JP2000263271A

JP2000263271A - レーザ加工方法およびレーザ加工機

Info

Publication number: JP2000263271A
Application number: JP2000003698A
Authority: JP
Inventors: Kunio Arai; 邦夫荒井; Fumio Watanabe; 文雄渡辺
Original assignee: Hitachi Via Mechanics Ltd
Current assignee: Via Mechanics Ltd
Priority date: 1999-01-14
Filing date: 2000-01-12
Publication date: 2000-09-26
Anticipated expiration: 2020-01-12
Also published as: KR100625221B1; US6521866B1; EP1095726B1; KR20010041709A; EP1095726A4; EP1095726A1; JP3945951B2; WO2000041839A1

Abstract

(57)【要約】【課題】レーザ発振器を有効に活用すると共に、加工
エネルギを正確に制御することにより品質の優れる穴を
加工することができるレーザ加工方法およびレーザ加工
機を提供するを提供すること。【解決手段】レーザ発振器１から放射されるレーザビ
ーム２の光路に、ヘッド７ａ、７ｂと同数のビーム分配
整形装置２１ａ、２１ｂを直列に配置する。そして、ビ
ーム分配整形装置２１ａ、２１ｂを動作させ、位置決め
が完了したヘッドのいずれか一方にレーザパルスを供給
する。ビーム分配整形装置２１ａ、２１ｂを動作させる
タイミングを選定することにより、エネルギの大きさが
ほぼ一定なレーザビーム２を加工部に供給することがで
きる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、レーザ加工方法お
よびレーザ加工機に係り、特にプリント基板を加工する
のに好適なレーザ加工方法およびレーザ加工機に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】ビルドアップ式のプリント基板に層間を
接続するブラインドホール（以下、穴という。）をレー
ザビームにより加工する場合、コンフォーマルマスク
法、あるいはダイレクト法が採用される。コンフォーマ
ルマスク法の場合は、予めエッチングにより外層銅箔を
除去して形成したエッチングウインドウから、また、ダ
イレクト法は、外層銅箔のない絶縁層に直接、レーザビ
ームを照射し、レーザエネルギによりガラス強化繊維や
フィラを含有する樹脂で形成された絶縁層を除去する。
レーザ加工機には、１個のレーザ発振器から発振された
レーザビームを複数の加工ヘッドに供給して、加工速度
を向上させるものがある。このようなレーザ加工機を図
１０により説明する。

【０００３】図１０は、従来のレーザ加工機の構成図で
ある。レーザ発振器１は、パルス状のレーザビーム２を
出力する。ハーフミラー３は、入射するレーザビーム２
の約５０％を透過させ、残りを反射する。以下、ハーフ
ミラー３を透過したレーザビーム２を透過ビーム２ａ、
反射したレーザビーム２を反射ビーム２ｂという。全反
射コーナミラー４ａ〜４ｃの反射面は固定されている。
ガルバノミラー５ａ〜５ｄは、図中矢印で示すように、
回転軸の回りに回転自在であり、反射面を任意の角度に
位置決めすることができる。集光レンズ（ｆθレンズ）
６ａ、６ｂは、それぞれ第１の加工ヘッド７ａ、第２の
加工ヘッド７ｂに保持されている。プリント基板８は、
Ｘ−Ｙテーブル９に固定されている。ガルバノミラー５
ａ、５ｂのスキャン領域１０ａおよびガルバノミラー５
ｃ、５ｄのスキャン領域１０ｂは、５０ｍｍ×５０ｍｍ
程度の大きさである。

【０００４】次に、従来のレーザ加工機の動作を説明す
る。

【０００５】レーザ発振器１から発振されたレーザビー
ム２は、ハーフミラー３により透過ビーム２ａと反射ビ
ーム２ｂに分けられる。透過ビーム２ａは、全反射コー
ナミラー４ａ、４ｂで反射してガルバノミラー５ａに入
射し、ガルバノミラー５ａ、５ｂで定まる光路を通り、
集光レンズ６ａで集光され、スキャン領域１０ａ内の穴
を加工する。また、反射ビーム２ｂは、全反射コーナミ
ラー４ｃで反射してガルバノミラー５ｃに入射し、ガル
バノミラー５ｃ、５ｄで定まる光路を通り、集光レンズ
６ｂで集光され、スキャン領域１０ｂ内の穴を加工す
る。そして、ガルバノミラー５ａ〜５ｄを動作させ、加
工ヘッド７ａはスキャン領域１０ａ内の穴を、加工ヘッ
ド７ｂはスキャン領域１０ｂ内の穴を、順に加工する。
スキャン領域１０ａ、１０ｂ内の穴の加工が終了した
ら、Ｘ−Ｙテーブル９を移動させ、次のスキャン領域１
１ａ、１１ｂ内の加工をそれぞれ行う。なお、加工ヘッ
ド７ａと加工ヘッド７ｂの間隔Ｌは調整できるように構
成されており、間隔Ｌはスキャン領域１０ａとスキャン
領域１０ｂが重複せず、かつＸ−Ｙテーブル９の移動回
数が最小になるように予め調整される。

【０００６】ところで、１個の穴を加工するために、パ
ルス状のレーザビーム２（以下、１パルスのレーザビー
ムをレーザパルスという。）を複数個照射することが多
い。１個の穴に対して複数個のレーザパルスを連続して
照射し、その穴の加工を終了させてから次の穴を加工す
る加工方法をバースト加工といい、複数個の穴を１組と
し、各穴にレーザパルスを１個ずつ照射し、この動作
を、それぞれの穴の加工が完了するまで繰り返す加工方
法をサイクル加工という。

【０００７】図１１はサイクル加工における各部のタイ
ミングチャートで、（ａ）はレーザ発振器１の起動信
号、（ｂ）はレーザビーム２のエネルギの大きさ、
（ｃ）は透過ビーム２ａのエネルギの大きさ、（ｄ）は
ガルバノミラー５ａ、５ｂの位置決め信号、（ｅ）は反
射ビーム２ｂのエネルギの大きさ、（ｆ）はガルバノミ
ラー５ｃ、５ｄの位置決め信号である。

【０００８】起動信号がオンされると（時刻Ｔ０）、数
μｓの遅れ期間Ｔ_ＤＬ経過後にレーザビーム２の放射が
開始される（時刻Ｔ１。この場合はＴ_ＤＬ。）。エネル
ギの大きさは徐々に増加し、立上り期間Ｔ_Ｒ経過後に略
ピーク値Ｗ_Ｐになる（時刻Ｔ２）。時刻Ｔ０からパルス
期間Ｔ_Ｐが経過して起動信号がオフされると（時刻Ｔ
３）、エネルギは徐々に減少し、立ち下がり期間Ｔ_Ｄ経
過後に０になる（時刻Ｔ４）。その後時刻Ｔ５から期間
Ｔ_Ｇの間ガルバノミラー５ａ〜５ｄを動作させて次の加
工位置に位置決めする。位置決めが完了したら（時刻Ｔ
６）、再び起動信号をオンする（時刻Ｔ７）。以下、上
記の動作を繰返す。この場合、透過ビーム２ａ、反射ビ
ーム２ｂはレーザビーム２が分割されたものであるか
ら、エネルギのピーク値はそれぞれＷ_Ｐ／２になる。な
お、時刻Ｔ５を時刻Ｔ４と同時に、また時刻Ｔ７を時刻
Ｔ６と同時にすれば、加工速度を早くできる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】レーザ発振器が発振可
能なレーザパルス周期は０．３３ｍｓ（周波数３ＫＨ
ｚ）であり、パルス期間Ｔ_Ｐは数十μｓである。一方、
ガルバノミラー５ｃ，５ｄの位置決めに要する期間Ｔ_Ｇ
は２ｍｓ程度、また、テーブルの位置決めには２００ｍ
ｓ程度をそれぞれ必要とする。したがって、バースト加
工を行うと、サイクル加工を行う場合に比べて加工速度
を早くできる。

【００１０】しかし、コンフォーマルマスク法でバース
ト加工を行う場合、パルス周期を２ｍｓ以下にすると、
前に放射されたレーザパルスにより生成した分解飛散物
が穴内部およびその近傍に残る。そして、残った分解飛
散物が後続のエネルギーを吸収して高温のプラズマにな
るため、穴側面の樹脂が抉られ、穴の深さ方向の中間部
の直径が上下の直径よりも広がり、いわゆるバレル状の
穴になり、穴の品質が低下する。

【００１１】また、ダイレクト加工法でバースト加工を
行う場合、絶縁物がガラス強化繊維入りのＦＲ−４であ
ると、樹脂とガラスの分解エネルギの差により（樹脂：
ガラス＝１：３〜４）、樹脂だけが抉られてガラス繊維
が穴の側面から突出するため、穴の品質が低下する。

【００１２】さらに、立上りが速いＲＦ励起のレーザで
あっても、図１１に示すように、ピーク値Ｗ_Ｐに達する
までの時間Ｔ_Ｒが約１５μｓであるため、パルス巾１５
μｓ以下の範囲では、ピーク値Ｗ_Ｐを得ることができな
い。

【００１３】また、起動信号がオフ後の立ち下がり時間
Ｔ_Ｄが３０〜５０μｓであるため、実際のパルス巾が設
定パルス幅Ｔ_Ｐよりも長くなる結果、供給するエネルギ
が過剰になる。エネルギを過剰に供給すると、穴の底面
に樹脂の滓が残ったり、内壁の面粗さが粗くなったり、
あるいは内壁が炭化し、いずれの場合も穴品質が低下す
る。また、内層銅箔が損傷したり、銅箔の裏側の樹脂が
剥離することもある。

【００１４】さらに、加工に必要な１ヘッド当たりのピ
ーク値をＷ_ＰとしてＮ本の分割ビームを得るためには、
容量が大きいピーク値がＷ_ＰのＮ倍であるＮＷ_Ｐのレー
ザ発振器にしなければならない。

【００１５】しかも、ハーフミラーによりレーザビーム
を分割する場合、透過ビーム２ａと反射ビーム２ｂは同
時に発生し、時間的な差をもたせることができないか
ら、スキャン領域１０ａとスキャン領域１０ｂの加工個
所が同数でなければならず、加工できるプリント基板の
種類が限定される。また、ヘッドの数を奇数にすること
は困難である。

【００１６】本発明の目的は、上記従来技術における課
題を解決し、レーザ発振器を有効に活用すると共に、加
工エネルギを正確に制御することにより品質の優れる穴
を加工することができるレーザ加工方法およびレーザ加
工機を提供するにある。

【００１７】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、請求項１の発明は、レーザ光の光路を偏向可能な光
路偏向手段をレーザ光の光路に配置し、前記光路偏向手
段により加工部に入力するレーザエネルギを制御するこ
とを特徴とする。

【００１８】また、請求項２の発明は、請求項１におい
て、レーザ光がパルス状であることを特徴とする。

【００１９】また、請求項３の発明は、請求項１または
請求項２において、加工部に入力するレーザ光の波形を
略矩形波に形成することを特徴とする。

【００２０】また、請求項４の発明は、請求項１ないし
請求項３のいずれかにおいて、レーザ発振器から発振さ
れた１個のパルス状のレーザ光を時分割し、時分割した
パルス状のレーザ光を加工部に照射することを特徴とす
る。

【００２１】また、請求項５の発明は、１個のレーザ発
振器から出力されるレーザ光を複数の加工ヘッドに供給
するようにしたレーザ加工機において、レーザ光の光路
を偏向可能な光路偏向手段を前記加工ヘッドの数と同数
設け、前記光路偏向手段を前記光路に配置し、パルス状
のレーザ光を前記加工ヘッドのいずれか１個に供給する
ように構成したことを特徴とする。

【００２２】また、請求項６の発明は、請求項５におい
て、前記光路偏向手段が音響光学方式装置であることを
特徴とする。

【００２３】また、請求項７の発明は、請求項６におい
て、前記光路偏向手段をレーザ光の光路に直列に配置す
ることを特徴とする。

【００２４】また、請求項８の発明は、請求項５におい
て、前記光路偏向手段がポリゴンミラーであることを特
徴とする。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図示の実施の形態
に基づいて説明する。

【００２６】図１は本発明に係るレーザ加工機の構成図
であり、図８と同じものまたは同一機能のものは同一符
号を付して説明を省略する。電源・コントローラ２０
は、レーザ発振器１の制御および電力供給を行う。ビー
ム分配整形装置２１ａ、２１ｂは、パルスビーム２の光
路に対し、所定の角度を持たせて配置されている。電源
・コントローラ２２ａ、２２ｂは、ビーム分配整形装置
２１ａ、２１ｂの制御および電力供給を行う。ＮＣ装置
２３は、電源・コントローラ２０、２２ａ、２２ｂ、ガ
ルバノミラー５ａ〜５ｄおよびテーブル９の図示を省略
した駆動装置等を制御する。ビーム分配整形装置２１
ａ、２１ｂからはレーザビーム２３〜２５がそれぞれ出
力される。２６は集熱装置である。

【００２７】図２はビーム分配整形装置２１ａ、２１ｂ
の構成図である。ビーム分配整形装置２１ａ、２１ｂ
は、トランスデューサ３０ａ（３０ｂ）と、結晶媒体
（例えばゲルマニウム）３１ａ（３１ｂ）とで構成され
ている。後述するように、ビーム分配整形装置２１ａ、
２１ｂの内部には、位相格子波面３２ａ（３２ｂ）が形
成される。

【００２８】先ず、ビーム分配整形装置２１ａ、２１ｂ
の動作を説明する。なお、ビーム分配整形装置２１ａ、
２１ｂは同じ構造であるから、ここでは添字ａ、ｂを省
略して説明する。

【００２９】トランスデューサ３０に所定の超音波発生
電圧を印加すると、結晶媒体３１内には矢印Ｙ方向に進
行する音響弾性波が発生し、光弾性効果により結晶媒体
３１の内部には超音波と同じ間隔をもつ位相格子波面３
２が形成され、屈折率が変化する。そして、レーザ光が
位相格子波面３２に対してブラグ条件（ｃｏｓθ＝λ／
２Λ、ただし、λはレーザ波長、Λは位相格子間隔）を
満足する角度θで入射すると、出射角度が−θの透過反
射光Ｊ（１次回折光）が出射する。また、トランスデュ
ーサ３０に超音波発生電圧を印加しない場合は結晶媒体
３１を直進した透過光Ｐ（出射角度が０の０次回折光）
が出射する。

【００３０】なお、結晶体３１の屈折率により、入射
光、透過光Ｐおよび透過反射光Ｊの光路は、結晶体３１
の内部でずれるが、このずれ量は小さく、また固定値で
あるため、図では省略してある。また、超音波発生電圧
を印加してから位相格子波面３２が形成されるまでの時
間および超音波発生電圧の印加を停止してから位相格子
波面３２が消失するまでの時間は、それぞれ１μｓ以下
である。

【００３１】本実施の形態では、レーザ発振器１として
ＣＯ_２レーザ発振器を、結晶媒体３１としてゲルマニウ
ムを、トランスデューサ３０として表面弾性波結晶Ｌｉ
ＮｂＯ_３をそれぞれ使用する。この場合、超音波周波数
は４０ＭＨｚであり、この時のθはレーザ波長が１０．
６μｍの場合は２．２度、またレーザ波長が９．４μｍ
の場合は１．９５度である。そして、形成される位相格
子波面３２がレーザ発振器１の光軸に対してθになるよ
うに、ビーム分配整形装置２１ａ、２１ｂを配置してあ
る。

【００３２】次に、本実施の形態の動作を、サイクル加
工の場合について説明する。

【００３３】図３はサイクル加工を行う場合の各部のタ
イミングチャートである。図で、（ａ）はレーザ発振器
の起動信号を、（ｂ）はレーザビーム２のエネルギを、
（ｃ）はビーム分配整形装置２１ｂの起動信号を、
（ｄ）はレーザビーム２３のエネルギを、（ｅ）はガル
バノミラー５ａ、５ｂの位置決め信号を、（ｆ）はビー
ム分配整形装置２１ａの起動信号を、（ｇ）はレーザビ
ーム２４のエネルギを、（ｈ）はガルバノミラー５ｃ、
５ｄの位置決め信号を、（ｊ）はレーザビーム２５のエ
ネルギをそれぞれ示している。

【００３４】ＮＣ装置７は、期間Ｔ_Ｐ１（時刻ｔ０から
時刻ｔ２までおよび時刻ｔ６から時刻ｔ８まで）および
期間Ｔ_Ｐ２（時刻ｔ３から時刻ｔ５までおよび時刻ｔ９
から時刻ｔ１１まで）にレーザ発振器１をオンする。レ
ーザビーム２のエネルギは、期間Ｔ_Ｐ１および期間Ｔ
_Ｐ２が開始されてから遅れ期間Ｔ_ＤＬ経過後徐々に増加
し、期間Ｔ_Ｒが経過するとピーク値Ｗ_Ｐになる。そし
て、期間Ｔ_Ｐ１および期間Ｔ_Ｐ２が終了してから徐々に
減衰し、期間Ｔ_Ｄ経過後０になる。

【００３５】ビーム分配整形装置２１ａは、レーザビー
ム２のエネルギがほぼピーク値Ｗ_Ｐになる時刻ｔ１およ
び時刻ｔ７からレーザ発振器１がオフされる時刻ｔ２お
よび時刻ｔ８の間オンされる。レーザビーム２３はビー
ム分配整形装置２１ａがオンされている間出力される。
ガルバノミラー５ａ、５ｂはビーム分配整形装置２１ａ
がオンされている期間を除いて動作する。

【００３６】ビーム分配整形装置２１ｂはレーザビーム
２のエネルギがほぼピーク値ＷＰになる時刻ｔ４および
時刻ｔ１０からレーザ発振器１がオフされる時刻ｔ５お
よび時刻ｔ１１の間オンされる。レーザビーム２４はビ
ーム分配整形装置２１ｂがオンされている間出力され
る。ガルバノミラー５ｃ、５ｄはビーム分配整形装置２
１ｂがオンされている期間を除いて動作する。

【００３７】次に、図１および図１の部分平面図である
図４により、レーザビーム２の経路を説明する。

【００３８】（１）時刻ｔ０から時刻ｔ１まで：レーザ
ビーム２はビーム分配整形装置２１ａ、２１ｂの両者を
透過し、レーザビーム２５が集熱装置２６に入射して熱
に換えられる。

【００３９】（２）時刻ｔ１から時刻ｔ２までの（期間
Ｔ_Ｗ１）：図４（ａ）に示すように、レーザビーム２
は、ビーム分配整形装置２１ｂで光路が偏向し、レーザ
ビーム２３がガルバノミラー５ａに入射し、ガルバノミ
ラー５ａ、５ｂで定まる光路を通り、集光レンズ６ａで
集光され、スキャン領域１０ａ内に穴を加工する。

【００４０】（３）時刻ｔ２から時刻ｔ４まで：レーザ
ビーム２はビーム分配整形装置２１ａ、２１ｂの両者を
透過し、レーザビーム２５として集熱装置２６に入射
し、他の個所に散乱することなく、熱に換えられて消費
される。

【００４１】（４）時刻ｔ４から時刻ｔ５まで（期間Ｔ
_Ｗ２）：図４（ｂ）に示すように、レーザビーム２はビ
ーム分配整形装置２１ａで光路が偏向し、レーザビーム
２４がガルバノミラー５ｃに入射し、ガルバノミラー５
ｃ、５ｄで定まる光路を通り、集光レンズ６ｂで集光さ
れ、スキャン領域１０ｂ内に穴を加工する。

【００４２】上記したように、スキャン領域１０ａ、１
０ｂ内の加工においては、ガルバノミラー５ａ〜５ｄの
位置決めに要する時間（期間Ｔ_Ｇ）が最も長いから、期
間Ｔ _Ｗ１と次の期間Ｔ_Ｗ１との間隔および期間Ｔ_Ｗ２と
次の期間Ｔ_Ｗ２との間隔を、それぞれ期間Ｔ_Ｇになるよ
うにすると加工時間を短くできる。

【００４３】以下、加工プログラムに基づいて、レーザ
ビーム２３およびレーザビーム２４を交互あるいはラン
ダムに発生させて、スキャン領域１０ａ、１０ｂ内の加
工を行う。スキャン領域１０ａ、１０ｂ内の加工が終了
したら、テーブル９を移動させ、次のスキャン領域１１
ａ、１１ｂ内の加工を行う。

【００４４】本実施の形態では、レーザビーム２のエネ
ルギがほぼピークに達した期間で加工を行うから、穴の
品質が均一になる。

【００４５】また、立上り期間Ｔ_Ｒおよび立ち下がり期
間Ｔ_Ｄの影響を受けないから加工エネルギ量の制御を正
確に行うことができ、穴の品質が均一になる。

【００４６】さらに、音響光学方式のビーム分配整形装
置では、起動、停止速度が１μｓ以下であるから、従来
不可能であったパルス幅Ｔ_Ｗ１（あるいはＴ_Ｗ２）が１
〜１５μｓの加工を行うことができる。

【００４７】また、一方のヘッドで加工している間に他
方のガルバノミラーの位置決めを行うことにより、１個
のビームパルスを１個のヘッドに供給でき、従来ガルバ
ノミラーを動作させることができなかった立上り期間Ｔ
_Ｒおよび立ち下がり期間Ｔ_Ｄもガルバノミラーを動作さ
せることができる。したがって、レーザ発振器の待ち時
間を少なくでき、レーザ発振器の稼働率を向上させるこ
とができる。しかも、レーザ発振器の容量は、従来と同
じでよい。

【００４８】さらに、それぞれのパルス期間を変えるこ
とができるから、スキャン領域１０ａとスキャン領域１
０ｂ内の加工する穴の径が異なる場合、あるいは加工す
る穴の数が異なる場合も加工ができる。

【００４９】また、ヘッドの数だけビーム分配整形装置
を準備すれば良く、ヘッドの数を任意の数にすることが
できる。

【００５０】〔加工例〕以下本発明を適用して多ヘッド
化した場合の具体的な穴明け速度について説明する。

【００５１】同一形状の穴を１ヘッドで加工する場合
（すなわち、Ｔ_Ｐ＝Ｔ_Ｐ１＝Ｔ_Ｐ２、Ｔ_Ｗ＝Ｔ_Ｗ１＝Ｔ
_Ｗ２）、加工する穴の数をＡ、１穴当たりに必要なパル
ス数をｎとすると、バースト加工の加工時間Ｔ_Ｂは、Ｔ_Ｂ＝Ａ（Ｔ_Ｇ＋（ｎ−１）Ｔ_Ｐ＋Ｔ_Ｗ）であり、またサイクル加工の加工時間Ｔ_Ｃは、Ｔ_Ｃ＝Ａｎ（Ｔ_Ｇ＋Ｔ_Ｗ）である。そして、ヘッド数がＭ、テーブル位置決め時間
がＴ_ＸＹ、テーブルの移動回数がＢ回の場合、バースト
加工の加工時間Ｔ_ＢＭは、Ｔ_ＢＭ＝(Ｔ_Ｂ＋ＢＴ_ＸＹ)／Ｍであり、サイクル加工の加工時間Ｔ_ＣＭは、Ｔ_ＣＭ＝(Ｔ_Ｃ＋ＢＴ_ＸＹ)／Ｍである。

【００５２】次に、Ｔ_Ｗ＝０．０１ｍｓ、ｎ＝３パルス
／穴で、大きさが５００ｍｍ×３５０ｍｍのプリント基
板に穴数Ａを加工する場合の加工時間の計算例を説明す
る。なお、ガルバノスキャン領域は５０ｍｍ×５０ｍｍ
（テーブルの移動回数は７０回）、また、ガルバノミラ
ー位置決め時間ＴＧは２ｍｓ、テーブル位置決め時間Ｔ
_ＸＹは２００ｍｓ、レーザ発振器の最大パルス周波数は
３ＫＨｚ（最小パルス周期０．３３ｍｓ）であるとす
る。

【００５３】（１）ダイレクト法でバースト加工をする
場合（図５参照）：（ｂ１）ヘッド数Ｍが２であり、それぞれの加工周期を
１ｍｓとする場合、図５（ａ）に示すように、ヘッド１
の２パルス目と３パルス目の間にヘッド２の１パルス目
を配置すると、それぞれのヘッドは加工パルス周期Ｔ_Ｐ
＝１．０ｍｓ（周波数１ＫＨｚ）で加工できる。なお、
ヘッド１の２パルス目と３パルス目の期間におけるレー
ザパルスの周期は０．５ｍｓである。

【００５４】従って、Ａ＝１０，０００の場合は、Ｔ
_ＭＢ＝Ｔ_２Ｂ＝２７．１秒（穴明け速度３６９穴／秒、
２２，１４０穴／分）、また、Ａ＝２０，０００の場合
は、Ｔ _２Ｂ＝４７．１秒（穴明け速度４２４穴／秒、２
５，４４０穴／分）で加工が終了する。

【００５５】（ｂ２）ヘッド数Ｍが２であり、それぞれ
の加工パルス周期を０．５ｍｓとする場合、図５（ｂ）
に示すように、一方のヘッドが加工している期間中に他
方のヘッドを位置決めすることにより、加工パルス周期
Ｔ_Ｐ＝０．５ｍｓ（周波数２ＫＨｚ）で加工することが
できる。

【００５６】従って、Ａ＝１０，０００の場合は、Ｔ
_２Ｂ＝２２．１秒（４５３穴／秒、２７，１８０穴／
分）、Ａ＝２０，０００の場合は、Ｔ_２Ｂ＝３７．１秒
（５３９穴／秒、３２，３４０穴／分）で加工できる。

【００５７】（ｂ３）ヘッド数Ｍが２であり、それぞれ
の加工パルス周期を０．３３ｍｓとする場合、Ａ＝１
０，０００の場合は、Ｔ_２Ｂ＝２０．４秒（４９０穴／
秒、２７，４００穴／分）、また、Ａ＝２０，０００の
場合は、Ｔ_２Ｂ＝３３．８秒（５９２穴／秒、３５，５
２０穴／分）で加工が終了する。

【００５８】なお、図５（ｃ）に示すように、加工パル
ス周期を０．３３ｍｓとする場合、ヘッド数Ｍを３と
し、ガルバノ周期を２．３３ｍｓにしていずれかのヘッ
ドが加工している期間中に他の２個のヘッドを位置決め
することにより、加工パルス周期Ｔ_Ｐ＝０．３３ｍｓ
（周波数３ＫＨｚ）の加工が可能になる。

【００５９】従って、Ａ＝１０，０００の場合は、Ｔ
_３Ｂ＝１４．７秒（６８０穴／秒、４０８００穴／
分）、また、Ａ＝２０，０００の場合は、Ｔ_３Ｂ＝２
４．７秒（８０９穴／秒、４８，５４０穴／分）で加工
が終了する。

【００６０】コンフォーマルマスク法でサイクル加工を
する場合（図６参照）：（ｃ１）ヘッド数Ｍが２である場合、図６（ａ）に示す
ように、レーザパルスの周期を１ｍｓにすることによ
り、ヘッド１とヘッド２で交互に加工することができ
る。

【００６１】従って、Ａ＝１０，０００の場合は、Ｔ
_２Ｃ＝３７．２秒（２６９穴／秒、１６１４０穴／
分）、また、Ａ＝２０，０００の場合は、Ｔ_２Ｃ＝６
７．３秒（２９７穴／秒、１７，８２０穴／分）であ
る。

【００６２】（ｃ２）ヘッド数Ｍが３である場合、図６
（ｂ）に示すように、レーザパルスの周期を０．６７ｍ
ｓにすることにより、それぞれのヘッドを交互に加工す
ることができる。

【００６３】従って、Ａ＝１０，０００の場合は、Ｔ
_３Ｂ＝２４．８秒（４０３穴／秒、２４，１８０穴／
分）、また、Ａ＝２０，０００の場合は、Ｔ_３Ｂ＝４
４．９秒（４４５穴／秒、２６，７００穴／分）であ
り、最大穴明け速度は２７，５５０穴である。

【００６４】（ｃ３）４ヘッドの場合、図６（ｃ）に示
すように、レーザパルスの周期を０．５ｍｓにすること
により、ヘッド１〜４を交互に加工することができる。

【００６５】従って、Ａ＝１０，０００の場合は、Ｔ
_４Ｂ＝１８．６秒（５３８穴／秒、３２，２８０穴／
分）、Ａ＝２０，０００の場合は、Ｔ_４Ｂ＝３３．７秒
（５９４穴／秒、３５，６４０穴／分）である。

【００６６】（ｃ４）６ヘッドの場合、図７に示すよう
に、レーザパルスの周期を０．３３ｍｓ（周波数３．０
ＫＨｚ）にすることにより、それぞれのヘッドを交互に
加工することができる。

【００６７】従って、Ａ＝１０，０００の場合は、Ｔ
_６Ｂ＝１２．４秒（８０８穴／秒、４８，４２０穴／
分）、また、Ａ＝２０，０００穴の場合は、Ｔ_６Ｂ＝２
２．４秒（８９１穴／秒、５３，４６０穴／分）であ
る。

【００６８】ところで、上記図３では、期間Ｔ_Ｗ１ある
いは期間Ｔ_Ｗ２のレーザエネルギを総て加工部に供給す
る場合について説明したが、期間Ｔ_Ｗ１あるいは期間Ｔ
_Ｗ２を時分割し、レーザエネルギの一部を加工部に供給
するするようにしてもよい。

【００６９】図８は、本発明に係る他の実施の形態のバ
ースト加工における各部のタイミングチャートである。
なお、レーザ加工機の構成は上記図１と同じである。図
で、（ａ）はレーザ発振器の起動信号を、（ｂ）はビー
ム分配整形装置２１ｂの起動信号を、（ｃ）はガルバノ
ミラー５ａ、５ｂの位置決め信号を、（ｄ）はビーム分
配整形装置２１ａの起動信号を、（ｅ）はガルバノミラ
ー５ｃ、５ｄの位置決め信号を、（ｆ）はレーザビーム
２のエネルギをそれぞれ示している。

【００７０】ＮＣ装置７は、期間Ｔ_Ｐ１（時刻ｔ０から
時刻ｔ２まで）、期間Ｔ_Ｐ２（時刻ｔ３から時刻ｔ５ま
で）および期間Ｔ_Ｐ３（時刻ｔ６から時刻ｔ８まで）に
レーザ発振器１をオンする。レーザビーム２のエネルギ
は、期間Ｔ_Ｐ１、期間Ｔ_Ｐ２および期間Ｔ_Ｐ３が開始さ
れてから遅れ期間Ｔ_ＤＬ経過後徐々に増加し、期間Ｔ _Ｒ
が経過するとピーク値Ｗ_Ｐになる。そして、期間
Ｔ_Ｐ１、期間Ｔ_Ｐ２および期間Ｔ_Ｐ３が終了してから徐
々に減衰し、期間Ｔ_Ｄ経過後（ここでは、時刻ｔ３、ｔ
６の直前および期間Ｔ_Ｇ中に）０になる。

【００７１】ビーム分配整形装置２１ａは、レーザビー
ム２のエネルギがほぼピーク値Ｗ_Ｐになる時刻ｔ１、ｔ
４、および時刻ｔ７から期間Ｔ_Ｗ１１（例えば０．０２
ｍｓ）だけオンされる。また、ビーム分配整形装置２１
ｂは、期間Ｔ_Ｗ１１が経過後、さらに期間Ｔ_ｄＷが経過
した時から期間Ｔ_Ｗ２１（例えば０．０２ｍｓ）だけオ
ンされる。ここでは、期間Ｔ_Ｗ２１の終了時が時刻ｔ
２、ｔ４、ｔ８と一致するようになっている。そして、
時刻ｔ８からの期間Ｔ_Ｇにガルバノミラー５ａ、５ｂ、
５ｃ、５ｄを次の加工位置に位置決めした後、上記の動
作を繰り返す。この実施の形態では、ガルバノミラー５
ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄの位置決めを同時に行うから、ガ
ルバノミラーの位置決め制御が容易になる。また、レー
ザ発振器１の出力周波数を一定にした状態で加工部に供
給するレーザパルスの周波数を高くできる。

【００７２】図９は、本発明に係る他の実施の形態のサ
イクル加工における各部のタイミングチャートである。
なお、レーザ加工機の構成は上記図１と同じである。図
で、（ａ）はレーザ発振器の起動信号を、（ｂ）はビー
ム分配整形装置２１ｂの起動信号を、（ｃ）はガルバノ
ミラー５ａ、５ｂの位置決め信号を、（ｄ）はビーム分
配整形装置２１ａの起動信号を、（ｅ）はガルバノミラ
ー５ｃ、５ｄの位置決め信号を、（ｆ）はレーザビーム
２のエネルギをそれぞれ示している。

【００７３】ＮＣ装置７は、期間Ｔ_Ｐ１（時刻ｔ０から
時刻ｔ２まで）にレーザ発振器１をオンする。レーザビ
ーム２のエネルギは、期間Ｔ_Ｐ１が開始されてから遅れ
期間Ｔ_ＤＬ経過後徐々に増加し、期間Ｔ_Ｒが経過すると
ピーク値Ｗ_Ｐになる。そして、期間Ｔ_Ｐ１が終了してか
ら徐々に減衰し、期間Ｔ_Ｇ中の期間Ｔ_Ｄ経過後０にな
る。

【００７４】ビーム分配整形装置２１ａは、レーザビー
ム２のエネルギがほぼピーク値Ｗ_Ｐになる時刻ｔ１から
期間Ｔ_Ｗ１１（例えば０．０２ｍｓ）だけオンされる。
また、ビーム分配整形装置２１ｂは、期間Ｔ_Ｗ１１が経
過後、さらに期間Ｔ_ｄＷが経過した時から期間Ｔ_Ｗ２１
（例えば０．０２ｍｓ）だけオンされる。ここでは、期
間Ｔ_Ｗ２１の終了時が時刻ｔ２と一致するようになって
いる。そして、時刻ｔ２からの期間Ｔ_Ｇにガルバノミラ
ー５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄを次の加工位置に位置決めし
た後、上記の動作を繰り返す。この実施の形態の場合
も、ガルバノミラー５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄの位置決め
を同時に行うから、ガルバノミラーの位置決め制御が容
易になる。

【００７５】なお、例えば期間Ｔ_Ｐ１における時刻ｔ１
から時刻ｔ２の間にレーザビーム２３とレーザビーム２
４の両者を出力させる場合、レーザビーム２３のエネル
ギは、分配整形装置２１ｂにおけるエネルギロスにより
レーザビーム２４のエネルギよりも僅かではあるが小さ
くなる。そこで、ヘッド７ａとヘッド７ｂで加工内容が
同じ穴を加工する場合は、期間Ｔ_Ｗ２１を期間Ｔ_Ｗ１１
よりも長くし、加工部に供給するエネルギの総量が同じ
になるようにしてもよい。また、トランデューサ３０
ａ，３０ｂの出力電圧を制御することにより、レーザビ
ーム２３，２４のエネルギの大きさを変えてもよい。

【００７６】そして、この他の実施の形態においても、
レーザビーム２のエネルギがほぼピークに達した期間で
加工を行うから、穴の品質が均一になる。

【００７７】また、立上り期間Ｔ_Ｒおよび立ち下がり期
間Ｔ_Ｄの影響を受けないから加工エネルギ量の制御を正
確に行うことができ、穴の品質が均一になる。

【００７８】さらに、音響光学方式のビーム分配整形装
置では、起動、停止速度が１μｓ以下であるから、従来
不可能であったパルス幅Ｔ_Ｗ１（あるいはＴ_Ｗ２）が１
〜１５μｓの加工を行うことができる。

【００７９】また、時分割する場合にも、それぞれのパ
ルス期間を任意に設定できるから、スキャン領域１０ａ
とスキャン領域１０ｂ内の加工する穴の径が異なる場
合、あるいは加工する穴の数が異なる場合も加工ができ
る。

【００８０】また、ヘッドの数だけビーム分配整形装置
を準備すれば良く、ヘッドの数を任意の数にすることが
できる。

【００８１】また、上記いずれの場合も、ビーム分配整
形装置の入射角と透過反射角を同じにしたが、ヘッドの
数と同数の複数のトランスデューサを互いに位相をずら
して配置したデフレクターを使用し、超音波印加レベル
を切り換えることにより、超音波面を回転方向にシフト
させ、入射角一定でＮ本の出射角θN（θN＝λΔＦ／
Ｖ、ΔＦ：超音波周波数、Ｖ：超音波伝播速度）の透過
反射光を出射させるようにしてもよい。

【００８２】また、ビーム分配整形装置によりレーザパ
ルスを整形し、ポリゴンミラーにより光路を偏向させる
ようにしてもよい。

【００８３】さらに、上記ではＣＯ_２レーザ加工を例に
説明したが、光学系の材質と、音響光学装置をレーザの
波長に応じたものを使用すれば、他の波長のレーザにも
適用することができる。

【００８４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
レーザ光の光路を偏向可能な光路偏向手段をレーザ光の
光路に配置し、前記光路偏向手段により加工部に入力す
るレーザエネルギを制御し、レーザビームのエネルギが
ほぼピークに達した期間で加工をするから、立上り期間
Ｔ_Ｒおよび立ち下がり期間Ｔ_Ｄの影響を受けることがな
く、また、加工エネルギ量の制御を正確に行うことがで
きる。この結果、品質の優れる穴を加工することができ
る。

【００８５】さらに、一方のヘッドで加工している間に
他方のガルバノミラーの位置決めを行うことにより、１
個のビームパルスを１個のヘッドに供給でき、従来ガル
バノミラーを動作させることができなかった立上り期間
Ｔ_Ｒおよび立ち下がり期間Ｔ _Ｄもガルバノミラーを動作
させることができるから、レーザ発振器の待ち時間を少
なくでき、レーザ発振器の稼働率を向上させることがで
きる。

【００８６】また、それぞれのパルス期間を変えたり、
パルス期間をさらに時分割することにより、ヘッド毎の
スキャン領域内の加工する穴の径が異なる場合、あるい
は加工する穴の数が異なる場合も加工が容易である。ま
た、ヘッドの数も任意の数にすることができる。

【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】ビーム分配整形装置の構成図である。

【図３】本発明に係るサイクル加工を行う場合の各部の
タイミングチャートである。

【図４】図１の部分平面図である。

【図５】本発明に係るダイレクト法でバースト加工をす
る場合の加工例である。

【図６】本発明に係るコンフォーマルマスク法でサイク
ル加工をする場合の加工例である。

【図７】本発明に係るコンフォーマルマスク法でサイク
ル加工をする場合の加工例である。

【図８】本発明に係るバースト加工における各部のタイ
ミングチャートである。

【図９】本発明に係るサイクル加工における各部のタイ
ミングチャートである。

【図１０】従来のレーザ加工機の構成図である。

【図１１】従来のサイクル加工における各部のタイミン
グチャートである。

【符号の説明】

１レーザ発振器２レーザビーム７ａ、７ｂヘッド２１ａ、２１ｂビーム分配整形装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考） // Ｂ２３Ｋ 101:42

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】レーザ光の光路を偏向可能な光路偏向手
段をレーザ光の光路に配置し、前記光路偏向手段により
加工部に入力するレーザエネルギを制御することを特徴
とするレーザ加工方法。
【請求項２】レーザ光がパルス状であることを特徴と
する請求項１に記載のレーザ加工方法。
【請求項３】加工部に入力するレーザ光の波形を略矩
形波に形成することを特徴とする請求項１または請求項
２に記載のレーザ加工方法。
【請求項４】レーザ発振器から発振された１個のパル
ス状のレーザ光を時分割し、時分割したパルス状のレー
ザ光を加工部に照射することを特徴とする請求項１ない
し請求項３のいずれかに記載のレーザ加工方法。
【請求項５】１個のレーザ発振器から出力されるレー
ザ光を複数の加工ヘッドに供給するようにしたレーザ加
工機において、レーザ光の光路を偏向可能な光路偏向手
段を前記加工ヘッドの数と同数設け、前記光路偏向手段
を前記光路に配置し、パルス状のレーザ光を前記加工ヘ
ッドのいずれか１個に供給するように構成したことを特
徴とするレーザ加工機。
【請求項６】前記光路偏向手段が音響光学方式装置で
あることを特徴とする請求項５に記載のレーザ加工機。
【請求項７】前記光路偏向手段をレーザ光の光路に直
列に配置することを特徴とする請求項６に記載のレーザ
加工機。
【請求項８】前記光路偏向手段がポリゴンミラーであ
ることを特徴とする請求項５に記載のレーザ加工機。