(57)【要約】【課題】レーザ加工によって生じた飛散物が加工対象物の表面に再付着するのを防止するのに適したレーザ加工装置を提供する。【解決手段】レーザ光源がレーザビームを出射する。保持台が加工対象物を保持する。集光レンズが、レーザ光源から出射されたレーザビームを、保持台に保持された加工対象物上に集光する。加工対象物のレーザビーム照射領域と集光レンズとの間のレーザビームの径路を含む空間を、周囲の空間から隔離する遮蔽物が配置される。エアノズルが、遮蔽物の内部の空間にガスを噴出する。排気口が、遮蔽物の内部の空間からガスを吸引する。【選択図】  図１
2004268080.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザビームを出射するレーザ光源と、
加工対象物を保持する保持台と、
前記レーザ光源から出射されたレーザビームを前記保持台に保持された加工対象物上に集光する集光レンズと、
前記加工対象物のレーザビーム照射領域と前記集光レンズとの間のレーザビームの径路を含む空間を、周囲の空間から隔離する遮蔽物と、
前記遮蔽物の内部の空間にガスを噴出するエアノズルと、
前記遮蔽物の内部の空間から前記ガスを吸引する排気口と
を有するレーザ加工装置。
【請求項２】
前記エアノズルおよび前記排気口は前記遮蔽物の壁を貫通して設けられ、該エアノズルは、前記排気口よりも前記加工対象物に近い位置に設けられている請求項１に記載のレーザ加工装置。
【請求項３】
前記遮蔽物の、前記加工対象物と接触する部分に弾性を有する部材を使用した請求項１または２に記載のレーザ加工装置。
【請求項４】
前記遮蔽物が、円筒の形状または多角柱の側面の形状を持つ請求項１または２に記載のレーザ加工装置。
【請求項５】
加工対象物の表面にレーザビームを照射して該加工対象物をレーザ加工する際に、該加工対象物の被加工面に向けてガスを噴きつける工程と、
前記加工対象物から遠ざかる向きのガス流を発生させる工程と、
前記加工対象物の被加工面から遠ざかる方向に流れたガスを、強制的に吸引する工程と
を有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、レーザ加工装置及びレーザ加工方法に関し、特にエアノズルを用いて、レーザ加工された箇所から飛散した飛散物を除去するレーザ加工装置及びレーザ加工方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
プリント基板にレーザビームを入射させて穴あけ加工をする際に、エアノズルからガスを加工対象物の被加工面に向けて噴きつけ、ガス流によりレーザ加工の過程で生じる飛散物をレーザビームの入射位置近傍から排除することができる。
【０００３】
この方法では、ガスの流れに乗った飛散物が、ガス流の下流側の加工対象物表面に付着する。プリント基板にレーザビームを照射して穴を形成した後、その表面に銅めっきの処理が施される。下流側に飛散物が多く付着していると、その部分の銅膜が剥がれやすくなる。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−２３９７７０号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、レーザ加工によって生じた飛散物が加工対象物の表面に再付着するのを防止するのに適したレーザ加工装置及びレーザ加工方法を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の一観点によると、レーザビームを出射するレーザ光源と、加工対象物を保持する保持台と、前記レーザ光源から出射されたレーザビームを前記保持台に保持された加工対象物上に集光する集光レンズと、前記加工対象物のレーザビーム照射領域と前記集光レンズとの間のレーザビームの径路を含む空間を、周囲の空間から隔離する遮蔽物と、前記遮蔽物の内部の空間にガスを噴出するエアノズルと、前記遮蔽物の内部の空間から前記ガスを吸引する排気口とを有するレーザ加工装置が提供される。
【０００７】
エアノズルから噴き出されたガスが加工対象物の被加工面付近の飛散物を噴き飛ばし、排気口から飛散物をガスと共に吸引する。遮蔽物内の空間から、外部に飛散物を排除することにより、飛散物が加工対象物の被加工面上に付着するのを防止することができる。
【０００８】
本発明の他の観点によると、レーザビームを出射するレーザ光源と、加工対象物を保持する保持台と、前記レーザ光源から出射されたレーザビームを前記保持台に保持された加工対象物上に集光する集光レンズと、前記加工対象物のレーザビーム照射領域と前記集光レンズとの間のレーザビームの径路を含む空間を、周囲の空間から隔離する遮蔽物と、前記遮蔽物の内部の空間にガスを噴出するエアノズルと、前記遮蔽物の内部の空間から前記ガスを吸引する排気口とを有するレーザ加工装置であって、前記エアノズルおよび前記排気口は前記遮蔽物の壁を貫通して設けられ、該エアノズルは、前記排気口よりも前記加工対象物に近い位置に設けられているレーザ加工装置が提供される。
【０００９】
エアノズル及び排気口の取り付け位置の特徴により、ガスは加工面付近から集光レンズ方向へと流れるため、飛散物の加工面への付着を防止する効果を高めることができる。
【００１０】
前記加工対象物と前記遮蔽物とが接触する部分に弾性を有する部材を配置するのが好ましい。遮蔽効果を高めかつ加工対象物の損傷を回避するためである。また、遮蔽物に関しては、円筒の形状または多角柱側面の形状が好ましい。ガスの流れが特定の方向に偏らないようにするためである。
【００１１】
さらに、本発明の他の観点によると、加工対象物の表面にレーザビームを照射して該加工対象物をレーザ加工する際に、該加工対象物の被加工面に向けてガスを噴きつける工程と、前記加工対象物から遠ざかる方向性を有するガス流を発生させる工程と、前記加工対象物の被加工面から発生した飛散物を、レーザ加工領域からガスと共に除去する工程とを有するレーザ加工方法が提供される。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１に、本発明の実施例で使用するレーザ加工装置の概略図を示す。このレーザ加工装置は、レーザ光源１、ｆθレンズ２、加工対象物３、エアノズル４、排気口５、遮蔽物６、および保持台７を含んで構成される。
【００１３】
レーザ光源１は、紫外領域の波長を持つレーザビームを出射する。保持台７上に、加工対象物３が保持されている。加工対象物３は、表面を絶縁樹脂でコーティングされたプリント基板であり、その大きさは、約５００ｍｍ×６００ｍｍである。
【００１４】
レーザ光源１から出射したレーザビームが、ｆθレンズ２まで導波される。ｆθレンズ２まで導波されたレーザビームは、ｆθレンズ２で集光され、保持台７に保持された加工対象物３の被加工面に照射される。レーザビームが加工対象物３に照射されると、加工対象物３の表面をコーティングしている絶縁樹脂が除去される。ガルバノスキャナ（図１では図示なし）でレーザビームの光軸を振ることにより、約５０ｍｍ平方の領域内の、任意の点に穴を開けることができる。直径５０μｍ、深さ３５μｍの穴あけを行うに当たり、加工条件は、例えば、パルス周波数７０ｋＨｚ、加工面におけるパルスエネルギ密度１Ｊ／ｃｍ２、ショット数７０回である。このときの加工時間は１穴当たり約１ｍｓｅｃである。
【００１５】
レーザビームが加工対象物３に照射される際、加工点近傍の空間にプルーム及びヒュームが生じる。プルームとは、レーザビームが加工対象物３に照射された際に発生するプラズマであり、ヒュームとは、加工対象物３から周囲に飛散した微粒子である。
【００１６】
発生したプルームが、レーザ加工の精度を低下させることがある。レーザビームが、プルームを通過する際に回折を起こす。プルームの発生状態が加工点ごとにばらつくと、加工対象物３に到達するレーザビームのパルスエネルギが加工点ごとにばらつく。パルスエネルギのばらつきが、形成する穴径にばらつきが生じる原因となっている。加工対象物３にレーザビームを照射して穴を形成した後、その表面に銅めっきの処理が施される。加工対象物３の未加工領域にヒュームが付着していると、その部分にめっきされた銅膜が剥がれやすくなってしまう。
【００１７】
そこで、エアノズル４、排気口５及び遮蔽物６を用いることによりこれらの問題点の改善を図る。
【００１８】
遮蔽物６が、加工対象物３とｆθレンズ２との間のレーザビームの径路を含む空間を、その周囲の空間から隔離するように配置されている。その形状は、本実施例においては円筒形であり、その直径は約８０〜１００ｍｍであり、高さは、ｆθレンズ２と加工対象物３との距離約１００ｍｍにほぼ等しい。エアノズル４および排気口５が、いずれも遮蔽物６の壁を貫通して設置されている。レーザ加工によって生じたヒュームがｆθレンズ２を汚染するのを防ぐため、ｆθレンズ２の下方に保護板８が配置されている。
【００１９】
なお、図１で示す本実施例においては円筒形の遮蔽物６を用いたが、遮蔽物の形状はこれに限られることはない。円筒の形状のほか、多角柱の側面の形状等が考えられる。
【００２０】
遮蔽物６の内部の空間に向けて、エアノズル４がガスを噴出する。閉じられた空間内に噴出されたガスが、遮蔽物６の内部にガス流を形成する。このガス流を利用して、レーザ加工によって発生したヒュームを、加工対象物３の被加工面近傍から遠ざける。加えて、ガスには加工対象物３の加工点近傍の温度上昇を抑制する効果もあり、プルームの発生状態を安定化させる。
【００２１】
エアノズル４から噴き出すガスには、例えば、空気、窒素ガス（Ｎ２）等を用いる。ガスの流量を大きくしたほうが、ヒュームを飛散させやすくなる。ガスの流量は、例えば１３０リットル／分くらいが好ましい。例えば、穴を形成すべき樹脂層が厚さ４０μｍのエポキシ系樹脂層であり、形成すべき穴の直径が５０μｍである場合、１３０リットル／分の空気を噴出させると、穴径のばらつきは６σで約１０μｍであった。また、１３０リットル／分のＮ２ガスを噴出させると、穴径のばらつきは、６σで約５μｍであった。
【００２２】
排気口５が、遮蔽物６の内部の空間からガスを強制的に吸引する。その際、ガス流に含まれるヒュームもガスと共に吸引する。吸引されたガス及びヒュームは、遮蔽物６の外部へ排出される。
【００２３】
遮蔽物６は、閉じた空間内に効率的にガス流を形成させるほか、遮蔽物６で仕切られた空間の外の、加工対象物３の未加工領域にヒュームが付着するのを防止する役割も果たしている。遮蔽物６の、加工対象物３と接触している部分には、遮蔽物６よりも弾性の大きい部材、例えば、スポンジ状部材やゴム等を配置するのが好ましい。遮蔽効果を高め、加工対象物の損傷を回避するためである。
【００２４】
エアノズル４は、加工対象物３の被加工面にできる限り近づけ、ガスが加工対象物３の被加工面に直接噴きつけられるように配置するのが好ましい。このようにエアノズル４を配置することで、加工対象物３の被加工面近傍のヒュームに、エアノズル４から噴き出したガスを直接的に、より大きな流速をもって噴きつけることができる。
【００２５】
エアノズル及び排気口は、複数個取り付けることにより、よりスムーズかつ効率的にヒュームの除去を図ることができる。
【００２６】
加工対象物の被加工面近傍のヒュームがガスから受ける力の向きおよび大きさは、加工対象物の被加工面上におけるガスの流速の分布に大きく影響される。この加工対象物の被加工面上におけるガスの流速の分布は、エアノズルの取り付けられている箇所との、相対的な位置関係に因るところが大きい。エアノズルの取り付け箇所による影響を抑えるためには、複数のエアノズルを配置し、加工点に向けて、より多くの方向からガスが偏りなく噴きつけられるようにするのが好ましい。これは、加工対象物の被加工面に噴きつけるガスの総量を増大させることにもなる。
【００２７】
排気口を複数個設置することは、ヒュームが、遮蔽物の内部の空間から完全に除去されず、空間内に残留するのを防止するのに効果的である。複数のエアノズルを設け、ガスの排気をスムーズに行うことで、一度吹き上げられたヒュームが加工対象物の被加工面に再付着する恐れや、ｆθレンズに付着してレンズを汚染する恐れを低減させることができる。
【００２８】
図２（Ａ）に、エアノズル４及び排気口５を、それぞれ複数個配置した例を示す。図２（Ａ）は、遮蔽物６の中心軸に平行な視線で見た平面図である。４つの排気口５及び４つのエアノズル４が、それぞれ４回回転対称になるように取り付けられている。エアノズル４と排気口５とは、平面視において重なる位置に配置されている。図２（Ｂ）に示すように、平面視において、エアノズル４と排気口５とを交互に配置してもよい。
【００２９】
図２（Ａ）及び（Ｂ）に示したように、エアノズル４及び排気口５を、円周方向に等間隔に配置することが好ましい。これにより、よりガス流の偏りを少なくすることができる。
【００３０】
加工対象物へのヒュームの再付着を防止するために、加工対象物から上昇するガス流を形成することが好ましい。このために、エアノズル４を排気口５よりも加工対象物に近い位置に配置することが好ましい。
【００３１】
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。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、遮蔽物、エアノズル及び排気口を利用することで、レーザ加工によって発生した飛散物を加工領域近傍から除去し、加工対象物の表面に飛散物が再付着するのを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例によるレーザ加工装置の概略図である。
【図２】実施例によるレーザ加工装置のエアノズル及び排気口の位置を説明するための平面図である。
【符号の説明】
１  レーザ光源
２  ｆθレンズ
３  加工対象物
４  エアノズル
５  排気口
６  遮蔽物
７  保持台
８  保護板
【図１】
2004268080.tif 000003
【図２】
2004268080.tif 000004