(57)【要約】【課題】粉塵の発生にかかわらず、高精度で穴加工を行うことができるようにする。【解決手段】プリント基板３の加工面１７をスキャンエリア２２で区切り、そのエリア２２毎に位置及び加工方向を設定してレーザビーム１５を照射し、穴明け加工を行うレーザ加工手段１１，１３と、レーザ加工手段１１，１３による穴明け加工によって発生した粉塵１６を吸引するダクト１４と、を有するレーザ加工装置において、スキャンエリア２２内を加工する際のレーザ加工手段によるレーザビーム１５の加工方向（加工のための走査方向）を、前記発生した粉塵の吸引方向と反対方向又は直角方向に設定した。【選択図】図３
2013071153.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プリント基板の加工面をスキャンエリアで区切り、そのエリア毎に位置及び加工方向を設定してレーザビームを照射し、穴明け加工を行うレーザ加工手段と、
前記レーザ加工手段による穴明け加工によって発生した粉塵を吸引する吸引手段と、
を有するレーザ加工装置において、
前記スキャンエリア内を加工する際の前記レーザ加工手段の加工方向が、前記発生した粉塵の吸引方向と反対方向又は直角方向に設定されていること
を特徴とするレーザ加工装置。
【請求項２】
請求項１記載のレーザ加工装置において、
前記加工方向の設定が、加工プログラムの座標変換によって行われること
を特徴とするレーザ加工装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載のレーザ加工装置において、
前記穴明け加工が止まり穴加工であること
を特徴とするレーザ加工装置。
【請求項４】
プリント基板の加工面をスキャンエリアで区切り、そのエリア毎に位置及び加工方向を設定し、レーザ加工手段によってレーザビームを照射し、レーザビーム照射によって発生した粉塵を吸引手段によって吸引しながら穴明け加工を行うレーザ加工方法において、
前記発生した粉塵の吸引方向と反対方向又は直角方向に前記レーザビームを移動させながら当該レーザビームを照射し、前記スキャンエリア内を加工する工程を備えていること
を特徴とするレーザ加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ加工装置及び方法に係り、特にレーザビームによって穴明け加工を行うレーザ加工装置、及びこのレーザ加工装置で実施されるレーザ加工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
プリント配線板の回路の高密度化を背景に、基板は高多層化が進んでいる。そのため基板の製造方法の中でもビルドアップ法の普及に伴い、積層していく層間の導通用の穴を形成するためにレーザ加工が広く用いられている。
【０００３】
プリント基板へのレーザ穴加工は、主にブラインドホール加工と呼ばれる止まり穴加工が一般に普及しており、この加工法は、穴底になる内層の銅箔とその上層にあるレーザ光が除去する樹脂層がもつレーザ光に対する吸収特性の差を利用している。すなわち、上層の樹脂は照射されるレーザ光により除去されるが、その下の銅はレーザ光を反射し、除去できないために、止まり穴が形成される。
【０００４】
この加工法の場合、レーザ光が樹脂層を除去した際に発生した粉塵が集塵装置によりダクトへ吸い込まれている。しかしながら、集塵機により粉塵が吸い込まれる速度より、加工する速度が速いため、ダクト方向へ加工を行っていくと、粉塵が滞留した状態で加工を行うことになる。粉塵が滞留した状態で、加工を行うと、前述したように加工を行うレーザ光の妨げとなり、加工形状悪化を引き起こす。
【０００５】
そこで、従来では、集塵装置を大型化し集塵力を上げ、風速を上げるようにしているが、さらに加工速度が上がり、粉塵量が増大した場合、さらなる大型集塵機を必要とすることになる。
【０００６】
また、同様の粉塵の問題に対応する技術として、例えば特許文献１に記載された発明が公知である。この発明は、レーザ加工により発生する加工飛散物を効率よく除去、回収し、加工対象物に付着するデブリを削減するため、加工対象物のレーザ光照射領域近傍の雰囲気を外部へ排出する排気孔と、加工対象物のレーザ光照射領域近傍に気体を導入する第１通気孔と、第１通気孔と対向する位置に設けられ加工対象物のレーザ光照射領域近傍の雰囲気を排出する第２通気孔と、を有するレーザ加工ヘッドを備え、加工対象物のレーザ光照射領域より発生する加工飛散物を、レーザ加工ヘッドの底部に設けられた開口部と連通する排気孔及び第２通気孔より排気することを特徴とするものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−２３７２１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１記載の発明では、レーザ加工により発生する加工飛散物を効率よく除去、回収し、加工対象物に付着するデブリを削減すべく、加工対象物のレーザ光照射領域より発生する加工飛散物を、レーザ加工ヘッドの底部に設けられた開口部と連通する排気孔及び第２通気孔より排気するようにしているが、エアーの流れ方向と同じ方向に加工を行うため、粉塵が滞留した状態で加工することになってしまう。そのため、結局、従来と同様に、加工するレーザ光の妨げになり、加工精度の低下を招くことになる。
【０００９】
そこで、本発明が解決しようとする課題は、粉塵の発生にかかわらず、高精度で穴加工を行うことができるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記課題を解決するため、第１の手段は、プリント基板の加工面をスキャンエリアで区切り、そのエリア毎に位置及び加工方向を設定してレーザビームを照射し、穴明け加工を行うレーザ加工手段と、前記レーザ加工手段による穴明け加工によって発生した粉塵を吸引する吸引手段と、を有するレーザ加工装置において、前記スキャンエリア内を加工する際の前記レーザ加工手段の加工方向が、前記発生した粉塵の吸引方向と反対方向又は直角方向に設定されていることを特徴とする。
【００１１】
この場合、前記加工方向の設定は、加工プログラムの座標変換によって行われ、穴明け加工は止まり穴加工である。
【００１２】
第２の手段は、プリント基板の加工面をスキャンエリアで区切り、そのエリア毎に位置及び加工方向を設定し、レーザ加工手段によってレーザビームを照射し、レーザビーム照射によって発生した粉塵を吸引手段によって吸引しながら穴明け加工を行うレーザ加工方法において、前記発生した粉塵の吸引方向と反対方向又は直角方向に前記レーザビームを移動させながら当該レーザビームを照射し、前記スキャンエリア内を加工する工程を備えていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、粉塵の発生にかかわらず、高精度で穴加工を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態に係るレーザ加工装置の概略構成を示す図である。
【図２】図１に示したレーザ加工装置によって穴加工を行う場合の従来の加工方法と加工状態を示す説明図である。
【図３】図１に示したレーザ加工装置によって穴加工を行う場合の本発明の実施形態における加工方法と加工状態を示す説明図である。
【図４】本発明の実施形態における加工方向の変更を加工プログラムの座標変換によって行う例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照し、本発明の実施形態について説明する。
【００１６】
図１は、本発明の実施形態に係るレーザ加工装置の概略構成を示す図である。
【００１７】
同図において、レーザ加工装置は、Ｙテーブル１、Ｘテーブル２、ベッド４、オーバーフレーム５、主軸頭６、光路プレート７、レーザ発振器８、ビーム形成部品群９、第１及び第２ミラー１０ａ，１０ｂ、ガルバノスキャナ１１、スキャニングミラー１２、ｆθレンズ１３及びダクト１４を備えている。
【００１８】
Ｙテーブル１は図示を省略したガイド、ボールネジ及びサーボモータによりＸテーブル２上を図示Ｙ方向に移動し、位置決め可能である。Ｙテーブル１はプリント基板３を載置可能な大きさであり、プリント基板３は図示を省略した真空吸着によりＹテーブル１上に固定される。Ｘテーブル２は図示を省略したガイド、ボールネジ及びサーボモータによりベッド４上を図示Ｘ方向に移動し、位置決め可能である。
【００１９】
オーバーフレーム５はベッド４上に固定された門型の構造で、このオーバーフレーム５の前面には主軸頭６が設けられている。主軸頭６は、図示を省略したガイド、ボールネジ及びサーボモータにより図示のＺ軸方向に移動し、位置決め可能である。
【００２０】
光路プレート７はオーバーフレーム５の上面に取り付けられ、レーザ発振器８、図示を省略したレンズ、ミラー等の各種ビーム形成部品群９が搭載されている。レーザ発振器８から出射されたレーザビームは、ビーム形成部品群９を通過し、ミラー１０ａ，１０ｂを介して主軸頭６に搭載されたガルバノスキャナ１１の先端に取り付けられたスキャニングミラー１２へ入射し、ガルバノスキャナ１１により偏向されたレーザビームをｆθレンズ１３に導く。ｆθレンズ１３は、ガルバノスキャナ１１から導かれたレーザビームをプリント基板３へ垂直に入射させ、集光させ、プリント基板３へ穴明け加工を行う。ダクト１４はプリント基板３へ加工時に発生した粉塵を吸い込む。
【００２１】
図２は図１に示したレーザ加工装置によって穴加工を行う場合の従来の加工方法と加工状態を示す説明図である。
【００２２】
レーザ加工装置では、前述のようにプリント基板３の加工面１７にスキャニング範囲、すなわちスキャンエリア２２を設定してプリント基板３に穴加工を施す。穴加工を施すためにプリント基板３の加工面１７へレーザビーム１５を照射する。この照射により、樹脂層２０は除去され、レーザビーム１５は銅箔２１で反射される。その際、樹脂層２０の除去に伴って粉塵１６が発生する。樹脂２０の除去時に発生した粉塵１６はプリント基板３の加工面１７上に拡散し、集塵ダクト１４に吸い込まれる。粉塵１６は集塵ダクト１４へ吸い込まれる際、集塵ダクト１４内のブロワーがエアーを吸引しているので、その吸引されるエアーの流れに乗って移動し、最終的に集塵ダクト１４内にエアーとともに導かれる。なお、符号Ｆはエアー流れ方向を示す。
【００２３】
そのため、加工穴を手前側よりエアー流れ方向Ｆへ順番に加工していくと、レーザビーム１５は粉塵１６の上方から基板３へ入射することになる。通常、ダクト１４は、作業の都合上、レーザ加工装置の奥側にレイアウトされ、穴加工はレーザ加工装置の操作者から見て手前側から奥側に（レーザビーム１５−１から１５−２のように）走査させて行われる。この方向にレーザビーム１５を走査させ（スキャニングミラー１２によって振って）、粉塵１６の上方からプリント基板３に入射すると、図２において符号Ａで示すようにレーザビーム１５−２が粉塵１６の影響を受けてしまい、粉塵１６がレーザビーム１５−２を遮ることになる。レーザビーム１５が粉塵１６によって遮られると、ビームエネルギーの分布が不均一になり、プリント基板３に入射する加工ビーム形状が悪くなる。この状態で加工すると、加工穴のＴＯＰ形状１９は異常形状となってしまい、ＴＯＰ径２３ａは狙い径に対して大きくなり、ＢＯＴＴＯＭ径２３ｂは狙い径よりも小さくなってしまう。
【００２４】
図３は図１に示したレーザ加工装置によってスキャンエリア２２内で基板３に加工を行ったときの本実施形態における加工方法と加工状態を示す説明図である。
【００２５】
本実施形態では、穴加工の順序をエアー流れ方向Ｆと逆の方向へ走査して加工を行うことによって粉塵１６が流れる方向と対向する方向へ走査しながら（レーザビーム１５−２から１５−１のように）加工する。このように走査すると、加工する穴位置には粉塵１６が存在せず、下流側に流れていく。そのため、加工位置では粉塵１６の影響を受けず加工することができる。
【００２６】
このように加工位置に粉塵１６が存在しないので、ビームエネルギーの分布は均一になり、プリント基板３に入射する加工ビーム形状が悪くなることはない。そのため加工穴のＴＯＰ形状１８に異常は見られず、ＴＯＰ径２２ａ及びＢＯＴＴＯＭ径２２ｂは規定範囲内の径を得ることができる。また、加工穴順序をエアー流れ方向Ｆに対して直角方向へ加工を行うようにしても、これとほぼ同様なきれいな加工穴を形成することができる。
【００２７】
図３は、被加工物であるプリント基板３の大きさが一辺５００ｍｍで、加工スキャンエリア２２が３０ｍｍ角の例である。被加工物であるプリント基板３への加工穴位置は、そのプリント基板３に形成される回路パターンにより決まるものであり、加工順序とは無関係である。しかしながら、基板全域へ効率よく加工穴位置へのレーザショットを行うには、３０ｍｍ角のスキャンエリア２２を順次あてがうようにＸＹテーブル２，１を位置決めしていくことが必要であり、ＸＹテーブル２，１の位置決め位置の順序は予め図示しないＮＣ制御装置の加工プログラムによって定められている。
【００２８】
本実施形態では、従来、加工方向が粉塵１６を吸引するエアー流れ方向の上流側から下流側に向かって加工していたものを、逆にエアー流れ方向の下流側から上流側に向かって加工するようにしたものである。このように加工方向を変更する場合には、前記加工プログラムに対して加工プログラムの座標を変換するプログラムを入れれば、従来の加工方向から本実施形態の加工方向に簡単に変更することができる。
【００２９】
図４は、この加工プログラムの座標を変換する方式を示す説明図である。図４において、左側の囲み１００が変換前の加工プログラムの座標であり、囲み１００内の上の座標から順に位置決め、加工を行うようになっている。この図の下側には実際の位置決め座標とエアーの流れ方向との関係２００を示している。左側の囲みの順番で加工を行うと、エアー流れの方向と同じ順に加工を進めていくことになり、このままでは、良好な加工精度を確保できない。
【００３０】
そこで、座標変換プログラムでスキャンエリア内において手前からエアー流れ方向へ加工をしようとする穴位置を抽出し、エアー流れ方向と反対方向になるよう、加工順番を変更する。この結果、座標変換プログラムにより、位置決め及び加工の順番は右側の囲み３００の順番に変換される。よって、図４下部の座標位置と照らし合わせると、エアーの流れ方向と逆方向に位置決め、加工が行われることになる。
【００３１】
また、スキャンエリア４は、１つのエリアの加工が終われば次のエリアに移動する。この移動は、ＸＹテーブル２，１によって行われる。その際、ＸＹテーブル２，１が移動している間に粉塵１６は全てダクト１４内に吸引されるため、移動方向はエアー流れ方向Ｆと同方向でも逆方向でもよい。
【００３２】
さらに、前述のようにエアー流れ方向Ｆに対して直角方向へ加工を行ってもきれいな穴加工が可能となるので、この場合には、例えば座標（Ｘ１，Ｙ１）、（Ｘ２，Ｙ１）、（Ｘ３，Ｙ１）を座標（Ｘ１，Ｙ１）、（Ｘ１，Ｙ２）、（Ｘ１，Ｙ３）に変換するような座標変換プログラムを用いればよい。
【００３３】
以上のように、本実施形態では、エアー流れ方向Ｆと逆方向、あるいは直角方向にレーザビーム１５を進行させて穴加工が行われるため、加工する穴位置には粉塵１６が堆積することがない。その結果、常に清浄な表面で加工を行うことが可能となるので、形状、精度ともに良好な加工穴を得ることができる。
【００３４】
また、粉塵１６が流れていない箇所を加工することから、粉塵１６の影響を受けずにレーザビームによって穴加工を行うことができ、穴品質を確保することが可能となる。また加工点の風速を上げる必要がないことから、集塵装置を大型化する必要がなく、経済的である。
【００３５】
なお、特許請求の範囲におけるプリント基板は本実施形態では符号３に、加工面は符号１７に、スキャンエリアは符号２２に、レーザビームは符号１５にレーザ加工手段は、レーザ発振器８、各種ビーム形成部品群９、ミラー１０ａ，１０ｂ、主軸頭６に、ガルバノスキャナ１１、スキャニングミラー１２、及びｆθレンズ１３に、粉塵は符号１６に、吸引手段はダクト１４、穴は加工穴１８に、それぞれ対応する。
【００３６】
さらに、本発明は前述した実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であり、特許請求の範囲に記載された技術思想に含まれる技術的事項の全てが本発明の対象となる。前記実施形態は、好適な例を示したものであるが、当業者ならば、本明細書に開示の内容から、各種の代替例、修正例、変形例あるいは改良例を実現することができ、これらは添付の特許請求の範囲に記載された技術的範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００３７】
３  プリント基板
６  主軸頭
８  レーザ発振器
９  各種ビーム形成部品群
１０ａ，１０ｂ  ミラー
１１  ガルバノスキャナ
１２  スキャニングミラー
１３  ｆθレンズ
１４  吸引手段
１５，１５−１，１５−２  レーザビーム
１６  粉塵
１７  加工面
１８  加工穴
２２  スキャンエリア
【図１】
2013071153.tif 000003
【図２】
2013071153.tif 000004
【図３】
2013071153.tif 000005
【図４】
2013071153.tif 000006