(57)【要約】穿孔され孔をレーザー・ビームにより電気回路基板内に穿孔可能にする孔（１５）の領域内におけるレーザー・ビーム（２）の円運動により穿孔が行われる。レーザー・ビームは２個の連続する接続された接続ユニット（３，５）により変位される。好適にはガルバノミラーを含む第１接続ユニット（３）によりレーザー・ビーム（２）がジャンプ（１７）を穿孔位置から個々の後続の穿孔位置（１５）へ生ぜしめ、個々の穿孔位置において芯合わせされる。好適には圧電素子で作成された第２結合ユニットがレーザー・ビーム（２）上の連続する円運動を変調する。レーザーは第１結合ユニット（３）が静止状態にある場合にのみスイッチ・オンされる。改善された孔の品質に加えて変位部分の間の遷移における待ち時間を無くすことにより迅速な出力が得られる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
偏向光学ユニット（３，５）とイメージング・ユニット（４）を介して個々の穿孔位置（１５）へ設定され、円運動（１６）における所定穿孔の領域内に案内されるレーザー・ビーム（２）により電気回路基板内に孔（１４）を穿孔する方法であって、
第１偏向ユニット（３）を介してレーザー・ビーム軸（２）の移動及び個々の穿孔位置（１５）へ芯合わせを行い、
前記第１偏向ユニット（３）に先行する第２偏向ユニット（５）を介してレーザー・ビーム（２）上への円運動（１６）を連続的に変調し、
前記第１偏向ユニット（３）が静止状態にある場合にのみレーザー・ビーム（２）をオンすることを特徴とする方法。
【請求項２】
レーザー・ビームの円運動（１６）が前記第２偏向ユニット（５）の２個の重なる正弦波運動（Ｓ１，Ｓ２）により発生せしめられ、この正弦波運動が９０°位相ずれしていることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記第２偏向ユニット（５）における偏向が２個以上の個々の運動（５５，５６，５７）を重ねることにより発生することを特徴とする請求項１または請求項２記載の方法。
【請求項４】
偏向素子に対するヒステレシスが前記第２偏向ユニットに対する変更制御信号を介して補償されることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一つに記載の方法。
【請求項５】
レーザー源（１）、偏向光学ユニット（３，５）及びイメージング・ユニット（４）を有し、前記レーザー源（１）により出力されたレーザー・ビーム（２）を基板（１０）の個々の穿孔位置（１５）に芯合わせし、所定穿孔（１４）の領域内での円運動をトリガーすることにより、電気回路基板内に孔（１４）を穿孔する装置であって、
偏向光学ユニットが、ジャンピング運動（１７）を実行するために個々の穿孔位置（１５）へ案内可能な第１偏向ユニット（３）を含み、
レーザー・ビーム（２）で連続円運動（１６）を実行可能とする光学レーザー・ビーム経路内で第２偏向ユニット（５）が第１偏向ユニット（３）に先行しており、
前記第１偏向ユニット（３）が静止状態になる際、レーザー（１）が第２偏向ユニット（５）の予め設定された個数の軌道（２３）に対して動作可能であることを特徴とする装置。
【請求項６】
前記第２偏向ユニット（５）が少なくとも１つの圧電素子で形成されていることを特徴とする請求項５記載の装置。
【請求項７】
前記偏向ユニットが２個の圧電素子（５１，５２）で形成され、２個の圧電素子が個々の長手方向で相互に直角の軸の周りで捻ることが出来ることを特徴とする請求項６記載の装置。
【請求項８】
前記第２偏向ユニットを圧電三脚子（５３）として設けることを特徴とする請求項６記載の装置。
【請求項９】
前記第２偏向ユニットが、少なくとも一方向での偏向を提供するよう、相互に平行な軸の周りで揺動可能である２個のインライン偏向素子（５６，５７）を含むことを特徴とする請求項６記載の装置。
【請求項１０】
前記第２偏向ユニット（５）内での偏向が２個以上の個々の運動を重ねることで発生される請求項１記載の方法。
【請求項１１】
偏向素子に対するヒステリシスが前記第２偏向ユニット（５）に対する変更制御信号を介して補償される請求項２記載の方法。
【請求項１２】
偏向素子に対するヒステリシスが前記第２偏向ユニット（５）に対する変更制御信号を介して補償される請求項３記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザー・ビームによって電気回路基板内に孔を穿孔する方法に関するものである。この場合、レーザー・ビームは偏向光学ユニットとイメージング・ユニットを介して個々の穿孔位置上に焦点を合わせ、且つ所定穿孔孔の領域内を円運動して動く。更に、本発明は、レーザー源、偏向ユニット及びイメージング・ユニットを有し、レーザー源から放出されたレーザー・ビームを基板の関連ある穿孔位置上へ焦点を合わせ、所望の穿孔孔の領域内でレーザー・ビームの円運動をトリガーすることにより、電気回路基板内に孔を穿孔する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
米国特許第５,５９３,６０６号（特許文献１）はかかる方法と装置を示している。この特許においては、孔内の螺旋トラック内か同心円のいずれかに沿ってレーザー・ビームを移動させ、且つ外側から内側へ又は内側から外側へ移動させることによってレーザー・ビーム径よりも大きい直径を備えた孔を形成している。
【０００３】
【特許文献１】米国特許第５,５９３,６０６号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
伝統的な方法で回路板又はこれと比べうる回路基板に穿孔する場合、その穿孔位置に偏向ユニットによって続けて接近する。その接近中にレーザー・ビームはジャンプ運動において初期位置、例えば前の穿孔部から新しい穿孔の中心へ移動し、引き続き予めセットされた半径を有する軌道へ到り、最終的には常時同じ偏向ユニットを使って、この予めセットされた軌道上をその所望の孔が成形されるまで１回以上移動する。この移動に続いて再度次の孔位置へのジャンプ運動が行われる。個々の運動順序の間には著しい方向変換が発生するので、ユーザーは偏向ユニットが静止状態になるのを待たねばならず、これが結果的に偏向ユニットの慣性を原因として穿孔のための単なる処理時間と比較して著しいタイムラグを伴うことになる。その上、レーザーが半径方向運動から円運動への遷移中にオンにされ、再びその円運動の終了時にオフにされれば穿孔の丸さの度合いが影響を受けるかもしれない。
【０００５】
本発明の目的は電気回路基板内に孔を穿孔する前述した性質の方法と装置を提供することにあり、この方法と装置は、スループット、即ち、穿孔された孔の単位時間あたりの個数は言うに及ばずその丸さの度合いに関してその穿孔の品質を改善することが出来る。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明ではこの目的を、第１偏向ユニットを介して個々の穿孔位置に対するレーザー・ビーム軸の移動と芯合わせを実現し、
第１偏向ユニットに先行する第２偏向ユニットを介してレーザー・ビーム上への円運動を連続的に変調させ、更に
第１偏向ユニットが非運動状態にある場合にのみ、レーザー・ビームをオンにすることによって前掲の方法で達成している。
【０００７】
本発明においては、偏向ユニットによって実行される異なった運動はレーザー・ビーム上への連続的な円運動を変調する先行する別の偏向ユニットを装備することによって切り離される。従って、伝統的な偏向ユニットは単に一方の穿孔位置から次の穿孔位置へのジャンプ運動と個々の穿孔位置内での位置付けをトリガーし、一方、円運動は別の偏向ユニットによって発生され、この偏向ユニットは一定の運動状態にあり、そのため鏡面運動の停止及び再始動により時間ラグを生ぜしめず、慣性に起因する結果的に生じるロスを蒙らない。従って、時間周期は穿孔位置に到達して第１偏向ユニットが静止するまで所望の穿孔位置へのジャンプと待ち周期に低減される。その後、レーザーは１個以上の巻き後に更に別の待ち時間無しに再びオフにされる。円運動が一定に続き、第２偏向ユニットが静止状態を経験しないので、円運動の開始中及び一方の軌道から中心への運動中には待ち時間が存在しない。軌道に到達するか又は軌道から離れる際、ビームの方向変化は存在しないので、ラグが存在しないだけでなく、孔の丸さに影響するかもしれないモード・バーン（mode burn）が存在しない。
【０００８】
両方の偏向ユニットは別々に制御されるので、これらの偏向ユニットの全体的な制御は容易となり、直径と速度環境の修正を相互に独立的に実施可能である。一般に、高い絶対的軌道速度を達成可能である。伝統的な偏向ユニットでの焦点合わせは常時、穿孔のための小さい円運動と位置付けのための大きいジャンプ運動の間で妥協しなければならないことを意味していたが、本発明ではジャンプ運動に向かって目標とされる第１偏向ユニットの最適化が可能となる。従って、迅速なジャンプを達成可能である。
【０００９】
レーザー・ビームの円運動は２つの重なる正弦波運動により発生されるのが好適である。正弦波運動は相互に対して且つビーム軸に対して直角の２つの軸の周りでの第２偏向ユニットの９０°位相がずれている。しかしながら、第２偏向ユニット内のこれらの偏向は又、各種直列に接続されたミラーの組み合わせを通じて発生可能である。しかしながら、ここでは個々のミラーの偏向角度は小さく出来、従って、これが高い速度をトリガー出来る。
【００１０】
前述した種類の装置の場合、この動作は以下の様式にて本発明により解決可能である。
【００１１】
偏向光学ユニットが第１偏向ユニットを有し、この第１偏向ユニットが個々の穿孔位置に対するジャンプ運動を制御出来、第１偏向ユニットがレーザーの光学線路内の第２偏向ユニットよりも先行し、これによりレーザー・ビームは連続する円運動を有することが出来、レーザーは第１偏向ユニットの静止状態中に第２偏向ユニットの所定軌道数に対してオン出来る。
【００１２】
両方の偏向ユニットは例えば、伝統的には複数対のガルバノミラーで成形可能である。しかしながら、特に第２偏向ユニットは少なくとも１つの圧電素子で成形されるので、好適なデザインにて提供される。圧電素子で達成可能な偏向角度は全体的に検流計で達成可能な角度より小さいので、これらの偏向角度は第２偏向ユニットを対象に使用出来る。その理由はイメージング・ユニットに対しての距離が原因で極めて小さい角度の偏向のみが必要とされ、穿孔運動に対する円の半径も一方の穿孔位置から他方の穿孔位置へのレーザー・ビームのジャンプに対して必要とされる偏向より相当小さいことに拠る。他方、圧電素子は高い速度を可能にするので、第１偏向ユニットに対するガルバノミラーと第２偏向ユニットに対する圧電素子の組み合わせは極めて高度に達成可能な穿孔速度を有する本発明の特に有利な実施態様を作り出す。
【００１３】
ここで、第２偏向ユニットは又、個々の長手方向に相互に直角の軸の周りで捻ることが出来る２個の圧電素子で形成可能である。他の有利な設計においては、第２偏向ユニットは圧電三脚子(a piezotripod)で成形可能であり、この場合、２個の軸の周りの偏向が可能であり、それに対応してレーザー・ビームが偏向される。適切に適合された制御信号を使用することにより、圧電素子のヒステリシスも補償出来、従って、高速度を達成可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明の諸実施態様について図面を使用しながら、一層詳細に説明する。
【００１５】
図１は電気基板、好適には回路板１０内に微細孔を穿孔する際の装置を模式的に表す。穿孔動作中に、レーザー源１で作成されたレーザー・ビーム２は、伝統的にガルバノミラーを用いて設計可能な第１偏向ユニット３を介して且つ集束レンズ４の形態のイメージング・ユニットを介して回路板１０上に導かれる。本例においては、回路板は誘電体層１１で構成され、この誘電体層の上部と底部は金属層１２及び１３で被覆されている。これらの金属層は（非図示の）回路の経路を成形するよう構成されている。更に、金属層１２と底部の金属層１３の間の電気的接続を行うため微細孔１４が穿孔されている。これら微細孔の壁は公知技術により金属化される。
【００１６】
微細孔１４を作成するためには、レーザー・ビーム２を所望の穿孔位置１５の１つの位置上で芯合わせし、次いでモード・フィールド径Ｆを介して移動させる。モード・フィールド径Ｆは微細孔を作成するこの穿孔位置１５の領域内にて集束レンズ４を通じて円１６に焦点合わせされている。
【００１７】
回路板の材料、孔の深さ、レーザー性能などといった条件に応じて、レーザー・ビームは１つの軌道内または後続の各種軌道内を移動させる。フィードスルーを達成するため作業者は所謂穿孔方法を選択する。この方法においては、レーザー・ビームは単にその孔の縁部に沿って案内され、内部コアが切断される。微細孔の作成時には、半径を変更した各種レーザー・ビームの動作を実行することも必要となろう。
【００１８】
微細孔１４が穿孔されると間もなく、レーザー・ビームがジャンプ運動１７で次の穿孔位置１５へ偏向され、そこで孔を穿孔する円運動１６が再始動される。
【００１９】
本発明は、伝統的な偏向ユニット３が単に個々の焦点合わせを穿孔位置１５上に行いながらレーザー・ビームのジャンプ運動１７を実施するよう設計され、一方、円運動は２個の可動ミラー５１、５２で構成される第２偏向ユニット５によってレーザー・ビーム上にて変調される。これら２個のミラー５１及び５２は好適には圧電素子により移動し、これらのミラー５１及び５２の偏向軸は相互に対して直角であり、９０°位相がずれている連続した正弦波揺動Ｓ１またはＳ２を実行する。
【００２０】
従って、レーザー・ビームは第２偏向ユニット５の偏向によって予め焦点合わせされ、穿孔ユニット３で所望の穿孔位置上に焦点合わせされる軌道内を連続的に移動する。レーザーは第１偏向ユニット３のジャンプ運動１７中にスイッチ・オフされる。レーザーは新しい穿孔位置に到達した後及び第１偏向ユニットが完全に停止した位置に来た後にのみ再始動される。
【００２１】
伝統的なレーザー・ビームの案内と本発明によるレーザー・ビームの案内の相違点は図２及び図３で対比可能である。図２は伝統的な方法の経過を示している。レーザー・ビーム２又はその光軸は所定の穿孔の中心Ｍに対して第１運動シーケンス２１にて案内される。この点からレーザー・ビームは多かれ少なかれ重要な角度変更を伴って運動シーケンス２２及び円の所望の半径に案内され、矩形の半径方向変更に案内されて１個以上の軌道２３を実施する。レーザーは軌道２３に対してのみオンされ、一方、レーザーは破線で表わされた他の運動シーケンスに対してオフされる。軌道の完了後に、レーザー・ビームは再び運動シーケンス２４において中心Ｍへ案内され、そこからレーザー・ビームは次の穿孔位置へジャンプ２５を実施する。
【００２２】
図３に模式的に表わされている本発明による方法においては、レーザー・ビームは第２偏向ユニットを介して変調される連続的な円運動を実行する。偏向ユニット３は単にビームを運動シーケンス２１を介して所望の穿孔位置へ移動させ、引き続きこの穿孔位置からジャンプ・シーケンス２５を介して次の穿孔位置へ移動させる。レーザー・ビーム自体が所望の穿孔の中心Ｍ内へ移動することは決して無く、むしろその軌道内にとどまり、連続する円にて図３に表わされている穿孔の領域内でのみスイッチ・オンされる。ジャンプ・シーケンス２１及び２５中に、円運動が変調されるが、レーザーはこの過程中はオフである。
【００２３】
２種類の運動を切り離し且つこれら２種類の運動を第１偏向ユニット３と第２偏向ユニット５へ分けることにより、待ち時間が短くなる。とどまっている唯一の待ち時間は第１偏向ユニットが個々のジャンプ後に静止状態になるのに必要な時間である。従って、１００μｍの潜在的直径の微細孔を作成する穿孔過程に必要とされる時間は、１７０μｓまでの待ち時間が最早存在しないので４５％まで低減出来る。
【００２４】
図４及び図５は第２偏向ユニットの模式的変更例に関して図１との比較を示す。例えば、図４は各１つの軸の周りで揺動する２個のミラー５１及び５２の代わりに、第２偏向ユニット内の２個の軸の周りで揺動する単一のミラー５３を使用するオプションを指摘している。この場合、ミラー５４は単に可撓性の無い偏向ミラーである。
【００２５】
処理直径は偏向角度と偏向ユニットから集束レンズ４までの距離で得られるので、同じ偏向方向において各種偏向素子を使用出来る。この運動が小さくなればなる程、達成可能な位置付け速度が速くなる。図５において、このオプションが表示してある。ここにおいて、偏向ミラー５５はレーザー・ビームを第１軸の周りに偏向させる作用があり、一方、両方のミラー５６、５７はレーザー・ビーム２をその光軸に関して同じ方向に偏向させるので、その偏向運動が合計される。本例の場合、ミラー５８は撓みの無い偏向ミラーである。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明によるレーザー穿孔装置の模式的図を示す。
【図２】伝統的な穿孔方法におけるレーザー・ビームの経路を簡略化して表す。
【図３】本発明による方法でのレーザー・ビームの被覆された経路を示す図２に対応する図。
【図４】第２偏向ユニットの異なる実現を呈している図１のレーザー・ビーム偏向システムの変更実施態様を示す。
【図５】第２偏向ユニットの異なる実現を呈している図１のレーザー・ビーム偏向システムの変更実施態様を示す。
【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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【国際調査報告】
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