(57)【要約】【課題】  本発明はレーザ照射した孔加工の内周面の開口率を向上させることを課題とする。【解決手段】  レーザ加工機１０は、レーザ発振器１２と、レーザ発振器１２から出射されたレーザビーム１３を反射させる反射ミラー１４，１６，１８と、イメージングレンズ１９と、反射ミラー１６と反射ミラー１８との間に設けられた光量調整ユニット２０と、被加工基板２１をＸＹ方向に移動させるＸＹステージ２２と、光量調整ユニット２０を制御する制御装置２３とから構成されている。光量調整ユニット２０は、レーザビーム１３の光路に位置するように設けられた回転マスク２４と、回転マスク２４を交換可能に支持する支持機構２６と、回転マスク２４を回転駆動するモータ２８とから構成されている。光量調整ユニット２０は、回転マスク２４を回転させることでレーザビーム１３の光量を制限し、光強度分布（ビームプロファイル）を任意のレベルに制御する。【選択図】  図１
2005118831.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ発振器と、
該レーザ発振器からのレーザビームの光量を調整する光量調整手段と、
該光量調整手段からのレーザビームをワークの加工位置に導く光学系とを有するレーザ加工機において、
前記光量調整手段に、前記ワークに照射されるレーザビームの強度分布を任意のパターンに制御するように光量を制御する光量制御手段を設けたことを特徴とするレーザ加工機。
【請求項２】
前記光量制御手段は、
前記レーザビームの光軸が回転中心となるように回転可能に設けられ、前記レーザビームの一部を通過させるように形成された開口を有する回転マスクと、
該回転マスクを回転駆動する回転駆動手段と、
を備えており、
前記回転マスクの回転により前記ワークに照射されるレーザビームの強度分布を制御することを特徴とする請求項１記載のレーザ加工機。
【請求項３】
前記回転マスクは、前記開口の開口面積を任意の大きさに設定されるように形成されたことを特徴とする請求項２記載のレーザ加工機。
【請求項４】
前記回転マスクは、前記開口が任意の形状となるように形成されたことを特徴とする請求項２記載のレーザ加工機。
【請求項５】
前記回転マスクは、複数の孔または複数のスリットからなる開口を有し、
前記複数の孔または前記複数のスリットの配置数を任意に設定したことを特徴とする請求項２記載のレーザ加工機。
【請求項６】
前記光量制御手段は、
前記回転マスクを交換可能に収納される収納部を有し、
前記開口が異なるパターンに形成された複数の回転マスクの中から任意の回転マスクを前記収納部に選択的に装着されることを特徴とする請求項１乃至５何れか記載のレーザ加工機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はレーザ加工機に係り、特に被加工基板（ワーク）に微小な孔加工（バイアホール加工）する場合に加工された孔の開口率（孔入口と孔出口との比）を改善するように構成されたレーザ加工機に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子機器の小形化、高密度実装化に伴う、プリント配線基板の高密度化の要求に応えて、複数のプリント配線基板を積層した多層プリント配線基板の開発が進められている。このような多層プリント配線基板では、上下に積層されたプリント配線基板間で導電層（銅箔）同士を電気的に接続する方法として、プリント配線基板の絶縁層（通常、ポリイミド、エポキシ系樹脂等のポリマー）に、下層の導電層に達するバイアホール（via hole）と呼ばれる孔を形成し、その孔の内部に導電メッキを施す方法が採られている。
【０００３】
このようなバイアホールを形成する加工機として、レーザ加工機が利用されており、例えば、ＣＯ2 ガスレーザ発振器でパルス状のレーザビームが使用される。
【０００４】
レーザ発生源としてＣＯ2 ガスレーザ発振器から出射されたパルス状のレーザビームは、レーザビーム量無段階調整機構に入射されて光量が調整され、イメージングレンズによりワークの加工点に集束される。上記レーザビーム量無段階調整機構は、絞り機構とこれを駆動するステッピングモータとを含んでおり、カメラの絞り機構のような原理で、レーザビームの一部制限して切り出すことで入射するレーザの光量を調整する（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
さらに、レーザビーム量無段階調整機構からのレーザビームは、均一光学系（入射用集光レンズ、カライド反射鏡）を介してワークに照射される。均一光学系では、入射用集光レンズによりカライド反射鏡に入射させ、カライド反射鏡ではその内部での多重反射を利用してレーザビームのエネルギー強度分布を均一にする。尚、レーザビームの光強度分布（ビームプロファイル）を制御する制御技術としては、例えば、ホモジナイザなどがある。
【０００６】
そして、均一光学系によりエネルギー強度分布を均一にされたレーザビームは、ガルバノスキャナによる走査系により振られ、Ｘ−Ｙステージ上の被加工基板（ワーク）に照射される。
【０００７】
被加工基板には、レーザビームの断面形状を成形するためのマスクが設けられており、グリーンシート上に加工形状と同形状の孔を有するマスクを設置し、レーザビームがマスクを通過することで、所望の孔の径に成形される。
【特許文献１】特開平１０−３２３７８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記のようなマスクイメージ法を用いたレーザ加工機では、レーザビームの光強度分布がガウシアン状（つりがね状）の場合、レーザビームの軸心の光強度分布（ビームプロファイル）が最も強くなり、レーザビームの外周の光強度が弱くなり、固定マスクの孔径によりレーザビームのビーム径を規制しても、固定マスクを通過したレーザビームの軸心付近の光強度分布が最も強い状態は変わらないため、孔加工（バイアホール加工）された孔の内周がテーパ状になってしまい、孔加工の開口率の改善に限界があるという問題があった。
【０００９】
そこで、本発明は上記課題を解決したレーザ加工機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１記載の発明は、レーザ発振器と、該レーザ発振器からのレーザビームの光量を調整する光量調整手段と、該光量調整手段からのレーザビームをワークの加工位置に導く光学系とを有するレーザ加工機において、
前記光量調整手段に、前記ワークに照射されるレーザビームの強度分布を任意のパターンに制御するように光量を制御する光量制御手段を設けたことを特徴とする。
【００１１】
請求項２記載の発明は、前記光量制御手段が、前記レーザビームの光軸が回転中心となるように回転可能に設けられ、前記レーザビームの一部を通過させるように形成された開口を有する回転マスクと、該回転マスクを回転駆動する回転駆動手段と、を備えており、前記回転マスクの回転により前記ワークに照射されるレーザビームの強度分布を制御することを特徴とする。
【００１２】
請求項３記載の発明は、前記回転マスクが、前記開口の開口面積を任意の大きさに設定されるように形成されたことを特徴とする。
【００１３】
請求項４記載の発明は、前記回転マスクが、前記開口が任意の形状となるように形成されたことを特徴とする。
【００１４】
請求項５記載の発明は、前記回転マスクが、複数の孔または複数のスリットからなる開口を有し、前記複数の孔または前記複数のスリットの配置数を任意に設定したことを特徴とする。
【００１５】
請求項６記載の発明は、前記光量制御手段が前記回転マスクを交換可能に収納される収納部を有し、前記開口が異なるパターンに形成された複数の回転マスクの中から任意の回転マスクを前記収納部に選択的に装着されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
請求項１記載の発明によれば、ワークに照射されるレーザビームの強度分布を任意のパターンに制御するように光量を制御することにより、ワークに照射されるレーザビームの光強度分布（ビームプロファイル）が均一になるように光量を制御することができ、レーザ照射した孔加工の内周面の開口率を向上させることができる。
【００１７】
請求項２記載の発明によれば、レーザビームの一部を通過させるように形成された開口を有する回転マスクをレーザビームの光軸が回転中心となるように回転させることにより、レーザビームの光強度分布が均一になるように光量を制御することができ、レーザ照射した孔加工の内周面の開口率を向上させることができる。
【００１８】
請求項３記載の発明によれば、開口の開口面積が任意の大きさに設定されるため、回転マスクの開口面積の大きさによってレーザビームの光強度分布が均一になるように光量を制御することができ、レーザ照射した孔加工の内周面の開口率を向上させることができる。
【００１９】
請求項４記載の発明によれば、開口の形状が任意の大きさに設定されるため、回転マスクの開口面積の大きさによってレーザビームの光強度分布が均一になるように光量を制御することができ、レーザ照射した孔加工の内周面の開口率を向上させることができる。
【００２０】
請求項５記載の発明によれば、回転マスクに複数の孔または複数のスリットの配置数を任意に設けたため、回転マスクに設けられた複数の孔または複数のスリットの分布パターンを選択することにより、レーザビームの光強度分布が均一になるように光量を制御することができ、レーザ照射した孔加工の内周面の開口率を向上させることができる。
【００２１】
請求項６記載の発明によれば、開口が異なるパターンに形成された複数の回転マスクの中から任意の回転マスクを選択的に装着するため、加工条件に応じた回転マスクを使用してレーザ照射した孔加工の内周面の開口率を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、図面と共に本発明の一実施例について説明する。
【実施例１】
【００２３】
図１は本発明になるレーザ加工機の一実施例を示す構成図である。
図１に示されるように、レーザ加工機１０は、レーザ発振器１２と、レーザ発振器１２から出射されたレーザビーム１３を反射させる反射ミラー１４，１６，１８と、イメージングレンズ１９と、反射ミラー１６と反射ミラー１８との間に設けられた光量調整ユニット２０と、反射ミラー１８からの反射光が照射される被加工基板（ワーク）２１をＸＹ方向に移動させるＸＹステージ２２と、光量調整ユニット２０を制御する制御装置２３とから構成されている。
【００２４】
光量調整ユニット２０は、レーザビーム１３の光路に位置するように設けられた光量制御手段としての回転マスク２４と、回転マスク２４を回転自在、且つ交換可能に支持する支持機構２６と、回転マスク２４を回転駆動するモータ（回転駆動手段）２８とから構成されている。光量調整ユニット２０は、後述するように回転マスク２４を回転させることでレーザビーム１３の光強度分布がガウシアン状（つりがね状）から矩形状になるように光量を制限することで、光強度分布をビーム径で均一化するである。また、モータ２８は、制御装置２３により回転数を制御されており、レーザ発振器１２からレーザビームが出射されるのに同期して回転駆動される。
【００２５】
回転マスク２４の回転数は、レーザビームの周波数や出力などの条件に応じて設定されており、制御装置２３からの制御信号により任意の回転数に制御される。
【００２６】
また、回転マスク２４は、回転しながらレーザビームの光量を調整するものであり、後述するように、開口面積及び開口パターンの差違によりレーザビームの光量を任意の値に変えることができる。従って、開口面積及び開口パターンの異なる複数の回転マスク２４を予め用意し、加工条件に応じて任意の回転マスク２４を選択して光量調整ユニット２０に装着する。これにより、レーザビームの光量を任意の値に調整することが可能になる。
【００２７】
図２は光量調整ユニット２０を軸線方向からみた正面図である。図３は光量調整ユニット２０の開閉ドア４０を開いて回転マスク２４を交換する操作を説明するための正面図である。
図２に示されるように、回転マスク２４は、リング状に形成されたフレーム３０の端面にディスク３２を固着したものである。そして、ディスク３２の回転中心には、微小な光量制御部３４が設けられている。光量制御部３４は、レーザビーム１３のビーム径よりも小径であり、例えば、銅板製のディスク３２に後述するような任意のパターンがエッチング加工されたものである。
【００２８】
支持機構２６は、円筒形状のハウジング（収納部）３６の内周に４個のガイドローラ３８ａ〜３８ｄが９０度間隔で設けられている。回転マスク２４は、フレーム３０の外周がガイドローラ３８ａ〜３８ｄの環状溝３９に嵌合することで軸方向の位置を規制されると共に、半径方向の位置も規制される。これにより、回転マスク２４の回転中心に設けられた光量制御部３４は、レーザビーム１３の光路に回転可能に保持される。
【００２９】
また、ハウジング３６の外周には、回転マスク２４を交換する際に開閉される開閉ドア４０が設けられている。開閉ドア４０は、回動支点となる一端４０ａが蝶番４２により回動可能に支持され、他端４０ｂがハウジング３６の外周に設けられたバックル４４により締結される。
【００３０】
さらに、開閉ドア４０の内周には、ガイドローラ３８ａが回転自在に支持されており、開閉ドア４０の外周には、取っ手４６が設けられている。従って、バックル４４を外し、取っ手４６を把持して開閉ドア４０を開くと、図３に示されるように、ガイドローラ３８ａが回転マスク２４から離間して回転マスク２４を交換することができる。回転マスク２４は、４個のガイドローラ３８ａ〜３８ｄのうちガイドローラ３８ａが離間することでフレーム３０に対する保持力が解除され、半径方向の拘束力が除去される。
【００３１】
これで、ハウジング３６に収納されていた回転マスク２４をガイドローラ３８ｂ〜３８ｄから引き抜くことが可能になり、且つ、別の回転マスク２４を挿入することが可能になる。
【００３２】
ハウジング３６の内周には、ガイドローラ３８ｃを回転駆動するモータ２８が設けられている。そして、モータ２８の回転駆動力は、ガイドローラ３８ｃを介して回転マスク２４に伝達される。
【００３３】
ここで、光量制御部３４の構成について説明する。
図４は光量制御部３４を拡大して示す正面図である。
【００３４】
図４に示されるように、銅板にエッチング加工された光量制御部３４は、レーザビーム１３のビーム径より小径な円形部５０の内側に葉形状の遮光部４８（４８１〜４８８）を放射状に配し、例えば、８葉の遮光部４８（４８１〜４８８）が４５度間隔で設けられている。そして、遮光部４８（４８１〜４８８）間には、２辺が円弧状に凹まされた三角形状の開口５２（５２１〜５２８）が形成されている。光量制御部３４は、回転中心がレーザビーム１３の中心と一致するように、保持されるため、円形部５０の内径がマスク径となる。
【００３５】
また、８葉の遮光部４８（４８１〜４８８）間に形成された開口５２（５２１〜５２８）は、中心側の開口幅が小さく、外周側ほど開口幅が大きくなるように形成されている。そのため、開口５２（５２１〜５２８）を通過するレーザビーム１３の光量は、中心側ほど制限量が多くなり、外周側ほど制限量が少なくなる。
【００３６】
尚、本実施例では、８つの遮光部４８が放射状に配置された場合を図示したが、遮光部４８の配置数は、これに限らず、加工条件に応じて８つ以上の任意の数を配置するように設定しても良い。さらに、開口５２（５２１〜５２８）の開口面積は、任意の大きさに設定するように形成されている。また、開口５２（５２１〜５２８）の形状は、任意の形状（曲線）に設定するように形成されている。
【００３７】
図５はレーザビーム１３の光強度分布を示すグラフである。
図５に示されるように、レーザビーム１３の光強度分布（ビームプロファイル）は、グラフＩで示すようにガウシアン状（つりがね状）のガウス分布（正規分布）となる。レーザビーム１３が光量制御部３４を通過する過程で円形部５０によりマスク径の外側の低レベル領域がカットされる。
【００３８】
図６は回転する光量制御部３４を通過した光強度分布を示すグラフである。
図６に示されるように、回転する光量制御部３４を通過した光強度分布（ビームプロファイル）は、グラフIIに示されるように、ビームの中心部分が遮光部４８（４８１〜４８８）によってカットされ、且つ円形部５０によりマスク径の外側の低レベル領域がカットされて矩形状となる。また、８葉の遮光部４８（４８１〜４８８）が中心から放射状に設けられているので、ビームの中心部分は、半径方向に略同一の光強度になり、すなわち、光強度分布（ビームプロファイル）が均一化されるように制御される。
【００３９】
これにより、被加工基板（ワーク）に孔加工する際、光量制御部３４を通過したレーザビームにより加工された孔の内周面がテーパ状にならず、殆ど垂直な内周面が貫通することになり、加工された孔の開口率を向上させることができる。よって、例えば、回路基板を孔加工する際、基板に形成された導電パターンにダメージを与えることが防止され、より精密な孔加工を高精度に行える。
【実施例２】
【００４０】
図７は光量制御部の別の実施例を拡大して示す正面図である。
図７に示されるように、光量制御部６０は、円形に形成された複数の小孔６２（６２１〜６２ｎ）と、複数の小孔６２（６２１〜６２ｎ）を除く遮光部６４とから構成されている。そして、複数の小孔６２（６２１〜６２ｎ）は、マスク径の内側に設けられている。複数の小孔６２（６２１〜６２ｎ）は、レーザビームが通過する開口であり、遮光部６４が光の通過を制限して光量を調整する。尚、図７では、光量制御部６０の一部を拡大して小孔６２（６２１〜６２ｎ）を図示しているが、光量制御部６０では小孔６２（６２１〜６２ｎ）が全周に設けられている。
【００４１】
また、光量制御部６０では、複数の小孔６２（６２１〜６２ｎ）の配置数が半径方向の領域６６ａ〜６６ｃによって異なり、中心部分の領域６６ａでの小孔６２の数が少なく、小孔６２の間隔が大きい。そして、領域６４ｂでの小孔６２の数は、領域６６ａよりも多く、小孔６２の間隔は領域６６ａよりも小さい。また、領域６６ｃでの小孔６２の数は、領域６４ｂよりもさらに多く、小孔６２の間隔は領域６６ｂよりも小さい。
【００４２】
このように、複数の小孔６２（６２１〜６２ｎ）は、光量制御部６０の中心側ほど小孔６２が少なく、光量制御部６０の外周側ほど小孔６２が密集するように設けられている。そのため、光量制御部６０の中心側ほど遮光部６４の面積が大きく、光量制御部６０の外周側ほど遮光部６４の面積が小さくなる。
【００４３】
尚、本実施例では、複数の小孔６２（６２１〜６２ｎ）を設けた場合を説明したが、小孔６２の形状は、円形に限るものでは無く、例えば、長孔形状に形成された複数のスリット孔（図示せず）を設け、複数のスリット孔の配置数や配置パターンを任意に設定することも可能である。
【００４４】
図８は回転する光量制御部６０を通過した光強度分布を示すグラフである。
図８に示されるように、回転する光量制御部６０を通過した光強度分布（ビームプロファイル）は、グラフIIIに示されるように、ビームの中心部分が遮光部６４によってカットされ、且つ円形部５０によりマスク径の外側の低レベル領域がカットされて逆Ｕ字形状となる。また、光量制御部６０の中心側ほど小孔６２が少ないので、ビームの中心部分は、半径方向に略同一の光強度になり、すなわち、光強度分布（ビームプロファイル）が均一化されるように制御される。
【００４５】
これにより、被加工基板（ワーク）に孔加工する際、光量制御部６０を通過したレーザビームにより加工された孔の内周面がテーパ状にならず、殆ど垂直な内周面が貫通することになり、加工された孔の開口率を向上させることができる。よって、例えば、回路基板を孔加工する際、基板に形成された導電パターンにダメージを与えることが防止され、より精密な孔加工を高精度に行える。
【実施例３】
【００４６】
図９は光量制御部の他の実施例を拡大して示す正面図である。
図９に示されるように、光量制御部７０は、孔径の異なる複数の小孔７２,７４,７６と、複数の小孔７２,７４,７６を除く遮光部７８とから構成されている。そして、複数の小孔７２,７４,７６は、マスク径の内側に設けられている。複数の小孔７２,７４,７６は、レーザビームが通過する開口であり、遮光部７８が光の通過を制限して光量を調整する。尚、図９では、光量制御部７０の一部を拡大して複数の小孔７２,７４,７６を図示しているが、光量制御部７０では複数の小孔７２,７４,７６が全周に設けられている。
【００４７】
また、光量制御部７０では、複数の小孔７２,７４,７６の配置数が半径方向の領域７８ａ〜７８ｃによって異なり、中心部分の領域８０ａでの小孔７２の数が少なく、且つ小孔６２の孔径が最も小さい。そして、領域８０ｂでの小孔７４の数は、領域８０ａよりも多く、小孔７４の孔径は小孔７２よりも大きい。また、領域７８ｃでの小孔７６の数は、領域８０ｂよりもさらに多く、小孔７６の孔径は小孔７４よりも大きい。
【００４８】
回転する上記光量制御部７０を通過するレーザビームの光量は、上記実施例２と同様に光強度分布（ビームプロファイル）が均一化されるように制御される。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
光量制御部の開口としては、上記実施例の光量制御部３４,６０,７０のような開口形状及び配置パターンに限るものではなく、他の形状及び他の配置パターンとしても良いのは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明になるレーザ加工機の一実施例を示す構成図である。
【図２】光量調整ユニット２０を軸線方向からみた正面図である。
【図３】光量調整ユニット２０の開閉ドア４０を開いて回転マスク２４を交換する操作を説明するための正面図である。
【図４】光量制御部３４を拡大して示す正面図である。
【図５】レーザビーム１３の光強度分布を示すグラフである。
【図６】回転する光量制御部３４を通過した光強度分布を示すグラフである。
【図７】光量制御部の別の実施例を拡大して示す正面図である。
【図８】回転する光量制御部６０を通過した光強度分布を示すグラフである。
【図９】光量制御部の他の実施例を拡大して示す正面図である。
【符号の説明】
【００５１】
１０  レーザ加工機
１２  レーザ発振器
１３  レーザビーム
２０  光量調整ユニット
２１  被加工基板
２３  制御装置
２４  回転マスク
２６  支持機構
２８  モータ
３０  フレーム
３２  ディスク
３４,６０,７０  光量制御部
３６  ハウジング
３８ａ〜３８ｄ  ガイドローラ
４０  開閉ドア
４８（４８１〜４８８）,６４  遮光部
５２（５２１〜５２８）  開口
６２（６２１〜６２ｎ）,７２,７４,７６  小孔
６６ａ〜６６ｃ,８０ａ〜８０ｃ  領域
【図１】
2005118831.tif 000003
【図２】
2005118831.tif 000004
【図３】
2005118831.tif 000005
【図４】
2005118831.tif 000006
【図５】
2005118831.tif 000007
【図６】
2005118831.tif 000008
【図７】
2005118831.tif 000009
【図８】
2005118831.tif 000010
【図９】
2005118831.tif 000011