(57)【要約】【課題】複数のヘッド部で同時加工する際に、被加工物全体を加工する時間を小さくして生産性を向上させるレーザ加工装置を提供する。【解決手段】本発明のレーザ加工装置は、レーザ発振装置から射出されたレーザビームを複数に分割するビーム分割手段と、当該分割されたレーザビームの１つを所定の範囲で走査するガルバノスキャナと、当該走査されたレーザビームを収束する集束レンズを備えたヘッド部を複数有し、前記複数のヘッド部を同時に駆動して被加工物に照射することで加工を行うレーザ加工装置であって、前記複数のヘッド部が並ぶ方向を第１の方向とし、前記被加工物上で前記ガルバノスキャナの走査する範囲を前記第１の方向が長辺となる長方形に設定したものである。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ発振装置から射出されたレーザビームを複数に分割するビーム分割手段と、
当該分割されたレーザビームの１つを所定の範囲で走査するガルバノスキャナと、当該走査されたレーザビームを収束する集束レンズを備えたヘッド部を複数有し、
前記複数のヘッド部を同時に駆動して被加工物に照射することで加工を行うレーザ加工装置であって、
前記複数のヘッド部が並ぶ方向を第１の方向とし、
前記被加工物上で前記ガルバノスキャナの走査する範囲を前記第１の方向が長辺となる長方形に設定したレーザ加工装置。
【請求項２】
前記被加工物表面に平行な平面上で前記第１の方向に垂直な方向を第２の方向とし、
前記ガルバノスキャナの前記第１の方向に走査するミラーと前記ｆθの前側焦点までの距離が、前記第２の方向に走査するミラーと前記ｆθの前焦点までの距離より小さく設定した請求項１に記載のレーザ加工装置。
【請求項３】
前記ガルバノスキャナが、前記分割されたレーザビームを、先ず前記第２の方向に捜査し、次に前記第１の方向に操作する請求項２に記載のレーザ加工装置。
【請求項４】
それぞれの前記ヘッド部に対して、前記分割されたレーザビームを前記第２の方向から供給する請求項３に記載のレーザ加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザを照射し被加工物上に穴あけ加工を行うレーザ加工装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、部品の小型化、高集積化、複合モジュール化に伴い、それらの元となる基材の穴あけ加工も小径化し、従来の加工方法では困難になってきた。それらを解決するために、レーザを用いた穴あけ加工が増えてきている。レーザによる穴あけ加工には高い精度が求められるとともに、コスト面の要求で被加工物のシートを大判化し多面取りを行うことで加工時間の短縮が求められている。
【０００３】
この課題に対する従来技術の一例を図を用いて説明する。
【０００４】
図１３は従来技術に係るレーザ加工装置の構成を示す外観斜視図である。
【０００５】
レーザー発振器９０１から出射されたレーザービーム９０２を分岐手段により分岐した各レーザービーム９０２ａ、９０２ｂをそれぞれの走査手段９０４、９０５により被加工物９０７の加工位置に導くと共に、集束手段９０６ａ、９０６ｂにより集束して被加工物９０７上に照射する。
【０００６】
これによって、各レーザービーム９０２ａ、９０２ｂにより被加工物９０７上の所定範囲の加工エリアをレーザー加工し、前記被加工物９０７を前記各集束手段９０６ａ、９０６ｂに対して相対的に移動させて、次の加工エリアを各集束手段９０６ａ、９０６ｂから照射される各レーザービーム９０２ｃ、９０２ｃにより順次レーザー加工していく。
【０００７】
各集束手段９０６ａ、９０６ｂの中心点間の間隔を、被加工物９０７上の全加工エリアの大きさに対応して自動調整する調整手段９１０を有する（例えば、特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０００−２３３２９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
大判化に対して加工時間を短縮するために、ガルバノスキャナと集束レンズを組み合わせた光学系を有するヘッド部を複数個設けて、複数箇所で同時にレーザ穴あけを行う。複数のヘッド部を持つ加工機で加工する場合で、プリント基板１枚に付きヘッド部が１個の場合には、それぞれのヘッド部は同じ加工パターンとすることができる。
【００１０】
しかしながら、従来のレーザ加工装置では、１枚のプリント基板を複数のヘッド部で加工している。係る場合、複数のヘッド部間で加工パターンが一致するとは限らない。むしろ特別な配慮がない限り一致しない場合のほうが多い。このため、複数のスキャンエリア同士で加工穴の数が一致しないという事態が生じる。そのため、いずれかのヘッド部でスキャンエリア内の加工を先に終了しても、他のヘッド部では加工を続けているために、先に終了したヘッド部では他のヘッド部の加工完了を待たなければならない。
【００１１】
このような加工に寄与しない待ち時間は、被加工物全体の加工時間を不要に大きくしてしまい生産性を損なうという問題を生じる。１枚のプリント基板を複数のヘッド部で加工する場合でも係る待ち時間の短縮が望まれていた。
【００１２】
そこで本発明は、以上の問題を解決し、複数のヘッド部で同時加工する際に、被加工物全体を加工する時間を小さくして生産性を向上させることができるレーザ加工装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するために、本発明に係るレーザ加工装置は、レーザ発振装置から射出されたレーザビームを複数に分割するビーム分割手段と、当該分割されたレーザビームの１つを所定の範囲で走査するガルバノスキャナと、当該走査されたレーザビームを収束する集束レンズを備えたヘッド部を複数有し、前記複数のヘッド部を同時に駆動して被加工物に照射することで加工を行うレーザ加工装置であって、前記複数のヘッド部が並ぶ方向を第１の方向とし、前記被加工物上で前記ガルバノスキャナの走査する範囲を前記第１の方向が長辺となる長方形に設定したものである。
【００１４】
また好ましくは、前記被加工物表面に平行な平面上で前記第１の方向に垂直な方向を第２の方向とし、前記ガルバノスキャナの前記第１の方向に走査するミラーと前記ｆθの前側焦点までの距離が、前記第２の方向に走査するミラーと前記ｆθの前焦点までの距離より小さく設定したものである。
【発明の効果】
【００１５】
上記の構成により、本発明に係るレーザ加工装置では、多面取りのパターンに対して第１の方向ではスキャンエリアが大きくカバーするので、各ヘッド部毎のスキャンエリアと多面取りのパターン不一致による加工する穴の数の差が小さくなって、特定のヘッド部の加工待ちの時間が少なくなって、複数のヘッド部で同時加工する際に、被加工物全体を加工する時間を小さくして生産性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【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ブロック図である。
【図２】本発明の実施形態に係るレーザ加工装置のヘッド部と被加工物とレーザビームの方向の関係を説明する部分斜視図である。
【図３】本発明の実施形態に係るヘッド部近傍の構成を示す部分構成図である。
【図４】本発明の実施形態に係る被加工物の多面取りの一例を示すパターン図である。
【図５】本発明の実施形態に係る被加工物に設定したスキャンエリアの一例を示すパターン図である。
【図６】本発明の実施形態に係るガルバノスキャナのミラーとｆθレンズの前焦点の位置関係によるテレセントリックエラーの関係を示した説明図である。
【図７】本発明の実施形態に係るレーザ加工動作を示す短時間のタイムチャートである。
【図８】本発明の実施形態に係る被加工物のパターン個片の一例を示すパターン図である。
【図９】比較のためにスキャンエリアが正方形の場合の作用を説明する図である。
【図１０】比較のためにスキャンエリアが正方形の場合のレーザ加工動作を示す長時間のタイムチャートである。
【図１１】本発明の実施形態に係るスキャンエリアの長辺の方向の作用効果を比較する説明図である。
【図１２】本発明の実施形態に係るレーザ加工動作を示す長時間のタイムチャートである。
【図１３】従来技術に係るレーザ加工装置の構成を示す外観斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。以下の図面においては、同じ構成要素については同じ符号を付しているので説明を省略する場合がある。また、図面中に示されるＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸はそれぞれ直交する方向である。ここで、Ｚ軸は上下にあたる鉛直方向であり、各図の座標軸はそれぞれの視野の方向に対応するように描いている。
【００１８】
（実施の形態１）
＜レーザ加工装置の主要構成＞
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ブロック図である。レーザ加工装置１００は、レーザ発振器１０１と、ビーム整形光学系１０３と、複数のミラー１０４と、ビームスプリッタ１１３と、Ｚボックス１２１と、ガルバノスキャナ１３１と、Ｆθレンズ１４３と、第１のヘッド部１５１〜第４のヘッド部１５４と、被加工物１６２を載置する載置テーブル１７１と、制御部１９０とを備える。
【００１９】
レーザ加工装置１００に備え付けられたレーザ発振器１０１は、制御指令に応じてレーザビーム２０１を射出する。レーザビーム２０１の光路中にはビーム整形光学系１０３が設けられている。ビーム整形光学系１０３はコリメータレンズやアパチャを形成したマスクを有しており、加工する穴径に合わせてレーザビームを整形する。サイズの異なる複数種類のマスクをもち、加工穴径に合わせてマスクを切替える。
【００２０】
整形されたレーザビーム２０１は、複数のミラー１０４で適宜光路を変更する。当該光路中に設置されたビームスプリッタ１１１は、レーザビーム２０１を強度や特性の揃った２つのレーザビームに分割する。分割されたレーザビーム２１１は、更にビームスプリッタ１１２によって、分割された第１のレーザビーム２２１と分割された第２のレーザビーム２２２に分割される。また、分割されたレーザビーム２１２は、同様にビームスプリッタ１１３によって、分割された第３のレーザビーム２２３と分割された第４のレーザビーム２２４に分割される。
【００２１】
複数のミラー１０４は、これらのレーザビームの光路を変えると共に、第１〜第４のレーザビームの光路長を等しくし、特性がばらつくのを防止している。
【００２２】
分割された第１のレーザビーム２２１は第１のヘッド部１５１に導かれる。第１のヘッド部１５１は、ガルバノスキャナ１３１とＦθレンズ１４１を備える。ガルバノスキャナ１３１は、モータに保持されたミラーを２組持ち、ミラーの角度を変えることでレーザ照射方向を偏向する。Ｆθレンズ１４１は、レーザビームを集光し、載置テーブル１７１上にセットされた被加工物１６１の表面に分割された第１のレーザビーム２２１照射する。
【００２３】
分割された第２のレーザビーム２２２は第２のヘッド部１５２に導かれる。第２のヘッド部１５２も、ガルバノスキャナ１３２とＦθレンズ１４２を備えている。第２のヘッド部１５２で偏向・集光された分割された第２のレーザビーム２２２は、被加工物１６１の表面に照射される。第１のヘッド部１５１と第２のヘッド部１５２は、被加工物１６１の表面に対して垂直方向に可動に設置されたＺボックス１２１に設置されている。
【００２４】
同様に、分割された第３のレーザビーム２２３は第３のヘッド部１５３に導かれる。第３のヘッド部１５３も、ガルバノスキャナ１３３とＦθレンズ１４３を備え、分割された第３のレーザビーム２２３を偏向・集光し、被加工物１６２の表面に照射する。また、分割された第４のレーザビーム２２４は第４のヘッド部１５４に導かれる。第４のヘッド部１５４も、ガルバノスキャナ１３４とＦθレンズ１４４を備え、分割された第４のレーザビーム２２４を偏向・集光し、被加工物１６２の表面に照射する。第３のヘッド部１５３と第４のヘッド部１５４は、被加工物１６２の表面に対して垂直方向に可動に設置されたＺボックス１２２に設置されている。
【００２５】
制御部１９０は、制御のためのプログラムや加工のためのデータを内蔵して装置全体の制御を行う。特に、レーザ発振器１０１のレーザ出射指令やガルバノスキャナ１３１〜ガルバノスキャナ１３４の制御指令は、制御部１９０よりタイミングを図って発令される。
【００２６】
なお、本実施形態では上述のように、１つのレーザ発振器から出射されたレーザビームを４つに分割し、同時に、２つの被加工物それぞれに対して２つのヘッド部でレーザ照射して加工を行う装置の構成を、本発明の一例として示している。
【００２７】
次に、本発明のレーザ加工装置の主要な構成要素の位置関係や方向について異なる図を用いて説明を行う。図２は本発明の実施形態に係るレーザ加工装置のヘッド部と被加工物とレーザビームの方向の関係を説明する部分斜視図である。本図では、ガルバノスキャナの２組のモータに保持されたミラーについては、スキャン方向が分かるようにそれぞれを分けて表示している。
【００２８】
モータに保持された第１のＹ走査ミラー１８１及びモータに保持された第１のＸ走査ミラー１８２を備えたガルバノスキャナとＦθレンズ１４１で第１のヘッド部１５１の主要部は構成されている。同様に、第２のＹ走査ミラー１８３と第２のＸ走査ミラー１８４とＦθレンズ１４２を備えて第２のヘッド部１５２は構成される。第３のヘッド部１５３は、第３のＹ走査ミラー１８５と第３のＸ走査ミラー１８６とＦθレンズ１４３を備えて構成される。第４のヘッド部１５４は、第４のＹ走査ミラー１８７と第４のＸ走査ミラー１８８とＦθレンズ１４４を備えて構成される。
【００２９】
これら複数のヘッド部が並ぶ方向を第１の方向とし、本実施の形態ではＸ方向とする。被加工物１６１や被加工物１６２表面に平行な平面上で、第１の方向に垂直な方向を第２の方向とし、本実施の形態ではＹ方向とする。被加工物１６１や被加工物１６２の表面に対して垂直方向を、本実施の形態ではＺ方向とする。
【００３０】
図示しているように、Ｘ方向に設定した座標軸をＸ軸、Ｙ方向はＹ軸、Ｚ方向はＺ軸とする。このＸ軸とＹ軸で被加工物の表面の座標を表すことができる。また、Ｚ軸で被加工物表面からの距離を表すことができる。実際に据え付けられた装置では、Ｘ方向とＹ方向が水平面の方向で、Ｚ方向が鉛直方向になる。
【００３１】
分割された第１のレーザビーム２２１〜分割された第４のレーザビーム２２４は、第１のヘッド部１５１〜第４のヘッド部１５４に対してＹ方向から供給される。供給された分割された第１のレーザビーム２２１〜分割された第４のレーザビーム２２４は、第１のＹ走査ミラー１８１〜第４のＹ走査ミラー１８７でＹ方向にスキャンする。続けて第１のＸ走査ミラー１８２〜第４のＸ走査ミラー１８８でＸ方向にスキャンする。ＸＹ両方向にスキャンされ位置決めされた分割された第１のレーザビーム２２１〜分割された第４のレーザビーム２２４は、それぞれ被加工物１６１と被加工物１６２に照射され穴加工が行われる。
【００３２】
各ガルバノスキャナでスキャンし位置決めして穴加工する間は載置テーブル１７１の位置は固定されている。かかる状態で各ヘッド部が加工を行う範囲をスキャンエリアとする。つまりスキャンエリアは、被加工物上でガルバノスキャナの走査する範囲であり、そのサイズは予め定めている。一般的にスキャンエリアのサイズは、レーザビームの集光径が小さいほど小さくなり、加工用途によりＸ方向Ｙ方向とも３０ｍｍ〜７０ｍｍ程度の仕様がある。
【００３３】
載置テーブル１７１は、被加工物を吸着保持し、制御部１９０の制御によって、Ｘ方向とＹ方向に独立して位置決め可能に構成されている。所定のスキャンエリアの穴加工が終了したら、載置テーブル１７１を、Ｘ方向またはＹ方向、あるいはその両方向に駆動して、被加工物１６１や被加工物１６２の位置を動かし、未加工である箇所に各ヘッド部を対応させる。この動作を繰り返し、被加工物全体の穴加工を行う。
【００３４】
次に、図３は本発明の実施形態に係るヘッド部近傍の構成を示す部分構成図である。本開示の一例では、１枚の被加工物を２ヘッドで加工する構成を示している。
【００３５】
Ｚボックス１２１には、第１のヘッド部１５１と第２のヘッド部１５２の２つのヘッド部がＸ方向に並べて設置されている。第１のヘッド部１５１はガルバノスキャナ１３１とＦθレンズ１４１を備えて構成される。第２のヘッド部１５２はガルバノスキャナ１３２とＦθレンズ１４２を備えて構成される。
【００３６】
Ｚボックス１２１には、サーボモータ１２４で駆動されるＺ軸スライダ１２３が取り付けられており、制御部１９０の制御によってＺ方向にスライドさせることができる。これにより、２つのヘッド部全体がＺ方向にスライドし、Ｆθレンズ１４１やＦθレンズ１４２を通過したレーザビームが被加工物１６１に集光するように位置を調整する。
【００３７】
ヘッド間隔ＤＨは、装置が扱う被加工物の寸法で決定する。例えば、被加工物１６２として５１０ｍｍ×６１０ｍｍのプリント基板を加工する場合で、Ｘ方向に５１０ｍｍの辺がくるように設置されているとする。周辺１５ｍｍは加工されない範囲と設定すると、加工を行う有効幅はＸ方向では４８０ｍｍになる。ヘッド間隔ＤＨは当該有効幅４８０ｍｍの半分の２４０ｍｍに設定される。
【００３８】
ヘッド間隔ＤＨは、精度を保証するため固定しておく。固定したヘッド間隔ＤＨは予め十分に高い精度で実際寸法を測定しておき、加工穴データに対してガルバノスキャナの位置制御データを決定する際に用いている。
【００３９】
＜被加工物の加工パターン＞
次に、被加工物の加工パターンの一例について図面を用いて説明を行う。
【００４０】
パッケージ用途のプリント基板はインターポーザ基板とも呼ばれ、シリコンウェハーに作られた半導体チップの配線ピッチをパソコンなどのプリント基板の配線ピッチに変換するために用いられる。形状は正方形または長方形で、大きさが１０ｍｍＸ１０ｍｍから６０ｍｍ〜６０ｍｍ程度である。中央付近は半導体チップが搭載されるため、穴密度が高い。周辺部は相対的に穴密度が低い。
【００４１】
一般にレーザ穴あけ加工は、５００ｍｍＸ５００ｍｍ程度の大きさの基板に、インターポーザ基板の穴パターンがタイル状に敷き詰めたように配置されたパターンで加工する。
【００４２】
図４は本発明の実施形態に係る被加工物の多面取りの一例を示すパターン図である。本図において、加工パターンの一例として、大判のプリント基板にインターポーザ基板のようなパッケージ個片を多数配置したパターンを示している。例えば、２５ｍｍ×２５ｍｍ程度のパッケージ個片３１２を、全体の大きさがＸ方向５１０ｍｍ×Ｙ方向６１０ｍｍ程度の大判のプリント基板３００から多面取りする場合を仮定している。
【００４３】
プリント基板３００の外周部は、厚さがばらつき銅箔処理の不良が起きやすいため、周辺１５ｍｍ程度は加工に用いない。加工を行う有効範囲の周辺１０ｍｍ程度は、加工日時やロット番号などの加工情報を文字やバーコードでレーザ加工（刻印）する。また、アライメントマーク３１０を適宜配置して、加工の開始時や途中で位置認識を行い、位置決めや加工位置補正に用いる。
【００４４】
大判の場合、一度きりの位置決めでは全体の位置精度の保証が充分でないため、パッケージ個片３１２を適当数（本図の例では、Ｘ方向に５個Ｙ方向に６個の計３０個）をひとかたまりのパッケージエリア３１１としてまとめておき、それぞれのパッケージエリアごとにアライメントマーク３１０を配置しておく。
【００４５】
各パッケージ個片３１２同士は、加工後の分離のために数ミリ程度のマージンを設定して配置する。例えば、２５ｍｍ角のパッケージ個片であれば、２７．５ｍｍピッチで配置する。
【００４６】
レーザ穴あけ加工は、４隅のアライメントマーク３１０を基板全体のマークとして認識して初期の位置決めを行う。更にパッケージエリア周辺のアライメントマーク３１０を認識して加工位置を補正して穴加工を行う。本開示の実施形態では１枚のプリント基板（被加工物）を２つのヘッド部で同時に加工を行っている。そこで、プリント基板（被加工物）全体にスキャンエリアを設定するに際し、２つのヘッド部が担うエリアを分けて配置しておく。
【００４７】
図５は本発明の実施形態に係る被加工物に設定したスキャンエリアの一例を示すパターン図である。
【００４８】
プリント基板３００（被加工物１６１）の加工を行う有効範囲を覆うように、第１のヘッド部が担うスキャンエリアと第２のヘッド部が担うスキャンエリアに分けて、スキャンエリア全体を設定する。本図において、個々の第１のスキャンエリア３２１と第２のスキャンエリア３２２の間隔は、前述のヘッド間隔ＤＨであり、例えば２４０ｍｍで設定される。
【００４９】
個々のスキャンエリア、即ち、被加工物上でガルバノスキャナの走査する範囲は、ヘッド部が並ぶ方向であるＸ方向が長辺となる長方形に設定した。
【００５０】
スキャンエリアは大きくすれば加工時間の短縮に貢献できるが、しかし、同時にｆθレンズのテレセントリックエラーが大きくなるため限度がある。スキャンエリアをＸ方向が長い長方形にとするために、本発明では更に構成を工夫している。
【００５１】
＜ガルバノスキャナのミラー配置の詳細＞
図６は本発明の実施形態に係るガルバノスキャナのミラーとｆθレンズの前焦点の位置関係によるテレセントリックエラーの関係を示した説明図である。
【００５２】
ｆθレンズは、その特性上、前側焦点位置で偏向した平行光であれば、ｆθで表される量だけ偏向されて、基準線に平行に後側焦点の距離の位置で焦点を結ぶ。しかしながら、前側焦点よりレンズに近い位置で偏向すると、基準線に平行にならず外側にズレて焦点を結ぶ。前側焦点よりレンズに遠い位置で偏向する場合は、基準線に平行にならず内側にズレて焦点を結ぶ。ズレ量は前側焦点から離れるほど大きくなる。
【００５３】
図６では、レンズに対する２つのミラーの位置とその偏向量、それらに対するテレセントリックエラーの状況を示すため、Ｘ方向とＹ方向の２方向を同一平面で表示している。
【００５４】
本発明の構成では、まずＹ走査ミラーでＹ方向にスキャンし、次にＸ走査ミラーでスキャンしてから、レーザビームがｆθレンズに入射するように配置している。当然、前側焦点位置に２つのミラーを設置できないので、Ｘ走査ミラーを前側焦点よりレンズに近い位置に、Ｙ走査ミラーを前側焦点よりレンズに遠い位置に設置する。さらに、Ｘ走査ミラーの方をｆθレンズの前側焦点位置に近くなるように設定している。
【００５５】
かかる構成とすることで、Ｘ方向のスキャン量を大きくしてもＸ走査ミラーによるテレセントリックエラーの絶対量はあまり大きくならない。結果、ガルバノスキャナの操作する範囲をＸ方向を長辺とする長方形に設定できる。例えば、従来構成でＸ方向３０ｍｍ×Ｙ方向３０ｍｍの正方形のスキャンエリアの設定を、Ｘ方向４０ｍｍ×Ｙ方向２５ｍｍの長方形のスキャンエリアとしている。
【００５６】
また、前側焦点よりレンズに遠い位置に設置されている走査ミラーの方をｆθレンズの前側焦点位置に近くなるように設定してしまうと、ｆθレンズと当該走査ミラーの間の空間が小さすぎて十分に大きなもう一つのミラーを配置できない。その点からも、前側焦点よりレンズに近い位置に設置されたＸ走査ミラーの方をｆθレンズの前側焦点位置に近くなるように設定している点も本願の特徴である。これには、ｆθレンズの前側焦点が短くできてｆθレンズの設計上の制約を小さくできるという更なる効果もある。
【００５７】
さらに、入射されたレーザビームを、まずＹ走査ミラーでＹ方向にスキャンすることで、それぞれのヘッド部に対して、分割されたレーザビームをＹ方向から供給してもスムーズにスキャンできるようになる。特に複数のヘッド部を備える構成では、ヘッドの並ぶ方向、即ち、Ｘ方向からの供給は光路の屈曲が困難になる。本発明では、その点においても十分な配慮を払って構成している。
【００５８】
スキャンエリアを長方形にして、許容されるテレセントリックエラーいっぱいにスキャンエリアを広げることだけでも加工時間の削減に寄与するが、複数のヘッド部が同時にレーザ加工を行う構成では、ヘッド部の配置を条件としてスキャンエリアの長辺とする方向を定める必要がある。本発明の構成は、その点にも着目し最適な構成を提供するものである。
【００５９】
＜レーザ加工装置の動作＞
以上のように構成された本発明のレーザ加工装置の動作について説明する。
【００６０】
穴あけ加工を行う前に予め加工位置を含む加工プログラムをレーザ加工機で処理できるデータ形式に変換する。そこで、スキャンエリアのサイズに合わせて被加工物のエリアを区切り、加工時間が最短となるように、スキャンエリア内の加工順序を並べ替えておく。
【００６１】
図１〜図６に示すように構成されたレーザ加工装置において、載置テーブル１７１に被加工物がセッティングされた後、制御部１９０の制御により加工プログラムに従い自動運転を行う。
【００６２】
まず、Ｚ方向にｆθレンズの集光位置を被加工物表面に合わせる。載置テーブルが、Ｘ方向とＹ方向に第１のスキャンエリア位置に位置決めする。ガルバノスキャナが第１の穴加工の位置に位置決めする。そして、複数のガルバノスキャナのすべてのミラーの位置決めが完了する。
【００６３】
全ての位置決めが完了したら、レーザ発振機よりレーザビームが照射され、ビーム整形光学系で整形され、ビームスプリッタで分岐される。分岐されたレーザビームは、ガルバノスキャナで偏向され、ｆθレンズで被加工物上に集光されて、加工穴が開く。
【００６４】
ガルバノスキャナは、次の穴加工の位置に位置決めをし加工を行う。これを繰り返してスキャンエリア内の穴加工を行う。スキャンエリア内のすべての穴加工を終了すると、載置テーブルが移動を開始して、次のスキャンエリア位置に位置決めする。以降、該スキャンエリア内の穴加工を行う。以上の動作を繰り返して、被加工物全体の穴加工を行っていく。
【００６５】
本実施形態のレーザ加工装置は、１つの被加工物を２つのヘッド部で同時に加工するものである。載置テーブルの位置決めからガルバノスキャナの走査、レーザビームの照射の本構成におけるタイミングをさらに詳細に説明する。
【００６６】
図７は本発明の実施形態に係るレーザ加工動作を示す短時間のタイムチャートである。
【００６７】
載置テーブル１７１が移動を開始する（時刻ｔ０）。載置テーブル１７１が、Ｘ方向とＹ方向に第１のスキャンエリア位置に位置決めする。同時にガルバノスキャナ１３１とガルバノスキャナ１３２が移動を開始する（時刻ｔ１１）。ガルバノスキャナが第１の穴加工の位置に位置決めする。そして、複数のガルバノスキャナのすべてのミラーの位置決めが完了する（時刻ｔ１２）。
【００６８】
前述のように、被加工物１６１の穴加工のパターンのピッチとヘッド間隔ＤＨは必ずしも一致していない。そのため、第１のスキャンエリア３２１と第２のスキャンエリア３２２の穴加工の位置や数もスキャンエリアごとで異なっている。結果、ガルバノスキャナ１３１とガルバノスキャナ１３２の位置決め完了のタイミングも一致しない。図７の例では、ガルバノスキャナ１３２が先に位置決めを完了し、ガルバノスキャナ１３１が完了するまで待ちの状態が発生している。
【００６９】
２つのガルバノスキャナの位置決めが完了（時刻ｔ１２）したら、レーザ発振器１０１よりレーザビーム２０１は照射される。分割された第１のレーザビーム２２１は第１のヘッド部１５１より被加工物１６１に照射され穴加工が行われる。分割された第２のレーザビーム２２２は第２のヘッド部１５２より被加工物１６１に照射され穴加工が行われる。所定の時間レーザビームを照射した後、レーザビームの照射を完了する（時刻ｔ２１）。
【００７０】
次の穴加工のためにガルバノスキャナ１３１とガルバノスキャナ１３２が移動を開始する（時刻ｔ２１）。図７の例では、ガルバノスキャナ１３１が穴加工の位置に位置決めを完了して待ちの状態になる。そして、ガルバノスキャナ１３２も位置決めを完了して、すべてのミラーの位置決めが完了する（時刻ｔ２２）。そして、レーザビームが照射され、所定の時間後にレーザビームの照射を完了する（時刻ｔ３１）。
【００７１】
さらに、次の穴加工のためにガルバノスキャナ１３１とガルバノスキャナ１３２が移動を開始する（時刻ｔ３１）。すべてのミラーの位置決めが完了する（時刻ｔ３２）。そして、レーザビームが照射され、所定の時間後にレーザビームの照射を完了する（時刻ｔ４１）。以上の動作を繰り返す。
【００７２】
加工パターンは様々あり、パッケージ個片のサイズも様々ある一方で、ヘッド部の間隔は固定されている。そのため、両ヘッド部の担う加工パターンが異なり、穴数も異なる。その影響を、スキャンエリアの形の異なる例と比較しながら説明することにする。
【００７３】
図８は本発明の実施形態に係る被加工物のパターン個片の一例を示すパターン図である。
【００７４】
パッケージ個片のパターンは、前述のインターポーザ基板を想定して図示している。中央付近は半導体チップが搭載されるため、穴密度が高い。周辺部は相対的に穴密度が低い。
【００７５】
係るようなパターン個片を図４に示すような加工パターンに配置した被加工物を、スキャンエリアが正方形で、２つのヘッド部で同時に加工する場合を、比較例として図９を用いて説明する。
【００７６】
第１のヘッド部１５１と第２のヘッド部１５２のピッチと、各パッケージ個片３１２のピッチは、必ずしも整数比にはならない。そのため、図示しているように、第１の正方形のスキャンエリア３２３がパッケージ個片３１２をカバーする相対位置と、第２の正方形のスキャンエリア３２４がパッケージ個片３１２をカバーする相対位置とは一致しないことになる。
【００７７】
前述のようにパッケージ個片３１２の中に穴密度の差が存在しているため、第１の正方形のスキャンエリア３２３の入る穴の数と第２の正方形のスキャンエリア３２４に入る穴の数が異なってくる。つまり、第１のヘッド部１５１によって加工される穴の数と第２のヘッド部１５２によって加工される穴の数が異なる。
【００７８】
第１のヘッド部１５１によって加工される穴の数をＭｓ、第２のヘッド部１５２によって加工される穴の数をＮｓとすると、図９に示す例では、Ｍｓ＞Ｎｓになっている。
【００７９】
かかる場合のように、加工する穴数の異なるスキャンエリアで同時にレーザ加工する場合の動作をタイムチャートを用いて説明する。
【００８０】
図１０に示すように、まず、載置テーブル１７１が移動し所定のスキャンエリアの位置に位置決めをする。そして、ガルバノスキャナ１３１とガルバノスキャナ１３２が移動を開始する。２つのガルバノスキャナの位置決めが完了したら、レーザ発振器１０１よりレーザビーム２０１は照射されて、第１のヘッド部１５１と第２のヘッド部１５２により被加工物１６１の穴加工が行われる。これを繰り返す。
【００８１】
ところが、穴数Ｎｓの方が穴数Ｍｓより小さいため、第１のヘッド部１５１による穴加工が残っているのに対し、第２のヘッド部１５２による加工は先に終了する。そのためＮｓ＋１回目のレーザ照射では、ガルバノスキャナ１３２は捨てパルス板（図示せず）に位置を合わせ、第２のヘッド部１５２によるレーザ照射は、被加工物１６１にレーザを照射しない捨てパルス照射とされる。
【００８２】
以降は第１のヘッド部１５１による穴加工が全て終了するまで、ガルバノスキャナ１３１の位置合わせと第１のヘッド部１５１による穴加工だけが行われ、第２のヘッド部１５２からは捨てパルス照射が行われる。捨てパルス照射の回数はＭｓ−Ｎｓになり、第２のヘッド部１５２の待ち時間としてロスを生じている。
【００８３】
次に、本発明のようにスキャンエリアを複数のヘッド部が並ぶ方向が長辺となる長方形に設定した場合について説明する。
【００８４】
図１１は本発明の実施形態に係るスキャンエリアの長辺の方向の作用効果を比較する説明図である。本図において、第１のスキャンエリア３２１と第２のスキャンエリア３２２が長方形であること以外は、比較のため図９と同一比率で描いている。
【００８５】
図１１で示す例においても、第１のヘッド部１５１と第２のヘッド部１５２のピッチと、各パッケージ個片３１２のピッチは、必ずしも整数比にはならないため、第１のスキャンエリア３２１がパッケージ個片３１２をカバーする相対位置と、第２のスキャンエリア３２２がパッケージ個片３１２をカバーする相対位置とは一致していない。
【００８６】
前述と同様にパッケージ個片３１２の中に穴密度の差が存在しているため、第１のスキャンエリア３２１の入る穴の数と第２のスキャンエリア３２２に入る穴の数が異なってくる。結果、第１のヘッド部１５１によって加工される穴の数と第２のヘッド部１５２によって加工される穴の数が異なる。
【００８７】
しかしながら、第１のヘッド部１５１によって加工される穴の数をＭｒ、第２のヘッド部１５２によって加工される穴の数をＮｒとし、Ｍｒ≠Ｎｒであったとしても、その差は図９の例と比べて小さくなっている。
【００８８】
これは、長方形のスキャンエリアの長辺方向をヘッド部が並ぶ方向にしたことで、両ヘッド部のスキャンエリアともに穴密度が高い部分と低い部分が入って穴数が平均化されるためである。スキャンエリアの形にかかわらず被加工物全体の加工穴数は変わらないので、スキャンエリア数が同じなら、スキャンエリアごと加工穴数は平均としては同じになる。各スキャンエリアで穴数が平均化されれば、各個の差も小さくなる。
【００８９】
なお、スキャンエリアを長方形としたため、もう一方の方向では辺の長さが相対的に小さくなるが、当該方向では複数のヘッド部が同一座標上にあるので、この方向では被加工物の穴密度の違いは影響しない。
【００９０】
本実施形態で示すような長方形のスキャンエリアで同時にレーザ加工する場合の動作をタイムチャートを用いて説明する。
【００９１】
図１２は本発明の実施形態に係るレーザ加工動作を示す長時間のタイムチャートである。本図に示す場合も最初の動作は前述の場合と同様である。載置テーブル１７１が移動し所定のスキャンエリアの位置に位置決めをする。そして、ガルバノスキャナ１３１とガルバノスキャナ１３２が移動を開始する。２つのガルバノスキャナの位置決めが完了したら、レーザ発振器１０１よりレーザビーム２０１は照射されて、第１のヘッド部１５１と第２のヘッド部１５２により被加工物１６１の穴加工が行われる。これを繰り返す。
【００９２】
穴数Ｎｒの方が穴数Ｍｒより小さい場合は、第１のヘッド部１５１による穴加工が残っているのに対し、第２のヘッド部１５２による加工は先に終了する。そのためＮｒ＋１回目のレーザ照射では、ガルバノスキャナ１３２は捨てパルス板（図示せず）に位置を合わせ、第２のヘッド部１５２によるレーザ照射は、被加工物１６１にレーザを照射しない捨てパルス照射とされる。
【００９３】
以降は第１のヘッド部１５１による穴加工が全て終了するまで、ガルバノスキャナ１３１の位置合わせと第１のヘッド部１５１による穴加工だけが行われ、第２のヘッド部１５２からは捨てパルス照射が行われる。捨てパルス照射の回数はＭｒ−Ｎｒになり、第２のヘッド部１５２の待ち時間としてロスを生じている。
【００９４】
しかしながら、捨てパルス照射の回数のＭｒ−Ｎｒは、スキャンエリアが正方形の場合のＭｓ−Ｎｓよりも小さいため、第２のヘッド部１５２の待ち時間としてロスは小さいものになっている。加工穴総数が同じであるなら、当該待ち時間としてのロスが小さいことで、長方形の場合の加工時間全体Ｔｒが、正方形の場合の加工時間全体Ｔｓより小さくなる。
【００９５】
以上に述べたように、本実施の形態のレーザ加工装置によれば、多面取りのパターンに対して第１の方向ではスキャンエリアが大きくカバーするので、各ヘッド部毎のスキャンエリアと多面取りのパターン不一致による加工する穴の数の差が小さくなって、特定のヘッド部の加工待ちの時間が少なくなって、複数のヘッド部で同時加工する際に、被加工物全体を加工する時間を小さくして生産性を向上させることができる。
【産業上の利用可能性】
【００９６】
本発明にかかるレーザ加工装置は、複数のヘッド部で同時加工する際に、被加工物全体を加工する時間を小さくして生産性を向上させることができるものであり、レーザを照射し被加工物上に穴あけ加工を行うレーザ加工装置等において有用である。
【符号の説明】
【００９７】
１００    レーザ加工装置
１０１    レーザ発振器
１０３    ビーム整形光学系
１０４    複数のミラー
１１１、１１２、１１３    ビームスプリッタ
１２１、１２２    Ｚボックス
１２３    Ｚ軸スライダ
１２４    サーボモータ
１３１、１３２、１３３、１３４    ガルバノスキャナ
１４１、１４２、１４３、１４４    Ｆθレンズ
１５１    第１のヘッド部
１５２    第２のヘッド部
１５３    第３のヘッド部
１５４    第４のヘッド部
１６１、１６２    被加工物
１７１    載置テーブル
１８１    第１のＹ走査ミラー
１８２    第１のＸ走査ミラー
１８３    第２のＹ走査ミラー
１８４    第２のＸ走査ミラー
１８５    第３のＹ走査ミラー
１８６    第３のＸ走査ミラー
１８７    第４のＹ走査ミラー
１８８    第４のＸ走査ミラー
１９０    制御部
２０１    レーザビーム
２１１、２１２    分割されたレーザビーム
２２１    分割された第１のレーザビーム
２２２    分割された第２のレーザビーム
２２３    分割された第３のレーザビーム
２２４    分割された第４のレーザビーム
３００    プリント基板
３１０    アライメントマーク
３１１    パッケージエリア
３１２    パッケージ個片
３２１    第１のスキャンエリア
３２２    第２のスキャンエリア
３２３    第１の正方形のスキャンエリア
３２４    第２の正方形のスキャンエリア
ＤＨ    ヘッド間隔
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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