JP3259156B2

JP3259156B2 - 回路基板の表面処理方法

Info

Publication number: JP3259156B2
Application number: JP01530595A
Authority: JP
Inventors: 信行朝日; 策雄鎌田; 淳立田; 良光中村
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 1995-02-01
Filing date: 1995-02-01
Publication date: 2002-02-25
Anticipated expiration: 2017-02-25
Also published as: JPH08213740A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、回路基板の表面処理方
法、特に、有機材料製の基板と基板上に金属材料を積層
して形成された導体部とを有する回路基板にレーザ光を
照射して導体部を処理する回路基板の表面処理方法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ＰＧＡ（Pin Grid Array）、ＱＦ
Ｐ（Quard Flat Pakage ）、ＣＯＢ（Chip On Board ）
等と呼ばれる各種の半導体パッケージ製品においては、
合成樹脂などからなる回路基板に、銅や金などの金属材
料層からなる導体部を形成しておき、この導体部に半導
体チップなどの各種電子部品を電気的に接合して、電子
部品同士あるいは電子部品と外部回路との接続を果して
いる。このような半導体パッケージ用の回路基板に形成
される導体部は、半導体チップなどに合わせて極めて微
細な加工が必要であるとともに、微弱な電流や高い周波
数の電流が流されるため、その電気的特性には極めて高
い性能が要求される。

【０００３】ところが、回路基板を製造する雰囲気の影
響や、その他の製造工程上の種々の影響のために、回路
基板上の導体部表面が汚染されたり、導体部表面が金属
的に不活性になってしまったりして、導体部表面の絶縁
抵抗値が増大したり、電気的接合の信頼性が低下したり
する。このような導体部表面の性能信頼性低下は、回路
基板全体の特性に致命的なダメージを与えることにな
る。

【０００４】そこで、回路基板を洗浄したり、導体部の
表面改質等を行ったりして、導体部表面の性能信頼性を
向上させる方法が種々提案されている。従来における導
体部の洗浄方法としては、一般的には、フロン等の化学
薬品を用いた湿式化学的方法が多く採用されている。し
かし、近年、地球環境問題等により、フロンを使用する
洗浄方法が問題とされ、フロンを使用しない方法が求め
られている。そこで、フロンによる洗浄の代わりに、純
水を用いて洗浄する方法や、表面活性剤を用いる洗浄方
法が提案されている。

【０００５】しかし、これらの洗浄方法では、導体表面
に存在する汚染物質を完全に除去することができない。
また、洗浄剤が導体部表面に残留して、却って導体部の
特性を損なったりする問題がある。さらに、これらの方
法は、導体部表面に汚染物質が付着した程度であれば対
応できるが、導体部表面が金属的に不活性になってしま
ったものに対しては、前記のような洗浄方法では、電気
的接合の信頼性を回復させることができない。

【０００６】そこで、上記のような湿式洗浄方法に代わ
る乾式表面処理方法として、近年、レーザ光を導体部表
面に照射して、有機汚染物質を除去して性能信頼性を向
上させ、かつ導体部表面の金属的活性を回復させて電気
的接合信頼性を向上させる方法が提案されている。その
一例として、複数の金属材料層からなる導体部に、パル
ス幅１μｓｅｃのレーザ光を照射して、ハンダ濡れ性な
どが良い合金層を表面に形成させる方法が、特開平２−
２５６２４９号公報に開示されている。この従来の回路
基板の表面処理方法では、高密度なレーザ光により導体
部の表面を瞬間的に溶解し、凝固することにより均質な
濡れ性の良い合金層を形成するとともに、有機物等の異
物を蒸発させ、清浄な金属層が得られる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記のよう
な従来におけるレーザ光を用いた乾式表面処理方法で
は、導体部表面の電気的接合信頼性が十分に向上しない
という問題がある。具体的には、パルス幅が長いレーザ
光を使用しているので、複数の金属材料層の間で金属間
化合物が形成されて、導体部全体の抵抗値が増大すると
いう問題が生じる。また、合金層を形成するには十分な
エネルギーのレーザ入熱量が必要になり、その影響で回
路基板の導体部以外の領域、たとえば樹脂部分等に熱影
響を与えて、樹脂部分等の特性を変化させるという問題
も生じる。

【０００８】また、導体部表面は通常メッキにより形成
されており、その表面形状は凹凸を有し、個々に変化し
ているため、表面の汚れ除去のみでは電気的接合信頼性
が十分でない場合が多い。そこで、極表面層のみを平滑
化すれば電気的接合信頼性を向上させることができるこ
とを知見した。この発明の目的は、回路基板上の導体部
に対して、導体部以外の領域に熱影響を与えることな
く、表面の電気的接合信頼性を向上させることができる
回路基板の表面処理方法を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この発明に係る回路基板
の表面処理方法は、有機材料製の基板と基板上に金属材
料を積層して形成された導体部とを有する回路基板にレ
ーザ光を照射して導体部を処理する方法において、回路
基板に対して光源から短パルスのレーザ光を照射して前
記導体部の表面の凹凸を平滑化するレーザ照射工程(a)
を含んでいる。上記の方法において、導体部の最表面は
厚みが０．２μｍ以上の金からなり、レーザ照射工程
(a) でのレーザ光の照射エネルギー密度は０．６〜３．
０Ｊ／ｃｍ²、レーザ光の照射回数は１〜５０回であ
る。

【００１０】上記方法において、回路基板に対して第１
のレーザ光を照射して導体部に付着した異物を除去する
第１レーザ照射工程(b) と、第１レーザ照射工程後に、
回路基板に対して第１のレーザ光以上の強度の第２のレ
ーザ光を照射して導体部を表面処理する前記の第２レー
ザ照射工程(a) とを含むことができる。上記方法におい
て、第１のレーザ光は照射エネルギー密度が０．２〜
０．６Ｊ／ｃｍ²のエキシマレーザ光であり、第２のレ
ーザ光は照射エネルギー密度が０．６〜３．０Ｊ／ｃｍ
²のエキシマレーザ光であることができる。

【００１１】上記方法において、回路基板を減圧雰囲気
下に配置する工程をさらに含み、各レーザ照射工程で
は、減圧雰囲気下に配置された回路基板に光学窓を介し
てレーザ光を照射することができる。

【００１２】上記方法において、減圧雰囲気下でプラズ
マを発生させるプラズマ発生工程をさらに含んでいるこ
とができる。上記方法において、プラズマ発生工程で発
生させるプラズマのパワーを制御するプラズマ制御工程
をさらに含んでいることができる。

【００１３】上記方法において、減圧雰囲気下で光学窓
の近傍にガス流を形成するガス流形成工程をさらに含ん
でいることができる。上記方法において、レーザ照射前
に、回路基板の導体部が１回のレーザ照射領域より大き
いか否かを判断する工程をさらに含み、レーザ照射工程
では、導体部がレーザ照射領域より大きいと判断したと
き、導体部のうち回路基板上に非導体部と混在する混在
部にレーザ光を照射し、その後、混在部を除く導体部に
レーザ光を照射することができる。

【００１４】上記方法において、レーザ照射工程では、
光源から照射されたレーザ光を２枚のミラーを駆動して
偏向したレーザ光を回路基板上で走査することができ
る。上記方法において、レーザ照射工程では、光源とミ
ラーとの間に配置され、照射位置を限定するマスクと、
マスクの画像を回路基板上で結像するためのレンズとを
ミラーに同期して光軸方向に移動させることができる。

【００１５】上記方法において、レーザ照射工程では、
光源と回路基板との間に、それらの焦点距離の和だけ離
れて配置された２枚のレンズを介してレーザ光を照射す
ることができる。上記方法において、レーザ照射工程で
回路基板に照射されたレーザ光の照射位置を検出する照
射位置検出工程と、検出照射位置に応じて、レーザ光の
照射位置を補正する補正工程とをさらに含んでいること
ができる。

【００１６】上記方法において、照射位置検出工程で
は、検出光源から照射された検出レーザ光を光源から照
射されたレーザ光と同一位置に照射し、照射された検出
レーザ光の照射位置を検出することができる。上記方法
において、回路基板の導体部は複数のメッキ層から構成
され、レーザ照射工程で導体部にレーザ光を照射された
後の導体部の状態により、メッキ密着性を評価する評価
工程をさらに含んでいることができる。

【００１７】

【作用】この発明に係る回路基板の表面処理方法では、
レーザ照射工程において、回路基板に対して光源から短
パルスのレーザ光が照射される。ここでは、短パルスの
レーザ光を回路基板に照射することで、導体部表面にの
みレーザ光のエネルギーを作用させることができるの
で、導体部以外の領域に熱影響を与えることなく、導体
部表面の異物を除去できるとともに、複数の金属材料層
の間に金属間化合物を形成することなく導体部極表面だ
けを溶融してピンホールや凹凸をなくし、表面を平滑に
でき、導体部表面の電気的接合信頼性を向上できる。

【００１８】導体部の最表面は厚みが０．２μｍ以上の
金からなり、レーザ照射工程でのレーザ光の照射エネル
ギー密度は０．６〜３．０Ｊ／ｃｍ²、レーザ光の照射
回数は１〜５０回であれば、複数の金属材料を積層して
も金の下に積層された金属材料に熱影響を与えることな
く、導体部表面の異物を除去できかつ導体部表面を平滑
にできる。

【００１９】回路基板に対して第１のレーザ光を照射し
て導体部に付着した異物を除去し、続いて、回路基板に
対して第２のレーザ光を照射して導体部を表面処理すれ
ば、第１のレーザ光で導体部表面の有機物による汚れ等
の異物を除去した後に、第２のレーザ光で導体部表面を
溶融しているので、電気的接合信頼性をより向上でき
る。

【００２０】第１のレーザ光は照射エネルギー密度が
０．２〜０．６Ｊ／ｃｍ²のエキシマレーザ光であり、
第２のレーザ光は照射エネルギー密度が０．６〜３．０
Ｊ／ｃｍ²のエキシマレーザ光であれば、強度が弱いエ
キシマレーザ光で回路基板に熱影響を与えることなく異
物を除去でき、続いて強度の強いエキシマレーザ光で導
体部表面を溶融でき、電気的接合信頼性をより向上でき
る。

【００２１】減圧雰囲気下に配置された回路基板に光学
窓を介して短パルスのレーザ光が照射されれば、減圧雰
囲気下でレーザ光の照射が行われるので、導体部以外の
領域への照射により飛散した粒子と雰囲気ガスとの衝突
が減少し、導体部への飛散粒子の付着を抑制できる。こ
のため、導体部とそれ以外の領域とにレーザ光を大面積
で照射しても電気的接合信頼性を確保できる。

【００２２】減圧雰囲気下でプラズマを発生させるた状
態で、回路基板に短パルスのレーザ光が照射されれば、
プラズマ雰囲気中でレーザ光が照射されるので、プラズ
マによってイオン化したガスの衝突によって光学窓に付
着した異物が除去されるとともに、飛散した粒子がガス
化して排気されることで光学窓への付着量が減少し、光
学窓のレーザ透過率劣化が抑制される。また、イオン化
したガスの衝突によって導体部表面に僅かに付着した飛
散物を除去でき、より電気的接合信頼性を向上できる。

【００２３】発生されるプラズマ量が制御されれば、光
学窓のレーザ透過率劣化防止と回路基板の表面に付着し
た微量の飛散物の除去とを確実にでき、より電気的接合
信頼性を向上できる。減圧雰囲気下で光学窓の近傍にガ
ス流を形成すれば、飛散物が光学窓に付着しにくくな
り、光学窓のレーザ透過率が劣化しにくい。従って、常
に均一なエネルギー密度のレーザ光が回路基板に照射さ
れて、高品質の表面処理を行える。

【００２４】レーザ照射前に、回路基板の導体部が１回
のレーザ照射領域より大きいか否かを判断し、導体部が
レーザ照射領域より大きいと判断したとき、導体部のう
ち回路基板上に非導体部と混在する混在部にレーザ光を
照射し、その後、混在部を除く導体部にレーザ光を照射
すれば、導体部が照射領域より大きい場合に、混在部か
ら先にレーザ光を照射するので、混在部において導体部
以外の領域から飛散した粒子が混在部を除く導体部に付
着しても付着した飛散粒子を確実に除去でき、電気的接
合信頼性を向上できる。

【００２５】光源から照射されたレーザ光を２枚のミラ
ーを駆動してレーザ光を回路基板上で走査すれば、レー
ザ光を走査しているので、回路基板を移動させることな
く高速で大面積を処理できるとともに、走査領域を限定
することで回路基板の任意の場所のみを表面処理でき
る。

【００２６】マスクとレンズとがミラーの移動に同期し
て光軸方向に移動すれば、マスクを配置しているので、
導体部以外にレーザ光が照射されず、飛散粒子の発生を
抑制できるとともに、マスクとレンズとをミラーに同期
して移動させることで、ミラーの駆動による光路長の変
化に応じて変化する結像位置を常に基板上に設定でき、
高精度な表面処理を行える。

【００２７】２枚のレンズを焦点距離の和だけ離れて配
置していれば、レーザ光を回路基板に対して垂直に入射
でき、マスクを配置してもその結像ボケが小さくなり、
回路基板に段差があっても精度良く表面処理できる。回
路基板に照射されたレーザ光の照射位置が検出され、検
出された照射位置に応じて、レーザ光の照射位置が補正
されれば、照射位置を検出し、それに応じて照射位置を
補正しているので、つねに精度のよい表面処理を行え
る。

【００２８】検出光源から照射された検出レーザ光を光
源から照射されたレーザ光と同一位置に照射し、照射さ
れた検出レーザ光の照射位置を検出すれば、検出レーザ
光としてたとえば可視光を用いれば、ＣＣＤカメラ等の
安価な検出手段で照射位置を検出できるので、照射位置
を安価かつ容易に検出できる。

【００２９】導体部にレーザ光を照射された後の導体部
の状態により、メッキ密着性を評価すれば、表面処理と
同時に品質検査を行えるので生産性を向上できかつ回路
基板の信頼性を向上できる。

【００３０】

【実施例】ついで、この発明の実施例について、図面を
参照しながら以下に説明する。図２及び図３は、回路基
板の具体例として、ＰＧＡ基板を表している。回路基板
１０は、変性ポリイミド樹脂からなる矩形板状の樹脂基
材１１上に導体金属からなる２種の導体部を積層した構
造である。樹脂基材１１の上面には矩形状に凹入された
第１の導体部であるキャビティ１２が、たとえば等間隔
に縦横４か所形成されている。このキャビティ１２に、
集積回路が形成された半導体チップ（図示せず）が収容
される。キャビィティ１２の四方周辺には、小さな短冊
状をなす第２の導体部であるインナーリード１３が多数
並んで形成されている。このインナーリード１３は、図
示しない端子ピンに接続された導体回路につながってい
る。また、キャビィティ１２に収容された半導体チップ
の各端子がインナーリード１３にボンディングワイヤに
よって接続される。なお、このインナーリード１３は、
図２に示すように、たとえば１ｍｍ×１５ｍｍの領域に
樹脂基材１１に混在しており、樹脂基材１１中に導体部
が混在する混在領域となっている。また、キャビティ１
２は、たとえば１５ｍｍ×１５ｍｍの領域となってお
り、導体部のみが存在する領域になっている。

【００３１】導体部であるキャビティ１２やインナーリ
ード１３は、図３に模式的に示すように、樹脂基材１１
の上面に貼られた銅箔層１４に、電解銅メッキ層１５と
ニッケルメッキ層１６と金メッキ層１７とをこの順に積
層した構造である。金メッキ層１７は、たとえば厚みが
０．２μｍ以上の金メッキにより形成されており、好ま
しくは０．５μｍ以上の金メッキにより形成されてい
る。ここで、金メッキ層１７の厚みを０．２μｍ以上に
したのは、０．２μｍ以下では、後述するエネルギー密
度でレーザ光を照射すると下地のニッケルメッキ層１６
に熱的影響が及ぶおそれがあるからである。

【００３２】図１は、本発明の一実施例の実施に用いる
表面処理装置の全体構造を表している。表面処理装置
は、エキシマレーザ照射装置３０とＸＹテーブル６０と
を備えている。ＸＹテーブル６０の上には、多数の回路
基板１０が装着されている。この回路基板１０に、エキ
シマレーザ照射装置３０から、短パルスのエキシマレー
ザ光Ｒを照射する。レーザ光Ｒは、ミラー３２、結像用
のレンズ３４を経て、回路基板１０に照射される。レー
ザ光Ｒは、波長２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザ光で
あり、図４に示すように、パルス幅は３０ｎｓｅｃ程度
であり、複数のパルス数で回路基板１０を処理する場合
の繰り返し周波数は１〜２００Ｈｚ（周期は、１ｓｅｃ
〜５ｍｓｅｃ）である。また、照射エネルギー密度は、
０．６〜３．０Ｊ／ｃｍ²程度に設定されており、その
照射面積は、たとえば３ｍｍ□である。

【００３３】このように、短パルスのレーザ光を導体部
に照射すると、短時間照射で熱容量が小さいため、導体
部極表面にのみレーザ光のエネルギーが作用する。この
結果、導体部の奥深くまで熱が伝達されず、導体部が複
数の金属層により構成されている場合であっても、層間
に金属間化合物が形成されにくくなり、導体部全体の抵
抗値が増大することが少なくなり、導体部の電気的接合
信頼性が向上する。また、図３（ｂ）に示すように、導
体部表面に付着した有機物が蒸発して除去されるととも
に、導体部表面の金属付着物が導体部内部に拡散され
て、表面の不純物量を低減できる。さらに、導体部の極
表面だけを溶融させることができるので、表面を平滑に
できるとともに表面のピンホールの数を低減しかつ表面
を軟化できる。さらにまた、導体部のみが加熱されるの
で、樹脂基材１１に熱影響が及びにくくなり、樹脂基材
１１の特性変化しにくい。

【００３４】このように、短パルスレーザ光によって、
導体部表面の汚染物除去及び導体部極表面の溶融させ
て、極表面を平滑化させたり、金属の活性化を果たした
りする、表面の改質作用が行われる。レーザービームＲ
の照射方法として、つぎの方法が採用される。レーザ照
射装置３０で短パルスレーザの発振を一定間隔（たとえ
ば１〜２００Ｈｚ）で連続的に繰り返す（たとえば１〜
５０回）とともに回路基板１０を移動させる。このよう
な発振を行いつつ回路基板１０も連続的に移動させて、
回路基板１０の照射パターン全域にレーザ光Ｒを照射す
る。このような方法を採用すれば、レーザ光Ｒの照射を
中断することなく、能率的に作業が行える。

【００３５】図５は、レーザ光を２回に分けて照射する
実施例を示す模式図である。回路基板では、工程上どう
しても導体部１２（１３）表面に有機物の汚れ２０が付
着する。このため、まず第１のレーザ光を照射して有機
物の汚れ２０を除去する。これにより、ワイヤーボンデ
ィングの接続信頼性が向上する。この第１のレーザ光は
エネルギー密度が小さいので導体部に対する影響が小さ
い。このため、有機物を完全に除去するまでレーザ光を
照射する。ここで、第１のレーザ光の照射エネルギー密
度は，０．２〜０．６Ｊ／ｃｍ²であり、照射回数は１
〜５００回である。また、照射間隔は前述と同じであり
１〜２００Ｈｚである。

【００３６】導体部の表面には、通常、図３に示すよう
に、メッキ層が形成されており、その表面状態（メッキ
の結晶粒径、表面凹凸、メッキ中の不純物量）がロット
によりバラツキが大きいので、第２のレーザ光を照射し
て導体部極表面を溶融させて、表面状態のバラツキを小
さくし、ワイヤーボンディング特性（電気的接合信頼
性）を向上させる。即ち、汚れを除去した後、高密度の
第２のレーザ光で極短時間で導体部の極表面を溶融さ
せ、有機物等の不純物が内部に拡散することなく、表面
を平滑にし、軟化してピンホールが少ない表面を形成す
る。ここで、第２のレーザ光の照射エネルギー密度は，
０．６〜３．０Ｊ／ｃｍ²であり、照射回数は１〜５０
回である。

【００３７】なお、第２のレーザ光で有機物の汚れを除
去することも可能であるが、汚れ２０の厚みが厚い場合
には、レーザ照射回数が少ないと汚れを完全に除去でき
ない。また、レーザ照射回数を多くすると回路基板に熱
的影響が生じ、回路の電気特性が劣化する。したがっ
て、有機物の汚れ２０は、弱いエネルギー密度のレーザ
光でレーザ照射回数を多くして除去し、表面状態の改善
は強いエネルギー密度のレーザでレーザ照射回数を少な
くして行えば、回路基板電気特性を劣化させることな
く、電気的接合信頼性を向上できる。また、上記２つの
実施例において、ミラー３２とレーザ照射装置３０との
間に照射パターンを導体部に限定するマスクを配置し、
マスクをＸＹテーブル６０と同期して移動させてもよ
い。

【００３８】図６は、真空チャンバー内に配置された回
路基板に短パルスレーザ光を照射する実施例を示してい
る。通常、回路基板１０には樹脂基材１１の上の必要な
部分にだけ導体部が形成されているため、導体部と樹脂
基材１１とが混在している。このため、レーザ光を導体
部のみに照射しようとすると、レーザ光の照射系の制御
が複雑になる。また、導体部のみを照射すると、一度に
照射できる面積が小さくなり、生産性の観点からも問題
がある。そこで、この実施例では、一度に照射できる範
囲を３ｍｍ□とし、導体部と樹脂基材１１とをまとめて
照射し、大面積を一度に処理できるようにする。

【００３９】この実施例の実施に用いる表面処理装置
は、上部外壁に光学窓４が配置された箱状の真空チャン
バー１を備えている。真空チャンバー１には、真空ポン
プ２が接続されており、その内部は真空ポンプ２により
０．１〜０．０１Ｔｏｒｒ程度の真空度に保持されてい
る。光学窓の上方にはレーザ照射装置３０が配置されて
いる。なお、ここではミラー３２や結像用のレンズ３４
は図示を省略している。真空チャンバー１の内部には、
回路基板１０を保持するための基板保持部５が光学窓４
に対向して配置されている。

【００４０】レーザ光Ｒを導体部と樹脂基材１１とにま
とめて照射すると、樹脂基材１１から発生する飛散物が
雰囲気ガスと衝突して導体部表面に付着する。これを防
止するために、回路基板１０を真空チャンバー１内で減
圧雰囲気下に配置した状態で、照射範囲が広い短パルス
のレーザ光をまとめて回路基板１０に照射する。なお、
雰囲気ガスとしては空気でよいが、Ｈｅ，Ａｒ，Ｎガス
でもよい。このように減圧雰囲気に回路基板１０を配置
すると、樹脂基材１１からの飛散物が高速で基板１０か
ら飛び出しても雰囲気ガスと衝突しにくくなり、導体部
への付着量が減少する。

【００４１】図７は、減圧雰囲気下でプラズマを発生さ
せつつ回路基板に短パルスレーザ光を照射する実施例を
示している。減圧雰囲気中でレーザ光を照射すると、光
学窓４に樹脂基材１１からの飛散物が付着して、光学窓
４のレーザ透過率が低下するという問題が生じる。そこ
で、この実施例では、減圧雰囲気下でプラズマを発生さ
せ、化学的作用及び物理的作用によって光学窓４への飛
散物の付着を低減する。

【００４２】表面処理装置は、図６に示す装置に加え
て、光学窓４と基板保持部５との間に配置されたプラズ
マ電極７を備えている。プラズマ電極７は、真空チャン
バー１外に配置された高周波プラズマ電源９に接続され
ている。プラズマ電極７は、ステンレス製であり、１０
０〜２５０ｍｍの巻き径で長さが５０ｍｍのコイル状の
電極である。高周波プラズマ電源９はプラズマ電極に高
周波電圧を印加してプラズマ電極７から２０〜５００Ｗ
のプラズマを発生させる。

【００４３】この実施例では、レーザ光Ｒを回路基板１
０に照射すると樹脂基材１１から飛散物が発生し、光学
窓や導体部に付着する。この飛散物が光学窓４に付着し
てもイオン化された雰囲気ガスとの衝突によってエッチ
ングにより物理的に除去される。また、プラズマ中に飛
散した飛散物はガス化して排気されることで光学窓４へ
の付着量も減少する。この結果、光学窓４のレーザ透過
率が低下しにくくなり、均一なエネルギーのレーザ光Ｒ
が長期に渡り安定して回路基板１０に到達し、安定した
表面処理が可能になる。

【００４４】また、導体部に僅かに付着した飛散物もエ
ッチング作用により除去できる。この導体部への飛散物
の僅かな付着は、ワイヤーボンディングにはあまり影響
を及ぼさない。しかし、図８に示すように、キャビティ
１２に半導体チップ２２をダイボンドするとき、ダイボ
ンドの溶剤２１に付着物が溶けて、溶剤２１の粘度を下
げて流れやすくすることがある。溶剤２１がインナーリ
ード１３まで流れると、短絡等の問題が生じるので、こ
のような僅かな付着物も除去することで、電気的接合信
頼性をより向上できる。

【００４５】図９は、プラズマを制御しつつ短パルスレ
ーザ光を照射する実施例を示している。この実施例によ
る表面処理装置には、図７に示す実施例の装置に加え
て、プラズマ電極７を上下に移動させる移動機構７ａが
設けられている。移動機構７ａは、たとえばモータ等の
駆動機構を用いればよい。このようにプラズマ電極７を
上下させることで、光学窓４と回路基板１０との双方に
適切なプラズマパワーを到達させることができる。な
お、プラズマ電極位置を変更することによりプラズマを
制御するほかに、回路基板にバイアス電圧を印加した
り、プラズマに磁場をかけることによりプラズマを制御
してもよい。

【００４６】この実施例では、図７に示す実施例より適
切にプラズマを制御できるので、より光学窓４及び導体
部に付着した飛散物を除去でき、電気的接合信頼性をよ
り向上できる。図１０は、光学窓の近傍にガス流を形成
しながらレーザ光を照射する実施例を示している。

【００４７】この実施例による表面処理装置には、図７
に示す実施例の装置に加えて、光学窓４の周辺にノズル
１８が配置されている。ノズル１８には、雰囲気ガス
（例えば清浄な空気）を充填したガスボンベ１９が接続
されている。この実施例では、光学窓４の近傍にガスを
流し、光学窓４への飛散物の付着を抑制している。この
とき、常時真空ポンプ２で真空チャバー１内を排気し、
ガスの流入により雰囲気圧力が増加しないようにしてお
く。また、このときのガス流量は、真空チャンバー１内
の真空度（雰囲気圧力）に影響がない程度でよい。具体
的には、排気容量との関連があるが１リットル／分程度
が望ましい。また、真空チャンバー１内の真空度は０．
０５Ｔｏｒｒでよい。なお、ガスの種類はどのようなも
のでも、飛散物の付着防止に関しての効果がある。しか
し、反応性ガスであると、回路基板１０と反応して回路
基板１０を腐食するおそれがあるので、雰囲気ガス（空
気）や不活性ガスが望ましい。

【００４８】この実施例では、ガス流によって飛散物の
光学窓４への付着を抑制しているので、レーザ透過率が
低下しにくくなり、回路基板１０に常に均一なエネルギ
ー密度のレーザ光が照射されて高品質の表面処理を行え
る。図１１は、図１に示した表面処理装置でインナーリ
ード１３とキャビティ１２とで別に照射を行う実施例を
示している。インナーリード１３が形成された領域は、
図２に示すように、導体部と樹脂基材１１とが混在した
領域である。このインナーリード１３を照射する際には
レーザ光により両者を同時に照射することになる。しか
し、キャビティ１２は導体部のみが存在するので、キャ
ビティ１２の照射の際には樹脂基材１１を照射すること
はない。

【００４９】したがって、図１１に示すように、まず、
ステップＳ１で導体部がレーザ光の照射領域（１回の照
射面積）がより大きいか否かを判断する。導体部が大き
いと判断した場合には、ステップＳ２に移行し、まず、
インナーリード１３が形成された混在領域だけを照射す
るようにＸＹテーブル６０を制御する。これにより、混
在領域の樹脂基材１１から樹脂分が飛散する。飛散した
樹脂分は、キャビティ１２に付着する。ステップＳ３で
は、キャビティ１２にレーザ光を照射するようにＸＹテ
ーブル６０を制御する。これにより、キャビティ１２に
付着した樹脂飛散物が除去されるとともに、金属表面層
が溶融されて改質される。また、導体部が照射領域より
小さいと判断したときはステップＳ１からステップＳ４
１移行し、全体を照射する。なお、ガルバノ走査機構に
よりレーザ光を走査する場合には、ステップＳ２及びス
テップＳ３にてガルバノ走査機構を制御すればよい。

【００５０】このような手順でレーザ光を照射すること
により、図８で説明したような、ダイボンドの溶剤に樹
脂分が溶けることがなくなり、溶剤による短絡を防止で
きる。図１２は、レーザ光を走査する実施例を示してい
る。この実施例の表面処理装置は、上部外壁に光学窓４
を有する真空チャンバー１と、真空チャンバー１の上方
に配置されたレーザ照射装置３０とを有している。真空
チャンバー１とレーザ照射装置３０との間には、レーザ
走査機構３１が配置されている。レーザ走査機構３１
は、レーザ照射装置３０の下方に配置された集光レンズ
３４と、集光されたレーザ光を走査する回転可能な２枚
のガルバノミラー３６，３７とを有している。ガルバノ
ミラー３６，３７は、サーボ機構（図示せず）により回
転角度を制御されて、各ミラー３６，３７に対するレー
ザ光の出射角度から回路基板１０の照射角度を任意に設
定できる。ここでは、回路基板１０を移動させることな
く、高速で大面積を処理することができるとともに、ミ
ラー３６，３７を制御することで任意の場所のみを表面
処理することができる。

【００５１】図１３は、レーザ照射装置と回路基板との
間にマスクを配置し、導体部を精度良く表面処理する実
施例を示している。この表面処理装置のレーザ走査機構
３１は、レーザ照射装置３０に対向して配置されたマス
ク３８と、マスク３８に面して配置されたレンズ３４
と、回転する２枚のガルバノミラー３６，３７とを有し
ている。マスク３８とレンズ３４とは、ガルバノミラー
３６，３７と同期して光軸方向に移動する移動機構３８
ａ，３４ａをそれぞれ有している。

【００５２】通常、マスク３８のイメージを結像して表
面処理を行う場合、マスク３８からレンズ３４までの距
離ａと、レンズ３４から加工点（回路基板１０の表面）
までの距離ｂと、レンズ３４の焦点ｆとの間には、１／ａ＋１／ｂ＝１／ｆの関係式が成立する。

【００５３】ガルバノミラーを用いてレーザ走査を行う
場合、光路長ｂが回路基板１０上の中心部Ａと周辺部Ｂ
とで異なるため、マスク３８のパターン像がボケて、精
度のよい加工が行えないことがある。そこで、この実施
例では、マスク３８とレンズ３４とを光路長ｂの変化に
応じて移動させることで、マスク３８のパターン像の常
にボケないようにする。たとえば、中心部Ａと周辺部Ｂ
とで光路長が１０ｍｍ異なる場合には、マスク３８とレ
ンズ３４とをともに１０ｍｍだけミラー３６に対して移
動させればよい。

【００５４】図１４は、導体部に段差がある場合でも、
導体部を精度良く表面処理する実施例を示している。こ
の表面処理装置は、レーザ照射装置３０とミラー３６と
照射されたレーザ光を平行光にする２枚のレンズ３４，
３９とを有している。２枚のレンズ３４，３９は、ミラ
ー３６と回路基板１０との間に配置されている。この回
路基板１０には、キャビティ１２が凹入しており、イン
ナーリード１３とキャビティ１２との間に段差がある。

【００５５】一般に、回路基板１０の多層化に伴い、回
路基板１０の光路長に対する照射位置が変化するものが
あるため、レーザ光の１パルス内で段差が生じ、高精度
の表面処理が困難になる。そこで、この実施例では、レ
ーザ光が回路基板１０に対して垂直に入射するように２
枚のレンズを組み合わせ、回路基板１０の段差に対して
もエネルギー密度が一定になるように光学系を配置し
た。この２枚のレンズ３４，３９のそれぞれの焦点距離
をｆ１，ｆ２とし、距離をＬとすると、下記の関係にな
るように、２枚のレンズ３４，３９を配置する。

【００５６】ｆ１＋ｆ２＝Ｌここでは、レーザ光が回路基板１０に対して垂直に入射
するため、回路基板１０に段差があっても精度が良い表
面処理を行える。実際に、段差１ｍｍに対して焦点距離
ｆ１＝４００、ｆ２＝１００のレンズを使用したところ
段差２ｍｍまで精度がよい表面処理を行えた。

【００５７】図１５乃至図１７は、レーザ照射位置を検
出してその位置を補正する実施例を示している。レーザ
光学系は一般に、周辺温度の変化や経時変化によって光
路長が変化してレーザ照射位置が変化することがある。
また、レーザ発振器の放電状態や共振器の変化により、
レーザ出射位置が変化して加工位置が異なることがあ
る。そこで、これらの実施例では、レーザ照射位置を回
路基板１０上で直接観察して照射位置が変化すると照射
位置を変化させるよう補正する。

【００５８】図１５に示す実施例は、回路基板１０を移
動してレーザ光の照射位置を固定している場合を示して
いる。この表面処理装置は、マスク３８と、ＸＹテーブ
ル６０上に配置された、エキシマレーザ光の波長に対し
て感度特性を有する検出器５０とを備えている。なお、
レンズ３４は図１のレンズ３４（図１）と位置は異なる
が同一機能を有している。検出器５０は、照射位置を臨
み得るように配置されている。他の構成は、図１に示す
実施例と同様である。なお、この検出及び補正タイミン
グはたとえば１時間に１回の割合で行えばよい。

【００５９】検出器５０及びその光学系は、ＫｒＦエキ
シマレーザが照射される場合には、紫外線対応のものを
用いるとよい。ここでは、検出器５０の視野内で照射位
置がずれたときに、ずれ量に応じてＸＹテーブル６０の
位置を補正すればよい。図１６に示す実施例は、レーザ
光を走査して、回路基板１０を固定している場合を示し
ている。この表面処理装置は、図１３に示す実施例の装
置に検出器５０を加えたものである。検出器５０は、ガ
ルバノミラー３６，３７を制御するスキャナー制御系５
１により同期して回転制御される。そして、照射位置が
変化するとそのずれ量を検出し、検出ずれ量に応じてス
キャナー制御系５１により照射位置を補正する。

【００６０】図１７は、紫外線対応のような特別な検出
器ではなく、通常の可視光カメラを検出器として用いた
実施例を示している。この表面処理装置は、照射位置検
出用の可視光であるＨｅ−Ｎｅレーザ光（波長６３３ｎ
ｍ）を照射する検出レーザ照射装置５２とミラー５４と
ミラー５３と検出器５０とをさらに備えている。ミラー
５４は、検出レーザ照射装置５２に面して配置され、Ｈ
ｅ−Ｎｅレーザ光を透過し、ＫｒＦエキシマレーザ光を
反射する。ミラー５３は、レーザ照射装置３０に面して
配置され、エキシマレーザ光をミラー５４に向けて反射
する。検出器５０は、たはえばＣＣＤカメラからなり、
レーザ照射位置が視野内の中心となるように配置されて
いる。なお、レーザ照射装置３０の光軸と検出レーザ照
射装置５２の光軸とが一致するように２つの照射装置３
０，５２は配置されている。

【００６１】ここでは、可視光がレーザ照射位置に照射
されるので、検出器のコストが安価になるとともに、照
射位置の検出が容易になる。また、処理用のレーザ光の
波長が変化しても照射位置を確実に検出できる。図１８
は、レーザ光により表面処理することでメッキ密着性の
評価も行える実施例を示している。

【００６２】複数のメッキ層によって導体部を形成した
回路基板１０では、メッキ層間に不純物２６が介在して
メッキ密着力が弱くなると、レーザ照射によってメッキ
が剥離する（図１８（ｂ））。また、剥離しなくてもメ
ッキ層間に不純物が介在していると、長期的にはメッキ
表面に拡散し、回路基板之電気的接合信頼性が低下す
る。そこで、照射エネルギー密度とレーザ照射回数とを
設定することで、レーザ光照射による回路基板のメッキ
密着性を評価することが可能になる。

【００６３】この実施例では、図１に示した装置で回路
基板１０の表面処理とメッキ密着性とを同時に評価する
ために、ＫｒＦエキシマレーザを用いて、照射エネルギ
ー密度１．０〜１．４Ｊ／ｃｍ²，レーザ照射回数１〜
５ショットの照射条件でメッキの密着性の評価を行っ
た。回路基板１０の構成は、図１８に示すように、ガラ
ス布基材変性ポリイミド樹脂製の樹脂基材１１上に銅箔
１４を貼り、その上に電解銅メッキ層１５，ニッケルメ
ッキ層１６，金メッキ層１７をそれぞれ積層した。各メ
ッキ層の厚みは銅メッキ層１５が１０μｍ，ニッケルメ
ッキ層１６が５μｍ，金メッキ層１７が１μｍである。
不純物２６が付着してメッキの剥離が生じた場所は、主
に金メッキ層１７とニッケルメッキ層１６との間であ
る。

【００６４】このような条件でレーザ照射を行うと、表
面の改質を行い、電気的接合信頼性を向上させることが
できるとともに、メッキ密着性を評価でき、メッキ剥離
が生じたものを直ちに不良品として選別できる。ここで
は、レーザ照射によって、従来検出が困難であったメッ
キ層間の不純物や欠陥が検出可能になり、長期的な品質
維持が困難な信頼性が低い回路基板を事前に検出可能に
なり、最終製品の信頼性を向上できる。また、表面改質
と同時に品質検査が行えるので、生産性も向上する。

【００６５】

【発明の効果】この発明に係る回路基板の表面処理方法
では、短パルスのレーザ光を回路基板に照射すること
で、導体部表面にのみレーザ光のエネルギーを作用させ
ることができるので、導体部以外の領域に熱影響を与え
ることなく、導体部表面の異物を除去できるとともに、
複数の金属材料層の間に金属間化合物を形成することな
く、導体部極表面だけを溶融してピンホールや凹凸をな
くして表面を平滑にでき、導体部表面の電気的接合信頼
性を向上できる。

【００６６】導体部の最表面は厚みが０．２μｍ以上の
金からなり、レーザ照射工程でのレーザ光の照射エネル
ギー密度は０．６〜３．０Ｊ／ｃｍ²、レーザ光の照射
回数は１〜５０回であれば、複数の金属材料を積層して
も金の下に積層された金属材料に熱影響を与えることな
く、導体部表面の異物を除去できかつ導体部表面を平滑
にできる。

【００６７】第１のレーザ光で導体部表面の有機物によ
る汚れ等の異物を除去した後に、第２のレーザ光で導体
部表面を溶融すれば、電気的接合信頼性をより向上でき
る。第１のレーザ光は照射エネルギー密度が０．２〜
０．６Ｊ／ｃｍ²のエキシマレーザ光であり、第２のレ
ーザ光は照射エネルギー密度が０．６〜３．０Ｊ／ｃｍ
²のエキシマレーザ光であれば、強度が弱いエキシマレ
ーザ光で回路基板に熱影響を与えることなく異物を除去
でき、続いて強度の強いエキシマレーザ光で導体部表面
を溶融でき、電気的接合信頼性をより向上できる。

【００６８】減圧雰囲気下でレーザ光の照射が行われれ
ば、導体部以外の領域への照射により飛散した粒子と雰
囲気ガスとの衝突が減少し、導体部への飛散粒子の付着
を抑制できる。このため、導体部とそれ以外の領域とに
レーザ光を大面積で照射しても電気的接合信頼性を確保
できる。

【００６９】プラズマ雰囲気中でレーザ光が照射されれ
ば、プラズマによってイオン化したガスの衝突によって
光学窓に付着した異物が除去されるとともに、飛散した
粒子がガス化して排気されることで光学窓への付着量が
減少し、光学窓のレーザ透過率劣化が抑制される。ま
た、イオン化したガスの衝突によって導体部表面に僅か
に付着した飛散物を除去でき、より電気的接合信頼性を
向上できる。

【００７０】発生されるプラズマ量が制御されれば、回
路基板の表面に付着した微量の飛散物を確実に除去で
き、より電気的接合信頼性を向上できる。減圧雰囲気下
で光学窓の近傍にガス流を形成すれば、飛散物が光学窓
に付着しにくくなり、光学窓のレーザ透過率が劣化しに
くい。従って、常に均一なエネルギー密度のレーザ光が
回路基板に照射されて、高品質の表面処理を行える。

【００７１】導体部が照射領域より大きい場合に、混在
部から先にレーザ光を照射すれば、混在部において導体
部以外の領域から飛散した粒子が混在部を除く導体部に
付着しても付着した飛散粒子を確実に除去でき、電気的
接合信頼性を向上できる。レーザ光を走査すれば、回路
基板を移動させることなく高速で大面積を処理できると
ともに、走査領域を限定することで回路基板の任意の場
所のみを表面処理できる。

【００７２】マスクを配置していれば、導体部以外にレ
ーザ光が照射されず、飛散粒子の発生を抑制できるとと
もに、マスクとレンズとをミラーに同期して移動させる
ことで、ミラーの駆動による光路長の変化に応じて変化
する結像位置を常に基板上に設定でき、高精度な表面処
理を行える。

【００７３】２枚のレンズを焦点距離の和だけ離れて配
置しておけば、レーザ光を回路基板に対して垂直に入射
でき、マスクを配置してもその結像ボケが小さくなり、
回路基板に段差があっても精度良く表面処理できる。照
射位置を検出し、それに応じて照射位置を補正していれ
ば、つねに精度のよい表面処理を行える。

【００７４】検出レーザ光としてたとえば可視光を用い
れば、ＣＣＤカメラ等の安価な検出手段で照射位置を検
出できるので、照射位置を安価かつ容易に検出できる。
表面処理と同時に品質検査を行えば、で生産性を向上で
きかつ回路基板の信頼性を向上できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明方法の実施に用いる表面処理装置を示す
斜視図。

【図２】回路基板の一例を示す平面図。

【図３】回路基板の断面拡大図。

【図４】レーザ照射を短パルスで繰り返して行う実施例
の繰り返し周期及びパルス幅を示すグラフ。

【図５】レーザ照射を２回に分けて行う実施例の照射手
順を示す模式図。

【図６】減圧雰囲気内でレーザ照射を行う実施例を示す
断面模式図。

【図７】減圧雰囲気内でプラズマを発生しつつレーザ照
射を行う実施例を示す断面模式図。

【図８】キャビティに飛散物が付着した場合の影響を示
す図。

【図９】減圧雰囲気内で制御されたプラズマを発生しつ
つレーザ照射を行う実施例を示す断面模式図。

【図１０】減圧雰囲気内で光学窓の周辺にガス噴出しつ
つレーザ照射を行う実施例を示す断面模式図。

【図１１】導体部において、インナーリードから先にレ
ーザ照射を行う実施例を説明するフローチャート。

【図１２】ガルバノスキャン光学系によりレーザ光を走
査する実施例を示す断面模式図。

【図１３】マスク及びレンズを含む光学系を移動させて
レーザ光を走査する実施例を示す断面模式図。

【図１４】導体部に段差がある場合でも精度良く表面処
理を行える実施例を示す断面模式図。

【図１５】照射位置を検出して照射位置を補正する実施
例を示す模式図。

【図１６】照射位置を検出して照射位置を補正する他の
実施例を示す模式図。

【図１７】可視光により照射位置を検出して照射位置を
補正する実施例を示す模式図。

【図１８】メッキ密着力を評価しつつ表面処理をおこな
う実施例を説明する断面図。

【符号の説明】

１真空チャンバー２真空ポンプ４光学窓７プラズマ電極１０回路基板１１樹脂基材１２キャビティ１３インナーリード１７金メッキ層１８ノズル１９ガスボンベ２０汚れ３０レーザ照射装置３１レーザ走査機構３４，３９レンズ３６，３７ガルバノミラー３８マスク５０検出器５２検出レーザ照射装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者中村良光大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株式会社内 (56)参考文献特開平５−136569（ＪＰ，Ａ) 特開平４−99292（ＪＰ，Ａ) 特開平１−266983（ＪＰ，Ａ) 特開平５−235520（ＪＰ，Ａ) 特開平６−170570（ＪＰ，Ａ) 特開平５−198950（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H05K 3/00 - 3/26 B23K 26/00

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】有機材料製の基板と前記基板上に金属材料
を積層して形成された導体部とを有する回路基板にレー
ザ光を照射して前記導体部を処理する回路基板の表面処
理方法において、前記導体部の最表面は厚みが０．２μｍ以上の金からな
り、前記回路基板に対して光源から短パルスのレーザ光を照
射エネルギー密度０．６〜３．０Ｊ／ｃｍ ² 、レーザ光
の照射回数１〜５０回で照射して前記導体部の表面の凹
凸を平滑化するレーザ照射工程(a)を含む回路基板の表
面処理方法。
【請求項２】前記レーザ照射工程(a) の前に、前記回路基板に対して光源から短パルスのレーザ光を照
射エネルギー密度０．２〜０．６Ｊ／ｃｍ ² で照射して
前記導体部の表面に付着した異物を除去するレーザ照射
工程(b) をさらに含む請求項１に記載の回路基板の表面
処理方法。
【請求項３】前記回路基板を減圧雰囲気下に配置する工
程をさらに含み、前記各レーザ照射工程では、減圧雰囲
気下に配置された回路基板に光学窓を介して前記レーザ
光を照射する、請求項１または２に記載の回路基板の表面処理方法。
【請求項４】前記減圧雰囲気下でプラズマを発生させる
プラズマ発生工程をさらに含む、請求項３記載の回路基
板の表面処理方法。
【請求項５】前記プラズマ発生工程で発生させるプラズ
マのパワーを制御するプラズマ制御工程をさらに含む、請求項４記載の回路基板の表面処理方法。
【請求項６】前記減圧雰囲気下で光学窓の近傍にガス流
を形成するガス流形成工程をさらに含む、請求項３から５のいずれかに記載の回路基板の表面処理
方法。
【請求項７】レーザ照射前に、前記回路基板の導体部が
１回のレーザ照射領域より大きいか否かを判断する工程
をさらに含み、前記レーザ照射工程では、前記導体部が
前記レーザ照射領域より大きいと判断したとき、前記導
体部のうち前記回路基板上に非導体部と混在する混在部
にレーザ光を照射し、その後、前記混在部を除く導体部
にレーザ光を照射する、請求項１記載の回路基板の表面処理方法。
【請求項８】前記レーザ照射工程では、前記光源から照
射されたレーザ光を２枚のミラーを駆動しレーザ光を前
記回路基板上で走査する、請求項１に記載の回路基板の表面処理方法。
【請求項９】前記レーザ照射工程では、前記光源とミラ
ーとの間に配置され、照射位置を限定するマスクと、前
記マスクの画像を前記回路基板上で結像するためのレン
ズとを前記ミラーに同期して光軸方向に移動させる、請求項８記載の回路基板の表面処理方法。
【請求項１０】前記レーザ照射工程では、前記光源と前
記回路基板との間に、それらの焦点距離の和だけ離れて
配置された２枚のレンズを介してレーザ光を照射する、請求項１記載の回路基板の表面処理方法。
【請求項１１】前記レーザ照射工程で回路基板に照射さ
れたレーザ光の照射位置を検出する照射位置検出工程
と、検出照射位置に応じて、レーザ光の照射位置を補正
する補正工程とをさらに含む、請求項１記載の回路基板の表面処理方法。
【請求項１２】前記照射位置検出工程では、前記回路基
板に向けて検出レーザ光を照射する検出光源から照射さ
れた検出レーザ光を前記光源から照射されたレーザ光と
同一位置に照射し、照射された検出レーザ光の照射位置
を検出する、請求項１１記載の回路基板の表面処理方法。
【請求項１３】前記回路基板の導体部は複数のメッキ層
から構成され、前記レーザ照射工程で導体部にレーザ光
を照射された後の導体部の状態により、メッキ密着性を
評価する評価工程をさらに含む、請求項１記載の回路基板の表面処理方法。