(57)【要約】【課題】セラミックグリーンシートをレーザにより穴加工する場合、加工時に被加工物が一部溶融状態となり、加工穴周囲に付着物として残るという問題点があり、積層、焼成した後のビア電極周辺に構造欠陥が生じ、ビア電極の接続信頼性やデバイスの耐湿性が得られなくなるという問題が生じる。【解決手段】レーザ光２のパルス出力形状が矩形近似形状であり、加工エネルギーの最小値が加工エネルギーの最大値の６０％以上である高ピーク短パルス型レーザをセラミックグリーンシート３に照射して穴加工を行う。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミックグリーンシートにレーザ光を照射して穴開け加工を行うのに、レーザ光のパルス出力形状が矩形近似形状であり、加工エネルギーの最小値が加工エネルギーの最大値の６０％以上としたセラミックグリーンシートの穴加工方法。
【請求項２】
レーザ加工機のレーザ発振器の出力を少なくとも７００Ｗ以上とした請求項１に記載のセラミックグリーンシートの穴加工方法。
【請求項３】
レーザ光のパルス幅制御可能領域の最小値を２μｓ以下とした請求項１に記載のセラミックグリーンシートの穴加工方法。
【請求項４】
一穴あたりの加工ショット数を３ショット以下とした請求項１に記載のセラミックグリーンシートの穴加工方法。
【請求項５】
レーザ光の加工エネルギーを２〜５０ｍＪの範囲とした請求項１に記載のセラミックグリーンシートの穴加工方法。
【請求項６】
セラミックグリーンシートがキャリアフィルムにより支持されており、且つキャリアフィルムの反対側からレーザ光を照射する請求項１に記載のセラミックグリーンシートの穴加工方法。
【請求項７】
セラミックグリーンシートのキャリアフィルムにより支持されている面の反対面に保護用の樹脂フィルムを密着させて穴加工する請求項１に記載のセラミックグリーンシートの穴加工方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はセラミック積層デバイスを製造する場合などに用いられるセラミックグリーンシートの穴加工方法に関するものであり、特にレーザ光によりセラミックグリーンシートにビアホールとして機能させるための微小な加工穴を形成する際のセラミックグリーンシートの穴加工方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
各種小型フィルタ、モジュール部品などに実用化されているセラミック積層デバイスの製造はセラミックグリーンシートを用いた積層工法が一般的に実用化されている。この工法はセラミックグリーンシートに所定の内部の配線パターンをスクリーン印刷などの方法を用いて必要層数分作製し、これらのセラミックグリーンシートを積層・焼成・個片分割することによりセラミック積層デバイスを製造している。
【０００３】
又、積層されたセラミック層を介して配線された内部の配線パターンの電気的層間接続はセラミックグリーンシートに形成されたビアホール（加工穴）に導電性ペーストを充填してビア電極を形成することによって行われている（上記セラミックグリーンシートには低温焼結化の観点からガラスを添加したガラス・セラミックグリーンシートも含んでいる。本発明においては、これらを総称してセラミックグリーンシートと呼ぶ）。
【０００４】
従来、このセラミックグリーンシートにビアホール（加工穴）を形成するための方法は金型を用いたパンチング法によりセラミックグリーンシートを打ち抜く加工法がよく用いられている。
【０００５】
しかしながら、近年のセラミック積層デバイスの小型化、高機能化、複合モジュール化に伴い、セラミックグリーンシートに形成されるビアホールの径を小さくすること及び穴数の増大に伴う加工時間の短縮が要求されるようになってきている。
【０００６】
これに対して、上記の金型によるパンチング法はビアホールの径が小さくなるほど金型の部品であるピンやダイス金型の寿命が短くなり、特に１００μｍφ以下の穴加工には適用が困難であるという問題点がある。又、加工速度においても大きな課題があった。
【０００７】
一方、最近ではＣＯ２、ＹＡＧ、エキシマ等を用いたレーザ加工法が用いられるようになってきており、この加工法であれば１００μｍ以下の穴加工も十分可能であり、金型交換等のメンテナンスも不要であるという特徴を有している。
【０００８】
また装置の構成上、レーザビームのセラミックグリーンシートへの照射をガルバノスキャンミラーの反射角度を電子制御によって変えて、光学的に照射を繰り返すことによって高速で穴加工することも可能であり、所定の領域においてセラミックグリーンシートを移動させることなく穴加工を行うことができることから、パンチング法の１００倍以上の加工速度を得ることが可能となる。
【０００９】
なお、この出願の発明に関連する先行技術文献としては、例えば特許文献１が知られている。
【００１０】
【特許文献１】
特開平０１−９６９１号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、通常のレーザ加工機による穴加工において被加工物がセラミックグリーンシートの中でも特にガラス成分を含有したセラミックグリーンシートである場合、材料によっては加工時に被加工物が一部溶融状態となり、図９に示したように加工穴１６の周囲に被加工物の溶融物１７が残留物として残るという問題点がある。
【００１２】
この溶融物１７が加工穴１６の周囲に付着することで、後工程における加工穴１６への導電性ペーストの充填量が不充分になりやすく、また前記加工穴１６の周辺部が照射された熱によって変質していることにより、ビア電極１２として充填する導電性ペーストとセラミックグリーンシートとの密着性や濡れ性が著しく低下しやすくなる。
【００１３】
また、上記レーザ照射による穴加工方法を用いてセラミックグリーンシートに加工穴１６を形成した後、この加工穴１６に導電性ペーストを充填したセラミックグリーンシートを積層・焼成して得られたセラミック焼結体１０は、図８に示すようなビア電極１２の周辺部に空洞からなる構造欠陥１３が生じ、結果としてビア電極１２の接続信頼性やセラミック積層デバイスの耐湿性が低下し、長期の信頼性に問題が生じる。
【００１４】
本発明は、レーザ加工によってセラミックグリーンシートに穴加工を行うときに生ずる上記問題点を解決することが可能なセラミックグリーンシートのレーザ穴加工方法を提供することを目的とするものである。
【００１５】
【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の請求項１に記載の発明は、セラミックグリーンシートにレーザ光を照射して穴開け加工を行うのに、レーザ光のパルス出力形状が矩形近似形状であり、加工エネルギーの最小値が加工エネルギーの最大値の６０％以上としたセラミックグリーンシートの穴加工方法であり、被加工物への熱影響を低く抑え、従来のレーザ光を用いて加工した場合に発生していたような加工穴周辺部への溶融付着物を著しく抑制することが可能となり、後工程での加工穴への導電性ペーストの充填不良がなくなり、さらにセラミックグリーンシートと導電性ペーストとの十分な密着性や濡れ性を得ることも可能となる。
【００１６】
請求項２に記載の発明は、レーザ加工機のレーザ発振器の出力を少なくとも７００Ｗ以上とした請求項１に記載のセラミックグリーンシートの穴加工方法であり、高速で、連続的に穴加工することができる。
【００１７】
請求項３に記載の発明は、レーザ光のパルス幅制御可能領域の最小値を２μｓ以下とした請求項１に記載のセラミックグリーンシートの穴加工方法であり、最も付着物の発生を少なくすることができる。
【００１８】
請求項４に記載の発明は、一穴あたりの加工ショット数を３ショット以下とした請求項１に記載のセラミックグリーンシートの穴加工方法であり、加工ダメージを最小に抑制することができる。
【００１９】
請求項５に記載の発明は、レーザ光の加工エネルギーを２〜５０ｍＪの範囲とした請求項１に記載のセラミックグリーンシートの穴加工方法であり、加工穴の形状を最適化できるとともにビア電極の信頼性を高めることができる。
【００２０】
請求項６に記載の発明は、セラミックグリーンシートがキャリアフィルムにより支持されており、且つキャリアフィルムの反対側からレーザ光を照射する請求項１に記載のセラミックグリーンシートの穴加工方法であり、生産性に優れた穴加工方法を実現することができる。
【００２１】
請求項７に記載の発明は、セラミックグリーンシートのキャリアフィルムにより支持されている面の反対面に保護用の樹脂フィルムを密着させて穴加工する請求項１に記載のセラミックグリーンシートの穴加工方法であり、汚れの少ない穴加工方法を実現することができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のセラミックグリーンシートの穴加工方法について実施の形態および図面を用いて説明する。
【００２３】
（実施の形態１）
本発明の実施の形態１および図１〜図４により請求項１、２、３、４に記載の発明を説明する。
【００２４】
図１は本発明のセラミックグリーンシートの穴加工方法を説明するための概念図、図２および図３は高ピーク短パルス型レーザのパルス波形の概念図であり、図４は本発明により作製されたセラミック焼結体の断面図である。
【００２５】
本発明の実施の形態１ではセラミック積層デバイスの製造工程の順序に従って説明する。
【００２６】
初めに被加工物であるセラミックグリーンシート３には、Ａｌ２Ｏ３を主成分とするセラミック粉末とアルカリ土類金属酸化物を含むほう珪酸ガラスを無機成分とし、この無機成分に有機バインダー、可塑剤、溶剤を混合してセラミックスラリーとし、このセラミックスラリーをドクターブレード法でキャリアフィルム上にシート状に供給して未乾燥のセラミックグリーンシートとなした後、乾燥工程を連続的に行って形成したセラミックグリーンシート３を用いた。なお、ここではキャリアフィルムにポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルムを使用したが、特にＰＥＴフィルムに限定されるものではない。
【００２７】
その後、図１に示すようにセラミックグリーンシート３をレーザ加工装置のＸ−Ｙテーブル４上に配置して集光レンズ１より照射された矩形状のパルス波形を有するレーザ光２を照射することによって穴加工を行う。
【００２８】
このレーザ光２は図２に示すような矩形状のパルス波形７を有したものであり、このようなパルス波形７を有するレーザ光２を高ピーク短パルス型レーザと呼ぶ。
【００２９】
図２のパルス波形７は最も理想的な波形を示しており、実際の加工に用いる高ピーク短パルス型のレーザ光２は図３のようなパルス波形７を有している。特に、このパルス波形７において、加工エネルギーの最小値９が加工エネルギーの最大値８の６０％以上であるとレーザ照射条件の制御が行いやすく、穴加工形状、付着物の残渣の少なさの点で好ましい。
【００３０】
なお、図７には従来型レーザであるＣＯ２レーザのパルス波形を示している。この従来型のレーザであるＣＯ２レーザなどではピーク出力が約５００Ｗと低かったため、どうしてもパルス幅を大きくとる必要があった。また従来型レーザ光のパルス波形１４は立ち上がりも遅く、さらにレーザをオフにしても出力が０になるまでには数十μｓ程度の時間がかかってしまい、この部分は制御不可能なエネルギー領域１５となる。この制御不可能なエネルギー領域１５はパルス幅を大きくとる程、大きくなってしまう傾向にある。そのために、上記のような従来型のレーザではエネルギーやパルス幅の制御がしにくく、加工条件の設定が困難である。
【００３１】
また、ピークの出力が小さく、所望の加工形状を得るためにはパルス幅が大きくなることで、熱加工においてセラミックグリーンシート３の加工穴１６周辺への熱影響が生じる。
【００３２】
その結果、図９に示すように特にガラスを含んだセラミックグリーンシート３の場合には加工穴１６の周囲において、材料が昇華するほどには温度が上昇しきれずに、発生した溶融物１７が溶融状態のままで冷却されて残渣として残留してしまうといった現象がおこる。その後この穴加工されたセラミックグリーンシート３を用いてセラミック焼結体１０を作製すると、図８に示すようにビア電極１２の周囲に構造欠陥１３が発生することになるものと考えられる。
【００３３】
本発明のさらなる特徴として、溶融物１７の発生の少ない高ピーク短パルス型レーザのピーク出力は少なくとも７００Ｗ以上であることが好ましい。また、少なくともレーザ光２の発振をオフにしてから出力が０になるのに要する時間（パルス幅制御可能領域１８）が２μｓ以下であることが好ましく、レーザ光２のパルス幅も２μｓ以下の単位で制御できることがより好ましい。
【００３４】
また、１穴につき複数回加工を行う場合においては、あまり加熱冷却のサイクルを繰り返さないほうが図９における溶融物１７の発生量は少なくなる傾向にあった。これより複数ショット数にて加工を行う場合には一穴あたり３ショット以下にすることが好ましい。
【００３５】
上記のようなセラミックグリーンシート３に穴加工を行った後、加工穴１６へ導電性ペーストの充填を行うことで層間接続用のビア電極１２を形成することができる。
【００３６】
その後、配線パターン１１を印刷によって形成し、この配線パターン１１が形成された所定枚数のセラミックグリーンシート３を各々位置あわせを行い、熱圧着により積層することでセラミックグリーンシート積層体ブロックを形成する。
【００３７】
その後、このセラミックグリーンシート積層体ブロックを３５０〜６００℃で脱脂後、８５０〜９５０℃で焼成を行うことにより図４に示すセラミック焼結体１０が得られる。
【００３８】
さらにその後、必要に応じて半導体部品、ＳＡＷフィルタデバイス、チップ部品等を実装した後所定のサイズにダイシングやブレイクによりセラミック焼結体１０の個片分割化を行うことで所望のセラミック積層デバイスを得ることが可能となる。
【００３９】
なお、上記実施の形態１においてはＡｌ２Ｏ３を主成分とするセラミック粉末とアルカリ土類金属酸化物を含有するほう珪酸ガラスからなる無機成分を用いているが、上記組み合わせに限定されるものではない。特に焼成温度が１０００℃以下で焼成可能である低温焼成材料においてはレーザ加工により溶融物が生じやすいため、特に有効である。
【００４０】
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２および図５〜図６により請求項５〜７に記載の発明を説明する。
【００４１】
図５および図６は本発明の実施の形態２におけるセラミックグリーンシート３への穴加工方法を説明するための概念図である。セラミックグリーンシート３の作製方法と、セラミック積層デバイスの作製方法は実施の形態１と同じであるので省略する。
【００４２】
本発明の実施の形態２における高ピーク短パルス型レーザを用いる穴加工方法は、セラミックグリーンシート３がキャリアフィルム５により支持されてＸ−Ｙテーブル４の上に保持されており、且つキャリアフィルム５の反対側からレーザ光２を照射することにより加工穴１６を形成することを特徴としている。
【００４３】
このような方法とすることにより、厚みの薄いセラミックグリーンシート３であってもキャリアフィルム５を搬送するときの支持体として扱うことができるために連続的に穴加工が可能となり、生産性を高めることができる。
【００４４】
更に、図６に示すようにセラミックグリーンシート３のキャリアフィルム５により支持されている面の反対面に保護用の樹脂フィルム６を密着させてＸ−Ｙテーブル４の上に保持して穴加工することにより、セラミックグリーンシート３が汚れることなく連続的に穴加工をすることを特徴としている。
【００４５】
特に、セラミックグリーンシート３側からレーザ光２を照射する場合においては、セラミックグリーンシート３に直接レーザ光２を照射するため、セラミックグリーンシート３の表面が加工残渣により汚れが生じるということが問題となる。
【００４６】
このため、レーザ加工面に加工残渣から表面を保護するために、粘着剤を塗布したＰＥＴフィルム等の保護用の樹脂フィルム６を密着させることが好ましい。
【００４７】
なお、上記保護用フィルムに関しては樹脂フィルム６をセラミックグリーンシート３に密着させることが可能であるならば、特に粘着層をもたないものであっても十分利用可能である。また、材質についてもＰＥＴ以外でもよいことは言うまでもない、
次に、高ピーク短パルス型レーザを用いて穴加工する時の照射エネルギーについて検討を行った。その検討結果を（表１）に示す。
【００４８】
【表１】
2004142138.tif 000003
【００４９】
（表１）に示したように照射エネルギーが大きすぎるとセラミックグリーンシート３の破裂、セラミックグリーンシート３とキャリアフィルム５との融着、セラミックグリーンシート３のキャリアフィルム５からの剥離等がおこり、後工程にて、導電性ペーストによるビア充填時にショート不良が生じたり、転写後にキャリアフィルム５がうまく剥離できない等の問題が生じる。
【００５０】
また、レーザ光２の照射エネルギーが小さいと加工穴１６の上下のテーパが大きくなり、所望の形状が得られなかったり、溶融物１７が生じやすい等の問題があるため、高ピーク短パルス型レーザ光のエネルギーは（表１）の結果より２〜５０ｍＪの範囲であることが好ましい。
【００５１】
さらに、図５に示したようにレーザ光２の照射方向についてはキャリアフィルム５面より行うと、キャリアフィルム５側の穴径が大きく、セラミックグリーンシート３側の穴径が小さくなりやすいため、熱転写積層後のキャリアフィルム５の剥離時にビア電極１２がキャリアフィルム５側にとられやすくなってしまう。よって、特にセラミックグリーンシート３の厚みの薄い場合にはセラミックグリーンシート３側から加工することが好ましい。
【００５２】
【発明の効果】
以上のように本発明の高ピーク短パルス型レーザによるセラミックグリーンシートへの穴加工方法は従来のレーザ加工により被加工物の加工穴に生じていた溶融物の発生を抑制することが可能となり、その結果として従来焼成後に生じていたビア電極近傍の構造欠陥がなくなることで、セラミック積層デバイスの信頼性が確保できるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１におけるセラミックグリーンシートの穴加工方法の概念図
【図２】同高ピーク短パルス型レーザのパルス波形の概念図
【図３】同概念図
【図４】同セラミック焼結体の断面図
【図５】本発明の実施の形態２におけるセラミックグリーンシートの穴加工方法の概念図
【図６】同概念図
【図７】従来のレーザのパルス波形概念図
【図８】従来のセラミック焼結体のビア電極近傍断面図
【図９】従来のビア電極近傍断面図
【符号の説明】
１　集光レンズ
２　レーザ光
３　セラミックグリーンシート
４　Ｘ−Ｙテーブル
５　キャリアフィルム
６　保護用の樹脂フィルム
７　高ピーク短パルス型レーザのパルス波形
８　加工エネルギーの最大値
９　加工エネルギーの最小値
１０　セラミック焼結体
１１　配線パターン
１２　ビア電極
１３　構造欠陥
１４　従来レーザ光のパルス波形
１５　制御不可能なエネルギー領域
１６　加工穴
１７　溶融物
１８　パルス幅制御可能領域
【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】
2004142138.tif 000008
【図６】
2004142138.tif 000009
【図７】
2004142138.tif 000010
【図８】
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【図９】
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