(57)【要約】      （修正有）【課題】プリント基板とｆθレンズとの間隔を変えることによりレーザビームの単位面積当たりのエネルギ強度を変えるようにしたデフォーカス加工の場合であっても、品質に優れる穴を効率よく加工することができるレーザ加工方法を提供すること。【解決手段】加工プログラムで指定される穴の座標値（Ｌｘ０、Ｌｙ０）を予め求めた補正値だけずらしたＸＹ座標値（Ｌｘ２、Ｌｙ２）を目標位置としてプリント基板の第１層に穴を加工する。その後、ｆθレンズ１とプリント基板との間隔を予め定める距離ｚだけ拡げ、第１層を加工した目標位置のＸＹ座標値（Ｌｘ２、Ｌｙ２）に基づいて第２層を加工する場合の目標位置のＸＹ座標値（Ｌｘ３、Ｌｙ３）を定め、定めたＸＹ座標値に基づいて前記第２層に穴を加工する。【選択図】図１
2006339266.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
実際の照射位置の設計上の照射位置に対するずれを予め補正値として求めておき、加工プログラムで指定された穴の中心のＸＹ座標値に前記補正値を加算して目標位置のＸＹ座標値を定め、定めた目標位置のＸＹ座標値に基づいて１対のミラーの回転角度を定め、前記１対のミラーで位置を定められたレーザビームをｆθレンズにより集光して複数の材質の異なる層が積層された被加工物の表面第１層から第１層の下層の第2層を貫通し第３層に達する穴を加工するレーザ加工方法において、
所望の形状を被加工物表面に結像させて前記第１層に穴を加工した後、前記ｆθレンズと前記被加工物表面との間隔を予め定める距離だけ拡げ、前記第１層を加工した目標位置のＸＹ座標値に基づいて前記第２層を加工する場合の目標位置のＸＹ座標値を定め、定めたＸＹ座標値に基づいて前記第２層に穴を加工することを特徴とするレーザ加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、目標位置のＸＹ座標値に基づいてレーザビームの光軸を偏向する１対のミラーの回転角度を定め、被加工物の第１層と第２層に穴を加工するレーザ加工方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
レーザビームを走査する機能を持つレーザ装置の一例であるプリント基板穴明け用レーザ加工装置では、レーザとして波長が９μｍ〜１０．６μｍの炭酸ガスレーザまたは波長が３５５ｎｍもしくは２６６ｎｍのＵＶレーザを用いて、レーザをパルス状にプリント基板に照射し、基板の導体層間を接続するための穴を開ける。
【０００３】
以下、従来のプリント基板穴明け用レーザ加工装置について説明する。  
図３は、レーザ加工装置の構成図である。  
レーザ発振器８から出射されたレーザビーム２はアパーチャ９により外形を整形され、ガルバノミラー６，７で反射されてｆθレンズ１に入射し、ｆθレンズ１により集光されてＸ−Ｙ加工テーブル４上に配置されたプリント基板３に穴を加工する。ガルバノミラー６を回転させることによりレーザビーム２をプリント基板３上のＹ方向に、また、ガルバノミラー７を回転させることによりレーザビーム２をプリント基板３上のＸ方向に、それぞれ移動させることができる。
【０００４】
ガルバノミラー６，７およびｆθレンズ１で定まる加工領域１１（ガルバノスキャンニング領域）の大きさは５０ｍｍ×５０ｍｍ程度である。１つの加工領域１１’の穴の加工が終了すると、Ｘ−Ｙテーブル４を移動させ、次の加工領域１１’をｆθレンズ１に対して位置決めする。以下、プリント基板３全域の加工が終了するまで、上記の動作を繰り返す。
【０００５】
制御装置１３は、ガルバノミラー６，７、レーザ発振器８及びＣＣＤカメラ１２を制御する。
【０００６】
例えば、第１層（表面層）が銅箔、第１層の下層の第２層が絶縁物、第２層の下層の第３層が銅箔であるプリント基板の第１層と第３層を電気的に接続する場合、第１層から第３層に達する穴を明け、この穴をめっき処理することにより第１層と第３層を電気的に接続する。第１層に穴を加工することができる強度のレーザビームにより第２層を加工すると、第２層に形成される穴がビヤ樽状になり、めっき品質が低下する。そこで、第２層を加工するレーザビームの強度を小さくして加工をするようにしている（特許文献１）。
【０００７】
次に、ｆθレンズ１の機能について説明する。  
図４は、ｆθレンズ１の機能を説明する機能説明図である。  
同図においてＦ１は前側焦点（偏向点）、Ｆ２は後側焦点であり、いずれもｆθレンズ1の中心軸Ｏ上にある。また、ｆはｆθレンズ1の焦点距離である。同図に実線で示すように、光軸が前側焦点Ｆ１を通り、中心軸Ｏに対して角度θで入射する光（すなわち、入射角θでｆθレンズ1に入射する光）は、光軸が中心軸Ｏと平行になってｆθレンズ1から出射し、後側焦点Ｆ２において中心軸Ｏに垂直な面Ｈの中心軸Ｏから
Ｌ＝ｆθ  ・・・（１）
で表されるＬの位置Ｍに集光され、面Ｈから距離ｇ離れた面Ｋ上にアパーチャ９の像Ｊ０を結像する。
【０００８】
そこで、プリント基板３の表面を面Ｋに合わせると、プリント基板３に所望の径の穴を明けることができる。また、プリント基板３に加工される穴の軸線がプリント基板３の表面に対して垂直になるので、品質に優れる穴を加工することができる。なお、通常、像Ｊ０の大きさは、アパーチャ９の直径の数十分の一であり、距離ｇは０．１〜０．３ｍｍ程度である。
【０００９】
一方、同図に点線で示すように、前側焦点Ｆ１は通らないが光軸の中心軸Ｏに対する角度がθであるレーザビームも位置Ｍに集光され、面Ｋ上にアパーチャ９の像Ｊ１を結蔵する。しかし、光軸が中心軸Ｏに対して角度εだけ傾いているため、像Ｊ１の位置は像Ｊ０に対してずれる。この角度εに起因する像のずれをテレセントリック誤差という。テレセントリック誤差により、入射光が前側焦点Ｆ１の前側（ｆθレンズ1から遠い側）で中心軸Ｏと交差する場合の入射光の光軸は面Ｈよりも下方で中心軸Ｏに近づく。一方、入射光が前側焦点Ｆ１の後側（ｆθレンズ1に近い側）で中心軸Ｏと交差する場合の入射光の光軸は面Ｈよりも下方で中心軸Ｏから離れる。
【００１０】
加工部の表面に所望の像を結像させる加工を、以下、フォーカス加工という。
【００１１】
以上の説明から明らかなように、ガルバノミラー６，７の反射面をｆθレンズ1の前側焦点Ｆ１に合わせることが理想である。しかし、２つのミラーの反射面を同一位置に配置することはできない。そこで、通常、ガルバノミラー６とガルバノミラー７を前側焦点Ｆ１の前後に配置し、かつガルバノミラー６とガルバノミラー７の反射面をできるだけ前側焦点Ｆ１に近づけるように配置し、加工される穴の軸線がプリント基板に対して垂直になるようにしている。テレセントリック誤差の大きさは、ガルバノミラー６、７とｆθレンズ1との距離が定まれば計算で求めることができる。
【００１２】
しかし、ガルバノミラー６とガルバノミラー７の取り付け位置は周囲温度によって変化する。そこで、加工に先立ちあるいは一定時間毎に、図３に示すアクリル板１０に座標を定めて（例えば、５ｍｍピッチ）穴を加工し、ＣＣＤカメラ１２により加工した穴の中心の座標値を測定して目標値に対するＸＹ方向のずれをそれぞれ求め、求めたずれを補正値として記憶する。そして、加工時には、加工プログラムで指定される加工位置のＸＹ座標値に記憶した補正値を加算して目標位置のＸＹ座標値とし、この目標位置の座標値に基づいてガルバノミラー６，７の角度を定めている。この補正値を求める作業を、以下、「補正値取得作業」という。
【特許文献１】特開平３−２７８５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
レーザ加工の場合、レーザ発振器の出力を変更したり、レーザビームの周波数を変更するだけでもレーザ発振器から出力されるレーザビームの出射位置が変化する。このため、第２層を加工する際、レーザ発振器の出力を変更することは得策ではない。
【００１４】
面Ｈで集光されたレーザビームは面Ｈから遠ざかるにつれて拡大するので、プリント基板をｆθレンズから相対的に遠ざけると、レーザビームの単位面積当たりの強度を小さくすることができる。しかし、テレセントリック誤差のため、照射位置がずれる。レーザービームの光軸の位置を面Ｋおよび遠ざけた面の両者で測定し、それぞれの補正値を記憶させることもできるが、測定に時間を要し、加工能率を向上させることができない。
【００１５】
本発明の目的は、プリント基板とｆθレンズとの間隔を変えることによりレーザビームの単位面積当たりのエネルギ強度を変えるようにしたレーザ加工（以下、「デフォーカス加工」という。）の場合であっても、品質に優れる穴を効率よく加工することができるレーザ加工方法を提供するにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明は、実際の照射位置の設計上の照射位置に対するずれを予め補正値として求めておき、加工プログラムで指定された穴の中心のＸＹ座標値に前記補正値を加算して目標位置のＸＹ座標値を定め、定めた目標位置のＸＹ座標値に基づいて１対のミラーの回転角度を定め、前記１対のミラーで位置を定められたレーザビームをｆθレンズにより集光して複数の材質の異なる層が積層された被加工物の表面第１層から第１層の下層の第2層を貫通し第３層に達する穴を加工するレーザ加工方法において、所望の形状を被加工物表面に結像させて前記第１層に穴を加工した後、前記ｆθレンズと前記被加工物表面との間隔を予め定める距離だけ拡げ、前記第１層を加工した目標位置のＸＹ座標値に基づいて前記第２層を加工する場合の目標位置のＸＹ座標値を定め、定めたＸＹ座標値に基づいて前記第２層に穴を加工することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
デフォーカス加工時における光軸のずれを実測しなくてもレーザビームの光軸を加工しようとする穴の略中心に位置決めできるので、品質に優れる穴を効率よく加工することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
先ず、本発明の原理をＸ座標値を定めるガルバノミラー６の場合について説明する。
【００１９】
図１は、本発明の原理を説明するための原理説明図であり、図４と同じものまたは同一機能のものは同一の符号を付して重複する説明を省略する。なお、ｆθレンズ１の厚さは０とし、レーザビームは光軸のみを示してある。また、ガルバノミラー６の反射面とｆθレンズ１の前側焦点Ｆ１との距離はｄｘであり、プリント基板３の表面は面Ｋに位置決めされている。
【００２０】
いま、加工プログラムで指定された加工位置のＸ座標がＬｘ０であるとすると、設計上のレーザビームの光軸は一点鎖線ｘ１１で示すように前側焦点Ｆ１および点Ｍを通り、面Ｋ上の点Ｌｘ０にアパーチャの像を結像（以下、単に「結像」という。）する。また、ガルバノミラー６で反射された実際のレーザビームは、一点鎖線ｘ１２で示すように、点Ｍを通り面Ｋ上のＸ座標値がＬｘ１の点Ｌｘ１に結像する。
【００２１】
点Ｌｘ１の点Ｌｘ０からの距離がａであるとすると、補正値取得作業により、Ｘ座標値Ｌｘ０に対する補正値ａが得られる。そして、加工時には目標座標としてＬｘ２（ただし、Ｌｘ２≒Ｌｘ０＋ａ）が決定され、ガルバノミラー６は、
α＝Ｌｘ２／ｆ  ・・・（２）
で表される角度αに位置決めされる。
【００２２】
ガルバノミラー６の回転角度が角度αの場合、設計上のレーザビームの光軸は点線ｘ２１で示すように前側焦点Ｆ１および点Ｍ１を通り、面Ｋ上の点Ｌｘ２に結像する。また、ガルバノミラー６で反射された実際のレーザビームの光軸は、点線ｘ２２で示すように、点Ｍ１を通り面Ｋ上の点Ｌｘ０に結像する。
【００２３】
次に、第２層を加工するため、プリント基板３の表面を面Ｋからｚだけ下方の面Ｑに位置決めする。すると、ガルバノミラー６で反射された実際のレーザビームの光軸ｘ２２は、面Ｑ上の点Ｐｘ１に入射することになる。
【００２４】
ここで、ｆθレンズ１から出射した光軸ｘ２２の中心軸Ｏに対する角度をβとすると、角度βおよび点Ｐｘ１の座標値Ｐｘ１は、
ｔａｎβ＝ｄｘ・ｔａｎα／ｆ  ・・・（３）
Ｐｘ１＝Ｌｘ２−（ｚ＋ｇ）・ｔａｎβ  ・・・（４）
で表される。
【００２５】
品質に優れる加工をするためには、ガルバノミラー６で反射された実際のレーザビームの光軸を面Ｑ上の座標がＬｘ０である点Ｐｘ０に入射させなければならない。すなわち、目標位置の座標値Ｌｘ３を
Ｌｘ３＝Ｌｘ２＋（ｚ＋ｇ）・ｔａｎβ  ・・・（５）
で表される値にする必要がある。
【００２６】
ここで、角度αは±０〜１０度であるので、ｔａｎαをαに置き換えると、式３は式６に変形できる。
【００２７】
ｔａｎβ＝ｄｘ・α／ｆ  ・・・（６）
式６を式５に代入し、さらにｚに比べて十分小さいｇを無視すると、
Ｌｘ３＝Ｌｘ２＋ｚ・ｄｘ・α／ｆ  ・・・（７）
が得られる。
【００２８】
式２を式７に代入すると、
Ｌｘ３＝Ｌｘ２＋ｚ・ｄｘ・（Ｌｘ２／ｆ）／ｆ
＝Ｌｘ２（１＋ｚ・ｄｘ／ｆ２）      ・・・（８）
が得られる。
【００２９】
式８におけるｄｘ、ｆは装置によって予め定まる値であり、ｚは予め定める値である。したがって、第２層を加工する場合の目標位置のＸ座標値Ｌｘ３を第１層を加工する場合の目標位置のＸ座標値Ｌｘ２から定めることができる。
【００３０】
そして、同図に示すように、設計上のレーザビームの光軸ｘ３１は前側焦点Ｆ１および点Ｍ３を通り、ガルバノミラー６で反射された実際のレーザビームの光軸ｘ３２は点Ｍ３を通り面Ｑ上のＸ座標値がＬｘ０の点Ｐｘ０に結像する。
【００３１】
また、Ｙ座標についても、Ｘ座標値を求める手順と同様にして定めることができる。すなわち、ガルバノミラー７の反射面とｆθレンズ１の前側焦点Ｆ１との距離をｄｙ、第１層を加工する場合の目標位置のＹ座標値をＬｙ２とすると、第２層を加工する場合の目標位置のＹ座標値Ｌｙ３を、
Ｌｙ３＝Ｌｙ２（１−ｚ・ｄｙ／ｆ２）  ・・・（９）
式９により定めることができる。
【００３２】
なお、上記において、ｄｘ，ｄｙ，α，θ，Ｌｘ，Ｌｙの符号は以下のように定める。
【００３３】
すなわち、前側焦点Ｆ１を基準にして、ｆθレンズ１に対して遠い側のｄｘはプラス，ｆθレンズ１に対して近い側のｄｙはマイナス、また、α，θは中心軸０に対して右下りに入射する場合はプラス、左下りに入射する場合はマイナスである。また、中心軸０を加工領域の中心（原点）においた時、Ｌｘは右方向がプラス、左方向がマイナス、Ｌｙは上方向がプラス、下方向がマイナスである。
【００３４】
次に、本発明の動作を説明する。  
加工に先立ち、補正値取得作業を行う。次に、加工プログラムで指定される座標値（Ｌｘ０，Ｌｙ０）に代えて補正された座標値（Ｌｘ２，Ｌｙ２）にレーザビームを位置決めし、第１層に穴を加工する。第１層のすべての加工が終了したら、プリント基板３とｆθレンズ１との距離をｚだけ広げ、加工プログラムで指定される座標値（Ｌｘ０，Ｌｙ０）に代えてＬｘ２とＬｙ２および式８，９を用いて得られる座標値（Ｌｘ３，Ｌｙ３）にレーザビームを位置決めし、第２層に穴を加工する。
【００３５】
以上説明したように、本発明では、フォーカス条件での加工穴位置ズレ量を計測することによりフォーカス加工およびデフォーカス加工双方の補正情報の処理が完了するので、作業能率を向上させることができる。
【００３６】
図２は、本発明の効果を説明する図であり、ｚを３．５ｍｍとした場合の第２層をＬｘ２およびＬｙ２を用いて加工した場合と、Ｌｘ３およびＬｙ３を用いて加工した場合の目標位置に対するずれを実測した値である。なお、加工領域は５０ｍｍ×５０ｍｍ、加工ピッチは１０ｍｍである。
【００３７】
同図から明らかなように、本発明により、すなわち目標位置の座標値を（Ｌｘ３，Ｌｙ３）として第２層を加工する場合のずれ量は−８μｍから＋７μｍの範囲である。これに対して、第２層を第１層を加工する位置とした場合、すなわち目標位置の座標値を（Ｌｘ２，Ｌｙ２）とした場合には、ずれ量が−５６μｍから＋８４μｍの範囲になっている。したがって、小径例えば５０μｍの穴を加工する場合、第２層を加工するためのレーザビームのエネルギ密度を第１層を加工する場合の１／４（直径は２倍）にすると、レーザビームが所望の加工位置から外れてしまい穴を加工することができない。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の原理を説明するための原理説明図である。
【図２】本発明の効果を説明する図である。
【図３】レーザ加工装置の構成図である。
【図４】ｆθレンズ1の機能を説明する機能説明図である。
【符号の説明】
【００３９】
１  ｆθレンズ
３  プリント基板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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