(57)【要約】電気回路基板に孔を穿つ際にレーザビーム（４）は穿つべき孔の領域において同心円状の円軌道を動かされる。１つの円軌道（Ｋ１〜Ｋ５）から次の円軌道への移行はその都度弧（ｂ１〜ｂ４）で行われ、この弧（ｂ１〜ｂ４）は最後に通過した円軌道からほぼ接線方向に遠ざかり、新たに描くべき円軌道へとほぼ接線方向から近づき、その都度新しい円軌道の開始点は前の円軌道の開始点に対して所定の角度だけオフセットされている。これによってレーザビームの均一なエネルギ分布及び穿たれた孔の改善された円形が得られる。
2005518679.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板、とりわけ電気回路基板においてレーザビームによって孔を穿つための方法であって、レーザビーム（４）は、基板上で穿つべき孔（１４、１５）の領域にセンタリングされ、次いで孔直径（Ｄ１）より小さいビームスポット直径（Ｆ１）によって段階的に変わる半径を有する複数の同心円軌道で孔の断面積内を移動する、基板、とりわけ電気回路基板においてレーザビームによって孔を穿つための方法において、
１つの円軌道からその都度次の異なる半径を有する円軌道（Ｋ１〜Ｋ５）への移行はそれぞれ弧（ｂ１〜ｂ６）の形で行われ、前記弧（ｂ１〜ｂ６）は最後に通過した円軌道（Ｋ１〜Ｋ５）からほぼ接線方向に遠ざかり、新しく描くべき円軌道（Ｋ２〜Ｋ６）にほぼ接線方向から近づき、その都度新しい円軌道（Ｋ２〜Ｋ６）の開始点（Ａ〜Ｅ；Ａ１〜Ｅ２）は前の円軌道（Ｋ１〜Ｋ５）の開始及び終了地点に対して所定の角度だけオフセットされていることを特徴とする、基板、とりわけ電気回路基板においてレーザビームによって孔を穿つための方法。
【請求項２】
孔を穿つ際にレーザビーム（４）によって通過される円軌道（Ｋ１〜Ｋ５）の開始点（Ａ〜Ｅ；Ａ１〜Ｅ２）はそれぞれ同じ角度オフセットを有して孔（１４、１５）の全域に亘って分布していることを特徴とする、請求項１記載の方法。
【請求項３】
１つの円軌道（Ｋ１〜Ｋ５）から次の円軌道（Ｋ２〜Ｋ６）までの弧（ｂ２〜ｂ６）はそれぞれ楕円区間の形を描くことを特徴とする、請求項１又は２記載の方法。
【請求項４】
レーザビーム（４）はその都度１つの円軌道から次の円軌道までのそのビーム軸の弧運動の間にはスイッチオフされることを特徴とする、請求項１〜３のうちの１項記載の方法。
【請求項５】
レーザビーム（４）はその都度円軌道（Ｋ１〜Ｋ５）における運動の間に高いエネルギ密度を有するパルスを送出し、前記レーザビーム（４）はその都度１つの円軌道（Ｋ１〜Ｋ５）から次の円軌道への弧運動（ｂ１〜ｂ５）の間に低いエネルギ密度を有する連続発振モードに切り換えられる（ｃｗモード）ことを特徴とする、請求項１〜３のうちの１項記載の方法。
【請求項６】
レーザビームが次の円軌道（Ｋ２〜Ｋ６）の開始点に移動する前に、前記レーザビームは各円軌道（Ｋ１〜Ｋ５）を複数回通過することを特徴とする、請求項１〜５のうちの１項記載の方法。
【請求項７】
レーザビームは第１のサイクルにおいて全ての円軌道（Ｋ１〜Ｋ５）を一度ずつ通過し、その後で１つの新しいサイクルにおいて又は複数の新しいサイクルにおいてまた円軌道（Ｋ１〜Ｋ５）の各々を通過することを特徴とする、請求項１〜５のうちの１項記載の方法。
【請求項８】
個々の円軌道の開始点（Ａ１〜Ｅ１；Ａ２〜Ｅ２）は各サイクル毎に異なるように選択されることを特徴とする、請求項７記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板、とりわけ電気回路基板においてレーザビームによって孔を穿つための方法に関し、レーザビームは、基板上で穿つべき孔の領域にセンタリングされ、次いで孔直径より小さいビームスポット直径によって段階的に変わる半径を有する複数の同心円軌道で孔の断面積内を移動する。
【０００２】
ＵＳ５５９３６０６からはこのような方法が公知であり、レーザのビーム直径よりも大きな直径を有する孔が、レーザビームがスパイラル軌道で又は同心円で孔領域の内部で内側から外側へと又は外側から内側へと移動されることによって発生される。スパイラル軌道でレーザビームを動かす場合、穿たれた孔の非対称性が生じ、とりわけスパイラル軌道の端部が孔の縁に段を残す。
【０００３】
レーザビームの円運動による穿孔の際にはできるだけ円形状の孔を作るために有利には常に完全な円を通過する。この場合、通常はビームがその都度１つの円軌道から異なる半径を有する別の円軌道へ移る際に最短距離で、すなわち半径方向に移動する。従って、全ての円軌道の開始点は全て１本の半径方向ライン上にある。レーザが個々の円軌道の間のこの半径方向運動の間にさらにパルスを送出する場合、これはこの半径方向ラインの方向に付加的なエネルギ入力を惹起し、全体として孔領域における非対称なエネルギ分布を惹起する。しかし、この半径方向運動の間にレーザをスイッチオフしても、それにもかかわらず半径方向運動と円運動との間の移行領域において汚れた穿孔経過が生じてしまう。なぜなら、それぞれ再スイッチオンの後の最初のパルスは他のパルスとは少し異なるエネルギプロフィールを有するからである。またこれらの非対称性は半径方向に全て存在し、従って総合されて孔の縁部において非対称性が形成される。
【０００４】
さらにこの種のビームガイドにおける不利な点は、レーザビームがそれぞれ半径方向運動から円運動へ移行する際に９０°の方向転換を行わなければならず、このためにその都度短時間停止し、新しい方向に進まなければならないことである。よって、全体としてレーザの偏向ユニットに対して不利な運動経過が生じる。
【０００５】
本発明の課題は、冒頭に挙げたタイプのレーザ穿孔のための方法を改善し、レーザビームの運動経過が孔領域においてより有利に形成され、これによって孔の形状ができるだけ理想の形に、すなわち円形に到達できるようにすることである。
【０００６】
本発明によれば、上記課題は、１つの円軌道からその都度次の異なる半径を有する円軌道への移行はそれぞれ弧の形で行われ、弧は最後に通過した円軌道からほぼ接線方向に遠ざかり、新しく描くべき円軌道にほぼ接線方向から近づき、それぞれ新しい円軌道の開始点は前の円軌道の開始及び終了地点に対して所定の角度だけオフセットされていることによって解決される。
【０００７】
個々の同心円軌道における開始点の本発明によるオフセットによって、例えば開始パルスの不十分な抑制によるその都度円軌道のスタートの際に生じるエネルギ入力における非対称性が全域に分散され、できるだけ対称的な、すなわち円形状の孔が生じる。更なる利点は、半径方向運動から円運動への直接的な移行によるレーザビームの鋭い方向転換が必要なく、これによって全体として偏向ユニットにおける個別素子のより均一な速度及びより均一なパルス列が実現され、このことはまた個々の円軌道及び穿つべき孔全体におけるエネルギ分布がより均一になることを意味する。
【０００８】
有利には穿孔の際にレーザビームにより通過される円軌道の開始点が全域に亘って均一に分布する。穿つべき孔の材料、孔のサイズ及び使用されるレーザ特性に応じて、個々の円軌道を一度又は複数回通過する。これは、レーザビームが次の円軌道に導かれる前に、各円軌道が複数回次々と通過されるようにして行われる。しかし、それぞれ１つのサイクルにおいて全ての円軌道を一度ずつオフセットされた開始点によって通過し、次のサイクルでまた各円軌道を一度ずつ通過し、各サイクルにおいて個々の円軌道の開始点が前のサイクルとは異なっていると有利である。
【０００９】
１つの円軌道から次の円軌道へのオフセット運動における弧の形状は様々に選択されうる。この場合とりわけ有利には１/４楕円の形状であり、それぞれほぼ９０°の開始及び終了地点のオフセットが生じる。
【００１０】
有利には、それぞれレーザビームが円軌道のうちの１つにおいて移動される時にのみエネルギ入力が行われるようにレーザビームは制御され、他方で円軌道の間の弧ではエネルギ入力は行われない。これは、例えば、レーザビームが２つの円軌道の間の弧運動の期間にスイッチオフされることによって行われる。他のとりわけ有利な方法は、円軌道における生産的な穿孔運動の際にその都度高いエネルギ密度を有するパルスを送出するレーザビームが、それぞれ円軌道の間の弧区間では低いエネルギ密度を有する連続発振モードに切り換えられることである。
【００１１】
本発明を次に実施例において図面に基づいて詳しく説明する。
【００１２】
図１は多層基板における穿孔のための概略的に図示されたレーザ装置を示し、
図２は円軌道における従来の穿孔運動の概略を示し、
図３は４つの同心円軌道でのレーザビームの本発明による穿孔運動の概略を示し、
図４は図３とは異なるレーザビームの運動経過を示し、５つの同心円軌道が２つのサイクルにおいて順次通過される有様を示す。
【００１３】
図１に概略的かつ決して正しいスケールではなく示されている装置は偏向ユニット２及び光学的イメージングユニット３を有するレーザ１を示し、この光学的イメージングユニット３を介してレーザビーム４は基板１０に向けられる。この基板は図示された例では上側の第１の金属層（銅層）１１ならびに下側の第２の金属層１２を有し、これらの金属層の間に誘電体層１３が配置されている。この誘電体層は例えばＲＣＣのようなポリマー材料又はＦＲ４のようなグラスファイバ強化ポリマー材料から成る。通常は銅から成る金属層は誘電体とは異なる加工乃至は伝達のためのエネルギ量を必要とすることは公知である。相応に、異なるパルス繰り返しレート及び異なるレーザビーム集束のような異なるレーザ調整も選択されうる。
【００１４】
図１に示されているように、基板１にはそれぞれ直径Ｄ１を有するブラインド孔が穿たれるべきである。このために例えばレーザの第１の調整によって孔１４が銅層１１に穿たれ、次に別のレーザ調整によってブラインド孔１５が誘電体層１３に穿たれる。どの材料が穿たれるかには関係なくこの場合レーザビーム４はその都度その焦点スポットＦ１によって穿つべき孔の領域で同心円に、材料が完全に当該孔１４乃至は１５から除去されるまで、動かされることを前提とする。
【００１５】
図２に概略的に図示されているような従来の方法では、レーザビームはまず最初に穿つべき孔の中心点Ｍにセンタリングされ、そこから半径方向に第１の円軌道まで移動され、その第１の円軌道でこのレーザビームは地点Ｐ１において円軌道Ｋ１に亘るその円運動を開始する。ビームがまた地点Ｐ１に戻ってくると、ビームは停止されて再び半径方向に円軌道Ｋ２まで移動され、そこでこのビームは地点Ｐ２から出発してこの軌道Ｋ２における円運動を実施する。穿孔運動は地点Ｐ２から地点Ｐ３までの少しのオーバーラップによって終了する。半径方向中間段階を有する同心円軌道のこのような穿孔運動は、大抵の場合、持続的に動作状態にあるレーザによって行われる。というのも、各開始点Ｐ１及びＰ２における半径方向運動の間の途中でのスイッチオフによって材料除去の不規則性が生じるからである。半径方向運動及び半径方向ラインにおける開始点Ｐ１及びＰ２の配置によって穿孔が生じ、この穿孔の大きさＬは所望の円形ではなく、右側へと張り出した湾曲を有する。
【００１６】
図３は本発明の方法におけるレーザビームの運動を示す。レーザビームはこの場合もまず最初に穿つべき孔の中心点Ｍにセンタリングされる。そこからこのレーザビームはまず最初に弧形状の運動を弧区間ｂ１、有利には円弧において第１の円軌道Ｋ１の開始点Ａまで行う。この開始点Ａからパルス制御されたレーザビームは円軌道Ｋ１を通過し、この円軌道を終了した後で再び開始点Ａに到達する。この開始点Ａからレーザビームは弧区間ｂ２によって円軌道Ｋ２における次の開始点Ｂまで移動する。弧区間ｂ２は、有利には１/４楕円形であり、開始点Ａと開始点Ｂとの間の９０°の角度オフセットを惹起する。
【００１７】
開始点Ｂからレーザビームは円軌道Ｋ２においてこの円が閉じるまで運動する。その後で、レーザビームは再び弧区間ｂ３によって次の円軌道Ｋ３の開始点Ｃまで移動する。この円軌道Ｋ３を通過すると、レーザビームは弧区間ｂ４を経て円軌道Ｋ４の開始点Ｄまで移動する。この円軌道も完全に一度通過すると、レーザビームはさらに別の弧区間ｂ０を介して中心点Ｍに戻ってくることができる。そこから次の孔へ乃至は次の孔の中心点に移動するか、もしくは、同じ孔において複数の同心円運動を有する新しいサイクルを開始するためにレーザビームは弧区間ｂ０’を介して内側の円Ｋ１に戻ることもできる。しかしまたレーザビームを直接地点Ｄから新しい孔まで移動させることも可能である。
【００１８】
既に述べたように、レーザは円軌道において有利にはその都度パルス制御されたエネルギビームを送出する。弧区間ｂ１〜ｂ４乃至はｂ０ではレーザビームはスイッチオフされるか又は低エネルギ密度を有する連続発振モードで動作される。
【００１９】
図４は図３と似た運動経過を示している。ここでは５つの同心円軌道Ｋ１〜Ｋ５を有する場合が記述され、それぞれ１つの円軌道から次の円軌道までの経路を弧区間ｂ１〜ｂ５を介して進む。この場合、次いでこの経路は円軌道Ｋ５を通過した後で開始点Ｅ１から弧区間ｂ６を介して再び最も内側の円軌道Ｋ１に、それも新しい開始点Ａ２へと進み、ここから全ての円軌道Ｋ１〜Ｋ５を次々と通過する新たなサイクルが開始する。１つの円軌道から次の円軌道への移行はこの場合も弧区間を介して行われ、これらの弧区間はここでは見やすさのために記入されていない。それぞれ第２のサイクルの開始点、すなわちＡ２〜Ｅ２は、それぞれ第１のサイクルの開始点Ａ１〜Ｅ１に円軌道Ｋ１〜Ｋ５において向かい合っているので、２つのサイクルを介して使用されたレーザビームの十分に対称的なエネルギ分布が得られる。
【００２０】
本発明はもちろん図示された実施例に限定されはしない。個々の開始点の角度オフセットにおける変形実施形態が十分に可能である。また個々の円軌道を逆の順番で通過してもよく、この場合にはまず最初に外側の円軌道、次に内側の円軌道をレーザビームが通過するのである。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】多層基板における穿孔のための概略的に図示されたレーザ装置を示す。
【００２２】
【図２】円軌道における従来の穿孔運動の概略を示す。
【００２３】
【図３】４つの同心円軌道でのレーザビームの本発明による穿孔運動の概略を示す。
【００２４】
【図４】図３とは異なるレーザビームの運動経過を示し、５つの同心円軌道が２つのサイクルにおいて順次通過される有様を示す。
【符号の説明】
【００２５】
１  レーザ
２  偏向ユニット
３  光学的イメージングユニット
４  レーザビーム
１０  基板
１１  第１の金属層
１２  第２の金属層
１３  誘電体層
１４  孔
１５  ブラインド孔
Ｄ１  直径
Ｆ１  焦点スポット
Ｍ  中心点
Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３  地点
Ｋ１、Ｋ２  円軌道
Ｌ  孔の大きさ
Ａ〜Ｄ  開始点
Ｋ１〜Ｋ４  同心円軌道
ｂ０〜ｂ４、ｂ０’  弧区間
Ｋ１〜Ｋ５  同心円軌道
ｂ１〜ｂ６  弧区間
Ａ１〜Ｅ１  第１のサイクルの開始点
Ａ２〜Ｅ２  第２のサイクルの開始点
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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