JP2000077824A - スル―ホ―ルの形成方法 - Google Patents
スル―ホ―ルの形成方法Info
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Abstract
るコヒーレントレーザー光を活用し、開口径の差の少な
いスルーホールを容易に形成することができるスルホー
ルの形成方法を提供する。 【解決手段】 レーザー光を光源とし、フォトマスクを
介して前記レーザー光を光学系を用いて加工対象に投影
し、前記加工対象にレーザアブレーション加工によりス
ルーホールを形成するスルーホールの形成方法におい
て、レーザアブレーション加工中に発生する前記加工対
象からの反射光を用いて加工に寄与する光加工エネルギ
ー密度を増加させることにより、先窄まりから先広がり
に変化する形状を有するスルーホールを形成する。
Description
て、被加工物にスルーホールを形成するスルーホールの
形成方法に関するものである。
主として、ドリル等を用いた機械加工で行われていた。
しかし、この方法では、たとえばΦ100μmより小さ
い直径の穴を加工するのは困難である。また、最近、電
子機器の高性能化に伴い、配線の高密度化が要求されて
いる。このため、大量穴あけの必要な代表例である回路
基板などにおいても、微細穴をピッチで加工するニーズ
が増えている。
部分的に開口部を持つマスクを介してコヒーレント光を
被加工材に照射し、試料を部分的に加工する方法があ
る。例えば、特開昭60−13449号において開示さ
れているように、ポリイミド、ポリエステル、ガラスエ
ポキシ等の有機基板表面に金属層を接着した配線基板の
スルーホール穴加工にあたり、まず、表面の金属層を加
工を施すべきパターンに選択的にエッチングし、その
後、この金属層をマスクとして基板にコヒーレントレー
ザー光を照射し、スルーホールの加工を施す方法があ
る。また、特開昭61−48582号に開示されている
ように、エッチングとコヒーレントレーザー光照射を併
用した微細加工方法において被加工材の両面の同一位置
に同一パターンでフォトレジスト膜を設定し、エッチン
グ加工を穴が貫通する前に中断し、形成されたブリッジ
の全数または所定数をレジスト膜除去後、フォトレジス
トパターンと同一の軌跡に沿って走行するコヒーレント
レーザー光で除去する加工方法がある。
うな手法によりコヒーレントレーザー光を用いて被加工
材を加工する場合、先窄まりの穴しか加工することがで
きないという問題がある。これは、集束されたコヒーレ
ントレーザー光は、レーザー加工時に生じる加工のテー
パ角のために、斜面に対しコヒーレントレーザー光を照
射することになり、照射したコヒーレントレーザー光の
エネルギー密度が平面に照射した時と比較して、減衰さ
れ被加工材を加工できる限界のエネルギー密度(しきい
値)以下になってしまうためと考えられている。
(いわゆるテーパー形状)となることによりスルーホー
ルのレーザー光入射(入り口)側の開口径と出口側の開
口径との差が大きくなってしまう。
縁層に形成されたスルーホールに導電物を充填すること
で各導電層同士を電気的に接続する回路基板において、
導電物と導電層とを確実に接続するためにはスルーホー
ル端部の開口面積が大きいほうが好ましい。したがっ
て、前述のようにスルーホール端部の開口径の差が大き
い場合には出口側の開口径を十分に確保できないことが
あり、仮にこの出口側の開口径を十分に確保しようとし
た場合には、必要以上に入り口側の開口径を大きくしな
ければならず、高密度にスルーホールを形成するような
場合にはかならずしも適した構成とはいえなかった。
てこのようなスルーホールを適用する場合には、テーパ
ーの角度によってはスルーホール(吐出口)の出口端の
厚みが部分的に薄くなってしまい、プレード等でも何度
もクリーニングが行われることで、スルーホール(吐出
口)出口端が欠けてしまう虞もあった。
されたものであって、その目的とするところは、レーザ
ーアブレーション中に加工物から反射するコヒーレント
レーザー光を活用し、開口径の差の少ないスルーホール
を容易に形成することができるスルーホールの形成方法
を提供することにある。
達成するために、レーザー光をフォトマスクを介して加
工対象に投影して加工対象をアブレーション加工する
際、アブレーション加工中に生じる前記加工対象からの
反射光に着目したものであり、本発明は、レーザー光を
光源とし、フォトマスクを介して前記レーザー光を光学
系を用いて加工対象に投影し、前記加工対象にレーザー
アブレーション加工によりスルーホールを形成するスル
ーホールの形成方法において、レーザーアブレーション
加工中に発生する前記加工対象からの反射光を用いて加
工に寄与する光加工エネルギー密度を増加させることに
より、レーザー光入射方向に関して先窄まりから先広が
りに変化する形状を有するスルーホールを形成すること
を特徴とする。
フォトマスクを介して前記レーザー光を光学系を用いて
加工対象に投影し、前記加工対象にレーザーアブレーシ
ョン加工によりスルーホールを形成するスルーホールの
形成方法において、前記フォトマスクは、被加工材のス
ルーホール形成部内に未露光部を形成する遮光部と、前
記スルーホールを形成するために該遮光部の周りを採り
囲むように設けられる透光部と、を有することを特徴と
する。
中に生じる反射光を光加工に再活用するため、通常のア
ブレーション加工に比べ、加工に寄与するエネルギー密
度が増加する。その結果、通常のアブレーション加工で
は、加工し難いレーザー光入射方向に関して先窄まりか
ら先広がりに変化する形状を有するスルーホールを容易
に形成できるものである。そして、本発明は開口径の差
を従来より少ないものとすることができるため、スルー
ホールを高密度で配列する場合に好適である。また、ス
ルーホールの最小径がスルーホールの端部より内側に形
成され端部の断面が鋭角でなくなるため、前述のインク
ジェットヘッドの吐出口に適用した場合における端部の
欠けの虞を格段に低減することができる。
ば、従来よりもワークに対するレーザーの照射量が少な
くて済むため、ワークのレーザー加工時に生じる熱によ
る伸びを著しく低減することができ、また、スルーホー
ル内に未加工部が存在するためバリの少ないスルーホー
ルを形成することもできる。
細に説明する。
従来の光加工方法について図面を用いて説明する。
り、同図において、111は被加工材、112は光加工
用のコヒーレントレーザー光、113は加工のテーパ
角、114はコヒーレントレーザー光112が被加工材
111のテーパにより反射して生じた反射コヒーレント
レーザー光である。
光112を照射し、レーザーアブレーション加工を行う
場合、はじめに、被加工材にレーザーが照射された部分
の(加工形状の)外郭部にはテーパ角113が発生す
る。このテーパ角113は、照射するコヒーレントレー
ザー光のエネルギーに影響を受け、称しゃエネルギーが
高いとテーパ角113は小さくなり、照射するコヒーレ
ントレーザー光のエネルギーが低いとテーパ角113は
大きくなるという性質を有する。そして、一度このよう
なテーパー角が生じた場合には、前記コヒーレントレー
ザー光112は被加工材111の加工面に対して斜めに
入射されることになるため、レーザー光112の一部が
114のように反射されてしまい、レーザー光の入射方
向に十分なエネルギー密度を確保することができず、ほ
ぼ最初にできたテーパー角113にならうように加工が
進んでいくため、結果として先窄まりのテーパー形状を
有するスルーホールが形成されることになる。
る前記加工対象からの反射光に着目し、この反射光を活
用することにより先窄まりから先広がりに変化する形状
を有するスルーホールを形成するものである。
成方法を説明するものである。同図において、111は
被加工材、112は、光加工用のコヒーレントレーザー
光、113は、加工のテーパ角、114は、光加工用の
コヒーレントレーザー光112が被加工材111のテー
パ角部より反射して生じた反射コヒーレントレーザー光
である。
ルのアスペクト比が高くなる(スルーホールの径wより
もスルーホールの深さdの割合が大きい)ようにしてあ
り、そのため、従来スルーホールの加工に寄与しなかっ
た反射コヒーレントレーザー光が再び被加工材に照射さ
れる構成となっている。
加工の当初は、従来通り、先窄まりのスルーホール12
0が形成されていくが、スルーホールの深さがhを超え
るあたりから、比加工材111の加工面に反射したレー
ザー光114がスルーホール120の対向した側面11
6に照射されるようになる。この側面116にはスルー
ホール上方からレーザー光112も照射されるため、こ
の部分のレーザーエネルギー密度が増大してスルーホー
ルの径が徐々に広がるよう(末広がり)に加工される。
面も同様に加工されるため図5に記載されるような形状
となる。
hは、スルーホールのレーザー光入射側開口径(マスク
の開口径)wと、レーザー加工初期に生じるテーパー角
Θによってほぼ決まるものであり、以下、この距離h
と、wとΘの関係について図4を用いて説明する。
Y)をスルーホール120の入射側端部の右側端を0と
して図4に示すように定めた。アブレーション加工のた
め照射されたコヒーレントレーザー光112は、被加工
材111の加工テーパ角113で反射され、反射光11
4は、Y軸に対して角度−2Θ方向に進む。したがっ
て、図4の座標系において、この反射光を一次方程式で
表わすと、 y=−x・tan(90°−2Θ) −(1) と表すことができる。
た位置にあり、対向する被加工材115の角度Θを有し
たテーパを二次方程式で表わすと、 y=(x−w)・tan(90°−Θ) −(2) と表すことができる。
工材115の加工面に再照射する位置116の座標は、
(1),(2)式で表される直線の交点として得られ
る。
ように表すことができる。
dとhとの関係より t=d−h であるので、(3)式を使って t=d−w・tan(90°−Θ)・tan(90°−2Θ) /{tan(90°−2Θ)+tan(90°−Θ)} −(4) と表すことができる。このt値は、被加工材115の下
端(スルーホールの出口則端)からどれだけ内側の場所
から反射光114によるテーパ角の変化が、起こるのか
を示す。
射される t<0の場合 反射光は、対向する被加工材115に再
照射されることなく、被加工材を通過することとなる。
ような、テーパ角Θ113とスルーホールの開口径wで
あれば、反射光114を活用した光加工を行うことが可
能となる。
ば、照射光量を増加させた時と同様な効果が得られる。
成を高アスペクト比にしなければならなかったが、低ア
スペクト比のスルーホールに本発明を適用する場合に
は、レーザー照射工程後に被加工材をレーザー光入射方
向側から被加工材の厚み方向に削る構成や、あらかじめ
被加工材に被加工材と同種の材料をレーザー光の入射方
向側に貼り付けておき、レーザー照射工程後に貼り合わ
された材料を剥離する構成によりスルーホールの深さを
所望のものとすることができる。
mmの樹脂材を用意するとともに、加工のテーパ角Θが
10°となるようにエキシマレーザーのレーザーパワー
を調整し開口径が異なるパターンを有するマスクを用い
て被加工材にレーザーアブレーション加工を行いスルー
ホールを形成した。そして、この時のスルーホールの形
状を観察し、またこの時の上述のhおよびtの値も表1
に示す。
端部の開口径が0.08mm以上では、スルーホールの
テーパー角の変化は見受けられなかった。これは、前述
のt値が負となるため、光加工において発生した反射光
が対向する被加工材に照射されなかったためと考えられ
る。一方、被加工材の間隔が0.06mm以下では、上
述のt値が正となるわけであるが、実際のスルーホール
においても反射光によりテーパー角が変化している部分
が見受けられた。
工を行う装置は、図1に示すように、コヒーレント光L
を発生する光源となるコヒーレント光発振機101と、
その発振機から照射されるコヒーレント光の発振電圧お
よび発振周波数を変更させるコントローラ102、所望
の加工形状の開口パターンを有するマスク103と、コ
ヒーレント光Lの光軸方向前後自由にマスクを移動させ
る移動駆動装置104とこれを制御するコントローラ1
05と、前記開口パターンをブランク10に投影するた
めの投影光学系106とコヒーレント光Lの光軸のまわ
りに投影光学系106を回転させる回転駆動装置107
と、これを制御するコントローラ108を備えている。
ブランク10は、コントローラ110によって制御され
る移動ステージ109によってコヒーレント光Lの光軸
(X軸)に垂直な平面(YZ平面)内で位置決めされ
る。
ステッピング、サーボ)を用いた駆動機構を有してお
り、コントローラ105により、マスク103をコヒー
レント光Lの光軸上、溝加工用・穴加工用またはその両
者の開口パターン配列方向(図中Y軸)またはコヒーレ
ント光Lの光軸を中心とする回転方向に自由に任意の方
向へミクロン単位の精度で、動かすことができる。ま
た、そのマスク103の移動についても、ある一定速度
で連続移動、またある間欠的に移動させることが選択で
きる。
ーレント光発振機101および各移動駆動装置104、
107、109を制御するためのコントローラ102、
105、108、110を、1つにまとめて制御しても
よい。
つは、上述の反射光を用いたレーザー加工に好適に用い
られるマスクにある。
す模式図である。図6において、1はマスクであり、こ
のマスクにはレーザーを透過する透光部2が設けられて
いる。この透光部2の外径がスルーホールの形状を決定
する。
されるように配される遮光部3が設けられている。この
マスクパターン(以下、このマスクパターンを有するマ
スクを「額縁マスク」と称す。)にてレーザーアブレー
ション加工を行うとスルーホール内の前記遮光部3に相
当する部分に被加工材の未加工部が残るが、この未加工
部は前記透光部2のレーザー加工時にまわりの被加工材
と分断されるため、スルーホール貫通時にレーザーエネ
ルギーによりスルーホール内から排出される。結果とし
て、従来のマスクの透光部2内に遮光部3を有しない場
合と同様にスルーホールが形成される。
加工材に照射するレーザーエネルギーが少なくて済むた
め、従来に比べ格段に被加工材(ワーク)の伸びを抑え
ることができ、スルーホールを高密度に形成する場合で
あっても所望の加工を行うことができる。さらに、レー
ザアブレーション加工時には副生成物が開口付近に付着
するが、本発明の構成ではこの付着物の量についても従
来よりも格段に低減することができる。この付着物は、
特にインクジェットヘッドの吐出口をレーザーアブレー
ション加工する場合に、インク吐出方向のよれを生じさ
せる原因となるため、従来この付着物の除去工程が必要
であったが、本発明の構成によれば、付着物の除去工程
を省略又は簡略化できるものである。
ーザー光出射側端部付近にできるバリを低減することも
できる。
バリが低減されるメカニズムについて説明する。
説明するための説明図、図7(b)は本発明に係るレー
ザー加工の様子を説明するための説明図である。
303はスルーホール、304はレーザー光を示す。
工を行っていくとスルーホールが貫通する直前には被加
工材の表面にシート状の蓋301が設けられたような構
成となる。
04を照射することによりこの蓋301が更に加工され
てスルーホール303が貫通する。ここで、レーザー光
304の加工がスルーホール303内で等速に行われれ
ば蓋301は加工方向にまっすぐ飛び出すが、スルーホ
ール303内のレーザー光304の加工速度にばらつき
があった場合には、加工速度が遅い部分が蝶番302に
なり、扉が開くように蓋301が動く。そして、蓋30
1が動いたときの衝撃で蝶番部302がちぎれ、この部
分がバリが生じる。
図7(b)に示すようにスルーホールが貫通する直前に
は前述の蓋部分には未加工部305が残っている。この
未加工部305は前述の蓋に比べて体積がはるかに大き
く、スルーホール303内のレーザー光304の加工速
度にばらつきがあった場合にも未加工部305はその結
合部306が完全にレーザー光304で除去されるまで
飛び出すことがないため、未加工部305は蝶番状にな
らず、バリが生じにくくなる。
述の方法で形成する場合には、従来、スルーホール(吐
出口)の出口端の一部に微少なバリが生じることがあ
り、このバリの形状によってはインクの吐出方向がよれ
てしまう虞があったが、上述の構成によれば、バリが生
じにくくなるためインク吐出方向に優れたインクジェッ
トヘッドを歩留り良く作成することができる。
径(入射側)を40μm、未加工部の径20μm、スル
ーホールの配列密度を600dpiとなるようなマスク
を用い、厚みが60μmのポリサルフォンの被加工材に
レーザーパワー750mj/cm2・pulseでエキ
シマレーザーを照射することにより140個のスルーホ
ールを被加工材に形成した。また、比較例として同じス
ルーホールの開口径で遮光部を有さないマスクを用い
て、同様の条件でスルーホールを形成した。本発明のス
ルーホールの形成方法で形成したスルーホールはいずれ
もスルーホールのレーザー光出射側の形状が滑らかであ
ったのに対して、比較例のスルーホールにおいてはいく
つかのスルーホールにバリが見受けられ、また、副生成
物が多量に付着していた。また、被加工材の幅12mm
のものを用いたが、本実施例における被加工材の幅方向
の伸び量が2μmであったのに対して、比較例における
被加工材の伸び量は約6μmであった。このように本発
明によれば、均一な形状のスルーホールを形成できるだ
けでなく、被加工材の伸びを格段に抑えることができる
こともわかる。
た光加工における加工のテーパ角を変化させる手法に応
用した構成を説明する。
用し、被加工材のテーパ角を変化させるための反射光の
発生方法について説明する。同図において、111は被
加工材、112は、光加工用のコヒーレントレーザー
光、114は、光加工用のコヒーレントレーザー光11
2が、被加工材111のテーパ角部より反射した生じた
反射コヒーレントレーザー光、117は、被加工材11
1においてコヒーレント光が照射されない未加工部、1
20はスルーホール、Wは、被加工材111に光加工に
より形成する形状の外形寸法であり、このWは、前述の
透光部の径に対応する。また、Wmは、被加工材におい
て光を照射する側の未加工部117の幅を示し、このW
mは前述の遮光部の径に対応する。Wtは、レーザー光
入射側における未加工部117と被加工材111の距離
を示している。
光112を照射し、レーザーアブレーション加工を行う
場合、はじめに、被加工材にレーザーが照射された部分
の(加工形状の)外郭部にはテーパ角113が発生す
る。このテーパ角113は、照射するコヒーレントレー
ザー光112のエネルギーに影響を受け、照射エネルギ
ーが高いとテーパ角113は小さくなり、照射するコヒ
ーレントレーザー光112のエネルギーが低いとテーパ
角113は大きくなるという性質を有する。そして、一
度この様なテーパー角が生じた場合には、前記コヒーレ
ントレーザー光112は被加工材111の加工面に対し
て斜めに入射されることになるため、レーザー光112
の一部が114のように反射されてしまいレーザー光1
12の入射方向に十分なエネルギー密度を確保すること
ができず、ほぼ最初にできたテーパー角113にならう
ように加工が進んでいく。
超えるあたりから、被加工材111の加工面に反射した
レーザー光114が未加工部117に照射されるように
なる。同様に未加工部117の加工面に反射したレーザ
ー光がスルーホール120の対向した側面116に照射
されるようになる。これらの部分にはスルーホール上方
からレーザー光112も照射されるためレーザーエネル
ギー密度が増大してスルーホールの径が徐々に広がるよ
う(末広がり)に加工される。
工で反射光を活用しようとした場合には、スルーホール
のアスペクト比が高くなる(スルーホールの径wよりも
スルーホールの深さdの割合が大きい)ようにする必要
があるのに対して、本実施例の構成によれば、反射光は
スルーホール加工面に加えて未加工部の加工面からも生
じるため、通常のマスクを用いてレーザー加工で反射光
を活用しようとした場合に比べてアスペクト比を高くす
る必要がない。
活用できる条件について検討する。
射したコヒーレント光112のそれぞれの反射光114
は、距離Wt離れた位置にあり、厚さdの対向する被加
工材111のテーパ角部上の点116に再照射されてい
る様子を示している。反射光が再照射される位置は、被
加工材111上端からhの距離位置から始まる。この距
離hを、WtとΘの関数で表すことについて図9を用い
て説明する。
Y)を図9に示すように定めた。なお、X軸とY軸との
交点はスルーホールの図中左側の上端部としている。
ーレント光は、被加工材の加工テーパ角Θ部で反射さ
れ、反射光114は、角度2Θ方向に進む。したがっ
て、図9の座標系において、この反射光は、 y=−x・tan(90°−2Θ) −(5) と表すことができる。
る未加工部117の角度Θを有したテーパ角部は図9の
座標系において、 y=(x−Wt)・tan(90°−2Θ) −(6) と表すことができる。
部117のテーパ角部で再照射する位置116の座標
は、(5),(6)で表される直線の交点として得られ
る。
のように表すことができる。
がhよりも大きいときに反射光が再照射されることにな
るため、 d>(Wt/2)・tan(90°−2Θ) −(8) が反射光が照射される条件となる。
いるので、実際のマスク上での透光部と遮光部との離間
距離WTの寸法で考えると、光学系の縮小係数をKとし
た時、 d>(K・WT/2)・tan(90°−2Θ) −(9) となり、上記条件を満たすような、透光部と遮光部の間
隔WTであれば、反射光114を活用した光加工を行う
ことが可能となる。
うにレーザーパワーによって変化するものであるが、通
常3°〜20°の範囲に収まるものである。したがっ
て、Θ=3°のときの以下の関係を満たす場合にはほぼ
どのような場合にでも反射光を活用できるものとなる。
被加工材のテーパ角部より反射するコヒーレント光を用
いてテーパ角を低下させるためには、マスク上での透光
部と遮光部との離間距離WTの寸法と、被加工材の厚み
dが(6)式を満たせば良いことがわかる。
レント光の分解能以下の大きさにしておくことで、加工
の進行とともに未加工部は消失し、所望の加工形状とす
ることができる。
ほれほど高アスペクトとしなくとも反射光を用いてテー
パー角を変化させることができるものであるが、さらに
予期しなかった効果を奏することもわかった。すなわ
ち、上述のマスクを用いて反射光を利用したレーザアブ
レーション加工を行った場合、開口穴面積がレーザーパ
ワーの影響を受け難くなるのである。
ーに比例したテーパー角(低パワー加工時1106、高
パワー加工時1114)を有した図中破線で示すような
テーパー部(低パワー加工時1103、高パワー加工時
1113)が形成される。
を行うと、その中央部に額縁マスク中の遮光部1202
に対応した未加工部が形成される。その未加工部は、加
工パワーに比例したテーパー角(低パワー加工時110
6、高パワー加工時1114)を有した図中破線で示す
ようなテーパー部(低パワー加工時1103、高パワー
加工時1113)が形成される。
示すように、通常得られる加工のテーパー角Θ1 11
06が大きい。その時、額縁マスク1201により加工
形状内部の未加工部1104に形成されるテーパー角も
それと同じ角Θ1 1106である。このΘ1 110
6が大きいため、未加工部1104より反射されたレー
ザー光1105は、対向する加工のテーパー角1103
(破線部)の上方に再照射される。上方よりレーザー光
1105が再照射され、その部位におけるレーザー照射
のエネルギー密度が向上することにより、加工のテーパ
ー角が小さくなる(太実線)。
示すように、通常得られる加工のテーパー角Θ2 11
14が小さい。その時、額縁マスク1201により加工
形状内部の未加工部1104に形成されるテーパー角も
それと同じ角Θ2 1114である。このテーパー角Θ
2 1114が小さいため、未加工部1104より反射
されたレーザー光1105は、対向する加工のテーパー
角1113(破線部)の下方に再照射される。そのた
め、レーザー光1105が再照射され、その部位におけ
るレーザー照射のエネルギー密度が向上する効果、加工
のテーパー角が小さくなる(実線部)がほとんどない。
したがって、元々高エネルギー加工により生じる小さい
テーパー角Θ2 1114が支配的になり、大きな開口
面積を有した吐出口加工が実現される。
た理由によりレーザーパワーの変化の影響を吸収するこ
とができ、スルーホール開口面積のばらつきを格段に低
減することができる。
に以下の実験を行った。
ルフォン樹脂を用意し、縮小光学系においてスルーホー
ルの入射側の開口面積が1385μm2となるようマス
クの透光部の径を定めた。そして、透光部内に設けられ
る遮光部の大きさを変えていくことによりスルーホール
の出射側の開口面積がどのように変化するかを調べた。
ー時:652mj/cm2・pulseおよびローパワ
ー時:895mj/cm2・pulseの2種類にて行
った。その結果を表2に示す。なお、表中で、遮光部の
大きさは透光部に対する割合(以下、これを額縁率と称
し、額縁率=透光部外径/遮光部外径(%)と定義す
る。)で示してある。
どスルーホールの出射側開口面積が大きくなるとともに
レーザーパワーに対する開口面積の変化が小さくなるこ
とがわかる。ただし、額縁率90%以上のものは遮光率
が高すぎるため加工ができなくなっていた。また、特に
額縁の効果はグラフから額縁率が30%以上となる頃か
ら顕著に現れることがわかる。これらのことから、マス
クの額縁率としては30〜80%が好ましい。
反射光を利用したスルーホールの形成方法に適用するこ
とにより、特に優れた効果を奏するものであるが、本発
明はこれに限られるものではなく、上述したように反射
光を利用しない通常のレーザー加工においても上述のよ
うな効果を奏するものである。
形成方法をインクジェットヘッドの吐出口の形成に適用
した例について説明する。
質はインクが吐出する部分である吐出口におけるインク
の吐出特性に大きく依存しており、この吐出口における
インクの吐出特性は、吐出口径や吐出口の形状によって
ほぼ決定される。この吐出口を形成する方法としては、
大きく2つの方法が用いられ、金属プレートを用いる電
鋳法もしくは放電加工法により形成する方法と、有機高
分子樹脂等の材料をエキシマレーザーに代表される紫外
線レーザー等の高エネルギーレーザーで昇華(アブレー
ション)加工する方法が提案されているが、現在では後
者の紫外線レーザー加工方法を用いて微細加工する方法
が一般的となっている。
来、有機高分子樹脂等の材料を昇華加工するのに好適な
レーザーのエネルギー密度で加工を行うと、レーザーの
入射側からレーザー出射側にかけて加工面積が徐々に減
少する、所謂テーパー形状の加工形状となる。また、イ
ンクジェットヘッドの印刷品質を上げるために要求され
る吐出口形状がインクの吐出側の先細りのテーパー形状
であるため、レーザーの加工方法としては、例えば、特
開平2−187346号公報に記載されるように、イン
クの供給側(吐出口プレートのインク流路側)からのレ
ーザーの照射によって行われていた。
の場合、テーパーの度合いはレーザーパワーにより変化
することが分かっている。また、インク吐出口長は印刷
品質上、約数10μm〜100μmの長さが要求される
ため、吐出口プレートの厚みも当然のことながら同様の
厚みを有する必要がある。したがって、上述の方法で吐
出口を形成した場合には、個々のヘッドによってインク
吐出側(レーザー出射側)の吐出口経がばらついてしま
うことが有った。このように、吐出口経がばらついてし
まう場合には、特に複数の吐出口を有するインクジェッ
トヘッド、または複数のインクジェットヘッドを搭載す
るインクジェットプリンターにおいては、ヘッド完成後
に、吐出検査を行い吐出特性の補正情報をヘッドに保有
する必要がある。
から照射すれば、インク吐出側の吐出口径はレーザーパ
ワーのばらつきの影響を受け難くなる。しかしながら、
この場合には吐出口の形状がインク吐出側に広がる形状
となってしまう。
工をインクジェットヘッドの吐出口の形成に適用するこ
とにより、レーザー光をインク吐出側から照射した場合
であっても、吐出口形状をインクの吐出側に向かっての
先細りのテーパー形状とすることができるものである。
るインクジェットヘッドについて図11に示す。図11
において、33は基板であり、この基板上にはインクを
吐出するための電気熱変換素子や電気機械変換素子等の
インク吐出圧発生素子34が設けられている。このイン
ク吐出発生素子34は吐出口21に連通するインク流路
31内に配されており、個々のインク流路31は共通液
室32に連通している。この共通液室32にはインク供
給管(不図示)が接続され、インクタンクよりインク供
給管を介してインクが供給される。また、35はインク
流路31および共通液室32を形成するための回部を有
する天板であり、基板33と接合されることでインク流
路31、共通液室32を形成している。さらに基板33
と天板35との接合体のインク流路端部側には吐出口2
1を備える吐出口プレート20が設けられている。この
ようなインクジェットヘッドは以下のように作成するこ
とができる。
抵抗素子であるヒータ34と、不図示のシフトレジスタ
等の集積回路、電気配線と、をシリコン基板にパターニ
ングして基板33を作成するとともに、インク流路31
及びインク液室32となる回部とインク供給口をシリコ
ンプレートにケミカルエッチングすることにより形成し
て天板35を作成する。その後、インク吐出側端面およ
びインク流路31とヒータ34の配列が一致するように
基板33と天板35とをアライメントした後、吐出口が
未形成状態の吐出口プレート20を、接合された天板3
5と基板33との接合体のインク吐出側端面に接合す
る。そして、この状態で図1に示すレーザー加工装置に
て、吐出口プレートに対してインク吐出側からエキシマ
レーザーを実施例2に係る額縁マスクを介して照射する
ことで吐出口を形成した。その後、不図示のヒータ駆動
用の端子をパターニングした電気基板を接合するととも
に、アルミ製のベースプレートを基板33に接合し、次
いで、各部材を保持するホルダおよびインク供給のため
のインクタンクを結合することでインクジェットヘッド
が組み立てられる。このようにして得られたインクジェ
ットヘッドはレーザー光入射方向に関して先窄まり形状
となっており、また、その開口形状にバリも見受けられ
なかった。
2となる凹部とインク供給口が形成される天板35と、
吐出口が未形成の状態の吐出口プレート200と、をポ
リサルフォン等の樹脂の射出成形により一体に形成した
構造体を、ヒーター34をパターニングした集積回路シ
リコンチップをマウントした基板33にアライメント接
合した後に、上述した吐出口加工方法を用いて吐出口2
1を形成し、以後、不図示のヒータ駆動用の端子をパタ
ーニングした電気基板を接合するとともに、アルミ製の
ベースプレートを基板33に接合し、次いで、各部材を
保持するホルダおよびインク供給のためのインクタンク
を結合することでインクジェットヘッドを組み立てるこ
ともできる。
ンクジェットヘッドの構成がいかなるものであっても、
吐出口を形成する吐出口プレートが、これを保持する部
材(ヘッド本体)に接合された後の工程で、行うことが
望ましい。このようにインクジェットヘッドを製造する
ことで、吐出口プレートがこの保持部材と結合するとき
に生じるひずみに伴って、吐出口の配列が変形したり、
吐出口の向きが不均一方向に変形することによるインク
の吐出方向位置変動が生じることを防ぐことが可能とな
る。
ルーホールの形成方法によれば、レーザーアブレーショ
ン加工中に発生する反射光を有効に活用する加工方法で
あるため、発生する反射光により、加工に用いられるエ
ネルギー密度を増加させ、スルーホールの形状を変化さ
せることができる。
ないものとすることができるため、回路基板等に電気接
続の目的でスルーホールを設ける場合には、信頼性の高
い接続状態を確保しながら高密度で配列可能なスルーホ
ールを形成することができるという効果を有する。ま
た、スルーホールの最小径がスルーホールの端部より内
側に形成されるため、前述のインクジェットヘッドの吐
出口に適用した場合における端部の欠けの虞を格段に低
減することができるという効果も有する。
スルーホールの形成方法によれば、従来よりもワークに
対するレーザーの照射量が少なくて済むため、ワークの
レーザー加工時に生じる熱による伸びを著しく低減する
ことができ、また、スルーホール内に未加工部が存在す
るためバリの少ないスルーホールを形成することもでき
る。さらに反射光を活用した場合にはスルーホールの開
口面積のばらつきを低減することもできる。
である。
る。
ための座標系を設定した図である。
を活用し、スルーホールを形成する加工を説明する図で
ある。
子を説明する説明図である。
説明する図である。
幾何的に説明するための座標系を設定した図である。
状の違いを説明する説明図である。
式図である。
で到達する位置 117 未加工部 120 スルーホール
Claims (14)
- 【請求項1】 レーザー光を光源とし、フォトマスクを
介して前記レーザー光を光学系を用いて加工対象に投影
し、前記加工対象にレーザーアブレーション加工により
スルーホールを形成するスルーホールの形成方法におい
て、レーザーアブレーション加工中に発生する前記加工
対象からの反射光を用いて加工に寄与する光加工エネル
ギー密度を増加させることにより、レーザー光入射方向
に関し手先窄まりから先広がりに変化する形状を有する
スルーホールを形成することを特徴とするスルーホール
の形成方法。 - 【請求項2】 前記レーザー照射工程後に前記加工対象
をレーザー光入射方向側から前記加工対象の厚み方向に
削ることで前記スルーホールの深さを所望のものとする
ことを特徴とする請求項1に記載のスルーホールの形成
法。 - 【請求項3】 前記加工対象の厚みは前記加工対象と同
種の材料をレーザー光の入射方向側に貼り付けることで
確保されており、前記レーザー照射工程後に前記貼り合
わされた材料を剥離することで開口の深さを所望のもの
とすることを特徴とする請求項2に記載のスルーホール
の形成方法。 - 【請求項4】 前記スルーホールが、絶縁層を介して上
下に導電層を設けた基板の該導電層同士を電気的に接続
するために絶縁層部分に設けられる導電物が充填される
ものである請求項1乃至3のいずれかに記載のスルーホ
ールの形成方法。 - 【請求項5】 前記レーザー光はエキシマレーザー光で
あることを特徴とする請求項1に記載のスルーホールの
形成方法。 - 【請求項6】 前記フォトマスクは、被加工材のスルー
ホール形成部内に未露光部を形成する遮光部と、前記ス
ルーホールを形成するために該遮光部の周りを採り囲む
ように設けられる透光部と、を有することを特徴とする
請求項1に記載のスルーホールの形成方法。 - 【請求項7】 前記レーザーアブレーション加工中に発
生する前記加工対象からの反射光は、加工形状の内部に
あり、光加工されない未加工部からの反射光であること
を特徴とする請求項6に記載されたスルーホールの形成
方法。 - 【請求項8】 前記マスクの透光部の外径と遮光部の外
径との割合が30%以上80%以下である請求項6に記
載のスルーホールの形成方法。 - 【請求項9】 前記透光部と遮光部との離間距離をWT
としたとき、被加工材の厚みdがd>4.76・K・W
T(Kは光学系の縮小倍率、WTはマスクの透光部と遮
光部との距離)であることを特徴とする請求項6に記載
のスルーホールの形成方法。 - 【請求項10】 前記スルーホールがインクジェットヘ
ッドにおける吐出口である請求項1に記載のスルーホー
ルの形成方法。 - 【請求項11】 前記レーザー光は前記インク吐出口に
おけるインク吐出側から照射される請求項10に記載の
スルーホールの形成方法。 - 【請求項12】 前記レーザー光の照射は前記加工対象
がインクジェットヘッド本体に接合された状態で行われ
る請求項11に記載のスルーホールの形成方法。 - 【請求項13】 レーザー光を光源とし、フォトマスク
を介して前記レーザー光を光学系を用いて加工対象に投
影し、前記加工対象にレーザーアブレーション加工によ
りスルーホールを形成するスルーホールの形成方法にお
いて、 前記フォトマスクは、被加工材のスルーホール形成部内
に未露光部を形成する遮光部と、前記スルーホールを形
成するために該遮光部の周りを採り囲むように設けられ
る遮光部と、を有することを特徴とするスルーホールの
形成方法。 - 【請求項14】 前記スルーホールはインクジェットヘ
ッドにおける吐出口である請求項13に記載のスルーホ
ールの形成方法。
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