KR102477657B1

KR102477657B1 - 레이저 드릴링 방법

Info

Publication number: KR102477657B1
Application number: KR1020210035186A
Authority: KR
Inventors: 성천야; 허진
Original assignee: 주식회사 이오테크닉스
Priority date: 2021-03-18
Filing date: 2021-03-18
Publication date: 2022-12-14
Also published as: KR20220130380A

Abstract

레이저 드릴링 방법이 개시된다. 개시된 레이저 드릴링 방법은, 절연층 및 도전층이 순차적으로 적층된 다층 구조의 가공 대상물에 레이저 빔을 조사하여, 상기 가공 대상물의 상기 절연층 및 상기 도전층에 소정 크기의 홀을 형성하는 레이저 방법으로서, 자외선 영역의 파장으로 이루어진 레이저 빔을 상기 도전층에 조사하여, 상기 도전층에 제1 홀을 형성하는 단계; 및 상기 레이저 빔을 상기 제1 홀을 관통하여 상기 절연층에 조사하여, 상기 절연층에 제1 홀과 연통하는 제2 홀을 형성하는 단계;를 포함하며, 상기 레이저 빔의 펄스 폭은 75 ns 이상이며, 상기 도전층에 조사된 레이저 빔의 제1 펄스 에너지와 상기 절연층에 조사된 레이저 빔의 제2 펄스 에너지가 서로 다를 수 있다.

Description

레이저 드릴링 방법{Laser drilling method}

본 발명은 레이저 드릴링 방법에 관한 것이다.

레이저 드릴링 방법은 레이저를 이용하여 가공 대상물에 홀을 가공하는 방법이다. 레이저 드릴링 방법이 사용되는 가공 대상물은 그 종류가 다양할 수 있으며, 이 중에는 다층 구조의 인쇄회로기판이 있다.

기존에는 다층 구조의 인쇄회로기판에 대한 홀 가공을 위하여 기체 레이저, 예를 들어, 이산화탄소 레이저를 이용하였다. 그러나, 인쇄회로기판이 사용되는 전자 장치는 그 크기가 작아지는 반면 요구되는 기능은 늘어나고 있다. 그에 따라, 인쇄회로기판에 형성되는 홀 역시 미세화 및 소형화가 요구되고 있다.

그러나, 기존에 사용하는 기체 레이저는 레이저 빔의 파장이 약 9 um ~ 11 um 이며, 이러한 파장 특성으로 인해 가공 가능한 홀의 최소 직경을 줄이는 데 한계가 있었다. 즉, 기존에 다층 구조의 가공 대상물에 사용하는 레이저 드릴링 방법으로는, 최근 요구되는 작은 직경의 홀 가공이 어려웠다.

본 발명은, 다층 구조의 가공 대상물에 작은 직경의 홀을 형성하기 위하여 자외선 영역의 파장을 가지는 레이저 빔을 사용하면서도, 양호한 홀 가공 상태를 구현하기 위하여 가공 대상물에 조사되는 레이저 빔의 펄스 폭을 소정 크기 이상으로 설정하고, 각 층마다 조사되는 레이저 빔의 펄스 에너지를 달리하는 레이저 드릴링 방법을 제공한다.

본 발명의 일 측면에 따른 레이저 드릴링 방법은,

절연층 및 도전층이 순차적으로 적층된 다층 구조의 가공 대상물에 레이저 빔을 조사하여, 상기 가공 대상물의 상기 절연층 및 상기 도전층에 소정 크기의 홀을 형성하는 방법으로서,

자외선 영역의 파장으로 이루어진 레이저 빔을 상기 도전층에 조사하여, 상기 도전층에 제1 홀을 형성하는 단계; 및

상기 레이저 빔을 상기 제1 홀을 관통하여 상기 절연층에 조사하여, 상기 절연층에 제1 홀과 연통하는 제2 홀을 형성하는 단계;를 포함하며,

상기 레이저 빔의 펄스 폭은 75 ns 이상이며,

상기 도전층에 조사된 레이저 빔의 제1 펄스 에너지와 상기 절연층에 조사된 레이저 빔의 제2 펄스 에너지가 서로 다를 수 있다.

가공 대상물에 조사된 레이저 빔의 에너지 밀도는 70 J/cm²~ 100 J/cm²일 수 있다.

상기 제1 펄스 에너지가 상기 제2 펄스 에너지보다 클 수 있다. 상기 제1 펄스 에너지를 가지는 레이저 빔의 펄스 개수는 상기 제2 펄스 에너지를 가지는 레이저 빔의 펄스 개수보다 적을 수 있다.

상기 제1 펄스 에너지가 상기 제2 펄스 에너지보다 작을 수 있다. 상기 제1 펄스 에너지를 가지는 레이저 빔의 펄스 개수는 상기 제2 펄스 에너지를 가지는 레이저 빔의 펄스 개수보다 많을 수 있다.

상기 절연층은 유리 섬유와 수지를 포함할 수 있다.

상기 유리 섬유의 중량은 상기 절연층의 전체 중량의 20% 이하일 수 있다.

상기 제1 홀의 직경과 상기 제2 홀의 직경의 차이는 제2 홀의 직경의 20% 이하일 수 있다.

음향 광학 변조기에 인가되는 전기 신호의 변화에 따라, 상기 제1 펄스 에너지에서 상기 제2 펄스 에너지로 전환이 이루어질 수 있다.

상기 제1 펄스 에너지에서 상기 제2 펄스 에너지로 전환은, 상기 레이저 빔이 통과하는 개구 크기의 변경에 의해 이루어질 수 있다.

상기 레이저 빔은 고체 레이저에 의해 생성될 수 있다.

상기 제1 홀 및 상기 제2 홀 각각의 직경은 50 um 이하일 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 레이저 드릴링 방법은, 가공 대상물에 조사되는 레이저 빔이 자외선 영역의 파장 및 소정 크기 이상의 펄스 폭을 가지되, 각 층마다 조사되는 레이저 빔의 펄스 에너지를 달리함으로써, 다층 구조의 가공 대상물에 소정 크기 이하의 작은 직경을 가지면서도 가공 상태가 양호한 홀을 형성할 수 있다.

도 1은 다층 구조의 가공 대상물에 대한 레이저 드릴링 과정의 일 예를 설명하기 위한 도면이며,
도 2는 다층 구조의 가공 대상물에 요구되는 홀의 직경이 작아진 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 3a 및 도 3b는 다층 구조의 가공 대상물에 조사되는 레이저 빔의 에너지 밀도만을 증가시켰을 때, 절연층의 가공 형태를 나타내는 도면 및 실제 모습을 나타낸다.
도 4는 실시예에 따른 레이저 드릴링 방법을 나타낸 순서도이다.
도 5는 실시예에 따른 레이저 드릴링 방법에 사용되는 펄스 에너지의 변화의 일 예를 설명하기 위한 그래프이며,
도 6a 및 도 6b는 가공 대상물의 드릴링 과정을 개략적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 실시예에 따른 레이저 드릴링 방법에 사용되는 펄스 에너지의 변화의 다른 예를 설명하기 위한 그래프이며,
도 8a 및 도 8b는 가공 대상물의 드릴링 과정을 개략적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 실시예에 따른 레이저 드릴링 방법에 사용되는 펄스 에너지의 변화의 다른 예를 설명하기 위한 그래프이다.
도 10은 실시예에 따른 레이저 드릴링 방법에 사용되는 음향 광학 변조기를 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 실시예에 따른 레이저 드릴링 방법에 사용되는 마스크를 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 비교예에 따른 레이저 드릴링 방법에 따라 가공된 가공 대상물의 모습을 나타낸 도면이며,
도 13a 내지 도 13c는 실시예에 따른 레이저 드릴링 방법에 따라 가공된 가공 대상물의 모습을 나타낸 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 각 구성요소의 크기나 두께는 설명의 명료성을 위하여 과장되어 있을 수 있다.

“제1”, “제2” 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성 요소들은 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다

도 1은 다층 구조의 가공 대상물(10)에 대한 레이저 드릴링 과정의 일 예를 설명하기 위한 도면이며, 도 2는 다층 구조의 가공 대상물(10)에 요구되는 홀의 직경이 작아진 예를 설명하기 위한 도면이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 가공 대상물(10)은 다층 구조를 가질 수 있다. 가공 대상물(10)은 상면 및 하면에 도전층(11, 12)이 배치된 인쇄회로기판일 수 있다. 예를 들어, 가공 대상물(10)은 하부 도전층(12), 절연층(20), 상부 도전층(11)이 적층된 다층 구조를 가질 수 있다.

이러한 다층 구조의 가공 대상물(10)의 상부 도전층(11) 및 절연층(20)에 레이저 빔(L)을 조사하여, 소정 크기의 직경을 가지는 홀(H)을 형성하는 레이저 드릴링 공정이 진행될 수 있다. 도시하지 않았으나, 이후 단계에서 상부 도전층(11)과 하부 도전층(12)은 메탈 도금에 의해 전기적으로 연결될 수 있다.

하부 도전층(12), 상부 도전층(11)은 전도성이 우수한 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 하부 도전층(12) 및 상부 도전층(11)은 구리(Cu)를 포함할 수 있다. 다만, 하부 도전층(12) 및 상부 도전층(11)의 재질은 이에 한정되지 아니하며, 다양하게 변형될 수 있다.

절연층(20)은 하부 도전층(12) 및 상부 도전층(11)보다 전도성이 작은 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 절연층(20)은 수지(resin)와 유리 섬유를 포함할 수 있다. 예를 들어, 절연층(20)은 인쇄회로기판(Printed Circuit Board)에 사용되는 프리프레그(prepreg)일 수 있다. 유리 섬유의 중량은 절연층(20)의 전체 중량의 20% 이하일 수 있다.

물질 특성이 서로 다른 상부 도전층(11)(이하, '도전층(11)'이라 한다) 및 절연층(20)에 홀을 형성하기 위하여, 마이크로 단위 수준의 파장을 가지는 레이저 빔(L)을 생성하는 기체 레이저의 사용을 고려할 수 있다. 예를 들어, 파장이 약 9 um ~ 11 um인 레이저 빔(L)을 생성하는 이산화탄소(CO₂) 레이저의 사용을 고려할 수 있다.

그러나, 가공 대상물(10)에 형성 가능한 홀(H)의 직경(W)은 레이저 빔(L)의 파장에 관련된다. 파장이 긴 레이저 빔(L)은, 파장이 짧은 레이저 빔(L)에 비해, 가공 대상물(10)에 형성 가능한 홀(H)의 최소 직경(W)이 커진다. 그에 따라, 마이크로 단위 수준의 상대적으로 긴 파장을 가지는 레이저 빔(L)으로는, 가공 대상물(10)에 홀(H)의 직경(W)을 줄이는데 한계가 있다. 예를 들어, 이산화탄소 레이저는, 도 2와 같이 홀(H)의 직경(W)이 50 um 이하로 요구되는 가공 대상물(10)에 대한 레이저 드릴링 공정에는 사용하기 어려울 수 있다.

실시예에 따른 레이저 드릴링 방법에서는, 작은 직경(W)을 가지는 홀(H)을 형성하기 위하여, 파장이 상대적으로 짧은 자외선 영역의 파장을 가지는 레이저를 이용할 수 있다.

자외선 영역의 파장을 가지는 레이저의 예로서, 고체 레이저를 사용할 수 있다. 자외선 영역의 파장은 10 nm~ 400 nm의 파장일 수 있다. 일 예로서, 자외선 영역의 파장은 300 nm~ 400 nm의 파장일 수 있다.

다만, 자외선 영역의 파장을 가지는 레이저 빔(L)은 상대적으로 긴 파장을 가지는 레이저 빔(L)에 비해, 가공 대상물(10)의 물질 특성에 민감할 수 있다.

예를 들어, 가공 대상물(10)의 절연층(20)이 복수의 물질을 포함하는 경우, 자외선 영역의 파장을 가지는 레이저 빔(L)과 복수의 물질 간의 흡수율 차이로 인해, 레이저 빔(L)에 의한 절연층(20)의 가공이 만족스럽지 못할 수 있다. 예를 들어, 절연층(20)이 유리 섬유와 수지로 구성된 경우, 유리 섬유의 자외선 흡수율이 수지의 자외선 흡수율보다 작기 때문에, 자외선 영역의 파장을 가지는 레이저 빔(L)이 절연층(20)에 조사될 때, 절연층(20)의 가공 부위에 존재하는 수지는 대부분 제거되나 일부 유리 섬유가 제거되지 않고 남는 현상이 발생할 수 있다.

유리 섬유가 남는 현상을 방지하기 위하여, 가공 대상물(10)에 조사하는 레이저 빔(L)의 에너지 밀도를 증가시키는 것을 고려할 수 있다. 예를 들어, 가공 대상물(10)에 조사된 레이저 빔(L)의 에너지 밀도는 70 J/cm²~ 100 J/cm²일 수 있다.

다만, 레이저 빔(L)의 에너지 밀도 만을 단순히 증가시켰을 경우, 절연층(20)에 형성되는 홀(H)의 단면 형태가 의도치 않은 형상으로 나타날 수 있다. 예를 들어, 도 3a 및 도 3b와 같이, 절연층(20)에 형성된 홀(201)(이하, '제2 홀(201)'이라 한다)의 단면 형태가 볼록한 항아리 형태를 가질 수 있다. 이러한 항아리 형태의 제2 홀(201)의 단면 구조는, 높은 에너지 밀도로 인해, 절연층(20)의 가공 부위에서 유리 섬유가 제거되는 과정에서 수지가 유리 섬유보다 더 많이 제거되어 나타나는 현상으로 추측된다.

절연층(20)의 제2 홀(201)의 단면 구조가 항아리 형태로 나타나는 현상을 방지하기 위하여, 레이저 빔(L)의 펄스 폭을 소정 크기 이상으로 증가시킬 수 있다. 예를 들어, 레이저 빔(L)의 펄스 폭은 75 ns 이상일 수 있다. 예를 들어, 레이저 빔(L)의 펄스 폭은 100 ns 이상일 수 있다. 다만, 레이저 빔(L)의 펄스 폭은 300 ns 이하일 수 있다.

레이저 빔(L)의 펄스 폭을 증가시킴으로써, 절연층(20) 내부에 열 발생을 유도하여, 수지와 유리 섬유가 제거되는 속도 차이를 줄임으로써, 절연층(20)의 제2 홀(201)의 단면 구조를 개선할 수 있다.

레이저 빔(L)의 반복 주파수는 30 kHz 이상일 수 있다. 예를 들어, 레이저 빔(L)의 반복 주파수는 50 kHz 이상일 수 있다. 가공 대상물(10)에 조사되는 평균 가공 출력은 1 W ~ 40 W일 수 있다. 가공 대상물(10)에 조사되는 평균 가공 출력은 2 W ~ 20 W일 수 있다.

한편, 자외선 영역의 파장을 가지는 레이저 빔(L)이 조사될 경우, 도전층(11)과 절연층(20)의 물질 특성 차이로 인해, 도전층(11)이 절연층(20)에 비해 상대적으로 적게 제거되어, 절연층(20)에 형성된 제2 홀(201)이 도전층(11)에 중첩될 수 있다.

이러한 점을 고려하여, 실시예에 따른 레이저 드릴링 방법에서는, 각 층에 가해지는 레이저 빔(L)의 펄스 에너지를 달리 할 수 있다.

도 4는 실시예에 따른 레이저 드릴링 방법을 나타낸 순서도이다. 도 5는 실시예에 따른 레이저 드릴링 방법에 사용되는 펄스 에너지의 변화의 일 예를 설명하기 위한 그래프이며, 도 6a 및 도 6b는 가공 대상물(10)의 드릴링 과정을 개략적으로 설명하기 위한 도면이다.

도 4를 참조하면, 가공 대상물(10)의 상부에 위치한 도전층(11)에 자외선 영역의 파장으로 이루어지며 제1 펄스 에너지(E1)를 가지는 레이저 빔(L)을 조사한다(S10).

도 5 및 도 6a를 참조하면, 도전층(11)에 레이저 빔(L)을 조사하여, 도전층(11)에 제1 홀(101)을 형성한다. 제1 홀(101)의 크기를 조절하기 위하여, 도전층(11)에 조사하는 레이저 빔(L)의 제1 펄스 에너지(E1)를 조절할 수 있다. 도전층(11)에 제1 홀(101)을 형성하는 과정에서, 제1 홀(101)의 하부에 위치한 절연층(20)의 일부가 제거될 수 있다. 제1 홀(101)의 직경은 50 um 이하일 수 있다.

도 5 및 도 6b를 참조하면, 도전층(11)에 제1 홀(101)이 형성된 상태에서, 자외선 영역의 파장으로 이루어지며 제1 펄스 에너지(E1)와 다른 제2 펄스 에너지(E2)를 가지는 레이저 빔(L)을 가공 대상물(10)에 조사한다(S20).

제2 펄스 에너지(E2)를 가지는 레이저 빔(L)에 의해, 절연층(20)에 제1 홀(101)과 연통하는 제2 홀(201)이 형성될 수 있다. 제2 홀(201)의 크기를 조절하기 위하여, 절연층(20)에 조사하는 레이저 빔(L)의 제2 펄스 에너지(E2)를 조절할 수 있다. 제2 홀(201)의 직경은 50 um 이하일 수 있다. 제2 홀(201)의 직경은, 위치에 따라 달라지는 경우, 최대 직경일 수 있다.

한편, 가공 대상물(10)의 도전층(11) 및 절연층(20)은 그 물질 특성으로 인해, 자외선 영역의 레이저 빔(L)에 대한 가공 속도가 다를 수 있다.

예를 들어, 자외선 영역의 레이저 빔(L)에 대해, 도전층(11)은 레이저 빔(L)을 잘 흡수하는 편이나, 전도율이 크기 때문에 흡수된 에너지가 쉽게 발산될 수 있다. 그에 따라, 상대적으로 가공 속도가 느릴 수 있다. 반면, 절연층(20)의 수지는 레이저 빔(L)을 잘 흡수하는 편이며 도전층(11)에 비해 흡수된 열이 쉽게 발산되지 않기 때문에, 도전층(11)에 비해 가공 속도가 빠를 수 있다. 만일 도전층(11) 및 절연층(20)에 동일한 펄스 에너지를 가지는 레이저 빔(L)을 조사할 경우, 도전층(11)에 형성된 제1 홀(101)보다 절연층(20)에 형성된 제2 홀(201)이 커지는 오버행 구조로 나타날 수 있다.

이러한 점을 고려하여, 실시예에 따른 레이저 드릴링 방법에서는, 자외선 영역의 레이저 빔(L)에 대한 도전층(11)과 절연층(20)의 가공 속도의 차이를 고려하여, 제1 펄스 에너지(E1)와 제2 펄스 에너지(E2)를 조절할 수 있다.

일 예로서, 도 5 및 도 6a와 같이, 도전층(11)에 조사되는 레이저 빔(L)의 제1 펄스 에너지(E1)를 절연층(20)에 조사되는 레이저 빔(L)의 제2 펄스 에너지(E2)보다 크게 설정할 수 있다. 예를 들어, 제1 펄스 에너지(E1)는 제2 펄스 에너지(E2)의 1.5배 ~ 4.5배일 수 있다.

제1 펄스 에너지(E1)를 크게 설정 함으로써, 도전층(11)에 대한 레이저 빔(L)의 1차 가공을 통해, 도전층(11)에 충분한 크기의 제1 홀(101)을 확보할 수 있다. 도전층(11)의 제1 홀(101)을 통해, 가공하고자 하는 절연층(20)의 부위를 노출시킬 수 있다.

다음으로, 도 6b를 참조하면, 상대적으로 작은 제2 펄스 에너지(E2)를 가지는 레이저 빔(L)을 가공 대상물(10)에 조사한다. 가공 대상물(10)에 조사된 레이저 빔(L)은 도전층(11)의 제1 홀(101)을 통해 절연층(20)에 조사된다. 이 과정에서, 레이저 빔(L)의 일부는 도전층(11)에 조사되어, 도전층(11)에 대한 레이저 빔(L)의 2차 가공이 진행될 수 있다.

제2 펄스 에너지(E2)가 제1 펄스 에너지(E1)보다 작기 때문에, 도전층(11)의 가공 속도는 절연층(20)의 가공 속도보다 느리게 나타난다. 그에 따라, 제2 펄스 에너지(E2)를 가지는 레이저 빔(L)에 의해, 도전층(11)은 제1 홀(101)의 크기 변화가 크게 나타나지 않으면서, 절연층(20)은 깊이 방향으로 가공되어 제2 홀(201)이 형성된다.

도전층(11)에 조사된 제1 펄스 에너지(E1)를 가지는 레이저 빔(L)의 펄스 개수는 절연층(20)에 조사된 제2 펄스 에너지(E2)를 가지는 레이저 빔(L)의 펄스 개수보다 적을 수 있다. 제1 펄스 에너지(E1)를 가지는 레이저 빔(L)의 펄스 개수는, 제1 펄스 에너지(E1)의 크기 및 도전층(11)의 재질, 두께 등을 고려하여, 결정될 수 있다.

이와 같이, 물질 특성이 다른 도전층(11)과 절연층(20)에 조사된 레이저 빔(L)의 펄스 에너지를 달리함에 따라, 제1 홀(101)과 제2 홀(201)의 직경(W1, W2) 차이를 줄일 수 있다. 예를 들어, 제1 홀(101)의 직경(W1)과 제2 홀(201)의 직경(W2)의 차이는 제1 홀(101)의 직경(W1)의 20% 이하일 수 있다. 제2 홀(201)의 직경(W2)에 대한 제1 홀(101)의 직경(W1)의 비(=W1/W2)는 0.8 이상일 수 있다. 여기서, 제2 홀(201)의 직경(W2)은 절연층(20)의 중간 높이에서의 직경일 수 있다.

한편, 상술한 실시예에서는, 제1 펄스 에너지(E1)가 제2 펄스 에너지(E2)보다 큰 예를 중심으로 설명하였으나, 반드시 이에 한정되지 아니한다.

도 7은 실시예에 따른 레이저 드릴링 방법에 사용되는 펄스 에너지의 변화의 다른 예를 설명하기 위한 그래프이며, 도 8a 및 도 8b는 가공 대상물(10)의 드릴링 과정을 개략적으로 설명하기 위한 도면이다.

예를 들어, 도 7 및 도 8a를 참조하면, 제1 펄스 에너지(E11)가 제2 펄스 에너지(E21)보다 작을 수 있다. 다시 말해, 제2 펄스 에너지(E21)가 제1 펄스 에너지(E11)보다 클 수 있다. 예를 들어, 제2 펄스 에너지(E21)는 제1 펄스 에너지(E11)의 1.5배 ~ 4.5배일 수 있다.

도전층(11)에 조사된 제1 펄스 에너지(E11)를 가지는 레이저 빔(L)의 펄스 개수는 절연층(20)에 조사된 제2 펄스 에너지(E21)를 가지는 레이저 빔(L)의 펄스 개수보다 많을 수 있다.

제1 펄스 에너지(E11)를 가지는 레이저 빔(L)에 의해 도전층(11)에 형성된 제1 홀(101)의 크기는, 도전층(11)에 최종적으로 형성된 홀의 크기보다 작을 수 있다. 예를 들어, 도전층(11)에 형성된 제1 홀(101)의 크기는, 도전층(11)에 최종적으로 형성된 홀의 크기의 70% 이하일 수 있다.

도 7 및 도 8b를 참조하면, 도전층(11)에 제1 홀(101)이 형성된 가공 대상물(10)에 제1 펄스 에너지(E11)보다 큰 제2 펄스 에너지(E21)를 가지는 레이저 빔(L)을 조사한다. 제2 펄스 에너지(E21)를 가지는 레이저 빔(L)은 제1 홀(101)을 통해 노출된 절연층(20)에 조사된다. 이 과정에서, 제2 펄스 에너지(E21)를 가지는 레이저 빔(L)의 일부는 도전층(11)에 조사된다. 그에 따라, 도전층(11)의 제1 홀(101)의 직경이 확장되면서, 절연층(20)에는 깊이 방향으로 가공되어 제1 홀(101)과 연통된 제2 홀(201)이 형성될 수 있다. 제1 홀(101) 및 제2 홀(201)의 직경(W1, W2)은 50 um 이하일 수 있다.

이와 같이, 물질 특성이 다른 도전층(11)과 절연층(20)에 조사된 레이저 빔(L)의 펄스 에너지를 달리함에 따라, 제1 홀(101)과 제2 홀(201)의 직경(W1, W2) 차이를 줄일 수 있다. 예를 들어, 제1 홀(101)의 직경(W1)과 제2 홀(201)의 직경(W2)의 차이는 제1 홀(101)의 직경(W1)의 20% 이하일 수 있다. 제2 홀(201)의 직경(W2)에 대한 제1 홀(101)의 직경(W1)의 비(=W1/W2)는 0.8 이상일 수 있다.

도 5 및 도 7에 개시된 펄스 에너지 및 반복 주파수는 예시적인 것이며, 열 축적을 최소화하기 위하여 다양하게 변경될 수 있다. 예를 들어, 도 9와 같이, 펄스 에너지(E12, E22) 및 반복 주파수가 달라질 수 있다.

가공 대상물(10)에 조사되는 레이저 빔(L)을 동일한 펄스 폭을 유지하면서 펄스 에너지를 변경하기 위한 일 예로서, 음향 광학 변조기(30)(Acousto Optic Modulator)가 사용될 수 있다.

도 10은 실시예에 따른 레이저 드릴링 방법에 사용되는 음향 광학 변조기(30)를 설명하기 위한 도면이다. 도 10을 참조하면, 음향 광학 변조기(30)에 조사된 레이저 빔(L)은, 인가되는 전기 신호의 변화에 따라, 출사되는 레이저 빔(L)의 펄스 에너지가 달라질 수 있다. 음향 광학 변조기(30)에서 출사된 레이저 빔(L)은 마스크(M1)의 개구(41)를 지나, 가공 대상물(10)에 조사될 수 있다. 음향 광학 변조기(30)의 구성은, 일반적인 기술 내용이므로, 구체적인 설명은 생략한다.

음향 광학 변조기(30)를 통해, 레이저 빔(L)의 펄스 에너지를 제1 펄스 에너지(E1)에서 제2 펄스 에너지(E2)로 신속하게 변환할 수 있다. 예를 들어, 제1 펄스 에너지(E1)에서 제2 펄스 에너지(E2)로 변환되는 데 걸리는 시간은 펄스 주기일 수 있다.

가공 대상물(10)에 조사되는 레이저 빔(L)을 동일한 펄스 폭을 유지하면서 펄스 에너지를 변경하기 위한 다른 예로서, 이동 가능하며, 복수의 개구(42, 43)를 가지는 마스크(M2)가 사용될 수 있다.

도 11은 실시예에 따른 레이저 드릴링 방법에 사용되는 마스크(M2)를 설명하기 위한 도면이다. 도 11을 참조하면, 마스크(M2)는 크기가 서로 다른 복수의 개구(42, 43)를 가지며, 소정의 방향으로 이동할 수 있다. 마스크(M2)의 위치 이동을 통해, 레이저 빔(L)이 통과하는 개구(42, 43)의 크기를 변경시킬 수 있다.

개구(42, 43)의 크기 변경에 의해, 개구(42, 43)를 통과하는 레이저 빔(L)의 크기를 조절함으로써, 레이저 빔(L)의 펄스 에너지를 제1 펄스 에너지(E1)에서 제2 펄스 에너지(E2)로 전환할 수 있다.

도 12는 비교예에 따른 레이저 드릴링 방법에 따라 가공된 가공 대상물(10)의 모습을 나타낸 도면이며, 도 13a 내지 도 13c는 실시예에 따른 레이저 드릴링 방법에 따라 가공된 가공 대상물(10)의 모습을 나타낸 도면이다.

비교예와 실시예 1, 2, 3에서는 동일한 가공 대상물(10)에 대해 펄스 폭, 그리고펄스 에너지를 달리하여, 레이저 드릴링 공정을 진행하였다. 가공 대상물(10)로서, 도전층(11)은 구리층이며, 절연층(20)은 유리 섬유와 수지를 포함하는 프리프레그를 사용하였다.

비교예에서는 펄스 폭 25 nm로 도전층(11) 및 절연층(20)에 동일한 펄스 에너지를 가지는 레이저 빔(L)으로 가공하였다. 실시예들에서는 펄스 폭을 증가시켰으며, 도전층(11) 및 절연층(20)에 다른 펄스 에너지를 가지는 레이저 빔(L)으로 가공하였다. 실시예 1에서는 100 ns의 펄스폭을 사용하였으며, 실시예 2에서는 140 ns의 펄스폭을 사용하였으며, 실시예 3에서는 180 ns의 펄스폭을 사용하였다.

도 12를 참조하면, 비교예에 따른 레이저 드릴링 공정에서는 절연층(20)에 형성된 제2 홀(201)의 직경은 50 um이며, 도전층(11)에 형성된 제1 홀(101)의 직경은 38 um로 나타났다. 즉, 비교예에 따른 드릴링 공정에서는, 제1 홀(101)의 직경과 제2 홀(201)의 직경 차이가 12 um (=50 um - 38 um)로 나타났으며, 이는 제2 홀(201)의 직경의 24%로써, 20%를 초과하였다. 또한, 제1 홀(101)의 직경에 대한 제2 홀(201)의 직경은 0.76으로써, 0.8 미만으로 나타났다. 더불어, 레이저 드릴링이 완료된 절연층(20)의 제2 홀(201)에는 일부 물질(유리 섬유)이 남는 문제가 발생하였다.

반면, 도 13a를 참조하면, 실시예 1에 따른 드릴링 공정에서는 절연층(20)에 형성된 제2 홀(201)의 직경은 48 um이며, 도전층(11)에 형성된 제1 홀(101)의 직경은 40um로 나타났다. 실시예 1에 따른 드릴링 공정에서는, 제1 홀(101)의 직경과 제2 홀(201)의 직경 차이가 8 um (=48 um - 40 um)로 나타났으며, 이는 제2 홀(201)의 직경의 17% 로써, 20% 이하로 나타났다. 또한, 제1 홀(101)의 직경에 대한 제2 홀(201)의 직경은 0.83으로써, 0.8 이상으로 나타났다.

도 13b를 참조하면, 실시예 2에 따른 드릴링 공정에서는 절연층(20)에 형성된 제2 홀(201)의 직경은 47 um이며, 도전층(11)에 형성된 제1 홀(101)의 직경은 40 um로 나타났다. 실시예 2에 따른 드릴링 공정에서는, 제1 홀(101)의 직경과 제2 홀(201)의 직경 차이가 7 um (=47 um - 40 um)로 나타났으며, 이는 제2 홀(201)의 직경의 15% 로써, 20% 이하로 나타났다. 또한, 제1 홀(101)의 직경에 대한 제2 홀(201)의 직경은 0.85으로써, 0.8 이상으로 나타났다.

도 13c를 참조하면, 실시예 3에 따른 드릴링 공정에서는 절연층(20)에 형성된 제2 홀(201)의 직경은 47 um이며, 도전층(11)에 형성된 제1 홀(101)의 직경은 42 um로 나타났다. 실시예 3에 따른 드릴링 공정에서는, 제1 홀(101)의 직경과 제2 홀(201)의 직경 차이가 5 um (=47 um - 42 um)로 나타났으며, 이는 제2 홀(201)의 직경의 11% 로써, 20% 이하로 나타났다. 또한, 제1 홀(101)의 직경에 대한 제2 홀(201)의 직경은 0.89으로써, 0.8 이상으로 나타났다.

상기와 같이, 실시예 1, 2, 3에 따른 레이저 드릴링 방법이 적용된 가공 대상물(10)의 가공 상태로부터, 펄스 폭을 소정 크기 이상으로 증가시키고, 도전층(11)과 절연층(20)에 조사되는 레이저 빔(L)의 펄스 에너지를 달리함으로써, 제1 홀(101)의 직경과 제2 홀(201)의 직경이 유사한 수준으로 형성될 수 있음을 확인할 수 있었다. 나아가, 실시예 1, 2, 3에 따른 레이저 드릴링 방법이 적용된 가공 대상물(10)의 가공 상태로부터, 가공 대상물(10)에 대한 레이저 드릴링 공정이 진행된 후에, 절연층(20)의 제2 홀(201)의 내부에 일부 물질이 남지 않는 점도 확인할 수 있었다.

한편, 상술한 실시예에서는, 실시예에 따른 레이저 드릴링 방법이 하부 도전층(12), 절연층(20), 상부 도전층(11)이 적층된 3층 구조의 가공 대상물(10)에 적용된 예를 중심으로 설명하였으나, 레이저 드릴링 방법이 적용되는 가공 대상물(10)의 구조는 반드시 이에 한정되지 아니한다. 예를 들어, 레이저 드릴링 방법은 실시예에 따른 4층 이상의 다층 구조, 예를 들어, 5층 구조, 7층 구조 등의 가공 대상물(10)에도 적용될 수 있다.

이상에서 본 발명의 실시예가 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.

1 : 가공 대상물
11, 12 : 도전층
101 : 제1 홀
20 : 절연층
201 : 제2 홀
30 : 음향 광학 변조기
41, 42, 43 : 개구

Claims

절연층 및 도전층이 순차적으로 적층된 다층 구조의 가공 대상물에 레이저 빔을 조사하여, 상기 가공 대상물의 상기 절연층 및 상기 도전층에 소정 크기의 홀을 형성하는 레이저 드릴링 방법으로서,
자외선 영역의 파장으로 이루어진 레이저 빔을 상기 도전층에 조사하여, 상기 도전층에 제1 홀을 형성하는 단계; 및
상기 레이저 빔을 상기 제1 홀을 관통하여 상기 절연층에 조사하여, 상기 절연층에 제1 홀과 연통하는 제2 홀을 형성하는 단계;를 포함하며,
상기 절연층은 유리 섬유와 수지를 포함하며,
상기 레이저 빔의 펄스 폭은 75 ns 이상이며,
상기 도전층에 조사된 레이저 빔의 제1 펄스 에너지와 상기 절연층에 조사된 레이저 빔의 제2 펄스 에너지가 서로 다른, 레이저 드릴링 방법.
제1항에 있어서,
가공 대상물에 조사된 레이저 빔의 에너지 밀도는 70 J/cm²~ 100 J/cm²인, 레이저 드릴링 방법.
제1항에 있어서,
상기 제1 펄스 에너지가 상기 제2 펄스 에너지보다 큰, 레이저 드릴링 방법.
제3항에 있어서,
상기 제1 펄스 에너지를 가지는 레이저 빔의 펄스 개수는 상기 제2 펄스 에너지를 가지는 레이저 빔의 펄스 개수보다 적은, 레이저 드릴링 방법.
제1항에 있어서,
상기 제1 펄스 에너지가 상기 제2 펄스 에너지보다 작은, 레이저 드릴링 방법.
제5항에 있어서,
상기 제1 펄스 에너지를 가지는 레이저 빔의 펄스 개수는 상기 제2 펄스 에너지를 가지는 레이저 빔의 펄스 개수보다 많은, 레이저 드릴링 방법.
삭제
제1항에 있어서,
상기 유리 섬유의 중량은 상기 절연층의 전체 중량의 20% 이하인, 레이저 드릴링 방법.
제1항에 있어서,
상기 제1 홀의 직경과 상기 제2 홀의 직경의 차이는 제2 홀의 직경의 20% 이하인, 레이저 드릴링 방법.
제1항에 있어서,
음향 광학 변조기에 인가되는 전기 신호의 변화에 따라, 상기 제1 펄스 에너지에서 상기 제2 펄스 에너지로 전환이 이루어지는, 레이저 드릴링 방법.
제1항에 있어서,
상기 제1 펄스 에너지에서 상기 제2 펄스 에너지로 전환은, 상기 레이저 빔이 통과하는 개구 크기의 변경에 의해 이루어지는, 레이저 드릴링 방법.
제1항에 있어서,
상기 레이저 빔은 고체 레이저에 의해 생성되는, 레이저 드릴링 방법.
제12항에 있어서,
상기 제1 홀 및 상기 제2 홀 각각의 직경은 50 um 이하인, 레이저 드릴링 방법.