(57)【要約】【課題】パルスレーザビームを用いて、プリント配線基板の樹脂層に高品質のビアホールを形成することが可能な穴あけ方法を提供する。【解決手段】第１の樹脂からなる下地の上に、第２の樹脂からなる上層が配置された加工対象物に、加工対象物の表面において第１のパルスエネルギ密度になる条件でパルスレーザビームを照射して、上層に穴を形成する。加工対象物の表面において、第１のパルスエネルギ密度よりも大きな第２のパルスエネルギ密度になる条件で、穴の底面にパルスレーザビームを照射し、下地のある深さまで達するように穴を深くする。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）第１の樹脂からなる下地の上に、第２の樹脂からなる上層が配置された加工対象物に、該加工対象物の表面において第１のパルスエネルギ密度になる条件でパルスレーザビームを照射して、前記上層に穴を形成する工程と、
（ｂ）前記加工対象物の表面において、前記第１のパルスエネルギ密度よりも大きな第２のパルスエネルギ密度になる条件で、前記工程（ａ）で形成された穴の底面にパルスレーザビームを照射し、前記下地のある深さまで達するように穴を深くする工程と
を有する穴あけ方法。
【請求項２】
前記加工対象物に照射されるパルスエネルギの波長域における前記第１の樹脂の光吸収係数が、前記第２の樹脂の光吸収係数よりも小さい請求項１に記載の穴あけ方法。
【請求項３】
前記第１の樹脂がポリエチレンテレフタレートであり、前記第２の樹脂が液晶樹脂である請求項２に記載の穴あけ方法。
【請求項４】
前記工程（ｂ）が、前記加工対象物の表面におけるパルスエネルギ密度が、時間の経過とともに、前記第２のパルスエネルギ密度から大きくなるように、前記加工対象物に照射されるパルスレーザビームの強度を変化させる工程を含む請求項１〜３のいずれかに記載の穴あけ方法。
【請求項５】
前記工程（ａ）及び前記工程（ｂ）で照射されるパルスレーザビームのパルス周波数が一定であり、該工程（ａ）及び工程（ｂ）が、レーザ光源から出射されたパルスレーザビームの強度を変化させることにより前記加工対象物の表面におけるパルスエネルギ密度を調節する工程を含む請求項１〜４のいずれかに記載の穴あけ方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、樹脂層への穴あけ方法に関し、特にパルスレーザビームを樹脂層に入射させて穴あけを行う方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
プリント配線基板の樹脂層にパルスレーザビームを入射させてビアホールを形成する技術が知られている。パルスレーザビームとして、炭酸ガスレーザの基本波（波長９．１μｍまたは１０．６μｍ）や、Ｎｄ：ＹＡＧ、Ｎｄ：ＹＬＦ等の固体レーザの高調波が用いられる。固体レーザの高調波を用いる場合には、通常数十〜数百ショットのパルスレーザビームを入射させて、樹脂層を貫通するビアホールを形成する。
【０００３】
特許文献１に、加工対象物の表面におけるパワー密度を徐々に低下させて、樹脂層を貫通し内層の銅配線を露出させるビアホールを形成する方法が開示されている。パワー密度を徐々に低下させることにより、内層の銅配線に与えるダメージを小さくすることができる。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−２０２６６８号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
プリント配線基板に実装される電子素子の高速化に伴い、プリント配線基板の樹脂層の誘電率を低下させることが望まれている。誘電率の低い樹脂材料として、液晶樹脂等が注目されている。液晶樹脂を用いたプリント配線基板は、例えば、表面に銅配線が形成されたコア層の上に、液晶樹脂からなる下層と、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等からなる上層とを積層した構造を有する。
【０００６】
本願発明者らは、このようなプリント配線基板の樹脂層にパルスレーザビームを入射させてビアホールを形成すると、ビアホールの品質が低下することを見出した。
【０００７】
本発明の目的は、パルスレーザビームを用いて、プリント配線基板の樹脂層に高品質のビアホールを形成することが可能な穴あけ方法を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の一観点によると、（ａ）第１の樹脂からなる下地の上に、第２の樹脂からなる上層が配置された加工対象物に、該加工対象物の表面において第１のパルスエネルギ密度になる条件でパルスレーザビームを照射して、前記上層に穴を形成する工程と、（ｂ）前記加工対象物の表面において、前記第１のパルスエネルギ密度よりも大きな第２のパルスエネルギ密度になる条件で、前記工程（ａ）で形成された穴の底面にパルスレーザビームを照射し、前記下地のある深さまで達するように穴を深くする工程とを有する穴あけ方法が提供される。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１及び図２を参照して、本発明の実施例による穴あけ方法について説明する。
【００１０】
図１（Ａ）は、加工対象物の断面図を示す。ガラスエポキシ等からなるコア層１の表面の一部に、銅からなる内層配線２が形成されている。内層配線２を覆うように、コア層１の上に下地層３が形成されている。下地層３は液晶樹脂で形成され、その厚さは例えば５０μｍである。下地層３の表面に、接着層４により上層５が接着されている。上層５はＰＥＴで形成され、その厚さは例えば１３μｍである。なお、接着層４の厚さは例えば８μｍである。
【００１１】
図１（Ｂ）に示すように、加工対象物の上層５の表面にパルスレーザビーム７を複数ショット入射させ、上層５、接着層４、及び下地層３を貫通し、内層配線２の表面まで達するビアホール６を形成する。パルスレーザビーム７として、例えばＮｄ：ＹＡＧレーザの３倍高調波（波長３５５ｎｍ）を用いることができる。なお、その他の固体レーザ、例えばＮｄ：ＹＬＦレーザ等の３倍高調波、エキシマレーザ等を用いることもできる。
【００１２】
図２に、加工時に照射するパルスレーザビームのパルスエネルギと経過時間との関係を示す。横軸は経過時間を表し、縦軸はパルスエネルギを単位「μＪ」で表す。最初にパルスエネルギ４μＪで４０ショットの照射を行う。その後、パルスエネルギを段階的に増加させる。実施例では、パルスエネルギが７μＪ、１１μＪ、１６μＪ、２３μＪ、３０μＪ、３４μＪ、３６μＪ、３９μＪ、４４μＪ、４６μＪ、５１μＪ、５９μＪになるように段階的に増加させ、各パルスエネルギで３０ショットの照射を行った。すなわち、合計で４００ショットの照射を行った。なお、パルス周波数は２０ｋＨｚ、パルス幅は５０ｎｓ、加工対象物の表面におけるビームスポットの直径は１００μｍである。例えば、パルスエネルギが４μＪであるとき、加工対象物表面におけるパルスエネルギ密度は０．０５Ｊ／ｃｍ２になる。
【００１３】
上記条件で穴あけ加工を行ったところ、図１（Ｂ）に示したように、内層配線２の表面まで達するビアホール６が形成された。ビアホール６の開口部における直径は約１００μｍであり、開口部の周囲にわずかな盛り上がり部７が形成された。盛り上がり部７の高さは１０μｍ以下であった。
【００１４】
比較のために、パルスエネルギを８０μＪにして１２０ショットの照射を行い、ビアホールを形成した。図３に、形成されたビアホールの一部の断面の顕微鏡写真をスケッチした線図を示す。下地層３、接着層４、上層５、ビアホール６が観察される。ビアホール６の開口部の周囲に盛り上がり部７が形成されている。盛り上がり部７の高さは約２７μｍであった。
【００１５】
パルスエネルギを一定にしてビアホールを形成すると、盛り上がり部７が高くなってしまうことがわかる。盛り上がり部７が高くなると、ビアホール６内に導電性ペーストを充填しにくくなる。これに対し、上記実施例のように、穴形成時の初期のパルスエネルギを低くし、徐々にパルスエネルギを高くすることにより、盛り上がり部７を低くすることができる。
【００１６】
以下、盛り上がり部７が低くなる理由について考察する。加工に使用されるパルスレーザビームの波長域において、図１（Ａ）に示した上層５の光吸収係数は、下地層３の光吸収係数よりも小さい。このため、上層５に入射したパルスレーザビームは、上層５で吸収されにくく、下層３まで到達し、下層３で吸収される。このため、上層５が溶融または気化する前に、下地層３が溶融または気化する場合がある。
【００１７】
上層５が残っている状態で、下地層３が溶融または気化すると、上層５が捲れ上がってしまうと考えられる。この捲れ上がった部分が上層５の表面に付着し、盛り上がり部７を形成すると考えられる。
【００１８】
上記実施例の場合には、穴加工の初期に照射されるパルスレーザビームのパルスエネルギを小さくしているため、下地層３を溶融させることなく、上層５に穴が形成されると考えられる。上層５及び接着層４を貫通する穴が形成された後に、穴の底面に露出した下地層５に、下地層５を溶融または気化させるのに充分な大きさのパルスエネルギを有するパルスレーザビームが入射し、穴が深くなる。このため、上層５が捲れ上がることがない。従って、盛り上がり部７が形成されにくくなると考えられる。
【００１９】
上述のように、少なくとも上層と下地層との２層の樹脂層に穴を形成する場合に、照射するパルスレーザビームのパルスエネルギを小さくし、徐々に大きくしていくことにより、ビアホールの開口部周囲に形成される盛り上がり部を低くすることができる。パルスエネルギは、上層を貫通する穴が形成されるまで下地層の溶融または気化が生じないように制御することが好ましい。
【００２０】
また、上層を貫通する穴が形成された後、下地層に入射するパルスレーザビームのパルスエネルギが当初のパルスエネルギよりも高くなっている。このため、パルスエネルギを、当初の比較的低い値に固定して穴あけを行う場合に比べて、加工時間を短くすることができる。
【００２１】
上記実施例では、パルスエネルギを段階的に１２回増加させたが、少なくとも１回増加させれば、上記実施例と同様に、盛り上がり部の発生の抑制、及び加工時間の短縮を図ることが可能である。なお、この効果は、加工に用いられるパルスレーザビームの波長域において、上層の吸収係数が下地層の吸収係数よりも小さい場合に、特に高い効果が期待される。
【００２２】
また、上記実施例では、１回目にパルスエネルギを増加させた後、３０ショット毎にパルスエネルギを増加させたが、必ずしも３０ショット毎に増加させる必要はない。例えば、１ショット毎に増加させてもよいし、その他適当なショット数毎に増加させてもよい。また、パルスエネルギを固定して照射するショット数を、すべてのパルスエネルギについて等しくする必要もない。
【００２３】
図４（Ａ）に、上記実施例による穴あけ方法で使用されるレーザ加工装置の概略図を示す。
【００２４】
レーザ光源１０が、例えばＮｄ：ＹＡＧレーザの３倍高調波からなるパルスレーザビームを出射する。レーザ光源１０から出射されたパルスレーザビームが音響光学素子（ＡＯＭ）１１に入射する。ＡＯＭ１１に、高周波電源１６から高周波電圧が印加されている。印加される高周波電圧の大きさによって、ＡＯＭ１１から出射する０次回折光Ｌ０及び１次回折光Ｌ１の強度が変化する。
【００２５】
０次回折光Ｌ０はビームダンパ１２に入射する。１次回折光Ｌ１は、ガルバノスキャナ１３に入射する。ガルバノスキャナ１３は、入射するパルスレーザビームを２次元方向に走査する。ガルバノスキャナ１３で走査されたパルスレーザビームが、ｆθレンズ１４を経由して、ＸＹステージ１５に保持された加工対象物２０に入射する。ＡＯＭ１１とガルバノスキャナ１３との間のレーザビームの光路内に、必要に応じてフィールドレンズ、ビーム断面を整形するためのマスク等を配置してもよい。
【００２６】
ＡＯＭ１１に印加される高周波電圧の大きさを変化させることにより、加工対象物２０に入射するパルスレーザビームの強度及びパルスエネルギを変化させることができる。１つのビアホール形成期間中にパルスエネルギを少なくとも１回増加させることにより、上記実施例による穴あけ加工を行うことができる。
【００２７】
図４（Ａ）の装置構成では、ＡＯＭ１１の１次回折光Ｌ１を加工対象物２０に入射させたが、０次回折光Ｌ０を加工対象物２０に入射させてもよい。
【００２８】
また、図４（Ａ）に示したレーザ加工装置では、ＡＯＭ１１を用いてパルスエネルギを変化させたが、他の強度変調器を用いてパルスエネルギを変化させることも可能である。
【００２９】
図４（Ｂ）に、強度変調器として電気光学素子を用いたレーザ加工装置の概略図を示す。レーザ光源１０から出射した直線偏光のパルスレーザビームが、電気光学素子（ＥＯＭ）２１に入射する。ＥＯＭ２１に、電圧可変の直流電源２４から電圧が印加される。ＥＯＭ２１を通過したパルスレーザビームは楕円偏光になる。ＥＯＭ２１に印加する電圧により、この楕円の偏平率を制御することができる。
【００３０】
楕円偏光にされたパルスレーザビームが、偏光ビームスプリッタ２２に、ある入射角で入射する。偏光ビームスプリッタ２２として、偏光ビームスプリッタキューブ、薄膜ポーラライザ、グラントムソンプリズム等を使用することができる。パルスレーザビームの一部は偏光ビームスプリッタ２２で反射し、残りの成分は偏光ビームスプリッタ２２を透過する。偏光ビームスプリッタ２２で反射したパルスレーザビームはビームダンパ２３に入射する。偏光ビームスプリッタ２２を透過したパルスレーザビームは、図４（Ａ）に示したガルバノスキャナ１３、ｆθレンズ１４と同じ構成の光学系を経由して、加工対象物に入射する。
【００３１】
偏光ビームスプリッタ２２に入射する楕円偏光されたパルスレーザビームの楕円の偏平率を変化させることにより、加工対象物に入射するパルスレーザビームの強度及びパルスエネルギを変化させることができる。なお、偏光ビームスプリッタ２２で反射したパルスレーザビームを加工対象物に入射させてもよい。
【００３２】
図４（Ａ）及び図４（Ｂ）に示した装置では、レーザ光源１０から出射されたパルスレーザビームの強度を変調しているため、レーザ発振器を一定のパルス周波数で発振させておきことができる。実際の加工に使用するパルス周波数でレーザ発振器の出力を調整しておくことにより、所望のパルスエネルギで加工を行うことができる。
【００３３】
以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、少なくとも２層の樹脂層にパルスレーザビームを入射させて穴を形成する際に、穴形成の途中でパルスエネルギ密度を少なくとも１回増加させることにより、穴の開口部周囲に盛り上がり部が形成されにくくすることができる。また、穴の加工時間が長くなることを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）は穴形成前の加工対象物の断面図であり、（Ｂ）は穴を形成した後の加工対象物の断面図である。
【図２】実施例による方法で穴を形成する際のパルスエネルギの時間変動を示すグラフである。
【図３】パルスエネルギを一定にして形成した穴の顕微鏡写真をスケッチした線図である。
【図４】実施例による穴あけ方法で用いられるレーザ加工装置の概略図である。
【符号の説明】
１  コア層
２  内層配線
３  下地層
４  接着層
５  上層
６  ビアホール
７  盛り上がり部
１０  レーザ光源
１１  音響光学素子
１２、２３  ビームダンパ
１３  ガルバノスキャナ
１４  ｆθレンズ
１５  ＸＹステージ
１６、２４  電源
２１  電気光学素子
２２  偏光ビームスプリッタ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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