Die Verwendung von Lochmasken beim Bohren von Löchern, insbe- sondere auch von Sacklöchern, in Leiterplatten und vergleich- baren Substraten, die als Schaltungsträger dienen, ist seit langem bekannt (US 4 644 130 A). Die in der Regel metallische Lochmaske besitzt Ausnehmungen, die durch ihre Konfiguration sowohl Position als auch Größe der zu bohrenden Löcher vorge- ben.

Aus der US 5 841 099 A ist ferner ein zweistufiges Verfahren bekannt, wobei ein Laser in der ersten Stufe zum Bohren einer ersten Metallschicht auf eine höhere Energiedichte einge- stellt wird und wobei in der zweiten Stufe zum Bohren einer Dielektrikumsschicht die Energiedichte des Lasers soweit ge- senkt wird, daß die Schwelle zur Verdampfung von Metall un- terschritten wird. Damit kann der Laser aufgrund seiner nied- rigeren Energiedichte eine an die Dielektrikumsschicht an- grenzende zweite Metallschicht nicht mehr durchbohren.

Beim Bohren von Dielektrikumsschichten, die durch ein mit Glasfasern verstärktes Polymermaterial gebildet sind, bei- spielsweise RCC, tritt jedoch das Problem auf, daß aufgrund der Gauß'schen Energieverteilung im Laserstrahl unter Umstän- den in bestimmten Randbereichen die Energie nicht ausreicht, um das Glas der Faserverstärkung vollständig zu verdampfen.

Insbesondere ergibt sich dieses Problem dann, wenn der Loch- durchmesser größer ist als der Strahldurchmesser des Lasers.

Es kommt dann zu Aufschmelzungen der Glasfasern im Randbe-

reich und zur Bildung von Glaskugeln, die auch im weiteren Bohrverlauf nicht mehr verdampft werden und an der Lochwand hängen bleiben. Bohrt man jedoch von vorne herein im Randbe- reich oder im gesamten Lochbereich mit sehr hoher Energie- dichte, so entsteht durch Reflexion an den Glasfasern, bevor diese aufgeschmolzen und verdampft werden, eine Streustrah- lung, die im Randbereich zu einem Schwund des Epoxidmaterials und zu einer Hinterschneidung unterhalb des Maskenrandes führt. Sowohl die Glaskugeln als auch die Hinterschneidungen erschweren das spätere Metallisieren der Löcher.

Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, die genannten Nachteile zu vermeiden und ein Verfahren der eingangs genann- ten Art anzugeben, bei dem die Bildung von Glaskugeln durch aufgeschmolzene und nicht verdampfte Glasfasern sowie die Bildung von Hinterschneidungen durch einen übermäßigen Schwund des Epoxidmaterials vermieden wird..

Erfindungsgemäß wird dieses Ziel dadurch erreicht, daß das Verfahren mit folgenden Schritten durchgeführt wird : - in einem ersten Schritt wird mit einem Laserstrahl, dessen Energiedichte höher ist als der Schwellenwert für die Ab- tragung des Polymermaterials, aber niedriger als der Schwellenwert zum Schmelzen von Glas, zumindest der gesam- te Randbereich des zu bohrenden Loches bestrahlt und - in einem zweiten Schritt wird der gesamte Lochbereich mit einer Laserstrahlung beaufschlagt, deren Energiedichte o- berhalb des Schwellenwertes zum Verdampfen von Glas liegt.

Das erfindungsgemäße Verfahren berücksichtigt also gezielt die unterschiedlichen Energieschwellen für die Abtragung des Epoxidharzes einerseits und des Glases in den Verstärkungsfa- sern andererseits. In dem ersten Schritt wird die wirksame Energiedichte deshalb so niedrig gewählt, daß zwar das Epo- xidharz abgetragen, das Glas jedoch überhaupt nicht aufge- schmolzen wird. Dadurch kommt es auch nicht zur Bildung von Glaskugeln, die später nicht mehr zu beseitigen wären. Bei

der niedrigen Leistungsdichte in dem ersten Schritt weist die an den Fasern reflektierte Strahlung einen so geringen Ener- gieinhalt auf, daß es auch zu keinem nennenswerten Schwund des Epoxidharzes durch Streustrahlung kommen kann. Somit wer- de auch die erwähnten Hinterschneidungen weitgehend vermie- den. Obwohl aber die Glasfasern, wie beschrieben, in diesem ersten Verfahrensschritt nicht aufgeschmolzen werden, werden sie immerhin so weit geschädigt, nämlich geschwärzt, daß sie in dem zweiten Schritt die dann eingebrachte hohe Energie- dichte kaum noch reflektieren, sondern sofort voll aufnehmen und dadurch unverzüglich verdampft werden. Somit ergibt sich auch im zweiten Verfahrensschritt keine nennenswerte Streu- strahlung, wodurch auch bei diesem Schritt kaum Hinterschnei- dungen erzeugt werden. Auch in diesem zweiten Schritt wird wegen der Vorschädigung der Glasfasern im Lochbereich die Bildung von Glaskugeln weitgehend vermieden.

Die beiden Verfahrensschritte können unterschiedlich ausges- taltet werden. So ist es denkbar, im ersten Schritt das ge- samte Bohrloch mit einem Laserstrahl zu beaufschlagen, dessen Energiedichte durchwegs unter der Ablationsschwelle für das Glasfasermaterial bleibt. Die Fokussierung kann dabei so ge- wählt werden, daß die Fleckgröße des Laserstrahls von vorn herein größer ist als die Lochgröße. Es ist aber auch denk- bar, daß die Fleckgröße kleiner ist als der Lochquerschnitt, so daß bereits im ersten Verfahrensschritt eine kreisförmige Bewegung des Laserstrahls in einem oder in mehreren konzen- trischen Kreisen angewendet wird.

Für den zweiten Schritt wird in diesem Fall ein Laserstrahl mit höherer Energiedichte verwendet, der durch Bestrahlung des gesamten Lochquerschnitts mit einem entsprechend großen Strahlungsfleck oder durch kreisförmige Bewegungen eines hochenergetischen Laserstrahls mit geringerer Fleckgröße durchgeführt wird.

In einer anderen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfah- rens kann aber auch vorgesehen werden, daß in beiden Schrit- ten mit dem gleichen Laserstrahl gearbeitet wird. In diesem Fall muß im ersten Schritt der Laserstrahl im Randbereich so bewegt werden, daß seine Strahlachse über einen Kreis verfah- ren wird, dessen Radius größer ist als der Lochradius. Wegen der Gauß'schen Energieverteilung im Laserstrahl wird dann der größte Teil der Laserenergie an der Maske diffus reflektiert, während lediglich der Anteil mit entsprechend niedriger Ener- giedichte für den ersten Schritt in den Lochbereich fällt und dabei das Epoxidharz ablatiert und die Glasfasern schädigt.

Im zweiten Schritt wird dann mit dem gleichen Laserstrahl das vorgeschädigte Glasfasermaterial durch entsprechende Be- wegung des Strahls innerhalb des Lochquerschnittes abgetra- gen.

Für den Fall einer Bohrung in einer mehrlagigen Leiterplatte ist es durchaus denkbar, das Verfahren mit den beiden aufein- anderfolgenden Prozeßschritten zu wiederholen und so bei- spielsweise jede Lage für sich in den zwei aufeinanderfolgen- den Schritten abzutragen.

Die Erfindung wird nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt Figur 1 eine schematische Darstellung der Gauß'schen Energie- verteilung eines Laserstrahls mit einer Andeutung der unter- schiedlichen Energieniveaus, Figur 2 einen Querschnitt durch eine Leiterplatte mit Loch- maske und einer schematischen Darstellung eines ersten erfin- dungsgemäßen Verfahrensschrittes, Figur 3 den Zustand der Leiterplatte von Figur 2 nach Durch- führung des ersten Verfahrensschrittes, Figur 4 die Leiterplatte von Figur 3 mit einer schematischen Darstellung des zweiten Verfahrensschrittes und Figur 5 den Zustand der Leiterplatte nach Durchführung des zweiten Verfahrensschrittes.

Figur 1 zeigt in schematischer Darstellung die Energiedichte E eines Laserstrahls mit einer Gauß'schen Verteilung. Die E- nergiedichte hat ihr Maximum in der Achse des Laserstrahls und nimmt mit wachsendem Abstand x von dieser Achse entspre- chend der Gauß-Kurve ab. Anhand dieser bekannten Kurve lassen sich nun verschiedene Energieschwellen bzw. Energieniveaus definieren. So wird oberhalb einer ersten Schwelle E1 der E- nergiedichte das Epoxidharz abgetragen und verdampft, ober- halb der Schwelle E2 wird Glas geschmolzen, jedoch nicht ver- dampft. Erst oberhalb einer Schwelle E3 der Energiedichte wird das Glas auch verdampft.

Für die einzelnen Energieschwellen läßt sich kein allgemein gültiger Wert angeben, da diese Schwellen von der Art (Wel- lenlänge) des verwendeten Lasers und den Eigenschaften der verwendeten Materialien abhängen. Aus verschiedenen Messungen läßt sich ableiten, daß die Schwelle E1 (z. B. für einen C02- Laser) bei etwa 0,04 J/cm2 oder höher und die Schwelle E2 bei etwa 0,4 J/cm2 liegt. Die Schwelle E3 kann bei manchen Laser- typen und bestimmten Glaszusammensetzungen bereits unter 1 J/ cm2 liegen, üblicherweise werden jedoch zum ablatieren von Glasfasern Energiedichten von über 1 J/cm2 verwendet.

In den nachfolgenden Figuren wird vorausgesetzt, daß in die- sem Beispiel bei beiden Verfahrensschritten zum Bohren der gleiche Laserstrahl mit gleicher Energieverteilung verwendet wird. Gezeigt ist in Figur 2 eine Leiterplatte 1 mit einer unteren Metallschicht 2 und einer oberen Metallschicht 3, zwischen denen eine Dielektrikumsschicht 4, bestehend aus E- poxidharz mit einer Verstärkung von Glasfasern 5, angeordnet ist. Die obere Metallschicht 3 ist mit einem Loch 6 versehen und dient damit zugleich als Maske für das Bohren eines Sack- loches in der Dielektrikumsschicht 4.

Zum Bohren dieses Loches wird ein Laserstrahl 7, der die Gauß'sche Energieverteilung gemäß Figur 1 aufweist und in Fi- gur 2 schematisch mit dem Maximum der Energiedichte nach un-

ten dargestellt ist, kreisförmig über den Rand der Lochmaske geführt. Da das Maximum der Energieverteilung dieses Laser- strahls 7 höher ist als die Energieschwelle E3 (Figur 1), wird der Laserstrahl mit seiner Achse 7a auf einem Kreis 8 mit dem Radius R um die Lochachse 6a geführt, welcher größer ist als der Lochradius RL. Damit wird der Anteil mit der ma- ximalen Energiedichte außerhalb des Lochbereiches wirksam und von der Metallschicht 3 reflektiert. In den Lochbereich ge- langt lediglich der Teil der Energiestrahlung, der niedriger ist als die Schwelle E2, so daß also im Lochbereich nur eine Energiedichte wirksam wird, die zwar das Epoxidharz ver- dampft, das Glasfasermaterial jedoch nicht aufschmilzt, son- dern lediglich schädigt und schwärzt. Nach Durchführung die- ses ersten, in Figur 2 mit einem Rotationspfeil 8 angedeute- ten Verfahrensschritt hat die Leiterplatte 1 den Zustand ge- mäß Figur 3 angenommen. Dabei ist im gewünschten Lochbereich 10 das Epoxidharz verdampft, während die Glasfasern 5 noch bestehen geblieben sind, jedoch zumindest im Bereich des Ran- des geschädigte und geschwärzte Abschnitte 5a aufweisen.

Im zweiten Verfahrensschritt, der schematisch in Figur 4 an- gedeutet wird, wird mit dem gleichen Laserstrahl 7 der gesam- te Lochbereich innerhalb der Lochmaske 6 mit der maximalen Energiestrahlung beaufschlagt, wobei je nach den speziellen Gegebenheiten der Laserstrahl 7 mit seiner Achse 7a zentrisch in das Loch 10 gerichtet oder auf einem oder mehreren Kreisen innerhalb des Lochbereiches bewegt wird. Durch die Laser- strahlung, die nunmehr über der Schwelle E3 der Energiedichte liegt, werden die bereits vorgeschädigten Glasfasern 5 im Lochbereich vollständig abgetragen. Es entsteht dann ein Zu- stand der Leiterplatte 1 gemäß Figur 5 mit einem Loch 10, dessen Wand 10a weitgehend glatt ist, so daß sie für eine nachfolgende Metallisierung gut geeignet ist.