(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光の光路を偏向可能な第１及び第２の音響光学方式のビーム分配整形装置を前記レーザ光の光路に直列に配置し、
前記第１及び第２のビーム分配整形装置をそれぞれ独立して制御し、複数の加工ヘッドに前記レーザ光を出射するレーザ発振器がオンとなり、レーザビームのエネルギが立ち上がるまでの遅れ時間が経過した後、前記レーザビームのエネルギが上昇しピークに達する前にオフ状態にある前記第１及び第２のビーム分配整形装置の内、加工する側の加工ヘッドに前記レーザビームを分配する一方のビーム分配整形装置をオンし、
前記レーザ発振器がオフされる時刻に前記一方のビーム分配整形装置をオフし、
前記レーザ発振器が次にオンされ、前記レーザビームのエネルギが立ち上がるまでの遅れ時間が経過した後、前記レーザビームのエネルギが上昇しピークに達する前に他方のビーム分配整形装置をオンし、
前記レーザ発振器がオフされる時刻に前記他方のビーム分配整形装置をオフにすることにより波形を整形したレーザ光を供給することを特徴とするレーザ加工方法。
【請求項２】
レーザ光の光路を偏向可能な第１及び第２の音響光学方式のビーム分配整形装置を前記レーザ光の光路に直列に配置し、
前記第１及び第２のビーム分配整形装置をそれぞれ独立して制御し、複数の加工ヘッドに前記レーザ光を出射するレーザ発振器がオンとなり、レーザビームのエネルギが立ち上がるまでの遅れ時間が経過した後、前記レーザビームのエネルギが上昇しピークに達する前にオフ状態にある前記第１及び第２のビーム分配整形装置の内、加工する側の加工ヘッドに前記レーザビームを分配する一方のビーム分配整形装置をオンし、
前記レーザ発振器がオフされる時刻に前記一方のビーム分配整形装置をオフし、
前記レーザ発振器が次にオンされ、前記レーザビームのエネルギが立ち上がるまでの遅れ時間が経過した後、前記レーザビームのエネルギが上昇しピークに達する前に前記一方又は他方のいずれかのビーム分配整形装置をオンし、
前記レーザ発振器がオフされる時刻に前記オンされた一方又は他方のビーム分配整形装置をオフにすることにより波形を整形したレーザ光を供給することを特徴とするレーザ加工方法。
【請求項３】
レーザ光の光路を偏向可能な第１及び第２の音響光学方式のビーム分配整形装置を前記レーザ光の光路に直列に配置し、
前記第１及び第２のビーム分配整形装置をそれぞれ独立して制御し、複数の加工ヘッドに前記レーザ光を出射するレーザ発振器がオンとなり、レーザビームのエネルギが立ち上がるまでの遅れ時間が経過した後、前記レーザビームのエネルギが上昇しピークに達する前にオフ状態にある前記第１及び第２のビーム分配整形装置の内、最初に加工する側の加工ヘッドに前記レーザビームを分配する一方のビーム分配整形装置を所定期間だけオンした後オフし、
次いで、次に加工する側の加工ヘッドに前記レーザビームを分配する他方のビーム分配整形装置をオンし、前記レーザ発振器がオフされる時刻までに前記他方のビーム分配整形装置をオフして波形を整形したレーザ光を供給することを特徴とするレーザ加工方法。
【請求項４】
１個のレーザ発振器から出力されるレーザ光を複数の加工ヘッドに供給するレーザ加工機において、
前記レーザ光の光路に直列に配置され、前記加工ヘッドの数と同数のレーザ光の光路を偏向可能な第１及び第２の音響光学方式のビーム分配整形装置と、
前記第１及び第２のビーム分配整形装置をそれぞれ独立して制御し、複数の加工ヘッドに前記レーザ光を出射するレーザ発振器がオンとなり、レーザビームのエネルギが立ち上がるまでの遅れ時間が経過した後、前記レーザビームのエネルギが上昇しピークに達する前にオフ状態にある前記第１及び第２のビーム分配整形装置の内、加工する側の加工ヘッドに前記レーザビームを分配する一方のビーム分配整形装置をオンし、前記レーザ発振器がオフされる時刻に前記一方のビーム分配整形装置をオフし、前記レーザ発振器が次にオンされ、前記レーザビームのエネルギが立ち上がるまでの遅れ時間が経過した後、前記レーザビームのエネルギが上昇しピークに達する前に他方のビーム分配整形装置をオンし、前記レーザ発振器がオフされる時刻に前記他方のビーム分配整形装置をオフにすることにより波形を整形したレーザ光を供給する制御手段と、
を備えていることを特徴とするレーザ加工機。
【請求項５】
１個のレーザ発振器から出力されるレーザ光を複数の加工ヘッドに供給するレーザ加工機において、
前記レーザ光の光路に直列に配置され、前記加工ヘッドの数と同数のレーザ光の光路を偏向可能な第１及び第２の音響光学方式のビーム分配整形装置と、
前記第１及び第２のビーム分配整形装置をそれぞれ独立して制御し、複数の加工ヘッドに前記レーザ光を出射するレーザ発振器がオンとなり、レーザビームのエネルギが立ち上がるまでの遅れ時間が経過した後、前記レーザビームのエネルギが上昇しピークに達する前にオフ状態にある前記第１及び第２のビーム分配整形装置の内、加工する側の加工ヘッドに前記レーザビームを分配する一方のビーム分配整形装置をオンし、前記レーザ発振器がオフされる時刻に前記一方のビーム分配整形装置をオフし、前記レーザ発振器が次にオンされ、前記レーザビームのエネルギが立ち上がるまでの遅れ時間が経過した後、前記レーザビームのエネルギが上昇しピークに達する前に前記一方又は他方のビーム分配整形装置をオンし、前記レーザ発振器がオフされる時刻に前記オンされた一方又は他方のビーム分配整形装置をオフにすることにより波形を整形したレーザ光を供給する制御手段と、
を備えていることを特徴とするレーザ加工機。
【請求項６】
１個のレーザ発振器から出力されるレーザ光を複数の加工ヘッドに供給するレーザ加工機において、
前記レーザ光の光路に直列に配置され、前記加工ヘッドの数と同数のレーザ光の光路を偏向可能な第１及び第２の音響光学方式のビーム分配整形装置と、
前記第１及び第２のビーム分配整形装置をそれぞれ独立して制御し、複数の加工ヘッドに前記レーザ光を出射するレーザ発振器がオンとなり、レーザビームのエネルギが立ち上がるまでの遅れ時間が経過した後、前記レーザビームのエネルギが上昇しピークに達する前にオフ状態にある前記第１及び第２のビーム分配整形装置の内、最初に加工する加工ヘッドに前記レーザビームを分配する一方のビーム分配整形装置を所定期間だけオンした後オフし、次いで、次に加工する加工ヘッドに前記レーザビームを分配する他方のビーム分配整形装置をオンし、前記レーザ発振器がオフされる時刻までに前記他方のビーム分配整形装置をオフして波形を整形したレーザ光を供給する制御手段と、
を備えていることを特徴とするレーザ加工機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザ加工方法およびレーザ加工機に係り、特にプリント基板を加工するのに好適なレーザ加工方法およびレーザ加工機に関する。
【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。レーザ加工機には、１個のレーザ発振器から発振されたレーザビームを複数の加工ヘッドに供給して、加工速度を向上させるものがある。このようなレーザ加工機を図１０により説明する。
【０００３】
図１０は、従来のレーザ加工機の構成図である。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。ハーフミラー３は、入射するレーザビーム２の約５０％を透過させ、残りを反射する。以下、ハーフミラー３を透過したレーザビーム２を透過ビーム２ａ、反射したレーザビーム２を反射ビーム２ｂという。全反射コーナミラー４ａ〜４ｃの反射面は固定されている。ガルバノミラー５ａ〜５ｄ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）６ａ、６ｂは、それぞれ第１の加工ヘッド７ａ、第２の加工ヘッド７ｂに保持されている。プリント基板８は、Ｘ−Ｙテーブル９に固定されている。ガルバノミラー５ａ、５ｂのスキャン領域１０ａおよびガルバノミラー５ｃ、５ｄのスキャン領域１０ｂは、５０ｍｍ×５０ｍｍ程度の大きさである。
【０００４】
次に、従来のレーザ加工機の動作を説明する。
【０００５】
レーザ発振器１から発振されたレーザビーム２は、ハーフミラー３により透過ビーム２ａと反射ビーム２ｂに分けられる。透過ビーム２ａは、全反射コーナミラー４ａ、４ｂで反射してガルバノミラー５ａに入射し、ガルバノミラー５ａ、５ｂで定まる光路を通り、集光レンズ６ａで集光され、スキャン領域１０ａ内の穴を加工する。また、反射ビーム２ｂは、全反射コーナミラー４ｃで反射してガルバノミラー５ｃに入射し、ガルバノミラー５ｃ、５ｄで定まる光路を通り、集光レンズ６ｂで集光され、スキャン領域１０ｂ内の穴を加工する。そして、ガルバノミラー５ａ〜５ｄを動作させ、加工ヘッド７ａはスキャン領域１０ａ内の穴を、加工ヘッド７ｂはスキャン領域１０ｂ内の穴を、順に加工する。スキャン領域１０ａ、１０ｂ内の穴の加工が終了したら、Ｘ−Ｙテーブル９を移動させ、次のスキャン領域１１ａ、１１ｂ内の加工をそれぞれ行う。なお、加工ヘッド７ａと加工ヘッド７ｂの間隔Ｌは調整できるように構成されており、間隔Ｌはスキャン領域１０ａとスキャン領域１０ｂが重複せず、かつＸ−Ｙテーブル９の移動回数が最小になるように予め調整される。
【０００６】
ところで、１個の穴を加工するために、パルス状のレーザビーム２（以下、１パルスのレーザビームをレーザパルスという。）を複数個照射することが多い。１個の穴に対して複数個のレーザパルスを連続して照射し、その穴の加工を終了させてから次の穴を加工する加工方法をバースト加工といい、複数個の穴を１組とし、各穴にレーザパルスを１個ずつ照射し、この動作を、それぞれの穴の加工が完了するまで繰り返す加工方法をサイクル加工という。
【０００７】
図１１はサイクル加工における各部のタイミングチャートで、（ａ）はレーザ発振器１の起動信号、（ｂ）はレーザビーム２のエネルギの大きさ、（ｃ）は透過ビーム２ａのエネルギの大きさ、（ｄ）はガルバノミラー５ａ、５ｂの位置決め信号、（ｅ）は反射ビーム２ｂのエネルギの大きさ、（ｆ）はガルバノミラー５ｃ、５ｄの位置決め信号である。
【０００８】
起動信号がオンされると（時刻Ｔ０）、数μｓの遅れ期間ＴＤＬ経過後にレーザビーム２の放射が開始される（時刻Ｔ１。この場合はＴＤＬ。）。エネルギの大きさは徐々に増加し、立上り期間ＴＲ経過後に略ピーク値ＷＰになる（時刻Ｔ２）。時刻Ｔ０からパルス期間ＴＰが経過して起動信号がオフされると（時刻Ｔ３）、エネルギは徐々に減少し、立ち下がり期間ＴＤ経過後に０になる（時刻Ｔ４）。その後時刻Ｔ５から期間ＴＧの間ガルバノミラー５ａ〜５ｄを動作させて次の加工位置に位置決めする。位置決めが完了したら（時刻Ｔ６）、再び起動信号をオンする（時刻Ｔ７）。以下、上記の動作を繰返す。この場合、透過ビーム２ａ、反射ビーム２ｂはレーザビーム２が分割されたものであるから、エネルギのピーク値はそれぞれＷＰ／２になる。なお、時刻Ｔ５を時刻Ｔ４と同時に、また時刻Ｔ７を時刻Ｔ６と同時にすれば、加工速度を早くできる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
レーザ発振器が発振可能なレーザパルス周期は０．３３ｍｓ（周波数３ＫＨｚ）であり、パルス期間ＴＰは数十μｓである。一方、ガルバノミラー５ｃ，５ｄの位置決めに要する期間ＴＧは２ｍｓ程度、また、テーブルの位置決めには２００ｍｓ程度をそれぞれ必要とする。したがって、バースト加工を行うと、サイクル加工を行う場合に比べて加工速度を早くできる。
【００１０】
しかし、コンフォーマルマスク法でバースト加工を行う場合、パルス周期を２ｍｓ以下にすると、前に放射されたレーザパルスにより生成した分解飛散物が穴内部およびその近傍に残る。そして、残った分解飛散物が後続のエネルギーを吸収して高温のプラズマになるため、穴側面の樹脂が抉られ、穴の深さ方向の中間部の直径が上下の直径よりも広がり、いわゆるバレル状の穴になり、穴の品質が低下する。
【００１１】
また、ダイレクト加工法でバースト加工を行う場合、絶縁物がガラス強化繊維入りのＦＲ−４であると、樹脂とガラスの分解エネルギの差により（樹脂：ガラス＝１：３〜４）、樹脂だけが抉られてガラス繊維が穴の側面から突出するため、穴の品質が低下する。
【００１２】
さらに、立上りが速いＲＦ励起のレーザであっても、図１１に示すように、ピーク値ＷＰに達するまでの時間ＴＲが約１５μｓであるため、パルス巾１５μｓ以下の範囲では、ピーク値ＷＰを得ることができない。
【００１３】
また、起動信号がオフ後の立ち下がり時間ＴＤが３０〜５０μｓであるため、実際のパルス巾が設定パルス幅ＴＰよりも長くなる結果、供給するエネルギが過剰になる。エネルギを過剰に供給すると、穴の底面に樹脂の滓が残ったり、内壁の面粗さが粗くなったり、あるいは内壁が炭化し、いずれの場合も穴品質が低下する。また、内層銅箔が損傷したり、銅箔の裏側の樹脂が剥離することもある。
【００１４】
さらに、加工に必要な１ヘッド当たりのピーク値をＷＰとしてＮ本の分割ビームを得るためには、容量が大きいピーク値がＷＰのＮ倍であるＮＷＰのレーザ発振器にしなければならない。
【００１５】
しかも、ハーフミラーによりレーザビームを分割する場合、透過ビーム２ａと反射ビーム２ｂは同時に発生し、時間的な差をもたせることができないから、スキャン領域１０ａとスキャン領域１０ｂの加工個所が同数でなければならず、加工できるプリント基板の種類が限定される。また、ヘッドの数を奇数にすることは困難である。
【００１６】
本発明の目的は、上記従来技術における課題を解決し、レーザ発振器を有効に活用すると共に、加工エネルギを正確に制御することにより品質の優れる穴を加工することができるレーザ加工方法およびレーザ加工機を提供するにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、請求項１の発明は、レーザ光の光路を偏向可能な第１及び第２の音響光学方式のビーム分配整形装置を前記レーザ光の光路に直列に配置し、前記第１及び第２のビーム分配整形装置をそれぞれ独立して制御し、複数の加工ヘッドに前記レーザ光を出射するレーザ発振器がオンとなり、レーザビームのエネルギが立ち上がるまでの遅れ時間が経過した後、前記レーザビームのエネルギが上昇しピークに達する前にオフ状態にある前記第１及び第２のビーム分配整形装置の内、加工する側の加工ヘッドに前記レーザビームを分配する一方のビーム分配整形装置をオンし、前記レーザ発振器がオフされる時刻に前記一方のビーム分配整形装置をオフし、前記レーザ発振器が次にオンされ、前記レーザビームのエネルギが立ち上がるまでの遅れ時間が経過した後、前記レーザビームのエネルギが上昇しピークに達する前に他方のビームビーム分配整形装置をオンし、前記レーザ発振器がオフされる時刻に前記他方のビーム分配整形装置をオフにすることにより波形を整形したレーザ光を供給することを特徴とする。
また、請求項２の発明は、レーザ光の光路を偏向可能な第１及び第２の音響光学方式のビーム分配整形装置を前記レーザ光の光路に直列に配置し、前記第１及び第２のビーム分配整形装置をそれぞれ独立して制御し、複数の加工ヘッドに前記レーザ光を出射するレーザ発振器がオンとなり、レーザビームのエネルギが立ち上がるまでの遅れ時間が経過した後、前記レーザビームのエネルギが上昇しピークに達する前にオフ状態にある前記第１及び第２のビーム分配整形装置の内、加工する側の加工ヘッドに前記レーザビームを分配する一方のビーム分配整形装置をオンし、前記レーザ発振器がオフされる時刻に前記一方のビーム分配整形装置をオフし、前記レーザ発振器が次にオンされ、前記レーザビームのエネルギが立ち上がるまでの遅れ時間が経過した後、前記レーザビームのエネルギが上昇しピークに達する前に前記一方又は他方のいずれかのビームビーム分配整形装置をオンし、前記レーザ発振器がオフされる時刻に前記オンされた一方又は他方のビーム分配整形装置をオフにすることにより波形を整形したレーザ光を供給することを特徴とする。
また、請求項３の発明は、レーザ光の光路を偏向可能な第１及び第２の音響光学方式のビーム分配整形装置を前記レーザ光の光路に直列に配置し、前記第１及び第２のビーム分配整形装置をそれぞれ独立して制御し、複数の加工ヘッドに前記レーザ光を出射するレーザ発振器がオンとなり、レーザビームのエネルギが立ち上がるまでの遅れ時間が経過した後、前記レーザビームのエネルギが上昇しピークに達する前にオフ状態にある前記第１及び第２のビーム分配整形装置の内、最初に加工する側の加工ヘッドに前記レーザビームを分配する一方のビーム分配整形装置を所定期間だけオンした後オフし、次いで、次に加工する側の加工ヘッドに前記レーザビームを分配する他方のビーム分配整形装置をオンし、前記レーザ発振器がオフされる時刻までに前記他方のビーム分配整形装置をオフして波形を整形したレーザ光を供給することを特徴とする。
【００１９】
また、請求項４の発明は、１個のレーザ発振器から出力されるレーザ光を複数の加工ヘッドに供給するレーザ加工機において、前記レーザ光の光路に直列に配置され、前記加工ヘッドの数と同数のレーザ光の光路を偏向可能な第１及び第２の音響光学方式のビーム分配整形装置と、前記第１及び第２のビーム分配整形装置をそれぞれ独立して制御し、複数の加工ヘッドに前記レーザ光を出射するレーザ発振器がオンとなり、レーザビームのエネルギが立ち上がるまでの遅れ時間が経過した後、前記レーザビームのエネルギが上昇しピークに達する前にオフ状態にある前記第１及び第２のビーム分配整形装置の内、加工する側の加工ヘッドに前記レーザビームを分配する一方のビーム分配整形装置をオンし、前記レーザ発振器がオフされる時刻に前記一方のビーム分配整形装置をオフし、前記レーザ発振器が次にオンされ、前記レーザビームのエネルギが立ち上がるまでの遅れ時間が経過した後、前記レーザビームのエネルギが上昇しピークに達する前に他方のビーム分配整形装置をオンし、前記レーザ発振器がオフされる時刻に前記他方のビーム分配整形装置をオフにすることにより波形を整形したレーザ光を供給する制御手段とを備えていることを特徴とする。
また、請求項５の発明は、１個のレーザ発振器から出力されるレーザ光を複数の加工ヘッドに供給するレーザ加工機において、前記レーザ光の光路に直列に配置され、前記加工ヘッドの数と同数のレーザ光の光路を偏向可能な第１及び第２の音響光学方式のビーム分配整形装置と、前記第１及び第２のビーム分配整形装置をそれぞれ独立して制御し、複数の加工ヘッドに前記レーザ光を出射するレーザ発振器がオンとなり、レーザビームのエネルギが立ち上がるまでの遅れ時間が経過した後、前記レーザビームのエネルギが上昇しピークに達する前にオフ状態にある前記第１及び第２のビーム分配整形装置の内、加工する側の加工ヘッドに前記レーザビームを分配する一方のビーム分配整形装置をオンし、前記レーザ発振器がオフされる時刻に前記一方のビーム分配整形装置をオフし、前記レーザ発振器が次にオンされ、前記レーザビームのエネルギが立ち上がるまでの遅れ時間が経過した後、前記レーザビームのエネルギが上昇しピークに達する前に前記一方又は他方のビーム分配整形装置をオンし、前記レーザ発振器がオフされる時刻に前記オンされた一方又は他方のビーム分配整形装置をオフにすることにより波形を整形したレーザ光を供給する制御手段とを備えていることを特徴とする。
更に、請求項６の発明は、１個のレーザ発振器から出力されるレーザ光を複数の加工ヘッドに供給するレーザ加工機において、前記レーザ光の光路に直列に配置され、前記加工ヘッドの数と同数のレーザ光の光路を偏向可能な第１及び第２の音響光学方式のビーム分配整形装置と、前記第１及び第２のビーム分配整形装置をそれぞれ独立して制御し、複数の加工ヘッドに前記レーザ光を出射するレーザ発振器がオンとなり、レーザビームのエネルギが立ち上がるまでの遅れ時間が経過した後、前記レーザビームのエネルギが上昇しピークに達する前にオフ状態にある前記第１及び第２のビーム分配整形装置の内、最初に加工する加工ヘッドに前記レーザビームを分配する一方のビーム分配整形装置を所定期間だけオンした後オフし、次いで、次に加工する加工ヘッドに前記レーザビームを分配する他方のビーム分配整形装置をオンし、前記レーザ発振器がオフされる時刻までに前記他方のビーム分配整形装置をオフして波形を整形したレーザ光を供給する制御手段とを備えていることを特徴とする。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図示の実施の形態に基づいて説明する。
【００２６】
図１は本発明に係るレーザ加工機の構成図であり、図８と同じものまたは同一機能のものは同一符号を付して説明を省略する。電源・コントローラ２０は、レーザ発振器１の制御および電力供給を行う。ビーム分配整形装置２１ａ、２１ｂは、パルスビーム２の光路に対し、所定の角度を持たせて配置されている。電源・コントローラ２２ａ、２２ｂは、ビーム分配整形装置２１ａ、２１ｂの制御および電力供給を行う。ＮＣ装置２３は、電源・コントローラ２０、２２ａ、２２ｂ、ガルバノミラー５ａ〜５ｄおよびテーブル９の図示を省略した駆動装置等を制御する。ビーム分配整形装置２１ａ、２１ｂからはレーザビーム２３〜２５がそれぞれ出力される。２６は集熱装置である。
【００２７】
図２はビーム分配整形装置２１ａ、２１ｂの構成図である。ビーム分配整形装置２１ａ、２１ｂは、トランスデューサ３０ａ（３０ｂ）と、結晶媒体（例えばゲルマニウム）３１ａ（３１ｂ）とで構成されている。後述するように、ビーム分配整形装置２１ａ、２１ｂの内部には、位相格子波面３２ａ（３２ｂ）が形成される。
【００２８】
先ず、ビーム分配整形装置２１ａ、２１ｂの動作を説明する。なお、ビーム分配整形装置２１ａ、２１ｂは同じ構造であるから、ここでは添字ａ、ｂを省略して説明する。
【００２９】
トランスデューサ３０に所定の超音波発生電圧を印加すると、結晶媒体３１内には矢印Ｙ方向に進行する音響弾性波が発生し、光弾性効果により結晶媒体３１の内部には超音波と同じ間隔をもつ位相格子波面３２が形成され、屈折率が変化する。そして、レーザ光が位相格子波面３２に対してブラグ条件（ｃｏｓθ＝λ／２Λ、ただし、λはレーザ波長、Λは位相格子間隔）を満足する角度θで入射すると、出射角度が−θの透過反射光Ｊ（１次回折光）が出射する。また、トランスデューサ３０に超音波発生電圧を印加しない場合は結晶媒体３１を直進した透過光Ｐ（出射角度が０の０次回折光）が出射する。
【００３０】
なお、結晶体３１の屈折率により、入射光、透過光Ｐおよび透過反射光Ｊの光路は、結晶体３１の内部でずれるが、このずれ量は小さく、また固定値であるため、図では省略してある。また、超音波発生電圧を印加してから位相格子波面３２が形成されるまでの時間および超音波発生電圧の印加を停止してから位相格子波面３２が消失するまでの時間は、それぞれ１μｓ以下である。
【００３１】
本実施の形態では、レーザ発振器１としてＣＯ２レーザ発振器を、結晶媒体３１としてゲルマニウムを、トランスデューサ３０として表面弾性波結晶ＬｉＮｂＯ３をそれぞれ使用する。この場合、超音波周波数は４０ＭＨｚであり、この時のθはレーザ波長が１０．６μｍの場合は２．２度、またレーザ波長が９．４μｍの場合は１．９５度である。そして、形成される位相格子波面３２がレーザ発振器１の光軸に対してθになるように、ビーム分配整形装置２１ａ、２１ｂを配置してある。
【００３２】
次に、本実施の形態の動作を、サイクル加工の場合について説明する。
【００３３】
図３はサイクル加工を行う場合の各部のタイミングチャートである。図で、（ａ）はレーザ発振器の起動信号を、（ｂ）はレーザビーム２のエネルギを、（ｃ）はビーム分配整形装置２１ｂの起動信号を、（ｄ）はレーザビーム２３のエネルギを、（ｅ）はガルバノミラー５ａ、５ｂの位置決め信号を、（ｆ）はビーム分配整形装置２１ａの起動信号を、（ｇ）はレーザビーム２４のエネルギを、（ｈ）はガルバノミラー５ｃ、５ｄの位置決め信号を、（ｊ）はレーザビーム２５のエネルギをそれぞれ示している。
【００３４】
ＮＣ装置７は、期間ＴＰ１（時刻ｔ０から時刻ｔ２までおよび時刻ｔ６から時刻ｔ８まで）および期間ＴＰ２（時刻ｔ３から時刻ｔ５までおよび時刻ｔ９から時刻ｔ１１まで）にレーザ発振器１をオンする。レーザビーム２のエネルギは、期間ＴＰ１および期間ＴＰ２が開始されてから遅れ期間ＴＤＬ経過後徐々に増加し、期間ＴＲが経過するとピーク値ＷＰになる。そして、期間ＴＰ１および期間ＴＰ２が終了してから徐々に減衰し、期間ＴＤ経過後０になる。
【００３５】
ビーム分配整形装置２１ａは、レーザビーム２のエネルギがほぼピーク値ＷＰになる時刻ｔ１および時刻ｔ７からレーザ発振器１がオフされる時刻ｔ２および時刻ｔ８の間オンされる。レーザビーム２３はビーム分配整形装置２１ａがオンされている間出力される。ガルバノミラー５ａ、５ｂはビーム分配整形装置２１ａがオンされている期間を除いて動作する。
【００３６】
ビーム分配整形装置２１ｂはレーザビーム２のエネルギがほぼピーク値ＷＰになる時刻ｔ４および時刻ｔ１０からレーザ発振器１がオフされる時刻ｔ５および時刻ｔ１１の間オンされる。レーザビーム２４はビーム分配整形装置２１ｂがオンされている間出力される。ガルバノミラー５ｃ、５ｄはビーム分配整形装置２１ｂがオンされている期間を除いて動作する。
【００３７】
次に、図１および図１の部分平面図である図４により、レーザビーム２の経路を説明する。
【００３８】
（１）時刻ｔ０から時刻ｔ１まで：
レーザビーム２はビーム分配整形装置２１ａ、２１ｂの両者を透過し、レーザビーム２５が集熱装置２６に入射して熱に換えられる。
【００３９】
（２）時刻ｔ１から時刻ｔ２までの（期間ＴＷ１）：
図４（ａ）に示すように、レーザビーム２は、ビーム分配整形装置２１ｂで光路が偏向し、レーザビーム２３がガルバノミラー５ａに入射し、ガルバノミラー５ａ、５ｂで定まる光路を通り、集光レンズ６ａで集光され、スキャン領域１０ａ内に穴を加工する。
【００４０】
（３）時刻ｔ２から時刻ｔ４まで：
レーザビーム２はビーム分配整形装置２１ａ、２１ｂの両者を透過し、レーザビーム２５として集熱装置２６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。
【００４１】
（４）時刻ｔ４から時刻ｔ５まで（期間ＴＷ２）：
図４（ｂ）に示すように、レーザビーム２はビーム分配整形装置２１ａで光路が偏向し、レーザビーム２４がガルバノミラー５ｃに入射し、ガルバノミラー５ｃ、５ｄで定まる光路を通り、集光レンズ６ｂで集光され、スキャン領域１０ｂ内に穴を加工する。
【００４２】
上記したように、スキャン領域１０ａ、１０ｂ内の加工においては、ガルバノミラー５ａ〜５ｄの位置決めに要する時間（期間ＴＧ）が最も長いから、期間ＴＷ１と次の期間ＴＷ１との間隔および期間ＴＷ２と次の期間ＴＷ２との間隔を、それぞれ期間ＴＧになるようにすると加工時間を短くできる。
【００４３】
以下、加工プログラムに基づいて、レーザビーム２３およびレーザビーム２４を交互あるいはランダムに発生させて、スキャン領域１０ａ、１０ｂ内の加工を行う。スキャン領域１０ａ、１０ｂ内の加工が終了したら、テーブル９を移動させ、次のスキャン領域１１ａ、１１ｂ内の加工を行う。
【００４４】
本実施の形態では、レーザビーム２のエネルギがほぼピークに達した期間で加工を行うから、穴の品質が均一になる。
【００４５】
また、立上り期間ＴＲおよび立ち下がり期間ＴＤの影響を受けないから加工エネルギ量の制御を正確に行うことができ、穴の品質が均一になる。
【００４６】
さらに、音響光学方式のビーム分配整形装置では、起動、停止速度が１μｓ以下であるから、従来不可能であったパルス幅ＴＷ１（あるいはＴＷ２）が１〜１５μｓの加工を行うことができる。
【００４７】
また、一方のヘッドで加工している間に他方のガルバノミラーの位置決めを行うことにより、１個のビームパルスを１個のヘッドに供給でき、従来ガルバノミラーを動作させることができなかった立上り期間ＴＲおよび立ち下がり期間ＴＤもガルバノミラーを動作させることができる。したがって、レーザ発振器の待ち時間を少なくでき、レーザ発振器の稼働率を向上させることができる。しかも、レーザ発振器の容量は、従来と同じでよい。
【００４８】
さらに、それぞれのパルス期間を変えることができるから、スキャン領域１０ａとスキャン領域１０ｂ内の加工する穴の径が異なる場合、あるいは加工する穴の数が異なる場合も加工ができる。
【００４９】
また、ヘッドの数だけビーム分配整形装置を準備すれば良く、ヘッドの数を任意の数にすることができる。
【００５０】
〔加工例〕
以下本発明を適用して多ヘッド化した場合の具体的な穴明け速度について説明する。
【００５１】
同一形状の穴を１ヘッドで加工する場合（すなわち、ＴＰ＝ＴＰ１＝ＴＰ２、ＴＷ＝ＴＷ１＝ＴＷ２）、加工する穴の数をＡ、１穴当たりに必要なパルス数をｎとすると、バースト加工の加工時間ＴＢは、
ＴＢ＝Ａ（ＴＧ＋（ｎ−１）ＴＰ＋ＴＷ）
であり、またサイクル加工の加工時間ＴＣは、
ＴＣ＝Ａｎ（ＴＧ＋ＴＷ）
である。そして、ヘッド数がＭ、テーブル位置決め時間がＴＸＹ、テーブルの移動回数がＢ回の場合、バースト加工の加工時間ＴＢＭは、
ＴＢＭ＝(ＴＢ＋ＢＴＸＹ)／Ｍ
であり、サイクル加工の加工時間ＴＣＭは、
ＴＣＭ＝(ＴＣ＋ＢＴＸＹ)／Ｍ
である。
【００５２】
次に、ＴＷ＝０．０１ｍｓ、ｎ＝３パルス／穴で、大きさが５００ｍｍ×３５０ｍｍのプリント基板に穴数Ａを加工する場合の加工時間の計算例を説明する。なお、ガルバノスキャン領域は５０ｍｍ×５０ｍｍ（テーブルの移動回数は７０回）、また、ガルバノミラー位置決め時間ＴＧは２ｍｓ、テーブル位置決め時間ＴＸＹは２００ｍｓ、レーザ発振器の最大パルス周波数は３ＫＨｚ（最小パルス周期０．３３ｍｓ）であるとする。
【００５３】
（１）ダイレクト法でバースト加工をする場合（図５参照）：
（ｂ１）ヘッド数Ｍが２であり、それぞれの加工周期を１ｍｓとする場合、図５（ａ）に示すように、ヘッド１の２パルス目と３パルス目の間にヘッド２の１パルス目を配置すると、それぞれのヘッドは加工パルス周期ＴＰ＝１．０ｍｓ（周波数１ＫＨｚ）で加工できる。なお、ヘッド１の２パルス目と３パルス目の期間におけるレーザパルスの周期は０．５ｍｓである。
【００５４】
従って、Ａ＝１０，０００の場合は、ＴＭＢ＝Ｔ２Ｂ＝２７．１秒（穴明け速度３６９穴／秒、２２，１４０穴／分）、また、Ａ＝２０，０００の場合は、Ｔ２Ｂ＝４７．１秒（穴明け速度４２４穴／秒、２５，４４０穴／分）で加工が終了する。
【００５５】
（ｂ２）ヘッド数Ｍが２であり、それぞれの加工パルス周期を０．５ｍｓとする場合、図５（ｂ）に示すように、一方のヘッドが加工している期間中に他方のヘッドを位置決めすることにより、加工パルス周期ＴＰ＝０．５ｍｓ（周波数２ＫＨｚ）で加工することができる。
【００５６】
従って、Ａ＝１０，０００の場合は、Ｔ２Ｂ＝２２．１秒（４５３穴／秒、２７，１８０穴／分）、Ａ＝２０，０００の場合は、Ｔ２Ｂ＝３７．１秒（５３９穴／秒、３２，３４０穴／分）で加工できる。
【００５７】
（ｂ３）ヘッド数Ｍが２であり、それぞれの加工パルス周期を０．３３ｍｓとする場合、Ａ＝１０，０００の場合は、Ｔ２Ｂ＝２０．４秒（４９０穴／秒、２７，４００穴／分）、また、Ａ＝２０，０００の場合は、Ｔ２Ｂ＝３３．８秒（５９２穴／秒、３５，５２０穴／分）で加工が終了する。
【００５８】
なお、図５（ｃ）に示すように、加工パルス周期を０．３３ｍｓとする場合、ヘッド数Ｍを３とし、ガルバノ周期を２．３３ｍｓにしていずれかのヘッドが加工している期間中に他の２個のヘッドを位置決めすることにより、加工パルス周期ＴＰ＝０．３３ｍｓ（周波数３ＫＨｚ）の加工が可能になる。
【００５９】
従って、Ａ＝１０，０００の場合は、Ｔ３Ｂ＝１４．７秒（６８０穴／秒、４０８００穴／分）、また、Ａ＝２０，０００の場合は、Ｔ３Ｂ＝２４．７秒（８０９穴／秒、４８，５４０穴／分）で加工が終了する。
【００６０】
コンフォーマルマスク法でサイクル加工をする場合（図６参照）：
（ｃ１）ヘッド数Ｍが２である場合、図６（ａ）に示すように、レーザパルスの周期を１ｍｓにすることにより、ヘッド１とヘッド２で交互に加工することができる。
【００６１】
従って、Ａ＝１０，０００の場合は、Ｔ２Ｃ＝３７．２秒（２６９穴／秒、１６１４０穴／分）、また、Ａ＝２０，０００の場合は、Ｔ２Ｃ＝６７．３秒（２９７穴／秒、１７，８２０穴／分）である。
【００６２】
（ｃ２）ヘッド数Ｍが３である場合、図６（ｂ）に示すように、レーザパルスの周期を０．６７ｍｓにすることにより、それぞれのヘッドを交互に加工することができる。
【００６３】
従って、Ａ＝１０，０００の場合は、Ｔ３Ｂ＝２４．８秒（４０３穴／秒、２４，１８０穴／分）、また、Ａ＝２０，０００の場合は、Ｔ３Ｂ＝４４．９秒（４４５穴／秒、２６，７００穴／分）であり、最大穴明け速度は２７，５５０穴である。
【００６４】
（ｃ３）４ヘッドの場合、図６（ｃ）に示すように、レーザパルスの周期を０．５ｍｓにすることにより、ヘッド１〜４を交互に加工することができる。
【００６５】
従って、Ａ＝１０，０００の場合は、Ｔ４Ｂ＝１８．６秒（５３８穴／秒、３２，２８０穴／分）、Ａ＝２０，０００の場合は、Ｔ４Ｂ＝３３．７秒（５９４穴／秒、３５，６４０穴／分）である。
【００６６】
（ｃ４）６ヘッドの場合、図７に示すように、レーザパルスの周期を０．３３ｍｓ（周波数３．０ＫＨｚ）にすることにより、それぞれのヘッドを交互に加工することができる。
【００６７】
従って、Ａ＝１０，０００の場合は、Ｔ６Ｂ＝１２．４秒（８０８穴／秒、４８，４２０穴／分）、また、Ａ＝２０，０００穴の場合は、Ｔ６Ｂ＝２２．４秒（８９１穴／秒、５３，４６０穴／分）である。
【００６８】
ところで、上記図３では、期間ＴＷ１あるいは期間ＴＷ２のレーザエネルギを総て加工部に供給する場合について説明したが、期間ＴＷ１あるいは期間ＴＷ２を時分割し、レーザエネルギの一部を加工部に供給するするようにしてもよい。
【００６９】
図８は、本発明に係る他の実施の形態のバースト加工における各部のタイミングチャートである。なお、レーザ加工機の構成は上記図１と同じである。図で、（ａ）はレーザ発振器の起動信号を、（ｂ）はビーム分配整形装置２１ｂの起動信号を、（ｃ）はガルバノミラー５ａ、５ｂの位置決め信号を、（ｄ）はビーム分配整形装置２１ａの起動信号を、（ｅ）はガルバノミラー５ｃ、５ｄの位置決め信号を、（ｆ）はレーザビーム２のエネルギをそれぞれ示している。
【００７０】
ＮＣ装置７は、期間ＴＰ１（時刻ｔ０から時刻ｔ２まで）、期間ＴＰ２（時刻ｔ３から時刻ｔ５まで）および期間ＴＰ３（時刻ｔ６から時刻ｔ８まで）にレーザ発振器１をオンする。レーザビーム２のエネルギは、期間ＴＰ１、期間ＴＰ２および期間ＴＰ３が開始されてから遅れ期間ＴＤＬ経過後徐々に増加し、期間ＴＲが経過するとピーク値ＷＰになる。そして、期間ＴＰ１、期間ＴＰ２および期間ＴＰ３が終了してから徐々に減衰し、期間ＴＤ経過後（ここでは、時刻ｔ３、ｔ６の直前および期間ＴＧ中に）０になる。
【００７１】
ビーム分配整形装置２１ａは、レーザビーム２のエネルギがほぼピーク値ＷＰになる時刻ｔ１、ｔ４、および時刻ｔ７から期間ＴＷ１１（例えば０．０２ｍｓ）だけオンされる。また、ビーム分配整形装置２１ｂは、期間ＴＷ１１が経過後、さらに期間ＴｄＷが経過した時から期間ＴＷ２１（例えば０．０２ｍｓ）だけオンされる。ここでは、期間ＴＷ２１の終了時が時刻ｔ２、ｔ４、ｔ８と一致するようになっている。そして、時刻ｔ８からの期間ＴＧにガルバノミラー５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄを次の加工位置に位置決めした後、上記の動作を繰り返す。この実施の形態では、ガルバノミラー５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄの位置決めを同時に行うから、ガルバノミラーの位置決め制御が容易になる。また、レーザ発振器１の出力周波数を一定にした状態で加工部に供給するレーザパルスの周波数を高くできる。
【００７２】
図９は、本発明に係る他の実施の形態のサイクル加工における各部のタイミングチャートである。なお、レーザ加工機の構成は上記図１と同じである。図で、（ａ）はレーザ発振器の起動信号を、（ｂ）はビーム分配整形装置２１ｂの起動信号を、（ｃ）はガルバノミラー５ａ、５ｂの位置決め信号を、（ｄ）はビーム分配整形装置２１ａの起動信号を、（ｅ）はガルバノミラー５ｃ、５ｄの位置決め信号を、（ｆ）はレーザビーム２のエネルギをそれぞれ示している。
【００７３】
ＮＣ装置７は、期間ＴＰ１（時刻ｔ０から時刻ｔ２まで）にレーザ発振器１をオンする。レーザビーム２のエネルギは、期間ＴＰ１が開始されてから遅れ期間ＴＤＬ経過後徐々に増加し、期間ＴＲが経過するとピーク値ＷＰになる。そして、期間ＴＰ１が終了してから徐々に減衰し、期間ＴＧ中の期間ＴＤ経過後０になる。
【００７４】
ビーム分配整形装置２１ａは、レーザビーム２のエネルギがほぼピーク値ＷＰになる時刻ｔ１から期間ＴＷ１１（例えば０．０２ｍｓ）だけオンされる。また、ビーム分配整形装置２１ｂは、期間ＴＷ１１が経過後、さらに期間ＴｄＷが経過した時から期間ＴＷ２１（例えば０．０２ｍｓ）だけオンされる。ここでは、期間ＴＷ２１の終了時が時刻ｔ２と一致するようになっている。そして、時刻ｔ２からの期間ＴＧにガルバノミラー５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄを次の加工位置に位置決めした後、上記の動作を繰り返す。この実施の形態の場合も、ガルバノミラー５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄの位置決めを同時に行うから、ガルバノミラーの位置決め制御が容易になる。
【００７５】
なお、例えば期間ＴＰ１における時刻ｔ１から時刻ｔ２の間にレーザビーム２３とレーザビーム２４の両者を出力させる場合、レーザビーム２３のエネルギは、分配整形装置２１ｂにおけるエネルギロスによりレーザビーム２４のエネルギよりも僅かではあるが小さくなる。そこで、ヘッド７ａとヘッド７ｂで加工内容が同じ穴を加工する場合は、期間ＴＷ２１を期間ＴＷ１１よりも長くし、加工部に供給するエネルギの総量が同じになるようにしてもよい。また、トランデューサ３０ａ，３０ｂの出力電圧を制御することにより、レーザビーム２３，２４のエネルギの大きさを変えてもよい。
【００７６】
そして、この他の実施の形態においても、レーザビーム２のエネルギがほぼピークに達した期間で加工を行うから、穴の品質が均一になる。
【００７７】
また、立上り期間ＴＲおよび立ち下がり期間ＴＤの影響を受けないから加工エネルギ量の制御を正確に行うことができ、穴の品質が均一になる。
【００７８】
さらに、音響光学方式のビーム分配整形装置では、起動、停止速度が１μｓ以下であるから、従来不可能であったパルス幅ＴＷ１（あるいはＴＷ２）が１〜１５μｓの加工を行うことができる。
【００７９】
また、時分割する場合にも、それぞれのパルス期間を任意に設定できるから、スキャン領域１０ａとスキャン領域１０ｂ内の加工する穴の径が異なる場合、あるいは加工する穴の数が異なる場合も加工ができる。
【００８０】
また、ヘッドの数だけビーム分配整形装置を準備すれば良く、ヘッドの数を任意の数にすることができる。
【００８１】
また、上記いずれの場合も、ビーム分配整形装置の入射角と透過反射角を同じにしたが、ヘッドの数と同数の複数のトランスデューサを互いに位相をずらして配置したデフレクターを使用し、超音波印加レベルを切り換えることにより、超音波面を回転方向にシフトさせ、入射角一定でＮ本の出射角θN（θN＝λΔＦ／Ｖ、ΔＦ：超音波周波数、Ｖ：超音波伝播速度）の透過反射光を出射させるようにしてもよい。
【００８２】
また、ビーム分配整形装置によりレーザパルスを整形し、ポリゴンミラーにより光路を偏向させるようにしてもよい。
【００８３】
さらに、上記ではＣＯ２レーザ加工を例に説明したが、光学系の材質と、音響光学装置をレーザの波長に応じたものを使用すれば、他の波長のレーザにも適用することができる。
以上説明したように、本実施形態によれば、レーザ光の光路を偏向可能な光路偏向手段をレーザ光の光路に配置し、前記光路偏向手段により加工部に入力するレーザエネルギを制御し、レーザビームのエネルギがほぼピークに達した期間で加工をするから、立上り期間ＴＲおよび立ち下がり期間ＴＤの影響を受けることがなく、また、加工エネルギ量の制御を正確に行うことができる。この結果、品質の優れる穴を加工することができる。
さらに、一方のヘッドで加工している間に他方のガルバノミラーの位置決めを行うことにより、１個のビームパルスを１個のヘッドに供給でき、従来ガルバノミラーを動作させることができなかった立上り期間ＴＲおよび立ち下がり期間ＴＤもガルバノミラーを動作させることができるから、レーザ発振器の待ち時間を少なくでき、レーザ発振器の稼働率を向上させることができる。
また、それぞれのパルス期間を変えたり、パルス期間をさらに時分割することにより、ヘッド毎のスキャン領域内の加工する穴の径が異なる場合、あるいは加工する穴の数が異なる場合も加工が容易である。また、ヘッドの数も任意の数にすることができる。
【００８４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、レーザ発振器を有効に活用すると共に、加工エネルギを正確に制御することにより品質の優れた穴を加工することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るレーザ加工機の構成図である。
【図２】ビーム分配整形装置の構成図である。
【図３】本発明に係るサイクル加工を行う場合の各部のタイミングチャートである。
【図４】図１の部分平面図である。
【図５】本発明に係るダイレクト法でバースト加工をする場合の加工例である。
【図６】本発明に係るコンフォーマルマスク法でサイクル加工をする場合の加工例である。
【図７】本発明に係るコンフォーマルマスク法でサイクル加工をする場合の加工例である。
【図８】本発明に係るバースト加工における各部のタイミングチャートである。
【図９】本発明に係るサイクル加工における各部のタイミングチャートである。
【図１０】従来のレーザ加工機の構成図である。
【図１１】従来のサイクル加工における各部のタイミングチャートである。
【符号の説明】
１  レーザ発振器
２  レーザビーム
７ａ、７ｂ  ヘッド
２１ａ、２１ｂ  ビーム分配整形装置
【図１】
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【図２】
0003945951.tif 000003
【図３】
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【図４】
0003945951.tif 000005
【図５】
0003945951.tif 000006
【図６】
0003945951.tif 000007
【図７】
0003945951.tif 000008
【図８】
0003945951.tif 000009
【図９】
0003945951.tif 000010
【図１０】
0003945951.tif 000011
【図１１】
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