(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のパルスレーザを照射することによってプリント基板の加工層に貫通穴を形成する穴あけ加工方法において、
前記加工層の下層に前記加工層よりも蒸気圧の高い素材領域層を、前記形成する貫通穴の径に応じて異なる厚さで形成する第１のステップと、
形成される穴のテーパ度と照射レーザパルス数との関係および加工残留物の粒径と照射レーザパルス数との関係を用いて予め設定された所定個数の複数のパルスレーザを前記プリント基板の加工層に照射して加工層に貫通穴を形成する第２のステップと、
前記素材領域層に前記パルスレーザを照射して素材領域層を除去する第３のステップと、
を備えることを特徴とする穴あけ加工方法。
【請求項２】
複数のパルスレーザを照射することによってプリント基板の加工層に貫通穴を形成する穴あけ加工方法において、
前記加工層の下層に前記加工層よりも蒸気圧の高い素材領域層を、前記形成する貫通穴の深さに応じて異なる厚さで形成する第１のステップと、
形成される穴のテーパ度と照射レーザパルス数との関係および加工残留物の粒径と照射レーザパルス数との関係を用いて予め設定された所定個数の複数のパルスレーザを前記プリント基板の加工層に照射して加工層に貫通穴を形成する第２のステップと、
前記素材領域層に前記パルスレーザを照射して素材領域層を除去する第３のステップと、
を備えることを特徴とする穴あけ加工方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プリント基板に対するレーザビームを用いた穴あけ加工方法に関し、特にプリント基板のスルーホールおよびブラインドバイアホールを形成する穴あけ加工方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体部品を配置する際に必要となるプリント基板のスルーホールおよびブラインドバイアホールは、一般には、ドリルを使用した機械的穿孔法を用いて作成される。一方、コンピュータおよび携帯電話等の高性能化且つ軽薄短小化の傾向の強い現状にあって、半導体部品そのものの微小化および該部品間の高密度化に伴い、プリントパターンの微細加工、強いてはスルーホールおよびブラインドバイアホールの穴径の微細化が要望されている。
【０００３】
しかしながら、前述のドリルを使用した機械的穿孔法においては、ドリルの機械的強度の問題や、ねじれみぞ作成等のドリル自体の微細加工を必要とするといった理由から、穴径をφ０．２ｍｍ以下にすることが困難である。そこで、現在、種々の方法による微細穴明け加工が試みられており、その中でも特にレーザビームを使用した穴あけ加工方法が注目されている。
【０００４】
例えば、特開平４−３７４９４号公報に開示されているプリント基板の穴明け加工方法は、被加工物であるプリント基板の外層銅箔にドリルによって窓穴を形成し、その窓穴を通して内層の絶縁物層にレーザビームを照射することで所望のブラインドホールを形成する。ここで、絶縁物層はガラス繊維を含浸するガラスエポキシ樹脂であり、ガラス繊維とエポキシ樹脂とは融点が異なるために、レーザビームの熱エネルギーが絶縁物層内に一様に伝達されないという問題を生ずる。
【０００５】
そこで、上記特開平４−３７４９４号公報に開示の方法は、絶縁物層内の熱伝導の影響を防ぐべくレーザビームをパルス的に照射することによって、絶縁物層内のガラス繊維を残したり、外層銅箔に形成した窓穴の直径に対してエポキシ樹脂の内面が大きく抉れるといったことのない穴明け加工を可能としている。
【０００６】
しかしながら、前記プリント基板の穴明け加工方法は、絶縁物層の素材の種類および絶縁物層に含まれている基材の性状によって、その加工性が大きく左右されるという問題がある。例えば、該方法において、ブラインドホールを形成する際、樹脂や基材の溶融物が完全に除去しきれずに、形成される穴壁面に球状の加工くずとして残留してしまう。
【０００７】
図５は、絶縁物層２にレーザビームＬをパルス的に照射する際、形成されるブラインドホールのテーパ度と形成されるブラインドホール内壁面に残留する加工残留物の粒径との関係を示している。ここで、図５の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の順に、照射されるレーザビームＬのパルス数は増加している。
【０００８】
図５（ａ）に示すように、パルス数の少ない段階においては、形成されるブラインドホール７ａの内壁面に残留する球状の加工残留物６ａは非常に小さい。しかしながら、レーザビームＬの入射側と出射側の穴径の差が大きくなる。すなわち、形成されるブラインドホール７ａのテーパ度が大きくなる。そして、図５（ｂ）、（ｃ）に示すように、照射されるレーザビームＬのパルス数が増加するにつれて、加工残留物６ｂおよび６ｃは大きくなり、ブラインドホール７ｂおよび７ｃのテーパ度は小さくなる。
【０００９】
図６は、絶縁物層に照射されるレーザビームのパルス数と形成されるブラインドホールのテーパ度の関係を示した図である。図６に示されるように、形成されたブラインドホールのテーパ度を小さくするには、レーザビームのパルス数を多くすればよい。
【００１０】
しかしながら、レーザビームのパルス数と形成されたブラインドホール内壁面に残留する加工残留物の粒径の関係においては、図７に示すようにレーザビームのパルス数に比例して球状の加工残留物の粒径が大きくなってしまう。このことは、パルス数の少ない初期の段階で生じた微小な加工くずが核となり、続いて照射されるレーザビームのパルス数の増加とともに加工残留物の粒径が成長し、肥大化していくことに起因している。
【００１１】
従って、上記方法においてテーパ度の小さいバイアホールを形成する際には、バイアホールの内壁面に残留する加工残留物の問題が無視できなくなり、良好な内壁面を得ることができない。
【００１２】
特開昭５６−１４４８９０号公報に開示されているレーザ穴あけ加工方法は、被加工部を水あるいは油などの低沸点液体で被い、該被加工部に固体レーザビームを照射してレーザ加工を進める一方、気体レーザビームを前記液体の溜まりに照射して前記液体を爆発させ、形成された穴から外部に飛散できずに残留した穴内部の溶融物の取り出しを可能としている。
【００１３】
しかしながら、形成される穴内部の加工残留物を取り出すには新たに異なる種のレーザビーム系（この場合、気体レーザ）を必要とし、従って、穴あけ加工方法を実行するための装置構成が複雑となりコスト高につながる。また、液体の溜まりを利用するため、微細な穴、特に深い穴を形成する際には、液体の有する吸着力および表面張力のために、形成される穴の底部を該液体で完全に被うことが困難となり、上記レーザ穴あけ加工方法の効果が十分に得られなくなってしまう。
【００１４】
特開昭５８−２１８３８７号公報に開示されているレーザによる穿孔方法は、ワークに一方側からレーザビームを照射して他方側に貫通する貫通孔を形成する時、予め前記ワークの他方側の貫通孔形成部に裏当材を当接させておき、加工中に生じる前記ワークのスパッタが前記裏当材によって前記ワークの前記他方側から飛散するのを防止し、また、裏当材の蒸発物が形成された貫通孔から吹き出す為、スパッタが貫通孔内部に付着することを防止できる。
【００１５】
しかしながら、プリント基板においてブラインドバイアホールを形成する加工にあっては、形成される穴は貫通しない為に、レーザビームを照射する表面と反対の面に裏当材を当接することはできない。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
以上のように従来のレーザビームを用いた加工方法では、プリント基板の穴を作成する際の加工くずの低減と形成された加工穴テーパの関係は相反し、レーザビームの照射条件だけでは制御できない。また、スルーホールおよびブラインドバイアホールを共に微細に、穴内部の加工残留物なく作成するといった条件を満たさない。特に加工残留物の問題は、ブラインドバイアホールの作成において、後工程におけるメッキ処理でメッキの付きまわりが悪くなり、絶縁特性等の信頼性を著しく低下させる原因となる。
【００１７】
本発明は、レーザビームによる基板の穴あけ加工中に穴内壁に残留した樹脂や基材の加工残留物を効率良く取り除くために、基板材料そのものの構成を工夫し、スルーホールおよびブラインドバイアホールの形成を共に可能にした穴あけ加工方法を得ることを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、複数のパルスレーザを照射することによってプリント基板の加工層に貫通穴を形成する穴あけ加工方法において、前記加工層の下層に前記加工層よりも蒸気圧の高い素材領域層を、前記形成する貫通穴の径に応じて異なる厚さで形成する第１のステップと、形成される穴のテーパ度と照射レーザパルス数との関係および加工残留物の粒径と照射レーザパルス数との関係を用いて予め設定された所定個数の複数のパルスレーザを前記プリント基板の加工層に照射して加工層に貫通穴を形成する第２のステップと、前記素材領域層に前記パルスレーザを照射して素材領域層を除去する第３のステップとを備えることを特徴とする。
【００１９】
つぎの発明は、複数のパルスレーザを照射することによってプリント基板の加工層に貫通穴を形成する穴あけ加工方法において、前記加工層の下層に前記加工層よりも蒸気圧の高い素材領域層を、前記形成する貫通穴の深さに応じて異なる厚さで形成する第１のステップと、形成される穴のテーパ度と照射レーザパルス数との関係および加工残留物の粒径と照射レーザパルス数との関係を用いて予め設定された所定個数の複数のパルスレーザを前記プリント基板の加工層に照射して加工層に貫通穴を形成する第２のステップと、前記素材領域層に前記パルスレーザを照射して素材領域層を除去する第３のステップとを備えることを特徴とする。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、この発明に係るプリント基板およびその穴あけ加工方法の実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。
【００２５】
実施の形態１．
本発明の第１の実施の形態について以下に説明する。図１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、ブラインドバイアホールを形成する工程におけるプリント基板の断面図を示している。また、図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は本発明の特徴をより明確に示した模式図である。
【００２６】
図１において、プリント基板１０は、絶縁物層２、高蒸気圧層３、内層銅箔４およびコア材５のように複数の異なる材質の層から構成されている。また、プリント基板１０は、コア材５の層を基板表面に垂直な方向において中央となるように配置し、各層がコア材５の層、内層銅箔４、高蒸気圧層３および絶縁物層２の順に対照的に配置され、半導体部品が両面に配置できる基板である。なお、ここでの高蒸気圧層３とは、プリント基板１０の絶縁物層２の素材よりも蒸気圧の高い素材からなる層のことである。
【００２７】
プリント基板１０を加工するにあたって、先ず、プリント基板１０の表面、すなわち絶縁物層表面の所望の加工位置にレーザビームＬのビームスポットを設定する。また、レーザビームＬは、所望のブラインドバイアホールを得るために、予め、実験的に既知である適切なレーザビーム出力、レーザビーム径、および、前述した図６に示されたようなレーザビームのパルス数とテーパ度との関係または図７に示されたようなレーザビームのパルス数と加工残留物の粒径との関係に基づいて選択されたパルス数、例えば形成されるブラインドバイアホールのテーパ度を小さくするパルス数、に設定される。
【００２８】
ここで、絶縁物層２は、例えば、ガラスエポキシ樹脂、セラミクス系フィラーを含浸させたエポキシ樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂およびセラミクス基板などである。
【００２９】
上記の如く適切に設定されたレーザビームＬの照射により、絶縁物層２は板厚方向に向かって局所的に削剥されていく。レーザビームＬによって削剥された絶縁物片は加工くずとしてブラインドバイアホール７の外部に飛散されるが、一部は加工残留物６となってブラインドバイアホール７の内壁面に残留する。ブラインドバイアホール７の内壁面に残留した加工残留物６は、続いて照射されるレーザビームＬのもたらす熱エネルギーによって一部溶融されるが、新たに生じる加工くずの核となってなお残留する。
【００３０】
すなわち、レーザビームＬのパルス的な照射の初期段階において生じたブラインドバイアホール７の内壁面に付着した加工残留物６は、レーザビームＬのパルス的な照射が続くにつれて成長し、絶縁物層２部分のブラインドバイアホール加工が終了した段階にあっても球状の絶縁物としてブラインドバイアホール７の内壁面に留まる。
【００３１】
絶縁物層２に隣接して配置された高蒸気圧層３は、絶縁物層２部分のブラインドバイアホール加工が終了した段階において、そのブラインドバイアホール７の底部に露出し、高蒸気圧層３の露出部分はレーザビームＬによって引き続き照射される。
【００３２】
レーザビームＬの熱エネルギーは、高蒸気圧層３の有する沸点に比較して非常に大きいため、レーザビームＬを照射された高蒸気圧層３は、瞬時に爆発的に気化し、高い圧力となって、ブラインドバイアホール７の外部へと吹き出す。この際、ブラインドバイアホール７の内壁面に付着した加工残留物６は、この高蒸気圧層３の吹き出す圧力によって、図２に示すように、十分に気化されなかった高蒸気圧層３の溶融物８とともに、ブラインドバイアホール７の外部へと排出される。
【００３３】
絶縁物層２部分のブラインドバイアホール加工が終了した段階におけるブラインドバイアホール７の底部の高蒸気圧層３の露出部分は、レーザビームＬの照射によって削剥され、高蒸気圧層３に隣接した内層銅箔４の表面を露出させる。一般に、絶縁物層２の加工を主な目的としたレーザビームＬの出力にあっては、金属である内層銅箔４を十分に加工するだけのエネルギーを有せず、入射したエネルギーの大部分が反射されて損失されるために、内層銅箔４に穴が形成されることはない。
【００３４】
また、前述した図６および図７に関連して、所望の深さのブラインドバイアホールを得るのに最適なレーザビームの照射パルス数を実験的に定め、このパルス数を用いるので、絶縁物層２および高蒸気圧層３から成る部分のみを加工の対象とすることができる。
【００３５】
従って、加工残留物６の付着のない良好な壁面を有するブラインドバイアホール７が形成され、その後のブラインドバイアホール７の内壁面のメッキ処理においても、必然と良好なメッキ面を得ることができる。
【００３６】
実施の形態２．
本発明の第２の実施の形態について以下に説明する。図３は、加工する絶縁物層部分の厚さを１００μｍに一定にした場合において、形成する穴径と該穴の内壁に付着する加工残留物を取り除くのに十分な高蒸気圧層の厚さとの関係を示している。図３に示すように、形成されるブラインドバイアホール７の穴径と絶縁物層に隣接して配置される高蒸気圧層の厚さとは比例関係がある。
【００３７】
すなわち、作成される穴の径が小さい場合は、削剥される絶縁物層の体積も少ないため、絶縁物層に隣接して配置される高蒸気圧層の厚さは薄くされる。一方、形成されるブラインドバイアホールの径が大きい場合、削剥される絶縁物層の体積も大きくなるため、ブラインドバイアホール内壁面に残留する加工残留物もまた増加する。
【００３８】
また、絶縁物層部分のブラインドバイアホール加工が終了した段階におけるブラインドバイアホール底部の高蒸気圧層の露出面積も大きくなるので、更なるレーザビームの照射によって気化して吹き出す溶融物およびその反力も大きくなる。しかしながら、図２に示されているように、ブラインドバイアホールの内壁面の加工残留物を効果的に除去するのは内壁面近辺に位置する高蒸気圧層部分である。従って、内壁面近辺に位置する高蒸気圧層部分の厚さが十分必要になり、絶縁物層に隣接して配置される高蒸気圧層の厚さを厚くする。
【００３９】
例えば、加工する穴径をφ１５０μｍとして穴を形成する場合には、絶縁物層に隣接して配置される高蒸気圧層の厚さを約３０μｍに設定すると有効な加工残留物除去効果が得られる。
【００４０】
実施の形態３．
本発明の第３の実施の形態について以下に説明する。図４は、加工穴径がφ１５０μｍに一定にした場合において、形成する穴の深さと該穴の内壁に付着する加工残留物を取り除くのに十分な高蒸気圧層の厚さとの関係を示している。図４に示すように、形成されるバイアホールの深さと絶縁物層に隣接して配置される高蒸気圧層の厚さとは比例関係がある。
【００４１】
すなわち、作成される穴の深さが小さい場合は、削剥されるのに必要な絶縁物層の体積も小さいため、絶縁物層に隣接して配置される高蒸気圧層の厚さは薄くされる。一方、作成される穴の深さが大きい場合は、削剥される絶縁物層の体積も大きくなるため、絶縁物層に隣接して配置される高蒸気圧層の厚さもまた厚くされる。
【００４２】
例えば、加工する部分の絶縁物層の穴の深さを１００μｍとして穴を形成する場合には、絶縁物層に隣接して配置される高蒸気圧層の厚さは約３０ミクロンに設定すると有効な加工残留物除去効果が得られる。
【００４３】
なお、上記実施の形態においてプリント基板上にブラインドバイアホールを形成するとしているが、これをスルーホールの形成としても上記実施の形態の説明に示されたような効果が得られる。
【００４８】
つぎの発明に係る穴あけ加工方法によれば、加工層の下層に前記加工層よりも蒸気圧の高い素材領域層を、前記形成する貫通穴の径に応じて異なる厚さで形成し、加工層に複数のパルスレーザを照射して加工層に貫通穴を形成し、さらに加工層よりも蒸気圧の高い素材領域層をパルスレーザを照射して素材領域層を除去するので、加工層の貫通穴の径が変化したとしても貫通穴壁面に残留する樹脂や基材の加工残留物の除去を確実にかつ有効に行える。
【００４９】
つぎの発明に係る穴あけ加工方法によれば、加工層の下層に前記加工層よりも蒸気圧の高い素材領域層を、前記形成する貫通穴の深さに応じて異なる厚さで形成し、加工層に複数のパルスレーザを照射して加工層に貫通穴を形成し、さらに加工層よりも蒸気圧の高い素材領域層をパルスレーザを照射して素材領域層を除去するので、加工層の貫通穴の深さが変化したとしても貫通穴壁面に残留する樹脂や基材の加工残留物の除去を確実にかつ有効に行える。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る実施の形態の加工処理の各工程を示す基板の断面図である。
【図２】本発明に係る実施の形態の加工処理のメカニズムを示す模式図である。
【図３】絶縁物層に隣接して配置される高蒸気圧層の厚さと、形成する穴径の関係を示すグラフである。
【図４】絶縁物層に隣接して配置される高蒸気圧層の厚さと、形成する絶縁物層部分の厚さの関係を示すグラフである。
【図５】従来におけるレーザビームを用いる穴あけ加工方法を示す模式図である。
【図６】穴テーパ度とレーザパルス数の関係を示すグラフ図である。
【図７】穴内壁面に付着する加工残留物の粒径とレーザパルス数の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
Ｌ  レーザビーム、２  絶縁物層、３  高蒸気圧層、４  内層銅箔、５  コア材、６、６ａ、６ｂ、６ｃ  加工残留物、７、７ａ、７ｂ、７ｃ  ブラインドバイアホール、８  溶融物、１０  プリント基板。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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