(57)【要約】【課題】所望の形状の貫通孔をより安定に形成することが可能な貫通孔形成装置を提供する。【解決手段】レーザ光照射と電極間放電を組み合わせて、被加工体に第１の表面から第２の表面に至る複数の貫通孔を形成する貫通孔形成装置であって、被加工体の第１の表面にレーザ光を照射するレーザ光源と、前記被加工体の第１の表面の側に配置される、略針状の先端を有する第１の電極と、前記被加工体の第２の表面の側に配置される第２の電極と、前記第１の電極または前記第２の電極と電気的に接続された半導体スイッチであって、オンになった際に、前記第１および第２の電極間に放電が発生する半導体スイッチと、を有する、貫通孔形成装置。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光照射と電極間放電を組み合わせて、被加工体に第１の表面から第２の表面に至る複数の貫通孔を形成する貫通孔形成装置であって、
被加工体の第１の表面にレーザ光を照射するレーザ光源と、
前記被加工体の第１の表面の側に配置される、略針状の先端を有する第１の電極と、
前記被加工体の第２の表面の側に配置される第２の電極と、
前記第１の電極または前記第２の電極と電気的に接続された半導体スイッチであって、オンになった際に、前記第１および第２の電極間に放電が発生する半導体スイッチと、
を有する、貫通孔形成装置。
【請求項２】
前記第２の電極は、略板状であり、前記被加工体の第２の表面の少なくとも一部と接触する、請求項１に記載の貫通孔形成装置。
【請求項３】
前記被加工体はガラス基板を有する、請求項１または２に記載の貫通孔形成装置。
【請求項４】
前記被加工体は、前記第１および／または前記第２の表面に設置された保護フィルムを有する、請求項１乃至３のいずれか一つに記載の貫通孔形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ光照射と電極間放電を組み合わせて、絶縁基板に第１の表面から第２の表面に至る複数の貫通孔を形成する貫通孔形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザ光照射と電極間放電を組み合わせて、絶縁基板に複数の貫通孔を形成する技術が知られている。例えば、特許文献１には、レーザ光照射により絶縁基板の所定の部分を溶融させた後、電極間放電現象により、該溶融部分の絶縁材料を除去し、絶縁基板に貫通孔を形成する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第ＷＯ２０１３／１２８９９４号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前述のように、レーザ光照射と電極間放電を組み合わせて、絶縁基板に複数の貫通孔を形成する技術が知られている。
【０００５】
しかしながら、従来の貫通孔形成技術では、しばしば、得られる貫通孔の寸法精度が悪く、適正な形状の貫通孔が得られない場合がある。
【０００６】
本発明は、このような背景に鑑みなされたものであり、本発明では、従来に比べて、所望の形状の貫通孔をより安定に形成することが可能な貫通孔形成装置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】
【０００７】
本発明では、レーザ光照射と電極間放電を組み合わせて、被加工体に第１の表面から第２の表面に至る複数の貫通孔を形成する貫通孔形成装置であって、
被加工体の第１の表面にレーザ光を照射するレーザ光源と、
前記被加工体の第１の表面の側に配置される、略針状の先端を有する第１の電極と、
前記被加工体の第２の表面の側に配置される第２の電極と、
前記第１の電極または前記第２の電極と電気的に接続された半導体スイッチであって、オンになった際に、前記第１および第２の電極間に放電が発生する半導体スイッチと、
を有する、貫通孔形成装置が提供される。
【発明の効果】
【０００８】
本発明では、従来に比べて、所望の形状の貫通孔をより安定に形成することが可能な貫通孔形成装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施例による貫通孔形成装置の構成を概略的に示した図である。
【図２】放電トリガースイッチとしてスパークギャップを使用した場合の、スイッチオンから電極間放電発生までの電圧変化の一例を示した図である。
【図３】放電トリガースイッチとして半導体スイッチを使用した場合の、スイッチオンから電極間放電発生までの電圧変化の一例を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図１を参照して、本発明の一実施形態について説明する。
【００１１】
図１には、本発明の一実施形態による貫通孔形成装置（以下、「第１の貫通孔形成装置」と称する）の一例を概略的に示す。第１の貫通孔形成装置は、例えば絶縁基板を有する被加工体に、１または２以上の貫通孔を形成する際に使用される装置である。
【００１２】
図１に示すように、第１の貫通孔形成装置１００は、レーザ光源１１０と、直流高電圧電源１２５と、第１の電極１４０と、第２の電極１４５と有する。
【００１３】
第１の電極１４０は、導体１５０を介して、直流高電圧電源１２５と接続される。また、第２の電極１４５は、導体１５５を介して、直流高電圧電源１２５と接続される。第１の電極１４０と直流高電圧電源１２５との間には、スイッチ１６０が配置される。
【００１４】
スイッチ１６０は、「オン」（または閉。以下同じ）となることで、第１の電極１４０と直流高電圧電源１２５の間の接続を形成することができる。従って、スイッチ１６０がオンになった際には、第１の電極１４０と第２の電極１４５の間に、大きな電圧が印加され、これにより、両電極１４０、１４５間で、放電を発生させることができる。
【００１５】
なお、図１の例では、第１の電極１４０と第２の電極１４５は、形状および配置形態が異なっている。すなわち、第１の電極１４０は、針状の形状を有し、被加工体１９０から離して配置されている。これに対して、第２の電極１４５は、略平板状の形状を有し、被加工体１９０の直下に、被加工体１９０と接するように配置されている。第２の電極１４５は、被加工体１９０を置載するステージとしての機能を兼ねることができる。
【００１６】
ただし、これは、単なる一例であって、例えば、第２の電極１４５は、被加工体１９０の底面側に、被加工体１９０から離して配置してもよい。また、第２の電極１４５は、第１の電極１４０と同様の針状の形状を有してもよい。この場合、第１の電極１４０と、被加工体１９０を挟んで対向する位置にある第２の電極との間で、一組の電極対が構成される。
【００１７】
被加工体１９０は、例えばガラス基板などど絶縁基板を有しても良い。また、被加工体１９０は、第１の表面（第１の電極１４０側の表面）および／または第２の表面（第２の電極１４５側の表面）に、保護フィルム（図示されていない）を有しても良い。
【００１８】
このような第１の貫通孔形成装置１００を用いて、被加工体１９０に貫通孔を形成する際には、まず、被加工体１９０が両電極１４０、１４５の間に配置される。さらに、第２の電極１４５（または別個のステージ）を水平方向に移動させることにより、被加工体１９０が所定の位置に配置される。
【００１９】
次に、レーザ光源１１０から被加工体１９０に向かって、レーザ光１１３が照射される。これにより、被加工体１９０のレーザ光１１３の照射位置１８３の温度が局部的に上昇して絶縁材料が昇華し、ここに貫通孔１８５が形成される。
【００２０】
貫通孔１８５の形成後、スイッチ１６０がオンとなり、直流高電圧電源１２５を介して両電極１４０、１４５間に直流高電圧が印加される。これにより、両電極１４０、１４５間において、放電が生じる。放電は、貫通孔１８５を介して生じる傾向にある。これは、この位置では、抵抗が他の部分よりも低くなっているためである。
【００２１】
放電の発生により、貫通孔１８５内に形成され得る「ネッキング」が低減され、貫通孔１８５の形状が整えられる。ここで、「ネッキング」とは、貫通孔内に形成された狭窄部を意味する。
【００２２】
以降、同様の工程を繰り返すことにより、被加工体１９０に複数の貫通孔を形成することができる。
【００２３】
ここで、このような貫通孔形成装置において、電極間放電を開始させる際に使用されるスイッチ１６０として、スパークギャップを適用することが考えられる。
【００２４】
通常、スパークギャップは、一組の電極と、該一組の電極の間に配置されたスパークプラグとを有する。スパークプラグが放電した際に、両電極間に電流が流れ、閉回路が形成される。従って、スパークプラグは、貫通孔形成装置の第１の電極と第２の電極の間で放電を発生させるトリガースイッチとして利用できると考えられる。
【００２５】
しかしながら、放電のトリガースイッチとして、スパークギャップを使用した場合、貫通孔の品質に問題が生じる可能性がある。
【００２６】
これは、スパークギャップは、比較的動作が遅く、すなわち指令を出してから動作が開始されるまでの「タイムラグ」が比較的長くなるという特性を有するためである。また、スパークギャップには、動作毎のタイムラグのばらつきが比較的大きいという特性もある。
【００２７】
特に、貫通孔形成装置において、第１および第２の電極間の放電のタイミングは、貫通孔の性状に極めて大きな影響を及ぼす。例えば、放電のタイミングが目標とするタイミングよりも早すぎると、レーザ光１１３の照射によって形成される貫通孔のネッキングが放電過程で十分に除去できなくなる。そのため、最終的に、大きなネッキング部を有する貫通孔が形成されてしまう。一方、放電のタイミングが目標とするタイミングよりも遅くなると、今度は、貫通孔の周囲にクラックが発生しやすくなってしまう。
【００２８】
さらに、スパークギャップは、寿命が比較的短い（約１０００万個程度の貫通孔の穿孔にしか使用できない）上、それ以上使用すると、放電発生タイミングが極端に早くなってしまうという問題がある。
【００２９】
このように、スパークギャップを使用した場合、貫通孔の品質の問題が顕在化してしまう可能性がある。
【００３０】
これに対して、第１の貫通孔形成装置１００では、スイッチ１６０として、半導体スイッチが使用される。
【００３１】
半導体スイッチは、動作が速やかであり、すなわち指令を出してから動作が開始されるまでのタイムラグが少ないという特徴を有する。また、半導体スイッチは、タイムラグのばらつきが小さいという特徴を有する。
【００３２】
従って、第１の貫通孔形成装置１００において、放電のトリガー用のスイッチ１６０として、半導体スイッチを使用した場合、放電発生のタイミングを安定化させることが可能となり、所望のタイミングでより確実に放電を開始させることができるようになる。その結果、貫通孔内に大きなネッキング部が残留したり、貫通孔の周囲にクラックが発生したりするという問題を、有意に抑制または回避することができる。
【００３３】
このような効果により、第１の貫通孔形成装置１００では、所望の形状の貫通孔１８５をより安定に形成することが可能となる。
【００３４】
（スイッチ１６０の具体的挙動について）
次に、図２および図３を参照して、第１の貫通孔形成装置において、放電トリガー用のスイッチ１６０としてスパークギャップおよび半導体スイッチのそれぞれを使用した場合の、具体的挙動の差異について説明する。
【００３５】
図２には、貫通孔形成装置において、スイッチ１６０としてスパークギャップを使用した場合の、スイッチオンから主放電（第１および第２の電極間での放電）発生までの電圧変化の一例を示す。また、図３には、スイッチ１６０として半導体スイッチを使用した場合の、スイッチオンから主放電（第１および第２の電極間での放電）発生までの電圧変化の一例を示す。両図において、横軸は時間を示し（右側に向かって増加する）、縦軸は、加工装置の２つの電極間の電圧変化を示している（下側に向かって増大する）。
【００３６】
図２に示すように、スイッチ１６０として、スパークギャップを使用した場合、スイッチオンの指令を発してから第１および第２の電極間で放電が完了するまでのタイムラグ（図２において矢印で示した時間長さ）は、約１２００ｎｓとなっており、比較的長いことがわかる。
【００３７】
なお、図２には示されていないが、同じ操作を数回実施したところ、このタイムラグは、測定毎に大きく変動しており、スパークギャップを使用した場合、タイムラグのばらつきは、比較的大きいことがわかった。
【００３８】
これに対して、図３に示すように、半導体スイッチを使用した場合、タイムラグは、約１００ｎｓ以下となっており、比較的短いことがわかる。
【００３９】
また、図３には示されていないが、同じ操作を数回実施したところ、半導体スイッチの場合、タイムラグは、測定間であまり変化しないことがわかった。このことから、半導体スイッチを使用した場合、タイムラグのばらつきが比較的小さく抑えられることがわかった。
【００４０】
前述のように、貫通孔形成装置において、電極間放電のタイミングは、貫通孔の性状に極めて大きな影響を及ぼす。例えば、放電のタイミングが目標とするタイミングよりも早すぎると、最終的に大きなネッキング部を有する貫通孔が形成されてしまう。一方、放電のタイミングが目標とするタイミングよりも遅くなると、今度は、貫通孔の周囲にクラックが発生しやすくなってしまう。
【００４１】
このため、スイッチ１６０として、遷移時間が比較的長く、遷移時間のばらつきが大きいと言う特性を有するスパークギャップを使用することは好ましくない。
【００４２】
一方、スイッチ１６０として半導体スイッチを使用した場合、遷移時間を比較的短くすることができる上、遷移時間のばらつきも比較的小さく抑えることができる。従って、この場合、前述のような問題が解消または軽減され、所望の形状の貫通孔をより安定に形成することが可能となる。
【００４３】
以上、図１を参照して、第１の貫通孔形成装置１００を例に、本発明の一実施形態について説明した。ただし、本発明の貫通孔形成装置の構成は、これに限られるものではない。
【００４４】
例えば、上記第１の貫通孔形成装置１００では、図１に示すように、スイッチ１６０は、第１の電極１４０と直流高電圧電源１２５の間に配置されている。しかしながら、これとは別の構成として、スイッチ１６０は、第２の電極１４５と直流高電圧電源１２５の間に配置されてもよい。
【００４５】
当業者には、この他にも各種変更が想定される。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本発明は、ガラス基板などの絶縁基板に貫通孔を形成する技術等に利用できる。
【符号の説明】
【００４７】
１００      第１の貫通孔形成装置
１１０      レーザ光源
１１３      レーザ光
１２５      直流高電圧電源
１４０      第１の電極
１４５      第２の電極
１５０      導体
１５５      導体
１６０      スイッチ
１８３      照射領域
１８５      貫通孔
１９０      被加工基板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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