(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１層が導体層、第２層が絶縁層であって、前記導体層と絶縁層が交互に積層されたプリント基板の加工方法において、
エネルギ空間分布がガウス分布のＵＶレーザのレーザ光により加工する第１の加工ヘッドと、
エネルギ空間分布がトップハット分布のＣＯ２レーザのレーザ光により加工する第２の加工ヘッドと、
エネルギ空間分布がトップハット分布のＵＶレーザのレーザ光により加工する第３の加工ヘッドと、
を有し、
前記第１ないし第３の加工ヘッドは、プリント基板を載置する加工テーブルの移動距離が最小かつ前記各加工ヘッド間の軸間距離が最小となるように直線的に配置され、
前記第１の加工ヘッドは前記第１層の導体層を加工し、
前記第２の加工ヘッドは前記第２層の絶縁層を加工し、
前記第３の加工ヘッドは前記第２層の絶縁層の残膜を除去することにより、その下層の導体層を露出させ、
これらの加工ヘッドにより前記プリント基板を加工する際、前記プリント基板と前記各加工ヘッドとを当該加工ヘッドの並び方向と直交する方向に相対的に往復動させて加工し、その工程が、
前記プリント基板を前記第１の加工ヘッドに対して加工開始位置に位置決めする第１の工程と、
前記第１の加工ヘッドが前記加工開始位置から加工を開始する第２の工程と、
前記第１の加工ヘッドによる加工が進行して前記第２の加工ヘッドが前記加工開始位置に位置すると、前記第１に加えて前記第２の加工ヘッドによる加工を開始する第３の工程と、
前記第１及び第２の加工ヘッドによる加工が進行して前記第３の加工ヘッドが前記加工開始位置に位置すると、前記第１、第２の加工ヘッドに加えて前記第３の加工ヘッドによる加工を開始する第４の工程と、
前記第１の加工ヘッドが加工終了位置に達すると、前記第１の加工ヘッドによる加工を終了し、前記第２及び第３の加工ヘッドによって加工する第５の工程と、
前記第２の加工ヘッドが前記加工終了位置に達すると、前記第２の加工ヘッドによる加工を終了し、前記第３の加工ヘッドによって加工する第６の工程と、
前記第３の加工ヘッドが前記加工終了位置に達すると、第３の加工ヘッドによる加工を終了し、この時点で第１ないし第３の加工ヘッドによる加工を終える第７の工程と、
を備え、同一の穴を前記第１、第２及び第３の加工ヘッドで加工することを特徴とするプリント基板の加工方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プリント基板の加工方法に係り、特にレーザ光を用いて上層と下層の導体層を接続するための底付穴（ブラインドホール）を加工するのに好適なプリント基板の加工方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１６は、従来のレーザ加工装置の構成図である。
【０００３】
このレーザ加工装置では、レーザ発振器１から出力されたレーザ光２は、コリメータ３により直径をＮ倍に拡大あるいは縮小され、アパーチャ４により加工に適した直径に整形される。整形されたレーザ光はコーナーミラー５および加工ヘッドＺ内のミラー１４、第１および第２の２つのガルバノミラー１５ａ，１５ｂを介してｆθレンズ１６に入射し、ガルバノミラー１５ａおよびガルバノミラー１５ｂにより位置決めされ、ｆθレンズ１６から加工面の所定の位置に垂直に入射する。加工は、ｆθレンズ１６に対応する加工領域1８毎に行われ，図示を省略するＸＹワークテーブルにより、図中の１８１  …１８Ｎの順に移動する。なお、レーザ光がＵＶレーザ光である場合とＣＯ２レーザ光である場合とでは、それぞれの機器の材質等が異なるが、機能は同じである。
【０００４】
図１７は、コリメータ３の作用を示す図であり、（ａ）はＵＶレーザ光の場合、（ｂ）はＣＯ２レーザ光の場合である。いずれのレーザ光も、コリメータ３の拡大率Ｎを変えることにより、エネルギ空間分布を変えることができる。すなわち、たとえば拡大率Ｎを小さくすると、上段に示すように、ビーム径が小さく、高エネルギ密度、高出力密度のエネルギ空間分布（以下、「分布Ａ」という）が、また、拡大率Ｎを大きくすると、下段に示すように、ビーム径が大きくなり、低エネルギ密度、低出力密度のエネルギ空間分布（以下、「分布Ｂ」という）が得られる。
【０００５】
アパーチャ４の機能は、以下の通りである。アパーチャ４を光軸から外すと、フル出力のガウス分布のエネルギ空間（以下、「分布Ｃ」という）が得られる。しかし、いずれの場合も、エネルギ空間分布はガウス分布であるため、アパーチャ４の直径をビーム径に対して大きくするとエネルギが中央部に集中し、加工した穴底（すなわち、内層の導体層）が損傷することがある。そこで、アパーチャ４によりビーム中央部のエネルギ分布が比較的均一な部分を切り取ることにより、加工部におけるエネルギの大きさがほぼ均一（トップハット形状）になるようにして、ブラインドホールの穴底を損傷しないようにしている。
【０００６】
図１８は、プリント基板の構成を示す図である。プリント基板には、同図（ａ）に示すように、表面が導体層２１で、導体層２１とガラス繊維２４を含む絶縁層２２とが交互に配置されたＦＲ−４ガラス繊維入り基板（以下、「ガラス入り基板」という）、同図（ｂ）に示す表面の導体層２１に絶縁層２２を張り付けた樹脂付きの銅箔（以下、「ＲＣＣ基板」という）、同図（ｃ）に示す導体層２１の表面に樹脂フィルムまたは樹脂コーティングされた基板（以下、「樹脂ダイレクト基板」という）などがある。絶縁層は、主としてエポキシ系、ポリイミド系樹脂の有機材料が使用される。絶縁層の強化材としてガラス繊維２４の代わりにセラミックスなどの無機材料がフィラとして使用されることもある。
【０００７】
ＣＯ２レーザを用いて、樹脂ダイレクト基板の絶縁層にブラインドホールを加工する方法（以下、「ＣＯ２樹脂ダイレクト法」という。）は、１９８２年に米国ＩＰＣレビューにより紹介され、実用化されている（以下、「従来技術Ａ」という）。
【０００８】
ＵＶレーザの１つであるエキシマレーザを用いて樹脂ダイレクト基板にブラインドホール加工する方法は、１９８７年に米国ＩＰＣレビューにより紹介され、ＵＶ樹脂ダイレクト法として実用化されている（以下、「従来技術Ｂ」という）。
【０００９】
ガラス入基板にブラインドホール穴明けする方法として、穴径に相当する導体層２１を予め除去した後、ＣＯ２レーザにより絶縁層２２を加工する方法がある。この方法では、例えば、特開昭５８−６４０９７号公報ではケミカルエッチングにより（以下、「従来技術Ｃ」という）、また、米国特許第５，０１０，２３２号ではドリル加工（以下、「従来技術Ｄ」という）により、穴径に相当する導体層２１を予め除去してから、レーザ光により絶縁層を除去している。
【００１０】
導体層と絶縁層を同時に加工する方法として、ＵＶレーザ光を円周動作させて導体層のウインド加工とＣＯ２レーザによる絶縁層の除去を繰り返してブラインドホールあるいはスルーホールを加工するＵＶ＋ＣＯ２レーザ法が、特開平１−２６６９８３号公報に開示されている（以下、「従来技術Ｅ」という）。また、米国特許第５，５９３，６０６号には、ＵＶレーザだけで導体層と絶縁層を加工するＵＶダイレクト法が開示されている（以下、「従来技術Ｆ」という）。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
図１９は、前記従来技術Ａ（ＣＯ２樹脂ダイレクト法）による穴明け例を示す図であり、（ａ）はエネルギ分布と穴の形状を、（ｂ）は加工のタイミングチャートを示している。同図（ａ）におけるＥＰＪ１９はパルスエネルギ、ＥＴＪ１９はトータルエネルギ、ＥＳＣＪ１９は絶縁層分解しきい値エネルギ、ＥＥＰＪ１９は有効加工エネルギ、ＶＪ１９は材料除去量をそれぞれ示す。また同図（ｂ）における、ＴＰＪ１９はパルス巾、ＴＰＰＪ１９はパルス周期、ＴＧＣはガルバノミラーの位置決め時間、ＷＰＪ１９はパルス出力である。
【００１２】
従来技術Ａでは、パルスエネルギＥＰＪ１９、パルス巾ＴＰＪ１９のパルスをパルス周期ＴＰＰＪ１９で連続出力し、ショット数ＮＪ１９で絶縁層をＶＪ１９除去してブラインドホールを加工するが、穴底に厚さｔＣ（０．２〜３μｍ）の膜が残る。その際、エネルギ密度とショット数を増しても残膜厚ｔＣの厚さはほとんど変わらない。
【００１３】
このように膜が残る理由は、以下の通りである。すなわち、ＣＯ２レーザ加工は、絶縁層がレーザ光を吸収することにより樹脂の温度を上昇させて熱分解させる方法である。内層導体である銅の熱伝導率は樹脂に比べて約３桁大きいため、絶縁層が薄くなると、熱が内層導体に流れる結果、樹脂の温度が分解温度に達することができず、その結果、穴底に厚さ０．２〜３μｍの残膜が存在することになる。
【００１４】
このように膜が残ると、穴底に残った膜を除去するためのケミカルデスミア工程（コンディショニング、水洗、煮沸、冷却、水洗、膨潤、水洗、酸化デスミア、水洗、中和、水洗、乾燥等の工程からなる）が必要である。また、穴径が１００μｍ以下になると、処理液の濡れ性が低下するため（処理液が加工した穴に入りにくくなる）、デスミアプロセスの信頼性が低下する。
【００１５】
次に、ＵＶレーザを用いる方法について説明する。
【００１６】
図２０は、ＵＶ樹脂ダイレクト法による穴明け例を示す図であり、（ａ）は第１の条件で加工したときのエネルギ分布と穴の形状を、（ｂ）はこのときの加工のタイミングチャートを示し、（ｃ）は第２の条件で加工したときのエネルギ分布と穴の形状を、（ｄ）はこのときの加工のタイミングチャートを示している。同図（ａ）および（ｃ）におけるＥＰＩ２０、ＥＰＩ２０１はパルスエネルギ、ＥＴＩ２０、ＥＴＩ２０１はトータルエネルギ、ＥＳＣＩ２０、ＥＳＣＩ２０１は絶縁層分解しきい値エネルギ、ＥＥＰｉ２０、ＥＥＰＩ２０１は有効加工エネルギ、ＶＩ２０、ＶＩ２０１は材料除去量をそれぞれ示す。また同図（ｂ）および（ｄ）におけるＴＴＰＩ２０、ＴＴＰＩ２０１は１穴当たりの加工時間、ＴＰＩ２０、ＴＰＩ２０１はパルス巾、ＴＰＰＩ２、Ｔ０ＰＰＩ２０１はパルス周期、ＴＧＣはガルバノミラーの位置決め時間、ＷＰＩ２０、ＷＰＩ２０１はパルス出力である。
【００１７】
従来技術Ｂでは、パルスエネルギＥＰＩ２０あるいはＥＰＩ２０１、パルス巾ＴＰＩ２０あるいはＴＰＩ２０１のパルスをパルス周期ＴＰＰＩ２あるいはＴ０ＰＰＩ２０１で連続出力し、ショット数ＮＩ２０あるいはＮＩ２０１で絶縁層ＶＩ２０あるいはＶＩ２０１を除去してブラインドホールを加工する。
【００１８】
ここで、第１の加工条件は、穴径１００μｍ、絶縁層厚５０μｍの条件で下記の通りである。
【００１９】
エネルギ密度ＥＤＩ２０：２〜４Ｊ／ｃｍ２
パルスエネルギＥＰＩ２０：０．０４〜０．０８ｍＪ
パルスショット数ＮＩ２０：５０
トータルエネルギＥＰＩ２０×ＮＩ２０＝２．０〜４．０ｍＪ
パルス周期ＴＰＰＩ２０：０．０４ｍｓ（２５ＫＨｚ）
パルス巾ＴＰＩ２０：約３０ｎｓ
ガルバノミラー位置決め時間ＴＧＣ：１ｍｓ
なお、このとき１穴あたりの穴明け時間ＴＰＴＩ２０は０．００３秒／穴である。  また第２の加工条件は、第１の加工条件におけるパルスエネルギＥＰＩ２０  、ＥＰＩ２０１を０．０１〜０．０２ｍＪに下げ、パルスショット数ＮＩ２０を１００ショット、エネルギ密度ＥＤＩ２０１を０．５〜１．０Ｊ／ｃｍ２に減らして加工したものである。なお、この場合の１穴当たりの穴明け時間ＴＴＰＩ２０１は０．００５秒／穴である。
【００２０】
従来技術Ｂの場合、前記従来技術Ａのように、穴底に絶縁層が残ることはない。しかし、図２０（ａ）に示すようにエネルギ過多により、穴底の導体層が深さｄだけ除去される。このため、めっき強度を確保するために設けられている導体層表面の凹凸が溶融分解してなくなってしまう。すなわち、波長変換方式のＵＶレーザはＣＯ２レーザのようにパルス巾やパルス周波数によりパルスエネルギを加工途中で変えることができないため、樹脂と内層導体層の分解エネルギ密度しきい値の差が小さく（ＵＶレーザの場合、導体層は０．８〜１．０Ｊ／ｃｍ２以上で除去され始め、絶縁層は０．３〜０．５Ｊ／ｃｍ２以上で除去され始める）、かつ、絶縁層材料の厚さが６５μｍに対して厚さのばらつきが約２０μｍであり、大きい。そのため、加工深さを正確に指定することが難しく、結果として穴底導体層が損傷する。また、絶縁層のエネルギ吸収率が低いと、穴底に到達するエネルギ量が増加し、これによって穴底導体層のエネルギ蓄積が増加する。このため、導体層上面の樹脂が分解気化することがあり、この際、気化エネルギにより絶縁層が引き剥がされて、穴底コーナー周辺の絶縁層がリング状に剥離することがある。一方、パルスエネルギを小さくすると、穴底の損傷を軽減することはできるが、パルスショット数が増えるため、第２の加工条件は、第１の加工条件に対して加工速度が４０％低下する。
【００２１】
図２１、図２２および図２３は、従来技術Ｃ、Ｄを説明するための図である。従来技術Ｃ、Ｄでは、図２１に示すように、表面の導体層２１に予めウインドウＷＥを形成しておく（コンフォ−マルマスク法という）。ウインドウＷＥを形成する方法として、特開昭５８−６４０９７号公報ではケミカルエッチングを、米国特許第５，０１０，２３２号ではドリル加工を採用している。
【００２２】
図２２は、ウインドウＷＥを形成したガラス入基板の絶縁層２２をＣＯ２レーザで穴明けするときの例であり、同図におけるＥＰＪ２２はパルスエネルギ、ＥＴＪ２２はトータルエネルギ、ＥＳＣＪ２２は絶縁層分解しきい値エネルギ、ＥＥＰＪ２２は有効加工エネルギ、ＶＪ２２は材料除去量である。
【００２３】
図２３は、従来技術Ｃ、Ｄによるサイクル加工の場合におけるタイミングチャートである。サイクル加工の場合、同一箇所に対してレーザ光を連続して照射せず、必要ショット数になるまで、加工領域内の加工箇所にパルス巾ＴＰＪＩ２２のレーザ光を１ショットずつ照射する工程を繰り返す。このようにすると、次の加工までに加工によって発生した絶縁物のガスが穴の内部から除去されて、品質および精度に優れた穴形状とすることができる。
【００２４】
図２４は、従来技術Ｅを説明するための図であり、（ａ）はＵＶ（エキシマ）レーザによりガラス入り基板を加工したときのエネルギ分布と穴の形状を、（ｂ）はこのときの加工のタイミングチャートを示している。また、（ｃ）はＣＯ２レーザで加工したときのエネルギ分布と穴の形状を、（ｄ）はこのときの加工のタイミングチャートを示している。同図（ａ）および（ｃ）におけるＥＰＩ２４、ＥＰＪ２４はパルスエネルギ、ＥＴＩ２４、ＥＴＪ２４はトータルエネルギ、ＥＳＣＩ２４、ＥＳＣＪ２２は絶縁層分解しきい値エネルギ、ＶＩ２４、ＶＪ２４は材料除去量である。また、同図（ｂ）および（ｄ）におけるＴＴＰＩ２０、ＴＴＰＩ２０１は１穴当たりの加工時間、ＴＰＩ２０、ＴＰＩ２０１はパルス巾、ＴＧＣはガルバノミラーの位置決め時間、ＷＰＩ２４、ＷＰＪ２４はエネルギ出力である。従来技術Ｅでは、ＵＶレーザ光を円周動作させて導体層のウインドウＷＥの加工と、ＣＯ２レーザによる絶縁層の除去を繰り返してブラインドホールあるいはスルーホールを加工する。
【００２５】
しかし、従来技術Ｃ、Ｄ、Ｅは、いずれもＣＯ２レーザ仕上げになるので、従来技術Ａの場合と同様に、穴底に絶縁層の膜が残る。このため、いずれもデスミア処理を必要とする。
【００２６】
図２５は、従来技術Ｆ（ＵＶダイレクト法）による、ガラス入り基板の円周加工法による加工例を示す図である。なお、この場合のＵＶレーザは、固体レーザを基本波にした波長変換方式のＵＶレーザであり、（ａ）はエネルギ分布と穴の形状を、（ｂ）はこのときの加工のタイミングチャートを示している。同図（ａ）におけるＥＰＩ２５はパルスエネルギ、ＥＴＩ２５はトータルエネルギ、ＥＳＣＩ２５は絶縁層分解しきい値エネルギ、ＥＥＰｉ２５は有効加工エネルギ、ＶＩ２５１、ＶＩ２５２、ＶＩ２５３は材料除去量である。また、同図（ｂ）におけるＴＴＰＩ２５は１穴当たりの加工時間、ＴＰＩ２５はパルス巾、ＴＰＰＩ２５はパルス周期、ＴＴＰＩ２５は１穴当たりの加工時間、ＴＧＣはガルバノミラーの位置決め時間、ＷＰＩ２５はエネルギ出力である。
【００２７】
円周加工法では、ガルバノミラーの位置決めと同期して、パルス巾ＴＰＩ２５、パルス周期ＴＰＰＩ２５のレーザパルスが必要なパルス数ＮＩ２５ショットされ、第１回目の円周加工によりＶＩ２５１が除去されてウインドウが加工される。さらに第２回目の円周加工によりＶＩ２５２が、第３回目の円周加工によりＶＩ２５３が除去される。
【００２８】
たとえば、穴径１００μｍ、絶縁層厚５０μｍを下記の条件で加工したとき、エネルギ過多により、導体層が深さｄだけ除去されるだけでなく、穴の側壁にガラスが突き出し、絶縁層がバレル状にえぐられる。
【００２９】
エネルギ密度ＥＤＩ２５：４．８〜８．０Ｊ／ｃｍ２
パルスエネルギＥＰＩ２５：０．０６〜０．１０ｍＪ
トータルエネルギＥＰＩ２５×ＮＩ２５＝１８〜３０ｍＪ
パルスショット数ＮＩ２５：１００
円周加工回数ｎＩ２５：３
総パルスショット数ＮＩ２５×ｎＩ２５：３００
パルス周期ＴＰＰＩ２５：０．３３ｍｓ（３ＫＨｚ）
パルス巾ＴＰＩ２５：約３０ｎｓ
ガルバノミラー位置決め時間ＴＧＣ：１ｍｓ
なお、このとき穴明け時間ＴＰＴＩ２５は０．１秒／穴（１０穴／秒）であり、実用穴明け速度（１０００穴／秒程度）の１／１０〜１／１００である。
【００３０】
絶縁層がエネルギ過多になる理由は、以下の通りである。ＵＶレーザ光に関するエネルギ吸収率は、たとえば波長３５５ｎｍの場合、エポキシ系材約３０〜８０％、銅約７０〜７５％以上、ガラス約２０％（８０％透過、１０％反射）であり、差が大きい。また、分解エネルギのしきい値は、例えばエポキシ系材約０．３〜０．５Ｊ/ｃｍ２以上、銅０．８〜１．０Ｊ/ｃｍ２以上、ガラス５〜６Ｊ/ｃｍ２以上であり差が大きい。また熱伝導率の差、すなわちエポキシ系材０．８〜．０８５ＫＷ/ｍ・Ｋ、銅３８６ＫＷ／ｍ／Ｋ、ガラス１．０４〜１．０９ＫＷ/ｍ・Ｋであり、差が大きい。
【００３１】
例えば、ガラス入り基板の場合、ガラス繊維により、約８０％のエネルギが穴内部に反射拡散されて蓄積されるため、パルス周期を０.００３３ｍｓ以下（パルス周波数３ＫＨｚ以上）にすると穴側壁の樹脂がバレル状にえぐられ、ガラス繊維の突き出しが大きくなり穴品質が低下する。したがって、加工速度が著しく低下する。
【００３２】
また、この加工法では、絶縁層にガラス繊維が入っていない場合でも、導体層を除去するため、エネルギ密度３Ｊ/ｃｍ２以上で加工をする。このため、ＵＶ光に対する前記材料物性値の違いにより、熱の制御が困難であるため、穴底の導体層を損傷してしまう。したがって、実用可能な穴品質を得ることは困難である。
【００３３】
図２６は、従来技術Ｆ（ＵＶダイレクト法）による導体層の厚さが９μｍのＲＣＣ基板の円周加工法による加工例を示す図であり、（ａ）はエネルギ分布と穴の形状を、（ｂ）はこのときの加工のタイミングチャートを示している。同図（ａ）におけるＥＰＩ２６はパルスエネルギ、ＥＴＩ２６はトータルエネルギ、ＥＳＣＩ２６は絶縁層分解しきい値エネルギ、ＥＥＰｉ２６は有効加工エネルギ、ＶＩ２６１、ＶＩ２６２、ＶＩ２６３は材料除去量である。また、同図（ｂ）におけるＴＴＰＩ２６は１穴当たりの加工時間、ＴＰＩ２６はパルス巾、ＴＰＰＩ２６はパルス周期、ＴＴＰＩ２６は１穴当たりの加工時間、ＴＧＣはガルバノミラーの位置決め時間、ＷＰＩ２６はエネルギ出力である。
【００３４】
円周加工法では、ガルバノミラーの位置決めと同期して、パルス巾ＴＰＩ２５、パルス周期ＴＰＰＩ２５のレーザパルスが必要なパルス数ＮＩ２５出力され、第１回目の円周加工によりＶＩ２５１が除去されてウインドウＷＥが加工される。さらに第２回目の円周加工によりＶＩ２５２が、第３回目の円周加工によりＶＩ２５３が除去される。
【００３５】
ＲＣＣ基板の場合、ガラス繊維がないので穴内部のエネルギの拡散蓄積が少なく壁面の仕上がりは良い。しかし、前記と同様に、穴底の導体層は損傷を受ける。なお、加工時間としては、パルス周期ＰＰＩ２６を０．３３ｍｓ（２５ＫＨｚ）にすることができるので、１穴当たりの加工時間ＴＴＰＩ２６は０．０１５秒／穴（６７穴／秒）であり穴明け速度は改善されるが、実用速度には達しない。
【００３６】
本発明は、このような従来技術の実情に鑑みてなされたもので、その目的は、前記した課題を解決し、加工の信頼性および穴の品質を向上させると共に、加工時間の短縮化を図ることができる基板の穴明け方法を提供するにある。
【００３７】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、本発明は、第１層が導体層、第２層が絶縁層であって、前記導体層と絶縁層が交互に積層されたプリント基板の加工方法において、エネルギ空間分布がガウス分布のＵＶレーザのレーザ光により加工する第１の加工ヘッドと、エネルギ空間分布がトップハット分布のＣＯ２レーザのレーザ光により加工する第２の加工ヘッドと、エネルギ空間分布がトップハット分布のＵＶレーザのレーザ光により加工する第３の加工ヘッドと、を有し、前記第１ないし第３の加工ヘッドは、プリント基板を載置する加工テーブルの移動距離が最小かつ前記各加工ヘッド間の軸間距離が最小となるように直線的に配置され、前記第１の加工ヘッドは前記第１層の導体層を加工し、前記第２の加工ヘッドは前記第２層の絶縁層を加工し、前記第３の加工ヘッドは前記第２層の絶縁層の残膜を除去することにより、その下層の導体層を露出させ、これらの加工ヘッドにより前記プリント基板を加工する際、前記プリント基板と前記各加工ヘッドとを当該加工ヘッドの並び方向と直交する方向に相対的に往復動させ、一回往復する毎に前記加工ヘッドの並び方向の次の加工位置に移動して加工する工程が、前記プリント基板を前記第１の加工ヘッドに対して加工開始位置に位置決めする第１の工程と、前記第１の加工ヘッドが前記加工開始位置に位置から加工を開始する第２の工程と、前記第１の加工ヘッドによる加工が進行して前記第２の加工ヘッドが前記加工開始位置に位置すると、前記第１に加えて前記第２の加工ヘッドによる加工を開始する第３の工程と、前記第１及び第２の加工ヘッドによる加工が進行して前記第３の加工ヘッドが前記加工開始位置すると、前記第１、第２の加工ヘッドに加えて前記第３の加工ヘッドによる加工を開始する第４の工程と、前記第１の加工ヘッドが加工終了位置に達すると、前記第１の加工ヘッドによる加工を終了し、前記第２及び第３の加工ヘッドによって加工する第５の工程と、前記第２の加工ヘッドが前記加工終了位置に達すると、前記第２の加工ヘッドによる加工を終了し、前記第３の加工ヘッドによって加工する第６の工程と、前記第３の加工ヘッドが前記加工終了位置に達すると、第３の加工ヘッドによる加工を終了し、この時点で第１ないし第３の加工ヘッドによる加工を終える第７の工程と、を備え、同一の穴を前記第１、第２及び第３の加工ヘッドで加工することを特徴とする。
【００４５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について説明する。
【００４６】
１．第１の実施形態
１．１  レーザ加工装置の構成
図１は、本発明の第１の実施形態に係るレーザ加工装置の構成図である。同図において、加工系ＵｉのＵＶレーザ発振器１ｉから出力された波長λ１が４００ｎｍ以下のレーザ光Ｂｉは、非球面レンズを組み合わせ、または回折形光学素子を組み合わせたビーム整形ユニット３０ｉを通り、コリメータ３ｉにより直径をＮｉ倍に拡大あるいは縮小され、アパーチャ４ｉにより加工に適した直径に整形される。そして、コーナーミラー５ｉを介して加工ヘッドＺｉに入射し、ヘッド部Ｚｉ（２個のガルバノミラーとｆθレンズとから構成されている−図１６参照）により集光されて加工面に垂直に入射する。なお、レーザ光Ｂｉは、導体層と絶縁層の除去に適した（両方の材料に対して吸収率が高く除去しやすい）レーザ光であればよく、波長λ１が４００ｎｍ以下のＵＶレーザに限らず、波長６００ｎｍ以下の可視光レーザであってもよい。
【００４７】
加工系Ｕｊのレーザ発振器１ｊから出力された波長λ２が９２００〜１１１０００ｎｍのＣＯ２レーザ光Ｂｊはビーム整形ユニット３０ｊを通り、コリメータ３ｊにより直径をＮｊ倍に拡大あるいは縮小され、アパーチャ４ｊにより加工に適した直径に整形される。そして、コーナーミラー５ｊを介して加工ヘッドＺｊに入射し、ヘッド部Ｚｊ（２個のガルバノミラーとｆθレンズとから構成されている）により集光されて加工面に垂直に入射する。ここで、レーザ光Ｂｊは、導体層の除去に適さない（吸収率が低く除去されにくい）が、絶縁層の除去に適した（吸収率はそれほどでもないが、単位時間当たりの除去量が多い）レーザ光である。
【００４８】
加工系Ｕｋのレーザ発振器１ｋから出力された波長λ３が４００ｎｍ以下のＵＶレーザ光Ｂｋは、ビーム整形ユニット３０ｋを通り、コリメータ３ｋにより直径をＮｋ倍に拡大あるいは縮小され、アパーチャ４ｋにより加工に適した直径に整形される。そして、コーナーミラー５ｋを介して加工ヘッドＺｋに入射し、ヘッド部Ｚｋ（２個のガルバノミラーとｆθレンズとから構成されている）により集光されて加工面に垂直に入射する。ここで、レーザ光Ｂｋは、導体層の除去には適さない（吸収率は高いがエネルギ密度が低く除去されにくい）が、絶縁層の除去に適した（吸収率が高く除去しやすい）レーザ光である。
【００４９】
加工系Ｕｉ、Ｕｊ、Ｕｋのいずれもビーム整形ユニット３０ｉ、３０ｊ、３０ｋを制御することにより、レーザ光Ｂｉ、Ｂｊ、Ｂｋのエネルギ空間分布をガウス分布からトップハット形状に整形することができる。したがって、従来のビーム整形ユニット３０ｉ、３０ｊ、３０ｋを使用しない場合に比べて、加工有効エネルギを増すことができる。
【００５０】
また、アパーチャ径ｄＡｉ、ｄＡｊ、ｄＡｋを変更することにより、加工面の加工位置（図中のｉ、ｊ、ｋ。以下、加工位置という。）において、エネルギ密度一定のまま加工ビーム径ｄSｉ、ｄＳｊ、ｄＳｋの調整が可能である。
【００５１】
また、アパーチャ径ｄＡｉ、ｄＡｊ、ｄＡｋを一定にしたまま、コリメ−タ３ｉ、３ｊ、３ｋの拡大率Ｎｉ、Ｎｊ、Ｎｋを変えることによって異なるエネルギ空間分布モード（以下、「モード」という。）Ａｉ１、Ｂｉ１、Ａｊ１、Ｂｊ１、Ａｋ１、Ｂｋ１とすることができる。また、アパーチャを光路から外すと、エネルギ空間分布をフル出力のモードＣｉ１、Ｃｊ１、Ｃｋ１とすることができる。
【００５２】
すなわち、例えば拡大率Ｎｉを小さくするとビーム径ｄＳｉが縮小され導体層やガラス繊維の分解除去が可能な、高エネルギ密度、高出力密度のモードＡｉ１にすることができる。また、拡大率Ｎｉを大きくするとビーム径ｄＳｉが拡大され、導体層を損傷することなく絶縁層加工を行うことができる低エネルギ密度、低出力密度のモードＢｉ１にすることができる。また、アパーチャを光軸から外してフル出力のモードＣｉ１にすると、導体層加工をさらに効率よく加工することができる。
【００５３】
また、ヘッドＺｉ、ヘッドＺｊ、ヘッドＺｋはそれぞれ連続的に加工を行うことができ、それぞれプリント基板の全域を加工できる移動量をもっている。そして、ＸＹワークテーブルの移動距離が最小となるように、軸間距離Ｌｉｊ、Ｌｊｋが最小となるように、かつそれぞれがワークテーブル上の同一のプリント基板を加工できるようにして、レーザ加工装置上に直線的に配置されている（詳細は後述する。）。
【００５４】
１．２  加工位置ｉ、ｊ、ｋにおけるエネルギ密度
加工位置ｉにおいて導体層の除去に必要な実用有効エネルギ密度ＥｄＳｉは約３Ｊ／ｃｍ２以上であるため、できるだけ大きな有効スポット径が得られるようにレーザ光ＢｉはモードモードＣｉ１を適用する。また、絶縁層の除去に必要な有効エネルギ密度は約１Ｊ／ｃｍ２以上でありモードＡｉ１を適用する。
【００５５】
また、加工位置ｊにおいてＲＣＣ材および樹脂ダイレクト基板の絶縁層を除去するために必要な実用有効エネルギ密度ＥｄＳｊは約１０Ｊ／ｃｍ２以上、またＦＲ−４ガラス入り基板の絶縁層を除去するために必要な実用有効エネルギ密度ＥｄＳｊは約３０Ｊ／ｃｍ２以上であるため、絶縁層の厚さや材質に応じてモードＡｊ１、モードＢｊ１、モードＣｊ１を適用する。たとえば、モードＡｊ１は１パルス当たりの除去量が多いので、絶縁層の加工を最も効率よく行うことができる。また、ピ−ク出力が高いので穴底の残膜が少なく、ガラス繊維をよりスム−ズに分解除去できる。
【００５６】
また、加工位置ｋにおいて穴底の絶縁層を除去するのに必要なＵＶレーザのエネルギ密度ＥｄＳｋは０．３〜０．５Ｊ／ｃｍ２以上（実用的には０．５Ｊ／ｃｍ２以上）である。このため、絶縁層を均一に除去でき、かつ樹脂の引き剥がし強度を向上するために設けられている内層導体表面の酸化物層を除去でき、かつ導体層素材にほとんど損傷を与えないトップハット形状のモードＢｋ１（またはモードＡｋ１）を適用する。これにより、穴明け後に穴底の導体層上にわずかな分解飛散物が残っても、レーザ加工の後工程のメッキ処理の最初の工程であるソフトエッチング工程で内層の導体表面の酸化物層と共に除去できるのでデスミア工程を省略できる。
【００５７】
なお、加工部ｉ、ｊ、ｋにおける加工スポット径、ピ−ク出力密度、エネルギ密度は、アパーチャ径と、アパーチャからｆθレンズまでの光軸長と、ｆθレンズの焦点距離と、ピ−ク出力と、パルスエネルギと、コリメ−タの拡大率Ｎとから算出できる。そして、加工部ｉ、ｊ、ｋにおいて必要な加工有効スポット径、加工部出力密度、加工部エネルギ密度を得られるように、これらのパラメ−タを設定する。
【００５８】
ここで、レーザ光ｉ、ｊ、ｋの諸元を以下のように表示する。なお、添字のａはレーザ光ｉ、ｊ、ｋの区分を、添字のｂは図面番号である。
【００５９】
ＥｄＳａｂ(＝ＥＰａｂ/［π(ｄＳａｂ/２)２］)：エネルギ密度
ＷｄＳａｂ：ピ−ク出力密度
ＷｄＳａｂ＝ＥｄＳａｂ/ＴＰａｂ＝ＥＰａｂ/［ＴＰａｂ・π(ｄＳａｂ/２)２］
ＥＥＰａｂ＝αＥＰＡＢ−ＥＳＡＢ： 有効パルスエネルギ
ただし、αＲ：絶縁層のエネルギ吸収率
αＣｕ：導体層のエネルギ吸収率
αＧ  ：ガラスのエネルギ吸収率
ＥＰａｂ：パルスエネルギ
ＷＰａｂ：ピ−ク出力（＝ＥＰａｂ／ＴＰａｂ）
ＥＳａｂ：分解エネルギしきい値
Ｎａｂ：パルスショット数
ＥＴａｂ：トータルエネルギ（＝ＥＰａｂ×Ｎａｂ）
Ｖａｂ：材料除去量
ＴＴＰａｂ：穴明け周期
ＴＰａｂ：パルス巾
ＴＰＰａｂ：パルス周期
ＴＧＣ：ガルバノミラー位置決め周期
ｄＳａｂ：加工スポット径（＝ｄＡａｂ×［（ｆａｂ／Ｌａｂ）−１］）
ｄＡａｂ：アパーチャ径
Ｌａｂ：アパーチャからｆθレンズまでの距離
ｆａｂ：レンズ焦点距離
ＥＰａｂＮ：第Ｎ番目のパルスエネルギ
ＶａｂＮ：第Ｎ番目のパルスによる材料除去量
ＥＴａｂ：トータルエネルギ（＝ＥＴＰａｂ１+ＥＴＰａｂ２+ＥＴＰａｂ３）
Ｖａｂ：材料除去量（＝Ｖａｂ１+Ｖａｂ２+Ｖａｂ３）
たとえば、レーザ光Ｂｊにおいて異なるパルスエネルギを３ショットして仕上げる場合、Ｖｊ６１はパルスエネルギＥＰｊ６１の第１パルスによる材料除去量、Ｖｊ６２はパルスエネルギＥＰｊ６２の第２パルスによる材料除去量、Ｖｊ６３はパルスエネルギＥＰｊ６３の第３パルスによる材料除去量を表す。したがって、トータルエネルギＥＴｊ６は、
ＥＴｊ６＝ＥＴＰｊ６１+ＥＴＰｊ６２+ＥＴＰｊ６３
そのときの材料除去量Ｖｊ６は、
Ｖｊ６＝Ｖｊ６１+Ｖｊ６２+Ｖｊ６３
である。
【００６０】
１．３  加工例
１．３．１  ガラス入り基板の加工例
図２はガラス入り基板の加工を行う場合のエネルギ分布と穴の形状を加工順に示す図であり、図３はこのときの加工のタイミングを示すタイミングチャートである。これらの図において、図２における（ａ）〜（ｃ）と図３における（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ対応している。
【００６１】
図２（ａ）において、外層導体層２１は、レーザ光ＢｉのパルスエネルギＥＰｉ２が分解エネルギしきい値ＥＳｉ２よりも高い範囲のエネルギ、すなわち有効パルスエネルギＥＥＰｉ２によって除去される。したがって、穴入口径はパルスエネルギＥＰｉ２と分解エネルギしきい値ＥＳｉ２の交点で決まることになる。そこで、パルス巾ＴＰｉ２を３０ｎｓ、パルス周期ＴＰＰｉ２を０．０４ｍｓ（周波数２５ｋＨｚ）、ピ−ク出力をＷＰｉ２４０００Ｗ、パルスエネルギＥＰｉ２を０．１２ｍＪのモードＣｉ２を適用すると、パルスエネルギ密度ＥｄＳｉ２を４Ｊ／ｃｍ２を確保可能なレーザ光Ｂｉの加工スポット径ｄＳｉ６は６０μｍ以下である。この条件は、実用的に必要なエネルギ密度３Ｊ／ｃｍ２以上（実験値である）を満足するので導体層を除去することができる。しかし、厚さ９μｍの導体層に穴径１００μｍのウインドを加工するには、ビームスポットを円周運動（図中矢印）させる必要がある。この場合、パルス数Ｎｉ２を８０ショットにすると加工ができ、このときのトータルエネルギＥＴｉ２は９．６ｍＪである。
【００６２】
図２（ｂ）において、絶縁層２２はレーザ光ＢｊのパルスエネルギＥＰｊ２が分解エネルギしきい値ＥＳｊ２よりも高い範囲のエネルギ、つまり有効パルスエネルギＥＥＰｊ２によってほとんど除去される。したがって、パルス巾ＴＰｊ２を１０μｓ、ピ−ク出力ＷＰｊ２を８００Ｗ、パルスエネルギＥＰｊ２を８ｍＪのモードＢｊ２（またはモードＣｊ２）、パルス数Ｎｊ２を３ショットのサイクル加工を行う場合、パルスエネルギ密度ＥｄＳｊ２を４５Ｊ／ｃｍ２にすると、加工スポット径ｄＳｊ２をウインド径１００μｍよりも大きい１５０μｍにすることができる。この条件は、実用的に必要なパルスエネルギ密度３０Ｊ／ｃｍ２以上（実験値である）を満足するため、ほとんどの絶縁層を除去できるが、穴底に厚さｔｃが０．１〜３μｍの膜が残る。そして、このときのトータルエネルギＥＰｊ２は２４ｍＪである。
【００６３】
図２（ｃ）において、絶縁層２２はレーザ光ＢｋのパルスエネルギＥＰｋ２が分解エネルギしきい値ＥＳｋ２よりも高い範囲のエネルギ、つまり有効パルスエネルギＥＥＰｋ２によって除去されるが、外層導体層２１の分解エネルギしきい値ＥＳｉ２よりも低ければ内層の導体層２４に損傷を与えることはない。したがって、パルス巾ＴＰｋ２を３０ｎｓ、パルス周期ＴＰＰｋ２を０．０４ｍｓ（波数２５ｋＨｚ）、ピ−ク出力ＷＰｋ２を４０００Ｗ、パルスエネルギＥＰｋ２を０．１２ｍＪのモードＢｋ２を適用すると、加工スポット径ｄＳｋ２をウインド径１００μｍよりも大きい１５０μｍにしても、パルスエネルギ密度ＥｄＳｋ２を０．７Ｊ／ｃｍ２が確保できる。この条件は、実用的に必要なエネルギ密度０．３〜０．８Ｊ／ｃｍ２以上を満足するため、絶縁層の残膜を除去することができる。そして、このときの、絶縁層除去速度は約０．５μｍ／パルスであり、パルス数Ｎｋ２は１０〜１５ショットである。
【００６４】
そして、以上の方法によれば、導体層の加工とガラス繊維を含む絶縁層の加工を最も効率よく行うことができる。また、ＵＶレーザ光の穴底に到達するトータルエネルギは約０．５５ｍＪ（≒０．１２ｍＪ×１０パルス×（φ１００／φ１５０）２）であり、絶縁層を直接加工する場合のトータルエネルギ６ｍＪ（０．１２ｍＪ×５０パルス）の約１０％以下である。したがって、ＵＶレーザ光の吸収率が低い材料であっても、穴底が損傷することはない。また、穴底コーナー周辺部で導体層と絶縁層との間にクラックが生じることはない。さらに、絶縁層の厚さがばらついても、レーザ光Ｂｉ加工後の残膜厚は変わらないので、加工の信頼性が向上する。なお、穴明け後に穴底の導体層上にわずかな分解飛散物が残っていたとしても、レーザ加工の後工程のメッキ処理の最初の工程であるソフトエッチング工程において、内層導体表面の酸化物層等と共に除去することができるので、デスミア工程を省略できる。また、デスミア工程を設けるとしても、デスミア処理時間を大巾に短縮することができる。
【００６５】
１．３．２  ＲＣＣ基板の加工例
図４はＲＣＣ基板の加工を行う場合のエネルギ分布と穴の形状を加工手順に示す図であり、図５はこのときの加工のタイミングを示すタイミングチャートある。図４における（ａ）〜（ｃ）と図５における（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ対応している。
【００６６】
ＲＣＣ基板では、導体層２１の加工は、図４（ａ）に示すように、前記図２（ａ）と同様に行われる。図４（ｂ）のＣＯ２レーザによる絶縁層２２の除去加工はガラス入り基板に比べて分解エネルギ密度しきい値が低いので、たとえば、モードＢｊ４（またはモードＣｊ４）のパルス巾ＴＰｊ４が１０mｓ、ピ−ク出力ＷＰｊ４が５００Ｗ、パルスエネルギＥＰｊ４が５ｍＪのＣＯ２レーザ光Ｂｊが適用される。そして、加工スポット径ｄＳｊ４を１５０μｍにしても、３．０ＭＷ／ｃｍ２のピーク出力密度ＷｄＳｊ４、３０Ｊ／ｃｍ２のパルスエネルギ密度ＥｄＳｊ４が得られ、実用パルスエネルギ密度１０Ｊ／ｃｍ２以上を満足する。この条件によれば、１〜２ショットでほとんどの絶縁層を除去できるが、穴底に厚さｔｃが０．１〜３μｍの残膜が残る。しかし、図２（ｃ）の場合と同様にして、残膜を除去することができる。したがって、デスミア工程の負荷を軽減できるためデスミア処理時間を大巾に短縮でき、材料によってはデスミア工程を省略できる。
【００６７】
１．３．３  表面に導体層のないＦＲ−４基板の加工例
図６において、（ａ）、（ｃ）は、表面に導体層のないＦＲ−４基板の加工を行う場合のエネルギ分布と穴の形状を示す図であり、（ｂ）、（ｄ）はそのときのタイミングを示すタイミングチャートである。表面に導体層のないＦＲ-４基板加工では、同図（ａ）に示すように、穴入口径が、絶縁層を除去するためのレーザ光ＢｊのパルスエネルギＥＰｉ６と絶縁層の分解エネルギしきい値ＥＳｉ６により決まることを除いて、図２（ｂ）の絶縁層の除去加工と同様に行われる。また、同図（ｂ）の絶縁層２２のレーザ光Ｂｋによる穴底の絶縁層残膜の除去は図２（ｃ）の穴底の残膜除去と同様に行われる。したがって、前記と同様な効果を得ることができ、デスミア工程を省略できる。また、デスミア工程の負荷を軽減できるためデスミア処理時間を大巾に短縮できる。
【００６８】
１．３．４  表面に導体層のない樹脂基板の加工例
図７において、（ａ）、（ｃ）は、表面に導体層のない樹脂基板の加工を行う場合のエネルギ分布と穴の形状を示す図であり、（ｂ）、（ｄ）はそのときのタイミングを示すタイミングチャートである。表面に導体層のない樹脂基板では同図（ａ）に示すように、穴入口径が絶縁層を除去するためのレーザ光ＢｊのパルスエネルギＥＰｉ７と絶縁層の分解エネルギしきい値ＥＳｉ７で決まることを除いて、図４（ｂ）の絶縁層の加工と同様に行われる。また、同図（ｃ）の絶縁層２２のレーザ光Ｂｋによる穴底の絶縁層の残膜除去は、図４（ｃ）の穴底の残膜除去と同様に行われる。したがって、前記の場合と同様の効果を得ることができ、デスミア工程を省略できる。また、デスミア工程の負荷を軽減できるためデスミア処理時間を大巾に短縮できる。
【００６９】
１．３．５  表面に導体層のない樹脂基板（あるいは導体層のないＦＲ−４基板）の加工例
図８において、（ａ）、（ｃ）は、表面に導体層のない樹脂基板（あるいは導体層のないＦＲ−４基板）の加工を行う場合のエネルギ分布と穴の形状を示す図であり、（ｂ）、（ｄ）はそのときのタイミングを示すタイミングチャートである。表面に導体層のない樹脂基板では、同図（ａ）に示すように、レーザ光Ｂｊの代わりにＵＶレーザ光ＢｉのモードＢｉ８を適用し、パルスエネルギＥＰｉ８と絶縁層の材質により、絶縁層を絶縁層の厚さのばらつき分、例えばｔｃが５〜１０μｍ残るように加工する。また、同図（ｃ）に示すように、レーザ光Ｂｋにより穴底の残膜厚ｔｃを除去することもできる。したがって、絶縁層の厚さにばらつきがあっても、レーザ光Ｂｊが穴底を損傷することはない。したがって、前記の場合と同様の効果を得ることができ、デスミア工程を省略できる。
【００７０】
ところで、デスミア処理は本来穴底の樹脂残膜の除去を目的とする処理であるが、穴底の残膜を除去する際に、穴壁が３〜５mｍ除去されてしまい、通常、穴径が直径で最大１０ｍｍ大きくなってしまう。しかし、本発明によれば、デスミア工程が不要あるいは処理時間を大巾に短縮できるため、穴径はほとんど変化せず、精度に優れる小径穴を加工することができる。
【００７１】
１．４  加工時間の短縮効果
図１の装置を適用した場合、加工時間は以下のようにして短縮される。なお、加工法と加工領域および加工順序により加工速度が異なるため、加工法毎の穴明け周期を以下のように定める。すなわち、
導体層除去に適用されるレーザ光Ｂｉの円周加工穴明け周期ＴＴＰＲａｂを、
ＴＴＰＲａｂ＝ＴＧＣ＋ＴＰＰａｂ×（Ｎａｂ−１）・・・ 式１
絶縁層加工に適用されるレーザ光Ｂｊのサイクル加工穴明け周期ＴＴＰＲａｂ、を、
ＴＴＰＲａｂ＝（ＴＧＣ＋ＴＰａｂ）×Ｎａｂ  ・・・ 式２
絶縁層加工に適用されるレーザ光Ｂｊのバ−スト加工穴明け周期ＴＴＰＲａｂを、
ＴＴＰＲａｂ＝ＴＧＣ＋ＴＰＰａｂ×（Ｎａｂ−１）・ 式３
穴底の残膜除去に適用されるレーザ光Ｂｋのバ−スト加工穴明け周期ＴＴＰＲａｂを、
ＴＴＰＲａｂ＝ＴＧＣ＋ＴＰＰａｂ×Ｎａｂ−１）］・ 式４
ただし、Ｒは加工領域の番号、ａはレーザ光の種類を、ｂは図の番号である。
【００７２】
図９は、図２にで説明したガラス入り基板を加工する場合の加工ヘッドの位置および加工順序を示す図である。同図において、（ｂ）はヘッドＺｉのみの加工領域１、（ｃ）はヘッドＺｉ、ヘッドＺｊの同時加工領域２、（ｄ）はヘッドＺｉ、ヘッドＺｊ、ヘッドＺｋの同時加工領域３、（ｅ）はヘッドＺｊ、ヘッドＺｋの同時加工領域４、（ｆ）はヘッドＺｋのみの加工領域５を示している。図中、Ｓはプリント基板上の加工開始位置、Ｆは加工終了位置である。すなわち、プリント基板がヘッドＺｉに対して加工開始位置Ｓに位置決めされるとヘッドＺｉの加工が開始され表面導体層にウインドウＷＥが加工される。加工が進み、ヘッドＺｊが位置Ｓに達すると、ヘッドＺｊにより絶縁層除去加工が開始される。さらに加工が進み、ヘッドＺｋが位置Ｓに達すると、ヘッドＺｋにより穴底の絶縁層残膜除去加工が開始され、以後、ヘッドＺｉが位置Ｆに達するまで３ヘッドによる同時加工が続行される。そして、ヘッドＺｉが位置Ｆに達すると、ヘッドＺｉの加工が停止される。次に、ヘッドＺｊが位置Ｆに達するとヘッドＺｊの加工が停止される。そして、ヘッドＺｋが位置Ｆに達するとヘッドＺｋの加工が停止され、加工が終了する。
【００７３】
したがって、Ｌｉｊ＝Ｌｊｋ、また穴が一定ピッチで穴数Ｍが格子状に分布する基板を穴明けする場合、前記各加工領域の加工時間およびトータル穴明け時間ＴＰＴについて、
ヘッドＺｉのみの加工領域１（穴数Ｍ１）の加工時間ＴＰＴ１は、
ＴＰＴ１＝ＴＴＰ１ｉ２・Ｍ１  ・・・・・  式５
ヘッドＺｉ、ヘッドＺｊの同時加工領域２（穴数Ｍ２＝Ｍ１）の加工時間ＴＰＴ２は、
ＴＰＴ２＝Ｍａｘ〔ＴＴＰ２ｉ２・Ｍ２、ＴＴＰ２ｊ２・Ｍ２〕・・・式６
ヘッドＺｉ、ヘッドＺｊ、ヘッドＺｋの同時加工領域３（穴数Ｍ３）の加工時間ＴＰＴ３は、
ＴＰＴ３＝Ｍａｘ〔ＴＴＰ３ｉ２・Ｍ３、ＴＴＰ２ｊ２・Ｍ３、ＴＴＰ３ｋ２・Ｍ３〕    ・・・  式７
ヘッドＺｊ、ヘッドＺｋの同時加工領域４（穴数Ｍ４＝Ｍ１）の加工時間ＴＰＴ４は、
ＴＰＴ４＝Ｍａｘ〔ＴＴＰ４ｊ２・Ｍ４、ＴＴＰｋ２・Ｍ４〕  ・・  式８
ヘッドＺｋのみの加工領域５（穴数Ｍ５＝Ｍ１）の加工時間ＴＰＴ５は、
ＴＰＴ５＝ＴＴＰ５ｋ２・Ｍ５                       ・・・・・・  式９
ただし、Ｍ＝Ｍ１＋Ｍ２＋Ｍ３＝Ｍ３＋Ｍ４＋Ｍ５  ・・・・・・・・  式１０
トータル穴あけ加工時間ＴＰＴは
ＴＰＴ＝ＴＰＴ１＋ＴＰＴ２＋ＴＰＴ３＋ＴＰＴ４＋ＴＰＴ５  ・式１１
テ−ブル移動を含めたトータル加工時間は、
Ｔ＝ＴＰＴ＋ＴＴＴ  ・・・・・・・  式１２
ただし、ＴＴＴはトータルテ−ブル移動時間であり、
ＴＴＴ＝Roundup (ＬＸ＋２ＬｉｊＸ)／Ｌ Ｓ)・Roundup (ＬＹ／Ｌ Ｓ)・ＴＴ    ・・・・・  式１３
また、
ＬＸ、ＬＹ：基板加工エリアＸ、Ｙ寸法
ＬＳ：スキャンエリアＸ、Ｙ寸法
ＴＴ：テ−ブル移動時間（秒／回）
である。
したがって、
表面導体層厚：９μｍ
絶縁層厚：６５μｍ
基板加工エリア４００ｍｍ×５００ｍｍ
スキャンエリア寸法ＬＳ：５０×５０ｍｍ
穴数Ｍ：５００００穴
軸間距離Ｌｉｊ＝Ｌｊｋ：１００ｍｍ
穴径１００μｍ
２ｍｍ等ピッチ分布
の基板を下記パラメータで図６の手順で加工すると、
パルス周期ＴＰＰｉ２：０．００００４秒
パルスショット数Ｎｉ２：８０
パルス周期ＴＰＰｊ２：０．００１秒
パルスショット数Ｎｊ２：３（サイクル加工）
パルス周期ＴＰｋ２：０．００００４秒
パルスショット数Ｎｋ２：１５
ガルバノ位置決め時間ＴＧＣ：０．００１秒
テ−ブル位置決め時間ＴＴＴ：０．２秒
テ−ブル移動を含めたトータル加工時間ＴＰＴは、
ＴＰＴ＝２５７．５＋２４．０＝２９７．５秒
となる。ただし、
ＴＰＴ１＝0.0042・12500＝52.5秒
ＴＰＴ２＝Ｍａｘ〔0.0042・12500、0.003・12500〕＝52.5秒
ＴＰＴ３＝Ｍａｘ〔0.0042・25000、0.003・25000、0.0016・25000〕＝105秒
ＴＰＴ４＝Ｍａｘ〔0.003・12500、0.0016・12500〕＝37.5秒
ＴＰＴ５＝0.0016・12500＝20秒
ＴＴＴ＝Roundup (400＋２・100)/50)・Roundup (500/50)・0.002＝24秒
なお  、サイクル加工のパルス巾はガルバノ位置決め時間に対して十分短いので無視している。
【００７４】
図１０は、ヘッドＺｉ、ヘッドＺｊだけを使用し、ヘッドＺｉのアパーチャと光路長を切換え、ヘッドＺｉをヘッドＺｋと同様のモードＢｋで加工するようにした場合の加工ヘッドの位置および加工順序を示す図である。
【００７５】
同図において、（ｂ）はヘッドＺｉのみの加工領域、（ｃ）はヘッドＺｉ、ヘッドＺｊの同時加工領域、（ｄ）はヘッドＺｉの加工領域、（ｆ）はヘッドＺｉだけの加工領域を示している。
【００７６】
加工領域１、加工領域２、加工領域４は前記図９の場合と同様に行われ、加工領域３は加工領域２の延長であるが、加工領域５は加工領域４の加工終了後に加工が行われるため、加工時間ＴＰＴは以下のようになる。
【００７７】
したがって、
ＴＰＴ＝３２７．５＋３８．０＝３６３．５秒
ＴＰＴ１＝0.0042・12500＝52.5秒
ＴＰＴ２＝Max〔0.0042・12500、0.003・12500〕＝52.5秒
ＴＰＴ３＝Max〔0.0042・25000、0.003・25000〕＝105秒
ＴＰＴ４＝Max〔0.003・12500〕＝37.5秒
ＴＰＴ５＝0.0016・50000＝80秒
ＴＴＴ＝Roundup (400＋100)/50)・Roundup (500/50)・0.002＋Roundup (400)/50)・Roundup (500/50)・0.002＝36秒
すなわち、図２に示す手順で加工を行う場合、図１のヘッドＺｉ、ヘッドＺｊ、ヘッドＺｋで構成される装置は、ヘッドＺｉ、ヘッドＺｊのみで構成される装置に比べて約２０％加工時間を短縮できる。
【００７８】
２．第２の実施形態
２．１  レーザ加工装置の構成
図１１は、本発明の第２の実施形態に係るレーザ加工装置の構成図であり、図１と同じものまたは同一機能のものは、同一の符号を付して説明を省略する。
【００７９】
同図において、１０はレーザ光Ｂｉの光軸上に設置されたＰ波を透過させ、Ｓ波を反射するビームスプリッタ、１１はレーザ光Ｂｋの光軸上に設置されたＰ波を透過させ、Ｓ波を反射するλｉ／２偏光子、１２は全反射コーナーミラーである。全反射コーナーミラー１２はレーザ光Ｂｋがビームスプリッタ（偏光ビームコンバイナ）１０を透過したレーザ光Ｂｉと同軸になるように配置されている。また、レーザ発振器１ｉとレーザ発振器１ｋは偏光方向と光軸が互いに平行となるように配置されている。
【００８０】
２．２  動作
レーザ光ＢｉのＰ波成分Ｐｉ２はビームスプリッタ１０を直進するが、Ｓ波成分Ｓｉ２は、ビームスプリッタ１０に反射され、ビームダンパ（図示せず）に吸収される。一方、レーザ光ＢｋのＰ波成分Ｐｋ２はλｉ／２偏光子１1によりＳ波成分Ｓｋ２に変換される。Ｓ波成分Ｓｋ２は全反射コーナーミラー１２で反射してもＳ波成分Ｓｋ２のままである。この結果、レーザ光ＢｋのＰ波成分Ｐｋ２とＳ波成分Ｓｋ２を同軸化することができるので、加工位置ｉにおいてモードＢｉ１のＰ波成分Ｐｉ２と、モードＢｉ２のＰ波成分Ｐｉ２およびモードＢｋ２のレーザ光ＢｋのＳ波成分Ｓｋ２を同軸化したレーザ光が時間軸で同時および直列的に加算される。すなわち、ヘッドＺｉの出力を一定にした状態で加工部に、異なるエネルギ密度、出力密度、スポット径のビームを供給することができる。また、λｉ／２偏光子１１、全反射コーナーミラー１２を光軸から外すことにより、図の場合と同様に、加工位置ｉおよび加工位置ｋにおいてレーザ光Ｂｉ、レーザ光Ｂｋにより同時および個別加工を行うこともできる。
【００８１】
なお、たとえばレーザ光Ｂｉの磁界が紙面垂直方向、レーザ光Ｂｋの磁界が紙面平行方向となるようにレーザ発振器１ｉとレーザ発振器１ｋを設置すると、レーザ光ＢｋのＰ波成分Ｐｋ２はＳ波成分Ｓｋ２と等価であるので、ビームスプリッタ１０と全反射コーナーミラー１２を図１におけるそれぞれの光軸に設置するだけで同軸化することができる。
【００８２】
なお、レーザ光Ｂｉ、レーザ光Ｂｋを同軸化する際に、ビームスプリッタ１０、の反射によるエネルギロス、Ｐ波成分Ｐｋ２からＳ波成分Ｓｋ２変換によるエネルギロスが発生するが、エネルギ空間分布などの特性はそのまま引き継がれる。そして、加工に必要なＳ波成分Ｓｋ４の出力密度はＰ波成分Ｐｋ４の１／４以下であり損失が加工上問題になることはない。
【００８３】
２．３  加工例
２．３．１  ＲＣＣ基板の加工例
図１２は、図１１に示した構成の装置によるＲＣＣ基板の加工例を示す図である。
【００８４】
同図において、導体層加工と絶縁層加工とを導体層除去エネルギ密度に設定したモードＣｉ２（またはモードＡｉ２）のレーザ光ＢｉおよびモードＢｋ２の穴底の樹脂残厚は除去できるが導体層に損傷を与えないエネルギ密度のレーザ光Ｂｋにより、所定の絶縁層厚に対して１０μｍを残し、途中まで同時に加工を行う。引き続きヘッドＺｋによりモードＢｋ２のレーザ光Ｂｋで樹脂残厚を連続的にショットして穴明けする。これにより、製造工程における絶縁層厚誤差の影響を受けることなく導体層と絶縁層の除去が可能になり、穴底を損傷することなくブラインドホールを加工できるため穴品質が向上する。また、ガルバノミラーの位置決め後のトータルパルスショット時間０．０１２秒（２５ＫＨｚ、３００ショット）は同時加工により変わらない。しかも、軸間距離Ｌｉｊ、Ｌｊｋの影響がなくなり、テ−ブル移動回数が２５％減るので加工時間を短縮することができる。
【００８５】
２．３．２  樹脂基板（層厚４０μｍ）の加工例
図１３は、図１１に示した構成の装置による樹脂基板（層厚４０μｍ）の加工例を示す図である。
【００８６】
同図において、絶縁層除去エネルギ密度に設定したモードＡｉ２（またはモードＢｉ２）のレーザ光Ｂｉ、およびモードＢｋ２の絶縁層は除去できるが導体層に損傷を与えないエネルギ密度のレーザ光Ｂｋにより、所定の絶縁層厚に対して１０μｍを残し途中まで同時に加工を行い、引き続きヘッドＺｋでモードＢｋ２のレーザ光Ｂｋにより連続的にショットして穴明けする。これにより、製造工程における絶縁層厚誤差の影響を受けることなく導体層と絶縁層の除去が可能になり、穴底を損傷することなくブラインドホールを加工できるため穴品質が向上する。また、ガルバノミラーの位置決め後のトータルパルスショット時間０．００１秒（４０ＫＨｚ、４０ショト）は同時加工により従来の０．００２秒（４０ＫＨｚ、８０ショット）から大巾に低減できる。しかも、軸間距離Ｌｉｊ、Ｌｊｋの影響がなくなり、テ−ブル移動回数が２５％減るので加工時間を短縮することができる。
【００８７】
３．第３の実施形態
３．１  レーザ加工装置の構成
図１４は、本発明に係る第３の実施形態に係るレーザ加工装置の構成を示す図であり、図１、１１と同じものまたは同一機能のものは、同一の符号を付して説明を省略する。なお、レーザ源１ｉは、磁界が直線偏光であるレーザ光Ｂｉの磁界方向が紙面垂直方向のＰ波成分になるように設置されている。同図において、６ａ、６ｂは音響光学装置であり、磁界が垂直偏光のレーザ光Ｂｉの光軸上に設置されている。７、８は０次回折光用のビームダンパである。
【００８８】
３．２  音響光学装置の動作
音響光学装置６ａ、６ｂは、動作電圧（ＲＦ電圧）が印加されない場合、図１４の右方から入射する入射光を直進させる。また、動作電圧が印加されると、入射光はブラグ効果により形成される超音波面で回折し、出射光の出射角が変化する。そこで、レーザ源１ｉを動作させると共に音響光学装置６ａにＲＦ電圧ＶＲＦｉをパルス巾時間印加すると、出射角θＢのＰ波の１次回折光レーザ光Ｂｉが得られる。また、音響光学装置６ａにＲＦ電圧ＶＲＦｉを印加しない状態で、レーザ源１ｉを動作させると共に音響光学装置６ｂにパルス巾時間ＲＦ電圧ＶＲＦｊを印加すると、出射角θＢのＰ波の１次回折光レーザ光Ｂｋが得られる。すなわち、ＲＦ電圧ＶＲＦｉとＲＦ電圧ＶＲＦｊを直列的に出力することにより、レーザ光Ｂｉとレーザ光Ｂｋを直列的に得ることができる。なお、Ｓ波成分は、超音波面による回折が起きないので、音響光学装置６ａ、６ｂの内部を直進してビームダンパ７、８に吸収される。
【００８９】
なお、レーザ光Ｂｉおよびレーザ光Ｂｋは、音響光学装置６ａ、６ｂによるエネルギロスが発生するため、エネルギ密度、出力密度は図１におけるレーザ光Ｂｉ、レーザ光Ｂｋに対し、それぞれ約１５％低下する。しかし、エネルギ空間分布などの特性は変化しないので、出力を調整することにより、図１に示した第１の実施形態と実質的に同じ加工を行うことができる。
【００９０】
３．３  加工例
３．３．１  ガラス入り基板の加工例
ガラス入り基板を加工する場合には、次のような手順で行う。先ず、エネルギ密度を導体層除去エネルギ密度に設定したモ−ドＣｉ２（またはモ−ドＡｉ２）のレーザ光Ｂｉにより導体層を除去した後、モ−ドＡｊ２（またはモ−ドＢｊ２）のレーザ光Ｂｊにより絶縁層を除去し、さらに、モ−ドＢｋ２（絶縁層は除去できるが導体層に損傷を与えないエネルギ密度）のレーザ光Ｂｋにより穴底の残膜を除去して、ブラインドホールを形成する。この場合、ガルバノミラーを位置決めしてから、ショット時間が最も長いのは導体層除去時の０．００１２秒である。また、絶縁層除去では０．００３秒、穴底の残膜除去は０．０００４秒である。したがって、穴底の残膜除去を導体層除去のガルバノミラー移動中に行うことができるため、実質的な加工速度は図１に示した第１の実施形態と変わらない。この結果、１個のレーザ源１ｉで図１におけるレーザ源１ｉとレーザ源１ｋの動作を兼用することができるので、装置のコストを低減することができる。
【００９１】
４．第４の実施形態
４．１  レーザ加工装置の構成
図１５は、本発明に係る第４の実施形態に係るレーザ加工装置の構成を示す図であり、第１ないし第３の実施形態における前述の図１、１１、１４と同じものまたは同一機能のものは、同一の符号を付して説明を省略する。
【００９２】
この実施形態は、前記第３の実施形態の加工系Ｕｉの光軸上に音響光学装置６ａ、６ｂを配置し、加工系Ｕｋの光軸上にλｉ／２偏光子１１と全反射コーナーミラー１２およびビームスプリッタ１０を配置することにより、１台のレーザ源１ｉからレーザ光Ｂｉ、レーザ光Ｂｋを分離あるいは同軸化するようにしたものである。
【００９３】
４．２  レーザ光の同軸化
同図において、レーザ光Ｂｋとレーザ光Ｂｉの同軸化は以下のようにして行われる。
【００９４】
すなわち、レーザ源１ｉの磁界がＰ波の直線偏光（磁界が紙面垂直方向）であれば、レーザ光Ｂから分波したレーザ光Ｂｉとレーザ光ＢｋもＰ波の直線偏光である。ビームスプリッタ１０はＰ波成分を透過させ、Ｓ波成分を反射するので、レーザ光ＢｉのＰ波成分Ｐｉ４はそのまま直進する。レーザ光ＢｉのＳ波成分Ｓｋ４は反射され、ビームダンパ８に吸収される。一方、レーザ光ＢｋのＰ波成分Ｐｋ４はλｉ／２偏光子１１により、直進するＳ波成分Ｓｋ４に変換される。Ｓ波成分Ｓｋ４は全反射コーナーミラー１２で反射反射されてもＳ波成分Ｓｋ４のままであるから、前記第２の実施形態で説明したように、Ｓ波成分Ｓｋ４とＰ波成分Ｐｉ４を同軸化することができる。
【００９５】
この結果、加工位置ｉにおいて、モ−ドＢｉ４のレーザ光ＢｉのＰ波成分Ｐｉ４と、モ−ドＢｋ４のレーザ光ＢｋのＳ波成分Ｓｋ４を時間軸で直列的供給することができる。すなわち、ヘッドＺｉにより、加工部に、異なるエネルギ密度、出力密度、スポット径のビームを同時（並列）および直列的に供給することができる。また、ビームスプリッタ１０、λｉ／２偏光子１１、および全反射コーナーミラー１２を光軸から外すことにより、図１の場合と同様に、加工位置ｉおよび加工位置ｋにおいてレーザ光Ｂｉ、レーザ光Ｂｋを用いることにより個別に加工を行うこともできる。
【００９６】
なお、レーザ光Ｂｉ、レーザ光Ｂｋは、音響光学装置によるエネルギロス、また同軸化によるエネルギロスが発生するが、エネルギ空間分布などの特性は変化しない。そして、Ｓ波成分Ｓｋ４に要求される出力密度は、Ｐ波成分Ｐｋ４の１／４以下であるので、出力を適切に調整することにより、このような損失が加工上問題になることはない。
【００９７】
４．３  加工例
この第４の実施形態に係るレーザ加工装置によって樹脂ダイレクト基板（絶縁層の厚さは４０μｍである。）の加工を行う場合、穴明け方法は前記第２の実施形態と同様にして行われる。これにより、第２の実施形態と同様に穴品質が向上する。また、ガルバノミラーの位置決め後のレーザ光Ｂｉ、レーザ光Ｂｋはそれぞれ時間をずらせてショットされるが、レーザ光Ｂｉの出力を増すことにより、ト−タルパルスショット時間０．００１秒（４０ＫＨｚ、４０ショト）を維持できる。テ−ブル移動回数についても前記第２の実施形態の場合の加工速度と同じである。
【００９８】
また、レーザ光を同軸化するためのビームスプリッタ１０、λｉ／２偏光子１１、および全反射コーナーミラー１２を光軸から外すことにより前記第３の実施形態で示したレーザ加工装置の機能と同等にすることができる。すなわち、１つのレーザ源で第２の実施形態と同じ機能を持たせることができる。その結果、装置コストの低減を図ることができる。
【００９９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、加工テーブルの移動回数を減らすことが可能となり、穴品質の向上を図った上で加工時間の短縮化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るレーザ加工装置の構成図である。
【図２】本発明による加工部のエネルギ分布と穴の形状を加工順に示す図である。
【図３】図２のタイミングチャートを示す図である。
【図４】本発明による加工部のエネルギ分布と穴の形状を加工順に示す図である。
【図５】図４のタイミングチャートを示す図である。
【図６】本発明による加工部のエネルギ分布と穴の形状およびタイミングチャートである。
【図７】本発明による加工部のエネルギ分布と穴の形状およびタイミングチャートである。
【図８】本発明による加工部のエネルギ分布と穴の形状およびタイミングチャートである。
【図９】本発明による加工ヘッドの位置および加工順序を示す図である。
【図１０】本発明による加工ヘッドの位置および加工順序を示す図である。
【図１１】本発明の第２の実施形態に係るレーザ加工装置の構成図である。
【図１２】本発明による加工部のエネルギ分布と穴の形状およびタイミングチャートである。
【図１３】本発明による加工部のエネルギ分布と穴の形状およびタイミングチャートである。
【図１４】本発明の第３の実施形態に係るレーザ加工装置の構成図である。
【図１５】本発明の第４の実施形態に係るレーザ加工装置の構成図である。
【図１６】従来のレーザ加工装置の構成図である。
【図１７】コリメータの作用を示す図でありる。
【図１８】プリント基板の構成を示す図である。
【図１９】従来技術の説明図である。
【図２０】従来技術の説明図である。
【図２１】従来技術の説明図である。
【図２２】従来技術の説明図である。
【図２３】従来技術の説明図である。
【図２４】従来技術の説明図である。
【図２５】従来技術の説明図である。
【図２６】従来技術の説明図である。
【符号の説明】
１，１ｉ，１ｊ，１ｋ  レーザ発振器
２  レーザ光
３，３ｉ，３ｊ，３ｋ  コリメータ
４，４ｉ，４ｊ，４ｋ  アパーチャ
５，５ｉ，５ｊ，５ｋ  コーナーミラー
１４  ミラー
１５ａ，１５ｂ  ガルバノミラー
１６  ｆθレンズ
３０ｉ，３０ｊ，３０ｋ  ビーム整形ユニット
Ｂｉ，Ｂｊ，Ｂｋ  レーザ光
Ｚｉ，Ｚｊ，Ｚｋ  ヘッド部
【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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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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