(57)【要約】【課題】従来の穴あけ加工方法では、レーザ加工時の熱影響のために、加工穴形状の歪、加工穴径のばらつき（穴径肥大）、マイクロクラックの発生が問題となっていた。【解決手段】パルスレーザのレーザ径よりも大なる径の穴を被加工物に加工する際に、加工する穴の形状に沿って前記被加工物をレーザが貫通するまで照射してから次に照射するレーザが重ならない距離以上に離した間隔でレーザを照射して前記穴を１周するステップと、前記穴の形状に沿って前記１周するステップで加工した加工位置からずらした位置から新たに前記１周するステップを行い、前記穴の形状の全周に貫通穴を形成する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
パルスレーザのレーザ径よりも大なる径の穴を被加工物に加工する際に、加工する穴の形状に沿って前記被加工物をレーザが貫通するまで照射してから次に照射するレーザが重ならない距離以上に離した間隔でレーザを照射して前記穴を１周するステップと、前記穴の形状に沿って前記１周するステップで加工した加工位置からずらした位置から新たに前記１周するステップを行い、前記穴の形状の全周に貫通穴を形成するレーザ加工方法。
【請求項２】
パルスレーザのレーザ径よりも大なる径の穴を被加工物に加工する際に、加工する穴の形状に沿って次に照射するレーザが重ならない距離以上に離した間隔でレーザを照射して前記穴を１周するステップと、前記被加工物をレーザが貫通するまで前記１周するステップを行うステップと、前記レーザ加工の部位の深さが達した後、前記穴の形状に沿って前記１周するステップで加工した加工位置からずらした位置から新たに前記１周するステップと前記レーザが貫通するまで行うステップを行い、前記穴の形状の全周に貫通穴を形成するレーザ加工方法。
【請求項３】
パルスレーザのレーザ径よりも大なる径の穴を被加工物に加工する際に、加工する穴の形状に沿って次に照射するレーザが重ならない距離以上に離した間隔でレーザを照射して前記穴を１周するステップと、前記穴の形状に沿って前記１周するステップで加工した加工位置からずらした位置から新たに前記１周するステップを繰り返し、前記穴の形状の全周にレーザが照射され、かつ被加工物をレーザが貫通まで前記ステップを繰り返し行うレーザ加工方法。
【請求項４】
パルスレーザを発振するレーザ発振器と、前記レーザ発振器から射出したレーザを反射してその位置を決めるガルバノミラーと、前記ガルバノミラーで反射されたレーザを被加工物に集光するｆΘレンズと、前記レーザ発振器と前記ガルバノミラーを制御する制御コントローラを備え、前記制御コントローラは、前記レーザのレーザ径よりも大なる径の穴を前記被加工物に加工する際に、前記レーザ発振器とガルバノミラーを制御して、加工する穴の形状に沿って前記被加工物をレーザが貫通するまで照射してから次に照射するレーザが重ならない距離以上に離した間隔でレーザを照射して前記穴を１周させ、前記穴の形状に沿って前記１周させて加工した加工位置からずらした位置から新たに前記１周させる加工を行い、前記穴の形状の全周に貫通穴を形成するレーザ加工装置。
【請求項５】
パルスレーザを発振するレーザ発振器と、前記レーザ発振器から射出したレーザを反射してその位置を決めるガルバノミラーと、前記ガルバノミラーで反射されたレーザを被加工物に集光するｆΘレンズと、前記レーザ発振器と前記ガルバノミラーを制御する制御コントローラを備え、前記制御コントローラは、前記レーザのレーザ径よりも大なる径の穴を前記被加工物に加工する際に、前記レーザ発振器とガルバノミラーを制御して、加工する穴の形状に沿って次に照射するレーザが重ならない距離以上に離した間隔でレーザを照射して前記穴を１周させ、前記穴の形状に沿って前記１周した加工の加工位置からずらした位置から新たに前記１周する加工を繰り返し、前記穴の形状の全周にレーザが照射され、かつ前記被加工物をレーザが貫通まで前記加工を繰り返し行うレーザ加工装置。
【請求項６】
パルスレーザを発振するレーザ発振器と、前記レーザ発振器から射出したレーザを反射してその位置を決めるガルバノミラーと、前記ガルバノミラーで反射されたレーザを被加工物に集光するｆΘレンズと、前記レーザ発振器と前記ガルバノミラーを制御する制御コントローラを備え、前記制御コントローラは、前記レーザのレーザ径よりも大なる径の穴を前記被加工物に加工する際に、前記レーザ発振器とガルバノミラーを制御して、加工する穴の形状に沿って次に照射するレーザが重ならない距離以上に離した間隔でレーザを照射して前記穴を１周させ、前記穴の形状に沿って前記１周する加工の加工位置からずらした位置から新たに前記１周する加工を繰り返し、前記穴の形状の全周にレーザが照射され、かつ前記被加工物をレーザが貫通まで前記加工を繰り返し行うレーザ加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はレーザビームの照射位置を制御して被加工物に穴等を加工するレーザ加工方法及びレーザ加工装置に関し、特にはレーザのビーム径よりも大きな穴を開けるレーザの加工方法及びレーザ加工装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年の部品の小型化、高集積化、複合モジュール化に伴い、それらの元となる基材の穴あけ加工も従来に比べ、小径化となり、従来の加工方法では困難になってきた。それらを解決するために、レーザを用いての穴あけ加工が増えてきている。
【０００３】
パーソナルコンピュータや携帯電話等に搭載されているプリント基板および電子部品は年々小型化、高集積化、複合モジュール化に伴い、基板や部品にあける穴径の小径化、狭ピッチ化の需要が増えてきているので、加工用のレーザのビーム径も小径かされてきている。その一方で、位置決め用等、レーザのビーム径以上の穴径の加工も同時に行う必要が出てきていた。
【０００４】
このような従来のレーザのビーム径以上の穴径のプリント基板のレーザ穴あけ加工方法は、図４に示すように加工方法があった（例えば特許文献１、２参照）。
【０００５】
図４の加工方法はトレパニング加工といい、その加工方法は、加工穴径φＡμｍに対し、φ１０μｍ〜φ２０μｍ程度のレーザ径φＣμｍを用い、被加工物の加工する穴の形状に沿って次に照射するレーザが重なる程度の距離に離した間隔でレーザを順次照射し、前記穴の形状の全周にレーザが照射され、かつ被加工物の厚さまでレーザ加工の部位の深さが達するように加工するものであった。
【特許文献１】特開２００２−５１７３１５号公報
【特許文献２】特開２００４−１８８４８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、従来のレーザ加工方法の場合は、隣り合うレーザ加工部位を順次近接させて熱加工を行うものであり、熱伝導によって穴周辺の材料の温度を上昇させる。
【０００７】
従って、穴周辺の材料の温度がレーザ加工の進行に伴い徐々に上昇するため、被加工物は不規則に膨張する。特に極薄セラミックグリーンシート材（熱膨張率が大きい）などは熱が篭り易く、脆い。
【０００８】
このため従来の穴あけ加工方法では、加工穴形状の歪、加工穴径のばらつき（穴径肥大）、マイクロクラックの発生が問題となっていた。
【０００９】
本発明は被加工物に良好な穴あけ加工ができるレーザ加工方法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】
【００１０】
上記課題を解決するために第１の本発明は、パルスレーザのレーザ径よりも大なる径の穴を被加工物に加工する際に、加工する穴の形状に沿って前記被加工物をレーザが貫通するまで照射してから次に照射するレーザが重ならない距離以上に離した間隔でレーザを照射して前記穴を１周するステップと、前記穴の形状に沿って前記１周するステップで加工した加工位置からずらした位置から新たに前記１周するステップを行い、前記穴の形状の全周に貫通穴を形成するレーザ加工方法である。
【００１１】
これにより、加工速度を落とさずに被加工物への熱影響を低く抑え、従来のレーザ光を用いて加工した場合に発生していたような加工穴の不具合を著しく抑制することが可能となる。
【００１２】
また、第２の本発明は、パルスレーザのレーザ径よりも大なる径の穴を被加工物に加工する際に、加工する穴の形状に沿って次に照射するレーザが重ならない距離以上に離した間隔でレーザを照射して前記穴を１周するステップと、前記被加工物をレーザが貫通するまで前記１周するステップを行うステップと、前記レーザ加工の部位の深さが達した後、前記穴の形状に沿って前記１周するステップで加工した加工位置からずらした位置から新たに前記１周するステップと前記レーザが貫通するまで行うステップを行い、前記穴の形状の全周に貫通穴を形成するレーザ加工方法である。
【００１３】
これにより、第１の発明よりも熱影響が大きな被加工物であっても被加工物への熱影響を低く抑え、従来のレーザ光を用いて加工した場合に発生していたような加工穴の不具合を著しく抑制することが可能となる。
【００１４】
また、第３の本発明は、パルスレーザのレーザ径よりも大なる径の穴を被加工物に加工する際に、加工する穴の形状に沿って次に照射するレーザが重ならない距離以上に離した間隔でレーザを照射して前記穴を１周するステップと、前記穴の形状に沿って前記１周するステップで加工した加工位置からずらした位置から新たに前記１周するステップを繰り返し、前記穴の形状の全周にレーザが照射され、かつ被加工物をレーザが貫通まで前記ステップを繰り返し行うレーザ加工方法である。
【００１５】
これにより、第２の発明よりも更に熱影響が大きな被加工物であっても被加工物への熱影響を低く抑え、従来のレーザ光を用いて加工した場合に発生していたような加工穴の不具合を著しく抑制することが可能となる。
【発明の効果】
【００１６】
以上のように、本発明のレーザ加工方法は、従来のレーザ加工方法により被加工物の加工穴に生じていた加工穴形状の歪、加工穴径のバラツキ、マイクロクラックなどを抑制することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
（実施の形態）
以下、本発明の一実施の形態を図１から図３を用いて説明する。
【００１８】
まず、図１は、本実施の形態を行うためのレーザ加工装置の構成を示している。
【００１９】
図において、レーザ発振器１は内部でレーザが発振されレーザ２を射出するように構成している。この射出したレーザ２はミラー３で方向を変え、ミラー３で方向を変えたレーザ２の進行方向にレーザ２の密度（レーザ径）を調整するためのレンズ４を配置している。
【００２０】
このレーザ２の進行方向にはレンズ４を通過したレーザ２の形状を整形するためのマスク５とこのマスク５を通過したレーザ２の雑光を抑えるためのアイリス６を配置し、アイリス６を通過したレーザ２をＸ軸方向に振るためのガルバノミラー（Ｘ軸）７とガルバノミラー７で反射されたレーザ２をＹ軸方向に振るためのガルバノミラー（Ｙ軸）８を配置してレーザ２の位置決めを行うようにし、このガルバノミラー８で反射したレーザ２をｆΘレンズ９で集光し、加工テーブル１１上に載置した被加工物１２の加工点１３に照射するように構成している。
【００２１】
そして、これらガルバノミラー７、８とレーザ発振器１を制御する制御コントローラ１０を設けている。
【００２２】
このように、レーザ発振器１より発振したレーザ２で制御コントローラ１０により制御されたガルバノミラー（Ｘ軸）（Ｙ軸）７，８とｆΘレンズ９により加工テーブル１１上に搭載された被加工物１２に穴加工を施すように構成し、このように構成されたレーザ加工装置を用い、特に制御コントローラ１０によって本実施の形態のレーザ加工方法が実施される。
【００２３】
次に、本実施の形態のレーザ加工方法を説明する。
【００２４】
図２は本発明によるレーザ加工方法でのレーザ加工軌跡を示す説明図で、レーザ加工順序に従って図２（ａ）から図２（ｉ）にレーザ加工状態を示している。
【００２５】
図２において、（ａ）は第１回目のレーザ加工状態を示し、パルスレーザのレーザ径よりも大なる径の穴を被加工物に加工する際に、加工する穴の形状に沿って前記被加工物をレーザが貫通するまで照射してから次に照射するレーザが重ならない距離以上に離した間隔でレーザを照射して前記穴を１周するステップを示すのもので、２１ａはレーザ照射開始点であり、２１ｂはレーザ照射２点目、２１ｃはレーザ照射３点目、２１ｄはレーザ照射終了点である。
【００２６】
レーザ照射開始点２１ａからレーザ照射終了点２１ｄまでは等間隔であり、４箇所のレーザ照射点にレーザ照射を行うが、各レーザ照射点では被加工物を貫通するまでレーザ照射を繰り返して行う。
【００２７】
これにより、ガルバノミラー７，８の移動時間を減らすことができ、加工時間を短縮できる。
【００２８】
これら一連を１サイクル（正四角形タイプ）とし、２サイクル以降は前記穴の形状に沿って前記１周するステップで加工した加工位置からずらした位置から新たに前記１周するステップとしてレーザどうしが重ならない距離に次のサイクルを実施し、前記穴の形状の全周を加工してパルスレーザのレーザ径よりも大なる径の貫通穴を形成する。
【００２９】
（ｂ）は第２回目のレーザ加工状態を示すもので、上述した第１回目と同じ距離を離してレーザ照射開始点２２ａから順次レーザ照射を行い、レーザ照射終了点２２ｄまでレーザ照射を４回照射を実施する。この第２回目のレーザ加工が第１回目のレーザ加工と異なるのは、各レーザ照射点からの中心位置を中心として第１回目から特定角度回転させた位置に各レーザ照射点をずらしたことである。
【００３０】
また、（ｃ）は第３回目のレーザ加工状態を示し、（ｄ）は第４回目のレーザ加工状態を示し、（ｅ）は第５回目のレーザ加工状態を示し、（ｆ）は第６回目のレーザ加工状態を示し、（ｇ）は第７回目のレーザ加工状態を示し、（ｈ）は第８回目のレーザ加工状態を示し、（ｉ）は第９回目のレーザ加工状態を示すもので、それぞれのレーザ照射開始点２３ａ、２４ａ、２５ａ、２６ａ、２７ａ、２８ａ、２９ａから、レーザ照射終了点２３ｂ、２４ｂ、２５ｂ、２６ｂ、２７ｂ、２８ｂ、２９ｂまで、それじれ順次、レーザ照射を行う。
【００３１】
その際には、各レーザ照射点からの中心位置を中心として前に行ったレーザ照射点から特定角度回転させた位置に各レーザ照射点をずらしていく。
【００３２】
なお、回転角度でずらしたが、ずらす距離を定めてもよい。
【００３３】
また、各レーザ照射点では被加工物を貫通するまでレーザ照射を行ったが、熱影響の大きな被加工物（セラミックグリーンシートなどの被加工物）の場合には、若干、作業時間が必要になるが、上述したものよりレーザ出力を低めに設定し、被加工物を貫通するまで１サイクル、例えば図１（ａ）のレーザ照射点に順次レーザ照射して、１サイクルにおける各照射点がレーザで貫通するまで１サイクルの各照射点にレーザを移動させて順次照射を行い、貫通後に次のサイクル例えば図１（ｂ）に移っても良い。係る方法で加工を行うことで、１箇所のレーザ照射点に再度レーザが照射されるのは、１サイクル後なので、各レーザ照射点に残留する熱が、各レーザ照射点で穴が貫通するまで連続してレーザを照射するのに比べて小さくなり、熱影響の大きな被加工物においても、熱による穴寸法の歪、ばらつき、マイクロクラックなどの熱影響による加工不良をより低減できるという効果を得ることができる。
【００３４】
さらに、もっと熱影響の大きな被加工物（薄いセラミックグリーンシートなどの被加工物）の場合には、上述したものより作業時間が必要になるが、上述したものよりレーザ出力を低めに設定し、例えば数パルス（好ましくは１パルス）毎にレーザ照射を行い、被加工物を貫通するまで順次各サイクルのレーザ照射点にレーザ照射して、例えば図１（ａ）から（ｉ）までを被加工物を貫通するまで連続して行ってもよい。係る方法で加工を行うことで、１箇所のレーザ照射点に再度レーザが照射されるのは、全サイクル後なので、各レーザ照射点における残留する熱が、１サイクル後にレーザを照射するのに比べて更に小さくなり、熱影響の極めて大きな被加工物においても、熱による穴寸法の歪、ばらつき、マイクロクラックなどの熱影響による加工不良を削減できるというより高い効果を得ることができる。
【００３５】
なお、今回の図２では回転角度を１０°オフセットしながら９サイクルのレーザ照射を実施し、１穴の加工を終える。
【００３６】
この特定角度は、穿つ穴径と、レーザのビーム径から求めるもので、各レーザ照射点でのレーザのビーム径が重なり合う間隔になるように設定する。この点について図３を用いて説明する。
【００３７】
図３は図２におけるレーザ加工方法でのサイクルを１サイクルから順次８サイクルに変更した場合のレーザ加工方法でのレーザ加工軌跡を示す説明図で、レーザ加工の終了サイクルに従って図３（ａ）から図３（ｈ）に示している。
【００３８】
図３において、（ａ）は１サイクルで終了するレーザ加工状態を示すもので、３１ａはレーザ照射開始点であり、３１ｂはレーザ照射２点目、３１ｃはレーザ照射３点目、３１ｄはレーザ照射終了点である。
【００３９】
上述したように、レーザ照射開始点３１ａからレーザ照射終了点２１ｄまでは等間隔であり、レーザ照射を４回実施する。
【００４０】
これら一連を１サイクル（正四角形タイプ）とし、２サイクル以降も加工を行う場合は、レーザどうしが重ならない距離に次のサイクルを実施する。
【００４１】
（ｂ）は２サイクルでレーザ加工を終了する場合を示し、（ｃ）は３サイクルでレーザ加工を終了する場合を示し、（ｄ）は４サイクルでレーザ加工を終了する場合を示し、（ｅ）は５サイクルでレーザ加工を終了する場合を示し、（ｆ）は６サイクルでレーザ加工を終了する場合を示し、（ｇ）は７サイクルでレーザ加工を終了する場合を示し、（ｈ）は８サイクルでレーザ加工を終了する場合を示すもので、それぞれのレーザ照射開始点３２ａ、３３ａ、３４ａ、３５ａ、３６ａ、３７ａ、３８ａから、レーザ照射終了点３２ｂ、３３ｂ、３４ｂ、３５ｂ、３６ｂ、３７ｂ、３８ｂまで、それぞれ順次、レーザ照射を行う。
【００４２】
その距離の設定は回転を２回転で終了する場合は回転角度９０°の１／２の角度をオフセットする（図３（ｂ）参照）。３回転で終了する場合は回転角度９０°の１／３の角度をオフセットする。（図３（ｃ）参照）。このようにＸ回転時の回転角度は９０°／Ｘの角度が回転オフセットしながら円を描き、レーザ照射を実施し、１穴の加工を終える。なお、サイクルは１から９に限定するものではなく、例えば１０サイクルの場合は回転角度を９°オフセットし、１５サイクルの場合は回転角度を６°オフセットすればよく、１サイクルが正四角形タイプの場合、上述したように９０°をサイクル数で除算することでオフセットする回転角度を求めればよい。
【００４３】
本実施の形態でのレーザ加工方法を厚さ７μｍのセラミックグリーンシートの穴あけに適用したところ、穴径が均一で、かつマイクロクラックが減少した、この時の加工エリアは１０ｍｍ×１０ｍｍ、用いたレーザはＵＶレーザ、エネルギーは１３〜１５μＪ／ショット、穴径はφ３０μｍ、穴ピッチは５００μｍ、加工速度は１５０〜２２０穴／秒である。
【００４４】
これら実施の形態において、今回の実施例として１サイクルを正四角形タイプにて説明したが、１サイクルを正三角形タイプでも可能であり、その場合には１２０°をサイクル数で除算することでオフセットする回転角度を求めればよく、また正五角形タイプの場合は、７２°をサイクル数で除算することでオフセットする回転角度を求めればよく、正六角形タイプの場合は、６０°をサイクル数で除算することでオフセットする回転角度を求めればよい。すなわち、１つの頂点から次の頂点までの内角をサイクル数で除算することでオフセットする回転角度を求めることができる。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本発明のレーザ加工方法によれば、被加工物への熱影響を小さくでき、加工精度を向上できるので、レーザビームの照射位置を制御して被加工物に穴等を加工するレーザ加工装置等において有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の実施の形態に用いるレーザ加工装置の構成図
【図２】本発明の実施の形態のレーザ加工軌跡を示す説明図
【図３】本発明の実施の形態の各サイクル毎のレーザ加工軌跡を示す説明図
【図４】従来の穴あけ加工方法を示す図
【符号の説明】
【００４７】
１    レーザ発振器
２    レーザ光
３    ミラー
４    レンズ
５    マスク
６    アイリス
７    ガルバノミラー（Ｘ軸）
８    ガルバノミラー（Ｙ軸）
９    ｆΘレンズ
１０    制御コントローラ
１１    加工テーブル
１２    被加工物
１３    加工点
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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