(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板表面に形成した金属薄膜の不要部分をパルス状レーザで除去し、この後、金属薄膜上にめっきを施して回路パターンを作成する回路基板の製造方法において、パルス状レーザの走査速度が大であるところでは走査速度が小であるところよりも上記パルス状レーザのパルス幅を大きくして金属薄膜の不要部分の除去を行うことを特徴とする回路基板の製造方法。
【請求項２】
基板表面に形成した金属薄膜の不要部分をパルス状レーザで除去し、この後、金属薄膜上にめっきを施して回路パターンを作成する回路基板の製造方法において、パルス状レーザの走査速度が大であるところでは走査速度が小であるところよりも上記パルス状レーザのパルス周波数を高くして金属薄膜の不要部分の除去を行うことを特徴とする回路基板の製造方法。
【請求項３】
基板表面に形成した金属薄膜の不要部分をパルス状レーザで除去し、この後、金属薄膜上にめっきを施して回路パターンを作成する回路基板の製造方法において、パルス状レーザの走査速度が大であるところでは走査速度が小であるところよりも上記パルス状レーザの走査回数を多くして金属薄膜の不要部分の除去を行うことを特徴とする回路基板の製造方法。
【請求項４】
パルス状レーザの走査用偏向手段の加減速特性と走査内容とから走査速度を演算し、該演算速度に基づいてパルス状レーザを制御することを特徴とする請求項１〜３のいずれかの項に記載の回路基板の製造方法。
【請求項５】
走査用偏向手段の加減速特性と走査内容とレーザ照射面の傾斜角度とから走査速度を演算することを特徴とする請求項４記載の回路基板の製造方法。
【請求項６】
走査に際してのレーザスポット照射開始点を前回の走査での同一位置に対する照射開始点からずらすことを特徴とする請求項３記載の回路基板の製造方法。
【請求項７】
パルス状レーザの照射面の表面粗さデータに基づいて表面粗さが大の部分についての単位面積当たりの照射エネルギーを大とする補正をパルス状レーザの制御について行うことを特徴とする請求項１〜６のいずれかの項に記載の回路基板の製造方法。
【請求項８】
パルス状レーザの焦点面に対するパルス状レーザの照射面位置ずれ量に基づいて位置ずれ量が大の部分についての照射エネルギーを大とする補正をパルス状レーザの制御について行うことを特徴とする請求項１〜７のいずれかの項に記載の回路基板の製造方法。
【請求項９】
金属薄膜の除去状況を検出してパルス状レーザの制御の補正を行うことを特徴とする請求項１〜８のいずれかの項に記載の回路基板の製造方法。
【請求項１０】
金属薄膜の除去状況を加工面からのレーザの反射光を受光して検出することを特徴とする請求項９記載の回路基板の製造方法。
【請求項１１】
金属薄膜の除去状況をレーザの波長と異なる特定の波長の光による加工面からの反射光を受光して検出することを特徴とする請求項９記載の回路基板の製造方法。
【請求項１２】
基板としてレーザによって特定波長光を放出する材料を添加したものを用いて、金属薄膜の除去状況を基板から放出される上記特定波長光を受光して検出することを特徴とする請求項９記載の回路基板の製造方法。
【請求項１３】
基板として金属薄膜との間にレーザによって特定波長光を放出する材料からなる層を備えたものを用いて、金属薄膜の除去状況を基板から放出される上記特定波長光を受光して検出することを特徴とする請求項９記載の回路基板の製造方法。
【請求項１４】
パルス状レーザを発振するレーザ発振器と、レーザの走査のための偏向手段と、これらレーザ発振器及び偏向手段とを制御する制御手段とからなり、上記制御手段は走査用偏向手段の加減速特性と走査内容とから走査速度を演算する演算部を備えて、該演算部で導いた走査速度に基づいてパルス状レーザのパルス幅とパルス周波数と走査回数の少なくとも一つを変更するものであるとともに、該変更は、パルス状レーザの走査速度が大であるところでは走査速度が小であるところよりもパルス状レーザのパルス幅は大きく、パルス周波数は高く、走査回数は多くするものであることを特徴とする回路基板の製造装置。
【請求項１５】
制御手段は、パルス状レーザの照射面の表面粗さデータに基づいて、表面粗さが大の部分についての単位面積当たりの照射エネルギーを大とする補正を行う補正部を備えていることを特徴とする請求項１４記載の回路基板の製造装置。
【請求項１６】
制御手段は、パルス状レーザの焦点面に対するパルス状レーザの照射面位置ずれ量に基づいて、位置ずれ量が大の部分についての照射エネルギーを大とする補正を行う補正部を備えていることを特徴とする請求項１４または１５記載の回路基板の製造装置。
【請求項１７】
金属薄膜の除去状況を検出する検出手段を備えており、制御手段は上記検出手段の出力に応じてレーザ発振器を制御するものであることを特徴とする請求項１４〜１６のいずれかの項に記載の回路基板の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はレーザを用いた回路基板の製造方法及び装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
基板上に金属薄膜を形成しておき、パルス状レーザによって該金属薄膜の不要部分（非回路部分の少なくとも輪郭部）を除去した後、金属薄膜の回路部分にめっきを施して回路パターンを形成する回路基板の製造方法がある。立体成形回路基板（ＭＩＤ基板）用に開発された該製造方法では、ＱスイッチＹＡＧレーザ等のパルス状レーザをガルバノミラー等の偏向手段を用いて基板上を走査させることで、上記金属薄膜の不要部分の除去を行う。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、レーザを走査する場合の走査速度は、偏向手段による制限のために走査経路の直線部よりもコーナー部の方がどうしても遅くなる。このために一定時間間隔で照射するパルス状レーザでは、低速となるコーナー部での照射エネルギーが高速となる直線部での照射エネルギーよりも大きくなってしまうものであり、コーナー部では金属薄膜の除去だけでなく、基板そのものにダメージを与えてしまう。
【０００４】
本発明はこのような点に鑑みなされたものであって、その目的とするところはパルス状レーザによる金属薄膜の除去処理を基板にダメージを与えることなく高速に行うことができる回路基板の製造方法を提供するにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
しかして本発明は、基板表面に形成した金属薄膜の不要部分をパルス状レーザで除去し、この後、金属薄膜上にめっきを施して回路パターンを作成する回路基板の製造方法において、パルス状レーザの走査速度が大であるところでは走査速度が小であるところよりも上記パルス状レーザのパルス幅を大きくして金属薄膜の不要部分の除去を行うことに特徴を有している。
【０００６】
パルス状レーザの走査速度が大であるところでは走査速度が小であるところよりも上記パルス状レーザのパルス周波数を高くして金属薄膜の不要部分の除去を行うようにしてもよく、パルス状レーザの走査速度が大であるところでは走査速度が小であるところよりも上記パルス状レーザの走査回数を多くして金属薄膜の不要部分の除去を行うようにしてもよい。
【０００７】
いずれにしても、走査速度が変わろうと、各部での照射積算エネルギーを等しくすることができるものであり、照射積算エネルギーが少なくて金属薄膜の除去が不十分であったり照射積算エネルギーが多すぎて基板にダメージを与えてしまうということがないものである。
【０００８】
走査速度に関しては、パルス状レーザの走査用偏向手段の加減速特性と走査内容とから走査速度を演算するものとし、該演算速度に基づいてパルス状レーザを制御するのが好ましい。また、走査用偏向手段の加減速特性と走査内容とレーザ照射面の傾斜角度とから走査速度を演算するのが、尚、好ましい。
【０００９】
走査回数を変化させる場合、走査に際してのレーザスポット照射開始点を前回の走査での同一位置に対する照射開始点からずらすとよい。
【００１０】
パルス状レーザの照射面の表面粗さデータに基づいて表面粗さが大の部分についての単位面積当たりの照射エネルギーを大とする補正をパルス状レーザの制御について行ったり、パルス状レーザの焦点面に対するパルス状レーザの照射面位置ずれ量に基づいて位置ずれ量が大の部分についての照射エネルギーを大とする補正をパルス状レーザの制御について行うと、より好ましい結果を得ることができる。
【００１１】
金属薄膜の除去状況を検出してパルス状レーザの制御の補正を行うようにしてもよく、この場合、金属薄膜の除去状況を加工面からのレーザの反射光を受光して検出したり、レーザの波長と異なる特定の波長の光による加工面からの反射光を受光して検出したりするのが好ましい。
【００１２】
基板としてレーザによって特定波長光を放出する材料を添加したものを用いて、金属薄膜の除去状況を基板から放出される上記特定波長光を受光して検出するようにしてもよく、さらには基板として金属薄膜との間にレーザによって特定波長光を放出する材料からなる層を備えたものを用いて、金属薄膜の除去状況を基板から放出される上記特定波長光を受光して検出するようにしてもよい。
【００１３】
そして本発明に係る回路基板の製造装置は、パルス状レーザを発振するレーザ発振器と、レーザの走査のための偏向手段２と、これらレーザ発振器１及び偏向手段２とを制御する制御手段とからなり、上記制御手段は走査用偏向手段の加減速特性と走査内容とから走査速度を演算する演算部を備えて、該演算部で導いた走査速度に基づいてパルス状レーザのパルス幅とパルス周波数と走査回数の少なくとも一つを変更するものであるとともに、該変更は、パルス状レーザの走査速度が大であるところでは走査速度が小であるところよりもパルス状レーザのパルス幅は大きく、パルス周波数は高く、走査回数は多くするものであることに特徴を有している。
【００１４】
上記制御手段は、パルス状レーザの照射面の表面粗さデータに基づいて、表面粗さが大の部分についての単位面積当たりの照射エネルギーを大とする補正を行う補正部や、パルス状レーザの焦点面に対するパルス状レーザの照射面位置ずれ量に基づいて、位置ずれ量が大の部分についての照射エネルギーを大とする補正を行う補正部を備えたものが好ましい。
【００１５】
金属薄膜の除去状況を検出する検出手段を備え、制御手段は上記検出手段の出力に応じてレーザ発振器を制御するものであってもよい。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下本発明を実施の形態の一例に基づいて詳述すると、図２は本発明において用いるレーザ照射装置を示しており、Ｑスイッチング素子を備えたＱスイッチＹＡＧレーザのようなパルス状レーザを発振するレーザ発振器１と、レーザの走査のためのガルバノミラー等からなる偏向手段２、集光レンズ３，そしてレーザ発振器１と偏向手段２とを制御するパーソナルコンピューターからなる制御手段４で構成されている。
【００１７】
ここにおける制御手段４は、レーザ発振器１を作動させるとともに偏向手段２を作動させて所定の走査経路でレーザ走査を行うだけでなく、図３(a)に示すような偏向手段２の加減速特性と、図３(b)に示すような走査経路に関するＣＡＤデータに基づく走査内容とから、走査経路上の各部における走査速度を演算し、得られた走査速度に応じてレーザ発振器１が発振するパルス状レーザのパルス幅Ｐｗを制御するもので、走査速度が大であるところにおいては、図１(c)に示すように大きなパルス幅Ｐｗ０とし、走査速度が小であるところにおいては図１(d)に示すように小さなパルス幅Ｐｗ１とする。走査速度が大であるところでは、図１(a)に示すようにパルス状レーザの単位面積Ｓ当たりのスポット照射回数が少なく、走査速度が小であるところでは図１(b)に示すようにパルス状レーザの単位面積Ｓ当たりのスポット照射回数が多くなるが、パルス幅Ｐｗを走査速度に応じて変えることで、走査速度の大小にかかわらず、単位面積Ｓ当たりの照射積算エネルギーが等しくなるようにしているものである。
【００１８】
ここにおいて、図４に示すように、ピークパワーＰｐ、パルス幅ＰｗのレーザをΔｔ間隔で照射する時、１パルス当たりの積算照射エネルギーはＰｐ×Ｐｗで現されるが、走査しながら照射する時、単位面積当たりの積算照射エネルギーは、パルス周波数、つまりはパルス照射間隔Δｔによっても変化する。このために、走査速度に応じてパルス幅を変えるのではなく、パルス周波数を変えてもよい。つまり、走査速度が大であるところでは図５(c)に示すようにパルス周波数を高くし、走査速度が小であるところでは図５(d)に示すようにパルス周波数を低くして、走査速度が大であるところでの単位面積Ｓ当たりのスポット照射回数（図５(a)参照）と、走査速度が小であるところでの単位面積Ｓ当たりのスポット照射回数（図５(b)参照）とを等しくして、走査速度の大小にかかわらず、単位面積Ｓ当たりの照射積算エネルギーが等しくなるようにするのである。
【００１９】
ところで、基板８が立体成形回路基板である場合、レーザを照射して金属薄膜を除去する部分が斜面となっていることがある。この時、走査経路における直線部が斜面を通っていると、斜面での実際上の走査速度は平面よりも速くなってしまう。このために、ここでは走査経路に関するＣＡＤデータに基づく走査内容から制御手段４は走査経路上の斜面の傾斜角度に応じて、実際上の走査速度を演算し、この走査速度に応じて図６に示すようにパルス幅Ｐｗの変更、あるいは図７に示すようにパルス周波数の変更を行っている。たとえば、斜面の傾斜角度が６０°であれば、斜面（区間ロ−ハ）での実際の走査速度は平面（区間イ−ロ，ハ−ニ）での走査速度の倍となることから、パルス幅Ｐｗを倍（Ｐｗ１＝２Ｐｗ０）としたり、パルス周波数を倍とすることで、単位面積Ｓ当たりの照射積算エネルギーが等しくなるようにしている。
【００２０】
このほか、パルス状レーザによる金属薄膜の除去に関しては、基板８の表面粗さが大であると金属薄膜の除去性が低下するために、単位面積当たりの必要照射エネルギーが大きくなる。従って、制御手段４は表面粗さのデータ（予め測定したデータであってもレーザ加工中の測定データであってもよい）に基づいて、表面粗さが大であるところではパルス幅を大きく、もしくはパルス周波数を高くするようにしてある。ちなみに、図８は表面粗さが大となっている斜面でパルス幅Ｐｗを大きくし、図９は表面粗さが大となっている斜面でパルス周波数を高くしたものを示している。
【００２１】
加えるに、集光レンズ３で集光している光学系を有するものでは、図１０あるいは図１１に示すように、焦点面ｆにおいてレーザのエネルギー密度が最大となり、焦点面ｆから離れるにつれてスポット径が大きくなってエネルギー密度が低下する。そして、基板８が立体成形回路基板であれば、焦点面ｆに常に加工対象部が位置するとは限らない。このために、焦点面ｆからのずれ量（照射エネルギー密度）に応じて、図１０に示すようにパルス幅Ｐｗを変更したり、図１１に示すようにパルス周波数を変更すると、単位面積当たりの照射積算エネルギーをさらに等しくすることができる。
【００２２】
パルス状レーザのパルス周波数及びパルス幅は一定としたまま、走査速度が速い区間の走査回数を走査速度が遅い区間の走査回数よりも多くなるように走査してもよい。図１２はこの場合を示しており、一度連続走査を行った後、走査速度が速い直線区間イ−ロ，ハ−ニについて、２度目の走査（照射）を行っている。もちろん、走査するところが斜面であるために実際上の走査速度が速くなる部分についても、図１３に示すように走査回数を多くしている。加えて、表面粗さが大であるために必要照射エネルギーが大となっている区間に対して図１４に示すように走査回数を多くしたり、さらには図１５に示すように、焦点面ｆから離れるところに対して走査回数を多くするのが好ましい。
【００２３】
なお、同じ区間を複数回走査するにあたっては、図１６に示すように、レーザスポットの照射開始点Ｓ１を前回の照射開始点Ｓ０からずらせておくとよい。走査に際してレーザスポットが重なる部分と重ならない部分とが生じることによる走査経路上の各点での積算照射エネルギーを均等化することができる上に、図中Δ０，Δ１で示す非照射部の幅を小さくすることができる。
【００２４】
このほか、基板上の金属薄膜の厚みが各部で均一でないこと等が原因で、単位面積当たりの照射積算エネルギーを走査速度にかかわらず一定となるようにしても金属薄膜の除去状態が各部で同一とならない状態が生じる。この点からすれば、図１７に示すように、レーザによる加工（金属薄膜除去）状態を監視して、金属薄膜が除去されて基板表面が露出したか否かを検知することができるようにするとともに、検知状態に応じて上記の走査速度に応じたレーザ制御の補正を行うのが好ましい。
【００２５】
金属薄膜の除去加工の状態を監視して基板８の表面が露出したかどうかは、例えば図１８に示すように加工面からのレーザの反射光を光センサーやフォトダイオード等の受光手段６で受けることで検知することができる。
【００２６】
図１９に示すように、レーザ波長と異なる光を出力する光源６０とレーザ反射光のカットフィルター６６を設けて、光源６０からの光の加工面における反射光を受光手段６で受光したり、基板８としてレーザ照射で特定波長光を放出する材料を添加するものを用いたり、図２０に示すように基板８と金属薄膜との間にレーザ照射で特定波長光を放出する材料からなる中間層８０を設けたものを用いたりすれば、より確実に基板表面の露出を検知することができる。
【００２７】
また、図２１に示すようにＣＣＤカメラのような撮像手段６１で加工面を撮影し、得られた画像７０から画像処理にて加工幅Ｗを測定して、該加工幅Ｗから金属薄膜の除去量（除去幅）を検知するようにしてもよい。
【００２８】
図２２に示すように、受光手段６に変えて放射温度計６４を設けて、加工面の輻射熱を放射温度計６４で測定することで、基板８が露出するに至ったかどうかを検知するようにしてもよい。
【００２９】
【発明の効果】
以上のように本発明においては、パルス状レーザの走査速度が大であるところでは走査速度が小であるところよりも上記パルス状レーザのパルス幅を大きくして金属薄膜の不要部分の除去を行うために、走査速度が変わろうと、各部での照射積算エネルギーを等しくすることができるものであり、照射積算エネルギーが少なくて金属薄膜の除去が不十分であったり照射積算エネルギーが多すぎて基板にダメージを与えてしまうということがなく、均質な回路基板を得ることができる。
【００３０】
パルス状レーザの走査速度が大であるところでは走査速度が小であるところよりも上記パルス状レーザのパルス周波数を高くして金属薄膜の不要部分の除去を行うようにしても、やはり金属薄膜の除去が不十分であったり基板にダメージを与えてしまうということがなく、均質な回路基板を得ることができる。
【００３１】
パルス状レーザの走査速度が大であるところでは走査速度が小であるところよりも上記パルス状レーザの走査回数を多くして金属薄膜の不要部分の除去を行うようにしてもよく、やはり金属薄膜の除去が不十分であったり基板にダメージを与えてしまうということがなく、均質な回路基板を得ることができる。
【００３２】
走査速度に関しては、パルス状レーザの走査用偏向手段の加減速特性と走査内容とから走査速度を演算するものとし、該演算速度に基づいてパルス状レーザを制御すると、レーザの走査速度の測定を必要とすることなく均質な加工を行うことができる。
【００３３】
走査回数を変化させる場合、走査に際してのレーザスポット照射開始点を前回の走査での同一位置に対する照射開始点からずらすことで、均質な幅で金属薄膜を除去することができる。
【００３４】
パルス状レーザの照射面の表面粗さデータに基づいて表面粗さが大の部分についての単位面積当たりの照射エネルギーを大とする補正をパルス状レーザの制御について行ったり、パルス状レーザの焦点面に対するパルス状レーザの照射面位置ずれ量に基づいて位置ずれ量が大の部分についての照射エネルギーを大とする補正をパルス状レーザの制御について行うと、表面粗さや焦点面に対する位置ずれの影響を避けて均質な回路基板を得ることができる。
【００３５】
金属薄膜の除去状況を検出してパルス状レーザの制御の補正を行えば、より確実に均質な回路基板を得ることができる。
【００３６】
この場合、金属薄膜の除去状況を加工面からのレーザの反射光を受光して検出したり、レーザの波長と異なる特定の波長の光による加工面からの反射光を受光して検出したりすると、金属薄膜の除去状況検出を簡便に行うことができるが、基板としてレーザによって特定波長光を放出する材料を添加したものを用いて、金属薄膜の除去状況を基板から放出される上記特定波長光を受光して検出したり、基板として金属薄膜との間にレーザによって特定波長光を放出する材料からなる層を備えたものを用いて、金属薄膜の除去状況を基板から放出される上記特定波長光を受光して検出すれば、金属薄膜の除去状況を確実に検出することができる。
【００３７】
そして本発明に係る回路基板の製造装置は、パルス状レーザを発振するレーザ発振器と、レーザの走査のための偏向手段２と、これらレーザ発振器１及び偏向手段２とを制御する制御手段とからなり、上記制御手段は走査用偏向手段の加減速特性と走査内容とから走査速度を演算する演算部を備えて、該演算部で導いた走査速度に基づいてパルス状レーザのパルス幅とパルス周波数と走査回数の少なくとも一つを変更するものであるとともに、該変更は、パルス状レーザの走査速度が大であるところでは走査速度が小であるところよりもパルス状レーザのパルス幅は大きく、パルス周波数は高く、走査回数は多くするものであるために、照射積算エネルギーが各部で等しいレーザ照射を行うことができ、均質な回路基板を得ることができる。
【００３８】
上記制御手段が、パルス状レーザの照射面の表面粗さデータに基づいて、表面粗さが大の部分についての単位面積当たりの照射エネルギーを大とする補正を行う補正部や、パルス状レーザの焦点面に対するパルス状レーザの照射面位置ずれ量に基づいて、表面粗さが大の部分についての照射エネルギーを大とする補正を行う補正部を備えていると、より確実に均質な回路基板を製造することができる。
【００３９】
金属薄膜の除去状況を検出する検出手段を備え、制御手段は上記検出手段の出力に応じてレーザ発振器を制御するものであっても、均質な回路基板を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の一例における動作を示すもので、(a)(c)は走査速度が大の部分についての説明図、(b)(d)は走査速度が小の部分についての説明図である。
【図２】同上の概略ブロック図である。
【図３】  (a)は偏向手段の加減速特性図、(b)は走査内容を示す図である。
【図４】  (a)(b)はパルス間隔（パルス周波数）とパルス幅の説明図である。
【図５】本発明の実施の形態の他例における動作を示すもので、(a)(c)は走査速度が大の部分についての説明図、(b)(d)は走査速度が小の部分についての説明図である。
【図６】更に他例における動作を示す説明図である。
【図７】別の例における動作を示す説明図である。
【図８】他例における動作を示す説明図である。
【図９】更に他例における動作を示す説明図である。
【図１０】異なる例における動作を示す説明図である。
【図１１】別の例における動作を示す説明図である。
【図１２】本発明の実施の形態の別の例の説明図である。
【図１３】同上の他例の動作説明図である。
【図１４】同上の更に他例の動作説明図である。
【図１５】同上の別の例の動作説明図である。
【図１６】さらに他例の動作説明図である。
【図１７】本発明の実施の形態のさらに別の例のフローチャートである。
【図１８】他例のブロック図である。
【図１９】更に他例のブロック図である。
【図２０】異なる例のブロック図である。
【図２１】別の例のブロック図である。
【図２２】さらに別の例のブロック図である。
【符号の説明】
１  レーザ発振器
２  偏向手段
４  制御手段
８  基板
【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】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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