(57)【要約】【課題】僅かな付加的な手間でもって、機械の製造コストが上昇することなく処理フィールドの拡大化、したがって処理速度の向上を実現させる方法および装置を提供する。【解決手段】方法に関しては個々の処理フィールドを形状および大きさに応じて、円に内接している正方形の面積よりも大きい面積がレーザビームを用いて達成されるよう、結像ユニットのカバー領域によって設定される円内に収める。装置に関しては偏向ユニット内のミラーの回転範囲は、レーザビームが結像ユニットにおいて可能な円形の結像領域における各点に誘導されるように設計されている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
偏向ユニット（３、４）を介して二次元で偏向されて、結像ユニット（５）を介して基板（６）上の処理フィールド内の所定の位置に配向されるレーザビーム（２）を用いて基板を処理する方法であって、
前記基板の処理すべき表面は複数の処理フィールド（Ｆ；ＳＦ、ＫＡ、ＡＦ）に分割されており、前記基板は１つの処理フィールドの完全な処理後にその都度前記結像ユニット（５）に相対的に移動され、新たな処理フィールドが前記レーザビーム（２）の作業領域に運ばれる形式の、基板を処理する方法において、
個々の処理フィールド（ＳＦ１１．．．ＳＦ５４；ＫＦ；ＡＦ）を形状および大きさに応じて、円（５２）に内接している正方形（５１）の面積よりも大きい面積が前記レーザビーム（２）を用いて達成されるよう、前記結像ユニット（５）のカバー領域によって設定される円（５２）内に収めることを特徴とする、基板を処理する方法。
【請求項２】
回路基板の孔パターンまたは構造化パターンを、台の移動回数が最小限に低減されるよう該回路基板の面積全体の分割によって変える、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記処理フィールド（ＳＦ１１．．．ＳＦ５４）は六角形である、請求項１または２記載の方法。
【請求項４】
前記処理フィールド（ＡＦ）は八角形である、請求項１または２記載の方法。
【請求項５】
前記処理フィールド（ＫＦ）は円形である、請求項１または２記載の方法。
【請求項６】
請求項１から５までのいずれか１項記載の方法を実施する装置であって、
レーザ源（１）と、少なくとも２つの相互に垂直な軸を中心に回転可能なミラー（３２、４２）を備えた偏向ユニット（３、４）と、結像ユニット（５）と、平面において２次元にスライド可能である、基板（６）の収容台（７）とを有する装置において、
前記偏向ユニット（３、４）内の前記ミラー（３２、４２）の回転範囲は、前記レーザビーム（２）が前記結像ユニット（５）において可能な円形の結像領域（５２）における各点に誘導されるように設計されていることを特徴とする、装置。
【請求項７】
前記結像ユニット（５）はＦ−シータレンズ（５）によって形成されている、請求項６記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、偏向ユニットを介して二次元で偏向されて、結像ユニットを介して基板上の処理フィールド内の所定の位置に配向されるレーザビームを用いて基板、例えば電気的な回路基板を処理する方法に関する。さらに本発明はこの方法を実施する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
基板のこのような処理、例えば回路基板の穿孔または構造化において、レーザを用いて回路基板ないし処理台のただ１つの位置において表面全体を処理することは一般的に不可能である。したがって回路基板の表面全体は一方では処理光学系の下での台の移動によって、他方では処理光学系内でのビームの偏向によってカバーされる。この際レーザビームと台の移動との間には直接的な関係は存在しない。しかしながら機械の性能を判断するにあたり、回路基板全体が処理される速度、すなわち例えば回路基板の全ての孔を仕上げることができる速度が重要である。この速度に実質的に影響を及ぼすものは例えば、新たな処理フィールドをその都度レーザビームの作業領域に運ぶために必要とされる台の移動回数でもある。何故ならば従来この台の移動中は処理が行われていないからである。もっともここでもいわゆる「オンザフライ（On-the-fly）」移動（＝台の移動とミラーの移動が同時に相互に同期する）も考えられる。この場合移動の回数のみが重要であり、この際進んだ道程距離の長さは重要ではない。（フィールドの大きさが変化した場合であっても）進んだ道程距離の長さは必要とされる時間に僅かな影響しか有さない。例えば道程距離が５０ｎｍから７０ｎｍに変化すると移動時間は約１０％上昇する。
【０００３】
基板をレーザ処理するための従来から公知の装置では、処理フィールドがそれぞれ正方形の形状を有し、この正方形の辺の長さは偏向ユニット内のミラーの最大偏向角度によって設定されており、この際正方形は結像ユニットとして使用されるＦ−シータレンズの円形の作業領域内に存在する。この正方形の角では、偏向ユニットの２つのミラーは完全に偏向されており、その結果対角線において処理中心部からの最長距離が達成される。辺を二等分する正方形の辺との交点では、理想的にはそれぞれ１つのミラーのみが偏位している。対角線における距離は、前述の交点における距離よりも√２大きい。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の課題は、僅かな付加的な手間でもって、機械の製造コストが上昇することなく処理フィールドの拡大化、したがって処理速度の向上を実現させる方法および装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この課題は、方法に関しては個々の処理フィールドを形状および大きさに応じて、円に内接している正方形の面積よりも大きい面積がレーザビームを用いて達成されるよう、結像ユニットのカバー領域によって設定される円内に収めることによって解決され、装置に関しては偏向ユニット内のミラーの回転範囲は、レーザビームが結像ユニットにおいて可能な円形の結像領域における各点に誘導されるように設計されていることによって解決される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
本発明は、煩雑な比較的大きいレンズを必要とすることなく、ミラーの偏向角度を拡大するために偏向ユニットの制御における僅かな手間によって、レンズにより達成可能な円形の作業領域内の処理フィールドの拡大が可能であるという認識を利用する。この際正方形の作業フィールドを設定するということからは離れ、偏向ミラーの偏向角度を拡大することによって処理フィールドのあらゆる形状をＦ−シータレンズによって予め設定されている円の枠内で選定することができる。
【０００７】
表面全体の処理に関して可能な限り少ない台の移動を必要とするために、基板において処理すべき表面点ないし表面領域の分割に応じて、処理フィールドは異なる形状を得ることができる。処理点が均等に分配されている場合には、例えば六角形の処理フィールドが有利となる。六角形を隙間無く並べて組み合わせることができ、この際六角形がもはや生じない縁部においてのみ比較的小さいフィールドが残されている。六角形は同じ円に内接する正方形よりも大きい面をカバーするので、比較的小さい縁部フィールドの数がフィールドの総数に比べて小さい場合には、台の移動を削減することができる。所定の特別な場合においてのみ、すなわち基板表面が比較的小さく、その基板の辺の長さが使用される正方形の辺の長さの数倍に相当する場合には、正方形の処理フィールドへの公知の分割はより好適となり、より少ない台の移動を要求することができる。
【０００８】
フィールド相互の面を最適にカバーする配置構成に関しては、回路基板ごとに必要とされる台の移動の回数ＴＢｇｅｓが次式により得られる。この際ｎはｘ方向におけるフィールドの数であり、ｍはｙ方向におけるフィールドの数である。
【０００９】
ｘ方向に配置されている処理面の数ｎが奇数である場合には次式が当てはまる：
【００１０】
【数１】
2005131709.tif 000003
【００１１】
他方ｘ方向に配置されている処理面の数ｎが偶数の場合には次式が当てはまる：
【００１２】
【数２】
2005131709.tif 000004
【００１３】
基板表面における処理点の分配が均等でない場合には、処理フィールドを形状により相応に適応させることができる。例えば、移動電話などのための回路基板のような複数の小区画が並んで配置されている回路基板が存在する。本発明により使用可能な処理フィールドのための比較的大きな面を用いることにより、場合によってはそのような小区画の完全な処理を、その間の台の移動を必要とすることなく実施することができる。この際処理フィールドは円形、八角形または他の任意の形状が考えられる。
【００１４】
本発明による方法を実施するための装置は有利にはレーザ源と、互いに垂直な軸を中心に回転可能な少なくとも２つのミラーを備えた偏向ユニットと、結像ユニットと、平面において二次元でスライドすることができる、基板のための収容台とを有し、この装置はここで本発明によれば偏向ユニットにおけるミラーの回転範囲は、レーザビームを結像ユニットにおいて可能な円形の結像領域内の各点に誘導できるように設計されている。結像ユニットは有利にはＦ−シータレンズによって形成される。
【００１５】
本発明を以下では図面に基づく実施例について詳細に説明する。
【実施例】
【００１６】
図１には、レーザビームを用いて回路基板を処理するため、例えば穿孔または構造化するための装置が概略的に示されており、ここで回路基板はいわゆるＸ−Ｙ台上に配置されており、この台を用いてその都度レーザビームの作業領域に運ばれる。この装置ではレーザ１から送出されるレーザビーム２が、２つのガルボ（Galvo）偏向素子３および４からなる偏向ユニットを介して、次に結像ユニット５、有利にはＦ−シータレンズを介して、処理すべき基板例えば回路基板６に誘導される。この回路基板６は収容台７に配置されており、またこの台によって駆動ユニット７１および７２を用いることにより、双方向矢印ｘおよびｙによって示されているように２つの水平方向でスライドすることができる。偏向ユニット、レーザならびにＦ−シータレンズはｚ軸を介して処理位置に移動する（図示せず）。
【００１７】
偏向素子３はガルボモータ３１から構成されており、このガルボモータ３１はミラー３２を駆動し、双方向矢印３４に応じて軸３３を中心に回転させる。相応にして偏向素子４はガルボモータ４１およびミラー４２から構成されており、このミラー４２は双方向矢印４４に応じて軸４３を中心に回転する。第１のミラー３２の回転運動によって、レーザビーム２は偏向点３５を介して第２のミラー４２上の線４５の所望の各点に誘導され、ミラー４２の回転運動によってレーザビームを結像ユニット５を介して回路基板６の面Ｆ１２内部の各点へと誘導することができ、この面Ｆ１２において例えば孔が設けられるか導電層が構造化される。制御装置８を介して所定の特性を有するレーザインパルスを送出するためのレーザ１も偏向素子３および４ならびに台駆動ユニット７１および７２も制御される。
【００１８】
図１から見て取れるように、レーザの光学系を介して回路基板６の全表面には一度では到達することができない。むしろこの表面は、台ないし台上の回路基板の所定の位置において、偏向素子３および４の偏位角度によって、またＦ−シータレンズの処理フィールドによって境界付けられている。したがって図１に示された例では回路基板は処理フィールドの格子、すなわちＦ１１、Ｆ１２、Ｆ１３、Ｆ２１．．．に分割されており、この際それぞれのフィールドが駆動ユニット７１および７２を介する台の移動によって次々にレーザビーム２ないし結像ユニット５の作業領域内へと運ばれる。
【００１９】
図１においては処理フィールドＦ１１が既に処理されており、すなわち孔Ｂが設けられており、いまや処理フィールドＦ１２がレーザのビーム領域内に置かれていることが示されている。処理フィールドＦは従来の作業方式では全て正方形であり、またそれに応じて偏向素子３および４は、Ｆ−シータレンズに５おいてこのレンズの円形の作業領域５２に内接している正方形の領域５１をカバーできるように設計されている。Ｆ−シータレンズ５を介してこの正方形の結像領域５１が回路基板６における処理フィールドＦの内の１つに結像される。このフィールドの内部において処理がその都度行われる。
【００２０】
すなわち、処理フィールドをこのように正方形に構成する場合には、レンズ５における正方形５１の内部にある領域のみが使用され、他方ではこの正方形の外部ではあるが円５２の内部にある弓形は従来の作業方式では使用されないままである。この関係が図２に拡大して示されている。例えばＦ−シータレンズの作業領域が直径７０ｍｍの円５２によって与えられている場合、実際には正方形５１の大きさの処理フィールドにおいては５０×５０ｍｍの面積しか使用されない。すなわち回路基板の処理フィールドＦに結像されるこの正方形５１内であれば例えば孔を設けることができる、または構造化を行うことができる。偏向素子の偏向角度が相応に限定されていることによって、従来の装置での処理面積の大きさは正方形の形状５１に制限されている。
【００２１】
Ｆ−シータレンズの作業領域を限定している、正方形５１の辺と円５２との間の領域５３は、Ｆ−シータレンズの結像特性がその領域においては正方形５１内部とまったく同様に良好であるにもかかわらずこれまでは使用されていなかった。したがって本発明によれば、処理フィールドの正方形の形状を偏向素子３および４における偏向角度の相応の拡大化によってこれまで使用されていなかったこの領域５３にまで拡大し、これによってＦ−シータレンズをより良好に利用することができ、その結果台の移動回数を低減することができる。
【００２２】
図３は、六角形の処理フィールドを用いる例を示す。回路基板の大きさに応じて、台の移動回数は多かれ少なかれ５０×５０ｍｍの正方形のフィールドに低減することができる。六角形は、一辺の長さが５０ｍｍの正方形のように直径７０ｍｍの円に収まる（図２を参照されたい）ように寸法設計されている。従来の正方形のフィールドでの台の移動回数と図３による六角形のフィールドでの台の移動回数との比較を以下の表に示す：
【００２３】
【表１】
2005131709.tif 000005
【００２４】
表にはフィールドの数とそれに対応するＸ方向およびＹ方向における台の移動回数、ならびにその結果としての台の移動の総数がそれぞれ相互に比較されて示されている。可能な限り少ないフィールドを有する面全体の最適な分割およびカバーは、二等辺の六角形によって達成されるが、ここではこの事例は表には示していない。
【００２５】
しかしながら本発明は六角形の処理フィールドに制限されているのではなく、図３および図４においては別の例として円形の処理フィールドＫＦおよび八角形の処理フィールドＡＦが示されており、これらの例は回路基板における処理点の分配に応じて最適化を実現することができる。
【００２６】
もちろん、回路基板のレイアウトに合わせて形成された別の形状も考えられる。その他の点では、上記では本発明を確かに実質的に例えば回路基板の処理、例えば穿孔と関連させて説明したが、他の基板の処理（例えばラベリングまたはマーキング）における適用も同様に考えられることを述べておく。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】回路基板を処理するためのレーザ処理装置の概略的な配置構成である。
【図２】Ｆ−シータレンズの結像領域における従来の正方形の処理フィールドの配置構成である。
【図３】回路基板における六角形の処理フィールの配置構成である。
【図４】本発明により形成される処理フィールドの別の例としての円形の処理領域である。
【図５】本発明により形成される処理フィールドの別の例としての八角形の処理領域である。
【符号の説明】
【００２８】
１  レーザ、  ２  レーザビーム、  ３、４  ガルボ偏向素子、  ３１、４１  ガルボモータ、  ３２、４２  ミラー、  ３３、４３  軸、  ３４、４４  矢印、  ３５  偏向点、  ４５  線、  ５  結像ユニット、  ５１  正方形、  ５２  作業領域、  ５３  弓形、  ６  回路基板、  ７  収容台、  ７１、７２  駆動ユニット、  ８  制御装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2005131709.tif 000009
【図５】
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