JPS62101390A - 高精細レ−ザ加工素材及びその加工法 - Google Patents

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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、レーザービームてより微細孔の貫通加工を
行う際に用いられる金属と樹脂の複合層素材とその貫通
加工法に関するものである。

〔従来の技術〕

従来、厚さ数ミクロン〜数６ミクロンの薄いプラスチッ
クシートと、同程度の厚さの銅箔を積層して収る複合層
素けは７レキングルブリ／ト板等において見られる様に
公知である。この様な金属と樹脂から収る複合層素材に
高精細な貫通孔を形成する要求が多数ある。例えば、本
発明者はすでに、フルチ素子型の静電吸引式インクジェ
ットプリンターヘッドについての出願をしているが、こ
こに用いられるパッドは絶縁シートの片面又は両面に電
極板を存し、かつ、記碌素子単位の貫通孔を形成した部
材を必要としている。又、本発明者は特願昭ｆｉｇ−１
８１０４０において、イオン７ｐ−プリンタの改良ヘッ
ドを出願しているが、このヘッド圧おいても絶縁材の両
面に電極を設け、記碌素子単位の貫通孔を形成した部材
な必要としている。これ等の貫通孔は数十〜数百ミクロ
ンの直径を有し、かつ金属ノート、・貼縁抹シート都で
孔ずれかないｍが１ましく、従って金属シートと絶縁材
ノートを一体的に形成し同時ＩＣ貫通孔を形成する事が
好ましい。微細孔の貫通加工には小径ドリルを用いる方
法、打抜き加工法、放電加工法。

レーザービーム加工法、エツチング法、電鋳法等が知ら
れているが、金属とプラスチックシートの複合素材に適
用可能なのはトリル又は打抜き等の機械的な方法か、又
はレーザービーム加工法に限定される。

〔症例が解決しようとする問題点〕

しかしながら前者の機械的な方法は多数の孔加工をする
間に工具が損耗して加工稍度を維持しＫくく、かつ加工
速度があまり早（ないという問題かあった。

一方、レーザービーム加工法は通常単一構成の累打に対
して高精４１ｄｌ加工を施した例はいくつか報告されて
いるか一金属ノートとプラスチックシートの腹合素材に
対する加工例はブリメト基板のスルーホール加工程度で
、Ｍ］梢細加工の実用例があまりない。

そこで、この発明は樹脂層及び金属層からぼる複合層素
材に対するレーザービームによる高精細加工を実現する
事を目的とするものである。

Ｃ問題点を解決する手段及び作用〕 この発明は、上記の目的達成の為に、以下の様な特性を
持つ金属すなわち、波長１．０；クロンの光の反射率が
略８０チ以下およびまたは、波長１０、Ｏミクｑンの光
の反射率が略９７チ以下で、かつヤング率が略１５　Ｘ
　Ｉ　Ｑ”Ｎｍ−”以上である特性の金属を樹脂層に対
して積層する様に構成した複合ＲＪ累材を用い、これに
レーサー光を照射して貫通孔を形成するようにして、レ
ーザー光の吸収効率を高め、樹脂層に作用するレーザー
エネルギーを適正化するようにしたものである。

〔￥九例〕

以下、図面を参照してこの発明の詳細な説明するＯ 第５図（ａｌ（ｂ）は、この発明の実施例と比較するた
めの笑験例１を示す図である。第５図（ａｌは、レーザ
ービームにより加工されろ複合層素材のシートの構成を
示す断面図である。図に示す様に、厚さ２５ミクロンの
ポリイミド１６の上面、下面共に厚さ１８ミクｐ）の銅
箔１７ａ、１７ｂが厚さ２０ミクロンの接看層１８を介
して積層されている。

レーザービームにより形成される貫通孔１９の口径はｄ
で示され、この実験では１５０〜２００　ミクロンをｌ
：Ｉ偉とした。

この複合ノ傅素材にＣＯ２レーザ−ビームを集束してパ
ルス状に照射した結果を第５図（ｂ）に示す。第５図（
ｂｌは貫通孔の断面形状と上面から見た開口部の状況を
示す図である。鋼箔１７ａ、１７ｂに形ｒＨ，された開
口部２０をま開口円周部がギザギザした一部がめくれ上
′〕だ様な不規則な形状をしており、銅箔１７ａ、１７
ｂｌｃ挾まれたポリイミド層２１（妥眉層を含む）は、
鋼箔１７ａ、１７ｂに比べて約２倍の径に拡大した開口
となった。従って上記の様な構成の復合廂素材釦単純に
レーサー光を照射して６８　つ’ｉ’を細な加工を行う
事はきわめて不適切である事が分った。

この様な不具合が生じた原因は、抜加工複合層素材を構
成する材料の性質及びその組合せにあるものと思われろ
。すなわち金属をレーザー加工する場合には高いエネル
ギーを必要とし、絶縁樹脂湘を孔あけする（は低いエネ
ルギーですむが、両者を複合した素材では金、属（適合
する高いエネルギーを与えないと貫通孔の加工を行うこ
とができない。この様１’ｌ：高いエネルギーを印加し
た結果佑縁樹脂層は過度に開口径が拡大してしまう。更
に樹脂１１＆が加工される間に樹脂は軟化し、更にはガ
ス化して急速に膨張し、これによって金Ｉ！４１脅が力
を受けて不規則な円内形状となったりめくれが生じたり
する。

そこで、この発明においては上記の様な高精細加工を阻
害する要因？：除去するもので、ｍ指層と組合せて用い
る金属層の素材を適正化して、複合層素材を構成しこれ
にレーサー光を照射して高精細加工を実現するものであ
る。

第１表は代表的な金属につい℃、レーザー光に対する反
射率及び吸収率と、ヤング率のデータを示したものであ
る。レーザー光圧対する反射率及び吸収率は波長１．０
ミクｐンと波長］０．Ｏｊりｐンのときのデータを表に
示している。この波長は、９１１者がＹＡＧレーザ、後
者がＣＯｚレーサーの発振波長にほぼ等しい値である為
に取り上げたものである。又、同波長での吸収率も示し
たが、レーザー加工の難易は吸収率を比較した方が判断
しゃすい。波長１．０４りｃＪ７と１０．Ｏ４りｐ７Ｖ
Ｃおける吸収率の値そのものは異った値となっているが
、例示した金属は吸収が多し・グループと吸収が少いグ
ループとにわかれろ傾向が見られる。又、これらの吸収
特性と共ｌｃ打料の強靭性を示すヤング率も特徴的にグ
ループ分けされている。

第１のグループは、レーザー光吸収率が小さくて、ヤン
グ率が小さい事で特徴づけられＡグループとし℃示し℃
ある。第２のグループは、レーザー光の吸収率が大きく
、ヤング率も大きな値を有していて、Ｂグループとして
示しである。

波長１．０ミクμン、丁なわち、ＹＡＧレーザーでの加
工に対応する波長での吸収を比較すると。

Ａグループは例外的にしｉい吸収のＡＩの６１チ乞除く
と他は２％以丁であるのに対し、Ｂグループ　７では３
０〜４０チの尚い紋収率？示していてＡ。

８間に著しい差がある。改良１０．０ミクｐン、丁なわ
ちＣＯシレーサーでの加工に対応する波長での吸収は、
Ａグループは２．０チ以下に対し、Ｂグループは、４〜
７チであり、ここでもＡ、ｌ１３１ｆＪｌに著しい差が
見られる。同碌にヤング率についてもＡグループは、Ｂ
　７’ループの１／３　ｅｅ度ので直となっている。

絶縁性ノート上にＡグループの金属層を設けて溝数した
９合層六材をレーザー光で加工する場合には、金属のレ
ーザー光吸収率が小さいから、これをば、１させるには
強いレーザー光を照射する必要があり、その場合、樹脂
１−には必要μ上に強いエネルギーが照射されろ事にな
り著しく大径の開口が形成されてしまう不都合が生じる
。又、そのａ！　Ｋ　’Ｊいエネルギーで加工を行った
場合ｉｃ発生するガスや・欧化変形力は強く金属１ｊに
作用して、これを変形させて金属層の開口部の円周を不
規則な形状に歪めてしまう。又、Ａグループに属する金
属はヤング率が小さい為ｖｃ樹脂Ｉ−の熱変形に対する
抵抗性も小さく、又、上記発生ガスの作用に対する抵抗
性も小さく、従って加工日局部が不規則な形状になって
しまう事を防止できない。

これに対してＢグループに＃４′ｆ金属を樹脂ＭＩＩＣ
積層して収る素材にレーザー光を照射した場合には、レ
ーザー光の吸収率が入グループ金属よりも著しく高い為
に加工ＶＣ安するエネルギーを小さくする事ができろ。

従って樹脂層に作用するエネルギーも小さくなつ℃、樹
脂層の口径の異常な拡大は防止され、又樹脂の軟化や加
工によって生ずるガス膨張力も弱められて金４層を変形
させる効果も弱める事ができる。更ＩＣＢグループに属
す金４はヤング率が大きい為に変形力に対する抵抗性が
大きい効果も加わりて加工輪郭は正÷７にｃｉｔらかで
規則的な仕上りとする事ができる。

金橋の長波長光での反射４Ｓ　ＩＩ＋１１定のデータは
測定者によって若干の差異があって特定しにくいが、そ
の様な誤差を含め℃もＡ、Ｂグループの金ｔ１は分割で
きるレベルの反射率差があり、第１表からＢグループの
金属の粘性を以下の様なＶ値によって分割することがで
きる。すなわちＢグループにＨ４丁金属は、波長１．０
ｊりｐンの光の反射率が略８〇−以下（吸収率略２０％
以上）および又は、波長１０．［＋’りｐ）の光の反射
率が略９７％以下（吸収第略３チ以上）で、ヤング本格
］　５Ｘ　１　ｄＯＮイ２以上の特性を有するものであ
る。この嘘な％注の金属は合金であってもよく、例えは
ステンレススチール等はその条件を満している。

上記の様な金属を選ひ樹脂層に積層して複合層素材を構
成すると、金属層へのレーザー光の吸収効率を高め、そ
れＩｃより樹脂層に作用するレーザーエネルギーを適正
化できるので、不要な開口系の拡大を防止し得ると共に
、樹脂層加工時の発生ガスエネルギーや樹脂の軟化変形
作用をおさえ℃良好の開口の形成が可能となり、また、
金属層が強靭であるから、加工時の樹脂Ｉ―のがス化エ
ネルギーや軟化変形力をおさえて良好な開口の形成を可
能罠する。

なお反射率特性は、ＹＡＧレーザ−、又はＣＯ２レーザ
ーいずれかの加工に適丁（ｉｆを有していれば、この発
明に適用可能であって、同時に両波長条件を満している
必要はない。

ここで、Ａグループの金属の代表例として銅（（ト）及
びアルミニウム（ＡＩ　）を、Ｂグループの金属の代ｆ
ｉ　９＋１とし”Ｃニッケル（Ｎｉ）Ｙ用いた実験例を
比較して示す。

まず、Ａグループの金属である銅及びアルミニウムを用
いた実験をそれぞれ実験例２．実験例３として説明する
。

〔実験例２〕 第６因は、実験例２の結果を示すｌＦｒ面図である。

厚さ１２５ミクジンのポリエステルのベースの片面上に
厚さ１８ミクロンの銅箔を接着剤等で貼付し、銅箔側か
ら００ｗレーザー光を照射して貫通孔の加工を行ったも
のである。結果は第６図だ示す様に＃ｌｌ郡部２２直径
約１５０ミクｐンの不規則な輪郭の開口２３が形成され
、又ポリニスデル層２４（接着層を含む）Ｋは直径約２
５０ミクジンの開口２５が形成されると共和銅箔の貼付
されていない側の開口周縁部釦はリング状の隆起部２６
が形成されて好ましくない加工状況であった。

〔実験例３Ｊ １ｇ７図は、実験例３の結果を示す断面図である。

厚さ２５ミクｐ）のポリイミド層の片面上く厚さ３０ミ
クロンのアルミニウム箔を貼付して、複合層素材を作成
し、これにＣＯ２レーザー光を照射して貫通孔の形成を
行ったものである。結果は＠７図に示す様に、アルミニ
ウム部２７には約１５０ミクロンの開０２８が形成され
たが、その円周部ではＦｊＥ川に向けて薄いヒダ伏の加
工残り２９が見られた。汁コリイミド層３０（接着層を
含む）は約３００ミクｐンの不規則な形状の開口３１が
形成されたが、開口部周縁の隆起は少なかった。

ｅＫＶｃ、、この発明の実施例となる特性を持つ金属、
丁なわちＢグループに属する金属であるニッケルを用い
た実験例を示す。ニッケルの厚さ及び樹脂の種類と厚さ
を変えて行った実験を実験例４及び実検例５．ニッケル
を片面だけに貼布したものを実験例６として説明する。

〔実験例４〕 第１図は、実験例４の結果を示す断面図である。

厚さ２５ミクロンのポリイミド層の両面に厚さ１５ミク
ｇノのニッケル箔を貼付して複合層素材を構成した。こ
の索住にＣＯ２レーザー元ｆｒ：照射して直径約１５０
ミクロンのＪｊ辿孔を形成したところ、第１図に示す様
に両面のニッケル箔１ａ、ｌｂに形成された開口２ａ、
２１）は、はとんど等しい大きさで、円周輪郭も滑らか
であった。片面のニッケル箔をはがして内部のポリイミ
ド層３（接着層を含む）を観察したところ、その開口４
の直径は約１８０ｊりｑンで開口部周縁に隆起は児られ
なかった。

〔実験例５〕 第２図は、実験例５の結果を示す断面図である。

厚さ１２４Ｍりｐンのポリエステルシートの両面に厚さ
４０ミクロンのニッケルシートを貼付して複合！ＩＩ素
材を構成した。この素材にＣＯ２レーザーを照射して、
直径１５０ｊりｐンの貫通孔の加工を行ったところ、第
２図に示す様に両面のニッケルシート５ａ、５ｂｌＣけ
ぽ等しい大きさの開口６ａ。

６ｂが形成され、開口６ａ、６ｂの周縁部分は滑らかで
あった。一方のシートをはがして内部のポリエステル層
７（接着層を含む）を観察したところ、開口８の直径は
約２００ｊクロンで、その形状はやや不規則であったが
、開口周縁部に隆起は形成され℃いなかった。

〔実験例６〕 第３図は、実験例６の結果を示す断面図である。

厚さ１２５ミクロンのポリニスデルシートの片面に厚さ
４０ミクロンのニッケルシートを貼付して複合層素材を
作成した。この素材に００２レーザー光？照射して約１
５０ミクｐンの開口をした。結果は第３図に示す様に二
／ケルシートｌＯの開口１１は滑らかで良好な形状を示
していたが、ポリエステル層９（接着層を含む）には約
２００ミクｐンのやや不規則な開口１２が形成され、さ
らに、ニッケルが貼付されていない側圧は溶融したポリ
エステルによる開口周縁部の隆起１３が見られた。

以上い（つかの実験例罠見られた様にグループ。

ＡＩＣ属す金属（実験例（おいてはＣｕ、　ＡＩ　）を
樹脂に積層した素材に対してレーザー加工を施した結果
はきわめて不満足なものであったが、グル−プＢに属す
金属（実験例においてはＮｉ　）を樹脂に積層した素材
に対しては比較的良好な結果が得られた。なおグループ
Ｂに属す金属の物性のうち、レーザー光の吸収率が大き
い事と、ヤング率が大きい事は各単独でもレーザー加工
特性の改良に寄与するものであるが、火陥の金属の列に
見られる様に両者の特性が共に好ましい唾となったのか
グループＢの金属である。この例では吸収率及びヤング
率の一方のみが太き（て他方が小さいという例はみられ
ない。グループＢの金属と樹脂を積層した素材は、この
発明が目指す様に高精細加工な楕′１″場合Ｋｌしい効
果が得られるものである。ただし、複合層素材の厚さが
ＩＩｕＩをこえる様な厚さとなった場合にはレーザー光
の拡がりや熱の拡散の作用によ′）て高度の高硝細加工
、すなわち数十〜数１ミクロンの加工寸法を高精度で確
保てる様な加工には不適当となる。

なお上［ｌｌ８８実験例５及び６の比較から理解される
様に樹脂ノーの片面に金属層を設げた累けに対して貫通
孔を形成する場合罠は、金属層を設けない側の樹脂の開
口周Ｒ部に樹脂の隆起が形成される場合がある。あるい
は樹脂層のみから収る素材に高精細な貫通孔を形成しよ
うとすると開口両立１而部に樹脂の隆起が形成されてし
まう場合がある。この様な不都合を除去する為に、樹脂
の両面ＶｃＢグループの金属層を設けて構成した素材に
対して貫通孔の加工を行い、貫通孔形成の後にその一方
の面又は両方の面の金ｐｊ４膚を除去して所望形状の加
工物を得る様圧すると好適である。第４図（ａＪ（ｂ）
（（！１は、その工程を示す図である。第４図（ａｌは
樹脂層１４に前記Ｂグループに属す金属の薄膜、１１５
ａ。

１５ｂを形成して成る素材疋レーザービーム加工・によ
って貫通孔を形成した状態を示している。この加工は実
験例４，５から理解される様に高精細な貫通加工が行わ
れる。樹脂層の片面に金Ｊｆ％層があり一片面には金属
層がない仕上りを必要とする場合には、第４図（ｂ）＜
示す様に第４図（＆）の一方の面から金属Ｍ１５ｂを除
去する加工工程を加える。

金属層の除去は機械的な剥離や化学的な腐蝕による除去
法が適用される。前者の場合には剥離を予定した側の金
属層１５ｂは弱い凝着剤で’Ｆ；ｊｎ’ＦｔＲ１４ＫＭ
着し℃お（か、あるいはエレクトｐ７オーミング等接潴
剤を用いる事なく積層しておく等の工夫が必要である。

後者の場合には腐蝕除去を必要としない面の金Ｆｉ＃１
５ａを保護膜で覆って腐蝕液を作用させた後に保護膜を
除去すると好適である。

第３ス（Ｃ＋は樹脂ｊｉｊ　１４の両面から金属層１５
ａ。

１５ｂを除去し、樹脂１含１４から成る素材に貫通孔を
形成した例を示している。この場合の金属層１５ａ、１
５ｂの除去加工は前記方法が適用され、腐蝕法の場合に
は保ａ嗅を形成する必要がない。

なおこの発明における複合層素材の金属層はＢグループ
にｉ４丁金属の一様な層によって形１度されている例に
ついて説明したが、踵徨の金属を覆合層状にして金属ｊ
−を構成し、一様な金属層における欠点（上述したＡグ
ループにおける）を補う様にしてもよい。この場合に異
種金属の中に８グループにかＳすものが含まれているこ
とが当然必要となる。例えば、Ｍ？ｌｉと樹脂層を接層
した素材の少（共高精細レーサー加工を行う側の銅箔上
にニッケルメッキを施してレーザー加工性を同上させる
様な央箔例が考えられる。

又、実験例としては、円形の独立した貫通孔の加工例を
示したが、レーザービームと複合層Ｘ材を相対、移動さ
せて直線や曲線の連続した高精細加工を行う事も可能で
あるがこれ等の加工は貫通孔加工の変形とみなす事がで
きる。

〔発明の効果〕

以上説明した様にこの発明によれば、適した特性を持つ
金属と樹脂とで複合層素材を構成すること如より、高Ｎ
細レーザ加工に適した素材を提供する事ができ、かつ、
これにより高精細レーザー加工を実現する事ができる。

【図面の簡単な説明】

箒１−はこの発明の実施列としての実験例４の加工結果
を示す図、第２図は実験例５による加工結果を示す断面
図、第３図は実験例６による加工結果を示す断簡図、第
１１図（ａｌ（ｂＪ（Ｃ）はレーザービームにより貫通
孔を形５Ｚ　した仮に金属層を除去する加工工程を示す
図で、第４図ｉａｌはまず両面に金属層を貼付した加工
素材に貫通孔を形成した伏ｒＡを示す断面図、第４図（
ｂ）はこの貞命孔が形成された加工素材から片面の金属
層を除去した状態を示す断面図、第４図（ｃ）は貫通孔
が形成された加工素材から画面の金属層を除去した伏弗
を示す断面図、ｇｓ図（ａ）（ｂｌはこの発明の実施例
と比較するための実験例１を示す図で、第５図ｆａ）は
複合層木材の構成を示す断面図、第５図ｔｂ）は実験例
Ｉ　Ｋよる加工結果を示す図、第６図は実験例２による
加工結果を示す図、８ｇ７図を丁実験例３による加工結
果な示す図である、 ｌａ、Ｉｔ）・・・ニッケル箔（金ＪＡ層）３・・・ポ
リイミドＭ（樹脂層） 特許出願人　オリンパス光学工業株式会社・（。 ゛・−） １ｇ　１　図 フ 第２図 第３図 （ｂ） 第４図 第５ ｂ 第６図 （ｂ） 図 第７図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、樹脂層に対して、波長１．０ミクロンの光の反射率
   が略８０％以下およびまたは波長１０．０ミクロンの光
   の反射率が略９７％以下で、かつ、ヤング率が略１５×
   １０＾１＾０Ｎ・ｍ＾−＾２以上である金属層を積層し
   て構成した事を特徴とする高精細レーザー加工素材。 ２、樹脂層に対して、波長１．０ミクロンの光の反射率
   が略８０％以下およびまたは波長１０．０ミクロンの光
   の反射率が略９７％以下で、かつ、ヤング率が略１５×
   １０＾１＾０Ｎ・ｍ＾−＾２以上である金属層を積層し
   た複合層素材に、レーザー光を照射して貫通孔を形成す
   る事を特徴とする高精細レーザー加工法。