(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板内のヴァイアホールを形成する方法であって、
１パルスあたり第１のエネルギー（Ｊ）をもつパルス化レーザビームを、調波生成のためのLBO結晶を用いて形成する段階、
該パルス化レーザビームを用いてヴァイアホールを形成する段階、
該パルス化レーザビームの１パルスあたりのエネルギー（Ｊ）を、該第１のエネルギー（Ｊ）より小さく、かつゼロでない１パルスあたり第２のエネルギー（Ｊ）まで減少させる段階、
形成されるべき次のヴァイアの部位に、パルス化レーザビームを再位置づけする段階、
該パルス化レーザビームの１パルスあたりのエネルギー（Ｊ）を該第１のエネルギー（Ｊ）まで増大させる段階、及び
次のヴァイアホールを形成する段階、
をそなえて成る方法。
【請求項２】
該第１のエネルギー（Ｊ）が基板のアブレーション（ablation）しきい値よりも大きい請求項１に記載の方法。
【請求項３】
該第２のエネルギー（Ｊ）が基板のアブレーションしきい値よりも小さい請求項２に記載の方法。
【請求項４】
該第１のエネルギー（Ｊ）が１パルスあたり40μＪ以上である請求項１に記載の方法。
【請求項５】
該第２のエネルギー（Ｊ）が１パルスあたり15μＪ以下である請求項４に記載の方法。
【請求項６】
該パルス化レーザビームの１パルスあたりのエネルギー（Ｊ）を減少させる段階には、パルス化レーザビームの１秒あたりのパルス数を増大させて、該１パルスあたりのエネルギー（Ｊ）を減少させる段階をそなえて成る請求項１に記載の方法。
【請求項７】
該パルス化レーザビームのパルス数が１秒あたり20,000パルス以上まで増大させられる請求項６に記載の方法。
【請求項８】
該パルス化レーザビームの１パルスあたりのエネルギー（Ｊ）を増大させる段階には、パルス化レーザビームの１秒あたりのパルス数を減少させて、該１パルスあたりのエネルギー（Ｊ）を増大させる段階をそなえて成る請求項７に記載の方法。
【請求項９】
該パルス化レーザビームのパルス数が１秒あたり20,000パルス以下まで減少させられる請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
基板内のヴァイアホールを形成するためのシステムであって、
１パルスあたり第１のエネルギー（Ｊ）をもつパルス化レーザビームを、調波生成のためのLBO結晶を用いて形成するための手段、
前記の１パルスあたり第１のエネルギー（Ｊ）をもつパルス化レーザビームを用いてヴァイアホールを形成するための手段、
該パルス化レーザビームが次のヴァイアの部位に移動させられている間、該パルス化レーザビームの１パルスあたりのエネルギー（Ｊ）を、該第１のエネルギー（Ｊ）より小さく、かつゼロでない１パルスあたり第２のエネルギー（Ｊ）まで減少させるための手段、
形成されるべき次のヴァイアの部位に、該パルス化レーザビームを再位置づけするための手段、
該パルス化レーザビームが次のヴァイアの部位に再位置づけされたとき、該パルス化レーザビームの１パルスあたりのエネルギー（Ｊ）を、該第１のエネルギー（Ｊ）まで増大させるための手段、及び
前記の１パルスあたり第１のエネルギー（Ｊ）をもつパルス化レーザビームを用いて次のヴァイアホールを形成するための手段、
をそなえて成るシステム。
【請求項１１】
該パルス化レーザビームを形成するための手段が、調波生成のためのLBO結晶をそなえて成る請求項10に記載のシステム。
【請求項１２】
該第１のエネルギー（Ｊ）が基板のアブレーションしきい値よりも大きい請求項11に記載のシステム。
【請求項１３】
該第２のエネルギー（Ｊ）が基板のアブレーションしきい値よりも小さい請求項12に記載のシステム。
【請求項１４】
該第１のエネルギー（Ｊ）が１パルスあたり40μＪ以上である請求項11に記載のシステム。
【請求項１５】
該第２のエネルギー（Ｊ）が１パルスあたり15μＪ以下である請求項14に記載のシステム。
【請求項１６】
該パルス化レーザビームの１パルスあたりのエネルギー（Ｊ）を減少させるための手段には、パルス化レーザビームの１秒あたりのパルス数を増大させるための手段をそなえて成る請求項11に記載のシステム。
【請求項１７】
該パルス化レーザビームのパルス数が１秒あたり20,000パルス以上まで増大させられる請求項16に記載のシステム。
【請求項１８】
該パルス化レーザビームの１パルスあたりのエネルギー（Ｊ）を増大させるための手段には、パルス化レーザビームの１秒あたりのパルス数を減少させて、該１パルスあたりのエネルギー（Ｊ）を増大させるための手段をそなえて成る請求項17に記載のシステム。
【請求項１９】
該パルス化レーザビームのパルス数が１秒あたり20,000パルス以下まで減少させられる請求項18に記載のシステム。
【請求項２０】
基板内のヴァイアホールを形成するためのシステムであって、
各パルスの１パルスあたりのエネルギー（Ｊ）を制御する入力信号に応えて、調波生成のためのLBO結晶を用いたパルス化レーザビームを出力するレーザ源、
加工部材上でのレーザスポットの場所を制御する入力信号に対し応答性をもつ、レーザ焦点スポット位置づけ機構、及び
コンピュータシステムから成り、該コンピュータシステムは、
レーザ源の入力側及びレーザスポットムーバの入力側に結合されたプロセッサ、及び
該レーザ焦点スポット位置づけ機構を制御するための手段をそなえ、該制御するための手段は、
基板のアブレーションしきい値よりも大きい、１パルスあたり第１のエネルギー（Ｊ）をもつパルス化レーザビームを形成するための手段、
前記の１パルスあたり第１のエネルギー（Ｊ）をもつパルス化レーザビームを用いてヴァイアホールを形成するための手段、
該パルス化レーザビームが次のヴァイアの部位に移動させられている間、該パルス化レーザビームの１パルスあたりのエネルギー（Ｊ）を、該基板のアブレーションしきい値よりも小さく、かつゼロでない１パルスあたり第２のエネルギー（Ｊ）まで減少させるための手段、
形成されるべき次のヴァイアの部位に、該パルス化レーザビームを再位置づけするための手段、
該パルス化レーザビームが次のヴァイアの部位に再位置づけされたとき、該パルス化レーザビームの１パルスあたりのエネルギー（Ｊ）を、該第１のエネルギー（Ｊ）まで増大させるための手段、及び
前記の１パルスあたり第１のエネルギー（Ｊ）をもつパルス化レーザビームを用いて次のヴァイアホールを形成するための手段、
をそなえて成るシステム。
【請求項２１】
該第１のエネルギー（Ｊ）が１パルスあたり40μＪ以上である請求項20に記載のシステム。
【請求項２２】
該第２のエネルギー（Ｊ）が１パルスあたり15μＪ以下である請求項21に記載のシステム。
【請求項２３】
該パルス化レーザビームの１パルスあたりのエネルギー（Ｊ）がパルス化レーザビームの１秒あたりのパルス数を増大させることによって減少させられる請求項20に記載のシステム。
【請求項２４】
該パルス化レーザビームの１パルスあたりのエネルギー（Ｊ）を減少させるための手段には、該パルス化レーザビームの１秒あたりのパルス数を増大させるための手段をそなえている請求項23に記載のシステム。
【請求項２５】
該パルス化レーザビームのパルス数が１秒あたり20,000パルス以上まで増大させられる請求項24に記載のシステム。
【請求項２６】
該パルス化レーザビームの１パルスあたりのエネルギー（Ｊ）を増大させるための手段には、該パルス化レーザビームの１秒あたりのパルス数を減少させて、該１パルスあたりのエネルギー（Ｊ）を増大させるための手段をそなえている請求項25に記載のシステム。
【請求項２７】
該パルス化レーザビームのパルス数が１秒あたり20,000パルス以下まで減少させられる請求項26に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
発明の分野
本発明はレーザ源が周波数逓倍のためにLBO結晶を用い、パワーの安定性を改善するためにパルス繰返し率を変動させるようなレーザヴァイア穿孔装置及びその作業方法に関する。
発明の背景
相互接続及びパッケージングに関連する問題は、１つのチップ上に集積できる回路の数のみならず、チップの性能をも決定する主要な要因の１つである。これらの問題は、チップ設計の進歩によってトランジスタの機能寸法（feature size）が削減されダイサイズが拡大されるにつれて、増々重要味を帯びてきた。業界は、単に高速チップを得ることが高速システムを結果としてもたらすことにはならない、ということを認識するに至った。すなわち、それは、また高速でかつ信頼性の高いパッケージングによってサポートされてもいなければならないのである。
基本的に、パッケージングは、チップに信号及び電力を供給し、熱除去、物理的支持及び環境からの保護といったようなその他の機能を果たす。もう１つの重要な機能は、単純にプリント配線板の入出力端に対してチップから離れた密に実装された入出力端を再分配することにある。
パッケージ−チップシステムの一例としては、エリアアレイ有機パッケージ上に取りつけられた「フリップ−チップ」集積回路がある。フリップ−チップ取付けは、ダイ又はチップ上にはんだのバンプ（bump）を配置し、チップを上にはめ込み、チップを基板上のコンタクトパッドと心合せさせ、はんだボールをオーブン内でリフローさせてチップと基板の間にボンディングを樹立することを必要とする。この方法は、コンタクトパッドがワイヤボンディング及び大部分のテープ自動化ボンディング（TAB）技術の場合のように周囲に封じ込められるのではなくむしろチップ表面全体にわたり分布させられていることから、或る種の利用分野においては有利である。その結果として、利用可能な入出力端（Ｉ／Ｏ）及び電源／アース端子の最大数を増大させることができ、又信号及び電源／アースの相互接続をチップ上でより効果的に経路設定できる。
しかしながら、既存のフリップチップパッケージング技術では、半導体チップと基板の間の不整合に起因する熱膨張が、バンプの部分にひずみをひき起こし、かくして故障の原因となる可能性がある。どのパッケージング技術が利用されるかにかかわらず、上述の熱により誘発されるひずみといった材料の問題を理由として、チップパッケージ設計者は、細心の注意を払って材料を選択し整合させることになる。
集積回路パッケージングの製造においては、チップパッケージ設計者は、同時に、できるかぎりわずかなインダクタンス及び抵抗を伴う信頼性の高い回路を提供する隣接する層間の相互接続を形成しながら、より一層大きい配線密度を得ようとしている。かくして、相互接続のために使用される高品質のヴァイアホール又はヴァイアの形成は、高品質の相互接続を形成する重要な一面である。
多層積層基板内にヴァイア（via）を形成するためにレーザを使用することはすでに知られている。基板を通して望まれる通りに穿孔を行なうために、レーザパルスが適用される。適用される各々のレーザパルスは、材料のアブレーション（ablation）しきい値よりも大きいエネルギー密度を有し、少量の材料を除去する。必要な材料が除去されてしまうまで、多数のパルスが印加される。標準的なヴァイア穿孔の利用分野においては、持続時間が１秒未満の短かいバーストについて、秒あたり2,000〜10,000の繰返し率で各パルスが印加される。次いで、ビームはオフに切換えされ、形成されるべき次のヴァイアの場所まで移動され、ここで他の短かいパルスのバーストが印加される。
レーザのパルス繰返し率を増大させると、標準的に各出力パルスのエネルギー密度は減少する。パルス繰返し率があまりにも増大し過ぎた場合、パルスエネルギー密度は、アブレーションしきい値より下まで下降することになる。この影響は、ヴァイア形成のために特定のレーザを用いることのできる有効な最大パルス率を生み出す。ヴァイア形成中にパルス繰返し率を増大させると同時にエネルギー密度をアブレーションしきい値を超えるのに充分な値に維持することにより、各々のヴァイアを形成するのに必要な時間を減少させることができるようになる。こうして電気的構成要素パッケージの製造コストの減少がもたらされる。一方、一貫性ある高品質のヴァイアを形成するためには、適用されたエネルギーが、各パルス間で一貫性あるものであることが重要である。増大したパルス繰返し率で作動するものの、充分なエネルギー及び一貫性あるパルス間エネルギーの出力パルスを提供するようなレーザヴァイア穿孔システムに対するニーズが発生している。
発明の概要
本発明は、増大したパルス繰返し率、換言すれば１秒あたりのパルス数（以下同様）で作動するものの、充分なエネルギー及び一貫したパルス間エネルギーの出力パルスを提供するような、レーザヴァイア穿孔システム及びその作動方法にある。
本発明によって基板内にヴァイアホールを穿孔するためには、調波生成のためLBO結晶を用いて、パルス化レーザビームが形成される。レーザビームは、基板のアブレーションしきい値よりも大きいエネルギー密度，換言すれば１パルスあたりのエネルギー（Ｊ）（以下同様）を有する。パルス化レーザビームを用いてヴァイアホールが形成される。パルス化レーザビームのエネルギー密度は、第１のエネルギー密度より小さくかつ基板のアブレーションしきい値よりも小さいエネルギー密度まで減少させられる。パルス化レーザビームは、形成されるべき次のヴァイアの部位に再位置づけされる。パルス化レーザビームのエネルギー密度は、当初のエネルギー密度まで再び増大され、次のヴァイアホールが形成される。
パルス化レーザビームのエネルギー密度は、ビームのパルス繰返し率を増大させることによって減少させられる。同様にして、パルス化レーザビームのエネルギー密度は、ビームのパルス繰返し率を減少させることによって増大させられる。
【図面の簡単な説明】
本発明の構成及び作用の両方に関する詳細は、添付図面を参照することにより、最も良く理解することができる。なおこれらの図面中、同じ参照番号及び名称は、同じ要素を指すものである。
図１は、ヴァイアを形成するためのレーザシステムの概略的ブロック図である。
図２ａは、本発明による、図１に示されたレーザ源の概略的ブロック図である。
図２ｂは、本発明による、図１に示されたコンピュータのブロック図である。
図３ａは、BBO結晶を内含する先行技術のレーザヴァイア形成システムの動作を示す。
図３ｂは、LBO結晶を内含する先行技術のレーザヴァイア形成システムの動作を示す。
図３ｃは、本発明による、LBO結晶を内含するレーザヴァイア形成システムの動作を示す。
図４は、本発明による、ヴァイア穿孔プロセスの流れ図である。
発明の詳細な説明
図１に示されたレーザシステム100を用いて、ヴァイアを形成することができる。レーザシステム100は、レーザ光学系を通って導かれるパルス化レーザビーム102ａを出力するレーザ源102を内含している。光学系には、鏡104及び106及び、ブラインドヴァイアが形成されるときに用いられるもののスルーヴァイアが形成されるときには用いられないパターン化されたマスク110を通して、Ｘ−Ｙ位置づけテーブル114上に位置づけされた加工部材112の上に焦点ビームを導く焦点レンズ108が含まれる。焦点ビームは、マスク110の下にある基板上に焦点スポットを形成する。焦点スポットの形状は円形であっても楕円形であってもよい。
図１の加工部材112は、複数の交互に配置された誘電体層及び伝導層を含む積層基板である。付加的な積層化が適用された後、１つのステップで形成されたブラインドヴァイア又はスルーヴァイアは、埋込みヴァイアとなる。ブラインドヴァイアを、最も底部又は最も上部の誘電体層の上に形成させることも可能である。
レーザシステム100は、加工部材112との関係におけるレーザビームの焦点スポットの位置を制御する、コンピュータ116といったような制御デバイスを内含する。コンピュータ116は、焦点スポット位置づけ機構に対し制御信号を発出することにより焦点スポットの位置づけを制御する。このような機構の一例としては、アクチュエータ118及び120がある。コンピュータ116は、アクチュエータ118に対して制御信号Ｓ１を発出し、このアクチュエータはレンズ108をＸ方向に移動させる。コンピュータ116はさらに、制御信号Ｓ２をアクチュエータ120に発出し、このアクチュエータは位置づけ用テーブル114をＹ方向に移動する。組合せられたＸ及びＹの運動によりシステム100は、望ましいタイプのヴァイアを形成するべくコンピュータ116によってプログラミングされた要領でレーザビームを移動させることができる。
焦点スポット位置づけ機構のもう１つの例は、鏡104及び106の位置を制御するための検流計（galvanometer）の使用である。このタイプの検流計は、市販されており、市販のレーザ装置の中で設置可能である。いずれにしても、コンピュータ116は、望ましいヴァイアを形成するべくビームスポットの運動パターンを設定する目的で予めプログラミング可能である。その上、コンピュータ116は、方向、ビームパス（beam path）の速度（秒あたりのミリメートル単位での）、パルス繰返し率及びパワーといったようなレーザ発光パラメータを設定するため、レーザ源102に作動的に結合される。
コンピュータ116から出力される信号Ｓ３は、ナノセカンド（ns）単位でのパルス持続時間ならびに、秒あたり平均パワー及び秒あたりパルスの各変化の両方によりピークパワーに影響を及ぼす、レーザ源102のパルス繰返し率を制御する。これは、電子又は音響−光学Ｑ−スイッチングでパルス間隔を変えることによって、最もうまく行なわれる。パルスあたりのパワーはまた、アーク灯といったようなレーザ励起源に対する電流を調整することによっても変えることができる。これは、同じくコンピュータ116から出力される信号Ｓ４によって制御される。
制御コンピュータ116の一例は図２ｂに示されている。コンピュータ116は、ランダムアクセスメモリ（RAM）202、読出し専用メモリ（ROM）204、信号インタフェース206及び記憶デバイス210に接続されている中央処理ユニット（CPU）200を内含している。CPU 200は標準的にマイクロプロセッサ、例えばINTEL PENTIUMプロセッサをそなえて成る。RAM 202及びROM 204は、CPU 200により実行されるプログラム命令、及びプログラム実行中に使用されるデータを記憶する。信号インタフェース206は、CPU 200からの指令に応えて、図１に示されているＳ１，Ｓ２及びＳ３を出力する。
記憶デバイス210は、位置づけルーチン212及びパルス繰返し率ルーチン214を内含する。位置づけルーチン212は、焦点スポット位置づけ機構を制御する信号Ｓ１及びＳ２の生成を制御する。パルス繰返し率ルーチン214は、レーザ源102のパルス繰返し率を制御する信号Ｓ３の生成を制御する。
レーザ焦点スポットの動きの好ましいパターンは、スポットを「トレパニング（trepanning）」することであり、ここでビームスポットは望ましいヴァイアの中心内でスタートし、漸進的に外向きに、ヴァイアの外径に向かってらせんを描く。この時点で、ビームは、特定のヴァイアについて必要と定められた回転数だけヴァイアの中心のまわりで軌道を描いて回転する。完了時点で、焦点スポットは、らせんを描いて中心に戻り、その後次の指令を待つ。トレパニング速度の例としては１秒あたり10ミリメートル（mmps）が挙げられるが、0.4〜75mmpsであってもよい。
標準的には、単一の加工部品の中に多数のヴァイアが形成されている。１つのヴァイアが完成した時点で、レーザはオフに切換えられ、焦点スポットは次のヴァイア部位まで移動させられる。レーザはオフに切換えられているため、いかなる放射線も加工部材を照射せず、加工部材に対する損傷は全く発生しない。焦点スポットが次のヴァイア部位に到着した時点で、レーザビームは再びオンに切換えられ、次のヴァイアが形成される。
レーザ穿孔のために４倍のNd：YAGレーザ（波長は266nmに等しい）が用いられる場合、ヴァイアの入口の質は、レーザビーム内の非点収差を補正することによって確保できる。レーザ源102及び基板又は加工部材112の間のビームパスの中にプレート122が置かれている。特にビーム102ａは、プレート122内に形成されたアパーチャの中を通過する。ビームのレイリー範囲（Rayleigh range）以下である点にてビームパス内にプレート122が位置づけされる。アパーチャ122のサイズは、ビーム102ａのサイドローブ（side lobe）を遮断するように選択される。
ヴァイアを形成するのに適したレーザの例としては、周知の技術を用いて周波数逓倍される周知のNd：YAG（ネオジウム−イットリウム−アルミニウム−ガーネット）レーザがある。例えば、1065nmで発出するNd：YAGレーザは、355nmの波長で発出するべく周波数３倍化させるか、又は266nmの波長で発出するべく周波数４倍化させることができる。このようなレーザは、USA、オレゴンのElectro Scientific Industries of Portland製の5000型レーザ処理システムとして市販されている。
図１でレーザ源102として用いることのできる標準的な従来の周波数逓倍されたNd：YAGレーザ装置が図２に示されている。図２ａでは一例として、折返し型光路をもつレーザ源が示されているが、本発明は、インライン光路をもつレーザ源にも同様に応用できる。インラインレーザ源の作動は、以下で記述する折返し型レーザ源の作動と類似している。
レーザ共振器は、第１の共振器鏡252及び第２の共振器鏡268を、閉鎖光路の形に配置することによって形成される。共振器の内側には、Krアーク灯といったような光学ポンプ源258によりポンプされるNd：YAGレーザロッド256がある。共振器の内部にはまた、第２の調波生成（SHG）のための非線形結晶264及び折返し用鏡262も存在する。共振器の内部のレーザビーム270は、第１及び第２の共振器鏡252及び268の間で前後にはね返り、折返し用鏡262から離れるように反射し、レーザロッド256と非線形結晶264を通って伝搬する。レーザローッド256は、共振器の内側のレーザビーム24の波長を決定する基本波長として知られる特定の波長で光学的利得を有する。Nd：YAGレーザ内では、基本波長は標準的に1064nmである。レーザビーム24が非線形結晶264内を折返し用鏡262から第２の共振器鏡268への方向で伝搬するとき、第２の調波ビーム266が生成される。第２の調波ビーム266は、ビーム270の波長の半分である532nmの波長を有する。第２の共振器鏡268は、基本波長及び第２の調波波長の両方において非常に反射性が強く、両方のビーム共、非線形結晶264を通して反射して戻る。この第２の通過時点で、より多くの第２の調波エネルギーが生成される。折返し用鏡262は、基本波長で非常に反射性が高く、第２の調波波長で非常に透過性が高く、従って第２の調波ビーム266は折返し用鏡262の中を通過する。次に、第２の調波ビーム266は、非線形結晶272の中を伝搬し、第２の調波ビーム266の第２の調波であるビーム260を生成する。従ってビーム260は、基本波長の第４の調波であり、266nmの波長を有する。
折返し用鏡262は、レーザ共振器から第２の調波ビーム266を出力する手段を提供する。ビーム270は、レーザ共振器の内部にとどまり、Ｑ−スイッチ254の中を通過する。Ｑ−スイッチ254は、レーザビーム270を、高いピークパワーをもつ短かいパルス列に変える。パルス化ビーム270は、第２の調波ビーム266及び第４の調波ビーム260もまたパルス化されるようにする。
周知の調波生成材料としては、ベータホウ酸バリウム、β−BaB2O4（BBO）、リン酸カリウムチタニル、Ｋ−TiOPO4（KTP）及び三ホウ酸リチウム、LiB3O5（LBO）がある。先行技術においては、図３ａ及び３ｂに示されているようにBBOがより優れたパワー安定性を提供することを理由として、レーザヴァイア形成といったような高い繰返し率のパルスの短かいバーストを必要とする利用分野においてはBBOが用いられる。レーザビームが最初に非線形結晶に適用された時点で、結晶がその動作温度まで加熱するまで、短かい不安定期間、つまりラグタイムが存在する。
標準的な従来のレーザヴァイア形成システムの正常な動作は、図３ａに示されている。レーザ源は、BBO結晶を用いる従来の周波数逓倍されたNd：YAGレーザである。ヴァイアホールの穿孔中、レーザ源は標準的に、秒あたり6000のパルス繰返し率302及び50μＪのパルスエネルギー304で作動させられる。穿孔作業間で、ビームターゲットが移動させられている間、レーザはオフ状態306にあり、いかなるエネルギーも生成しない（308）。ビームターゲットが次のヴァイアの場所で所定の場所にあるとき、レーザはオンに切換えられ、秒あたり6000のパルス繰返し率302及び50μＪのパルスエネルギー304で再び作動させられる。BBO結晶は、幾分かのラグタイム310を示すが、パワー安定性は受容可能な限界内にある。BBO結晶から発出されたパルスのエネルギー密度は標準的に10％以下から20％まで変動する。
従来のシステムでは、LBO及びKTP結晶はより低いパワー安定性を示すことになる。図３ａのために用いられているものに類似し、同様の作動条件下にある従来のシステムにおけるLBO結晶の性能は図３ｂに示されている。標準的に10〜20パルス持続するラグタイム312の間、結晶から出力されたパルスは、受容不可能なエネルギー安定性をもつ。従来のレーザ穿孔システムは、初期の低安定性パルスが基板材料を損傷し、形成不良のヴァイアを生成し得ることから、レーザヴァイア形成のためにLBO及びKTP結晶を使用することができなかった。
BBO結晶は、LBO又はKTP結晶に比べ著しく低い周波数逓倍効率を有する。例えば、1064nmの波長及び10ワットの平均パワーをもつレーザビームは、BBO結晶により、532nmの波長とわずか2.5〜４ワットの平均パワーをもつビームにまで周波数２倍化されることになる。10ワットの1064nmのビームは、２つのBBO結晶により、わずか300〜400ミリワット（mW）の平均パワーをもつ266nmのビームにまで周波数４倍化されることになる。標準的なヴァイア形成利用分野では、アブレーションしきい値を超えるために、40〜100ナノセカンド（ns）のパルス幅をもつ少なくとも40マイクロジュール（μＪ）のパルスエネルギーが必要とされるが、一般には少なくとも50μＪのパルスエネルギーが好ましい。300〜400mWの平均出力パワーをもつ266nmのレーザは、標準的には秒あたり約6000パルスの最大パルス繰返し率を可能にすることになる。
本発明においては、従来のシステムにおいて見られるBBO結晶の代りにLBO結晶が使用される。LBO結晶の変換効率（conversion efficiency）が増大した結果として、LBO結晶により266nmまで周波数４倍化され平均パワーが500〜5000mWである1064nmのレーザが得られる。こうして、秒あたり10,000〜20,000パルスのパルス繰返し率でレーザヴァイア形成を実施できることになる。
従来のレーザ穿孔システムとは対照的に、本発明は、先行技術の利用分野でLBO結晶の使用を妨げていたパワー不安定性を回避することから、本発明はLBO結晶を成功裡に利用するものである。本発明では、ラグタイム中のパワー不安定性は、各ヴァイア部位間でレーザをオフに切換えしないことによって回避される。図３ｃに示されているように、ヴァイアホールの穿孔中、レーザ源は一秒あたり10,000〜20,000のパルス繰返し率350及び少なくとも40μＪのパルスエネルギーで作動させられるが、好ましくは50μＪで作動させられる（352）。穿孔作業中、ビームターゲットが移動させられている間、レーザは、秒あたり20,000〜50,000のパルス繰返し率で作動させられ（354）、このように１秒あたりのパルス数を増大させることによって、各パルスのパルス幅（すなわち１パルス毎のパルス持続時間）が減少し、その結果レーザパルスの１パルスあたりのエネルギー（Ｊ）は、５〜15μＪまで下降させられる（356）。ビームターゲットが次のヴァイア位置にて所定の場所にあるとき、パルス繰返し率は、秒あたり10,000〜20,000まで下降させられ（350）、こうして少なくとも40μＪ、ただし好ましくは50μＪのパルスエネルギーが生成される（352）。この作業により、結晶は、その動作温度近くにとどまることになり、その結果、ラグタイム358中のパワー安定性は改善される。
従来のヴァイア形成装置においては、焦点スポットが次のヴァイア部位まで移動させられるとき、レーザはオフに切換えられる。本発明においては、焦点スポットが次のヴァイア部位まで移動させられるとき、レーザは、減少したパワーレベルでオン状態にある。減少したパワーレベル、すなわちパルスあたり５〜15μＪは、標準的なパッケージング及び回路板材料のアブレーションしきい値よりはるかに低いものである。さらに、焦点スポットは、穿孔作業中よりも高い速度、すなわち標準的に秒あたり15〜20ミリメートル（mm）で移動させられる。レーザビームは、次のヴァイア部位まで急速に移動させられることから、それが加工部材上の１つの場所を複数回打撃することは決してない。大部分の材料において、これは、加工部材に対する損傷を５〜10ミクロン（μｍ）の圧痕にまで低減させるのに充分である。このわずかな損傷さえも無くするためには、加工部材を５〜10μｍより厚い厚みの保護コーティングで被覆することができ、こうして加工部材自体に対する実質的に全ての損傷が効果的に防止される。
本発明によるヴァイアのレーザ穿孔プロセスが、図４に示されている。このプロセスは、ステップ402で始まり、このステップでは、秒あたり10,000〜20,000パルスの穿孔パルス繰返し率、及び少なくとも40μＪ、好ましくは50μＪのパルスエネルギーを用いてヴァイアが穿孔される。ステップ404では、パルス繰返し率は秒あたり20,000〜50,000パルスまで上昇させられ、またパルスエネルギーは５〜15μＪまで下降する。ステップ406では、焦点スポットは、穿孔されるべき次のヴァイアの部位まで移動させられる。ステップ408では、穿孔パルス繰返し率は再度設定される。次いで該プロセスはステップ402までループバックし、次のヴァイアが穿孔される。
本発明を、例示された実施形態と関連づけて記述してきたが、その真の思想及び範囲から逸脱することなく変更を加えることも可能であるということが評価され理解されることだろう。
【図１】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図３ｃ】
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【図４】
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