JP4017899B2 - レーザ加工方法及びレーザ加工装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被覆層を有する加工対象物にレーザビームを照射し、被覆層に穴を開けるレーザ加工方法、及びレーザ加工装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
下地部材上に形成された被覆層に、紫外線の波長領域のパルスレーザビームを集光させ、穴を開ける方法が知られている。被覆層がアブレーションされ下地部材がアブレーションされない大きさに、レーザビームのパルスエネルギを設定しておくと、下地部材にほとんどダメージを与えることなく、被覆層に貫通孔を形成することができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、アブレーション加工で大面積の穴を開けようとすると、厚さ５０μｍの樹脂被覆層に直径５０μｍ程度の穴を開けるのでも１００ショット前後のパルスレーザビームが必要となり、加工に長時間を要していた。
【０００４】
本発明の目的は、加工対象物の被覆層に、短時間で効果的に穴を開けるレーザ加工方法及びレーザ加工装置を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の一観点によれば、第１の材料からなる表層部を有する下地部材と、該下地部材の一部の表面に、該第１の材料とは異なる第２の材料で形成された被覆層と、該被覆層表面の少なくとも一部に密着する接着層とを含む加工対象物を準備する工程と、前記接着層及び被覆層を透過し、前記下地部材の表面で反射し、反射位置の該被覆層を該下地部材から剥離させる性質を有するレーザビームを、前記加工対象物に前記接着層表面から入射させ、前記被覆層の一部を前記下地部材から剥離させる工程と、前記接着層を前記被覆層から分離し、前記下地部材から剥離された被覆層の剥離部分を、前記接着層とともに前記加工対象物から取り去る工程とを有するレーザ加工方法が提供される。
【０００６】
該レーザ加工方法によると、前記下地部材から剥離された被覆層の剥離部分の飛散を防止しながら、短時間で大面積の穴を開けることができる。
また、該レーザ加工方法によると、前記下地部材から剥離された被覆層を効率よく除去することができる
【０００７】
【発明の実施の形態】
図１及び図２を参照して、本発明の第１の実施例について説明する。
図１（Ａ）に、本発明の第１の実施例によるレーザ加工方法で用いられるレーザ加工装置の概略図を示す。レーザ光源１がパルスレーザビームを出射する。ＸＹステージ３の可動面上に加工対象物４が保持されている。出射されたパルスレーザビームは、平凸レンズ２により収束され、ＸＹステージ３に保持された加工対象物４の表面に入射する。
【０００８】
レーザ光源１は、Ｎｄ：ＹＬＦレーザ発振器と非線形光学素子とを含んで構成され、基本波（波長１０４７ｎｍ）または２倍高調波（波長５２３ｎｍ）を発生させることができる。ここでは基本波を、パルス幅１５ｎｓ、パルスエネルギ１８０μＪで出射させる。
【０００９】
図１（Ｂ）に示すように、マスク５でビームの断面形状を整形してもよい。また、ＸＹステージ３の可動面を水平に配置し、反射ミラー６でレーザビームを鉛直下方に反射させてもよい。更に、チャンバ７内で加工を行うこともできる。チャンバ７を用いると、真空中や加圧下での加工が可能となる。
【００１０】
図２（Ａ）は本発明の第１の実施例によるレーザ加工方法で加工する多層プリント基板の断面図である。
支持材料（補強材料）たとえばガラス繊維で強化されたエポキシ樹脂で作られた支持基板１３、金属材料たとえば銅で作られた下地部材である金属層１２、誘電体材料たとえばエポキシ樹脂で作られた樹脂被覆層１１が、この順に下から積層されている。樹脂被覆層１１の表面に密着して、たとえば酢酸ビニール樹脂系の水溶性接着剤を塗布することで形成された接着層１０が積層されている。樹脂被覆層１１の厚さはたとえば５０μｍである。
【００１１】
樹脂被覆層１１の誘電体材料の例としては、エポキシ樹脂の他、ポリイミド樹脂、フェノール樹脂、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ＢＴレジン（商標）、ＢＣＢ（ベンゾシクロブテン）などがある。
【００１２】
金属層１２の金属材料の例としては、銅の他、アルミ、金、銀、パラジューム、ニッケル、チタン、タングステン、プラチナ、モリブデンなどがある。
支持基板１３は、支持材料（補強材料）たとえばガラス繊維の他、アルミナ繊維、アラミド繊維、ケプラーなどで強化された誘電体材料で形成される。
【００１３】
接着層１０は、酢酸ビニール樹脂系の水溶性接着剤の他、ラテックス系の水溶性接着剤、エポキシ樹脂系の透明接着剤、アクリル樹脂系の透明接着剤、ポリエステル樹脂系の透明接着剤等を塗布したり、セロハンテープ等の粘着テープを樹脂被覆層１１表面に貼るなどして得ることができる。
【００１４】
接着層１０の上面から、Ｎｄ：ＹＬＦレーザの基本波を入射させる。ビームは接着層１０及び樹脂被覆層１１にほとんど吸収されることなく透過し、金属層１２の表面で大部分反射される性質をもつ。レーザビームは樹脂被覆層１１と金属層１２との界面に高圧力状態を引き起こし、その圧力によって、樹脂被覆層１１の、金属層１２からの剥離を誘起する。この現象を「リフティング現象」と呼び、「リフティング現象」を利用して行う加工を、「リフティング加工」と呼ぶことにする。従来のアブレーション加工と異なる点の一つは、剥離した樹脂被覆層１１が、小塊として残存するということである。
【００１５】
接着層１０が存在しない場合、剥離した樹脂被覆層１１の小塊は、空中に飛び出すことになる。その最速のものの速さは、秒速３００ｍにも達する。
接着層１０は、小塊の飛散を抑える。すなわち、ビームの反射された位置の樹脂被覆層１１は金属層１２から剥離されるが、剥離された小塊は接着層１０で被覆されているため、空中に飛び出すことを妨げられる。
【００１６】
図２（Ｂ）は、図２（Ａ）の多層プリント基板にパルスレーザビームを１ショット照射した後の、該多層基板の断面図である。樹脂被覆層１１には亀裂１４が入っている。亀裂１４は、樹脂被覆層１１と金属層１２との界面上に画定された仮想的な閉じた曲線に沿って発生し、樹脂被覆層１１の厚さ方向にのび、樹脂被覆層１１上面上に画定された仮想的な閉じた曲線まで到達している。樹脂被覆層１１のうちレーザビームの入射点近傍の剥離部分１１ａが、金属層１２から剥離されてはいるが、接着層１０に被覆され、基板内に留まっている。
【００１７】
続いて、接着層１０を、たとえば機械的に引き剥がす。この時、金属層１２から剥離され接着層１０に接着されている樹脂被覆層１１の剥離部分１１ａも、接着層１０とともに多層プリント基板から分離される。こうして、樹脂被覆層１１に穴を形成することができる。この穴は、たとえば底面形状が円形である場合、その直径は１００μｍ以上である。リフティング加工はアブレーション加工に比べ、少ないショット数で、大面積の穴開け加工を可能にする。加工時間も短縮される。
【００１８】
接着層１０の形成された多層プリント基板を使用することにより、樹脂被覆層１１の剥離部分１１ａの飛散を抑えることができる。これにより、レーザビームを集光する光学系の破損を防止することができる。また、チャンバを用いて、真空中または加圧下での加工を行う場合、飛散した剥離部分１１ａがチャンバ内に溜まることで生じる不具合（たとえば加工品質上の悪影響）を防止することができる。また、飛散した剥離部分１１ａがチャンバ内に溜まると、チャンバを開けて剥離部分１１ａを除去する必要があるが、その除去作業を省略することができる。更に、樹脂被覆層１１の剥離部分を、多層プリント基板から効果的に分離することもできる。そのことを以下に説明する。
【００１９】
図２（Ｃ）は、図１（Ａ）の多層プリント基板にパルスレーザビームを１ショット照射した後の、該多層プリント基板の断面図である。亀裂１４は、樹脂被覆層１１と金属層１２との界面上に画定された仮想的な閉じた曲線に沿って発生し、樹脂被覆層１１の厚さ方向にのびているが、その上面までは到達していない。また、この仮想的な閉じた曲線の内部では、樹脂被覆層１１は金属層１２から剥離されている。このため、亀裂１４の内側に非分離剥離部分１１ｂが形成される。非分離剥離部分１１ｂは、多層プリント基板から分離しないで金属層１２の上に残留する。
【００２０】
接着層１０を樹脂被覆層１１から引き剥がす。引き剥がす力によって亀裂１４が樹脂被覆層１１上面までのび、非分離剥離部分１１ｂが接着層１０とともに多層プリント基板から分離される。その結果、樹脂被覆層１１には、図２（Ｂ）に示した場合と同様の穴が開く。なお、パルスレーザビーム照射後に生じる亀裂１４は、樹脂被覆層１１の上面ぎりぎりまで達していることが好ましい。
【００２１】
また、接着層１０を引き剥がす際、非分離剥離部分１１ｂだけでなく、樹脂被覆層１１表面のゴミや、形成された穴の周囲に付着した飛散物を取り除くことができる。
【００２２】
更に、金属層１２から剥離した樹脂被覆層１１の剥離部分を回収できるので、剥離部分を利用する際に優れた方法でもある。
なお、接着層１０を引き剥がした後、穴の形成された樹脂被覆層１１を硬化させ、型として使うことも考えられる。
【００２３】
次に、図３（Ａ）、（Ｂ）及び図４を参照して、本発明の第２の実施例について説明する。
図３（Ａ）に、第２の実施例によるレーザ加工方法で用いられるレーザ加工装置の概略図を示す。レーザ光源２０がパルスレーザビームを出射する。ＸＹステージ２５の可動面上に加工対象物２６が保持されている。出射されたパルスレーザビームは、ビームの断面形状を整形するマスク２１を透過し、平凸レンズ２２により収束され、反射ミラー２３で反射されて、加工対象物２６の表面に入射する。
【００２４】
レーザ光源２０は、図１（Ａ）に示したのと同じものである。ここでは、Ｎｄ：ＹＬＦレーザの基本波を、パルス幅１５ｎｓ、パルスエネルギ１８０μＪで出射させる。
【００２５】
図４は第２の実施例によるレーザ加工方法で加工する多層プリント基板の断面図である。図２（Ａ）に示したものと異なるのは、接着層１０が形成されていない点である。
【００２６】
まず、図４に示す多層プリント基板の樹脂被覆層１１表面に、たとえば酢酸ビニール樹脂系の水溶性接着剤を吹き付ける。これはレーザビームの入射可能領域とは異なる領域において、たとえば定量式ポンプを用いた水溶性接着剤吹き付け器２４により行われる。酢酸ビニール樹脂系の水溶性接着剤を吹き付けられた多層プリント基板は、ＸＹステージ２５により、矢印３０方向に移動され、レーザビームの入射可能領域に搬送される。この間、酢酸ビニール樹脂系の水溶性接着剤は固化し、樹脂被覆層１１表面には接着層が形成される。すなわち、図２（Ａ）に示すようなプリント多層基板が、レーザビームの入射可能領域に配置されることになる。形成された接着層は、Ｎｄ：ＹＬＦレーザの基本波（波長１０４７ｎｍ）を透過させ、ほとんど吸収しない。
【００２７】
Ｎｄ：ＹＬＦレーザの基本波（波長１０４７ｎｍ）が、樹脂被覆層１１表面に形成された接着層上面より入射する。レーザビームはリフティング現象により、入射位置の樹脂被覆層１１を金属層１２から剥離させるが、接着層があるため基板から飛び出さない。
【００２８】
続いてＸＹステージ２５により、プリント多層基板を僅かずつ移動させ、基板上の別の位置にレーザビームを照射する。所定の位置にビームを照射し終えると、接着層を引き剥がす。この時、金属層１２から剥離した樹脂被覆層１１が多層プリント基板から分離される。
【００２９】
図３（Ａ）に示したレーザ加工装置は、接着層を形成する装置を含むところに特徴を有する。樹脂被覆層１１表面に接着層を形成することの効果は、第１の実施例で挙げたものと同じである。
【００３０】
図３（Ｂ）は、図３（Ａ）に示したレーザ加工装置の反射ミラー２３のかわりに、ガルバノスキャナ２７を用いたレーザ加工装置の概略図である。その他の構成は、図３（Ａ）のレーザ加工装置の構成と同一である。ガルバノスキャナ２７は一対の揺動可能な反射鏡を含んで構成され、レーザビームを２次元方向に高速で走査する。
【００３１】
ガルバノスキャナ２７の動作により、レーザビームの入射位置が多層プリント基板の表面上を移動し、樹脂被覆層１１に次々と剥離部分が形成される。しかし接着層に阻まれ、基板からは飛び出さない。ガルバノスキャナ２７によって走査可能な領域内の加工が終了すると、ＸＹステージ２５により多層プリント基板が移動し、他の領域の加工が行われる。ガルバノスキャナ２７による走査とＸＹステージ２５による多層プリント基板の移動とを繰り返すことにより、多層プリント基板上のすべての被加工部にリフティング現象による剥離部分が形成される。所定の位置にビームを照射し終えると、接着層を引き剥がす。この時、金属層１２から剥離した樹脂被覆層１１の剥離部分が、多層プリント基板から分離される。
【００３２】
このように高速ビーム走査光学系を用い、作業を高速化することもできる。
第１及び第２の実施例においては、多層プリント基板に照射するレーザビームとして、Ｎｄ：ＹＬＦレーザの基本波（波長１０４７ｎｍ）を用いた。しかし、波長が５００〜６００ｎｍであり、パルス幅が１０〜３０ｎｓであり、パルスエネルギが５０μＪ／パルス以上であるレーザビームを用いても、同様のリフティング加工を行うことができる。また、波長が８００〜３０００ｎｍであるレーザビームを用いても、同様のリフティング加工を行うことができる。
【００３３】
以上、実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者には自明であろう。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、下地部材から剥離された被覆層の剥離部分の飛散を防止しつつ、短時間で大面積の穴を、被覆層に開けることができる。更に、下地部材から剥離された被覆層を、効率よく除去することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）及び（Ｂ）は、本発明の第１の実施例によるレーザ加工方法で用いられるレーザ加工装置の概略図である。
【図２】（Ａ）〜（Ｃ）は第１の実施例によるレーザ加工方法で加工する多層プリント基板の断面図である。
【図３】（Ａ）及び（Ｂ）は、第２の実施例によるレーザ加工方法で用いられるレーザ加工装置の概略図である。
【図４】第２の実施例によるレーザ加工方法で加工する多層プリント基板の断面図である。
【符号の説明】
１ レーザ光源
２ 平凸レンズ
３ ＸＹステージ
４ 加工対象物
５ マスク
６ 反射ミラー
７ チャンバ
１０ 接着層
１１ 樹脂被覆層
１１ａ 剥離部分
１１ｂ 非分離剥離部分
１２ 金属層
１３ 支持基板
１４ 亀裂
２０ レーザ光源
２１ マスク
２２ 平凸レンズ
２３ 反射ミラー
２４ 水溶性接着剤吹き付け器
２５ ＸＹステージ
２６ 加工対象物
２７ ガルバノスキャナ
３０ 矢印

Claims (3)

1. 第１の材料からなる表層部を有する下地部材と、該下地部材の一部の表面に、該第１の材料とは異なる第２の材料で形成された被覆層と、該被覆層表面の少なくとも一部に密着する接着層とを含む加工対象物を準備する工程と、
   前記接着層及び被覆層を透過し、前記下地部材の表面で反射し、反射位置の該被覆層を該下地部材から剥離させる性質を有するレーザビームを、前記加工対象物に前記接着層表面から入射させ、前記被覆層の一部を前記下地部材から剥離させる工程と、
   前記接着層を前記被覆層から分離し、前記下地部材から剥離された被覆層の剥離部分を、前記接着層とともに前記加工対象物から取り去る工程と
   を有するレーザ加工方法。
2. 前記レーザビームが、波長が５００〜６００ｎｍであり、パルス幅が１０〜３０ｎｓであり、パルスエネルギが５０μＪ／パルス以上であるパルスレーザビーム、または波長が８００〜３０００ｎｍであるパルスレーザビームである請求項１に記載のレーザ加工方法。
3. 前記加工対象物を準備する工程が、前記被覆層の表面に接着剤を塗布することによって、前記接着層を形成する工程を含む請求項１または２に記載のレーザ加工方法。

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