TWI382795B - A method of opening a printed circuit board and an opening device for a printed circuit board - Google Patents

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TWI382795B
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Description

印刷基板之開孔方法及印刷基板之開孔裝置
本發明係關於一種使用脈衝狀雷射束於印刷基板上進行孔加工之印刷基板之開孔方法及印刷基板之開孔裝置。
以往，使用UV(紫外線)雷射之脈衝狀雷射束(以下簡稱雷射束)於表面第1層為導體層且交互積層有n層導體層與n層或(n－1)層絕緣層之印刷基板上進行開孔的情形，當加工孔直徑為50 μ m以上時，係將直徑與孔入口徑幾乎相同之高帽形射束(在垂直於光軸的面方向能量分布大致均勻)或高斯射束(在垂直於光軸的面方向能量分布呈高斯曲線狀)照射必要次數(以下稱衝孔加工法)；或使直徑較孔入口徑小且為50 μ m以下之高帽形射束或高斯射束邊圓周軌跡移動邊進行照射，並在孔半徑方向反覆進行此動作(以下稱穿孔加工法)。
又，使用光學掃描器及聚光透鏡來定位雷射束於加工部位，但聚光透鏡的大小所決定的掃描區域相對於印刷基板較小。因此，掃描區域內的加工結束後，使印刷基板及聚光透鏡於水平方向相對移動至下一個掃描區域來進行加工。
例如，專利文獻1揭示一種藉由紫外線於金屬及絕緣物等構成的材料上進行開孔的技術。
又，作為邊監測雷射加工狀況邊進行加工的裝置，專利文獻2及專利文獻3揭示一種雷射加工裝置，係將偏光分束器、分光鏡等分束器設置於雷射振盪器後方或加工對象物前方的雷射束光路上，使來自雷射加工對象物的反射光或發光自雷射束光路偏離而進行檢測，或於加工對象物附近之偏離雷射光路的部位設置檢測器來檢測來自加工對象物的散射光或發光。
專利文獻1：日本專利特表平10－508798號公報專利文獻2：日本專利特開平10－85976號公報專利文獻3：日本專利特開2001－102720號公報
然而，導體層的分解能量臨限值與構成絕緣層的樹脂的分解能量臨限值的差較大。因此，於表面層為導體層的印刷基板上進行孔加工之情形，若持續照射脈衝狀雷射束於同一部位，則形成於其下層的絕緣層的孔直徑較形成於導體層的孔直徑大，導體層相對於形成於絕緣層的孔呈懸突狀，或形成於絕緣層的孔側壁的深度方向中間較入口徑大的桶狀。
若對相對於形成於絕緣層的孔呈懸突狀之導體層的孔或呈桶狀之絕緣層的孔進行高速電鍍或填注電鍍(自孔底填注鍍料來進行填孔的鍍敷法)，則鍍料會集中於導體層的孔入口，容易在鍍層產生中空部(空隙)。因此，無法縮短電鍍時間，無法使加工效率提高。
又，若使能量密度配合導體層的要求來進行加工，當絕緣層的厚度改變的情形，不僅損傷孔底的導體層表面，甚至可能會貫通孔底的導體層。
再者，絕緣層含有玻璃之所謂加入玻璃基材的情形，選擇性除去孔側壁的樹脂而形成的孔內部之玻璃纖維突出變大。又，若除去必要以上的樹脂導致與相鄰孔間形成微小間隙，可能會發生因電鍍而導通相鄰孔的情形。因此，無法縮小孔間距，無法謀求縮小印刷基板、即所謂基板的高密度化之效果。
本發明之目的在於提供一種可謀求加工效率及基板的高密度化之印刷基板之開孔方法以解決上述習知技術之問題。
本發明之另一目的在於提供一種印刷基板之開孔裝置，其使用適於可謀求加工效率及基板的高密度化之印刷基板之開孔方法的雷射，可減低習知雷射加工裝置中未考慮的光學元件內部的反射影響，及射束(藉由透鏡來聚光)透過傾斜平行平板所造成之射束形狀的變形。
為解決上述問題，本發明之第1方法，其特徵在於：於交互積層有導體層與絕緣層之印刷基板之加工方法中，邊監測來自加工部的發光，邊脈衝狀照射雷射束(能量密度定為可對上述導體層進行加工之值)於上述導體層，求出於上述導體層進行貫通孔加工所需照射次數，根據求出的照射次數對該導體層之其他部位進行貫通孔加工。
本發明之第2方法，係表面第1層為導體層且交互積層有n層導體層與n層或(n－1)層絕緣層之印刷基板之開孔方法，其特徵在於：藉由複數次照射直徑與指定的孔入口徑相同，且能量密度可除去此第1導體層的脈衝狀雷射束來除去第1導體層，藉由複數次照射直徑較對上述第1導體層進行加工的雷射束大，且能量密度雖可除去第1絕緣層卻無法除去上述第1導體層的脈衝狀雷射束來除去上述第1導體層下層的第1絕緣層，藉由複數次照射直徑較對第(i－1)層進行加工的雷射束小，且能量密度可除去第i導體層的脈衝狀雷射束來除去第i(i＝2~n的整數)導體層，又，藉由複數次照射能量密度與對上述第1絕緣層進行加工的脈衝狀雷射束相同之雷射束來除去第i導體層下層的第i絕緣層，藉此維持形成於上述第1導體層的孔的直徑。
本發明之第3方法，係透過光學系統將自雷射振盪器輸出的脈衝狀雷射束導引至交互積層有導體層與絕緣層的印刷基板，對上述印刷基板的加工部位進行孔加工之印刷基板之開孔裝置，其特徵在於，係設置有：感測器，用以監測來自加工部的發光；比較機構，係比較上述感測器的輸出與預定的臨限值；計數器，用以計算在上述比較機構動作前照射於加工部的上述雷射束的照射次數；以及記憶裝置，用以記憶藉由上述計數器來計算的上述照射次數；以藉由測試加工記憶的脈衝數作為加工之脈衝數來對上述導體層及絕緣層的各層進行加工。
本發明之第4方法，係照射雷射光於被加工品來對被加工品進行雷射加工之雷射加工裝置，其具備有：雷射振盪器，用以振盪雷射光；射束掃描光學系統，係含有將自此雷射振盪器射出的雷射光定位於加工品上的掃描器及加工透鏡；以及1/4波長板，用以使來自被加工品(配置於加工透鏡與加工對象物間)的反射光產生偏光。
此情形，射束掃描光學系統具有電流鏡，可將接收來自被加工品的反射光的檢測機構配置在相較於該鏡更接近被加工品側。
又，亦可於射束掃描光學系統與雷射振盪器間，以與雷射光的光軸幾乎同軸的方式來配置具有較自雷射振盪器射出的雷射光大的開口的光檢測機構。
本發明之第5方法，係照射雷射光於被加工品來對被加工品進行雷射加工之雷射加工裝置，其具備有：雷射振盪器，用以振盪雷射光；射束掃描光學系統，係含有將自此雷射振盪器射出的雷射光定位於加工品上的掃描器及加工透鏡；以及分束器，係配置於加工透鏡與被加工品間；以此分束器所反射的雷射光對被加工品進行加工。
本發明之第6方法，係照射雷射光於被加工品來對被加工品進行雷射加工之雷射加工裝置，其具備有：雷射振盪器，用以振盪雷射光；射束掃描光學系統，用以將自此雷射振盪器射出的雷射光定位於加工品上且含有掃描器及加工透鏡；以及分光鏡，係配置於加工透鏡與被加工品間；以此分光鏡所反射的雷射光對被加工品進行加工。
本發明之第7方法，係照射雷射光於被加工品來對被加工品進行雷射加工之雷射加工裝置，其具備有：雷射振盪器，用以振盪雷射光；射束掃描光學系統，用以將自此雷射振盪器射出的雷射光定位於加工品上且含有掃描器及加工透鏡；光學元件，係配置於加工透鏡與被加工品間，使被加工品所產生的光透過；以及檢測機構，用以檢測透過此光學元件的光。
由於藉由最小限度的所需能量對導體層及絕緣層進行孔加工，故可使加工效率提高。又，由於不會在導體層及絕緣層產生損傷，故可謀求基板的高密度化。
又，由於透過1/4波長板、分束器、分光鏡等將雷射加工裝置進行加工時產生的發光射束與加工雷射的反射光導引至fθ透鏡，故提高檢測訊號的SN比。其結果，即使檢測訊號微弱亦可確實判定加工狀態，可實現高品質加工。
以下，根據圖示之實施形態來說明本發明。
〔實施例1〕
圖1係本發明第1實施例之印刷基板之開孔裝置之構成圖。
系統控制器B連接於以虛線圈圍來表示之裝置機構部A、雷射振盪器控制器D、及光感測器21。如後述，系統控制器B具備有：比較機構p，用以比較光感測器21及光感測器30a~30d的輸出與預定的臨限值；計數器q，用以計算比較機構p動作之前照射於加工部的雷射束的照射次數；以及記憶裝置r，用以記憶加工條件及計算的照射次數。
預先將適於加工銅的能量密度及適於加工絕緣物的能量密度記憶於記憶裝置r。又，以一覽表的形式，按照每一射束模式(垂直於光軸的截面的能量分布)，將加工銅的情形的雷射束直徑和此情形的雷射振盪器及各光學系統的設定值記憶於記憶裝置r，使用此設定值的雷射束具有適於加工銅的能量密度。同樣地，以一覽表的形式來記憶加工絕緣物的情形的雷射束直徑和此情形的雷射振盪器及各光學系統的設定值，使用此設定值的雷射束具有適於加工絕緣物的能量密度。
再者，若系統控制器B指示射束模式及雷射束徑，即設定雷射振盪器及各光學系統來照射適於加工的雷射束於加工部。
於裝置機構部A裝載有：雷射振盪器C；以一點鏈線圈圍來表示之加工頭E；以及光學連接雷射振盪器C與加工頭E的光學系統等。
雷射振盪器C脈衝狀輸出射束模式為高斯曲線狀之高斯射束的直線偏光UV雷射(在此，波長為355nm)。於自雷射振盪器C輸出的雷射束1的光軸上配置射束整形器2及射束分配器3(例如，音響光學方式的AOM(聲光調變器)或光電式的EOM(光電調變器))。
射束整形器2，例如可將高斯射束轉換成能量分布均勻的射束模式(高帽形射束)，或調整雷射束1的束徑。
射束分配器3根據來自系統控制器B的指令，使射入的雷射束1成為第1方向的雷射束4(1階光)或/及雷射束6(0階光)，即能量為雷射束1的Q%(然而，Q＝0~100)的雷射束4與能量為雷射束1的(100－Q)%的雷射束6來輸出，或成為第2方向的雷射束5(1階光)或/及直線前進方向的雷射束6來輸出，或成為雷射束6來輸出。再者，藉由改變1階光與0階光的比例可調節雷射束4或雷射束5的能量位準。又，可進行雷射束1的脈衝數的控制。在此，雷射束4及雷射束5係S波。
於射束分配器3與鏡11X間的雷射束4的光軸上配置束徑調整用準直器7a、光罩投影加工時調整加工光點直徑的光柵8a、偏光方向轉換裝置40、分束器9a、及偏光板10。以下，透過光柵8a的雷射束4稱為雷射束4a。
於分束器9a的雷射束4a的光軸的入射側及反射側的延長線上配置可分別檢測波長300~800nm的光的光感測器30a、30b。
分束器9a反射99%之波長300~800nm的光，使1%透過。偏光板10反射射入的S波，使P波透過。
偏光方向轉換裝置40，例如由複數個反射鏡構成，使入射光的偏光方向旋轉90度。
電流掃描器11由鏡11X及鏡11Y構成。
於射束分配器3與電流掃描器11間的雷射束5的光軸上配置束徑調整用準直器7b、光罩投影加工時調整加工光點直徑的光柵8b、分束器9b、及偏光板10。以下，透過光柵8b的雷射束5稱為雷射束5a。
分束器9b反射99%波長300~800nm的光，使1%透過。於分束器9b的雷射束5a的光軸的入射側及反射側的延長線上分別配置可檢測波長300~800nm的光的光感測器30c、30d。
配置於與加工頭E相對向的位置的加工台14能自由移動於X－Y方向。加工台14上裝載有加工對象(印刷基板13)。又，圖中附加箭頭來表示的m×m範圍係電流掃描器11的掃描區域。
此外，圖1中省略說明上必要的角鏡以外的角鏡之圖示。
前端具備聚光光學系統20a的光纖20的一端，例如，配置於距加工部約40mm的位置以與掃描區域相對向。光纖20的另一端連接於光感測器21。光纖20具備濾波功能，選擇性傳送波長400~600nm的光至光感測器21。
接著，說明此實際例的動作。
首先說明雷射束4的路徑。
自雷射振盪器C輸出的脈衝狀雷射束1藉由射束整形器2來決定能量分布及束徑並射入射束分配器3，調整脈衝能量的位準成為雷射束4、5、6中的任一個來輸出。
雷射束4藉由束徑調整用準直器7a及光柵8a來決定外徑，成為雷射束4a(在此為S波)，藉由偏光方向轉換裝置40轉換成P波射入分束器9a，一部分透過分束器9a射入光感測器30a，其餘則反射。分束器9a所反射的雷射束4a透過偏光板10射入鏡11X。藉由鏡11X及鏡11Y來決定射入印刷基板13的位置，透過聚光透鏡(fθ透鏡)12射入印刷基板13對印刷基板13進行加工。
由印刷基板13所反射之雷射束4a的一部分反射光22及伴隨加工部產生的一部分加工光23構成的光，射入光纖20。又，一部分反射光22及一部分加工光23逆射入路徑而行，其一部分透過分束器9a，成為透射光4aa射入光感測器30b。
又，雷射束5藉由束徑調整用準直器7b及光柵8b來決定外徑，成為雷射束5a(在此為S波)，一部分透過分束器9b射入光感測器30c，其餘則反射。反射的雷射束5a射入偏光板9，為偏光板9所反射射入鏡11X。藉由鏡11X及鏡11Y來決定射入印刷基板13的位置，透過聚光透鏡(fθ透鏡)12射入印刷基板13對印刷基板13進行加工。
由印刷基板13所反射之雷射束5a的一部分反射光22(在此，雷射束5a的反射光亦為反射光22)及伴隨加工部產生的一部分加工光23構成的光，射入光纖20。又，一部分反射光22及一部分加工光23逆射入路徑而行，為偏光板9所反射，其一部分透過分束器9b，成為透射光5aa射入光感測器30d。
又，雷射束6射入省略圖示的裝置，轉換成熱。
接著，說明本發明之加工步驟。
在此，說明對表面第1層為銅層且交互積層有n層銅層與n層或(n－1)層絕緣層的印刷基板進行孔加工的情形。
圖2所示係本發明之加工步驟之流程圖，圖3、圖4係子程序之流程圖。
於加工之前，設定以下參數作為加工條件。
(1)測試加工位置Sk(然而，k係加工位置的位置號碼，1~max)的座標(2)加工的銅層層數G(3)加工的絕緣層層數Z(4)當加工絕緣層時的雷射束徑D(5)當加工絕緣層時的能量密度及射束模式(6)當加工第1層銅層時的雷射束徑d(7)當加工銅層時的能量密度及射束模式
在此，藉由能量密度為8J/cm2 、射束模式為高帽形的雷射束4a來加工銅層，藉由能量密度為1J/cm2 之高帽形雷射束5a來加工絕緣層。又，雷射束徑d為待加工之孔的直徑，直徑D為較直徑d大的值。此外，選擇不成為印刷基板13產品的部分作為測試加工位置Sk。
若省略圖示的加工開始按鈕導通，則位置號碼k為1，層號碼i為0(步驟S100)，接著，使層號碼i為1(步驟S110)。接著，進行圖3所示之子程序SUB．A後，進行步驟S130的處理(步驟S120)。
於子程序SUB．A，按照雷射束4a的條件來設定加工射束(步驟S600)，又，重設照射次數j為0之後(步驟S610)，照射次數j加1(步驟S620)，照射1次(1脈衝)雷射束4a(步驟S630)，檢查有無發光(步驟S640)。即，若照射雷射束4a，則加工銅層且自加工部射出雷射束4a的反射光(波長355nm)及於500nm~550nm附近具有強度最大值的300nm~800nm的加工光23，其一部分射入光纖20。接著，藉由光纖20的濾波功能來除去反射光22，400~600nm的加工光23a(以下稱發光)透過光纖20，到達光感測器21，使光感測器21導通。
比較機構p將光感測器21的輸出Ic與預定的臨限值THc進行比較，於輸出Ic較預定的臨限值THc大的情形，判定殘留有銅層(即銅層的加工未完成)，進行步驟S620的處理，於另一情形，即判定銅層已加工有貫通孔之情形，結束處理(步驟S640)。
能量密度為8J/cm2 的雷射束4a照射1次僅能除去約1 μ m深度的銅層。因此，例如於銅層的厚度為9 μ m之情形，反覆照射雷射束4a9±1次左右。
於步驟S130，將照射次數j與測試加工位置號碼k及銅層號碼i成組記憶。接著，比較i與G，於i<G之情形，進行步驟S150的處理，於另一情形，進行步驟S210的處理(步驟S140)。
於步驟S150，將雷射束4a的直徑d改變成(1－0.05i)d後，比較層號碼i與Z(步驟S160)，於i<Z之情形，進行圖4所示之子程序SUB．B後(步驟S170)，進行步驟S180的處理，於另一情形，進行步驟S210的處理。此外，當雷射束4a的直徑d改變成(1－0.05i)d時，替換光柵8a成對應直徑的光柵8a。
於子程序SUB．B，按照直徑為D的雷射束5a的條件來重設加工射束，又重設照射次數j為0後(步驟S700、S710)，照射次數j加1(步驟S720)，照射1次雷射束5a(步驟S730)，檢查反射光的強度Iz(步驟S740)。即，於下層有銅層之情形，除去絕緣物之情形露出的銅層所反射的反射光22的強度Iz遠大於加工絕緣層之情形的反射光22的強度Iz。因此，將輸入光感測器21的反射光22的強度Iz與預定的臨限值THz進行比較，於強度Iz較預定的臨限值THz小的情形，判定仍殘留有絕緣層(即，絕緣層的加工未完成)，進行步驟S720的處理，於另一情形，即判定絕緣層已加工有貫通孔之情形，結束處理。
於步驟S180，將照射次數j與測試加工位置號碼k及絕緣層號碼i成組記憶。
接著，比較測試加工位置號碼k與kmax，於k<kmax之情形，測試加工位置號碼k加1，進行步驟S110的處理(步驟S200)，於另一情形(即，於k≧kmax之情形)，進行步驟S210的處理(步驟S190)。
於步驟S210，將測試加工位置S1~Smax中第1銅層或絕緣層之照射次數j中最多的照射次數j設定為個別加工時的照射次數，進行指定之最初的開孔加工(步驟S220)。以下，相同地，指示之所有加工結束前，進行加工(步驟S230)。
依據本發明，藉由測試加工(圖2中的步驟S100~步驟S210)來決定可對所有進行貫通孔加工的銅層及絕緣層進行貫通孔加工的照射次數，以決定的照射次數來進行實際加工(圖2中的步驟S220、步驟S230)，故即使於各層的厚度不同之情形，亦可使品質均勻，且容易控制。
又，由於此實施例逐漸減小加工第2層以後的銅層的雷射束4a的直徑，故不會損傷加工孔的入口徑，可進行品質優異的加工。
又，由於確認加工絕緣層所需照射次數，故不必將照射次數增至所需次數以上，可提高加工效率。
又，依據此加工步驟，不僅加工自表面通達期望導體層的有底孔，亦可加工貫通孔。
此外，由於雷射束5a的能量密度不具有僅損傷導體層的強度，故可不測量照射次數，照射設計上絕緣層厚度最大值以上的照射次數。
又，雖使照射各層的雷射束照射次數為以厚度測定所得到的最大值，但亦可於預先得知各層厚度之情形，例如決定照射次數的容許範圍，於超出容許範圍之情形，發出警報。
又，亦可監測光感測器30a及光感測器30c的輸出，例如於雷射束4a或雷射束5a之輸出因某些原因而變小之情形，除了此時的層厚測定值外，例如決定加工時的照射次數。
又，亦可使測試加工時的雷射束4a的能量密度及雷射束徑d為固定值，決定對各層進行貫通孔加工所需照射次數後，藉由能量密度不改變且與加工孔的直徑一致的雷射束來測試加工，評估其結果。
又，雖能量分布呈徑方向大致均勻的高帽形，但能量分布亦可呈高斯曲線狀的高斯形。
再者，雖將加工第2層以後的銅層的雷射束4a的直徑d改變成(1－0.05i)d(圖2中的步驟S150)，但亦可以直徑d的雷射束4a來加工第2層以後的銅層。
此外，可藉由準直器7來控制加工部的光點直徑，亦可藉由改變光柵8a(或8b)與加工部間的距離來控制。
又，藉由鏡11X及鏡11Y的角度來改變反射光22的強度(即，來自遠離透鏡中心的加工部的訊號位準隨著距離降低)，故若按照鏡11X及鏡11Y的角度來修正檢測訊號的位準，可使檢測精度進一步提高。
此外，亦可將射入光感測器30b或光感測器30d的光分割為二，使用所分割光的一方來檢測波長355nm的光，使用所分割光的另一方來檢測波長400~600nm的光。
然而，於上述中雖使加工絕緣層的能量密度固定，但亦可於加工途中改變。
圖5所示係伴隨上述加工步驟的加工部形狀的示意圖，印刷基板13的導體層50i及絕緣層51i的附加字i於圖的上側(表面側)為1。同圖中，上段為加工銅層之情形，下段為加工絕緣層之情形，以高度來表示分別之能量密度HE 。
如同圖(a)所示，亦可於絕緣層511的加工開始時(即，銅層501的加工後不久)，在不加工銅層501的範圍內增大能量密度(例如3J/cm2 )，在對絕緣層511進行加工至設計上厚度的70%左右後，使能量為1J/cm2 。若如此控制雷射束的能量密度，則能使加工效率提高，且能使絕緣層不殘留於孔底。
又，如同圖(b)所示，亦可使加工絕緣層之情形的能量密度產生3階段改變。若如此控制雷射束的能量密度，則能使形成之貫通孔的側壁平滑。
又，如同圖(c)所示，於連接第1導體層與第2導體層之情形，亦可使加工第1導體層的雷射束5a的直徑D較雷射束4a的直徑d小。如此，加工而氣化的絕緣層的構成構件自表面迅速排出，故可形成側面平滑的孔。
於任一情形，若以形成於絕緣層的側面的錐角α為10~90°之方式來控制雷射束5a的形狀，則可於電鍍步驟中進行缺陷少的電鍍處理。
在此，藉由控制射束整形器及雷射束的徑方向能量分布可改變孔內面的錐角α。即，例如，若朝外周部加大雷射束中央部的能量密度於半徑方向變小的比例，則可加大錐角α。
接著，說明具體加工例。
(加工例1)
在藉由能量密度8J/cm2 、直徑45 μ m的雷射束4a(脈衝頻率f為30 KHz)的高帽形射束對銅層的厚度12 μ m、絕緣層的厚度60 μ m之RCC材(加入玻璃基板)來進行加工之情形，能以11個脈衝於第1導體層形成貫通孔。此時，形成於第1絕緣層的孔的深度為3 μ m以下，可確認雷射束4a幾乎未對第1絕緣層進行加工。又，按照絕緣層的殘留厚度，階段性設定能量密度(1.6、1.0、0.8J/cm2 )，以合計70個脈衝來3階段進行加工之情形，亦可確認得到良好的孔品質、孔形狀。
又，於能量密度為1J/cm2 之情形，即使在除去絕緣層後額外照射10個脈衝左右，亦不會損傷正下層的銅層，或形成於該絕緣層的孔的形狀變得不佳。
此外，為了預防高溫分解物導致降低孔品質，最好於實際加工中，進行所謂的循環加工(例如，於為形成1個孔而照射20次雷射束之情形，以5個部位為一組來對各加工部位各照射1次雷射束，反覆進行20次)。
又，在此雖使加工第n導體層的雷射束直徑為加工第(n－1)導體層的雷射束直徑的95%，但最好使加工第n導體層的雷射束直徑為加工於第(n－1)導體層的孔底的直徑。
又，本發明不限於衝孔加工法，亦可適用於使用較孔直徑小的雷射束來進行孔加工之方法(穿孔加工法)。
然而，為鏡11所反射射入聚光透鏡12的大部分雷射束4a透過聚光透鏡12，但僅一部分為聚光透鏡12的表面所反射，逆射入路徑而行，射入光感測器30a。即，加工部所反射的雷射束4a與聚光透鏡12的表面所反射的雷射束4a同時射入光感測器30a。此實施形態，僅須辨識加工部所反射的雷射束4a，故聚光透鏡12的表面所反射的雷射束4a成為雜波。因此，預先求出聚光透鏡12的表面所反射的雷射束4a的強度範圍，若將從光感測器30b的檢測值除去聚光透鏡12的表面所反射的雷射束4a的強度來作為反射光22的強度，則能使加工中的導體層的孔加工結束時點及絕緣層的孔加工結束時點的檢測精度提高。
〔實施例2〕
然而，當射入光感測器30b的反射光22的強度較小時，會有檢測精度降低的情形。
接著，說明本發明之變形例。
圖6係本發明變形例(第2實施例)之加工頭部附近之前視圖。
於聚光透鏡12的印刷基板13側配置1/4λ板60。
1/4λ板60具有使射入的直線偏光的光成為圓偏光的光來輸出，並使射入的圓偏光的光成為直線偏光的光來輸出的特性。再者，例如若圓偏光的光為鏡所反射，則反射的圓偏光的偏光方向會反轉，即，旋轉方向改變180度。因此，若旋轉方向反轉的圓偏光的光再度射入1/4λ板60，則相對於入射時的偏光方向，偏光方向會旋轉90度。即，例如，於射入1/4λ板60的入射光為P波之情形，為加工部所反射並自1/4λ板60輸出的光(即反射光22)成為S波。
又，以使波長500~550nm的光透過的分束器來形成鏡11Y，鏡11Y的透過側配置光感測器50。光感測器50檢測自銅層反射的波長500~550nm的光。
接著，說明此第2實施例的動作。
射入1/4λ板60的直線偏光(P波)的雷射束4a成為圓偏光的雷射束4a(圖中的4ac)，自1/4λ板60射出，成為圓偏光的雷射束4a射入加工部。即使偏光方向自直線偏光改變成圓偏光，由於能量不改變，故可得到與直線偏光之情形相同的加工結果。
加工部所反射的反射光22(圓偏光的雷射束4ac)逆射入路徑而行成為S波的反射光22，自1/4λ板60射出，為偏光板10所反射射入光感測器30d。再者，為聚光透鏡12的表面所反射的雷射束4a透過偏光板10射入光感測器30b。
亦即，此實施例，藉由監測光感測器30d的輸出，使反射光22的檢測精度成為高精度者。
同樣地，藉由監測雷射束5a的反射光22的光感測器30b的輸出，使反射光22的檢測精度成為高精度者。
在此，若加工孔的深度加深，則發光23a的強度變小，故會有光感測器21的檢測精度降低的情形。由於光感測器50的軸線與加工中的孔的軸線的交叉角度較光感測器21的軸線與加工中的孔的軸線的交叉角度小，故射入光感測器50的發光23a的強度較射入光感測器21的發光的強度大。因此，藉由監測光感測器50的輸出能使發光23a的識別精度提高。
此外，於雷射振盪器1與射束分配器3之間配置反射99%之波長300~800nm的光，使1%透過的第3分束器來替代光感測器30a、30c，若於透過側配置光感測器，則不需要設置光感測器30a、30c。
又，雖省略圖示，但亦可以於旋轉軸產生扭曲的位置配置一對分束器來替代分束器9a，使一對分束器分別可繞旋轉軸旋轉(即，配置一對電流鏡來替代分束器9a)，個別控制二射束的照射位置來對印刷基板上不同之二部位進行加工。
再者，例如亦可藉由分束器將雷射束4a、5a分成二射束並分別供應至二個加工頭。
又，例如於一片印刷基板的面積較大之情形，可在加工中途階段再度進行測試加工。又，慎重起見，亦可在加工中檢查反射光或發光。如此，可進一步使加工的可靠性提高。
然而，一般於雷射振盪器1之情形，具備至某一頻率為止輸出增加，但之後輸出降低之頻率－輸出特性。即，於橫軸為頻率，縱軸為輸出之情形，雷射振盪器1的輸出特性成為向上凸出的曲線。
由於能量密度為輸出除以頻率的值，故即使能量密度為固定值，加工條件仍非一成不變。然而，根據實驗結果，欲加快加工速度之情形，增大輸出及頻率二者較有效，欲使加工品質提高之情形，減小輸出及頻率二者較有效。
〔實施例3〕
圖7所示係本發明第3實施例之雷射加工裝置之概要構成之方塊圖。同圖中，本實施例之雷射加工裝置的加工機控制部101具有：定位控制部103，用以定位並控制裝載於X－Y台112上的基板111；以及雷射控制部102，用以控制照射於基板111的雷射光105。雷射振盪器104連接於雷射控制部102，根據雷射控制部102的指令，雷射振盪器104射出雷射光105。
於雷射振盪器104的下方配置光罩106，並於光罩的更下方配置偏光分束器107。自雷射振盪器104射出的雷射光105經由光罩106射入偏光分束器107。偏光分束器107相對於雷射光105的光路配置成45度，改變雷射光105的方向90度。將改變行進方向的雷射光105導引至詳細後述的雙軸掃描器108。於雙軸掃描器108的下方配置fθ透鏡109，並於fθ透鏡109與基板111之間配置1/4波長板110。雙軸掃描器108控制射入fθ透鏡109的雷射光105的角度。接著，經由1/4波長板110照射雷射光105於基板111的既定位置。
照射於基板111的雷射光105為基板111具有的銅箔部所反射，產生基板反射光113。基板反射光113與自雷射振盪器射出的雷射光105相反的方向推進光路。即，自1/4波長板110、fθ透鏡109、雙軸掃描器108到達偏光分束器107。藉由此偏光分束器107，不同於雷射光105，不產生反射而透過偏光分束器107。於偏光分束器107的內側配置導引透過的基板反射光113的聚光透鏡115，將此聚光透鏡115所會聚的基板反射光113導引至光檢測器116。光檢測器116將基板反射光113轉換成電訊號。轉換的訊號傳送至加工錯誤診斷部117，判斷加工錯誤。
圖12係以立體圖來表示雙軸掃描器108。雙軸掃描器108具有二個電流鏡120、121。一個電流鏡120可繞水平軸周圍擺動，於載置於X－Y台112上的基板111的被加工區域上的X軸方向掃描雷射光105。另一個電流鏡121可繞垂直軸周圍擺動，於基板111的被加工區域上的Y軸方向掃描雷射光105。二個電流鏡120、121為正交配置。定位控制部103控制電流鏡120、121的旋轉角度。若使用雙軸掃描器108的被加工區域的加工結束，則X－Y台112設定於雙軸掃描器108的掃描區域中基板111的下一個被加工區域，並進行定位。
使用圖13的示意圖來說明以下之偏光分束器107及1/4波長板110的動作。偏光分束器107具有使振動方向平行於紙面的光(P偏光)透過，使振動方向垂直於紙面的光(S偏光)反射的特性。因此，若自雷射振盪器104射出的雷射光105為S偏光，則以偏光分束器107來100%反射，以雙軸掃描器108來控制角度射入fθ透鏡109。fθ透鏡109由修正像差等複數片透鏡109a、109b、…構成，於各透鏡109a、109b、…的二面施加反射防止膜。
目前供使用的反射防止膜雖可防止反射達相當程度，但難以完全防止反射。一般，不得不容許於各面產生0.1%左右的反射。如此，若於透鏡109a、…的各面產生0.1%左右的反射，則成為透鏡109a、…的片數分的透鏡反射光114，射入偏光分束器107。藉由偏光分束器107，不透過而成為反射光，朝向雷射振盪器104側而行。
然而，透過fθ透鏡109的雷射光105使用於基板111的加工。此時，形成多層的基板111具有之絕緣層及導體層在雷射光105的吸收上有很大的差異，故基板反射光113亦按照吸收的差異而產生改變。一般而言，導體層的反射較絕緣層大。因此，若檢測反射光113，則可進行對絕緣層及導體層其中一方加工的監測。
於基板111的表面粗糙度較少而視為平滑面之情形，反射光113的檢測較容易。然而，由於基板111的導體層表面粗糙度與照射之雷射光105的波長的關係，亦會有反射光113成為漫反射狀態的情形。此情形，為基板111所反射回到光檢測器116的反射光113的光量微乎其微，fθ透鏡的各面所反射的透鏡反射光114成為雜波而無法忽視。當使用波長短的雷射時，此基板111的表面粗糙度之影響變顯著。
因此，本實施例為消除此缺陷，於基板111與fθ透鏡109間配置1/4波長板110。若雷射光105透過1/4波長板110(往路)，則透過1/4波長板110的雷射光105成為圓偏光。再者，若為基板111所反射成為基板反射光113，再度透過1/4波長板110(返路)，則偏光方向旋轉90度。
透鏡反射光114及基板反射光113共同回到相同光路，到達偏光分束器107。由於透鏡反射光114之偏光狀態仍為S偏光，故為偏光分束器107所反射。然而，由於基板反射光113的偏光狀態旋轉90度而成為P偏光，故透過偏光分束器107。如上述透過的基板反射光113經由聚光透鏡115導引至光檢測器116。
依據本實施例，由於雷射加工裝置在fθ透鏡109與基板111間具有1/4波長板110，故藉由1/4波長板110的偏光特性可僅檢測為基板111所反射的光。據此，即使來自基板111的反射光變少，檢測訊號微弱，亦可確實判定基板111的加工狀態。
〔實施例4〕
圖8所示係第4實施例之雷射加工裝置100之概要構成之方塊圖。圖8僅表示反射光的路徑部。本實施例與第3實施例相異之處在於追加偏光板123。由於追加偏光板123，故檢測反射光113的光學系統的配置亦與第3實施例不同。雷射光105藉由雙軸掃描器108來控制射入fθ透鏡109的角度。據此，雷射光105照射於基板111的既定位置，於基板111進行孔加工。此時，自基板111射出基板反射光113。
在此，於基板111的導體層的表面粗糙度顯然粗糙之情形，基板反射光113成相當擴散的漫反射狀態。再者，於擴散很廣之情形，漫反射光亦自雙軸掃描器108的電流鏡120周邊洩漏。fθ透鏡109所反射的透鏡反射光114亦會有因透鏡9a、…的形狀與構成而產生擴散之情形，亦會自電流鏡120周邊洩漏。自電流鏡120周邊洩漏的基板反射光113，若往返於1/4波長板110，則相較透鏡反射光114成為偏光方向旋轉90°的光。因此，若使偏光板123與基板反射光113透過的方向一致，則透鏡反射光114為偏光板123所遮蔽。其結果，經過聚光透鏡115由光檢測器116接收的光僅有基板反射光113。
依據本實施例，由於偏光板123遮蔽透鏡反射光114，故可僅檢測基板111所反射的光。因此，即使在基板111的導體層的表面粗糙度明顯粗糙，漫反射光到達雙軸掃描器部之情形，亦可檢測出微弱的基板反射光113，確實判定加工狀態。
〔實施例5〕
圖9所示係第5實施例之雷射加工裝置100之概要構成之方塊圖。與圖8相同，圖9僅表示反射光的檢測部。相對於圖7所示之第3實施例的構成，本實施例追加偏光板124及光纖陣列125，省略聚光透鏡。檢測器116連接於光纖陣列125。伴隨於此，檢測反射光113的光學系統的配置亦不同。
雷射光105通過光纖陣列125及具有較雷射光105的束徑略大的孔的偏光板124，到達雙軸掃描器108。以雙軸掃描器108來控制射入fθ透鏡109的雷射光105的角度，將照射位置定位在基板111的既定位置。當以雷射光105加工基板111時，自基板111射出基板反射光113。此基板反射光113與透鏡反射光114共同沿往路返回。基板反射光113與透鏡反射光114在漫反射與透鏡曲率的影響下，成為較雷射光105粗的射束。因此，一部分基板反射光113與透鏡反射光無法通過偏光板124的孔，射入孔周圍的偏光板124。
基板反射光113在往返於1/4波長板後，相較於透鏡反射光114偏光方向旋轉90度。因此，若使偏光板124與基板反射光113透過的方向一致，則透鏡反射光114為偏光板124所遮蔽。其結果，通過光纖陣列125由光檢測器116接收的光僅有基板反射光113。依據本實施例，由於以偏光板124遮蔽透鏡反射光114，以光纖陣列125將基板反射光113導引至光檢測器116，故僅可檢測出基板所反射的光。其結果，即使檢測訊號微弱，亦可確實判定加工狀態。
〔實施例6〕
圖10所示係第6實施例之雷射加工裝置100之概要構成之方塊圖。雖圖7所示之第3實施例於雷射振盪器與雙軸掃描器108間配置分束器，但本實施例則於fθ透鏡109與基板111間配置分束器118。再者，省略配置於fθ透鏡109與基板111間的1/4波長板。
自雷射振盪器104射出的雷射光105經由光罩106直接射入雙軸掃描器108。以雙軸掃描器108來控制射入配置於此雙軸掃描器108側面的fθ透鏡109的角度後，大部分雷射光105藉由與光路成45度配置的分束器118來改變方向90度。接著，照射於基板111的既定位置，對基板111進行孔加工。在此，分束器118中雷射光105的反射與透射的比例為99：1左右。
基板111所反射產生的一部分基板反射光113透過分束器118，為聚光透鏡115所會聚後，射入光檢測器116。光檢測器116將基板反射光113轉換成電訊號。接著，進行與圖7所示之實施例相同的處理。本實施例中，導引至光檢測器116的雷射光僅為基板反射光113，故不受fθ透鏡109中透鏡反射光的影響，即使是微弱的基板反射光113的訊號，仍可確實掌握基板的加工狀態。
此外，本實施例於fθ透鏡109與基板111之間配置分束器118，使用為分束器118所反射的光來對基板111進行加工。在此，以反射光而非透射光來加工之原因如下。即，若使以透鏡等會聚的光透過傾斜45度配置的平行平板型分束器118，則會產生非點像差，並於聚光點附近產生射束點的形狀成為長方形的缺陷。
〔實施例7〕
圖11所示係第7實施例之雷射加工裝置100之概要構成之方塊圖。本實施例與圖10所示之第6實施例的不同僅在於配置於fθ透鏡109與基板111間的光學元件。即，圖10之第6實施例配置分束器118，但本實施例配置分光鏡119。由於使用分光鏡119，故以發光射束122來判斷基板111之加工狀態。
具體而言，與光路成45度配置分光鏡119。雷射光105為分光鏡119所反射，照射於基板111的既定位置，對基板111進行孔加工。然而，若以雷射光105加工基板111，則材料特有的發光射束122與基板反射光113共同射出。由於分光鏡119僅可反射既定波長的光，故使用僅反射雷射光105的波長的分光鏡119。若以分光鏡119反射基板反射光113，則僅有發光射束122透過分光鏡119，會聚於聚光透鏡115。之後之處理與上述各實施例相同。依據本實施例，由於僅有基板反射光113導引至光檢測器116，不受透鏡反射光的影響，故可確實掌握基板的加工狀態。
此外，本實施例以可反射使用之雷射光105的波長之方式來構成配置於fθ透鏡109與基板111間的分光鏡119。在此，使用反射光而非透射光的原因如下。若使以透鏡等會聚的光透過傾斜45度配置的平行平板型分光鏡119，則會產生非點像差，其結果，於聚光點附近射束點的形狀成為長方形，另外當改變基板111的材料時，即使發光射束122的波長改變，亦可檢測發光射束122。
A．．．裝置機構部
B．．．系統控制器
C．．．雷射振盪器
D．．．雷射振盪器控制器
E．．．加工頭
p．．．比較機構
q．．．計數器
r．．．記憶裝置
1．．．雷射束
2．．．射束整形器
3．．．射束分配器
4．．．雷射束(1階光)
4a．．．雷射束
4aa、5aa．．．透射光
4ac、4bc、5ac、5bc．．．圓偏光的雷射束
5．．．雷射束(1階光)
5a．．．雷射束
6．．．雷射束(0階光)
7a、7b．．．準直器
8a、8b．．．光柵
9a、9b．．．分束器
10．．．偏光板
11．．．電流掃描器
11X、11Y．．．鏡
12．．．聚光透鏡
13．．．印刷基板
14．．．加工台
20．．．光纖
20a．．．聚光光學系統
21、30a、30b、30c、30d．．．光感測器
22．．．反射光
23．．．加工光
23a．．．發光
40．．．偏光方向轉換裝置
50．．．光感測器
60．．．1/4λ板
100．．．雷射加工裝置
101．．．加工機控制部
102．．．雷射控制部
103．．．定位控制部
104．．．雷射振盪器
105．．．雷射光
106．．．光罩
107．．．偏光分束器
108．．．雙軸掃描器
109．．．fθ透鏡
109a~109I．．．透鏡
110．．．1/4波長板
111．．．基板(被加工品)
112．．．X－Y台
113．．．基板反射光
114．．．透鏡反射光
115．．．聚光透鏡
116．．．光檢測器
117．．．加工錯誤診斷部
118．．．分束器
119．．．分光鏡
120、121．．．電流鏡
122．．．發光射束
123、124．．．偏光板
125．．．光纖陣列
501．．．導體層
511．．．絕緣層
圖1係本發明第1實施例之印刷基板之開孔裝置之構成圖。
圖2所示係第1實施例之加工步驟之流程圖。
圖3係圖2之加工步驟之子程序之流程圖。
圖4係圖2之加工步驟之子程序之流程圖。
圖5所示係第1實施例之加工部形狀之示意圖。
圖6係本發明第2實施例之加工頭部附近之前視圖。
圖7所示係本發明第3實施例之雷射加工裝置之概要構成之方塊圖。
圖8所示係本發明第4實施例之雷射加工裝置之概要構成之方塊圖。
圖9所示係本發明第5實施例之雷射加工裝置之概要構成之方塊圖。
圖10所示係本發明第6實施例之雷射加工裝置之概要構成之方塊圖。
圖11所示係本發明第7實施例之雷射加工裝置之概要構成之方塊圖。
圖12係使用於第2至第7實施形態之雷射加工裝置之雙軸掃描器之立體圖。
圖13係說明第2至第7實施形態之雷射加工裝置之檢測方法之圖式。

Claims (12)

  1. 一種印刷基板之開孔方法，其特徵在於：於交互積層有導體層與絕緣層之印刷基板之加工方法中；預先將對該導體層之各層進行加工所需之照射次數作為該導體層之照射次數求出，該導體層之照射次數，係邊監測從該導體層之各層放射的發光，邊脈衝狀照射雷射束於該印刷基板之該導體層，來自該導體層之發光小於既定臨限值為止之該導體層之照射次數，該雷射束，能量密度定為可對該導體層之各層進行加工之值；根據求出的該照射次數對該導體層之其他部位進行貫通孔加工。
  2. 如申請專利範圍第1項之印刷基板之開孔方法，其中，監測之該發光的波長為500~600nm。
  3. 如申請專利範圍第1或第2項之印刷基板之開孔方法，其中，於複數個不同部位進行求出對該導體層之各層進行貫通孔加工所需之照射次數，將得到之照射次數之最大值作為該導體層之該照射次數。
  4. 如申請專利範圍第1或第2項之印刷基板之開孔方法，其中，藉由複數次照射能量密度可除去絕緣層但無法除去該導體層的脈衝狀雷射束來除去該絕緣層之各層，於該絕緣層形成通達該絕緣層的下層的導體層或外部的孔。
  5. 如申請專利範圍第4項之印刷基板之開孔方法，其中，使照射於該絕緣層的雷射束的直徑較照射於該導體層 的雷射束的直徑大。
  6. 一種印刷基板之開孔方法，係表面第1層為導體層且交互積層有n層導體層與n層或(n-1)層絕緣層之印刷基板之開孔方法，其特徵在於：藉由以申請專利範圍第1項之方法求出之照射次數照射直徑與指定的孔入口徑相同，且能量密度可除去此第1導體層的脈衝狀雷射束來除去第1導體層；藉由複數次照射直徑較對該第1導體層進行加工的雷射束大，且能量密度雖可除去第1絕緣層卻無法除去該第1導體層的脈衝狀雷射束來除去該第1導體層下層的第1絕緣層；藉由以申請專利範圍第1項之方法求出之照射次數照射直徑較對第(i-1)導體層進行加工的雷射束小，且能量密度可除去第i導體層的脈衝狀雷射束來除去第i(i=2~n的整數)導體層；又，藉由複數次照射能量密度與對該第1絕緣層進行加工的脈衝狀雷射束相同之雷射束來除去第i導體層下層的第i絕緣層；藉此維持形成於該第1導體層的孔的直徑。
  7. 如申請專利範圍第6項之印刷基板之開孔方法，其中，使對第1導體層至第i導體層進行加工的雷射束的能量密度相同。
  8. 如申請專利範圍第6項之印刷基板之開孔方法，其中，對第1導體層至第i導體層進行加工的雷射束分別使加 工孔的側面的錐角為10~90°。
  9. 如申請專利範圍第6至8項中任一項之印刷基板之開孔方法，其中，藉由以下步驟來對一片印刷基板進行加工：測試加工步驟，係決定自第1層至目的導體層或絕緣層的各層的照射次數；以及加工步驟，係以該測試加工步驟所決定的照射次數照射該脈衝狀雷射束來對加工部位進行加工。
  10. 如申請專利範圍第6至8項中任一項之印刷基板之開孔方法，其中，藉由掃描較待加工孔的直徑小的雷射束來對該各導體層進行孔加工。
  11. 如申請專利範圍第4項之印刷基板之開孔方法，其中，使照射於該絕緣層的雷射束的直徑較照射於該導體層的雷射束的直徑小。
  12. 一種雷射加工裝置，係照射雷射光於被加工品來對被加工品進行雷射加工，其特徵在於，係具備：雷射振盪器，用以振盪雷射光；偏光分束器，係配置於該雷射振盪器之後段；射束掃描光學系統，係配置於該偏光分束器之後段，含有將該雷射光定位於加工品上的掃描器及加工透鏡；1/4波長板，係配置於該加工透鏡與被加工品間，用以使來自被加工品的反射光產生偏光；以及光檢測器，從該被加工品觀察配置在該偏光分束器之後段；將該射束掃描光學系統配置成被該偏光分束器與該1 /4波長板夾著。
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