CN1829418B - 印制电路板的冲孔方法及印制电路板的冲孔装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种能提高加工效率及电路板高密度化的印制电路板冲孔方法及印制电路板冲孔装置。通过测试加工，在监视从加工部发射的发光(23a)的同时，求出脉冲状地照射能量密度设定为能加工导体层(50i)的值的激光光束(4a)来在导体层(50i)上加工贯通孔需要的照射次数。另外，求出脉冲状地照射设定为能加工绝缘层(51i)但不能加工下层的导体层(50i+1)的值的激光光束(5a)来在绝缘层(51i)上加工贯通孔需要的照射次数。并且，激光光束(4a)只照射求出的导体层(50i)的照射次数，再将激光光束(5a)只照射求出的绝缘层(51i)的照射次数，在电路板上加工孔。

Description

印制电路板的冲孔方法及印制电路板的冲孔装置

技术领域

本发明涉及一种通过脉冲状激光光束在印制电路板上加工孔的印制电路板的冲孔方法及印制电路板的冲孔装置。

背景技术

现在，在表面第1层为导体层的n层的导体层与n层或(n-1)层的绝缘层交互积层的印制电路板上使用UV激光器的脉冲状激光光束(以下，简称为激光光束)冲孔的场合，加工的孔的直径为50μm或以上时，直径与孔入口直径大体相等，需要多次照射能量分布在垂直于光轴的面方向上大体均匀的帽盖光束或能量分布在垂直于光轴的面方向上为高斯曲线状的高斯光束(以下称为“冲孔加工法”)，或者使直径比孔入口直径小，直径为50μm或以下的帽盖光束或高斯光束、例如在圆周轨迹上移动的同时照射，并且在半径方向上反复进行(以下称为“旋切钻孔法”)。

再者，对于激光光束加工处的定位使用光学扫描仪和聚光透镜，但通过聚光透镜的大小确定的扫描区域相对印制电路板较小。因此，在扫描区域内的加工完成后，在下一个扫描区域使印制电路板与聚光透镜在水平方向相对移动进行加工。

例如，专利文献1-特表平10-508798号公报上公开了通过紫外线光在由金属与绝缘物等构成的材料上冲孔的技术。

另外，在专利文献2-特开平10-85976号公报及专利文献3-特开2001-102720号公报上，作为在监控激光加工状况的同时进行加工的装置，公开了将偏振光光束分离器、分色镜等光束分离器就放在激光起振器后或就放在加工对象物前的激光光束的光路上，将来自激光加工对象物的反射光或发光从激光光束的光路偏向而检测的激光加工装置，或者在加工对象物附近从激光光路偏离的地方放置检测器，检测来自加工对象物的散射光或发光的激光加工装置。

可是，导体层的分解能量的阈值和构成绝缘层的树脂分解能量阈值之差较大。因此，在表层为导体层的印制电路板上加工孔时，当将脉冲状的激光光束持续照射在同一处时，形成在其下层的绝缘层上的孔的直径比形成在导体层上的孔的直径大，从而或者导体层相对在绝缘层上形成的孔成为外伸状，或者在绝缘层上形成的孔侧壁的深度方向的中间成为比入口径大的琵琶筒(バレル)状。

对于或者导体层相对在绝缘层上形成的孔成为外伸状，或者绝缘层成为琵琶状的孔，当进行高速电镀或场电镀(从孔底开始电镀再进行填孔的电镀法)时，则在导体层孔入口电镀集中，在电镀层易产生中空部(void)。因此，不能缩短电镀时间，不能提高加工效率。

另外，当使能量密度适于导体层进行加工时，绝缘层厚度变化时，不仅损伤孔底的导体层表面，而且有时会贯通孔底的导体层。

而且，在绝缘层含有玻璃的所谓玻璃电路板的场合下，在有选择地除去孔侧壁的树脂而形成的孔内部，玻璃纤维的突出变大。另外，有时也在与超过需要地除去树脂并相邻的孔之间形成微小的间隙，通过电镀相邻的孔导通。因此，不能使孔间间距变狭窄，从而不能实现将印制电路板变小的、所谓印刷电路板的高密度化。

发明内容

本发明的目的在于提供一种解决上述现有技术中的问题，能实现提高加工效率及电路板高密度化的印制电路板的冲孔方法。

本发明的另一目的在于提供一种利用适宜可以实现提高加工效率及电路板高密度化的印制电路板的冲孔方法的激光的印制电路板的冲孔装置，能降低现有的激光加工装置中没考虑的光学部件内部中的反射影响或由于透镜聚光的光束透射过倾斜并列平板引起的光束形状的歪斜的印制电路板的冲孔装置。

为了解决上述问题，本发明的第1方案，提供一种印制电路板的冲孔方法，该印制电路板由导体层与绝缘层交互积层而成，其特征在于，在监视加工部放射的发光的同时，求出通过在上述导体层上脉冲状地照射能量密度设定为能加工上述导体层的值的激光光束来在上述导体层上加工贯通孔所需要的照射次数，根据求出的照射次数在该导体层的其它处加工贯通孔。

本发明的第2方案，提供一种印制电路板的冲孔方法，该印制电路板由表面第1层为导体层的n层导体层与n层或(n-1)层绝缘层交互积层而成，其特征在于，通过多次照射直径与指定的孔入口直径相等且能量密度能除去该第1导体层的脉冲状激光光束，除去第1导体层，通过多次照射直径比加工上述第1导体层的激光光束大且能量密度能除去第1绝缘层但不能除去上述第1导体层的脉冲状激光光束，除去上述第1导体层下层的第1绝缘层，通过多次照射直径比加工第(i-1)(其中，i为2～n的整数)层的激光光束小且能量密度能除去第i导体层的脉冲状激光光束，除去第i导体层，并且，通过多次照射能量密度为加工上述第1绝缘层的脉冲状的激光光束，除去第i导体层下层的第i绝缘层，保持上述第1导体层上形成的孔的直径。

本发明的第3方案，提供一种印制电路板的冲孔装置，将从激光起振器输出的脉冲状激光光束通过光学系统导向导体层与绝缘层交互积层的印制电路板上，在上述印制电路板的加工处加工孔，其特征在于，设有：监视来自加工部的发光的传感器；比较上述传感器的输出与预先设定的阈值的比较单元；计数上述比较单元动作前照射加工部的上述激光光束的照射次数的计数器；和存储上述计数器计数的上述照射次数的存储单元，将通过测试加工存储的脉冲数作为加工中的脉冲数，加工上述导体层和绝缘层的各层。

本发明的第4方案为一种在被加工品上照射激光，激光加工被加工品的激光加工装置，具有：起振激光的激光起振器；包含在加工品上定位从该激光起振器发射的激光的扫描仪及加工透镜的光束扫描光学系统；和配置在上述加工透镜和被加工品之间，使来自被加工品的反射光为偏振光的1/4波长板。

这种场合，也可以是光束扫描光学系统具有电反射镜，将接收来自离开该反射镜的被加工品的反射光的检测单元配置在比反射镜更靠与被加工品相反一侧。

另外，在上述光束扫描光学系统和激光起振器之间，也可以与激光的光轴大体同轴地配置具有比从激光起振器发射的激光大的开口的光检测单元。

本发明的第5方案为一种在被加工品上照射激光，激光加工被加工品的激光加工装置，具有：起振激光的激光起振器；包含在加工品上定位从该激光起振器发射的激光的扫描仪及加工透镜的光束扫描光学系统；和在上述加工透镜和被加工品之间配置的光束分离器，用该光束分离器反射的激光加工被加工品。

本发明的第6方案是一种在被加工品上照射激光，激光加工被加工品的激光加工装置，其特征在于，具有：起振激光的激光起振器；包含在加工品上定位从该激光起振器发射的激光的扫描仪及加工透镜的光束扫描光学系统；和在上述加工透镜和被加工品之间配置的分色镜，用该分色镜反射的激光光束加工被加工品。

本发明的第7方案是一种在被加工品上照射激光，激光加工被加工品的激光加工装置，具有：起振激光的激光起振器；在加工品上定位从该激光起振器发射的激光并且具备扫描仪及加工透镜的光束扫描光学系统；配置在上述加工透镜与被加工品之间，使被加工品产生的光透射的光学部件；和检测透射该光学部件的光的检测单元。

本发明的发明效果是，由于能通过需要的最小限的能量在导体层及绝缘层上加工孔，所以能提高加工效率。另外，由于在导体层及绝缘层上没产生损伤，所以能实现基板的高密度化。

另外，由于将激光加工装置加工时产生的发光流(プル一ム)及加工激光的反射光通过1/4波长板或光束分离器、分色镜等导向fθ透镜，所以检测信号的SN比提高。其结果，即使检测信号微弱，也能准确地判定加工状态，可以高品质加工。

附图说明

图1是本发明第1实施例涉及的印制电路板冲孔装置的构成图。

图2是表示第1实施例的加工顺序的流程图。

图3是图2加工顺序中的子过程的流程图。

图4是图2加工顺序的子过程的流程图。

图5是表示第1实施例的加工部的形状的模式图。

图6是本发明第2实施例涉及的的加工头部附近的主视图。

图7是表示本发明第3实施例涉及的激光加工装置的概略构成的方框图。

图8是表示本发明第4实施例涉及的激光加工装置的概略构成的方框图。

图9是表示本发明第5实施例涉及的激光加工装置的概略构成的方框图。

图10是表示本发明第6实施例涉及的激光加工装置的概略构成的方框图。

图11是表示本发明第7实施例涉及的激光加工装置的概略构成的方框图。

图12是在第2至第7实施方式涉及的激光加工装置中使用的2轴扫描仪的立体图。

图13是说明第2至第7实施方式涉及的激光加工装置的检测方法的图。

符号说明

4a激光光束             5a激光光束         23a发光

50i导体层              51i绝缘层          104激光源

106掩模                107偏振光光束分离器

1082轴扫描仪           109fθ透镜         1101/4波长板

111电路板(被加工品)    118光束分离器      119分色镜

具体实施方式

以下，基于图示的实施方式说明本发明。

实施例1

图1是本发明第1实施例涉及的印制电路板冲孔装置的构成图。

系统控制器B连接在虚线包围表示的装置机构部A、激光起振器控制器D和光传感器21上。如后所述，系统控制器B具有比较光传感器21及光传感器30a～30d的输出与预先确定的阈值的比较单元p、计数比较单元p动作前照射加工部的激光光束照射次数的计数器q和存储加工条件及计数的照射次数的存储单元r。

在存储单元r内预先存储适于加工铜的能量密布和适于加工绝缘物的能量密度。另外，在存储单元r内按每个激光模式(在垂直于光轴的剖面上的能量分布)，以一览表的形式存储加工铜时的激光光束直径和此时的激光起振器及各光学系统的设定值，根据该设定值的激光光束是适于加工铜的能量密度。同样，也以一览表形式存储有加工绝缘物时的激光光束直径与此时的激光起振器及各光学系统的设定值，根据该设定值的激光光束是适于加工绝缘物的能量密度。

于是，当发出光束模式和激光光束直径的指示时，系统控制器B设定激光起振器及各光学系统，使得使适于加工的激光光束照射加工部。

在装备机构部A上装载有激光起振器C、用点划线包围表示的加工头E及激光起振器C和光学地连接加工头E的光学系统等。

激光起振器C脉冲状地输出光束模式为高斯曲线状的高斯光束直线偏振光的UV激光(这里波长为355nm)。在从激光起振器C输出的激光光束1的光轴上，配置有光束整形器2和光束分配器3(例如，声光学方式的AOM或电光学式的EOM)。

光束整形器2能例如将高斯光束变换为能量分布均匀的光束模式的帽盖光束，或者能调整激光光束1的光束直径。

光束分配器3根据来自系统控制器B的指令，将入射的激光光束1作为第1方向的激光光束4(1次光)或/及激光光束6(0次光)，即能量为激光光束1的Q％(Q＝100～0)的激光光束4和能量为激光光束1的(100-Q)％的激光光束6，或者第2方向的激光光束5(1次光)或/及直线前进方向的激光光束6，或者激光光束6输出。于是，通过改变1次光和0次光的比例，能调节激光光束4或激光光束5的能级。另外，能进行激光光束1的脉冲数控制。这里，激光光束4和激光光束5为S波。

在光束分配器3与反射镜11x之间的激光光束4的光轴上，配置有光束直径调整用准直仪7a、掩模投影加工时调整加工光斑直径的小孔(アパ一チヤ)8a、偏振光方向变换装置40、光束分离器9a及偏振光板10。以下，将透射小孔8a的激光光束4称为激光光束4a。

在光束分离器9a的激光光束4a的光轴入射侧及反射侧的延长线上，配置有能分别检测出波长300nm～800nm的光的光传感器30a、30b。

光束分离器9a反射波长300nm～800nm的光99％、使1％透射。偏振光板10反射入射的S波，使P波透射。

偏振光方向变换装置40例如由多个反射镜构成，使入射的光的偏振光方向旋转90度。

电扫描仪11由反射镜11X与反射镜11Y构成。

在光束分配器3与电扫描仪11之间的激光光束5的光轴上配置有光束直径调整用准直仪7b、掩模投影加工时调整加工光斑直径的小孔8b、光束分离器9b及偏振光板10。以下，将透射小孔8b的激光光束5称为激光光束5a。

在光束分离器9b将波长300nm～800nm的光反射99％，使1％透射的光束分离器9b的激光光束5的光轴入射侧及反射侧的延长线上，分别配置有能检测出波长300nm～800nm的光的光传感器30c、30d。

在与加工头E相对的位置上配置的加工工作台14能在X-Y方向上自由移动。在加工工作台14上装载有作为加工对象的印制电路板13。另外，图中箭头标示的m×m范围是电扫描仪11的扫描区域。

再者，在图1中对于除说明上需要的角部反射镜以外的角部反射镜省略了图示。

对向扫描区域并在前端具有聚光光学系统20a的光纤20的一端配置在例如距离加工部约40mm的位置上。光纤20的另一端连接在光传感器21上。光纤20具有滤波器功能，有选择地将波长400nm～600nm的光传输给光传感器21。

接下来，说明该实施例的动作。

首先，说明激光光束4的路径。

从激光起振器C输出的脉冲状激光光束1通过光束整形器2设定能量分布及光束直径并入射光束分配器3，调整脉冲能量级别后，作为激光光束4、5、6的任意一个输出。

激光光束4通过光束直径调整用准直仪7a及小孔8a，设定外径并成为激光光束4a(这里为S波)，通过偏振光方向变换装置40变换为P波，入射光束分离器9a，一部分透射光束分离器9a后，入射光传感器30a，残余的被反射。光束分离器9a反射的激光光束4a透射偏振光板10后，入射反射镜11X，通过反射镜11X和11Y确定入射印制电路板13的位置，通过聚光透镜(fθ透镜)12入射印制电路板13并加工印制电路板13。

由印制电路板13反射的激光光束4a的反射光22的一部分与伴随加工部产生的加工光23的一部分构成的光入射光纤20。另外，反射光22的一部分与加工光23的一部分在入射路径逆行，其一部分透射光束分离器9a，作为透射光4aa入射光传感器30b。

另外，激光光束5通过光束直径调整用准直仪7b及小孔8b设定外径而成为激光光束5a(这里为S波)，一部分透射光束分离器9b后，入射光传感器30c，残余的被反射。被反射的激光光束5a入射偏振光板9，被偏振光板9反射后，入射反射镜11X，通过反射镜11X和11Y确定入射印制电路板13的位置，通过聚光透镜(fθ透镜)12入射印制电路板13而加工印制电路板13。

由印制电路板13反射的激光光束5a的反射光22(这里，激光光束5a的反射光也称为反射光22)的一部分与伴随加工部产生的加工光23的一部分构成的光入射光纤20。另外，反射光22的一部分与加工光23的一部分在入射路径逆行，被偏振光板9反射，其一部分透射光束分离器9b，作为透射光5aa入射光传感器30d。

另外，激光光束6入射省略图示的装置变成热量。

接着，关于本发明的加工顺序进行说明。

这里，关于在表面第1层为铜层的n层的铜层与n层或(n-1)层的绝缘层交互积层的印制电路板上加工孔的情形进行说明。

图2是表示本发明加工顺序的流程图，图3、图4是子过程的流程图。

在加工以前，预先设定以下的参数作为加工条件。

(1)测试加工位置Sk(k为加工位置的位置序号，1～max)的座标

(2)加工的铜层的层数G

(3)加工的绝缘层的层数Z

(4)加工绝缘层时的激光光束直径D

(5)加工绝缘层时的能量密度与激光模式

(6)加工第1层铜层时的激光光束直径d

(7)加工铜层时的能量密度与光束模式

这里，通过能量密度为8J/cm²、光束模式为帽盖光束的激光光束4a加工铜层，通过能量密度为1J/cm²、光束模式为帽盖光束的激光光束5a加工绝缘层。另外，激光光束直径d设定为要加工的孔的直径，直径D设定为比直径d大的值。再者，测试加工位置Sk选择没成为印制电路板13的制品的部分。

当将省略图示的加工开始按钮置于接通时，位置序号k设为1，层序号i设为0后(步骤S100)，将层序号i设为1(步骤S110)。然后，执行图3所示的子过程SUB·A后，进行步骤S130的处理(步骤S120)。

在子过程SUB·A中，加工光束设定为激光光束4a的条件(步骤S600)，另外，照射次数j重设为0后(步骤S610)，照射次数j加1(步骤S620)，激光光束4a照射1次(1个脉冲)(步骤S630)，检查发光的有无(步骤S640)。即，当激光光束4a照射时，在加工铜层的同时，从加工部放射出激光光束4a的反射光(波长355nm)和在500nm～550nm附近具有强度峰值的300nm～800nm的加工光23，其一部分入射光纤20。并且，通过光纤20的滤波功能反射光22被除去，400nm～600nm的加工光23a(以下称为“发光”)透射光纤20到达光传感器21，使光传感器21接通。

比较单元p将光传感器21的输出1c与预先设定的阈值THc比较，当输出1c比预先设定的阈值THc大时，判定为铜层剩余(即铜层加工未完)，进行步骤S620的处理，其它场合即判定为在铜层上加工了贯通孔时结束处理(步骤S640)。

能量密度为8J/cm²的激光光束4a通过1次照射只能除去约1μm深度的铜层。因而，例如，铜层厚度为9μm时，激光光束4a要反复照射9±1次左右。

在步骤S130中，将照射次数j与测试加工位置序号k及铜层序号k作为一组存储。然后，比较i和G，i＜G时进行步骤S150的处理，其它场合进行步骤S210的处理(步骤S140)。

在步骤S150中，将激光光束4a的直径d替换为(1-0.05i)d后，比较层序号i与Z(步骤S160)，i＜Z时执行图4所示的子过程SUB·B后(步骤S170)，进行步骤S180的处理，其它的场合进行步骤S210的处理。再者，在将激光光束4a的直径d替换为(1-0.05i)d之际，将小孔8a切换为对应的直径的小孔8a。

在子过程SUB·B中，将加工光束设定为直径为D的激光光束5a的条件，再将照射次数j重设为0后(步骤S700、S710)，照射次数j加1(步骤S720)，激光光束5a照射1次(步骤S730)，检查反射光的强度lz(步骤S740)。即，在下层有铜层的场合，相对加工绝缘层时的反射光22的强度lz，在去除绝缘物时露出的铜层反射的反射光22的强度lz要大得多。因此，输入光传感器21的反射光21的强度lz与预先设定的阈值THz比较，强度lz比预先设定的阈值THz小的场合判定为绝缘层还有剩余(即绝缘层未加工完)进行步骤S720的处理，其它场合即判定为判定了在绝缘层上加工了贯通孔的场合结束处理。

在步骤S180中，将照射次数j与测试加工位置序号k及绝缘层序号i作为一组存储。

并且，比较测试加工位置序号k与kmax，k＜kmax时在测试加工位置序号k上加1进行步骤S110的处理(步骤S200)，其它场合(即k≥kmax的场合)进行步骤S210的处理(步骤S190)。

在步骤S210中，将测试加工位置S1～Smax中的第1铜层或第1绝缘层照射次数j中最多的照射次数j作为各自加工时的照射次数设定，进行指定的最初的冲孔加工(步骤S220)。以下同样，进行加工至发出指令的全部加工完成(步骤S230)。

根据本发明，通过测试加工(图2中的步骤S100～步骤S210)对于所有的加工贯通孔的铜层及绝缘层确定能加工贯通孔的照射数，根据确定了的照射数进行实际的加工(图2中的步骤S220、步骤S230)，因此，各层厚度不同时也能做成品质均匀的制品，同时容易控制。

另外，在该实施例中，由于将加工第2层以下的铜层的激光脉冲4a的直径渐渐地变小，所以能不损伤加工的孔的入口直径，进行优质加工。

另外，由于确认了加工绝缘层需要的照射次数，所以没有必要将照射次数增加至需要以上，能提高加工效率。

另外，通过该加工顺序，不仅能加工附带从表面至期望的导体层的底的孔，而且能加工贯通孔。

再者，由于激光光束5a的能量密度是不损伤导体层的强度，所以也可以不测定照射次数，照射设计上的绝缘层厚度的最大值加上余量的次数。

另外，将照射各层的激光光束照射次数作为通过测定层厚取得的最大值，但也可以在预先已知各层厚度的场合，预先确定例如照射次数的许用范围，在偏离许用范围的场合发出警报。

另外，也可以监视光传感器30a及光传感器30c的输出，在例如激光光束4a或激光光束5a的输出因某些原因变小的场合，除了确定此时的层厚测定值，还确定例如加工时的照射次数。

另外，也可以预先将测试加工时的激光光束4a的能量密度与激光光束直径d设为固定值，确定各层加工贯通孔需要的照射数后，不改变能量密度，通过适于加工的孔的直径的激光光束进行试加工，评价该结果。

另外，使用了能量分布为在径向大致均匀的帽盖形，但也可以使用能量分布为高斯曲线状的高斯形。

而且，加工第2层以下的铜层的激光光束4a的直径d替换为(1-0.05i)d(图2中的步骤S150)，但也可以用直径d的激光光束4a加工第2层以下的铜层。

再者，加工部的光斑直径既可以通过准直仪7控制，也可以通过改变小孔8a(或8b)与加工部之间的距离进行控制。

另外，由于反射光22的强度根据反射镜11X与反射镜11Y的角度而变化(即来自偏离透镜中心的加工部的信号电平对应于距离而降低)，所以当对应于反射镜11X与反射镜11Y的角度来修正检测信号电平而构成时，能进一步提高检测精度。

再者，也可以是将入射光传感器30b或光传感器30d的光分割为2束，使用分割的光的一方检测波长355nm的光，使用分割的光的另一方检测波长400nm～600nm的光的构成。

在上述中，加工绝缘层的能量密度设为恒定，但也可以加工中途变化。

图5是表示随上述加工顺序的加工部的形状的模式图，印制电路板13的导体层50i及绝缘层51i的下标i在图的上侧(表面侧)为1，在该图中，上部是加工铜层的情形，下部是加工绝缘层的情形，各自的能量密度H_E以高度表示。

如该图(a)所示，绝缘层511加工开始时(即，铜层501刚加工之后)在不加工铜层501的范围将能量密度变大(例如，3J/cm²)，在到达设计上的厚度的70％左右之前进行绝缘层511的加工，之后，也可以将能量密度设为1J/cm²。当这样控制激光光束的能量密度时，能提高加工效率的同时实现绝缘层在孔底不残留。

另外，如该图(b)所示，也可以将加工绝缘层时的能量密度按3级变化。当这样控制激光光束能量密度时，能使形成的贯通孔的侧壁光滑。

另外，在连接第1层导体层与第2层导体层的场合，如图(c)所示，也可以将加工第1层导体层的激光光束5a的直径D设定为比激光光束直径4a的直径d小。这样，由于通过加工气化了的绝缘层的构成部件从表面迅速排除，所以侧面能形成光滑的孔。

当在任意场合使绝缘层上形成的侧面的锥面角度α都为10°～90°地控制激光光束5a的形状时，能在电镀工序中进行缺陷少的电镀处理。

这里，孔内面的锥角α能通过控制光束整形器来控制激光光束直径向的能量分布而变更。即，例如，当将在激光光束中央部的能量密度向外周部在径向变小的比例变大时，能将锥角α变大。

接着，关于具体的加工例进行说明。

(加工例1)

通过能量密度为8J/cm²、直径为45μm的激光光束4a(脉冲频率f为30kHz)的帽盖光束加工铜层的厚度为12μm、绝缘层的厚度为60μm的RCC材(玻璃基板)时，能用11个脉冲在第1导体层上形成贯通孔。此时，确认了在第1绝缘层上形成的孔的深度为3μm以下，第1绝缘层几乎没通过激光光束4a加工。

另外，对应绝缘层的残留厚度，将能量密度阶段式(1.6、1.0、0.8J/cm²)地设定，在进行利用合计70个脉冲的3阶段上升加工的场合，也确认取得良好的孔品质·孔形状。

另外，能量密度为1J/cm²时，去除绝缘层后，即使额外照射10个脉冲左右，也不会损伤紧接的下层的铜层，也不会在该绝缘层上形成的孔形状不良。

再者，为了防止由于高温分解物引起孔品质降低，在实际加工中，希望进行所谓的循环加工(例如，为了形成1个孔，照射20次激光光束时，5个加工处作为一组，在各加工处各照射1次激光光束，反复20次)。

另外，这里将加工第n层的导体层的激光光束直径设定为加工第(n-1)层的导体层的激光光束直径的95％，但最好将加工第n层导体层的激光光束直径设定为在第(n-1)层导体层上加工的孔底的直径。

另外，本发明不限于冲孔加工法的场合，也适用于作为使用比孔的直径更小直径的激光光束加工孔的方法的旋切钻孔法。

然而，通过反射镜11反射并入射聚光透镜12的激光光束4a的大部分光透射聚光透镜12，但极少一部分被聚光透镜12的表面反射，在入射路径逆行，入射光传感器30a。即，被加工部反射的激光光束4a与聚光透镜12的表面反射的激光光束4a同时入射光传感器30a。在该实施例中，由于只需要识别被加工部反射的激光光束4a，所以被聚光透镜12的表面反射的激光光束4a成为噪声。因此，当预先求出被聚光透镜12的表面反射的激光光束4a的强度范围，将从光传感器30b的检测值去除被聚光透镜12的表面反射的激光光束4a的强度的值作为反射光22的强度时，能提高加工中导体层的孔加工完成时及绝缘层的孔加工完成时的检测精度。

实施例2

这里，入射光传感器30b的反射光22的强度较小时，存在检测精度降低的情况。

接着，关于本发明的变形例进行说明。

图6是本发明涉及的变形例(第2实施例)的加工头部附近的主视图。

在聚光透镜12的印制电路板13侧配置有1/4λ板60。

1/4λ板60具有将入射的直线偏振光作为圆偏振光输出，将入射的圆偏振光作为直线偏振光输出的特性。并且，当圆偏振光通过例如镜面反射时，反射的圆偏振光的偏振光方向反转，即旋转方向变化180度。因而，当旋转方向反转了的圆偏振光再次入射1/4λ板60时，偏振光方向相对入射时的偏振光方向旋转90度。即，例如，入射1/4λ板60的入射光为P波时，被加工部反射且从1/4λ板60输出的光(即反射光22)变为S波。

另外，反射镜11Y由使波长500nm～550nm的光透射的光束分离器形成，在反射镜11Y的透射侧配置有光传感器50。光传感器50检测从铜层反射的波长500nm～550nm的光。

接着，说明第2实施例的动作。

入射1/4λ板60的直线偏振光(P波)的激光光束4a作为圆偏振光的激光光束4a(图中的4ac)从1/4λ板60射出，作为圆偏振光的激光光束4a入射加工部。由于即使偏振光方向从直线偏振光变为圆偏振光，能量也没变化，所以加工能取得与直线偏振光的场合相同的加工结果。

被加工部反射的反射光22(圆偏振光的激光光束4ac)在入射路径逆行，作为S波的反射光22从1/4λ板60射出，被偏振光板10反射，入射光传感器30d。另一方面，聚光透镜12的表面反射的激光光束4a透射偏振光板10，入射光传感器30b。

即，在本实施例中，通过监视光传感器30d的输出，能使反射光22的检测精度提高。

同样，对于激光光束5a引起的反射光22通过监控光传感器30b的输出，能使反射光22的检测精度提高。

这里，当加工的孔的深度变深时，由于发光23a的强度变小，所以光传感器21存在检测精度降低的情况。光传感器50的轴线与加工中的孔的轴线的交叉角度由于比光传感器21的轴线与加工中的孔的轴线的交叉角度小，所以入射光传感器50的发光23a的强度比入射光传感器21的发光的强度大。因而，通过监控光传感器50的输出，能提高发光23a的识别精度。

再者，取代光传感器30a、30c，若在激光起振器1与光束分配器3之间配置使波长300nm～800nm的光99％反射、1％透射的第3光束分离器，在透射侧配置光传感器，就没有必要设置光传感器30a、30c。

另外，虽省略图示，但也可以取代光分离器9a，处于旋转轴扭转的位置地配置1对光束分离器，做成分别能绕旋转轴旋转的构成(即，取代光分离器9a配置一对电反射镜)，分别控制2束光束的照射位置，加工印制电路板上不同的2处。

而且，也可以是将激光光束4a、5a通过光束分离器分割为例如2束，将各自供给2个加工头的构成。

另外，例如1枚印制电路板的面积较大时，也可以在加工途中的阶段再次进行测试加工。另外，为了慎重起见，也可以在加工中检查反射光或发光。这样，能进一步提高加工的可靠性。

然而，一般激光起振器1具有到某频率之前输出增加，但其后输出降低这种频率一输出特性。即，横轴取为频率，纵轴取为输出的场合，激光起振器1的输出特性成为向上凸的曲线。

由于能量密度为输出除频率所得的值，所以即使能量密度设为固定值，加工条件在根本上也不确定。可是，根据实验结果，在希望提高加工速度的场合，将输出及频率两者变大是有效的；在希望提高加工品质的场合，将输出及频率两者变小是有效的。

实施例3

图7是表示本发明第3实施例涉及的激光加工装置的概略构成的方框图。在该图中，就本实施例涉及的激光加工装置而言，加工机控制部101具有定位控制装载在X-Y工作台112上的印制电路板111的定位控制部103和控制照射电路板111的激光光束105的激光控制部102。在激光控制部102上连接有激光起振器104，激光起振器104基于激光控制部102的指令发射激光光束105。

在激光起振器104的下方配置有掩膜106，在掩膜的更下方配置有偏振光光束分离器107。激光起振器104发射的激光光束105经掩膜106入射偏振光光束分离器107。偏振光光束分离器107与激光光束105的光路成45度配置，将激光光束105的方向改变90度。改变了前进方向的激光光束105被导向详细后述的2轴扫描仪108。在2轴扫描仪108下方配置有fθ透镜109，在fθ透镜109与印制电路板111之间配置有1/4波长板110。2轴扫描仪108控制入射fθ透镜109的激光光束105的角度。并且，经1/4波长板110将激光光束105照射在电路板111规定的位置上。

照射在电路板111上的激光光束105被电路板111具有的铜箔部反射，生成电路板反射光113。电路板反射光113与激光起振器发射的激光光束105逆向沿光路前进。即从1/4波长板110、fθ透镜109和2轴扫描仪108到达偏振光光束分离器107。在该偏振光光束分离器107，与激光光束105不同不反射，透射偏振光光束分离器107。在偏振光光束分离器107里侧配置有导向透射来的印制电路板反射光113的聚光透镜115，被该聚光透镜115会聚的电路板反射光113被导向光检测器116。光检测器116将电路板反射光113变换为电信号。已变换的信号输送到加工错误诊断部117，判断加工错误。

图12用立体图表示2轴扫描仪108。2轴扫描仪108具有2个电反射镜120、121。一方的电反射镜120可以绕水平轴摇动，激光光束105在装载在XY载物台112上的电路板111的被加工区域上的X轴方向上扫描。另一方的电反射镜121可以绕垂直轴摇动，使激光光束105在电路板111的被加工区域上的Y轴方向上扫描。2个电反射镜120、121垂直配置。定位控制部103控制电反射镜120、121的旋转角度。当使用2轴扫描仪108的被加工区域的加工完成时，XY载物台112在2轴扫描仪108的扫描区域设定、定位印制电路板111下一次的被加工区域。

以下，使用图13的模式图，说明偏振光光束分离器107及1/4波长板110的动作。偏振光光束分离器107具有使振动方向平行于纸面的光即P偏振光透射，使振动方向垂直于纸面的光即S偏振光反射的特性。因而，当激光起振器104发射的激光光束105为S偏振光时，全部被偏振光光束分离器107反射，通过2轴扫描仪108控制角度，入射fθ透镜109。fθ透镜109由校正像差的多枚透镜109a、109b、……构成，各透镜109a、109b、……的两面镀反射防止膜。

当前提供使用的反射防止膜在相当程度上能防止反射，但难于完全防止反射。通常，不得不容许在各面发生0.1％左右的反射。这样，当0.1％左右的反射在透镜109a、……的各面发生时，作为透镜109a、……的枚数的量的透镜反射光114，入射偏振光光束分离器107。在偏振光光束分离器107上不透射变为反射光，朝向激光起振器104侧。

透射fθ透镜109的激光光束105用于加工电路板111。此时，在形成多层的电路板111具有的绝缘层和导体层中，由于对激光光束105的吸收具有很大的差异，所以电路板反射光113也对应吸收的差异而变化。一般地，导体层比绝缘层反射大。因而，如果检测反射光113，就可以监测正在加工绝缘层和导体层的哪一个。

反射光113的检测在电路板111的表面粗糙度小视为光滑面的场合很容易。可是，因为电路板111的导体层的表面粗糙度与照射的激光光束105的波长的关系，也有反射光113成为漫反射的状态。这种场合，电路板111反射并返回光检测器116的反射光113的光量很少，fθ透镜各面反射的透镜反射光114作为噪声不能无视。该电路板111的表面粗糙度在使用波长短的激光时，其影响变得显著。

因此，在本实施例中，为了消除这种现象，在电路板111与fθ透镜109之间配置1/4波长板110。当激光光束105透射1/4波长板110(去路)时，透射了1/4波长板110的激光光束105就变为圆偏振光。另一方面，当在电路板111反射而作为电路板反射光113再次透射1/4波长板110(回路)时，偏振光方向旋转90度。

透镜反射光114与电路板反射光113共同返回同一光路，到达偏振光光束分离器107。在偏振光光束分离器107中，透镜反射光114原样以S偏振光状态反射。可是，电路板反射光113由于偏振光状态旋转90度，成为P偏振光，所以透射偏振光光束分离器107。如上所述，透射来的电路板反射光113经聚光透镜115被导向光检测器116。

根据本实施例，由于激光加工装置在fθ透镜109与电路板111之间具有1/4波长板110，所以通过1/4波长板110的偏振光特性，可以只检测出电路板111反射的光。据此，来自电路板111的反射光很少，即使检测信号微弱，也能切实地判定电路板111的加工状态。

实施例4

图8是表示第4实施例涉及的激光加工装置100的概略构成的方框图。在图8中只表示了反射光的路径部。本实施例与第3实施例的不同在于添加了偏振光板123。由于添加了偏振光板123，检测反射光113的光学系统配置也与第3实施例不同。激光光束105通过2轴扫描仪108控制入射fθ透镜109的角度。由此，激光光束105照射在电路板111的规定位置上，在电路板111上加工孔。此时，从电路板111反射出电路板反射光113。

这里，在电路板111的导体层表面粗糙度显著时，电路板反射光113成为相当扩展的漫反射状态。并且，在扩展较大时，漫反射光也从2轴扫描仪108的电反射镜120的周边泄漏。fθ透镜109反射的透镜反射光114也有根据透镜109a、……的形状或构成而扩散的情况，也有从电反射镜120的周边泄漏的情况。从电反射镜120的周边泄漏的电路板反射光113，当经1/4波长板110往返时，成为与透镜反射光114偏振光方向旋转90度的光。因而，如果使偏振光板123与电路板反射光113透射方向一致，则透镜反射光114就被偏振光板123遮光。其结果，经过聚光透镜115光检测器116接收的光只为电路板反射光113。

根据本实施例，由于偏振光板123遮挡透镜反射光114，所以只能检测出电路板111反射的光。因而，即使电路板111的导体层的表面粗糙度显著，漫反射光到达2轴扫描仪部的场合，也能检测出微弱的电路板反射光113，能准确地判定加工状态。

实施例5

图9是表示第5实施例涉及的激光加工装置100的概略构成的方框图。在图9中，与图8相同只表示反射光的检测部。在本实施例中，相对图7所示的第3实施例的构成，添加了偏振光板124与光纤阵列125，省去聚光透镜。在光纤阵列125上连接有检测器116。随之，检测反射光113的光学系统的配置也不同。

激光光束105通过光纤阵列125和具有比激光光束105的光束直径稍微大的孔的偏振光板124，到达2轴扫描仪108。通过2轴扫描仪108控制入射fθ透镜109的激光光束105的角度，在电路板111规定的位置定位照射位置。在通过激光光束105加工电路板111时，从电路板111反射出电路板反射光113。该电路板反射光113随透镜反射光114一起返回去路。电路板反射光113和透镜反射光114因漫反射或透镜曲率影响，成为比激光光束105粗的光束。因此，电路板反射光113和透镜反射光的一部分不能通过偏振光板124的孔，入射位于孔周围的偏振光板124。

由于电路板反射光113经1/4波长板往返后，与透镜反射光114偏振光方向旋转90度。因而，如果使偏振光板124与电路板反射光113透射方向一致，透镜反射光114就被偏振光板124遮光。其结果，经过光纤阵列125，光检测器116接收的光只为电路板反射光113。根据本实施例，由于偏振光板124遮挡透镜反射光114，电路板反射光113通过光纤阵列125导入光检测器116，所以只能检测出电路板反射的光。其结果，即使检测信号微弱，也能准确地判定加工状态。

实施例6

图10是表示第6实施例涉及的激光加工装置100的概略构成的方框图。在图7所示的第3实施例中，光束分离器配置在激光起振器与2轴扫描仪108之间，但在本实施例中，在fθ透镜109与电路板111之间配置光束分离器118。并且，省去在fθ透镜109与印制电路板111之间配置的1/4波长板。

激光起振器104发出的激光光束105经掩模106直接入射2轴扫描仪108。通过2轴扫描仪108控制入射到配置在该2轴扫描仪108侧方的fθ透镜109的角度后，激光光束105的大部分由与光路成45度配置的光束分离器118改变方向90度。然后，照射在电路板111规定的位置，在电路板111上加工孔。这里，光束分离器118中的激光光束105的反射与透射的比例为99∶1左右。

电路板111反射而产生的电路板反射光113的一部分透射光束分离器118，被聚光透镜115聚光后，入射光检测器116。光检测器116将电路板反射光113变换为电信号。其后，与图7所示的实施例同样处理。在本实施例中，被导向光检测器116的激光光束由于只是电路板反射光113，所以不受fθ透镜109中的透镜反射光的影响，即使是微弱的电路板反射光113的信号，也能准确地把握加工状态。

再者，在本实施例中，在fθ透镜109与电路板111之间配置光束分离器118，使用光束分离器118反射的光加工电路板111。这里，不使用透射光加工而用反射光加工，理由如下。即，是因为对于倾斜45度配置的平行平板型的光束分离器118，当使在透镜等会聚的光透射时，产生像散，发生在聚光斑附近光束光斑的形状为长方形的现象。

实施例7

图11是表示第7实施例涉及的激光加工装置100的概略构成的方框图。本实施例与图10所示的第6实施例只是在fθ透镜109与电路板111之间配置的光学部件不同。即，在图10的第6实施例中配置了光束分离器118，但在本实施例中配置了分色镜119。由于使用分色镜119，所以电路板111的状态通过发光流(プル一ム)122判定。

具体地，分色镜119与光路成45度配置。激光光束105被分色镜119反射，照射电路板111规定的位置，在电路板111上加工孔。当电路板111通过激光光束105加工时，材料特有的发光流122与电路板反射光113一起发射出来。由于分色镜119只可反射特定波长的光，所以使用只反射激光光束105波长的光的分色镜119。当使电路板反射光113通过分色镜119反射时，只有发光流122透射分色镜119，被聚光透镜115聚光。其后的处理，与上述各实施例相同。根据本实施例，在光检测器116上只有电路板反射光113被导向，由于不受透镜反射光的影响，所以能准确地把握电路板加工状态。

再者，在本实施例中，用fθ透镜109与印制电路板111之间配置的分色镜119反射使用的激光光束105波长的光。这里，不使用透射光加工而用反射光加工，理由如下。是因为对于倾斜45度配置的平行平板型的光束分离器118，当使在透镜等聚光的光透射时，产生像散，其结果，在聚光点附近光束光斑的形状变为长方形，以及即使在改变电路板111的材料时，发光流122的波长变化，也能检测出发光流122。

Claims (14)

1.一种印制电路板的冲孔方法，该印制电路板由导体层与绝缘层交互积层而成，其特征在于，

在监视加工部放射的加工光的同时，通过在上述导体层上脉冲状地照射能量密度设定为能加工上述导体层的值的激光光束来求出在上述导体层上加工贯通孔所需要的照射次数，根据求出的照射次数在该导体层的其它处加工贯通孔；以及

通过多次照射能量密度能除去绝缘层但不能除去上述导体层的脉冲状激光光束，除去上述绝缘层，在该绝缘层上形成达到该绝缘层下层的导体层或外部的孔。

2.根据权利要求1所述的印制电路板的冲孔方法，其特征在于，

监视的上述加工光的波长为500nm～600nm。

3.根据权利要求1或2所述的印制电路板的冲孔方法，其特征在于，

在多个不同处求出在上述导体层上加工贯通孔所需要的照射次数，将得到的照射次数的最大值作为该导体层的照射次数。

4.根据权利要求1所述的印制电路板的冲孔方法，其特征在于，

照射上述绝缘层的激光光束的直径比照射上述导体层的激光光束的直径大。

5.一种印制电路板的冲孔方法，该印制电路板由表面第1层为导体层的n层导体层与n层或n-1层绝缘层交互积层而成，其特征在于，

通过多次照射直径与指定的孔入口直径相等且能量密度能除去第1导体层的脉冲状激光光束，除去上述第1导体层，

通过多次照射直径比加工上述第1导体层的激光光束大且能量密度能除去第1绝缘层但不能除去上述第1导体层的脉冲状激光光束，除去上述第1导体层下层的第1绝缘层，

通过多次照射直径比加工第i-1导体层的激光光束小且能量密度能除去第i导体层的脉冲状激光光束，除去第i导体层，其中，i为2～n的整数，

并且，通过多次照射能量密度为加工上述第1绝缘层的脉冲状的激光光束，除去第i导体层下层的第i绝缘层，

保持上述第1导体层上形成的孔的直径。

6.根据权利要求1或5所述的印制电路板的冲孔方法，其特征在于，加工第1导体层至第i导体层的激光光束的能量密度相同。

7.根据权利要求1或5所述的印制电路板的冲孔方法，其特征在于，

加工第1导体层至第i导体层的激光光束各自是将加工的孔的侧面做成锥面角度为10°～90°的光束。

8.根据权利要求1或5所述的印制电路板的冲孔方法，其特征在于，

通过以下工序加工1枚印制电路板，即：确定对从第1导体层到目标导体层或绝缘层的各个层的照射次数的测试加工工序；和通过照射照射次数为上述测试加工工序确定的照射次数的上述脉冲状激光光束加工加工处的加工工序。

9.根据权利要求1或5所述的印制电路板的冲孔方法，其特征在于，

通过使比要加工的孔的直径小的激光光束扫描，在上述各导体层上加工孔。

10.根据权利要求1所述的印制电路板的冲孔方法，其特征在于，

照射上述绝缘层的第1层的激光光束的直径比照射上述导体层的第1层的激光光束的直径小。

11.一种印制电路板的冲孔装置，将从激光振荡器输出的脉冲状激光光束通过光学系统导向导体层与绝缘层交互积层的印制电路板上，在上述印制电路板的加工处加工孔，其特征在于，

设有：监视来自加工部的加工光的传感器；比较上述传感器的输出与预先设定的阈值的比较单元；计数上述比较单元动作前照射加工部的上述激光光束的照射次数的计数器；和存储上述计数器计数的上述照射次数的存储单元，

通过测试加工存储的脉冲数作为加工中的脉冲数，加工上述导体层和绝缘层的各层；并且

上述存储单元具备按每个激光光束的光束模式和直径确定激光振荡器及各光学系统的设定值的数据库。

12.根据权利要求11所述的印制电路板的冲孔装置，其特征在于，

上述传感器配置在能直接监视上述加工光的位置上。

13.根据权利要求11所述的印制电路板的冲孔装置，其特征在于，

配置有在来自上述光学系统的上述加工部的光的入射侧将波长为500nm～600nm的光分支的分支单元和检测已分支的波长为500nm～600nm的光与其它波长的光的传感器。

14.根据权利要求11所述的印制电路板的冲孔装置，其特征在于，

上述光学系统具备能选择上述激光光束的能量分布在垂直于光轴的面方向上相同的帽盖分布和能量分布在垂直于光轴的面方向上为高斯曲线的高斯分布中的任意一个的能量分布选择单元。

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