザ電源９にトリガパルスを与える同期制御器、
１０ａは部分反射ミラー２より発振器外部に取り出され
たレーザビームである。

【００１８】次に、この実施の形態の炭酸ガスレーザ加
工装置の動作について説明する。まず、図１に示したパ
ルスレーザ電源９から放電管６にパルス電流が投入され
ており、かつパルス発生器８から電気光学振幅変調器７
に電圧が印加されていない場合の動作を説明する。図２
はこのときの動作を説明するための図である。図におい
て説明を簡単にするためにパルス発生器８、パルスレー
ザ電源９、同期制御器１０は図示しておらず、その他は
図１に示したレーザ加工装置と同じであるので説明は省
略する。

【００１９】パルスレーザ電源９から放電管６にパルス
電流が投入されると、レーザビーム３はブリュースター
窓４ａ及び４分の１波長板５を通過して電気光学振幅変
調器７に至る。このとき、ブリュースター窓４ａ、ｂで
囲まれた放電管６を通過するレーザビーム３はＰ偏光成
分だけの直線偏光のみとなるので、４分の１波長板５を
通過するレーザビーム３は右回りの円偏光となる。

【００２０】電気光学振幅変調器７には電圧が印加され
ていないため、電気光学振幅変調器７に至ったレーザビ
ーム３は右回りの円偏光のまま電気光学変調器７を通過
し、全反射ミラー１で反射する。このときの全反射によ
ってレーザビーム３は左回りの円偏光となる。そして、
左回りの円偏光のまま再び電気光学振幅変調器７を通過
したレーザビーム３は、再度４分の１波長板５を通過す
る際にＳ偏光成分の直線偏光になる。しかし、このとき
のレーザビーム３はＰ偏光成分ではないためにブリュー
スター窓４ａ、ｂで囲まれた放電管６を通過することは
できず、この場合レーザ発振は起こらない。

【００２１】次にパルスレーザ電源９から放電管６にパ
ルス電流が投入されている最中に、パルス発生器８から
電気光学振幅変調器７に４分の１波長電圧が印加される
場合の動作を説明する。図３はこのときの動作を説明す
るための図である。図において説明を簡単にするために
パルス発生器８、パルスレーザ電源９、同期制御器１０
は図示しておらず、その他は図１に示したレーザ加工装
置と同じであるので説明は省略する。

【００２２】電気光学振幅変調器７に電圧が印加されて
いないときと同様に、ブリュースター窓４ａから４分の
１波長板５を通過したレーザビーム３は右回りの円偏光
となる。次に、電気光学振幅変調器７には電圧が印加さ
れているので、電気光学振幅変調器７に至ったレーザビ
ーム３は電気光学振幅変調器７を通過する際には電気光
学振幅変調器７によりＳ偏光成分の直線偏光になる。

【００２３】そして、レーザビーム３は全反射ミラー１
で反射し、再び電気光学振幅変調器７を通過したレーザ
ビーム３は、電気光学振幅変調器７により左回りの円偏
光になり、さらに再度４分の１波長板５を通過する際に
Ｐ偏光成分の直線偏光になる。このレーザビーム３はＰ
偏光成分であるのでブリュースター窓４ａ、ｂで囲まれ
た放電管６を通過することができ、レーザビーム３は放
電管８を介して部分反射ミラー２に到達できるためレー
ザ発振が起こる。

【００２４】さらに、パルスレーザ電源９から放電管６
にパルス電流が投入されている最中に、パルス発生器８
から電気光学振幅変調器７への電圧の印加を繰り返し行
った場合の動作を説明する。まず、同期制御器１０がパ
ルス発生器８及びパルスレーザ電源９にトリガパルスを
与える。パルスレーザ電源９はこのトリガパルスが与え
られた時刻から投入されるパルス電流のパルスが立ち上
がるように放電管６にパルス電流を投入する。そして、
パルス発生器８もこのトリガパルスが与えられた時刻か
らオン・オフを繰り返すことにより電気光学振幅変調器
７にパルス幅の小さいパルスを複数印加する。

【００２５】図４はパルスレーザ電源から投入されるパ
ルス電流とパルス発生器から印加されるパルス電圧との
関係を示す図である。図４に示すように、パルスレーザ
電源９から放電管６にパルス電流が投入されている最中
に、パルス発生器８のオン・オフを繰り返すことによ
り、パルス発生器８より電気光学振幅変調器７にパルス
幅の小さいパルスを複数印加することができ、図５に示
すような高いピーク強度と短いパルス幅を有するレーザ
ビームを取りだすことができる。このような手法をＱス
イッチング、このような手法で取り出されたレーザビー
ムをＱスイッチレーザビームと呼んでいる。

【００２６】なお、本実施の形態では、Ｑスイッチング
を繰り返し行い取り出したＱスイッチレーザビームの周
波数が１０ｋＨｚ、ピークパワーが１．８ＭＷ、半値全
幅が３０ｎｓで、１サイクル当たりに取り出されるレー
ザエネルギーが約５０ｍＪであった。

【００２７】また、パルスレーザ電源から放電管に電流
が投入されている最中にパルス発生器から電気光学振幅
変調機に４分の１波長電圧が印加された場合にはＱスイ
ッチパルスと比較して長いパルス幅でピークパワーの低
い通常のレーザビームが取り出される。本実施の形態で
は、レーザビームのパルス周波数が２００Ｈｚ、ピーク
パワーが３ｋＷ、半値全幅が４８μｓで、１パルス当た
りに取り出されるレーザエネルギーは約１５０ｍＪであ
った。

【００２８】本実施の形態のレーザ加工装置では、同期
制御器を設け、この同期制御器によりパルスレーザ電源
及びパルス発生器の同期の制御を行わせることにより、
Ｑスイッチ発振されたパルスにより取り出されるＱスイ
ッチレーザビームとこのＱスイッチレーザビームより長
いパルス幅でピークパワーの低い通常のレーザビームと
を１つのレーザ加工装置で実現することができ、さまざ
まな加工を施せると共に装置を簡単で安価にすることが
できる。

【００２９】実施の形態２．図６はこの実施の形態２に
おける積層部材を加工するレーザ加工装置の構成を示し
た模式図である。図において、１１は実施の形態１で説
明した炭酸ガスレーザ加工装置（以下、炭酸ガス発振器
と呼ぶ）で、通常のレーザ光とＱ−スイッチ発振により
取り出されるレーザ光とを出力することができる。１２
は転写マスク、１３ａ，ｂは炭酸ガス発振器１１から照
射されるレーザビームが所定の位置にくるように位置決
めをする位置決めミラー、１４はレーザビームが対象物
上で結象するようにする転写レンズ、１５は縦横方向に
移動可能な加工する対象物を載せる加工テーブル、１６
はレーザ加工の対象物であるプリント基板、１７はレー
ザビームである。

【００３０】次に、動作について説明する。パルス炭酸
ガスレーザ発振器１１から出射したレーザビーム１７の
一部は転写マスク１２を通過し、図示しない制御装置に
より制御される２枚の位置決めミラー１３ａ，ｂを経て
転写レンズ１４で加工テーブル１５上に設置したプリン
ト基板１６上に転写マスク１２の像を結像させる。な
お、本実施の形態では、厚さ０．８ｍｍの両面銅張りガ
ラスエポキシ基板の表裏面に厚さ１００μｍのガラスエ
ポキシ層を形成したプリント基板１６を用い、基板表面
にφ１００μｍの像を結ぶように結像させた。

【００３１】次にとまり穴を加工する加工方法を説明す
る。図７はこの実施の形態２による積層部材のレーザ加
工方法の工程の一部を示した模式図である。図におい
て、１１はパルス炭酸ガスレーザ発振器、１６はレーザ
加工の対象物であるプリント基板、１７はパルス炭酸ガ
スレーザ発振器１１から出射されるレーザビーム、１８
は加工部の内部に設けられた内層銅箔、１９はプリント
基板１６の加工穴、２０は残留樹脂である。

【００３２】まず、同期制御器１０よりパルスレーザ電
源９のみにトリガパルスを送り、レーザビーム１７を通
常発振させて加工穴１９を形成する。この時レーザビー
ムは発振器出口で３ｋＷのピークパワーと半値全幅で４
８μｓを有し、１サイクル当たりに取り出されるレーザ
エネルギーは約１５０ｍＪである。なお、加工穴１９を
形成するために１加工穴当たり５パルス照射した。この
時点では、加工穴１９の底面の銅箔１８上には厚さ０．
７μｍのエポキシ樹脂からなる残留樹脂膜２０が存在し
ていた。

【００３３】以下に残留樹脂が発生する機構について説
明する。図８は炭酸ガスレーザをエポキシ樹脂に照射し
た場合の加工表面からの深さと透過エネルギーとの関係
を示した図である。なお、加工表面での透過エネルギー
を１とした。図８に示すように、レーザ光は樹脂の表面
からある程度の深さまで浸透して吸収される。例えば、
炭酸ガスレーザをエポキシ樹脂に照射した場合、表面か
ら深さ４０μｍまで進む間に透過される透過エネルギー
は４５％であるので、表面から深さ４０μｍまで進む間
に表面に吸収されるエネルギーの５５％しか樹脂材料に
吸収されないことになる。そのため、表面からの深さが
浅い場合には、エポキシ樹脂が炭酸ガスレーザから照射
されたレーザビームのエネルギーを十分に吸収すること
ができない。

【００３４】したがって、形成するとまり穴が加工表面
から浅い場合、即ち、図７に示す銅箔１８上の厚さが薄
い樹脂に対してレーザ光を照射すると、図９に示すよう
に、レーザ光は一部エネルギーを樹脂に吸収されなが
ら、底面の銅箔に達する。そして、銅箔に達したレーザ
光は銅箔で反射されるが、銅箔の炭酸ガスレーザに対す
る反射率は９５％と高いため、樹脂を透過してきたレー
ザ光はほとんど銅箔に吸収されず再び樹脂中に反射され
る。その後、反射されたレーザ光は、一部樹脂に吸収さ
れ、樹脂を透過してしまう。そのため、レーザ光のエネ
ルギーは、一部が樹脂に吸収されるのみで他は全て透過
してしまう。しかも、この樹脂に吸収されたエネルギー
もレーザ照射してもほとんど温度が上昇しない銅箔に熱
伝導により奪われてしまう。

【００３５】図１０は上記の事項を考慮して、銅箔上の
厚さ１μｍのポリイミド樹脂に、１平方ｃｍ当り５ＭＷ
のパワー密度の炭酸ガスレーザを１０μｓ照射した場合
の銅箔と樹脂の最高到達温度の分布を示したものであ
る。図から銅箔とポリイミドの界面から０．２μｍ程度
（表面からの距離が０．８μｍ程度）はポリイミドの分
解温度に達しないことがわかる。これはレーザを照射し
てもほとんど温度が上昇しない銅箔にポリイミド内部で
発生した熱が熱伝導により奪われるためである。

【００３６】これを防ぐためには、ポリイミドで発生し
た熱が熱伝導により銅箔に奪われる前に除去に必要なエ
ネルギーを投入する必要がある。すなわち、レーザ光の
ビームＯＮ時間を短く、ピークパワーを高くする必要が
ある。そこで、本実施の形態では、このような残留樹脂
を除去するために、Ｑスイッチレーザビームを照射し残
留樹脂の除去を行う。以下、残留樹脂の除去工程を説明
する。

【００３７】図１１に示すように、通常発振させたパル
スＯＮ中に電気光学振幅変調器に２進数的にオン・オフ
のパルス電圧が印加されるように、同期制御器よりパル
スレーザ電源とパルス発生器にトリガパルスを送り、Ｑ
スイッチレーザビームを加工穴に照射する。この時、Ｑ
スイッチレーザビームは電気光学振幅変調器に印加する
パルス電圧の周波数は１０ｋＨｚで、発振器出口で１．
８ＭＷのピークパワーと半値全幅で３０ｎｓ、１パルス
当たりに取り出されるレーザエネルギーは約５０ｍＪで
あった。このＱスイッチレーザビームパルスを１加工穴
当たり２パルス照射した。これにより、加工穴底面の銅
箔上のエポキシ樹脂を完全に除去することができた。

【００３８】上記の方法により、１枚当たり２０００穴
の加工を施したプリント基板を１０枚作成した。このと
き２枚の位置決めミラーを毎秒２００ヶ所の位置決めが
出来るように制御することにより、一枚当たりの加工に
約２分を要した。この基板をデスミア処理した後、めっ
き、パターン形成を行い信頼性評価用基板を作成した。
この基板で−６５℃（３０分）、１２５℃（３０分）の
ヒートサイクル試験を行ったところ、いずれの基板でも
６５０サイクルで抵抗変化率１％と高い信頼性が得られ
た。

【００３９】比較形態１．また、従来の手法と比較する
ために、通常発振のレーザビームのみでＱスイッチレー
ザビームの照射を行わずに加工を施した基板を１０枚作
成し、同様のヒートサイクル試験を行ったところ、いず
れの基板も１００サイクルで抵抗変化率が１０％を越
え、３５０サイクルで配線が断線する基板が発生した。
これは、先に説明したように通常のレーザビームのみの
加工では加工穴に残留樹脂が残ってしまうため、熱サイ
クルにより応力がかかると、これを起点としてめっき膜
が剥がれてしまうからである。以上のように、本発明に
よれば、従来の手法よりも導通信頼性の面において著し
く改善される。

【００４０】比較形態２．さらに、通常発振のパルスを
照射せず、Ｑスイッチレーザビームのみで加工を施した
基板を１０枚作成し、同様のヒートサイクル試験を行っ
たところ、加工穴を形成するために１穴当たり２００パ
ルスが必要であった。このため加工時間は１枚当り約４
０分必要となった。なお、ヒートサイクル試験ではいず
れの基板も６５０サイクルで抵抗変化率１％と高い導通
信頼性が得られた。このように、一般的にレーザビーム
を短パルス高ピーク化するに伴い、除去される物質の温
度が上昇するため、単位エネルギー当りの除去深さが減
少し、その結果、加工時間が長くなり効率が低下する。

【００４１】本実施の形態では、加工穴をレーザ光によ
り形成しているが、これは特に限定するものではなく、
ドリル加工等により加工穴を形成し、その後、短パルス
高ピークのレーザ光を加工穴に照射させるようにしても
よい。ただし、ドリル加工の場合には、細かな加工穴の
形成には不向きである。

【００４２】以上のように、この実施の形態２では、通
常レーザ光により孔部を形成させた後に、短パルス高ピ
ークのレーザ光により孔部に残留する残留樹脂を除去す
るようにしたので、高い導通信頼性を保ったまま従来の
手法よりもより短い時間で加工ができ、能率が著しく改
善される。

【００４３】実施の形態３．図１２はこの実施の形態の
ＱスイッチレーザビームのパルスＯＮ時間を変化させた
場合における、導通信頼性の変化を示した図である。加
工時にＱスイッチレーザビームのパルスＯＮ時間を３０
ｎｓから１μｓまで変化させ、各々のパルスＯＮ時間に
おいて基板を１０枚作成した。縦軸は上記のヒートサイ
クル試験において１０００サイクル経過後、抵抗変化率
が１０％以上となった基板の枚数を示している。図よ
り、ＱスイッチのレーザビームのパルスＯＮ時間が５０
０ｎｓ以下では１０００サイクル後の抵抗変化率が１０
％以上となることはなく、高い導通信頼性が得られるこ
とがわかる。

【００４４】図１３は加工に用いるレーザビームのパル
スＯＮ時間と、実施の形態２で用いたプリント基板表面
に深さ１００μｍの穴、２０００個を基板１枚に加工す
るのに必要な時間の関係を示した図である。ここで、そ
れぞれのパルスＯＮ時間での１パルスの照射エネルギー
がほぼ一定となるようにし、加工時間は底面銅箔上の残
膜が１μｍ以下となるまでの時間とした。図よりパルス
幅が１μｓ以下になると加工時間が著しく長くなり能率
が悪いことがわかる。以上のことから、１μｓ以上のパ
ルスＯＮ時間のパルスで底面銅箔上の残膜が１μｍ以下
となるまでの加工を行い、その後、１００ｎｓ以下のパ
ルスＯＮ時間のパルスで残留膜を除去することにより、
効率よく導通信頼性の確保と高能率の両立が達成でき
る。

【００４５】実施の形態４．図１４はこの実施の形態４
による積層部材のレーザ加工方法に用いた装置の模式図
である。図において、１１は通常のパルス炭酸ガスレー
ザ発振器、２１は波長５３２ｎｍの第二高調波を発振す
るＱスイッチパルスＹＡＧレーザ発振器である。その他
は実施の形態２で説明したものと同じであるので説明は
省略する。

【００４６】次に、動作について説明する。図におい
て、パルス炭酸ガスレーザ発振器１１から出射されたパ
ルス炭酸ガスレーザビーム１７の一部は転写マスク１２
を通過し、図示しない制御装置により制御される２枚の
位置決めミラー１３ａ、ｂを経て転写レンズ１４で加工
テーブル１５上に設置したプリント基板１６上に転写マ
スク１２の像を結像する。本実施の形態では、厚さ０．
８ｍｍの両面銅張りガラスエポキシ基板の表裏面に厚さ
１００μｍのガラスエポキシ層を形成したプリント基板
を用い、基板表面にφ１００μｍの像を結ぶように結像
させた。

【００４７】また、ＱスイッチパルスＹＡＧレーザ発振
器２１から出射されたＱスイッチパルス第二高調波ＹＡ
Ｇレーザビーム２２は図示しない制御装置により制御さ
れる２枚の位置決めミラー１３ｃ、ｄを経て集光レンズ
１４で集光し、加工テーブル１５と２枚の位置決めミラ
ー１３ｃ、ｄによる位置決めにより、パルス炭酸ガスレ
ーザビーム１７での穴あけが終了したプリント基板１６
上の加工穴に照射される。

【００４８】図１５はこの実施の形態３による積層部材
のレーザ加工方法の工程を示した模式図である。図にお
いて、１６はレーザ加工の対象物であるプリント基板、
１７はパルス炭酸ガスレーザ発振器１１から出射される
レーザビーム、１８は加工部の内部に設けられた内層銅
箔、１９はプリント基板１６の加工穴、２０は残留樹
脂、２２はＱスイッチパルス第二高調波ＹＡＧレーザ発
振器２１から出射されるレーザビームである。

【００４９】まず、パルス炭酸ガスレーザ発振器１１か
ら出射されたパルス炭酸ガスレーザビーム１７をプリン
ト基板１６に照射して加工穴１９を形成する。この時レ
ーザビームは発振器出口で３ｋＷのピークパワーと半値
全幅で４８μｓを有し、１サイクル当たりに取り出され
るレーザエネルギーは約１５０ｍＪであり、加工穴１９
を形成するために１加工穴当たり５パルス照射した。こ
の時点では、加工穴１９の底面の銅箔１８上には厚さ
０．７μｍのエポキシ樹脂からなる残留樹脂膜２０が残
留していた。

【００５０】このようにしてパルス炭酸ガスレーザビー
ム１７により加工穴１９が形成された後、Ｑスイッチパ
ルスＹＡＧレーザ２１から発振したＱスイッチＹＡＧレ
ーザビーム２２を加工穴１９に照射する。この時、Ｑス
イッチパルス第二高調波ＹＡＧレーザビーム２２は周波
数１０ｋＨｚで、発振器出口で０．１ＭＷのピークパワ
ーと半値全幅で１０ｎｓ、１パルス当たりに取り出され
るレーザエネルギーは約１ｍＪであった。このＱスイッ
チレーザビームパルスを１加工穴当たり４パルス照射し
た。これにより、加工穴１９底面の銅箔１８上のエポキ
シ樹脂２０を完全に除去することができた。

【００５１】上記の方法により、１枚当たり２０００穴
の加工を施したプリント基板を１０枚作成した。このと
き二組の２枚の位置決めミラーそれぞれを毎秒２００ヶ
所の位置決めが出来るように制御することにより、一枚
当たりの加工に約４分を要した。この基板をデスミア処
理した後、めっき、パターン形成を行い信頼性評価用基
板を作成した。この基板で−６５℃（３０分）、１２５
℃（３０分）のヒートサイクル試験を行ったところ、い
ずれの基板でも６５０サイクルで抵抗変化率１％と高い
信頼性が得られた。

【００５２】比較形態３．また、従来の手法と比較する
ために、パルス炭酸ガスレーザビームのみでＱスイッチ
ＹＡＧレーザビームの照射を行わずに加工を施した基板
を１０枚作成し、同様のヒートサイクル試験を行ったと
ころ、いずれの基板も１００サイクルで抵抗変化率が１
０％を越え、３５０サイクルで配線が断線する基板が発
生した。以上のように、本発明によれば、従来の手法よ
りも導通信頼性の面において著しく改善される。

【００５３】比較形態４．さらに、パルス炭酸ガスレー
ザを照射せず、ＱスイッチＹＡＧレーザビームのみで加
工を施した基板を１０枚作成し、同様のヒートサイクル
試験を行ったところ、加工穴を形成するために１穴当た
り５００パルスが必要であった。このため加工時間は１
枚当り約１００分必要となった。なお、ヒートサイクル
試験ではいずれの基板も６５０サイクルで抵抗変化率１
％と高い信頼性が得られた。以上のように、本発明によ
れば、高い信頼性を保ったまま従来の手法よりもより短
い時間で加工ができ、能率が著しく改善される。

【００５４】実施の形態５．図１６はこの実施の形態５
による積層部材のレーザ加工方法に用いたＱ−スイッチ
炭酸ガスレーザ装置を示す図である。図において、１は
銅よりなる凹面形状の全反射ミラー、２は全反射ミラー
１に対向配置されたＺｎＳｅよりなる凹面形状の部分反
射ミラーであり、この部分反射ミラー２と全反射ミラー
１が安定型のレーザ共振器を構成する。

【００５５】３はレーザ共振器内に発生するレーザビー
ム、４ａ、４ｂはレーザビーム３のＰ偏光成分のみを透
過させＳ偏光成分は反射させるブリュースター窓、５は
４分の１波長板、６は放電管、７はＣｄＴｅよりなり外
部から印加される電圧により変更状態を変える電気光学
振幅変調器、８は電気光学振幅変調器７に印加する電圧
を発生するパルス発生器、１０はパルス発生器８にトリ
ガパルス１９を与える制御装置、１０ａは部分反射ミラ
ー２より発振器外部に取り出されたレーザビーム、２３
は放電管６に電流を投入する連続レーザ電源である。

【００５６】図１７は図１６に示したレーザ装置を用い
たこの実施の形態５による積層部材のレーザ加工に用い
たパルスの形態を示した模式図である。なお、加工に用
いた装置構成、被加工材は実施の形態２の図６の場合と
同じとした。まず、パルス発生器８を制御し、パルス幅
５００ｎｓのＱスイッチパルスを１００ｋＨｚで１００
パルス発振したパルス列２４を２００Ｈｚで発振させ、
１加工穴当たり６パルス照射した。この時レーザビーム
は発振器出口で３ｋＷのピークパワーで、パルス列１サ
イクル当たりに取り出されるレーザエネルギーは約１５
０ｍＪであり、加工穴を形成するために１加工穴当たり
５パルス照射した。この時点では、加工穴底面の銅箔上
には厚さ０．７μｍのエポキシ樹脂が残留していた。

【００５７】次にパルス発生器８を制御し、パルス幅３
０ｎｓのＱスイッチパルス２５を１０ｋＨｚで発振さ
せ、Ｑスイッチパルス列で加工された加工穴に照射し
た。この時、Ｑスイッチレーザビームは、発振器出口で
１．８ＭＷのピークパワーで１パルス当たりに取り出さ
れるレーザエネルギーは約５０ｍＪであった。このＱス
イッチレーザビームパルスを１加工穴当たり２パルス照
射した。これにより、加工穴底面の銅箔上のエポキシ樹
脂を完全に除去することができた。

【００５８】上記の方法により、１枚当たり２０００穴
の加工を施したプリント基板を１０枚作成した。このと
き２枚の位置決めミラーを毎秒２００ヶ所の位置決めが
出来るように制御することにより、一枚当たりの加工に
約２分を要した。この基板をデスミア処理した後、めっ
き、パターン形成を行い信頼性評価用基板を作成した。
この基板で−６５℃（３０分）、１２５℃（３０分）の
ヒートサイクル試験を行ったところ、いずれの基板でも
６５０サイクルで抵抗変化率１％と高い信頼性が得られ
た。

【００５９】以上のように、本発明によれば、レーザ電
源として安価な連続出力の電源が使用できるので、安価
な装置で導通信頼性の確保と高能率の両立が達成でき
る。

【００６０】

【発明の効果】この発明にかかるレーザ加工方法は、複
数の導体層とこの複数の導体層間に設けられた樹脂層と
からなる積層部材に孔部を形成する孔部形成工程と、レ
ーザ光のビームＯＮ時間が短くピークパワーが高いレー
ザ光を前記孔部に照射し残留樹脂を除去する残留樹脂除
去工程とを含んでいるので、ビームＯＮ時間が短くピー
クパワーが高いレーザ光により孔部に残留している残留
樹脂を完全に除去することができ、導通信頼性が高い加
工方法を実現することができる。

【００６１】残留樹脂除去工程におけるレーザ光のビー
ムＯＮ時間は５００ｎｓ以下であるので、導通信頼性が
低下することがなく高い導通信頼性を得ることができ
る。

【００６２】残留樹脂除去工程におけるレーザ光は、Ｑ
スイッチ発振されたパルスにより取り出されたＱスイッ
チレーザビームであるので、ビームＯＮ時間が短くピー
クパワーが高いレーザ光を容易に照射させることができ
る。

【００６３】孔部形成工程は、レーザ光により孔部を形
成するので、孔部形跡工程におけるレーザ光により能率
良く孔部を形成し、残留樹脂除去工程におけるビームＯ
Ｎ時間が短くピークパワーが高いレーザ光により孔部に
残留している残留樹脂を完全に除去することができ、導
通信頼性の確保と高能率の両立が達成できる加工方法を
実現できる。

【００６４】孔部形成工程におけるレーザ光のビームＯ
Ｎ時間は１μｓ以上であるので、加工時間を短くするこ
とができ、高能率な加工方法を実現することができる。

【００６５】孔部形成工程におけるレーザ光は、複数の
Ｑスイッチパルスからなるパルス列を周期的に複数形成
し、これらのパルスにより取り出されたレーザビームで
あるので、安価な連続出力のレーザ電源でビームＯＮ時
間が短くピークパワーが高いレーザ光を照射させること
ができ、安価な装置で導通信頼性の確保と高能率の両立
が達成できる加工方法を実現できる。

【００６６】孔部形成工程におけるレーザ光は、ビーム
ＯＮ時間が長くピークパワーが低いレーザ光であるの
で、安価な装置で導通信頼性の確保と高能率の両立が達
成できる加工方法を実現できる。

【００６７】この発明にかかるレーザ加工装置は、対向
して設けられた一対の反射ミラーと、この反射ミラー間
に設けられた放電管と、この放電管と反射ミラー間に設
けられレーザ光の偏光を制御する電気光学振幅変調器
と、放電管にパルス電流を投入するパルスレーザ電源
と、電気光学振幅変調器にパルス電圧を印加するパルス
発生器と、パルスレーザ電源において投入されるパルス
電流とパルス発生器において印加されるパルス電圧との
同期を制御する同期制御器とを備えているので、ビーム
ＯＮ時間が短くピークパワーが高いレーザ光とこのレー
ザ光より長いパルス幅でピークパワーの低い通常のレー
ザビームとを１つのレーザ加工装置で実現することがで
き、さまざまな加工が施せると共に装置を簡単で安価に
することができる。

【００６８】同期制御器はパルス電流が投入されている
ときに、複数のパルス電圧が印加されるようにするの
で、Ｑスイッチ発振によりビームＯＮ時間が短くピーク
パワーが高いレーザ光を照射させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施の形態１の炭酸ガスレーザ装置
の構成図である。

【図２】 図１に示した炭酸ガスレーザ装置の動作を説
明する図である。

【図３】 図１に示した炭酸ガスレーザ装置の動作を説
明する図である。

【図４】 パルス電流とパルス電圧との関係を示す図で
ある。

【図５】 図１に示した炭酸ガスレーザ装置のパルス波
形を示す図である。

【図６】 本発明の実施の形態２のレーザ加工装置の模
式図である。

【図７】 本発明の実施の形態２のレーザ加工方法の工
程を示す図である。

【図８】 被加工材中での透過エネルギー分布を示す概
略図である。

【図９】 レーザビームの伝搬経路を示す模式図であ
る。

【図１０】 被加工部材の温度分布を示す概略図であ
る。

【図１１】 パルス電流とパルス電圧との関係を示す図
である。

【図１２】 本発明の実施の形態３のビームＯＮ時間と
不良基板枚数の関係を示す図である。

【図１３】 本発明の実施の形態３のビームＯＮ時間と
概略加工時間の関係を示す図である。

【図１４】 本発明の実施の形態４のレーザ加工装置の
模式図である。

【図１５】 本発明の実施の形態４のレーザ加工方法の
工程を示す図である。

【図１６】 本発明の実施の形態５のレーザ装置の断面
図である。

【図１７】 本発明の実施の形態５のパルスの形態を示
す概略図である。

【図１８】 従来のレーザのプリント基板の穴あけ方法
を示す模式図である。

【図１９】 従来のレーザのプリント基板の穴あけ方法
を示す模式図である。

【符号の説明】

１ 全反射ミラー ２ 部分反射
ミラー ３ 共振器内のレーザビーム ４ ブリュー
スター窓 ５ ４分の１波長板 ６ 放電管 ７ 電気光学振幅変調器 ８ パルス発
生器 ９ パルスレーザ電源 １０ 同期制御
器 １０ａ レーザビーム １１ 炭酸ガス発振器 １２ 転写マ
スク １３ 位置決めミラー １４ 転写レ
ンズ １５ 加工テーブル １６ プリン
ト基板 １７ パルス炭酸ガスレーザビーム １８ 内層銅
箔 １９ 加工穴 ２０ 残留樹
脂 ２１ Ｑスイッチパルス第二高調波ＹＡＧレーザ発振
器 ２２ Ｑスイッチパルス第二高調波ＹＡＧレーザ発振
ビーム ２３ 連続レーザ電源 ２４ Ｑスイ
ッチパルス列 ２５ Ｑスイッチパルス １０１ プリント基板 １０２ 銅箔 １０２ａ 除去部 １０２ｂ 内
層銅箔 １０３ レーザ光 １０４ 加
工穴

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 西田 聡 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 (72)発明者 湯山 崇之 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の導体層とこの複数の導体層間に設
   けられた樹脂層とからなる積層部材に孔部を形成する孔
   部形成工程と、レーザ光のビームＯＮ時間が短くピーク
   パワーが高いレーザ光を前記孔部に照射し残留樹脂を除
   去する残留樹脂除去工程とを含んでいることを特徴とす
   るレーザ加工方法。
2. 【請求項２】 残留樹脂除去工程におけるレーザ光のビ
   ームＯＮ時間は５００ｎｓ以下であることを特徴とする
   請求項１記載のレーザ加工方法。
3. 【請求項３】 残留樹脂除去工程におけるレーザ光は、
   Ｑスイッチ発振されたパルスにより取り出されたＱスイ
   ッチレーザビームであることを特徴とする請求項１また
   は請求項２記載のレーザ加工方法。
4. 【請求項４】 孔部形成工程は、レーザ光により孔部を
   形成することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項
   記載のレーザ加工方法。
5. 【請求項５】 孔部形成工程におけるレーザ光のビーム
   ＯＮ時間は１μｓ以上であることを特徴とする請求項４
   記載のレーザ加工方法。
6. 【請求項６】 孔部形成工程におけるレーザ光は、複数
   のＱスイッチパルスからなるパルス列を周期的に複数形
   成し、これらのパルスにより取り出されたレーザビーム
   であることを特徴とする請求項４または請求項５記載の
   レーザ加工方法。
7. 【請求項７】 孔部形成工程におけるレーザ光は、ビー
   ムＯＮ時間が長くピークパワーが低いレーザ光であるこ
   とを特徴とする請求項６記載のレーザ加工方法。
8. 【請求項８】 対向して設けられた一対の反射ミラー
   と、前記反射ミラー間に設けられた放電管と、前記放電
   管と前記反射ミラー間に設けられレーザ光の偏光を制御
   する電気光学振幅変調器と、前記放電管にパルス電流を
   投入するパルスレーザ電源と、前記電気光学振幅変調器
   にパルス電圧を印加するパルス発生器と、前記パルスレ
   ーザ電源において投入されるパルス電流と前記パルス発
   生器において印加されるパルス電圧との同期を制御する
   同期制御器とを備えたことを特徴とするレーザ加工装
   置。
9. 【請求項９】 同期制御器はパルスレーザ電源において
   パルス電流が投入されているときに、前記パルス発生器
   において複数のパルス電圧が印加されるようにすること
   を特徴とする請求項８記載のレーザ加工装置。