(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ源から出力されたレーザ光を、ある方向に偏向走査する第１のガルバノミラー２ａと、この第１のガルバノミラー２ａが偏向走査する方向とほぼ直交する方向に偏向走査する第２のガルバノミラー２ｂとによって位置決めしてｆθレンズ４に入射し、
前記ｆθレンズ４から照射されるレーザ光１によって、スキャンエリア７内のワーク５の加工を行うレーザ加工方法であって、
前記スキャンエリア７において、前記ｆθレンズ４の前側焦点位置に近い位置にあるガルバノミラーによって走査されるスキャンエリアの幅が、他方のガルバノミラーによって走査されるスキャンエリアの幅よりも大きくなるようにガルバノスキャナ３ａ，３ｂを制御し、前記スキャンエリア７は、その全域で波面収差のＲＭＳ値が回折限界以下であることを特徴とするレーザ加工方法。
【請求項２】
前側焦点位置に近い位置にあるガルバノミラーによって走査される方向において、加工領域の幅Mが、スキャンエリアの幅の５０％よりも大きくした請求項１に記載のレーザ加工方法。
【請求項３】
前記スキャンエリア７は、前記ｆθレンズ４の前側焦点位置に近い位置にあるガルバノミラーによって走査される幅をＷとし、ｆθレンズの有効焦点距離をＦとした場合に、Ｗ／Ｆ＞０．６５となる請求項１または２に記載のレーザ加工方法。
【請求項４】
請求項１に記載のレーザ加工方法に使用するレーザ加工装置であって、
レーザ光をある方向に偏向走査する第１のガルバノミラー２ａと、
この第１のガルバノミラー２ａが偏向走査する方向とほぼ直交する方向にレーザ光を偏向走査する第２のガルバノミラー２ｂと、
それぞれのガルバノミラー２ａ，２ｂの方向を調整するためのガルバノスキャナ３ａ，３ｂと、
前記第１のガルバノミラー２ａから第２のガルバノミラー２ｂを経て位置決めされたレーザ光１を集光してスキャンエリア７内のワーク５に照射するｆθレンズ４とを備え、
前記ｆθレンズ４の前側焦点位置に近い位置にあるガルバノミラーを走査する前記ガルバノスキャナの駆動軸の可動領域が、他方のガルバノミラーを走査するガルバノスキャナの駆動軸の可動領域よりも大きくし、
前記ｆθレンズ４の前側焦点位置に近い位置にあるガルバノミラーによって走査される前記スキャンエリア７における幅をＷとし、ｆθレンズの有効焦点距離をＦとした場合に、Ｗ／Ｆ＞０．６５としたことを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項５】
前記ワーク５がフレキシブル配線基板である請求項４に記載のレーザ加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はレーザ加工方法及びレーザ加工装置に関し、特にプリント配線基板等への微小サイズの穴加工に好適である。
【背景技術】
【０００２】
プリント配線基板等の穴あけ加工では、大きい穴の加工はマイクロドリルで行われ、φ２００μｍ以下のような小さい穴の加工は特許文献１等に示されるレーザ加工装置によって行われている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平０９−３０８９８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近年、電子機器の小型化・高機能化に伴い、電子機器に搭載されるプリント配線基板の多層化や高密度化が進んでいる。 これに伴い、プリント配線基板への穴加工は、穴の小径化だけでなく、高い精度での加工が要求されている。そこで、本発明の課題は、精度の良い加工を高い効率で行うためのレーザ加工方法及びその加工装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明のレーザ加工方法では、まず、レーザ源から出力されたレーザ光は、前記第１のガルバノミラー２ａ、前記第２のガルバノミラー２ｂの順に入射される。その後、レーザ光１はｆθレンズ４によって集光照射され、スキャンエリア７内のワーク５を加工する。このとき、スキャンエリア７の、前記ｆθレンズ４の前側焦点位置に近い位置にあるガルバノミラーによって走査される幅が、他方のガルバノミラーによって走査される幅よりも大きくなるようにガルバノスキャナ３ａ，３ｂを制御する。
【０００６】
本発明のレーザ加工方法としては、その全域で波面収差のＲＭＳ値が回折限界以下であることが好ましい。なお、波面収差の回折限界は、一般的にはＲＭＳ値（波面全域にわたって、波面収差の２乗の平均値を求め、その１／２乗としたもの）が０．０７λ程度とされている。
【０００７】
本発明のレーザ加工方法としては、前側焦点位置に近い位置にあるガルバノミラーによって走査される方向において、加工領域の幅Ｍを、全走査領域の幅の５０％よりも大きくすることが好ましい。
【０００８】
本発明のレーザ加工方法としては、スキャンエリア７が、前記ｆθレンズ４の前側焦点位置に近い位置にあるガルバノミラーによって走査される幅をＷとし、ｆθレンズの有効焦点距離をＦとした場合に、Ｗ／Ｆ＞０．６５となっていることが好ましい。
【０００９】
本発明のレーザ加工装置では、レーザ光をある方向に偏向走査する第１のガルバノミラー２ａと、この第１のガルバノミラー２ａが偏向走査する方向とほぼ直交する方向にレーザ光を偏向走査する第２のガルバノミラー２ｂと、それぞれのガルバノミラー２ａ，２ｂの方向を調整するためのガルバノスキャナ３ａ，３ｂと、第１のガルバノミラー２ａから第２のガルバノミラー２ｂを経て位置決めされたレーザ光１を集光してスキャンエリア７内のワーク５に照射するｆθレンズ４とを備えている。さらに、ｆθレンズ４の前側焦点位置に近い場所にあるガルバノミラーを走査するガルバノスキャナの駆動軸の可動領域が、他方のガルバノミラーを走査するガルバノスキャナの駆動軸の可動領域よりも大きくなっている。なお、可動領域とは、動かすことができる領域のことではなく、スキャンエリア７の端から端まで動かすための領域をいう。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、スキャンエリア７内の加工穴の精度を高めながら、広いスキャンエリア７を確保することができる。従って、精度の良い加工を高い効率で行うことができるという効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明に使用するレーザ加工装置の構成を示す概念図である。
【図２】スキャンエリアの概念図である。
【図３】本発明をプリント基板の穴あけ加工に適用する際の概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１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。以下の例では、Ｙ軸方向を走査するガルバノミラー２ｂが、Ｘ軸方向を走査するガルバノミラー２ａよりもｆθレンズ４の前側焦点位置に近い場合について説明する。図１は、本発明に使用するレーザ加工装置の構成を示す概念図である。レーザ加工装置は、レーザ発振器から出力されたレーザ光１を２次元的に走査するための２つのガルバノミラー２ａ，２ｂと、ガルバノスキャナ３ａ，３ｂと、ｆθレンズ４と、ワーク５を載せるテーブルとを備えている。
【００１３】
レーザ発振器が出力するレーザ光１は、まず第１のガルバノミラー２ａに入射される。第１のガルバノミラー２ａは、そのミラー面がガルバノスキャナ３ａの駆動軸の回転に伴って変位し、入射されたレーザ光１の光軸をＸ軸方向に偏向走査し、レーザ光１を第２のガルバノミラー２ｂに送出する。第１のガルバノミラー２ａからレーザ光を受ける第２のガルバノミラー２ｂは、そのミラー面がガルバノスキャナ３ｂの駆動軸の回転に伴って変位する。さらに、入射されたレーザ光１の光軸を第１のガルバノミラー２ａの走査方向にほぼ直交するＹ軸方向に偏向走査してｆθレンズ４にレーザ光１を送出する。ｆθレンズ４は、ＸＹ面内で２次元的に走査されたレーザ光をワーク５上の目的の位置に集光照射する。これによって、ガルバノスキャナ３ａ，３ｂによってレーザ光を２次元走査できる範囲、すなわちスキャンエリア７にあるワーク５に多数の加工穴６が形成される。
【００１４】
加工穴６の精度を上げるには、加工ワーク５に入射するレーザ光の垂直性を高める、いわゆるテレセントリックエラーを小さくする必要がある。テレセントリックエラーを小さくするためには、いくつかの方法がある。
【００１５】
例えば、２つのガルバノミラー２ａ，２ｂ間の距離を縮めることが有効であるが、それぞれのガルバノミラーが回転する際に干渉しない距離を保つ必要がある。そのため、２つのガルバノミラーの距離は、ある程度までしか小さくすることができない。また、その他の方法として、スキャンエリア７を小さくする方法がある。上記のレーザ加工装置では、スキャンエリア７の中心側ほど精度が高い加工をすることができる傾向があるため、中心付近のエリアのみを穴加工に使用すれば、加工穴６の精度を高めることができる。ただし、小数の穴しか加工できないため、加工効率が低下する。その他に、ｆθレンズを構成するレンズの枚数を増やすことで、テレセントリックエラーを小さくすることもできるが、非常に僅かしか改善できない割に大きなコストアップに繋がることが多く、好ましくない。
【００１６】
これに対し、本発明では、スキャンエリア７を、ｆθレンズ４の前側焦点位置に近い位置にあるガルバノミラーによって走査される幅が、他方のガルバノミラーによって走査される幅よりも大きくなるようにした。このようなスキャンエリア７とするには、第１のガルバノミラー２aを走査するガルバノスキャナ３ａの駆動軸の可動領域よりも、第２のガルバノミラー２ｂを走査するガルバノスキャナ３ｂの駆動軸の可動領域を大きくする方法がある。例えば、従来の正方形のスキャンエリア７’と同じ大きさを確保するには、図２に示すように、第１のガルバノミラー２ａの可動領域を小さくし、第２のガルバノミラーの可動領域を大きくすることによって、スキャンエリア７’’として示すようなＹ軸方向に長辺を有する長方形の領域とすれば良い。
【００１７】
長方形のスキャンエリア７’’の長辺の幅、すなわちｆθレンズ４の前側焦点位置に近い位置にあるガルバノミラーによって走査される幅Ｗは、有効焦点距離をＦとした場合に、Ｗ／Ｆ＞０．６５とすることが好ましい。従来の正方形のスキャンエリア７’では、Ｗ／Ｆは０．４〜０．６程度となっている。これは、正方形のスキャンエリアでＷ／Ｆ＞０．６５にしようとすると、ｆθレンズの径を大きくしたり、枚数を大きくしたりする必要があるためである。また、装置の機構上の制約もあり、Ｗ／Ｆを大きくすることができなかった。これに対し、今回の発明では、ｆθレンズ４の前側焦点位置に近い位置にあるガルバノミラーが走査する幅のみを大きくしているので、ｆθレンズの径を抑え、枚数を増やすことなくＷ／Ｆを大きくすることができる。なお、Ｗ／Ｆの値としては、Ｗ／Ｆ＞０．７５とすることがより好ましい。
【００１８】
なお、上述した例では、第１のガルバノミラー２ａが偏向走査する方向をＸ軸方向としたが、Ｙ軸方向を先に偏向走査しても良い。さらに、加工される穴の配置によってはそれ以外の方向でも構わない。
【００１９】
また、ｆθレンズ４の前側焦点位置が、第１のガルバノミラー２ａに近い位置にある場合は、第１のガルバノミラーによって偏向走査される方向（上述した例ではＸ軸方向）に長辺を有するようなスキャンエリア７を設定すればよい。
【００２０】
＜試験例＞
図１に示す加工装置において、図２に示す正方形のスキャンエリア７’を有するように設計されたｆθレンズＡを使用する場合と、長方形のスキャンエリア７’’を有するように設計されたｆθレンズＢを使用する場合とについて比較を行った。この加工装置では、第２のガルバノミラーをｆθレンズの前側焦点位置に近い位置に設けている。そのため、ｆθレンズＢのスキャンエリア７’’はＹ軸方向が長辺となるような長方形とした。また、試験では、波面収差のＲＭＳ値が回折限界以下（今回は０．０７λ以下とした）となっているスキャンエリアの全域において、テレセントリックエラーの比較を行った。なお、テレセントリックエラーの大きさは、幾何光学計算で光線追跡することで算出することができる。
【００２１】
＜試験条件＞
【表１】
0005429670.tif 000002
【００２２】
レンズＡを用いた場合
【表２】
0005429670.tif 000003
【００２３】
レンズＢを用いた場合
【表３】
0005429670.tif 000004
【００２４】
表１の結果からわかるように、スキャンエリアを長方形とした場合は、スキャンエリアを正方形とした場合に比べ、そのエリアの全域でテレセントリックエラーが小さく、高い精度で加工ができる。また、回折限界以下となっている全ての領域において、テレセントリックエラーが小さくなっている。なお、今回の試験では、対称の位置にあるエリアについては比較を行っていないが、同等の結果が得られると考えられる。
【００２５】
特に、第２のガルバノミラーによって偏向走査するＹ軸方向の全域で高い精度の加工が行えていることがわかる。加工効率を高めるためには、この方向のスキャンエリアをできるだけ広く使用することが好ましいが、必ずしも全てのエリアを使用する必要はない。加工効率を考慮すると、加工領域の幅（例えば、最も遠い位置にある２つの穴の間隔：図２ではｂ１とｂ２のＹ軸方向の距離M）が、スキャンエリアの幅の５０％よりも大きくなるように設定することが好ましい。
【００２６】
また、本発明はプリント配線板の加工に好適である。本発明では、従来技術よりも広幅なスキャンエリアを有しているため、特に長尺でフレキシブルなシート状の基板を加工する際に有用である。長尺でフレキシブルなシート状の基板の場合、加工工程の途中で図３に示すようにロール状に巻いた状態にある。従来技術の場合、シート状の基板を加工しやすいサイズに分断してから穴あけ加工をする必要があるため、分断したシート状の基板の取扱いや位置決め等の手間がかかっていた。それに対し、本発明を利用すれば、シート状の基板を分断する前に穴あけ加工を行うことが出来るので、１枚ごとに位置決めを行う手間が無くなり、工程を短縮することができる。
【００２７】
なお、上述した説明では、穴明け加工に適用した場合について説明したが、ワークへのレーザーマーキング等、その他の加工にも適用することができる。また、上述した例は、あくまでも例示であって、本発明は実施例によって限定されるものではない。当業者であれば特許請求の範囲によって画定される本発明の技術的思想を逸脱することなく様々な変形若しくは変更が可能であることは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
本発明は、レーザ加工方法及びレーザ加工装置に関し、特にプリント配線基板等への微小サイズの穴加工に好適である。
【符号の説明】
【００２９】
１  レーザ光
２ａ，２ｂ  ガルバノミラー
３  ガルバノスキャナ
４  ｆθレンズ
５  ワーク
６  加工穴
７  スキャンエリア
１１  フレキシブルプリント基板
【図１】
0005429670.tif 000005
【図２】
0005429670.tif 000006
【図３】
0005429670.tif 000007