KR20040108817A

KR20040108817A - 레이저 가공방법

Info

Publication number: KR20040108817A
Application number: KR10-2004-7018385A
Authority: KR
Inventors: 이토켄지; 타케노소즈이; 코바야시노부타카
Original assignee: 미쓰비시덴키 가부시키가이샤
Priority date: 2003-03-17
Filing date: 2003-03-17
Publication date: 2004-12-24
Also published as: TW586340B; US20050121613A1; JPWO2004082885A1; TW200420211A; KR100661108B1; JP4186926B2; CN1610596A; WO2004082885A1; CN1309527C

Abstract

프린트 배선판의 절연층에 레이저광을 조사하고, 블라인드홀이나 홈이나 쓰루홀을 가공하는 프린트 배선판의 레이저 가공방법에 있어서, 소정의 에너지 밀도로 상기 절연층을 가공하는 제1 공정과, 이 제1 공정에서 가공한 가공부 주변을, 상기 제1 공정에서의 에너지 밀도보다 작은 에너지 밀도로 조사를 행하고, 상기 절연층을 경화시키는 제2 공정과, 잔존하는 스미어를 제거하는 제3 공정을 구비한 가공방법.

Description

레이저 가공방법{LASER BEAM MACHINING METHOD}

종래, 프린트 배선판에 있어서, 절연층에 전기적인 접속을 하기 위한 블라인드홀을 형성할 때에는, 우선 절연층에 탄산가스 레이저광을 조사하여 절연층의 가공(제거)을 행하고, 전기도금 등에 의해 도체층을 석출하여 적층형의 전기회로를 형성하고 있다.

여기서, 도체층을 석출할 때에, 가공홀의 저면에 수지 스미어가 존재하면, 도금의 밀착성이 나빠져, 납땜 등의 가열이나 사용 중의 온도변화에 의해 단선을 야기하는 경우가 있다.

여기서, 종래는, 수지 스미어 제거공정으로서, 가공된 홀을 갖는 기판을 유기 용액에 담그는 화학적인 처리에 의해 잔존하는 수지 스미어를 제거 세정하는 것이 행해지고 있다. 이때, 화학처리에는, 농황산·크롬산·과망간산 칼륨 등이 사용된다.

이들 프린트 배선판의 탄산가스 레이저 가공방법에 관해서는, 특개평 10-12997호 공보에 개시되어 있다.(특허문헌 1 참조)

또한, 레이저광 등에 의한 가공 후에, 가공홀보다 큰 레이저광을 조사함으로써, 스미어 제거를 행하는 레이저 가공방법이 특개평 10-173318호 공보에 개시되어 있다.(특허문헌 2 참조)

특허문헌 1 : 특개평 10-12997호 공보

특허문헌 2 : 특개평 10-173318호 공보

특허문헌 1에 개시된 종래의 탄산가스 레이저 가공방법에 있어서는, 스미어 제거공정 등의 액처리공정에 있어서, 레이저 조사에 의해 개구된 가공홀의 에지 부분에서는 유압이 커지고, 가공홀 에지 부분이 액체의 유압에 의해 「흠」등의 손상이 생기는 경우가 있었다.

그 결과, 표면과 저면의 도체층을 접속하는 층간 접속을 목적으로 한 가공홀의 단면적에 변동이 생기고, 전기 특성이 불안정하게 된다는 문제점이 있었다.

(이때, 저항값이란, 가공홀의 단면적에 반비례한다.)

또한, 특허문헌 2에 개시된 종래의 레이저 가공방법에 있어서는, 레이저광에 의해 스미어 제거를 행하고 있기 때문에 액체처리에 의한 스미어 제거공정은 불필요하게 되지만, 스미어 제거공정 후의 도금 공정에서는, 액체에 의한 불순물 제거공정이나 알칼리성 용액에 의한 탈지공정 등의 공정이 반드시 필요하게 되고, 특허문헌 1과 마찬가지로 가공홀 에지 부분이 액체의 유압에 의해 손상이 생기는 경우가 있었다.

이때, 참고마저, 파장 0.249㎛의 엑시머 레이저를 사용하고, 가공홀보다 큰 레이저광을 조사했다고 해도, 열 영향이 거의 발생하지 않는 레이저 어블레이션 가공이 행해지기 때문에, 스미어를 제거할 수 있을 뿐이며, 그 에너지의 레이저광은 가공홀 주변의 수지층에 대하여는 경화층을 작성할 수는 없다.

레이저 어블레이션 가공이란, 결합 상태에 있는 분자간에 존재하는 전자를 레이저광의 전계성분에 의해 직접 진동시킴으로써 분해하기 때문에, 열 영향층이 발생하지 않는다는 특징이 있다.

이때, 파장 10.6㎛의 탄산가스 레이저광을 조사한 경우에는, 결합 상태에 있는 분자 자신을 레이저광의 전계성분에 의해 진동시킴으로써 열이 발생하고, 그 열에 의해 분해하기 때문에, 레이저광의 조건에 따라서는 제거하지 않고 경화층을 만들 수 있다.

(발명의 개시)

본 발명은, 전술한 과제를 해결하고자 이루어진 것으로, 레이저광에 의한 가공 후의 스미어 제거공정 등의 액체처리공정에 있어서, 가공홀의 손상을 방지하고, 가공홀의 단면적(저항값)의 안정한 프린트 배선판의 탄산가스 레이저 가공방법을 얻는 것을 목적으로 한다.

이 목적을 달성하기 위해, 제1 관점에 의하면, 프린트 배선판의 절연층에 레이저광을 조사하고, 블라인드홀이나 홈이나 쓰루홀을 가공하는 프린트 배선판의 레이저 가공방법에 있어서, 소정의 에너지 밀도로 상기 절연층을 가공하는 제1 공정과, 이 제1 공정에서 가공한 가공부 주변을, 상기 제1 공정에서의 에너지 밀도보다 작은 에너지 밀도로 조사를 행하여, 상기 절연층을 경화시키는 제2 공정과, 잔존하는 스미어를 제거하는 제3 공정을 구비한 레이저 가공방법이다.

또한, 제2 공정에서, 에너지 밀도를 0.5J/cm²이하로 하는 것이다.

또한, 제2 공정에서, 폴리이미드 수지로 이루어지는 절연층에의 조사는, 에너지 밀도를 0.6J/cm²이하로 하는 것이다.

또한, 제2 공정에서 레이저 조사하는 에어리어를, 제1 공정에서 가공을 행한 영역의 대략 2배의 크기로 하는 것이다.

또한, 레이저 가공을 파장 10.6㎛의 탄산가스 레이저로 행하는 것이다.

또한, 제2 관점에 의하면, 프린트 배선판의 절연층에 레이저광을 조사하고, 블라인드홀이나 만이나 쓰루홀을 가공하는 프린트 배선판의 레이저 가공방법에 있어서, 에너지 밀도 15J/cm²로 상기 절연층을 가공하는 제1 공정과, 이 제1 공정에서 가공한 가공부 주변을, 에너지 밀도 0.5J/cm²이하로 조사를 행하고, 상기 절연층을 경화시키는 제2 공정과, 잔존하는 스미어를 제거하는 제3 공정을 구비한 레이저 가공방법이다.

또한, 제2 공정에서, 레이저 조사를 10㎲의 펄스빔 온 시간으로 1펄스 조사하는 것이다.

본 발명은, 일반적으로 에폭시계·폴리이미드계 수지 등으로 이루어지는 절연층과 동박으로 이루어지는 도체층을 갖는 프린트 배선판이라 호칭되는 적층배선 기판에 있어서, 복수의 도체층을 전기적으로 접속하기 위한 쓰루홀(through hole)이나 블라인드홀(blind hole)을 형성하는 적층재료의 레이저 가공방법에 관한 것이다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 의한 레이저 가공방법에 의한 가공의 추이에 대하여 나타낸 도면이다.

도 2는 에폭시 수지에 대하여, 에너지 밀도에 대한 가공홀 깊이의 관계를 나타낸 도면이다.

도 3은 폴리이미드 수지에 대하여, 에너지 밀도에 대한 가공홀 깊이의 관계를 나타낸 도면이다.

도 4는 본 발명의 제2 실시예에 의한 레이저 가공방법에 의한 가공의 추이에 대하여 나타낸 도면이다.

도 5는 종래의 레이저 가공방법에 의한 가공의 추이에 대하여 나타낸 도면이다.

실시예 1.

본 발명의 제1 실시예에 의한 적층재료의 탄산가스 레이저 가공방법을, 도 1을 사용하여 설명한다.

본 실시예에서는, 에폭시 수지로 이루어지는 절연층(1)의 이면에, 동박으로이루어지는 도체층(2)을 설치한 구성의 프린트 배선판에 대하여, 절연층(1)에 도체층(2)에서 고착되는 블라인드홀을 형성하는 경우에 대하여 설명한다. 이때, 프린트 배선판은 절연층에 유리 크로스를 함침시킨 것이나, 다층으로 적층된 기판형상인 것도 있다.

여기서, 적층재료의 탄산가스 레이저 가공방법을 사용하여 가공이 행해지는 프린트 배선판은, 도 1a에 나타내는 바와 같이, 두께 60㎛의 에폭시로 구성된 절연층(1), 두께 18㎛의 동박으로 구성된 도체층(2)으로 이루어진다.

또한, 의도대로 하는 블라인드홀의 홀 지름은 80㎛이다.

우선, 제1 레이저 조사로서, 절연층(1)에 펄스빔 ON 시간이 10㎲, 에너지 밀도가 15J/cm²인 탄산가스 레이저광(4)을 면적 Φ80㎛의 범위에 2펄스 조사하고, 절연층(1)에 홀 가공을 행한다.(도 1b 참조)

다음에 제2 레이저 조사로서, 펄스빔 ON 시간이 10㎲, 에너지 밀도가 0.4J/cm²인 탄산가스 레이저광(9)을 면적 Φ150㎛의 범위로 1펄스 조사하고, 가공홀 주변의 절연층(1)의 표면을 경화시켜, 수지경화층(10)을 형성한다.(도 1c 참조)

그 후, 홀 가공 후에 도체층(2)의 표면에 잔존하는 스미어(5)를 제거하기 위해, 과망간산 칼륨(6)에 의한 스미어 제거공정을 실시한다.(도 1d 참조)

마지막으로, 불순물 제거공정이나 탈지공정 등의 액체처리공정을 갖는 도금 공정에 의해 도금(7)을 행하고, 프린트 배선판의 비어홀 가공이 완료한다.(도 1e 참조)

하기 표에는, 제1 레이저 조사 조건을 펄스빔 ON 시간 10㎲·에너지 밀도가 15J/cm²·펄스수 2·조사 면적 Φ80㎛에, 제2 레이저 조사 조건을 펄스빔 ON 시간 10㎲·펄스수 1·조사 면적 Φ150㎛로 고정하고, 제2 레이저 조사를 행하지 않는 종래의 가공방법에 의해 가공한 경우와, 제2 레이저 조사 조건에서의 에너지 밀도를 0.1∼0.6J/cm²까지 변화시킨 경우의, 스미어 제거공정 후의 가공홀 에지 부분의 손상률에 대하여 나타내고 있다.

여기서 손상률이란, 손상의 정도에 관계없이, 200홀 중에 손상을 갖는 가공홀이 몇개 홀 있는지에 의해 계산했다.(※현미경에 의한 정면에서의 관찰에 의해 100홀에 손상이 보인 경우, 100÷200=50%로 된다.)

하기 표에 나타내는 바와 같이, 종래의 방법에 비교하여, 손상률이 격감하고 있는 것을 알고, 경화층이 가공홀 에지 부분의 손상을 방지하고 있는 것을 안다.

여기서, 경화에 대하여 설명한다.

경화란 다른 명치 「가교 」라고도 부르고, 수지에의 입열에 의해 고분자 고리 사이의 결합형성이 발생하고, 3차원 그물망 구조를 갖는 고분자를 형성하는 것을 나타내고, 이 현상은 각 종 열경화성 수지의 경화 과정에 있어서 생기고 있다.

경화 현상은, 수지의 종류에 의해 약간 변화하지만, 일반적으로 재료의 비점온도에 도달하는 전단계에서 생기고 있다.

레이저의 에너지 밀도에 의해 경화 상태·경화층의 깊이는 변화하지만, 도 2의 결과보다 0.5J/cm²이하의 에너지 밀도인 레이저 조사에 의해, 제거가 아닌 경화가 행해지기 때문에, 가공홀 에지 부분의 손상을 방지 가능한 것을 안다.

다음에, 가공홀 주변의 수지경화층(10)을 형성하기 위해 레이저 조사 조건의 설정에 대하여 설명한다.

도 2는, 파장 10.6㎛의 탄산가스 레이저광을 사용하고, 에폭시에 조사했을 때의 에너지 밀도에 대한 제거 깊이의 관계를 나타낸 도면이다.

전처리로서, 가공을 행하는 수지에 따라 에너지 밀도를 변화시켜, 가공이 행해지지 않는 경계가 되는 에너지 밀도를 도면에서 구한다.

예를 들면, 에폭시에 관해서는 도면에 나타나는 바와 같이, 에너지 밀도가 0.6J/cm²이상이 되면 에폭시는 제거되기 시작하고, 제거 깊이가 깊게 되어 있는 것을 안다.

또한, 폴리이미드에 관해서는, 도 3에 나타나는 바와 같이, 에너지 밀도가0.7J/cm²이상이 되면 폴리이미드는 제거되기 시작하고, 제거 깊이가 깊게 되어 있는 것을 안다.

제2 레이저 조사 조건으로서는, 도 2, 도 3에 의해 구해지는 경계 에너지 밀도보다 작은 에너지 밀도를 설정함으로써, 가공홀 주변에 경화층이 형성되고, 스미어 제거공정 등의 액처리 공정 등에 따른 가공홀의 손상을 방지할 수 있다.

본 실시예에서는 파장 10.6㎛의 탄산가스 레이저광을 사용하고, 제2 레이저 조사로서 에너지 밀도가 0.5J/cm²이하로 설정함으로써, 에폭시를 제거하지 않고, 경화시키는 것이 가능하다.

이때, 가공홀 저면에 잔존하는 수지 스미어도 경화하지만, 수지 두께가 1㎛이하로 얇고, 또한 재부착인 경우에는 도체층(2)과의 결합력이 저하하고 있기 때문에, 스미어 제거공정에 의한 제거가 가능하게 된다.

이때, 경화층을 만드는 레이저로서는 탄산가스 레이저광이 적합하지만, 파장 1.06㎛의 YAG 레이저에 있어서도 재료에 따라서는 분자의 진동에 의한 열가공이 되기 때문에, 경화층을 만들 수 있다.

또한, 본 가공방법을 실현하는 가공기로서는, 에너지 밀도를 가변으로 하는 가동 렌즈나, 레이저광의 조사 면적을 가변으로 하는 애퍼처(aperture)를 갖는 특개평 10-362422호공보에 개시하고 있는 장치가 바람직하다.

실시예 2.

본 발명의 제2 실시예에 의한 적층재료의 탄산가스 레이저 가공방법을, 도 4를 사용하여 설명한다.

본 실시예에서는, 에폭시 수지로 이루어지는 절연층(1)의 이면에, 동박으로 이루어지는 도체층(2)을 설치한 구성의 프린트 배선판에 대하여, 절연층(1)에 도체층(2)에서 고착되는 블라인드홀을 형성하는 경우에 대하여 설명한다.

여기서, 적층재료의 탄산가스 레이저 가공방법을 사용하여 가공이 행해지는 프린트 배선판은, 도 4a에 나타내는 바와 같이 두께 60㎛의 에폭시로 구성된 절연층(1), 두께 18㎛의 동박으로 구성된 도체층(2)으로 이루어진다.

또한, 의도대로 하는 블라인드홀의 홀 지름 Φ80㎛이다.

제1 레이저 조사로서, 절연층(1)의 홀 가공을 목적으로 한 펄스빔 ON 시간이 10㎲, 에너지 밀도가 15J/cm², 조사 면적이 Φ80㎛의 레이저광(4)과, 가공홀 주변의 절연층(1)의 표면을 경화시키는 것을 목적으로 한 펄스빔 ON 시간이 10㎲, 에너지 밀도가 0.4J/cm², 조사 면적 Φ150㎛의 레이저광(9)을 동시에 도체층(1)에 조사함으로써, 절연층(1)에 홀 가공을 행함과 동시에, 수지경화층(10)을 형성한다.(도 4b 참조)

그 후, 홀 가공 후에 도체층(2)의 표면에 잔존하는 스미어(5)를 제거하기 위해, 과망간산 칼륨에 의한 스미어 제거공정을 실시한다.(도 4 c 참조)

마지막으로, 불순물 제거공정이나 탈지공정 등의 액체처리공정을 갖는 도금 공정에 의해 도금을 행하고, 프린트 배선판의 비어홀 가공이 완료한다.(도 4 d 참조)

여기서, 종래의 기술과의 비교를 도 5를 사용하여 설명한다.

종래는 레이저광(4)에 의한 수지층 제거 후, 스미어 제거공정 등의 액체처리공정을 행하고 있었기 때문에, 가공홀 주변에 손상(8)이 발생(도 5c 참조)하고 있고, 그 후의 도금 공정에서 그 손상(8)은 더욱 커진 상태로 도금되어 있었다.(도 5d 참조)

종래와 같이 작성된 프린트 배선판은, 스미어 제거공정 등의 액체처리공정에 있어서, 레이저 조사에 의해 개구한 가공홀에 손상이 생기고 있었기 때문에, 가공홀의 단면적에 변동이 생겨, 프린트 배선판의 전기 특성이 불안정하게 된다는 문제점이 있었지만, 본 실시예에 의하면, 절연층(1)의 가공홀 주변에는 수지경화층(10)이 형성되었기 때문에, 스미어 제거공정에서 가공홀이 손상을 받지 않고, 도금 공정에 있어서도 동일하게 가공홀이 손상을 받지는 않는다.

그 때문에 프린트 배선판의 전기 특성이 안정하는 등의 효과가 있다.

참고마저, 특개소 54-8143호 공보에는, 레이저광에 의한 홀 가공 등에 있어서, 가공홀 주변의 레이저 가공에 의한 손상이나 부착물의 감소 등을 목적으로, 공작물의 가공 표면을 레이저광 조사 등에 의해 경화처리를 한 후, 레이저광에 의한 홀 가공 등을 행하는 레이저 가공방법이 제안되어 있지만, 공작물의 지정이나 레이저광의 조건에 대한 상세한 설명은 아니며, 공작물에 의해 경화시키기 위한 레이저광의 조건이 크게 변화되는 것을 고려하면 불충분하다.

또한, 레이저 가공에 의한 손상이나 부착물의 감소 등을 목적으로 하고 있기 때문에, 레이저 가공의 전단계에서 경화용의 레이저광을 조사할 필요가 있고, 경화층에 의해 레이저 가공이 영향을 받아 버려, 양호한 가공이 곤란하다.

본 발명에서는 레이저 가공과 동시 혹은 레이저 가공 후에 경화용의 레이저광을 조사하기 위해, 레이저 가공에 경화층이 영향을 주는 일은 없다.

이상에서 서술한 바와 같이, 본 발명에 의한 레이저 가공방법을 사용하면, 레이저광에 의한 가공 후의 스미어 제거공정 등의 액체처리공정에 있어서, 가공홀이 손상을 받는 것을 방지 할 수 있고 했던 효과를 나타낸다.

이상과 같이, 프린트 배선판이라 호칭되는 적층배선 기판에 있어서, 복수의 도체층을 전기적으로 접속하기 위한 쓰루홀이나 블라인드홀을 형성하는 가공방법으로서, 특히 탄산가스 레이저 장치에 적합하다.

Claims

프린트 배선판의 절연층에 레이저광을 조사하고, 블라인드홀이나 홈이나 쓰루홀을 가공하는 프린트 배선판의 레이저 가공방법에 있어서,

소정의 에너지 밀도로 상기 절연층을 가공하는 제1 공정과,

이 제1 공정에서 가공한 가공부 주변을, 상기 제1 공정에서의 에너지 밀도보다 작은 에너지 밀도로 조사를 행하여, 상기 절연층을 경화시키는 제2 공정과,

잔존하는 스미어를 제거하는 제3 공정을 구비한 것을 특징으로 하는 레이저 가공방법.
제1항에 있어서,

제2 공정에서, 에너지 밀도를 0.5J/cm²이하로 하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공방법.
제1항에 있어서,

제2 공정에서, 폴리이미드 수지로 이루어지는 절연층에의 조사는, 에너지 밀도를 0.6J/cm²이하로 하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공방법.
제1항 내지 제3항에 있어서,

제2 공정에서 레이저 조사하는 에어리어를, 제1 공정에서 가공을 행한 영역의 대략 2배의 크기로 하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공방법.
제1항 내지 제4항에 있어서,

레이저 가공을 파장 10.6㎛의 탄산가스 레이저로 행하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공방법.
프린트 배선판의 절연층에 레이저광을 조사하고, 블라인드홀이나 홈이나 쓰루홀을 가공하는 프린트 배선판의 레이저 가공방법에 있어서,

에너지 밀도 15J/cm²로 상기 절연층을 가공하는 제1 공정과,

이 제1 공정에서 가공한 가공부 주변을, 에너지 밀도 0.5J/cm²이하로 조사를 행하여, 상기 절연층을 경화시키는 제2 공정과,

잔존하는 스미어를 제거하는 제3 공정을 구비한 것을 특징으로 하는 레이저 가공방법.
제1항 내지 제7항에 있어서,

제2 공정에서, 레이저 조사를 10㎲의 펄스빔 온 시간으로 1 펄스 조사하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공방법.
제1항 내지 제7항에 있어서,

제1 공정의 레이저 조사와 제2 공정의 레이저 조사를 동시에 행하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공방법.