JP2005349446A

JP2005349446A - Laser beam boring method

Info

Publication number: JP2005349446A
Application number: JP2004174199A
Authority: JP
Inventors: Hiromi Nishiyama; 宏美西山; Norio Michigami; 典男道上; Hiroshige Sotozono; 広重外園
Original assignee: Hitachi Via Mechanics Ltd
Current assignee: Via Mechanics Ltd
Priority date: 2004-06-11
Filing date: 2004-06-11
Publication date: 2005-12-22

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a laser beam boring method, in particular, a laser beam boring method suitable for boring a tapered hole in which the outlet diameter is ≤ 1/2 of the inlet diameter (hereinafter, referred to as R). <P>SOLUTION: Ultraviolet laser is used, in which the beam diameter (hereinafter, referred to as r) of gaussian distribution is 3/8 of R. The beam center is shifted from the position of a predetermined hole by the radius of about 1/6 of R, circling is performed with the hole position as a center, the beam center is shifted by the radius of (R-r)/2 from the position of the predetermined hole, circling is performed with the hole position as a center, the beam center is shifted from the predetermined hole position by the radius of about 1/20 of R, circling is performed with the hole position as a center, the beam center is shifted from the predetermined hole position by the radius of about 1/10 of R, circling is performed with the hole position as the center, and the hole is pierced by bursting at the predetermined hole position. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

この発明はレーザ穴あけ加工方法に関し、特にテーパ状の穴をあけるのに好適なレーザ穴あけ加工方法に関するものである。 The present invention relates to a laser drilling method, and more particularly to a laser drilling method suitable for drilling a tapered hole.

携帯電話などにおける実装基板として広く用いられるプリント基板は、近年高密度化が急激に進み、基板の各配線層を結ぶための穴は直径１００μｍ以下が要求されてきている。しかしながら、穴がこのように小径化されると、穴あけ後のメッキ工程において、メッキ液が入りにくいためにメッキ不良となる場合が顕在化してきている。このため、メッキ液が穴の中に入り易いように、穴を少しテーパ状にすることで対処している（例えば、特許文献２参照。）。 In recent years, the density of printed boards widely used as mounting boards in cellular phones and the like has rapidly increased, and holes for connecting wiring layers of the boards are required to have a diameter of 100 μm or less. However, when the diameter of the hole is reduced in this way, in the plating process after drilling, the plating solution is difficult to enter, so that the case where the plating is defective has become apparent. For this reason, the hole is slightly tapered so that the plating solution can easily enter the hole (see, for example, Patent Document 2).

従来のテーパ状の穴加工は、ガウス分布のレーザビームがビーム中心より周辺部のエネルギー密度が低いこと（例えば、特許文献１、２参照。）や焦点位置を上下させてエネルギーの分布を変えることによって加工している（例えば、特許文献３参照。）。
特開２００３−５３５６０号公報（第３０段落、第２図）特開２００３−３４７７４７号公報（第２７段落、第１図）特開２００４−５８１１８号公報（第２８段落、第４図） In conventional tapered hole processing, the energy density of a laser beam having a Gaussian distribution is lower than the center of the beam (see, for example, Patent Documents 1 and 2), and the energy distribution is changed by moving the focal position up and down. (For example, refer to Patent Document 3).
Japanese Patent Laying-Open No. 2003-53560 (30th paragraph, FIG. 2) JP 2003-347747 A (27th paragraph, FIG. 1) JP 2004-58118 A (28th paragraph, FIG. 4)

最近、出口直径が入口直径（以下、Ｒという。）の２分の１以下というかなり極端なテーパ状の穴まで要求されるようになってきている。しかしながら、上記従来技術は、基本的にビーム自体のエネルギー分布を用いるために、このような極端なテーパ状の穴を形成することはできない。
この発明は、上記従来技術の問題点を解決することを課題とする。 Recently, an extremely tapered hole having an outlet diameter of less than half of the inlet diameter (hereinafter referred to as R) has been required. However, since the above prior art basically uses the energy distribution of the beam itself, such an extremely tapered hole cannot be formed.
This invention makes it a subject to solve the problem of the said prior art.

上記課題を解決するためには、ガウス分布のビーム径（以下、ｒという。）をＲの８分の３とした紫外線レーザを用い、
第１ステップ：ビーム中心を、所定の穴位置からＲの約６分の１の半径だけシフトし、穴位置を中心として、ビーム外周包絡線が円に近くなるようなピッチで連続パルス照射しながら一周する（以下、サークル加工という。）、
第２ステップ：ビーム中心を、所定の穴位置から（Ｒ−ｒ）／２の半径だけシフトし、穴位置を中心としてサークル加工を行う、
第３ステップ：ビーム中心を、所定の穴位置からＲの約２０分の１の半径だけシフトし、穴位置を中心としてサークル加工を行う、
第４ステップ：ビーム中心を、所定の穴位置からＲの約１０分の１の半径だけシフトし、穴位置を中心としてサークル加工を行う、
第５ステップ：所定の穴位置に連続パルス照射して（以下、バースト加工という。）、穴を貫通させる、
という各ステップの順に加工することによりテーパ状の貫通穴の加工を解決することができる。
また、上記第５ステップを、
第５ステップ：デスミア処理により金属層を露出させる、
というステップに変更することにより、テーパ状の底付き穴の加工を解決することができる。 In order to solve the above problem, an ultraviolet laser having a Gaussian beam diameter (hereinafter referred to as r) of 3/8 of R is used.
First step: The beam center is shifted from a predetermined hole position by a radius of about one-sixth of R, and continuous pulse irradiation is performed around the hole position at such a pitch that the beam outer envelope is close to a circle. Go around (hereinafter referred to as circle processing),
Second step: The beam center is shifted from a predetermined hole position by a radius of (R−r) / 2, and circle processing is performed with the hole position as the center.
Third step: The beam center is shifted from a predetermined hole position by a radius of about 1/20 of R, and circle processing is performed with the hole position as the center.
Fourth step: The beam center is shifted from the predetermined hole position by a radius of about one tenth of R, and circle processing is performed with the hole position as the center.
Fifth step: irradiating a predetermined hole position with a continuous pulse (hereinafter referred to as burst processing) to penetrate the hole,
By processing in the order of these steps, the processing of the tapered through hole can be solved.
Also, the fifth step is
Fifth step: exposing the metal layer by desmear treatment,
By changing to this step, processing of the tapered bottomed hole can be solved.

この発明により、従来不可能であった、出口直径が入口直径（Ｒ）の２分の１以下という極端なテーパ状の穴を加工することができる。 According to the present invention, it is possible to machine an extremely tapered hole having an outlet diameter that is half or less than the inlet diameter (R), which has been impossible in the past.

この発明のレーザ穴あけ加工方法を、以下図面を用いて説明する。
ガウス分布のビーム径ｒを所定入口直径Ｒの８分の３とした紫外線レーザを用いる。ここで、ガウス分布のレーザビーム径は、エネルギーが１／ｅ^２になるところで定義される。 The laser drilling method of the present invention will be described below with reference to the drawings.
An ultraviolet laser having a Gaussian beam diameter r of 3/8 of a predetermined entrance diameter R is used. Here, the laser beam diameter of the Gaussian distribution is defined where the energy becomes 1 / e ² .

図１はこの発明の第１ステップを示す。１は金属層（銅など）、２は絶縁樹脂層（ビスマレイド−トリアジンなど）、３は金属層（銅など）、ｒ１はこのステップでレーザビームを回転させる半径である。ビーム中心を、所定の穴位置からＲの約６分の１の半径だけシフト（＝ｒ１）し、穴位置を中心としてサークル加工を行う。 FIG. 1 shows the first step of the present invention. 1 is a metal layer (such as copper), 2 is an insulating resin layer (such as bismaleide-triazine), 3 is a metal layer (such as copper), and r1 is a radius for rotating the laser beam in this step. The beam center is shifted from a predetermined hole position by a radius of about 1/6 of R (= r1), and circle processing is performed around the hole position.

図２はこの発明の第２ステップを示す。ｒ２はこのステップでレーザビームを回転させる半径である。ビーム中心を、所定の穴位置から（Ｒ−ｒ）／２の半径だけシフト（＝ｒ２）し、穴位置を中心としてサークル加工を行う。 FIG. 2 shows the second step of the present invention. r2 is a radius for rotating the laser beam in this step. The beam center is shifted by a radius of (R−r) / 2 from a predetermined hole position (= r2), and circle processing is performed with the hole position as the center.

図３はこの発明の第３ステップを示す。ｒ３はこのステップでレーザビームを回転させる半径である。ビーム中心を、所定の穴位置からＲの約２０分の１の半径だけシフト（＝ｒ３）し、穴位置を中心としてサークル加工を行う。 FIG. 3 shows the third step of the present invention. r3 is a radius for rotating the laser beam in this step. The beam center is shifted from the predetermined hole position by a radius of about 1/20 of R (= r3), and circle processing is performed with the hole position as the center.

図４はこの発明の第４ステップを示す。ｒ４はこのステップでレーザビームを回転させる半径である。ビーム中心を、所定の穴位置からＲの約１０分の１の半径だけシフト（＝ｒ４）し、穴位置を中心としてサークル加工を行う。 FIG. 4 shows the fourth step of the present invention. r4 is a radius for rotating the laser beam in this step. The beam center is shifted from a predetermined hole position by a radius of about 1/10 of R (= r4), and circle processing is performed with the hole position as the center.

図５はこの発明の第５ステップを示す。所定の穴位置にバースト加工して穴を貫通させる。この図では貫通穴の場合を示したが、このステップを、エッチング液や金属層の加工閾値より低いエネルギーの紫外線光を照射するなどの通常のデスミア処理を施せば、底付き穴の加工ができる。 FIG. 5 shows the fifth step of the present invention. Burst processing is performed at a predetermined hole position to penetrate the hole. In this figure, the case of a through hole is shown, but if this step is subjected to normal desmear treatment such as irradiating UV light with energy lower than the processing threshold of the etching solution or metal layer, the bottomed hole can be processed. .

目標穴形状：貫通穴、入口直径Ｒ：１００μｍ、出口直径：２５μｍ、
金属層１：銅５μｍ厚、
絶縁樹脂層２：ビスマレイド−トリアジン１００μｍ、
金属層３：銅５μｍ、
紫外線レーザ：波長３５５ｎｍ、ビーム直径３７．５μｍ、ビームエネルギー１００μＪ／パルス、パルス幅２５ｎｓ、繰り返し周波数２５ｋＨｚ、
ステップ１：ｒ１＝１６．５μｍ、照射ピッチ４μｍ、２６ショット（１周）、
ステップ２：ｒ２＝３１．２５μｍ、照射ピッチ４μｍ、４９ショット（１周）、
ステップ３：ｒ３＝５μｍ、照射ピッチ１．３μｍ、２５ショット（１周）、
ステップ４：ｒ４＝９．５μｍ、照射ピッチ２．４μｍ、２５ショット（１周）、
ステップ５：バースト加工１０ショット。
これにより、入口直径１００μｍ±１０μｍ、出口直径２５μｍ±５μｍの加工精度であけることができた。 Target hole shape: through hole, inlet diameter R: 100 μm, outlet diameter: 25 μm,
Metal layer 1: copper 5 μm thick,
Insulating resin layer 2: bismaleide-triazine 100 μm,
Metal layer 3: copper 5 μm,
Ultraviolet laser: wavelength 355 nm, beam diameter 37.5 μm, beam energy 100 μJ / pulse, pulse width 25 ns, repetition frequency 25 kHz,
Step 1: r1 = 16.5 μm, irradiation pitch 4 μm, 26 shots (1 round),
Step 2: r2 = 31.25 μm, irradiation pitch 4 μm, 49 shots (1 round),
Step 3: r3 = 5 μm, irradiation pitch 1.3 μm, 25 shots (1 round),
Step 4: r4 = 9.5 μm, irradiation pitch 2.4 μm, 25 shots (1 round),
Step 5: Burst processing 10 shots.
As a result, it was possible to achieve processing accuracy with an inlet diameter of 100 μm ± 10 μm and an outlet diameter of 25 μm ± 5 μm.

本発明の第１ステップを示す図である。It is a figure which shows the 1st step of this invention. 本発明の第２ステップを示すブロック図である。It is a block diagram which shows the 2nd step of this invention. 本発明の第３ステップを示すブロック図である。It is a block diagram which shows the 3rd step of this invention. 本発明の第４ステップを示すブロック図である。It is a block diagram which shows the 4th step of this invention. 本発明の第５ステップを示すブロック図である。It is a block diagram which shows the 5th step of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

１・・・金属層
２・・・絶縁樹脂層
３・・・金属層 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Metal layer 2 ... Insulating resin layer 3 ... Metal layer

Claims

絶縁樹脂層の両側に金属層を有する基板に、出口直径が入口直径（Ｒ）の２分の１以下のテーパ状の貫通穴をレーザを用いてあけるレーザ穴あけ加工方法において、ガウス分布のビーム径（ｒ）をＲの８分の３とした紫外線レーザを用い、
第１ステップ：ビーム中心を、所定の穴位置からＲの約６分の１の半径だけシフトし、穴位置を中心として、ビーム外周包絡線が円に近くなるようなピッチで連続パルス照射しながら一周する、
第２ステップ：ビーム中心を、所定の穴位置から（Ｒ−ｒ）／２の半径だけシフトし、穴位置を中心として、ビーム外周包絡線が円に近くなるようなピッチで連続パルス照射しながら一周する、
第３ステップ：ビーム中心を、所定の穴位置からＲの約２０分の１の半径だけシフトし、穴位置を中心として、ビーム外周包絡線が円に近くなるようなピッチで連続パルス照射しながら一周する、
第４ステップ：ビーム中心を、所定の穴位置からＲの約１０分の１の半径だけシフトし、穴位置を中心として、ビーム外周包絡線が円に近くなるようなピッチで連続パルス照射しながら一周する、
第５ステップ：所定の穴位置に、連続パルス照射して穴を貫通させる、
という各ステップの順に加工することを特徴とするレーザ穴あけ加工方法。 In a laser drilling method in which a taper-shaped through hole having an exit diameter of half or less of an entrance diameter (R) is formed on a substrate having a metal layer on both sides of an insulating resin layer using a laser, a beam diameter having a Gaussian distribution Using an ultraviolet laser in which (r) is 3/8 of R,
First step: The beam center is shifted from a predetermined hole position by a radius of about one-sixth of R, and continuous pulse irradiation is performed around the hole position at such a pitch that the beam outer envelope is close to a circle. Go around,
Second step: The beam center is shifted by a radius of (R−r) / 2 from a predetermined hole position, and continuous pulse irradiation is performed with a pitch such that the beam outer envelope is close to a circle around the hole position. Go around,
Third step: The beam center is shifted from the predetermined hole position by a radius of about one-twentieth of R, and continuous pulse irradiation is performed at a pitch that makes the beam outer envelope close to a circle around the hole position. Go around,
Fourth step: The beam center is shifted from the predetermined hole position by a radius of about 1/10 of R, and continuous pulse irradiation is performed at a pitch that makes the beam outer envelope close to a circle around the hole position. Go around,
Fifth step: The predetermined hole position is irradiated with continuous pulses to penetrate the hole.
A laser drilling method characterized by processing in the order of each step.

絶縁樹脂層の両側に金属層を有する基板に、出口直径が入口直径（Ｒ）の２分の１以下のテーパ状の底付き穴をレーザを用いてあけるレーザ穴あけ加工方法において、ガウス分布のビーム径（ｒ）をＲの８分の３とした紫外線レーザを用い、
第１ステップ：ビーム中心を、所定の穴位置からＲの約６分の１の半径だけシフトし、穴位置を中心として、ビーム外周包絡線が円に近くなるようなピッチで連続パルス照射しながら一周する、
第２ステップ：ビーム中心を、所定の穴位置から（Ｒ−ｒ）／２の半径だけシフトし、穴位置を中心として、ビーム外周包絡線が円に近くなるようなピッチで連続パルス照射しながら一周する、
第３ステップ：ビーム中心を、所定の穴位置からＲの約２０分の１の半径だけシフトし、穴位置を中心として、ビーム外周包絡線が円に近くなるようなピッチで連続パルス照射しながら一周する、
第４ステップ：ビーム中心を、所定の穴位置からＲの約１０分の１の半径だけシフトし、穴位置を中心として、ビーム外周包絡線が円に近くなるようなピッチで連続パルス照射しながら一周する、
第５ステップ：デスミア処理により金属層を露出させる、
という各ステップの順に加工することを特徴とするレーザ穴あけ加工方法。
In a laser drilling method in which a tapered bottomed hole having an exit diameter of half or less of an entrance diameter (R) is formed on a substrate having a metal layer on both sides of an insulating resin layer using a laser, a Gaussian distribution beam Using an ultraviolet laser whose diameter (r) is 3/8 of R,
First step: The beam center is shifted from a predetermined hole position by a radius of about one-sixth of R, and continuous pulse irradiation is performed around the hole position at such a pitch that the beam outer envelope is close to a circle. Go around,
Second step: The beam center is shifted by a radius of (R−r) / 2 from a predetermined hole position, and continuous pulse irradiation is performed with a pitch such that the beam outer envelope is close to a circle around the hole position. Go around,
Third step: The beam center is shifted from the predetermined hole position by a radius of about one-twentieth of R, and continuous pulse irradiation is performed at a pitch that makes the beam outer envelope close to a circle around the hole position. Go around,
Fourth step: The beam center is shifted from the predetermined hole position by a radius of about 1/10 of R, and continuous pulse irradiation is performed at a pitch that makes the beam outer envelope close to a circle around the hole position. Go around,
Fifth step: exposing the metal layer by desmear treatment,
A laser drilling method characterized by processing in the order of each step.