(57)【要約】    【課題】  レーザー光の照射精度を良好とすることができる孔形成装置を提供することにある。    【解決手段】  導体層と絶縁層とが積層されてなる積層体にレーザー光を照射することにより少なくとも絶縁層に孔を形成するように構成されてなる孔形成装置であって、  前記レーザー光が照射された照射部からの放射エネルギーを検出する放射温度計を備え、検出結果に基づいてレーザー光の照射を制御するように構成されてなることを特徴とする孔形成装置による。【選択図】  図１
2010129722.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
導体層と絶縁層とが積層されてなる積層体にレーザー光を照射することにより少なくとも絶縁層に孔を形成するように構成されてなる孔形成装置であって、
前記レーザー光が照射された照射部からの放射エネルギーを検出する放射温度計を備え、検出結果に基づいてレーザー光の照射を制御するように構成されてなることを特徴とする孔形成装置。
【請求項２】
前記レーザー光が、ＫｒＦエキシマレーザー、Ｎｄ：ＹＡＧレーザーの第３高調波、又は炭酸ガスレーザーである請求項１記載の孔形成装置。
【請求項３】
前記絶縁層がポリイミド樹脂フィルムである請求項１又は２記載の孔形成装置。
【請求項４】
前記導体層が銅箔又はステンレススチール箔である請求項１〜３の何れかに記載の孔形成装置。
【請求項５】
導体層と絶縁層とが積層されてなる積層体にレーザー光を照射することにより少なくとも絶縁層に孔を形成する孔形成方法であって、
前記レーザー光が照射された照射部からの放射エネルギーを放射温度計により検出し、検出結果に基づいてレーザー光の照射を制御することを特徴とする孔形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、孔形成装置および孔形成方法に関し、例えば、導体層と絶縁層とが積層されてなる積層体にレーザー光を照射することにより少なくとも絶縁層に孔を形成する孔形成装置および孔形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ブラインドビアを有する回路基板を形成するには、銅等の金属を含有する導体層とポリイミド等の樹脂を含有する絶縁層とが積層されてなる積層体のうち絶縁層に孔を形成し、該積層体に形成された孔の内面を銅等の金属でめっき処理して該金属で被覆することが行われている。
また、スルーホールビアを有する回路基板を形成するには、導体層どうしが絶縁層を介して積層された積層体に孔を形成し、該積層体に形成された孔の内面を銅等の金属でめっき処理して該金属で被覆することが行われている。
【０００３】
斯かる孔を形成する孔形成方法としては、ステージ上に載置した積層体にレーザー光を照射して孔を形成する方法が知られている（例えば、特許文献１）。
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１１６８６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、ブラインドビアを有する回路基板を形成する場合には、従来の孔形成方法では、レーザー光の照射が不十分であると、除去されるべき絶縁層の樹脂が残渣として導体層の表面に残ってしまい、形成される回路基板に導通不良が生じてしまう虞がある。
一方で、このことを防止すべく、レーザー光を過剰照射してしまうと、レーザー光が導体層にまで照射されてしまい、導体層の金属が溶融され酸化し、ブラインドビアを形成する際に孔の内面の導体層部分とめっきとの間の接合が不十分となり回路基板に導通不良が生じてしまう虞がある。
このような導通不良の原因となるレーザー光の照射不足や過剰照射は、レーザー発振器から発振されるレーザー光を反射して積層体にレーザー光を照射するミラーの汚れや損傷、レーザー光の照射強度の変動、レーザー光の光軸のズレ、積層体の厚みのバラツキ等の様々な要因によって生じ得る。
【０００６】
また、スルーホールビアを有する回路基板を形成する場合には、従来の孔形成方法では、レーザー光の照射が不十分であると、積層体に形成される孔が貫通不良を生じ回路基板に導通不良が生じてしまう虞がある。
一方で、このことを防止すべく、レーザー光を過剰照射してしまうと、前記積層体がレーザー光により貫通した後にレーザー光がステージにまで照射されてしまい該ステージが劣化されてしまう虞があり、また、導体層と絶縁層との間に耐熱性の低い接着剤層が介されている場合には該接着剤層のサイドエッチングが進行してしまいスルーホールの側面部分にめっきが安定して成長し難くなり回路基板に導通不良が生じてしまう虞がある。
【０００７】
従って、従来の孔形成方法では、回路基板において導通不良が生じたり、ステージが劣化されたりする等レーザー光の照射精度が不十分であるという問題が生じている。
【０００８】
そこで、本発明は、上記問題点に鑑み、レーザー光の照射精度を良好とすることができる孔形成装置及び孔形成方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、導体層と絶縁層とが積層されてなる積層体にレーザー光を照射することにより少なくとも絶縁層に孔を形成するように構成されてなる孔形成装置であって、
前記レーザー光が照射された照射部からの放射エネルギーを検出する放射温度計を備え、検出結果に基づいてレーザー光の照射を制御するように構成されてなることを特徴とする孔形成装置にある。
【００１０】
斯かる孔形成装置によれば、前記放射温度計を備え、前記放射温度計によって検出された検出結果に基づいてレーザー光の照射を制御するように構成されてなることにより、前記積層体にレーザー光を適度に照射し得るため、精度良く孔を形成することができる。
【００１１】
また、本発明に係る孔形成装置は、好ましくは、前記レーザー光がＫｒＦエキシマレーザー、Ｎｄ：ＹＡＧレーザーの第３高調波、又は炭酸ガスレーザーである。
【００１２】
斯かる孔形成装置によれば、絶縁層が効果的に光を吸収することによって高効率且つ高精度の穿孔加工が可能となるという利点がある。
【００１３】
さらに、本発明において、前記絶縁層は、好ましくは、ポリイミド樹脂フィルムである。
【００１４】
前記絶縁層がポリイミド樹脂フィルムであれば、形成される積層体が高耐熱性及び高強度を得ることが可能となるという利点がある。
【００１５】
また、本発明において、前記導体層は、好ましくは、銅箔又はステンレススチール箔である。
【００１６】
前記導体層が銅箔又はステンレススチール箔であれば、形成される積層体が高い電気伝導性及び高い放熱性を得ることが可能となるという利点がある。
【００１７】
また、本発明は、導体層と絶縁層とが積層されてなる積層体にレーザー光を照射することにより少なくとも絶縁層に孔を形成する孔形成方法であって、
前記レーザー光が照射された照射部からの放射エネルギーを放射温度計により検出し、検出結果に基づいてレーザー光の照射を制御することを特徴とする孔形成方法にある。
【発明の効果】
【００１８】
以上のように、本発明によれば、レーザー光の照射精度を良好とすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。
【００２０】
本実施形態の孔形成装置は、導体層と絶縁層とが積層されてなる積層体にレーザー光を照射することにより少なくとも絶縁層に孔を形成するように構成されてなる。また、本実施形態の孔形成装置は、前記レーザー光が照射された照射部からの放射エネルギーを検出する放射温度計を備え、検出結果に基づいてレーザー光の照射を制御するように構成されてなる。
【００２１】
具体的には、図１に示すように、本実施形態の孔形成装置１は、レーザー光Ｒを発振するレーザー発振器２と、該レーザー発振器２から発振されたレーザー光Ｒを積層体８に照射して少なくとも絶縁層に孔を形成するレーザーヘッド３と、該レーザー光Ｒが照射された照射部からの放射エネルギーを検出する放射温度計４と、検出結果に基づいてレーザー光Ｒの照射を制御するＰＩＤコントローラー５と、前記積層体８が載置されるステージ６とを備えてなる。前記ＰＩＤコントローラー５は、放射エネルギーの検出結果により、所望の層に孔が形成されることを認知してレーザー光Ｒの照射を終了するように設定されている。
ここで、前記積層体８は、金属を含有する導体層とポリマーを含有する絶縁層とが積層されたものである。
【００２２】
前記レーザー光Ｒは、絶縁層に孔を形成し得るものであれば特に限定されるものではないが、該レーザー光Ｒとしては、ＫｒＦエキシマレーザー、Ｎｄ：ＹＡＧレーザーの第３高調波、炭酸ガスレーザー等のレーザーが挙げられる。
レーザー光Ｒの発振方法については、連続的にレーザー光を出すＣＷレーザー（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ  Ｗａｖｅ  Ｌａｓｅｒ）や、断続的にレーザー光を出すパルスレーザー（例えば、フェムト秒レーザー）が挙げられる。
また、本実施形態の孔形成装置１は、パンチング加工、トレパニング加工、スパイラル加工等の従来公知の加工方法でレーザー光Ｒを照射することにより孔を形成するように構成されてなる。
【００２３】
レーザーヘッド３は、該レーザー発振器２から発振されたレーザー光Ｒをミラー３ａにより反射させ、該反射されたレーザー光Ｒをレンズ３ｂにより収束し該収束したレーザー光Ｒを積層体８に照射するように構成されてなる。
【００２４】
レンズ３ｂは、レーザー光Ｒを収束させるものであれば特に限定されるものではないが、レンズ３ｂとしては、例えば、シリンドリカルレンズや回折光学素子（ＤＯＥ）レンズ等の従来公知のレンズが挙げられる。
【００２５】
放射温度計４は、レーザーヘッド３に設けられてなる。また、放射温度計４は、照射部にピントが合うように設けられてなる。
【００２６】
本実施形態の孔形成装置１は、放射温度計４が検出する放射エネルギーの放射方向と、照射部に照射されるレーザー光Ｒの照射方向とが同軸となるように構成されてもよく、また、該放射方向と該照射方向とが非同軸となるように構成されてもよい。
なかでも、本実施形態の孔形成装置は、該放射方向と該照射方向とが略同軸となるように構成されてなることが好ましい。斯かる孔形成装置によれば、放射エネルギーをより精度良く検出することができるため、レーザー光Ｒの照射の制御がしやすくなり、加工精度のバラツキをより一層抑制することができるという利点がある。
【００２７】
本実施形態の孔形成装置１は、放射温度計４が検出する検出領域と照射部とが略同心となり、且つ該検出領域の大きさと照射部の大きさとが略同じになるように構成されてなることが好ましい。
斯かる孔形成装置によれば、放射エネルギーをより精度良く検出することができるため、レーザー光Ｒの照射の制御がしやすくなり、加工精度のバラツキをより一層抑制することができるという利点がある。
【００２８】
本実施形態の孔形成装置が、例えば、ブラインドビアを有する回路基板を形成すべく、図２に示すように、導体層８ａと絶縁層８ｂとが積層された積層体８のうち絶縁層８ｂに孔８ｄを形成するように設定されてなる場合には、放射温度計４は、レーザー光Ｒが絶縁層８ｂに照射されている時における絶縁層８ｂからの放射エネルギーと、絶縁層に孔が形成されレーザー光が導体層８ａに照射されている時における導体層８ａからの放射エネルギーとの違いを検出できるものであればよい。
また、本実施形態の孔形成装置が、例えば、スルーホールビアを有する回路基板を形成すべく、絶縁層が導体層で挟まれることにより絶縁層と導体層とが積層されてなる積層体に貫通した孔（貫通孔）を形成するように設定されてなる場合には、放射温度計４は、レーザー光Ｒが積層体８に照射されている時における積層層８からの放射エネルギーと、積層層８に貫通孔が形成されレーザー光がステージに照射されている時におけるステージ６からの放射エネルギーの違いを検出できるものであればよい。
【００２９】
放射温度計４は、検出波長が２０００ｎｍ以下であるものが好ましい。本実施形態の孔形成装置１は、放射温度計４の検出波長が２０００ｎｍ以下であることにより、レーザー光Ｒが照射されたものから放出される放射エネルギーの光を多く検出することができ、放射温度計の応答性が高まり、レーザー光Ｒの照射の制御の応答性が高まるため、加工精度のバラツキをより一層抑制し得るという利点がある。
【００３０】
放射温度計４は、周波数（サンプリングレート）が１０００Ｈｚ以上であるものが好ましい。本実施形態の孔形成装置１は、放射温度計４の周波数が１０００Ｈｚ以上であることにより、放射温度計の応答性が高まり、レーザー光Ｒの照射の制御の応答性が高まるため、加工精度のバラツキをより一層抑制し得るという利点がある。
【００３１】
放射温度計４としては、例えば、パイロメーター、サーモグラフィ等が挙げられる。
【００３２】
ステージ６は、ＸＹステージである。本実施形態の孔形成装置１は、形成すべき孔が形成された後に前記ステージ６により照射部の位置を変更して新たな孔を形成することができるように構成されてなる。また、本実施形態の孔形成装置１は、前記照射部の位置の変更を制御するＮＣ制御装置７を備えてなる。
【００３３】
本実施形態の孔形成装置１は、前記レーザー光Ｒで絶縁層に形成する孔の形状及び大きさを目的及び用途等によって適宜調整できるように構成されてなる。
本実施形態の孔形成装置１は、例えば、ブラインドビア用若しくはスルーホールビア用の孔を形成する場合で、レーザー光Ｒが照射される方向に垂直な面における孔の形状を矩形状にする場合であれば、該断面における孔の最長辺を１０〜３００μｍ、最短辺を５〜２００μｍとするように構成されてなることが好ましく、該最長辺が２５〜２００μｍ、最短辺が１０〜１５０μｍとするように構成されてなることがより好ましい。また、本実施形態の孔形成装置１は、例えば、ブラインドビア用若しくはスルーホールビア用の孔を形成する場合で、レーザー光Ｒが照射される方向に垂直な面における孔の形状を円形にする場合であれば、この円の直径を、好ましくは、１０〜３００μｍ、より好ましくは、２５〜２００μｍとするように構成されてなる。
【００３４】
前記絶縁層としては、例えば、ポリイミド樹脂、アクリル樹脂、ポリエーテルニトリル樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリエチレンナフタレート樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂等の合成樹脂のフィルムが挙げられ、好ましくは、ポリイミド樹脂のフィルムが挙げられる。
絶縁層の厚みは、好ましくは、５〜５０μｍ、より好ましくは、１０〜３０μｍである。
【００３５】
前記導体層としては、例えば、銅、ニッケル、クロム、金、鉄、又はこれらの合金等の金属箔が挙げられ、好ましくは、銅箔若しくはステンレススチール箔が挙げられる。
導体層の厚みは、好ましくは、５〜１００μｍ、より好ましくは、１０〜５０μｍである。
【００３６】
積層体は、絶縁層と導体層とが接着剤を介して積層されたものでもよい。
該接着剤としては、例えば、アクリル系接着剤、エポキシ系接着剤、アミドイミド系接着剤、ポリイミド系接着剤、エポキシ−ニトリルブチルゴム系接着剤、エポキシ−アクリルゴム系接着剤、ブチラール系接着剤、ウレタン系接着剤等が挙げられる。
【００３７】
本実施形態の孔形成装置は、上記の如く構成されてなるが、次に、斯かる孔形成装置を用いた本実施形態の孔形成方法について説明する。
【００３８】
本実施形態の孔形成方法では、導体層と絶縁層とが積層されてなる積層体にレーザー光を照射することにより少なくとも絶縁層に孔を形成する。また、本実施形態の孔形成方法では、前記レーザー光が照射された照射部からの放射エネルギーを放射温度計により検出し、検出結果に基づいてレーザー光の照射を制御する。
【００３９】
具体的には、本実施形態の孔形成方法では、レーザー発振器２によりレーザー光Ｒを発振し、該レーザー光Ｒをレーザーヘッド３により積層体８に照射しつつ、該レーザー光Ｒが照射された照射部から放射される放射エネルギーを放射温度計４で検出する。
そして、本実施形態の孔形成方法では、検出結果に基づいてＰＩＤコントローラー５により前記レーザー光Ｒの照射を制御する。
その後、本実施形態の孔形成方法では、ＮＣ制御装置７によってステージ６を動かしてレーザー光の照射部の位置を変更し新たな孔を形成する。
【００４０】
本実施形態の孔形成装置、及び孔形成方法は、上記のように構成されているので、以下の利点を有するものである。
即ち、本実施形態の孔形成装置は、前記放射温度計を備え、検出結果に基づいてレーザー光の照射を制御するように構成されてなることにより、前記積層体にレーザー光を適度に照射し得るため、孔の加工精度のバラツキを抑制することができる。
【００４１】
また、本実施形態の孔形成装置は、ステージがＸＹステージであることにより、放射温度計４が検出する放射エネルギーの放射方向と、照射部に照射されるレーザー光の照射方向とを同軸にしやすい構成となり放射エネルギーを精度良く検出し得るため、孔の加工精度のバラツキをより一層抑制し得るという利点がある。
【００４２】
本実施形態の孔形成装置及び孔形成方法は上記の通りであるが、本発明は本実施形態に限定されず適宜設計変更可能である。
例えば、本実施形態の孔形成装置は、ステージがＸＹステージであることにより、照射部の位置を変更して新たな孔を形成することができるように構成されてなるが、本発明の孔形成装置は、レーザーヘッドが移動することにより照射部の位置を変更して新たな孔を形成することができるように構成されてもよく、また、ガルバノスキャナにより照射部の位置を変更して新たな孔を形成することができるように構成されてもよく、さらに、積層体がロール状に巻かれたロール体から積層体を送り出しつつ再度ロール状に巻き取る態様において、送り出された積層体に順次レーザー光を照射することにより、異なる位置に孔を形成するように構成されてもよい。
【実施例】
【００４３】
次に実施例を挙げて本発明をさらに詳しく説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００４４】
（実施例１）
下記レーザー照射手段及び下記放射温度計により、下記積層体にブライドビア用の孔を形成した。
＜レーザー照射手段＞
・レーザー光源      Ｎｄ：ＹＡＧレーザーの第３高調波
・レーザー波長      ３５５ｎｍ
・出力              １．２Ｗ
・繰り返し周波数    ３０ｋＨｚ
・ビーム径          ９０μｍφ
・ビーム形状        トップハット型
・加工方法          パンチング
＜放射温度計＞
・パイロメータ（検出波長：１．５〜２．３μｍ、周波数：１０００Ｈｚ、Ａｍｔｒｏｎ社製）
＜積層体＞
・片面回路基板（導体層（銅箔、厚み：１２μｍ）と絶縁層（ポリイミドフィルム：２５μｍ）との積層体、接着剤層なし）
実施例１として、まず、レーザーヘッドに前記放射温度計を、放射温度計が検出する放射エネルギーの放射方向と積層体に照射されるレーザー光の照射方向とが同軸となるように設置した。そして、ステージに載置した積層体の絶縁層にレーザー光を照射しつつ、該レーザー光が照射される照射部から放射される放射エネルギーを放射温度計で検出した。
そして、レーザー光により絶縁層に孔が形成され導体層にレーザー光が照射され始めるのを放射温度計が検出した時に、ＰＩＤコントローラーで制御してレーザー光の照射を止めた。
さらに、同様に絶縁層に孔を形成して合計３０箇所に孔を形成した。
その結果、何れの孔においても、樹脂の残渣や銅の溶融は確認されず、良好な孔が形成されたことが確認できた。
【００４５】
（実施例２）
下記レーザー照射手段及び下記放射温度計を用いて、下記積層体にブライドビア用の孔を形成した。
＜レーザー照射手段＞
・レーザー光源      Ｎｄ：ＹＡＧレーザーの第３高調波
・レーザー波長      ３５５ｎｍ
・出力              ５Ｗ
・繰り返し周波数    ３０ｋＨｚ
・ビーム径          ３０μｍφ
・ビーム形状        ガウシアン型
・加工方法          トレパニング
＜放射温度計＞
・パイロメータ（検出波長：１．５〜２．３μｍ、周波数：１０００Ｈｚ、Ａｍｔｒｏｎ社製）
＜積層体＞
・両面回路基板（絶縁層（ポリイミドフィルム、厚み：２５μｍ）が２層の導体層（銅箔：１２μｍ）で挟まれ、絶縁層と導体層との間に接着剤層（エポキシ樹脂、厚み：１．５μｍ）が介されてなる積層体）
実施例２として、まず、レーザーヘッドに前記放射温度計を、放射温度計が検出する放射エネルギーの放射方向とステージに載置した積層体に照射されるレーザー光の照射方向とが同軸となるように設置した。そして、積層体にレーザー光を照射しつつ、該レーザー光が照射される照射部から放射される放射エネルギーを放射温度計で検出した。
そして、レーザー光により積層体に貫通孔が形成されステージにレーザー光が照射され始めるのを放射温度計が検出した時に、ＰＩＤコントローラーにより制御してレーザー光の照射を止めた。
さらに、同様に積層体に貫通孔を形成して合計３０箇所に孔を形成した。
その結果、何れの孔においても、貫通不良が確認されず、良好な孔が形成されたことが確認できた。さらに、ステージへのダメージもみられなかった。
【００４６】
（比較例１）
放射温度計を用いず、１つの孔を形成するのにレーザー光の照射時間を１０ｍ秒間として、合計３０箇所に孔を形成したこと以外は、実施例１と同様にして孔を形成した。
その結果、１つの孔に於いて銅の溶融が確認された。この原因としては、絶縁層の厚みのバラツキが原因で過剰照射されたことによるものと考えられる。
【００４７】
（比較例２）
放射温度計を用いず、１つの孔を形成するのにレーザー光の照射時間を１０ｍ秒間として、合計３０箇所に孔を形成したこと以外は、実施例２と同様にして孔を形成した。
その結果、ステージへのダメージが確認された。この原因としては、貫通不良を避けるためにレーザー光の過剰照射をしてしまったことによるものと考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】一実施形態における孔形成装置の概略ブロック図。
【図２】一実施形態における孔形成装置を用いて絶縁層に孔を形成する工程を示す図。
【符号の説明】
【００４９】
１：孔形成装置、２：レーザー発振器、３：レーザーヘッド、３ａ：ミラー、３ｂ：レンズ、４：放射温度計、５：ＰＩＤコントローラー、６：ステージ、７：ＮＣ制御装置、８：積層体、８ａ：導体層、８ｂ：絶縁層、８ｃ：照射部、８ｄ：孔、Ｒ：レーザー光
【図１】
2010129722.tif 000003
【図２】
2010129722.tif 000004