(57)【要約】【課題】  位置合わせ用のマークを増やすことなく、加工位置の精度の低下を防止することができる位置決め加工方法を提供する。【解決手段】  表面内の位置を示す設計座標が予め決められている複数の被加工点が画定された加工対象物の表面を、複数の単位領域に区分する。単位領域ごとに、複数の被加工点から少なくとも１つの被加工点を抽出してローカル基準点とする。ローカル基準点について、加工時の位置決め情報となる機械座標を測定する。被加工点の設計座標と、該被加工点の属する単位領域に対応するローカル基準点の機械座標とに基づいて、該被加工点の機械座標を求める。求められた機械座標に基づいて、被加工点ごとに、位置決め及び加工を行う【選択図】  図３
2006195628.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）表面内の位置を示す設計座標が予め決められている複数の被加工点が画定された加工対象物の表面を、複数の単位領域に区分する工程と、
（ｂ）前記単位領域ごとに、前記複数の被加工点から少なくとも１つの被加工点を抽出してローカル基準点とし、該ローカル基準点について、加工時の位置決め情報となる機械座標を測定する工程と、
（ｃ）前記被加工点の設計座標と、該被加工点の属する単位領域に対応するローカル基準点の機械座標とに基づいて、該被加工点の機械座標を求める工程と、
（ｄ）前記工程ｃで求められた機械座標に基づいて、前記被加工点ごとに、位置決め及び加工を行う工程と
を有する位置決め加工方法。
【請求項２】
前記工程ｂにおいて抽出される複数のローカル基準点の少なくとも一部は、当該ローカル基準点の配置された単位領域と、該単位領域に隣接する他の単位領域との両方に対応する請求項１に記載の位置決め加工方法。
【請求項３】
前記工程ｂにおいて、１つの単位領域に、少なくとも４個のローカル基準点が対応するようにローカル基準点を抽出する請求項１または２に記載の位置決め加工方法。
【請求項４】
前記工程ｄにおいて、前記被加工点に円形の加工がなされ、前記被加工点ごとに加工寸法が決められており、前記工程ｂにおいて、同一の加工寸法とされている被加工点から前記ローカル基準点を抽出する請求項１〜３のいずれかに記載の位置決め加工方法。
【請求項５】
前記工程ｂにおいて、被加工点の数の最も多い加工寸法の被加工点から前記ローカル基準点を抽出する請求項４に記載の位置決め加工方法。
【請求項６】
前記単位領域の各々が四角形であり、前記工程ｂにおいて、前記単位領域の各々の４つの頂点ごとに、ローカル基準点の候補となり得る被加工点のうち該頂点に最も近い被加工点をローカル基準点として抽出する請求項１〜５のいずれかに記載の位置決め加工方法。
【請求項７】
表面内の位置を示す設計座標が予め決められている複数の被加工点が画定された加工対象物を保持する保持台と、
前記保持台に保持された加工対象物の表面に画定された被加工点の位置を測定する位置測定器と、
前記保持台に保持された加工対象物にレーザビームを入射させるレーザ光源と、
前記レーザ光源から出射されたレーザビームが、前記保持台に保持された加工対象物の表面への入射位置を変化させる位置決め機構と、
前記加工対象物の表面に画定された被加工点の設計座標を記憶し、前記位置測定器、前記位置決め機構及び前記レーザ光源を制御する制御装置と
を有し、
前記制御装置は、
（ａ）前記被加工点から一部の被加工点を抽出してローカル基準点とする工程と、
（ｂ）前記位置測定器を制御し、前記ローカル基準点について、加工時の位置決め情報となる機械座標を測定する工程と、
（ｃ）前記被加工点の設計座標と、前記ローカル基準点の機械座標とに基づいて、該被加工点の機械座標を求める工程と、
（ｄ）前記工程ｃで求められた機械座標に基づいて、前記レーザ光源及び前記位置決め機構を制御して、前記被加工点ごとに、位置決め及び加工を行う工程と
を実施するレーザ加工装置。
【請求項８】
加工対象物の表面に画定された被加工点の位置を測定する位置測定器と、
前記加工対象物にレーザビームを入射させるレーザ光源と、
前記レーザ光源から出射されたレーザビームが、前記加工対象物の表面への入射位置を変化させる位置決め機構と、
前記加工対象物の表面に画定された被加工点の設計座標を記憶し、前記位置測定器、前記位置決め機構及び前記レーザ光源を制御する制御装置と
を有し、
前記制御装置は、
（ａ）前記被加工点から一部の被加工点を抽出してローカル基準点とする工程と、
（ｂ）前記位置測定器を制御し、前記ローカル基準点について、加工時の位置決め情報となる機械座標を測定する工程と、
（ｃ）前記被加工点の設計座標と、前記ローカル基準点の機械座標とに基づいて、該被加工点の機械座標を求める工程と、
（ｄ）前記工程ｃで求められた機械座標に基づいて、前記レーザ光源及び前記位置決め機構を制御して、前記被加工点ごとに、位置決め及び加工を行う工程と
を実施するレーザ加工装置。
【請求項９】
（ａ）表面内の位置を示す設計座標が予め決められている複数の被加工点が画定された加工対象物を準備する工程と、
（ｂ）前記複数の被加工点から一部の被加工点を抽出してローカル基準点とし、該ローカル基準点について、加工時の位置決め情報となる機械座標を測定する工程と、
（ｃ）前記被加工点の設計座標と、前記ローカル基準点の機械座標とに基づいて、該被加工点の機械座標を求める工程と、
（ｄ）前記工程ｃで求められた機械座標に基づいて、前記被加工点ごとに、位置決め及び加工を行う工程と
を有する位置決め加工方法。
【請求項１０】
前記工程ｃにおいて、機械座標算出対象の被加工点を取り囲むように配置された一部のローカル基準点の機械座標に基づいて、該被加工点の機械座標を求める請求項９に記載の位置決め加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表面内における位置が決められた複数の被加工点が画定されている加工対象物の被加工点を加工する位置決め加工方法に関する。さらに、本発明は、表面内における位置が決められた複数の被加工点が画定されている加工対象物の被加工点にレーザビームを入射させてレーザ加工を行うレーザ加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザビームを用いてプリント基板に穴あけ加工を行う従来の方法について説明する。
【０００３】
図５（Ａ）に、通常のプリント基板１００の平面図を示す。プリント基板１００の表面に穴を開けるべき複数の被加工点１０１が画定されている。プリント基板１００の四隅の近傍に、位置合わせ用の基準マーク１０２が形成されている。図５（Ｂ）に示すように、プリント基板１００には、前工程における熱処理等により歪が生じている。
【０００４】
まず、加工すべきプリント基板１００をレーザ加工装置の基板保持台に載置する。レーザ加工装置に設けられたカメラで基準マーク１０２を観測し、基準マーク１０２の位置を求める。基準マーク１０２の位置を測定することにより、プリント基板１００の歪を求める。基準マーク１０２の測定された位置に基づいて、被加工点１０１の設計上の位置を補正して、実際の位置を算出する。
【０００５】
プリント基板１００の歪は、基板全面に渡って一様であるとは限らない。従って、基準マーク１０２の位置のみに基づいて、基板全面に分布する被加工点１０１の実際の位置を算出すると、誤差が生ずる。近年、被加工点１０１の高密度化が進み、穴あけ位置に高い精度が求められるようになってきた。従来の方法では、被加工点１０１の実際の位置と、設計上の位置を補正して算出された位置との誤差が許容値を超えてしまう場合がある。
【０００６】
特許文献１に、この誤差を小さくする加工方法が開示されている。特許文献１に開示された方法では、図５（Ｃ）に示すように、プリント基板１００の表面が複数の単位領域（ブロック）１０３に区分される。各単位領域１０３は例えば四角形である。通常、被加工点１０１は、同一のパターンが繰り返し現れるような分布を有する。単位領域１０３の寸法は、例えばこの繰り返しの単位と一致するように選択される。
【０００７】
各単位領域１０３の四隅に、ローカル基準マーク１０４が形成されている。加工前に、このローカル基準マーク１０４の位置を測定する。この測定結果に基づいて、当該ローカル基準マーク１０４の属する単位領域１０１内の被加工点１０１の位置を算出する。すなわち、小さな単位領域１０１ごとに被加工点１０１の設計上の位置が補正される。このため、補正によって算出された位置と、実際の位置との誤差を小さくすることができる。
【０００８】
【特許文献１】特開２００４−２８３９９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１に開示された方法では、プリント基板１００上に、基準マーク１０２以外にローカル基準マーク１０４を形成し、ローカル基準マーク１０４の設計上の位置を記憶しておかなければならない。
【００１０】
本発明の目的は、位置合わせ用のマークを増やすことなく、加工位置の精度の低下を防止することができる位置決め加工方法を提供することである。本発明の他の目的は、この加工方法を実施することができるレーザ加工装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の一観点によれば、（ａ）表面内の位置を示す設計座標が予め決められている複数の被加工点が画定された加工対象物の表面を、複数の単位領域に区分する工程と、（ｂ）前記単位領域ごとに、前記複数の被加工点から少なくとも１つの被加工点を抽出してローカル基準点とし、該ローカル基準点について、加工時の位置決め情報となる機械座標を測定する工程と、（ｃ）前記被加工点の設計座標と、該被加工点の属する単位領域に対応するローカル基準点の機械座標とに基づいて、該被加工点の機械座標を求める工程と、（ｄ）前記工程ｃで求められた機械座標に基づいて、前記被加工点ごとに、位置決め及び加工を行う工程とを有する位置決め加工方法が提供される。
【００１２】
本発明の他の観点によると、表面内の位置を示す設計座標が予め決められている複数の被加工点が画定された加工対象物を保持する保持台と、前記保持台に保持された加工対象物の表面に画定された被加工点の位置を測定する位置測定器と、前記保持台に保持された加工対象物にレーザビームを入射させるレーザ光源と、前記レーザ光源から出射されたレーザビームが、前記保持台に保持された加工対象物の表面への入射位置を変化させる位置決め機構と、前記加工対象物の表面に画定された被加工点の設計座標を記憶し、前記位置測定器、前記位置決め機構及び前記レーザ光源を制御する制御装置とを有し、前記制御装置は、（ａ）前記被加工点から一部の被加工点を抽出してローカル基準点とする工程と、（ｂ）前記位置測定器を制御し、前記ローカル基準点について、加工時の位置決め情報となる機械座標を測定する工程と、（ｃ）前記被加工点の設計座標と、前記ローカル基準点の機械座標とに基づいて、該被加工点の機械座標を求める工程と、（ｄ）前記工程ｃで求められた機械座標に基づいて、前記レーザ光源及び前記位置決め機構を制御して、前記被加工点ごとに、位置決め及び加工を行う工程とを実施するレーザ加工装置が提供される。
【００１３】
本発明のさらに他の観点によると、加工対象物の表面に画定された被加工点の位置を測定する位置測定器と、前記加工対象物にレーザビームを入射させるレーザ光源と、前記レーザ光源から出射されたレーザビームが、前記加工対象物の表面への入射位置を変化させる位置決め機構と、前記加工対象物の表面に画定された被加工点の設計座標を記憶し、前記位置測定器、前記位置決め機構及び前記レーザ光源を制御する制御装置とを有し、前記制御装置は、（ａ）前記被加工点から一部の被加工点を抽出してローカル基準点とする工程と、（ｂ）前記位置測定器を制御し、前記ローカル基準点について、加工時の位置決め情報となる機械座標を測定する工程と、（ｃ）前記被加工点の設計座標と、前記ローカル基準点の機械座標とに基づいて、該被加工点の機械座標を求める工程と、（ｄ）前記工程ｃで求められた機械座標に基づいて、前記レーザ光源及び前記位置決め機構を制御して、前記被加工点ごとに、位置決め及び加工を行う工程とを実施するレーザ加工装置が提供される。
【００１４】
本発明のさらに他の観点によると、（ａ）表面内の位置を示す設計座標が予め決められている複数の被加工点が画定された加工対象物を準備する工程と、（ｂ）前記複数の被加工点から一部の被加工点を抽出してローカル基準点とし、該ローカル基準点について、加工時の位置決め情報となる機械座標を測定する工程と、（ｃ）前記被加工点の設計座標と、前記ローカル基準点の機械座標とに基づいて、該被加工点の機械座標を求める工程と、（ｄ）前記工程ｃで求められた機械座標に基づいて、前記被加工点ごとに、位置決め及び加工を行う工程とを有する位置決め加工方法が提供される。
【発明の効果】
【００１５】
ローカル基準点の機械座標を用いて被加工点の機械座標を算出すると、加工対象物が歪んでいる場合であっても、被加工点の実際の位置と、算出された機械座標との誤差が小さくなる。これにより、加工の位置精度の低下を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
図１に、実施例によるレーザ加工装置の概略図を示す。加工対象物５０、例えばプリント基板が保持台２に載置され、例えば真空チャックにより固定される。保持台２は、ＸＹステージ１により、加工対象物５０の表面に平行な２次元方向に移動可能に支持されている。
【００１７】
レーザ光源１０が、レーザ発振器１１、ビーム整形器１２、及び折り返しミラー１３を含んで構成される。レーザ発振器１１は、パルスレーザビームを出射する。ビーム整形器１２は、レーザ発振器１１から出射したレーザビームのビーム断面を整形する。ビーム整形器１２を通過したレーザビームが、折り返しミラー１３で反射され、ガルバノスキャナ１５に入射する。ガルバノスキャナ１５は、レーザビームの進行方向を２次元方向に振る。ガルバノスキャナ１５で進行方向を振られたレーザビームがｆθレンズ１６に入射する。ｆθレンズ１６は、レーザビームを、保持台２に保持された加工対象物５０の表面に集光させる。
【００１８】
保持台２の上方に、ＣＣＤカメラ等の位置測定器２０が配置されている。位置測定器２０は、保持台２に保持された加工対象物５０の表面を観測し、画像情報を生成する。この画像情報は、制御装置２５に送信される。制御装置２５は、ＸＹステージ１、ガルバノスキャナ１５、及びレーザ発振器１１を制御する。
【００１９】
保持台２の上面に、ＸＹ直交座標系が定義される。このＸＹ直交座標系を機械座標系と呼ぶこととする。ＸＹステージ１を駆動したときの保持台２の移動量と、位置測定装置２０による観測により、加工対象物５０上に形成されたマークの機械座標系における位置（機械座標）を決定することができる。ＸＹステージ１及びガルバノスキャナ１５を制御することにより、レーザビームを、加工対象物５０の表面の所望の機械座標の位置に入射させることができる。
【００２０】
図２（Ａ）に、加工対象物５０の概略平面図を示す。加工対象物５０の平面形状は四角形であり、その四隅の近傍にグローバル基準マーク５１が形成されている。加工対象物５０の表面に、複数の被加工点５２が画定されている。グローバル基準マーク５１及び被加工点５２の位置は、設計段階で既に決定されている。これらの位置は、加工対象物５０の表面上に定義される設計座標系の座標（設計座標）で表される。
【００２１】
加工対象物５０の表面が複数の単位領域５３に区分されている。例えば、加工対象物５０の表面が正方格子模様によって区分され、正方形の複数の単位領域５３が画定される。
【００２２】
図２（Ｂ）に、加工対象物５０の概略断面図を示す。コア層６０の表面に、内層導電パターン６１が形成されている。内層導電パターン６１を覆うように、コア層６０の上に樹脂層６２が形成されている。樹脂層６２の表面が表層導電膜６３で覆われている。表層導電膜６３には、被加工点５２に対応する位置に開口が形成されている。この開口の下方に、内層導電パターン６１のランドが配置される。
【００２３】
被加工点５２にレーザビームを入射させると、開口の底面に露出した樹脂層６２が除去されて、樹脂層６２を貫通する穴が形成される。この穴の底面に、内層導電パターン６１のランドの表面が露出する。
【００２４】
図３を参照して、実施例によるレーザ加工方法について説明する。なお、必要に応じて、図１及び図２を参照する。
【００２５】
図３の工程Ｓ１において、加工対象物５０の表面を、図２（Ａ）に示したように複数の単位領域５３に区分する。工程Ｓ２において、単位領域５３ごとに、被加工点５２から４つの被加工点を抽出し、ローカル基準点５５とする。
【００２６】
工程Ｓ３において、加工対象物５０を保持台２に載置し、固定する。工程Ｓ４において、位置測定器２０でグローバル基準マーク５１を観測できる位置まで加工対象物５０を移動させる。位置測定器２０でグローバル基準マーク５１を観測し、その機械座標を求める。４つのグローバル基準マーク５１の機械座標を求めることにより、加工対象物５０の載置された位置、回転方向の姿勢、及び伸縮による歪量を算出することができる。
【００２７】
工程Ｓ５において、ローカル基準点５５の機械座標を測定する。被加工点５２には、図２（Ｂ）に示した表層導電層６３に形成された開口が配置されている。この開口を位置検出器２０で観測することにより、ローカル基準点５５の機械座標が得られる。表層導電層６３が形成されていないような加工対象物に穴あけ加工を行う場合には、内層導電パターン６１の円形のランドを観測すればよい。
【００２８】
工程Ｓ６において、被加工点５２の機械座標を算出する。以下、機械座標の算出方法について説明する。全ての被加工点５２の設計座標は、既に設計段階で決定されている。ローカル基準点５５の設計座標と、工程Ｓ５で算出された機械座標とを比較することにより、単位領域５３の位置、回転方向に関する姿勢、及び歪量が算出される。単位領域５３に関するこれらの情報と、当該単位領域５３内の被加工点５２の設計座標とから、被加工点５２の機械座標を計算により求めることができる。
【００２９】
工程Ｓ７において、機械座標の算出された被加工点５２にレーザビームが入射するようにガルバノスキャナ１５を制御し、レーザ光源１０からレーザビームを出射させて、レーザ加工を行う。上述の工程Ｓ１、Ｓ２、Ｓ４〜Ｓ７は、制御装置２５が、ＸＹステージ１、ガルバノスキャナ１５、及びレーザ発振器１１を制御することにより実行される。
【００３０】
上記実施例による方法では、単位領域５２ごとにローカル基準点５５の機械座標を実際に測定するため、加工対象物５０に歪が生じている場合にも、被加工点５２の機械座標と、実際の被加工点５２の位置とのずれを小さくすることができる。これにより加工の位置精度を高めることができる。また、上記実施例による方法では、図５（Ｃ）に示したローカル基準マーク１０４を形成する必要がなく、その設計座標を記憶しておく必要もない。
【００３１】
上記実施例では、１つの単位領域５３あたり４個のローカル基準点５５を抽出したが、１つの単位領域５３あたり４個である必要はなく、少なくとも１個を抽出すればよい。ローカル基準点５５の抽出数が１個である場合には、単位領域５３の回転方向に関する姿勢や歪量を求めることはできないが、単位領域５３の位置を求めることができる。この場合、単位領域５３の回転方向に関する姿勢や歪量に代えて、グローバル基準マーク５１の位置測定により得られた加工対象物５０全体の回転方向に関する姿勢や歪量を使用して、被加工点５２の機械座標を算出することができる。
【００３２】
単位領域５３ごとに、その位置、回転方向の姿勢、及び歪量を算出するために、１つの単位領域５３あたり４個のローカル基準点５５を抽出することが好ましい。
【００３３】
一般的に、図２（Ｂ）に示した表層導電層６３に形成された開口は円形である。この開口の寸法は、被加工点５２ごとに決められており、加工寸法によって被加工点５２を複数のグループに分類することができる。１つのグループに属する被加工点５２の開口の寸法はすべて等しい。図３の工程Ｓ２においてローカル基準点５５を抽出する際に、１つのグループに属する被加工点５２のみからローカル基準点５５を抽出することが好ましい。ローカル基準点５５の開口の寸法がすべて等しくなるため、位置測定器２０による位置の測定を簡単化することができる。
【００３４】
ローカル基準点５５は、被加工点５２の数の最も多いグループから抽出することが好ましい。これにより、選択の範囲が広がり、ローカル基準点５５の位置の自由度を高めることができる。
【００３５】
単位領域５３の各々が四角形であるとき、工程Ｓ２において、単位領域５３の各々の４つの頂点ごとに、ローカル基準点の候補となり得る被加工点のうち頂点に最も近い被加工点をローカル基準点として抽出することが好ましい。ローカル基準点５５が頂点の近傍に配置されることになる。これにより、単位領域５３の回転方向の姿勢や歪量の算出を、より高精度に行うことができる。
【００３６】
図４を参照して、ローカル基準点の他の抽出方法について説明する。図４に、加工対象物５０の平面図を再掲する。図４では、ローカル基準点５５として抽出された被加工点５２を黒丸で表し、その他の被加工点を白丸で表している。加工対象物５０の表面が、正方格子模様によって区分されている場合、外周線以外の位置に配置された１つの格子点は４つの単位領域５３で共有される。１つの格子点あたり１個のローカル基準点５５を抽出する。抽出されるローカル基準点５５は、格子点に最も近い位置に配置されている被加工点５２とする。抽出されたローカル基準点５５を、それに対応する格子点を共有する４つの単位領域５３に対応させる。
【００３７】
外周線上のＴ字形の格子点においては、１つのローカル基準点５５が２つの単位領域５３に対応することになる。
【００３８】
すなわち、１つの格子点に対して、１つのローカル基準点５５が抽出される。１つのローカル基準点５５は、当該ローカル基準点５５の配置された単位領域５３と、その単位領域５３に隣接する他の単位領域５３との両方に対応することになる。この方法でローカル基準点５５を抽出すると、全体のローカル基準点５５の数を減らすことができる。これにより、ローカル基準点５５の機械座標を測定する工程（図３の工程Ｓ５）の時間短縮を図ることができる。
【００３９】
上記実施例では、ガルバノスキャナ１５を制御して、レーザビームの入射位置を移動させる。すなわち、ガルバノスキャナ１５が、レーザビームの入射位置の位置決め機構の役割を果たす。ガルバノスキャナ１５を使用せず、ＸＹステージ１で保持台２を移動させることにより、加工対象物５０へのレーザビームの入射位置を移動させてもよい。この場合、ＸＹステージ１が、レーザビームの入射位置の位置決め機構の役割を果たす。
【００４０】
上記実施例では、プリント基板にレーザ加工により穴あけを行う方法を例に挙げて説明を行ったが、上記実施例は、加工対象物に画定された被加工点の位置決めを行って、被加工点を加工するその他の方法に応用することが可能である。
【００４１】
また、上記実施例では、加工対象物５０の表面を複数の単位領域５３に区分したが、必ずしも単位領域５３を明確に意識する必要はない。例えば、図３の工程Ｓ１を省略し、工程Ｓ２において、ローカル基準点５５が表面内にほぼ均等に分布するように、複数の被加工点５２からローカル基準点５５を抽出する。工程Ｓ６において被加工点５２の機械座標を算出する際に、その被加工点５２を取り囲むように配置された最近接の４個のローカル基準点５５の機械座標を用いる。この方法により、上記実施例の場合と同様に、被加工点５２の機械座標を高精度に算出することができる。
【００４２】
以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】実施例によるレーザ加工装置の概略図である。
【図２】（Ａ）は、加工対象物の平面図であり、（Ｂ）はその断面図である。
【図３】実施例によるレーザ加工方法のフローチャートである。
【図４】ローカル基準点の他の抽出方法を説明するための加工対象物の平面図である。
【図５】（Ａ）はプリント基板の平面図であり、（Ｂ）は歪んだプリント基板の平面図であり、（Ｃ）は従来の加工方法の対象となるプリント基板の平面図である。
【符号の説明】
【００４４】
１  ＸＹステージ
２  保持台
１０  レーザ光源
１１  レーザ発振器
１２  ビーム整形器
１３  折り返しミラー
１５  ガルバノスキャナ
１６  ｆθレンズ
２０  位置測定器
２５  制御装置
５０  加工対象物
５１  グローバル基準マーク
５２  被加工点
５３  単位領域
５５  ローカル基準点
６０  コア層
６１  内層導電パターン
６２  樹脂層
６３  表層導電層
【図１】
2006195628.tif 000003
【図２】
2006195628.tif 000004
【図３】
2006195628.tif 000005
【図４】
2006195628.tif 000006
【図５】
2006195628.tif 000007