(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
バーストパルスモードによる各加工位置に対するレーザビームの複数のパルス照射時において、最後のパルスとこの最後のパルス直前のパルスとの間の時間間隔を、前記最後のパルス以前に照射されるパルスにおける連続したパルス間の時間間隔よりも長くし、前記最後のパルスのビーム強度を、前記最後のパルス以前に照射されるパルスのビーム強度よりも高くすることを特徴とするレーザ加工方法。
【請求項２】
パルス幅を小さくすることにより前記最後のパルスのビーム強度を上げることを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工方法。
【請求項３】
エネルギーを大きくすることにより前記最後のパルスのビーム強度を上げることを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、レーザビームを照射して、プリント基板などにビアホールやスルーホールなどの穴を作製するためのレーザ加工方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
以下の説明においては、加工対象物はプリント基板とし、また、加工位置とは、穴を加工・形成する位置を指すものとする。
一般に、プリント基板（以下適宜、「基板」と記す）上に穴を複数個形成するためには、それぞれの穴を形成するためにレーザパルスを複数回照射することを必要とする。この、複数個の穴に対して複数回パルス照射する方法として、１つの穴の加工が終了するまでガルバノミラーが停止して、その穴を形成すべき位置に複数回、パルス照射を連続して、１つ目の穴を形成し終わってから次の穴を形成すべくガルバノミラーが移動する場合をバーストパルスモード（以下適宜、「バーストモード」と記す）、1回パルス照射するとガルバノミラーが移動し次の穴を形成すべき位置にレーザビームを1回照射するという具合に、エリア内の全ての穴を形成すべき位置に対して、1回づつパルスを照射した後、2回目以降のパルス照射を同様のサイクルで照射するのがサイクルパルスモード（以下適宜、「サイクルモード」と記す）である。
図７に、上述の２種類のレーザビームのパルス照射モードを示す。（ａ）がサイクルモード、（ｂ）がバーストモードである。図７は１穴あたりのパルス照射が３回で、３穴加工時の場合を示している。（ａ），（ｂ）の各図において、符号Ｓが付いたパルス照射（太線矢印で示す）から符号Ｅが付いたパルス照射まで、細線の矢印で示した順を追って、パルス照射を行っていく。
サイクルモードの場合、１回パルス照射する毎にガルバノミラーを動かすため、穴加工部が直前のパルス照射による熱の影響を受け難く、形成された個々の穴の仕上がり品質が比較的良いことが長所であるが、前後するパルス照射間の時間間隔が長くなり、全体としての加工時間も長くなってしまうという欠点がある。
【０００３】
これに対し、バーストモードの場合、１つの穴を完成させるのに必要な回数だけパルス照射し終えるまで、ガルバノミラーを停止している。このため、前後するパルス照射間の時間間隔は、ガルバノミラーを動かさず同一箇所に連続してパルス照射するため、加工時間を短くすることができる。
しかし、前後するパルス照射間の時間間隔が短いため、形成された穴に熱影響が出やすいという欠点がある。また、サイクルモードに比べると穴の内部の樹脂の残り量が多くなる傾向がある。樹脂の残り量を減らすため、パルス照射の回数を増やしても熱影響の低減の効果は少なく、逆に熱の影響から穴の形状が歪んでしまうといった弊害が発生する。
このような性質の違いにより、従来は、穴の仕上がり品質を優先する場合はサイクルモードで加工を行い、加工時間を優先する場合にはバーストモードで加工を行うという使い分けが一般的であった。
完全に１つの穴が開かない程度に数パルス照射した時点でガルバノミラーを移動し、そのサイクルを繰り返すといった、バーストモードとサイクルモードとの中間的な加工方法も以前から試されているが、その効果は明確になっていなかった。また、この場合、通常のバーストモードの場合に比較すると加工時間も長くかかってしまうため、あまり実用的な方法とは言い難かった。
【０００４】
【発明が解決しょうとする課題】
従来のレーザ加工方法においては、以上に述べたように、サイクルモードとバーストモードとに、それぞれ長所と短所があるが、バーストモードにおいて穴の加工品質を向上できれば、高速で且つ高品質の穴加工を行うことが可能になる。加工品質の問題の中で、最も重要なのが樹脂残り量である。バーストモード加工での樹脂残り量をサイクルモード並に低減したいという課題があった。
【０００５】
また、バーストモード加工時の熱影響の問題で、内層ランドの面積の大小により、熱の逃やすさ等の違いが起こり、内層ランド表面の加工状態に違いが生じる。例えば、小面積のランドでは表面にダメージが見られるが、大面積のランドでは樹脂の残りが見られるといった状況が生じる。こういった内層ランドの面積の大小での加工状態の違いを解消したいという課題があった。
【０００６】
この発明は、上述の課題を解決するためになされたもので、バーストモード加工における樹脂残り量をサイクルモード並に低減することができるレーザ加工方法を得るものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明に係るレーザ加工方法は、バーストパルスモードによる各加工位置に対するレーザビームの複数のパルス照射時において、最後のパルスとこの最後のパルス直前のパルスとの間の時間間隔を、前記最後のパルス以前に照射されるパルスにおける連続したパルス間の時間間隔よりも長くし、前記最後のパルスのビーム強度を、前記最後のパルス以前に照射されるパルスのビーム強度よりも高くするものである。
【００１０】
また、パルス幅を小さくすることにより最後のパルスのビーム強度を上げるものである。
【００１１】
また、エネルギーを大きくすることにより最後のパルスのビーム強度を上げるものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
従来は顕微鏡等の目視検査に頼っていた樹脂残り量の定量的な測定が、蛍光量測定を利用した樹脂残り量検査装置（以下適宜、検査装置と記す）により可能になった。この検査装置を用いると、樹脂残り量を出力電圧値という数値で捉えることができるため、この測定データを比較検討することにより、樹脂残り量低減に本当に効果のある加工方法を調べることが可能になった。種々の照射方法の検討の結果、例えば図１に示すように、周波数すなわち前後するパルス間の時間間隔を変更することが有効であることがわかってきた。それまで、バーストモード加工では７００ｍＶ程度であった検査装置の出力電圧の値を、サイクルモード加工のレベルの４００ｍＶ程度にまで低減することが可能になった。これは以下の理由によるものと考えられる。
基板にレーザビームをパルス照射した場合、まず、表面の樹脂部分でのレーザビーム吸収が起こり、これにより樹脂部分の温度が上昇し、瞬間的な溶融蒸発を引き起こす。このときの蒸発物がプラズマとなり、このプラズマの加熱により、更に加工が進行する。しかし、このプラズマはレーザビームに対して高い吸収率を示し、後発のパルスのレーザエネルギーの樹脂部分への到達を妨げるという性質を併せ持つ。そのため、バーストモードのように前後するパルス間の時間間隔が短い場合にはレーザのエネルギーが十分に伝達できないことが考えられる。しかしながら、プラズマ自体も急激に膨張しているため、ある程度時間をおいて次のパルス照射を行えば、このパルスも有効に加工に使用することが出来ると考えられる。すなわち、複数回のパルス照射のうち、最後のパルス照射を、それまでの前後するパルス照射間の時間間隔より若干長くしたタイミングで行えば良い。
【００１３】
また一般的に、レーザビームのビーム強度（Ｗ／ｃｍ2）の高いパルスの方が樹脂の除去には有効であると言われており、検査装置での結果でも確認されている。それゆえ、最後のパルスはビーム強度が高い方が良い。しかし、ビーム強度の高いパルスほど、プラズマによる吸収量も多くなることが知られており、プラズマが成長している時点から、ビーム強度を強くした次のパルス照射を行っても効果が少ない。最後のパルス照射はその直前のパルス照射からの時間間隔を長くした上でビーム強度を高めれば良い。これにより、バーストモードにおいて樹脂残り量を低減することができる。
【００１４】
また、加工されている穴の深さが、内層ランドに到達するまでは、ランド面積の違いによる影響は特にない。穴が内層ランドに到達すると、内層ランドの面積、即ち熱容量の違いにより、ランド表面の温度上昇に差が生じ、仕上がり状態にバラツキが生じてしまう。特に、プラズマの影響がまだ残る場合には、ランドに到達できるレーザビームのエネルギーが少ないため、バラツキがより顕著になる。
そこで、上述のものと同様に、プラズマの影響が無視できるくらいの時間をおいてから、次のパルス照射を行う。更にこのパルスのパルス幅を短くすると、熱伝導による熱量の拡散が生じる前に、レーザビームでの加熱が終わることになり、熱容量の違いによる影響を少なくすることができる。更にパルス幅を短くすることで、ビーム強度が上がり、樹脂の除去能力を向上させることもできる。
【００１５】
図２として、プリント基板や電子材料にレーザビームを照射して、穴開け加工を行うレーザ加工装置の概略構成図を示す。図２において、１はレーザ発振器、２はレーザビーム、３ａ，３ｂはガルバノミラー部、４ａ〜４ｄは反射ミラー、５はｆθレンズ、６は加工対象物（ワーク）である。このように、ガルバノミラー３ａ，３ｂでレーザビーム２を走査し、ワーク６上の穴を形成すべき位置にレーザビーム２を照射する。
【００１６】
図１は、この発明の実施の形態によるパルスの波形図、すなわちパルス照射のタイミングを示す図である。この場合、基本的にバーストモードを使用することを前提に説明する。バーストモードの場合、加工時間が短いことを利点としており、ワークの材質にもよるが、通常、パルス照射は５回以下、大抵の場合は３〜４回のパルス照射で１穴の加工を終了する。図１は、４回の場合を示す。図１に示すように、１パルス目Ｐ１と２パルス目Ｐ２との間と、２パルス目Ｐ２と３パルス目Ｐ３との間とは同一の周期ｔｓであり、これに対して３パルス目Ｐ３と４パルス目Ｐ４との間はｔｓよりも長い周期ｔｌとしている（この明細書では、周期（ｔｓ，ｔｌ）を適宜、「時間間隔」と記す）。
すなわち、これにより、最初からの３回のパルスＰ１，Ｐ２，Ｐ３の照射で発生したプラズマが膨張し、希薄になり、４回目のパルスＰ４の照射への影響がなくなる。具体的には長い周期（時間間隔）ｔｌは１ｍｓ〜１０ｍｓ、周波数で表せば、100〜1000Hz程度で効果を奏することがわかった。
【００１７】
先にも述べたように、原則的には、ビーム強度が高い方が樹脂の除去能力が高くなるので、図３（ａ）のようにパルス幅をそれ以前のものよりも短くするか、或いは図３（ｂ）のようにパルスのピーク値すなわちエネルギーを高くするとよい。
ビーム強度は、Ｗ／ｃｍ2＝Ｊ／ｓ／ｃｍ2で表される。ここで、Ｊはエネルギー（ジュール），ｓはパルス幅（秒），ｃｍ2はレーザビームの径を示す。
図３（ａ）の場合、４回目のパルスは、エネルギー（グラフ中、パルスの面積で示される）は１〜３回目のパルスと変わらないが、パルス幅が短いため、ビーム強度が上がる。図３（ｂ）の場合は、４回目のパルスは、パルス幅は変えず、エネルギーが増えることにより、１〜３回目のパルスよりビーム強度が上がる。
【００１８】
図４に、検査装置で調べた、バーストモード加工時の穴の中の樹脂残り量と最後のパルス照射の時間間隔との関係を示す。図４において、縦軸に示した検査装置出力の電圧値が低いことが、樹脂残り量が少ないことに相当する。また、横軸は周波数になっており、周波数の値が小さいほど、周期すなわち前後するパルス照射間の時間間隔が長くなる。図４に示したデータは、総パルス照射数は４回で、１回目と２回目，及び２回目と３回目のパルス照射の間は、周波数として２０００Ｈｚとなっている。それゆえ、３回目と４回目のパルス照射の間を、２０００Ｈｚとすると、４回とも同じ時間間隔で照射されたことになる。図４より明らかに、樹脂残り量は、３回目と４回目のパルス照射の間の時間間隔を長く（周波数を小さく）することにより、減っていくことがわかる。図４から、周波数が１０００Ｈｚ以下とした場合、サイクルモード加工のレベルの４００ｍＶ程度にまで樹脂残り量が低減することが判る。
【００１９】
また、図５に、検査装置で調べた、バーストパルス加工時の穴の中の樹脂残り量と最後のパルスのビーム強度との関係を示す。本実験では、総パルス照射数４回の内、はじめの３回のパルス照射を2000Hzで、最後のパルス照射を1000Hzで照射している。また、最後のパルスだけ、パルス幅を短くしたり、エネルギーを大きくしたりしてビーム強度を変化させている。ビーム強度１はその前のパルスと同じビーム強度であることを示す。この図より明らかに、樹脂残り量は最後のパルスのビーム強度を高くすることにより、減っていくことがわかる。
【００２０】
図６は、面積が小さい小ランドとこの小ランドの約４倍の面積を有する大ランドとの２種類の内層ランドを備えた基板を用意し、この基板に対して、通常のバーストパルスモードとこの発明による加工方法との２条件で加工し、その樹脂残り量を検査装置で測定した結果である。
図６より明らかに、この発明による加工方法により、面積の異なる内層ランドでの影響差が少なくなっていることがわかる。
【００２１】
【発明の効果】
以上に述べたように、この発明によれば、バーストモード加工における樹脂残り量を低減することができる、という効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の実施の形態によるパルスの波形を示す説明図。
【図２】  レーザ加工装置の概略構成図。
【図３】  最後のパルスのビーム強度アップを示す説明図。
【図４】  最後のパルスのパルス周波数と樹脂残り量の関係を示す説明図。
【図５】  最後のパルスのビーム強度と樹脂残り量の関係を示す説明図。
【図６】  ランド面積が異なる場合の加工方法の違いによる樹脂残り量バラツキの変化を示す説明図。
【図７】  ２種類のパルス照射モードの説明図。
【符号の説明】
１  レーザ発振器
２  レーザビーム
３ａ，３ｂ  ガルバノミラー部
４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ  反射ミラー
５  ｆθレンズ
６  加工対象物
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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