(57)【要約】【課題】加工材が蒸発する割合を増して、穴端部の盛上りの低減、熱影響範囲の低減、穴径の増加等、加工品質を改善する。【解決手段】レーザ光を加工対象物に照射して加工を行なう際に、レーザ光の最初の部分の少なくとも一部Ｐ１１を加工対象物に照射して、加工面の凹凸が溶けない範囲で加工面の温度を上昇させ、吸収率を高めてから、レーザ光の残りの部分の少なくとも一部を加工対象物に照射して除去加工を行なう。【選択図】　　　図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を加工対象物に照射して加工を行なう際に、
レーザ光の最初の部分の少なくとも一部を加工対象物に照射して、加工面の凹凸が溶けない範囲で加工面の温度を上昇させ、
次いで、レーザ光の残りの部分の少なくとも一部を加工対象物に照射して加工を行なうことを特徴とするレーザ加工方法。
【請求項２】
前記残りの部分の少なくとも一部の加工対象物への照射を、レーザ照射を開始してから所定時間経過後に行なう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】
前記残りの部分の少なくとも一部の加工対象物への照射を、レーザ光のエネルギが所定レベルに達したときに行なう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】
レーザ光を加工対象物に照射して加工を行なうためのレーザ加工装置において、
レーザ光の最初の部分の少なくとも一部を加工対象物に照射して、加工面の凹凸が溶けない範囲で加工面の温度を上昇させ、次いで、レーザ光の残りの部分の少なくとも一部を加工対象物に照射して加工を行うための光路変更手段を備えたことを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項５】
前記残りの部分の少なくとも一部の加工対象物への照射を、レーザ照射を開始してから所定時間経過後に行なうためのタイマを備えたことを特徴とする請求項４に記載のレーザ加工装置。
【請求項６】
前記残りの部分の少なくとも一部の加工対象物への照射を、レーザ光のエネルギが所定レベルに達したときに行なうためのエネルギ検知手段を備えたことを特徴とする請求項４に記載のレーザ加工装置。
【請求項７】
前記エネルギ検知手段を、前記光路変更手段の入側に設けたことを特徴とする請求項６に記載のレーザ加工装置。
【請求項８】
前記エネルギ検知手段を、前記光路変更手段の出側の加工対象物非照射側に設けたことを特徴とする請求項６に記載のレーザ加工装置。
【請求項９】
前記エネルギ検知手段を、前記光路変更手段の出側の加工対象物非照射側と照射側の両方に設けたことを特徴とする請求項６に記載のレーザ加工装置。
【請求項１０】
前記エネルギ検知手段にレーザ光の一部を分岐するためのスプリッタが透過型であることを特徴とする請求項６乃至９のいずれかに記載のレーザ加工装置。
【請求項１１】
前記光路変更手段が、音響光学素子を含むことを特徴とする請求項４に記載のレーザ加工装置。
【請求項１２】
前記光路変更手段が、電気光学素子と偏光ビームスプリッタを含むことを特徴とする請求項４に記載のレーザ加工装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザ光を加工対象物に照射して加工を行なうレーザ加工方法及び装置に係り、特に、プリント配線基板を加工するレーザ穴開け機に用いるのに好適な、加工品質を改善することが可能なレーザ加工方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
最近のプリント配線基板の小型化や高機能化に伴って小型化した、直径０．１ｍｍ以下のスルーホールやビアホールを精度良く形成するために、パルス発振型のレーザビームを用いて、小径の穴を形成するレーザ穴開け機が実用化されている。
【０００３】
このレーザ穴開け機のようなレーザによる金属表面の穴開け加工では、図１に示す如く、加工面の加熱Ａによる加工材の蒸気としての除去（図２参照）Ｂと、加工材の液体としての除去（図３参照）Ｃの２つの現象により、図４に示すようなクレータ状の穴１６が形成される。図において、１０は樹脂層、１２、１４は、その下側及び上側に形成された銅層である。
【０００４】
ここで、加工材の液体としての除去Ｃの割合が多い場合は、形成された穴１６の端部の盛上り（ドロスと称する）１７が大きくなる。又、電気基板の加工においては、銅層１４の裏側への熱影響範囲が大きくなるという加工品質の悪化が生じる。従って、より短時間により多くのエネルギを加工面に吸収させ、加工材の蒸気としての除去Ｂをすることが、品質向上の重要な点である。
【０００５】
一方、金属表面では、レーザ光の吸収率が低く、これが、レーザ光による金属の穴開けや切断加工を難しくしている。即ち、吸収率が高い場合には、図５（Ａ）に示す如く綺麗な穴を開けられるのに対して、吸収率が低い場合には、図５（Ｂ）に示す如く、銅層１４の裏に熱影響による欠陥を生じたり、盛上り（ドロス）１７が大きくなる。例えばＣＯ２レーザに対する銅の吸収率は１０％以下と低い。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、金属表面での吸収率を上げて加工性を改善するために、金属表面を荒らして凹凸をつけ、吸収率を上げる方法が採られている。レーザ加工に用いられているパルスレーザや連続発振（ＣＷ）レーザは、図６に示す如く、レーザ発生時に緩やかに最大ピークに達する。ＣＯ２パルスレーザでは、その期間は１５〜３０μ秒と長い。そのため、ピークの立上り部分Ｐ１で表面の凹凸が溶けて滑らかになり、吸収率が低下してしまう。
【０００７】
この問題を解決するために、パルスの立上りを急激にして、一気に大きな熱量を投入する方法が採られている。しかしながら、ＴＣＯ２レーザやＱスイッチレーザは、パルスの急激な立上りを有するが、パルス幅やパルスエネルギの制御が難しいという問題点を有する。
【０００８】
急激に立上げる他の方法としては、特開平１１−５００９６２や特開２０００−２６３２７１に記載されているように、パルスの一部又はＣＷレーザの一部を、音響光学素子（ＡＯＭ）を使って取り出す方法がある。ＡＯＭの応答速度は１μ秒以下と短く、急激なエネルギの立上りを得ることができる。しかしながら、吸収率を高める工夫はされていなかった。
【０００９】
本発明は、前記従来の問題点を解消するべくなされたもので、加工面でのレーザエネルギの吸収率を高めて、加工品質を改善することを課題とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、レーザ光を加工対象物に照射して加工を行なう際に、レーザ光の最初の部分の少なくとも一部を加工対象物に照射して、加工面の凹凸が溶けない範囲で加工面の温度を上昇させ、次いで、レーザ光の残りの部分の少なくとも一部を加工対象物に照射して加工を行なうようにして、前記課題を解決したものである。
【００１１】
又、前記残りの部分の少なくとも一部の加工対象物への照射を、レーザ照射を開始してから所定時間経過後に行なうようにしたものである。
【００１２】
あるいは、前記残りの部分の少なくとも一部の加工対象物への照射を、レーザ光のエネルギが所定レベルに達したときに行なうようにしたものである。
【００１３】
本発明は、レーザ光を加工対象物に照射して加工を行なうためのレーザ加工装置において、レーザ光の最初の部分の少なくとも一部を加工対象物に照射して、加工面の凹凸が溶けない範囲で加工面の温度を上昇させ、次いで、レーザ光の残りの部分の少なくとも一部を加工対象物に照射して加工を行うための光路変更手段を備えることにより、前記課題を解決したものである。
【００１４】
又、前記残りの部分の少なくとも一部の加工対象物への照射を、レーザ照射を開始してから所定時間経過後に行なうためのタイマを備えたものである。
【００１５】
あるいは、前記残りの部分の少なくとも一部の加工対象物への照射を、レーザ光のエネルギが所定レベルに達したときに行なうためのエネルギ検知手段を備えたものである。
【００１６】
又、前記エネルギ検知手段を、前記光路変更手段の入側に設けたものである。
【００１７】
あるいは、前記エネルギ検知手段を、前記光路変更手段の出側の加工対象物非照射側に設けたものである。
【００１８】
あるいは、前記エネルギ検知手段を、前記光路変更手段の出側の加工対象物非照射側と照射側の両方に設けたものである。
【００１９】
又、前記エネルギ検知手段にレーザ光の一部を分岐するためのスプリッタを透過型としたものである。
【００２０】
又、前記光路変更手段が、音響光学素子（ＡＯＭ）を含むようにしたものである。
【００２１】
あるいは、前記光路変更手段が、電気光学素子（ＥＯＭ）と偏光ビームスプリッタを含むようにしたものである。
【００２２】
金属表面でのレーザの吸収率は、金属温度が高いほど高いことが知られている。本発明は、この点に着目してなされたものである。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。
【００２４】
本発明の第１実施形態は、図７に示す如く、レーザ発振器２０と、該レーザ発振器２０から出力されるレーザ光のエネルギを検知するための検知器２２と、レーザ光の光路を変更するための光路偏向手段（例えばＡＯＭ）３２と、加工面に照射されないレーザ光を吸収するためのダンパ４０と、加工面を含む加工部４２と、前記検知器２２の出力に応じて前記光路変更手段３２及びレーザ発振器２０を制御するための制御装置５０とを備えている。
【００２５】
前記検知器２２は、図８に詳細に示す如く、例えば１％程度の反射率の反射型スプリッタ２４と、該スプリッタ２４により分岐された光を検知するセンサ２６とを含んで構成されている。ここで、前記スプリッタ２４には、その表面と裏面との反射光の干渉を避けるため、ウェッジ角を付けておくことが望ましい。
【００２６】
前記加工部４２は、図９に例示する如く、例えばパルス状のレーザビームを、所定の方向（図９では紙面に垂直な方向）に走査するための回転ミラー４５を含む第１ガルバノスキャナ４４と、該第１ガルバノスキャナ４４によって紙面に垂直な方向に走査されたレーザビームを、該第１ガルバノスキャナ４４による走査方向と垂直な方向（図９では紙面と平行な方向）に走査するための回転ミラー４７を含む第２ガルバノスキャナ４６と、前記第１及び第２ガルバノスキャナ４４、４６により２方向に走査されたレーザビームを、例えばＸＹステージ６上に固定された、基板等の加工対象物８の表面（加工面）に対して垂直な方向に偏向して照射するためのｆθレンズ４８とを備えている。
【００２７】
以下、図８を参照して、第１実施形態の作用を説明する。
【００２８】
図１０（Ａ）（パルスレーザの場合）、図１０（Ｂ）（ＣＷレーザの場合）に示す如く、レーザ発振器２０から出たレーザ光の立上りの部分Ｐ１１を、光路変更手段３２により加工部４２に照射する。このときのエネルギは、加工面の予熱に使われる。
【００２９】
レーザ照射開始から、図示しないタイマで計時した所定時間経過後、又は、前記検知器２２により所定のエネルギに達したことが検知された時ｔ１に、前記光路変更手段３２が作動して、レーザ光を加工部４２からダンパ４０側に切換える。
【００３０】
ダンパ４０側に切換えてから、前記タイマで計時した所定時間経過した後、又は、前記検知器２２により所定のピークパワーに達したことが検知された時ｔ２に、光路変更手段３２を再度切換えて、レーザ光を加工部４２に照射する。このときのエネルギは、加工面の除去加工に使われる。
【００３１】
前記検知器２２の配設位置は、図７や図８に示したような光路偏向手段３２の入側に限定されず、図１１に示す第２実施形態のように、光路偏向手段３２の出側に設けることも可能である。
【００３２】
この場合には、光路偏向手段３２の劣化や故障も検知可能となる。
【００３３】
あるいは、図１２に示す第３実施形態の如く、光路偏向手段３２出側の加工部４２非照射側だけでなく、加工部４２の照射側にも検知器２２を設けることができる。
【００３４】
この場合には、加工部４２に照射したエネルギの良不良確認判定も可能になる。
【００３５】
又、前記検知器２２におけるスプリッタ２４とセンサ２６の配置は、前記実施形態に限定されず、図１３に示す変形例の如く、透過型のスプリッタ２５を用いることもできる。
【００３６】
この場合には、ウェッジ角によりレーザビームが楕円になることを防止できる。
【００３７】
前記実施形態においては、光路変更手段として、ＡＯＭからなる光路偏向手段３２が用いられていたが、光路変更手段は、これに限定されず、図１４に示す第４実施形態のように、電気光学素子（ＥＯＭ）３４と偏光ビームスプリッタ３６を組合わせて使用することもできる。
【００３８】
この場合には、図１５（Ａ）（パルスレーザの場合）、図１５（Ｂ）（ＣＷレーザの場合）に示す如く、例えばダンパ４０にＳ偏光を送り、加工部４２にはＰ偏光を送ることができる。なお、Ｐ偏光とＳ偏光は逆であってもよい。
【００３９】
あるいは、図１６（側面図）及び図１７（正面図）に示す第５実施形態のように、光路変更手段として、スリット３９のついた反射板３８を回転動作させ、これに同期してレーザ発振を行なうことも可能である。
【００４０】
なお、前記実施形態においては、いずれも、ダンパ４０により不要なレーザ光を吸収していたが、ダンパ４０の代わりにパワーメータやフォトダイオードで分岐状態をモニタしたり、あるいは、ボディに直接当てて吸収することも可能である。又、タイマにより光路を切換える場合は、検知器２２は不要である。
【００４１】
前記実施形態においては、本発明が、レーザ穴開け機に適用されていたが、本発明の適用対象はこれに限定されず、レーザ切断機やマーキングマシン等、レーザ加工機一般に、同様に適用できることは明らかである。
【００４２】
【発明の効果】
本発明によれば、レーザ光の最初の部分の少なくとも一部を加工対象物に照射して、加工面の凹凸が溶けない範囲で加工面の温度を上昇させ、吸収率を高めてから、本加工を行なうので、加工材が蒸発する割合を増やして、穴端部の盛上りの低減、熱影響範囲の低減、穴径の増加等、穴品質（加工品質）を改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】レーザによる穴開け加工のメカニズムを説明するための線図
【図２】加工材の蒸気としての除去の様子を示す断面図
【図３】加工材の液体としての除去の様子を示す断面図
【図４】形成されたクレータ状の穴を示す断面図
【図５】従来の問題点を説明するための、吸収率の違いによる穴形状の違いを比較して示す線図
【図６】レーザ発生時の立上りを示すタイムチャート
【図７】本発明の第１実施形態の全体構成を示すブロック図
【図８】同じく要部を示す拡大ブロック図
【図９】同じく加工部を示す斜視図
【図１０】第１実施形態におけるパルスの使い方を示すタイムチャート
【図１１】本発明の第２実施形態における検知器の配置を示す拡大ブロック図
【図１２】同じく第３実施形態における検知器の配置を示す拡大ブロック図
【図１３】前記実施形態で用いられている検知器を構成するスプリッタの変形例を示す要部拡大図
【図１４】本発明の第４実施形態における配置を示すブロック図
【図１５】同じくパルスの使い方を示すタイムチャート
【図１６】本発明の第５実施形態における光路変更手段の構成を示す側面図
【図１７】同じくスリット付反射板の形状を示す正面図
【符号の説明】
１０…樹脂層
１２、１４…銅層
Ｐ１、Ｐ１１…立上り部分
２０…レーザ発振器
２２…検知器
２４…スプリッタ（反射型）
２５…スプリッタ（透過型）
２６…センサ
３２…光路偏向手段（ＡＯＭ）
３４…電気光学素子（ＥＯＭ）
３６…偏光ビームスプリッタ
３８…スリット付反射板
４０…ダンパ
４２…加工部
５０…制御装置
【図１】
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【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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