KR20090015948A

KR20090015948A - 관통 구멍 성형체 및 레이저 가공 방법

Info

Publication number: KR20090015948A
Application number: KR1020087029380A
Authority: KR
Inventors: 히데히코 미시마; 야스히로 오쿠다; 슈지 사카베; 마사키 하시다; 세이지 시미즈
Original assignee: 스미토모덴키고교가부시키가이샤
Priority date: 2006-05-20
Filing date: 2007-05-17
Publication date: 2009-02-12
Also published as: EP2020273A1; US20090151996A1; CN101448604A; JP2007307599A; CA2652480A1; TW200804022A; EP2020273B1; EP2020273A4; WO2007135955A9; US8268182B2; WO2007135955A1; US20110318530A1

Abstract

본 발명은, 펄스 레이저빔을 이용하여 피가공물(1)에 관통 구멍을 가공하는 가공 방법으로서, 피가공물(1)에 탈착 가능한 희생층(1a)을 마련하는 공정과, 희생층(1a)을 마련한 상태에서 레이저 빔에 의해 피가공물에 관통 구멍(5)을 가공하는 공정과, 관통 구멍 가공 공정 후에, 피가공물로부터 희생층을 제거하는 공정을 포함한다.

Description

관통 구멍 성형체 및 레이저 가공 방법{PRODUCT HAVING THROUGH-HOLE AND LASER PROCESSING METHOD}

본 발명은, 펄스 레이저에 의해 가공한 관통 구멍을 구비하는 관통 구멍 성형체 및 레이저 가공 방법에 관한 것이다.

종래로부터, 고밀도 다층 배선 기판 등의 배선 기판에는, 드릴 등을 이용하는 기계 가공에 의해 관통 구멍이 형성되어 왔다. 그러나, 배선 기판의 고밀도화가 진행되고, 관통 구멍의 직경이 미소화하며, 또한 관통 구멍 피치 간격도 작아졌기 때문에, 기계 가공으로는 대응이 용이하지 않았다. 이러한 문제의 해결과, 능률의 재향상을 목표로 하여, 레이저 빔을 이용한 레이저 가공이 이용되는 추세이다. 그러나, 펄스 레이저에 의해 형성된 관통 구멍은 도 10의 (a), (b)에 도시하는 바와 같이, 관통 구멍에 테이퍼 형상이 생기고, 도금 결하 등의 문제가 발생한다. 또한, 도 11의 (a), (b)에 도시하는 바와 같이, 비산물이나 버어(burr) 등이 발생하고, 수정 공정수의 증대 등의 문제가 발생한다. 이러한 문제를 해소하기 위해, 펄스 레이저에 의한 고정밀도의 관통 구멍 형성 기술의 개발이 요구되고 있다. 또한, 도 10의 (a), (b), 도 11의 (a), (b)에 대해서는, 실시예에 있어서 상세하게 설명한다.

상기한 요구에 응하도록, 정밀도를 높인 레이저 가공 방법의 제안이 이루어져 왔다. 예컨대, 관통 구멍 가공을 할 때, 관통 구멍의 직경의 일직선화(직선 원통 형태에의 접근, 또는 테이퍼 형상의 억제)를 실현하기 위해, 피가공물의 양면에서 레이저 빔을 조사(照射)하는 방법이 제안되어 있다(특허 문헌 1). 이 방법에 따르면, 관통 구멍의 표면측의 구멍 직경과 이면측의 구멍 직경을 거의 동등하게 할 수 있고, 테이퍼가 있는 관통 구멍의 발생이 억제되며, 일직선에 가까운 관통 구멍 형성이 가능하게 된다.

또한, 레이저 박리 중에, 피가공물로부터 반사되는 간섭성 레이저광을 활용하여, 표면측의 구멍 직경과 이면측의 구멍 직경의 차가 작은 관통 구멍을 용이하게 형성할 수 있는 가공 방법이 제안되어 있다(특허 문헌 2). 이 방법에 따르면, 상기한 반사광에 의해, 가공에 이용되는 광의 에너지 밀도를 증가시키고, 관통 구멍의 형상을 변화시켜, 관통 구멍의 고밀도 배열이 가능해진다.

[특허 문헌 1] WO 99/59761호 공보

[특허 문헌 2] 일본 특허 공개 제2000-77824호 공보

그러나, 상기 특허 문헌 1에 개시한 방법에 있어서는, (1) 양면 조사는 표리면의 정렬이 곤란하고, 많은 노동력이 필요하다; (2) 레이저 가공 특유의 테이퍼 형상은 없어지지 않기 때문에, 구멍 단면 형상이 일직선이 아니라 한가운데의 직경이 축소된 형상의 관통 구멍이 형성된다; (3) 레이저 가공으로 인해 버어가 발생되고, 버어의 제거 공정을 필요로 한다.

또한, 특허 문헌 2에 개시한 방법에 따르면, (1) 포토마스크를 사용하므로, 구멍을 뚫는 공정이 복잡해진다; (2) 반사광의 정도가 피가공물의 재질에 따라 상이하고, 그 중에는 반사하지 않는 재질도 있기 때문에, 제어가 곤란하다. 또한, 상기 와 마찬가지로, (3) 레이저 가공에 의해 버어가 발생되고, 버어의 제거 공정을 필요로 한다.

본 발명은, 테이퍼 각도를 억제할 수 있고, 또한 버어 발생이나 비산물의 부착이 없는, 간단한 구성의 레이저 가공 방법 및 그 레이저 가공 방법을 이용하여 가공한 관통 구멍을 구비하는 관통 구멍 성형체를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 레이저 가공 방법은, 펄스 레이저빔을 이용하여 피가공물에 관통 구멍을 가공하는 가공 방법이다. 이 가공 방법은, 피가공물에 탈착 가능한 희생층을 마련하는 공정과, 희생층을 마련한 상태로 레이저 빔에 의해 피가공물에 관통 구멍을 가공하는 공정과, 관통 구멍 가공 공정 이후에, 피가공물로부터 희생층을 제거하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기한 바와 같이 레이저 가공 전에 희생층을 마련하고, 레이저 가공 후에 제거함으로써, 레이저 가공에 의해 형성된 관통 구멍의 테이퍼를 간단히 억제할 수 있다. 이 때문에, 거의 일직선(테이퍼 없는)인 관통 구멍을 뚫을 수 있다. 또한, 레이저 가공을 할 때에 반드시 발생하는 비산물 부착, 버어 등의 돌출부를 완전히 제거할 수 있다. 희생층은, 피가공물과 동일한 재질이라도 좋고, 다른 재질이라도 좋다.

상기한 피가공물 및 그 소재는, 금속, 유기 고분자 재료라도 좋고, 또한 티탄, 불소화합물이라도 좋으며, 또한 다공질 구조를 갖고 있어도 좋다. 상기한 제조 방법에 따르면, 다공질 구조의 불소화합물 등, 상기한 재질(통상, 일직선 형상 관통 구멍의 가공이 곤란)의 피가공물에 대해, 일직선 형상의 관통 구멍을 비교적 용이하게 뚫을 수 있기 때문이다.

상기한 희생층의 박리 임계치를 피가공물의 박리 임계치 이상으로 할 수 있다. 이 구성에 의해, 희생층을 배치한 효과를 확실히 할 수 있다. 희생층의 박리 임계치가 피가공물의 박리 임계치보다 작은 경우, 희생층에 큰 구멍이 뚫리기 때문에, 희생층을 배치한 효과가 작아진다.

또한, 상기한 희생층을 복수의 층으로 구성할 수 있다. 이에 따라, 피가공물의 박리 임계치가 매우 크고, 또한 막 두께를 크게 할 수 없는 경우, 피가공물과 동일한 재질의 희생층을 최상층에 배치하고, 그보다 박리 임계치가 작은 재질을 그 하층에 배치하는 등의 조합된 구성을 이용할 수 있다. 또한, 그 외의 사정에 따라, 희생층의 재질 선택을 다양화할 수도 있다.

레이저 빔의 직경을 φ(㎛)로 하고, 관통 구멍의 테이퍼 각도를 θ(°)로 하며, 피가공물의 두께를 d(㎛)로 했을 때, (θ× d^0.68)/φ≤ 4.0을 만족하도록 하여 가공하는 것이 좋다. 관통 구멍의 테이퍼 각도는 피가공물의 두께나 레이저 빔의 직경에 의존하기 때문에, 상기한 관계를 만족하도록 조건 설정하여 일직선 형상의 관통 구멍을 얻을 수 있다. 레이저 빔의 직경(φ)은 희생층을 제거한 후의 기초막 표면에서의 직경이다. 또한, 상기한 식은 실험 데이터를 바탕으로 하여 도출되며, 그 상세에 대해서는 실시예 2에서 설명한다.

본 발명의 관통 구멍 성형체는, 펄스 레이저에 의해 관통 구멍이 형성된 성형체이다. 이 성형체는, 펄스 레이저의 직경을 φ(㎛)로 하고, 관통 구멍의 테이퍼 각도를 θ(°)로 하며, 성형체의 두께를 d(㎛)로 했을 때, (θ× d^0.68)/φ ≤ 4.0을 만족하는 것을 특징으로 한다. 여기서 테이퍼 각도는, 공통의 축선이 있다고, 즉 축 대칭성이 있다고 간주하여, 표면의 구멍 직경 및 이면의 구멍 직경을 바탕으로 구한 평균 테이퍼 각도이다. 이 구성에 의해, 예컨대 고밀도화가 진행되는 다층막 기판의 두께 방향의 도통부 제작 공정에 있어서, 관통 구멍의 벽면에 대한 도금 불량을 방지하고, 신뢰성이 높은 전기적 접속의 도통부를 제작할 수 있다.

본 발명의 다른 관통 구멍 성형체는, 펄스 레이저에 의해 관통 구멍이 형성된 성형체이다. 이 성형체에서는, 관통 구멍이 일직선 형상인 것을 특징으로 한다. 여기서 관통 구멍이 일직선 형상이라는 것은, 관통 구멍이 직선 원통 형상인 것을 말하고, 더욱 구체적으로는 직선 원통 또는 후술하는 바와 같이, 관통 구멍의 벽면이 관통 구멍의 한쪽의 단부에 있어서, 그 단부의 개구측을 향해 갈수록 관통 구멍의 직경이 확대되도록 안쪽으로 볼록하게 만곡하는 만곡부를 갖지 않는 구멍인 것을 말한다. 통상, 펄스 레이저에 의해 형성된 관통 구멍의 벽면은, 종단면에 있어서, 안쪽으로 볼록한 곡선이 되고, 배선 기판을 제작할 때에, 도금 불량 등의 문제가 생겨, 신뢰성 저하의 요인이 된다. 그러나, 상기한 바와 같이 일직선 형상의 관통 구멍은, 배선 기판 등에 있어서 도금 불량을 방지하여, 신뢰성이 높은 전기적 접속의 도통부를 확보할 수 있다.

본 발명의 또 다른 관통 구멍 성형체는, 펄스 레이저에 의해 관통 구멍이 형성된 성형체이다. 이 성형체에서는, 관통 구멍의 벽면이, 관통 구멍의 한쪽의 단부에 있어서, 그 단부의 개구측을 향해 갈수록 관통 구멍의 직경이 확대되도록 안쪽으로 볼록하게 만곡하는 만곡부를 갖지 않는 것을 특징으로 한다. 이 구성에 의해, 신뢰성이 높은 배선 기판 등을 제작할 수 있다.

또한, 상기한 모든 관통 구멍 성형체에 있어서, 관통 구멍 개구 주연부에 돌출부가 없게 구성될 수 있다. 이 구성에 의해, 예컨대 다층 배선 기판 등에 있어서 전자 장치의 제작의 후속 공정이 용이해진다. 여기서, 돌출부는 주로 버어에 의해 형성된다.

또한, 상기한 관통 구멍이 개구되어 있는 양면 모두에서, 레이저 박리에 의한 비산물의 부착이 일어나지 않게 구성될 수 있다. 이에 따라, 예컨대 다층 배선 기판 등의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

[발명의 효과]

본 발명은, 테이퍼 형상을 억제할 수 있고, 또한 버어나 비산물의 부착이 없는 레이저 가공 방법 및 일직선 형상 관통 구멍의 성형체를 제공할 수 있기때문에, 다층막 기판의 관통 구멍 벽면의 도금 불량을 방지할 수 있고, 고신뢰성의 다층막 기판 등의 공급에 공헌할 수 있다.

도 1은 레이저 빔 단면의 에너지 밀도의 공간 분포를 도시하는 도면이다.

도 2는 레이저 빔에 의한 개구부 형상을 정성적(定性的)으로 도시하는 모식도이다.

도 3은 펄스 레이저 샷의 수 증대에 따라 변화되는 개구부 형상을 예시하는 시뮬레이션 결과를 보여주는 도면이다.

도 4는 테이퍼 각도의 정의를 보여주는 도면이다.

도 5는 본 발명예 A의 관통 구멍 성형체의 제작에 있어서, 희생층 배치 상태에서 펄스 레이저에 의해 관통 구멍을 뚫은 상태를 보여주는 도면으로서, (a)는 관통 구멍 단면 SEM 상이고, (b)는 그 모식도이다.

도 6은 도 5의 상태로부터 희생층을 제거한 상태를 보여주는 도면으로서, (a)는 관통 구멍 단면 SEM 상이고, (b)는 그 모식도이다.

도 7은 본 발명예 B의 관통 구멍 성형체의 제작에 있어서, 희생층 배치 상태에서 펄스 레이저에 의해 관통 구멍을 개구한 상태를 보여주는 도면으로서, (a)는 관통 구멍 단면 SEM 상이고, (b)는 그 모식도이다.

도 8은 도 7의 상태로부터 희생층을 제거한 상태를 보여주는 도면으로서, (a)는 관통 구멍 단면 SEM 상이고, (b)는 그 모식도이다.

도 9는 본 발명예 A의 관통 구멍 성형체의 표면을 보여주는 도면으로서, (a)는 관통 구멍 단면 SEM 상이고, (b)는 그 모식도이다.

도 10은 티탄 사파이어 레이저에 의해 형성된 관통 구멍 성형체(종래예)의 종단면을 보여주는 도면으로서, (a)는 단면의 SEM 상이고, (b)는 그 모식도이다.

도 11은 도 10의 관통 구멍 성형체의 표면을 보여주는 도면으로서, (a)는 단 면의 SEM 상이고, (b)는 그 모식도이다.

도 12는 테이퍼 각도의 레이저 빔 직경 의존성을 보여주는 도면이다.

도 13은 테이퍼 각도의 기초막 두께 의존성을 보여주는 도면이다.

도 14는 본 발명의 실시예 3에 있어서 본 발명예 C의 희생층 등을 보여주는 도면이다.

도 15는 본 발명의 실시예 3에 있어서 본 발명예 D의 희생층 등을 보여주는 도면이다.

도 16은 실시예 3에 있어서 비교예의 기초막을 보여주는 도면이다.

도 17은 본 발명예 D의 기초막 표면의 가공 직경을 보여주는 도면이다.

도 18은 본 발명예 D의 기초막 이면의 가공 직경을 보여주는 도면이다.

도 19는 비교예의 기초막 표면의 가공 직경을 보여주는 도면이다.

도 20은 비교예의 기초막 이면의 가공 직경을 보여주는 도면이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1: 피가공물

1a: 희생층

1b: 기초막

5: 관통 구멍

10: 관통 구멍 성형체

W: 관통 구멍의 벽면

Wa: 표면측으로 갈수록 직경이 확대되는 관통 구멍 부분(벽)

Wb: 일직선 형상 관통 구멍 부분(벽)

Ws: 만곡부(벽)

Da: 표면에서의 직경(대직경)

Db: 이면에서의 직경(소직경)

d: 기초막(성형체)의 두께

t: 희생층의 두께

105: 관통 구멍

125: 버어

126: 비산물

다음으로 도면을 이용하여 본 발명의 실시형태에 대해 설명한다.

(본 발명의 원리)

펄스 레이저빔의 레이저 플루언스(에너지 밀도)는 도 1에 도시하는 바와 같이, 중앙부에서 높고 주연부에서 낮은 공간 분포, 통상은 가우스 분포를 나타낸다. 따라서, O를 빔 중심 위치, A₁, A₂를 레이저 플루언스가 박리 플루언스의 임계치와 동등한 위치라 하면 OA₁= OA₂이고, 축 대칭성을 갖고 있다. 레이저 플루언스가 피가공물의 박리가 일어나는 임계치 이상인 중앙측에서는, 박리에 의해 구멍이 파이지만, 에너지 밀도는 중앙부로 갈수록 높기 때문에 중앙측에 가까워질수록 깊게 파이는 경향이 있다. 이 때문에 구멍의 벽면은, 도 2에 도시하는 바와 같이, 경사면 이 된다. 도 2는 구멍(5)이 개구된 직후의 피가공물(1)을 도시하는 단면도이다. 구멍(5)이 피가공물(1)의 표면에서 이면으로 관통한 후에는, 플루언스가 낮은 레이저 빔단부라도, 박리 임계치 이상인 부분에서는 박리되기 때문에, 펄스 샷의 수를 많아지게 하면 서서히 파이게 되고, 결국에는 테이퍼 각도가 0°(일직선)가 된다고 고려된다. 그러나, 실제는 그렇게 되지 않고, 펄스 샷의 수를 증가시키더라도 테이퍼 각도는 제로에 근접하지 않으며, 일정한 테이퍼 각도를 유지한다.

본 발명자 등은 이러한 현상을 통찰하여, 「상기와 같은 현상은, 초기의 샷에 의해 사면이 형성되지만, 이 사면에 있어서는 박리에 사용되는 레이저 플루언스가, 평면에 조사되는 경우와 비교하여 저하한다. 즉, 사면에서는 거기서 흡수되는 에너지가 적어져, 박리에 적용되는 에너지가 감소한다」라는 생각에 도달했다. 이 생각에 따르면, 박리에 사용되는 레이저 플루언스가 사면부의 재료에 있어서 감소하고, 사면부에서는 박리 임계치에 못미치는 영역이 약간 중앙측으로 넓어지며, 이 박리 임계치 미만 영역에서는, 펄스 샷의 수를 늘리더라도 구멍은 파이지 않는다.

피가공물을 불소수지(다공질 구조)로 하여, 티탄 사파이어 레이저에 의해 펄스 레이저 가공하는 경우에 대해, 상기한 생각을 계산(시뮬레이션) 및 실험에 의해 검증했다. 도 3은 상기한 생각에 기초하여, 제1 샷으로부터 제4 샷까지 펄스 레이저를 조사했을 때, 파임이 진행되는 구멍의 형상을 보여주는 계산 결과이다. 레이저 빔 단면의 단부에 있고, 플루언스가 박리 임계치 미만인 영역보다 조금 중심측에 위치하는 영역에는, 완만한 경사의 벽면이 형성된다. 원(S)으로 표시되는 영역 내에 이 완만한 경사의 벽면이 형성된다. 이 완만한 경사의 벽면은, 제1 샷으로부 터 제4 샷에 이르는 동안, 거의 박리되지 않고, 완만한 경사인 상태로 유지되어 있다. 즉, 플루언스의 분포의 가장자리에는, 제1 샷∼제4 샷까지의 벽의 위치가 변화되지 않고, 중복되고 있는 부분이 있다. 이 중복된 부분은, 구멍이 관통한 후, 샷의 수를 증가시키더라도, 거의 변화되지 않고 남게 된다. 정리하면, 계산(시뮬레이션)에 의해, 가공 구멍의 가장자리에, 가공 구멍 단면 형상의 테이퍼 각도가 큰 부분이 생긴다고 하는 현상을 확인할 수 있었다. 이 테이퍼 각도가 큰 부분은, 이후의 실험 결과[도 10의 (a), (b)]에 나오는 관통 구멍 벽 부분(Wa)에 대응한다.

그래서, 실제로, 티탄 사파이어 레이저로 구멍 뚫기 가공을 실시하여(종래예), 단면 형상을 SEM(주사 전자 현미경)로 관찰했다. 도 10의 (a)는 그 종래예의 SEM 상을 보여주는 도면이고, 도 10의 (b)는 그 모식도이다. 피가공물(101)의 관통 구멍(105)에서는, 레이저 빔이 조사되는 측의 표면에서의 구멍 직경(Da)이, 이면의 구멍 직경(Db)보다 매우 크다. 관통 구멍(105)의 표면측의 벽면(Wa)에서는, 표면을 향해 갈수록 넓어지도록 직경이 확대하고 있지만, 이면측의 벽면(Wb)에서는 직경은 연속하여 거의 동일하고, 일직선 형상으로 되어있다. 벽면(Wa)과 벽면(Wb)에 겹쳐있고 안쪽으로 볼록하게 만곡하는 만곡부(Ws)가 있다. 벽면(Wa)의 부분은, 도 3에 있어서 영역(S) 내의 완만한 경사의 벽면부에 대응하여, 나팔의 앞과 같이 표면을 향해 갈수록 넓어지고 있다.

본 발명자 등은, 펄스 레이저빔을 이용하여 피가공물에 관통 구멍을 가공할 때, 피가공물에 탈착 가능한 희생층을 마련하고, 희생층을 마련한 상태로 레이저 빔에 의해 피가공물에 관통 구멍을 가공하며, 계속해서 관통 구멍 가공 후에, 피가 공물로부터 희생층을 제거하는 방법을 생각해내는 데 이르렀다. 상기한 바와 같이 레이저 가공 전에 희생층을 마련하고, 레이저 가공 후에 제거함으로써, Wa의 부분, 나아가서는 Ws의 부분을 희생층 내에 집중시켜 제거할 수 있다. 희생층의 두께(t)를 어느 정도로 할 것인지는, 관통 구멍에 요구되는 치수 정밀도에 따라, 적절하게 선택할 수 있다. 그 결과, 거의 일직선(테이퍼 없는)인 관통 구멍을 뚫을 수 있다. 또한, 레이저 가공을 할 때에, 희생층을 제거함으로써, 희생층의 표면에 부착되는 비산물 및 개구부의 가장자리에 돌출하는 버어 등을 완전히 제거할 수 있다.

희생층을 성형체(피가공물)의 표면에 마련하는 방법은, 레이저 빔 조사를 할 때에 간극이 생기지 않으면, 어떠한 방법이라도 좋다. 예컨대, 불소수지(다공질 구조)의 피가공물에 동일한 재질의 희생층을 배치하기 위해, 융착(접착 표면을 녹인 후, 식혀 응고시킴으로써 접착함)에 의해 배치할 수 있다. 또한, Ti 등 금속을 피가공물로 하고, 희생층을 (Ti 박막+ 불소수지층)으로 구성하는 경우에는, 희생층은 정전기력에 의해 배치된다. 즉, 매우 얇은 시트인 경우, 정전기력이 발생하기 때문에, 두는 것만으로 접착할 수 있다. 또한, 예컨대 접착제에 의해 희생층을 성형체에 접착하여도 좋다.

상기한 방법을 피가공물에 적용함으로써, 다음과 같은 관통 구멍 성형체를 제조할 수 있다. 우선 본 발명의 관통 구멍 성형체는, 펄스 레이저에 의해 관통 구멍이 형성되고, 그 관통 구멍의 테이퍼 각도(θ)는 일직선 형상으로 억제되어 있다. 여기서 테이퍼 각도(θ)는 전술한 바와 같이 축 대칭성이 있다는 조건하에, 도 4에 도시하는 바와 같이, 테이퍼 각도(θ)= Arctan{(0.5Da-0.5Db)/d}에 의해 정 의된다. Da 및 Db는 각각 표면 및 이면의 개구 직경이다. 또한, d는 성형체(10), 기초막(1b) 또는 피가공물(101)의 두께이다. 개구 직경 Da 및 Db는, 각각 3회 이상의 측정을 행하여 이들을 평균한 값을 채용한다. 두께(d)에 대해서도 동일하다. 또한, 본 발명에 있어서의 관통 구멍의 테이퍼 각도(θ)는 작기 때문에, 각도의 단위를 라디안으로 나타내고, 테이퍼 각도(θ)(라디안)=(0.5Da- 0.5Db)/d에 근사시켜도, 거의 동일한 결과를 얻을 수 있다. 이에 따라, 고밀도화가 진행되고 있는 다층막 기판의 두께 방향의 도통부 제작 공정에 있어서, 관통 구멍의 벽면에 대한 도금 불량을 방지하고, 신뢰성이 높은 전기적 접속의 도통부를 제작할 수 있다.

상기한 제조 방법을 이용하면, 본 발명의 다른 관통 구멍 성형체에서는, 관통 구멍이 일직선 형상이다. 일직선 형상의 정의는 전술과 같다. 본 발명의 또 다른 관통 구멍 성형체에서는, 관통 구멍의 벽면이 관통 구멍의 한쪽의 단부에서, 그 단부의 개구측을 향해 갈수록 관통 구멍의 직경이 확대되도록 안쪽으로 볼록하게 만곡하는 만곡부를 갖지 않는다. 즉, 이러한 관통 구멍은 도 10에 있어서의 만곡부(Ws)가 없는, 펄스 레이저 성형한 관통 구멍을 말한다.

상기한 펄스 레이저 가공된 관통 구멍 성형체는, 일직선 형상의 관통 구멍을 갖기 때문에, 예컨대 고밀도화가 진행되고 있는 다층막 기판의 두께 방향의 도통부 제작 공정에 있어서, 관통 구멍의 벽면에 대한 도금 불량을 방지하고, 신뢰성이 높은 전기적 접속의 도통부를 얻을 수 있다. 관통 구멍 개구부 주연부에 돌출부(비어 등)가 없고, 또한 레이저 박리에 의한 비산물의 부착이 일어나지 않게 구성될 수 있다.

실시예

(실시예 1)

1. 관통 구멍의 형상

기초막(1b)에 희생층(1a)을 마련한 불소수지의 피가공물(1)에 펄스 레이저로 구멍 뚫기 가공을 실시했다. 기초막(1b)의 불소수지의 두께는 150 ㎛, 또한 희생층(1a)의 불소수지층의 두께는 30 ㎛로 했다. 이 실시예의 경우에는, 기초막(1b)과 희생층(1a)의 재질이 동일하지만, 전술한 바와 같이 동일하지 않아도 좋다.

도 5 및 도 6은, 본 발명예 A의 관통 구멍 개구 과정을 도시하는 도면이다. 도 5의 (a), (b)에서는, 두께 150 ㎛의 불소수지의 기초막(1b) 상에, 두께 30 ㎛의 불소수지의 희생층(1a)을 배치한 피가공물(1)에, 펄스 레이저에 의해 관통 구멍(5)을 개구한 상태를 도시한다. 도 5의 (a)는 SEM 단면상이고, 또한 도 5의 (b)는 그 모식도이다. 이들 도면에 따르면, 표면을 향해 갈수록 직경이 확대되는 벽면(Wa)의 부분은, 두께(t)의 희생층(1a)에 포함되어, 나중에 제거된다. 도 6의 (a)는 희생층(1a)이 제거된 후의 기초막(1b) 또는 성형체(10)의 SEM 상이고, 도 6의 (b)는 그 모식도이다. 관통 구멍 성형체(10) 또는 기초막(1b)은 일직선 형상의 벽면(Wb)으로 이루어지는 관통 구멍을 포함하게 된다. 도 5의 (a), (b)의 상태에서는 테이퍼 각도가 5.1°이었지만, 도 6의 (a), (b)의 상태에서는 3.0°로 억제되었다.

일직선 형상의 관통 구멍을 포함하는 성형체(10)는, 고밀도화가 진행되고 있는 다층막 기판의 두께 방향의 도통부 제작 공정에 있어서, 관통 구멍의 벽면에 대한 도금 불량을 방지하고, 신뢰성이 높은 전기적 접속의 도통부를 제작할 수 있다. 또한, 나중에 상세하게 설명하는 바와 같이, 버어나 비산물이 없는 성형체로 할 수 있다.

도 7 및 도 8은 본 발명예 B의 관통 구멍 개구 과정을 도시하는 도면이다. 이 본 발명예 B는, 기본적으로는, 본 발명예 A와 동일한 것이다. 즉, 도 7의 (a), (b)는 두께 150 ㎛의 불소수지의 기초막(1b) 상에, 두께 30 ㎛의 불소수지의 희생층(1a)을 배치한 피가공물(1)에, 펄스 레이저에 의해 관통 구멍(5)을 개구한 상태를 보여주는 도면이다. 도 7의 (a)는 SEM 단면상을 보여주는 도면이고, 도 7의 (b)는 그 모식도이다. 도 7의 (a)에 따르면, 표면을 향해 갈수록 직경이 확대되는 벽면(Wa)의 부분은, 두께(t)의 희생층(1a)에 포함되고, 관통 구멍 가공 후에 제거된다. 도 8의 (a)는 희생층(1a)이 제거된 후의 기초막(1b) 또는 관통 구멍 성형체(10)의 SEM 상이다. 도 8의 (b)는 그 모식도이다. 기초막(1b) 또는 관통 구멍 성형체(10)는 일직선 형상의 벽면(Wb)으로 이루어진 관통 구멍을 포함하게 된다. 도 7의 (a), (b)의 상태에서는 테이퍼 각도가 5.1°이었지만, 도 8의 (a), (b)의 상태에서는 3.0°이었다. 이러한 관통 구멍 성형체의 이점은 전술한 바와 같다.

이에 비해, 종래예에서는, 도 10의 (a), (b)에 도시하는 바와 같이, 관통 구멍(105)의 표면측, 레이저 빔의 가장자리에 대응하는 부분에 테이퍼 각도가 큰 벽면(Wa)이 있다. 또한, 일직선 형상의 부분 Wb와 Wa 사이에 있고 이들 부분에 겹쳐있는 안쪽으로 볼록한 만곡부(Ws)가 있다. 상기한 레이저 빔의 가장자리에 대응하는 테이퍼 각도가 큰 벽면(Wa)은, 도 3에 도시하는 바와 같이, 제1 샷∼제4 샷 사이에서, 구멍의 굴착이 진행되지 않고, 겹쳐진 상태로 벽면부에 대응한다. 테이퍼 각도가 큰 부분 Wa, 일직선 형상 부분 Wb, 및 이들 부분 모두에 겹쳐 걸쳐진 만곡부(Ws)가 있기 때문에, 도통부를 형성하기 위한 도금 처리에 있어서 문제가 생기고, 배선 기판의 신뢰성이 나빠진다. 본 발명예 A, B에서는, 도 6의 (a), (b) 및 도 8의 (a), (b)에 도시하는 바와 같이, 테이퍼 각도가 큰 부분 Wa가 관통 구멍에서 완전히 제거되기 때문에, 도금 처리에 있어서 문제가 일어나지 않는다.

2. 버어 및 비산물

도 9의 (a) 및 (b)는 본 발명예 A의 관통 구멍 성형체의 표면을 도시하는 도면이다[도 6의 (a), (b)의 표면]. 한편, 도 11의 (a) 및 (b)는 도 10의 (a) 및 (b)의 관통 구멍 성형체의 표면을 도시하는 도면이다. 도 11 및 도 9 모두 (a)는 관통 구멍 단면의 SEM 상이고, (b)는 그 모식도이다. 도 11의 (a), (b)에 도시하는 바와 같이, 관통 구멍(105)의 표면의 개구부 가장자리에 버어(125)가 형성되고, 또한 비산물(126)도 부착되어 있다. 이에 비해, 본 발명예 A에서는, 희생층을 제거한 후에는, 기초막(1b) 또는 관통 구멍 성형체(10)의 표면에, 비산물도 없고, 버어도 없다.

(실시예 2) -테이퍼 각도, 레이저 직경 및 피가공물의 막 두께의 관계-

희생층을 배치하여 관통 구멍 가공한 경우에 있어서, 테이퍼 각도는, 레이저 빔 직경(φ) 및 기초막(성형체)의 두께(d)의 영향을 크게 받는다(희생층을 배치하지 않고 관통 구멍을 가공한 경우도 상기 φ, d의 영향을 받지만, 영향을 받는 방식이 상이하다). 도 12는 테이퍼 각도(θ)(°)의 레이저 직경(φ)(㎛) 의존성을 나타내는 도면이고, 테이퍼 각도(θ)(°)는 레이저 직경(φ)(㎛)에 비례하는 것을 알 수 있다. 또한, 도 13은 테이퍼 각도(θ)(°)의 기초막 두께(d)(㎛) 의존성을 나타내는 도면이고, 테이퍼 각도(θ)(°)는 기초막 두께{d(㎛)}^-0.68에 비례하는 것을 알 수 있다.

식(1)=(θ× d^0.68)/φ로 하면, 식 (1)은 기초막 두께(d) 및 레이저 직경(φ)을 고려한[기초막 두께(d)와 레이저 직경(φ)으로 보정한] 테이퍼 각도(θ)의 크기 정도를 나타내는 지표라고 볼 수 있다. 상기 도 12 및 도 13의 플롯에 대응하는 실험 데이터를 표 1 및 표 2에 정리하여 나타냈다. 표 1은 기초막(피가공체 또는 성형체)을 PTFE(폴리테트라플루오로에틸렌)으로 하여 행한 관통 구멍 가공의 결과를 나타내고, 또한 표 2는 기초막을 Ti로 하여 행한 관통 구멍 가공의 결과이다.

(피가공물 PTFE)
	희생층의 유무	d:기초막 두께[㎛]	φ:레이저 직경[㎛]	θ:테이퍼 각도 [°]	식(1)의 값
본 발명예1	유: PTFE	180	20	0.5∼2.5	0.85∼4.27
본 발명예2	유: PTFE	60	20	1.9∼3.1	1.54∼2.51
본 발명예3	유: PTFE	120	20	1.4∼1.8	1.82∼2.33
본 발명예4	유: PTFE	180	30	1.5∼3.5	1.71∼3.99
본 발명예5	유: PTFE	180	50	3.5∼6.0	2.39∼4.10
비교예1	무	30	20	8∼13	4.04∼5.05
비교예2	무	120	20	3.6∼5.7	4.67∼7.40
비교예3	무	180	20	2.5∼3.7	4.27∼6.32
비교예4	무	240	20	2.2∼2.6	4.57∼5.40
(주 1) 식(1)=(θ× d^0.68)/φ

(피가공물 PTFE)
	희생층의 유무	d:기초막 두께[㎛]	φ:레이저 직경[㎛]	θ:테이퍼 각도 [°]	식(1)의 값
본 발명예6	유: Ti 1층	20	28.5	5∼21	1.35∼5.65
본 발명예7	유: Ti 2층	20	28.5	4∼12	1.08∼3.23
비교예5	무	20	28.5	21∼55	6.03∼15.80
(주 1) 식(1)=(θ× d^0.68)/φ

표 1에 나타내는 본 발명예 1∼5는 어느 것이나 희생층에 기초막과 동일한 재질의 PTFE를 이용하고 있다. 이것은, 가공 대상인 기초막의 재질과 동일한 재질의 희생층을 이용하는 것이 자연스럽다고 고려될 뿐만 아니라, 다른 재료를 선택하더라도, 피가공물의 PTFE의 박리 임계치가 매우 높고, 이보다 높은 박리 임계치를 갖는 재료가 발견하기가 어렵다는 것에 그 배경이 있다. 또한, 표 2에서는, 피가공물 Ti와 동일한 재질의 Ti 희생층을 1층으로 한 경우(본 발명예 6)와, 2층으로 한 경우(본 발명예 7)로 나타내고 있다. 또한, 불소수지의 박리 임계치는 0.44J/㎠, Ti의 박리 임계치는 0.05J/㎠이다.

표 1 및 표 2에서 식(1)의 값을 참조해 보변, 식(1)의 값이 4.0 이하인 경우, 테이퍼 각도(θ) 자체가 작고, 테이퍼가 없는 관통 구멍 또는 일직선 형상 관통 구멍이라고 하여도 좋은 가공 형태가 된다. 본 발명에 있어서의 몇 개의 형태에서, 식(1)의 값을 4.0 이하로 한 것은, 도 12, 도 13 및 표 1, 표 2의 데이터에 기초한다.

(실시예 3) -Ti 막에의 관통 구멍 가공-

본 발명의 실시예 3에서는, 두께 20 ㎛의 Ti 기초막에 관통 구멍을 마련하는 레이저 가공을 행했다. 본 발명예 C 및 본 발명예 D에서의 희생층(1a)과 기초막(1b)의 구성을 도 14 및 도 15에 나타낸다. 본 발명예 C에서는 희생층(1a)에 두께 60 ㎛의 PTFE를 이용하고, 본 발명예 D에서는 희생층(1a)에 두께 5 ㎛의 Ti와 두께 60 ㎛의 PTFE와의 조합을 이용했다. 희생층을 다공질의 PTFE로 한 경우, 광이 산란하여 빠져나가 희생층의 효과가 줄어드는 것을 고려하여, 광이 빠져나가지 못하게 하기 위한 실드(shield)로서 Ti(5 ㎛)를 이용했다. 또한, 비교를 위해, 도 16에 도시하는 희생층을 배치하지 않은 Ti 기초막을 비교예로 했다. 본 발명예 C, D 및 비교예에 대한 레이저 파라미터 등을 표 3 및 표 4에 나타낸다.

레이저 파라미터와 재료 (본 발명예 C, D)
레이저 파장	800㎚
레이저 반복 주파수	10Hz
레이저 펄스 폭	120fs
레이저 에너지	54∼0.35μJ
피가공물(기초막)	Ti(99.5%), 두께 20㎛, (주)니코라에서 구입(모델번호 Ti-453212)

레이저 파라미터와 재료 (비교예)
레이저 파장	800㎚
레이저 반복 주파수	10Hz
레이저 펄스 폭	160fs
레이저 에너지	31∼2.65μJ
피가공물(기초막)	Ti(99.5%), 두께 20㎛, (주)니코라에서 구입(모델번호 Ti-453212)

레이저 에너지가 30 μJ, 10 μJ인 경우의 본 발명예 C의 관통 구멍에 대한 결과를 표 5에, 또한 레이저 에너지 15 μJ, 10 μJ, 8 μJ인 경우의 본 발명예 D의 관통 구멍에 대한 결과를 표 6에 각각 나타낸다. 표 5, 표 6에 따르면, 레이저 에너지가 작아질수록 테이퍼 각도는 작아지는 경향이 있고, 또한 희생층을 (Ti/PTFE)으로 2층으로 한 효과는 약간 확인되었다.

희생층 PTFE	(본 발명예 C)
	에너지(μJ)	30	10
	가공 직경(㎛)(PTFE 표면)	37∼49	22∼26
	테이퍼 각도(°)	3∼9	2∼5
피가공물 Ti	에너지(μJ)	30	10
	가공 직경(㎛)(20 ㎛ Ti 표면)	19∼25	15∼19
	가공 직경(㎛)(20 ㎛ Ti 이면)	15∼20	10∼12
	테이퍼 각도(°)	6∼21	5∼11

희생층 PTFE	(본 발명예 D)
	에너지(μJ)	15	10	8
	가공 직경(㎛)(PTFE 표면)	29∼34	22∼26	20∼22
	테이퍼 각도(°)	-	-	-
피가공물 Ti	에너지(μJ)	15	10	8
	가공 직경(㎛)(20 ㎛ Ti 표면)	16∼20	9∼15	7∼10
	가공 직경(㎛)(20 ㎛ Ti 이면)	10∼13	4∼7	4
	테이퍼 각도(°)	7∼11	5∼12	4∼8

(비교예)
에너지(μJ)	31	23
가공 직경(㎛)(20 ㎛ Ti 표면)	80(최대)∼77(최소)	44∼42
가공 직경(㎛)(20 ㎛ Ti 이면)	24∼19	26∼21
테이퍼 각도(°)	55∼53	29∼23

(비교예)
에너지(μJ)	10	5	2.65
가공 직경(㎛)(20 ㎛ Ti 표면)	40∼38	36∼34	34∼33
가공 직경(㎛)(20 ㎛ Ti 이면)	21∼19	19∼15	18∼15
테이퍼 각도(°)	22∼26	26∼22	24∼21

한편, 비교예의 관통 구멍에 대한 결과를 표 7 및 표 8에 나타낸다. 예컨대 10 μJ의 레이저 에너지에 관한 결과를 비교해 보면, 본 발명예 C, D의 테이퍼 각도가 각별히 작고, 1/2∼1/4로 개선되어 있는 것을 알 수 있다. 또한, 약 30μJ의 레이저 에너지에 관한 결과를 비교해 보면, 표 5의 본 발명예 C에서는 6∼21°인데 비해, 표 7의 비교예에서는 55∼53°가 되고, 본 발명예 C에서의 큰 개선 효과를 확인할 수 있다. 또한, 표 8에서는 레이저 에너지 10 μJ∼5 μJ에서 26∼22°인데 비해, 표 6의 본 발명예 D에서는 8 μJ에서 8∼4°를 얻을 수 있다. 어느 예에서나 테이퍼 없는 관통 구멍의 형성에 있어서 각별한 개선이 달성되었다고 할 수 있다.

도 17 및 도 18은 본 발명예 D에서 레이저 에너지 15 μJ에서의 기초막(Ti)의 표면 및 이면의 가공 직경을 보여주는 도면이다. 또한, 도 19 및 도 20은 비교예에서 레이저 에너지 5 μJ에서의 기초막(Ti)의 표면 및 이면의 가공 직경을 보여주는 도면이다. 실시예 1에서도 관찰된 바와 같이, 희생층을 이용하지 않는 경우에는, 기초막 표면의 구멍의 가장자리에 버어가 생기고, 또한 비산물도 확인되었다. 또한, 진원도에 대해서도 비교예는 본 발명예 D에 비해 뒤떨어지고 있는 것을 알 수 있다.

위에서, 본 발명의 실시형태 및 실시예에 대해 설명했지만, 위에 개시된 본 발명의 실시형태 및 실시예는, 어디까지나 예시로서 주어진 것이고, 본 발명의 범위는 이들 발명의 실시형태에 한정되지 않는다. 본 발명은, 펄스 레이저의 초기 샷에서 생기는 사면의 영향을 받은 부분이 그 후의 샷에 있어서도 남고, 이러한 부분이 희생층에 조금이라도 포함되는 레이저 가공 방법을 모두, 본 발명의 기술적 범위에서 포함하는 것이다. 본 발명의 범위는, 청구 범위의 기재에 의해 정의되고, 또한 청구 범위의 기재와 균등의 의미 및 범위 내에서의 모든 변경을 포함하는 것이다.

본 발명은, 테이퍼 형상을 억제할 수 있고, 또한 버어나 비산물의 부착이 없는 레이저 가공 방법 및 일직선 형상 관통 구멍의 성형체를 제공할 수 있기 때문에, 다층막 기판의 관통 구멍 벽면의 도금 불량을 방지할 수 있으며, 고신뢰성의 다층막 기판 등의 공급에 공헌할 수 있다.

Claims

펄스 레이저빔을 이용하여 피가공물에 관통 구멍을 가공하는 가공 방법으로서,

상기 피가공물에 탈착 가능한 희생층을 마련하는 공정과,

상기 희생층을 마련한 상태로 레이저 빔에 의해 상기 피가공물에 관통 구멍을 가공하는 공정과,

상기 관통 구멍 가공 공정 이후에, 상기 피가공물로부터 상기 희생층을 제거하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 방법.
제1항에 있어서, 상기 희생층의 박리 임계치를 상기 피가공물의 박리 임계치 이상으로 하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 방법.
제1항에 있어서, 상기 희생층을 복수의 층으로 구성하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 방법.
제1항에 있어서, 상기 레이저 빔의 직경을 φ(㎛)로 하고, 상기 관통 구멍의 테이퍼 각도를 θ(°)로 하며, 상기 피가공물의 두께를 d(㎛)로 했을 때, (θ× d^0.68)/φ≤ 4.0을 만족하도록 하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 방법.
펄스 레이저에 의해 관통 구멍이 형성된 성형체로서,

상기 펄스 레이저의 직경을 φ(㎛)로 하고, 상기 관통 구멍의 테이퍼 각도를 θ(°)로 하며, 상기 성형체의 두께를 d(㎛)로 했을 때, (θ× d^0.68)/φ≤ 4.0을 만족하는 것을 특징으로 하는 관통 구멍 성형체.
펄스 레이저에 의해 관통 구멍이 형성된 성형체로서,

상기 관통 구멍은 일직선 형상인 것을 특징으로 하는 관통 구멍 성형체.
펄스 레이저에 의해 관통 구멍이 형성된 성형체로서,

상기 관통 구멍의 벽면은, 상기 관통 구멍의 한쪽의 단부에 있어서, 그 단부의 개구측을 향해 갈수록 상기 관통 구멍의 직경이 확대되도록 안쪽으로 볼록하게 만곡하는 만곡부를 갖지 않는 것을 특징으로 하는 관통 구멍 성형체.
제7항에 있어서, 상기 관통 구멍 개구의 주연부에, 돌출부가 없는 것을 특징으로 하는 관통 구멍 성형체.
제7항에 있어서, 상기 관통 구멍이 개구되어 있는 양면 모두에서, 레이저 박리에 의한 비산물의 부착이 일어나지 않는 것을 특징으로 하는 관통 구멍 성형체.