(57)【要約】      （修正有）【課題】加工能率を向上させることができるトレパニング加工方法を提供する。【解決手段】加工開始前に、予め指定される円軌道Ｃの直径Ｄと、周波数と、円軌道Ｃを１周する間の照射位置の数と、から開始点を予め定めた基準トレパニング座標列を求めておく。そして、出発点Ａから円軌道Ｃの中心点Ｂに至る線分ＡＢ上の移動目標座標を求めた後、出発点Ａを通り円軌道Ｃ上の接点Ｐｓを求め、接線方向で求めた接点に最も近い基準トレパニング座標列の加工点を開始点Ｐ０に置き換え、中心点Ｂから予め定める数手前の移動目標のｘ、ｙ座標値に開始点Ｐ０から基準トレパニング座標列を予め定める数だけ逆に戻した基準トレパニング座標列の加工点のｘ、ｙ座標値をそれぞれ加算した値を当該位置における移動目標とする。【選択図】図１
2011110589.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザビームを円軌道上の円周方向に等分した複数個所で照射させることにより前記レーザビームの直径よりも大径の穴をトレパニング加工するレーザ加工方法において、
加工開始前に、予め指定される円軌道の直径と、周波数Ｎと、前記円軌道を１周する間の照射位置の数ｎと、から開始点を予め定めた基準トレパニング座標列を求めておき、  トレパニング加工が指令された場合は、
出発点から前記円軌道の中心点に至る線分上の移動目標座標を求めた後、
前記出発点を通り接線方向が基準トレパニング座標列の方向と同じ方向である前記円軌道上の接点を求め、
接線方向で求めた接点に最も近い基準トレパニング座標列の加工点を前記開始点に置き換え、
前記円軌道の中心点から予め定める数手前の移動目標のｘ座標値に前記基準トレパニング座標列の前記開始点から前記基準トレパニング座標列を前記予め定める数と同数だけ逆に戻した前記基準トレパニング座標列の加工点のｘ座標値を、前記円軌道の中心点から予め定める数手前の移動目標のｙ座標値に前記基準トレパニング座標列の加工点の前記開始点から前記基準トレパニング座標列の加工点を前記予め定める数だけ遡った前記基準トレパニング座標列の加工点のｙ座標値を、それぞれ加算した値を当該位置における移動目標とすること
を特徴とするレーザ加工方法。
【請求項２】
前記予め定める数をＪｎ（ただし、Ｊは正の整数）とす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】
前記接点が前記基準トレパニング座標列の加工点と一致しない場合は、座標変換により前記開始点を前記接点に一致させ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４】
前記円軌道の中心点から予め定める数手前の移動目標から前記円軌道の中心点までの制御時間を１／Ｎｎとす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】
【技術分野】
【０００１】
本発明はレーザ加工方法に係り、特にトレパニング加工に好適なレーザ加工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
プリント配線基板穴明け用のレーザ加工装置は、レーザビームによりプリント配線基板に半導体素子等の実装や層間の電気的結合に使われる穴を明ける装置である。
【０００３】
図５は、従来から実施されているプリント配線基板穴明け用レーザ加工装置１００の構成図である。同図において、プリント配線基板穴明け用レーザ加工装置１００は、レーザビーム２を出射するレーザ発振器１と、レーザビーム２のビーム断面形状を整形するためのビーム断面形状形成装置３と、ガルバノスキャナ４ａ，４ｂと、これらのガルバノスキャナ４ａ，４ｂの先端にそれぞれ取り付けられレーザビーム２を二次元に偏向する２つのミラー４ａｍ，４ｂｍと、ｆθレンズ５と、加工対象物６を置くためのステージ７とを備えている。そして、ガルバノスキャナ４ａ，４ｂによりミラー４ａｍ，４ｂｍを駆動してレーザビーム２を所望の位置に位置決めし、ｆθレンズ５により加工対象上の加工位置に集光させて加工対象物６に穴を加工する。
【０００４】
図６はプリント配線基板穴明け用レーザ加工装置１００の指令系の構成図である。同図において、レーザ加工装置１００の指令系は加工位置を指示する上位ＮＣ８と、ガルバノスキャナ４ａ、４ｂを制御するガルバノ制御装置９とからなる。レーザ加工装置１００は階層的な構成となっており、最上位の上位ＮＣ８に加工指令を入力すると最下位のガルバノスキャナ４ａ，４ｂが指令に基づき動作する。
【０００５】
層間の電気的結合に使われる穴の直径は小径（通常、３０μｍ以下）であるので、レーザビーム２の直径をビーム断面形状形成装置３により整形しておき、上位ＮＣ８によって指定された加工位置（座標）にレーザビーム２を照射する。この加工方法をパンチング加工と呼ぶ。ガルバノ制御装置９は、上位ＮＣ８からパンチング加工指令Ｓ１（次にレーザビーム２を照射する位置の座標である）を受けると、ガルバノスキャナ指令作成部９ａの演算器９ｂにより移動目標座標（フィードバック制御のための現在の位置から指定された加工位置に至る経路のサンプリング周期毎の位置）を作成し、作成した移動目標座標をメモリ９ｃに蓄積する。移動目標座標指令が出力部９ｄを通り、ガルバノスキャナ４ａ、４ｂの角度を変え、レーザビーム２を加工対象物の加工位置に照射して加工する。
【０００６】
また、半導体素子の実装等に使用する穴のようにレーザビーム２の直径よりも大径の穴を明ける場合は、パンチング加工では所望の加工を行うことができない。そこで、トレパニング加工により穴明けを行う。トレパニング加工は、レーザビーム２の光軸を円軌道上で移動させながら、予め定める間隔毎にレーザビーム２を照射してレーザビーム径以上の穴を明ける加工方法である（特許文献１）。
【０００７】
すなわち、まず、パンチング加工の場合と同様に、レーザビーム２の光軸を加工位置の中心へ移動させる。そして、加工位置の中心から一定の範囲内に整定すると、上位ＮＣ８はトレパニング加工指令Ｓ２として加工条件（レーザビーム２の光軸を移動させる加工位置の中心を中心とする円軌道（以下、「目標円軌道」という。）の直径とレーザビーム２の照射ピッチをガルバノ制御装置９に指示する。ガルバノ制御装置９は、トレパニング座標列（目標円軌道上の照射点の座標を円周方向に順番に並べたもの）を作成し、作成した移動目標座標とトレパニング座標列をメモリ９ｃに蓄積する。そして、レーザビーム２の光軸が目標円軌道上に到達したら、トレパニング座標列に基づいてレーザビーム２を照射する。
【０００８】
トレパニング加工は、ひとつの穴に対して多数のレーザショットを必要とするため、パンチング加工と比較してスループットが低下する。そこで、レーザビーム２を照射する位置を予め上位計算機で計算し、その結果を用いてガルバノスキャナ４ａ、４ｂを駆動する技術が知られている（特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特表平９−５１１７９１号公報
【特許文献２】特開２００５−３４５５２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところで、ガルバノ制御装置９は上位ＮＣ８から目標位置が指定されると、現在位置から目標位置に至る複数の移動目標座標を演算するが、総ての移動目標座標の演算が終了するまではガルバノスキャナ４ａ，４ｂを動作させない。この時間を演算待ち時間と呼ぶ。
【００１１】
図７は、従来のトレパニング加工におけるレーザビーム２の光軸の移動軌跡例を示す図である。レーザビーム２の光軸は出発点Ａから加工位置の中心点Ｂに位置決めされ、中心点Ｂにおいて円軌道上のトレパニング座標列を演算するので、演算待ち時間が発生する。また、レーザビーム２の光軸が加工位置の中心から目標円軌道上に至るまでの経路（図中の点Ｂから点Ｑ１に至る曲線）を移動するための時間（「遷移時間」という。）が発生する。なお、図中点線で示す円は照射位置におけるレーザビーム２を示しており、図示の場合、点Ｑ２からレーザビーム２を照射する。
【００１２】
そこで、本発明が解決しようとする課題は、トレパニング座標列を演算する際の演算待ち時間を短くすると共に遷移時間をなくすことにより、トレパニング加工の加工能率を向上させることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するため、本発明は、レーザビームを円軌道上の円周方向に等分した複数個所で照射させることにより前記レーザビームの直径よりも大径の穴をトレパニング加工するレーザ加工方法において、
１）加工開始前に、予め指定される円軌道の直径、周波数Ｎ、及び前記円軌道を１周する間の照射位置の数ｎから開始点を予め定めた基準トレパニング座標列を求めておき、
２）トレパニング加工が指令された場合は、出発点から前記円軌道の中心点に至る線分上の移動目標座標を求めた後、前記出発点を通り接線方向が基準トレパニング座標列の方向と同じ方向である前記円軌道上の接点を求め、
３）接線方向で求めた接点に最も近い基準トレパニング座標列の加工点を前記開始点に置き換え、
４−１）前記円軌道の中心点から予め定める数手前の移動目標のｘ座標値に前記基準トレパニング座標列の前記開始点から前記基準トレパニング座標列を前記予め定める数と同数だけ逆に戻した前記基準トレパニング座標列の加工点のｘ座標値を、
４−２）前記円軌道の中心点から予め定める数手前の移動目標のｙ座標値に前記基準トレパニング座標列の加工点の前記開始点から前記基準トレパニング座標列の加工点を前記予め定める数だけ遡った前記基準トレパニング座標列の加工点のｙ座標値を、
それぞれ加算した値を当該位置における移動目標とすることを特徴とする。
【００１４】
この場合、前記予め定める数をＪｎ（ただし、Ｊは正の整数）とすることが有効である。
【００１５】
また、前記接点が前記基準トレパニング座標列の加工点と一致しない場合は、座標変換により前記開始点を前記接点に一致させることが有効である。
【００１６】
さらに、前記円軌道の中心点から予め定める数手前の移動目標から前記円軌道の中心点までの制御時間を１／Ｎｎとすることが有効である。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、演算待ち時間を短くすると共に遷移時間をなくすことにより、トレパニング加工の加工能率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の原理を示す模式図である。
【図２】本発明の加工手順を示すフローチャートである。
【図３】図２の補足説明図である。
【図４】図２の補足説明図である。
【図５】従来から実施されているプリント配線基板穴明け用レーザ加工装置の構成図である。
【図６】従来から実施されているプリント配線基板穴明け用レーザ加工装置の指令系の構成図である。
【図７】従来のトレパニング加工におけるレーザビーム２の光軸の移動軌跡例である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
図１は、本発明の原理を示す模式図である。まず、同図を参照し、本発明の原理について説明する。
【００２０】
図１において、点Ａは出発点（例えば、直前にパンチ加工が終了した点）であり、座標は（−２πＤ，０）である。点Ｂは直径がＤである目標円軌道Ｃの中心であり、座標は（０，Ｄ／２）である。また、Ｐ０〜Ｐ７は目標円軌道Ｃ上のレーザビームの照射位置であり、図示の場合、目標円軌道Ｃ上で８個所すなわち、π／４（４５度）毎にレーザビームを照射する。レーザビームを照射する順序は、座標（０，０）の点Ｐ０を１回目とし、反時計回りである。すなわち、トレパニング座標列は、Ｐ０、Ｐ１，・・・Ｐ７，（Ｐ０）の順に記憶されている。点Ｋ１〜点Ｋ７は線分ＡＢ上の線分ＡＢ８等分する点であり、例えば、点Ｋ５の座標は（−５／４π、３／１６Ｄ）である。
【００２１】
今、レーザビームの光軸を１秒で目標円軌道Ｃを１周させるとし、制御周期を１／８秒とする。そして、点Ｋ１における移動目標のｙ座標値である点Ｂ（点Ｋ０）のｙ座標値に、点Ｐ７における点Ｐ８（１周前の点Ｐ０の位置である）に対する目標のｙ座標値を加算した値を点Ｋ１における移動目標とする。すなわち、点Ｋ１における移動目標のｙ座標値を（Ｄ／１６＋ｓｉｎ（−７／４π））とする。また、点Ｋ２における移動目標のｙ座標値を、点Ｋ２における移動目標のｙ座標値に、点Ｐ６における点Ｐ７に対する目標のｙ座標値を加えた値とする。すなわち、線分ＡＢの点Ｂを起点として線分ＡＢ上の制御時間をｍ／８秒遡った点のｙ方向の移動目標を当該位置における移動目標のｙ座標値に点Ｐ（８−ｍ）のｙ座標値を加えた値とする。このようにすると、同図に点線で示すように、トレパニング座標列のｙ座標の合計は０であるが、ｘ＝０におけるｙ座標値は０になる。
【００２２】
ｘ方向に対しても同様に、点Ｋ１における移動目標のｘ座標を点Ｂのｘ座標値に点Ｐ０（点Ｐ８）のｘ座標値を加えた値とする。図示を省略するが、このようにすると、ｙ＝０におけるｘ座標値は０になる。すなわち、点Ａから点Ｐ０に至る実際のレーザビームの光軸はいわゆる数学上の接線にはならないが、点Ｐ０においては、目標円軌道Ｃに接する方向に入射することになる。すなわち、従来のように点Ｂで静定を待つ必要もなく、遷移時間も０である。また、加工中心Ｇにおける演算待ち時間も発生しない。なお、上記の場合は特殊な例であるが、一般的な場合については後述する。
【００２３】
次に、本発明の実施形態における加工手順を説明する。なお、プリント配線基板穴明け用レーザ加工装置１００及びプリント配線基板穴明け用レーザ加工装置１００の指令系の構成は従来からのものと同等であるので、以下の説明で同等な各部には同一の参照符号を付し、重複する説明は省略する。
【００２４】
図２は本発明の実施形態における加工手順を示すフローチャートであり、図３、図４は図２の補足説明図である。なお、トレパニング加工はレーザビームを目標円軌道上を反時計回りに加工するとする。
【００２５】
図示を省略する加工開始ボタンがオンされると、上位ＮＣ８は、加工プログラムを参照し、トレパニング加工が含まれているかどうかをチェックし、トレパニング加工が含まれている場合は、ガルバノ制御装置９に総ての基準トレパニング座標列を演算させ、その結果を、メモリに記憶させる(ステップＳ１００）。なお、トレパニング加工の加工条件は目標円軌道の直径Ｄ、周波数Ｎ（目標円軌道上でレーザビームの光軸を１秒間に周回させる回数）、照射位置の数ｎである。
【００２６】
基準トレパニング座標列は以下のようにして作成する。  
図３に示すように、加工中心Ｇの座標を(０，０)として円周をｎ等分し、開始点Ｐ０を（０，−Ｄ／２）として反時計回りの基準トレパニング座標列（Ｐ０、Ｐ１、・・・・・Ｐｎ−１）を作成する。なお、１周したときの点Ｐｎは開始点Ｐ０に重なることはいうまでもない。ここで、目標円軌道の直径Ｄが複数ある場合は、総ての直径Ｄに対してトレパニング座標列を作成する。なお、総ての基準トレパニング座標列を上位ＮＣ８で求め、その結果をガルバノ制御装置９に記憶させてもよい。
【００２７】
次に、加工プログラムに従って加工を開始する(ステップＳ１１０）。そして、トレパニング加工が指定された場合は(ステップＳ１２０）、現在位置（点Ａ）の座標を確認すると共に目標円軌道Ｃの中心Ｂの座標を確認する(ステップＳ１３０、Ｓ１４０）。そして、線分ＡＢ上に移動目標を作成する(ステップＳ１５０）。なお、移動目標の設定は、パンチング加工の場合のステップと同じである。次に、点Ａを通り目標円軌道Ｃに接する接線の接点Ｐｓの座標を求める(ステップＳ１６０）。なお、接点は２個得られるが、点Ａから見た接線の方向が反時計回りになる方向の接点を接点とする。
【００２８】
通常、接点Ｐｓと照射位置とは一致しない。例えば、図４に示すように、接点Ｐｓが基準トレパニング座標列の点Ｐｉと点Ｐｉ＋１の間であったとする。同図中の角度θは中心Ｂと接点Ｐｓの座標から容易に求められる。また、点Ｐｉ＋１のｙ軸に対する角度βは予め知られている。そこで、座標変換により開始点Ｐ０を回転させて接点Ｐｓに重ねてこの場合のトレパニング座標列とする(ステップＳ１７０）。
【００２９】
次に、点Ｂから予め定める数ｍ手前の移動目標のｘ座標値に基準トレパニング座標列の開始点Ｐ０と同位置である１周したときの点Ｐｎから基準トレパニング座標列を予め定める数ｍだけ逆に戻した基準トレパニング座標列の加工点Ｐｎ−ｍのｘ座標値を、点Ｂから予め定める数ｍ手前の移動目標のｙ座標値に基準トレパニング座標列の加工点Ｐｎ−ｍのｙ座標値を、それぞれ加算し、ステップＳ１５０で作成した移動目標を得られた移動目標に置き換える(ステップＳ１８０）。ステップＳ１８０の処理はｍ＝ｎになるまで行う。
【００３０】
なお、以下のようにすると、さらに好適である。すなわち、線分ＡＢ上の点Ｂから２πＤの位置までをｎ等分する。そして、線分ＡＢの長さがＭであるとすると、点ＢからＭ／ｎ離れた点Ｋ１におけるｘ方向の目標座標値に点Ｐｎ−１のｘ方向の目標座標値を加算し加算された値を点Ｋ１におけるｘ方向の目標座標値とすると共に、Ｋ１におけるｙ方向の目標座標値に点Ｐｎ−１のｙ方向の目標座標値を加算し、加算された値を点Ｋ１におけるｙ方向の目標座標値とする。以下同様に、点ＢからＭ／ｎ遠ざかる毎に、トレパニング座標列を時計回り方向にずらして今回の移動目標座標を演算する。そして、点Ａからの移動を開始してトレパニング加工を行い(ステップＳ１９０）、トレパニング加工が終了したら、次の加工があるかどうかを確認し(ステップＳ２００）、次の加工がある場合はステップＳ１２０の処理を行い、その他の場合は処理を終了する。また、線分ＡＢ上の点Ｂから２πＤの位置から点Ｂに至るまでの制御時間は１／Ｎｎとすると、レーザビーム２の光軸を滑らかに目標円軌道上に移動させることができる。
【００３１】
なお、トレパニング座標列を加算する開始点としては点Ｂからｍ＝ｎの位置に限らず、Ｊｍの位置（ただし、Ｊは２以上の正の整数）としてもよい。
【００３２】
また、ｎが偶数の場合は、ｍ＝ｎとすることに代えて、ｍ＝ｎ／２にしてもよい。
【００３３】
さらに、ｎが１０よりも大きい場合は、ステップＳ１６０を省略し、点Ａから遠い側の点Ｐｍ＋１を点Ｐ０にしても実用上差支えない。
【００３４】
また、上記においては、スキャナが指令通りに応答するとしたが応答遅れがある場合は、例えば、点Ｐ３からレーザビームを照射するようにしてもよい。
【００３５】
なお、本発明は、最外周の目標円軌道でトレパニング加工し、内側の他の目標円軌道でトレパニング加工する場合にも適応できる。
【符号の説明】
【００３６】
Ａ  出発点
Ｂ  円軌道Ｃの中心点
Ｃ  予め指定される円軌道
Ｄ  円軌道Ｃの直径
Ｎ  周波数
ｎ  円軌道Ｃを１周する間の照射位置の数
Ｐ０  基準トレパニング座標列の開始点
Ｐｓ  出発点Ａを通る接線の円軌道Ｃ上の接点
【図１】
2011110589.tif 000003
【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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