(57)【要約】【課題】照射部位の材料及び加工の進度をリアルタイムで検出し、この検出結果に基づいて加工条件を切り換えることができるレーザ加工方法、レーザ加工装置及び多層プリント配線板を提供する。【解決手段】レーザ光源１が発したレーザ光Ｌを収束し被加工物１０に照射することによりレーザ加工を行い、このレーザ加工中に、レーザ光Ｌ（特に、照射光Ｌ１）が照射されている照射部位の材質及び加工の進度を示す進度状況パラメータ（例えば、加工光（照射部位からの反射光とレーザ加工によって照射部位で発生する光とを含む光）Ｌ１１の強度、もしくは加工光Ｌ１１の強度及び差分の変化率（または加工光Ｌ１１の強度及び差））に応じて、レーザ光Ｌの加工パラメータ（レーザ光Ｌより得られるエネルギーを変更するためのパラメータであり、例えば、レーザ光Ｌの強度、パルス幅及びパルス間隔）を切り換えながらレーザ加工を行うものである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光源が発したレーザ光を収束し被加工物に照射することによりレーザ加工を行うレーザ加工方法において、
前記レーザ加工中に、レーザ光が照射されている照射部位の材質及び加工の進度を示す進度状況パラメータに応じて、レーザ光の加工パラメータを切り換えながらレーザ加工を行うことを特徴とするレーザ加工方法。
【請求項２】
請求項１記載のレーザ加工方法において、
前記照射部位からの反射光と前記レーザ加工によって照射部位で発生する光とを加工光とし、
前記加工光に基づいて前記進度状況パラメータを検出するレーザ加工方法。
【請求項３】
請求項２記載のレーザ加工方法において、
前記加工光の強度を前記進度状況パラメータとして検出するレーザ加工方法。
【請求項４】
請求項２記載のレーザ加工方法において、
前記レーザ光を分岐した参照光の強度と前記加工光の強度との差、及び前記加工光の強度を前記進度状況パラメータとして検出するレーザ加工方法。
【請求項５】
請求項２記載のレーザ加工方法において、
前記レーザ光を分岐した参照光の強度と前記加工光の強度との差分の変化率、及び前記加工光の強度を前記進度状況パラメータとして検出するレーザ加工方法。
【請求項６】
請求項２記載のレーザ加工方法において、
前記加工光を複数の波長帯別に分光して得た各波長帯における加工光の強度を前記進度状況パラメータとして検出するレーザ加工方法。
【請求項７】
請求項４または５記載のレーザ加工方法において、
前記加工光の強度の代わりに、加工光を複数の波長帯別に分光して得た各波長帯における加工光の強度を用い、
前記参照光の強度の代わりに、参照光を複数の波長帯別に分光して得た各波長帯における参照光の強度を用いるレーザ加工方法。
【請求項８】
請求項３または６記載のレーザ加工方法において、
前記進度状況パラメータに応じて前記加工パラメータを決定する関数が予め定義されおり、
前記関数が、前記レーザ加工を行いつつ前記加工光の強度を実測して得た値に従って定義されているレーザ加工方法。
【請求項９】
請求項４，５または７記載のレーザ加工方法において、
前記進度状況パラメータに応じて前記加工パラメータを決定する関数が予め定義されおり、
前記関数が、前記レーザ加工を行いつつ前記加工光の強度及び前記参照光の強度を実測して得た値に従って定義されているレーザ加工方法。
【請求項１０】
請求項３または６記載のレーザ加工方法において、
前記進度状況パラメータに応じて前記加工パラメータを決定する関数が予め定義されおり、
前記関数が、被加工物の条件を設定して前記加工光の強度をシミュレーションした結果に従って定義されているレーザ加工方法。
【請求項１１】
請求項４，５または７記載のレーザ加工方法において、
前記進度状況パラメータに応じて前記加工パラメータを決定する関数が予め定義されおり、
前記関数が、被加工物の条件を設定して前記加工光の強度及び前記参照光の強度をシミュレーションした結果に従って定義されているレーザ加工方法。
【請求項１２】
請求項１記載のレーザ加工方法において、
前記進度状況パラメータを複数の段階に分けておき、当該段階ごとに加工パラメータを切り換えながらレーザ加工を行うレーザ加工方法。
【請求項１３】
請求項１記載のレーザ加工方法において、
前記被加工物が複数の異種の材料が積層された積層構造体である場合に、
各材料の材質、厚さ及び積層順を示す情報と検出した前記進度状況パラメータとに応じて現在レーザ加工中の材料を特定し、当該現在レーザ加工中の材料に合わせて前記加工パラメータを切り換えてレーザ加工を行う手順を備えているレーザ加工方法。
【請求項１４】
請求項１３記載のレーザ加工方法において、
前記現在レーザ加工中の材料の次にレーザ光が照射される次の材料を前記積層順に基づいて特定し、当該次の材料の材質に合わせて前記加工パラメータを補正してレーザ加工を行う手順をさらに備えているレーザ加工方法。
【請求項１５】
請求項１３記載のレーザ加工方法において、
前記現在レーザ加工中の材料に対するレーザ光の照射回数と当該現在レーザ加工中の材料の厚さと当該現在レーザ加工中の材料の加工速度とを示す情報に基づいて、レーザ加工中の材料が次の材料に切り換わるタイミングを算出し、当該タイミングで現在レーザ加工中の材料に最適な加工パラメータから次の材料に最適な加工パラメータに切り換えてレーザ加工を行う手順をさらに備えているレーザ加工方法。
【請求項１６】
請求項１３記載のレーザ加工方法において、
前記照射部位からの反射光と前記レーザ加工によって照射部位で発生する光とを加工光とし、
前記加工光のスペクトルの変化または各波長帯における加工光の強度の変化と現在レーザ加工中の材料の材質及び積層順を示す情報とに基づいて、レーザ加工中の材料が次の材料に切り換わるタイミングを検出し、当該タイミングで現在レーザ加工中の材料に最適な加工パラメータから次の材料に最適な加工パラメータに切り換えてレーザ加工を行う手順をさらに備えているレーザ加工方法。
【請求項１７】
請求項１５または１６記載のレーザ加工方法において、
前記照射部位の位置が前記現在レーザ加工中の材料から前記次の材料にかわる前から前記照射部位の位置が前記現在レーザ加工中の材料から前記次の材料にかわるときにかけて、前記現在レーザ加工中の材料に最適な加工パラメータを次の材料に最適な加工パラメータに徐々に変化させて切り換えるレーザ加工方法。
【請求項１８】
請求項１〜１７のうちのいずれか１つに記載のレーザ加工方法において、
前記レーザ加工が完了した後、さらに、
前記加工パラメータを切り換えて、前記レーザ光による照射部位のクリーニング及び活性化を行うレーザ加工方法。
【請求項１９】
被加工物が載置され固定される加工ステージと、レーザ光を発するレーザ光源と、前記レーザ光を照射光と参照光に分岐するビームスプリッタと、前記照射光を前記被加工物に向けて偏向するビーム走査部と、前記参照光を検出する第１光検出部と、前記照射光が照射されている照射部位からの反射光と前記照射光の照射によって照射部位で発生する光とを含む加工光を検出する第２光検出部と、前記第１光検出部及び前記第２光検出部からの出力に基づく制御信号を少なくとも前記レーザに出力して、前記レーザ光の強度、パルス幅及びパルス間隔の設定及び変更を行う制御部とを備えており、
請求項１〜１８のうちのいずれか１つに記載のレーザ加工方法を実行してレーザ加工を行うレーザ加工装置。
【請求項２０】
請求項１９記載のレーザ加工装置において、
前記第１光検出部及び前記第２光検出部、または第２光検出部が、受光した参照光または加工光を複数の波長帯ごとに分光する分光部を備えているレーザ加工装置。
【請求項２１】
請求項１〜１８のうちのいずれか１つに記載のレーザ加工方法を実行して形成された多層プリント配線板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複合材料または異種材料を積層してなる積層材料に対してレーザ光を照射することにより穴が形成される多層プリント配線板、この多層プリント配線板のレーザ加工方法、及びこのレーザ加工方法を実施するレーザ加工装置に関するものであり、特に、スルホールやバイアホールが形成される多層プリント配線板、レーザ加工方法及びレーザ加工装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、多層プリント配線板を切断する場合または多層プリント配線板に穴を形成する場合、レーザ光を用いたレーザ加工が用いられる。例えば、多層プリント配線板に電気的な層間接続を形成する際には、レーザ光を用いた穴加工によって絶縁樹脂部に穴を形成し、この穴に金属層を設けてスルホールやバイアホールを形成する、といったレーザ加工方法及びレーザ加工装置が主に用いられる。
【０００３】
図５は、穴加工を行う前の多層プリント配線板の一例を示す部分断面図である。同図には、多層プリント配線板１００のうち穴加工が施される一つの層（後述の絶縁樹脂層１０３）とその周辺部が主に示されている。
【０００４】
図５に示す多層プリント配線板は、内層コア絶縁樹脂部１０１上に形成された内層パターン１０２がガラス繊維強化された絶縁樹脂層１０３によって覆われてなるものである。
【０００５】
一般的に、内層コア絶縁樹脂部１０１としてはガラスエポキシ基板が用いられ、内層パターン１０２は銅箔で形成され、絶縁樹脂層１０３は、エポキシ樹脂にガラス繊維製のクロスを含浸することによって形成されており、ガラス繊維１０３ａとエポキシ樹脂部１０３ｂとからなる。
【０００６】
前記バイアホールは、既に形成された内層パターン１０２と、絶縁樹脂層１０３の表面に後に形成される配線パターンとの間を電気的に接続する際に形成されるものである。
【０００７】
図６は、穴加工を行った後の多層プリント配線板の一例を示す部分断面図である。同図には、多層プリント配線板１００のうち穴加工が施された一つの層（絶縁樹脂層１０３）とその周辺部が主に示されている。
【０００８】
図５に示す多層プリント配線板にバイアホールを形成する際には、図６に示すように、まず初めに、絶縁樹脂層１０３に穴を形成する（穴加工を行う）。次いで、図示していないが、露出した内層パターン１０２上及び穴１１３の内壁にめっき等で金属層を設ける。
【０００９】
前記穴加工等のレーザ加工には、高出力のＣＯ2レーザやＬＤ励起ＹＡＧレーザの出力を高調波に変換するＵＶレーザ等のレーザを用いる。そして、穴加工時には、一般的に、前記レーザの出力（レーザ光）をパルス状に数百から数千回に分けて絶縁樹脂層１０３に照射することによって、この照射によるエネルギーで絶縁樹脂層１０３を除去することにより穴１１３を形成する。
【００１０】
図６を参照しつつ説明した従来のレーザ加工方法では、絶縁樹脂層１０３を構成する樹脂（エポキシ樹脂部１０３ｂ）がレーザ光を吸収し、このレーザ光の光・熱的エネルギーで絶縁樹脂層１０３が焼けるまたは蒸発することで絶縁樹脂層１０３を除去している。そして、内層パターン１０２である金属の銅箔が露出すると、レーザ光が銅箔表面で反射することで穴加工がそれ以上進まず、穴あけが自動的に止まってしまうといった現象を利用して穴加工を終了していた。
【００１１】
しかしながら、このような従来のレーザ加工方法には後述する種々の問題があった。
【００１２】
例えば、前記内層パターンの上に単一の樹脂からなる絶縁樹脂層があるといった、もっとも簡単な構成の絶縁樹脂層に対して穴あけを行った場合においては、以下のような問題がある。
【００１３】
即ち、穴加工用のレーザ光が内層パターン表面に達した時点で穴加工が完全に停止するわけではなく、実際は、大半のレーザ光が内層パターンを構成する金属（多層プリント配線板では主に銅箔）表面で反射すること、及び、金属（内層パターン）の熱伝導が絶縁樹脂層よりも高いため、加工速度が極端に落ちて穴加工が停止したように見えるだけであることから、仮に、レーザ強度等を絶縁樹脂層の加工には充分で、かつ、内層パターンを構成する金属の加工には不充分な値に設定したとしても、適切なタイミングでレーザ光の照射を停止しなければ、投入されたレーザ光のエネルギーによって銅箔自体がダメージを受けたり、絶縁樹脂部のうちの銅箔の下に配置された部位や穴（バイアホール）壁となっている部位が多大な熱の影響を受けることになる。その結果、従来のレーザ加工方法には、絶縁樹脂部が劣化するといった問題や、絶縁樹脂部に不要な意図しない加工が施されるといった問題があった。
【００１４】
さらに、従来のレーザ加工方法には、銅箔表面で反射したレーザ光が、既に形成された絶縁樹脂層の穴壁（穴の内壁）を再度加工してしまったり、劣化させてしまったりする場合があるといった問題もあった。
【００１５】
これらの問題を解決するためには、銅箔（内層パターン箔）を充分露出し、かつ、絶縁樹脂層に過度の熱影響を与えない程度の適切なエネルギー量のレーザ光を照射し、かつ、銅箔が露出した頃あいを見計らってタイミングよくレーザ光の照射を停止する必要がある。但し、停止のタイミングが早すぎてレーザ光を充分に照射できなかった場合には、バイアホールの穴底に焦げた樹脂残渣が残ったり、穴底付近の穴壁が充分に加工できなかったりするといった問題が生じてしまう。
【００１６】
図７は、レーザ光の照射が不充分なためバイアホールの穴底に加工残渣が残っている状態の多層プリント配線板の一例を示す部分断面図である。同図には、多層プリント配線板１２０のうち穴加工が施された一つの層（後述の絶縁樹脂層１２３）とその周辺部が主に示されている。
【００１７】
同図に示す多層プリント配線板１２０は、内層コア絶縁樹脂部１０１上に形成された内層パターン１０２が単一の樹脂からなる（ガラス繊維強化されていない）絶縁樹脂層１２３によって覆われてなるものである。
【００１８】
同図に示す多層プリント配線板１２０では、レーザ光の照射が不充分だったことによって、後にバイアホールとなる穴１２３ａの穴底に焦げた樹脂残渣１２３ａ１が残っており、穴底付近の穴壁１２３ａ２は充分に加工されていない状態となっている。このような状態では、内層パターン１０２をきれいに露出できず、バイアホールの信頼性が確保できない。そのため、一般的には、穴１２３ａの形成が完了する条件を上回る条件を設定してレーザ光の照射が行われる。
【００１９】
また、多層プリント配線板の絶縁樹脂層としては、図７に示すような、単一の樹脂からなる絶縁樹脂層１２３が用いられることは非常に少なく、多くの場合、図５及び図６に示すような、ガラス繊維強化された絶縁樹脂層１０３が用いられる。このガラス繊維強化された絶縁樹脂層１０３は、例えばガラス繊維１０３ａとエポキシ樹脂部１０３ｂとから構成されており、エポキシ樹脂にガラス繊維製のガラスクロスを含浸することによって形成される。
【００２０】
このガラス繊維強化された絶縁樹脂層１０３に穴加工を施す際にレーザ光を充分に照射できなかった場合には、図示していないが、穴１１３内にガラス繊維１０３ａが除去できずにそのまま残ったり、穴１１３の内壁から除去しきれなかったガラス繊維がひげのように突出したりしてしまい、穴１１３の信頼性に多大な影響を与えてしまう。そのため、図５及び図６に示すようなガラス繊維強化された絶縁樹脂層１０３に穴加工を施す際には、ガラス繊維１０３ａを確実に除去できるようにレーザ光の強度、パルス幅及びパルス間隔等の条件を設定しており、図７に示すような単一の樹脂からなる絶縁樹脂層に穴加工を施す際に必要なエネルギーと比較して、２桁近く大きなエネルギーが必要となる場合がある。但し、このような大きなエネルギーは、母材である絶縁樹脂（エポキシ樹脂部１０３ｂ）に対しては過大なエネルギーとなってしまう。
【００２１】
また、ガラス繊維１０３ａは織物状に編まれた状態で絶縁樹脂層１０３内にあるため、部位によって粗密がある。例えば、図５では、ガラス繊維１０３ａの矢印Ａ１００で示す部位は「粗」な状態になっており、比較的容易に除去することができる。一方、矢印Ｂ１００で示す部位は「密」な状態となっており、比較的除去が困難である。さらに、絶縁樹脂層１０３自体の厚さにも部位によってばらつきがある。そのため、穴を形成する部位の除去が最も困難な部位であった場合（多層プリント配線板内で絶縁樹脂層１０３の厚さが最も厚く、かつ、ガラス繊維１０３ａが「密」な状態となっている部位に穴を形成する場合）を想定して、レーザ光の強度、パルス幅及びパルス間隔等の条件を設定する必要がある。その結果、過大なエネルギーのレーザ光が照射されてしまう部位が多々発生する場合があるといった問題があった。
【００２２】
このように、従来のレーザ加工方法では、穴加工を行う材料（例えば絶縁樹脂層）やその厚さのみに従って、レーザ光の強度、パルス幅及びパルス間隔等といった加工パラメータを一定の値に設定し、この設定した加工パラメータで穴加工を行っていた。そのため、適切な加工条件で穴加工を行うことができず、絶縁樹脂層や内層パターンへの熱的ダメージの回避ができない場合があるといった問題があった。
【００２３】
このような問題を考慮したものの一従来例として、特許文献１である特開２０００−３３２４１８号公報に開示されているレーザ残膜の除去方法がある。この特許文献１には、絶縁樹脂層（絶縁層）や内層パターン（導体めっき層）への影響を押さえることが可能な程度の設定でレーザ加工を行い、穴内に若干の樹脂残渣を残した状態でレーザ加工を終了し、その後、いわゆるデスミア処理と呼ばれる薬液を用いた処理を行って、樹脂残渣を除去する、といったレーザ残膜の除去方法が開示されている。
【００２４】
また、プリント配線板の厚さや絶縁樹脂層の厚さのばらつき、ガラス繊維の粗密に応じて、余分なレーザ照射を回避することを考慮したものの一従来例として、特許文献２である特開平１１−１９２５７０号公報に開示されているレーザ加工装置及びレーザ加工方法がある。このレーザ加工装置及びレーザ加工方法では、レーザ発振器から出射したレーザ光が被加工物で反射した反射光の強度を半導体素子である反射光検出器でモニタし、反射光の強度と基準値との比較結果に基づきレーザ発振器を制御してレーザ照射を停止している。さらに、他の従来例として、特許文献３である特許第３０１１１８３号明細書に開示されているレーザ加工方法及び加工装置がある。このレーザ加工方法及び加工装置では、基板で反射したレーザ光の強度を検出し、これによって加工状態を判断してレーザ照射回数を制御している。
【００２５】
さらに他の従来例として、特許文献４である特開平８−３４０１６５号公報に開示されているバイアホール形成方法及びレーザ加工装置、特許文献５である特開平８−３０９５６６号公報に開示されているビアホール形成方法及びレーザ光照射装置、及び特許文献６である特開２０００−２０２６６８号公報に開示されているＱスイッチレーザによる穴あけ加工方法がある。
【００２６】
特許文献４に開示されているバイアホール形成方法及びレーザ加工装置では、バイアホールを形成する際、まず初めに、ポリマー層に赤外域レーザ光で穴を形成し、次いで、この穴に紫外域のレーザ光を照射して穴底に残った加工残物を蒸発させている。
【００２７】
特許文献５に開示されているビアホール形成方法及びレーザ光照射装置では、ガスを吹き付けた状態でパルスレーザ光を所定の時間間隔で１ショット以上照射する、またはパルスレーザ光の照射を行う際にノーマル発振モードからＱスイッチ発振モードに照射光のモードを切り換えてパルス幅を切り換えることにより、ビアホール底の残留膜を除去している。
【００２８】
特許文献６に開示されているＱスイッチレーザによる穴あけ加工方法では、Ｑスイッチ発振を用いて、加工時間の経過とともにＹＡＧレーザの強度を下げてゆくことにより、内層銅にダメージを与えることなく上層の樹脂層に穴あけ加工している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２９】
【特許文献１】特開２０００−３３２４１８号公報
【特許文献２】特開平１１−１９２５７０号公報
【特許文献３】特許第３０１１１８３号明細書
【特許文献４】特開平８−３４０１６５号公報
【特許文献５】特開平８−３０９５６６号公報
【特許文献６】特開２０００−２０２６６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００３０】
しかしながら、前述した特許文献１〜３に開示されているものも、照射するレーザ光のパルス間隔は制御しているものの、１回の照射におけるエネルギー量は一定であるかまたはレーザ照射前に予め設定されており、穴壁や内層パターン下の内層コア絶縁樹脂部へのダメージを回避することができないといった問題があった。
【００３１】
また、前述の特許文献４〜６に開示されているものでは、穴加工中の各瞬間におけるレーザ光の照射条件が適切であるか否かが考慮されておらず、複数の異種材料が積層されてなる多層プリント配線板に対して穴加工を行ったときには、充分な効果が得られない場合があるといった問題があった。例えば、特許文献６に開示されているＱスイッチレーザによる穴あけ加工方法では、穴加工時に穴加工の進度や穴加工の対象物を検出しておらず、各瞬間における強度が真に適切であるか否かが考慮されていない。
【００３２】
なお、以上の説明では、通常の単一の樹脂からなる絶縁樹脂層を備えている多層プリント配線板と、ガラス繊維強化された絶縁樹脂層を備えている多層プリント配線板とを配線板の一例としてあげているが、最近の小形情報機器等で多用されており必須とされる、リジッドフレックス基板や多層フレキシブル配線板と呼ばれる積層構造の多層プリント配線板では、レーザ加工時の加工条件設定がさらに複雑となる。
【００３３】
図８は、積層構造の多層プリント配線板の一例を示す断面図である。
【００３４】
前記リジッドフレックス基板や多層フレキシブル配線板等といった積層構造の多層プリント配線板２００は、内層コア絶縁樹脂部２０１上に形成された内層パターン２０２が複数の層が積層されてなる絶縁層によって覆われてなるものである。前記絶縁層は、内層コア絶縁樹脂部２０１及び内層パターン２０２上に順次積層されたカバーレイ層２０４と絶縁樹脂層２０３とから構成されている。さらに、内層コア絶縁樹脂部２０１及び内層パターン２０２とカバーレイ層２０４との間、ならびにカバーレイ層２０４と絶縁樹脂層２０３との間は接着剤層２０５ａ，２０５ｂでそれぞれ接着されている。
【００３５】
一般的に、内層コア絶縁樹脂部２０１としてはガラスエポキシ基板が用いられ、内層パターン２０２は銅箔で形成されている。また、絶縁樹脂層２０３は、エポキシ樹脂にガラス繊維製のクロスを含浸することによって形成されており、ガラス繊維２０３ａとエポキシ樹脂部２０３ｂとからなる。また、カバーレイ層２０４としてはポリイミドフィルムが用いられ、接着剤層２０５ａ，２０５ｂを形成する際には変性アクリル系接着剤が用いられる。
【００３６】
図示されているように、内層コア絶縁樹脂部２０１及び内層パターン２０２上に形成された前記絶縁層は、複数の層が順次積層されたものである。そのため、これらの層を貫通する穴をレーザ光を用いて形成する際に、従来のレーザ加工方法のように全層に対して一定の加工パラメータでレーザ加工を行った場合には種々の問題が生じていた。
【００３７】
例えば、各層の耐熱性や加工速度の差によって、加工速度が速い（蒸発する速度が速い）層は穴の口径が大きくなり、遅い（蒸発する速度が遅い）層は穴の口径が小さくなり、穴壁に凹凸が生じて穴壁が滑らかな穴を形成することができないといった問題があった。また、ある層に対しては適切な条件であっても、他の層に対してはエネルギーが過大であるため穴周囲の材料自体にダメージを与えてしまったり、パルス幅等が不適切であるため穴壁や穴底に炭化物などの不要な残渣や変質層を形成してしまったりする場合があるといった問題もあった。
【００３８】
さらに、このような問題が生じた結果、穴形成後に穴壁にめっき等の手法を用いて形成されるバイアホール導体（金属層）に関して、穴壁に正常に形成できなくなったり、バイアホール導体の厚さが大きくばらついたり、一部分とぎれたり（スルホール欠損）、またはバイアホール導体と穴壁との間の密着強度が低くなったりするといった欠陥が生じる場合がある。そのため、作成されたバイアホールの信頼性を著しく損なってしまうといった問題があった。
【００３９】
これら種々の問題を考慮すると、リジッドフレックス基板や多層フレキシブル配線板と呼ばれる種の多層プリント配線板にレーザ加工を施す場合、全層に一律に適用できる加工パラメータは存在しないといった現状がある。さらに、近年の多層プリント配線板における配線パターンの高密度化及び高精細化に伴い、従来よりも飛躍的に微細できれいなバイアホールやスルホールの作成が要求されているといった現状もある。即ち、これらの現状に鑑みて、レーザ加工時には、レーザ光の強度、パルス幅及びパルス間隔を適正に制御する必要がある。
【００４０】
しかしながら、前述したように、従来のレーザ加工方法やレーザ加工装置には、加工中にレーザ光を照射している照射部位の材料や加工の進度（現在どのような材質の材料をどの程度加工しているか等）をリアルタイムに検出するように構成されているものはない。
【００４１】
従って、照射部位の材料や加工の進度に応じて加工パラメータを変更しレーザ光のエネルギー量をリアルタイムに制御するように構成されているものもない。そのため、従来のレーザ加工方法やレーザ加工装置では、穴を内層パターンまで完全に貫通させることが可能な加工パラメータでレーザ光を照射していた。その結果、エポキシ樹脂の除去しない部分や内層パターンにまでダメージを与えてしまう場合があった。
【００４２】
また、前述の特許文献４〜６に開示されているもののように高度な制御が可能な一部のレーザ加工装置では、加工パラメータを制御しながら加工を行うことが可能なものもある。しかしながら、このようなレーザ加工装置も、現状をリアルタイムにモニタして制御を行うものではない。例えば特許文献６に開示されているものでは、加工の進度を予め予測しておき、この予測に従って、Ｑスイッチ発振を用いて加工パラメータを切り換える、または加工停止のタイミングを制御する程度にとどまっていた。
【００４３】
本発明はかかる問題点を解決すべく創案されたもので、その目的は、照射部位の材料及び加工の進度をリアルタイムで検出し、この検出結果に基づいて加工条件を切り換えることができるレーザ加工方法、レーザ加工装置及び多層プリント配線板を提供することを目的とする。
【００４４】
なお、本明細書においては、被加工物の被加工部位のうちの、レーザ光の照射によって現在除去されている箇所（例えば穴加工では穴底）を特に「照射部位」とする。
【課題を解決するための手段】
【００４５】
上記課題を解決するため、本発明のレーザ加工方法は、レーザ光源が発したレーザ光を収束し被加工物に照射することによりレーザ加工を行うレーザ加工方法において、前記レーザ加工中に、レーザ光が照射されている照射部位の材質及び加工の進度を示す進度状況パラメータに応じて、レーザ光の加工パラメータを切り換えながらレーザ加工を行うことを特徴とする。
【００４６】
これにより、常に最適な加工条件でレーザ加工を行うことができる。
【００４７】
また、前記照射部位からの反射光と前記レーザ加工によって照射部位で発生する光とを加工光とし、前記加工光に基づいて前記進度状況パラメータを検出してもよい。より具体的には、（イ）前記加工光の強度を前記進度状況パラメータとして検出する、（ロ）前記レーザ光を分岐した参照光の強度と前記加工光の強度との差、及び前記加工光の強度を前記進度状況パラメータとして検出する、または（ハ）前記レーザ光を分岐した参照光の強度と前記加工光の強度との差分の変化率、及び前記加工光の強度を前記進度状況パラメータとして検出する。
【００４８】
この場合には、レーザ加工の進度をリアルタイムで検出することができる。
【００４９】
また、前記加工光の強度の代わりに、加工光を複数の波長帯別に分光して得た各波長帯における加工光の強度を用い、前記参照光の強度の代わりに、参照光を複数の波長帯別に分光して得た各波長帯における参照光の強度を用いてもよい。
【００５０】
この場合には、レーザ加工の進度をより詳細に検出することができる。
【００５１】
また、前記進度状況パラメータに応じて前記加工パラメータを決定する関数が予め定義されていることが好ましい。なお、この関数は、前記レーザ加工を行いつつ前記加工光の強度（または前記加工光の強度及び参照光の強度）を実測して得た値に従って定義されているか、もしくは被加工物の条件を設定して前記加工光の強度（または前記加工光の強度及び参照光の強度）をシミュレーションした結果に従って定義されている。
【００５２】
また、前記進度状況パラメータを複数の段階に分けておき、当該段階ごとに加工パラメータを切り換えながらレーザ加工を行ってもよい。
【００５３】
この場合には、レーザ加工装置の構造が複雑になることを防止でき、安価なレーザ加工装置を実現でき、レーザ加工方法を構成するレーザ加工の手順を簡単化することができ、多層プリント配線板の製造コストを抑えることができる。
【００５４】
また、前記被加工物が複数の異種の材料が積層された積層構造体である場合に、各材料の材質、厚さ及び積層順を示す情報と検出した前記進度状況パラメータとに応じて現在レーザ加工中の材料を特定し、当該現在レーザ加工中の材料に合わせて前記加工パラメータを切り換えてレーザ加工を行う手順を備えていてもよい。
【００５５】
この場合には、前記被加工物が複数の異種の材料が積層された積層構造体であっても、常に最適な加工条件でレーザ加工を行うことができる。
【００５６】
また、前記現在レーザ加工中の材料の次にレーザ光が照射される次の材料を前記積層順に基づいて特定し、当該次の材料の材質に合わせて前記加工パラメータを補正してレーザ加工を行う手順をさらに備えていてもよい。
【００５７】
この場合には、次の材料に及ぼす影響を勘案してより適切な加工条件でレーザ加工を行うことができる。
【００５８】
また、前記現在レーザ加工中の材料に対するレーザ光の照射回数と当該現在レーザ加工中の材料の厚さと当該現在レーザ加工中の材料の加工速度とを示す情報に基づいて、レーザ加工中の材料が次の材料に切り換わるタイミングを算出し、当該タイミングで現在レーザ加工中の材料に最適な加工パラメータから次の材料に最適な加工パラメータに切り換えてレーザ加工を行う手順をさらに備えていてもよい。
【００５９】
この場合には、次の材料に及ぼす影響を勘案してより適切な加工条件でレーザ加工を行うことができる。
【００６０】
また、前記加工光のスペクトルの変化または各波長帯における加工光の強度の変化と現在レーザ加工中の材料の材質及び積層順を示す情報とに基づいて、レーザ加工中の材料が次の材料に切り換わるタイミングを検出し、当該タイミングで現在レーザ加工中の材料に最適な加工パラメータから次の材料に最適な加工パラメータに切り換えてレーザ加工を行う手順をさらに備えていてもよい。
【００６１】
この場合には、次の材料に及ぼす影響を勘案してより適切な加工条件でレーザ加工を行うことができる。
【００６２】
前記照射部位の位置が前記現在レーザ加工中の材料から前記次の材料にかわる前から前記照射部位の位置が前記現在レーザ加工中の材料から前記次の材料にかわるときにかけて、前記現在レーザ加工中の材料に最適な加工パラメータを次の材料に最適な加工パラメータに徐々に変化させて切り換えてもよい。
【００６３】
この場合には、次の材料に及ぼす影響を勘案してさらにより適切な加工条件でレーザ加工を行うことができる。
【００６４】
また、前記レーザ加工が完了した後、さらに、前記加工パラメータを切り換えて、前記レーザ光による照射部位のクリーニング及び活性化を行ってもよい。
【００６５】
この場合には、スルホール及びバイアホールを形成するための穴に欠陥が生じることをさらに防止でき、多層プリント配線板の電気的な信頼性をより向上することができる。
【００６６】
本発明のレーザ加工装置は、被加工物が載置され固定される加工ステージと、レーザ光を発するレーザ光源と、前記レーザ光を照射光と参照光に分岐するビームスプリッタと、前記照射光を前記被加工物に向けて偏向するビーム走査部と、前記参照光を検出する第１光検出部と、前記照射光が照射されている照射部位からの反射光と前記照射光の照射によって照射部位で発生する光とを含む加工光を検出する第２光検出部と、前記第１光検出部及び前記第２光検出部からの出力に基づく制御信号を少なくとも前記レーザに出力して、前記レーザ光の強度、パルス幅及びパルス間隔の設定及び変更を行う制御部とを備えており、前述したレーザ加工方法のうちのいずれか１つのレーザ加工方法を実行してレーザ加工を行うものである。
【００６７】
これにより、常に最適な加工条件でレーザ加工を行うことができる。
【００６８】
また、前記第１光検出部及び前記第２光検出部、または第２光検出部が、受光した参照光または加工光を複数の波長帯ごとに分光する分光部を備えていてもよい。
【００６９】
この場合には、レーザ加工の進度をより詳細に検出することができる。
【００７０】
本発明の多層プリント配線板は、前述したレーザ加工方法のうちのいずれか１つのレーザ加工方法を実行して形成されたものである。
【００７１】
これにより、常に最適な加工条件でレーザ加工を行うことができる。
【発明の効果】
【００７２】
本発明は上記のように構成したので、常に最適な加工条件でレーザ加工を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本発明のレーザ加工装置の実施形態１を示す説明図である。
【図２】本発明の多層プリント配線板の実施形態１を示す断面図である。
【図３】本発明のレーザ加工装置の実施形態３を示す説明図である。
【図４】本発明の多層プリント配線板の実施形態３を示す断面図である。
【図５】穴加工を行う前の多層プリント配線板の一例を示す部分断面図である。
【図６】穴加工を行った後の多層プリント配線板の一例を示す部分断面図である。
【図７】レーザ光の照射が不充分なためバイアホールの穴底に加工残渣が残っている状態の多層プリント配線板の一例を示す部分断面図である。
【図８】積層構造の多層プリント配線板の一例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００７４】
以下、本発明のレーザ加工方法、レーザ加工装置及び多層プリント配線板の実施形態について説明する。なお、ここでは、レーザ加工の一例として穴加工をあげて説明を行うが、本発明は、これに限定されるものではなく、例えば切断を行う場合にも適用可能である。
【００７５】
＜実施形態１＞
まず初めに、本発明のレーザ加工方法、レーザ加工装置及び多層プリント配線板の実施形態１について図面を参照しつつ説明する。
【００７６】
図１は、本発明のレーザ加工装置の実施形態１を示す説明図である。
【００７７】
このレーザ加工装置は、例えば、被加工物１０の位置を調整する加工ステージ１１と、パルスレーザ光等のレーザ光Ｌを発するレーザ光源１と、このレーザ光源１からのレーザ光Ｌを分岐するビームスプリッタ２と、分岐後の一方のレーザ光（照射光）Ｌ１を偏向して加工ステージ１１上の被加工物１０の被加工部位１０ａに照射するビーム走査部３と、被加工物１０（より詳細には照射部位）で反射した反射光等を検出する第２光検出部４と、ビームスプリッタ２で分岐後の他方のレーザ光（参照光）Ｌ２を検出する第１光検出部５と、これらレーザ光源１、ビームスプリッタ２、ビーム走査部３、第２光検出部４及び第１光検出部５の動作を制御する制御部６とを備えている。さらに、ビーム走査部３と被加工部位１０ａとの間には、レーザ光Ｌの照射光Ｌ１を収束するレンズ７が配置されている。
【００７８】
前記ビーム走査部３は、例えばガルバノミラー及びｆ−θレンズ（エフ・シータ・レンズ）等から構成される。
【００７９】
前記第２光検出部４及び第１光検出部５は、例えば光学フィルタ及び光検出器等からそれぞれ構成されており、検出結果を電気信号として制御部６に出力する。
【００８０】
前記加工ステージ１１は、図示は省略しているが、被加工物１０が載置・固定された加工テーブルと、当該加工テーブルを制御部６からの制御信号に従って適切な位置に移動させる加工テーブル駆動部とから構成される。
【００８１】
前記制御部６は、例えばコンピュータ等の演算処理部であり、コンピュータ読取可能な記憶媒体に予め記録された関数（即ち、予めプログラムされた関数）を実行するものである。この場合、レーザ加工装置は、関数を実行する際に必要な種々の情報を格納した記憶部（不図示）をさらに備えている。
【００８２】
なお、レーザ光源１、ビームスプリッタ２、ビーム走査部３、第２光検出部４、第１光検出部５及び制御部６は、支持機構（不図示）にそれぞれ固定されている。また、加工ステージ１１近傍には、加工ステージ１１に被加工物１０を搬入するとともに加工ステージ１１から被加工物１０を搬出する搬送機構（不図示）が配されている。
【００８３】
さらに、前記レーザ加工装置は、必要に応じて被加工部位１０ａにアシストガスを供給するアシストガス機構を備えていてもよく、この場合、前記制御部６はこのアシストガス機構の動作制御も行う。
【００８４】
後に詳細に説明するが、図１に示すレーザ加工装置では、レーザ加工中に、レーザ光が照射されている照射部位の材質及び加工の進度を示す進度状況パラメータに応じて、レーザ光の加工パラメータ（レーザ光より得られるエネルギーを変更するためのパラメータであり、例えば、レーザ光の強度、パルス幅及びパルス間隔）を切り換えながらレーザ加工を行っている。
【００８５】
ここで、レーザ加工装置の基本的な動作について説明する。
【００８６】
まず、レーザ光源１が発したレーザ光Ｌを、ビームスプリッタ２で照射光Ｌ１と参照光Ｌ２とに分岐する。
【００８７】
そして、分岐後の参照光Ｌ２を第１光検出部５で受光し、参照光Ｌ２の強度を示す信号を第１光検出部５から制御部６に出力する。
【００８８】
さらに、分岐後の照射光Ｌ１を、ビーム走査部３で偏向し、レンズ７で収束した後、被加工物１０の被加工部位１０ａに照射する。この照射光Ｌ１の照射によって被加工部位１０ａに穴を形成する。このとき、被加工物１０に照射された照射光Ｌ１の一部が照射部位で反射し反射光となる。この反射光と穴加工（照射）によって発生する光とを含む加工光Ｌ１１の少なくとも一部を、第２光検出部４で受光する。そして、第２光検出部４は、受光した加工光Ｌ１１の強度を示す信号を制御部６に出力する。
【００８９】
次いで、本発明のレーザ加工方法の実施形態１及び多層プリント配線板の実施形態１について図１及び図２を参照しつつ説明する。
【００９０】
図２（ａ）は、本発明の多層プリント配線板の実施形態１を示す断面図であり、多層プリント配線板のうち被加工部位とその周辺部のみを図示している。
【００９１】
同図（ａ）には、各加工の進度における多層プリント配線板が図示されており、紙面左側に穴加工開始直後の多層プリント配線板が示されており、紙面左から右方向へ向かって各経過時間毎の多層プリント配線板が示されており、紙面右側に穴加工終了時の多層プリント配線板（本発明の多層プリント配線板の実施形態１）が示されている。
【００９２】
本実施形態の多層プリント配線板は、内層コア絶縁樹脂部２１上に形成された内層パターン２２がガラス繊維強化された絶縁樹脂層２３によって覆われてなるものである。例えば、内層コア絶縁樹脂部２１としてはガラスエポキシ基板が用いられ、内層パターン２２は銅箔で形成される。また、絶縁樹脂層２３は、ガラス繊維を編んだガラスクロスをエポキシ樹脂に浸してガラスクロスにエポキシ樹脂を含ませることによって形成されており、ガラス繊維２３ａとエポキシ樹脂部２３ｂとからなる。
【００９３】
また、このような材料を用いて絶縁樹脂層２３が形成されていることにより、絶縁樹脂層２３の表層（紙面上層）付近及び底層（紙面下層）付近はエポキシ樹脂で形成されたエポキシ樹脂部２３ｂのみで構成されているが、中層付近はエポキシ樹脂部２３ｂとガラス繊維２３ａとで構成されている。また、ガラス繊維２３ａは、織物（ガラスクロス）の状態で配置されているので、平面的に見れば（紙面上方から見たときには）部位によって粗密がある。従って、絶縁樹脂層２３は、断面的にも平面的にも均質ではない。
【００９４】
そのため、本実施形態では、制御部６で、予め定義（プログラム）された関数を実行することにより、第１光検出部５の出力が示す加工光Ｌ１１の強度と第２光検出部４の出力が示す参照光Ｌ２の強度とを元にして、照射部位の材質や加工の進度を示す進度状況パラメータを検出している。さらに、本実施形態では、制御部６で進度状況パラメータに応じてレーザ光源１に出力する制御信号を切り換えることによって、照射部位の材質や加工の進度に応じて加工パラメータを切り換え、加工条件をリアルタイムで切り換えている。
【００９５】
なお、前記関数は、照射部位の材質及び加工の進度別に、レーザ加工を行いながら加工光Ｌ１１の強度及び参照光Ｌ２の強度を実際に測定した結果（即ち、実測して得た値）に従って予め定義されているか、または被加工物の条件（多層プリント配線板の構造、多層プリント配線板を構成する部材（構成部材）の材質、構成部材の積層順、各構成部材の厚さ、及び各構成部材の加工速度等）を設定して、照射部位の材質及び加工の進度別に、加工光Ｌ１１の強度及び参照光Ｌ２の強度をシミュレーションした結果に従って予め定義されている。
【００９６】
また、図２には、加工進度別の多層プリント配線板とともに、紙面上方から紙面下方に向けて、穴加工開始からの経過時間に対する第２光検出部４の出力を示すグラフ（図２（ｂ）参照。横軸：時間（Ｓ）、縦軸：加工光強度（Ｗ））と、穴加工開始からの経過時間に対する第２光検出部４の出力（加工光強度）と第１光検出部５の出力（参照光強度）との差分の変化率を示すグラフ（図２（ｃ）参照。横軸：時間（Ｓ）、縦軸：差分の変化率（％））と、穴加工開始からの経過時間に対するレーザ光Ｌの出力を示すグラフ（図２（ｄ）参照。横軸：時間（Ｓ）、縦軸：レーザ光の強度（Ｗ））とが図示されている。なお、図２（ａ）に示す加工工程図と同図（ｂ）〜（ｄ）に示すグラフとは、同じ時間軸で図示されている。
【００９７】
同図（ｃ）の差分の変化率は、差分の微分値であり、例えば数式１または数式２によって定義される値である。但し、数式１及び数式２において、ある時刻Ｔにおける参照光の強度をＳ１とし、加工光の強度をＲ１とし、また、ある時刻Ｔから時間ΔＴ経過後の他のある時刻Ｔ´における参照光の強度をＳ２とし、加工光の強度をＲ２とする。
【００９８】
変化率＝（Ｓ２−Ｒ２）／（Ｓ１−Ｒ１）・・・数式１
変化率＝（Ｒ２／Ｓ２）／（Ｒ１／Ｓ１）・・・数式２
また、これら数式１または数式２によって算出した差分の変化率の代わりに、第２光検出部４の出力と第１光検出部５の出力との差（Ｒ２−Ｓ２）を用いてもよい。
【００９９】
本実施形態のレーザ加工方法では、まず初めに、時刻Ｔ１において、制御部６からの制御信号に従ってレーザ光源１からビームスプリッタ２へ向けてレーザ光Ｌを発する。これにより、参照光Ｌ２が第１光検出部５に入射する。また、同時に、照射光Ｌ１による被加工部位１０ａでの穴加工が始まり、加工光Ｌ１１が第２光検出部４に入射する。
【０１００】
この時刻Ｔ１における加工パラメータは、絶縁樹脂層２３の表層付近（絶縁樹脂層上層）、即ち、主にエポキシ樹脂部２３ｂで構成された樹脂リッチ層に穴を形成する際に最適な値に予め設定されている。
【０１０１】
その後、形成中の穴の先端部（穴底）がガラス繊維２３ａ（絶縁樹脂層中層）に到達する直前（時刻Ｔ２）より、穴加工開始時からほぼ一定であった加工光強度及び差分の変化率が上昇する。このとき、制御部６により、第１光検出部５の出力及び第２光検出部４の出力が示す加工光強度及び差分の変化率に基づいて進度状況パラメータを検出し、さらに、この検出した進度状況パラメータに応じてレーザ光の加工パラメータを切り換えるために、レーザ光源１に制御信号を出力する。その結果、ガラス繊維２３ａを含む部位に穴を形成する際に最適な値（即ち、ガラス繊維が除去でき、かつ、穴壁がきれいに仕上る値）となるように加工条件が切り換わる。具体的には、同図（ｄ）のグラフに示すように、レーザ光Ｌの強度を高くし、パルス幅も広くする。
【０１０２】
さらにその後、穴加工が進み、形成中の穴の先端部がガラス繊維２３ａを含む部位を抜けて絶縁樹脂層下層（樹脂リッチ層）に達すると（時刻Ｔ３になると）、少しずつ加工光強度が高くなる。これに伴い、第１光検出部５の出力と第２光検出部４の出力とを用いて算出した差分の変化率が、徐々に増大する。このとき、制御部６により、第１光検出部５の出力及び第２光検出部４の出力が示す加工光強度及び差分の変化率に基づいて進度状況パラメータを検出し、さらに、この検出した進度状況パラメータに応じてレーザ光の加工パラメータを切り換えるために、レーザ光源１に制御信号を出力する。具体的には、同図（ｄ）のグラフに示すように、連続的に、レーザ光Ｌの強度を下げ、パルス幅を狭くする。このとき、制御信号を連続的に切り換えることにより加工条件が樹脂リッチ層に最適な設定になった時点で、制御部６による制御信号の切り換えを停止し、その後は一定の制御信号（加工条件が樹脂リッチ層に最適な設定となるような制御信号）を継続して出力してもよい。
【０１０３】
なお、時刻Ｔ３から行われるこのような制御は、被加工物がガラス繊維２３ａを含む部位（絶縁樹脂層中層）から樹脂リッチ層（絶縁樹脂層下層）に変わり、穴加工に必要なエネルギー量が減ることを考慮して行われる。即ち、ガラス繊維２３ａを含む部位（絶縁樹脂層中層）の穴加工に適合させた過大なエネルギーを樹脂リッチ層に供給することによって、エポキシ樹脂２３ｂの除去しない部分や内層パターン２２にまでダメージを与えてしまうことを防止している。
【０１０４】
続いて、さらに加工が進み内層パターン２２の一部が露出し始めると（時刻Ｔ４になると）、加工光強度は急激に高くなり、差分の変化率も大きなピークを示す。このとき、制御部６により、第１光検出部５の出力及び第２光検出部４の出力が示す加工光強度及び差分の変化率に基づいて進度状況パラメータを検出し、さらに、この検出した進度状況パラメータに応じてレーザ光の加工パラメータを切り換えるために、レーザ光源１に制御信号を出力する。具体的には、同図（ｄ）のグラフに示すように、レーザ光Ｌの強度を下げ、パルス幅を狭くする。
【０１０５】
その後、内層パターン２２上の絶縁樹脂層２３の除去が進むと（時刻Ｔ５になると）、加工光強度の急激な上昇が落ち着き、差分の変化率が低下する。このとき、制御部６により、第１光検出部５の出力及び第２光検出部４の出力が示す加工光強度及び差分の変化率に基づいて進度状況パラメータを検出し、さらに、この検出した進度状況パラメータに応じてレーザ光の加工パラメータを切り換えるために、レーザ光源１に制御信号を出力する。具体的には、同図（ｄ）のグラフに示すように、レーザ光Ｌのパルス間隔を広げる。これにより、照射光Ｌ１の照射によって発生した内層パターン２２及びその下側の内層コア絶縁樹脂部２１の熱を放熱しながら穴加工を行うことができ、内層パターン２２及びその下側の内層コア絶縁樹脂部２１への熱ストレスを減らすことができる。
【０１０６】
そして、絶縁樹脂層２３の除去が終了し内層パターン２２の露出面積が増えなくなると（時刻Ｔ６になると）、差分の変化率が減少し、加工光強度がほとんど変化しなくなる。このとき、制御部６により、第１光検出部５の出力及び第２光検出部４の出力が示す加工光強度及び差分の変化率に基づいて進度状況パラメータを検出し、さらに、この検出した進度状況パラメータに応じてレーザ光の加工パラメータを切り換えるために、レーザ光源１に制御信号を出力する。具体的には、同図（ｄ）のグラフに示すように、レーザ照射が完了する（加工終了）。
【０１０７】
なお、このような手順によって一つの被加工部位（例えば被加工部位１０ａ）への穴加工が終了すると、加工ステージ１１により被加工物１０の位置を被加工部位１個分だけずらした後、新たな一つ被加工部位（不図示）への照射光Ｌ１の照射を開始する（図２では時刻Ｔ１に戻る）。
【０１０８】
本実施形態のレーザ加工装置及びレーザ加工方法では、第１光検出部の出力及び第２光検出部の出力に基づいて進度状況パラメータを検出することができ、第１光検出部５の出力及び第２光検出部４の出力から照射部位の材質及び加工の進度をリアルタイムで検出できる。さらに、この進度状況パラメータに応じて、制御部６によりレーザ光の加工パラメータを切り換えて加工条件を制御する。そのため、従来のものと比較してきれいで、かつ、被加工物へのダメージの少ない穴あけ加工を実現することができる。
【０１０９】
また、本実施形態の多層プリント配線板は、このようなレーザ加工装置及びレーザ加工方法を用いて形成されることにより、スルホール及びバイアホールを形成するための穴に欠陥が生じることを防止でき、多層プリント配線板の電気的な信頼性を向上することができる。その結果、多層プリント配線板における配線パターンの高密度化及び高精細化が可能となる。
【０１１０】
＜実施形態２＞
次に、本発明のレーザ加工方法、レーザ加工装置及び多層プリント配線板の実施形態２について図面を参照しつつ説明する。
【０１１１】
前述した実施形態１では、制御部６において、予めプログラムされた関数を実行することにより、第１光検出部５の出力及び第２光検出部４の出力（差分の変化率及び加工光強度）を元にして適切な加工パラメータを決定し、制御信号を切り換えるといった制御を行っている。しかしながら、このような制御を行うためには、レーザ加工装置の構造が複雑になり、その結果、レーザ加工装置が高価になる場合がある。
【０１１２】
本実施形態では、レーザ加工装置の構造を簡素化するために、進度状況パラメータを複数の段階に予め分けておき、制御部６で、第１光検出部５の出力及び第２光検出部４の出力を元にして進度状況パラメータを検出し、検出した進度状況パラメータがどの段階であるのかを判断している。この場合、制御部６では、段階が切り換わるごとにレーザ光源１に制御信号を出力して加工パラメータを切り換えるといった制御を行っている。この場合、各段階における加工パラメータは、予め設定されており、記憶部（図示しない）に格納されている。
【０１１３】
例えば、図２（ａ）に示す加工の進度を、絶縁樹脂層上層と絶縁樹脂層中層とを加工する「初期加工段階」と、絶縁樹脂層下層を加工する「中期加工段階」と、穴底に内層パターンが届き始めてから穴が完成するまでの「後期加工段階」との３段階に分けてもよい。これら各段階は、差分の変化率及び加工光強度によって識別可能である。なお、段階の数は、例示した３段階に限定されず、穴加工に用いるレーザ加工装置の構造（価格）と完成した多層プリント配線板の電気的な信頼性とを考慮して設定されるものであり、例えば２段階または４段階であってもよい。
【０１１４】
本実施形態のレーザ加工装置によれば、前述の実施形態１のレーザ加工装置と同様の効果が得られるとともに、レーザ加工装置の構造が複雑になることを防止でき、安価なレーザ加工装置を実現できる。また、本実施形態のレーザ加工方法によれば、前述の実施形態１のレーザ加工方法と同様の効果が得られるとともに、レーザ加工の手順を簡単化することができる。さらに、本実施形態の多層プリント配線板によれば、前述の実施形態１の多層プリント配線板と同様の効果が得られるとともに、製造コストを抑えることができる。
【０１１５】
＜実施形態３＞
次に、本発明のレーザ加工方法、レーザ加工装置及び多層プリント配線板の実施形態３について図面を参照しつつ説明する。
【０１１６】
図３は、本発明のレーザ加工装置の実施形態３を示す説明図である。
【０１１７】
後に詳細に説明するが、図３に示すレーザ加工装置では、レーザ加工中に、レーザ光が照射されている照射部位の材質及び加工の進度を示す進度状況パラメータと各材料の材質、厚さ及び積層順を示す情報とに応じて、レーザ光の加工パラメータを切り換えながらレーザ加工を行っている。
【０１１８】
本実施形態のレーザ加工装置は、第１光検出部５、第２光検出部４及び制御部６の代わりに、後述する第１光検出部５１、第２光検出部４１及び制御部６１を備えている点が実施形態１のレーザ加工装置と異なっており、他の部位は同じ構成となっている。
【０１１９】
第１光検出部５１は、受光した参照光Ｌ２を複数の波長帯ごとに分光する分光部を備えており、受光した参照光Ｌ２の強度を波長帯別に検出し、各波長帯における参照光Ｌ２の強度を示す信号を制御部６１に出力する。第２光検出部４１は、受光した加工光Ｌ１１を複数の波長帯ごとに分光する分光部を備えており、受光した加工光Ｌ１１の強度を波長帯別に検出し、各波長帯における加工光Ｌ１１の強度を示す信号を制御部６１に出力する。なお、前記分光部による分光計測では、光のスペクトル分析から材質を特定するいわゆる材料分析の分光分析とは異なり、予め設定された数種類の既知の材料のうちのどの材料であるのかを特定する（即ち、多層プリント配線板の全ての構成部材のうちのどの構成部材を加工しているのかを特定する）パターンマッチングのみが行われるため、前記分光部には高度な分光性能は不要である。
【０１２０】
制御部６１では、予めプログラムされた関数を実行することにより、第１光検出部５１の出力が示す各波長帯における参照光Ｌ２の強度と第２光検出部４１の出力が示す各波長帯における加工光Ｌ１１の強度とを元にして、照射部位の材質と加工の進度を示す進度状況パラメータを決定しており、さらに、この進度状況パラメータと各材料の材質、厚さ及び積層順を示す情報とに応じて加工パラメータを切り換え、加工条件をリアルタイムで切り換えている。
【０１２１】
なお、前記関数は、照射部位の材質及び加工の進度別に、各波長帯における加工光Ｌ１１の強度と各波長帯における参照光Ｌ２の強度とを実際に測定した結果に従って予め定義されているか、または被加工物の条件（多層プリント配線板の構造、各構成部材の材質、構成部材の積層順、各構成部材の厚さ、及び各構成部材の加工速度等）を設定して、照射部位の材質及び加工の進度別に、各波長帯における加工光Ｌ１１の強度と各波長帯における参照光Ｌ２の強度とをシミュレーションした結果に従って予め定義されている。
【０１２２】
次いで、本発明のレーザ加工方法の実施形態３及び多層プリント配線板の実施形態３について図３及び図４を参照しつつ説明する。
【０１２３】
なお、ここでは、進度状況パラメータを検出する際に、第２光検出部４１の出力である加工光Ｌ１１の強度のみを用いた場合について説明する。この場合、第１光検出部５１を省略することができる。また、詳細に説明しないが、第１光検出部５１を省略せずに、実施形態１に示すものと同様に、加工光Ｌ１１の強度とともに差分の変化率を用いてもよい。
【０１２４】
図４（ａ）は、本発明の多層プリント配線板の実施形態３を示す断面図であり、多層プリント配線板のうち穴が形成される部位とその周辺部のみを図示している。
【０１２５】
同図（ａ）には、各加工の進度における多層プリント配線板が図示されており、紙面左側に穴加工開始直後の多層プリント配線板が示されており、紙面左から右方向へ向かって各経過時間毎の多層プリント配線板が示されており、紙面右側に穴加工終了時の多層プリント配線板（本発明の多層プリント配線板の実施形態３）が示されている。
【０１２６】
本実施形態の多層プリント配線板は、複数の異種の材料（構成部材）が積層された積層構造の配線板（例えばリジッドフレックス基板や多層フレキシブル配線板等）として用いられるものである。図４（ａ）に示す多層プリント配線板は、前記積層構造の配線板の一例であり、内層コア絶縁樹脂部３１上に形成された内層パターン３２と、これら内層コア絶縁樹脂部３１及び内層パターン３２上に複数の層が積層されてなる後述の絶縁層と、図示しない導体層とを含んでいる。
【０１２７】
このように、多層プリント配線板が複数の異種の材料が積層された積層構造の配線板である場合には、制御部６１では、前記進度状況パラメータとともに各材料の材質、厚さ及び積層順を示す情報も用いて加工パラメータを決定する。但し、前記各材料の材質、厚さ及び積層順を示す情報は、入力手段（不図示）を用いて記憶部（不図示）に格納されている。
【０１２８】
なお、前記内層パターン３２は、前記導体層とともに配線パターンの一部を構成しており、図示していないが、絶縁層に形成されたスルホールまたはバイアホールを介してこの導体層と電気的に接続される。さらに、内層パターン３２は導電性のエポキシ系インクを用いたスクリーン印刷によって形成される。
【０１２９】
また、前記絶縁層は、例えば、内層コア絶縁樹脂部３１及び内層パターン３２上に順次積層されたカバーレイ層３４と絶縁樹脂層３３とから構成されている。さらに、内層コア絶縁樹脂部３１及び内層パターン３２とカバーレイ層３４との間は接着剤層３５ａで接着されており、カバーレイ層３４と絶縁樹脂層３３との間は接着剤層３５ｂで接着されている。さらに、絶縁樹脂層３３は、ガラス繊維を編んだガラスクロスをエポキシ樹脂に浸してガラスクロスにエポキシ樹脂を含ませることによって形成されており、ガラス繊維３３ａとエポキシ樹脂部３３ｂとからなる。例えば、内層コア絶縁樹脂部３１としてはガラスエポキシ基板が用いられ、カバーレイ層３４としてはポリイミドフィルムが用いられ、接着剤層３５ａ，３５ｂを形成する際には変性アクリル系接着剤が用いられる。
【０１３０】
また、図４には、加工進度別の多層プリント配線板とともに、紙面上方から紙面下方に向けて、穴加工開始からの経過時間に対する第２光検出部４１の出力のうち波長帯Ａの強度を示すグラフ（図４（ｂ）参照。横軸：時間（Ｓ）、縦軸：加工光の波長帯Ａ強度（Ｗ））と、穴加工開始からの経過時間に対する第２光検出部４１の出力のうち波長帯Ｂの強度を示すグラフ（図４（ｃ）参照。横軸：時間（Ｓ）、縦軸：加工光の波長帯Ｂ強度（Ｗ））と、穴加工開始からの経過時間に対する第２光検出部４１の出力のうち波長帯Ｃの強度を示すグラフ（図４（ｄ）参照。横軸：時間（Ｓ）、縦軸：加工光の波長帯Ｃ強度（Ｗ））と、穴加工開始からの経過時間に対するレーザ光Ｌの出力を示すグラフ（図４（ｅ）参照。横軸：時間（Ｓ）、縦軸：レーザ光の強度（Ｗ））とが図示されている。なお、図４（ａ）に示す加工工程図と同図（ｂ）〜（ｅ）に示すグラフとは、同じ時間軸で図示されている。
【０１３１】
本実施形態のレーザ加工方法では、まず初めに、時刻Ｔ１１において、制御部６１からの制御信号に従ってレーザ光源１からビームスプリッタ２へ向けてレーザ光Ｌを発する。これにより、参照光Ｌ２が第１光検出部５１に入射する。また、同時に、照射光Ｌ１による被加工部位１０ａでの穴加工が始まり、加工光Ｌ１１が第２光検出部４１に入射する。このとき、加工光の波長帯Ａ強度は徐々に上昇した後徐々に低下し、加工光の波長帯Ｂ強度は徐々に低下した後徐々に上昇する。なお、このときの加工パラメータは、絶縁樹脂層３３に穴を形成する際に最適な値に予め設定されている。
【０１３２】
その後、形成中の穴の先端部（穴底）が絶縁樹脂層３３を抜けて接着剤層３５ａに近づくと（時刻Ｔ１２において）、加工光の波長帯Ａ強度及び加工光の波長帯Ｂ強度が略一定となり、ある値（またはある数値範囲内の値）になる。このとき、制御部６１により、第２光検出部４１の出力が示す加工光の波長帯Ａ強度、加工光の波長帯Ｂ強度及び加工光の波長帯Ｃ強度に基づいて進度状況パラメータを検出し、さらに、この検出した進度状況パラメータに応じてレーザ光の加工パラメータを切り換えるために、レーザ光源１に制御信号を出力する。その結果、接着剤層３５ａに穴を形成する際に最適な値となるように加工条件が切り換わる。具体的には、時刻Ｔ１１直後よりも、レーザ光Ｌの強度を下げ、パルス幅も狭くする。
【０１３３】
さらにその後、穴加工が進み、形成中の穴の先端部が接着剤層３５ａを抜けてカバーレイ層３４に近づくと（時刻Ｔ１３において）、加工光の波長帯Ａ強度が緩やかに上昇するとともに、加工光の波長帯Ｂ強度が緩やかに低下する。このとき、制御部６１により、第２光検出部４１の出力が示す加工光の波長帯Ａ強度、加工光の波長帯Ｂ強度及び加工光の波長帯Ｃ強度に基づいて進度状況パラメータを検出し、さらに、この検出した進度状況パラメータに応じてレーザ光の加工パラメータを切り換えるために、レーザ光源１に制御信号を出力する。その結果、カバーレイ層３４に穴を形成する際に最適な値となるように加工条件が切り換わる。具体的には、レーザ光Ｌの強度を、時刻Ｔ１１直後よりも低くかつ時刻Ｔ１２直後よりも高くすると同時に、パルス幅を、時刻Ｔ１２直後よりも狭くして時刻Ｔ１１直後と程度にする。なお、時刻Ｔ１３での切り換え後、緩やかに上昇した加工光の波長帯Ａ強度は緩やかに低下し、緩やかに低下した加工光の波長帯Ｂ強度は緩やかに上昇する。
【０１３４】
続いて、さらに穴加工が進み、形成中の穴の先端部がカバーレイ層３４を抜けて接着剤層３５ｂに近づくと（時刻Ｔ１４において）、加工光の波長帯Ａ強度及び加工光の波長帯Ｂ強度が略一定となりある値（またはある数値範囲内の値）になる。このとき、制御部６１により、第２光検出部４１の出力が示す加工光の波長帯Ａ強度、加工光の波長帯Ｂ強度及び加工光の波長帯Ｃ強度に基づいて進度状況パラメータを検出し、さらに、この検出した進度状況パラメータに応じてレーザ光の加工パラメータを切り換えるために、レーザ光源１に制御信号を出力する。その結果、接着剤層３５ｂに穴を形成する際に最適な値となるように加工条件が切り換わる。具体的には、時刻Ｔ１２直後と同程度まで、レーザ光Ｌの強度を下げ、パルス幅も狭くする。
【０１３５】
そして、さらに穴加工が進み内層パターン３２の一部が露出し始めると（時刻Ｔ１５において）、加工光の波長帯Ｂ強度が低下するとともに、加工光の波長帯Ｃ強度が急激に上昇する。このとき、制御部６１により、第２光検出部４１の出力が示す加工光の波長帯Ａ強度、加工光の波長帯Ｂ強度及び加工光の波長帯Ｃ強度に基づいて進度状況パラメータを検出し、さらに、この検出した進度状況パラメータに応じてレーザ光の加工パラメータを切り換えるために、レーザ光源１に制御信号を出力する。その結果、内層パターン３２上の接着剤層３５ｂを除去する際に最適な値となるように加工条件が切り換わる。具体的には、時刻Ｔ１４直後よりも、レーザ光Ｌのパルス間隔を広げる。これにより、照射光Ｌ１の照射によって発生した内層パターン３２及びその下側の内層コア絶縁樹脂部３１の熱を放熱しながら穴加工を行うことができ、内層パターン３２及びその下側の内層コア絶縁樹脂部３１への熱ストレスを減らすことができる。
【０１３６】
その後、絶縁樹脂層３３の除去が終了し内層パターン３２の露出面積が増えなくなると（時刻Ｔ１６になると）、加工光の波長帯Ｂ強度及び加工光の波長帯Ｃ強度がある値で略一定となる。この後、制御部６１により、第２光検出部４１の出力が示す加工光の波長帯Ａ強度、加工光の波長帯Ｂ強度及び加工光の波長帯Ｃ強度に基づいて進度状況パラメータを検出し、さらに、この検出した進度状況パラメータに応じてレーザ光の加工パラメータを切り換えるために、時刻Ｔ１７において、レーザ光源１に制御信号を出力する。具体的には、レーザ照射を停止する（加工終了）。
【０１３７】
なお、このような手順によって一つの被加工部位（例えば被加工部位１０ａ）への穴加工が終了すると、加工ステージ１１により被加工物１０の位置を被加工部位１個分だけずらした後、新たな一つの被加工部位（不図示）への照射光Ｌ１の照射を開始する（図４では時刻Ｔ１に戻る）。
【０１３８】
本実施形態のレーザ加工装置及びレーザ加工方法では、加工光の強度（または加工光の強度及び参照光の強度）に基づいて進度状況パラメータを検出することができ、第１光検出部５１の出力及び第２光検出部４１の出力から照射部位の材質及び加工の進度をリアルタイムで検出できる。さらに、この進度状況パラメータに応じて、制御部６１によりレーザ光の加工パラメータを切り換えて加工条件を制御する。そのため、従来のものと比較してきれいで、かつ、被加工物へのダメージの少ない穴あけ加工を実現することができる。
【０１３９】
また、本実施形態の多層プリント配線板は、このようなレーザ加工装置及びレーザ加工方法を用いて形成されることにより、スルホール及びバイアホールを形成するための穴に欠陥が生じることを防止でき、多層プリント配線板の電気的な信頼性を向上することができる。その結果、多層プリント配線板がリジッドフレックス基板や多層フレキシブル配線板等のような積層構造の配線板であっても、多層プリント配線板における配線パターンの高密度化及び高精細化が可能となる。
【０１４０】
また、図３及び図４を参照しつつ説明したレーザ加工方法、レーザ加工装置及び多層プリント配線板では、加工光Ｌ１１及び参照光Ｌ２を３つの波長帯に分光しているが、分光する数はこれに限定されるものではなく、加工の進度を検出できるように多層プリント配線板の構成部材に合わせて変更可能である。
【０１４１】
前述した実施形態３では、被加工物が複数の異種の材料（構成部材）が積層された積層構造体である場合には、図３及び図４を参照しつつ説明した手順を実施して、制御部６１により、前記進度状況パラメータとともに各材料の材質、厚さ及び積層順を示す情報も用いて加工パラメータを決定しているが、さらに、次の材料（現在レーザ加工中の材料の次にレーザ光が照射される材料）を前記積層順に基づいて特定し、この次の材料の材質に合わせて前記加工パラメータを補正してレーザ加工を行ってもよい。これにより、次の材料に及ぼす影響（例えば熱によるダメージ）を勘案してより適切な加工条件でレーザ加工を行うことができる。その結果、多層プリント配線板の電気的な信頼性をさらに向上することができる。
【０１４２】
前述した実施形態３では、被加工物が複数の異種の材料（構成部材）が積層された積層構造体である場合には、図３及び図４を参照しつつ説明した手順を実施して、制御部６１により、前記進度状況パラメータとともに各材料の材質、厚さ及び積層順を示す情報も用いて加工パラメータを決定しているが、さらに、前記積層構造体の一部の領域において、現在レーザ加工中の材料に対するレーザ光の照射回数と当該現在レーザ加工中の材料の厚さと当該現在レーザ加工中の材料の加工速度とを示す情報に基づいて、レーザ加工中の材料が次の材料に切り換わるタイミングを算出し、当該タイミングで現在レーザ加工中の材料に最適な加工パラメータから次の材料に最適な加工パラメータに切り換えてレーザ加工を行ってもよい。このようにして加工パラメータを切り換えるタイミングを制御することによって、次の材料に及ぼす影響（例えば熱によるダメージ）を勘案してより適切な加工条件でレーザ加工を行うことができる。その結果、多層プリント配線板の電気的な信頼性をさらに向上することができる。なお、前記照射回数は、現在レーザ加工中の材料に対するレーザ光の照射時間と、当該レーザ光の強度、パルス幅及びパルス間隔とから算出することができ、前記材料の厚さと加工速度とは各材料ごとに予め設定されている。
【０１４３】
なお、被加工物が複数の異種の材料（構成部材）が積層された積層構造を備えている場合には、一般的に、現在加工中の材料へのレーザ加工が終わりかけて、次の材料に穴底が近づく、または照射光Ｌ１の一部が次の材料に届き始めると、加工光Ｌ１１には、現在加工中の材料にレーザ加工を行ったときに検出される波長帯の光と、次の材料にレーザ加工を行ったときに検出される波長帯の光とが混じり始め、加工光Ｌ１１のスペクトルが時系列的に変化する（即ち、各波長帯における加工光Ｌ１１の強度が時系列的に変化する）。
【０１４４】
また、前述した実施形態３では、被加工物が複数の異種の材料（構成部材）が積層された積層構造体である場合には、図３及び図４を参照しつつ説明した手順を実施して、制御部６１により、前記進度状況パラメータとともに各材料の材質、厚さ及び積層順を示す情報も用いて加工パラメータを決定しているが、さらに、前記積層構造体の一部の領域において、前記加工光Ｌ１１のスペクトルの変化（または各波長帯における加工光Ｌ１１の強度の変化）と現在レーザ加工中の材料の材質及び積層順を示す情報とに基づいて、レーザ加工中の材料が次の材料に切り換わるタイミングを検出し、当該タイミングで現在レーザ加工中の材料に最適な加工パラメータから次の材料に最適な加工パラメータに切り換えてレーザ加工を行ってもよい。このようにして加工パラメータを切り換えるタイミングを制御することによって、次の材料に及ぼす影響（例えば熱によるダメージ）を勘案してより適切な加工条件でレーザ加工を行うことができる。その結果、多層プリント配線板の電気的な信頼性をさらに向上することができる。
【０１４５】
＜実施形態４＞
次に、本発明のレーザ加工方法、レーザ加工装置及び多層プリント配線板の実施形態４について説明する。
【０１４６】
前述した実施形態１，２及び３では、内層パターンが露出して加工光の強度が一定の値になった時点で（または一定の値になってから予め設定された時間経過した時点で）、レーザ光の照射を停止して次の被加工部位へのレーザ加工に移っている。
【０１４７】
これに対し、本実施形態のレーザ加工方法及びレーザ加工装置では、前述の実施形態１〜３のうちのいずれか１つの実施形態に示す手順を実行することにより、内層パターンが露出して加工光の強度が一定の値になった時点で（または一定の値になってから予め設定された時間経過した時点で）レーザ加工を完了するところまでは同じであるが、本実施形態では、さらに、制御部により加工パラメータを切り換えてレーザ光で穴底のクリーニングや活性化を行う。なお、この穴底のクリーニングや活性化は、例えばレーザアブレーション法を用いて行ってもよい。
【０１４８】
本実施形態のレーザ加工方法、レーザ加工装置及び多層プリント配線板では、前述の実施形態１，２または３に示すレーザ加工方法、レーザ加工装置及び多層プリント配線板による効果が得られるとともに、スルホール及びバイアホールを形成するための穴に欠陥が生じることをさらに防止でき、多層プリント配線板の電気的な信頼性をより向上することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１４９】
本発明のレーザ加工方法、レーザ加工装置及び多層プリント配線板は、多層プリント配線板における配線パターンの高密度化及び高精細化を行う際に活用できる。
【符号の説明】
【０１５０】
１    レーザ光源
２    ビームスプリッタ
３    ビーム走査部
４，４１    第２光検出部
５，５１    第１光検出部
６，６１    制御部
１０    被加工物
１０ａ    被加工部位
２１，３１    内層コア絶縁樹脂部
２２，３２    内層パターン
２３，３３    絶縁樹脂層
２３ａ，３３ａ    ガラス繊維
２３ｂ，３３ｂ    エポキシ樹脂部
３４    カバーレイ層
３５ａ，３５ｂ    接着剤層
【図１】
2010214452.tif 000003
【図２】
2010214452.tif 000004
【図３】
2010214452.tif 000005
【図４】
2010214452.tif 000006
【図５】
2010214452.tif 000007
【図６】
2010214452.tif 000008
【図７】
2010214452.tif 000009
【図８】
2010214452.tif 000010