(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属表面上にエポキシ樹脂層が形成された加工対象物に、パルス幅が１〜２０ｐｓであるパルスレーザビームを入射させ、前記加工対象物に穴をあけるレーザ加工方法であって、前記パルスレーザビームの波長が５１０〜５４０ｎｍであり、前記加工対象物の表面における前記パルスレーザビームのパワー密度が７×１０10Ｗ／ｃｍ2以上であるレーザ加工方法。
【請求項２】
前記加工対象物の前記金属表面が露出するまで、前記パルスレーザビームを前記加工対象物に入射させる請求項１に記載のレーザ加工方法。
【請求項３】
前記パルスレーザビームが、Ｎｄ：ＹＡＧレーザの２倍高調波またはＮｄ：ＹＬＦレーザの２倍高調波である請求項１または２に記載のレーザ加工方法。
【請求項４】
樹脂表面上に銅層が形成された加工対象物に、パルス幅が１〜２０ｐｓであるパルスレーザビームを入射させ、前記加工対象物に穴をあけるレーザ加工方法であって、前記パルスレーザビームの波長が５１０〜５４０ｎｍであり、前記加工対象物の表面における前記パルスレーザビームのパワー密度が６×１０10Ｗ／ｃｍ2以上であるレーザ加工方法。
【請求項５】
前記パルスレーザビームが、Ｎｄ：ＹＡＧレーザの２倍高調波またはＮｄ：ＹＬＦレーザの２倍高調波である請求項４に記載のレーザ加工方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザ加工方法に関し、特に加工対象物にレーザビームを入射させて穴開け加工を行うレーザ加工方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
金属層上に形成された樹脂層に、紫外領域のパルスレーザビームを集光させて穴あけ加工を行う方法が知られている。レーザビームのパルスエネルギを、樹脂層はアブレーションされるが金属層はアブレーションされない大きさに設定しておくと、下地の金属層にダメージを与えることなく、樹脂層に貫通孔を形成することができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
パルスエネルギがゆらぎ、所望の値よりも大きくなると、金属層がダメージを受ける場合がある。また、装置の取り扱いの便利さを考慮すると、気体レーザ発振器よりも固体レーザ発振器を使用することが好ましい。ところが、固体レーザ発振器を用いて紫外領域のレーザビームを得るためには、非線形光学結晶を用いて第３高調波よりも高次の高調波を発生させなければならない。このため、レーザビームのエネルギ利用効率が低下する。
【０００４】
本発明の目的は、固体レーザ発振器の利用に適したレーザ加工方法を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の一観点によると、金属表面上にエポキシ樹脂層が形成された加工対象物に、パルス幅が１〜２０ｐｓであるパルスレーザビームを入射させ、前記加工対象物に穴をあけるレーザ加工方法であって、前記パルスレーザビームの波長が５１０〜５４０ｎｍであり、前記加工対象物の表面における前記パルスレーザビームのパワー密度が７×１０10Ｗ／ｃｍ2以上であるレーザ加工方法が提供される。
また、本発明の他の観点によると、樹脂表面上に銅層が形成された加工対象物に、パルス幅が１〜２０ｐｓであるパルスレーザビームを入射させ、前記加工対象物に穴をあけるレーザ加工方法であって、前記パルスレーザビームの波長が５１０〜５４０ｎｍであり、前記加工対象物の表面における前記パルスレーザビームのパワー密度が６×１０10Ｗ／ｃｍ2以上であるレーザ加工方法が提供される。
【０００６】
この波長帯域のレーザビームは、固体レーザの２倍高調波を発生させることにより得られる。固体レーザを用いると、気体レーザを用いる場合に比べて、装置の維持管理が容易になる。また、３倍高調波以上の高次の高調波を用いる場合に比べて、エネルギ変換効率を高く維持することが可能になり、エネルギ利用効率を高めることができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
図１（Ａ）に、本発明の第１の実施例によるレーザ加工方法で用いられるレーザ加工装置の概略図を示す。レーザ光源１がパルスレーザビームを出射する。レーザ光源１から出射したパルスレーザビームは、集光レンズ２に入射する。ＸＹステージ３の可動面上に加工対象物４が保持されている。集光レンズ２により収束されたレーザビームが、ＸＹステージ３に保持された加工対象物４の表面に入射する。
【０００８】
レーザ光源１は、波長１０４７ｎｍ、パルス幅１２ｐｓ、パルスの繰り返し周波数１０Ｈｚ、パルスエネルギ１００μＪ／パルスのＮｄ：ＹＬＦレーザ発振器と非線型光学素子とを含んで構成され、２倍高調波（波長５２３ｎｍ）を発生させる。２倍高調波を発生させるための非線形光学結晶として、ＢａＢＯ3を用いた。なお、２倍高調波はパルス幅１０ｐｓで出射される。基本波から２倍高調波に波長を変換すると、パルス幅は短くなる。
【０００９】
集光レンズ２として、焦点距離５０〜４００ｍｍの種々の平凸レンズを用いた。加工対象物４の表面上でビームスポット径が最小になるように、集光レンズ２と加工対象物４との間の距離が調節されている。
【００１０】
図１（Ｂ）に示すように、レーザ光源１と集光レンズ２との間にアイリス５を配置し、ビーム断面形状を成形してもよい。また、ＸＹステージ３の可動面を水平に配置し、折返しミラー６でレーザビームを鉛直下方に反射させてもよい。
【００１１】
次に、図２を参照して、本発明の第１の実施例によるレーザ加工方法について説明する。
図２（Ａ）に示すプリント基板を、図１に示したＸＹステージ３に保持する。プリント基板は、ガラスエポキシ基板１０、その上に形成された金属層１１、及びその上に形成された厚さ３５μｍの樹脂層１２により構成されている。金属層１１は、例えば、銅、アルミニウム、金、銀、パラジウム、ニッケル、チタン、タングステン、プラチナ、モリブデン、またはこれらの金属の合金で形成される。樹脂層１２は、例えば、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、フェノール樹脂、テトラフルオロエチレンポリマ、ＢＴレジン、ベンゾシクロブテン等で形成される。また、これらの樹脂に無機系のフィラーを混ぜたものでもよい。レーザ光源１から出射したレーザビームを樹脂層１２に入射させる。
【００１２】
図２（Ｂ）に示すように、樹脂層１２がアブレーションされ、１００ショットで、樹脂層１２を貫通する穴１２ａが形成された。穴１２ａの直径は約２２μｍであり、その底面に金属層１１の底面が露出する。
【００１３】
第１の実施例では、波長５２３ｎｍの緑色レーザビームを用いたが、波長５００〜６００ｎｍのレーザビームを用いても同様の加工ができるであろう。波長５００ｎｍよりも短い波長のレーザビームを使用すると、樹脂層１２の下の銅層がダメージを受けやすくなる。波長６００ｎｍよりも長い波長のレーザビームを用いると、樹脂層をアブレーションさせるために３光子吸収を生じさせることが必要になり、加工効率が低下する。波長５００〜６００ｎｍのレーザビームを用いることにより、銅層に与えるダメージを少なくし、かつ樹脂層の加工効率の低下を防止することができる。
【００１４】
第１の実施例では、Ｎｄ：ＹＬＦレーザの２倍高調波を用いたが、Ｎｄ：ＹＡＧレーザの２倍高調波を用いてもよい。このように、固体レーザを用いると、気体レーザを用いる場合に比べて、装置の維持管理が容易になる。また、２倍高調波を用いているため、３倍以上の高次の高調波を用いる場合に比べて、エネルギ利用効率を高めることが可能になる。
【００１５】
図１（Ｂ）、図３及び図４を参照して、本発明の第２の実施例について説明する。第２の実施例で使用されるレーザ加工装置の基本構成は、図１（Ｂ）に示したものと同じである。ただし、第２の実施例で用いられるレーザ光源１は、パルス幅が１０ｐｓのパルスレーザビームを出射し、パルスエネルギを所定の範囲内の任意の値に設定することができる。波長及びパルスの繰り返し周波数は、第１の実施例の場合と同じである。レーザ光源１から出射されたパルスレーザビームは、アイリス５で断面を直径０．５ｍｍの円形に成形される。成形されたビームは焦点距離５０ｍｍの集光レンズ２により集束され、折返しミラー６で反射されて、ＸＹステージ３の可動面上に保持されている加工対象物４上に、直径０．０５ｍｍの円形の像を結ぶ。縮小率は１０である。
【００１６】
図３（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）に示す基板をＸＹステージ３上に保持する。
図３（Ａ）に示すのは、銅層２１の表面に厚さ５０μｍのエポキシ樹脂層２０が形成されたプリント基板である。
【００１７】
図３（Ｂ）に示すのは、アルミニウム層２３の表面に厚さ１０μｍのポリイミド樹脂層２２が形成された基板である。
図３（Ｃ）に示すのは、銅層２６の表面にガラスエポキシ層２５が、さらにその表面に厚さ１２μｍの銅層２４が形成されたプリント基板である。
【００１８】
図３（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）に示す基板のそれぞれエポキシ樹脂層２０、ポリイミド樹脂層２２、銅層２４に、レーザ光源１から出射されたパルスレーザビームを入射させる。パルスエネルギの設定を様々に変化させて、それぞれの層に穴を開け、下の層の表面が露出するまでのショット数から、１パルス当たりの穿孔深度を計算した。
【００１９】
図４に、エポキシ樹脂層２０、ポリイミド樹脂層２２、銅層２４に入射するパルスレーザビームのフルエンスとエッチングレートとの関係を示す。横軸は加工対象物である各層表面におけるフルエンスを単位「Ｊ／ｃｍ2」で表し、縦軸はエッチングレートを単位「ｎｍ／パルス」で表す。すなわち縦軸は、１パルス当たりの穿孔深度を表す。ここでフルエンスは、ビームが入射する各層表面上におけるフルエンスを意味する。
【００２０】
黒四角で示したのが、エポキシ樹脂層２０を加工する場合の両者の関係である。このグラフにおいて、穴形成のしきい値は０．５８Ｊ／ｃｍ2だが、０．７１Ｊ／ｃｍ2あたりからの立ち上がりが急である。０．７Ｊ／ｃｍ2以上のフルエンスでレーザビームを入射させると、エポキシ樹脂層２０に穴を開けることができるといえるだろう。また、穴はエポキシ樹脂層２０が多光子吸収をすることで形成されるので、弱いパワーのビームを長時間照射しても穴を開けることはできない。したがって穴を開けるためのしきい値は、フルエンスよりもパワー密度で表すことが適当である。フルエンス０．７Ｊ／ｃｍ2、パルス幅１０ｐｓのレーザビームのパワー密度は７×１０10Ｗ／ｃｍ2である。このため、エポキシ樹脂層に穴を開けるためには、レーザビームのパワー密度を７×１０10Ｗ／ｃｍ2以上とすることが好ましい。
【００２１】
黒三角で示したのが、ポリイミド樹脂層２２を加工する場合の両者の関係である。穴形成のしきい値は０．４Ｊ／ｃｍ2である。フルエンス０．４Ｊ／ｃｍ2、パルス幅１０ｐｓのレーザビームのパワー密度は４×１０10Ｗ／ｃｍ2である。このため、ポリイミド樹脂層に穴を開けるためには、レーザビームのパワー密度を４×１０10Ｗ／ｃｍ2以上とすることが好ましい。
【００２２】
白丸で示したのが、銅層２４を加工する場合の両者の関係である。穴形成のしきい値は０．６Ｊ／ｃｍ2である。フルエンス０．６Ｊ／ｃｍ2、パルス幅１０ｐｓのレーザビームのパワー密度は６×１０10Ｗ／ｃｍ2である。このため、銅層に穴を開けるためには、レーザビームのパワー密度を６×１０10Ｗ／ｃｍ2以上とすることが好ましい。
【００２３】
穿孔する層を形成する材料によってしきい値は異なる。これを超えるパワー密度があれば穴を開けることができる。ただしパワー密度が大きすぎると、下の層に損傷を与えることになる。下層に損傷を与えないパワー密度で加工を行うことが好ましい。
【００２４】
第２の実施例では、波長５２３ｎｍのレーザビームを用いたが、波長が５１０〜５４０ｎｍのレーザビームを用いても同様の結果が得られるだろう。波長５２３ｎｍのレーザビームを照射した場合、樹脂層が２光子吸収をすることで、エポキシ樹脂層やポリイミド樹脂層に穴が形成されるが、樹脂層が２光子吸収をするのに適する波長の範囲は５１０〜５４０ｎｍであるからである。また、銅層に穴を形成する場合については、以下に説明する。
【００２５】
プリント基板の銅層は、電解研磨された試料の表面とは異なり、凹凸を有する。また、基板によっては、黒化処理されて銅層の表面が酸化しているものもある。更に一旦レーザを照射すると、銅層表面は溶けてしまいラフになる。このような銅層においては、たとえばＮｄ：ＹＬＦレーザの基本波（１０４７ｎｍ）などの、全固体レーザの基本波は、２倍高調波と比べると半分以下しか吸収されず、また、３倍高調波は２倍高調波に比較すると、２倍未満しか吸収されない。これに対し、レーザの波長変換の効率を考えると、通常、３倍高調波のエネルギは２倍高調波のそれの半分程度しか得られない。吸収の観点からは、短い波長のレーザビームが望まれ、エネルギ効率や、前述した装置の維持管理の観点からは基本波が最もよいことになるわけだが、これらのちょうど折り合うのが全固体レーザの２倍高調波の波長領域である５１０ｎｍ〜５４０ｎｍということになる。したがって、波長が５１０〜５４０ｎｍのレーザビームを用いても、同様の結果が得られるだろう。
【００２６】
また、第２の実施例においても、Ｎｄ：ＹＬＦレーザの２倍高調波のかわりに、Ｎｄ：ＹＡＧレーザの２倍高調波を用いることもできる。
第１及び第２の実施例では、パルス幅を１０ｐｓとしたが、その他のパルス幅のレーザビームを用いてもよい。パルス幅が長くなると、加工品質が低下するため、パルス幅は、２０ｐｓ以下とすることが好ましい。また、レーザ発振器の特性上、パルス幅は１ｐｓ以上とすることが好ましい。なお、ここでパルス幅とは、単位時間当たりのレーザ強度が、その最大値の半分まで立ち上がった時点から、最大値の半分まで低下した時点までの時間（半値全幅）を意味する。
【００２７】
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。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、波長５００〜６００ｎｍのレーザビームを用い、加工対象物をアブレーションさせて穴を形成することができる。波長５００〜６００ｎｍのレーザビームとして、Ｎｄ：ＹＬＦレーザ等の固体レーザの２倍高調波を用いることができる。このため、より高次の高調波を用いる場合に比べて、エネルギ利用効率を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例によるレーザ加工方法で使用するレーザ加工装置の概略図である。
【図２】第１の実施例のレーザ加工方法の加工対象物となるプリント基板の断面図、及び加工後のプリント基板の断面図である。
【図３】（Ａ）、（Ｂ）、及び（Ｃ）は、第２の実施例のレーザ加工方法の加工対象物となる基板の断面図である。
【図４】第２の実施例によるレーザ加工方法で使用するレーザ加工装置で、基板に穴を開けたときの、基板（加工対象物）の表面におけるフルエンスとエッチングレートとの関係を表すグラフである。
【符号の説明】
１  レーザ光源
２  集光レンズ
３  ＸＹステージ
４  加工対象物
５  アイリス
６  折返しミラー
１０  ガラスエポキシ基板
１１  金属層
１２  樹脂層
２０  エポキシ樹脂層
２１  銅層
２２  ポリイミド樹脂層
２３  アルミニウム層
２４  銅層
２５  ガラスエポキシ層
２６  銅層
【図１】
0003830830.tif 000002
【図２】
0003830830.tif 000003
【図３】
0003830830.tif 000004
【図４】
0003830830.tif 000005