JP3245820B2 - Laser drilling method - Google Patents
Laser drilling methodInfo
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Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、レーザ光を用いて
プリント回路基板のような樹脂層に穴あけ加工を行うた
めのレーザ穴あけ加工方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a laser drilling method for drilling a resin layer such as a printed circuit board using a laser beam.
【０００２】[0002]
【従来の技術】電子機器の小型化、高密度実装化に伴
う、プリント回路基板の高密度化の要求に応えて、近
年、複数のプリント回路基板を積層した多層プリント回
路基板が登場してきた。このような多層プリント回路基
板では、上下に積層されたプリント回路基板間で導電層
（通常、銅パターン）同士を電気的に接続する必要があ
る。このような接続は、プリント回路基板の絶縁樹脂層
（ポリイミド、エポキシ系樹脂等のポリマー）に、下層
の導電層に達するバイアホールと呼ばれる穴を形成し、
その穴の内部にメッキを施すことによって実現される。2. Description of the Related Art In response to the demand for higher density of printed circuit boards in accordance with the miniaturization and high-density mounting of electronic devices, recently, multilayer printed circuit boards in which a plurality of printed circuit boards are stacked have appeared. In such a multilayer printed circuit board, it is necessary to electrically connect conductive layers (typically, copper patterns) between printed circuit boards stacked one above another. Such a connection forms a hole called a via hole that reaches the underlying conductive layer in the insulating resin layer (polymer such as polyimide or epoxy resin) of the printed circuit board,
This is realized by plating the inside of the hole.
【０００３】このような穴あけ加工に、最近ではレーザ
光が利用されはじめている。レーザ光を利用したレーザ
穴あけ加工装置は、機械的な微細ドリルを用いる機械加
工に比べて加工速度や、穴の径の微細化に対応できる点
で優れている。レーザ光としては、エキシマレーザや、
ＣＯ2 レーザ、ＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・
ガーネット）レーザ等が一般に利用されている。Recently, laser light has begun to be used for such drilling. A laser drilling apparatus using a laser beam is superior to a mechanical processing using a mechanical fine drill in that the processing speed and the diameter of a hole can be reduced. As the laser light, excimer laser,
CO 2 laser, YAG (yttrium aluminum
Garnet) lasers and the like are generally used.
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】ここで、エキシマレー
ザについて言えば、紫外光の光源として使用されるのが
主流であり、ガス種をＫｒＦ、ＡｒＦ、ＸｅＦ、ＸｅＣ
ｌと変更することで発振波長を変更することができる。
しかし、これらのレーザはガスレーザであり、その発振
時間、すなわちパルス幅は一般的には１０〜２０（ｎｓ
ｅｃ）程度で、極めて短かい。従って、レーザビームを
加工対象物に照射するとレーザビームは加工対象物の表
面近傍で吸収され、深さを有する材料に対しては、穿孔
能力は、熱加工であるＣＯ2 レーザあるいはＹＡＧレー
ザに比べ低下する。基本的に波長の長短によって材料に
対する吸収係数が異なるために、１パルス当りの加工深
さは制限される。言い換えれば、波長が短かくなるに従
い、加工深さは低下する。Here, as for the excimer laser, it is mainly used as a light source of ultraviolet light, and the gas species is KrF, ArF, XeF, XeC.
By changing to l, the oscillation wavelength can be changed.
However, these lasers are gas lasers, and their oscillation time, that is, the pulse width is generally 10 to 20 (ns).
ec), which is extremely short. Therefore, when a laser beam is applied to a workpiece, the laser beam is absorbed in the vicinity of the surface of the workpiece, and for a material having a depth, the drilling ability is smaller than that of a CO 2 laser or a YAG laser which is thermal processing. descend. Since the absorption coefficient for a material is basically different depending on the wavelength, the processing depth per pulse is limited. In other words, the processing depth decreases as the wavelength becomes shorter.
【０００５】従って、ＣＯ2 レーザ、Ｎｄ；ＹＡＧレー
ザに比べて、エキシマレーザやＮｄ；ＹＬＦレーザ、Ｎ
ｄ；ＹＡＧレーザ、Ｎｄ；ＹＶＯ4 レーザの３倍波、４
倍波、５倍波（第３高調波、第４高調波、第５高調波）
の１パルス当りの加工速度（穿孔速度）は低くなる。こ
のため、これらの紫外光レーザを光源とするプリント回
路基板等の穴あけ加工装置を構成すると、その波長に依
存した形で処理能力、特に加工速度が低下するという欠
点を有していた。Accordingly, as compared with the CO 2 laser and the Nd; YAG laser, the excimer laser and the Nd;
d: YAG laser, Nd: 3rd harmonic of YVO 4 laser, 4
5th harmonic (3rd harmonic, 4th harmonic, 5th harmonic)
, The machining speed (perforation speed) per pulse becomes lower. For this reason, when a drilling apparatus for a printed circuit board or the like using these ultraviolet lasers as a light source is configured, there is a disadvantage that the processing ability, particularly the processing speed, is reduced in a form depending on the wavelength.
【０００６】そこで、本発明の課題は、紫外光パルスレ
ーザを用いてプリント回路基板等に対して穴あけ加工す
る際、パルスレーザのパルス幅を適宜設定することで加
工速度の向上を図ることにある。Accordingly, an object of the present invention is to improve the processing speed by appropriately setting the pulse width of a pulse laser when boring a printed circuit board or the like using an ultraviolet pulse laser. .
【０００７】[0007]
【課題を解決するための手段】本発明は、プリント回路
基板に紫外レーザビームを照射して穴あけを行う穴あけ
加工方法において、パルス幅が１００〜３００（ｎｓｅ
ｃ）である紫外レーザビームをプリント回路基板の樹脂
層に照射することを特徴とする。本発明はまた、プリン
ト回路基板にレーザビームを照射して穴あけを行う穴あ
け加工方法において、Ｎｄ；ＹＬＦパルスレーザあるい
はＮｄ；ＹＡＧパルスレーザを用い、パルス幅が１００
〜３００（ｎｓｅｃ）であるレーザビームをプリント回
路基板の樹脂層に照射することを特徴とする。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention relates to a printed circuit.
Drilling by irradiating the substrate with an ultraviolet laser beam
In the processing method, the pulse width is 100 to 300 (nse).
c) UV laser beam is applied to the resin of the printed circuit board.
Irradiating the layer. The present invention also provides a drilling method for piercing a printed circuit board by irradiating a laser beam with a laser beam , using a Nd; YLF pulse laser or an Nd;
It is characterized by irradiating the resin layer of the printed circuit board with a laser beam of up to 300 (nsec).
【０００８】更に、前記プリント回路基板は樹脂層の下
層に導電層を有し、前記穴あけ加工は前記導電層に達す
る穴を形成するものである。 Further, the printed circuit board is located below the resin layer.
Having a conductive layer in the layer, wherein the drilling reaches the conductive layer
Holes .
【０００９】また、前記パルスレーザは、前記Ｎｄ；Ｙ
ＬＦパルスレーザあるいは前記Ｎｄ；ＹＡＧパルスレー
ザの基本波、第２〜第５高調波のいずれかであることが
好ましい。[0009] The pulse laser may include the Nd; Y
It is preferably any one of the fundamental wave and the second to fifth harmonics of the LF pulse laser or the Nd; YAG pulse laser.
【００１０】[0010]
【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態につ
いて説明する。本発明では、紫外光レーザの加工速度を
向上させることを目的として、レーザ発振器の構成に起
因するパルス幅に着目した。すなわち、レーザ発振器に
おいては、共振器を構成する一対のミラーの間隔を調整
することでパルス幅を調整することができる。Embodiments of the present invention will be described below. The present invention focuses on the pulse width due to the configuration of the laser oscillator for the purpose of improving the processing speed of the ultraviolet laser. That is, in the laser oscillator, the pulse width can be adjusted by adjusting the interval between the pair of mirrors forming the resonator.
【００１１】ここでは、パルス幅の異なるレーザ、即
ち、エキシマレーザであるＸｅＦレーザ（波長３５１ｎ
ｍ）及びＮｄ；ＹＬＦパルスレーザの第３高調波（波長
３５１ｎｍ）を用いて両者の穴あけ加工性能を比較し
た。Here, lasers having different pulse widths, that is, an XeF laser (wavelength 351n) which is an excimer laser are used.
m) and Nd; The third harmonic (wavelength 351 nm) of the YLF pulse laser was used to compare the drilling performance of both.
【００１２】両者のパルス幅はＸｅＦレーザが約２０
（ｎｓｅｃ）であり、Ｎｄ；ＹＬＦパルスレーザの第３
高調波を約１７０（ｎｓｅｃ）とした。The pulse width of both is about 20 for the XeF laser.
(Nsec) and the third of the Nd; YLF pulse laser.
The harmonic was set to about 170 (nsec).
【００１３】図１は、穴あけ加工を行うためのシステム
構成を示す。レーザ発振器１１としては、ＸｅＦレーザ
あるいはＮｄ；ＹＬＦパルスレーザが使用され、Ｎｄ；
ＹＬＦパルスレーザの場合にはその第３高調波が使用さ
れる。これらのレーザ光はミラー１２、アッテネータ１
３、ミラー１４を介してマスク１５に照射される。この
マスクの像をミラー１６を経由し、ｆθレンズと呼ばれ
る加工レンズ１７で加工対象物１８上に縮小投影させ
る。この加工対象物１８はＸＹステージ１９上に配さ
れ、加工対象物１８の任意の位置に穿孔を行うことがで
きる。FIG. 1 shows a system configuration for performing drilling. As the laser oscillator 11, a XeF laser or a Nd; YLF pulse laser is used.
In the case of a YLF pulse laser, its third harmonic is used. These laser beams are supplied to the mirror 12, the attenuator 1
3. The mask 15 is irradiated via the mirror 14. The image of the mask is reduced and projected on a processing object 18 via a mirror 16 by a processing lens 17 called an fθ lens. The processing object 18 is arranged on an XY stage 19, and can pierce an arbitrary position of the processing object 18.
【００１４】なお、アッテネータ１３は、出力の大きな
ＸｅＦレーザのエネルギーを調整するために配されるも
のであり、Ｎｄ；ＹＬＦパルスレーザの場合には除去さ
れても良い。このようにして、加工対象物１８上のレー
ザビームのフルエンス（エネルギー密度）をほぼ同一に
なるように調整した。The attenuator 13 is provided for adjusting the energy of a high-output XeF laser, and may be removed in the case of a Nd; YLF pulse laser. In this way, the fluence (energy density) of the laser beam on the workpiece 18 was adjusted to be substantially the same.
【００１５】加工対象物１８としてはポリイミドフィル
ム（カプトンフィルム厚さ１００μｍ+ ）を用いた。両
者のレーザに波長の違いはなく、両者の差異はパルス幅
のみである。ＸｅＦレーザ及びＮｄ；ＹＬＦパルスレー
ザの第３高調波を用いて双方とも材料面にて１０（Ｊ／
ｃｍ2 ）の照射エネルギーで加工を試みた。その結果、
１パルス当りの加工深さは前者が約２（μｍ）、後者の
場合は約７（μｍ）であった。As the processing object 18, a polyimide film (Kapton film thickness 100 μm + ) was used. There is no difference in wavelength between the two lasers, and the only difference between them is the pulse width. Using the third harmonic of the XeF laser and the Nd; YLF pulse laser, both were 10 (J /
Processing was attempted with irradiation energy of 2 cm 2 ). as a result,
The processing depth per pulse was about 2 (μm) for the former and about 7 (μm) for the latter.
【００１６】上記の結果から、Ｎｄ；ＹＬＦパルスレー
ザの第３高調波の方が穿孔能力が高いことが判る。この
理由はパルス幅を短かくするとレーザ照射が短時間に終
了し、光エネルギーが加工対象物の表面近傍に蓄積さ
れ、材料への熱量の浸透が低い。これに対し、パルス幅
が長い場合は、材料への熱拡散が大きいため、熱による
アブレーション反応あるいは照射部分の熱変質が加速
し、その結果、穿孔速度が向上するものと推察される。
これらは、Ｎｄ；ＹＬＦパルスレーザあるいはＮｄ；Ｙ
ＡＧパルスレーザの基本波、第２〜第５高調波にも言え
ることである。例えば、Ｎｄ；ＹＡＧパルスレーザの第
３高調波でパルス幅１５０（ｎｓｅｃ）としても穿孔速
度が上昇した。そして、好ましいパルス幅の範囲は、１
００〜３００（ｎｓｅｃ）であることが確認されてい
る。From the above results, it can be seen that the third harmonic of the Nd; YLF pulse laser has a higher perforation ability. The reason is that when the pulse width is shortened, laser irradiation is completed in a short time, light energy is accumulated near the surface of the object to be processed, and the amount of heat absorbed into the material is low. On the other hand, when the pulse width is long, thermal diffusion into the material is large, so that the ablation reaction due to heat or thermal deterioration of the irradiated portion is accelerated, and as a result, it is presumed that the drilling speed is improved.
These are Nd; YLF pulse laser or Nd; Y
The same applies to the fundamental wave and the second to fifth harmonics of the AG pulse laser. For example, the drilling speed increased even when the pulse width was 150 (nsec) at the third harmonic of the Nd; YAG pulse laser. The preferable range of the pulse width is 1
It has been confirmed that it is 00 to 300 (nsec).
【００１７】なお、本発明は、穴あけ加工のみならず、
ポリマー等の有機材料の穿孔、表面ハク離処理、表面改
質処理などへの応用が考えられる。The present invention is not limited to drilling,
Applications to perforation of organic materials such as polymers, surface debonding treatment, surface modification treatment, and the like can be considered.
【００１８】[0018]
【発明の効果】以上説明してきたように、本発明によれ
ば、紫外光パルスレーザ、特にＮｄ；ＹＬＦパルスレー
ザやＮｄ；ＹＡＧパルスレーザを用いてプリント回路基
板等に対して穴あけ加工する際、パルスレーザのパルス
幅を適宜設定することで加工速度（穿孔速度）の向上を
図ることができる。As described above, according to the present invention, when drilling a printed circuit board or the like using an ultraviolet pulse laser, particularly a Nd; YLF pulse laser or an Nd; YAG pulse laser, By appropriately setting the pulse width of the pulse laser, the processing speed (perforation speed) can be improved.
【図１】本発明が適用される穴あけ加工装置のシステム
構成を示した図である。FIG. 1 is a diagram showing a system configuration of a drilling apparatus to which the present invention is applied.
１１ レーザ発振器 １２、１４、１６ ミラー １３ アッテネータ １５ マスク １７ 加工レンズ １８ 加工対象物 １９ ＸＹステージ Reference Signs List 11 laser oscillator 12, 14, 16 mirror 13 attenuator 15 mask 17 processing lens 18 processing object 19 XY stage
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B23K 26/00 - 26/38 H05K 3/00 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Field surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) B23K 26/00-26/38 H05K 3/00
Claims (4)
照射して穴あけを行う穴あけ加工方法において、パルス
幅が１００〜３００（ｎｓｅｃ）である紫外レーザビー
ムをプリント回路基板の樹脂層に照射することを特徴と
するレーザ穴あけ加工方法。 Te 1. A drilling method smell of irradiating an ultraviolet laser beam to the printed circuit board performs drilling, ultraviolet laser Bee pulse width of 100 to 300 (nsec)
Laser drilling method and irradiating the beam to the resin layer of the printed circuit board.
して穴あけを行う穴あけ加工方法において、Ｎｄ；ＹＬ
ＦパルスレーザあるいはＮｄ；ＹＡＧパルスレーザを用
い、パルス幅が１００〜３００（ｎｓｅｃ）であるレー
ザビームをプリント回路基板の樹脂層に照射することを
特徴とするレーザ穴あけ加工方法。 2. A laser beam is irradiated on a printed circuit board.
In the drilling method for drilling a hole, Nd; YL
Use F pulse laser or Nd; YAG pulse laser
Lasers with a pulse width of 100 to 300 (nsec)
Irradiating the beam to the resin layer of the printed circuit board
Characteristic laser drilling method.
おいて、前記プリント回路基板は樹脂層の下層に導電層
を有し、前記穴あけ加工は前記導電層に達する穴を形成
するものであることを特徴とするレーザ穴あけ加工方
法。 3. The laser drilling method according to claim 2, wherein
The printed circuit board has a conductive layer below the resin layer.
Wherein the drilling process forms a hole reaching the conductive layer
Laser drilling method characterized by the fact that
Law.
加工方法において、前記パルスレーザは、前記Ｎｄ；Ｙ
ＬＦパルスレーザあるいは前記Ｎｄ；ＹＡＧパルスレー
ザの基本波、第２〜第５高調波のいずれかであることを
特徴とするレーザ穴あけ加工方法。 4. Laser drilling according to claim 2 or 3.
In the processing method, the pulsed laser may include the Nd; Y
LF pulse laser or Nd; YAG pulse laser
The fundamental wave or any of the second to fifth harmonics
Characteristic laser drilling method.
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