激光加工方法以及激光加工装置的制作方法

专利名称：激光加工方法以及激光加工装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种激光加工方法以及激光加工装置，其照射脉冲激光，将层叠在导体层上的树脂制绝缘层的规定部位除去。
背景技术：
由层叠的导体层和绝缘层构成的印刷基板，在电气设备 通信 汽车等各产业中， 已成为不可欠缺的产业物资之一。在该印刷基板的加工中，当然也要求低成本·高可靠性 高生产能力。并且，近来还增加了降低环境负荷的要求，将现有的化学加工置换为激光加工的做法已经盛行起来。专利文献1 日本特开2002-118344号公报专利文献2 美国专利第5593606号说明书专利文献3 日本专利第38M522号公报

发明内容
发明人对上述现有的激光加工技术详细地进行研究，其结果，发现如下所述的课题。S卩，印刷基板的激光加工如在专利文献1的段落“0012”、“0013”中记载所示，由于与导体层相接的绝缘层为极薄的层(厚度0. 2 3 μ m)，所以向绝缘层进行激光照射所产生的热量，向热传导率较高的导体层扩散，难以实施以除去绝缘层为目的的激光加工。另外， 当前，对于特别重要的挠性印刷基板，在上述绝缘层中使用聚酰亚胺类树脂的情况最多，但如图1所示，在比0.8μπι长的波长区域(即，近红外区域)中，聚酰亚胺类树脂的透过率大于或等于80%，更使得利用由激光照射产生的热量对聚酰亚胺类树脂进行的加工变得困难。为了克服上述困难，在专利文献1及2中，提出了使用绝缘层的透过率较低(即， 吸收率较高)的波长小于或等于400nm的UV激光。但是，在该波长区域中，如图2所示，作为导体层而最多被使用的铜的吸收率也较高，由此，虽然在贯通绝缘层以及导体层这两者的开孔加工时等不存在问题，但在专利文献1中记载的需要去钻污(desmear)工序的盲孔加工等的情况下，产生下述问题，即，不仅将绝缘层除去而且对导体层也进行了除去加工。为了避免上述情况，在专利文献1中提出了下述激光加工方法等，即，在利用CO2 激光粗略除去绝缘层后，利用UV激光进行精加工工序，在该精加工工序中将激光照射的能量密度(J/cm2)(以下称为能流密度)设定为与导体层的分解阈值相比较低、并且与绝缘层的分解阈值相比较高。但是，特意采用上述多种波长的激光这一点，当然会导致制造设备的高成本，也导致可靠性下降和生产能力下降。尤其是，使用UV激光这一点本身，如专利文献2所述，为了产生高次谐波而需要非线性光学晶体，导致由非线性光学晶体本身的光损伤的危险性所引起的可靠性下降、输出功率下降及不稳定化、出射光束波面(beam profile)的不稳定化、以及成本提高等，与上述对印刷基板加工的要求不一致。另外，对于波长小于或等于400nm的UV激光，在用于产生3次谐波的波长变换的过程中，其变换效率最多仅为40%。由此，消耗电力增大，常常还需要水冷设备，从降低消耗电力的角度出发也不优选。本发明就是为了解决上述课题而提出的，其目的在于，提供一种激光加工方法以及激光加工装置，其在对作为印刷基板等的构成要素之一的绝缘层进行的激光加工、特别是绝缘层的选择性除去中，不使用通过非线性光学晶体进行波长变换的技术，而且在除去加工的整个过程中仅使用1种波长。在本发明所涉及的激光加工方法中，通过向印刷基板等包含由导体层和树脂制绝缘层(用于与导体层直接接触的粘接剂也包含在绝缘层中)构成的层叠构造的对象物照射脉冲激光，从而将绝缘层中位于导体层上的规定区域中的部分除去。在该激光加工方法的一个实施方式中，实施对象物的设置工序、照射的脉冲激光的波长选择工序、照射的脉冲激光的能量设定工序、以及脉冲激光的照射工序。另外，上述各工序是利用本发明所涉及的激光加工装置(第1构造)执行的，在该第1构造的激光加工装置中，由种光源、放大用光纤、 波长选择单元等构成 MOPA(Master Oscillator Power Amplifier)构造。具体地说，在对象物的设置工序中，以脉冲激光通过绝缘层后到达导体层的方式设置对象物。在波长选择工序中，选择相对于导体层的吸收率小于10%的波长作为脉冲激光的波长。在能量设定工序中，脉冲激光的每一个脉冲的能流密度设定为大于或等于绝缘层的破坏损伤阈值。另外，所谓“破坏损伤阈值”如专利文献1的公开所示是指绝缘层的分解阈值，是通过破坏、损伤、气化开始除去该绝缘层的最小能流密度。另外，在照射工序中， 将具有如上述所示选择的波长以及所设定的每一个脉冲的能流密度的脉冲光，向设置的对象物的规定区域照射。另外，在本发明所涉及的激光加工方法的其它实施方式中，也可以实施对象物的设置工序、照射的脉冲激光的波长选择工序、照射的脉冲激光的能量设定工序、照射的脉冲激光的重复频率设定工序、以及脉冲激光的照射工序。另外，上述各工序也可以利用上述第 1构造的激光加工装置执行。具体地说，在对象物的设置工序中，以脉冲激光通过绝缘层后到达导体层的方式设置对象物。在波长选择工序中，选择相对于导体层的吸收率小于10%的波长作为脉冲激光的波长。在能量设定工序中，针对脉冲激光的每一个脉冲的能流密度，根据与绝缘层被破坏后的导体层表面上的碳检测浓度之间的关系而设定。另外，设定的每一个脉冲的能流密度，例如只要在10 13J/cm2的容许范围内即可。另外，在重复频率设定工序中，脉冲激光的重复频率设定为，使脉冲激光的半高宽小于5ns。在照射工序中，将具有所选择的波长、 所设定的每一个脉冲的能流密度以及重复频率的脉冲激光，向设置的对象物的规定区域照射。在本发明所涉及的激光加工方法的各实施方式中，优选脉冲激光的波长相对于绝缘层具有大于或等于70%的透过率。另外，作为本发明所涉及的激光加工装置的第2构造，也可以将上述第1构造的激光加工装置用作为激光光源，并且具有在脉冲激光所到达的绝缘层表面的加工区域内使脉冲激光进行扫描的照射光学系统。在此情况下，在绝缘层表面上，以下一次照射的脉冲激光的束斑相对于已照射的脉冲激光的束斑的重叠率(通过2个束斑中心的直线上的重叠区域宽度/束斑直径X 100)为40% 90%的万式，一边使脉冲激光在绝缘层表面上扫描一边进行照射。在本发明所涉及的激光加工方法的各实施方式中，优选脉冲激光的波长为可以从利用含有稀土类元素的光活性介质的激光光源直接输出的波长。在此情况下，优选光活性介质为％添加光纤。在本发明所涉及的激光加工方法的各实施方式中，优选脉冲激光的半高宽设定为，不使绝缘层的加工残渣以膜状或岛状残留在导体层表面上的程度。优选脉冲激光的半高宽大于IOps且小于5ns。优选脉冲激光的脉冲峰值时的照射强度设定为，不使绝缘层的加工残渣以膜状或岛状残留在导体层表面上的程度。其原因在于，可以使绝缘层被破坏后的导体层表面上的碳检测浓度进一步下降。另外，在上述第2构造的激光加工装置中，优选在将一边在加工区域内描绘任意的图案一边从扫描起点朝向扫描终点的光束扫描作为一个单位时，激光光源在该一个单位的光束扫描的期间中，对脉冲激光的生成条件中脉宽及重复频率的至少一个进行1次或大于1次的变更。另外，优选激光光源将一个单位的光束扫描中包含扫描开始时刻在内的光束扫描初期的脉冲激光的每一个脉冲的能流密度，设定为比该光束扫描初期以后的期间中的脉冲激光的每一个脉冲的能流密度大。其原因在于，通过上述构造，可以大幅度地提高加工效率。另外，光束扫描图案可以与加工区域的形状相对应而任意地设定，例如除了仅由曲线成分构成的螺旋状扫描图案以外，可以考虑仅由直线成分构成的扫描图案、由曲线成分和直线成分的组合构成的扫描图案等各种扫描图案。另外，在第2构造的激光加工装置中，优选激光光源将一个单位的光束扫描中包含扫描结束时刻在内的光束扫描末期的脉冲激光的脉冲峰值时的照射强度，设定为比该光束扫描末期以前的期间中的脉冲激光的脉冲峰值时的照射强度大。并且，优选照射光学系统在绝缘层表面上，以下一次照射的脉冲激光的束斑相对于已照射的脉冲激光的束斑的重叠率为40% 90%的方式，一边使脉冲激光在绝缘层表面上进行扫描，一边进行照射。在此情况下，可以有效地减少绝缘层的加工残渣。另外，也可以避免位于绝缘层下方的导体层的损伤。发明的效果根据本发明所涉及的激光加工方法以及激光加工装置，在印刷基板等的绝缘层的选择性除去中，不使用通过非线性光学晶体进行波长变换的技术，而且可以在所有工序中仅使用一种波长。


图1是表示各种绝缘体的透过率频谱的图。图2是表示各种金属的吸收率频谱的图。图3是表示在本发明所涉及的激光加工方法中优选使用的激光加工装置的第1实施方式(第1构造)的结构的图。图4是表示在通过调整设置于种光源后段的带通滤波器的中心波长，从而使种光源的输出脉冲变形的情况下的脉冲波形以及频谱的图。
图5是示意地表示利用图3的第1实施方式所涉及的激光加工装置中的带通滤波器除去ASE的情况的图。图6是示意地表示利用图3的第1实施方式所涉及的激光加工装置中的带通滤波器除去ASE的情况的图。图7是表示模式1下的激光加工装置(图幻的输出脉冲激光的脉冲波形的图。图8是表示模式1下的激光加工装置(图幻的输出脉冲激光的重复频率和脉冲能量的关系的图。图9是表示模式2下的激光加工装置(图幻的输出脉冲激光的脉冲波形的图。图10是表示模式2下的激光加工装置(图幻的输出脉冲激光的重复频率和脉冲能量的关系的图。图11是表示在本发明所涉及的激光加工方法中优选使用的激光加工装置的第2 实施方式(第2构造)的结构的图。图12是表示在本发明所涉及的激光加工方法中优选使用的激光加工装置的第3 实施方式(第3构造)的结构的图。图13是表示在模式1及模式2各自下的脉冲半高宽和每一个脉冲的能流密度之间的关系的曲线图。图14是印刷基板(包括导体层和绝缘层的层叠构造在内)的剖面图。图15是在模式1下使脉冲的重复频率变化为500、400、312. 5,200,166. 7、IOOkHz 时，通路孔的利用光学显微镜观察得到的照片以及SEM照片。图16是在模式1下使脉冲的重复频率变化为500、400、312. 5,200,166. 7、IOOkHz 时，通路孔的利用光学显微镜观察得到的照片以及SEM照片。图17是表示在模式1下，上述重复频率下的每一个脉冲的能流密度、和残留在通路孔底部的碳的检测浓度之间的关系的曲线图。图18是表示加工区域内的脉冲激光的扫描图案的一个例子的图。图19是表示在模式2下将种光源的调制电流脉宽设为5ns的情况下的输出脉冲波形的图。图20是将模式1、2、2A各情况下的重复频率、脉宽以及能流密度的关系汇总的表。符号的说明1、2、3…激光加工装置(激光光源)、200a、200b…照明光学系统、100…种光源、 110…YbDFUll…光耦合器、112…激励光源、113…光耦合器、114、115…光隔离器、120··· 带通滤波器、130…YbDF、131…光耦合器、140…带通滤波器、150…YbDF、151…光耦合器、 152…激励光源、153…光耦合器、160…YbDF、161…合并器、162 166…激励光源、167… 光隔离器、170…端盖、171…准直仪、172…偏振无关隔离器、173…扩束器、174…电扫描器、 175…远心F θ透镜、175、176…风洞。
具体实施例方式下面，参照图3至20，详细说明用于描述本发明所涉及的激光加工方法以及激光加工方法的实施方式。另外，在附图的说明中，对于相同部位、相同要素标注相同标号，省略重复说明。
图3是表示本实施方式所涉及的激光加工方法中优选使用的激光加工装置的第1 实施方式(第1构造)的结构的图。在图3中，第1实施方式所涉及的激光加工装置1具有 种光源100、YbDF 110、带通滤波器120、YbDF 130、带通滤波器140、YbDF 150以及YbDF 160 等，利用这些要素构成MOPA构造。该激光加工装置1输出适合用于激光加工的波长lOeOnm 附近的脉冲激光，具体地说，输出1040nm至1150nm的脉冲激光。种光源100包含可以直接调制的半导体激光器，从该半导体激光器中输出脉冲激光。从高功率化的角度出发，另外，从避免感应布里渊散射(SBQ等非线性效应的角度出发，优选半导体激光器为法布里-珀罗型激光器。另外，该半导体激光器输出使作为放大用光纤的％DF 20、40、50具有增益的波长1060nm附近的脉冲激光。YbDF 110、130、150、160是对从种光源100输出的波长1060nm附近的脉冲激光进行放大的光学元件，是分别通过向由玻璃形成的光纤的纤芯中作为活性物质添加％元素而得到的。％DF 110、130、150、160的优势在于，激励光波长和被放大光波长彼此接近，功率变换效率高。另外，％DF 110、130、150、160的优势在于，在波长1060nm附近具有较高增益。利用上述YbDF 110、130、150、160构成4级光纤放大器。向第1级％DF 110顺向供给从激励光源112输出且依次通过光耦合器113以及光耦合器111后的激励光。并且，％DF 110对从种光源100输出且依次通过光隔离器114 以及光耦合器111后的脉冲激光进行放大。110放大后的脉冲激光经由光隔离器 115输出。带通滤波器120输入在第1级％DF 110中放大并通过光隔离器115后的脉冲激光，使该输入的脉冲激光的波长频带中特定波长频带成分衰减。向第2级％DF 130顺向供给从激励光源112输出且依次通过光耦合器113以及光耦合器131后的激励光。并且，YbDF 130对从带通滤波器120输出且通过光隔离器131 后的脉冲激光进行放大。带通滤波器140输入在第2级％DF 130中放大后的脉冲激光，使该输入的脉冲激光的波长频带中特定波长频带成分衰减。向第3级％DF 150顺向供给从激励光源152输出且通过光耦合器151后的激励光。并且，％DF 150对从带通滤波器140输出且通过光隔离器153后的脉冲激光进行放大。向第4级％DF 160顺向供给从各个激励光源162 166输出且通过合并器161 后的激励光。并且，％DF 160对在第3级％0 150中放大且依次通过光隔离器167以及合并器161后的脉冲激光进行放大。由该％DF 160放大的脉冲激光经由端盖170，向该激光加工装置(激光光源)的外部输出。更优选的构成例如下所述。第1级％DF 110为单一包层Al共添加石英类％DF， 具有5wt %的Al浓度、10 μ m的纤芯直径、125 μ m的包层直径、70dB/m的915nm频带激励光非饱和吸收、240dB/m的975nm频带激励光非饱和吸收峰值、7m的光纤长度。第2级％DF 130为单一包层Al共添加石英类％DF，具有5wt %的Al浓度、10 μ m的纤芯直径、125 μ m的包层直径、70dB/m的915nm频带激励光非饱和吸收、240dB/m的975nm频带激励光非饱和吸收峰值、7m的光纤长度。第3级YbDF 150为双层包层磷酸盐玻璃类YbDF，具有洸浓度、0.8wt% 的Al浓度、10 μ m的纤芯直径、外径为125 μ m且其剖面形状为8边形的第一包层直径、1.8dB/m的915nm频带激励光非饱和吸收、: 的光纤长度。第4级％DF 160为双层包层Al 共添加石英类％DF，具有5wt %的Al浓度、10 μ m的纤芯直径、125 μ m的包层直径、80dB/m 的915nm频带激励光非饱和吸收、3. 5m的光纤长度。向％0 110、130、150、160供给的激励光的波长均为0.975 μ m频带。向％DF 110 供给的激励光为功率200mW的单模光。向％0 130供给的激励光为功率200mW的单模光。 向％0 150供给的激励光为功率2W的多模光。另外，向％0 160供给的激励光为功率 14W的多模光。在本第1实施方式所涉及的激光加工装置1中，作为种光源100使用法布里-珀罗型半导体激光器。另外，为了短脉冲化，如图4的区域(a)及区域(b)所示，设置在种光源100后段的带通滤波器120的中心波长调整为在各区域中示出的曲线C2或者C3的状态， 脉冲激光的半高宽可以从大约5ns压缩至0. 5ns。图4的区域(a)表示在通过对设置于种光源100后段的带通滤波器120的中心波长进行调整而使种光源100的输出脉冲变形的情况下的脉冲波形。图4的区域(b)表示该情况下的频谱。另外，图4的区域(c)是将图4的区域(a)的局部放大的图。各区域中示出的曲线Cl表示不存在带通滤波器的情况。曲线C2至C7表示带通滤波器120的中心波长从长波长侧逐渐移至短波长侧的情况。另外，如曲线C2、C3所示，如果使带通滤波器120的中心波长相对于种光源100的频谱的中心波长大幅地失调，则在其下游中产生的ASE增大。为了抑制上述ASE成分，如图3所示，优选在与种光源的下游连接的光放大器的内部插入多个带通滤波器。带通滤波器120、140各自的透过频谱的半高宽为3nm。图5及图6是示意地表示利用激光加工装置1 (图3)中的带通滤波器120、140除去ASE的情况的图。如图5所示，在带通滤波器120的透过频谱(图5的区域(a)及区域(b)中的Dl) 的中心波长与种光源10的输出光的频谱(图5的区域(b)中的D2)的峰值波长大致一致的情况下，可以较高地保持从带通滤波器120输出的光(图5的区域(b)中的D3)的功率。 其结果，可以较高地保持与从位于带通滤波器120后段的％DF 130输出的光(图5的区域 (b)中的D4)中包含的ASE成分相比较的S/N比。与此相对，如图6所示，在带通滤波器120的透过频谱(图6的区域(a)至(c)中的E 1)的中心波长与种光源10的输出光的频谱(图6的区域(a)中的E2)的峰值波长大幅偏离的情况下，从带通滤波器120输出的光(图6的区域(b)中的E3)的功率相对于输入时较大地衰减。其结果，与从位于带通滤波器120后段的％DF 130输出的光(图6的区域 (b)及区域(c)中的E4)中包含的ASE成分相比较的S/N比大幅度地恶化。为了避免上述情况，通过在YbDF130的下游进一步插入带通滤波器140，从而可以改善从带通滤波器120 中输出的光(图6的区域(c)中的E5)的S/N比。另外，此时，优选带通滤波器140的中心波长设定为与带通滤波器120的中心波长相比，接近种光源10的输出频谱的峰值波长。并且，作为第3级％DF 150，使用ASE频带比Al共添加石英类％DF更窄的磷酸盐玻璃类％DF。在如上所述构成的激光加工装置1中，如图7所示实现脉冲峰值最高至56kW的输出。在该图 7 中，示出重复频率为 100kHzU66. 7kHz,200kHz,312. 5kHz,500kHzUMHz 以及 2. 5MHz的脉冲波形。另外，在测定该脉冲波形时，在位于激光加工装置1的输出端的端盖170后，插入衰减量65dB左右的空间衰减器，来自端盖170的输出光由「〃 一，#」制造的光电变换模块(SIR5-FC型)受光，利用「横河電機」制造的示波器(DL9M0)对来自该光电变换模块的电气输出波形进行观测。在重复频率2. 5MHz IOOkHz的任意条件下，脉宽均在0. 5士0. Inm的范围内。图8是表示激光加工装置1的输出脉冲激光的重复频率和脉冲能量之间的关系的图。如该图8所示，输出脉冲激光的脉冲能量最高为0.041mJ。以下为了方便，将该动作状态称为模式1。另外，为了比较，基于从图3所示的结构中去掉带通滤波器140后的结构，在不进行以上述短脉冲化为目的的带通滤波器120的调整的情况下，也试行使用脉冲半高宽大于或等于5ns的输出脉冲激光的激光加工。以下为了方便，将该动作状态称为模式2。图9是表示模式2下的激光加工装置1的输出脉冲激光的脉冲波形的图。图10是表示模式2下的激光加工装置1的输出脉冲激光的重复频率和脉冲能量之间的关系的图。另外，由于将电脉冲调制宽度设定为20ns，所以在重复频率为500kHz时，脉冲半高宽为18ns，但重复频率越低，由于光纤放大部的过渡响应，脉冲的半高宽越小。例如，在重复频率为50kHz时，脉冲的半高宽为5. 3ns。如图10所示，其脉冲能量最高为0. 24mJ，达到模式1的情况下的大约6倍。下面，说明将从激光加工装置1输出的脉冲激光向加工对象物照射的实验。具体地说，图11示出实现上述实验的第2实施方式所涉及的激光加工装置2的结构。如图11的区域(a)所示，第2实施方式所涉及的激光加工装置2将上述第1实施方式所涉及的激光加工装置1作为激光光源，此外，还具有照明光学系统200a。从激光加工装置1 (激光光源) 的端盖170至对象物的照射光学系统，依次由出射光束直径1. 6mm的准直仪171、偏振无关隔离器172、8倍的扩束器173、电扫描器174以及远心F θ透镜175构成。从端盖170输出的脉冲激光相对于通过上述光学元件时的该脉冲激光的透过率为75%。上述F θ透镜的焦距为164mm。对象物10上的束斑直径d由“d = (4/ π ) ·(焦距X波长)/(透镜前光束直径)”这一公式给出，得到17. 3 μ m。其结果，对象物上的激光的束斑面积为2. 35 X IO-6Cm20另外，电扫描器174经由F θ透镜175，使脉冲激光P从扫描起点Pl沿箭头Sl所示的方向一边扫描一边向对象物10的表面照射。另外，对象物10具有至少由导体层11和绝缘层12构成的层叠构造，该绝缘层12设置在该导体层11的表面Ila上，与该表面Ila 直接接触。另外，向绝缘层12的表面1 上照射的脉冲激光P的中心，如图11的区域(b) 所示，在加工区域AS内，从起点Pl沿箭头Sl所示的方向螺旋状地扫描。另外，如图11的区域(c)所示，相邻的脉冲激光P的中心Pla、Plb(脉冲激光的中心向箭头S2所示的方向移动)，以各自的束斑在区域AlO重合的方式，满足规定的重叠率(优选为40% 90% )。 另外，在图11的区域(b)中，作为光束扫描图案的一个例子，示出了螺旋状扫描图案，但不限定于此。例如，除了螺旋状扫描图案以外，可以设定仅由直线成分构成的扫描图案、由曲线成分和直线成分的组合构成的扫描图案等任意的光束扫描图案。如上所述，通过使脉冲激光P在加工区域AS内进行扫描，如图11的区域(d)所示， 可以使位于绝缘层12中的被除去部分(相当于加工区域AS)处的导体层11的表面Ila露出ο另外，为了提高绝缘层12的除去性能，向脉冲激光的照射区域(加工区域AS)作为辅助气体吹入氧气等助燃气体这一点更加有效。但是，对于印刷基板的开孔加工，绝大多数情况是要求高效率，如上所述(参照本申请的说明书第9页第2段)，需要利用电扫描器 174以及远心F θ透镜175进行光束高速扫描。在此情况下，由于脉冲激光的束斑高速地移动，所以不可能仅向束斑吹入助燃气体。作为其对策，在第3实施方式所涉及的激光加工装置3中具有下述结构，即，在F θ透镜175的正下方(F θ透镜175和绝缘层12的表面1 之间)设置风洞176，向该风洞176内注入助燃气体(O2)。具体地说，第3实施方式所涉及的激光加工装置3如图12所示，实质上具有与第2实施方式所涉及的激光加工装置2相同的结构，但在构造上，其不同点在于，在F θ透镜175和绝缘层12的表面1 之间设置有风洞 176。图13是表示在模式1及模式2各自下的脉冲半高宽和每一个脉冲的能流密度之间的关系的曲线图。在该图13中，模式1的数据由Δ符号表示，模式2的数据由 符号表示。另外，后述的模式2Α的数据由□符号表示。另外，在图13中，由虚线表示专利文献3 的段落“0005”中记载的“能流密度破坏阈值与脉宽的平方根成正比”的关系。如图13所示，每一个脉冲的能流密度，在模式1下最高为13J/cm2，在模式2下最高为77J/cm2。使上述模式1及模式2的脉冲激光，一边在重复频率为IOOkHz时的重叠率为88% 的条件下进行扫描，一边向在图14中示出了剖面构造的印刷基板10 (相当于图11的区域 (a)以及图12的对象物)照射，从而进行通路孔加工。该印刷基板10具有下述构造，S卩，层叠有厚度18 μ m的铜箔11 (相当于图11的区域(a)以及图12的导体层)、厚度14μπι的聚酰亚胺类树脂层12b以及厚度18 μ m的铜箔13。另外，印刷基板10也包含将上述层11、 12b、13粘接的粘接层(TPI)。由此，聚酰亚胺类树脂层12b以及粘接层构成绝缘层12 (相当于图11的区域(a)以及图12的绝缘层)。另外，在印刷基板10的铜箔13上，利用化学加工或者激光加工预先开孔。该通路孔加工的结果如图15及图16所示。图15及图16分别是在模式1下使脉冲变化为重复频率500、400、312. 5、200、 166. 7、100kHz时，通路孔的利用光学显微镜观察获得的照片以及SEM照片。特别地，在图 15中示出没有利用辅助气体，在通常的大气中进行加工时的结果。在图16中示出一边作为辅助气体而吹入氧气，一边进行加工时的结果。另外，图15及图16各自的区域(a)表示光学显微镜照片，图15及图16各自的区域(b)表示SEM照片。另外，图17是表示在模式1 下，上述重复频率下的每一个脉冲的能流密度和残留在通路孔底部的碳的检测浓度之间的关系的曲线图。其中，在检测碳时，使用能量色散型X射线荧光分析装置(以下称为EDX)。即使在利用UV激光进行加工时，也残留20At. %左右的残渣，但如图16所示可知， 如果在模式1下将氧气作为辅助气体，使能流密度大于或等于lOJ/cm2，则残渣浓度下降至与UV激光同等水平。另一方面，如图15所示，即使在没有使用氧气作为辅助气体的情况下，在能流密度为13J/cm2时，残渣的浓度也下降至与UV激光同等水平。并且，导体层的表面几乎没有被除去。另外，钻污(smear 以膜状或者岛状残留在导体层表面上的加工残渣)，如上所述 (参照本申请的说明书第1页15 17行)，由于脉冲激光照射所产生的热量向热传导率较高的导体层11传导，所以作为成功除去绝缘层12的条件，需要与能流密度同时考虑瞬间照射的最大功率、即脉冲峰值时的照射强度。在模式1下，在使用了氧气辅助气体的情况下， 在照射强度大于或等于18GW/cm2时成功除去绝缘层12。即使在不使用氧气辅助气体的情况下，如果照射强度大于或等于MGW/cm2，则也成功除去绝缘层12。对于上述照射强度的阈值，考虑到其也依赖于导体层11的材质、厚度、以及放置导体层11的工作台的材质，认为必须与作为对象物的印刷基板10的设计相对应而成为规定的值。根据上述内容，用于设置印刷基板10的工作台上表面的材质不采用热传导性较高的金属等，而优选采用热传导性较低的陶瓷、玻璃等。另外，在除去绝缘层12的初始阶段(在如图11的区域(b)所示的加工区域AS内进行1次光束扫描的情况下的初始扫描阶段)中，利用后述的图19的模式2A的能流密度较高的脉冲，对除去区域(加工区域AS)进行扫描，在除去绝缘层12的后期阶段(在如图 11的区域(b)所示的加工区域AS内进行1次光束扫描的情况下的后期扫描阶段)、即钻污的除去阶段中，适合使用最大照射强度优良且能流密度被抑制的模式1，如果对加工区域 AS(除去区域)的整个区域进行光束扫描，则可以期待将除去绝缘层12所花费的时间、导体层11的损伤均抑制为最小限度。虽然与专利文献1的(X)2激光和UV激光并用的方式类似，但在本发明中，可以由1台激光器进行这两种加工。图18示出此时的光束扫描图案的一个例子。在这里，图18的区域(a)是表示在直径50μπι的孔内部(预先形成在导体层13上的孔，且其底部相当于加工区域AQ从扫描起点Pl沿箭头S3所示的方向朝向扫描终点Ρ2 (加工区域AS的中心)的阿基米德螺旋状的光束扫描图案(相当于1次光束扫描)。最靠近外周附近的照射斑的中心彼此之间的距离为 11 μ m，如果考虑束斑直径为17. 3 μ m，则重叠率为36%左右(=(17. 3-11)/17. 3X 100)。 另外，图18的区域(b)表示下述光束扫描图案，即，在从扫描起点P 1朝向扫描终点P2的 1次光束扫描中的前半段，从扫描起点Pl沿箭头S4所示的方向，朝向加工区域AS的中心， 另一方面，在1次光束扫描的后半段，从加工区域AS的中心沿箭头S5所示的方向，朝向扫描终点P2。最靠近外周附近的照射斑的中心彼此之间的距离为7 μ m,如果考虑束斑直径为 17. 3μπι，则重叠率为 59% 左右(=(17. 3-7)/17. 3X100)。另外，图18的区域(a)的光束扫描图案是在从扫描起点P 1朝向扫描终点P2的 1次光束扫描的期间中，仅进行后述的模式2A下的光束扫描。图18的区域(b)的光束扫描图案的半径变化量为图18的区域(a)所示的光束扫描图案的2倍。另外，在图18的区域(b)的光束扫描图案中，在1次光束扫描中的前半段(从扫描起点Pl至加工区域AS的中心)进行模式2A下的光束扫描，另一方面，在后半段(从加工区域AS的中心至扫描终点 P2)进行模式1下的光束扫描。加工区域AS内的脉冲发射数均为100。下面，返回至图17进行说明，在模式2下，即使重复频率在50 500kHz的范围 (即，每一个脉冲的能流密度在8 77J/cm2的范围)内变化，利用EDX得到的碳的检测浓度不变，为60At. %左右。只要将以上的加工结果和图13进行比较，则成为LIB阈值的能流密度对脉宽的依赖性，不是如专利文献3的记载所示，能流密度破坏阈值与脉宽的平方根成正比这样的传统关系。可能如专利文献1的记载所示，由于成为残渣的与导体层11相接的绝缘层12部分，即使利用激光照射，热量也容易向导体传导，所以期望集中于更短时间而进行加热，其结果，与假设为材料单体时的上述LIB阈值的论证不符。但是，总之不会是如专利文献3所记载那样，如果没有使脉宽小于或等于IOps则无法成功地进行加工等，如图7所示，即使脉冲半高宽为0. 6ns左右，也可以成功地进行加工，所以在CPA等光放大部中不需要特殊的脉冲压缩方式。
但是，对于构成印刷基板10的聚酰亚胺类树脂层12b以及粘接层(构成绝缘层 12，均可以成为钻污)，各自存在各种组成，有时即使并非模式1所示的短脉冲，也可以除去绝缘层12。例如，在模式2下将种光源100的调制电流脉宽设为5ns的情况下，输出脉冲波形如图19所示，在100 400kHz的重复频率下，其脉冲半高宽为2ns左右。以下将该动作称为模式2A。在模式2A下，利用第3实施方式所涉及的激光加工装置3的照射光学系统200b， 使用氧气作为辅助气体，向印刷基板照射脉冲激光，进行通路孔加工，其结果，在重复频率 300 800kHz这种比较高(即，每一个脉冲的能流密度为较低的lOJ/cm2左右)的动作区域中，碳的EDX检测浓度可以为20At. %左右或更小(最佳情况为OAt. % )。并且，此时在导体层的表面上几乎没有损伤。并且，在向上述绝缘层照射模式1的脉冲列时，反而在重复频率300 400kHz的情况(即，每1个脉冲的能流密度为较低的5J/cm2左右的情况)下，碳的EDX检测浓度可以降低至20At. %左右。S卩，不仅存在随着绝缘层的材质的不同而优选每1个脉冲的能流密度较高的情况，而且也存在即使每1个脉冲的能流密度较低，也优选重复频率较高(大于或等于 300kHz,即重叠率为96% )的情况。但是，如图11所示，在脉宽大于或等于5ns的情况下， 无论重复频率如何均无法得到良好的结果。其原因如上所述被认为是，由于对于成为钻污的与导体相接的绝缘层部分，即使进行激光照射，热量也容易向导体传导，所以优选集中于更短时间以高峰值功率(如图19所示，光源输出大于或等于10kW，加工对象上为大于或等于7. 5kff)进行加热。图20是将模式1、模式2、模式2A各情况下的重复频率、脉宽以及能流密度的关系汇总的表。特别地，在图20中，区域(a)表示模式1的情况，区域(b)表示模式2的情况， 区域(c)表示模式IA的情况。另外，在上述图20的区域(a) (c)中示出绝缘层12加工成功的情况的实施例序号。另外，实施例1以及实施例2已在图13中对应地示出。在本实施方式中，利用原本会透过绝缘层的波长区域的激光对由导体层和绝缘层构成的印刷基板或者与其类似的复合材料中的绝缘层进行的选择性除去，不一定限于铜和聚酰亚胺类树脂的组合，例如在将主要成分为金(Au)、铝(Al)等的合金，使用于导体层或者附着于导体层表面上的镀层中的情况下，也可以实现良好的选择性除去加工。
权利要求
1.一种激光加工方法，在该方法中，将包含导体层和层叠在所述导体层上的树脂制绝缘层的对象物，设置在脉冲激光的光路上，通过向所述对象物照射脉冲激光，从而将所述绝缘层中位于所述导体层上的规定区域中的部分除去，其特征在于，将选择相对于所述导体层的吸收率小于10%且相对于所述绝缘层的透过率大于或等于70%的波长作为所述脉冲激光的波长的所述脉冲激光，向所述对象物的规定区域照射， 使所述脉冲激光在通过所述绝缘层后到达所述导体层。
2.一种激光加工方法，在该方法中，将包含导体层和层叠在所述导体层上的树脂制绝缘层的对象物，设置在脉冲激光的光路上，通过向所述对象物照射脉冲激光，从而将所述绝缘层中位于所述导体层上的规定区域中的部分除去，其特征在于，选择相对于所述导体层的吸收率小于10%且相对于所述绝缘层的透过率大于或等于 70%的波长作为所述脉冲激光的波长，根据与除去所述绝缘层后的所述导体层表面上的碳检测浓度的容许水平之间的关系， 设定所述脉冲激光的每一个脉冲的能流密度，以使所述脉冲激光的半高宽小于5ns的方式，设定所述脉冲激光的重复频率，将具有所述选择的波长、所述设定的每一个脉冲的能流密度以及所述设定的重复频率的所述脉冲激光，向所述对象物的规定区域照射，使所述脉冲激光在通过所述绝缘层后到达所述导体层。
3.根据权利要求1或2所述的激光加工方法，其特征在于，在所述绝缘层表面上，以下一次照射的脉冲激光的照射斑相对于已照射的脉冲激光的照射斑的重叠率为40% 90%的方式，一边使所述脉冲激光在所述绝缘层表面上进行扫描，一边进行照射。
4.根据权利要求1或2所述的激光加工方法，其特征在于，所述脉冲激光的波长为可以从利用含有稀土类元素的光活性介质的激光光源直接输出的波长。
5.根据权利要求4所述的激光加工方法，其特征在于，所述光活性介质为％添加光纤。
6.根据权利要求1或2所述的激光加工方法，其特征在于，所述脉冲激光的半高宽设定为，不使所述绝缘层的加工残渣以膜状或岛状残留在所述导体层表面上的程度。
7.根据权利要求1所述的激光加工方法，其特征在于，所述脉冲激光的半高宽小于5ns。
8.根据权利要求1或2所述的激光加工方法，其特征在于，所述脉冲激光的半高宽大于10ps。
9.根据权利要求1或2所述的激光加工方法，其特征在于，所述脉冲激光的脉冲峰值时的照射强度设定为，不使所述绝缘层的加工残渣以膜状或岛状残留在所述导体层表面上的程度。
10.一种激光加工装置，其执行权利要求1至9中任一项所述的激光加工方法，其特征在于，该激光加工装置具有激光光源，其生成所述脉冲激光；以及照射光学系统，其在所述脉冲激光所到达的所述绝缘层表面的加工区域内，使所述脉冲激光进行光束扫描，并且，在将一边在所述加工区域内描绘任意的图案一边从扫描起点朝向扫描终点的光束扫描作为一个单位时，所述激光光源在该一个单位的光束扫描的期间中，对所述脉冲激光的生成条件中脉宽及重复频率的至少一个进行1次或大于1次的变更，所述激光光源将所述一个单位的光束扫描中包含扫描开始时刻在内的光束扫描初期的所述脉冲激光的每一个脉冲的能流密度，设定为比所述光束扫描初期以后的期间中的所述脉冲激光的每一个脉冲的能流密度大。
11.根据权利要求10所述的激光加工装置，其特征在于，所述激光光源将所述一个单位的光束扫描中包含扫描结束时刻在内的光束扫描末期的所述脉冲激光的脉冲峰值时的照射强度，设定为比所述光束扫描末期以前的期间中的所述脉冲激光的脉冲峰值时的照射强度大。
12.根据权利要求10或11所述的激光加工装置方法，其特征在于，所述照射光学系统在所述绝缘层表面上，以下一次照射的脉冲激光的束斑相对于已照射的脉冲激光的束斑的重叠率为40% 90%的方式，一边使所述脉冲激光在所述绝缘层表面上进行扫描，一边进行照射。
全文摘要
本发明涉及一种激光加工方法以及激光加工装置，在印刷基板的绝缘层的选择性除去中，不使用通过非线性光学晶体进行波长变换的技术，而且可以在除去加工的整个过程中仅使用1种波长。在该激光加工方法中优选使用的激光加工装置(1)具有MOPA构造，并且具有种光源(100)、YbDF(110)、带通滤波器(120)、YbDF(130)、带通滤波器(140)、YbDF(150)以及YbDF(160)等。在本发明的激光加工方法中，照射从激光加工装置(1)输出的脉冲激光，对层叠在导体层上的树脂制绝缘层的规定部位进行除去加工，其中，使用被导体层吸收的光小于10％的波长的激光，使每一个脉冲的能流密度大于或等于绝缘层的破坏损伤阈值。
文档编号B23K26/36GK102196880SQ200980142278
公开日2011年9月21日 申请日期2009年10月23日 优先权日2008年10月23日
发明者仲前一男, 玉置忍, 角井素贵 申请人:住友电气工业株式会社