JP3853499B2 - レーザー加工装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子回路基板等の基板上に異なる開口径の穴を穴開け加工するレーザー加工装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１は、レーザー加工装置の構成を示すもので、レーザー照射により基板７上に微細穴を穴開け加工できるように構成されている。レーザー発振器１から出射されたレーザービーム２は反射鏡３によりＸ−Ｙ２軸のガルバノメータ４、５方向に導かれ、各ガルバノメータ４、５の掃引により照射方向を変えてｆθレンズ６に入射され、このｆθレンズ６により集束されてＸＹテーブル９により位置決めされた基板７の所定位置に照射される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記構成に示すように、レンズで集束されたレーザービームで穴開けするとき、レーザービームは円錐形になるため、加工された穴も円錐形になる。また、微細な穴開けでは溶融物により貫通性が損なわれる場合も生じる。この問題を解消するため、同一の加工位置に対して複数回のレーザー照射を行うことが考えられるが、連続してレーザー照射すると、先のレーザー照射により溶融した状態のところに続いてレーザー照射されることになり、被加工物の流動性が増して逆に貫通性が悪くなることが判明した。即ち、同一の加工位置に複数回のレーザー照射を行うには、先のレーザー照射により溶融した部分が凝固する時間を設けて次のレーザー照射を行うようにしなければならないことになる。
【０００４】
しかしながら、同一の穴に対しレーザー照射を時間間隔を設けて連続して複数回行うと、被加工物に多数の穴を加工する加工時間を要することになる。例えば、１回のレーザー照射時間が０．３ｍｓ、ガルバノミラーの位置決めに要する時間が５ｍｓで、照射時間間隔が１０ｍｓ必要であり、穴開け加工に２回照射する場合、１つの穴の加工時間に１５．６ｍｓ必要となり、この加工速度では、６４穴／秒が上限となる。
【０００５】
本発明は上記従来技術の課題に鑑みて創案されたもので、その目的とするところは、１つの穴開け加工に複数回のレーザー照射する場合の加工速度を向上させることができるようにしたレーザー加工装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本願の第１発明のレーザ加工装置は、レーザービームを出射するレーザー発振器と、前記レーザービームを分岐する分岐手段と、前記分岐手段により分岐された各レーザービームをそれぞれ被加工物上の加工位置に導く集束手段と、前記集束手段により集束したレーザービームを走査する走査手段とを有するレーザー加工装置において、前記走査手段及び集束手段を一体的に保持して構成された２つのレーザー照射部が、互いのレーザー照射領域が隣接する配設間隔となるように、それぞれの保持機構が各レーザー照射部を片持ち支持すると共に、各保持機構の片持ち支持部位が互いに外側に位置するように配置されてなることを特徴とする。
【００１２】
上記構成によれば、レーザー発振器から出射されたレーザービームを分岐手段により分岐し、分岐した各レーザービームをそれぞれ走査手段により集束して被加工物上に照射することにより、各レーザービームにより被加工物の加工位置に穴開け加工することができ、特に、２つのレーザー照射部の保持機構を片持ちとし、この片持ち部分を互いに外側にして各レーザー照射部を保持して一体化することにより、互いのレーザー照射領域を隣接させることができるようになり、各レーザー照射部の間に加工できない領域がなくなるため、両レーザー照射部により同時に加工する範囲も一体化される。
【００１３】
上記第１の発明の構成において、分岐された各レーザービームによりそれぞれ異なる加工パターンを加工したとき、先に加工が終了した側のレーザービームを走査手段により被加工物より上流側に配設した遮蔽板に照射させるレーザービーム遮蔽手段を設けて構成することができる。この構成により、照射の必要がなくなったレーザービームを迅速に遮蔽することができ、不必要に照射されるレーザービームによる弊害を防止することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して参考例および本発明の一実施形態について説明し、本発明の理解に供する。
【００１５】
図１は、本発明の第１の参考例に係るレーザー加工装置の構成を示すもので、レーザー発振器１から出射されたレーザービーム２は反射鏡３で方向変換され、Ｘ−Ｙ２軸にレーザービーム２を走査する各ガルバノメータ（走査手段）４、５それぞれのガルバノミラー４ａ、５ａからｆθレンズ（集束手段）６に入射され、ｆθレンズ６により集束されてＸＹテーブル９上により位置決めされた基板（被加工物）７の所定の位置に照射され、照射位置にビーム径に対応する開口径の穴が加工される。この構成は従来構成と同様であるが、基板７に加工する穴のテーパーを小さく且つ貫通性をよくするために、１つの穴の加工位置に対して複数回のレーザー照射を行う点において従来の加工方法と異なっている。以下、第１の参考例に係るレーザー加工装置について説明する。
【００１６】
まず、ＸＹテーブル９により基板７を所定位置に位置決めし、各ガルバノメータ４、５それぞれのガルバノミラー４ａ、５ａによりレーザービーム２を基板７上の加工位置に導き、ｆθレンズ６で集束して１回目のレーザー照射を行って穴を加工する。次に、ガルバノメータ４、５のいずれか一方を固定した状態で、他方の走査によりレーザービーム２を他の加工位置に導いて次の穴を加工する。例えば、Ｘ軸のガルバノメータ４を固定し、Ｙ軸のガルバノメータ５によりガルバノミラー５ａを回動動作させると、レーザービーム２はＹ軸方向に移動するので、所定角度の回動動作によりＹ軸方向の他の加工位置にレーザービーム２は導かれ、他の加工位置に対して１回目の穴加工がなされる。この後、ガルバノメータ５によりレーザービーム２の照射位置を先の加工位置に戻し、２回目のレーザー照射を行って、１回目のレーザー照射によりテーパーが生じた穴開け状態や貫通性の低下しているような状態を解消させる。同様に、他の加工位置に対しても２回目のレーザー照射を行って次の穴の穴開け加工の改善を行う。
【００１７】
上記はＹ軸方向の２か所の加工位置に対する穴開けを複数回に行う場合であるが、Ｘ−Ｙ方向に３か所以上の加工位置に複数回のレーザー照射を順次走査しつつ同様に行うことができる。ガルバノメータ４、５によるレーザービーム２の加工位置への移動に要する時間は５ｍｓあれば充分なので、複数の加工位置に１回目のレーザー照射して２回目のレーザー照射を行うときには１０ｍｓ以上の時間経過があり、この間に１回目のレーザー照射により溶融した穴は凝固しており、２回目のレーザー照射が溶融状態のままに行われることによる流動性の増大による貫通性の低下はなく、１回目のレーザー照射でのテーパーや貫通性の低下状態も２回目のレーザー照射で解消される。この１つの穴開け加工に要する時間は、２回のレーザー照射時間の０．３ｍｓ×２とレーザービーム２の移動時間５ｍｓとを加算した５．６ｍｓとなり、１つの穴に対して凝固時間だけ待機して２回照射する場合により高速加工できることになる。
【００１８】
図２は、本発明の第２の参考例の構成を示すもので、第１の参考例に係るレーザー加工装置での加工方法を用いて、大きな面積の同一種類の基板１７に対して２枚同時にレーザー加工することができる構成を示している。尚、図１に示した構成と共通する要素には同一の符号を付し、その説明は省略する。
【００１９】
図２において、レーザー発振器１から出射されたレーザービーム２はビームスプリッタ（分岐手段）１０により２本に分岐され、Ｘ−Ｙ２軸のガルバノメータ４、５とｆθレンズ６とを備えた２組のレーザー照射部Ａ、Ｂに導かれる。前記ビームスプリッタ１０で分岐した各レーザービーム２ａ、２ｂが各レーザー照射部Ａ、Ｂそれぞれのｆθレンズ６による集束点に到達する光路長は同一距離になるように設定されている。即ち、ビームスプリッタ１０で分岐したレーザービーム２ａが反射鏡３ｂ、３ｃで反射してガルバノミラー４ａに入射する光路長と、ビームスプリッタ１０で分岐したレーザービーム２ｂが反射鏡３ｄ、３ｅ、３ｆで反射してガルバノミラー４ａに入射する光路長とは同一長さである。このように光路長を一致させることによって各レーザー照射部Ａ、Ｂにおけるレーザービーム２ａ、２ｂの集束状態が同一となり、２枚の基板１７に対する同時加工を精度よく行うことができる。
【００２０】
上記レーザー照射構造により加工される基板１７、１７は、ＸＹテーブル１９の所定位置に保持されている。この基板１７の加工範囲は各レーザー照射部Ａ、Ｂの走査領域より広いので、破線で示すように複数に加工範囲を分割して、各レーザー照射部Ａ、Ｂによる走査により１つの加工範囲の加工が終了すると、ＸＹテーブル１９により次の加工範囲を各レーザー照射部Ａ、Ｂの下方に移動させる。レーザー加工による穴開けは、第１の参考例で示したレーザー加工方法により、テーパーの縮小と貫通性とが改善される。
【００２１】
図３は、本発明の第１の実施形態の構成を示すもので、第１の参考例に係るレーザ加工装置でのレーザー加工方法を用いて、１枚の基板１８に対して２本のレーザービーム２ａ、２ｂにより同時にレーザー加工することができる構成を示している。
【００２２】
図３において、レーザー発振器１から出射されたレーザービーム２は、反射鏡１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄにより導かれてビームスプリッタ（分岐手段）１２により２本に分岐され、一方のレーザービーム２ａは反射鏡１３ｅ、１３ｆ、１３ｇで導かれ、走査手段と集束手段とを一体的に構成したレーザー照射部１５Ａに入射される。また、他方のレーザービーム２ｂは反射鏡１３ｈ、１３ｉ、１３ｊ、１３ｋで導かれてレーザー照射部１５Ｂに入射される。各レーザー照射部１５Ａ、１５Ｂは、図１に示した構成と同様に、Ｘ−Ｙ２軸のガルバノメータ４、５（走査手段）とｆθレンズ６（集束手段）とを備えて構成されている。
【００２３】
前記レーザー照射部１５Ａ、１５Ｂは、それぞれ保持機構１４Ａ、１４Ｂにより互いに隣り合う外側で片持ち支持されているので、それぞれの配設間隔は、基板１８に対するレーザー照射領域が隣接するように接近させて配設することができる。従って、ＸＹテーブル１６上に保持された基板１８がＸＹテーブル１６により位置決めされた所定範囲の加工領域に対して、両レーザー照射部１５Ａ、１５Ｂで同時に加工するときに、両者間に加工できない領域はなく、それぞれが同時に加工を進行させることにより、迅速な加工速度が得られる。
【００２４】
各レーザー照射部１５Ａ、１５Ｂによる加工は、同一の加工パターンでも異なる加工パターンでもよい。１枚の基板に対して各レーザー照射部１５Ａ、１５Ｂにより異なる加工パターンを同時加工するとき、加工時間が異なることになる。
【００２５】
この場合には、先に加工が終了した側のレーザー照射を停止させる必要がある。
【００２６】
通常は機械的なシャッターによりレーザービームを遮蔽する方法が採用されるが、この方法ではシャッターの動作時間に少なくとも０．５秒を要するため、この間に数１０回の不必要なレーザー照射がなされることになる。
【００２７】
この先に加工終了した側のレーザー照射を停止させる構成を、本発明の第２の実施形態として図４に示す。図４は、上記第１の実施形態の構成におけるレーザー照射部１５Ａ／１５Ｂの内部構成として示すものである。
【００２８】
図示するように、ｆθレンズ６を構成するレンズ体の支持枠部分に捨てパルス受け（レーザービーム遮蔽手段）２０が設けられている。先に加工を終了した側のレーザー照射部１５Ａ／１５Ｂは、ガルバノメータ４、５の掃引動作によりガルバノミラー４ａ、５ａを回動させてレーザービーム２が前記捨てパルス受け２０に照射されるようにする。このレーザー照射の停止では、素早くレーザービーム２の遮蔽がなされるので、不必要なレーザー照射がなく、無駄なレーザー照射による弊害も防止される。
【００２９】
【発明の効果】
以上の説明の通り本発明のレーザー加工装置によれば、２つのレーザー照射部の保持機構による片持ち部分を互いに外側にして一体化することで互いのレーザー照射領域を隣接させられ、各レーザー照射部の間に加工できない領域がなくなるため、両レーザー照射部からの２つのレーザービームにより同時に加工することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 第１の参考例に係るレーザー加工装置の構成を示す斜視図。
【図２】 第２の参考例に係るレーザー加工装置の構成を示す斜視図。
【図３】 第１の実施形態に係るレーザー加工装置の構成を示す斜視図。
【図４】 第２の実施形態に係るレーザービーム遮蔽の構成を示す斜視図。
【符号の説明】
１、１１ レーザー発振器
２ レーザービーム
４、５ ガルバノメータ（走査手段）
６ ｆθレンズ（集束手段）
７、１７、１８ 基板（被加工物）
１０、１２ ビームスプリッタ（分岐手段）
１４Ａ、１４Ｂ 照射部保持機構
１５Ａ、１５Ｂ レーザー照射部

Claims (2)

1. レーザービームを出射するレーザー発振器と、前記レーザービームを分岐する分岐手段と、前記分岐手段により分岐された各レーザービームをそれぞれ被加工物上の加工位置に導く集束手段と、前記集束手段により集束したレーザービームを走査する走査手段とを有するレーザー加工装置において、
   前記走査手段及び集束手段を一体的に保持して構成された２つのレーザー照射部が、互いのレーザー照射領域が隣接する配設間隔となるように、それぞれの保持機構が各レーザー照射部を片持ち支持すると共に、各保持機構の片持ち支持部位が互いに外側に位置するように配置されてなることを特徴とするレーザー加工装置。
2. 分岐された各レーザービームによりそれぞれ異なる加工パターンを加工したとき、先に加工が終了した側のレーザービームを被加工物より上流側に配設した遮蔽板に照射させるレーザービーム遮蔽手段を設けた請求項１記載のレーザー加工装置。

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