レーザ加工方法および装置
【課題】確実に有機物層および接着層を加工できるレーザ加工方法および装置を提供する。
【解決手段】レーザ加工方法は、有機物層と導体層とが接着層により接合されたフレキシブルプリント基板３００に、有機物層を除去するための第一パルスレーザを照射する工程と、有機物を除去した後に被加工物に接着層を除去するための第二パルスレーザを照射する工程とを備える。
【解決手段】レーザ加工方法は、有機物層と導体層とが接着層により接合されたフレキシブルプリント基板３００に、有機物層を除去するための第一パルスレーザを照射する工程と、有機物を除去した後に被加工物に接着層を除去するための第二パルスレーザを照射する工程とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、レーザ加工方法および装置に関し、より特定的には、有機物層を加工するレーザ加工方法および装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、レーザ加工方法および装置は、たとえば特開２００８−７３７６０号公報（特許文献１）に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−７３７６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１では、除去されるべき付着物が炭素を含む場合に加工対象物表面から付着物をきれいに除去することができる付着物除去方法を提供することを目的としている。この目的を達成するために、レーザ光源から出力されるレーザ光は、ミラーにより反射された後、レンズにより集光されて付着物に照射される。
【０００５】
しかしながら、従来の特許文献１の方法では、必ずしも十分に有機物を除去することができないという問題があった。
【０００６】
そこで、この発明は上述のような問題点を解決するためになされたものであり、確実に有機物を除去することが可能なレーザ加工方法および装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明に従ったレーザ加工方法は、有機物層と導体層とが接着層により接合された被加工物に、有機物層を除去するための第一パルスレーザを照射する工程と、有機物を除去した後に被加工物に接着層を除去するための第二パルスレーザを照射する工程とを備える。
【０００８】
このように構成されたレーザ加工方法では、有機物層を除去するのに適した第一パルスレーザと、接着層を除去するのに適した第二パルスレーザとを照射することで、有機物層のみならず接着層をも確実に除去することができる。
【０００９】
好ましくは、第一パルスレーザは炭酸ガスレーザであり、第二パルスレーザはファイバレーザ、ＹＡＧレーザまたはＹＶＯ4レーザのいずれかである。
【００１０】
好ましくは、第二パルスレーザは、非線形結晶により短波長に波長変換されたレーザである。
【００１１】
好ましくは、有機物層は、ポリイミド、ポリエチレンテレフタレートおよび液晶ポリマーからなる群より選ばれた少なくとも一種を含む。
【００１２】
好ましくは、被加工物は、フレキシブルプリント基板およびフラットケーブルのいずれかである、請求項１から４のいずれか１項に記載のレーザ加工方法。
【００１３】
好ましくは、被加工物は、ロール形状から引き出されて加工され、加工後はロール形状で巻き取られる。
【００１４】
好ましくは、第一または第二パルスレーザで加工中に加工部に酸素が供給される。
この発明に従ったレーザ加工装置は、上記のレーザ加工方法を実施するためのレーザ加工装置であって、有機物層と導体層とが接着層により接合された被加工物に、有機物層を除去するための第一パルスレーザと、有機物を除去した後に被加工物に接着層を除去するための第二パルスレーザを照射することが可能なレーザ源とを備える。
【発明の効果】
【００１５】
この発明は確実に有機物層および接着層を除去することが可能なレーザ加工方法および装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】この発明の実施の形態１に従った、レーザ加工装置の模式図である。
【図２】この発明の実施の形態１に従ったレーザ加工方法で加工されるフレキシブルプリント基板の断面図である。
【図３】この発明の実施の形態１に従ったレーザ加工方法において有機物を除去する工程を説明するための断面図である。
【図４】この発明の実施の形態１に従ったレーザ加工方法において孔の検査工程を説明するための断面図である。
【図５】ポリイミドの可視および紫外領域における透過率（縦軸）と波長（横軸）との関係を示すグラフである。
【図６】ポリイミドの可視および紫外領域における吸収率（縦軸）と波長（横軸）との関係を示すグラフである。
【図７】ポリイミドの赤外領域における吸収（縦軸）と波数（横軸）との関係を示すグラフである。
【図８】この発明の実施の形態２に従った加工方法で有機物層として用いられるＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）および液晶ポリマーの可視および紫外領域における透過率（縦軸）と波長（横軸）との関係を示すグラフである。
【図９】有機物層としてＰＥＴ樹脂を用いたフラットケーブルの断面図である。
【図１０】有機物層としてＰＥＴ樹脂を用いたフラットケーブルの加工工程を示す断面図である。
【図１１】この発明に従って形成された孔の平面図である。
【図１２】ＰＥＴの赤外領域における吸収（縦軸）と波数（横軸）との関係を示すグラフである。
【図１３】液晶ポリマーの赤外領域における吸収（縦軸）と波数（横軸）との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、この発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、以下の実施の形態では同一または相当する部分については同一の参照符号を付し、その説明については繰返さない。また、各実施の形態を組合せることも可能である。
【００１８】
（実施の形態１）
図１は、この発明の実施の形態１に従った、加工部と測定部とを有するレーザ加工装置の模式図である。図１を参照して、この発明の実施の形態１に従ったレーザ加工装置１は、樹脂を加工する加工部１００と、加工部１００で加工された樹脂を測定する測定部２００とを有する。加工部１００は、炭酸ガスレーザ源である加工用レーザ源１１０と、加工用レーザ源１１０から照射されたレーザ光１１１の向きを変えるためのガルバノスキャナ１２０と、ガルバノスキャナ１２０で反射したレーザ光を収束させるＦθレンズ１３０とを有する。Ｆθレンズ１３０で集光されたレーザ光１１２は、フレキシブルプリント基板３００の表面に照射される。レーザ光１１２が照射される領域が加工エリア３１０であり、フレキシブルプリント基板上の有機物層が除去される。
【００１９】
加工用レーザ源１１０は、複数の種類のパルスレーザを照射することが可能である。この複数のレーザは、フレキシブルプリント基板上の有機物層および接着層を除去するための最適な波長を有する。
【００２０】
加工エリア３１０に隣接するように測定エリア３２０が設けられる。測定エリア３２０では、加工エリア３１０で加工された部分が正しく加工されているかどうかが測定される。
【００２１】
加工エリア３１０では、加工箇所に加工を促進するためのガスを供給することが可能である。
【００２２】
測定部２００は、残渣測定用レーザ源２１０を有する。残渣測定用レーザ源２１０から射出されたレーザ光２１１は、ガルバノスキャナ２２０で反射してそのレーザ光は集光レンズ２３０を透過する。集光レンズ２３０を透過したレーザ光は測定エリア３２０のフレキシブルプリント基板３００表面で反射して受光部２４０で検出される。受光部２４０は、レーザ光２１３を測定することで加工エリア３１０での加工状態を撮像することができる。なお、測定部２００は必ずしも設ける必要はない。
【００２３】
加工用レーザ源１１０、ガルバノスキャナ１２０、２２０、残渣測定用レーザ源２１０および受光部２４０はそれぞれ制御部４００に接続されている。測定したデータまたは照射するレーザの強さなどが制御部４００により送られる。制御部４００では、コンピュータにより、得られたデータをもとにして、加工が適切に行なわれているかどうかを判断することができる。
【００２４】
図２は、この発明の実施の形態１にレーザ加工方法で加工されるフレキシブルプリント基板の断面図である。図２を参照して、導電層１０、有機物層２０および導電層３０の積層構造体に開口３１を形成する。開口３１の直径はＤとされる。導電層１０はいずれの導電層であってもよい。たとえば、銅、アルミニウムなどの金属であってもよく、不純物が導入されたシリコンなどの半導体であってもよい。
【００２５】
また、有機物層２０は、たとえばポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリイミド（ＰＩ）および液晶ポリマー（ＬＣＰ）などのさまざまな有機物を採用することが可能である。接着層２０ａにより、有機物層２０は、導電層１０に接続されている。
【００２６】
図３は、この発明の実施の形態１に従ったレーザ加工方法において有機物を除去する工程を説明するための断面図である。図３を参照して、レーザ光１１２により、有機物層２０に孔２２を形成する。このとき、レーザ光１１２は、導電層１０を露出させるようにレーザ光１１２が照射される。
【００２７】
レーザ光１１２は、２段階にわたって照射される。最初は、有機物層２０を除去するための第一パルスレーザが照射される。このレーザは、炭酸ガスレーザなどの、長波長のレーザで、効率よく有機物層を除去することが可能となる。このとき、炭酸ガスレーザは、接着層２０ａを除去するのに適した特性を有しているとはいえない。その結果、炭酸ガスレーザ照射後に、接着層２０ａを除去するための第二パルスレーザを照射する。接着層除去用のレーザは、ファイバレーザ、ＹＡＧレーザまたはＹＶＯ4レーザのいずれかである。すなわち、単一のパルスレーザだけでは、接着層２０ａが残りやすくなる。これに対して、有機物層２０および接着層２０ａの両方に吸収が高い単一のパルスレーザで加工すると、薄い接着層２０ａで吸収を持つ波長のレーザを選定するため、接着層２０ａより厚い有機物層２０を加工する際に時間がかかる。そのため、厚い有機物層２０と、薄い接着層２０ａとを別々の波長のパルスレーザで加工することで、効率のよい加工を実施することができる。
【００２８】
一般に樹脂に代表される有機物層２０の吸収は、炭酸ガスレーザにおいて高い場合が多い。ところが、波長が長いため、厚さの薄い接着層２０ａを残してしまうことが多い。そこで、波長が１／１０のファイバレーザ、ＹＡＧレーザまたはＹＶＯ4レーザで接着層２０ａを照射除去することで樹脂残渣が無く、効率よく加工ができる。
【００２９】
そして、ファイバレーザ、ＹＡＧレーザまたはＹＶＯ4レーザは、非線形結晶を使って短波長化されたレーザとすることで、さらに吸収率が高くなり効率的に接着層２０ａを照射除去できる。
【００３０】
そして、有機物層２０としては、ポリイミド樹脂、ＰＥＴまたは液晶ポリマーが用いられる。有機物層２０および接着層２０ａをパルスレーザ除去する際には、酸素アシストガスを用いることが好ましい。この場合、レーザ単体の除去効果（アブレーション）だけでなくＣ＋Ｏ2→ＣＯ2という化学変化がおきて有機物層２０および接着層２０ａを効率よく加工することが可能になる。
【００３１】
図４は、この発明の実施の形態１に従ったレーザ加工方法において孔の検査工程を説明するための断面図である。図４を参照して、残渣測定用レーザ源２１０からレーザ光２１１を照射する。そして、孔２２の底２２ａから反射した電磁波を受光部２４０が検出する。このときの検出量によって、底２２ａにどの程度残存した有機物層２０が残っているかどうかを検出することができる。そして、底２２ａ全体で有機物層２０の残存量のマップを作成する。
【００３２】
図５は、ポリイミドの可視および紫外領域における透過率（縦軸）と波長（横軸）との関係を示すグラフである。図６は、ポリイミドの可視および紫外領域における吸収率（縦軸）と波長（横軸）との関係を示すグラフである。図５および図６を参照して、吸収率は、透過率と関連しており、吸収率＝１−透過率という式が成立する。
【００３３】
図７は、ポリイミドの赤外領域における吸収（縦軸）と波数（横軸）との関係を示すグラフである。図７を参照して、いずれの有機物層２０を構成する材料においても、特定の波数で吸収が大きくなっていることがわかる。これは、有機物層２０を構成する化学結合に起因する吸収である。
【００３４】
すなわち、レーザ加工方法は、有機物層２０を含む被加工物としてのフレキシブルプリント基板３００を準備する工程と、レーザ光１１２を照射して有機物層２０を加工する工程とを備える。
【００３５】
（実施の形態２）
図８は、この発明の実施の形態２に従った加工方法で有機物層として用いられるＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）および液晶ポリマーの可視および紫外領域における透過率（縦軸）と波長（横軸）との関係を示すグラフである。
【００３６】
図８を参照して、ＰＥＴおよび液晶ポリマーでは、約２００〜４５０ｎｍの範囲で吸光度が大きくなる。したがって、加工用のレーザ源としてこの波長のレーザを用いれば、有機物層を構成するＰＥＴおよび液晶ポリマーでの吸収が大きくなり、確実に除去することができる。なお、紫外および可視領域での吸収は、赤外領域での吸収のように、有機物を構成する特定の化学結合に基づく吸収ではない。そのため、赤外吸収で見られた鋭いピークは紫外および可視領域では見当たらない。
【００３７】
なお、以下において各樹脂の吸光度について説明する。
ＰＥＴでは、波数が１７１２ｃｍ-1において吸光度のピークが存在する。このピークは、エステルのＣ＝Ｏ結合に由来する。このピークの波長は５．８４μｍである。このような波長のレーザとして、浜松ホトニクス社量子カスケードレーザ（波長５．８μｍ）がある。
【００３８】
またＰＥＴは、波数が１２４０ｃｍ-1において吸光度のピークを有する。このピークは、カルボニル基のＣ−Ｏ結合に由来する。このピークの波長は８．０６μｍであり、このような波長のレーザとして、半導体レーザ（ＰｂＳ1-xＳｅx（波長４−８．５μｍ））がある。
【００３９】
またＰＥＴは波数１１００ｃｍ-1において吸光度のピークを有する。このピークはカルボニル基のＣ−Ｏ結合に由来する。このピークの波長は９．０９μｍであり、このような波長のレーザとして、半導体レーザ（Ｐｂ1-xＳｎxＴｅ（波長６．３−３２μｍ））がある。
【００４０】
またＰＥＴは可視領域の波長３００ｎｍにおいて吸光度のピークを有する。このような波長のレーザとして、ＸｅＣｌエキシマレーザ（波長０．３０８μｍ）がある。
【００４１】
ＰＩは赤外領域の波数が１７７５ｃｍ-1において吸光度のピークを有する。このピークはイミドＣ＝Ｏ結合に由来する。このピークの波長は５．６３μｍであり、このような波長のレーザとして、ＤＢｒ化学レーザ（波長５．８−６．３μｍ）がある。
【００４２】
またＰＩは、波数が１７１２ｃｍ-1の吸光度のピークを有する。このピークはイミドＣ＝Ｏ結合に由来する。このピークの波長は５．８４μｍであり、このような波長のレーザとしてＤＢｒ化学レーザ（波長５．８−６．３μｍ）がある。
【００４３】
またポリイミドは、波数１４００ｃｍ-1において吸光度のピークを有する。このピークは両側のベンゼン環のメチレンに由来する。このピークの波長は７．１４μｍであり、このような波長のレーザとして半導体レーザ（ＰｂＳ1-xＳｅx（波長４−８．５μｍ））が存在する。
【００４４】
またポリイミドは可視領域において波長が４５０ｎｍで吸光度のピークを有し、このような波長のレーザとしてＡｒイオンレーザ（波長０．４５μｍ）が存在する。
【００４５】
ＬＣＰは赤外領域において波数が１７３０ｃｍ-1の吸光度のピークを有する。このピークはエステルのＣ＝Ｏ結合に由来する。このピークの波長は５．７８μｍであり、このような波長のレーザとして浜松ホトニクス社製量子カスケードレーザ（波長５．８μｍ）または半導体レーザ（ＰｂＳ1-xＳｅx（波長４−８．５μｍ））が存在する。
【００４６】
またＬＣＰは波数１３００−１１５０ｃｍ-1の吸光度のピークを有する。このピークはエステルのＣ−Ｏ結合に由来する。このピークの波長は７．６９−８．７０μｍであり、このような波長のレーザとして半導体レーザ（ＰｂＳ1-xＳｅx（波長４−８．５μｍ））がある。
【００４７】
ＬＰＣは波数１６５０−１４００ｃｍ-1の吸光度のピークを有する。このピークは、ベンゼン環のＣ＝Ｃ結合に由来する。このピークの波長は６．０６−１．７４μｍである。このような波長のレーザとして、ＤＢｒ化学レーザ（波長５．８−６．３μｍ）、半導体レーザ（ＰｂＳ1-xＳｅx（波長４−８．５μｍ））がある。
【００４８】
また、ＬＰＣは波長４００ｎｍにおいて吸光度のピークを有し、このような波長のレーザとして半導体レーザ（波長が０．４１μｍ）およびＰｂ蒸気レーザ（波長０．４１μｍ）が存在する。
【００４９】
これらのレーザを加工用に用いることで、有機物層２０による吸収を高めることができる。
【００５０】
（実施の形態３）
図９は、有機物層としてＰＥＴ樹脂を用いたフラットケーブルの断面図である。図１０は、有機物層としてＰＥＴ樹脂を用いたフラットケーブルの加工工程を示す断面図である。図１１は、この発明に従って形成された孔の平面図である。
図９から図１１を参照して、有機物層２０に導電層２９が埋め込まれたフラットケーブルであっても、この発明の従った加工方法および加工装置の加工対象となる。具体的には、図１０で孔２２を製造する工程において、図１で示した方法および装置を使用することによって、有機物層２０と接着層２０ａを確実に除去することができる。
【００５１】
図１１で示すように、炭酸ガスレーザのみが照射された第一領域１１００では、孔２２の底においては導電層２９が露出していない。これは、接着層の取り残しが孔２２の底に残存しているからであると考えられる。これに対して、炭酸ガスレーザを照射した後にファイバレーザを照射した部分では、孔２２の底面において導電層２９が露出する。これは、ファイバレーザにより接着層が確実に除去されたからであると考えられる。
【００５２】
図１２は、ＰＥＴの赤外領域における吸収（縦軸）と波数（横軸）との関係を示すグラフである。図１３は、液晶ポリマーの赤外領域における吸収（縦軸）と波数（横軸）との関係を示すグラフである。図１２および図１３を参照して、特定の波数において、吸収が大きくなっていることがわかる。これは、有機物を構成する特定の化学結合（官能基）による吸収であり、このような吸収が存在すれば、その官能基を有する有機物が残存していることがわかる。そして、吸収が大きい波数のレーザを照射することで、効率よく樹脂にレーザのエネルギーを吸収させることができる。
【実施例１】
【００５３】
図２で示すような、銅板（厚みが１８μｍ）、ポリイミド系樹脂からなる接着層２０ａ（厚みが２−３μｍ）、有機物層２０を構成するポリイミド樹脂（厚みが２０μｍ）、ポリイミド系樹脂からなる接着層２０ａ（厚みが２−３μｍ）、銅板（厚みが１８μｍ）の層構造を有するフレキシブルプリント基板を準備した。
【００５４】
このフレキシブルプリント基板において、予め片側の銅板に図２で示すようにフォトリソグラフィと銅エッチングにより開口３１が形成されている。
【００５５】
フレキシブルプリント基板は、ロール巻きの状態から引き出されて加工され、その後、ロール巻きの状態で収納される。
【００５６】
そして炭酸ガスレーザによる加工で有機物層２０を除去し、その後、ファイバレーザ、ＹＡＧレーザまたはＹＶＯ4レーザのパルスレーザで接着層２０ａを除去する。これにより、ポリイミド樹脂が除去されたブラインドビア構造のフレキシブルプリント基板を加工した。ここで、炭酸ガスレーザは、出力１００Ｗ、約μ秒パルス、とする。炭酸ガスレーザは、図１で示すガルバノスキャナ１２０により銅の孔加工されている位置へ照射できるように制御される。炭酸ガスレーザ照射後のファイバレーザ、ＹＡＧレーザまたはＹＶＯ4レーザは、出力１６Ｗとした。炭酸ガスレーザ照射エリアと、ファイバレーザ、ＹＡＧレーザまたはＹＶＯ4レーザ照射エリアに酸素を１０ｄｍ3／ｍｉｎ、の流量で導入する。これにより、樹脂の残渣を確実に除去することが可能となる。
【実施例２】
【００５７】
ＰＥＴ樹脂（厚みが２０μｍ）、ＰＥＴ系樹脂接着層（厚みが２−３μｍ）、銅配線（厚みが１８μｍ）、ＰＥＴ系樹脂接着層（厚みが２−３μｍ）、ＰＥＴ樹脂（厚みが２０μｍ）の層構造を有するフラットケーブル（図９）を準備した。片側のＰＥＴ樹脂およびＰＥＴ系樹脂接着層を炭酸ガスレーザの照射および、ファイバレーザ、ＹＡＧレーザまたはＹＶＯ4レーザのパルスレーザで接着層を除去した。（図１０）。ここで、炭酸ガスレーザは、出力１００Ｗ、約１２μ秒パルス、とした。ファイバレーザ、ＹＡＧレーザまたはＹＶＯ4レーザのパルスレーザの出力は、炭酸ガスレーザは、図１で示すガルバノスキャナ１２０により直線走査して加工する。ＹＡＧレーザまたはＹＶＯ4レーザは、出力１６Ｗとした。炭酸ガスレーザ照射エリアと、ファイバレーザ、ＹＡＧレーザまたはＹＶＯ4レーザ照射エリアに酸素を１０ｄｍ3／ｍｉｎ、の流量で導入する。これにより、樹脂の残渣を確実に除去することが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
この発明は、有機物層を加工することが可能なレーザ加工装置の分野で用いることができる。
【符号の説明】
【００５９】
１ レーザ加工装置、１０，３０ 導電層、２０ 有機物層、２１ 残渣、２２ 孔、２２ａ 底、３１ 開口、１００ 加工部、１１０ 加工用レーザ源、１１１，１１２，２１１，２１３ レーザ光、１２０，２２０ ガルバノスキャナ、１３０ レンズ、２００ 測定部、２１０ 残渣測定用レーザ源、２３０ 集光レンズ、２４０ 受光部、３００ フレキシブルプリント基板、３１０ 加工エリア、３２０ 測定エリア、４００ 制御部。
【技術分野】
【０００１】
この発明は、レーザ加工方法および装置に関し、より特定的には、有機物層を加工するレーザ加工方法および装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、レーザ加工方法および装置は、たとえば特開２００８−７３７６０号公報（特許文献１）に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−７３７６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１では、除去されるべき付着物が炭素を含む場合に加工対象物表面から付着物をきれいに除去することができる付着物除去方法を提供することを目的としている。この目的を達成するために、レーザ光源から出力されるレーザ光は、ミラーにより反射された後、レンズにより集光されて付着物に照射される。
【０００５】
しかしながら、従来の特許文献１の方法では、必ずしも十分に有機物を除去することができないという問題があった。
【０００６】
そこで、この発明は上述のような問題点を解決するためになされたものであり、確実に有機物を除去することが可能なレーザ加工方法および装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明に従ったレーザ加工方法は、有機物層と導体層とが接着層により接合された被加工物に、有機物層を除去するための第一パルスレーザを照射する工程と、有機物を除去した後に被加工物に接着層を除去するための第二パルスレーザを照射する工程とを備える。
【０００８】
このように構成されたレーザ加工方法では、有機物層を除去するのに適した第一パルスレーザと、接着層を除去するのに適した第二パルスレーザとを照射することで、有機物層のみならず接着層をも確実に除去することができる。
【０００９】
好ましくは、第一パルスレーザは炭酸ガスレーザであり、第二パルスレーザはファイバレーザ、ＹＡＧレーザまたはＹＶＯ4レーザのいずれかである。
【００１０】
好ましくは、第二パルスレーザは、非線形結晶により短波長に波長変換されたレーザである。
【００１１】
好ましくは、有機物層は、ポリイミド、ポリエチレンテレフタレートおよび液晶ポリマーからなる群より選ばれた少なくとも一種を含む。
【００１２】
好ましくは、被加工物は、フレキシブルプリント基板およびフラットケーブルのいずれかである、請求項１から４のいずれか１項に記載のレーザ加工方法。
【００１３】
好ましくは、被加工物は、ロール形状から引き出されて加工され、加工後はロール形状で巻き取られる。
【００１４】
好ましくは、第一または第二パルスレーザで加工中に加工部に酸素が供給される。
この発明に従ったレーザ加工装置は、上記のレーザ加工方法を実施するためのレーザ加工装置であって、有機物層と導体層とが接着層により接合された被加工物に、有機物層を除去するための第一パルスレーザと、有機物を除去した後に被加工物に接着層を除去するための第二パルスレーザを照射することが可能なレーザ源とを備える。
【発明の効果】
【００１５】
この発明は確実に有機物層および接着層を除去することが可能なレーザ加工方法および装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】この発明の実施の形態１に従った、レーザ加工装置の模式図である。
【図２】この発明の実施の形態１に従ったレーザ加工方法で加工されるフレキシブルプリント基板の断面図である。
【図３】この発明の実施の形態１に従ったレーザ加工方法において有機物を除去する工程を説明するための断面図である。
【図４】この発明の実施の形態１に従ったレーザ加工方法において孔の検査工程を説明するための断面図である。
【図５】ポリイミドの可視および紫外領域における透過率（縦軸）と波長（横軸）との関係を示すグラフである。
【図６】ポリイミドの可視および紫外領域における吸収率（縦軸）と波長（横軸）との関係を示すグラフである。
【図７】ポリイミドの赤外領域における吸収（縦軸）と波数（横軸）との関係を示すグラフである。
【図８】この発明の実施の形態２に従った加工方法で有機物層として用いられるＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）および液晶ポリマーの可視および紫外領域における透過率（縦軸）と波長（横軸）との関係を示すグラフである。
【図９】有機物層としてＰＥＴ樹脂を用いたフラットケーブルの断面図である。
【図１０】有機物層としてＰＥＴ樹脂を用いたフラットケーブルの加工工程を示す断面図である。
【図１１】この発明に従って形成された孔の平面図である。
【図１２】ＰＥＴの赤外領域における吸収（縦軸）と波数（横軸）との関係を示すグラフである。
【図１３】液晶ポリマーの赤外領域における吸収（縦軸）と波数（横軸）との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、この発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、以下の実施の形態では同一または相当する部分については同一の参照符号を付し、その説明については繰返さない。また、各実施の形態を組合せることも可能である。
【００１８】
（実施の形態１）
図１は、この発明の実施の形態１に従った、加工部と測定部とを有するレーザ加工装置の模式図である。図１を参照して、この発明の実施の形態１に従ったレーザ加工装置１は、樹脂を加工する加工部１００と、加工部１００で加工された樹脂を測定する測定部２００とを有する。加工部１００は、炭酸ガスレーザ源である加工用レーザ源１１０と、加工用レーザ源１１０から照射されたレーザ光１１１の向きを変えるためのガルバノスキャナ１２０と、ガルバノスキャナ１２０で反射したレーザ光を収束させるＦθレンズ１３０とを有する。Ｆθレンズ１３０で集光されたレーザ光１１２は、フレキシブルプリント基板３００の表面に照射される。レーザ光１１２が照射される領域が加工エリア３１０であり、フレキシブルプリント基板上の有機物層が除去される。
【００１９】
加工用レーザ源１１０は、複数の種類のパルスレーザを照射することが可能である。この複数のレーザは、フレキシブルプリント基板上の有機物層および接着層を除去するための最適な波長を有する。
【００２０】
加工エリア３１０に隣接するように測定エリア３２０が設けられる。測定エリア３２０では、加工エリア３１０で加工された部分が正しく加工されているかどうかが測定される。
【００２１】
加工エリア３１０では、加工箇所に加工を促進するためのガスを供給することが可能である。
【００２２】
測定部２００は、残渣測定用レーザ源２１０を有する。残渣測定用レーザ源２１０から射出されたレーザ光２１１は、ガルバノスキャナ２２０で反射してそのレーザ光は集光レンズ２３０を透過する。集光レンズ２３０を透過したレーザ光は測定エリア３２０のフレキシブルプリント基板３００表面で反射して受光部２４０で検出される。受光部２４０は、レーザ光２１３を測定することで加工エリア３１０での加工状態を撮像することができる。なお、測定部２００は必ずしも設ける必要はない。
【００２３】
加工用レーザ源１１０、ガルバノスキャナ１２０、２２０、残渣測定用レーザ源２１０および受光部２４０はそれぞれ制御部４００に接続されている。測定したデータまたは照射するレーザの強さなどが制御部４００により送られる。制御部４００では、コンピュータにより、得られたデータをもとにして、加工が適切に行なわれているかどうかを判断することができる。
【００２４】
図２は、この発明の実施の形態１にレーザ加工方法で加工されるフレキシブルプリント基板の断面図である。図２を参照して、導電層１０、有機物層２０および導電層３０の積層構造体に開口３１を形成する。開口３１の直径はＤとされる。導電層１０はいずれの導電層であってもよい。たとえば、銅、アルミニウムなどの金属であってもよく、不純物が導入されたシリコンなどの半導体であってもよい。
【００２５】
また、有機物層２０は、たとえばポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリイミド（ＰＩ）および液晶ポリマー（ＬＣＰ）などのさまざまな有機物を採用することが可能である。接着層２０ａにより、有機物層２０は、導電層１０に接続されている。
【００２６】
図３は、この発明の実施の形態１に従ったレーザ加工方法において有機物を除去する工程を説明するための断面図である。図３を参照して、レーザ光１１２により、有機物層２０に孔２２を形成する。このとき、レーザ光１１２は、導電層１０を露出させるようにレーザ光１１２が照射される。
【００２７】
レーザ光１１２は、２段階にわたって照射される。最初は、有機物層２０を除去するための第一パルスレーザが照射される。このレーザは、炭酸ガスレーザなどの、長波長のレーザで、効率よく有機物層を除去することが可能となる。このとき、炭酸ガスレーザは、接着層２０ａを除去するのに適した特性を有しているとはいえない。その結果、炭酸ガスレーザ照射後に、接着層２０ａを除去するための第二パルスレーザを照射する。接着層除去用のレーザは、ファイバレーザ、ＹＡＧレーザまたはＹＶＯ4レーザのいずれかである。すなわち、単一のパルスレーザだけでは、接着層２０ａが残りやすくなる。これに対して、有機物層２０および接着層２０ａの両方に吸収が高い単一のパルスレーザで加工すると、薄い接着層２０ａで吸収を持つ波長のレーザを選定するため、接着層２０ａより厚い有機物層２０を加工する際に時間がかかる。そのため、厚い有機物層２０と、薄い接着層２０ａとを別々の波長のパルスレーザで加工することで、効率のよい加工を実施することができる。
【００２８】
一般に樹脂に代表される有機物層２０の吸収は、炭酸ガスレーザにおいて高い場合が多い。ところが、波長が長いため、厚さの薄い接着層２０ａを残してしまうことが多い。そこで、波長が１／１０のファイバレーザ、ＹＡＧレーザまたはＹＶＯ4レーザで接着層２０ａを照射除去することで樹脂残渣が無く、効率よく加工ができる。
【００２９】
そして、ファイバレーザ、ＹＡＧレーザまたはＹＶＯ4レーザは、非線形結晶を使って短波長化されたレーザとすることで、さらに吸収率が高くなり効率的に接着層２０ａを照射除去できる。
【００３０】
そして、有機物層２０としては、ポリイミド樹脂、ＰＥＴまたは液晶ポリマーが用いられる。有機物層２０および接着層２０ａをパルスレーザ除去する際には、酸素アシストガスを用いることが好ましい。この場合、レーザ単体の除去効果（アブレーション）だけでなくＣ＋Ｏ2→ＣＯ2という化学変化がおきて有機物層２０および接着層２０ａを効率よく加工することが可能になる。
【００３１】
図４は、この発明の実施の形態１に従ったレーザ加工方法において孔の検査工程を説明するための断面図である。図４を参照して、残渣測定用レーザ源２１０からレーザ光２１１を照射する。そして、孔２２の底２２ａから反射した電磁波を受光部２４０が検出する。このときの検出量によって、底２２ａにどの程度残存した有機物層２０が残っているかどうかを検出することができる。そして、底２２ａ全体で有機物層２０の残存量のマップを作成する。
【００３２】
図５は、ポリイミドの可視および紫外領域における透過率（縦軸）と波長（横軸）との関係を示すグラフである。図６は、ポリイミドの可視および紫外領域における吸収率（縦軸）と波長（横軸）との関係を示すグラフである。図５および図６を参照して、吸収率は、透過率と関連しており、吸収率＝１−透過率という式が成立する。
【００３３】
図７は、ポリイミドの赤外領域における吸収（縦軸）と波数（横軸）との関係を示すグラフである。図７を参照して、いずれの有機物層２０を構成する材料においても、特定の波数で吸収が大きくなっていることがわかる。これは、有機物層２０を構成する化学結合に起因する吸収である。
【００３４】
すなわち、レーザ加工方法は、有機物層２０を含む被加工物としてのフレキシブルプリント基板３００を準備する工程と、レーザ光１１２を照射して有機物層２０を加工する工程とを備える。
【００３５】
（実施の形態２）
図８は、この発明の実施の形態２に従った加工方法で有機物層として用いられるＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）および液晶ポリマーの可視および紫外領域における透過率（縦軸）と波長（横軸）との関係を示すグラフである。
【００３６】
図８を参照して、ＰＥＴおよび液晶ポリマーでは、約２００〜４５０ｎｍの範囲で吸光度が大きくなる。したがって、加工用のレーザ源としてこの波長のレーザを用いれば、有機物層を構成するＰＥＴおよび液晶ポリマーでの吸収が大きくなり、確実に除去することができる。なお、紫外および可視領域での吸収は、赤外領域での吸収のように、有機物を構成する特定の化学結合に基づく吸収ではない。そのため、赤外吸収で見られた鋭いピークは紫外および可視領域では見当たらない。
【００３７】
なお、以下において各樹脂の吸光度について説明する。
ＰＥＴでは、波数が１７１２ｃｍ-1において吸光度のピークが存在する。このピークは、エステルのＣ＝Ｏ結合に由来する。このピークの波長は５．８４μｍである。このような波長のレーザとして、浜松ホトニクス社量子カスケードレーザ（波長５．８μｍ）がある。
【００３８】
またＰＥＴは、波数が１２４０ｃｍ-1において吸光度のピークを有する。このピークは、カルボニル基のＣ−Ｏ結合に由来する。このピークの波長は８．０６μｍであり、このような波長のレーザとして、半導体レーザ（ＰｂＳ1-xＳｅx（波長４−８．５μｍ））がある。
【００３９】
またＰＥＴは波数１１００ｃｍ-1において吸光度のピークを有する。このピークはカルボニル基のＣ−Ｏ結合に由来する。このピークの波長は９．０９μｍであり、このような波長のレーザとして、半導体レーザ（Ｐｂ1-xＳｎxＴｅ（波長６．３−３２μｍ））がある。
【００４０】
またＰＥＴは可視領域の波長３００ｎｍにおいて吸光度のピークを有する。このような波長のレーザとして、ＸｅＣｌエキシマレーザ（波長０．３０８μｍ）がある。
【００４１】
ＰＩは赤外領域の波数が１７７５ｃｍ-1において吸光度のピークを有する。このピークはイミドＣ＝Ｏ結合に由来する。このピークの波長は５．６３μｍであり、このような波長のレーザとして、ＤＢｒ化学レーザ（波長５．８−６．３μｍ）がある。
【００４２】
またＰＩは、波数が１７１２ｃｍ-1の吸光度のピークを有する。このピークはイミドＣ＝Ｏ結合に由来する。このピークの波長は５．８４μｍであり、このような波長のレーザとしてＤＢｒ化学レーザ（波長５．８−６．３μｍ）がある。
【００４３】
またポリイミドは、波数１４００ｃｍ-1において吸光度のピークを有する。このピークは両側のベンゼン環のメチレンに由来する。このピークの波長は７．１４μｍであり、このような波長のレーザとして半導体レーザ（ＰｂＳ1-xＳｅx（波長４−８．５μｍ））が存在する。
【００４４】
またポリイミドは可視領域において波長が４５０ｎｍで吸光度のピークを有し、このような波長のレーザとしてＡｒイオンレーザ（波長０．４５μｍ）が存在する。
【００４５】
ＬＣＰは赤外領域において波数が１７３０ｃｍ-1の吸光度のピークを有する。このピークはエステルのＣ＝Ｏ結合に由来する。このピークの波長は５．７８μｍであり、このような波長のレーザとして浜松ホトニクス社製量子カスケードレーザ（波長５．８μｍ）または半導体レーザ（ＰｂＳ1-xＳｅx（波長４−８．５μｍ））が存在する。
【００４６】
またＬＣＰは波数１３００−１１５０ｃｍ-1の吸光度のピークを有する。このピークはエステルのＣ−Ｏ結合に由来する。このピークの波長は７．６９−８．７０μｍであり、このような波長のレーザとして半導体レーザ（ＰｂＳ1-xＳｅx（波長４−８．５μｍ））がある。
【００４７】
ＬＰＣは波数１６５０−１４００ｃｍ-1の吸光度のピークを有する。このピークは、ベンゼン環のＣ＝Ｃ結合に由来する。このピークの波長は６．０６−１．７４μｍである。このような波長のレーザとして、ＤＢｒ化学レーザ（波長５．８−６．３μｍ）、半導体レーザ（ＰｂＳ1-xＳｅx（波長４−８．５μｍ））がある。
【００４８】
また、ＬＰＣは波長４００ｎｍにおいて吸光度のピークを有し、このような波長のレーザとして半導体レーザ（波長が０．４１μｍ）およびＰｂ蒸気レーザ（波長０．４１μｍ）が存在する。
【００４９】
これらのレーザを加工用に用いることで、有機物層２０による吸収を高めることができる。
【００５０】
（実施の形態３）
図９は、有機物層としてＰＥＴ樹脂を用いたフラットケーブルの断面図である。図１０は、有機物層としてＰＥＴ樹脂を用いたフラットケーブルの加工工程を示す断面図である。図１１は、この発明に従って形成された孔の平面図である。
図９から図１１を参照して、有機物層２０に導電層２９が埋め込まれたフラットケーブルであっても、この発明の従った加工方法および加工装置の加工対象となる。具体的には、図１０で孔２２を製造する工程において、図１で示した方法および装置を使用することによって、有機物層２０と接着層２０ａを確実に除去することができる。
【００５１】
図１１で示すように、炭酸ガスレーザのみが照射された第一領域１１００では、孔２２の底においては導電層２９が露出していない。これは、接着層の取り残しが孔２２の底に残存しているからであると考えられる。これに対して、炭酸ガスレーザを照射した後にファイバレーザを照射した部分では、孔２２の底面において導電層２９が露出する。これは、ファイバレーザにより接着層が確実に除去されたからであると考えられる。
【００５２】
図１２は、ＰＥＴの赤外領域における吸収（縦軸）と波数（横軸）との関係を示すグラフである。図１３は、液晶ポリマーの赤外領域における吸収（縦軸）と波数（横軸）との関係を示すグラフである。図１２および図１３を参照して、特定の波数において、吸収が大きくなっていることがわかる。これは、有機物を構成する特定の化学結合（官能基）による吸収であり、このような吸収が存在すれば、その官能基を有する有機物が残存していることがわかる。そして、吸収が大きい波数のレーザを照射することで、効率よく樹脂にレーザのエネルギーを吸収させることができる。
【実施例１】
【００５３】
図２で示すような、銅板（厚みが１８μｍ）、ポリイミド系樹脂からなる接着層２０ａ（厚みが２−３μｍ）、有機物層２０を構成するポリイミド樹脂（厚みが２０μｍ）、ポリイミド系樹脂からなる接着層２０ａ（厚みが２−３μｍ）、銅板（厚みが１８μｍ）の層構造を有するフレキシブルプリント基板を準備した。
【００５４】
このフレキシブルプリント基板において、予め片側の銅板に図２で示すようにフォトリソグラフィと銅エッチングにより開口３１が形成されている。
【００５５】
フレキシブルプリント基板は、ロール巻きの状態から引き出されて加工され、その後、ロール巻きの状態で収納される。
【００５６】
そして炭酸ガスレーザによる加工で有機物層２０を除去し、その後、ファイバレーザ、ＹＡＧレーザまたはＹＶＯ4レーザのパルスレーザで接着層２０ａを除去する。これにより、ポリイミド樹脂が除去されたブラインドビア構造のフレキシブルプリント基板を加工した。ここで、炭酸ガスレーザは、出力１００Ｗ、約μ秒パルス、とする。炭酸ガスレーザは、図１で示すガルバノスキャナ１２０により銅の孔加工されている位置へ照射できるように制御される。炭酸ガスレーザ照射後のファイバレーザ、ＹＡＧレーザまたはＹＶＯ4レーザは、出力１６Ｗとした。炭酸ガスレーザ照射エリアと、ファイバレーザ、ＹＡＧレーザまたはＹＶＯ4レーザ照射エリアに酸素を１０ｄｍ3／ｍｉｎ、の流量で導入する。これにより、樹脂の残渣を確実に除去することが可能となる。
【実施例２】
【００５７】
ＰＥＴ樹脂（厚みが２０μｍ）、ＰＥＴ系樹脂接着層（厚みが２−３μｍ）、銅配線（厚みが１８μｍ）、ＰＥＴ系樹脂接着層（厚みが２−３μｍ）、ＰＥＴ樹脂（厚みが２０μｍ）の層構造を有するフラットケーブル（図９）を準備した。片側のＰＥＴ樹脂およびＰＥＴ系樹脂接着層を炭酸ガスレーザの照射および、ファイバレーザ、ＹＡＧレーザまたはＹＶＯ4レーザのパルスレーザで接着層を除去した。（図１０）。ここで、炭酸ガスレーザは、出力１００Ｗ、約１２μ秒パルス、とした。ファイバレーザ、ＹＡＧレーザまたはＹＶＯ4レーザのパルスレーザの出力は、炭酸ガスレーザは、図１で示すガルバノスキャナ１２０により直線走査して加工する。ＹＡＧレーザまたはＹＶＯ4レーザは、出力１６Ｗとした。炭酸ガスレーザ照射エリアと、ファイバレーザ、ＹＡＧレーザまたはＹＶＯ4レーザ照射エリアに酸素を１０ｄｍ3／ｍｉｎ、の流量で導入する。これにより、樹脂の残渣を確実に除去することが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
この発明は、有機物層を加工することが可能なレーザ加工装置の分野で用いることができる。
【符号の説明】
【００５９】
１ レーザ加工装置、１０，３０ 導電層、２０ 有機物層、２１ 残渣、２２ 孔、２２ａ 底、３１ 開口、１００ 加工部、１１０ 加工用レーザ源、１１１，１１２，２１１，２１３ レーザ光、１２０，２２０ ガルバノスキャナ、１３０ レンズ、２００ 測定部、２１０ 残渣測定用レーザ源、２３０ 集光レンズ、２４０ 受光部、３００ フレキシブルプリント基板、３１０ 加工エリア、３２０ 測定エリア、４００ 制御部。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機物層と導体層とが接着層により接合された被加工物に、前記有機物層を除去するための第一パルスレーザを照射する工程と、
前記有機物を除去した後に前記被加工物に前記接着層を除去するための第二パルスレーザを照射する工程とを備えた、レーザ加工方法。
【請求項２】
前記第一パルスレーザは炭酸ガスレーザであり、前記第二パルスレーザはファイバレーザ、ＹＡＧレーザまたはＹＶＯ4レーザのいずれかである、請求項１に記載のレーザ加工方法。
【請求項３】
前記第二パルスレーザは、非線形結晶により短波長に波長変換されたレーザである、請求項２に記載のレーザ加工方法。
【請求項４】
前記有機物層は、ポリイミド、ポリエチレンテレフタレートおよび液晶ポリマーからなる群より選ばれた少なくとも一種を含む、請求項１から３のいずれか１項に記載のレーザ加工方法。
【請求項５】
前記被加工物は、フレキシブルプリント基板およびフラットケーブルのいずれかである、請求項１から４のいずれか１項に記載のレーザ加工方法。
【請求項６】
前記被加工物は、ロール形状から引き出されて加工され、加工後はロール形状で巻き取られる、請求項１から５のいずれか１項に記載のレーザ加工方法。
【請求項７】
前記第一または第二パルスレーザで加工中に加工部に酸素が供給される、請求項１から６のいずれか１項に記載のレーザ加工方法。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか１項に記載のレーザ加工方法を実施するためのレーザ装置であって、
有機物層と導体層とが接着層により接合された被加工物に、前記有機物層を除去するための第一パルスレーザと、前記有機物を除去した後に前記被加工物に前記接着層を除去するための第二パルスレーザを照射することが可能なレーザ源とを備えた、レーザ加工装置。
【請求項１】
有機物層と導体層とが接着層により接合された被加工物に、前記有機物層を除去するための第一パルスレーザを照射する工程と、
前記有機物を除去した後に前記被加工物に前記接着層を除去するための第二パルスレーザを照射する工程とを備えた、レーザ加工方法。
【請求項２】
前記第一パルスレーザは炭酸ガスレーザであり、前記第二パルスレーザはファイバレーザ、ＹＡＧレーザまたはＹＶＯ4レーザのいずれかである、請求項１に記載のレーザ加工方法。
【請求項３】
前記第二パルスレーザは、非線形結晶により短波長に波長変換されたレーザである、請求項２に記載のレーザ加工方法。
【請求項４】
前記有機物層は、ポリイミド、ポリエチレンテレフタレートおよび液晶ポリマーからなる群より選ばれた少なくとも一種を含む、請求項１から３のいずれか１項に記載のレーザ加工方法。
【請求項５】
前記被加工物は、フレキシブルプリント基板およびフラットケーブルのいずれかである、請求項１から４のいずれか１項に記載のレーザ加工方法。
【請求項６】
前記被加工物は、ロール形状から引き出されて加工され、加工後はロール形状で巻き取られる、請求項１から５のいずれか１項に記載のレーザ加工方法。
【請求項７】
前記第一または第二パルスレーザで加工中に加工部に酸素が供給される、請求項１から６のいずれか１項に記載のレーザ加工方法。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか１項に記載のレーザ加工方法を実施するためのレーザ装置であって、
有機物層と導体層とが接着層により接合された被加工物に、前記有機物層を除去するための第一パルスレーザと、前記有機物を除去した後に前記被加工物に前記接着層を除去するための第二パルスレーザを照射することが可能なレーザ源とを備えた、レーザ加工装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１２】
【図１３】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１２】
【図１３】
【図１１】
【公開番号】特開２０１２−４５５６７（Ｐ２０１２−４５５６７Ａ）
【公開日】平成２４年３月８日（２０１２．３．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１８９３４２（Ｐ２０１０−１８９３４２）
【出願日】平成２２年８月２６日（２０１０．８．２６）
【出願人】（０００００２１３０）住友電気工業株式会社 (12,747)
【出願人】（５００４００２１６）住友電工プリントサーキット株式会社 (197)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年３月８日（２０１２．３．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年８月２６日（２０１０．８．２６）
【出願人】（０００００２１３０）住友電気工業株式会社 (12,747)
【出願人】（５００４００２１６）住友電工プリントサーキット株式会社 (197)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]