JP2004356588A - 超短パルスレーザーによる材料加工方法、プリント配線板、及びその製造方法 - Google Patents
超短パルスレーザーによる材料加工方法、プリント配線板、及びその製造方法 Download PDFInfo
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Abstract
【課題】リソグラフィー工程のような複雑な加工工程を使用することなく、簡単にサブμｍ精度の安定した凹部の加工方法を得る。
【解決手段】本発明の超短パルスレーザーによる材料加工方法においては、絶縁材料１で形成された基板３に対してフェムト秒レーザー１２を照射して、この基板に電子素子５を埋込形成するための凹部１３を形成する。
【選択図】 図１
【解決手段】本発明の超短パルスレーザーによる材料加工方法においては、絶縁材料１で形成された基板３に対してフェムト秒レーザー１２を照射して、この基板に電子素子５を埋込形成するための凹部１３を形成する。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、各種の材料で形成された基板に対して、この基板に電子素子を埋込形成するための凹部を形成する加工技術に係わり、特に、フェムト秒レーザーを用いた超短パルスレーザーによる材料加工方法、この超短パルスレーザーによる材料加工方法を用いたプリント配線板の製造方法、及びこのプリント配線板の製造方法で製造されたプリント配線板に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電子回路の小型化の進展により、電子部品は、その大部分が表面実装されるようになった。抵抗、コンデンサ、インダクタの受動電子素子はチップ化され、より小型化への一途を辿っている。一方、有機材料を基材とする多層プリント配線板の基板に対して、印刷や、作込み、埋込みによって各種の受動電子素子を搭載するようになってきた。
【０００３】
これらの受動電子素子をプリント配線板の基板に対して作込んだり、埋込形成するためには、基板にこれらの受動電子素子を作込んだり、埋込形成するための３次元の微細な凹部を加工により形成する必要がある。この基板に対する凹部の形成には、通常、リソグラフィー（写真蝕刻）工程が用いられる。
【０００４】
このリソグラフィー工程では、複数の材料膜を積層し、３次元の凹部の加工を施す層において、レジストコート、レジストパターン形成露光、レジスト現像、パターンエッチング、レジスト剥離等の一連の工程が実施される。
【０００５】
図１１に電子素子を構成する抵抗体が埋込形成されたプリント配線板の従来の製造方法を示す。
【０００６】
先ず、ガラスエポキシなど複合材料からなる０．５ｍｍから数ｍｍ前後の厚さの基材１に１０μｍ程度の厚さの銅箔２が貼付けられた銅張基板３を作成する（図１１（ａ））。次に、この銅張基板３の銅箔２の表面に感光性のレジスト４を塗布し（図１１（ｂ））、その後、レジスト４に対して配線パターン（電子回路）のパターン露光（図１１（ｃ））、現像（図１１（ｄ））を順次行なう。
【０００７】
続いて、エッチングにより銅箔２を露光パターンに応じて除去し、図示しない配線パターン（電子回路）を形成する（図１１（ｅ））。エッチング終了後、レジスト４を溶剤で剥離し、配線パターンを露出させる（図１１（ｆ））。
【０００８】
スクリーン印刷などにより抵抗体５を、この抵抗体５の両端が銅箔２の配線パターン（電子回路）にかぶるように塗布する（図１１（ｇ））。塗布された抵抗体５に対して、図示しない低温焼成などの固化処理を実施した後、抵抗体５に対してＹＡＧレーザー６を用いてレーザー照射して、抵抗体５の抵抗値が設計許容値内になるように、この抵抗体５をトリミングする（図１１（ｈ））。最後に、この抵抗体５の上面を覆うように絶縁皮膜７をラミネートや塗布工程により形成する（図１１（ｉ））。
このようにして、抵抗体５が内部に埋込形成されたプリント配線板が製造される。
【０００９】
次に、図１２、図１３に電子素子として誘電体（コンデンサ）が埋込形成されたプリント配線板の従来の製造方法を示す。
【００１０】
図１１と同様に、ガラスエポキシなど複合材料からなる０．５ｍｍから数ｍｍ前後の厚さの基材１に１０μｍ程度の厚さの銅箔２ｂが貼付けられた銅張基板３を作成する（図１２（ａ））。次に、銅箔２ｂの表面に感光性のレジスト４をドライフィルムレジストラミネート（ＤＦＲラミ）法により形成し（図１２（ｂ））、その後、下部電極を含む配線パターン（電子回路）のパターン露光を行い（図１２（ｃ））、現像を実施する（図１２（ｄ））。
【００１１】
続いて、エッチング処理により銅箔２ｂを露光パターンに応じて除去することにより、誘電体（コンデンサ）の下部電極８ｂの配線パターン（電子回路）を形成する（図１２（ｅ））。エッチング終了後、溶剤にてレジスト４を剥離して、下部電極８ｂの配線パターンを露出させる（図１２（ｆ））。
【００１２】
次に、下部電極８ｂの配線パターンの上面に、絶縁樹脂９をドライフィルムレジストラミネート（ＤＥＲ）法により貼付ける（図１２（ｇ））。その後、レジスト塗布、パターン露光、現像、エッチング処理、レジスト剥離等のリソグラフィー工程を繰返し（図１２（ｈ））、３次元の凹部（充填溝）１０を形成する（図１２（ｉ））。そして、この形成した凹部（充填溝）１０内に、誘電体１１を塗布充填する（図１３（ｊ））。なお、図示しないが、このあと誘電体１１の表面の平滑化処理を行う場合もある。
【００１３】
凹部（充填溝）１０内に誘電体１１を塗布充填した後に、無電解メッキにより銅箔２ｂを形成する（図１３（ｋ））。その後、再度、リソグラフィー法により、ドライフィルムレジストラミネート（ＤＦＲ）、露光、現像、エッチング、レジスト剥離を順次実行して（図１３（ｌ）（ｍ）（ｎ）（ｏ））、誘電体１１の上部電極８ａを誘電体１１上に形成する。
【００１４】
その後、上部電極８ａに対してＹＡＧレーザー６を用いてレーザー照射して、誘電体１１の電極８ａ、８ｂ間の容量値が設計許容値内になるように、この上部電極８ａをトリミングする（図１３（ｐ））。
【００１５】
このようにして、誘電体１１が内部に埋込形成されたプリント配線板が製造される。
【００１６】
【特許文献１】
特開２００１−２３９３７９号公報
【００１７】
【非特許文献１】
緑川克美、「フェムト秒レーザーと物質の相互作用」、レーザー加工学会誌 Ｖｏｌ．８，Ｎｏ．３（２００１）
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述したレジスト塗布、パターン露光、現像、エッチング処理、レジスト剥離等を含むリソグラフィー工程における基板その他の部材に対する加工精度は、一般的に、２μｍ程度である。
【００１９】
図１２、図１３で示した誘電体１１が内部に埋込形成されたプリント配線板においては、図１２（ｉ）で形成された凹部（充填溝）１０の寸法ばらつきが大きい。そのために、誘電体１１の電極８ａ、８ｂ間の容量値が設計許容値内になるように、この上部電極８ａをレーザー照射してトリミングする必要がある。
【００２０】
また、図１１で示した抵抗体５が内部に埋込形成されたプリント配線板においては、図１１（ｆ）に示すように、抵抗体５をスクリーン印刷等を用いて両端が銅箔２の配線パターン（電子回路）にかぶるように塗布している。そのため、２０％以上の抵抗値のばらつきが発生する。そのため、図１１（ｇ）に示すトリミング工程を追加しなければならないという問題がある。
【００２１】
トリミングを行わない製造方法とするためには抵抗体５や凹部（充填溝）１０に対してサブμｍの微細加工を行う必要があるが、上記の様な従来の加工工程では、加工条件の管理の厳しさ、設備の煩雑さとその規模が膨大となり、歩留まりの低下と共に加工コストが急騰する。
【００２２】
本発明は以上のような従来の技術が持つ問題点に着目してなされたものであって、リソグラフィー工程のような複雑な加工工程を使用することなく、簡単にかつ高い加工精度を有し、かつ埋込形成された電子素子に対する特性値に対する調整を実施する必要のなく、製造方法を簡素化できるフェムト秒レーザーを用いた超短パルスレーザーによる材料加工方法、この超短パルスレーザーによる材料加工方法を用いたプリント配線板の製造方法、及びこのプリント配線板の製造方法で製造されたプリント配線板を提供することを目的とする。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解消するために、請求項１の発明は、絶縁材料で形成された基板に対してフェムト秒レーザーを照射して、この基板に電子素子を埋込形成するための凹部を形成することを特徴とする超短パルスレーザーによる材料加工方法である。
【００２４】
請求項２の発明は、有機材料に無機材料が混合された複合材料で形成された基板に対してフェムト秒レーザーを照射して、この基板に電子素子を埋込形成するための凹部を形成することを特徴とする超短パルスレーザーによる材料加工方法である。
【００２５】
請求項３の発明は、金属層と絶縁材料層とが積層された基板に対してフェムト秒レーザーを照射して、この基板に電子素子を埋込形成するための凹部を形成することを特徴とする超短パルスレーザーによる材料加工方法である。
【００２６】
請求項４の発明は、有機材料に無機材料が混合された複合材料層と金属層とが積層された基板に対してフェムト秒レーザーを照射して、この基板に電子素子を埋込形成するための凹部を形成することを特徴とする超短パルスレーザーによる材料加工方法である。
【００２７】
この請求項１〜４において、フェムト秒レーザーを使用することによって、基板に電子素子を埋込形成するためのサブμｍの寸法精度を有した凹部を形成できる。また、材料の光吸収特性に合わせたレーザー光源（波長）の選択が不要となる。よって、優れた加工特性を有する凹部を、種々の材料で形成された基板に対して形成可能となる。
【００２８】
請求項５の発明は、請求項１から４のいずれか１項記載の超短パルスレーザーによる材料加工方法において、電子素子は、抵抗、コンデンサ、インダクタのうちのいずれか１つである。
【００２９】
請求項６の発明は、請求項１から５のいずれか１項記載の超短パルスレーザーによる材料加工方法において、加工すべき凹部の深さを、フェムト秒レーザーが有する照射エネルギー量に対する加工深さ特性における深さ方向のしきい値領域内とする。
【００３０】
この請求項６においては、フェムト秒レーザーの照射エネルギー量に変動が生じた場合においても、加工すべき凹部の深さはほとんど変動せずに高い加工精度を維持する。
【００３１】
請求項７の発明は、絶縁材料で形成された基板の一方面に対してフェムト秒レーザーを照射して、この基板に凹部を形成し、この形成された凹部内に電子素子の材料を充填することによって、凹部内に電子素子を埋込形成し、電子素子が埋込形成された基板の一方面に対して、電子素子に対する電極を含む電子回路を有する金属層を形成することを特徴とするプリント配線板の製造方法である。
【００３２】
請求項８の発明は、絶縁材料層と金属層とを積層した基板における金属層に電子素子に対する電極を含む電子回路を形成し、基板における金属層の上面に絶縁皮膜層を形成し、この絶縁皮膜層が形成された基板の絶縁皮膜層側面に対して、フェムト秒レーザーを照射して、この基板に電子回路に達する凹部を形成し、この形成された凹部内に電子素子の材料を充填することによって、凹部内に電子素子を埋込形成することを特徴とするプリント配線板の製造方法である。
【００３３】
この請求項７、８においては、基板等の加工対象に凹部を、フェムト秒レーザーを用いて形成しているので、リソグラフィー工程のような複雑な加工工程を使用する必要なく、製造工程を簡素化できる。
【００３４】
請求項９の発明は、請求項７又は８記載のプリント配線板の製造方法で製造されたプリント配線板である。
【００３５】
【発明の実施の形態】
先ず、樹脂等の有機材料やセラミック基板等各種の絶縁材料で形成された基板等の加工対象に凹部を、フェムト秒レーザーを用いて形成することに対する特徴について述べる。
【００３６】
なお、本発明で述べる絶縁材料とは、広く一般にプリント配線板の基板や、基板材料の一部として使用される絶縁性の材料をいい、具体的にはセラミックやガラス等の無機材料、エポキシ、ポリイミド、液晶ポリマー、紙フェノール等の樹脂を含む有機材料、ガラスエポキシ等の有機材料と無機材料からなる複合材料をいう。
【００３７】
フェムト秒レーザーとは、図７に示すにように、オン時間（パルス幅）が、熱緩和時間より短い１０−１２秒（１ピコ秒）以下に設定された超短パルスレーザーである。ちなみに、通常のＹＡＧレーザー（基準波ＹＡＧレーザー）のパルス幅は１０−３秒程度であり、高周波ＹＡＧレーザーのパルス幅は１０−６秒程度である。
【００３８】
本発明によるパルス幅が１ピコ秒以下のフェムト秒レーザーを有機化合物に対して高い深さ精度を要求される加工などに用いることが近年になって提唱されるようになった。図７はレーザーパルス幅とレーザー照射に起因する加工材料内の熱拡散長との関係を示す特性図である。この特性図で理解できるように、フェムト秒レーザーにおいては、多光子吸収や熱緩和時間よりも短時間の現象であることなどにより非熱加工が可能である。さらに、非線形応答のため加工分解能は光の回折限界以下であり、高い精度の加工が可能である。このようなフェムト秒レーザーが有する基本特性は既に非特許文献１に報告されている。
非熱加工が可能であることは、加工材料が溶融しないので、加工部分の周囲に溶融物が飛散しない。
【００３９】
次に、図９に示すように、パルス幅がナノ秒以上の従来のＹＡＧレーザー又は炭酸ガスレーザーでは、照射エネルギー量（レーザーフルエンス）と加工体積（寸法）はほぼ線形比例関係にある。
【００４０】
しかし、パルス幅が１ピコ秒以下のフェムト秒レーザーでは、照射エネルギー量（レーザーフルエンス）と加工寸法は非線形関係にある。特に、ビーム方向と垂直の方向、つまり幅方向にはサブμｍの広がりを持つのみであり、深さ方向への加工進行が主体的である。
【００４１】
発明者は、電子回路素子と配線幅の精密加工を鋭意研究の途上、材料によらず、１ピコ秒以下のフェムト秒レーザーを用いて加工を行った場合、図８に示すように、照射エネルギー量に比例した加工深さが得られないこと、つまり、あるエネルギー範囲では加工深さがナノメートル（ｎｍ）の勾配でほぼ一定となり、ある照射エネルギー量で桁違いに加工が進むことを確認した。
【００４２】
照射エネルギー量０から徐々に照射エネルギー量を上げていくとある照射エネルギー量までは加工（加工深さ）がナノメートル（ｎｍ）オーダーで進む。その後、サブμｍ（マイクロメータ）オーダーで一気に加工（加工深さ）が進行する。このときの最初のサブμｍオーダーの加工が開始される照射エネルギー量（値）をアブレーションしきい値と呼ぶ。
【００４３】
照射エネルギー量を更に上げて行くと、第２、第３のしきい値が現れることも確認した。つまり、パルス幅が１ピコ秒以下のフェムト秒レーザーを用いることで、照射エネルギー量に変動がある場合でも、加工が停滞する照射エネルギー値の範囲内であれば、安定した寸法（加工深さ）の加工が可能であることが見出された。
【００４４】
逆に、図８に示す照射エネルギー量に対する加工深さ特性における深さ方向の加工が停滞するしきい値イ、ロ、ハの領域内に加工すべき凹部の深さを設定すれば、たとえ照射エネルギー値が変動したとしても、凹部の深さは設定れた値に例えばサブμｍの精度で一致する。このように、フェムト秒レーザーの図８に示す非線形加工特性を利用することによって、照射エネルギーの設定が簡略化される。
【００４５】
これが発明者の実験の誤りではなく、原理的に正しいことが特許文献１に示されている。この特許文献１によれば、個体状低分子有機化合物の加工では、７００ｎｍ加工の間に３つのステップ（ほぼ一定値）が存在するという実験結果を報告している。
【００４６】
発明者は、厚さ１２μｍの銅箔を試料として実験した。この実験結果によると、加工深さが５μｍ、９μｍ、１１μｍと３段階（３段階のしきい値）で進行し、４段階目で銅箔を貫通し、下層の支持基材に達した。しかしながら、銅箔表面位置での加工幅には変化が起こらない。このことは、照射エネルギー量をパラメーターとして複数の溝加工を実施したが、その全てで加工幅に有意差は見られなかったことにより確認されている。
【００４７】
また、今回使用したフェムト秒レーザーの発振波長は、図１０に示すように、ほぼ７８０ｎｍであり、銅の光エネルギー吸収帯域（ほぼ４００ｎｍ以下）から外れているが、十分な加工ができたことで、材料の光吸収波長に依存しない加工が可能であることを確認した。例示した特許文献１に示されているように、銅やガラス等の材料の光吸収帯域は４００ｎｍ以下の波長域である。それにもかかわらず、約２倍の波長を持つフェムト秒レーザーの使用が可能である。
【００４８】
以上のように、本発明では、フェムト秒レーザーが有する図８に示す階段状加工進行原理と、図１０、図７に示す材料選択性の少ない非熱加工特性を応用し、複数種類の材料が混合又は積層されている加工対象に対して、サブμｍオーダーの３次元微細構造を安定して加工可能となる。
【００４９】
以下、本発明の各具体的実施形態を図面を用いて説明する。
なお、通常、電子素子といえば記線の済んだ受動素子（抵抗、コンデンサ、インダクタ等）を指すが、本明細書中でいう、本発明により加工材料に形成された凹部に埋込まれる抵抗、コンデンサ、インダクタとは、これら電子素子そのものだけでなく、その材料を前記凹部に充填することで形成された抵抗体、誘電体、磁性体等の、電子素子を構成する部分も含むものとする。
【００５０】
（第１実施形態）
図１は本発明の第１実施形態に係わる超短パルスレーザーによる材料加工方法を用いたプリント配線板の製造方法を示す製造工程図である。このプリント配線板においては、基板に電子素子を構成する抵抗体が埋込形成される。図１１に示した従来のプリント配線板の製造方法を示す製造工程図と同一部分には同一符号を付して、重複する部分の詳細説明は省略する。
【００５１】
先ず、ガラスエポキシなど有機材料を含む複合材料からなる０．５ｍｍから数ｍｍ前後の厚さの基材１に１０μｍ程度の厚さの銅箔２が貼付けられた銅張基板３を作成する（図１（ａ））。次に、この銅張基板３の銅箔２の表面に感光性のレジスト４を塗布し（図１（ｂ））、その後、レジスト４に対して配線パターン（電子回路）のパターン露光（図１（ｃ））、現像（図１（ｄ））を順次行なう。
【００５２】
続いて、エッチングにより銅箔２を露光パターンに応じて除去し、図示しない配線パターン（電子回路）を形成する（図１（ｅ））。エッチング終了後、レジスト４を溶剤で剥離し、配線パターンを露出させる（図１（ｆ））。
【００５３】
次に、配線パターンが露出した銅張基板３の上面に、絶縁皮膜７をラミネートや塗布工程により形成する（図１（ｇ））。この絶縁皮膜７に、パルス幅が約１５０フェムト秒のフェムト秒レーザー１２を照射して凹部（充填溝）１３をサブμｍ精度で形成する（図１（ｈ））。
【００５４】
この場合、フェムト秒レーザー１２の照射位置を、凹部（充填溝）１３の形成領域内をレーザー照射しながら連続移動させるのではなくて、照射位置を何度も変更してレーザー照射することにより、凹部（充填溝）１３の広い形成領域を加工する。
【００５５】
次に、銅張基板３（基材１）の表面に形成された凹部（充填溝）１３に抵抗材料を充填して抵抗体５を形成する（図１（ｉ））。図示しないが、このあと抵抗体５の表面の平滑化処理を行う場合もある。最後に、抵抗体５の上面に絶縁皮膜１４をラミネートや塗布工程により形成する（図１（ｊ））。
このようにして、基板に電子素子を構成する抵抗体５が埋込形成されたプリント配線板が製造される。
【００５６】
（第２実施形態）
図２は本発明の第２実施形態に係わる超短パルスレーザーによる材料加工方法を用いたプリント配線板の製造方法を示す製造工程図である。このプリント配線板においても、基板に電子素子を構成する抵抗体が埋込形成される。図１に示した第１実施形態のプリント配線板の製造方法を示す製造工程図と同一部分には同一符号を付して、重複する部分の詳細説明は省略する。
【００５７】
ガラスエポキシなど複合材料からなる０．５ｍｍから数ｍｍ前後の厚さの基材１からなる基板３ａを作成する（図２（ａ））。この基板３ａに、パルス幅が約１５０フェムト秒のフェムト秒レーザ１２を照射して凹部（充填溝）１３をサブμｍ精度で形成する（図２（ｂ））。次に、基板３ａ（基材１）の表面に形成された凹部（充填溝）１３に抵抗材料を充填して抵抗体５を形成する（図２（ｃ））。図示しないが、このあと抵抗体５の表面の平滑化処理を行う場合もある。
【００５８】
抵抗体５を凹部（充填溝）１３に充填した後に、リソグラフィー法により配線パターンを形成する。すなわち、感光性のレジスト４を塗布した後（図２（ｄ））、パターン露光（図２（ｅ））、現像（図２（ｆ））を順次行なう。続いて、露光パターンに応じてアディティブ法により配線形成を行い、露光パターンに応じた銅箔２を形成する（図２（ｇ））。最後に、配線が形成された銅箔２上に絶縁皮膜７をラミネートや塗布工程により形成する（図２（ｈ））。
このようにして、基板に電子素子を構成する抵抗体５が埋込形成されたプリント配線板が製造される。
【００５９】
（第３実施形態）
図３、図４は本発明の第３実施形態に係わる超短パルスレーザーによる材料加工方法を用いたプリント配線板の製造方法を示す製造工程図である。このプリント配線板においては、基板に電子素子を構成する誘電体（コンデンサ）が埋込形成される。図１２、図１３に示した従来のプリント配線板の製造方法を示す製造工程図と同一部分には同一符号を付して、重複する部分の詳細説明は省略する。
【００６０】
ガラスエポキシなど有機材料を含む複合材料からなる０．５ｍｍから数ｍｍ前後の厚さの基材１に１０μｍ程度の厚さの銅箔２ｂが貼付けられた銅張基板３を作成する（図３（ａ））。次に、銅箔２ｂの表面に感光性のレジスト４をドライフィルムレジストラミネート（ＤＦＲラミ）法により形成し（図３（ｂ））、その後、下部電極を含む配線パターン（電子回路）のパターン露光を行い（図３（ｃ））、現像を実施する（図３（ｄ））。
【００６１】
続いて、エッチング処理により銅箔２ｂを露光パターンに応じて除去することにより、誘電体（コンデンサ）の下部電極８ｂの配線パターン（電子回路）を形成する（図３（ｅ））。エッチング終了後、溶剤にてレジスト４を剥離して、下部電極８ｂの配線パターンを露出させる（図３（ｆ））。下部電極８ｂの配線パターンの上面に、絶縁樹脂９をドライフィルムレジストラミネート（ＤＥＲ）法により貼付ける（図３（ｇ））。
【００６２】
次に、上面に絶縁樹脂９が形成された銅張基板３に、パルス幅が約１５０フェムト秒のフェムト秒レーザ１２を照射して、深さが下部電極８ｂの配線パターンに達する凹部（充填溝）１３をサブμｍ精度で形成する（図３（ｈ））。そして、この形成した凹部（充填溝）１３内に、誘電体１１を塗布充填する（図４（ｉ））。なお、図示しないが、このあと誘電体１１の表面の平滑化処理を行う場合もある。
【００６３】
凹部（充填溝）１３内に誘電体１１を塗布充填した後に、無電解メッキにより銅箔２ｂを形成する（図４（ｊ））。その後、再度、リソグラフィー法により、ドライフィルムレジストラミネート（ＤＦＲ）、露光、現像、エッチング、レジスト剥離を順次実行して（図４（ｋ）（ｌ）（ｍ）（ｎ））、誘電体１１の上部電極８ａを誘電体１１上に形成する。
【００６４】
このようにして、基板に誘電体１１が埋込形成されたプリント配線板が製造される。
【００６５】
（第４実施形態）
図５は本発明の第４実施形態に係わるプリント配線板の概略構成図である。図５（ａ）は上面図であり、図５（ｂ）は図５（ａ）のプリント配線板をａ―ａ’線で切断した場合の断面図であり、図５（ｃ）は図５（ａ）のプリント配線板をｂ―ｂ’線で切断した場合の断面図である。このインダクタの一形態であるミアンダ型素子としてのプリント配線板においては、基板に電子素子を構成する磁性体が埋込形成される。
【００６６】
このプリント配線板においては、例えば樹脂材料で形成された基板２１に３つの長尺の凹部（充填溝）２２が形成されており、基板２１の表面と各凹部２２の底面に連続する１本のコイルを形成する導体２３が形成されている。そして、底面に導体２３が形成された各凹部２２内に磁性体２４が埋込形成されている。
【００６７】
蛇腹状に配線された導体２３からなるコイルのインダクタンスの値を大きくするために磁性体２４が設けられている。磁性体２４の量（体積）によってインダクタンスの大きさが決定されるので、この磁性体２４を収納する凹部（充填溝）２２を高い精度で加工形成する必要がある。
【００６８】
図６は、基板２１に電子素子を構成する磁性体２４が埋込形成されたプリント配線板の製造方法を示す製造工程図である。
【００６９】
樹脂材料で形成された基板２１に、パルス幅が約１５０フェムト秒のフェムト秒レーザ１２を照射して、凹部（充填溝）２２をサブμｍ精度で形成する（図６（ａ））。次に、凹部２２が形成された基板２１の上面にレジスト４を塗布し（図６（ｂ））、導体２３の配線パターンをパターン露光し、現像する（図６（ｃ））。その後、アディティブ法により配線形成を行い、露光パターンに応じた導体２３の配線パターンを形成する（図６（ｄ））。その後、溶剤でレジスト４を剥離し（図６（ｅ））、底面に導体２３が形成された各凹部２２内に磁性体２４を充填する（図６（ｆ））。
【００７０】
このようにして、基板２１に磁性体２４が埋込形成されたプリント配線板が製造される。
【００７１】
このように構成された超短パルスレーザーによる材料加工方法、プリント配線板、及びプリント配線板の製造方法においては、フェムト秒レーザー１２を用いて基板に抵抗体５、誘電体１１、磁性体２４を埋込形成するための凹部（充填溝）１３、２２を形成している。
【００７２】
したがって、図８を用いて説明したように、レーザー照射方向と垂直な方向への加工幅の変動が極めて少なく、凹部１３、２２の加工深さのみが変化するので、均一な水平断面形状の凹部１３、２２の加工を行うことができる。また、加工深さが照射エネルギー量に対して段階的に変化するので、加工深さが照射エネルギー量の変動に影響されることが抑制される。その結果、凹部１３、２２の加工精度として、サブμｍオーダーを確保できた。この場合、凹部１３、２２の深さを、図８に示す照射エネルギー量に加工深さ特性における深さ方向の加工が停滞するしきい値イ、ロ、ハの少なくとも３段階に設定可能である。
【００７３】
図７を用いて説明したように、パルス幅が熱緩和時間より短いフェムト秒レーザー１２で加工を行うので、熱影響のない加工が可能であり、形成された凹部１３、２２の加工精度をより確実なものとする。
【００７４】
さらに、図１０に示す材料の光吸収特性に合わせたレーザー光源の選択が不要となり、１つのレーザー加工システムで、ガラス等の無機材料、樹脂等の有機材料、銅等の金属材料、有機材料に無機材料が混合された複合材料、有機材料に無機材料が混合された複合材料と金属材料とが積層された積層材料等のあらゆる材料を使用する基板に対する凹部１３、２２の形成を行うことができる。
【００７５】
また、凹部１３、２２を、フェムト秒レーザー１２を用いて形成しているので、このプリント配線板の製造工程において、レジスト塗布、パターン露光、現像、エッチング処理、レジスト剥離等を含む複雑なソグラフィー工程を１工程分省略することができる。
【００７６】
さらに、凹部１３、２２がサブμｍオーダーの精度で形成されているので、この凹部１３、２２内に埋込形成（充填）された抵抗体５、誘電体１１、磁性体２４の体積も高い精度で設計値に一致させることができ、この抵抗体５、誘電体１１、磁性体２４で構成される電子素子の抵抗値、容量値、インダクタンス値をも高い精度で設計値に一致させることができる。その結果、図１１（ｇ）に示すようにＹＡＧレーザー６を用いて、抵抗体５の抵抗値が設計許容値内になるように、この抵抗体５をトリミングしたり、図１３（ｐ）に示すようにＹＡＧレーザー６を用いて誘電体１１の電極８ａ、８ｂ間の容量値が設計許容値内になるように、この上部電極８ａをトリミングする調整工程を実施する必要がない。
このように、プリント配線板の製造工程を簡素化できる。
【００７７】
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。
基板は１種類の絶縁材料で形成されたものに限定されるものではなく、２層以上の積層回路基板であってもよい。この基板の材料構成として、前述したように、有機材料に無機材料が混合された複合材料、有機材料に無機材料が混合された複合材料と金属材料とが積層された積層材料等が有効である。
【００７８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の超短パルスレーザーによる材料加工方法、プリント配線板の製造方法及びプリント配線板においては、フェムト秒レーザーを用いて基板に抵抗、コンデンサ、インダクタ等の電子素子又はその一部を埋込形成するための凹部（充填溝）を形成している。
【００７９】
したがって、凹部の形成工程を簡略化でき、形成される凹部の寸法精度を大幅に向上でき、さらに、複数種類の材料が混合又は積層されていた基板であったとしても、凹部を簡単にかつ高い精度で形成できる。
【００８０】
さらに、プリント配線板の製造方法においては、上述した効果に加えて、リソグラフィー工程のような複雑な加工工程を使用することなく、簡単にかつ高い加工精度を実現でき、かつ埋込形成された電子素子に対する特性値に対する調整を実施する必要がなく、製造工程を簡素化できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係わる超短パルスレーザーによる材料加工方法を用いたプリント配線板の製造方法を示す製造工程図
【図２】本発明の第２実施形態に係わる超短パルスレーザーによる材料加工方法を用いたプリント配線板の製造方法を示す製造工程図
【図３】本発明の第３実施形態に係わる超短パルスレーザーによる材料加工方法を用いたプリント配線板の製造方法を示す製造工程図
【図４】同じく本発明の第３実施形態に係わる超短パルスレーザーによる材料加工方法を用いたプリント配線板の製造方法を示す製造工程図
【図５】本発明の第４実施形態に係わるプリント配線板の概略構成図
【図６】同第４実施形態に係わるプリント配線板の製造方法を示す製造工程図
【図７】レーザーパルス幅とレーザー照射に起因する加工材料内の熱拡散長との関係を示す特性図
【図８】フェムト秒レーザーの照射エネルギーと加工深さとの関係を示す図
【図９】一般的なレーザーの照射エネルギー量と加工体積との関係を示す図
【図１０】各材料における光エネルギー吸収特性を示す図
【図１１】従来のプリント配線板の製造方法を示す製造工程図
【図１２】他の従来のプリント配線板の製造方法を示す製造工程図
【図１３】同じく他の従来のプリント配線板の製造方法を示す製造工程図
【符号の説明】
１…基材、２，２ａ，２ｂ…銅箔、３…銅張基板、３ａ，２１…基板、４…レジスト、５…抵抗体、７，１４…絶縁皮膜、８ａ…上部電極、８ｂ…下部電極、９…絶縁樹脂、１１…誘電体、１２…フェムト秒レーザー、１３，２２…凹部（充填溝）、２３…導体、２４…磁性体
【発明の属する技術分野】
本発明は、各種の材料で形成された基板に対して、この基板に電子素子を埋込形成するための凹部を形成する加工技術に係わり、特に、フェムト秒レーザーを用いた超短パルスレーザーによる材料加工方法、この超短パルスレーザーによる材料加工方法を用いたプリント配線板の製造方法、及びこのプリント配線板の製造方法で製造されたプリント配線板に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電子回路の小型化の進展により、電子部品は、その大部分が表面実装されるようになった。抵抗、コンデンサ、インダクタの受動電子素子はチップ化され、より小型化への一途を辿っている。一方、有機材料を基材とする多層プリント配線板の基板に対して、印刷や、作込み、埋込みによって各種の受動電子素子を搭載するようになってきた。
【０００３】
これらの受動電子素子をプリント配線板の基板に対して作込んだり、埋込形成するためには、基板にこれらの受動電子素子を作込んだり、埋込形成するための３次元の微細な凹部を加工により形成する必要がある。この基板に対する凹部の形成には、通常、リソグラフィー（写真蝕刻）工程が用いられる。
【０００４】
このリソグラフィー工程では、複数の材料膜を積層し、３次元の凹部の加工を施す層において、レジストコート、レジストパターン形成露光、レジスト現像、パターンエッチング、レジスト剥離等の一連の工程が実施される。
【０００５】
図１１に電子素子を構成する抵抗体が埋込形成されたプリント配線板の従来の製造方法を示す。
【０００６】
先ず、ガラスエポキシなど複合材料からなる０．５ｍｍから数ｍｍ前後の厚さの基材１に１０μｍ程度の厚さの銅箔２が貼付けられた銅張基板３を作成する（図１１（ａ））。次に、この銅張基板３の銅箔２の表面に感光性のレジスト４を塗布し（図１１（ｂ））、その後、レジスト４に対して配線パターン（電子回路）のパターン露光（図１１（ｃ））、現像（図１１（ｄ））を順次行なう。
【０００７】
続いて、エッチングにより銅箔２を露光パターンに応じて除去し、図示しない配線パターン（電子回路）を形成する（図１１（ｅ））。エッチング終了後、レジスト４を溶剤で剥離し、配線パターンを露出させる（図１１（ｆ））。
【０００８】
スクリーン印刷などにより抵抗体５を、この抵抗体５の両端が銅箔２の配線パターン（電子回路）にかぶるように塗布する（図１１（ｇ））。塗布された抵抗体５に対して、図示しない低温焼成などの固化処理を実施した後、抵抗体５に対してＹＡＧレーザー６を用いてレーザー照射して、抵抗体５の抵抗値が設計許容値内になるように、この抵抗体５をトリミングする（図１１（ｈ））。最後に、この抵抗体５の上面を覆うように絶縁皮膜７をラミネートや塗布工程により形成する（図１１（ｉ））。
このようにして、抵抗体５が内部に埋込形成されたプリント配線板が製造される。
【０００９】
次に、図１２、図１３に電子素子として誘電体（コンデンサ）が埋込形成されたプリント配線板の従来の製造方法を示す。
【００１０】
図１１と同様に、ガラスエポキシなど複合材料からなる０．５ｍｍから数ｍｍ前後の厚さの基材１に１０μｍ程度の厚さの銅箔２ｂが貼付けられた銅張基板３を作成する（図１２（ａ））。次に、銅箔２ｂの表面に感光性のレジスト４をドライフィルムレジストラミネート（ＤＦＲラミ）法により形成し（図１２（ｂ））、その後、下部電極を含む配線パターン（電子回路）のパターン露光を行い（図１２（ｃ））、現像を実施する（図１２（ｄ））。
【００１１】
続いて、エッチング処理により銅箔２ｂを露光パターンに応じて除去することにより、誘電体（コンデンサ）の下部電極８ｂの配線パターン（電子回路）を形成する（図１２（ｅ））。エッチング終了後、溶剤にてレジスト４を剥離して、下部電極８ｂの配線パターンを露出させる（図１２（ｆ））。
【００１２】
次に、下部電極８ｂの配線パターンの上面に、絶縁樹脂９をドライフィルムレジストラミネート（ＤＥＲ）法により貼付ける（図１２（ｇ））。その後、レジスト塗布、パターン露光、現像、エッチング処理、レジスト剥離等のリソグラフィー工程を繰返し（図１２（ｈ））、３次元の凹部（充填溝）１０を形成する（図１２（ｉ））。そして、この形成した凹部（充填溝）１０内に、誘電体１１を塗布充填する（図１３（ｊ））。なお、図示しないが、このあと誘電体１１の表面の平滑化処理を行う場合もある。
【００１３】
凹部（充填溝）１０内に誘電体１１を塗布充填した後に、無電解メッキにより銅箔２ｂを形成する（図１３（ｋ））。その後、再度、リソグラフィー法により、ドライフィルムレジストラミネート（ＤＦＲ）、露光、現像、エッチング、レジスト剥離を順次実行して（図１３（ｌ）（ｍ）（ｎ）（ｏ））、誘電体１１の上部電極８ａを誘電体１１上に形成する。
【００１４】
その後、上部電極８ａに対してＹＡＧレーザー６を用いてレーザー照射して、誘電体１１の電極８ａ、８ｂ間の容量値が設計許容値内になるように、この上部電極８ａをトリミングする（図１３（ｐ））。
【００１５】
このようにして、誘電体１１が内部に埋込形成されたプリント配線板が製造される。
【００１６】
【特許文献１】
特開２００１−２３９３７９号公報
【００１７】
【非特許文献１】
緑川克美、「フェムト秒レーザーと物質の相互作用」、レーザー加工学会誌 Ｖｏｌ．８，Ｎｏ．３（２００１）
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述したレジスト塗布、パターン露光、現像、エッチング処理、レジスト剥離等を含むリソグラフィー工程における基板その他の部材に対する加工精度は、一般的に、２μｍ程度である。
【００１９】
図１２、図１３で示した誘電体１１が内部に埋込形成されたプリント配線板においては、図１２（ｉ）で形成された凹部（充填溝）１０の寸法ばらつきが大きい。そのために、誘電体１１の電極８ａ、８ｂ間の容量値が設計許容値内になるように、この上部電極８ａをレーザー照射してトリミングする必要がある。
【００２０】
また、図１１で示した抵抗体５が内部に埋込形成されたプリント配線板においては、図１１（ｆ）に示すように、抵抗体５をスクリーン印刷等を用いて両端が銅箔２の配線パターン（電子回路）にかぶるように塗布している。そのため、２０％以上の抵抗値のばらつきが発生する。そのため、図１１（ｇ）に示すトリミング工程を追加しなければならないという問題がある。
【００２１】
トリミングを行わない製造方法とするためには抵抗体５や凹部（充填溝）１０に対してサブμｍの微細加工を行う必要があるが、上記の様な従来の加工工程では、加工条件の管理の厳しさ、設備の煩雑さとその規模が膨大となり、歩留まりの低下と共に加工コストが急騰する。
【００２２】
本発明は以上のような従来の技術が持つ問題点に着目してなされたものであって、リソグラフィー工程のような複雑な加工工程を使用することなく、簡単にかつ高い加工精度を有し、かつ埋込形成された電子素子に対する特性値に対する調整を実施する必要のなく、製造方法を簡素化できるフェムト秒レーザーを用いた超短パルスレーザーによる材料加工方法、この超短パルスレーザーによる材料加工方法を用いたプリント配線板の製造方法、及びこのプリント配線板の製造方法で製造されたプリント配線板を提供することを目的とする。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解消するために、請求項１の発明は、絶縁材料で形成された基板に対してフェムト秒レーザーを照射して、この基板に電子素子を埋込形成するための凹部を形成することを特徴とする超短パルスレーザーによる材料加工方法である。
【００２４】
請求項２の発明は、有機材料に無機材料が混合された複合材料で形成された基板に対してフェムト秒レーザーを照射して、この基板に電子素子を埋込形成するための凹部を形成することを特徴とする超短パルスレーザーによる材料加工方法である。
【００２５】
請求項３の発明は、金属層と絶縁材料層とが積層された基板に対してフェムト秒レーザーを照射して、この基板に電子素子を埋込形成するための凹部を形成することを特徴とする超短パルスレーザーによる材料加工方法である。
【００２６】
請求項４の発明は、有機材料に無機材料が混合された複合材料層と金属層とが積層された基板に対してフェムト秒レーザーを照射して、この基板に電子素子を埋込形成するための凹部を形成することを特徴とする超短パルスレーザーによる材料加工方法である。
【００２７】
この請求項１〜４において、フェムト秒レーザーを使用することによって、基板に電子素子を埋込形成するためのサブμｍの寸法精度を有した凹部を形成できる。また、材料の光吸収特性に合わせたレーザー光源（波長）の選択が不要となる。よって、優れた加工特性を有する凹部を、種々の材料で形成された基板に対して形成可能となる。
【００２８】
請求項５の発明は、請求項１から４のいずれか１項記載の超短パルスレーザーによる材料加工方法において、電子素子は、抵抗、コンデンサ、インダクタのうちのいずれか１つである。
【００２９】
請求項６の発明は、請求項１から５のいずれか１項記載の超短パルスレーザーによる材料加工方法において、加工すべき凹部の深さを、フェムト秒レーザーが有する照射エネルギー量に対する加工深さ特性における深さ方向のしきい値領域内とする。
【００３０】
この請求項６においては、フェムト秒レーザーの照射エネルギー量に変動が生じた場合においても、加工すべき凹部の深さはほとんど変動せずに高い加工精度を維持する。
【００３１】
請求項７の発明は、絶縁材料で形成された基板の一方面に対してフェムト秒レーザーを照射して、この基板に凹部を形成し、この形成された凹部内に電子素子の材料を充填することによって、凹部内に電子素子を埋込形成し、電子素子が埋込形成された基板の一方面に対して、電子素子に対する電極を含む電子回路を有する金属層を形成することを特徴とするプリント配線板の製造方法である。
【００３２】
請求項８の発明は、絶縁材料層と金属層とを積層した基板における金属層に電子素子に対する電極を含む電子回路を形成し、基板における金属層の上面に絶縁皮膜層を形成し、この絶縁皮膜層が形成された基板の絶縁皮膜層側面に対して、フェムト秒レーザーを照射して、この基板に電子回路に達する凹部を形成し、この形成された凹部内に電子素子の材料を充填することによって、凹部内に電子素子を埋込形成することを特徴とするプリント配線板の製造方法である。
【００３３】
この請求項７、８においては、基板等の加工対象に凹部を、フェムト秒レーザーを用いて形成しているので、リソグラフィー工程のような複雑な加工工程を使用する必要なく、製造工程を簡素化できる。
【００３４】
請求項９の発明は、請求項７又は８記載のプリント配線板の製造方法で製造されたプリント配線板である。
【００３５】
【発明の実施の形態】
先ず、樹脂等の有機材料やセラミック基板等各種の絶縁材料で形成された基板等の加工対象に凹部を、フェムト秒レーザーを用いて形成することに対する特徴について述べる。
【００３６】
なお、本発明で述べる絶縁材料とは、広く一般にプリント配線板の基板や、基板材料の一部として使用される絶縁性の材料をいい、具体的にはセラミックやガラス等の無機材料、エポキシ、ポリイミド、液晶ポリマー、紙フェノール等の樹脂を含む有機材料、ガラスエポキシ等の有機材料と無機材料からなる複合材料をいう。
【００３７】
フェムト秒レーザーとは、図７に示すにように、オン時間（パルス幅）が、熱緩和時間より短い１０−１２秒（１ピコ秒）以下に設定された超短パルスレーザーである。ちなみに、通常のＹＡＧレーザー（基準波ＹＡＧレーザー）のパルス幅は１０−３秒程度であり、高周波ＹＡＧレーザーのパルス幅は１０−６秒程度である。
【００３８】
本発明によるパルス幅が１ピコ秒以下のフェムト秒レーザーを有機化合物に対して高い深さ精度を要求される加工などに用いることが近年になって提唱されるようになった。図７はレーザーパルス幅とレーザー照射に起因する加工材料内の熱拡散長との関係を示す特性図である。この特性図で理解できるように、フェムト秒レーザーにおいては、多光子吸収や熱緩和時間よりも短時間の現象であることなどにより非熱加工が可能である。さらに、非線形応答のため加工分解能は光の回折限界以下であり、高い精度の加工が可能である。このようなフェムト秒レーザーが有する基本特性は既に非特許文献１に報告されている。
非熱加工が可能であることは、加工材料が溶融しないので、加工部分の周囲に溶融物が飛散しない。
【００３９】
次に、図９に示すように、パルス幅がナノ秒以上の従来のＹＡＧレーザー又は炭酸ガスレーザーでは、照射エネルギー量（レーザーフルエンス）と加工体積（寸法）はほぼ線形比例関係にある。
【００４０】
しかし、パルス幅が１ピコ秒以下のフェムト秒レーザーでは、照射エネルギー量（レーザーフルエンス）と加工寸法は非線形関係にある。特に、ビーム方向と垂直の方向、つまり幅方向にはサブμｍの広がりを持つのみであり、深さ方向への加工進行が主体的である。
【００４１】
発明者は、電子回路素子と配線幅の精密加工を鋭意研究の途上、材料によらず、１ピコ秒以下のフェムト秒レーザーを用いて加工を行った場合、図８に示すように、照射エネルギー量に比例した加工深さが得られないこと、つまり、あるエネルギー範囲では加工深さがナノメートル（ｎｍ）の勾配でほぼ一定となり、ある照射エネルギー量で桁違いに加工が進むことを確認した。
【００４２】
照射エネルギー量０から徐々に照射エネルギー量を上げていくとある照射エネルギー量までは加工（加工深さ）がナノメートル（ｎｍ）オーダーで進む。その後、サブμｍ（マイクロメータ）オーダーで一気に加工（加工深さ）が進行する。このときの最初のサブμｍオーダーの加工が開始される照射エネルギー量（値）をアブレーションしきい値と呼ぶ。
【００４３】
照射エネルギー量を更に上げて行くと、第２、第３のしきい値が現れることも確認した。つまり、パルス幅が１ピコ秒以下のフェムト秒レーザーを用いることで、照射エネルギー量に変動がある場合でも、加工が停滞する照射エネルギー値の範囲内であれば、安定した寸法（加工深さ）の加工が可能であることが見出された。
【００４４】
逆に、図８に示す照射エネルギー量に対する加工深さ特性における深さ方向の加工が停滞するしきい値イ、ロ、ハの領域内に加工すべき凹部の深さを設定すれば、たとえ照射エネルギー値が変動したとしても、凹部の深さは設定れた値に例えばサブμｍの精度で一致する。このように、フェムト秒レーザーの図８に示す非線形加工特性を利用することによって、照射エネルギーの設定が簡略化される。
【００４５】
これが発明者の実験の誤りではなく、原理的に正しいことが特許文献１に示されている。この特許文献１によれば、個体状低分子有機化合物の加工では、７００ｎｍ加工の間に３つのステップ（ほぼ一定値）が存在するという実験結果を報告している。
【００４６】
発明者は、厚さ１２μｍの銅箔を試料として実験した。この実験結果によると、加工深さが５μｍ、９μｍ、１１μｍと３段階（３段階のしきい値）で進行し、４段階目で銅箔を貫通し、下層の支持基材に達した。しかしながら、銅箔表面位置での加工幅には変化が起こらない。このことは、照射エネルギー量をパラメーターとして複数の溝加工を実施したが、その全てで加工幅に有意差は見られなかったことにより確認されている。
【００４７】
また、今回使用したフェムト秒レーザーの発振波長は、図１０に示すように、ほぼ７８０ｎｍであり、銅の光エネルギー吸収帯域（ほぼ４００ｎｍ以下）から外れているが、十分な加工ができたことで、材料の光吸収波長に依存しない加工が可能であることを確認した。例示した特許文献１に示されているように、銅やガラス等の材料の光吸収帯域は４００ｎｍ以下の波長域である。それにもかかわらず、約２倍の波長を持つフェムト秒レーザーの使用が可能である。
【００４８】
以上のように、本発明では、フェムト秒レーザーが有する図８に示す階段状加工進行原理と、図１０、図７に示す材料選択性の少ない非熱加工特性を応用し、複数種類の材料が混合又は積層されている加工対象に対して、サブμｍオーダーの３次元微細構造を安定して加工可能となる。
【００４９】
以下、本発明の各具体的実施形態を図面を用いて説明する。
なお、通常、電子素子といえば記線の済んだ受動素子（抵抗、コンデンサ、インダクタ等）を指すが、本明細書中でいう、本発明により加工材料に形成された凹部に埋込まれる抵抗、コンデンサ、インダクタとは、これら電子素子そのものだけでなく、その材料を前記凹部に充填することで形成された抵抗体、誘電体、磁性体等の、電子素子を構成する部分も含むものとする。
【００５０】
（第１実施形態）
図１は本発明の第１実施形態に係わる超短パルスレーザーによる材料加工方法を用いたプリント配線板の製造方法を示す製造工程図である。このプリント配線板においては、基板に電子素子を構成する抵抗体が埋込形成される。図１１に示した従来のプリント配線板の製造方法を示す製造工程図と同一部分には同一符号を付して、重複する部分の詳細説明は省略する。
【００５１】
先ず、ガラスエポキシなど有機材料を含む複合材料からなる０．５ｍｍから数ｍｍ前後の厚さの基材１に１０μｍ程度の厚さの銅箔２が貼付けられた銅張基板３を作成する（図１（ａ））。次に、この銅張基板３の銅箔２の表面に感光性のレジスト４を塗布し（図１（ｂ））、その後、レジスト４に対して配線パターン（電子回路）のパターン露光（図１（ｃ））、現像（図１（ｄ））を順次行なう。
【００５２】
続いて、エッチングにより銅箔２を露光パターンに応じて除去し、図示しない配線パターン（電子回路）を形成する（図１（ｅ））。エッチング終了後、レジスト４を溶剤で剥離し、配線パターンを露出させる（図１（ｆ））。
【００５３】
次に、配線パターンが露出した銅張基板３の上面に、絶縁皮膜７をラミネートや塗布工程により形成する（図１（ｇ））。この絶縁皮膜７に、パルス幅が約１５０フェムト秒のフェムト秒レーザー１２を照射して凹部（充填溝）１３をサブμｍ精度で形成する（図１（ｈ））。
【００５４】
この場合、フェムト秒レーザー１２の照射位置を、凹部（充填溝）１３の形成領域内をレーザー照射しながら連続移動させるのではなくて、照射位置を何度も変更してレーザー照射することにより、凹部（充填溝）１３の広い形成領域を加工する。
【００５５】
次に、銅張基板３（基材１）の表面に形成された凹部（充填溝）１３に抵抗材料を充填して抵抗体５を形成する（図１（ｉ））。図示しないが、このあと抵抗体５の表面の平滑化処理を行う場合もある。最後に、抵抗体５の上面に絶縁皮膜１４をラミネートや塗布工程により形成する（図１（ｊ））。
このようにして、基板に電子素子を構成する抵抗体５が埋込形成されたプリント配線板が製造される。
【００５６】
（第２実施形態）
図２は本発明の第２実施形態に係わる超短パルスレーザーによる材料加工方法を用いたプリント配線板の製造方法を示す製造工程図である。このプリント配線板においても、基板に電子素子を構成する抵抗体が埋込形成される。図１に示した第１実施形態のプリント配線板の製造方法を示す製造工程図と同一部分には同一符号を付して、重複する部分の詳細説明は省略する。
【００５７】
ガラスエポキシなど複合材料からなる０．５ｍｍから数ｍｍ前後の厚さの基材１からなる基板３ａを作成する（図２（ａ））。この基板３ａに、パルス幅が約１５０フェムト秒のフェムト秒レーザ１２を照射して凹部（充填溝）１３をサブμｍ精度で形成する（図２（ｂ））。次に、基板３ａ（基材１）の表面に形成された凹部（充填溝）１３に抵抗材料を充填して抵抗体５を形成する（図２（ｃ））。図示しないが、このあと抵抗体５の表面の平滑化処理を行う場合もある。
【００５８】
抵抗体５を凹部（充填溝）１３に充填した後に、リソグラフィー法により配線パターンを形成する。すなわち、感光性のレジスト４を塗布した後（図２（ｄ））、パターン露光（図２（ｅ））、現像（図２（ｆ））を順次行なう。続いて、露光パターンに応じてアディティブ法により配線形成を行い、露光パターンに応じた銅箔２を形成する（図２（ｇ））。最後に、配線が形成された銅箔２上に絶縁皮膜７をラミネートや塗布工程により形成する（図２（ｈ））。
このようにして、基板に電子素子を構成する抵抗体５が埋込形成されたプリント配線板が製造される。
【００５９】
（第３実施形態）
図３、図４は本発明の第３実施形態に係わる超短パルスレーザーによる材料加工方法を用いたプリント配線板の製造方法を示す製造工程図である。このプリント配線板においては、基板に電子素子を構成する誘電体（コンデンサ）が埋込形成される。図１２、図１３に示した従来のプリント配線板の製造方法を示す製造工程図と同一部分には同一符号を付して、重複する部分の詳細説明は省略する。
【００６０】
ガラスエポキシなど有機材料を含む複合材料からなる０．５ｍｍから数ｍｍ前後の厚さの基材１に１０μｍ程度の厚さの銅箔２ｂが貼付けられた銅張基板３を作成する（図３（ａ））。次に、銅箔２ｂの表面に感光性のレジスト４をドライフィルムレジストラミネート（ＤＦＲラミ）法により形成し（図３（ｂ））、その後、下部電極を含む配線パターン（電子回路）のパターン露光を行い（図３（ｃ））、現像を実施する（図３（ｄ））。
【００６１】
続いて、エッチング処理により銅箔２ｂを露光パターンに応じて除去することにより、誘電体（コンデンサ）の下部電極８ｂの配線パターン（電子回路）を形成する（図３（ｅ））。エッチング終了後、溶剤にてレジスト４を剥離して、下部電極８ｂの配線パターンを露出させる（図３（ｆ））。下部電極８ｂの配線パターンの上面に、絶縁樹脂９をドライフィルムレジストラミネート（ＤＥＲ）法により貼付ける（図３（ｇ））。
【００６２】
次に、上面に絶縁樹脂９が形成された銅張基板３に、パルス幅が約１５０フェムト秒のフェムト秒レーザ１２を照射して、深さが下部電極８ｂの配線パターンに達する凹部（充填溝）１３をサブμｍ精度で形成する（図３（ｈ））。そして、この形成した凹部（充填溝）１３内に、誘電体１１を塗布充填する（図４（ｉ））。なお、図示しないが、このあと誘電体１１の表面の平滑化処理を行う場合もある。
【００６３】
凹部（充填溝）１３内に誘電体１１を塗布充填した後に、無電解メッキにより銅箔２ｂを形成する（図４（ｊ））。その後、再度、リソグラフィー法により、ドライフィルムレジストラミネート（ＤＦＲ）、露光、現像、エッチング、レジスト剥離を順次実行して（図４（ｋ）（ｌ）（ｍ）（ｎ））、誘電体１１の上部電極８ａを誘電体１１上に形成する。
【００６４】
このようにして、基板に誘電体１１が埋込形成されたプリント配線板が製造される。
【００６５】
（第４実施形態）
図５は本発明の第４実施形態に係わるプリント配線板の概略構成図である。図５（ａ）は上面図であり、図５（ｂ）は図５（ａ）のプリント配線板をａ―ａ’線で切断した場合の断面図であり、図５（ｃ）は図５（ａ）のプリント配線板をｂ―ｂ’線で切断した場合の断面図である。このインダクタの一形態であるミアンダ型素子としてのプリント配線板においては、基板に電子素子を構成する磁性体が埋込形成される。
【００６６】
このプリント配線板においては、例えば樹脂材料で形成された基板２１に３つの長尺の凹部（充填溝）２２が形成されており、基板２１の表面と各凹部２２の底面に連続する１本のコイルを形成する導体２３が形成されている。そして、底面に導体２３が形成された各凹部２２内に磁性体２４が埋込形成されている。
【００６７】
蛇腹状に配線された導体２３からなるコイルのインダクタンスの値を大きくするために磁性体２４が設けられている。磁性体２４の量（体積）によってインダクタンスの大きさが決定されるので、この磁性体２４を収納する凹部（充填溝）２２を高い精度で加工形成する必要がある。
【００６８】
図６は、基板２１に電子素子を構成する磁性体２４が埋込形成されたプリント配線板の製造方法を示す製造工程図である。
【００６９】
樹脂材料で形成された基板２１に、パルス幅が約１５０フェムト秒のフェムト秒レーザ１２を照射して、凹部（充填溝）２２をサブμｍ精度で形成する（図６（ａ））。次に、凹部２２が形成された基板２１の上面にレジスト４を塗布し（図６（ｂ））、導体２３の配線パターンをパターン露光し、現像する（図６（ｃ））。その後、アディティブ法により配線形成を行い、露光パターンに応じた導体２３の配線パターンを形成する（図６（ｄ））。その後、溶剤でレジスト４を剥離し（図６（ｅ））、底面に導体２３が形成された各凹部２２内に磁性体２４を充填する（図６（ｆ））。
【００７０】
このようにして、基板２１に磁性体２４が埋込形成されたプリント配線板が製造される。
【００７１】
このように構成された超短パルスレーザーによる材料加工方法、プリント配線板、及びプリント配線板の製造方法においては、フェムト秒レーザー１２を用いて基板に抵抗体５、誘電体１１、磁性体２４を埋込形成するための凹部（充填溝）１３、２２を形成している。
【００７２】
したがって、図８を用いて説明したように、レーザー照射方向と垂直な方向への加工幅の変動が極めて少なく、凹部１３、２２の加工深さのみが変化するので、均一な水平断面形状の凹部１３、２２の加工を行うことができる。また、加工深さが照射エネルギー量に対して段階的に変化するので、加工深さが照射エネルギー量の変動に影響されることが抑制される。その結果、凹部１３、２２の加工精度として、サブμｍオーダーを確保できた。この場合、凹部１３、２２の深さを、図８に示す照射エネルギー量に加工深さ特性における深さ方向の加工が停滞するしきい値イ、ロ、ハの少なくとも３段階に設定可能である。
【００７３】
図７を用いて説明したように、パルス幅が熱緩和時間より短いフェムト秒レーザー１２で加工を行うので、熱影響のない加工が可能であり、形成された凹部１３、２２の加工精度をより確実なものとする。
【００７４】
さらに、図１０に示す材料の光吸収特性に合わせたレーザー光源の選択が不要となり、１つのレーザー加工システムで、ガラス等の無機材料、樹脂等の有機材料、銅等の金属材料、有機材料に無機材料が混合された複合材料、有機材料に無機材料が混合された複合材料と金属材料とが積層された積層材料等のあらゆる材料を使用する基板に対する凹部１３、２２の形成を行うことができる。
【００７５】
また、凹部１３、２２を、フェムト秒レーザー１２を用いて形成しているので、このプリント配線板の製造工程において、レジスト塗布、パターン露光、現像、エッチング処理、レジスト剥離等を含む複雑なソグラフィー工程を１工程分省略することができる。
【００７６】
さらに、凹部１３、２２がサブμｍオーダーの精度で形成されているので、この凹部１３、２２内に埋込形成（充填）された抵抗体５、誘電体１１、磁性体２４の体積も高い精度で設計値に一致させることができ、この抵抗体５、誘電体１１、磁性体２４で構成される電子素子の抵抗値、容量値、インダクタンス値をも高い精度で設計値に一致させることができる。その結果、図１１（ｇ）に示すようにＹＡＧレーザー６を用いて、抵抗体５の抵抗値が設計許容値内になるように、この抵抗体５をトリミングしたり、図１３（ｐ）に示すようにＹＡＧレーザー６を用いて誘電体１１の電極８ａ、８ｂ間の容量値が設計許容値内になるように、この上部電極８ａをトリミングする調整工程を実施する必要がない。
このように、プリント配線板の製造工程を簡素化できる。
【００７７】
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。
基板は１種類の絶縁材料で形成されたものに限定されるものではなく、２層以上の積層回路基板であってもよい。この基板の材料構成として、前述したように、有機材料に無機材料が混合された複合材料、有機材料に無機材料が混合された複合材料と金属材料とが積層された積層材料等が有効である。
【００７８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の超短パルスレーザーによる材料加工方法、プリント配線板の製造方法及びプリント配線板においては、フェムト秒レーザーを用いて基板に抵抗、コンデンサ、インダクタ等の電子素子又はその一部を埋込形成するための凹部（充填溝）を形成している。
【００７９】
したがって、凹部の形成工程を簡略化でき、形成される凹部の寸法精度を大幅に向上でき、さらに、複数種類の材料が混合又は積層されていた基板であったとしても、凹部を簡単にかつ高い精度で形成できる。
【００８０】
さらに、プリント配線板の製造方法においては、上述した効果に加えて、リソグラフィー工程のような複雑な加工工程を使用することなく、簡単にかつ高い加工精度を実現でき、かつ埋込形成された電子素子に対する特性値に対する調整を実施する必要がなく、製造工程を簡素化できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係わる超短パルスレーザーによる材料加工方法を用いたプリント配線板の製造方法を示す製造工程図
【図２】本発明の第２実施形態に係わる超短パルスレーザーによる材料加工方法を用いたプリント配線板の製造方法を示す製造工程図
【図３】本発明の第３実施形態に係わる超短パルスレーザーによる材料加工方法を用いたプリント配線板の製造方法を示す製造工程図
【図４】同じく本発明の第３実施形態に係わる超短パルスレーザーによる材料加工方法を用いたプリント配線板の製造方法を示す製造工程図
【図５】本発明の第４実施形態に係わるプリント配線板の概略構成図
【図６】同第４実施形態に係わるプリント配線板の製造方法を示す製造工程図
【図７】レーザーパルス幅とレーザー照射に起因する加工材料内の熱拡散長との関係を示す特性図
【図８】フェムト秒レーザーの照射エネルギーと加工深さとの関係を示す図
【図９】一般的なレーザーの照射エネルギー量と加工体積との関係を示す図
【図１０】各材料における光エネルギー吸収特性を示す図
【図１１】従来のプリント配線板の製造方法を示す製造工程図
【図１２】他の従来のプリント配線板の製造方法を示す製造工程図
【図１３】同じく他の従来のプリント配線板の製造方法を示す製造工程図
【符号の説明】
１…基材、２，２ａ，２ｂ…銅箔、３…銅張基板、３ａ，２１…基板、４…レジスト、５…抵抗体、７，１４…絶縁皮膜、８ａ…上部電極、８ｂ…下部電極、９…絶縁樹脂、１１…誘電体、１２…フェムト秒レーザー、１３，２２…凹部（充填溝）、２３…導体、２４…磁性体
Claims (9)
- 絶縁材料で形成された基板に対してフェムト秒レーザーを照射して、この基板に電子素子を埋込形成するための凹部を形成することを特徴とする超短パルスレーザーによる材料加工方法。
- 有機材料に無機材料が混合された複合材料で形成された基板に対してフェムト秒レーザーを照射して、この基板に電子素子を埋込形成するための凹部を形成することを特徴とする超短パルスレーザーによる材料加工方法。
- 金属層と絶縁材料層とが積層された基板に対してフェムト秒レーザーを照射して、この基板に電子素子を埋込形成するための凹部を形成することを特徴とする超短パルスレーザーによる材料加工方法。
- 有機材料に無機材料が混合された複合材料層と金属層とが積層された基板に対してフェムト秒レーザーを照射して、この基板に電子素子を埋込形成するための凹部を形成することを特徴とする超短パルスレーザーによる材料加工方法。
- 前記電子素子は、抵抗、コンデンサ、インダクタのうちのいずれか１つであることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項記載の超短パルスレーザーによる材料加工方法。
- 前記加工すべき凹部の深さを、前記フェムト秒レーザーが有する照射エネルギー量に対する加工深さ特性における深さ方向のしきい値領域内とすることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項記載の超短パルスレーザーによる材料加工方法。
- 絶縁材料で形成された基板の一方面に対してフェムト秒レーザーを照射して、この基板に凹部を形成し、
この形成された凹部内に電子素子の材料を充填することによって、前記凹部内に前記電子素子を埋込形成し、
前記電子素子が埋込形成された基板の前記一方面に対して、前記電子素子に対する電極を含む電子回路を有する金属層を形成する
ことを特徴とするプリント配線板の製造方法。 - 絶縁材料層と金属層とを積層した基板における前記金属層に電子素子に対する電極を含む電子回路を形成し、
前記基板における前記金属層の上面に絶縁皮膜層を形成し、
この絶縁皮膜層が形成された前記基板の絶縁皮膜層側面に対して、フェムト秒レーザーを照射して、この基板に前記電子回路に達する凹部を形成し、
この形成された凹部内に前記電子素子の材料を充填することによって、前記凹部内に前記電子素子を埋込形成する
ことを特徴とするプリント配線板の製造方法。 - 前記請求項７又は８記載のプリント配線板の製造方法で製造されたプリント配線板。
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