(57)【要約】【課題】立体基板へのパルスレーザの照射及び走査によって立体回路パターンを形成するものにおいて、形成される回路の端面を円滑な形状として回路幅を狭め、回路の高密度化を実現する。【解決手段】姿勢制御自在な作業テーブル２上に立体基板１を固定し、作業テーブル２の姿勢制御により立体基板１の姿勢を制御しながら該立体基板１のレーザ被照射面２１にパルスレーザＬを照射及び走査して立体回路パターンを形成するにあたり、立体基板１の姿勢を、立体基板１のレーザ被照射面２１の法線ベクトルｎがパルスレーザＬの照射方向ベクトルｉと走査方向ベクトルｓとから成る面と略平行となるように制御する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
姿勢制御自在な作業テーブル上に立体基板を固定し、作業テーブルの姿勢制御により立体基板の姿勢を制御しながら該立体基板のレーザ被照射面にパルスレーザを照射及び走査して立体回路パターンを形成する立体回路パターンの形成方法において、パルスレーザを照射及び走査するにあたり、立体基板の姿勢を、立体基板のレーザ被照射面の法線ベクトルがパルスレーザの照射方向ベクトルと走査方向ベクトルとから成る面と略平行となるように制御することを特徴とする立体回路パターンの形成方法。
【請求項２】
パルスレーザの照射方向ベクトルと立体基板のレーザ被照射面との成す角度が９０度から遠ざかる程に、パルスレーザのパルス周波数を大きくしていくことを特徴とする請求項１記載の立体回路パターンの形成方法。
【請求項３】
立体基板のレーザ被照射面に照射されるパルスレーザのスポット形状の走査方向と直交する方向の幅が、走査方向に依らず一定となるように、パルスレーザの焦点位置を制御することを特徴とする請求項１又は２記載の立体回路パターンの形成方法。
【請求項４】
立体基板の隣接する複数のレーザ被照射面に亘りパルスレーザを照射するとき、隣接するレーザ被照射面の境界付近では他の部分よりもパルスレーザのパルス周波数を大きくすることを特徴とする請求項１〜３のいずれか記載の立体回路パターンの形成方法。
【請求項５】
パルスレーザの照射方向ベクトルと立体基板のレーザ被照射面との成す角度が所定角度よりも小さな場合にのみ、傾斜変更により前記角度を９０度に近付けるような姿勢制御を行うことを特徴とする請求項１〜４のいずれか記載の立体回路パターンの形成方法。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか記載の立体回路パターンの形成方法を用いて製造されることを特徴とする立体回路板。
【請求項７】
立体基板を固定する作業テーブルと、作業テーブルの姿勢制御手段と、作業テーブルに固定される立体基板の被照射面に向けてパルスレーザを照射及び走査するレーザ照射手段とを具備して成る立体回路パターンの形成装置において、前記姿勢制御手段が、パルスレーザを照射及び走査するにあたり、立体基板のレーザ被照射面の法線ベクトルがパルスレーザの照射方向ベクトルと走査方向ベクトルとから成る面と略平行となるように作業テーブルの姿勢を制御するものであることを特徴とする立体回路パターンの形成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、立体基板にパルスレーザを照射することで、立体基板の表面に設けた金属導電膜を除去あるいは立体基板の表面に設けたレジストを露光処理して、立体基板の表面に回路を形成する為の技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、図１０に示すように、立体基板１を固定する作業テーブル２と、作業テーブル２の姿勢制御手段３と、作業テーブル２に固定される立体基板１の表面に向けてレーザを照射するレーザ照射手段（図示せず）とを具備して成る立体回路パターンの形成装置や、これを用いた形成方法等が提案されている（特許文献１参照）。この立体回路パターンの形成装置は、レーザの照射によって回路が形成される立体基板１を載置する作業テーブル２を、個別に伸縮させることができる複数本（例えば３本）の伸縮アクチュエータ４から成るパラレルリンク機構を用いて支持したものである。上記パラレルリンク機構が作業テーブル２の姿勢制御手段３であり、伸縮アクチュエータ４の個別の伸縮により作業テーブル２の姿勢制御を行うことで立体基板１の姿勢を多自由度で制御しながらレーザを照射して、立体基板１の複数面に回路を形成することが可能なものとなっている。
【０００３】
しかしながら、上記した従来のものにおいて、レーザとしてパルスレーザを用い、これを照射及び走査しようとすれば、パルスレーザの照射方向と立体基板１のレーザ被照射面２１との成す角度が９０度から大きく遠ざかっている場合、パルスレーザの走査方向に形成される回路の端面が図１１に示すような大きな凹凸形状に形成されてしまい［特に図１１（ｂ）の領域Ｂを参照］、この為に回路幅を狭めて回路を高密度化することが困難であるという問題があった。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−６８８１７号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、立体基板へのパルスレーザの照射及び走査によって立体回路パターンを形成するにあたり、形成される回路の端面を円滑な形状として回路幅を狭め、回路を高密度化することのできる立体回路パターンの形成方法、装置、及びこれらを用いて製造した立体回路板を提供することを課題とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明を、姿勢制御自在な作業テーブル上に立体基板を固定し、作業テーブルの姿勢制御により立体基板の姿勢を制御しながら該立体基板のレーザ被照射面にパルスレーザを照射及び走査して立体回路パターンを形成する立体回路パターンの形成方法において、パルスレーザを照射及び走査するにあたり、立体基板の姿勢を、立体基板のレーザ被照射面の法線ベクトルがパルスレーザの照射方向ベクトルと走査方向ベクトルとから成る面と略平行となるように制御することを特徴とするものとする。
【０００７】
このようにすることで、パルスレーザの照射方向ベクトルと立体基板のレーザ被照射面との成す角度が９０度から大きく遠ざかっている場合には、レーザ被照射面でのスポット形状が楕円形状になるとともに該楕円形状の長径方向とパルスレーザの走査方向とが略一致し、これにより、パルスレーザの走査方向に形成される回路の端面は円滑な形状に形成される。即ち、上記形成方法を用いることで、回路幅を狭めて回路を高密度化することのできる立体回路板を、生産性や加工性を低下させることなく生産することができるものである。
【０００８】
また、上記形成方法において、パルスレーザの照射方向ベクトルと立体基板のレーザ被照射面との成す角度が９０度から遠ざかる程に、パルスレーザのパルス周波数を大きくしていくことも好ましく、このようにすることで、レーザ被照射面の傾斜に依らずエネルギ密度一定でのばらつきのない加工を実現することができるものである。
【０００９】
また、上記形成方法において、立体基板のレーザ被照射面に照射されるパルスレーザのスポット形状の走査方向と直交する方向の幅が、走査方向に依らず一定となるように、パルスレーザの焦点位置を制御することも好ましく、このようにすることで、高精度で回路を形成することができるものである。
【００１０】
また、上記形成方法において、立体基板の隣接する複数のレーザ被照射面に亘りパルスレーザを照射するとき、隣接するレーザ被照射面の境界付近では他の部分よりもパルスレーザのパルス周波数を大きくすることも好ましく、このようにすることで、レーザ照射位置にずれが生じ易い境界付近でパルスの集中により回路を確実に繋げ、絶縁信頼性を向上させることができるものである。
【００１１】
また、上記形成方法において、パルスレーザの照射方向ベクトルと立体基板のレーザ被照射面との成す角度が所定角度よりも小さな場合にのみ、傾斜変更により前記角度を９０度に近付けるような姿勢制御を行うことも好ましく、このようにすることで、作業テーブルを駆動する時間を短縮できて回路の形成速度を向上させることができるものである。
【００１２】
また、本発明を、上記した立体回路パターンの形成方法を用いて製造されることを特徴とする立体回路板としてもよい。このようにすることで、高精度の立体回路板を高い生産性で提供することができるものである。
【００１３】
また、本発明を、立体基板を固定する作業テーブルと、作業テーブルの姿勢制御手段と、作業テーブルに固定される立体基板の被照射面に向けてパルスレーザを照射及び走査するレーザ照射手段とを具備して成る立体回路パターンの形成装置において、前記姿勢制御手段が、パルスレーザを照射及び走査するにあたり、立体基板のレーザ被照射面の法線ベクトルがパルスレーザの照射方向ベクトルと走査方向ベクトルとから成る面と略平行となるように作業テーブルの姿勢を制御するものであることを特徴とするものとしてもよい。
【００１４】
このようにすることで、パルスレーザの照射方向ベクトルと立体基板のレーザ被照射面との成す角度が９０度から大きく遠ざかっている場合には、レーザ被照射面でのスポット形状が楕円形状になるとともに該楕円形状の長径方向とパルスレーザの走査方向とが略一致し、これにより、パルスレーザの走査方向に形成される回路の端面は円滑な形状に形成される。即ち、上記形成装置を用いることで、回路幅を狭めて回路を高密度化することのできる立体回路板を、生産性や加工性を低下させることなく生産することができるものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を添付図面に示す実施の形態に基づいて説明するが、従来の技術にて説明した構成と同様の構成については同一符号を付して詳しい説明は省略する。図３や図４には、本発明の実施の形態における一例の立体回路パターンの形成装置を示している。
【００１６】
この装置は、立体基板１を固定する作業テーブル２と、作業テーブル２の姿勢制御手段３と、作業テーブル２に固定される立体基板１の所望の表面（レーザ被照射面２１）に向けてパルスレーザＬを照射及び走査するレーザ照射手段６とを具備したものである。上記レーザ照射手段６は、周波数・パワー制御部７によって制御されたパルス周波数及びパワーでパルスレーザＬを出力するレーザ発振器８と、該レーザ発振器８から出力されたパルスレーザＬを後述のレーザ焦点位置制御部１２に向けて反射させるミラー９ａ，９ｂ等からなる光学系１０と、ダイナミックフォーカッシングレンズ１１等から成りパルスレーザＬの焦点位置を制御するレーザ焦点位置制御部１２と、パルスレーザＬの照射位置を制御するスキャナ部１３等から成るレーザ照射位置制御部１４とから構成され、外部に設置される演算部１５からの指令に基づいて、レーザ発振器８から出力されるパルスレーザＬのパルス振動数やパワーの制御や、レーザ焦点位置制御部１４での焦点位置制御や、レーザ照射位置制御部１４での照射位置制御を行うようになっている。また、上記姿勢制御手段３は、演算部１５からの指令に基づいて作業テーブル２上の立体基板３の姿勢を制御するものである。
【００１７】
ここで、本例の姿勢制御手段３においては、立体基板１のレーザ被照射面２１に対するパルスレーザＬの照射及び走査によって回路を形成するにあたり、演算部１５からの指令によって、立体基板１のレーザ被照射面２１の法線ベクトルｎがパルスレーザＬの照射方向ベクトルｉと走査方向ベクトルｓとから成る面と略平行となるように、立体基板１の姿勢を制御するようになっている（図１参照）。これにより、パルスレーザＬの照射方向ベクトルｉと立体基板１のレーザ被照射面２１との成す角度が９０度から大きく遠ざかっている場合には、図２に示すように、レーザ被照射面２１でのスポット形状Ｆが楕円形状になるとともに該楕円形状の長径方向とパルスレーザＬの走査方向（図中の矢印方向）とが略一致し、したがって、パルスレーザＬの走査方向に形成される回路の端面は図２（ｂ）の領域Ｄに示すような円滑な形状に形成されることとなる。
【００１８】
また、本例の周波数・パワー制御部７においては、演算部１５からの指令に基づいて、パルスレーザＬの照射方向ベクトルｉと立体基板１のレーザ被照射面２１との成す角度が９０度から遠ざかる程にパルスレーザＬのパルス周波数を大きくしていくようにしている。というのも、例えば図５に示すように、パルスレーザＬがその照射方向と垂直なレーザ被照射面２１ａに照射される場合のスポット面積がπＲ２（Ｒはスポット径）となるのに対して、上記レーザ被照射面２１ａより角度θだけ傾斜したレーザ被照射面２１ｂに同様のパルスレーザＬが照射される場合のスポット面積はπＲ２／ｃｏｓθとなり、したがって、この場合にエネルギ密度一定でのばらつきのない加工を実現するには、レーザ被照射面２１が傾斜する程に大きなパルス周波数でパルスレーザＬを照射及び走査する必要があるからである。
【００１９】
加えて、本例のレーザ焦点位置制御部１２においては、演算部１５からの指令に基づいて、立体基板１のパルスレーザ被照射面２１でのスポット形状Ｆの走査方向と直交する方向の幅が、走査方向に依らず一定となるようにパルスレーザＬの焦点位置を制御するようになっている。というのも、例えば図６（ａ）に示すように、パルスレーザＬがその照射方向と垂直な方向に対して角度θだけ傾斜したレーザ被照射面２１ｂに照射される場合、同様のパルスレーザＬであればスポット形状Ｆが楕円形状となることから走査方向によって除去幅が変化してしまい（図示の例では除去幅Ｗ１＞除去幅Ｗ２となる）、したがって、このような傾斜したレーザ被照射面２１ｂにパルスレーザＬを照射する場合には、図６（ｂ）に示すように走査方向によらず除去幅が一定（図示の例では除去幅Ｗ１＝除去幅Ｗ２）となるように焦点位置を制御する必要があるからである。
【００２０】
加えて、本例の周波数・パワー制御部７においては、立体基板１の異なる傾斜で隣接する複数のレーザ被照射面２１に亘ってパルスレーザＬを照射するとき、隣接するレーザ被照射面２１の境界付近では他の部分よりもパルスレーザＬのパルス周波数を大きくするようにしている。というのも、例えば図７（ａ）に示すように、角度θだけ異なる傾斜で隣接したレーザ被照射面２１ａ，２１ｂに亘ってパルスレーザＬを照射するにあたり、両レーザ被照射面２１ａ，２１ｂの境界付近ではレーザ照射位置にずれが生じ易く、生じた場合にはこの境界部分（図中の領域Ｅの部分）での回路の繋がりが悪くなり不良の原因となってしまうのに対して、図７（ｂ）の斜線部分に示すように両レーザ被照射面２１ａ，２１ｂの境界付近でのパルス周波数を大きくしてパルスを集中させることで、境界部分で回路を確実に繋げることができるからである。
【００２１】
更に、本例の姿勢制御手段３においては、制御部１５の指令に基づいて、パルスレーザＬの照射方向ベクトルｉと立体基板１のレーザ被照射面２１との成す角度αが所定角度よりも小さな場合にのみ、傾斜変更により前記角度αを９０度に近付けるような姿勢制御を、上記したようなスポット形状Ｆの長径方向をパルスレーザＬの走査方向と略一致させる為の姿勢制御とはまた別に、行うようにしている。即ち、上記角度αが所定角度よりも小さくなる場合には、角度αがこの所定角度以上の角度となるように立体基板１の姿勢を制御したうえでパルスレーザＬを照射するが、角度αが所定角度よりも大きな場合にあっては該角度αを変更するような制御を行わずにパルスレーザＬを照射するようになっており（図８参照）、これにより、図９の上側に示すように角度αの大小に関わらず該角度αを９０度に近付けるように変更する制御と比べて、作業テーブル２を駆動する時間を短縮できて製造速度を向上させることが可能となっている。なお、上記所定角度は、その角度を成すような姿勢にある被照射面２１にパルスレーザＬを照射した際に、同一のパルスレーザＬを９０度の角度で被照射面２１に照射した場合に得られる除去幅と略同一の除去幅を得ることのできる限界の角度として、予め実験により設定する。
【００２２】
そして、本例の立体回路パターンの形成方法、装置を用いて、立体基板１へのパルスレーザＬの照射及び走査により製造された立体回路板（図示せず）は、回路の端面が円滑な形状となることから回路幅を狭めて回路を高密度化することが可能なものであるとともに、傾斜の異なる複数面において一定のエネルギ密度でばらつきなく、走査方向によらず一定の除去幅で、また、傾斜の異なる複数面に亘り回路が形成される境界付近においても回路が良好に繋がり高い絶縁信頼性を保持するように、加工されたものとなる。
【００２３】
なお、上記した立体基板１は、その表面が導電性薄膜で覆われていてパルスレーザＬの照射及び走査により該導電性金属薄膜を除去して立体基板１の表面に回路を形成するものであるが、これに限らず、その表面にレジストを設けていてパルスレーザＬの照射及び走査により該レジストを露光処理して立体基板１の表面に回路を形成するもの等、パルスレーザＬを照射してその表面に立体回路パターンを形成することのできるものであれば適用可能である。
【００２４】
【発明の効果】
上記のように請求項１記載の発明にあっては、パルスレーザの照射方向ベクトルと立体基板のレーザ被照射面との成す角度が９０度から大きく遠ざかっている場合には、レーザ被照射面でのスポット形状が楕円形状になるとともに該楕円形状の長径方向とパルスレーザの走査方向とが略一致し、これにより、パルスレーザの走査方向に形成される回路の端面は円滑な形状に形成されることから、回路幅を狭めて回路を高密度化することのできる立体回路板を生産性や加工性を低下させることなく生産することができるという効果がある。
【００２５】
また、請求項２記載の発明にあっては、請求項１記載の発明の効果に加えて、レーザ被照射面の傾斜に依らずエネルギ密度一定でのばらつきのない加工を実現することができるという効果がある。
【００２６】
また、請求項３記載の発明にあっては、請求項１又は２記載の発明の効果に加えて、高精度で回路を形成することができるという効果がある。
【００２７】
また、請求項４記載の発明にあっては、請求項１〜３のいずれか記載の発明の効果に加えて、レーザ照射位置にずれが生じ易い境界付近でパルスの集中により回路を確実に繋げ、絶縁信頼性を向上させることができるという効果がある。
【００２８】
また、請求項５記載の発明にあっては、請求項１〜４のいずれか記載の発明の効果に加えて、作業テーブルを駆動する時間を短縮できて回路の形成速度を向上させることができるという効果がある。
【００２９】
また、請求項６記載の発明にあっては、高精度の立体回路板を高い生産性で提供することができるという効果がある。
【００３０】
また、請求項７記載の発明にあっては、パルスレーザの照射方向ベクトルと立体基板のレーザ被照射面との成す角度が９０度から大きく遠ざかっている場合には、レーザ被照射面でのスポット形状が楕円形状になるとともに該楕円形状の長径方向とパルスレーザの走査方向とが略一致し、これにより、パルスレーザの走査方向に形成される回路の端面は円滑な形状に形成されることから、回路幅を狭めて回路を高密度化することのできる立体回路板を生産性や加工性を低下させることなく生産することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態における一例の立体回路パターンの形成装置を用いた形成方法の説明図である。
【図２】同上の形成方法におけるスポット形状を示しており、（ａ）は概略説明図、（ｂ）は（ａ）のＣ部概略拡大図である。
【図３】同上の形成装置を示す説明図である。
【図４】同上の形成装置の構成図である。
【図５】同上の形成方法における斜面の角度に応じたパルス周波数制御の説明図である。
【図６】同上の形成方法における焦点位置制御の説明図であり、（ａ）は除去幅が不一致の場合、（ｂ）は焦点位置制御により除去幅を一致させた場合を示している。
【図７】同上の形成方法における境界付近でのパルス周波数制御の説明図であり、（ａ）は境界付近で回路の繋ぎが不良となった場合、（ｂ）はパルス周波数制御により回路を良好に繋いだ場合を示している。
【図８】同上の形成方法における斜面の角度に応じた姿勢制御を示す流れ図である。
【図９】図８に示す姿勢制御を行う場合と行わない場合との対比を示す説明図である
【図１０】従来の立体回路パターンの形成装置を用いた形成方法を示す説明図である。
【図１１】従来の形成方法におけるスポット形状を示しており、（ａ）は概略説明図、（ｂ）は（ａ）のＡ部概略拡大図である。
【符号の説明】
１  立体基板
２  作業テーブル
３  姿勢制御手段
６  レーザ照射手段
２１  レーザ被照射面
Ｆ  スポット形状
Ｌ  パルスレーザ
ｉ  パルスレーザの照射方向ベクトル
ｎ  レーザ被照射面の法線ベクトル
ｓ  パルスレーザの走査方向ベクトル
【図１】
2004327552.tif 000003
【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】
2004327552.tif 000009
【図８】
2004327552.tif 000010
【図９】
2004327552.tif 000011
【図１０】
2004327552.tif 000012
【図１１】
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