(57)【要約】【課題】ガラス成分の含有率が高い生セラミックス基板上に樹脂製のキャリアフィルムを有する多層構造の基板に良好な貫通穴を形成するレーザ加工方法を提供する。【解決手段】セラミック骨材とガラス成分を含む生セラミック基板であるグリーンシート２の上面に、樹脂材料からなるキャリアフィルム１が形成された多層構造の基板のスルーホール３を形成するレーザ加工方法において、キャリアフィルム１の穴あけに樹脂材料に対して吸収性のよい第１のレーザ光を用いてキャリアフィルム１に穴あけするステップ、第１のステップに続いて、セラミック材に対して吸収がよくガラス材に対して吸収の悪い第２のレーザ光を用いてグリーンシート２に穴あけするステップを有して多層構造の基板にスルーホールを形成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミック骨材とガラス成分を含む生セラミック基板であるグリーンシートの上面に、樹脂材料からなるキャリアフィルムが形成された多層構造の基板のスルーホールを形成するレーザ加工方法において、
前記キャリアフィルムの穴あけに樹脂材料に対して吸収性のよい第１のレーザ光を用いてキャリアフィルムに穴あけするステップ、
前記第１のステップに続いて、セラミック材に対して吸収がよくガラス材に対して吸収の悪い第２のレーザ光を用いてグリーンシートに穴あけするステップ、
を有する多層構造の基板にスルーホールを形成することを特徴とするレーザ加工方法。
【請求項２】
前記第１のレーザ光は、９．３μm波長のＣＯ２レーザを使用することを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工方法。
【請求項３】
前記第２のレーザ光は、ＹＡＧレーザを使用することを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工方法。
【請求項４】
所定のパワー出力のＣＯ２レーザを用いて第１の穴あけステップでキャリアフィルムに対して貫通穴を形成し、第２の穴あけステップを行なうことを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工方法。
【請求項５】
請求項１に記載の方法によりスルーホールが形成されるセラミック基板を積層して成る多層セラミック基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セラミックとガラスとを含有するセラミックグリーン体、特にレーザ加工用セラミックグリーン体、特にレーザ加工用セラミックグリーン体、及びこれを用いたガラス-セラミックス複合基板の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ガラス-セラミックス複合基板は、種々の製品に使用されており、例えば多層セラミックス基板においては、コンピュータの高速化や通信機器の高周波化に伴って、回路信号伝達を高速化するために、比誘電率が低いこと、誘電損失が低いこと、抵抗が低い低融点配線材料との同時焼成が可能なように焼結温度が低いこと、ビア径、ビアピッチが微細で高密度配線が確実にできること等の要件を満たすことが必要とされてきている。そこで、このような要件を満足させるために、低融点化が可能なガラス-セラミックス複合基板において、セラミック骨材とガラスとの組み合わせ等について研究が進められている。
【０００３】
また、レーザによりスルーホールをセラミックス基板に明ける方法として、構成したいスルーホール一つに対して、その穴を円周上に回りながらレーザを照射することで穴形状を整える方法（特許文献１）や穴形状を調整するためにセラミックス基板にあらかじめレーザ光を吸収するための吸収剤を含有（特許文献２）したり、グリーンシートの成分を調整することで穴形状を整えている（特許文献３）。
【特許文献１】特開平１１−５４８８５号公報
【特許文献２】特開２０００−１５９５７７号公報
【特許文献３】特開２００２−２７４９５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
多層セラミックス基板を製造するには、まずセラミック粉末、ガラス粉末およびバインダを少なくとも含有するグリーン体を支持体上に形成した後、配線層間を電気的に接続するためのスルーホールを各グリーン体に形成する。スルーホールの形成には、従来から用いられているＮＣパンチング加工やレーザ加工が一般的であるが、ビア径φ１２０μｍからφ１００μｍ、ピッチ間２５０μｍ以下が多くなってきており、それを達成するため、レーザ加工、すなわち、レーザビームによる穴明け加工が一般的になってきている。
【０００５】
しかし、ガラス-セラミックス複合基板において、従来のアクリルまたはブチラール等のバインダや保護のために使用するグリーンシート上面に配置されるキャリアフィルムが存在すると、レーザ加工によりスルーホールを形成する場合、レーザ出力が高いとレーザビーム入射側のスルーホール周囲やキャリアフィルム周囲が大きく盛り上がってしまうため、グリーン体表面に導体パターンを印刷したときにスルーホール周囲においてパターンが薄くなり、断線が生じやすくなる。また、エキシマレーザを使用すると、この点は解決するが加工速度が遅く実用的ではなく、レーザ出力が弱いとスルーホールが形成できない。その上、ＮＣパンチング加工などによる穴明け加工を用いて、ビア径φ１００μｍ、ビアピッチ２５０μｍ以下を確実に形成するには、従来の方法では加工速度に制限があり、問題があった。
【０００６】
前述の穴加工時に数回に分けてスルーホール一つに対し、その穴を円周上に回りながらレーザを照射することで穴形状を整える方法では、加工時間はもとより、セラミック骨材やガラス、キャリアフィルムに熱を数回にわたってかけることから、穴形状の不安定さを招く可能性があり、さらには、φ１００μm以下の小径穴加工は難しい。
【０００７】
また、顔料やレーザ光吸収剤をセラミックス基板に含有させる方法では、セラミックス基板の材料特性に影響を及ぼす可能性がある。同時にグリーンシートの成分を調整することもレーザ加工の可能性は高まるが、材料特性やコスト面でのデメリットが発生する可能性がある。そして両者ともグリーンシートの穴形状は問題ないが、キャリアフィルムも同時に配置されたセラミックス基板の加工においては、キャリアフィルムの盛り上がりや穴形状の問題回避にはならず、その変形が工程上に影響する可能性がある。
【０００８】
また、一般的にレーザはＹＡＧレーザもしくはＣＯ２レーザのどちらかを使用するが、そのどちらともグリーンシートやキャリアフィルムの盛り上がりという問題、または、穴加工状態もしくは穴形状の問題が発生する可能性がある。
【０００９】
本発明はガラス成分（ガラス、石英）の含有率が高いセラミックス基板の製造工程において、樹脂製のキャリアフィルムがグリーンシート上に存在し、グリーンシートにレーザ加工によりスルーホールを形成するに際し、キャリアフィルム及びグリーンシートのスルーホール周辺の盛上がりを抑え、穴形状及び穴加工状態を良好にすることができる方法及び装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明のレーザ加工方法は、セラミック骨材とガラス成分を含む生セラミック基板であるグリーンシートの上面に、樹脂材料からなるキャリアフィルムが形成された多層構造の基板にスルーホールを形成するレーザ加工方法において、前記キャリアフィルムの穴あけに樹脂材料に対して吸収性のよい第１のレーザ光を用いてキャリアフィルムに穴あけするステップ、前記第１のステップに続いて、セラミック材に対して吸収がよくガラス材に対して吸収の悪い第２のレーザ光を用いてグリーンシートに穴あけするステップ、を有する多層構造の基板にスルーホールを形成することを特徴としたものである。
【００１１】
また本発明の多層セラミック基板は、請求項１に記載の方法によりスルーホールが形成されるセラミック基板を積層して成ることを特徴としたものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明のセラミックス基板への穴明け加工方法によれば、ガラス成分（ガラス、石英）の含有率が高いセラミックス基板の製造工程において、樹脂製のキャリアフィルムがグリーンシート上に存在し、グリーンシートにレーザ加工によりスルーホールを形成するに際し、キャリアフィルムおよびグリーンシートのレーザ加工による盛り上がりを防ぐことができ、ガラス成分が加工され、塊となるガラス球の現象も抑えることができ、穴径上及び穴加工状態を良好にすることが可能となる。
【００１３】
また、複数のレーザを使用することでコストが懸念されるが、近年は高精度でコストメリットのあるレーザマーカが普及してきており、対応可能となるため、従来のような大きくて高価なレーザ加工機よりもメリットが出ると考える。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下に、本発明の生セラミックス基板への穴明け加工方法および多層セラミック基板の実施の形態を図面とともに詳細を説明する。
【実施例１】
【００１５】
図１は、本発明の実施例１におけるレーザ加工による多層構造のセラミックス材とガラス材を含有する基板への穴明け加工工法および装置の外観斜視図である。
【００１６】
図２は、本発明の各工程段階における穴明け状態を説明するための図である。
【００１７】
図３は、従来例のレーザ加工による穴あけ加工装置の一例を示すための図であり、図４は、従来例における穴明け加工における懸念点を説明するための図である。
【００１８】
樹脂製のキャリアフィルム１がセラミック粉末、ガラス粉末およびバインダを少なくとも含有するグリーンシート２上に存在し、グリーンシート２にレーザ加工によりスルーホール３を形成するに際し、装置の一例としては、図１に示すように樹脂製のキャリアフィルム１に対してのみ、スルーホール３を必要とする所定の穴位置に穴明け加工する第一の工程としてレーザ装置４を配し、穴明け加工された樹脂製のキャリアフィルム１に第二の工程として、グリーンシート２に対してスルーホール３を必要とする所定の位置に穴明け加工を実施するためのレーザ装置５を配し、グリーンシート２を吸着もしくは固定するためのプレート６を有し、グリーンシート２が載ったパレット６を移戴するための移動手段７，８を有している。
【００１９】
まず、図２（ａ）に示すように第一の工程でレーザ装置４によりキャリアフィルム１のみに穴明け加工を行う。この工程では、９．３μｍ波長のＣＯ２レーザにて実施することが望ましい。この時キャリアフィルム１の厚さは１００μｍ程度であり、レーザ照射条件としては、５〜１０W程度で定点照射にて実施する。ここでレーザ光１１は、樹脂製のキャリアフィルム１を貫通するに十分な出力ではあるが、セラミックやガラス材料のグリーンシート２に対しては吸収率が悪いため、加工は実施されない。そして所定の穴加工位置すべてに樹脂製のキャリアフィルム１のみ穴加工を実施する。
【００２０】
キャリアフィルム１のみへの穴加工の判定は、図示していないが画像処理装置にて判定・判断を実施する。その数量は全数検査でも良いし、レーザパワーが安定している装置においては、数箇所でも良い。キャリアフィルム１の色は、指定されないため、例えば穴加工された部分を上側から処理しても問題なく、穴加工を確認することは可能である。また、キャリアフィルム１とグリーンシート２とでは、レーザ装置４の波長によって吸収率が異なるため、キャリアフィルム１は穴加工ができるが、グリーンシート２は穴加工ができないレーザ照射条件にてキャリアフィルム１の穴加工を実施するため、極端に言えば画像処理による判断も必要ない場合もある。その場合は、定期的にレーザ装置４のパワーを測定することにより、パワーの劣化などを確認すればよい。即ち、樹脂製のキャリアフィルム１を貫通するに十分な出力を照射するので、レーザ装置４の出力パワーを管理すればキャリアフィルム１への穴加工ができる。
【００２１】
その後、シートを移戴し、前工程でキャリアフィルム１に穴明け加工を実施したグリーンシート２に穴加工が必要な所定の場所に対し、図２（ｂ）に示すように第二の工程でレーザ装置５により穴明け加工を実施する。この工程では、ＹＡＧ系レーザにて実施することが望ましい。この場合、樹脂製のキャリアフィルム１を貫通している穴が所定の穴径よりも小さくても問題なくグリーンシート２を加工することができる。ＹＡＧ系レーザは、セラミックス材への吸収率が良く、ガラス材への吸収率が悪いため、セラミックス材への熱加工が実施されながら、穴加工が行われる。
【００２２】
多層セラミックス基板を製造するには、まずセラミック粉末、ガラス粉末およびバインダを少なくとも含有する生セラミック基板であるグリーンシート２を支持体上に形成した後、配線層間を電気的に接続するためのスルーホール３を各グリーンシート２に形成するが、これまでは、スルーホール３の形成には、従来から用いられているＮＣパンチング加工やレーザ加工が一般的であった。
【００２３】
しかし、最近ではスルーホール３の径が、φ１２０μｍからφ１００μｍ、ピッチ間２５０μｍ以下が多くなってきており、ＮＣパンチング加工では、このような微細加工であり、狭ピッチの加工は難しくなってきており、それを達成するため、レーザ加工、すなわち、レーザビームによる穴明け加工が一般的になってきている。その上、今後は更にスルーホール３の小径化が進むと見られており、最適なレーザ装置の選定が必要となってくる。その中でも、材料に対する最適化は重要なポイントであり、効率良く加工を実施するためにも必要な項目となる。
【００２４】
例えば、エキシマレーザや超短パルスレーザ等のようなレーザ出力のピークパワーが高かったり、熱加工ではなくアブレーション加工のような加工が可能なレーザ装置では材料の吸収率の問題は大きくないが、非常に高価であるため、導入のネックとなる可能性がある。
【００２５】
また、図３に示すようなこれまでのようにスルーホール３を形成するため、樹脂製のキャリアフィルム１とグリーンシート２と両者を一工程にて加工を行う場合、どちらかの短パルスのレーザ装置４を使用することで、スルーホール３を加工すると、ＣＯ２レーザでは樹脂製のキャリアフィルム１に対しては、吸収率が高いため問題無く加工が行われるが、セラミックス材とガラス材を含むグリーンシートに対してはセラミックス材は問題無いが、ガラス材も若干吸収されるためガラス材が溶融することで、図４に示すようにスルーホール３内部にガラス球９が発生してしまう。このガラス球９は、大きい小さいは別にしてガラス材がＣＯ２レーザの波長を吸収し、熱溶融することで必ず発生するものである。
【００２６】
対照的にＹＡＧ系レーザを使用すると、グリーンシート２を加工する前の樹脂製のキャリアフィルム１を加工する際に、吸収率が非常に悪いため、図５に示すように樹脂製のキャリアフィルム１が熱による気化をせず、液体状になることで穴周辺に盛り上がり１０を形成することになる。この盛り上がりは、後工程のシートを重ねる工程においてはグリーンシート２に傷をつける可能性があり、または、キャリアフィルム１をつけた状態で充填を行う作業の時に、この盛り上がり１０が引っ掛かり不良を発生させる原因ともなるため、できる限り小さく、無い状態に加工することが望ましい。
【００２７】
この点において、本発明では、各材料に適したレーザ装置４、５を用いることにより、樹脂製のキャリアフィルム１をレーザ装置にて加工する事で発生しかねない懸念点、グリーンシート２をレーザ装置にて加工する事で発生しかねない懸念点を解消することができる。即ち、キャリアフィルム１に対して吸収のよいＣＯ２レーザを用いる第１工程では、ＹＡＧレーザを用いた場合に発生するキャリアフィルム１の盛り上がりの発生をほとんどなくしてキャリアフィルム１に対して貫通穴を形成することができる。そして、第２工程では、ＣＯ２レーザを用いずに、セラミックス材への吸収率が良く、ガラス材への吸収率が悪いＹＡＧレーザを用いるので、ガラス球９の発生がほとんどない状態で穴加工ができる。
【００２８】
また、二工程に分かれることで位置精度への懸念点があるが、レーザ装置４、５のレーザ光１１を所定の穴位置に照射するガルバノミラー駆動系の位置精度向上およびステージ７、８の位置精度向上により、両者の位置精度合計は±10μm以下は達成可能であり、問題無い範囲である。例え数μmの誤差が発生したり、第一工程におけるレーザ装置４による穴明けでの穴径が小さい場合でも、第二工程におけるレーザ装置５により、樹脂系のキャリアフィルム１を少量加工することによりグリーンシート２に貫通穴加工が可能である。そういった意味では、後工程による貫通穴への導体の充填作業を考慮すると穴径が大きくならないよう第一工程におけるレーザ装置４のレーザ照射条件に注意する必要がある。そのため事前でのレーザ照射条件を決めるが、目標の穴径に対し±５％での穴明け加工は可能であるため、前述したが定期的なレーザパワーの管理でも問題なく、所定の穴形
状を満たすことは可能である。また、レーザ装置を二台使用することで、コストにおけるデメリットが懸念されるが、最近のレーザマーキング装置４および５は、非常にコストも低くなってきており、大きくコストアップになるようなことは無くなりつつある。
【００２９】
多層セラミックス基板を製造するには、上述の穴明け加工後、キャリアフィルム１を除去し、生セラミック基板であるグリーンシート２の上下基板表面を電気的に接続するための導電材料を書く貫通穴に埋め込み、生セラミック基板の表面に配線パターンが印刷などによって形成される。そして、このようにして形成された各層の生セラミック基板が数枚から数十枚重ねられ、加圧されて積層体を形成し、炉に入れて高温で焼成する。本発明のレーザ加工による貫通穴の形成法は、スルーホール３の径が、φ１００μｍ以下、ピッチ間２５０μｍ以下の高密度、高精細パターンの多層セラミック基板の製造に適するものである。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
本発明のセラミックス基板への穴明け加工方法および装置では、ガラス成分（ガラス、石英）の含有率が高いセラミックス基板の製造工程において、樹脂製のキャリアフィルムがグリーンシート上に存在し、グリーンシートにレーザ加工によりスルーホールを形成するに際し、キャリアフィルムおよびグリーンシートのレーザ加工による盛り上がりを防ぐことができ、ガラス成分が加工され、塊となるガラス球の現象も抑えることができ、高密度、高精細パターンの多層セラミック基板の製造に適する。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の実施例１におけるレーザ加工方法に用いるレーザ加工装置の外観斜視図
【図２】本発明の実施例１におけるレーザ加工方法に用いるレーザ加工装置を用いた穴あけ加工状態を説明するための図
【図３】従来のレーザ加工装置の外観斜視図
【図４】従来のレーザ加工装置を用いた穴あけ加工状態を示した図
【図５】従来のレーザ加工装置を用いた別の穴あけ加工状態を示した図
【符号の説明】
【００３２】
１  樹脂製のキャリアフィルム
２  グリーンシート
３  スルーホール
４  レーザ装置
５  レーザ装置
６  パレット
７  移戴手段
８  移戴手段
９  ガラス球
１０  樹脂材料の盛り上がり
１１  レーザ光
【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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