(57)【要約】  レーザ放射の１つまたは複数の超高速パルスにより導電材料の表面位置を暗くするステップと、ＰＣＢの表面上にトレースまたはマイクロバイアパターンを作るために、レーザ放射の１つまたは複数のより長い期間のパルスにより表面位置における導電材料を取り除くステップとを含む、プリント回路を製造するための方法。ブラインドマイクロバイアのための孔は、レーザ放射の１つまたは複数のより長い期間のパルスにより暗くされた表面位置における導電材料を取り除くステップと、レーザ放射の１つまたは複数のさらにより長い期間のパルスにより基板の下の第２の導電材料をきれいにするステップとによって作られる。
2021528864.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）レーザ放射の１つまたは複数の超高速パルスにより導電材料の表面位置を暗くするステップと、
（ｂ）レーザ放射の１つまたは複数のより長い期間のパルスにより前記表面位置における前記導電材料を取り除くステップと、
を含む、プリント回路を製造するための方法。
【請求項２】
（ｃ）レーザ放射の１つまたは複数の追加のより長い期間のパルスにより前記表面位置における絶縁層を取り除くステップと、
（ｄ）レーザ放射の１つまたは複数のさらにより長い期間のパルスにより前記絶縁層の下の第２の導電材料をきれいにするステップと、
をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第２の導電材料をきれいにするステップが、前記表面位置において前記第２の導電材料に結合される絶縁材料を除去する、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
きれいにするステップが、前記第２の導電材料のスミアを取り除き、または研磨する、請求項２に記載の方法。
【請求項５】
（ｃ）において前記絶縁層を取り除くステップが、前記導電材料から前記絶縁層を通って前記第２の導電材料への孔を形成する、請求項２に記載の方法。
【請求項６】
前記導電材料と前記第２の導電材料とを電気的に結合するために、前記孔の内壁を第３の導電材料でめっきするステップをさらに含む、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記導電材料および前記第２の導電材料が、同じ金属からなる、請求項２に記載の方法。
【請求項８】
前記導電材料、前記第２の導電材料、および前記第３の導電材料が、同じ金属からなる、請求項６に記載の方法。
【請求項９】
前記表面位置が、回路トレースを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
レーザ放射の前記超高速パルスが、１００ｆｓから１００ｐｓの範囲のパルス期間によって特徴づけられる、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記パルス期間が、２〜３ピコ秒である、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
レーザ放射の前記超高速パルスが、近赤外線（ＩＲ）レーザ放射のパルスである、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記近ＩＲレーザ放射が、約１μｍの波長によって特徴づけられる、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
レーザ放射の前記超高速パルスが、１０ＭＷより大きいピーク電力によって特徴づけられる、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
レーザ放射の前記１つまたは複数のより長い期間のパルスが、中赤外線（ＩＲ）の波長によって特徴づけられる、請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
レーザ放射の前記１つまたは複数のより長い期間のパルスが、９μｍから２０μｍの範囲の波長によって特徴づけられる、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記暗くするステップが、ＩＲ放射に対する前記導電材料の吸収率を増加させる、請求項１に記載の方法。
【請求項１８】
前記暗くするステップが、前記導電材料の前記表面位置上のナノ構造の隆起の作成を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１９】
プリント回路を製造するための装置であって、
超高速パルスレーザと、
より長いパルス期間でより長い波長のパルスレーザと、
前記超高速パルスレーザおよび前記より長いパルス期間でより長い波長のパルスレーザに動作可能に結合され、方法を実施するように構成されるレーザコントローラと、
を備え、前記方法が、
（ａ）前記超高速パルスレーザにより導電材料の表面位置を暗くするステップと、
（ｂ）前記より長い波長でより長いパルス期間のレーザにより前記表面位置における前記導電材料を取り除くステップと、
を含む、装置。
【請求項２０】
レーザ放射の超高速パルスが、１００ｆｓから１００ピコ秒の範囲のパルス期間によって特徴づけられる、請求項１９に記載の装置。
【請求項２１】
前記パルス期間が、約３ピコ秒である、請求項１９に記載の装置。
【請求項２２】
レーザ放射の超高速パルスが、近赤外線（ＩＲ）レーザ放射のパルスである、請求項１９に記載の装置。
【請求項２３】
前記近ＩＲレーザ放射が、約１μｍの波長によって特徴づけられる、請求項２２に記載の装置。
【請求項２４】
レーザ放射の超高速パルスが、１０ＭＷより大きいピーク電力によって特徴づけられる、請求項１９に記載の装置。
【請求項２５】
レーザ放射の１つまたは複数の前記より長い期間のパルスが、中赤外線（ＩＲ）の波長によって特徴づけられる、請求項１９に記載の装置。
【請求項２６】
レーザ放射の１つまたは複数の前記より長い期間のパルスがＣＯ２レーザによって生成される、請求項２５に記載の装置。
【請求項２７】
前記超高速パルスレーザおよび前記より長いパルス期間でより長い波長のパルスレーザをスキャンするためのレーザ光学系をさらに備える、請求項１９に記載の装置。
【請求項２８】
工作物を保持し、前記工作物をレーザに対して移動させるための工作物ステージをさらに備える、請求項１９に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、プリント回路板の製造に関し、より詳細には、微細なトレース、ＲＤＬ（再配線）を作成し、プリント回路板またはＩＣ基板にマイクロバイアを穿孔するための、改善された方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
現代のプリント回路板（ＰＣＢ）は、いくつかの異なるプロセスを使用して作成することができる。ＰＣＢ上に導電ラインおよびパッドパターンを作成するための一般的なプロセスは、直接画像形成である。直接画像形成では、ＰＣＢは、光活性積層物で最初に処理される。光活性積層物は、光にさらされると、現像液に対して抵抗性になる。光活性積層物は、所望の回路の形状で紫外線（ＵＶ）レーザ放射にさらされ、次いで、現像液を用いて洗浄される。光活性積層物は、ＵＶレーザ放射にさらされた区域に残る。積層物を有するＰＣＢは、次いで、エッチャントとして知られている、ＰＣＢの金属層に対して腐食性である化学物質にさらされる。積層した区域は、エッチャントに対して抵抗性であり、積層物の下の導電層は、エッチャントによって腐食されない。エッチャントにさらした後に、積層物は、きれいな導電金属のトレースを残して除去される。いくつかの直接画像形成法では、積層物は、ＵＶランプを使用して、透明な画像マスクを通して、回路の形で放射にさらされる。直接画像形成プロセスは、光活性積層物、現像液、および毒性化学物質または腐食性化学物質の場合があるエッチャントを使用し、トレースのサイズは、選択される光活性積層物に依存する。
【０００３】
同様に、レーザを使用して、バイアと呼ばれる、多層ＰＣＢまたは多面ＰＣＢの層間の孔を作成する。バイアは、１つの層を別のものに電気的に結合する。多数の異なるタイプのバイアが存在する。たとえば、最も簡単なタイプのバイアは、第１の導電層から第２の導電層に完全に延びる孔であるスルーバイアである。別の例のバイアは、第１の導電層から第２の導電層に延びるが、第２の導電層を貫通する前で止まるブラインドバイアである。バイアの第３の例は、ＰＣＢの他の層によってカバーされるＰＣＢの２つの層を電気的に結合する孔であるベリードバイアである。第４の例のバイアは、ＰＣＢの複数の層を通り、それらの層を一緒に電気的に結合する孔であるスタックバイアである。
【０００４】
これらのバイアを作成するために、ＰＣＢの銅表面を化学的に処理して、黒色酸化物を作成し、約１０μｍのＣＯ２波長で反射率を低減させる。次いで、バイアのための所望の区域は、９と１０．６ミクロンの間の近赤外線波長で、パルス状二酸化炭素（ＣＯ２）レーザを使用してレーザ照射される。この第１のレーザパルスは、酸化物、銅、およびいくつかの基板材料の上層を除去する。ＣＯ２レーザからの第２のレーザパルスが次の銅層まで基板材料を除去し、最終的なパルスが何らかの残った基板のバイア中の第２の銅層をきれいにして、内部銅層のスミアを取り除き、後続のめっきの準備をする。バイアが作成された後に、黒または茶色の酸化物層をきれいにする必要があり、バイアが銅または他の導電材料中でめっきされて、ＰＣＢの２つの層の電気的相互接続を確実にしなければならない。このプロセスで作成されるバイアのサイズは、ＣＯ２レーザの長い赤外線波長によって制限され、そのため、製造するだけの価値がある速度では５０〜７０μｍより大きい構造だけが典型的には可能である。別の欠点は、このプロセスは、後で除去しなければならない黒色酸化物層を形成するために、上部銅層を化学的に処理する必要があるということである。
【０００５】
高性能デバイス中のより高密度な相互接続に対する動因によって、回路板およびＩＣ基板上での、ますます小さくなる微細なラインおよびマイクロバイア径を使用することが必要となる。ＣＯ２レーザ穿孔プロセスに固有の孔サイズの制限があることによって、ユーザは、ＵＶナノ秒パルス固体レーザなどといった、より短い波長のレーザで、直接銅を穿孔することを探求させられた。マイクロバイアを製造するこの第２の方法では、銅の薄い外側の層がＵＶレーザで直接穿孔され、多数の小さい直径の孔を作成する。これらの小さい開口は、次いで、典型的には５０〜７０ミクロンの、より大きい回折限界のスポット直径を有するＣＯ２パルスレーザで照射することができる。ＣＯ２レーザの波長で高反射率となる銅層は、コンフォーマルマスクとしての役割を果たし、小さい開口を通して穿孔することだけを可能にする。この２レーザ技法またはコンビプロセス技法によって、標準のＣＯ２「黒色酸化物プロセス」を使用して到達可能なものより小さい直径を有する、めっき可能でスミアを取り除いたブラインドマイクロバイアの穿孔が可能になる。しかし、スループットが損なわれ、ＵＶレーザが高価であることが採用を妨げてきた。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
したがって、本技術分野では、化学的処理またはＵＶレーザの必要がない、ＰＣＢの微細なトレースおよびより小さいマイクロバイアを迅速に作成する技法が必要である。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本開示の教示は、添付の図面と共に、以下の詳細な説明を考慮することによって容易に理解することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１Ａ】本開示の一態様によるＰＣＢの断面図である。
【図１Ｂ】本開示の一態様による、パルス放射でＰＣＢ上の暗くされたトレースの作成を描く断面図である。
【図１Ｃ】本開示の一態様による、より長い期間の放射でエッチングされるＰＣＢの銅層を描く断面図である。
【図２Ａ】本開示の一態様による、パルス放射での、多層ＰＣＢ中のバイアのための暗くされた区域の作成を示す断面図である。
【図２Ｂ】本開示の一態様による、より長い期間のパルスでより長い波長のレーザ放射からの第１のパルスにより取り除かれた多層ＰＣＢの上部銅層および何らかの基板を示す断面図である。
【図２Ｃ】本開示の一態様による、より長い期間のパルスでより長い波長の放射での多層ＰＣＢの基板の除去を示す断面図である。
【図２Ｄ】本開示の一態様による、より長い波長でより長いパルス期間の放射での、多層ＰＣＢの第２の導電材料層をきれいにし、スミアを取り除くステップを示す断面図である。
【図３】本開示の一態様による、２レーザマイクロバイア穿孔システムを描く図である。
【図４】本開示の一態様に従って、金属面上に描くことができる回路パターンの例を例示する図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下の詳細な記載は、説明する目的で、多くの具体的な詳細を含むが、当業者なら、以下の詳細に対する多くの修正形態および代替形態が本発明の範囲内であることを認識するであろう。したがって、以下に記載される本発明の例示的な実施形態は、特許請求される発明に対する一般性を失うことなく、かつ、特許請求される発明に制限を課すことなく、提示される。
【００１０】
以下の詳細な記載では、添付の図面への参照がなされており、添付の図面は、本明細書の一部をなし、本発明を実施することができる具体的な実施形態を説明するために示される。この点に関連して、「頂部」、「底部」、「前」、「後」、「先頭の」、「後端の」などといった方向を示す用語は、記載される図の向きに関して使用される。本発明の実施形態の構成要素は、いくつかの異なる向きに置くことができるために、方向を示す用語は、説明のために使用され、決して限定のためではない。本発明の範囲から逸脱することなく、他の実施形態を利用できること、および構造的または論理的変更を行うことができることを理解されたい。したがって、以下の詳細な記載は、限定する意味で取られるべきでなく、本発明の範囲は、添付した請求項によって規定される。
【００１１】
本開示の一態様による回路トレース製造は、最初の工作物として、ブランクＰＣＢで開始することができる。図１Ａに示されるように、ブランクＰＣＢは、一般的に、導電材料層１０１、ビルドアップ層または絶縁層１０２、および任意選択で、コア材料層１０３を含むことができる。導電材料層１０１は、ＰＣＢ製造業界で知られている任意の導電材料であってよいが、典型的には、銅、ニッケル、スズ、鉛、アルミニウム、銀、金、またはそれらの任意の組合せなどといった、導電性金属または金属の混合物である。絶縁層１０２は、ＰＣＢ製造業界で知られている任意の非導電材料からできていてよい。絶縁層またはビルド層として使用するための好適な基板の例としては、ＡＢＦ、ポリイミド材料など有機エポキシ樹脂、またはＦＲ４、ＦＲ２、ＦＲ１、ＣＥＭ−１、ＣＥＭ−３などの織って作ったガラス繊維エポキシ材料、およびプリプレグが挙げられる。コア１０３は、導電層および絶縁層に対して強度および引き裂き抵抗をもたらすように選択される、剛性または可撓性材料からなってよい。典型的には、コアは、やはりガラス繊維エポキシであるが、いくつかの場合には、金属、セラミック、またはプラスチックであってよい。加えて、ブランクＰＣＢは、両面多層ＰＣＢであってよい。両面ＰＣＢは、板の両方のほぼ平坦な側を導電材料でコーティングされ、絶縁層および任意選択でコア材料が、２つの導電材料層を分離する。多層ＰＣＢは、たとえば、図２Ａ〜図２Ｄに示されるように、絶縁層またはビルドアップ層によって分離される２つ以上の導電材料層を有し、導電材料１０１がＰＣＢのほぼ平坦な表面上に配設され、基板１０２は、絶縁またはビルドアップ層２０２上で導電材料１０１の下に配設される第２の導電材料２０１を分離する。本開示の態様にしたがって使用できる他のＰＣＢタイプとしては、可撓板タイプおよび可撓剛性板タイプが挙げられる。
【００１２】
回路トレース製造
ＰＣＢトレースおよびバイアの製造のための現在の方法は、毒性の化学処理および複数の時間のかかるステップを必要とする。この新しい方法は、２ステップのプロセスを使用する。図１Ｂに示されるように、導電材料層上にトレース１０５のパターンを規定するために、超高速パルスレーザ放射１０４が使用される。ここで使用される超高速パルスレーザ放射１０４は、１００フェムト秒（ｆｓｅｃ）から１００ピコ秒（ｐｓ）のパルス持続期間を有するレーザのことをいうことができる。超高速パルスレーザ１０４は、３５０ナノメートルから５マイクロメートルの範囲の波長を有する、ＵＶから赤外線（ＩＲ）パルスレーザであってよい。例として、限定しないが、超高速パルスレーザ１０４は、約１μｍの波長および２〜３ピコ秒のパルス持続期間によって特徴づけられるレーザパルスを作ることが可能なＩＲレーザであってよい。例として、限定しないが、ＩＲレーザは、ＩＰＧ  ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ製のＹＬＰＰ−２５−３−５０イッテルビウムピコ秒ファイバレーザなどといったＹｂピコ秒パルスレーザであってよい。
【００１３】
所与の光学的周波数（光の速度を波長で割ったもの）の光の波長は、一般的に、光が進行する媒体の関数であることに留意されたい。「波長」という用語は、「真空での波長」または真空中の所与の周波数の光の波長のことをいうためにしばしば使用される。
【００１４】
本開示の一態様による超高速パルスレーザスポットの直径ｄは任意のサイズであってよいが、好ましい実施形態では、３５μｍ未満である。超高速パルスレーザ１０４を、ＰＣＢ上の表面位置１０５で使用して、導電材料１０１の部分を暗くすることによって回路および相互接続のパターンをレイアウトすることができる。超高速パルスレーザ放射１０４は、多段階のリソグラフィ／フォトレジストプロセスまたは高価なＵＶレーザもしくはランプの必要なしに、直接金属面１０１上に、デジタルで規定された暗いまたは黒いパターン１０５を迅速に作成する。超高速パルスレーザ放射１０４へ導電材料１０１の表面をさらすことによって、ナノ構造の隆起および谷を作成することにより表面１０５を暗くする。これらのナノ構造が表面積を増加させ、表面の反射率を低減させて、より暗い、または黒く見える区域を効果的に作り出す。超高速パルスレーザ１０４によって照射された黒い区域１０５は、より長い波長のレーザからのより長い期間の放射パルスによる、後続の選択的除去を容易にする光吸収を増加させている。上で議論したような金属面上にレーザ照射できる回路パターンの例は図４に図示される。
【００１５】
図１Ｃに見られるように、超高速パルスレーザ１０４で作成された暗いまたは黒いパターン１０５と、変更されていない高反射率導電材料１０１の組合せによって、より長い波長のレーザで通常到達可能なものより小さいトレース幅を、より長い波長のレーザ１０６が作成することを可能にする「コンフォーマルマスク」が作成される。本開示の一態様によるトレースを作成するために、暗いまたは黒いパターン１０５は、より長い波長のレーザ１０６からのより長い期間のパルスにより照射される。暗いまたは黒いパターンがより高い吸収率および低減した反射率を有するために、より長い波長のレーザ１０６によるより長い期間の照射によって、暗いまたは黒いパターン１０８の場所における材料が取り除かれる。暗いまたは黒いパターンを有さない導電材料の区域は、より長い期間でより長い波長のレーザ放射１０６に対して導電材料が高い反射性であるために、取り除かれない（１０７）。そのため、変更されていない導電材料１０１がより長いパルスでより長い波長のレーザ放射に高い反射性であるように、より長い期間でより長い波長のレーザの波長を選択することが望ましい。より長い期間でより長い波長のレーザ１０６は、例として、限定しないが、１μｍから２０μｍの範囲にある波長を有することができる。いくつかの実施形態では、より長い期間でより長い波長のレーザ１０６は、パルス状二酸化炭素（ＣＯ２）レーザなどといった通常の産業用レーザである。他の実施形態では、より長い期間でより長い波長のレーザは、樹脂を取り除くために、中赤外線パルスファイバレーザまたは一酸化炭素（ＣＯ）レーザであってよい。表面材料を取り除いた後、トレースを有するＰＣＢを、きれいにし、スミアを取り除いて、めっき加工またははんだマスクおよびシルクスクリーン印刷した画像もしくはテキストで仕上げることができる。
【００１６】
超高速パルス高反復速度レーザでの高速パターン形成と、その後に続くＣＯ２レーザでのマクロ除去といった、この２段階技法は、回路構成のデジタルパターン形成に関する既存のレーザ直接画像形成プロセスの利点、およびこれが層の位置合わせなどに対してもたらすフレキシビリティを保持する。加えて、この新しい２段階大量製造プロセスは、パターン形成した導電層を除去するために現在採用される、高価なフォトレジストおよび化学的エッチャントの必要もなくす。というのは、超高速パルスレーザ放射はこれをみごとに実現するからである。
【００１７】
バイアのレーザ製造
バイアとは、ＰＣＢの１つの導電層から別の導電層への孔である。一般的には、バイアは、導電材料でバイアの側面をコーティングすることまたはバイアの孔を満たすことによって、２つの層を電気的に結合する。図２Ａに示されるように、バイアの製造は、最初に、導電材料層１０１と、絶縁層１０２によって分離される第２の導電材料層２０１を有する両面ＰＣＢまたは多面ＰＣＢで開始する。超高速パルスレーザは、ブランク銅板ＰＣＢの表面位置に照射し（２０３）、バイアのための暗いまたは黒いパターン２０４を作成する。上で議論したように、暗いまたは黒いパターンは、より長い波長の放射に対する導電材料の、吸収率を増加させ、反射率を減少させる。
【００１８】
次のステップでは、図２Ｂに描かれるように、暗いまたは黒いパターン２０４は、より長いパルス期間でより長い波長のレーザ２０５からの放射にさらされる。上で記載したように、より長い期間でより長い波長のレーザ２０５は、たとえば限定しないが、ＣＯ２レーザであってよい。より長い期間でより長い波長のレーザ２０５は、暗いまたは黒い区域２０４中の、導電材料１０１ならびに基板材料１０２の一部を取り除く。暗くまたは黒くない区域では、より長い期間でより長い波長のレーザは、導電材料を取り除くことなく反射される（２０６）。この第１の露光後に、導電材料１０１の中に小さい孔２０７が作られ、いくらかの基板材料１０２を同様に除去することができる。導電材料とは異なり、絶縁層材料は、一般的に、産業用レーザの通常使用されるＣＯ２波長に対して、低い反射率および高い吸収率を有する（しかし、ガラス繊維はＵＶには問題を引き起こす）。既存のバイア作成プロセスを超えるこのプロセスの利点は、より長いパルス期間でより長い波長のレーザ放射の位置精度が、高精度である必要がないという点である。より長いパルス期間でより長い波長のレーザ放射のスポットが黒いパターンと重なる限り、変更されていない導電材料に悪影響を与えることなく、正確に規定された場所に孔が作られることになる。
【００１９】
図２Ｃに示されるように、導電材料１０１を通り絶縁材料１０２の中に作られた小さい孔２０７は、より長い期間でより長い波長のレーザ放射２０９の第２のパルスにより照射される。このパルスは、残っている絶縁材料１０２を通して、第２の導電層２０１へと貫通する。より長い期間でより長い波長のレーザからの何らかのさらなる放射は、第２の導電層２０１の高反射表面から反射される（２１０）。前のように、導電材料層１０１の表面上の暗いまたは黒いパターンの場所にない任意の放射は、反射される（２０８）。
【００２０】
最後に図２Ｄに描かれるように、暗いまたは黒いパターン２０４の表面位置が、３回目のより長い期間でより長い波長のレーザからの放射２１１にさらされる。暗いまたは黒いパターンの場所でない任意の放射は単に反射される（２１３）。放射２１１は、何らかの残っている基板１０２の第２の導電材料層２０１をきれいにして、さらされた場所中の第２の導電材料２０１の表面のスミアを取り除く。一度きれいにして研磨すると、第２の導電材料２０１のさらされた表面は反射性となり、残っている基板を取り除くことによって吸収されず残っている放射を反射する（２１２）。こうして、この孔掃除プロセスは、１つの導電層１０１から第２の導電層２０１にＰＣＢの表面にブラインドホールを作成する。孔は、ブラインドマイクロバイアを作成するために、第３の導電材料を使用して導電層と第２の導電層とを電気的に結合することによって仕上げることができる。孔の内壁は、導電金属または金属の混合物などといった導電材料でめっきまたは満たすことができる。導電金属または金属の混合物は、例として、限定しないが、銅、ニッケル、スズ、鉛、アルミニウム、銀、金、またはそれらの任意の組合せであってよい。
【００２１】
上で開示した方法で、任意の層の深さのバイアを、ビルドアップＰＣＢ積層プロセスの反復繰り返しで作成することができる。例として、限定しないが、４層の深いバイアを作成することができる。
【００２２】
超高速パルス高反復速度レーザでの高速パターン形成と、その後に続くＣＯ２レーザでのマクロ除去といった、この２段階技法は、マイクロバイアの孔形状、完全性、めっきとの適合性などに関する既存のレーザ直接穿孔プロセスの利点を保持する。この新しい大量製造プロセスは、長波長ＣＯ２レーザで穿孔する以前に露出した銅の波長吸収率を変更するために現在採用される黒／茶色銅酸化ステップの必要をやはりなくし、直径３５μｍ未満のバイア孔の作成を可能にする。というのは、超高速パルスレーザはこれをみごとに実現するからである。
【００２３】
実装
本開示の一態様による回路トレースおよびマイクロバイアの製造のための方法は、図３に示されたような２レーザシステムを使用して実装することができる。２レーザシステムは、超高速パルスレーザ３０３およびより長い期間でより長い波長のレーザ３０１を備えることができる。レーザとは、放射の誘導放出による光の増幅（ｌｉｇｈｔ  ａｍｐｌｉｆｉｃａｔｉｏｎ  ｂｙ  ｓｔｉｍｕｌａｔｅｄ  ｅｍｉｓｓｉｏｎ  ｏｆ  ｒａｄｉａｔｉｏｎ）の頭字語である。レーザは、２つの反射面により形成される光学的共振空洞である。反射面のうちの１つは、そこに当たる放射の少量が出ることを許可する。空洞は、利得媒体と呼ばれることがあるレーザ生成可能材料を含む。利得媒体は、たとえば光または放電によってポンピングすることによって、準安定状態に励起することが可能な原子を含む、結晶、ガラス、液体、半導体、染料、または気体といった任意の好適な材料であってよい。原子が基底状態へと戻るとき、原子によって準安定状態から光が放出される。光の放出は、通過する光子の存在によって誘導され、通過する光子によって、放出される光子が誘導光子と同じ位相および方向を有するようになされる。光（ここでは、誘導放射と呼ばれる）は、空洞内で発振する。
【００２４】
誘導放射の波長は、利得媒体の選択に依存する。したがって、レーザは、使用される利得媒体に関して記載されることが多い。たとえば、ＣＯ２レーザは、利得媒体として二酸化炭素（ＣＯ２）ガスを使用する。ファイバレーザは、利得媒体として、エルビウム、イッテルビウム、ネオジム、ジスプロシウム、プラセオジム、ツリウム、およびホルミウムなどといった希土類元素でドープした光ファイバを使用する。ファイバレーザは、共振空洞を形成するための反射体として、ファイバブラッググレーティングを使用することが多い。
【００２５】
共振空洞からの光のパルス発光は、たとえば、シード放射をパルス発光することまたはエネルギーを励起することによって達成することができる。いくつかの実装形態では、所望のパルス特性に応じて、パルス発光は、光学的に、たとえばＱスイッチングまたはモードロッキングによって達成することができる。たとえば、回転鏡または電気光学スイッチによってＣＯ２レーザを能動的にＱスイッチして、ギガワット（ＧＷ）までＱスイッチしたピーク電力へと高めるのは、比較的簡単である。
【００２６】
Ｑスイッチングは、光学的共振空洞のＱを迅速に変化させる。Ｑとは、（２π）ｘ（共振器に貯められた平均エネルギー）／（サイクル毎に散逸するエネルギー）と規定される、空洞の性能指数のことをいう。光学的共振器の表面の反射率が高くなると吸収損失が低くなり、Ｑが高くなると所望のレーザモードからのエネルギー損失が低くなる。Ｑスイッチレーザは、レーザ媒体中で高レベルの反転（光学利得およびエネルギー貯蔵）が達成されるまでレーザ作用を防ぐために、レーザの共振空洞中でＱスイッチを使用する。スイッチが、たとえば、音響光学変調器もしくは電気光学変調器または可飽和吸収器で空洞のＱを迅速に増加させると、巨大なパルスが生成される。
【００２７】
モードロッキングは、レーザ光を一連のパルスとして作らせるために、レーザの共振空洞の異なるモード間の強め合う干渉を利用する。この様式で動作するレーザは、「位相ロック」または「モードロック」と呼ばれる。光は波であるために、共振空洞の鏡間で跳ね返ると、光は光自体と強め合ったり弱め合ったりして干渉することになり、鏡間で定在波または定在モードの形成をもたらす。これらの定在波は、空洞の縦モードとして知られている周波数の離散集合を形成する。これらのモードは、自己再生し、共振空洞中で発振することができる。光の他の周波数は、弱め合う干渉によって抑圧される。モードロックレーザは、内部で各モードの相対位相（場合によって、時間に関する変調を通して）を制御することによって機能し、高いピーク電力で、たとえばピコ秒（１０−１２秒）領域といった短期間のエネルギーバーストを選択的に生じさせる。
【００２８】
上で議論したように、超高速パルスレーザ３０３は、１００フェムト秒から１００ピコ秒のパルス持続期間を有することができる。超高速パルスレーザ３０３は、３００ナノメートルから５マイクロメートルの範囲の波長を有する、ＵＶから赤外線（ＩＲ）スペクトルの範囲の放射３０４を放出することができる。例として、限定しないが、ＮｄＹＡＧレーザは、典型的には、約１μｍであると考えてよい約１０６４ｎｍの放射を放出する。本開示の好ましい実施形態は、波長１μｍで２〜３ピコ秒のパルス期間を有するパルスＩＲファイバレーザである。超高速パルスレーザは、５０μｍ未満、典型的には３０〜２５μｍのスポットサイズを有することができる。超高速パルスレーザのピーク電力は、１０ＭＷより大きくてよい。本開示の一態様によるより長い期間でより長い波長のレーザ３０１は、９μｍから１０．６μｍの範囲の波長を有するレーザ放射３０２を放出することができる。例示的な実施形態では、より長い期間のより長い波長のレーザは、二酸化炭素（ＣＯ２）レーザなどといった通常の産業用レーザである。他の実施形態では、修正したＣＯ２パルスレーザを使用することができる。修正したＣＯ２パルスレーザは、ＴＥＡ−ＣＯ２、高ピーク／短パルスＣＯ２レーザまたは拡張ＣＯ２レーザであってよい。より長いパルス期間でより長い波長のレーザは、約１０キロヘルツの繰返し率で１ナノ秒から約１０ミリ秒の範囲のパルス期間を有することができる。
【００２９】
本明細書で使用する、パルス期間という用語は、たとえば、パルスの立上りエッジの１／２電力の点と立下りエッジの１／２電力の点との間の時間間隔といった、繰返し信号の時間期間または寿命のことをいう。パルス期間は、「パルス幅」と呼ばれることがある。パルスエネルギーとは、パルス中のエネルギーの量のことをいう。パルスエネルギーは、パルス周期にわたって、瞬間的なパルス電力を積分することによって計算することができる。パルス周期（Ｔ）とは、２つ以上のパルスの列中の、連続するパルスの等価な点間の時間のことをいう。パルス繰返し周波数（ＰＲＦ）とは、単位時間当たりのパルスの繰り返しの割合のことをいう。ＰＲＦは、周期Ｔに反比例する、すなわちＰＲＦ＝１／Ｔである。
【００３０】
２つのレーザシステムは、工作物３０６上にレーザ放射を制御して合焦するために光学系３０５を含むことができる。光学系３０５は、超高速パルス放射３０４およびより長い波長の放射３０２を合焦するのに十分な鏡およびレンズを含むことができる。光学系３０５は、反照検流計、電気機械鏡、屈折プリズム、電気光学偏向器などといった放射のスキャンをもたらすデバイスを含むこともできる。いくつかの実装形態では、光学系３０５は、図１Ａ〜図１Ｃおよび図４を用いて上記で議論したようなパターンで、工作物３０６にわたってレーザ３０１、３０３からの放射をスキャンする、または図２Ａ〜図２Ｄによって開示されるようなバイアを発現させるように構成することができる。光学系は、レーザ３０１、３０３によって作られる放射の強度、形状、位置、およびパルス特性を制御するために、スキャナ、ビーム偏向器、絞り、フィルタおよびチョッパ、光学増幅器、Ｑスイッチ、音響光学変調器（ＡＯＭ）またはＥＯＭを含むこともできる。光学系３０５は、レーザ放射のエネルギー密度の空間分布を形作るために使用できる、ホモジナイザ、絞り、コリメータ、またはそれらの任意の組合せをさらに備えることができる。例として、限定しないが、ホモジナイザ、絞り、およびコリメータの組合せは、各レーザのレーザ放射のエネルギー分布を、一様なシルクハットタイプ形状の分布に成形することができる。本開示のいくつかの実施形態では、２レーザシステム中の１つのレーザだけが成形されたエネルギー分布を有する。
【００３１】
２レーザシステムは、工作物３０６を保持するためのステージ３０７をさらに備えることができる。本開示のいくつかの実施形態では、ステージ３０７は、放射の焦点の周りに工作物３０６を移動または回転させるように構成される可動ステージである。可動ステージは、工作物３０６を移動させるのに十分な歯車装置を有する、電動ステージであってよい。ステージ３０７は、工作物３０６をステージの表面にしっかりと保持または固定するために、クランプ、取付け金具、またはチャック（たとえば、真空チャック、磁気チャック、または静電チャック）をさらに備えることができる。
【００３２】
図１Ａおよび図２Ａに関連して議論したように、工作物３０６は、少なくとも１つの導電性金属面を有する任意のタイプのＰＣＢであってよい。工作物３０６は、対象をステージに取り付けるためのノッチまたは孔を含むことができる。
【００３３】
本開示の一態様による２レーザシステムは、レーザ３０１、３０３、光学系３０５、およびステージ３０７に動作可能に結合されるレーザコントローラ３０８によって制御することができる。例として、限定しないが、レーザコントローラは、システム中の他の構成要素に、シリアルケーブル、ユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）ケーブル、Ｄ−ｓｕｂケーブル、またはバスバーによって動作可能に結合することができる。レーザコントローラ３０８は、プロセッサおよびメモリを含み、たとえばプロセッサの好適なプログラミングによって、レーザ３０１、３０３、光学系３０５、およびステージ３０７に、図１Ａ〜図１Ｃに記載されたトレースの製造のための方法および図２Ａ〜図２Ｄに記載されたバイアの製造の方法を実施させるように構成することができる。本開示のいくつかの実施形態では、レーザコントローラ３０８は、システムに記載された方法を実行させる制御論理中で具体化される方法でコンピュータ化されたコントローラである。他の実施形態では、レーザコントローラ３０８は、実行されると汎用コンピュータを専用コンピュータにさせる非一時的なコンピュータ可読媒体で具体化される記載された方法を有する汎用コンピュータである。専用コンピュータは、システムに記載された方法を実行させるように構成される。他の実施形態では、レーザコントローラ３０８は、システムに記載された方法を実行させるのに十分な電気および／または機械論理を有する電気機械コントローラである。
【００３４】
明確にするために、本明細書に記載される実装の、常用の特徴のすべてが示され、記載されるわけではない。任意のそのような実装の開発において、用途に関連する制約およびビジネスに関連する制約を順守するなどといった、開発者の具体的な目標を達成するために、多くの実装に固有の決定を行わなければならないこと、これらの具体的な目標は実装毎、開発者毎に変わることが、当業者なら理解されよう。さらに、そのような開発の努力は、複雑で時間がかかる場合があるが、それにもかかわらず、本開示の利益を有する当業者にとって、エンジニアリングを引き受ける日常業務となることを理解されよう。
【００３５】
本開示の態様によれば、構成要素、プロセスステップ、および／またはデータ構造は、様々なタイプのオペレーティングシステム、コンピュータプラットフォーム、パーソナルまたはラップトップコンピュータ、ビデオゲームコンソール、セルラ電話、タブレットコンピュータ、可搬式ゲームデバイスなどといったＰＤＡおよび他の携帯デバイスを含むユーザインターフェース／ディスプレイならびに／または汎用機械を使用して実装することができる。加えて、当業者なら、配線接続されたデバイス、フィールドプログラム可能ゲートアレイ（ＦＰＧ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）などといった汎用性の低いデバイスも、本明細書に開示される本発明の概念の範囲および精神から逸脱することなく使用できることを理解されよう。
【００３６】
上記は、本発明の好ましい実施形態の完全な記載であるが、様々な代替形態、変更形態、および均等な形態を使用することが可能である。したがって、本発明の範囲は、上の記載を参照して決定されるべきでなく、代わりに、添付の特許請求の範囲ならびにそれらの均等物の全範囲を参照して決定されるべきである。好ましいか好ましくないかに関係なく、任意の特徴は、任意の他の特徴に好ましいか好ましくないかに関係なく組み合わせることができる。以下の請求項では、不定冠詞の「Ａ」または「Ａｎ」は、別段の指示がない限り、冠詞に続く項目のうちの１つまたは複数の量のことをいう。添付の特許請求の範囲は、「するための手段」という語句を使用して、所与の請求項において明示的にそのような制限が言及されない限り、ミーンズプラスファンクション制限を含むと解釈するべきでない。特定された機能を実施する「ための手段」と明示的に述べない請求項中のいかなる要素も、米国特許法第１１２条第６項に規定されるような「手段」または「ステップ」の語句と解釈するべきでない。
【符号の説明】
【００３７】
１０１  導電材料層、金属面、導電材料
１０２  ビルドアップ層、絶縁層、基板
１０３  コア材料層、コア
１０４  超高速パルスレーザ放射
１０５  トレース、表面位置、表面、黒い区域、暗いまたは黒いパターン
１０６  より長い波長のレーザ
１０８  暗いまたは黒いパターン
２０１  第２の導電材料
２０２  絶縁またはビルドアップ層
２０４  暗いまたは黒いパターン
２０５  より長い波長のレーザ
２０７  小さい孔
２０９  より長い期間でより長い波長のレーザ放射
２１１  放射
３０１  より長い期間でより長い波長のレーザ
３０２  放射
３０３  超高速パルスレーザ
３０４  超高速パルス放射
３０５  光学系
３０６  工作物
３０７  ステージ
３０８  レーザコントローラ
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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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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