CN1178153A - 用激光加工布线板的方法及其装置 - Google Patents

Abstract

一种用激光加工布线板的方法及其装置,其特征在于,在激光振荡器与加工透镜间的光路上设置遮挡部分激光的遮光体,对该遮光体照射所述激光,将通过所述遮光体的所述激光中非遮光部分引向所述加工透镜,对布线板进行加工。通过激光中聚光特性可变的激光,可将加工孔加工成预定的锥角。

Description

用激光加工布线板的方法及其装置

本发明涉及将激光用于对布线板、所谓印刷线路板的布线板的通孔、内孔、盲孔等进行孔加工的加工方法及其装置，尤其涉及用聚光特性变化的激光加工布线板的方法及其装置。

图14为说明已有技术的模式图。图14中，1为激光振荡器，2为来自激光振荡器1的振荡激光，3a、3b为对激光振荡器1发出的振荡激光2进行转折的转折反射镜(bend mirror)，4为其中心部分具有比激光光束直径(下面简称为“激光束径”)小的开孔的像传输模板(image transferring mask)，5为电反射镜(galvano-mirror)，6为如f-θ透镜等透射型光学部件，7为构成加工对象的布线板。

在上述图14中，激光振荡器1发出的振荡激光2经转折反射镜3a转折，入射于像传输模板4。此时，激光2具有比像传输模板4孔径大的光束直径，经过像传输模板4取出所需能量作为光束形状。通过像传输模板4的激光2经转折反射镜3b转折，再经电反射镜5入射到f-θ透镜6的规定位置，引向布线板7，对布线板7上的孔进行加工。

激光，如图15(a)中α、β、γ所示，众所周知，经过透镜后的位置上强度分布各异。即，图15(a)表示通过f-θ透镜后的上述α、β、γ位置中的激光2，图15(b)表示图15(a)中α所示位置(即焦点位置)、β所示位置、γ所示位置中各自的光束强度分布，图15(c)表示在图15(a)中α、β、γ所示位置上光各束强度对布线板7加工的孔形状图。

对布线板7进行孔加工时，通常将该布线板7置于图15(a)中α所示位置处(即，焦点位置)。此时，激光2的强度分布具有如图15(b)所示的平坦形状，其结果，布线板7上如图15(c)中α所示，能以高的正圆精度、在布线板7的板厚方向上加工成笔直的孔。

另一方面，将布线板7设在图15(a)中β所示位置处时，将其称为散焦状态，激光2的强度分布如图15(b)中β所示，由于在如同具有聚光特性较差的激光2的强度分布状态下照射布线板7，故形成如图15(c)中β所示上部孔径大下部孔径小的锥孔。

再有，将布线板7设在图15(a)中r所示位置处时，光束强度分布变成图15(b)中γ所示，如图15(c)中γ所示，可以使加工孔的锥角增大。由此可见，可通过散焦量的增减方便地改变加工孔的锥角，近年来越来越达到实用化的程度。

但在散焦状态下加工时，由于f-θ透镜等的透射型光学部件的像散现象，而存在使加工孔正圆精度下降的问题。

再有，很难在f-θ透镜的激光入射位置的全部区域中，将通过f-θ透镜后的激光的光轴设置得与布线板垂直，因此，在焦点位置上加工和散焦状态下加工，即使对准同一位置，也会发生加工孔位置的偏差。所以必须在使散焦量变化时对位置偏差进行校正，增加了无用作业。

本发明能克服上述问题，其目的在于提供一种使用聚光特性可变的激光加工布线板的方法及其装置，使得对加工孔可加工成预定的锥角。

本发明通过对设置于激光振荡器与加工透镜间光路上的遮挡部分激光的遮光体照射所述激光，并将通过所述遮光体的所述激光的非遮光部分引向所述加工透镜，对所述布线板进行加工。

本发明备有设置于激光振荡器与加工透镜间光路上的遮挡部分激光的遮光体，和将通过该遮光体的所述激光中非遮光部分引向所述加工透镜的手段。

所述遮光体可用遮挡激光中心部分的构件作成。

所述遮光体可用将激光遮挡成圆环状的构件作成。

所述遮光体可用激光遮光面积可变的构件作成。

本发明用在激光光轴方向上可移动的定位手段保持所述遮光体。

本发明可进一步备有使入射于遮光体的激光束径可改变的手段。

本发明在结构上作成可按控制装置的指令设定预定的遮光面积、遮光体的位置或激光束径。

本发明可进一步设有冷却遮光体的手段。

本发明可用激光反射构件构成遮光体，同时设有激光吸收器(damper)。

下面结合附图说明本发明较佳实施例。

图1为本发明第一实施例的模式图；

图2为第一实施例中所用遮光体结构例的模式图；

图3为对应于遮光面积的光束强度分布和加工孔形状变化的图形；

图4为本发明第二实施例的模式图；

图5为第二实施例产生的光束强度分布模式图；

图6为本发明第三实施例的模式图；

图7为第三实施例产生的光束强度分布的模式图；

图8为本发明第四实施例的模式图；

图9为本发明第五实施例的模式图；

图10为本发明第六实施例的模式图；

图11为本发明第七实施例的模式图；

图12为本发明第八实施例的模式图；

图13为本发明第九实施例的模式图；

图14为说明已有技术的模式图；

图15为散焦引起光束强度分布和加工孔形状变化的图形。

实施例1

图1为本发明第一实施例的模式图。该图1中，1为激光振荡器，2为激光振荡器1发出的振荡激光，3a、3b为转折激光振荡器1振荡的激光2的转折反射镜，4为中心部分具有比激光束径小的开孔的像传输模板(image transferringmask)，10为遮光体，11为电反射镜(galvano-mirror)，12为透射型光学部件，如f-θ透镜，7为作为加工对象的布线板。

在上述图1中，激光振荡器1来的激光2经转折反射镜3a转折，通过像传输模板4，至转折反射镜3b转折，这一过程与已有技术相同。其后，经转折射镜3b转折的激光2通过遮光体10遮挡外围部分的光，有选择地让中心部分通过，经电反射镜11入射到f-θ透镜12的预定位置后，引向布线板7，对其进行孔加工。

图2表示该实施例中遮光体10的结构例，图2(a)表示用其中心部分具有比激光2束径小的开孔的构件10a作成遮光体10的例子，图2(b)表示用比激光2的束径小的反射镜10b作为遮光体10的结构例子。这里，虽以像传输模板4、电反射镜11及f-θ透镜12的组合为例进行说明，但并不限定于这种像传输光学系统，对于用聚焦光学系统也能获得同样的效果。另外，也不限定于由电反射镜11等构成的扫描光学系统。

图3表示图1中遮光体10的遮光面积、激光2通过f-θ透镜12成像在焦点位置上时的光束强度分布、及加工孔形状的关系。

如该图3所示，遮光体10的遮光面积越大则激光2的聚光特性越差。该特性与已有技术中散焦与激光光束强度分布之间的关系等效。因此，通过设置遮光体10可在布线板7上制成加工孔径上部大下部小的锥形孔。

作为与本发明类似的例子，有特开平7-284976号公报中公开的发明，明显可见该公报揭示的发明是通过滤波(trap)用模板滤除激光聚焦时所产生的焦点噪声分量。然而，其中所揭示的发明目的在于仅遮断所述噪声分量，而与本发明连在焦点原有成像有用分量的一部分都遮断，从而使聚光特性下降的发明目的是不同的。

作为特开平7-100685号公报中所揭示的发明，公开了一种在激光光束照射中连续改变光路中掩膜板(mask)开孔孔径加工锥形孔的方法。其中所揭示的方法需要高速、高精度地控制掩膜板的开孔孔径，装置结构复杂，而本发明在结构上作成改变激光的聚光特性自身，一旦对预定的锥形设定成适当的遮光面积，就没有必要在激光束照射中改变遮光面积，故装置结构简单。

实施例2

下面，参照图4、图5说明本发明第二实施例。通过用图4(a)～(c)中20a～20c所示构件构成第一实施例中图1所示遮光体10，就能有选择地遮挡激光2中心部分的光，使激光2的聚光特性变差，从而可在布线板7上形成锥形孔。也即，图4(a)表示用部件20a构成遮光体20的例子，形成让激光2通过环状孔，在该孔的外围部分及中心部分挡住激光2；图4(b)表示用反射镜20b构成遮光体20的例子，该反射镜20b直径比激光2光径大，其中心部分形成口径比激光2光束直径小的孔；图4(c)表示用直径比激光2光束直径小的反射镜20c构成遮光体20的例子。

本实施例对激光2的强度分布如图5所示近于高斯模的情况特别有效，稍微遮挡中心部分光束强度分布的强的部分，就能明显使聚光特性变差，从而在布线板7上形成锥形孔。

实施例3

下面，用图6、图7说明本发明第三实施例。按照图6(a)～(c)中30a～30c那样构成图1所示第一实施例中遮光体10，就能将激光2遮挡成圆环形，使激光2的聚光特性变差，从而能在布线板7上形成锥形孔。也即，图6(a)表示用形成有双环形孔的、该孔上通过激光2的构件30a构成遮光体30的例子；图(b)表示用直径比激光2束径大、中心部分比激光2束径小的形成有双孔的反射镜30b构成遮光体30的例子；图6(c)表示用直径比激光2束径小且中心部分开孔的反射镜30c构成遮光体30的例子。

本实施例对激光2强度分布近于多模的情况特别有效，稍稍挡掉光束强度分布的强的部分，就能明显使聚光特性变差，从而可在布线板上形成锥形孔。

实施例4

下面，用图8说明本发明第四实施例。该第四实施例通过用图8(a)所示可手动改变孔径的虹彩光阑机构的部件40a，或图8(b)所示在同心圆上配置有直径各异的多个孔的旋转板机构40b等所构成的遮光体40来构成图1所示第一实施例中的遮光体10，使得激光2的遮光面积可变，故能简单地连续或断续改变激光2的聚光特性。即能在连续或断续改变布线板7中加工孔的锥角。

图8所示第四实施例的遮光体40虽可手动改变遮光面积，但也可通过设置步进电机等的驱动机构、齿轮构成的驱动力传送机构、或与控制装置通信的通信手段等，由控制装置控制遮光面积。

实施例5

下面，结合图9说明本发明第五实施例。图9表示本发明第五实施例的模式图，与图1所示第一实施例的不同点在于，可用定位手段如定位导轨51等，通过手动确定遮光体50在激光2的光轴方向上的位置。也即，激光2通过像传输模板4时渐渐发散，激光2的束径从像传输模板4向着电反射镜5越来越大。

因此，若遮光体50即使没有改变遮光面积的手段而备有适当的遮光面积，通过在定位导轨51上使遮光体50作光轴方向的前后移动，也能获得与遮光面积变化的同等效果。此外，其它情况与第一实施例相同，故省略其说明。

实施例6

下面，按图10说明本发明第六实施例。图10表示本发明第六实施例的模式图。在该实施例中，备有置于遮光体60前面由透射型光学部件或反射型光学部件组合而成的束径可变装置61。因此，若遮光体60即使没有改变遮光面积的手段但具有适当的遮光面积，通过用束径可变装置61适当地改变入射遮光体60的束径，也可改变激光2的聚光特性。

实施例7

下面，借助图11说明本发明第七实施例。图11表示本发明第七实施例的模式图。由于在遮光体70中因自身吸收遮光的激光2而发热，因此会变形或损坏。故本实施例中，在结构上作成通过冷却遮光体70，故能防止遮光体70的变形或损坏，能长期稳定地发挥其功能。具体而言，有如图11(a)所示在遮光体70内部设置冷却水通路的水冷方法，和图11(b)所示从喷嘴71向遮光体70吹清净气体进行空气冷却的冷却遮光体70的方法等。

实施例8

下面，结合图12说明本发明第八实施例。图12表示本发明第八实施例的模式图。在遮光体80中，因吸收遮光的激光2而自身发热，故会变形或损坏。在本实施例中，通过对遮光体80的激光入射侧蒸镀金属等方法制作反射镜，使遮光体80的激光吸收率下降，由于降低了遮光体80的发热，故能抑制遮光体80的变形或损坏。通过设置吸收由遮光体80反射的激光2那样的激光吸收器(damper)81，故激光加工装置能稳定地工作。

实施例9

下面，用图13说明本发明第九实施例。图13表示本发明第九实施例的模式图。先前的说明表示具有像传输模板的像传输光学系统中的实施例，而本发明并不限于像传输光学系统。图13为在不具有像传输模板的聚光光学系统中设置遮光体90的结构模式。其它与上述各实施相同，故省略其说明。

上面虽分别通过附图说明了第一至第九实施例，但通过将各实施例相互组合，也能实现本发明的目的、效果。例如，可将图9中说明的第五实施例所示的遮光体50和定位导轨51的组合装置代替图1中说明的第一实施例所示遮光板10等，可以有种种组合。

本发明通过在激光振荡器和加工透镜间的光路上设置遮挡部分激光的遮光体，将所述激光照射该遮光体，将通过所述遮光体的所述激光中非遮光部分引向所述加工透镜，由于结构上可改变激光的聚光特性，故可无散焦地在焦点位置处对加工孔的壁面进行锥面加工。因此，不会发生因在散焦状态下加工产生的f-θ透镜等的透射型光学部件的象散引起的加工孔正圆精度下降现象，从而能获得每当改变散焦量无需实施以往必须的位置偏差校正的、激光加工布线板的方法及加工装置。

由于用遮挡激光中心部分的构件构成遮光体，结构上可改变激光的聚光特性，故在激光强度分布接近高斯模情况下，通过稍微遮挡中心部分光束强度分布的强的部分就能简单地使聚光特性变差，就能在布线板上制作锥形孔。

由于用遮挡激光成圆环状的构件构成遮光体，结构上可改变激光的聚光特性，故在激光强度分布接近多模情况下，通过稍微遮挡光束强度分布的强的部分就能简单地使聚光特性变差，就能在布线板上制作锥形孔。

由于用可改变激光遮光面积的构件构成遮光体，故能容易改变激光的聚光特性。即能简单地改变加工孔壁面的锥角。

由于用在激光学轴方向上可移动的定位手段保持遮光体，故能用简单的结构改变激光的聚光特性。也即能以简单方式高可靠性地改变加工孔壁面的锥角。

本发明备有改变入射遮光体的激光束径的手段，故能以简单结构改变激光聚光特性。也即能以简单方式高可靠性地改变加工孔壁面的锥角。

本发明在结构上可通过控制装置的指令来设定预定的遮光面积、遮光体位置、或激光的束径，故能操作自动化，提高生产率。

本发明还通过设置冷却遮光体的手段，使由于吸收遮掉的激光而造成遮光体的温升小，故能长时间稳定地工作。

本发明在用激光反射构件构成遮光体的同时，还设置激光吸收器(damper)，故能使由于吸收遮蔽的激光而造成遮光体的温升小，从而能长期稳定工作。

Claims (12)

1.一种使用激光振荡器振荡的激光加工布线板上孔穴的激光加工布线板的方法，其特征在于，通过对设置于所述激光振荡器与加工透镜间光路上的遮挡部分所述激光的遮光体照射所述激光，并将通过所述遮光体的所述激光的非遮光部分引向所述加工透镜，对所述布线板进行加工。

2.一种用激光加工布线板的布线板加工装置，使用激光振荡器振荡的激光对所述布线板进行孔加工，其特征在于，备有设置于所述激光振荡器与加工透镜间光路上的遮挡部分所述激光的遮光体，和将通过该遮光体的所述激光中非遮光部分引向所述加工透镜的手段。

3.如权利要求2所述的加工装置，其特征在于，所述遮光体可以是遮挡激光中心部分的遮光体。

4.如权利要求2所述的加工装置，其特征在于，所述遮光体可以是将激光遮挡成圆环状的遮光体。

5.如权利要求2至4任一权利要求所述的加工装置，其特征在于，所述遮光体可以是激光遮光面积可变的遮光体。

6.如权利要求2至4任一权利要求所述的加工装置，其特征在于，用在激光光轴方向上可移动的定位手段保持所述遮光体。

7.如权利要求2至4任一权利要求所述的加工装置，其特征在于，可进一步备有使入射于遮光体的激光光束径可改变的手段。

8.如权利要求5所述的加工装置，其特征在于，在结构上作成可按控制装置的指令设定预定的遮光面积。

9.如权利要求6所述的加工装置，其特征在于，在结构上作成可按控制装置的指令将遮光体设定在预定的位置上。

10.如权利要求7所述的加工装置，其特征在于，在结构上作成可按控制装置的指令设定入射遮光体的激光束径成预定大小。

11.如权利要求2至4任一权利要求所述的加工装置，其特征在于，可进一步设有冷却遮光体的手段。

12.如权利要求2至4任一权利要求所述的的加工装置，其特征在于，可用激光反射构件构成遮光体，同时设有激光吸收器。

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