(57)【要約】【課題】セラミック、又は有機材料の基板上に設けられた抵抗体等において、トリミングの結果、トリミング対象の下部にある基材を損傷することなく、且つ、安定した精度の良い回路機能や回路定数を調整することが可能となるレーザーによる材料加工方法を提供する。【解決手段】電子回路部品及び電子回路基板の配線回路において、搭載部品の回路機能及び回路定数を調整するために、発振パルス幅が１ピコ秒以下である超短パルスレーザーを用い、抵抗体に超短パルスレーザーの照射エネルギーを一定とするレーザーを照射し、被照射体の表面から一定の深さに溝を加工することによって被照射体の抵抗値、キャパシタンス、インダクタンス等を調整することを特徴とする超短パルスレーザーによる材料加工方法。【選択図】図１
2004235495.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子回路部品及び電子回路基板の配線回路において、搭載部品の回路機能及び回路定数の調整、又はマーキングのために、発振パルス幅が１ピコ秒以下である超短パルスレーザーを用いることを特徴とする超短パルスレーザーによる材料加工方法。
【請求項２】
前記電子回路部品及び電子回路基板の配線回路が、膜状の抵抗体であって、該抵抗体に超短パルスレーザーの照射エネルギーを一定とするレーザーを照射し、該抵抗体の表面から一定の深さに連続した１本の溝、又は連続した複数本の溝を加工することによって抵抗値を調整することを特徴とする請求項１記載の超短パルスレーザーによる材料加工方法。
【請求項３】
前記電子回路部品及び電子回路基板の配線回路が、金属体、誘電体、金属体の積層構造をなす平行平板のコンデンサーであって、該金属体に超短パルスレーザーの照射エネルギーを一定とするレーザーを照射し、該金属体の表面から金属層厚の深さに連続した１本の溝、又は連続した複数本の溝を加工によってキャパシタンスを調整することを特徴とする請求項１に記載の超短パルスレーザーによる材料加工方法。
【請求項４】
前記電子回路部品及び電子回路基板の配線回路が、磁性体を芯とするインダクターであって、該磁性体に超短パルスレーザーの照射エネルギーを一定とするレーザーを照射し、該磁性体の表面から一定の深さに連続した１本の溝、又は連続した複数本の溝を加工することによってインダクタンスを調整することを特徴とする請求項１に記載の超短パルスレーザーによる材料加工方法。
【請求項５】
前記電子回路部品及び電子回路基板の配線回路の全てが、同一の超短パルスレーザーを用いて前記回路部品及び配線回路の回路定数を調整することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の超短パルスレーザーによる材料加工方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子工業に用いられる単体の電子回路部品、又は多層配線の電子回路基板に係わり、詳しくは、金属膜を含む低抵抗性導体配線と電子回路部品を内層、又は表面に有する高密度多層配線の電子回路基板との回路機能及び回路定数の調整、又はマーキング方法に係わる超短パルスレーザーによる材料加工方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電子回路の小型化の進展により、電子部品は、その大部分が表面実装されるようになった。抵抗、コンデンサ、インダクタ等の受動部品は、チップ化され、より小型化への一途を辿っている。これらの部品は、トリミングによってその回路定数を精密に調整される。一般的に、チップ部品はセラミック基板を用いており、トリミングは、抵抗体や金属膜を完全に除去することで行われている。ハイブリッドＩＣにおいてもセラミック基板を用いることが一般的であり、近年は、従来の高温焼成基板に変わり、低温焼結性セラミック基板も用いられるようになった。一方、有機材料を基材とする多層印刷配線基板に印刷や作り込み、埋め込みによって各種の受動部品を搭載するようになってきた。低温焼結性セラミック基板や、有機材料を基材とする多層印刷配線基板の表層に配置された厚膜抵抗体や低抵抗性導電膜に熱モードのレーザービームを照射してトリミングを行うと、その熱影響によって素子周辺の絶縁層も同時に溶融または、昇華してしまうという問題が生ずる。
【０００３】
この問題を解決するために、いくつかの提案がなされている。第一に、特許文献１の公報によれば、抵抗体の直下に金属のガード用パターンを形成しその上にある抵抗体をレーザートリミングするものである。これによってレーザービームの照射による内層部の電極の損傷を防止している。しかし、この方法では、基材の損傷を解消することは出来ず、ガード用パターンと抵抗体との間に絶縁層が必要となることは明白であり実用的ではない。
【０００４】
第２の従来例として、特許文献２の公報に示された方法がある。これによれば、基板表面のレーザートリミングされる対応位置にアルミナを主成分とする耐熱性表層部を設け、基板の損傷を防止するものである。しかし、耐熱性処理を行うため処理工程が煩雑となり、且つ、コスト上昇を招くという欠点がある。
【０００５】
これらの方法はすべて、図７に示すように、抵抗体１から外れた位置からレーザーを照射開始して直線ａまたは、Ｌ字型ｂ、Ｕ字型ｃの形状に抵抗体１を絶縁支持体３の表面まで完全に除去して、抵抗体１に切り込みを入れる。その加工により抵抗値を増加調整するものであったので、基材の損傷を許容範囲内に抑制することは出来なかった。
【０００６】
一方、特許文献３の公報、特許文献４の公報には、シリコン基板状に形成された抵抗のユニークなトリミング方法が提案されている。それらによれば、抵抗体層を深さ方向に対してトリミングを行うことにより抵抗値を精密に増加させようとするものである。その際、トリミングの深さはレーザーの走査回数とその出力の調整で行うとするものである。しかしながら、抵抗値が大きくずれて、加工量が多く、加工溝が深くなり過ぎると局所的に抵抗値の急激な増大を招き、いわゆるヒューズとなって回路動作時に故障の危険が増大することは明白である。
【０００７】
また、一般的な熱モードのアブレーションでは、図９に示すように、レーザー入力に比例して、幅や、面積、深さといった加工寸法が大きくなる。結果として、上記のような加工方法では所望の抵抗値を得るために対象物へのレーザー照射量を厳密に制御する事が不可欠である。
【０００８】
次に、コンデンサーのトリミングの従来例を図８に示す。単純なトリミングは、図８（ａ）に示すように、直線的にレーザー加工して上部電極８を切り取り、その面積を減ずることでキャパシタンスを減少させるものである。上部電極８の切り取りは、図８（ｂ）に示すように直方体形状に行うことでも同様の効果が得られる。しかしながら、切り取り法によるコンデンサーのトリミングは、抵抗トリミングの場合と異なり、トリミングされる電極を完全に切り離すまでトリミング量は決定されないという欠点がある。すなわち、トリミングされる上部電極は下層の誘電体９の表面まで除去し、電極を完全に切り離す必要がある。
【０００９】
一方、ディジタル回路の駆動周波数も年々急激な上昇を見せている。その結果、ＬＳＩパッケージや印刷配線板の配線パターンの高周波特性が要求されるようになった。そのためには配線パターン形状のサブミクロンでの調整によるインピーダンス整合が不可欠である。従来、配線パターンの形成は、化学エッチングで行っていたが、サブミクロンでの制御は困難である。
【００１０】
【特許文献１】
特開平５−１９８９５１号公報
【特許文献２】
特開平６−７７６６５号公報
【特許文献３】
特開平９−２３２１１８号公報
【特許文献４】
特開平９−２３２１１９号公報
【特許文献５】
特開２００１―２３９３７９号公報
【非特許文献１】
緑川克美「フェムト秒レーザーと物質の相互作用」、レーザー加工学会誌Ｖｏｌ．８，Ｎｏ３（２００１）
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は以上のような従来の技術が持つ問題点に着目してなされたものであって、トリミングの結果、トリミング対象の下部にある基材を損傷することなく、且つ、安定した精度の良い回路機能や回路定数の調整方法を提供することを目的とする。すなわち、トリミング開始位置が抵抗体から外れることがなく、回路基板に追加処理を施すことなく基材の損傷を防止し、熱影響のない精密で安定した電子回路の回路機能及び回路定数を高い精度で精密に調整することが可能となるレーザーによる材料加工方法を提供する。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
課題を解決するために本発明が提供する手段とは、まず本発明の請求項１に係る発明は、電子回路部品及び電子回路基板の配線回路において、搭載部品の回路機能及び回路定数の調整、又はマーキングのために、発振パルス幅が１ピコ秒以下である超短パルスレーザーを用いることを特徴とする超短パルスレーザーによる材料加工方法である。
【００１３】
また、本発明の請求項２に係る発明は、前記電子回路部品及び電子回路基板の配線回路が、膜状の抵抗体であって、該抵抗体に超短パルスレーザーの照射エネルギーを一定とするレーザーを照射し、該抵抗体の表面から一定の深さに連続した１本の溝、又は連続した複数本の溝を加工することによって抵抗値を調整することを特徴とする請求項１記載の超短パルスレーザーによる材料加工方法である。
【００１４】
本発明の請求項３に係る発明は、前記電子回路部品及び電子回路基板の配線回路が、金属体、誘電体、金属体の積層構造をなす平行平板のコンデンサーであって、該金属体に超短パルスレーザーの照射エネルギーを一定とするレーザーを照射し、該金属体の表面から金属層厚の深さに連続した１本の溝、又は連続した複数本の溝を加工によってキャパシタンスを調整することを特徴とする請求項１に記載の超短パルスレーザーによる材料加工方法である。
【００１５】
本発明の請求項４に係る発明は、前記電子回路部品及び電子回路基板の配線回路が、磁性体を芯とするインダクターであって、該磁性体に超短パルスレーザーの照射エネルギーを一定とするレーザーを照射し、該磁性体の表面から一定の深さに連続した１本の溝、又は連続した複数本の溝を加工することによってインダクタンスを調整することを特徴とする請求項１に記載の超短パルスレーザーによる材料加工方法である。
【００１６】
本発明の請求項５に係る発明は、前記電子回路部品及び電子回路基板の配線回路の全てが、同一の超短パルスレーザーを用いて前記回路部品及び配線回路の回路定数を調整することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の超短パルスレーザーによる材料加工方法である。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明による１ピコ秒以下の超短パルスレーザーを有機化合物の深さの精密加工などに用いることが近年になって提唱されるようになった。特に、多光子吸収や熱緩和時間よりも短時間の現象であることなどにより非熱加工が可能であること、また、非線形応答のため加工分解能は光の回折限界以下であり、高い精度の加工が可能であることは公知である。（非特許文献１参照）
【００１８】
更に、我々は、電子回路素子と配線幅の精密加工を鋭意研究の途上、材料によらず、１ピコ秒以下の超短パルスレーザーを用いて加工をする場合、照射エネルギーに比例した加工深さが得られないこと、つまり、或るエネルギー範囲では加工深さが一定となり、或るしきい値で急に加工が進むことを確認した。照射エネルギーを更に上げて行くと、第２、第３のしきい値が現れることも確認した。つまり、１ピコ秒以下の超短パルスレーザーを用いることで、照射エネルギーに変動が有る場合でも、加工が進展するエネルギー値の範囲内で有れば安定した加工が可能であることが見出された（図６参照）。
【００１９】
これが我々の実験の誤りではなく、原理的に正しいことが特許文献５の公報に示されている。前記公報によれば、個体状低分子有機化合物の加工では、７００ｎｍ加工の間に３つのステップが存在するという実験結果を報告している。我々は、厚さ１２ミクロンの銅箔を試料とした。この際には、５ミクロン、９ミクロン、１１ミクロンと３段階で加工が進行し、４段階目で銅箔を貫通し、下層の支持基材に達した。しかしながら、銅箔表面位置での加工幅には変化が起こらない。このことは、照射エネルギーをパラメーターとして複数の溝加工を実施したが、その全てで加工幅に有意差は見られなかったことにより確認されている。
【００２０】
また、今回使用したレーザーの発振波長は、ほぼ７８０ｎｍであり、銅の光エネルギー吸収帯域から外れているが、十分な加工が出来たことで、材料の吸収波長に依存しない加工が可能であることを確認した。例示した特許文献５の公報に示されているように、材料の吸収帯域は、４００ｎｍ以下の波長域である。それにもかかわらず、約２倍の波長を持つ超短パルスレーザーの使用が可能である。
【００２１】
以上のように、本発明では、超短パルスレーザーの階段状加工進行原理と材料選択性の少ない非熱加工特性を応用している。
【００２２】
次に、本発明に関連する前記の超短パルスレーザーによる材料加工方法を以下の実施例を用いて説明する。
【００２３】
【実施例】
＜実施例１＞
図１から図３は、本発明にかかる超短パルスレーザーによる材料加工方法の第１の実施例であり、抵抗体の調整方法を示す概略図である。
【００２４】
図１は、抵抗体１を回路基板２上に配置した概略側断面図である。回路基板２は、絶縁支持体３の上下面に下部導電層４と回路配線５，５’を形成する導電層とに挟まれた例で示してある。回路基板２は、４層以上の多層基板であっても本発明の主旨から外れるものではない。図１に示すように、本発明にかかる超短パルスレーザーによる材料加工方法においては、レーザービーム６を抵抗体１の表面に照射する際、その加工深さは、絶縁支持体３に到達させるものではなく、抵抗体の表面から一定の深さまで加工するものである。そして、その加工深さは、図６に示すように、イ（深度α）、ロ（深度β）、ハ（深度γ）の少なくとも３段階の深さに設定可能である。これを抵抗体１の層の途中の深さまで加工するため中途加工溝７と呼ぶ。
【００２５】
図２及び、図３に抵抗体１の幅方向に中途加工溝７を形成した例と抵抗体１の長さ方向に中途加工溝７を形成した例を示す平面図である。図２は、絶縁支持体３上に回路基板５，５’を形成し、その上に抵抗体１を形成した回路基板２であり、前記抵抗体１に本発明の超短パルスレーザーを用いて中途加工溝７を加工した実施例である。前記本発明にかかる超短パルスレーザーによる材料加工方法においては、一定の深さで複数の溝加工を行うことで抵抗値を調整する。このようにすることで、切断する場合に比べて精密な調整が可能となる。調整に要する時間を短縮する事を目的とするならば、粗調整を切断によって行い、微調整を本発明の方法で加工しても良い。加工方向は、任意であり曲線を描いても良く、それらを組み合わせることも随意であり、加工パターンに拘束されるものではない。
【００２６】
＜実施例２＞
図４は、本発明にかかる超短パルスレーザーによる材料加工方法の第２の実施例であり、コンデンサの容量調整方法を示すの概略平面図である。
【００２７】
図５は、図４のＡ−Ａ’面での側断面図である。図５にしめすように、上部電極８、誘電体９、下部電極１０からなる平行平板コンデンサを形成した。このコンデンサの上部電極８の上から超短パルスレーザービームを照射して加工溝を形成する。コンデンサの場合、加工深さは、誘電体表面までとなる。これを完全加工溝１１と呼ぶ。本発明では、加工深さを上部電極８の厚さと同等する必要があるため、上部電極８の厚さを、図６に示した超短パルスレーザーの階段状加工の安定した深さα，β，γにそれぞれ設定することで、上部電極８の層のみを加工除去するようにしている。
【００２８】
また、本発明の特徴は、電極の一部を切り取るものでは無く、一本の連続した溝、または複数の溝加工を施すことによって、加工溝の総延長にて電極面積を減じ、結果として容量値を減少せしめるものであり、容量値を測定しながら許容範囲内で加工を停止すればよく、極めて精密な調整が可能である。
【００２９】
実施例１の抵抗体のトリミングで記述したように、粗調整を電極の部分切除に用い、本発明の方法を精密調整加工とすることも本発明に含まれる。
【００３０】
インダクタの磁性体トリミングも抵抗体のトリミングと同様にして精度良く加工可能である。
【００３１】
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、一本の連続した溝加工いわゆる一筆書き、或いは、穴加工の集合体も本発明に含まれ、文字や画像を描く等  その加工パターンには依存しない。配線パターンの修復、インピーダンス調整など電子回路基板上の回路機能、回路定数の調整（トリミング）及び、マーキングに、発振パルス幅が１ピコ秒以下である超短パルスレーザーを用いるものはすべて本発明の主旨によるものであり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。
【００３２】
【発明の効果】
本発明における超短パルスレーザーによる材料加工方法によれば、以下のような効果が得られる。
【００３３】
第１に、照射エネルギー量に有る程度のばらつきが存在しても安定した深さの加工が出来るので、送り速度変動や材料の表面荒さを吸収し、精密な深さ調整が可能である。
【００３４】
第２に、抵抗体の加工においては、下層まで達する加工を行うことがなく、従来技術のような基材の損傷は起こり得ない。
【００３５】
第３に、加工幅の変動が極めて少なく、回路定数の調整を精密に行うことが出来る。
【００３６】
第４に、複数の溝加工を行うようにしたので、微調整が可能となる。
【００３７】
第５に、従来行われてきた材料の光吸収特性に合わせたレーザー光源の選択が不要となり、１つのレーザートリミングシステムであらゆる回路の調整を行うことが実現できる。
【００３８】
すなわち、本発明によって、トリミング開始位置が抵抗体から外れることがなく、回路基板に追加処理を施すことなく基材の損傷が防止され、熱影響のない精密で安定した電子回路の回路機能及び回路定数の微調整が可能となる。その結果、溝の総延長でキャパシタンスを高い精度で調整可能となり、透磁率を精密に調整するのでインダクタンスの微調整ができ、１つのレーザートリミングシステムであらゆる回路の回路機能及び回路定数の調整を行うことができる効果もある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例である抵抗体を回路基板上に配置した概略断面図である。
【図２】本発明の抵抗体調整方法の一例を示す概略図である。
【図３】本発明の抵抗体調整方法の別の例を示す概略図である。
【図４】本発明の第２の実施例であるコンデンサの容量調整方法を示すの概略図である。
【図５】本発明の第２の実施例における図４のＡ−Ａ’面での断面の模式図である。
【図６】本発明にかかる超短パルスレーザーによる照射エネルギーと加工深さの関係を示す図である。
【図７】従来技術による抵抗体のトリミングパターンを示す概略図である。
【図８】従来技術によるコンデンサーのトリミングパターンを示す概略図である。
【図９】従来のレーザーによる照射エネルギーと加工寸法の関係を示す図である。
【符号の説明】
１…抵抗体
２…回路基板
３…絶縁支持体
４…下部導電層
５，５’…回路配線
６…レーザービーム
７…中途加工溝
８…上部電極
９…誘電体
１０…下部電極
１１…完全加工溝
【図１】
2004235495.tif 000003
【図２】
2004235495.tif 000004
【図３】
2004235495.tif 000005
【図４】
2004235495.tif 000006
【図５】
2004235495.tif 000007
【図６】
2004235495.tif 000008
【図７】
2004235495.tif 000009
【図８】
2004235495.tif 000010
【図９】
2004235495.tif 000011