KR20020097279A - 레이저천공 가공방법 - Google Patents

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Abstract

펄스폭이 100∼300(nsec)인 자외(紫外) 레이저빔을 프린트회로기판의 수지층에 조사하여 천공을 행한다.

Description

레이저천공 가공방법{Laser drilling method}
전자기기의 소형화, 고밀도 실장화(實裝化)에 수반하여, 프린트회로기판에는 회로의 고밀도화가 요구되고 있다. 이와 같은 요구에 따라, 최근 복수의 프린트회로기판을 적층한 다층(多層) 프린트회로기판이 제공되고 있다. 이와 같은 다층 프린트회로기판에서는, 상하로 적층된 프린트회로기판의 사이에서 도전층끼리를 전기적으로 접속할 필요가 있다. 도전층은, 통상적으로 동(銅)패턴으로 실현된다. 이와 같은 접속은, 프린트회로기판의 절연수지층에, 하층의 도전층에 도달하는 비아홀이라고 불리우는 구멍을 형성하고, 형성한 구멍의 내부에 도금을 실시함으로써 실현된다. 절연수지층에는, 통상 폴리이미드, 에폭시계수지 등의 폴리머재료가 사용된다.
이와 같은 천공가공에, 최근에는 펄스상의 레이저빔이 이용되기 시작하고 있다. 레이저빔을 이용한 레이저천공 가공장치는, 기계적인 미세(微細) 드릴을 사용하는 기계가공에 비하여 가공속도나, 구멍 직경의 미세화에 대응할 수 있는 점이 뛰어나다. 레이저빔의 발생원으로서는, 엑시머레이저나, CO2레이저, YAG(이트륨ㆍ알루미늄ㆍ가닛(yttrium aluminum garnet))레이저 등이 일반적으로 이용되고 있다.
엑시머레이저에 관하여 말하자면, 이는 자외(紫外) 레이저빔의 발생원으로서 사용되는 것이 주류이다. 엑시머레이저에 있어서는, 가스종류를 KrF, ArF, XeF, XeCl로 변경함으로써 발진파장을 변경할 수 있다. 그러나, 이들 레이저는 가스레이저이고, 그 발진시간, 즉 펄스폭은 일반적으로는 10∼20(nsec) 정도로, 매우 짧다. 따라서, 펄스상의 레이저빔을 가공대상물에 조사하면 레이저빔의 에너지는 가공대상물의 표면 근방에서 흡수된다. 이는, 어느 두께를 가지는 가공대상물에 대해서는, 엑시머레이저의 천공능력은, 열가공에 의한 CO2레이저 혹은 YAG레이저에 비하여 낮은 것을 의미한다. 기본적으로 파장의 장단(長短)에 의하여 가공대상물에 대한 레이저빔 에너지의 흡수계수가 달라지기 때문에, 1펄스당 레이저빔 조사에 의하여 얻어지는 가공깊이는 제한된다. 바꿔 말하자면, 레이저빔의 파장이 짧아짐에 따라서, 가공깊이는 저하한다.
따라서, CO2레이저, YAG레이저에 비하여, 엑시머레이저나 Nd;YLF레이저, Nd;YAG레이저, Nd;YVO4레이저의 3배파, 4배파, 5배파(제3고조파, 제4고조파, 제5고조파)의 1펄스당 가공속도(천공속도)는 낮아진다. 이로 인하여, 이들 자외광 레이저를 레이저빔 발생원으로서 가지는 천공가공장치는, 자외 레이저빔의 파장에 의존한 형태로 처리능력, 특히 가공속도가 낮다는 결점을 가지고 있었다.
그래서, 본 발명의 목적은, 자외광 펄스 레이저를 사용하여 프린트회로기판 등에 대하여 천공가공할 때, 펄스 레이저 빔의 펄스폭을 적절하게 설정함으로써 가공속도의 향상을 도모하는 것에 있다.
본 발명은, 레이저빔을 사용하여 프린트회로기판을 구성하고 있는 수지층에 천공가공을 행하기 위한 레이저천공 가공방법에 관한 것이다.
도 1은, 본 발명이 적용되는 레이저천공 가공장치의 시스템구성을 나타낸 도면이다.
본 발명은, 프린트회로기판에 자외 레이저빔을 조사하여 천공을 행하는 천공가공방법이고, 펄스폭이 100∼300(nsec)인 자외 레이저빔을 프린트회로기판의 수지층에 조사하는 것을 특징으로 한다.
특히, 본 발명에서는, 자외 레이저빔의 발생원으로서 Nd;YLF 펄스 레이저 혹은 Nd;YAG 펄스 레이저가 사용된다.
이하에, 본 발명의 실시형태에 관하여 설명한다. 본 발명에서는, 자외 레이저빔에 의한 천공가공의 가공속도를 향상시키기 위하여, 레이저발진기의 구성에 기인하는 펄스폭에 착안하고 있다. 즉, 레이저발진기에 있어서는, 공진기를 구성하는 한 쌍의 미러의 간격을 조정함으로써 펄스폭을 조정할 수 있다.
여기서는, 펄스폭이 다른 레이저, 즉 엑시머레이저인 XeF레이저(파장 351㎚) 및 Nd;YLF 펄스 레이저의 제3고조파(파장 351㎚)를 사용하여 양자의 천공가공성능을 비교하였다. 즉, XeF레이저의 펄스폭은 약 20(nsec)이고, Nd;YLF 펄스 레이저의 제3고조파의 펄스폭은 약 170(nsec)이다.
도 1은, 천공가공을 행하기 위한 시스템구성을 나타낸다. 레이저발진기(11)로서는, XeF레이저 혹은 Nd;YLF 펄스 레이저가 사용된다. 특히, Nd;YLF 펄스 레이저의 경우에는 그 제3고조파가 사용된다. 레이저발진기(11)에서 발생된 레이저빔은, 반사미러(12), 아테네이터(13), 반사미러(14)를 통하여 마스크(15)에 조사된다. 마스크(15)의 개구(開口)로 규정되는 상(像)을 반사미러(16)를 경유하고, fθ렌즈라고 불리우는 가공렌즈(17)로 가공대상물(18) 상에 축소 투영시킨다. 가공대상물(18)은 X-Y스테이지(19) 상에 배치되어 있다. X-Y스테이지(19)는 가공대상물(18)을 탑재하고 있는 테이블을 X축방향, Y축방향으로 이동시킬 수 있다. 그 결과, 가공대상물(18)의 임의의 위치에 레이저빔에 의한 천공을 행할 수 있다.
또한, 아테네이터(13)는, 출력이 큰 XeF레이저의 에너지를 조정하기 위하여 배치되는 것이다. 그로 인하여, Nd;YLF 펄스 레이저를 사용하는 경우에는 제거되어도 좋다. 이와 같이 하여, XeF레이저, Nd;YLF 펄스 레이저의 어느 것을 사용한 경우에도, 가공대상물(18) 상의 레이저빔의 플루언스(Fluence)(에너지밀도)가 거의 동일해지도록 조정하였다.
가공대상물(18)로서는 폴리이미드 필름(캡톤 필름 : 두께 100μm＋)을 사용하였다. 상기 두 개의 레이저에 파장의 차이는 없고, 양자의 차이는 펄스폭뿐이다. XeF레이저 및 Nd;YLF 펄스 레이저의 제3고조파를 사용하여 쌍방 모두 가공대상물의 표면에서 10(J/㎠)의 조사에너지로 가공을 시험해 보았다. 그 결과, 1펄스당 가공깊이는 XeF레이저의 경우 약 2(μm), Nd;YLF 펄스 레이저의 경우는 약 7(μm)였다.
상기 결과로부터, Nd;YLF 펄스 레이저의 제3고조파의 쪽이 천공능력이 높다는 것을 알 수 있다. 이 이유는 펄스폭을 짧게 하면 레이저빔조사가 단시간에 종료하고, 레이저빔 에너지가 가공대상물의 표면 근방에 축척되고, 가공대상물로의 열량의 침투가 낮다. 이에 반하여, 레이저빔의 펄스폭이 긴 경우는, 가공대상물로의 열확산이 크기 때문에, 열에 의한 어블레이션(ablation)반응 혹은 조사부분의 열변질이 가속하고, 그 결과 천공속도가 향상하는 것으로 추정된다.
상기의 점은, Nd;YLF 펄스 레이저 혹은 Nd;YAG 펄스 레이저의 기본파, 제2∼제5고조파에도 해당된다. 예컨대, Nd;YAG 펄스 레이저의 제3고조파에서 펄스폭 150(nsec)인 경우에도 천공속도가 상승하였다. 그리고, 바람직한 펄스폭의 범위는, 100∼300(nsec)인 것이 확인되어 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 자외광 펄스 레이저, 특히 Nd;YLF 펄스 레이저나 Nd;YAG 펄스 레이저를 사용하여 프린트회로기판 등에 대하여 천공가공할 때, 펄스 레이저빔의 펄스폭을 적절하게 설정함으로써 가공속도(천공속도)의 향상을 도모할 수 있다.
본 발명은, 프리트회로기판의 수지층에 대한 천공가공이나 폴리머 등의 유기재료에 대한 천공 등으로의 응용을 생각할 수 있다.

Claims (4)

  1. 프린트회로기판에 자외(紫外) 레이저빔을 조사하여 천공을 행하는 천공가공방법에 있어서, 펄스폭이 100∼300(nsec)인 자외 레이저빔을 프린트회로기판의 수지층에 조사하는 것을 특징으로 하는 레이저천공 가공방법.
  2. 프린트회로기판에 레이저빔을 조사하여 천공을 행하는 천공가공방법에 있어서, Nd;YLF 펄스 레이저 혹은 Nd;YAG 펄스 레이저를 사용하고, 펄스폭이 100∼300(nsec)인 레이저빔을 프린트회로기판의 수지층에 조사하는 것을 특징으로 하는 레이저천공 가공방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 프린트회로기판은 수지층의 하층에 도전층을 가지고, 상기 천공가공은 상기 도전층에 도달하는 구멍을 형성하는 것인 것을 특징으로 하는 레이저천공 가공방법.
  4. 제2항 혹은 제3항에 있어서,
    상기 레이저빔은, 상기 Nd;YLF 펄스 레이저 혹은 Nd;YAG 펄스 레이저의 기본파, 제2∼제5고조파 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 레이저천공 가공방법.
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