(57)【要約】【課題】加工しようとする穴が不規則なパターンで配置されている場合でも、高速で均一な加工ができるレーザ加工装置および加工方法を提供する。【解決手段】光路分岐手段７により、レーザ光３を光路分岐手段７により２方向に分岐すると共に、２方向に分岐されたレーザ光３を光路整合手段１２により中心が同軸になるようにしておく。そして、光路分岐手段７と光路整合手段１２との間の単穴光路８には１穴のマスク１０を、多穴光路９には多穴の多穴マスク１１を配置すると共に、光路整合手段１２とワーク１５との間に偏向手段１３を配置する。そして、加工パターンに応じてレーザ光３を２つの光路のいずれか一方に位置決めする。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光路分岐手段と、この光路分岐手段により分岐された２方向の光路を１つの光路に整合させる光路整合手段と、光偏向手段と、を備え、前記２方向に分岐された前記レーザ光を前記光偏向手段により位置決めして１つのワークを加工するレーザ加工装置において、
前記光路分岐手段と前記光路整合手段との間に設定された２つの光路と、
レーザ光の外形を整形するために前記２つの光路にそれぞれ設けられた第１及び第２のマスクと、
前記光路整合手段と前記ワークとの間に配置された前記偏向手段と、
を備え、
前記偏向手段は前記２つの光路のいずれか一方を通る前記レーザ光を前記ワークに位置決めすることを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項２】
前記第１のマスクには１個の穴が、前記第２のマスクには複数の穴がそれぞれ形成され、
前記偏向手段は、前記第１のマスクを通る光路と前記第２のマスクを通る光路とを切り替えることを特徴とする請求項１記載のレーザ加工装置。
【請求項３】
光路分岐手段と、この光路分岐手段により分岐された２方向の光路を１つの光路に整合させる光路整合手段と、光偏向手段と、を備え、前記２方向に分岐された前記レーザ光を前記光偏向手段により位置決めして１つのワークを加工するレーザ加工方法において、
前記光路分岐手段と前記光路整合手段との間の前記２つの光路の一方にレーザ光の外形を整形するために１個の穴が形成されたマスクを配置すると共に複数の穴が形成されたマスクを他方の光路に配置し、
前記各光路を通るレーザ光を前記ワークに位置決めし、前記２つの光路を切り替えながら加工を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】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はレーザ光を用いて穴の加工や、切断等を行うレーザ加工装置およびレーザ加工方法に係り、特に、プリント配線基板にビアホールを加工するのに好適なレーザ加工装置およびレーザ加工方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
以下、従来のレーザ加工装置について説明する。
【０００３】
電子機器の小型化、高密度実装化に伴い、プリント配線基板は複数の基板を積層した多層配線基板が主流となっている。多層配線基板では、上下に積層された基板間の導電層を電気的に接続する必要がある。そこで、多層配線基板の絶縁層に下層の導電層に達するビアホール（穴）を形成し、ビアホールの内部に導電性メッキを施すことにより、上下に積層された基板間の導電層を電気的に接続している。
【０００４】
ビアホールの形成には、ビアホールの微細化に伴い、高出力のＣＯ２レーザやＹＡＧの高調波を利用したＵＶレーザが使用される。また、ガルバノミラーとｆθレンズを組み合せたビームスキャン光学系を用いてレーザ光を走査させることにより、高速加工を実現している。さらに、加工する穴径を選択するためマスクとしてアパーチャを採用し、その像を結像レンズ用いて基板上に転写する転写光学系を採用し、また、１つのビアホールに対してレーザ光を複数回に分けて照射することにより、ビアホールの形状精度を向上させている。
【０００５】
さらに、生産の主流が携帯電話向け基板からパッケージ向け基板へと適用範囲が広がり、小径、小ピッチ、多穴化の基板となっている。小径になると加工に必要なエネルギーが少なくて済む。そこで、エネルギの有効活用の点から、ひとつのレーザ光を分岐して多ビーム化し、１度に複数の穴を明けることでスループットを向上させている。
【０００６】
例えば、特開２０００−１９００８７号公報では、レーザ光をビームスプリッタにより２ビームに分割し、各々のビームをガルバノスキャナ（偏向手段）で偏向させてから偏光ミキサによりビーム方向を略揃え、１つのｆθレンズに入射させてワークを加工している。
【０００７】
また、特開平１１−７７３４４号公報では、多穴マスクとホログラム（ＨＯＥ）とを用いることにより１つのビームを複数に分割し、１つのｆθレンズに入射させてワークを加工している。
【０００８】
【特許文献１】
特開２０００−１９００８７号公報
【０００９】
【特許文献２】
特開平１１−７７３４４号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来技術の前者は偏光ミキサの手前でビームを偏向させるので、偏光ミキサに入射する角度によって反射率および透過率が変動する。このため、加工エネルギが変動してしまい、均一な加工をすることができない。
【００１１】
また、従来技術の後者は多穴マスクの穴ピッチと異なる穴パターンを加工することができないため、マスクを頻繁に交換しなければならない。
【００１２】
本発明の目的は、上記した課題を解決し、加工しようとする穴が不規則なパターンで配置されている場合でも、高速で均一な加工ができるレーザ加工装置および加工方法を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、第１の手段は、光路分岐手段と、この光路分岐手段により分岐された２方向の光路を１つの光路に整合させる光路整合手段と、偏向手段と、を備え、前記２方向に分岐された前記レーザ光を前記偏向手段により位置決めして１つのワークを加工するレーザ加工装置において、前記光路分岐手段と前記光路整合手段との間の前記２つの光路のそれぞれにレーザ光の外形を整形するためのマスクを配置すると共に前記光路整合手段と前記ワークとの間に前記偏向手段を配置し、前記２つの光路のいずれか一方を通る前記レーザ光を前記ワークに位置決めすることを特徴とする。
【００１４】
また、第２の手段は、光路分岐手段と、この光路分岐手段により分岐された２方向の光路を１つの光路に整合させる光路整合手段と、光偏向手段と、を備え、前記２方向に分岐された前記レーザ光を前記光偏向手段により位置決めして１つのワークを加工するレーザ加工方法において、前記光路分岐手段と前記光路整合手段との間の前記２つの光路の一方にレーザ光の外形を整形するために１個の穴が形成されたマスクを配置すると共に複数の穴が形成されたマスクを他方の光路に配置し、前記各光路を通るレーザ光を前記ワークに位置決めし、前記２つの光路を切り替えながら加工をすることを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施形態に係るレーザ加工装置の構成図である。
【００１６】
加工機制御部１は、レーザ発振器２、駆動機構６、光路分岐器７、２軸スキャナ１３およびＸＹステージ１６を制御する。レーザ発振器２は、Ｐ偏光のレーザ光３を出力する。ビーム強度変換器４は、レーザ光３のビームモードをガウス分布からフラットな分布に変換する。駆動機構６により駆動されるズームユニット５は、入射するレーザ光３の直径を拡大縮小する。
【００１７】
光路分岐器７（ここでは、音響光学偏向器）は、レーザ光３の光路を、単穴光路８と多穴光路９に切り替える。単穴光路８は、ミラー１７、１個の穴を備える単穴マスク１０、ミラー２０および偏光方向変換装置２１を経て偏光ビームスプリッタ１２の表面１２ｓに到る光路である。また、多穴光路９は、ミラー１９、９個の穴を備える多穴マスク１１およびミラー１８を経て偏光ビームスプリッタ１２の裏面１２ｂに到り、偏光ビームスプリッタ１２の内部を透過して表面１２ｓに到る光路である。なお、偏光ビームスプリッタ１２を透過した多穴光路９の中心は単穴光路８の中心に一致するように構成されている。以下、単穴光路８を通るレーザ光を単穴ビーム８、また、多穴光路９を通るレーザ光を多穴ビーム９という。
【００１８】
２軸スキャナ１３のガルバノミラー２２とガルバノミラー２３は、ｆθレンズ１４の偏向点近傍に配置されている。そして、２軸スキャナ１３はガルバノミラー２２とガルバノミラー２３を回転駆動させることにより、単穴ビーム８あるいは多穴ビーム９を、Ｘ、Ｙ軸方向に位置決めする。ｆθレンズ１４は、単穴ビーム８あるいは多穴ビーム９を、基板１５に略垂直に入射させる。基板１５はＸ、Ｙ軸方向に位置決め自在のＸＹステージ１６に載置されている。
【００１９】
次に、音響光学偏向器の動作について説明する。
【００２０】
図２は、音響光学偏向器の構成および動作説明図である。
【００２１】
音響光学偏向器７は、媒質２８を収容する本体７ａと、本体７ａに超音波を付加する高周波発生装置２７とから構成されている。
【００２２】
スイッチ２７ａをオンして高周波発生装置２７を動作させると、同図（ａ）に示すように、内部の媒質２８中に周期的な屈折率変化が生じ、回折格子３０が形成される。この回折格子３０により、特定の角度θBDで入射するレーザ光３は、ブラック回折によりほぼ１次の回折のみとなり、効率よく偏向されて単穴ビーム８になる。一方、スイッチ２７ａをオフにすると、同図（ｂ）に示すように、回折格子３０が形成されないので、レーザ光３は本体７ａをそのまま透過し、０次光の多穴ビーム９になる。
【００２３】
次に、偏光ビームスプリッタ１２について説明する。
【００２４】
偏光ビームスプリッタ１２はＰ偏光（振動方向が紙面に対して平行な光）を透過させ、Ｓ偏光（振動方向が紙面に対して垂直な光）を反射する特性を備えている。この実施形態では、レーザ光３すなわち多穴ビーム９はＰ偏光であるので、偏光ビームスプリッタ１２を透過する。また、偏光方向変換装置２１に入射するＰ偏光の単穴ビームは、偏光方向変換装置２１によりＳ偏光に変換されているので、表面１２ｓで反射される。上記したように、偏光ビームスプリッタ１２により反射された単穴ビーム８と偏光ビームスプリッタ１２を透過した多穴ビーム９の中心は同軸である。
【００２５】
次に、偏光方向変換装置２１の構成を説明する。
【００２６】
図３は、偏光方向変換装置２１の構成図である。
【００２７】
この実施形態における偏光方向変換装置２１は、３個のミラー２４、２５、２６で構成されており、それぞれ互いに直交するようにして、すなわち、ミラー２４はＸ軸に対して４５度、ミラー２５はＺ軸に対して４５度、ミラー２６はＹ軸に対して４５度傾けて配置されている。この結果、ミラー２４に入射角４５度で入射するＰ偏光の単穴ビーム８は、ミラー２５、２６で反射されることにより偏光の方向が９０度回転し、Ｓ偏光の単穴ビーム８になって偏光ビームスプリッタ１２に入射する。
【００２８】
次に、この実施形態の動作を説明する。
【００２９】
図８は、基板１５の平面図例である。同図（ａ）に示すように、基板１５には同じパターン３２が複数並んでいる。パターン３２には、同図（ｂ）に示すように、穴が等ピッチで配列された等ピッチパターン部のエリア３３と、エリア３３周辺の穴が不規則に配置された不規則パターン部のエリア３４とから構成されている。
【００３０】
エリア３３を加工するときは、スイッチ２７ａをオンにする。すると、レーザ発振器２から出力されたレーザ光３は、ビーム強度変換器４によりビームモードをガウス分布からフラットな分布に変換された後、ズームユニット５により直径を定められる。そして、光路分岐器７により多穴光路９に偏向され、多穴マスク１１により９個のビームに分割される。分割された９個のビームは、それぞれ偏光ビームスプリッタ１２を透過し、２軸スキャナ１３により位置決めされ、ｆθレンズ１４を介してエリア３３に穴を９個ずつ加工する。
【００３１】
また、エリア３４を加工するときは、スイッチ２７ａをオフにする。すると、レーザ発振器２から出力されたレーザ光３は光路分岐器７を透過する単穴光路８を通り、単穴マスク１０により外形を整形され、偏光ビームスプリッタ１２で反射され、２軸スキャナ１３により位置決めされ、ｆθレンズ１４を介してエリア３４に穴を１個ずつ加工する。
【００３２】
ｆθレンズ１４の大きさで決まる加工領域の加工が終了すると、ＸＹステージ１６を動作させ、次の加工領域をｆθレンズ１４に対して位置決めする。以下、加工が終了するまで、上記の動作を繰り返す。
【００３３】
以上、説明したように本発明によれば、等ピッチパターンを多穴ビーム９により、また不規則パターンを単穴ビームにより、それぞれ加工するので、全体としての加工能率を向上させることができる。また、多穴ビーム９と単穴ビーム８の光路をｆθレンズ１４に入る前に同軸にするので、いずれの光路を通るビームに対してもｆθレンズ１４の機能が最も有効になる偏向点近傍に２軸スキャナを設置することができるため、ｆθレンズ１４を透過した多穴ビーム９と単穴ビーム８は基板１５に略垂直に入射し、均質の穴を加工することができる。
【００３４】
また、偏光方向変換装置２１により単穴ビーム８の偏光方向を９０度偏光させるようにしたので、波長が異なるレーザ光を用いる場合であっても偏光方向変換装置２１をそのまま使用することができる。
【００３５】
なお、偏光方向変換装置２１は、光路分岐器７と単穴マスク１０の間に配置してもよい。
【００３６】
また、偏光方向変換装置２１に代えて、１／２波長板、ファラデー素子あるいは旋光子を採用しても良いが、レーザ光３の波長によっては入手が困難であり、しかも高価になる。
【００３７】
次に、本発明の第１の変形例を説明する。
【００３８】
図４は、本発明の第１の変形例を示すレーザ加工装置の構成図、図５は、光路切替プリズム３６の平面図、図６は、光路切替プリズム３６の特性図である。このレーザ加工装置では、図１における音響光学偏向器７に代えて光路切替スキャナ３５と光路切替プリズム３６を設けている。
【００３９】
光路切替スキャナ３５は、ミラー３５ａとミラー３５ａを紙面に垂直な軸の回りに回転させるモータ３５ｂとから構成されている。
【００４０】
光路切替プリズム３６は、２個の直角プリズム３７の底面を空気４１を介して逆向き（点対称の位置）に対向させて全体が方形になるように配置したものであり、底面には反射防止膜３９が形成されている。
【００４１】
次に、光路切替プリズム３６の特性を説明する。
【００４２】
プリズム３７の屈折率をｎとすると、プリズム３７から空気４１にレーザ光３が入射するとき、臨界角θＣ（＝ＳＩＮ-1（１／ｎ））以上の角度では透過光が存在せず、全ての光がプリズム３７と空気４１との境界で全反射する。また、臨界角θＣよりも僅かに小さい入射角θＴで入射するレーザ光３は、反射防止膜３９が形成されているので、１００％の透過する。
【００４３】
したがって、臨界角θＣを挟み、ミラー３５ａを僅かな角度（例えば、臨界角θＣよりも僅かに小さい入射角θＴから臨界角θＣよりも僅かに大きい入射角θＲまで）回動させることにより、レーザ光３の光路を大きく切替えることができる。そして、回動角度は僅かでよいので、レーザ光３の光路を高速に切替えることができる。    
ところで、入射側に配置された一方のプリズム３７から斜めに出射する多穴ビーム９のビーム形状は入射光のビーム形状に対して変形する（崩れる）。しかし、他方のプリズム３７を空気４１を介して逆向きに対向させてあるので、多穴ビーム９は同じ光路を逆に通り、他方のプリズム３７から出射する多穴ビーム９の形状は元のビーム形状（入射光するレーザ光３の形状）に戻され、加工する穴の品質が低下することはない。
【００４４】
なお、この第１の変形例の動作は上記図１の場合と実質的に同じであるので、重複する説明を省略する。
【００４５】
ところで、以上の実施形態では、レーザ光３を単穴ビーム８または多穴ビーム９のいずれかとしたが、レーザ発振器２の能力が十分に大きい場合、あるいは加工する穴が小径で加工エネルギが小さい場合には、レーザ光３の光路を以下のように構成することもできる。
【００４６】
次に、この実施形態の第２の変形例を説明する。
【００４７】
図７は、本発明の第２の変形例を示すレーザ加工装置の構成図であり、図１における音響光学偏向器７に代えてビームスプリッタ４３を配置し、単穴光路８上にシャッタ４４を、多穴光路９上にシャッタ４５を配置したものである。なお、この第２の変形例におけるレーザ発振器２は、円偏光（あるいは楕円偏光）のレーザ光３を出力する。
【００４８】
ビームスプリッタ４３に入射する円偏光のレーザ光３のうち、Ｐ偏光成分はビームスプリッタ４３を透過して多穴ビーム９になり、Ｓ偏光成分はビームスプリッタ４３の表面で反射されて単穴ビーム８になる。
【００４９】
そこで、例えば図８に示すエリア３３を加工する場合にはシャッタ４５を開、シャッタ４４を閉にして、多穴ビーム９だけを２軸スキャナ１３に入射させる。また、エリア３４を加工する場合にはシャッタ４４を開、シャッタ４５を閉にして、単穴ビーム８だけを２軸スキャナ１３に入射させる。
【００５０】
なお、この第１の変形例の動作は上記図１の場合と実質的に同じであるので、重複する説明を省略する。
【００５１】
以上のように本実施形態によれば、予め多穴マスクと単穴マスクを２つの光路に配置しておき、光路を切替ることにより、等ピッチパターン部の穴を多穴ビームにより加工することができると共に、多穴ビームでは対応できない不規則パターン部の穴を単穴ビームにより１穴ずつ加工することにより、全体として加工能率を向上させることができる。
【００５２】
また、多穴ビームと単穴ビームの光路をｆθレンズに入る前に同軸にするので、２軸スキャナをｆθレンズの偏向点に配置することが可能となり、これにより均一な穴を加工することができる。
【００５３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、加工しようとする穴が不規則なパターンで配置されている場合でも、高速で均一な加工が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るレーザ加工装置の構成図である。
【図２】音響光学偏向器の構成・動作説明図である。
【図３】偏光方向変換装置の構成図である。
【図４】本発明の第１の変形例を示すレーザ加工装置の構成図である。
【図５】本発明における光路切替プリズムの平面図である。
【図６】光路切替プリズムの特性図である。
【図７】本発明の第２の変形例を示すレーザ加工装置の構成図である。
【図８】基板の平面図例である。
【符号の説明】
３  レーザ光
７  光路分岐手段
８  単穴光路
１０  単穴マスク
１１  多穴マスク
１２  光路整合手段
１３  偏向手段
１５  ワーク
【図１】
2004188487.tif 000003
【図２】
2004188487.tif 000004
【図３】
2004188487.tif 000005
【図４】
2004188487.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【図７】
2004188487.tif 000009
【図８】
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