(57)【要約】【課題】アルミナ系セラミック材料からなる部材をレーザー加工する際に発生する溶融物を、部材にダメージを与えることなく有効にかつ効率良く簡単に除去する。【解決手段】塩酸ガスを含む不活性雰囲気のチャンバー５内にアルミナ系セラミック材料の基板６を置き、その表面にレーザービームＬを照射して貫通穴７を加工する工程と、そのレーザー照射により発生した基板材料の溶融物即ちドロス８を、水酸化ナトリウム溶液等の除去液によって基板から除去する工程とから構成される。ドロスは、溶融した基板材料のアルミナが雰囲気中の塩酸ガスと反応して塩化アルミニウムとなっているので、水酸化ナトリウム溶液等の除去液によって容易に基板にダメージを与えることなく除去される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
塩酸ガスを含む雰囲気中で、酸化アルミニウムを主成分とするセラミック材料の部材にレーザービームを照射し、前記部材を加工する工程と、
前記加工により発生したドロスを除去液により前記部材から除去する工程と、
を含むことを特徴とする部材加工方法。
【請求項２】
前記塩酸ガスを含む雰囲気が、不活性ガスを含むことを特徴とする請求項１に記載の部材加工方法。
【請求項３】
前記部材を加工する工程において、前記部材にレーザービームを照射しながら、前記部材の被加工部位の付近に塩酸ガスを供給することを特徴とする請求項１又は２に記載の部材加工方法。
【請求項４】
前記部材を加工する工程において、前記部材にレーザービームを照射しながら、前記部材の被加工部位の付近に塩酸溶液を供給することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の部材加工方法。
【請求項５】
前記除去液が水酸化ナトリウム溶液であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の部材加工方法。
【請求項６】
前記除去液が有機溶剤であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の部材加工方法。
【請求項７】
前記除去液が水であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の部材加工方法。
【請求項８】
酸化アルミニウムを主成分とするセラミック材料からなる基板であって、
搭載される電子部品に接続するための配線が設けられている主面と、
前記請求項１乃至７のいずれか１項に記載の方法によって、前記主面に開口するように加工されているビアホールと、
前記主面の前記配線と電気的に接続するために前記ビアホールの内部に設けられている導体とを有することを特徴とする電子部品搭載用基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特にアルミナ系セラミック材料の部材をレーザー加工する方法に関し、更にこの方法を利用して加工された電子部品搭載用基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、電子部品を搭載するための基板やパッケージ等の部材には、アルミナ（酸化アルミニウム）を主成分とするアルミナ系セラミック材料が広く使用されている。また、アルミナ系セラミック材料の部材を切断したり、貫通又は有底の穴や溝等の凹所を形成するために、レーザー加工が一般に採用されている。
【０００３】
レーザー加工では、レーザー照射熱で溶融した被加工物の材料が飛散し、被加工物に加工した凹所の内部や開口付近にドロスとして付着する。被加工物の表面に付着したドロスを除去するために、該表面をラッピングしたり、サンドブラストを行う等の物理的方法が行われている。このような方法は、凹所の内部からドロスを除去することができず、被加工物の表面にダメージを与える虞がある。また、基板のレーザー加工では、一枚ずつ、その片面ずつからしかドロスを除去できないので、生産性が低いという問題がある。
【０００４】
そこで、ドロスの発生を抑制するために、ガラスやセラミック等の非金属材料の基板表面にアシストガスを吹き付けながらレーザー加工を行う方法が知られている（例えば、特許文献１，２を参照）。セラミック基板をレーザー加工する場合、アシストガスを吹き付けたときに、セラミックの溶融物が飛散して、セラミック基板の加工部以外の表面に再付着する虞がある。そこで、セラミック基板の加工面に予め澱粉からなる保護膜を被着した後、レーザー光を照射するレーザー加工方法が提案されている（例えば、特許文献２を参照）。
【０００５】
また、レーザー加工により発生したドロスをウエットエッチングによって除去する方法が提案されている（例えば、特許文献３，４を参照）。特許文献３記載の方法では、加工した切削溝にエッチング液を供給し、レーザービームで加熱してエッチングを促進している。特許文献３記載の方法では、ポリイミド多層基板のビアホールをレーザー加工する際に発生するドロスを、エッチング液により除去している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平８−１７４２５９号公報
【特許文献２】特開２００３−４６２４６号公報
【特許文献３】特開２００６−３４６７１６号公報
【特許文献４】特開２００３−２８５１９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、アシストガスを用いた従来のレーザー加工方法は、ドロス除去の効果が比較的低く、加工した穴の周辺や内壁に溶融物が再付着する虞がある。また、レーザー加工において、ガルバノメータを用いてレーザービームを走査する場合、ガルバノミラーが邪魔になってアシストガスを有効に当てられないという問題が生じる。
【０００８】
また、セラミック基板の被加工面に予め保護膜を形成する特許文献２に記載の従来方法では、微細な穴や溝等の凹所を高精度に加工することが困難である。
【０００９】
特許文献３記載のウエットエッチングによる方法では、微細な穴加工において、穴内面に付着した溶融物を除去することが困難である。特許文献４記載の方法では、被加工物を形成する材料によっては、必ずしも同様のエッチング液でドロスを除去できるとは限らない。
【００１０】
特に、アルミナは耐食性、耐薬液性に優れている。そのため、アルミナからなる被加工物をレーザー加工した場合、発生したアルミナの溶融物をウエットエッチングで除去するのは困難である。
【００１１】
そこで本発明は、上述した従来の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、アルミナ系材料の部材をレーザービームを照射して加工する方法において、レーザー照射熱により発生するアルミナ系材料の溶融物を、部材にダメージを与えることなく有効にかつ効率良く簡単に除去できるようにすることにある。
【００１２】
更に本発明の目的は、アルミナ系材料からなる電子部品搭載用基板において、レーザー加工により発生したアルミナ系材料の溶融物が残存していないことにより、使用時における信頼性の向上を図ることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の部材加工方法は、上記目的を達成するために、塩酸ガスを含む雰囲気中で、酸化アルミニウムを主成分とするセラミック材料の部材にレーザービームを照射し、部材を加工する工程と、
この加工により発生したドロスを除去液により部材から除去する工程と、を含むことを特徴とする。
【００１４】
ドロスは、ビーム照射熱で溶融した部材材料のアルミナが雰囲気中の塩酸ガスと反応することにより生成された塩化アルミニウム（ＡlＣl３）又はＡlｘＣlｙで（ｘ，ｙは自然数）である。このドロスは、除去液を用いたウエット処理によって、部材に化学的又は物理的ダメージを与えることなく簡単に除去することができる。更に、このようなウエット処理は、複数の部材を同時に除去液に浸漬して行うバッチ処理が可能であり、生産性の大幅な向上を図ることができる。
【００１５】
或る実施例では、塩酸ガスを含む雰囲気が不活性ガスを含むことによって、ドロスとして塩化アルミニウム又はＡlｘＣlｙ以外の反応物が生成される可能性が非常に低い。従って、より安全にかつ有効にドロスを除去することができる。
【００１６】
別の実施例では、部材を加工する前記工程において、部材にレーザービームを照射しながら、その被加工部位の付近に塩酸ガスを供給することができる。これによって、レーザービームの照射に合わせて、部材の被加工部位付近に塩酸ガスを含む不活性ガス雰囲気を作ることができる。
【００１７】
更に別の実施例によれば、部材を加工する前記工程において、部材にレーザービームを照射しながら、その被加工部位の付近に塩酸溶液を供給する。この塩酸溶液がレーザービームの照射熱により気化して塩酸ガスを生成することによって、部材の被加工部位付近に塩酸ガスを含む雰囲気を作ることができる。塩酸溶液は、塩酸ガスよりも取扱いが容易である点で有利である。
【００１８】
また、或る実施例では、ドロスの除去液が水酸化ナトリウム溶液である。ドロスの塩化アルミニウムは、水酸化ナトリウムと反応して水酸化アルミニウムを生成するので、部材から簡単に離脱させて除去することができる。
【００１９】
別の実施例では、ドロスの除去液が水又は有機溶剤であり、水酸化ナトリウム溶液よりも安全で取扱いが容易である点で有利である。
【００２０】
本発明の別の側面によれば、酸化アルミニウムを主成分とするセラミック材料からなる基板であって、
搭載される電子部品に接続するための配線が設けられている主面と、
上述した本発明の部材加工方法によって、前記主面に開口するように加工されているビアホールと、
前記主面の配線と電気的に接続するためにビアホールの内部に設けられている導体とを有する電子部品搭載用基板が提供される。
【００２１】
この電子部品搭載用基板は、ビアホールの加工時に発生したドロスが、基板にダメージを与えることなく、ビアホールの開口周辺やその内壁から完全に除去されているので、ビアホール内の導体やその開口付近の配線が剥離するなどして断線する虞を解消することができる。従って、これに電子部品を搭載したとき、高い信頼性の電子回路基板を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明による方法の第１実施例に使用するレーザー加工装置の概略構成図。
【図２】（Ａ）図はレーザー加工後の穴の断面図、（Ｂ）図はエッチング後の穴の断面図。
【図３】本発明による方法の第２実施例に使用するレーザー加工装置の概略構成図。
【図４】本発明による方法の第３実施例に使用するレーザー加工装置の概略構成図。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下に、添付図面を参照しつつ、本発明の好適な実施例を詳細に説明する。尚、添付図面において、同一又は類似の構成要素には同一又は類似の参照符号を付して示す。
【００２４】
本発明による部材加工方法の第１実施例を用いて、アルミナを主成分とするアルミナ系セラミック材料からなる基板に貫通穴を加工する工程を説明する。図１は、第１実施例の部材加工方法に適したレーザー加工装置の構成を概略的に示している。このレーザー加工装置１は、被加工物を載置するための加工ステージ２と、前記加工ステージの上側に配置されるケーシング３と、レーザー照射装置（図示せず）とを備える。
【００２５】
ケーシング３は、少なくとも上部がガラス等の透明材料でレーザービームを透過可能に形成され、その外側上方に前記レーザー照射装置の集光レンズ４が配置されている。これにより、ガルバノメーター等の光学スキャニング装置を用いてレーザービームを走査することが容易にできる。ケーシング３と加工ステージ２との間には、チャンバー５が画定され、該チャンバー内は所望の雰囲気に維持することができる。別の実施例では、集光レンズ４及び該集光レンズまでのビーム伝送手段の一部をケーシング３内に配置することもできる。
【００２６】
本実施例によれば、先ず、被加工物であるアルミナ系セラミック材料の基板６を加工ステージ２上に載置し、ケーシング３を閉じる。次に、図示しないガス供給手段を用いて、塩酸ガスを含む不活性ガスをチャンバー５内に充填する。不活性ガスとしては、窒素が安価で取り扱いやすいことから好ましいが、ヘリウム、アルゴン等他の不活性ガスを用いることもできる。また、一般に塩酸ガスは環境に有害であるが、閉じたチャンバー５を設けることによって、環境への悪影響を解消又は抑制し、安全を確保することができる。
【００２７】
このようにチャンバー５内を塩酸ガスを含む不活性ガス雰囲気にした状態で、前記レーザー照射装置からレーザービームＬを出射し、集光レンズ４で集光して基板６の被加工部位に照射する。これにより、図２（Ａ）に示すように、基板６に貫通穴７が形成される。基板６の穴加工には、一般に使用されているＣＯ２ レーザー、各種エキシマレーザー、ＹＡＧレーザー、ＹＶＯ４ レーザー、チタンサファイアレーザー、各種ファイバーレーザーなど、公知の様々なレーザを用いることができる。
【００２８】
貫通穴７の基板６表裏両面の開口周辺及び内壁には、レーザービームの照射によって発生したドロス８が付着している。ドロス８は、ビーム照射熱で溶融した基板材料のアルミナ（Ａl２Ｏ３）がチャンバー５内の雰囲気中の塩酸（ＨＣl）ガスと反応することによって生成された塩化アルミニウム（ＡlＣl３）又はＡlｘＣlｙで（ｘ，ｙは自然数）である。尚、チャンバー５内の雰囲気は、塩酸ガスと不活性ガスだけであるので、ドロスとして塩化アルミニウム又はＡlｘＣlｙ以外の反応物が生成される可能性は非常に低い。
【００２９】
次に、除去液として水酸化ナトリウム溶液を用いて、図２（Ｂ）に示すように、ドロス８を基板６の表裏両面及び貫通穴７の内壁から除去する。塩化アルミニウは、水酸化ナトリウムと反応して水酸化アルミニウムを生成するので、基板６の表面及び貫通穴７の内面から簡単に離脱させることができる。
【００３０】
このように除去液を用いるウエット処理によって、ドロス８は、一度の処理工程で基板６の表裏両面及び貫通穴７の内壁から完全に除去することができる。また、複数枚の基板６を同時に水酸化ナトリウム溶液に浸漬するバッチ処理が可能であり、生産性の大幅な向上を図ることができる。
【００３１】
塩化アルミニウム又はＡlｘＣlｙからなるドロス８は、水酸化ナトリウム溶液以外の除去液として、アルコール、アセトン、ヘキサン等の有機溶媒や、水を用いても除去することができる。このような除去液を用いたドロス８の除去は、元来耐食性の強いアルミナ系材料の基板６に化学的又は物理的ダメージを与えないので有利である。
【００３２】
図３は、本発明の第２実施例の部材加工方法に適したレーザー加工装置の構成を概略的に示している。このレーザー加工装置１１は、図１のレーザー加工装置１と概ね同じ構成を有するが、ケーシング３により画定されるチャンバー５内に、塩酸ガスの射出ノズル１２が配置されている。射出ノズル１２は、レーザビームＬを照射する基板６の被加工部位に塩酸ガス１３を吹き付けるように配向されている。
【００３３】
本実施例によれば、アルミナ系セラミック材料の基板６を加工ステージ２上に載置し、ケーシング３を閉じた後、図示しないガス供給手段を用いて、窒素等の不活性ガスをチャンバー５内に充填する。次に、射出ノズル１２から塩酸ガス１３を基板６の被加工部位付近に吹き付けながら、レーザービームＬを照射する。基板６の前記被加工部位付近には、塩酸ガスを含む雰囲気が生成されている。
【００３４】
これにより、図２（Ａ）に示すように、基板６に貫通穴７が形成されると共に、該貫通穴の開口周辺及び内壁にドロス８が付着する。ドロス８は、レーザビームＬを照射している前記被加工部位付近の雰囲気に塩酸ガスが含まれているので、第１実施例と同様の反応によって生成された塩化アルミニウム（ＡlＣl３）又はＡlｘＣlｙで（ｘ，ｙは自然数）である。ドロス８は、上述した水酸化ナトリウム溶液または他の除去液を用いた一度のウエット処理によって、基板６の表裏両面及び貫通穴７の内壁から完全に簡単に除去される。
【００３５】
更に本実施例では、レーザービームの照射時にのみ必要な塩酸ガスをチャンバー５内に供給することができる。それにより、塩酸ガスの使用量が少なくなるので、基板６の穴加工をより安全に、かつ環境への影響をより少なくして実施することができる。
【００３６】
図４は、本発明の第３実施例の部材加工方法に適したレーザー加工装置の構成を概略的に示している。このレーザー加工装置２１は、図１のレーザー加工装置１と概ね同じ構成を有するが、ケーシング３により画定されるチャンバー５内に、塩酸溶液の噴射ノズル２２が配置されている。噴射ノズル２２は、レーザビームＬを照射する基板６の被加工部位に塩酸溶液２３を吹き付けるように配向されている。
【００３７】
本実施例によれば、アルミナ系セラミック材料の基板６を加工ステージ２上に載置し、ケーシング３を閉じた後、図示しないガス供給手段を用いて、窒素等の不活性ガスをチャンバー５内に充填する。次に、噴射ノズル２２から塩酸溶液２３を基板６の被加工部位付近に吹き付けながら、レーザービームＬを照射する。吹き付けられた塩酸溶液２３は、レーザービームＬの照射熱により気化して塩酸ガス２４になるので、基板６の前記被加工部位付近には、塩酸ガスを含む雰囲気が生成されている。
【００３８】
これにより、図２（Ａ）に示すように、基板６に貫通穴７が形成されると共に、該貫通穴の基板６表裏両面の開口周辺及び内壁にドロス８が付着する。ドロス８は、レーザビームＬを照射している前記被加工部位付近の雰囲気に塩酸ガスが含まれているので、第１実施例と同様の反応によって生成された塩化アルミニウム（ＡlＣl３）又はＡlｘＣlｙで（ｘ，ｙは自然数）である。ドロス８は、上述した水酸化ナトリウム溶液または他の除去液を用いた一度のウエット処理によって、基板６の表裏両面及び貫通穴７の内壁から完全に簡単に除去される。
【００３９】
更に本実施例では、塩酸溶液を使用するので、塩酸ガスよりも取扱いが容易である。しかも、レーザービームの照射時にのみ塩酸溶液を噴射して塩酸ガスをチャンバー５内に供給すれば、塩酸溶液の使用量が少なくて済む。従って、生成される塩酸ガスの量も少なくし、基板６の穴加工をより安全に、かつ環境への影響をより少なくして実施することができる。
【００４０】
上述した各実施例の方法によって穴加工した基板６は、電子部品搭載用部材として使用することができる。その場合、基板６の一方の面には、搭載しようとする電子部品と接続するために配線が設けられ、貫通穴７は、その中に導体を設けてビアホールとして使用することができる。前記導体は、例えば導電材料を貫通孔７内に充填し又は該貫通穴の内面に成膜することによって設けられる。このようなビアホールを有する基板は、電子部品を搭載する箱型構造のパッケージを構成するための部材として、使用することができる。
【００４１】
前記ビアホールによって、基板６の前記一方の面の配線を反対側の面に設けられている配線、又は該基板の内部に設けられて貫通穴７内面に露出している内部配線と電気的に接続することができる。基板６は、貫通穴７の加工時に発生したドロスが、該基板にダメージを与えることなく、貫通穴の開口周辺や内壁から完全に除去されている。従って、前記ビアホール内の前記導体やその開口付近の配線が基板６から剥離するなどして、断線する虞が解消される。
【００４２】
本発明は、上記実施例に限定されるものでなく、その技術的範囲内で様々な変形又は変更を加えて実施することができる。例えば、本発明の部材加工方法は、アルミナ系セラミック材料の部材に、貫通穴だけでなく、有底穴や溝、様々な形状の凹所をレーザー加工する場合にも適用することができる。また、レーザー加工装置も、上述した各実施例以外の様々な構造が可能である。
【符号の説明】
【００４３】
１，１１，２１…レーザー加工装置、２…加工ステージ、３…ケーシング、４…集光レンズ、５…チャンバー、６…基板、７…貫通穴、８…ドロス、１２…射出ノズル、１３，２４…塩酸ガス、２２…噴射ノズル、２３…塩酸溶液。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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