JP3738539B2

JP3738539B2 - 積層部材のレーザ加工方法

Info

Publication number: JP3738539B2
Application number: JP24406197A
Authority: JP
Inventors: 祥瑞竹野; 雅治森安; 雅之金子; 聡西田; 崇之湯山
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1997-09-09
Filing date: 1997-09-09
Publication date: 2006-01-25
Anticipated expiration: 2017-09-09
Also published as: JPH1177343A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、いわゆるプリント基板と呼称される積層配線基板へのブラインドバイアホール加工、溝加工等のレーザを用いた加工方法、特に微細な導通穴を迅速かつ高品質に形成できる加工方法並びにこの加工に最適なパルス状のレーザビームを発生するレーザ加工装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
最近の電子機器の高性能化に伴い、配線の高密度化が要求されており、この要求を満たすためにプリント基板の多層化、小形化が要求されている。このような多層化、小形化を実現するために、ブラインドバイアホール（ＢＶＨ）と呼称される穴径１５０μｍ程度の層間導通接続用の微細とまり穴の形成が必須となる。しかし、現状のドリル加工ではφ０．２ｍｍ以下の穴あけは困難であることに加え、高密度プリント基板では絶縁層厚さが１００μｍ以下となり、この精度で深さ制御を行うことが困難なため、ドリル加工では微細ＢＶＨ形成は不可能である。
【０００３】
このドリル加工に代わるＢＶＨ形成方法としてＩＢＭジャーナルオブリサーチアンドディベロップメント（ＩＢＭＪ．Ｒｅｓ．Ｄｅｖｅｌｏｐ．）第２６巻、第３号、３０６〜３１７ページ（１９８２年）や特公平４−３６７６号公報で示される炭酸ガスレーザ等のレーザビームを応用する方法が注目され、一部実用化されている。これらのレーザビームによる加工方法は、プリント基板を構成する絶縁基材である樹脂やガラス繊維と導体層である銅に対する炭酸ガスレーザの光エネルギーの吸収率の差を利用したものである。
【０００４】
図１８は従来のレーザ加工方法を説明する図で、図１８（ａ）はレーザ加工中のプリント基板を、図１８（ｂ）はレーザ加工後のプリント基板を示している。図において、１０１はプリント基板、１０２はプリント基板１０１の表面に設けられ除去部１０２ａが取り除かれている銅箔、１０３は炭酸ガスレーザ加工装置から照射されるレーザ光である。
【０００５】
図１８（ａ）に示すように、プリント基板１０１の表面の銅箔１０２に必要な穴径の銅箔除去部１０２ａをエッチング等により形成し、この除去部１０２ａを介してレーザ光１０３を照射することにより、プリント基板１０１における樹脂やガラスを選択的に分解・除去してプリント基板１０１に微細な加工穴１０４を形成する。ここで、銅は炭酸ガスレーザをほとんど反射するという特性を有しているので、銅箔１０２が取り除かれている部分のみが加工され、銅箔１０２が存在する部分は加工されず、図１８（ｂ）に示すような加工穴１０４を形成することができる。
【０００６】
また、図１９に示すように加工部の内部に内層銅箔１０２ｂを予め積層しておけば絶縁基材の分解・除去は内層銅箔１０２ｂで停止するため、内層銅箔１０２ｂで確実に停止するとまり穴１０４を形成することができる。
【０００７】
しかし、図１９に示したように銅箔で停止するとまり穴を炭酸ガスレーザで加工した場合には、十分にレーザビームを照射したとしても厚さ１μｍ以下の絶縁基材である樹脂が内層銅箔上に残留してしまう。このため、レーザ加工後、残留樹脂を過マンガン酸などでエッチングして残留樹脂を完全に除去する必要がある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
従来のレーザ加工方法は上記のようになされているので、とまり穴を形成するときに、加工穴が１００μｍ程度まで小さくなると、エッチング液が穴内まで行き渡りにくくなり、残留樹脂を完全に除去できない穴が発生しやすくなる。そして、この状態のままめっきを施しＢＶＨを形成すると、めっき膜と内層銅箔の間に一部の樹脂が残留したままになり、熱サイクル等により応力がかかると、これを起点としてめっき膜が剥がれてしまう。
【０００９】
これはレーザを照射してもほとんど温度が上昇しない銅箔に樹脂内部で発生した熱が熱伝導により奪われるためで、これを防ぐためには、樹脂で発生した熱が熱伝導により銅箔に奪われる前に除去に必要なエネルギーを投入する必要がある。すなわち、レーザ光のビームＯＮ時間を短く、ピークパワーを高くする必要がある。
【００１０】
この発明は上記のような問題点を解決するためになされたもので、樹脂の完全除去を達成できる、すなわち、信頼性が高いレーザ加工方法を提供することを目的とする。
さらに、この発明は加工速度を減少させることなく、樹脂の完全除去を達成できる、すなわち、高信頼性と高効率の両立が可能なレーザ加工方法を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
この発明に係るレーザ加工方法は、導体層上に樹脂層が形成されてなる積層部材に炭酸ガスレーザを照射し孔部を形成する孔部形成工程と、レーザ光のビームＯＮ時間が短くピークパワーが高い炭酸ガスレーザのレーザ光を孔部に照射し残留樹脂を除去する残留樹脂除去工程とを含んでいる。
【００１２】
また、この発明に係るレーザ加工方法は、導体層上に樹脂層が形成されてなる積層部材に孔部を形成する孔部形成工程と、炭酸ガスレーザのレーザ光を孔部に照射し残留樹脂を除去する残留樹脂除去工程とを含んでいる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
本実施の形態におけるレーザ加工装置は、レーザ光のビームＯＮ時間が長くピークパワーが低い通常のレーザ光のみでなく、レーザ光のビームＯＮ時間が短くピークパワーが高いＱ−スイッチ発振により取り出されるレーザ光をも１つのレーザ加工装置で取り出すことができるようにしたものである。
【００１６】
図１はこの実施の形態１の炭酸ガスレーザ加工装置を示す図である。
図において、１は銅よりなる凹面形状の全反射ミラー、２は全反射ミラー１に対向配置されたＺｎＳｅよりなる凹面形状の部分反射ミラーであり、この部分反射ミラー２と全反射ミラー１とが安定型のレーザ共振器を構成する。
【００１７】
３はレーザ共振器内に発生するレーザビーム、４ａ、４ｂはレーザビーム３のＰ偏光成分のみを透過させＳ偏光成分は反射させるブリュースター窓、５は４分の１波長板、６は放電管、７はＣｄＴｅよりなり外部から印加される電圧により偏光状態を変える電気光学振幅変調器、８は電気光学振幅変調器７に印加する電圧を発生するパルス発生器、９は放電管６にパルス電流を投入するパルスレーザ電源、１０はパルス発生器８とパルスレーザ電源９にトリガパルスを与える同期制御器、１０ａは部分反射ミラー２より発振器外部に取り出されたレーザビームである。
【００１８】
次に、この実施の形態の炭酸ガスレーザ加工装置の動作について説明する。
まず、図１に示したパルスレーザ電源９から放電管６にパルス電流が投入されており、かつパルス発生器８から電気光学振幅変調器７に電圧が印加されていない場合の動作を説明する。
図２はこのときの動作を説明するための図である。図において説明を簡単にするためにパルス発生器８、パルスレーザ電源９、同期制御器１０は図示しておらず、その他は図１に示したレーザ加工装置と同じであるので説明は省略する。
【００１９】
パルスレーザ電源９から放電管６にパルス電流が投入されると、レーザビーム３はブリュースター窓４ａ及び４分の１波長板５を通過して電気光学振幅変調器７に至る。このとき、ブリュースター窓４ａ、ｂで囲まれた放電管６を通過するレーザビーム３はＰ偏光成分だけの直線偏光のみとなるので、４分の１波長板５を通過するレーザビーム３は右回りの円偏光となる。
【００２０】
電気光学振幅変調器７には電圧が印加されていないため、電気光学振幅変調器７に至ったレーザビーム３は右回りの円偏光のまま電気光学変調器７を通過し、全反射ミラー１で反射する。このときの全反射によってレーザビーム３は左回りの円偏光となる。そして、左回りの円偏光のまま再び電気光学振幅変調器７を通過したレーザビーム３は、再度４分の１波長板５を通過する際にＳ偏光成分の直線偏光になる。しかし、このときのレーザビーム３はＰ偏光成分ではないためにブリュースター窓４ａ、ｂで囲まれた放電管６を通過することはできず、この場合レーザ発振は起こらない。
【００２１】
次にパルスレーザ電源９から放電管６にパルス電流が投入されている最中に、パルス発生器８から電気光学振幅変調器７に４分の１波長電圧が印加される場合の動作を説明する。
図３はこのときの動作を説明するための図である。図において説明を簡単にするためにパルス発生器８、パルスレーザ電源９、同期制御器１０は図示しておらず、その他は図１に示したレーザ加工装置と同じであるので説明は省略する。
【００２２】
電気光学振幅変調器７に電圧が印加されていないときと同様に、ブリュースター窓４ａから４分の１波長板５を通過したレーザビーム３は右回りの円偏光となる。次に、電気光学振幅変調器７には電圧が印加されているので、電気光学振幅変調器７に至ったレーザビーム３は電気光学振幅変調器７を通過する際には電気光学振幅変調器７によりＳ偏光成分の直線偏光になる。
【００２３】
そして、レーザビーム３は全反射ミラー１で反射し、再び電気光学振幅変調器７を通過したレーザビーム３は、電気光学振幅変調器７により左回りの円偏光になり、さらに再度４分の１波長板５を通過する際にＰ偏光成分の直線偏光になる。このレーザビーム３はＰ偏光成分であるのでブリュースター窓４ａ、ｂで囲まれた放電管６を通過することができ、レーザビーム３は放電管８を介して部分反射ミラー２に到達できるためレーザ発振が起こる。
【００２４】
さらに、パルスレーザ電源９から放電管６にパルス電流が投入されている最中に、パルス発生器８から電気光学振幅変調器７への電圧の印加を繰り返し行った場合の動作を説明する。
まず、同期制御器１０がパルス発生器８及びパルスレーザ電源９にトリガパルスを与える。パルスレーザ電源９はこのトリガパルスが与えられた時刻から投入されるパルス電流のパルスが立ち上がるように放電管６にパルス電流を投入する。そして、パルス発生器８もこのトリガパルスが与えられた時刻からオン・オフを繰り返すことにより電気光学振幅変調器７にパルス幅の小さいパルスを複数印加する。
【００２５】
図４はパルスレーザ電源から投入されるパルス電流とパルス発生器から印加されるパルス電圧との関係を示す図である。
図４に示すように、パルスレーザ電源９から放電管６にパルス電流が投入されている最中に、パルス発生器８のオン・オフを繰り返すことにより、パルス発生器８より電気光学振幅変調器７にパルス幅の小さいパルスを複数印加することができ、図５に示すような高いピーク強度と短いパルス幅を有するレーザビームを取りだすことができる。このような手法をＱスイッチング、このような手法で取り出されたレーザビームをＱスイッチレーザビームと呼んでいる。
【００２６】
なお、本実施の形態では、Ｑスイッチングを繰り返し行い取り出したＱスイッチレーザビームの周波数が１０ｋＨｚ、ピークパワーが１．８ＭＷ、半値全幅が３０ｎｓで、１サイクル当たりに取り出されるレーザエネルギーが約５０ｍＪであった。
【００２７】
また、パルスレーザ電源から放電管に電流が投入されている最中にパルス発生器から電気光学振幅変調機に４分の１波長電圧が印加された場合にはＱスイッチパルスと比較して長いパルス幅でピークパワーの低い通常のレーザビームが取り出される。本実施の形態では、レーザビームのパルス周波数が２００Ｈｚ、ピークパワーが３ｋＷ、半値全幅が４８μｓで、１パルス当たりに取り出されるレーザエネルギーは約１５０ｍＪであった。
【００２８】
本実施の形態のレーザ加工装置では、同期制御器を設け、この同期制御器によりパルスレーザ電源及びパルス発生器の同期の制御を行わせることにより、Ｑスイッチ発振されたパルスにより取り出されるＱスイッチレーザビームとこのＱスイッチレーザビームより長いパルス幅でピークパワーの低い通常のレーザビームとを１つのレーザ加工装置で実現することができ、さまざまな加工を施せると共に装置を簡単で安価にすることができる。
【００２９】
実施の形態２．
図６はこの実施の形態２における積層部材を加工するレーザ加工装置の構成を示した模式図である。図において、１１は実施の形態１で説明した炭酸ガスレーザ加工装置（以下、炭酸ガス発振器と呼ぶ）で、通常のレーザ光とＱ−スイッチ発振により取り出されるレーザ光とを出力することができる。
１２は転写マスク、１３ａ，ｂは炭酸ガス発振器１１から照射されるレーザビームが所定の位置にくるように位置決めをする位置決めミラー、１４はレーザビームが対象物上で結象するようにする転写レンズ、１５は縦横方向に移動可能な加工する対象物を載せる加工テーブル、１６はレーザ加工の対象物であるプリント基板、１７はレーザビームである。
【００３０】
次に、動作について説明する。
パルス炭酸ガスレーザ発振器１１から出射したレーザビーム１７の一部は転写マスク１２を通過し、図示しない制御装置により制御される２枚の位置決めミラー１３ａ，ｂを経て転写レンズ１４で加工テーブル１５上に設置したプリント基板１６上に転写マスク１２の像を結像させる。
なお、本実施の形態では、厚さ０．８ｍｍの両面銅張りガラスエポキシ基板の表裏面に厚さ１００μｍのガラスエポキシ層を形成したプリント基板１６を用い、基板表面にφ１００μｍの像を結ぶように結像させた。
【００３１】
次にとまり穴を加工する加工方法を説明する。
図７はこの実施の形態２による積層部材のレーザ加工方法の工程の一部を示した模式図である。図において、１１はパルス炭酸ガスレーザ発振器、１６はレーザ加工の対象物であるプリント基板、１７はパルス炭酸ガスレーザ発振器１１から出射されるレーザビーム、１８は加工部の内部に設けられた内層銅箔、１９はプリント基板１６の加工穴、２０は残留樹脂である。
【００３２】
まず、同期制御器１０よりパルスレーザ電源９のみにトリガパルスを送り、レーザビーム１７を通常発振させて加工穴１９を形成する。この時レーザビームは発振器出口で３ｋＷのピークパワーと半値全幅で４８μｓを有し、１サイクル当たりに取り出されるレーザエネルギーは約１５０ｍＪである。なお、加工穴１９を形成するために１加工穴当たり５パルス照射した。この時点では、加工穴１９の底面の銅箔１８上には厚さ０．７μｍのエポキシ樹脂からなる残留樹脂膜２０が存在していた。
【００３３】
以下に残留樹脂が発生する機構について説明する。
図８は炭酸ガスレーザをエポキシ樹脂に照射した場合の加工表面からの深さと透過エネルギーとの関係を示した図である。なお、加工表面での透過エネルギーを１とした。
図８に示すように、レーザ光は樹脂の表面からある程度の深さまで浸透して吸収される。例えば、炭酸ガスレーザをエポキシ樹脂に照射した場合、表面から深さ４０μｍまで進む間に透過される透過エネルギーは４５％であるので、表面から深さ４０μｍまで進む間に表面に吸収されるエネルギーの５５％しか樹脂材料に吸収されないことになる。そのため、表面からの深さが浅い場合には、エポキシ樹脂が炭酸ガスレーザから照射されたレーザビームのエネルギーを十分に吸収することができない。
【００３４】
したがって、形成するとまり穴が加工表面から浅い場合、即ち、図７に示す銅箔１８上の厚さが薄い樹脂に対してレーザ光を照射すると、図９に示すように、レーザ光は一部エネルギーを樹脂に吸収されながら、底面の銅箔に達する。そして、銅箔に達したレーザ光は銅箔で反射されるが、銅箔の炭酸ガスレーザに対する反射率は９５％と高いため、樹脂を透過してきたレーザ光はほとんど銅箔に吸収されず再び樹脂中に反射される。その後、反射されたレーザ光は、一部樹脂に吸収され、樹脂を透過してしまう。
そのため、レーザ光のエネルギーは、一部が樹脂に吸収されるのみで他は全て透過してしまう。しかも、この樹脂に吸収されたエネルギーもレーザ照射してもほとんど温度が上昇しない銅箔に熱伝導により奪われてしまう。
【００３５】
図１０は上記の事項を考慮して、銅箔上の厚さ１μｍのポリイミド樹脂に、１平方ｃｍ当り５ＭＷのパワー密度の炭酸ガスレーザを１０μｓ照射した場合の銅箔と樹脂の最高到達温度の分布を示したものである。図から銅箔とポリイミドの界面から０．２μｍ程度（表面からの距離が０．８μｍ程度）はポリイミドの分解温度に達しないことがわかる。これはレーザを照射してもほとんど温度が上昇しない銅箔にポリイミド内部で発生した熱が熱伝導により奪われるためである。
【００３６】
これを防ぐためには、ポリイミドで発生した熱が熱伝導により銅箔に奪われる前に除去に必要なエネルギーを投入する必要がある。すなわち、レーザ光のビームＯＮ時間を短く、ピークパワーを高くする必要がある。
そこで、本実施の形態では、このような残留樹脂を除去するために、Ｑスイッチレーザビームを照射し残留樹脂の除去を行う。以下、残留樹脂の除去工程を説明する。
【００３７】
図１１に示すように、通常発振させたパルスＯＮ中に電気光学振幅変調器に２進数的にオン・オフのパルス電圧が印加されるように、同期制御器よりパルスレーザ電源とパルス発生器にトリガパルスを送り、Ｑスイッチレーザビームを加工穴に照射する。この時、Ｑスイッチレーザビームは電気光学振幅変調器に印加するパルス電圧の周波数は１０ｋＨｚで、発振器出口で１．８ＭＷのピークパワーと半値全幅で３０ｎｓ、１パルス当たりに取り出されるレーザエネルギーは約５０ｍＪであった。このＱスイッチレーザビームパルスを１加工穴当たり２パルス照射した。これにより、加工穴底面の銅箔上のエポキシ樹脂を完全に除去することができた。
【００３８】
上記の方法により、１枚当たり２０００穴の加工を施したプリント基板を１０枚作成した。このとき２枚の位置決めミラーを毎秒２００ヶ所の位置決めが出来るように制御することにより、一枚当たりの加工に約２分を要した。この基板をデスミア処理した後、めっき、パターン形成を行い信頼性評価用基板を作成した。この基板で−６５℃（３０分）、１２５℃（３０分）のヒートサイクル試験を行ったところ、いずれの基板でも６５０サイクルで抵抗変化率１％と高い信頼性が得られた。
【００３９】
比較形態１．
また、従来の手法と比較するために、通常発振のレーザビームのみでＱスイッチレーザビームの照射を行わずに加工を施した基板を１０枚作成し、同様のヒートサイクル試験を行ったところ、いずれの基板も１００サイクルで抵抗変化率が１０％を越え、３５０サイクルで配線が断線する基板が発生した。これは、先に説明したように通常のレーザビームのみの加工では加工穴に残留樹脂が残ってしまうため、熱サイクルにより応力がかかると、これを起点としてめっき膜が剥がれてしまうからである。
以上のように、本発明によれば、従来の手法よりも導通信頼性の面において著しく改善される。
【００４０】
比較形態２．
さらに、通常発振のパルスを照射せず、Ｑスイッチレーザビームのみで加工を施した基板を１０枚作成し、同様のヒートサイクル試験を行ったところ、加工穴を形成するために１穴当たり２００パルスが必要であった。このため加工時間は１枚当り約４０分必要となった。なお、ヒートサイクル試験ではいずれの基板も６５０サイクルで抵抗変化率１％と高い導通信頼性が得られた。
このように、一般的にレーザビームを短パルス高ピーク化するに伴い、除去される物質の温度が上昇するため、単位エネルギー当りの除去深さが減少し、その結果、加工時間が長くなり効率が低下する。
【００４１】
本実施の形態では、加工穴をレーザ光により形成しているが、これは特に限定するものではなく、ドリル加工等により加工穴を形成し、その後、短パルス高ピークのレーザ光を加工穴に照射させるようにしてもよい。ただし、ドリル加工の場合には、細かな加工穴の形成には不向きである。
【００４２】
以上のように、この実施の形態２では、通常レーザ光により孔部を形成させた後に、短パルス高ピークのレーザ光により孔部に残留する残留樹脂を除去するようにしたので、高い導通信頼性を保ったまま従来の手法よりもより短い時間で加工ができ、能率が著しく改善される。
【００４３】
実施の形態３．
図１２はこの実施の形態のＱスイッチレーザビームのパルスＯＮ時間を変化させた場合における、導通信頼性の変化を示した図である。加工時にＱスイッチレーザビームのパルスＯＮ時間を３０ｎｓから１μｓまで変化させ、各々のパルスＯＮ時間において基板を１０枚作成した。縦軸は上記のヒートサイクル試験において１０００サイクル経過後、抵抗変化率が１０％以上となった基板の枚数を示している。
図より、ＱスイッチのレーザビームのパルスＯＮ時間が５００ｎｓ以下では１０００サイクル後の抵抗変化率が１０％以上となることはなく、高い導通信頼性が得られることがわかる。
【００４４】
図１３は加工に用いるレーザビームのパルスＯＮ時間と、実施の形態２で用いたプリント基板表面に深さ１００μｍの穴、２０００個を基板１枚に加工するのに必要な時間の関係を示した図である。ここで、それぞれのパルスＯＮ時間での１パルスの照射エネルギーがほぼ一定となるようにし、加工時間は底面銅箔上の残膜が１μｍ以下となるまでの時間とした。
図よりパルス幅が１μｓ以下になると加工時間が著しく長くなり能率が悪いことがわかる。
以上のことから、１μｓ以上のパルスＯＮ時間のパルスで底面銅箔上の残膜が１μｍ以下となるまでの加工を行い、その後、１００ｎｓ以下のパルスＯＮ時間のパルスで残留膜を除去することにより、効率よく導通信頼性の確保と高能率の両立が達成できる。
【００４５】
実施の形態４．
図１４はこの実施の形態４による積層部材のレーザ加工方法に用いた装置の模式図である。図において、１１は通常のパルス炭酸ガスレーザ発振器、２１は波長５３２ｎｍの第二高調波を発振するＱスイッチパルスＹＡＧレーザ発振器である。その他は実施の形態２で説明したものと同じであるので説明は省略する。
【００４６】
次に、動作について説明する。
図において、パルス炭酸ガスレーザ発振器１１から出射されたパルス炭酸ガスレーザビーム１７の一部は転写マスク１２を通過し、図示しない制御装置により制御される２枚の位置決めミラー１３ａ、ｂを経て転写レンズ１４で加工テーブル１５上に設置したプリント基板１６上に転写マスク１２の像を結像する。本実施の形態では、厚さ０．８ｍｍの両面銅張りガラスエポキシ基板の表裏面に厚さ１００μｍのガラスエポキシ層を形成したプリント基板を用い、基板表面にφ１００μｍの像を結ぶように結像させた。
【００４７】
また、ＱスイッチパルスＹＡＧレーザ発振器２１から出射されたＱスイッチパルス第二高調波ＹＡＧレーザビーム２２は図示しない制御装置により制御される２枚の位置決めミラー１３ｃ、ｄを経て集光レンズ１４で集光し、加工テーブル１５と２枚の位置決めミラー１３ｃ、ｄによる位置決めにより、パルス炭酸ガスレーザビーム１７での穴あけが終了したプリント基板１６上の加工穴に照射される。
【００４８】
図１５はこの実施の形態３による積層部材のレーザ加工方法の工程を示した模式図である。図において、１６はレーザ加工の対象物であるプリント基板、１７はパルス炭酸ガスレーザ発振器１１から出射されるレーザビーム、１８は加工部の内部に設けられた内層銅箔、１９はプリント基板１６の加工穴、２０は残留樹脂、２２はＱスイッチパルス第二高調波ＹＡＧレーザ発振器２１から出射されるレーザビームである。
【００４９】
まず、パルス炭酸ガスレーザ発振器１１から出射されたパルス炭酸ガスレーザビーム１７をプリント基板１６に照射して加工穴１９を形成する。この時レーザビームは発振器出口で３ｋＷのピークパワーと半値全幅で４８μｓを有し、１サイクル当たりに取り出されるレーザエネルギーは約１５０ｍＪであり、加工穴１９を形成するために１加工穴当たり５パルス照射した。この時点では、加工穴１９の底面の銅箔１８上には厚さ０．７μｍのエポキシ樹脂からなる残留樹脂膜２０が残留していた。
【００５０】
このようにしてパルス炭酸ガスレーザビーム１７により加工穴１９が形成された後、ＱスイッチパルスＹＡＧレーザ２１から発振したＱスイッチＹＡＧレーザビーム２２を加工穴１９に照射する。この時、Ｑスイッチパルス第二高調波ＹＡＧレーザビーム２２は周波数１０ｋＨｚで、発振器出口で０．１ＭＷのピークパワーと半値全幅で１０ｎｓ、１パルス当たりに取り出されるレーザエネルギーは約１ｍＪであった。このＱスイッチレーザビームパルスを１加工穴当たり４パルス照射した。これにより、加工穴１９底面の銅箔１８上のエポキシ樹脂２０を完全に除去することができた。
【００５１】
上記の方法により、１枚当たり２０００穴の加工を施したプリント基板を１０枚作成した。このとき二組の２枚の位置決めミラーそれぞれを毎秒２００ヶ所の位置決めが出来るように制御することにより、一枚当たりの加工に約４分を要した。この基板をデスミア処理した後、めっき、パターン形成を行い信頼性評価用基板を作成した。この基板で−６５℃（３０分）、１２５℃（３０分）のヒートサイクル試験を行ったところ、いずれの基板でも６５０サイクルで抵抗変化率１％と高い信頼性が得られた。
【００５２】
比較形態３．
また、従来の手法と比較するために、パルス炭酸ガスレーザビームのみでＱスイッチＹＡＧレーザビームの照射を行わずに加工を施した基板を１０枚作成し、同様のヒートサイクル試験を行ったところ、いずれの基板も１００サイクルで抵抗変化率が１０％を越え、３５０サイクルで配線が断線する基板が発生した。
以上のように、本発明によれば、従来の手法よりも導通信頼性の面において著しく改善される。
【００５３】
比較形態４．
さらに、パルス炭酸ガスレーザを照射せず、ＱスイッチＹＡＧレーザビームのみで加工を施した基板を１０枚作成し、同様のヒートサイクル試験を行ったところ、加工穴を形成するために１穴当たり５００パルスが必要であった。このため加工時間は１枚当り約１００分必要となった。なお、ヒートサイクル試験ではいずれの基板も６５０サイクルで抵抗変化率１％と高い信頼性が得られた。
以上のように、本発明によれば、高い信頼性を保ったまま従来の手法よりもより短い時間で加工ができ、能率が著しく改善される。
【００５４】
実施の形態５．
図１６はこの実施の形態５による積層部材のレーザ加工方法に用いたＱ−スイッチ炭酸ガスレーザ装置を示す図である。
図において、１は銅よりなる凹面形状の全反射ミラー、２は全反射ミラー１に対向配置されたＺｎＳｅよりなる凹面形状の部分反射ミラーであり、この部分反射ミラー２と全反射ミラー１が安定型のレーザ共振器を構成する。
【００５５】
３はレーザ共振器内に発生するレーザビーム、４ａ、４ｂはレーザビーム３のＰ偏光成分のみを透過させＳ偏光成分は反射させるブリュースター窓、５は４分の１波長板、６は放電管、７はＣｄＴｅよりなり外部から印加される電圧により変更状態を変える電気光学振幅変調器、８は電気光学振幅変調器７に印加する電圧を発生するパルス発生器、１０はパルス発生器８にトリガパルス１９を与える制御装置、１０ａは部分反射ミラー２より発振器外部に取り出されたレーザビーム、２３は放電管６に電流を投入する連続レーザ電源である。
【００５６】
図１７は図１６に示したレーザ装置を用いたこの実施の形態５による積層部材のレーザ加工に用いたパルスの形態を示した模式図である。なお、加工に用いた装置構成、被加工材は実施の形態２の図６の場合と同じとした。
まず、パルス発生器８を制御し、パルス幅５００ｎｓのＱスイッチパルスを１００ｋＨｚで１００パルス発振したパルス列２４を２００Ｈｚで発振させ、１加工穴当たり６パルス照射した。この時レーザビームは発振器出口で３ｋＷのピークパワーで、パルス列１サイクル当たりに取り出されるレーザエネルギーは約１５０ｍＪであり、加工穴を形成するために１加工穴当たり５パルス照射した。この時点では、加工穴底面の銅箔上には厚さ０．７μｍのエポキシ樹脂が残留していた。
【００５７】
次にパルス発生器８を制御し、パルス幅３０ｎｓのＱスイッチパルス２５を１０ｋＨｚで発振させ、Ｑスイッチパルス列で加工された加工穴に照射した。この時、Ｑスイッチレーザビームは、発振器出口で１．８ＭＷのピークパワーで１パルス当たりに取り出されるレーザエネルギーは約５０ｍＪであった。このＱスイッチレーザビームパルスを１加工穴当たり２パルス照射した。これにより、加工穴底面の銅箔上のエポキシ樹脂を完全に除去することができた。
【００５８】
上記の方法により、１枚当たり２０００穴の加工を施したプリント基板を１０枚作成した。このとき２枚の位置決めミラーを毎秒２００ヶ所の位置決めが出来るように制御することにより、一枚当たりの加工に約２分を要した。この基板をデスミア処理した後、めっき、パターン形成を行い信頼性評価用基板を作成した。この基板で−６５℃（３０分）、１２５℃（３０分）のヒートサイクル試験を行ったところ、いずれの基板でも６５０サイクルで抵抗変化率１％と高い信頼性が得られた。
【００５９】
以上のように、本発明によれば、レーザ電源として安価な連続出力の電源が使用できるので、安価な装置で導通信頼性の確保と高能率の両立が達成できる。
【００６０】
【発明の効果】
この発明にかかるレーザ加工方法は、導体層上に樹脂層が形成されてなる積層部材に炭酸ガスレーザを照射し孔部を形成する孔部形成工程と、レーザ光のビームＯＮ時間が短くピークパワーが高い炭酸ガスレーザのレーザ光を前記孔部に照射し残留樹脂を除去する残留樹脂除去工程とを含んでいるので、ビームＯＮ時間が短くピークパワーが高いレーザ光により孔部に残留している残留樹脂を除去することができ、導通信頼性が高い加工方法を実現することができる。
【００６１】
また、この発明かかるレーザ加工方法は、導体層上に樹脂層が形成されてなる積層部材に孔部を形成する孔部形成工程と、炭酸ガスレーザのレーザ光を前記孔部に照射し残留樹脂を除去する残留樹脂除去工程とを含んでいるので、レーザ光により孔部に残留している残留樹脂を除去することができ、導通信頼性が高い加工方法を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１の炭酸ガスレーザ装置の構成図である。
【図２】図１に示した炭酸ガスレーザ装置の動作を説明する図である。
【図３】図１に示した炭酸ガスレーザ装置の動作を説明する図である。
【図４】パルス電流とパルス電圧との関係を示す図である。
【図５】図１に示した炭酸ガスレーザ装置のパルス波形を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態２のレーザ加工装置の模式図である。
【図７】本発明の実施の形態２のレーザ加工方法の工程を示す図である。
【図８】被加工材中での透過エネルギー分布を示す概略図である。
【図９】レーザビームの伝搬経路を示す模式図である。
【図１０】被加工部材の温度分布を示す概略図である。
【図１１】パルス電流とパルス電圧との関係を示す図である。
【図１２】本発明の実施の形態３のビームＯＮ時間と不良基板枚数の関係を示す図である。
【図１３】本発明の実施の形態３のビームＯＮ時間と概略加工時間の関係を示す図である。
【図１４】本発明の実施の形態４のレーザ加工装置の模式図である。
【図１５】本発明の実施の形態４のレーザ加工方法の工程を示す図である。
【図１６】本発明の実施の形態５のレーザ装置の断面図である。
【図１７】本発明の実施の形態５のパルスの形態を示す概略図である。
【図１８】従来のレーザのプリント基板の穴あけ方法を示す模式図である。
【図１９】従来のレーザのプリント基板の穴あけ方法を示す模式図である。
【符号の説明】
１全反射ミラー２部分反射ミラー
３共振器内のレーザビーム４ブリュースター窓
５４分の１波長板６放電管
７電気光学振幅変調器８パルス発生器
９パルスレーザ電源１０同期制御器
１０ａレーザビーム
１１炭酸ガス発振器１２転写マスク
１３位置決めミラー１４転写レンズ
１５加工テーブル１６プリント基板
１７パルス炭酸ガスレーザビーム１８内層銅箔
１９加工穴２０残留樹脂
２１Ｑスイッチパルス第二高調波ＹＡＧレーザ発振器
２２Ｑスイッチパルス第二高調波ＹＡＧレーザ発振ビーム
２３連続レーザ電源２４Ｑスイッチパルス列
２５Ｑスイッチパルス
１０１プリント基板１０２銅箔
１０２ａ除去部１０２ｂ内層銅箔
１０３レーザ光１０４加工穴

Claims

導体層上に樹脂層が形成されてなる積層部材に炭酸ガスレーザを照射し孔部を形成する孔部形成工程と、
レーザ光のビームＯＮ時間が短くピークパワーが高い炭酸ガスレーザのレーザ光を前記孔部に照射し残留樹脂を除去する残留樹脂除去工程と
を含んでいることを特徴とするレーザ加工方法。
導体層上に樹脂層が形成されてなる積層部材に孔部を形成する孔部形成工程と、
炭酸ガスレーザのレーザ光を前記孔部に照射し残留樹脂を除去する残留樹脂除去工程と
を含んでいることを特徴とするレーザ加工方法。
前記残留樹脂除去工程後に、デスミア処理を行なうことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のレーザ加工方法。
前記残留樹脂除去工程後に、めっき、パターン形成を行なうことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載のレーザ加工方法。
前記積層部材は、導体部を有するガラスエポキシ基板であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のレーザ加工方法。