(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
目標位置毎にパルス状のレーザ光を複数回照射して、表面と目的とする内層とを接続する穴を加工対象に加工するレーザ加工方法において、
前記目標位置毎に、第１のエネルギの前記レーザ光で平均厚さの上層を除去するために必要な標準的な照射回数を求め、求められた照射回数より少ない第１の照射回数を定めておき、
前記第１のエネルギのレーザ光を前記第１の照射回数照射した後、前記第１の照射回数のレーザ光のエネルギより小さい第２のエネルギのレーザ光を照射し、
前記第２のエネルギの前記レーザ光により加工された前記内層が放射する放射光の強度が予め定める値以上になった後、当該目標位置に前記第２のエネルギの前記レーザ光を予め定める第２の照射回数さらに照射することを特徴とするレーザ加工方法。
【請求項２】
前記レーザ光が出力される毎に、前記レーザ光の出力が開始されてから前記放射光の強度が予め定める値以上になるまでの時間を計測し、
計測された時間が予め定める時間よりも短い場合に、前記内層が露出したと判定することを特徴とする請求項１記載のレーザ加工方法。
【請求項３】
レーザ光により加工された加工対象が放射する放射光を検出する放射光検出手段を備えたレーザ加工装置において、
前記加工対象に至る前記レーザ光の光路に、前記レーザ光の偏光方向を規定する偏光手段と、シャッタ手段とを配置し、
前記放射光検出手段に、加工対象から反射された前記偏光手段により偏光方向が規定された加工用レーザ光成分を阻止すると共に前記放射光を透過させる選択手段と、
前記放射光の強度を測定する測定手段と、
第１のエネルギによるレーザ光の第１の照射回数と、該第１のエネルギより小さい第２のエネルギによる第２の照射回数とを設定する設定手段と、
前記第１のエネルギのレーザ光を前記第１の照射回数で照射した後に、前記第２のエネルギによるレーザ光の照射を行い、
前記放射光の強度が予め定める値以上になった後に前記放射光を放射した位置に前記第２のエネルギのレーザ光を前記第２の照射回数で照射させる制御手段と、を設けた、ことを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項４】
前記レーザ光が出力される毎に、前記レーザ光の出力が開始されてから前記放射光の強度が予め定める値以上になるまでの時間を計測する計測手段と、
前記計測手段で計測された時間が予め定める時間よりも短い場合に、前記内層が露出したと判定する判定手段と、
を設けたことを特徴とする請求項３記載のレーザ加工装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、パルス状のレーザ光を複数回照射して表面と目的とする内層とを接続する穴を加工対象に加工するレーザ加工方法およびレーザ加工装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図６は、多層プリント基板の側面図である。多層プリント基板８は、上層（表面層）８ａと複数の内層（中間層）８ｂ、８ｃ、・・・および裏面層８ｚとから構成されている。このような多層基板に表面から目的とする内層（例えば、内層８ｂ）に達する穴（以下、表面から目的とする内層までを「上層」という。）を加工する場合、レーザ光を用いて加工をすると、加工能率を向上させることができる。しかし、上層の厚さにはばらつきがあるため、上層の厚さが最も厚い場合に合わせて加工条件を定めると、上層の厚さが薄いところでは内層が損傷する。このため、内層にダメージを与えないようにして上層を加工する必要がある。
【０００３】
そこで、特開平５−２６１５７７号公報では、加工に伴って発生するプルーム（プラズマ状物体）の発光スペクトルから穴の加工状況を推測し、目的とする内層にダメージを与える前にレーザ光の照射を停止するようにしている。
【０００４】
また、特開平１０−８５９７６号公報では、目的とする内層からの反射光を検出してレーザ出力を制御している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来技術の前者には、プルームの具体的な検出方法および加工終了信号検出後の具体的なレーザ光の制御方法が開示されていない。このため、加工終了信号を加工用のレーザ光から効果的に選別する方法や、内層のダメージを最小限に抑えると共に、スミア（内層の表面に残存する上層成分で、内層が銅箔の場合に問題になる。）を存在させないようにするためには、どのような信号が得られたときにどのようにレーザ光を制御するのがよいか、が不明である。
【０００６】
また、上記従来技術の後者は、加工終了信号として反射光を用いるため、内層の反射率が低い場合には、加工終了の検出が困難である。
【０００７】
本発明の目的は、上記従来技術における課題を解決し、多層構造の加工対象に表面と目的とする内層とを接続する穴を加工する際、内層の損傷を最小限に抑えると共に、加工部にスミアを存在させないレーザ加工方法およびレーザ加工装置を提供するにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、第１の手段は、目標位置毎にパルス状のレーザ光を複数回照射して、表面と目的とする内層とを接続する穴を加工対象に加工するレーザ加工方法において、前記目標位置毎に、第１のエネルギの前記レーザ光で平均厚さの上層を除去するために必要な標準的な照射回数を求め、求められた照射回数より少ない第１の照射回数を定めておき、前記第１のエネルギのレーザ光を前記第１の照射回数照射した後、前記第１の照射回数のレーザ光のエネルギより小さい第２のエネルギのレーザ光を照射し、前記第２のエネルギの前記レーザ光により加工された前記内層が放射する放射光の強度が予め定める値以上になった後、当該目標位置に前記第２のエネルギの前記レーザ光を予め定める第２の照射回数さらに照射することを特徴とする。
【００１０】
第２の手段は、第１の手段において、前記レーザ光が出力される毎に、前記レーザ光の出力が開始されてから前記放射光の強度が予め定める値以上になるまでの時間を計測し、計測された時間が予め定める時間よりも短い場合に、前記内層が露出したと判定することを特徴とする。
【００１１】
第３の手段は、レーザ光により加工された加工対象が放射する放射光を検出する放射光検出手段を備えたレーザ加工装置において、前記加工対象に至る前記レーザ光の光路に、前記レーザ光の偏光方向を規定する偏光手段と、シャッタ手段とを配置し、前記放射光検出手段に、加工対象から反射された前記偏光手段により偏光方向が規定された加工用レーザ光成分を阻止すると共に前記放射光を透過させる選択手段と、前記放射光の強度を測定する測定手段と、第１のエネルギによるレーザ光の第１の照射回数と、該第１のエネルギより小さい第２のエネルギによる第２の照射回数とを設定する設定手段と、前記第１のエネルギのレーザ光を前記第１の照射回数で照射した後に、前記第２のエネルギによるレーザ光の照射を行い、前記放射光の強度が予め定める値以上になった後に前記放射光を放射した位置に前記第２のエネルギのレーザ光を前記第２の照射回数で照射させる制御手段と、を設けたことを特徴とする。
【００１３】
また、第４の手段は、第３の手段において、前記レーザ光が出力される毎に、前記レーザ光の出力が開始されてから前記放射光の強度が予め定める値以上になるまでの時間を計測する計測手段と、前記計測手段で計測された時間が予め定める時間よりも短い場合に、前記内層が露出したと判定する判定手段とを設けたことを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
＜第１の実施形態＞
以下、本発明を図示の実施形態に基づいて説明する。
【００１５】
図１は本発明の第１の実施形態に係るレーザ加工機の構成図である。
【００１６】
レーザ発振器１の光路上には、偏光板２、シャッタ２３、アパーチャ３、スキャナ４のミラー５、ｆθレンズ７および加工対象８が配置されている。
【００１７】
シャッタ２３は、電気光学素子（以下、「ＥＯ素子」という。）２４と偏光面が偏光板２の偏光面と平行な偏光板２５とから構成されている。電圧を印加されたＥＯ素子２４は入射光の偏光面を印加電圧に比例した角度だけ回転させる機能を備えており、ＥＯ素子２４に印加する電圧を０から半波長電圧まで変化させることにより、入射光を０から９０度まで偏光させることができる。そして、シャッタ２３はＥＯ素子２４の出射側に偏光板２５を配置した構成であるので、ＥＯ素子２４に印加する電圧を変化させることにより、シャッタ２３の開度を全開（印加電圧は０）から全閉（印加電圧は半波長電圧）まで高速度で変化させることができる。
【００１８】
ミラー５はモータ６の出力軸に支持され、紙面に垂直な回転の軸線回りの任意の角度に位置決め自在である。加工対象８（ここでは、多層プリント基板）は、ＸＹステージ９に固定されている。
【００１９】
多層プリント基板８と対向するようにして、検出器１０が配置されている。検出器１０は、波長選択手段１１、偏光選択手段１２、レンズ１３およびＰＤ（フォトダイオード）１４とから構成されている。波長選択手段１１は、レーザ光によって加工された内層８ｂが放射する内層８ｂの材質に固有な波長の光（以下、「放射光」という。）を透過させ、その他の光は透過させない。また、偏光選択手段１２は、１／４波長板と偏光板を組み合わせて構成されている。ＰＤ１４は、処理回路２０に接続されている。
【００２０】
処理回路２０は、ＰＤ１４の出力信号に基づいてレーザ発振器１を駆動するレーザドライバ２１とシャッタ２３を駆動するシャッタドライバ２２を制御する。
【００２１】
次に、この実施形態の動作を説明する。
【００２２】
図２は、本発明の第１の実施形態に係るレーザ光強度と放射光強度の時間的な変化を示す図であり、実線はレーザ光を、点線は放射光を、示している。また、図中Ｐ１はレーザ光のピークパワー値、Ｉｔｈは検出信号強度すなわち放射光強度の閾値である。
【００２３】
スキャナ４およびＸＹステージ９を制御してレーザ光の光路の中心を加工位置に２次元的に位置決めした後、レーザ発振器１を動作させ、レーザ光をパルス状に出力させる。レーザ発振器１から出力された光路が紙面と平行なレーザ光は、偏光板２、シャッタ２３を通過し、アパーチャ３により外形を整形され、スキャナ４を介してｆθレンズ７に入射し、加工対象８の上に結像される。そして、レーザ光の一部は上層８ａに穴を明け、一部は上層８ａで反射されて検出器１０に入射する。波長選択手段１１は放射光を透過させ、加工部に供給されたレーザ光（以下、「加工用レーザ光」という。）等は透過させない。また、偏光選択手段１２は、波長選択手段１１で除去しきれなかった加工用レーザ光成分（後述するように、加工用レーザ光の偏光面をシャッタ２３で回転させる場合があるため、上層８ａで反射されたレーザ光には、偏光板２で規定される偏光成分以外の偏光が含まれる場合がある。）を除去するので、波長選択手段１１を透過した放射光以外の光が偏光選択手段１２を透過することはほとんどない。したがって、上層８ａが加工されている間、すなわち放射光が発生しない間、ＰＤ１４から出力される信号の強度は小さい。
【００２４】
上層８ａの一部が除去されて、加工用レーザ光が内層（ここでは、図６の内層８ｂ）に照射されると、内層８ｂは放射光を放射する。放射光は、波長選択手段１１および偏光選択手段１２を透過し、レンズ１３により集光されてＰＤ１４を照射する。照射光を受光したＰＤ１４は、処理回路２０に受光信号を出力する。
【００２５】
処理回路２０は、受光信号の値と予め設定された値とを比較し、受光信号が予め設定された値以上になると上層８ａがほぼ除去されたと判断し、スミアの除去を目的として、当該加工個所に対してさらに予め定める回数だけレーザ光を照射して（図中の過剰パルス）、当該位置における加工を終了する。
【００２６】
このように、内層８ｂが加工されたことを検出してから穴明け加工を停止するので、上層８ａの厚さにばらつきがあっても、内層８ｂを損傷させることなく上層８ａを確実に加工することができると共に、スミアが加工部に残存することを防止できる。
【００２７】
なお、加工対象８により反射された反射光は、一般に直線偏光を含む楕円偏光であるため、偏光選択手段１２を１枚の偏光板で構成してもよい。
【００２８】
また、シャッタ２３としてＥＯ素子を用いたが、音響光学素子（ＡＯ素子）を用いてもよい。
【００２９】
ここで、スキャナ４でスキャニング可能な領域に複数個の穴を明ける場合、放射光の強度が予め定める値以上になるまでは加工個所毎に連続的にパルス状のレーザ光を照射し、その後、レーザ光のエネルギーの値を小さくして、各穴にさらに数パルスのレーザ光を照射するようにすると、加工する穴の数に関わらず、レーザパワーの調節を１回にすることができるので、制御が容易になると共に加工能率を向上させることができる。
【００３０】
ところで、ＰＤ１４の出力信号の強度、すなわち放射光の強度を予め設定された値（閾値）と比較する場合、ノイズ等の影響を避けるために閾値を大きくすると内層８ｂが損傷する場合がある。一方、閾値を小さくすると上層８ａの除去が不十分になる場合がある。このため、閾値を決定するには予め十分な確認試験を行うことが必要になる。
【００３１】
そこで、放射光の発生を放射光の強度だけでなく、他の手段で確認するようにすると、確認試験の量を軽減することができると共に、内層が露出したことの判定の信頼性をさらに向上させることができる。
【００３２】
＜第２の実施形態＞
図３は、本発明の第２の実施形態に係るレーザ光強度と放射光強度の時間的な変化を示す図であり、実線はレーザ光を、点線は放射光を、示している。
【００３３】
内層８ｂが露出している場合、同図（ａ）に示すように、レーザ光が照射されるとほぼ同時に検出信号の強度が大きくなる。また、スミアが存在する場合、同図（ｂ）に示すように、内層８ｂが露出している場合に比べて検出信号の出現のタイミングが遅れたり、強度が小さかったりする。また、内層が露出していない場合、同図（ｃ）に示すように、波長選択手段１１と偏光選択手段１２によって除去しきれなかった加工用レーザ光の成分がノイズとして検出される。
【００３４】
そこで、内層８ｂが露出している時の、レーザ光が出力されてから検出信号の強度が予め定める値（図中のＳ）以上になるまで時間ｔ０を、予め実験的に求めておく。そして、加工時、レーザ光が出力されてから検出信号の強度が予め定める値（図中のＳ）以上になるまで時間ｔを時間ｔ０と比較し、時間ｔが時間ｔ０以下である場合に穴底が内層８ｂに到達したと判定するようにすると、判定の精度が向上するので、加工精度を向上させることができると共に、内層の損傷を防止することができる。
【００３５】
ところで、放射光の強度が予め定める値を超えた後さらにレーザ光を照射することによりスミアを確実に除去することはできるが、内層８ｂを損傷させてしまう場合もあり得る。
【００３６】
＜第３の実施形態＞
図４は、本発明の第３の実施形態に係るレーザ光の波形と検出信号との関係を示す図である。
【００３７】
レーザ光のピークパワー値Ｐ１とパルス幅Ｔ１を定め、上層８ａの平均厚さから、この場合における上層８ａを除去するために必要なパルス数Ｎａｖを予め算出しておく。そして、加工パルス数がＮａｖに近づくまではピークパワー値Ｐ１で加工を行い、その後はピークパワー値Ｐ１よりも小さいピークパワー値Ｐ２（ただし、パルス幅は同じである。）で加工をする。この場合、ピークパワーの値を切り替えるパルス数は上層８ａの厚さのばらつきを考慮して、ピークパワーＰ２で加工しているときに内層８ｂが露出し始めるように決定しておくのが実用的である。
【００３８】
図４の場合、ピークパワー値を小さくしてから２回目の照射時にＰＤ１４の出力信号が大きくなったので、この時点で内層８ｂが露出したと判定し、その後さらに２回レーザ光を照射して加工を終了している。
【００３９】
また、図５に示すように、加工パルス数がＮａｖに近づいた後、ピークパワー値は変えず、その後のパルス幅Ｔ２を、内層８ｂが露出するまでのパルス幅Ｔ１よりも小さくしても、図４の場合と同様の結果を得ることができる。
【００４０】
図５の場合、パルス幅を小さくしてから１回目の照射時にＰＤ１４の出力信号が大きくなったので、この時点で内層８ｂが露出したと判定し、その後さらに２回レーザ光を照射して加工を終了している。
【００４１】
このようにすると、内層８ｂが露出した時のレーザ光のエネルギが小さいので、内層８ｂの損傷を抑えることができ、しかも、スミアをほぼ除去することができる。
【００４２】
なお、ピークパワー値の変更およびパルス幅の変更は、ＥＯ素子２４の印加電圧を調整することにより容易に行うことができる。
【００４３】
また、上記いずれの場合も、前記レーザ光を最後に照射するときの前記放射光の強度と予め設定した値とを比較するようにすると、加工の信頼性を向上させることができる。
【００４４】
また、レーザ光のピークパワー値あるいはパルス幅をＥＯ素子２４で変更するようにしたが、レーザ発振器１の出力を変更するようにしてもよい。
【００４５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、内層が放射する放射光により、穴底が内層に到達したことを判断するので、内層の反射率の影響を受けることがない。
【００４６】
また、検出器内の偏光規定手段は、レーザ光の光路途中に設けられた偏光を規定する偏光規定手段の作用と相まって加工部で反射された加工用レーザ光の大部分を除去するので、放射光を精度良く検出することができる。しかも、放射光を検出してからさらにレーザ光を照射することにより確実にスミアを除くことができる。また、加工終了間近にレーザ光のエネルギを減少させることにより内層の損傷を抑制することができる。
【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】本発明におけるレーザ光の波形と検出信号との関係を示す図である。
【図３】本発明におけるレーザ光強度と放射光強度の時間的な変化を示す図である。
【図４】本発明におけるレーザ光の波形と検出信号との関係を示す図である。
【図５】本発明におけるレーザ光の波形と検出信号との関係を示す図である。
【図６】多層プリント基板の側面図である。
【符号の説明】
１０  検出器
２０  処理回路
２１  レーザドライバ
【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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