JP2005268423A - Method for manufacturing wiring board using laser - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、レーザビームにより、パターンを有する配線基板を製造する方法および装置に関する。 The present invention relates to a method and an apparatus for manufacturing a wiring board having a pattern with a laser beam.
小型化・高性能化の市場要求に応えるため、デジカメや携帯電話等の電子機器は毎月のようにモデルチェンジが繰り返されている。このため、セットメーカから部品メーカに対しては、試作部品の超短納期化が求められている。電子部品を搭載するためのマザーボードであるプリント配線基板は、搭載電子部品の品種が一つでも異なれば、新しいプリント配線基板の設計変更が必要である。プリント配線基板は、最後に設計仕様が決定される部品でありながら、その実装工程では、最初に必要となる部品である為、試作工程においては納期の短縮化が常に求められている。 In order to meet the market demand for miniaturization and high performance, electronic devices such as digital cameras and mobile phones are undergoing repeated model changes every month. For this reason, ultra-short delivery times of prototype parts are required from set makers to parts makers. A printed wiring board, which is a motherboard for mounting electronic components, requires a new printed wiring board to be redesigned even if the type of the mounted electronic components is different. Although the printed wiring board is a component for which design specifications are finally determined, it is a component that is first required in the mounting process. Therefore, in the prototype process, it is always required to shorten the delivery time.
現在、試作工程においても、配線基板の製造は、大ロット製造プロセスと同様のエッチング法が用いられ、短納期化の要求に対しては、人海戦術に頼った工程改善で対応している。 At present, in the trial production process, the wiring board is manufactured using the same etching method as in the large lot manufacturing process, and the demand for a short delivery time is dealt with by improving the process by relying on human tactics.
従来のケミカルエッチングによる製造では、ラインアンドスペース(L/S)が100μm以下の細線パターン加工になると、化学エッチングの条件出しが難しく、試作基板においては歩留まり率が数10％程度も悪化するという欠点がある。 In conventional manufacturing by chemical etching, when line and space (L / S) processing is a fine line pattern of 100 μm or less, it is difficult to determine the conditions for chemical etching, and the yield rate of the prototype substrate deteriorates by several tens of percent. There is.
試作に限れば、ミーリングマシンによる機械加工方式も採用されている。しかし、ミーリングドリル径より細い配線パターン間隔(L/S=200μm以下)を実現することは原理的に不可能であり、近年の市場が要求する50μmなどの細線パターンには対応が出来ない。 If it is limited to trial production, a machining method using a milling machine is also adopted. However, it is impossible in principle to realize a wiring pattern interval (L / S = 200 μm or less) that is thinner than the diameter of the milling drill, and it cannot cope with a thin line pattern such as 50 μm required in recent markets.
エッチング法には、時間的な問題もある。エッチング法は半導体製造設備と同様の原理を採用しているため、ドライフィルムによる露光が必須となっている。このため、設計データから焼き付け用のネガフィルムを作成しなければならないが、このフィルムの設計（CAM作業）及び製作のための時間が必要となる。これは大量生産でも1個の注文でも必要であり、試作基板では工程の待ち時間が重大なネック工程となっている。 The etching method also has a time problem. Since the etching method employs the same principle as that of semiconductor manufacturing equipment, exposure with a dry film is essential. For this reason, it is necessary to create a negative film for printing from the design data, but it takes time for the design (CAM work) and production of this film. This is necessary for both mass production and single order, and the waiting time of the process is a serious bottleneck process for the prototype board.
なお、ブラインドビアホール等の導電層の穴明け加工については、レーザービームによる穿孔が検討されている（特許文献１）。 Note that drilling with a laser beam has been studied for drilling a conductive layer such as a blind via hole (Patent Document 1).
これに対する根本的な改善法として、設計データから直接、配線基板にパターンを描画加工する方法が考えられてきた。これが可能になれば、ネガフィルム製作のための時間が不要で、且つドライフィルムなどの副資材も不要になる。そこで、レーザ加工によりダイレクトにパターンを加工することのできる技術の実用化が待ち望まれていた。 As a fundamental improvement method for this, a method of drawing a pattern on a wiring board directly from design data has been considered. If this is possible, the time for producing the negative film is not required, and auxiliary materials such as a dry film are not required. Therefore, there has been a demand for the practical application of a technique that can directly process a pattern by laser processing.
プリント配線基板のレジスト工程においては、このレーザによるダイレクトイメージ装置が既に実用化されているが、パターン工程においては未だ実用化されていない。これは、配線材である銅箔をレーザ加工するには大きいレーザパワーが要求されるため、ガラスエポキシ基板に損傷を与えてしまうためである。 This direct image device using laser has already been put into practical use in the resist process for printed wiring boards, but has not yet been put into practical use in the patterning process. This is because a large laser power is required to perform laser processing on the copper foil as the wiring material, which damages the glass epoxy substrate.
この基礎技術を実用化するためには、100mm×100mm程度の大きさの配線基板を1時間以内でパターン加工できる装置の実用化開発が必要であり、レーザを用いて配線基板を製造する技術及びノウハウを獲得することが、産業界から強く望まれている。 In order to put this basic technology into practical use, it is necessary to develop and commercialize an apparatus capable of patterning a wiring board with a size of about 100 mm x 100 mm within one hour. There is a strong demand from the industry to acquire know-how.
本発明は、レーザ光学とその制御系、及び集光レンズ用ドライバを制御するソフトウエアを開発することにより、上記基板損傷の問題を解決し、電子回路配線基板の精密レーザ加工技術を開発したものである。 The present invention solves the above-mentioned substrate damage problem by developing laser optics, its control system, and software for controlling a condensing lens driver, and develops a precision laser processing technique for electronic circuit wiring boards. It is.
上記課題を解決するために成された本発明に係る配線基板の製造方法は、素材板上に設けた層に、該層のみを除去する程度の強度のレーザビームを照射し、素材板とレーザビームを相対的に移動させることにより該層にパターンを形成することを特徴とするものである。 In order to solve the above problems, a method of manufacturing a wiring board according to the present invention irradiates a layer provided on a material plate with a laser beam having an intensity sufficient to remove only the layer, and the material plate and laser A pattern is formed in the layer by relatively moving the beam.
多くの配線基板では基板にガラスエポキシ樹脂、配線層に銅を使用しているが、この場合、Q-スイッチNd:YAGレーザ、Q-スイッチNd:YLFレーザ又はQ-スイッチNd:YVO4レーザを用いることが望ましい。 Many wiring boards use glass epoxy resin for the board and copper for the wiring layer. In this case, Q-switched Nd: YAG laser, Q-switched Nd: YLF laser or Q-switched Nd: YVO4 laser is used. It is desirable.
また、ガラスエポキシ樹脂基板に銅及び半田レジストを塗布した状態の配線基板の場合も、Q-スイッチNd:YAGレーザ、Q-スイッチNd:YLFレーザ又はQ-スイッチNd:YVO4レーザを用いることが望ましい。 It is also desirable to use Q-switched Nd: YAG laser, Q-switched Nd: YLF laser, or Q-switched Nd: YVO4 laser even in the case of a wiring board in which copper and solder resist are coated on a glass epoxy resin substrate. .
上記レーザを用いる場合、それらの基本波ではなく、2倍波（周波数が2倍、波長は1/2の高調波）を用いることが望ましい。 When the laser is used, it is desirable to use a double wave (a double wave with a frequency of 1/2 and a wavelength of 1/2) instead of the fundamental wave.
基板上の導体層（金属層）部分又はレジスト層部分のみを確実に除去（アブレージョン）し、基板を損傷させないようにするためには、レーザビームの（素材板との間の相対的な）移動速度及びレーザのQ-スイッチ周波数に応じてレーザ出力を変化させる。 To ensure that only the conductor layer (metal layer) or resist layer on the substrate is removed (ablated) and not damaged, the laser beam moves (relative to the substrate). The laser output is varied according to the speed and the Q-switch frequency of the laser.
配線パターンを描くとき、線間のスペースの幅Ｓは当然、レーザビーム径以上となるが、最小線幅（ライン幅）Ｌもレーザビーム径以上とすることが望ましい。 When drawing the wiring pattern, the width S of the space between the lines is naturally equal to or larger than the laser beam diameter, but the minimum line width (line width) L is preferably equal to or larger than the laser beam diameter.
レーザビームと素材板との相対移動の方式は、ラスタ形式・ベクトル形式のいずれであってもよい。ラスタ形式の場合は、パターンに応じてレーザビームのON/OFFを切り替えなければならない。 The method of relative movement between the laser beam and the material plate may be either a raster format or a vector format. In the case of the raster format, the laser beam must be switched ON / OFF according to the pattern.
このレーザビームの移動は、ビームの方を移動させてもよいし、基板の方を移動させてもよい。また、場合によっては双方を移動させる方が便利である場合もある。いずれにせよ、レーザビームを移動させる場合は、ミラーの偏向による方法が便利である。 The laser beam may be moved by moving the beam or the substrate. In some cases, it may be more convenient to move both. In any case, when the laser beam is moved, a method based on mirror deflection is convenient.
基板側を移動させる場合は、基板を載置したステージをパルスモータ等で移動させる。 When moving the substrate side, the stage on which the substrate is placed is moved by a pulse motor or the like.
本発明に係る配線基板の製造方法では、レーザビームの強度を、素材板上に設けた導電層（金属層）やレジスト層等の表面層のみを除去する程度に制御することにより、素材板を損傷することなく、正確に配線パターンを形成することができる。特に、製作すべき配線基板の数が少ない（少ロットの）生産の場合、特注等のパターンの変化にフレキシブルに対応することができ、しかも、（ネガフィルム等を製作する必要がないため）比較的短時間に基板を完成することができる。 In the method for manufacturing a wiring board according to the present invention, the intensity of the laser beam is controlled to such an extent that only the surface layer such as a conductive layer (metal layer) or a resist layer provided on the material board is removed. A wiring pattern can be accurately formed without damage. In particular, in the case of production with a small number of wiring boards to be manufactured (small lots), it is possible to respond flexibly to changes in patterns such as special orders, and comparison (because there is no need to manufacture negative films, etc.) The substrate can be completed in a short time.
本発明に係る方法を説明する前に、まず、従来の配線基板製造方法を図１及び図２により説明する。縦横1000mm（又は1200mm)の定尺素材（a1)を、まず、工程で流すことのできる大きさ（ワークサイズ）に切り分ける(a2)。素材板はa3に示すとおり、基板となる厚さ1mmのガラスエポキシ板の両面に厚さ18μmの銅導電層を被覆した構成を有する(a3)。この素材板に、まず部品実装や表裏導通用の穴を明ける(a4)。これに銅メッキを施し、表面の導通層と裏面の導通層を導通させる(a5)。次に、両面に感光性のドライフィルムをラミネートロールにより熱圧着し(a6)、そこにパターン（第１パターン）の露光を行って、非露光部を現像液により溶解除去する（a7)。更に、電解液でエッチングを行うことにより、フィルムで被覆されていない部分の銅メッキ層及び銅導電層を溶解除去する(a8)。その後、溶解剤によりドライフィルムを除去すると、パターン化された導電層が現れる(a9)。 Before describing the method according to the present invention, first, a conventional method for manufacturing a wiring board will be described with reference to FIGS. First, a standard length material (a1) of 1000 mm in length and width (or 1200 mm) is cut into sizes (work sizes) that can be flowed in the process (a2). As shown in a3, the material plate has a configuration in which a copper conductive layer having a thickness of 18 μm is coated on both surfaces of a glass epoxy plate having a thickness of 1 mm as a substrate (a3). First, holes for component mounting and front / back conduction are drilled in this material plate (a4). Copper plating is applied to this, and the conductive layer on the front surface and the conductive layer on the back surface are made conductive (a5). Next, a photosensitive dry film is thermocompression bonded on both sides with a laminating roll (a6), and the pattern (first pattern) is exposed there, and the non-exposed portion is dissolved and removed with a developer (a7). Further, by etching with the electrolytic solution, the copper plating layer and the copper conductive layer which are not covered with the film are dissolved and removed (a8). Thereafter, when the dry film is removed with a dissolving agent, a patterned conductive layer appears (a9).
次に、感光性のソルダーレジストインクを全面に塗布し(a10)、上記とは別のパターン（第２パターン）で露光する。光を照射された部分（a11の黒い部分）のレジストインクを現像液により除去し、その部分の下地（導電層）を露出させる(a11)。これにより、第１及び第２パターンが形成された配線基板が完成する(a12)。通常、最後に、基板表面に部品配置図やメーカー名等を印字する(a13)。 Next, a photosensitive solder resist ink is applied to the entire surface (a10), and exposed with a pattern (second pattern) different from the above. The resist ink in the portion irradiated with light (black portion of a11) is removed with a developer, and the base (conductive layer) of the portion is exposed (a11). Thereby, the wiring board on which the first and second patterns are formed is completed (a12). Usually, finally, a component layout drawing, manufacturer name, etc. are printed on the surface of the board (a13).
このように、従来の配線基板製造方法では各種薬剤を使用するため、複雑且つ高価な排液処理装置が必要であった。また、多数の基板を一挙に処理できるという利点はあるものの、各工程間に洗浄や乾燥工程が必要となるため、時間的には不利であった。 Thus, since various chemical | medical agents are used in the conventional wiring board manufacturing method, the complicated and expensive drainage processing apparatus was required. Moreover, although there is an advantage that a large number of substrates can be processed at once, a cleaning and drying process is required between the processes, which is disadvantageous in terms of time.
本発明に係る方法では、そのような薬剤の使用を大幅に削減することができるため、排液処理装置を簡略化することができる。また、薬液を用いた処理工程が１工程しかないため、洗浄や乾燥の時間が大幅に削減され、少数（少ロット）の製品であれば従来よりも短時間に製造することができる。 In the method according to the present invention, since the use of such a drug can be greatly reduced, the drainage treatment apparatus can be simplified. Moreover, since there is only one process step using a chemical solution, the time for washing and drying is greatly reduced, and a small number (small lot) of products can be manufactured in a shorter time than before.
本発明を用いた配線基板製造装置の一例を図９に示す。本装置９０は、基板（基板材料）９１を載置して、X、Y方向に移動するX-Yステージ９２とそのドライバユニット９３、レーザ光源を含むレーザ光学系９４とそれを制御するレーザ制御系９５、そして、全体を制御する制御装置としてのコンピュータ(PC)９６等から成る。レーザ源としては、Q-スイッチNd:YVO4レーザを使用している。X-Yステージ９２は基板素材９１をX-Y方向に移動するために使用される。これらにより、レーザビームが基板素材９１の表面をX-Y方向に隙間なく走査することができるようになっている。なお、図９ではX-Yステージのドライバユニット９３がレーザ光学系９４の焦点距離を制御するようになっているが、もちろん、X-YステージにZ方向の駆動系を設け、それを制御するようにしてもよい。 An example of a wiring board manufacturing apparatus using the present invention is shown in FIG. The apparatus 90 has a substrate (substrate material) 91 mounted thereon, an XY stage 92 that moves in the X and Y directions, its driver unit 93, a laser optical system 94 including a laser light source, and a laser control system 95 that controls the laser optical system 94. And a computer (PC) 96 as a control device for controlling the whole. A Q-switched Nd: YVO4 laser is used as the laser source. The X-Y stage 92 is used for moving the substrate material 91 in the X-Y direction. As a result, the laser beam can scan the surface of the substrate material 91 in the XY direction without a gap. In FIG. 9, the driver unit 93 of the XY stage controls the focal length of the laser optical system 94. Of course, a drive system in the Z direction may be provided on the XY stage to control it. Good.
図１０に示すように、配線基板のパターンは、通常、コンピュータ上で作動するCADプログラムにより作成される。作成されたCADデータは、そのプログラムの種類或いは後工程の種類に応じて、Gerber、DXF等の各種形式のファイルにされる。本実施例の制御装置９６では、これら各種ファイル形式の電子回路設計CADデータを入力することができる。制御装置９６は、入力されたこれらのデータに基づき、まず、配線パターンのモノクロ（２値）ビットマップ（BMP）データを作成する。そして、ラスタスキャン描画を行う場合は、領域加工方式のCAM（コンピュータ支援加工機）で使用するCRS形式のデータに変換し、ベクトルスキャン描画を行う場合は、輪郭加工方式のCAMで使用するBPC又はBPIデータに変換する。なお、L/S=50μmの微細パターンを良好に形成するためには、BMPファイルの分解能が2400dpi（約10[μm/dot]）以上必要であり、このときのA4版基板のBMPファイルサイズでは100MB程度になる。 As shown in FIG. 10, the wiring board pattern is usually created by a CAD program that operates on a computer. The created CAD data is made into various types of files such as Gerber and DXF according to the type of program or the type of post-process. The control device 96 of this embodiment can input electronic circuit design CAD data in these various file formats. Based on these input data, the control device 96 first creates monochrome (binary) bitmap (BMP) data of the wiring pattern. When raster scan drawing is performed, the data is converted into CRS format data used by an area processing type CAM (computer-aided processing machine). When vector scan drawing is performed, a BPC or contour processing type CAM is used. Convert to BPI data. In order to successfully form a fine pattern with L / S = 50μm, the resolution of the BMP file needs to be 2400dpi (about 10 [μm / dot]) or more. It becomes about 100MB.
図１０において、各ファイル形式（拡張子）の略号の意味及び構成は次の通りである。
POC（Parts Outline Coordinate file）テキスト
ベクトルスキャンで使用するCAMデータ生成用中間ファイル。独自に定義したファイル。ヘッダ部にソースファイルの画像サイズ（縦横dot数）、データ部に各配線パターンの輪郭座標（dot）を記述したファイル。
BPC（Bit Pattern Configuration file）テキスト
ベクトルスキャンで使用するCAMデータ。独自に定義したファイル。ヘッダ部にソースファイルの画像サイズ（縦横dot数）、分解能（μm/dot）、配線パターン総数、データ部に各配線パターンのビットパターンデータのビット数、配線パターン始点座標、終点座標（μm）を記述したファイル。
BPI（Bit Pattern Interpolation file）バイナリ
ベクトルスキャンで使用するCAMデータ。独自に定義したファイル。各配線パターンのXYステージ4軸（X+方向、X−方向、Y+方向、Y−方向）、レーザ制御用1軸、および予備1軸のビットパターンデータIを2バイトずつ、すなわち計12バイトを1パケットとして記述したファイル。
CRS（Compare match Raster Scanning file）テキスト
ラスタスキャンで使用するCAMデータ。独自に定義したファイル。ヘッダ部にソースファイルの画像サイズ（縦横dot数）、分解能(μm/dot)、データ部に各行のレーザ照射開始座標、終了座標（μm）を記述したファイル。
In FIG. 10, the meaning and configuration of the abbreviations of each file format (extension) are as follows.
POC (Parts Outline Coordinate file) text Intermediate file for CAM data generation used in vector scan. A file that you define. A file that describes the image size of the source file (vertical and horizontal dots) in the header and the contour coordinates (dots) of each wiring pattern in the data.
BPC (Bit Pattern Configuration file) text CAM data used for vector scanning. A file that you define. Source file image size (vertical and horizontal dot count), resolution (μm / dot), total number of wiring patterns in the header section, number of bit pattern data bits for each wiring pattern, wiring pattern start point coordinates, end point coordinates (μm) in the data section Described file.
CAM data used in BPI (Bit Pattern Interpolation file) binary vector scan. A file that you define. XY stage 4 axes (X + direction, X− direction, Y + direction, Y− direction) of each wiring pattern, 1 axis for laser control, and 1 bit of bit pattern data I for spare 1 axis, that is, 12 bytes in total, 1 A file described as a packet.
CRS (Compare match Raster Scanning file) text CAM data used for raster scanning. A file that you define. A file that describes the image size (number of dots in length and width) and resolution (μm / dot) of the source file in the header section, and the laser irradiation start coordinates and end coordinates (μm) of each line in the data section.
これらのデータ入力及びパターン生成のためのGUI（グラフィカル・ユーザ・インターフェイス）の一例を図１１に示す。 An example of a GUI (graphical user interface) for data input and pattern generation is shown in FIG.
こうして生成したデータに基づき、制御装置９６はレーザ制御系９５により、X-Yステージ９２の移動及び基板材料９１の表面に照射するレーザビームのON/OFFを同期制御する。基板素材９１のX方向の移動と同期させることにより、基板材料９１の表面に載置された層が、パターンに従って除去され、所定の回路パターンが形成される。その工程を、図３〜図８の(b1)〜(b11)により説明する。 Based on the data generated in this way, the control device 96 controls the movement of the XY stage 92 and ON / OFF of the laser beam applied to the surface of the substrate material 91 by the laser control system 95 in synchronization. By synchronizing with the movement of the substrate material 91 in the X direction, the layer placed on the surface of the substrate material 91 is removed according to the pattern, and a predetermined circuit pattern is formed. The process will be described with reference to (b1) to (b11) of FIGS.
使用する基板材料（b1、b3）、及びそれをワークサイズに切断する(b2)点は、図１で説明した従来工程と同じである。また、部品を実装するための穴、又は表裏道通用の穴を明け、そこに銅導電層を形成する点も従来の方法と同じである（b5)。本発明に係る方法では、薬液を使用するのはこの工程のみである。なお、b4の穴明けは、後述のレーザビーム装置を用いて行ってもよい。 The substrate materials (b1, b3) to be used and the point (b2) for cutting them into workpiece sizes are the same as in the conventional process described in FIG. Moreover, the point which drills the hole for mounting components, or the hole for front and back passage, and forms a copper conductive layer there is the same as the conventional method (b5). In the method according to the present invention, the chemical solution is used only for this step. Note that b4 drilling may be performed using a laser beam apparatus described later.
銅メッキを行った後、基板材料を更に各製品単位に切断する(b6)。なお、本実施例では装置の制約上、このように各製品単位（大きさ約100×100mm）に切断したが、大量生産を行う場合には、切り出す大きさを、製品単位にして数枚又は数十枚として、その状態で次に述べるレーザビーム描画加工を施してもよい。 After copper plating, the substrate material is further cut into product units (b6). In this embodiment, the product is cut into product units (size: about 100 × 100 mm) in this way due to the limitations of the apparatus. However, when mass production is performed, the size to be cut out is set to several pieces or as product units. As several tens of sheets, laser beam drawing processing described below may be performed in that state.
こうして切り出した製品単位（または複数の製品単位）の単板を９１をX-Yステージ９２上に固定し、X-Yステージ９２を所定の原点位置に移動させた後、レーザビームがその表面の銅層に焦点を結ぶようにレーザ光学系９４を調節する。そして、ラスタスキャンの場合はX-Yステージ９２をX方向に高速で往復させながら、レーザビームをパターンデータに基づいてON/OFFさせるとともに、Y方向に移動させる。 The single unit of product unit (or a plurality of product units) cut out in this way is fixed on the XY stage 92, and after moving the XY stage 92 to a predetermined origin position, the laser beam is focused on the copper layer on the surface. The laser optical system 94 is adjusted so that In the case of raster scanning, the laser beam is turned on / off based on the pattern data and moved in the Y direction while reciprocating the XY stage 92 in the X direction at high speed.
このときの基板材料９１（X-Yステージ９２）の動きとレーザビームの動きを図２２により説明する。所定の原点位置にあるX-Yステージ９２に対して、ドライバユニット９３からステージ移動パルスが送出されると(a)、X-Yステージ９２は速やかに加速し、短時間のうちに一定の移動速度に達する(b)。X-Yステージ９２がその速度に達した後、レーザ制御系９５からレーザ放出パルスがレーザ光学系９４に送出され、その時点でQ-スイッチNd:YVO4レーザからパルス状のビームが発射される(c)。 The movement of the substrate material 91 (X-Y stage 92) and the movement of the laser beam at this time will be described with reference to FIG. When a stage movement pulse is sent from the driver unit 93 to the XY stage 92 at a predetermined origin position (a), the XY stage 92 accelerates quickly and reaches a constant movement speed within a short time ( b). After the XY stage 92 reaches the speed, a laser emission pulse is sent from the laser control system 95 to the laser optical system 94, and at that time, a pulsed beam is emitted from the Q-switch Nd: YVO4 laser (c). .
レーザビームのパルスは、その強度が、丁度、基板素材９１の表面の銅導電層のみを蒸発させ、基板素材９１には何らの損傷を与えないような強度とされる。後述するように、Q-スイッチNd:YVO4レーザの場合は、その基本波（波長1.047μm）ではなく、２倍波（波長0.523μm）を用いると、このような分別処理を行うことができる。なお、Q-スイッチNd:YAGレーザ（基本波1.06μｍ、２倍波0.532μｍ）、Q-スイッチNd:YLFレーザ（基本波1.053μm、２倍波0.526μm）の場合も同様である。 The intensity of the pulse of the laser beam is such that the intensity of the laser beam just evaporates only the copper conductive layer on the surface of the substrate material 91 and does not cause any damage to the substrate material 91. As will be described later, in the case of a Q-switched Nd: YVO4 laser, such a separation process can be performed by using a double wave (wavelength 0.523 μm) instead of the fundamental wave (wavelength 1.047 μm). The same applies to the Q-switched Nd: YAG laser (fundamental wave 1.06 μm, double wave 0.532 μm) and the Q-switched Nd: YLF laser (fundamental wave 1.053 μm, double wave 0.526 μm).
X-Yステージ９２を移動しつつ、パルスレーザの発射を間欠的に繰り返すことにより、図２３に示すように、所定の範囲内の銅導電層を剥離することができる。こうして、b7に示すように、基板材料９１上に回路パターンが描画されてゆく。 By intermittently repeating the emission of the pulse laser while moving the X-Y stage 92, the copper conductive layer within a predetermined range can be peeled as shown in FIG. Thus, the circuit pattern is drawn on the substrate material 91 as shown in b7.
この回路パターンを描く際に同時に、又は、パターンを描いた後に別途、レーザビームにより部品取り付け用等の穴を基板材料に穿孔してもよい。 At the same time when the circuit pattern is drawn, or after the pattern is drawn, holes for mounting components may be drilled in the substrate material by a laser beam.
こうしてパターンを描いた後、基板９１全体をレジスト液に浸漬し、全面にレジスト層を形成する(b8)。このレジスト層を第２のパターンで剥離してゆく工程においても、上記と同様にレーザビーム描画方法を用いる(b9。図２の工程a11に相当)。そして、不要なレジスト層を剥離する工程（図２の工程a12に相当）においても、レーザビームを使用する(b10)。こうして完成した基板に、レーザビームをベクトルスキャンすることにより、文字の輪郭に溝を形成し、パターンNo.、メーカー名等を印字する(b11)。彫り込んだ溝にはシルク印字用の塗料を塗り込み、視認性を上げる。 After drawing the pattern in this way, the entire substrate 91 is immersed in a resist solution to form a resist layer on the entire surface (b8). Also in the step of peeling off the resist layer with the second pattern, the laser beam drawing method is used in the same manner as described above (b9, corresponding to step a11 in FIG. 2). Then, a laser beam is also used in the step of removing the unnecessary resist layer (corresponding to step a12 in FIG. 2) (b10). The substrate thus completed is vector-scanned with a laser beam to form a groove in the outline of the character, and a pattern number, manufacturer name, etc. are printed (b11). The engraved grooves are coated with silk printing paint to improve visibility.
次に、レーザパルスの強度、レーザビームの移動速度等の条件について、詳しく説明する。
本発明では、次のような目標を定めた。
(a) レーザ直接描画方式にて、L/S=50μm以下の銅箔配線パターンを、80%以上の歩留まりで、1時間／□100mm（100mm×100mm四方）以内で加工できること。
(b) レーザ直接描画方式にて、L/S=50μm以下の半田レジストパターンを、80%以上の歩留まりで、20分／□100mm以内で加工できること。
(c) レーザ直接描画方式にて、12ポイントアルファベット文字を1分／10文字で印字できること。
Next, conditions such as the intensity of the laser pulse and the moving speed of the laser beam will be described in detail.
In the present invention, the following goals are set.
(a) Capable of processing a copper foil wiring pattern of L / S = 50μm or less with a laser direct drawing method within 80% yield within 1 hour / □ 100mm (100mm x 100mm square).
(b) A solder resist pattern with L / S = 50μm or less can be processed within 20 minutes / □ 100mm with a yield of 80% or more by laser direct writing method.
(c) A 12-point alphabet character can be printed in 1 minute / 10 characters using the laser direct drawing method.
これらの目標を満たすレーザー照射条件について検討した結果を、以下に示す。 The results of studying laser irradiation conditions that satisfy these goals are shown below.
(A) 銅箔パターン形成条件のデータベース化、ならびにパターン形状の評価とガラスエポキシ基板の変形、変質、電気絶縁特性などの評価
表面に銅箔を形成したガラスエポキシ基板に対して諸条件を変化させてレーザを照射したときのアブレーション状態を評価した（図１２、図１３）。ここで、「良好状態」○、「不良状態」▲、「損傷状態」■とは以下の状態のことを指す。
「良好状態」○
銅箔を完全にアブレーションしガラスエポキシに損傷を与えていない状態。
「不良状態」▲
レーザを照射した加工ラインに銅箔が残留している、もしくは全くアブレーションされていない状態
「損傷状態」■
銅箔はアブレーションされているがガラスエポキシ材に損傷を与えている状態
(A) Creation of a database of copper foil pattern formation conditions, evaluation of pattern shape and evaluation of deformation, alteration, electrical insulation characteristics, etc. of glass epoxy board Various conditions were changed for glass epoxy board with copper foil formed on the surface. Then, the ablation state when the laser was irradiated was evaluated (FIGS. 12 and 13). Here, “good state” ○, “bad state” ▲, and “damaged state” ■ indicate the following states.
“Good” ○
The copper foil is completely ablated and the glass epoxy is not damaged.
"Bad state" ▲
"Damaged state" where copper foil remains on the processing line irradiated with laser or is not ablated at all ■
The copper foil is ablated but the glass epoxy material is damaged
図１２の写真の中央に示される部分が良好状態である領域であり、ガラスエポキシ材に影響を与えることなく銅箔のみが選択的にアブレーションされている。したがって、この領域の条件であれば良好な銅箔パターンを形成することが可能である。
レーザ直接描画法での最小L/Sを調べるために、銅箔張ガラスエポキシ基板に対してL/Sパターンの形成を行った。図１４にその結果を示す。最小L/S=20μmで銅箔配線パターンを形成することを実現できた。
The region shown in the center of the photograph in FIG. 12 is a region in a good state, and only the copper foil is selectively ablated without affecting the glass epoxy material. Therefore, a favorable copper foil pattern can be formed under the conditions of this region.
In order to examine the minimum L / S in the laser direct writing method, an L / S pattern was formed on a copper foil-clad glass epoxy substrate. FIG. 14 shows the result. It was possible to form a copper foil wiring pattern with a minimum L / S = 20μm.
次に、レーザ直接描画法で形成した銅箔配線パターンの再現性の検証を行った。図１５の上部に配線テストパターンを、下部の(a)から(c)にその状態を示す。ここでは、L/S=100μm、50μm、20μm、10μmのテストパターンを形成した。良好状態(a)とは、断線または残銅した個所が無く、パターンが導通しており、なおかつ、隣接した配線同士が絶縁されている状態である。25個の加工サンプルについて検査を行った。図１６に各L/Sにおける歩留まり率を示す。L/S=100μm、50μmでの歩留まり率は100%、L/S=20μmでは12%、L/S=10 μmでは0%であった。L/S=20μm以下での歩留まり率は、レーザのスポット径を微細化することで向上できる可能性がある。 Next, the reproducibility of the copper foil wiring pattern formed by the laser direct drawing method was verified. The wiring test pattern is shown in the upper part of FIG. 15, and the state is shown in the lower parts (a) to (c). Here, test patterns of L / S = 100 μm, 50 μm, 20 μm, and 10 μm were formed. The good state (a) is a state where there is no disconnection or remaining copper, the pattern is conductive, and the adjacent wirings are insulated from each other. 25 processed samples were inspected. FIG. 16 shows the yield rate at each L / S. The yield rate was 100% at L / S = 100 μm and 50 μm, 12% at L / S = 20 μm, and 0% at L / S = 10 μm. The yield rate at L / S = 20 μm or less may be improved by miniaturizing the laser spot diameter.
銅箔張ガラスエポキシ基板に対して高密度携帯電話用配線パターンを形成した。図１７にその形成例を示す。L/S＝20μmの配線パターンの形成を実現した。これにより、実際にCADで設計された電子回路配線基板の配線パターン形成においても実験的なパターン形成と同等のL/Sで加工できることを確認できた。 A high-density mobile phone wiring pattern was formed on a copper foil-clad glass epoxy substrate. FIG. 17 shows an example of its formation. A wiring pattern with L / S = 20μm was realized. As a result, it was confirmed that the wiring pattern formation of the electronic circuit wiring board actually designed by CAD can be processed with the same L / S as the experimental pattern formation.
(B) 半田レジストパターン形成条件とマーキング印字条件のデータベース化、ならびに銅箔の変質と半田ぬれ特性などの評価
レジストを塗布した銅箔張ガラスエポキシ基板（レジストディップ基板）に対して諸条件を変化させてレーザを照射したときのアブレーション状態を評価した（図１８、図１９）。ここで、「良好状態」○、「不良状態」▲、「損傷状態」■とは以下の状態のことを指す。
「良好状態」○
レジスト膜を完全にアブレーションし銅箔への影響が小さい状態。
「不良状態」▲
レジスト膜が完全にアブレーションされていない状態
「損傷状態」■
レーザ照射個所周辺のレジスト膜が炭化したり、銅箔が著しくアブレーションされた状態
図１８の中央に示される良好状態となっている領域で加工することで、銅箔やレジスト膜への影響を少なく抑え、レジスト膜のみを選択的にアブレーションすることが可能となる。すなわち、この領域が形成されるような条件であれば良好なレジストパターンを形成することが可能である。
レーザ直接描画法を用いてレジストディップ基板に対して半田レジストパターンの形成を行った。図２０に加工例を示す。レジスト膜のみが選択的にアブレーションされており、電気的にも良好なパターンを形成することができた。
(B) Creating a database of solder resist pattern formation conditions and marking printing conditions, and evaluating copper foil alteration and solder wetting characteristics Various conditions changed for resist coated copper foil-clad glass epoxy board (resist dip board) Then, the ablation state when the laser was irradiated was evaluated (FIGS. 18 and 19). Here, “good state” ○, “bad state” ▲, and “damaged state” ■ indicate the following states.
“Good” ○
The resist film is completely ablated and has little effect on the copper foil.
"Bad state" ▲
The state where the resist film is not completely ablated "Damaged" ■
The resist film around the laser irradiation area is carbonized or the copper foil is significantly ablated. By processing in the good state shown in the center of FIG. 18, the influence on the copper foil and the resist film is reduced. Therefore, only the resist film can be selectively ablated. That is, it is possible to form a good resist pattern as long as this region is formed.
A solder resist pattern was formed on the resist dip substrate using a laser direct drawing method. FIG. 20 shows a processing example. Only the resist film was selectively ablated, and an electrically good pattern could be formed.
最後に、レーザ直接描画法を用いてマーキング印字を行った。図２１(a)に示すCAD出力データを基に、文字パターンの形成を試みた。図２１(b)にレーザ直接描画方式により文字パターンを形成した例を示す。このパターンでは、ベクトルスキャンによる輪郭加工を行い、レジストディップ基板に文字を形成した。このパターンではレジスト膜を完全にアブレーションせずに溝を形成している。今回は、1.6mm、1.2mm、0.8mmのアルファベット文字パターンを形成した。印字速度は0.8mmのアルファベット文字パターンで30秒/10文字であった。 Finally, marking printing was performed using a laser direct drawing method. An attempt was made to form a character pattern based on the CAD output data shown in FIG. FIG. 21B shows an example in which a character pattern is formed by a laser direct drawing method. In this pattern, contour processing by vector scanning was performed, and characters were formed on the resist dip substrate. In this pattern, grooves are formed without completely ablating the resist film. This time, 1.6mm, 1.2mm and 0.8mm alphabet letter patterns were formed. The printing speed was 30 seconds / 10 characters with a 0.8mm alphabet character pattern.
Claims (19)
b)素材板とレーザ光とを相対的に移動させるビーム移動機構と、
c)レーザ光を素材板上の被処理層に集光させる集光光学系と、
d)被処理層のみを除去するように、レーザ出力と上記移動の速度を制御する制御装置と、
を備えることを特徴とする配線基板製造装置。 a) with laser light source
b) a beam moving mechanism for relatively moving the material plate and the laser beam;
c) a condensing optical system for condensing the laser beam on the processing layer on the material plate;
d) a controller for controlling the laser power and the speed of the movement so as to remove only the layer to be treated;
A wiring board manufacturing apparatus comprising:
The wiring board manufacturing apparatus according to claim 11, wherein the control device includes a graphical user interface for displaying CAD data, CAM data, and a laser control condition input screen.
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