KR19990029118A

KR19990029118A - 레이저 가공방법

Info

Publication number: KR19990029118A
Application number: KR1019980006149A
Authority: KR
Inventors: 다카유키 유야마; 마사류 가나오카
Original assignee: 다니구찌 이찌로오, 기타오카 다카시; 미쓰비시덴키 가부시키가이샤
Priority date: 1997-09-24
Filing date: 1998-02-26
Publication date: 1999-04-26
Also published as: KR100265578B1; US5939010A; DE19802127C1; JPH1197821A; CN1121924C; CN1212195A; JP3691221B2; TW447228B

Abstract

프린트 기판의 천공가공을 고품질이고, 생산성을 좋게할 수 있도록 한다. 에폭시 수지나 유리 크로수가 혼재한 유리에폭시 수지등 복합재료를 가공할때는 고품질의 가공결과를 얻는데는 상호 작용시간을 짧게하고 펄스빔과 펄스빔의 조사간격에 어느정도의 대기시간을 설치해 재료를 냉각시킬 필요가 있으나 생산성을 높이는데는 이냉각 시간을 짧게할 필요가 있다.

본 발명에서는 에리어내의 전 구멍에 소정의 발진주파수로 된 레이저빔을 임의의 수의 펄수로 분할해서 조사하고, 소망하는 수의 펄스에 달할때까지 이공정을 반복함으로써 상호 작용시간이 분할수에 따라 결정되어 냉각시간을 얻을수 있는 동시에 1분할당의 펄스수를 복수펄스로 하였기에 에칭레이트가 높아져 전 구멍에 1펄스씩 조사하는 경우 보다도 가공에 필요한 펄스수가 적어도 된다.

Description

레이저 가공방법

본 발명은 레이저 가공방법에 관해 더욱 상세하게는 프린트 기판에 대해 여러개의 펄스의 레이저빔을 사용해서 복수의 구멍을 가공하는 레이저 가공방법으로 예를들어 프린트 기판의 바이어홀이나 스루홀의 가공을 하는 레이저 가공방법에 관한 것이다.

근년 제품이나 부품을 제조하는 가공공정등에서 레이저 빔이 대단히 넓게 사용되고 있다 이 레이저 빔은 진폭과 파장이 일치한 코히렌트(Coherent)한 특수한 빛으로 자연광과 같이 진폭과 파장이 혼재해 있는 인코히렌트인 빛과 구별된다.

종래의 레이저 가공방법의 하나로서 복수 펄스의 레이저 빔을 사용해서 복수의 구멍을 가공하는 경우는 각 구멍에 대해 미리 설정된 발진주파수에 따라 미리 설정된 수의 펄스를 조사하는 방법이 있다.

이하 본 발명 중에서는 이방식을 「모드A」라 칭한다.

또 이것과는 별도의 레이저 가공방법으로서 갈바노스켄 미러를 사용하는 경우는 스켄에리어 내에서의 모든 구멍에 1샷씩 레이저 빔의 펄스를 투입하고, 에리어 내의 전구멍에 1샷씩 조사한후에 다시 최초의 구멍에서 재차 1샷씩 조사해서 설정수 까지 이를 반복해서 실시하는 방법이 있다. 이하 본 명세서중에서는 이 방식을 「모드B」라 칭한다.

그리고 도 15에는 프린트 기판에 대해 레이저 빔을 사용해서 바이어 홀을 가공한 단면도가 표시되고 (a)는 프린트 기판(50)의 절연층이 수지단체로 구성된 도표이고,(b)는 프린트 기판(62)의 절연층이 무기질의 기재에 수지를 함침 시킨 것으로 구성된 도면이다.

도면에서 프린트 기판(50) 또는 (62)는 코어 회로기판(52)상에 접속용 랜드(54)가 배치되고, 그위에 절연층이 되는 에폭시 수지(56)와 유리크로스(66)가 혼재한 유리 에폭시 수지(64)가 형성된후 레이저 빔에 의해 레이저 가공된 바이어홀(58)이 형성되고, 전면에는 패턴도금(60)이 되어 있다.

이와같이 도 15(a),(b)에 표시된 프린트 기판(50),(62)에 형성된 바이어 홀(58)은 상술한 「모드A」나「모드B」의 레이저 가공방법을 사용함으로써 형성할 수가 있다. 특히, 도 15(a)와 같이 절연층이 수지단체로 구성되어 있는 경우는 가공품질상에서는 「모드A」나「모드B」나 관계가 없다.

이 때문에 가공시간이 단축되고 생산성의 면에서도 「모드A」를 사용해서 발진주파수를 높게해서 가공하는 것이 일반적으로 시행되고 있다.

여기서 발진주파수를 높게된다(고 주파수)는 것은 발진 주파수를 여러개의 구멍의 위치결정에 요하는 시간의 역수로부터 구해지는 주파수 이상으로 설정 한다는 것이다. 이 보다도 낮은 주파수에서는 「모드A」쪽이 「모드B」보다도 생산성이 저하하게 된다.

그래서 이같은 가공시간의 사고방식을 갈바노 미러를 예로 설명한다. 도 16에는 「모드A」와「모드B」의 각 발진주파수에 대해 펄스수와 가공시간의 관계를 표시한 선도가 표시되어 있다. 여기서는 발진주파수와 가공시간의 관계를 2.5 m초로 위치결정 가능한 갈바노 스켄에 대해 표시한 것이다. 이갈바노 스켄은 2.5m초로 위치결정이 가능 하므로 그 역수를 취하면 400Hz가 된다.

도 16에 표시된바와 같이 발진 주파수를 400Hz로 하면 마침 갈바노 스켄의 주파수(반복 사이클)과 일치하게 되므로 「모드A」도「모드B」도 가공시간은 같게 된다.

발진 주파수가 400Hz 보다도 낮아질때(도16에서 200Hz일때)는 「모드A」쪽이 「모드B」보다도 가공시간이 길어진다.

또, 역으로 발진주파수가 400Hz 보다도 높아지는 경우 (도 16에서 800Hz의 경우)는 「모드A」쪽이 「모드B」보다도 가공시간이 짧아진다.

그러나 이같은 종래의 레이저 가공방법에서는 도 15(b)에 표시된 바와 같이 프린트 기판의 절연층의 기재로서 유리크로스나 세라믹스등의 무기질을 사용하고, 이를 수지에 함침 시키고 있는 경우「모드A」와 「모드B」와는 가공품질에 큰 차가 생기는 것을 알고 있다.

현재 탄산 가스레이저를 사용해서 프린트 기판에 구멍뚫는 가공을 할 때 일반적으로 사용되는 갈바노 스켄 방식에서는 갈바노 미러에 의한 레이저 빔의 이동 및 위치결정 시간이 짧고 최고속으로 400Hz상당이 된다.

이 때문에 상술한 바와 같이 「모드A」에서는 400Hz보다 높은 주파수로 설정하지 않으면 생산성면에서 메리트가 생기지 않는다. 그러나 도 15(b)의 유리 에폭시수지(64)등은 에폭시의 분해온도가 약 600K(327℃)인데 반해 유리전이 온도는 약 1100K(827℃)이다.

이와같이 대단히 열적성질이 다른 재료의 경우는 레이저 빔의 발진 주파수를 높게하면 레이저와 재료의 상호작용 시간이 길어 에폭시 부분이 선택적으로 보다 많이 분해제거 된다.

이 때문에 가공한 구멍의 벽면에 유리섬유가 돌출한 상황이 되므로 그 표면에 패턴도금(60)을 잘 형성시킬 수가 없고, 가공품질이 열화되어 버린다는 불편이 있었다.

이에대해 전술한 「모드B」의 레이저 가공방법을 갈바노 스켄 방식과 조합된 경우에는 갈바노 에리어 내의 구멍수가 많을수록 같은 구멍에 반복 조사되는 간격이 길어진다. 다시 말하면 그만큼 가공재료가 냉각되게 되므로 상호 작용시간이 짧아져 에폭시수지가 선택적으로 분해 제거되는 현상이 일어나기 어려워져 양호한 가공품질을 얻을 수가 있다.

단, 「모드B」로 가공하는 경우에 한구멍당 여러개 펄스를 투입하는 케이스에서는 한구멍/1 펄스로 가공 가능한 상황 이외는 가공시간이 길어 지므로 생산성은 「모드A」에 비해 현저하게 열화 한다는 불량한 일이 있었다.

본 발명은 이런 종래 기술이 갖는 불편한것에 대해 된 것으로 프린트 기판의 천공가공을 고품질이고, 생산성 좋게할 수 있는 레이저 가공방법을 얻는 것을 목적으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명에 관한 레이저 가공방법에 있어서는 프린트 기판에 대해 여러개의 펄스의 레이저 빔을 사용해서 복수의 구멍을 가공하는 레이저 가공방법에서 상기 천공가공에 요하는 레이저 빔의 펄스수를 n 분할(n 은 2 이상의 정수)하고 이 분할된 첫번째로부터 n 번째 까지의 각 분할 펄스수의 레이저 빔을 공정별로 사용하고, 각 공정에서는 소정의 발진주파수에 의해 당해 공정에서의 펄스수의 레이저 빔을 각구멍에 순차로 조사해서 전부의 가공을해 공정수 만큼 구멍의 가공을 반복 실시하는 것이다.

이에 의하면 프린트 기판에 천공 가공할때에 필요한 레이저 빔의 펄스수가 n 분할되고, 그 분할된 각 펄스수의 레이저빔이 각 공정에서 사용되고, 각 공정에서는 소정의 발진주파수에 의해 당해 공정의 펄스수의 레이저빔을 각 구멍에 순차로 조사해서 전부의 구멍가공을 하고, 공정수 만큼 구멍의 가공이 반복된다.

이와같이 「모드A」와 같이 하나의 구멍에 여러 펄스의 레이저 빔이 투입되나 구멍을 가공할때에 필요한 레이저 빔의 펄스수가 투입되는 것이 아니고, 이들을 분할한 임의의 펄스수의 레이저 빔을 투입해서 하나의 공정이 종료된다.

다음 이같은 공정이 여러번 반복되어 최종적으로 각 가공구멍에 필요한 레이저 빔의 펄스수가 투입되어 최종가공 깊이까지 가공된다.

각 공정으로 분할된 레이저 빔의 임의의 펄스수는 가공대상의 재질,판두께 및 요구 품질등으로 결정된다.

다음의 발명에 관한 레이저 가공방법에서는 상기 구멍을 가공하는 복수의 공정도중에서 상기 레이저 빔의 펄스폭 또는 피크출력 또는 펄스폭 및 피크출력을 변경 하도록 한 것이다.

이에 의하면 프린트 기판의 구멍을 가공하는 복수 공정도중에 레이저빔의 펄스폭과 피크출력의 어느한쪽 또는 양쪽을 변화 시킴으로써 레이저 빔과 가공대상이 되는 재료와의 상호 작용시간과 에칭 레이트가 적정하게 제어할 수 있게 되어 가공품질이 안정되는 동시에 생산성을 향상 시킬 수가 있다.

도 1 은 「모드 A」의 가공방법을 설명하는 개념도,

도 2 는 「모드 B」의 가공방법을 설명하는 개념도,

도 3 은 「모드 A」로 가공한 경우의 가공구멍의 구멍밑 상태를 표시하는 도면,

도 4 는 「모드 A」로 가공한 경우의 가공구멍의 구멍표면 상태를 표시하는 도면,

도 5 는 「모드 B」로 가공한 경우의 가공구멍의 구멍밑의 상태를 표시하는 도면,

도 6 은 「모드 B」로 가공한 경우의 가공구멍의 구멍표면 상태를 표시하는 도면,

도 7 은 「모드 A」를 사용해서 발진주파수를 낮게해서 가공한 경우의 결과를 표시하는 도면,

도 8 은 「모드 B」를 사용해서 펄스의 에너지를 높게 하였을때의 결과를 나타내는 도면,

도 9 는 도 8에 표시된 영역[III]에서의 동박에의 데미지의 외관을 표시한 도면,

도 10 은 실시의 형태 1에 관한 레이저 가공방법의 개념도,

도 11 은 「모드 C」로 가공한 경우의 가공구멍의 구멍밑의 상태를 표시하는 도면,

도 12 는 「모드 C」로 가공한 경우의 가공구멍의 구멍표면 상태를 표시하는 도면,

도 13 은 「모드 A」와 「모드 B」와「모드 C」에서의 열영향층의 량에 대해 표시한 도면,

도 14 는 「모드 C」에서 펄스폭이나 피크출력을 변경 시킴으로써 얻은 효과를 표시하는 도면,

도 15 는 프린트 기판에 대해 레이저빔을 사용해서 바이어홀을 가공한 단면도,

도 16 은 「모드 A」와「모드 B」의 각 발진주파수에 대해 펄스수와 가공시간의 관계를 표시한 선도.

도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 레이저빔 12 : 1 펄스 조사구멍

14 : 레이저 조사 예정위치 16 : N 펄스 레이저 조사구멍

18 : n1펄스 레이저 조사구멍

20 : (n1 + n2)펄스 레이저 조사구멍

이하 본 발명에 관한 레이저 가공방법의 실시의 형태를 도면에 따라 상세하게 설명한다.

실시의 형태 1.

우선, 이실시의 형태 1에서는 상술한 레이저 가공방법인 「모드A」나 「모드B」를 사용해서 여러가지 조건하에서 구멍가공을 한 경우의 가공시간 및 가공품질에 관한 구체적인 데이터를 설명한후, 본 실시의 형태 1에 관한 레이저 가공방법에 대해 설명한다.

여기서는 프린트 기판 가공용 탄산 가스레이저를 사용해서 갈바노스켄 방식에 의해 레이저 빔을 스켄 시켜서 프린트 기판 표면에 복수의 바이어홀을 형성 하도록 한 것이다.

도 1에는「모드A」의 가공방법을 설명하는 개념도가 표시되고, 도 2에는 「모드B」의 가공방법의 개념도가 표시되어 있다.

도 1 및 도 2에서는 하나의 가공구멍에 대해 조사되는 레이저 빔의 총펄스수가 N 펄스인 경우이다.

도 1에서 레이저 빔(10)을 복수(여기서는 9개소)의 레이저 조사예정위치(14)에 조사해서 구멍가공을 하는 것으로 레이저 조사예정위치(14)는 파선의 타원으로 표시되고, 1 펄스분의 레이저 빔(10)이 조사된 1 펄스 조사구멍(12)이 실선의 타원으로 표시되고 레이저 조사예정위치(14)에 총 펄스수인 N 펄스의 레이저 빔이 조사된 N 펄스 레이저 조사구멍(16)을 흑색의 타원으로 표시 하였다.「모드A」에 의한 레이저 가공방법은 도 1에 표시되는 바와 같이 레이저 조사예정위치(14)의 하나에 대해 레이저 빔(10)을 우선 1 펄스분 조사한후 연속해서 N 펄스를 조사한다(N 펄스 레이저 조사구멍(16)이 하나된다).

다음의 레이저 조사예정위치(14)에 레이저 빔의 조사위치를 이동시켜 N 펄스의 레이저 빔을 조사한다.(N 펄스 레이저 조사구멍(16)이 2개 생긴다). 이와같이 모든 레이저 조사예정위치(14)에 대해 순차 N펄스의 레이저 빔을 조사함으로써 모든 조사위치가 N 펄스 레이저 조사구멍(16)이 되고 레이저 가공이 종료된다.

도 2의 경우도 같이 레이저 빔(10)을 복수(여기서는 9개)의 레이저 조사예정위치(14)에 조사해서 구멍가공을 하는 것이다. 이 「모드B」에 의한 레이저 가공방법은 도 2에 표시되는바와 같이 레이저 조사 예정위치(14)의 하나에 대해 레이저 빔(10)을 우선 1 펄스분 조사해서 1 펄스 조사구멍(12)으로 하고, 다음의 레이저 조사 예정위치(14)에 레이저 빔의 조사위치를 이동 시켜서 1 펄스분 조사해서 1 펄스 조사구멍(12)으로 한다.

이를 모든 레이저 조사 예정위치(14)에 대해 순차 1펄스의 레이저 빔을 조사한후 다시 최초의(12)로 되돌아가고, 2 펄스째의 레이저 빔을 각 가공구멍에 대해 조사하고, 이를 N회 반복함으로써 모든 조사위치(가공구멍)가 N 펄스 레이저 조사구멍(16)이 되고 레이저 가공은 종료된다.

다음에 「모드A」 및 「모드B」로 구멍가공을 한 경우의 가공시간을 계산한다. 여기서 가공구멍의 총수를 M으로 하고, 하나의 구멍당의 가공에서 요하는 펄스수를 N 로하고, 갈바노 능력으로서 에리어내에서 P구멍/초의 위치결정이 가능한 경우 「모드A」방식으로 가공에 요하는 시간(At)은 설정된 발진주파수를 B로 하면 다음식 (1)로 표시한다.

At = (1/p + (N - 1)/B) × M (1)

또 「모드B」방식으로 가공에 요하는 시간(Bt)는 다음식(2)으로 표시한다.

Bt = M × N / P (2)

여기서 가공 대상인 절연층(도 15의 55,64 참조)의 재질이 FR - 4이고 두께가 0.1mm의 프린트 기판에 961구멍(M = 961)의 바이어홀을 형성하는 경우에서의 가공시간을 계산 하기로 한다. 하나의 바이어 홀을 형성 하는 데 필요한 펄스총수를 6(N = 6)으로하고, 갈바노에 의해 400구멍/초(P = 400)의 위치결정이 가능해지고 발진 주파수를 1000Hz 로 한 경우 상기(1)식에 대입해서 계산한 「모드A」의 가공시간(At)는

At = (1/400 + (6 - 1)/1000) × 961 = 7.2 초가 된다.

또,「모드B」의 가공시간은 상기(2)식에 대입하면

Bt = 961 × 6/400 = 14.4초가 된다.

이 결과 「모드B」는「모드A」에 비해 대략 2배의 가공시간을 필요로 하는 것을 알 수있다.

다음에 실제의 프린트 기판에 대해 구멍가공을 한때의 가공품질에 대해 설명한다. 여기서는 프린트기판의 절연층의 재질이 FR - 4이고 기판의 두께가 0.1mm이고 외층 동박의 두께가 12μm위에 절연층을 적층한 기판에 바이어홀(ø0.3mm)를 형성한 것이다.「모드A」방식으로 가공한 경우의 가공구멍의 상태가 도 3 및 도 4에 표시되어 있다.

도 3에는 가공구멍의 구멍밑 상태를 표시하는 도면이 표시되고, 도 4에는 가공구멍의 구멍표면 상태를 표시하는 도면이 표시되고, 도 3 및 도 4의 (a)는 5 펄스인 경우, (b)는 6 펄스의 경우,(c)는 8 펄스의 경우이다.

또, 도 3 및 도 4에서는 각각 하나의 가공구멍만이 표시되어 있으나 실제로는 961개의 구멍이 가공된다.(갈바노의 위치결정은 400구멍/초).이때의 가공조건으로는 1 펄스당의 에너지가 15mJ, 펄스폭이 50μ초, 발진주파수는 1000Hz이다.

도 3(a)에 표시된바와 같이 5펄스에서는 구멍의 저부의 동박상에 제거되어 있지않은 유리크로스가 존재하고 있는 것이 관찰된다.

그래서 레이저 빔의 펄스수를 증가해서 6 펄스 또는 8 펄스로 하면 이 유리크로스가 제거되는 것을 알 수 있다.

또 도 4에 표시되는 구멍 표면의 관찰결과에서는 구멍의 가장자리에 유리가 구상화 해서 부착해 있고, 펄스수를 5 → 6 → 8 로 증가 시키면 표면의 에폭시층에 열영향이 발생해 있는것을 알 수 있다.

이 경우의 가공시간은 약 7.2초(6펄스)로 생산성은 양호하나 가공품질은 양호하지 못한 것을 알 수 있다.

다음에 「모드B」방식으로 가공한 경우의 가공구멍의 상태가 도 5 및 도 6에 표시되어 있다. 이 경우도 프린트 기판의 절연층의 재질이 FR-4이고, 기판의 두께가 0.1mm이고, 외층 동박의 두께가 12μm의 상부에 절연층을 적층한 기판에 바이어홀을 형성한 것이다.

도 5에는 가공구멍의 구멍밑 상태를 표시하는 도면이 표시되고, 도 6에는 가공구멍의 구멍표면의 상태를 표시하는 도면이 표시되고, 도 5 및 도 6의(a)는 6 펄스의 경우, (b)는 10 펄스인 경우, (c)는 12 펄스인 경우이다. 또, 도 5 및 도 6의 경우도 각각 하나의 가공구멍만 표시하고 있으나 실제로는 961개의 구멍이 가공된다.

그리고 그때의 가공조건은 1 펄스당의 에너지가 15mJ 펄스폭이 50μ초이다. 단 가공구멍이 961개 있기 때문에 한구멍당 펄스의 반복 주파수는 약 0.4Hz이다.

도 5(a) 및 (b)에 표시된바와 같이 6, 10펄스에서는 구멍의 저부 동박상에 제거되지 않은 유리 또는 수지의 덩어리가 존재해 있는 것이 관찰된다.

그래서 동도(c)에 표시되는바와 같이 레이저 빔의 펄스수를 증가해서 12 펄스로 함으로써 이들을 제거할 수 있다는 것을 알 수 있다.

또, 도 6에 표시되는 구멍 표면의 관찰결과로는 구멍의 가장자리에 부착하는 유리의 구상화물은 적고 펄스수를 증가해도 표면의 에폭시층에 열영향은 생겨있지 않은 것을 알 수 있다. 그러나 이 경우의 가공시간은 961 × 12/400 = 약28.8초가 되고, 가공품질은 양호하나 생산성(「모드A」의 약4배)이 나빠진다.

그래서 상술한 「모드A」방식에 의한 가공품질을 향상 시키기 위해 레이저와 재료의 상호 작용시간을 짧게 한다는 목적으로 발진주파수를 낮게해서 가공한 경우의 결과가 도 7에 표시되어 있다. 도 7에 표시된바와 같이 발진주파수를 약 1000Hz,500Hz,200Hz,20Hz로 했을때의 가공품질(열영향)을 비교한 것이다. 또 이 「모드A」와 비교하기 위해 또 「모드B」의 데이터가 표시되어 있다.

도 7에서는 정량적인 테이터로하기 위해 표면의 구멍가장자리로 부터의 열영향층 까지의 최대 거리를 표시하고 있다. 도 7에서 명백한바와 같이 1000 ~ 200Hz까지 열영향층의 크기에는 거의 차가 없고 20Hz근처에서 비로서 「모드B」의 결과와 거의 같아진다. 그러나 발진주파수 20Hz로 가공한 경우의 가공시간은 (1/400 + (6 - 1)/20) x 961 = 243초가 되므로 「모드B」보다도 생산성이 열화하게 된다.

다음「모드B」방식에서 생산성을 향상 시키기 위해 펄스의 에너지를 높였을때의 결과가 도 8에 표시되어 있다. 여기서는 레이저 빔의 펄스의 에너지를 15mJ,17.5mJ,20mJ의 3 단계로 변화 시키고 있고,도면의 종축은 펄스수가 표시되고 횡축은 1 펄스당 에너지를 표시하고 있다. 도 8중에는 3개의 영역(Ⅰ, Ⅱ,Ⅲ)이 표시되어 있고 영역 Ⅰ은 펄스수와 에너지의 양쪽이 부족해 있으므로 구멍 저부에 수지가 남아있는 영역이고, 영역 Ⅱ는펄스수와 에너지 모두 적정하고 양호한 품질의 가공효과가 얻어지는 영역이고,영역Ⅲ은 펄스수 에너지 모두 과다하고 외층 동박에 손상이 생겨있는 영역이다(영역 Ⅲ에서의 동박에의 손상의 외관을 표시한 것이 도 9이다).

상기한 도 8 및 도 9에 표시하는 바와 같이 1 펄스당의 에너지를 높게 함으로써 동박상의 수지를 제거 하는데 필요한 펄스수는 적어도 되나 동박에 대한 손상이 생기기 쉬운 것을 알 수 있다. 이 경우에서 양호하다고 판단되는 조건으로는 17.5mJ의 10 펄스이나 이 경우의 가공시간은 961 × 10/400 = 24 초가 되고 16mJ의 경우에 비해 생산성이 약간 향상 되어 있다. 그래도 가공시간은 「모드A」와 비교하면 약 3.3 배가 된다.

이상 진술한 바와 같이 도 1에서 도 9에서 설명한 「모드A」나 「모드B」를 사용해서 여러가지의 조건하에서 구멍가공을한 경우의 가공시간 및 가공품질에 관한 구체적인 데이터를 검토한 결과 「모드A」,「모드B」모두 품질 또는 생산성의 어느 한쪽이 결여되어 있는 것이 판별되어 있다.

다음에 본 실시의 형태 1에 관한 레이저 가공방법에 대해 상세하게 설명한다. 도 10에는 실시의 형태 1에 관한 레이저 가공방법의 개념도가 표시되어 있다. 도 10에서의 제 1 공정에서는 상술한 「모드A」와 같이 n1 펄스를 소정의 발진주파수에 따라 조사 하도록 한다(도중의 사선의 타원으로 표시한 n 1펄스 레이저 조사공18). 즉, 에리어내의 전구멍에 대해 n1펄스식 발진주파수에 따라 순차 조사한다.

이것이 종료된 시점에서 제 2 공정으로 이행되고 다시 최초의 구멍으로부터 소정의 발진주파수에 따라 에리어내의 전구멍에 대해 n2펄스씩 순차조사한다(도면중의 하프톤의 타원으로 표시한(n1 + n2)펄스 레이저 조사구멍20). 이와같이 해서 최후의 공정까지 반복조사가 되고 최후의 공정에서는 n n펄스씩 레이저 빔이 조사된다. 이때의 총 펄스수는 n1 + n2 + ........ + nn = N가 된다. 그리고 n는 N(총 펄스수)의 분할수를 표시하고 있다. 이와같이 본 실시의 형태 1 에서는 N 펄스수를 n분할해서 각 공정마다의 펄스수를 「모드A」의 형식으로 조사하는 공정이 반복 시행된다. 본 명세서에서는 이 레이저 가공방법을 「모드C」라고 칭하기로 한다.

또, 이 「모드C」는 n 분할된 「모드A」의 집합체라고 볼수가 있으므로「모드C」에서 n1,n2, ..... n n 펄스씩 조사하는 공정을 각각 「모드An1」,「모드An2」, .....「모드Ann」라 칭 하기로 한다.

이 실시의 형태 1에 관한 「모드C」의 가공시간(Ct)는 다음식(3)으로 표시할 수가 있다.

Ct = (n/P + N/B) x M .................(3)

이 경우의 프린트 기판의 절연층의 재질은 FR - 4 이고, 두께가 0.1mm의 프린트 기판에 대해 961구멍(M = 961)의 바이어홀을 형성하는 경우이고 바이어홀 한 구멍을 형성 하는데 필요한 펄스수가 6(N = 6)이고, 갈바노로 400구멍/초(P =400)의 위치결정이 가능해 진다.

또, 이 경우의 발진 주파수가 1000Hz이고, 6 펄스를 2 펄스씩으로 3분할해서 레이저 가공을 하는 경우의 「모드C」의 가공시간(Ct)는 상기 (3)식에 대입해서 계산하면,Ct = (3/400 + 6/1000) × 961 = 13 초가 되고 이 결과 「모드A」의 약 1.8배, 「모드B」의 약 0.9배가 된다.

도 11 및 도 12에는 도 3 및 도 4와 같은 조건의 프린트 기판(절연층의 재료가 FR-4로 두께가 0.1mm, 외층 동박의 두께가 12μm인 상부에 절연층이 적층된 기판)에 대해 「모드C」방식으로 레이저 가공을 했을때의 가공구멍의 상태가 표시되어 있다.

또, 이 경우의 가공조건도 도 3 및 도 4의 경우와 같고, 1 펄스당의

에너지가 15mJ, 펄스폭이 50μ초이다.

도 11 및 도 12의(a)는 레이저빔이 6펄스의 경우,(b)는 8 펄스의 경우,(C)는 10 펄스인 경우에 대해 표시되고 있다.

그리고, 본 실시의 형태 1에서의 「모드C」의 각 공정에서 조사되는 펄스는 각각 2 펄스씩으로 분할되어 있으므로 6 펄스인 경우는 3 분할, 8 펄스의 경우는 4분할, 10펄스의 경우는 5분할이 된다.

본 실시의 형태 1에서는 「모드C」방식에 의해 레이저 가공을행한 결과 도 11에 표시된바와 같이 구멍가공의 구멍 및 상태를 관찰하면 동 도면(a)의 6 펄스인 경우 구멍의 밑부의 동백상에 제거되지 않은 유리크로스가 잔존 되어 있으나,(b)의 8 펄스나 (c)의 10 펄스 경우에는 제거할 수가 있다.

또, 도 12에 표시된바와 같이 가공구멍의 구멍표면의 상태를 관찰하면 어느 펄스수이라도 구멍의 가장자리에 부착하는 유리의 입상화물은「모드A」의 경우(도 4 참조)보다 적게 표면의 에폭시층의 열영향등이 적은 것을 알 수 있다. 그리고 도 13은 도 5와 마찬가지로 열영향층의 량에 대해 표시한 것으로 「모드B」에는 뒤지나 「모드A」와 비교하면 열영향층이 작게되어 있다. 이는「모드C」방식의 가공품질이 「모드A」와 「모드B」의 중간상태라고 할 수 있다.

또, 가공시간(Ct)은 8 펄스의 경우는 4 분할으로 되기 때문에

Ct = (4/400 + 8/1000) × 961 = 17.3초가 되고 생산성은 「모드A」의 2.4배, 「모드B」의 0.6배(「모드B」12 펄스시)가 된다.이는 「모드C」방식의 가공시간이 「모드A」와 「모드B」의 중간상태라 할 수 있다.

이상설명한 바와 같이 본 실시의 형태 1에 의하면 「모드C」를 사용해서 레이저 가공을 함으로써 생산성에서는 「모드A」와 「모드B」의 대략 중간이 되고 가공 품질적으로는 「모드B」에 가까운 양호한 가공결과를 얻을 수가 있다. 종래에는「모드A」나 「모드B」로 레이저 가공을 하고 있었기 때문에 가공품질이나 생산성의 어느 한곳으로 기울어져 있었으나 본 실시의 형태 1에서는 가공품질과 생산성을 양립 시킬수가 있고 양호한 레이저 가공을 할 수가 있다.

실시의 형태 2

다음 본 발명의 실시의 형태 2를 도 14에 따라서 설명한다.

우선, 상기 실시의 형태 1에서 「모드B」의 고 에너지화에서 설명한바와 같이 1 펄스당의 에너지의 최대치는 동박에의 손상을 고려해서 결정된다. 이 고려해야할 손상이라는 것은 동박의 두께와 랜드경으로부터 구해지는 열용량과 가공하는 면의 동박의 표면상태에서 구해지는 레이저광의 흡수율에 의해 결정된다.

그리고, 절연층으로서의 유리에폭시 수지를 레이저 가공하는 경우에는 전술한 바와 같이 수지단체(예를들어 에폭시)를 사용한 절연층을 가공하는 경우와 비교하면 고 에너지가 필요해지고, 동박에 손상이 발생하기 쉬워진다. 또 그때에 「모드A」를 사용해서 레이저 가공을 하는 경우는 연속적으로 펄스가 조사되기 때문에 냉각효과가 낮고, 또 동박에 손상이 발생되기 쉬워진다.

그래서 도 14에는 「모드C」에서 펄스폭이나 피크출력을 변경한 것으로 인한 효과가 표시되어 있다. 도 14에서는 4분할된「모드C」의 각 분할 모드의 「모드An1」 ~ 「모드An4」중 「모드An2」~ 「모드An4」의 한 펄스당의 펄스폭 피크출력을 「모드An1」의 경우와 변경해 줌으로써 (1 펄스당의 에너지는 일정하다고 본다).

도 8과 같이 3개의 영역에 대한 결과가 표시되고 있다.

도 14에서 영역 Ⅰ은 구멍밑부에 수지가 남아있는 영역이고, 영역Ⅱ는 양호한 품질의 가공 결과가 얻어지는 영역이다.

또, 영역 Ⅲ은 외층 동박에 손상이 생긴 것이나 여기서는 도면중에 나타나 있지 않다. 도 14에 표시된바와 같이 「모드An3」를 단펄스, 고피크화 함으로써 적은 분할수로 고품질의 가공이 가능한 것을 알 수 있다. 단 짧은펄스, 고피크화 할수록 가공점에서 온도가 상승하기 때문에 동박의 손상이 발생 하거나 프라즈마가 발생해서 제거능력이 저하하기 때문에 피가공물의 종류나 가공품질 상황에 따라 적당히 적당치를 선택할 필요가 있다.

이상 설명한바와 같이 본 실시의 형태 2에 의하면 「모드C」를 사용해서 레이저 가공할때에 복수로 분할한 가공단계의 도중에서 1 펄스당의 펄스폭이나 피크출력을 변경함으로써 레이저 빔과 피 가공물의 재료와의 상호 작용시간을 적당히 제어하는 것이 가능하기 때문에 가공품질의 안정과 생산성의 향상을 조절함으로써 양호한 레이저 가공할 수가 있다.

이상 설명한바와 같이 이 발명에 관한 레이저 가공방법에 의하면 프린트 기판의 구멍 뚫기 가공을 고품질이고 생산성 좋게 시행할 수가 있다.

다음의 발명에 관한 레이저 가공방법에 의하면 레이저 빔과 가공대상의 재료와의 상호 작용시간과 에칭 레이트를 적정하게 제어하는 것이 가능하게 되고 가공품질의 안정과 함께 생산성을 향상 시킬 수가 있다.

Claims

프린트 기판에 대해 복수펄스의 레이저빔을 사용해서 여러개의 구멍을 가공하는 레이저 가공방법에서,

상기 구멍의 가공에 요하는 레이저 빔의 펄스수를 n분할(n는 2이상의 정수)하고, 그 분할된 첫번째로부터 n번째까지의 각 분할 펄스수의 레이저빔을 공정별로 사용하고, 각 공정에서는 소정의 발진주파수에 의해 당해 공정에서의 펄스수의 레이저 빔을 각 구멍에 순차 조사해서 전부의 구멍의 가공을 하고, 공정수분만큼 가공을 반복 시행하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공방법.
제 1 항에 있어서.

상기 구멍을 가공하는 복수의 공정의 도중에 상기 레이저 빔의 펄스폭 또는 피크출력, 또는 펄스폭 및 피크출력을 변경하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공방법.