(57)【要約】【課題】表面に加工痕が残らず、かつ、ストレートな加工孔を有するシート加工品の製造方法およびシート加工品を得ること。【解決手段】シート１７上に保護皮膜１９を設置する第１のステップと、ＴＥＭ01*モードを主成分とする光強度分布を有するレーザビーム３３を集光し、前記保護皮膜側から前記シートに照射して、前記保護皮膜および前記シートに孔あけ加工する第２のステップと、前記シートから前記保護皮膜を除去する第３のステップと、を含む。【選択図】        図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シート上に保護皮膜を設置する第１のステップと、
ＴＥＭ01*モードを主成分とする光強度分布を有するレーザビームを集光し、前記保護皮膜側から前記シートに照射して、前記保護皮膜および前記シートに孔あけ加工する第２のステップと、
前記シートから前記保護皮膜を除去する第３のステップと、
を含むことを特徴とするシート加工品の製造方法。
【請求項２】
前記第２のステップは、ＴＥＭ01*モードを主成分とする光強度分布を有するレーザビームの光強度の弱い外周部をカットした後に集光するステップを含むことを特徴とする請求項１に記載のシート加工品の製造方法。
【請求項３】
前記保護皮膜が、前記レーザビームの波長に対して吸収特性を有することを特徴とする請求項１または２に記載のシート加工品の製造方法。
【請求項４】
前記レーザビームが炭酸ガスレーザビームであり、前記保護皮膜が、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＥＳ（ポリエーテルサルフォン）、ＰＥＥＫ（ポリエーテルケトン）、ＰＳＦ（ポリサルフォン）、ＰＥＩ（ポリエーテルイミド）のうちのいずれかの樹脂材料で形成されていることを特徴とする請求項３に記載のシート加工品の製造方法。
【請求項５】
前記シートが、セラミックグリーンシート、アルミナ系セラミックシート、複数のセラミックグリーンシートを積層したセラミック多層回路基板のいずれかであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載のシート加工品の製造方法。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一つに記載の製造方法により製造されたことを特徴とするシート加工品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気製品の回路基板等のシートをレーザビームにより孔あけ加工するシート加工品の製造方法およびシート加工品に関し、特にシート表面に加工痕を残さずにストレート孔を形成する製造方法およびシート加工品に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、セラミック回路基板等のシートをレーザビームにより加工して得るシート加工品において、シートにプラスチックフィルムや金属フィルム等の保護皮膜を形成した後に、当該保護皮膜の面から、レーザビームによる孔あけ加工を行ない、シートの加工孔の角部に、きずが発生しないようにし、かつ、加工孔をストレートに近い孔としたシート加工品がある（例えば、特許文献１および２参照）。
【０００３】
また、レーザビームを用いてシートを孔あけ加工するとき、前記レーザビームの光強度分布をシングルモード（ガウシアンモード）やマルチモードで行なうことが知られている（例えば、特許文献３参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開平０６−１７０８２２号公報
【特許文献２】特開平０６−３０４７７４号公報
【特許文献３】特開２０００−１５４６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
光強度分布がシングルモード（ガウシアンモード、ＴＥＭ00モード）である場合、シートの加工孔は、シートの表面から裏面にかけて孔径が次第に小さくなるテーパ形状となる。光強度分布がマルチモードである場合、シートの加工孔は、シングルモードに比較してストレートに近づくがテーパ形状となることに変わりはない。
【０００６】
セラミック回路基板等のシートの孔あけ加工においては、小径化、高品質化および生産性向上等が要求されており、この要求を満たすために、特に、レーザビームの照射時間を短縮し、かつ、加工孔をストレートとする必要に迫られている。加工孔をストレートとする方法としては、上記の特許文献１および２に記載されている方法が有効であるが、加工孔をストレートとするためには、孔あけに必要な光エネルギーに、さらに上積みした光エネルギーをシートに照射する必要がある。
【０００７】
実際の保護皮膜付シートの保護皮膜厚とシート厚は、例えば、特許文献１に記載されている（保護皮膜厚０．０４ｍｍ、シート厚０．４ｍｍ）ように、保護皮膜厚は、シート厚に比べ非常に薄いものである。このような保護皮膜付シートに対して、加工孔をストレートとするために、光エネルギーを増大させたシングルモードまたはマルチモードのレーザビームを照射すると、レーザビームの外側に外輪山のように立ち上がる光エネルギーにより、図７に示すように、加工孔１０２の周囲が保護皮膜１９の厚み以上に加工されてしまい、保護皮膜１９を除去した後のシート加工品１７にも加工痕１０１が残り、シート加工品１７の品質がかえって悪化してしまうことになる。
【０００８】
保護皮膜１９の厚み以内に加工痕１０１を抑えるように光エネルギーを制限すると、加工孔１０２がストレートにならないため、保護皮膜１９を貼付してシート１７を加工しても、シート１７の加工品質が向上しないという問題があった。
【０００９】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、表面に加工痕が残らず、かつ、ストレートな加工孔を有するシート加工品の製造方法およびシート加工品を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明のシート加工品の製造方法は、シート上に保護皮膜を設置する第１のステップと、ＴＥＭ01*モードを主成分とする光強度分布を有するレーザビームを集光し、前記保護皮膜側から前記シートに照射して、前記保護皮膜および前記シートに孔あけ加工する第２のステップと、前記シートから前記保護皮膜を除去する第３のステップと、を含むことを特徴とする。
【００１１】
ＴＥＭ01*モードを主成分とする光強度分布を有するレーザビームは、外周部の光強度の立ち上がりが略垂直であり、かつ、加工エネルギーを増加させても、伝播途中で外側に外輪山のような光エネルギー立ち上がり部を殆んど発生させないので、シートにストレート孔を形成し、かつ、シート表面に加工痕を残さない。
【発明の効果】
【００１２】
加工エネルギーを増加させても表面に加工痕が残らず、かつ、ストレートな加工孔を有するシート加工品の製造方法が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下に、本発明にかかるシート加工品の製造方法およびシート加工品の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１４】
実施の形態．
図１は、実施の形態のシート加工品の製造に用いるレーザ加工機の概略図であり、図２は、炭酸ガスレーザ発振器１１から出射されるＴＥＭ01*モードが主成分のレーザビームの光強度分布を示す図であり、図３は、ＴＥＭ01*モードが主成分のレーザビームがマスクによって外周部がカットされたときの光強度分布を示す図であり、図４は、ＴＥＭ00モードが主成分のレーザビームがマスクによって外周部がカットされたときの光強度分布を示す図であり、図５−１は、ＴＥＭ01*モードが主成分のレーザビームで孔加工を行ったときの加工孔の周囲に発生する加工痕を示す図であり、図５−２は、ＴＥＭ00モードが主成分のレーザビームで孔加工を行ったときの加工孔の周囲に発生する加工痕を示す図であり、図６は、実施の形態のシート加工品の製造方法を示す図である。
【００１５】
図１において、レーザ加工機１８は、炭酸ガスレーザ発振器１１と、炭酸ガスレーザ発振器１１から出射されるレーザビーム３１のビーム外形を整形するマスク１３と、マスク１３を通過したレーザビーム３２の進路を変える反射ミラー１４と、レーザビーム３２を集光して集光ビーム３３に変換するｆθレンズとを備えている。
【００１６】
また、炭酸ガスレーザ発振器１１は、レーザビーム３１を出射する出力ミラー２１と、出力ミラー２１との間でレーザ光の反射を繰り返させる全反射ミラー２２と、発振器内の光路を絞る２つのアパーチャ２３ａ、２３ｂと、を備え、アパーチャ２３ａもしくは２３ｂの開口径を調整することにより、炭酸ガスレーザ発振器１１は、ＴＥＭ01*モードが主成分のレーザビーム３１を発振させ、出射する。炭酸ガスレーザ発振器１１から出射されたＴＥＭ01*モードが主成分のレーザビーム３１、３２は、ｆθレンズ１５で集光され、孔あけ加工材料であるセラミックグリーンシート製のシート１７に照射される。シート１７には、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）製の保護皮膜１９が貼付されて設置されている。
【００１７】
炭酸ガスレーザ発振器１１の出力ミラー２１から出射されたレーザビーム３１は、マスク１３に照射される。マスク１３の開口を通過して円形に整形されたレーザビーム３２は、反射ミラー１４で反射され、ｆθレンズ１５に向かう。レーザビーム３２は、ｆθレンズ１５で集光されて集光ビーム３３となり、シート１７に設置された保護皮膜１９に照射され、保護皮膜１９およびシート１７の孔あけ加工を行う。
【００１８】
図２に示すように、レーザビーム３１は、光軸中心近傍の光エネルギー強度が小さく、周囲円環部の光エネルギー強度が大きいＴＥＭ01*モードを主成分として発振している。ＴＥＭ01*モードを主成分とするレーザビームは、マスク１３により、光強度の弱い外周部がカットされて円形に整形され、外周部の光エネルギー強度の立ち上がりが垂直となる。ＴＥＭ01*モードを主成分とするレーザビームは、その外周部がカットされても、その光強度分布の形状を保ったまま伝搬するという特性を有している。従って、レーザービーム外周部の光エネルギー密度が高いため、シート１７の孔加工の途中で外周部のエネルギーが吸収されて消失してしまうことがなく、加工孔がテーパ孔となってしまうことはない。
【００１９】
また、図３に示すように、ＴＥＭ01*モードが主成分のレーザビーム３１が、マスク１３により外周部がカットされ、マスク１３を通過したレーザビーム３２がｆθレンズ１５で集光されて集光ビーム３３に変換されても、保護皮膜１９の表面に照射される集光ビーム３３は、外周部の光エネルギー強度の立ち上がりが殆んど垂直であり、外側に発生する外輪山のような光エネルギー立ち上がり部は極めて小さなものとなる。
【００２０】
一方、従来の炭酸ガスレーザ発振器から出射されるレーザビームの光強度分布はシングルモードまたはマルチモードであり、ＴＥＭ00モードを主成分として発振している。ＴＥＭ00モードのレーザビームは、外周部がカットされると、その影響がビーム伝搬中に現れ、外側に発生する外輪山のような光エネルギー立ち上がり部は比較的大きなものとなる。
【００２１】
従って、図４に示すように、ＴＥＭ00モードが主成分のレーザビーム４１が、マスク１３により外周部がカットされ、マスク１３を通過したレーザビーム４２がｆθレンズ１５で集光されて集光ビーム４３に変換されると、保護皮膜１９の表面に照射される集光ビーム４３は、その外側に比較的大きな光強度分布を有している。
【００２２】
よって、レーザビームがＴＥＭ01*モードが主成分である場合と、ＴＥＭ00モードが主成分である場合とを比較すると、加工孔１０２（図５−１、図５−２参照）を同程度のストレート孔に加工しようとする場合、ＴＥＭ01*モードが主成分の集光ビーム３３を用いると、図５−１に示すように、シート１７表面の加工孔１０２の周囲に発生する加工痕１０１は小さく抑えられるのに対し、ＴＥＭ00モードが主成分の集光ビーム４３を用いると、図５−２に示すように、シート１７表面の加工孔１０２の周囲に発生する加工痕１０１は比較的大きくなる。
【００２３】
図５−１に示すように、ＴＥＭ01*モードが主成分であるレーザビーム３３で孔加工を行なえば、出力（加工エネルギー）を増大させても、加工孔１０２の周囲に発生する加工痕を小さなものに抑えることができ、また、加工エネルギーの増大により加工孔１０２のストレート度が向上する。
【００２４】
しかしながら、シート１７には、小さいながらも加工孔１０２の周囲に加工痕１０１が発生してしまい、加工孔１０２のストレート度の面では合格となるが、シート加工品全体の品質としては、不適となってしまう。
【００２５】
そこで、図６に示すように、第１のステップとしてシート１７上に保護皮膜１９を設置し、第２のステップとして、ＴＥＭ01*モードを主成分とする光強度分布を有するレーザビームを集光し、保護皮膜１９側からシート１７に照射して、保護皮膜１９およびシート１７に孔あけ加工し、第３のステップとしてシート１７から保護皮膜１９を除去するという加工方法を採用する。
【００２６】
シート１７上には保護皮膜１９が形成されており、ＴＥＭ01*モードが主成分である集光ビーム３３を保護皮膜１９側からシート１７に照射する。ＴＥＭ01*モードが主成分である集光ビーム３３の照射によって、加工孔１０２の周囲に加工痕１０１が発生するが、加工痕１０１は保護皮膜１９に吸収され、シート１７までは到達しない。孔加工の終了後、シート１７上に設置された保護皮膜１９を除去すれば、シート１７の加工孔１０２の周囲に加工痕１０１は残らず、加工孔１０２のストレート度を大きく向上させたシート加工品を得ることができる。
【００２７】
実施の形態の加工方法を採用することにより、集光ビーム３３の光エネルギー強度分布を制御する特殊な光学素子を用いずに済むため、レーザ加工機のメーカ側のリスクとなるレーザ加工機１８の改造を実施する必要がない。また、保護皮膜１９は流通性が良く、安価に入手可能であり、レーザ加工機１８のユーザ側においても、リスクを伴わず、低コストでシート加工品の品質向上を図ることができる。
【００２８】
以上説明した実施の形態では、保護皮膜１９は、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）としたが、本発明はこれに限られるものではなく、炭酸ガスレーザビームの波長に対して吸収特性を有するものであれば良く、例えば、ＰＥＳ（ポリエーテルサルフォン）、ＰＥＥＫ（ポリエーテルケトン）、ＰＳＦ（ポリサルフォン）、ＰＥＩ（ポリエーテルイミド）等の樹脂からなる保護皮膜を用いても同様の効果が得られる。
【００２９】
また、実施の形態では、シート１７は、セラミックグリーンシートとしたが、本発明はこれに限られるものではなく、アルミナ系セラミックシート、さらには複数のセラミックグリーンシートを積層したセラミック多層回路基板等、どのようなものでもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
以上のように、本発明にかかるシート加工品の製造方法およびシート加工品は、セラミック多層回路基板等の製造方法および基板加工品に有用であり、特に、加工孔のストレート度を要求されるものに適している。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】実施の形態のシート加工品の製造に用いるレーザ加工機の概略図である。
【図２】ＴＥＭ01*モードが主成分のレーザビームの光強度分布を示す図である。
【図３】マスクによって外周部がカットされたときの光強度分布を示す図である。
【図４】ＴＥＭ00モードのレーザビームの外周部がカットされたときの光強度分布を示す図である。
【図５−１】ＴＥＭ01*モードが主成分のレーザビームで孔加工を行ったときの加工孔の周囲に発生する加工痕を示す図である。
【図５−２】ＴＥＭ00モードが主成分のレーザビームで孔加工を行ったときの加工孔の周囲に発生する加工痕を示す図である。
【図６】実施の形態のシート加工品の製造方法を示す図である。
【図７】従来のシングルモードのレーザビームにより保護皮膜付シートの孔加工を行ったときの加工孔の周囲に発生する加工痕を示す図である。
【符号の説明】
【００３２】
１１  炭酸ガスレーザ発振器
１３  マスク
１４  反射ミラー
１５  ｆθレンズ
１７  シート
１８  レーザ加工機
１９  保護皮膜
２１  出力ミラー
２２  全反射ミラー
２３ａ、２３ｂ  アパーチャ
３１  ＴＥＭ01*モードのレーザビーム
３２  マスクを通過したＴＥＭ01*モードのレーザビーム
３３  ＴＥＭ01*モードの集光ビーム
４１  ＴＥＭ00モードのレーザビーム
４２  マスクを通過したＴＥＭ00モードのレーザビーム
４３  ＴＥＭ00モードの集光ビーム
６４  保護皮膜上の加工痕
１０１  シート上の加工痕
１０２  加工孔
【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５−１】
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【図５−２】
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【図６】
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【図７】
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