(57)【要約】【課題】偏向装置の偏向角度が小さい場合であっても、装置を小形にすることができる偏向方法及び偏向装置並びにレーザ加工装置を提供すること。【解決手段】偏向角が可変の偏向手段３ａ、３ｂと、集光レンズ４と、全反射ミラー５とを設け、偏向手段３ａ、３ｂから出射されたレーザビーム２ａ、２ｂ、２ｃを集光レンズ４により集光し、偏向手段３ａ、３ｂに入射したレーザビーム２の径よりも小径にして光路が互いに重ならないように離間させた状態で全反射ミラー５に入射させる。【選択図】        図１
2004191880.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
偏向手段の出射側に集光手段を配置し、
前記偏向手段から前記偏向手段により偏向される光と偏向されない光の中心距離が当該光の径よりも大きくなる位置までの距離を短縮する、ことを特徴とする偏向方法。
【請求項２】
偏向角が可変の偏向手段と、集光レンズと、反射ミラーとからなり、前記偏向手段から出射された光を前記集光レンズにより集光し、前記光の径を前記偏向手段に入射した時の径よりも小径にして前記反射ミラーに入射させる、ことを特徴とする偏向装置。
【請求項３】
第２の集光レンズを設け、この集光レンズを前記反射ミラーの反射側、かつ入射側の焦点を前記集光レンズの前記反射ミラー側の焦点に一致させて配置することにより、前記偏向された光の径を任意の径の平行光にすることを特徴とする請求項２に記載の偏向装置。
【請求項４】
請求項２または請求項３に記載の偏向装置によりレーザ発振器から出力されるレーザ光を偏向することを特徴とするレーザ加工装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、偏向方法及び偏向装置並びにレーザ加工装置に係り、特にプリント基板に小径の穴を加工するのに好適な偏向方法及び偏向装置並びにレーザ加工装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ビルドアップ式のプリント基板に層間を接続するブラインドホール（以下、穴という。）をレーザビームにより加工する場合、コンフォーマルマスク法、あるいはダイレクト法が採用される。コンフォーマルマスク法の場合は予めエッチングにより外層銅箔を除去して形成したエッチングウインドウから、また、ダイレクト法の場合は外層銅箔のない絶縁層に直接、レーザビームを照射し、レーザエネルギによりガラス強化繊維やフィラを含有する樹脂で形成された絶縁層を除去する。
【０００３】
図３は、特開２０００−２６３２７１号に開示された従来のレーザ加工装置の構成図である。
【０００４】
レーザ発振器１は、パルス状のレーザビーム２を出力する。電源・コントローラ１４は、レーザ発振器１の制御および電力供給を行なう。ビーム分配整形装置（ここでは音響光学素子。以下、「音響光学素子」という。）３ａ、３ｂは同じものであり、レーザビーム２の光路に対して後述する角度θＸ傾けて配置されている。電源・コントローラ１５ａ、１５ｂは、音響光学素子３ａ、３ｂの制御および電力供給を行う。
【０００５】
ＮＣ装置１６は、電源・コントローラ１４、１５ａ、１５ｂ、ガルバノミラー９ａ〜９ｄおよびテーブル２０の図示を省略した駆動装置を制御する。
【０００６】
音響光学素子３ａ、３ｂとガルバノミラー９ａ〜９ｄとの間には、全反射コーナミラー７ａ〜７ｄが配置されている。ガルバノミラー９ａ〜９ｄは、図中矢印で示すように、回転軸の回りに回転自在であり反射面を任意の角度に位置決めすることができる。集光レンズ（ｆθレンズ）２１ａ、２１ｂは、それぞれ第１の加工ヘッド１０ａ、第２の加工ヘッド１０ｂに保持されている。プリント基板１１は、テーブル２０に固定されている。ガルバノミラー９ａ、９ｂのスキャン領域１２ａ、およびガルバノミラー９ｃ、９ｄのスキャン領域１２ｂは、５０ｍｍ×５０ｍｍ程度の大きさである。集熱装置８は、レーザビーム２ｃの中心軸上の音響光学素子３ａで偏向されるレーザビーム２ａおよび音響光学素子３ｂで偏向されるレーザビーム２ｂを遮らない位置に配置されている。
【０００７】
次に、音響光学素子３ａ、３ｂの動作について説明する。なお、音響光学素子３ａ、３ｂは同一構造であるので、音響光学素子３ａについて説明する。
【０００８】
図４は、音響光学素子の構成および動作説明図である。
【０００９】
音響光学素子３ａは、媒質３１を収容する本体３０と、本体３０に超音波を付加する高周波発生装置３３とから構成されている。
【００１０】
スイッチ３４をオンして高周波発生装置３３を動作させると、同図（ａ）に示すように、内部の媒質３１中に周期的な屈折率変化が生じ、回折格子３２が形成される。この回折格子３２により、特定の角度θＸで入射するレーザ光２は、ほぼ１次の回折のみとなり、効率よく偏向される。一方、スイッチ３４をオフにすると回折格子３２は形成されず、同図（ｂ）に示すように、レーザ光２は本体３０をそのまま透過し、０次光のレーザビーム２ｃになる。
【００１１】
したがって、音響光学素子３ａ、３ｂをレーザビーム２の中心軸Ｐに対して角度θＸ傾けて配置することにより、レーザビーム２を効率よく偏向することができる。
【００１２】
なお、媒質３１がゲルマニウムである場合、波長１０．６μｍのＣＯ２レーザの角度θＸは３８ｍｒａｄ（２．２度）、波長９．４μｍのＣＯ２レーザの角度θＸは３４ｍｒａｄ（１．９５度）である。また、媒質３１が合成石英である場合、波長３５５ｎｍのＵＶレーザの角度θＸは２．４ｍｒａｄである。
【００１３】
次に、従来のレーザ加工機の動作を説明する。
【００１４】
ＮＣ装置１６は加工プログラムに基づいてスキャン領域１２ａ、１２ｂを交互あるいはランダムに選択し、電源・コントローラ１５ａ、１５ｂに指令を出す。
【００１５】
そして、スキャン領域１２ａ内を加工する場合、音響光学素子３ａをＯＮ、音響光学素子３ｂをＯＦＦにする。レーザビーム２は、音響光学素子３ａにより光路が偏向され、レーザビーム２ａとして出力される。レーザビーム２ａはガルバノミラー９ａに入射し、ガルバノミラー９ａ，９ｂで定まる光路を通り、集光レンズ２１ａで集光され、スキャン領域１２ａ内に穴を加工する。
【００１６】
また、スキャン領域１２ｂ内を加工する場合、音響光学素子３ａをＯＦＦ、音響光学素子３ｂをＯＮにする。レーザビーム２は、音響光学素子３ａを透過した後、音響光学素子３ｂにより光路が偏向され、レーザビーム２ｂとして出力される。レーザビーム２ｂはガルバノミラー９ｃに入射し、ガルバノミラー９ｃ，９ｄで定まる光路を通り、集光レンズ２１ｂで集光され、スキャン領域１２ｂ内に穴を加工する。
【００１７】
また、ガルバノミラー９ａ〜９ｄ総てが動作中で位置決めが完了していない場合は、音響光学素子３ａ、３ｂの両者をＯＦＦにする。レーザビーム２は音響光学素子３ａ、３ｂを透過し、レーザビーム２ｃとして集熱装置８に入射し、他の個所に散乱することなく、熱に換えられて消費される。
【００１８】
以下、加工プログラムに基づいて、レーザビーム２ａおよびレーザビーム２ｂを交互あるいはランダムに発生させ、スキャン領域１２ａ、１２ｂ内の加工を行う。スキャン領域１２ａ、１２ｂ内の加工が終了したら、テーブル２０を移動させ、次のスキャン領域１３ａ、１３ｂ内の加工を行う。
【００１９】
このように、特開２０００−２６３２７１号の技術に依れば、レーザ発振器の稼働率および加工速度を向上させることができる。また、レーザビームの波形を整えることができるので、品質に優れる加工を行うことができる。
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、プリント基板に直径が５０μｍ以上の穴を加工する場合、ＣＯ２レーザにより品質に優れる穴を加工することができる。しかし、直径が５０μｍ未満のの穴を加工する場合、品質に優れる穴を加工するためには、波長が短いＵＶレーザを用いる必要がある。
【００２１】
上記したように、音響光学素子３ａ、３ｂが波長３５５ｎｍのＵＶレーザを偏向することができる角度θＹは４．８ｍｒａｄであり、ＣＯ２レーザの偏向角θＹに比べてが遥かに小さい。したがって、レーザビーム２ａ（またはレーザビーム２ｂ）とレーザビーム２ｃが互いに重ならないようにするためには、例えば、図３における全反射コーナミラー７ａ、７ｃと集熱装置８のレーザビーム２ｃの光軸と直角方向の距離を大きくする必要があり、このようにするとレーザビーム２ｃの光軸方向の距離が長くなり、装置の設置面積が大きくなった。
【００２２】
本発明の目的は、上記従来技術における課題を解決し、偏向装置の偏向角度が小さい場合であっても、装置を小形にすることができる偏向方法及び偏向装置並びにレーザ加工装置を提供することにある。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明の第１の手段は、偏向方法として、偏向手段の出射側に集光手段を配置し、前記偏向手段から前記偏向手段により偏向される光と偏向されない光の中心距離が当該光の径よりも大きくなる位置までの距離を短縮する、ことを特徴とする。
【００２４】
また、本発明の第２の手段は、偏向装置として、偏向角が可変の偏向手段と、集光レンズと、反射ミラーとからなり、前記偏向手段から出射された光を前記集光レンズにより集光し、前記光の径を前記偏向手段に入射した時の径よりも小径にして前記反射ミラーに入射させる、ことを特徴とする。
【００２５】
また、本発明の第３の手段は、レーザ加工装置に、第２の手段である偏向装置を用いて、レーザ発振器から出力されるレーザ光を偏向することを特徴とする。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図示の実施形態に基づいて説明する。
【００２７】
図１は本発明に係る偏向装置を備えたレーザ加工装置の要部構成図であり、図示を省略されている全反射コーナミラー７ａ、７ｃ以降の構成は図３の構成と同じである。また、図３と同じものまたは同一機能のものは同一符号を付して重複する説明を省略する。なお、この実施の形態におけるレーザ発振器１は波長が３５５ｎｍ、直径がＡのＵＶレーザを出力する。また、媒質が合成石英の音響光学素子３ａ、３ｂを使用する（偏向角θＹは、４．８ｍｒａｄである）。また、音響光学素子３ａは中心軸Ｐに対してθＸ、音響光学素子３ｂは中心軸Ｐに対して−θＸ傾け、かつ互いに近接させて配置されておく。
【００２８】
集光レンズ４の焦点距離はＦ１であり、中心軸がレーザビーム２ｃすなわちレーザビーム２の中心軸Ｐに一致、かつ一方の焦点がレーザ音響光学素子３ａ、３ｂの中間に位置するように位置決めされている。
【００２９】
左右に反射面５ａ、５ｂを備える屋根形の全反射ミラー５には、直径Ｃの穴５ｃが形成されている。そして、全反射ミラー５は、穴５ｃの軸線を中心軸Ｐに一致、かつ反射面５ａ、５ｂが集光レンズ４から焦点距離Ｆ１よりも近い距離Ｌの位置に位置決めされている。
【００３０】
集光レンズ６ａ、６ｂの焦点距離はＦ２であり、一方の焦点が集光レンズ４の焦点と一致する位置、すなわち、集光レンズ４から距離Ｆ１＋Ｆ２の位置に位置決めされている。全反射コーナミラー７ａ、７ｃは、入射するレーザビーム２ａ、２ｂを図示を省略する全反射コーナミラー７ｂ、７ｄに反射する。
【００３１】
次に、本実施の形態の動作を説明する。
【００３２】
加工ヘッド１０ａにレーザビーム２ａを出力する場合、レーザ音響光学素子３ａをＯＮ、レーザ音響光学素子３ｂをＯＦＦにする。レーザ発振器１から発振されたレーザビーム２は、全反射コーナミラー７ｅにより反射され、レーザ音響光学素子３ａに入射する。レーザ音響光学素子３ａにより角度θＹ偏向されたレーザビーム２ａは音響光学素子３ｂを透過して集光レンズ４に入射する。そして、レーザビーム２ａは集光レンズ４により集光され、ビーム径が小さくなった状態で反射面５ａに入射し、反射面５ａで反射された後、さらに直径が小さくなり、焦点位置を越えた後、拡大しながら集光レンズ６ａに入射する。集光レンズ６ａは集光レンズ４からＦ１＋Ｆ２の位置に配置されているので、集光レンズ６ａを透過したレーザビーム２ａは直径Ｂの平行光になって全反射コーナミラー７ａに入射する。ここで、直径Ｂは集光レンズ４に入射する直径Ａのレーザビーム２のＦ２／Ｆ１倍である。
【００３３】
平行光になったレーザビーム２ａは全反射コーナミラー７ａにより反射され、光路上に配置された各光学装置を経由して、最終的に加工ヘッド１０ａに取付けられた集光レンズ２１ａに入射し、加工領域１２ａを加工する。
【００３４】
また、レーザ音響光学素子３ａをＯＦＦ、レーザ音響光学素子３ｂをＯＮにすることにより、上記レーザビーム２ａの場合と同様、加工ヘッド１０ｂにレーザビーム２ｂを出力することができる。
【００３５】
さらに、レーザ音響光学素子３ａ、レーザ音響光学素子３ｂの両者をＯＦＦすることにより、レーザビーム２ｃを貫通穴５ｃを介して集熱装置８に入射させ、熱に換えることができる。
【００３６】
次に、具体的な数値を用いて説明する。
【００３７】
例えば、集光レンズ４の焦点距離Ｆ１が２００ｍｍ、集光レンズ４と穴５ｃ入り口との距離Ｌが１９０ｍｍ、レーザビーム２の直径Ａが７ｍｍであるとする。この場合、レーザビーム２ｃの穴５ｃ入り口における直径は０．３５ｍｍ、また、レーザビーム２ｃ中心の中心軸Ｐからの距離ｍは、偏向角θＹが小さいのでＬ・ｔａｎθＹで近似することができ、０．９１ｍｍである。この結果、レーザビーム２ａ（またはレーザビーム２ｂ）の端部とレーザビーム２ｃの端部は０．５６ｍｍ離れるので、両者が重なることはない。
【００３８】
一方、集光レンズ４を設けないとすると、レーザビーム２ａ（またはレーザビーム２ｂ）とレーザビーム２ｃの中心間距離が７．５６ｍｍになるのは音響光学素子３ａ（または音響光学素子３ｂ）から約１．５８ｍの位置である。したがって、本発明を適用することにより、装置の設置スペースを大幅に小さく（この例の場合、約１．４ｍ短く）することができる。
【００３９】
また、この実施形態では、反射面５ａ（または反射面５ｂ）を集光レンズ４の焦点（集光点）から外れた位置に配置させたので、単位面積当たりのビーム強度が小さく、反射面５ａ（または反射面５ｂ）が損傷することを防止できる。
【００４０】
さらに、集光レンズ４と集光レンズ６の焦点距離を選択することにより、任意のビーム径Ｂを形成することができる。
【００４１】
なお、上記の実施形態では加工ヘッド１０が２個である場合について説明したが、図２に示すように、加工ヘッドが１個の場合も、本発明を適用することにより装置の設置スペースを小さくすることができる。
【００４２】
また、ビーム分配整形装置を音響光学素子とする場合について説明したが、一般に使用されている偏向角可変形の偏向装置（例えば、静電形のガルバノスキャナ）を用いる場合であっても、本発明を適用することにより偏向角を小さくすることができるので応答速度が速くなり、加工速度を向上させることができる。
【００４３】
さらに、上記ではＵＶレーザ加工機を例にして説明したが、偏向角の小さい他の偏向手段を採用する場合であっても、本発明を適用することにより、装置の設置スペースを小さくすることができる。
【００４４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、偏向角が可変の偏向手段と集光レンズおよび反射ミラーをレーザ光の光路に配置し、偏向手段により偏向されたレーザ光と偏向されないレーザ光とを短い距離で確実に離間させることができるので、装置を小形にすることができる。
【００４５】
また、偏向されたレーザビームの光路上に第２の集光レンズを配置することにより、レーザビームを任意の直径に形成することができる、すなわちコリメーションレンズと同じ機能を持たせることができるので、コリメータを別に設ける必要がなく、装置を安価かつ小形に構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る偏向装置を備えたレーザ加工装置の要部構成図である。
【図２】図１の変形例である。
【図３】従来の偏向装置を備えたレーザ加工装置の構成図である。
【図４】音響光学偏向器の構成および動作説明図である。
【符号の説明】
２、２ａ、２ｂ、２ｃ  レーザビーム
３ａ、３ｂ  偏向手段
４  集光レンズ
５  全反射ミラー
【図１】
2004191880.tif 000003
【図２】
2004191880.tif 000004
【図３】
2004191880.tif 000005
【図４】
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