JPH09308983A - レーザ加工装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 レーザ加工装置の小形化を図ること。 【解決手段】 レーザ発振器１０からのレーザ光を複数
に分割する反射ミラー１１を備え、前記分割数に応じて
Ｘ−Ｙテーブル１６ａ，１６ｂ及びその駆動機構を複数
組備えると共に、各駆動機構を制御する制御装置１を備
え、該制御装置は、前記各駆動機構を同じ動作をするよ
うに制御する。

Description

【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装置に関
し、特にプリント配線基板への微小なビアホールの形成
に適したレーザ加工装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、電子機器の小形化、高機能化に伴
い、プリント配線基板に実装される実装部品の高密度
化、狭リードピッチ化が進んでいる。このような進歩に
対応するためには、プリント配線基板に形成するビアホ
ールの径も０．３（ｍｍ）以下とすることが要求され
る。

【０００３】これまでのプリント配線基板に対する穴あ
け加工は、ＮＣドリルによる機械加工や露光加工（フォ
トビア方式）により行われている。しかし、ＮＣドリル
では、穴の径は０．２（ｍｍ）が限界で、ドリルが折れ
る場合も多い。一方、フォトビア方式では０．１５（ｍ
ｍ）が限界で、しかも材料費が高くなる。

【０００４】上記のような問題点を解消する手段とし
て、最近、レーザ光によって穴あけ加工を行うレーザ加
工装置が提供されている。このレーザ加工装置は、レー
ザ発振器でパルス状のレーザ光を発生し、一つの穴に対
するパルス個数やエネルギーを調整することで所望の深
さの穴あけ加工を行うものである。一方、穴の径につい
ては、レーザ光の導光路に径を規定するためのマスクを
配置し、このマスクでレーザ光を絞り込むことで被加工
部材に設ける穴を小さくすることができる。

【０００５】しかも、レーザ加工によれば、金属にダメ
ージを与えないので、絶縁層フィルムのラミネート後の
加工やベースフィルム側からの加工においても、導体パ
ターンに損傷なく加工できるという利点がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】レーザ発振器として
は、エキシマレーザが用いられているが、エッチ速度
（パルス当たりの加工深さ）の関係上、加工処理速度が
比較的遅く、運転コストが高いという問題点がある。こ
れに対し、パルス幅が狭く高ピークパワー、高エネルギ
ー密度の得られるＴＥＡ（Ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅｌｙ
Ｅｘｃｉｔｅｄ Ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃ Ｐｒｅｓｓ
ｕｒｅ）ＣＯ₂ レーザが注目を浴びている。このＴＥＡ
ＣＯ₂ レーザを使用したレーザ加工装置は、エッチ速
度がエキシマレーザに比べて１桁以上大きいので１穴当
たりの加工に必要なレーザ照射パルス数が少なくて済
み、加工速度を速くできる。

【０００７】しかしながら、上記のようなＴＥＡ ＣＯ
₂ レーザを使用した場合でも加工速度には制限があり、
１穴当たりの加工コストを低減するための改良が望まれ
ている。

【０００８】そこで、本発明の課題は、加工速度を大幅
に向上させることのできるレーザ加工装置を提供するこ
とにある。

【０００９】本発明の他の課題は、レーザ加工装置の小
形化を図ることにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、レーザ発振器
からのレーザ光をＸ−Ｙテーブル上に配置されたワーク
に照射して加工を行うレーザ加工装置において、前記レ
ーザ発振器からのレーザ光を複数に分割する分割手段を
備え、前記分割数に応じて前記Ｘ−Ｙテーブル及びその
駆動機構を複数組備えると共に、各駆動機構を制御する
制御装置を備え、該制御装置は、前記各駆動機構を同じ
動作をするように制御することを特徴とする。

【００１１】なお、互いに隣り合う前記Ｘ−Ｙテーブル
の対向し合う端部にはそれぞれ、互いの接近距離が所定
値以下になると動作する近接センサを設け、前記制御装
置は、前記近接センサからの検出信号を受けると、対応
する前記Ｘ−Ｙテーブルの動作を停止させるインタロッ
ク機能を有する。

【００１２】また、前記所定値は、前記Ｘ−Ｙテーブル
が最高速度で動作している状態において前記インタロッ
ク機能により停止するのに必要な距離よりも大きく設定
される。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下に、図面を参照して本発明の
好ましい実施の形態について説明する。図１において、
ＴＥＡ ＣＯ₂ レーザによるレーザ発振器１０で発生さ
れたパルス状のレーザ光は、４５°反射ミラー１１によ
りその断面積に関して２分割され、９０°角度を変えて
それぞれマスク１３ａ，１３ｂに導かれる。マスク１３
ａ，１３ｂでは、ビアホール径を規定する穴を通過する
ことによって、分割されたレーザ光のビーム径が絞り込
まれてＸ−Ｙスキャナ１４ａ，１４ｂに導かれる。Ｘ−
Ｙスキャナ１４ａ，１４ｂはレーザ光を振らせるための
ものであり、振られたレーザ光は焦点合わせ用レンズと
して作用しｆθレンズとも呼ばれる加工レンズ１５ａ，
１５ｂを通してＸ−Ｙテーブル１６ａ，１６ｂ上におか
れたワーク（例えば、プリント配線基板）１７ａ，１７
ｂに照射される。Ｘ−Ｙテーブル１６ａ，１６ｂはＸ軸
方向の駆動機構とＹ軸方向の駆動機構とを有して、ワー
ク１７ａ，１７ｂをＸ−Ｙ平面上で移動させて位置調整
することができる。

【００１４】Ｘ−Ｙスキャナ１４ａ，１４ｂ、Ｘ−Ｙテ
ーブル１６ａ，１６ｂはそれぞれ駆動機構を内蔵してお
り、これらの駆動機構は制御装置１により制御される。

【００１５】図２（ａ）において、４５°反射ミラー１
１は、９０°で交差する２つの反射面１１ａ，１１ｂを
持つことにより、入射したレーザ光を断面積に関して２
等分することができる。例えば、図２（ｂ）に示すよう
に、レーザ光の断面積が１２×１２（ｍｍ）の正方形の
場合、６×１２（ｍｍ）の断面積を持つ２つのレーザ光
に等分割することができる。マスク１３ａ，１３ｂで
は、縮小率Ｍとビアホールの径に応じて決まる径の穴
（通常、直径１〜２ｍｍ）を通して分割されたレーザ光
を絞り込むが、この穴の直径は分割されたレーザ光の断
面積に比べて十分小さいので、レーザ光を分割すること
による不都合は生じない。

【００１６】なお、同様な原理で、反射面を３つ有する
３角錐状、反射面を４つ有する４角錐状の反射ミラーを
用いれば、レーザ光を３等分、４等分することができ
る。

【００１７】図３はレーザ光の分割手段の他の例を示
し、５０％反射ミラー２１を用いてレーザ光を２分割す
る例である。この５０％反射ミラー２１は、半分に反射
材料を塗布して反射ミラー２１ａとし、残りの半分は全
透過形の透明部２１ｂとすることでレーザ光を断面積に
関して２等分することができる。

【００１８】上記のような反射ミラーを用いることで、
レーザ光のエネルギー密度を低下させることなくレーザ
光を分割できる。

【００１９】図４において、Ｘ−Ｙスキャナ１４ａ（１
４ｂ）は、２つのガルバノミラー１４−１，１４−２を
組み合わせて成るガルバノミラー方式と呼ばれるもので
ある。すなわち、２つの反射ミラーをガルバノメータの
駆動原理で独立して回動させることにより、レーザ光を
加工レンズ１５を通してワーク１７の所望の複数の位置
に連続して照射することができる。

【００２０】図５を参照してマスクの好ましい例につい
て説明する。このマスク１３は、周方向に等角度間隔を
おいて異なる径の穴（ここでは１６個）Ｈ１〜Ｈ１６を
有する円板状のマスク板１３−１と、このマスク板１３
−１よりやや大きく、マスク板１３−１の各穴Ｈ１〜Ｈ
１６に対応する領域に窓Ｗ１〜Ｗ８を有してマスク板１
３−１を保持するマスクホルダ１３−２と、図５（ｃ）
に示すように一体に組み合わされたマスク板１３−１と
マスクホルダ１３−２とを回転駆動するモータを含む駆
動部１３−３とを含む。

【００２１】このマスク１３は、マスク板１３−１が回
転した時穴Ｈ１〜Ｈ１６がレーザ光の光路を通過するよ
うに配置される。言い換えれば、マスク板１３−１の回
転軸がレーザ光の光路と平行であり、しかも穴Ｈ１〜Ｈ
１６の中心を結ぶ仮想円がレーザ光の光路に位置するよ
うに配置される。マスク１３は更に、図示していない
が、マスク板１３−１とマスクホルダ１３−２との組合
わせ体あるいは機構全体を、マスク板１３−１の面に関
して平行に位置を微調整することで、レーザ光の光路に
対応した穴の中心位置を微調整するマスク位置２軸微調
整機構を備えている。

【００２２】マスク板１３−１の材料としては、ＳＵＳ
等の金属材が使用され、レーザ光の反射光がレーザ導光
系の他の光学部品に影響を及ぼさないように、乱反射さ
せる必要があるので、表面にショットブラスト等の加工
を施す。マスク板１３−１の穴の径は、高密度多層プリ
ント配線基板に使用されるエポキシやＰＩ等の樹脂に対
して加工性が良く、加工面のエネルギー密度（フルエン
ス）が１０Ｊ／ｃｍ²程度になるようにマスク投影法の
原理にもとづいて設計される。本例では縮小率（Ｍ値）
は１０程度に設計している。この場合、マスク板１３−
１の穴Ｈ１０が選択されると、ビアホールの径は０．１
（ｍｍ）となる。この縮小率（Ｍ値）は、マスク板１３
−１と加工レンズとの間の距離を変えることで任意に設
定できる。

【００２３】現在使用されるビアホールの径は０．１
（ｍｍ）が主流であるため、マスク板１３−１に設けら
れる穴Ｈ１〜Ｈ１６の径は１〜２（ｍｍ）を主としてそ
れらの前後の値、すなわち、Ｈ１：８，Ｈ２：６，Ｈ
３：４，Ｈ４：３，Ｈ５：２，Ｈ６：１．８，Ｈ７：
１．６，Ｈ８：１．４，Ｈ９：１．２，Ｈ１０：１．
０，Ｈ１１：０．９，Ｈ１２：０．８，Ｈ１３：０．
７，Ｈ１４：０．６，Ｈ１５：０．５，Ｈ１６：０．４
（いずれも単位はｍｍ）としている。これらの穴は大き
い方から順に反時計回りに配列されている。

【００２４】駆動部１３−３は、制御装置１の制御下で
マスク板１３−１の回転駆動を行う。すなわち、制御装
置１ではオペレータにより設定されるドリルデータ、Ｃ
ＡＤファイル等のマスタデータにもとづいて指定された
ビアホールの径に対応する穴を選択し、この穴がレーザ
光の光路に位置するようにマスク板１３−１を回転させ
る。一般に、ドリルデータ内ではＴコードで穴径が指定
されている。本例では、このＴコードにもとづいてマス
ク板１３−１を回転させることで、所望の穴径を設定で
きる。

【００２５】図１に戻って、Ｘ−Ｙスキャナ１４ａと１
４ｂとは、４５°反射ミラー１１に関して線対称の関係
で配置されるのが好ましい。これは、レーザ光にはビー
ム拡がり角、すなわち光路長が長くなるにつれてビーム
径が大きくなるという性質があるからである。これに対
し、上記のようにすることでレーザ発振器１０における
レーザ光の出射口からワーク１７ａ，１７ｂの加工面ま
での距離を同じにし易くなり、加工面でのレーザ光のエ
ネルギー密度を同一にすることができる。

【００２６】次に、ワーク１７ａ，１７ｂの位置決めに
ついて説明する。Ｘ−Ｙテーブル１６ａ，１６ｂ上には
ワーク１７ａ，１７ｂを位置決めするための複数のピン
が、ワーク１７ａ，１７ｂにはこのピンの挿入可能な複
数の穴がそれぞれ設けられている。更に、図１には図示
していないが、Ｘ−Ｙテーブル１６ａ，１６ｂの斜め上
方にはそれぞれ、ＩＴＶカメラが設置されている。これ
は、ワーク１７ａ，１７ｂには位置決め用のアライメン
トマークが付されており、レーザ加工の前にこのアライ
メントマークを画像処理によって読み取ってワーク１７
ａ，１７ｂの正確な位置決めを行うためである。このた
め、ＩＴＶカメラからの画像信号が制御装置１に送ら
れ、制御装置１では画像処理部が画像信号を処理してワ
ーク１７ａ，１７ｂのアライメントマークが所定位置に
くるようにＸ−Ｙテーブル１６ａ，１６ｂの位置を制御
する。

【００２７】図６を参照して、制御装置１によるレーザ
加工に際してのＸ−Ｙテーブル１６ａ，１６ｂの制御に
ついて説明する。Ｘ−Ｙテーブル１６ａ，１６ｂはそれ
ぞれ、原則的には内蔵の駆動機構により独立して動作可
能である。しかし、本例では、制御装置１はＸ−Ｙテー
ブル１６ａ，１６ｂがまったく同じ動作をするようにそ
れぞれの駆動機構を制御する。すなわち、Ｘ−Ｙテーブ
ル１６ａが図中左方に距離Ｘ₁ だけ移動する時、これに
同期してＸ−Ｙテーブル１６ｂも図中左方に距離Ｘ₁ だ
け移動する。また、Ｘ−Ｙテーブル１６ａが図中上方に
距離Ｙ₁ だけ移動する時は、Ｘ−Ｙテーブル１６ｂもこ
れに同期して図中上方に距離Ｙ₁ だけ移動する。

【００２８】したがって、Ｘ−Ｙテーブル１６ａ，１６
ｂが正確に駆動制御されるとすれば、Ｘ−Ｙテーブル１
６ａ，１６ｂは衝突することは無い。しかしながら、誤
動作によってＸ−Ｙテーブル１６ａ，１６ｂが異なる方
向に移動するようなこともあり得る。そして、その移動
方向が互いに接近し合うような移動の場合、Ｘ−Ｙテー
ブル１６ａ，１６ｂが衝突するおそれがある。このよう
な衝突を防ぐためには、図６（ａ）に一点鎖線で示すよ
うに、Ｘ−Ｙテーブル１６ａ，１６ｂの可動範囲が互い
に重ならないようなレイアウトにすれば良い。しかし、
図６（ａ）のようなレイアウトではＸ−Ｙテーブル１６
ａ，１６ｂのための設置スペースが大きくなり、加工装
置が大型化してしまう。

【００２９】これに対し、本例では、Ｘ−Ｙテーブル１
６ａ，１６ｂの対向し合う端部にそれぞれ、互いの接近
距離が所定値以下になると動作する複数の近接センサ１
６−１ａ，１６−２ａ，１６−１ｂ，１６−２ｂを設
け、これらの近接センサ１６−１ａ，１６−２ａ，１６
−１ｂ，１６−２ｂの検出信号を制御装置１に入力させ
るようにしている。制御装置１は、いずれかの近接セン
サから接近距離が所定値以下になったことを示す検出信
号を受けると、インタロック機能を起動させるべくＸ−
Ｙテーブル１６ａ，１６ｂの駆動機構に対して停止を指
令するインタロック信号を出力する。

【００３０】ここで、前記所定値は、Ｘ−Ｙテーブル１
６ａ，１６ｂが最高速度で動作している状態においてイ
ンタロック機能が起動した場合に完全に停止するまでに
要した移動距離よりも大きくなるように設定されること
は言うまでもない。

【００３１】上記のようにすることで、図６（ｂ）に示
すように、Ｘ−Ｙテーブル１６ａの移動範囲を一点鎖線
とし、Ｘ−Ｙテーブル１６ｂの移動範囲は二点鎖線とし
てそれぞれ範囲を一部重なるようにすることができる。
その結果、それぞれの移動範囲が重なった領域だけ図６
（ａ）の場合よりも設置スペースを狭くすることができ
る。

【００３２】参考のために、図７に図６（ａ）、（ｂ）
に対応する装置の実際の寸法の一例を示す。図６（ａ）
に対応する装置では、幅寸法２０５０（ｍｍ）であるの
に対し、本発明による図６（ｂ）に対応する装置では幅
寸法１５５０（ｍｍ）となり、大幅に寸法を縮小でき
る。

【００３３】上記説明はＸ−Ｙテーブルが２つの場合で
あるが、３つ以上の場合にも同様にして適用可能である
ことは明らかである。

【００３４】いずれにしても、この実施の形態において
は、レーザ発振器１０からのレーザ光をそのエネルギー
密度を低下させることなく２分割して２つのレーザ加工
系に導き、２つのワーク１７ａ，１７ｂに対してまった
く同じ穴あけ加工を行うことで、加工速度を２倍にする
ことができる。したがって、１穴当たりの加工コストを
大幅に低減することができる。

【００３５】なお、本発明はＴＥＡ ＣＯ₂ レーザに使
用した場合に最も有効であるが、既存のＣＯ₂ レーザ、
ＹＡＧレーザ、エキシマレーザ等のどのような加工装置
にも適用可能であり、レーザ光の形態もパルス状、連続
波のいずれでも良い。また、被加工物は、特にプリント
配線基板やフレキシブルプリント配線基板に適している
が、その他の樹脂、ガラスにも適用できる。

【００３６】

【発明の効果】本発明によれば、１つのレーザ発振器か
らのレーザ光をエネルギー密度の低減なしで複数に分割
してまったく同じ加工を行う複数の加工系に導入できる
ようにしたことにより、ワークの加工速度を大幅に向上
させることができ、結果として加工コストを大幅に低下
させることができる。また、複数のＸ−Ｙテーブルの占
有するスペースを小さくして装置の小形化を図ることが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるレーザ加工装置の概略構成を示す
ブロック図である。

【図２】図１に示された４５°反射ミラーの作用を説明
するための拡大図（図ａ）、レーザ光の断面形状を説明
するための図（図ｂ）である。

【図３】図１に示された４５°反射ミラーの代わりの例
を説明するための図である。

【図４】図１に示されたＸ−Ｙスキャナの概略構成を示
した図である。

【図５】図１に示されたマスクの他の例の構成を示した
図である。

【図６】図１に示されたＸ−Ｙテーブルの動きを説明す
るための図である。

【図７】一般的な制御方式と本発明方式とによる加工装
置寸法の一例を示すための側面図である。

【符号の説明】

１１ ４５°反射ミラー １１ａ，１１ｂ 反射面 １５，１５ａ，１５ｂ 加工レンズ １６ａ，１６ｂ Ｘ−Ｙテーブル １７，１７ａ，１７ｂ ワーク ２１ ５０％反射ミラー

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レーザ発振器からのレーザ光をＸ−Ｙテ
   ーブル上に配置されたワークに照射して加工を行うレー
   ザ加工装置において、前記レーザ発振器からのレーザ光
   を複数に分割する分割手段を備え、前記分割数に応じて
   前記Ｘ−Ｙテーブル及びその駆動機構を複数組備えると
   共に、各駆動機構を制御する制御装置を備え、該制御装
   置は、前記各駆動機構を同じ動作をするように制御する
   ことを特徴とするレーザ加工装置。
2. 【請求項２】 互いに隣り合う前記Ｘ−Ｙテーブルの対
   向し合う端部にはそれぞれ、互いの接近距離が所定値以
   下になると動作する近接センサを設け、前記制御装置
   は、前記近接センサからの検出信号を受けると、対応す
   る前記Ｘ−Ｙテーブルの動作を停止させるインタロック
   機能を有することを特徴とする請求項１記載のレーザ加
   工装置。
3. 【請求項３】 前記所定値は、前記Ｘ−Ｙテーブルが最
   高速度で動作している状態において前記インタロック機
   能により停止するのに必要な距離よりも大きく設定され
   ていることを特徴とする請求項２記載のレーザ加工装
   置。