JP2001038483A - レーザ穴あけ加工方法及び加工装置 - Google Patents
レーザ穴あけ加工方法及び加工装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 これまでのレーザ穴あけ加工装置に比べて短
い時間で多数の穴あけ加工を行うことのできるレーザ穴
あけ加工装置を提供すること。 【解決手段】 レーザ発振器１０と、該レーザ発振器か
らのレーザ光を、パッケージ基板２０における１つの加
工領域に対応するサイズを持つ矩形状ビームに整形する
ビーム整形光学系１４と、前記矩形状ビームを、複数の
穴による加工パターンを有するマスク１５及びプロジェ
クションレンズ１６を通してマスク投影法により前記パ
ッケージ基板の加工領域に照射する光学系と、前記パッ
ケージ基板を搭載してＸ軸方向及びＹ軸方向に可動とす
ることにより加工領域の移動を行うＸ−Ｙステージ３０
とを備えることにより、前記パッケージ基板に複数の穴
あけを同時に行う。
い時間で多数の穴あけ加工を行うことのできるレーザ穴
あけ加工装置を提供すること。 【解決手段】 レーザ発振器１０と、該レーザ発振器か
らのレーザ光を、パッケージ基板２０における１つの加
工領域に対応するサイズを持つ矩形状ビームに整形する
ビーム整形光学系１４と、前記矩形状ビームを、複数の
穴による加工パターンを有するマスク１５及びプロジェ
クションレンズ１６を通してマスク投影法により前記パ
ッケージ基板の加工領域に照射する光学系と、前記パッ
ケージ基板を搭載してＸ軸方向及びＹ軸方向に可動とす
ることにより加工領域の移動を行うＸ−Ｙステージ３０
とを備えることにより、前記パッケージ基板に複数の穴
あけを同時に行う。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、レーザ光によりプ
リント配線基板のような樹脂層に穴あけ加工を行うレー
ザ穴あけ加工方法及び加工装置に関する。
リント配線基板のような樹脂層に穴あけ加工を行うレー
ザ穴あけ加工方法及び加工装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】電子機器の小型化、高密度実装化に伴
い、プリント配線基板には高密度化が要求されている。
このような要求に伴い、例えば、ＣＳＰやフリップチッ
プと呼ばれるチップ搭載用のプリント配線基板（パッケ
ージ基板）には、多数のビアホールと呼ばれる穴あけを
小径かつ微小ピッチで行うことが必要となる。
い、プリント配線基板には高密度化が要求されている。
このような要求に伴い、例えば、ＣＳＰやフリップチッ
プと呼ばれるチップ搭載用のプリント配線基板（パッケ
ージ基板）には、多数のビアホールと呼ばれる穴あけを
小径かつ微小ピッチで行うことが必要となる。
【０００３】このような穴あけ加工は、機械的な微細ド
リルを用いる機械加工や露光（フォトビア）方式が主流
であったが、最近ではレーザ光が利用されはじめてい
る。レーザ光を利用した穴あけ加工装置は、微細ドリル
を用いる機械加工に比べて加工速度や、穴の径の微細化
に対応できる点で優れている。レーザ光としては、レー
ザ発振器の価格、ランニングコストが低いという点から
ＣＯ2 レーザや高調波固体レーザが一般に利用されてい
る。
リルを用いる機械加工や露光（フォトビア）方式が主流
であったが、最近ではレーザ光が利用されはじめてい
る。レーザ光を利用した穴あけ加工装置は、微細ドリル
を用いる機械加工に比べて加工速度や、穴の径の微細化
に対応できる点で優れている。レーザ光としては、レー
ザ発振器の価格、ランニングコストが低いという点から
ＣＯ2 レーザや高調波固体レーザが一般に利用されてい
る。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】これまでのレーザ穴あ
け加工装置では、レーザ発振器からのレーザビームを反
射ミラー等を含む光学経路を経由させてＸ−Ｙスキャナ
あるいはガルバノスキャナと呼ばれるスキャン光学系に
導き、このスキャン光学系によりレーザビームを振らせ
て加工レンズを通してプリント配線基板に照射すること
により穴あけを行っている（例えば、特開平１０−５８
１７８号公報参照）。すなわち、プリント配線基板にあ
けられるべき穴の位置はあらかじめ決まっているので、
これらの穴の位置情報に基づいてスキャン光学系を制御
することで穴あけが１個ずつ行われている。
け加工装置では、レーザ発振器からのレーザビームを反
射ミラー等を含む光学経路を経由させてＸ−Ｙスキャナ
あるいはガルバノスキャナと呼ばれるスキャン光学系に
導き、このスキャン光学系によりレーザビームを振らせ
て加工レンズを通してプリント配線基板に照射すること
により穴あけを行っている（例えば、特開平１０−５８
１７８号公報参照）。すなわち、プリント配線基板にあ
けられるべき穴の位置はあらかじめ決まっているので、
これらの穴の位置情報に基づいてスキャン光学系を制御
することで穴あけが１個ずつ行われている。
【０００５】しかしながら、Ｘ−Ｙスキャナあるいはガ
ルバノスキャナによるスキャン光学系を使用した１個ず
つの穴あけ加工では、プリント配線基板における穴の数
の増加に比例して加工時間が長くなる。因みに、ガルバ
ノスキャナの応答性は５００ｐｐｓ程度であるため、毎
秒５００穴以上の穴あけは困難である。また、例えば、
一辺が１０ｍｍの正方形のパッケージ基板に、５０μｍ
径の穴が０．２ｍｍのピッチで配列されるとすると、２
５００個の穴が存在する。この場合、毎秒５００穴の穴
あけを行ったとしても、２５００／５００＝５ｓｅｃの
加工時間を必要とする。
ルバノスキャナによるスキャン光学系を使用した１個ず
つの穴あけ加工では、プリント配線基板における穴の数
の増加に比例して加工時間が長くなる。因みに、ガルバ
ノスキャナの応答性は５００ｐｐｓ程度であるため、毎
秒５００穴以上の穴あけは困難である。また、例えば、
一辺が１０ｍｍの正方形のパッケージ基板に、５０μｍ
径の穴が０．２ｍｍのピッチで配列されるとすると、２
５００個の穴が存在する。この場合、毎秒５００穴の穴
あけを行ったとしても、２５００／５００＝５ｓｅｃの
加工時間を必要とする。
【０００６】そこで、本発明の課題は、これまでのレー
ザ穴あけ加工装置に比べて短い時間で多数の穴あけ加工
を行うことのできるレーザ穴あけ加工方法を提供するこ
とにある。
ザ穴あけ加工装置に比べて短い時間で多数の穴あけ加工
を行うことのできるレーザ穴あけ加工方法を提供するこ
とにある。
【０００７】本発明の他の課題は、上記の加工方法に適
したレーザ穴あけ加工装置を提供することにある。
したレーザ穴あけ加工装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、被加工基板に
レーザ光を照射して複数の穴あけ加工を行うレーザ穴あ
け加工方法において、レーザ発振器からのレーザ光を、
前記被加工基板における１つの加工領域に対応するサイ
ズを持つ線状あるいは矩形状ビームに整形し、前記線状
あるいは矩形状ビームを、複数の穴による加工パターン
を有するマスク及び加工レンズを通してマスク投影法に
より前記被加工基板の加工領域に照射することにより、
前記被加工基板に複数の穴あけを同時に行うことを特徴
とする。
レーザ光を照射して複数の穴あけ加工を行うレーザ穴あ
け加工方法において、レーザ発振器からのレーザ光を、
前記被加工基板における１つの加工領域に対応するサイ
ズを持つ線状あるいは矩形状ビームに整形し、前記線状
あるいは矩形状ビームを、複数の穴による加工パターン
を有するマスク及び加工レンズを通してマスク投影法に
より前記被加工基板の加工領域に照射することにより、
前記被加工基板に複数の穴あけを同時に行うことを特徴
とする。
【０００９】また、本発明によるレーザ穴あけ加工装置
は、レーザ発振器と、該レーザ発振器からのレーザ光
を、被加工基板における１つの加工領域に対応するサイ
ズを持つ線状あるいは矩形状ビームに整形するビーム整
形光学系と、前記線状あるいは矩形状ビームを、複数の
穴による加工パターンを有するマスク及び加工レンズを
通してマスク投影法により前記被加工基板の加工領域に
照射する光学系と、前記被加工基板を搭載してＸ軸方向
及びＹ軸方向に可動とすることにより加工領域の移動を
行うＸ−Ｙステージとを備えることにより、前記被加工
基板に複数の穴あけを同時に行うことを特徴とする。
は、レーザ発振器と、該レーザ発振器からのレーザ光
を、被加工基板における１つの加工領域に対応するサイ
ズを持つ線状あるいは矩形状ビームに整形するビーム整
形光学系と、前記線状あるいは矩形状ビームを、複数の
穴による加工パターンを有するマスク及び加工レンズを
通してマスク投影法により前記被加工基板の加工領域に
照射する光学系と、前記被加工基板を搭載してＸ軸方向
及びＹ軸方向に可動とすることにより加工領域の移動を
行うＸ−Ｙステージとを備えることにより、前記被加工
基板に複数の穴あけを同時に行うことを特徴とする。
【００１０】本発明によるレーザ穴あけ加工装置におい
ては、前記マスクは複数種類の加工パターンを有し、該
マスクを前記線状あるいは矩形状ビームの光軸方向に垂
直な方向に可動する駆動機構を備えることにより、前記
被加工基板に対する複数の穴あけのパターンを変更する
ことができる。
ては、前記マスクは複数種類の加工パターンを有し、該
マスクを前記線状あるいは矩形状ビームの光軸方向に垂
直な方向に可動する駆動機構を備えることにより、前記
被加工基板に対する複数の穴あけのパターンを変更する
ことができる。
【００１１】また、前記被加工基板が樹脂基板である場
合、前記レーザ発振器としてＴＥＡＣＯ2 パルスレーザ
発振器を用い、１パルス当たりのエネルギーが１０００
ｍＪ以上、パルス幅１０μｓｅｃ以下、周波数１００Ｈ
ｚ以上で、前記樹脂基板の加工領域に１パルス以上を照
射することを特徴とする。
合、前記レーザ発振器としてＴＥＡＣＯ2 パルスレーザ
発振器を用い、１パルス当たりのエネルギーが１０００
ｍＪ以上、パルス幅１０μｓｅｃ以下、周波数１００Ｈ
ｚ以上で、前記樹脂基板の加工領域に１パルス以上を照
射することを特徴とする。
【００１２】特に、１パルス当たりのエネルギーが２０
００ｍＪ、パルス幅１０μｓｅｃ以下、周波数１５０Ｈ
ｚで、前記樹脂基板の加工領域に１パルス以上を照射す
ることが好ましい。
００ｍＪ、パルス幅１０μｓｅｃ以下、周波数１５０Ｈ
ｚで、前記樹脂基板の加工領域に１パルス以上を照射す
ることが好ましい。
【００１３】前記ビーム整形光学系は、集光レンズある
いはシリンドリカルレンズで実現することができる。
いはシリンドリカルレンズで実現することができる。
【００１４】前記Ｘ−Ｙステージは、Ｘ軸方向駆動用の
リニアモータ及びＹ軸方向駆動用のリニアモータを駆動
源として備えると共に、Ｘ軸方向の位置及びＹ軸方向の
位置を計測する手段としてＸ軸方向用のリニアエンコー
ダ及びＹ軸方向用のリニアエンコーダを備えている。
リニアモータ及びＹ軸方向駆動用のリニアモータを駆動
源として備えると共に、Ｘ軸方向の位置及びＹ軸方向の
位置を計測する手段としてＸ軸方向用のリニアエンコー
ダ及びＹ軸方向用のリニアエンコーダを備えている。
【００１５】前記Ｘ−Ｙステージの位置決め制御を行う
ために、前記樹脂基板を含む領域を撮像し得られた画像
を処理して前記樹脂基板と前記マスクの相対誤差を検出
する画像処理装置を備えていることが望ましい。
ために、前記樹脂基板を含む領域を撮像し得られた画像
を処理して前記樹脂基板と前記マスクの相対誤差を検出
する画像処理装置を備えていることが望ましい。
【００１６】
【発明の実施の形態】以下に、パッケージ基板に多数の
穴を同時加工する場合の実施の形態について説明する。
図１を参照して、本発明によるレーザ穴あけ加工装置
は、ＴＥＡ ＣＯ2 レーザ発振器（以下、レーザ発振器
と呼ぶ）１０と、反射ミラー１１、１２、１３を含む光
学経路とを備えている。この光学経路中には、レーザ発
振器１０からのレーザ光を、パッケージ基板２０におけ
る１つの加工領域に対応するサイズを持つ矩形状ビーム
に整形するビーム整形光学系１４が配置されている。光
学経路中にはまた、ビーム整形光学系１４からの矩形状
ビームをマスク投影法によりパッケージ基板２０の加工
領域に照射するためのマスク１５とプロジェクションレ
ンズ１６とが配置されている。プロジェクションレンズ
１６は、マスク１５による加工パターンを等倍あるいは
縮小して加工領域に投影するためのものである。
穴を同時加工する場合の実施の形態について説明する。
図１を参照して、本発明によるレーザ穴あけ加工装置
は、ＴＥＡ ＣＯ2 レーザ発振器（以下、レーザ発振器
と呼ぶ）１０と、反射ミラー１１、１２、１３を含む光
学経路とを備えている。この光学経路中には、レーザ発
振器１０からのレーザ光を、パッケージ基板２０におけ
る１つの加工領域に対応するサイズを持つ矩形状ビーム
に整形するビーム整形光学系１４が配置されている。光
学経路中にはまた、ビーム整形光学系１４からの矩形状
ビームをマスク投影法によりパッケージ基板２０の加工
領域に照射するためのマスク１５とプロジェクションレ
ンズ１６とが配置されている。プロジェクションレンズ
１６は、マスク１５による加工パターンを等倍あるいは
縮小して加工領域に投影するためのものである。
【００１７】マスク１５は、パッケージ基板２０の加工
領域に多数の穴を同時に形成するためのものであり、多
数の透過穴から成る加工パターンを持つ。加工パターン
が１種類だけの場合には、図２に示されるように、多数
の透過穴が定ピッチで形成されているもので良い。しか
し、加工パターンは、パッケージ基板２０の加工領域に
設ける穴の数や径及びピッチを規定するためのものであ
り、複数種類を用意しておくことが好ましい。ここで
は、図３に示されるように、４種類の加工パターンを持
つマスク１５を使用する場合について説明する。
領域に多数の穴を同時に形成するためのものであり、多
数の透過穴から成る加工パターンを持つ。加工パターン
が１種類だけの場合には、図２に示されるように、多数
の透過穴が定ピッチで形成されているもので良い。しか
し、加工パターンは、パッケージ基板２０の加工領域に
設ける穴の数や径及びピッチを規定するためのものであ
り、複数種類を用意しておくことが好ましい。ここで
は、図３に示されるように、４種類の加工パターンを持
つマスク１５を使用する場合について説明する。
【００１８】本形態では、マスク１５を矩形状ビームの
光軸方向に垂直な方向に移動可能にする駆動機構を備え
ることにより、パッケージ基板２０に対する穴あけのパ
ターンを変更することができる。マスク１５の加工パタ
ーンは、３μｍ程度の誤差の範囲内で製作することがで
きる。一方、マスク１５の位置決め精度を向上させる観
点から、マスク１５の駆動機構にはリニアモータを使用
することが望ましい。すなわち、図１に示すＸ軸方向へ
の駆動用のリニアモータとＺ軸方向への駆動用のリニア
モータとを備え、Ｘ軸方向の位置及びＺ軸方向の位置を
計測する手段としてＸ軸方向用のリニアエンコーダ及び
Ｚ軸方向用のリニアエンコーダを備えることにより、マ
スク１５を３μｍ程度の誤差の範囲内で位置決めするこ
とができる。リニアエンコーダは、可動部分、例えばマ
スク１５の側縁部に設けられたリニアスケールを含み、
このリニアスケールを光学的に読み取って位置を検出す
るものである。いずれにしても、この種のリニアモータ
による駆動機構は周知であるので、図示、説明は省略す
る。
光軸方向に垂直な方向に移動可能にする駆動機構を備え
ることにより、パッケージ基板２０に対する穴あけのパ
ターンを変更することができる。マスク１５の加工パタ
ーンは、３μｍ程度の誤差の範囲内で製作することがで
きる。一方、マスク１５の位置決め精度を向上させる観
点から、マスク１５の駆動機構にはリニアモータを使用
することが望ましい。すなわち、図１に示すＸ軸方向へ
の駆動用のリニアモータとＺ軸方向への駆動用のリニア
モータとを備え、Ｘ軸方向の位置及びＺ軸方向の位置を
計測する手段としてＸ軸方向用のリニアエンコーダ及び
Ｚ軸方向用のリニアエンコーダを備えることにより、マ
スク１５を３μｍ程度の誤差の範囲内で位置決めするこ
とができる。リニアエンコーダは、可動部分、例えばマ
スク１５の側縁部に設けられたリニアスケールを含み、
このリニアスケールを光学的に読み取って位置を検出す
るものである。いずれにしても、この種のリニアモータ
による駆動機構は周知であるので、図示、説明は省略す
る。
【００１９】レーザ穴あけ加工装置は更に、パッケージ
基板２０を搭載してＸ軸方向及びＹ軸方向に可動とする
ことにより加工領域の移動を行うＸ−Ｙステージ３０を
備えている。Ｘ−Ｙステージ３０は、Ｘ軸方向への駆動
用のリニアモータ及びＹ軸方向への駆動用のリニアモー
タを駆動源として備えると共に、Ｘ軸方向の位置及びＹ
軸方向の位置を計測する手段としてＸ軸方向用のリニア
エンコーダ及びＹ軸方向用のリニアエンコーダを備えて
いる。このようなＸ−Ｙステージ３０においても、後述
する画像処理装置との組合わせにより、パッケージ基板
２０を３μｍ程度の誤差の範囲内で位置決めすることが
できる。そして、このようなＸ−Ｙステージ３０も周知
であるので、詳しい説明は省略する。
基板２０を搭載してＸ軸方向及びＹ軸方向に可動とする
ことにより加工領域の移動を行うＸ−Ｙステージ３０を
備えている。Ｘ−Ｙステージ３０は、Ｘ軸方向への駆動
用のリニアモータ及びＹ軸方向への駆動用のリニアモー
タを駆動源として備えると共に、Ｘ軸方向の位置及びＹ
軸方向の位置を計測する手段としてＸ軸方向用のリニア
エンコーダ及びＹ軸方向用のリニアエンコーダを備えて
いる。このようなＸ−Ｙステージ３０においても、後述
する画像処理装置との組合わせにより、パッケージ基板
２０を３μｍ程度の誤差の範囲内で位置決めすることが
できる。そして、このようなＸ−Ｙステージ３０も周知
であるので、詳しい説明は省略する。
【００２０】Ｘ−Ｙステージ３０の位置決め制御を行う
ために、ここでは、パッケージ基板２０の上方に画像処
理装置４０が配置されている。画像処理装置４０は、パ
ッケージ基板２０を含む領域を撮像し、得られた画像を
処理してパッケージ基板２０とマスク１５の相対誤差を
検出するためのものである。
ために、ここでは、パッケージ基板２０の上方に画像処
理装置４０が配置されている。画像処理装置４０は、パ
ッケージ基板２０を含む領域を撮像し、得られた画像を
処理してパッケージ基板２０とマスク１５の相対誤差を
検出するためのものである。
【００２１】このような相対誤差を検出する方法の一例
について簡単に説明する。マスク１５には、その加工パ
ターンの周辺に複数個のアライメント用の穴があらかじ
めセットされている。これらの穴は、実基板にあらかじ
め設けられているアライメント用マークと対応するよう
にされている。はじめに、相対誤差検出のために、Ｘ−
Ｙステージ３０上にマスクアライメント用の樹脂基板が
セットされる。次に、マスク１５が移動し、アライメン
ト部にレーザを当てて、樹脂基板に加工を行う。その結
果、樹脂基板にはマスクアライメントマーク部が加工さ
れる。次に、画像処理装置４０で樹脂基板を撮像し、画
像処理により樹脂基板上に加工されたマスクアライメン
トマーク部の箇所を認識する。これにより、マスク１５
の位置が認識される。続いて、実基板をセットし、実加
工を行う前に、画像処理装置４０により実基板（パター
ン）上のアライメント用マークを認識し、実パターン位
置を認識する。上記の２つの認識結果よりマスク１５に
対する実パターン位置のずれ量を相対誤差として検出す
る。
について簡単に説明する。マスク１５には、その加工パ
ターンの周辺に複数個のアライメント用の穴があらかじ
めセットされている。これらの穴は、実基板にあらかじ
め設けられているアライメント用マークと対応するよう
にされている。はじめに、相対誤差検出のために、Ｘ−
Ｙステージ３０上にマスクアライメント用の樹脂基板が
セットされる。次に、マスク１５が移動し、アライメン
ト部にレーザを当てて、樹脂基板に加工を行う。その結
果、樹脂基板にはマスクアライメントマーク部が加工さ
れる。次に、画像処理装置４０で樹脂基板を撮像し、画
像処理により樹脂基板上に加工されたマスクアライメン
トマーク部の箇所を認識する。これにより、マスク１５
の位置が認識される。続いて、実基板をセットし、実加
工を行う前に、画像処理装置４０により実基板（パター
ン）上のアライメント用マークを認識し、実パターン位
置を認識する。上記の２つの認識結果よりマスク１５に
対する実パターン位置のずれ量を相対誤差として検出す
る。
【００２２】図示しない制御装置は、この相対誤差に基
づいてＸ−Ｙステージ３０を制御してずれ量が０となる
ように実基板の位置調整を行う。なお、Ｘ−Ｙステージ
３０は２軸の制御機構であり、これに加えて、実基板を
水平面において微小角度回転させるための、いわゆるθ
テーブルを備えていても良い。
づいてＸ−Ｙステージ３０を制御してずれ量が０となる
ように実基板の位置調整を行う。なお、Ｘ−Ｙステージ
３０は２軸の制御機構であり、これに加えて、実基板を
水平面において微小角度回転させるための、いわゆるθ
テーブルを備えていても良い。
【００２３】レーザ発振器１０は、パルスレーザ発振器
であり、図４（ａ）に示すようなマルチモードのビーム
プロファイルを持ち、その１パルス当たりのエネルギー
が２０００（ｍＪ）であるものを使用する。マルチモー
ドのビームプロファイルというのは、単一のエネルギー
ピーク値を持つ尖頭波形のビームプロファイルとは異な
り、一定のエネルギー値が持続する台形状波形のことで
ある。一方、ビーム整形光学系１４は、マルチモードの
ビームプロファイルを持つレーザビームに対して、通常
の集光レンズを使用することにより、図４（ｃ）に示す
ような矩形状ビームに整形することができる。この場
合、ビームサイズは、一辺が数（ｍｍ）程度である。
であり、図４（ａ）に示すようなマルチモードのビーム
プロファイルを持ち、その１パルス当たりのエネルギー
が２０００（ｍＪ）であるものを使用する。マルチモー
ドのビームプロファイルというのは、単一のエネルギー
ピーク値を持つ尖頭波形のビームプロファイルとは異な
り、一定のエネルギー値が持続する台形状波形のことで
ある。一方、ビーム整形光学系１４は、マルチモードの
ビームプロファイルを持つレーザビームに対して、通常
の集光レンズを使用することにより、図４（ｃ）に示す
ような矩形状ビームに整形することができる。この場
合、ビームサイズは、一辺が数（ｍｍ）程度である。
【００２４】一方、集光レンズに代えて、シリンドリカ
ルレンズを使用することにより、断面円形状のレーザビ
ームを、図４（ｂ）に示すような線状ビームに整形する
ことができる。シリンドリカルレンズによれば、線状ビ
ームのサイズを、幅１／１０（ｍｍ）〜数（ｍｍ）、長
さ数（ｃｍ）に整形することができる。線状ビームを使
用する形態については後述する。また、図４（ａ）〜図
４（ｃ）においては、それぞれの寸法が対応しているわ
けではない。
ルレンズを使用することにより、断面円形状のレーザビ
ームを、図４（ｂ）に示すような線状ビームに整形する
ことができる。シリンドリカルレンズによれば、線状ビ
ームのサイズを、幅１／１０（ｍｍ）〜数（ｍｍ）、長
さ数（ｃｍ）に整形することができる。線状ビームを使
用する形態については後述する。また、図４（ａ）〜図
４（ｃ）においては、それぞれの寸法が対応しているわ
けではない。
【００２５】本形態による穴あけ加工は、通常、図５に
示すように、パッケージ基板２０の他、複数の加工領域
５１が区画されている多面取り用の樹脂材料による母板
５０に対して加工領域毎に行われる。母板５０は、Ｘ−
Ｙステージ３０上に設けられた真空チャック機能を持つ
加工テーブル上に搭載されている。Ｘ−Ｙステージ３０
は、図示しないフレームに取付けられている。
示すように、パッケージ基板２０の他、複数の加工領域
５１が区画されている多面取り用の樹脂材料による母板
５０に対して加工領域毎に行われる。母板５０は、Ｘ−
Ｙステージ３０上に設けられた真空チャック機能を持つ
加工テーブル上に搭載されている。Ｘ−Ｙステージ３０
は、図示しないフレームに取付けられている。
【００２６】本形態によるレーザ穴あけ加工装置は、上
記のような矩形状ビームをマスク１５を通して母板２０
における加工領域５１に照射することにより、この照射
域に多数の穴を一括してあけることができる。言い換え
れば、矩形状ビームのサイズに応じたマスク１５が用意
され、このマスク１５の加工パターンに応じて形成され
る穴の数が決まり、この穴の数分だけパッケージ基板２
０の樹脂層に一括して穴あけを行うことができる。しか
も、Ｘ−Ｙステージ３０によって矩形状ビームが母板２
０における１つの加工領域５１の全域をスキャンするよ
うに加工テーブルを駆動することにより、１つの加工領
域５１の全域に対する穴あけを行うことができる。ここ
では、１つの加工領域５１のサイズは、一辺が数ｃｍ以
下の四角形領域である。
記のような矩形状ビームをマスク１５を通して母板２０
における加工領域５１に照射することにより、この照射
域に多数の穴を一括してあけることができる。言い換え
れば、矩形状ビームのサイズに応じたマスク１５が用意
され、このマスク１５の加工パターンに応じて形成され
る穴の数が決まり、この穴の数分だけパッケージ基板２
０の樹脂層に一括して穴あけを行うことができる。しか
も、Ｘ−Ｙステージ３０によって矩形状ビームが母板２
０における１つの加工領域５１の全域をスキャンするよ
うに加工テーブルを駆動することにより、１つの加工領
域５１の全域に対する穴あけを行うことができる。ここ
では、１つの加工領域５１のサイズは、一辺が数ｃｍ以
下の四角形領域である。
【００２７】例えば、加工領域５１のサイズが一辺１０
ｍｍの正方形であり、プロジェクションレンズ１６を通
過して加工領域５１上に投影される矩形状ビームの断面
サイズが一辺５ｍｍの正方形である場合、図６に示すよ
うに、加工領域５１は４つの領域５１−１〜５１−４に
等分される。そして、最初に領域５１−１にパルス状の
矩形状ビームが少なくとも１回照射されて、領域５１−
１に一括してマスク１５の加工パターンで決まる数の穴
あけが行われる。次に、Ｘ−Ｙステージ３０により、領
域５１−２が矩形状ビームの照射域にくるようにパッケ
ージ基板２０を移動させ、領域５１−２に対する穴あけ
が行われる。以下、同様にして、領域５１−３、５１−
４に対する穴あけが行われる。ここで、１つの領域に対
するパルス状の矩形状ビームの照射回数は、穴あけを行
う樹脂層の材料や厚さに応じて決まる。
ｍｍの正方形であり、プロジェクションレンズ１６を通
過して加工領域５１上に投影される矩形状ビームの断面
サイズが一辺５ｍｍの正方形である場合、図６に示すよ
うに、加工領域５１は４つの領域５１−１〜５１−４に
等分される。そして、最初に領域５１−１にパルス状の
矩形状ビームが少なくとも１回照射されて、領域５１−
１に一括してマスク１５の加工パターンで決まる数の穴
あけが行われる。次に、Ｘ−Ｙステージ３０により、領
域５１−２が矩形状ビームの照射域にくるようにパッケ
ージ基板２０を移動させ、領域５１−２に対する穴あけ
が行われる。以下、同様にして、領域５１−３、５１−
４に対する穴あけが行われる。ここで、１つの領域に対
するパルス状の矩形状ビームの照射回数は、穴あけを行
う樹脂層の材料や厚さに応じて決まる。
【００２８】上記のようなスキャンを可能にするため
に、図示しない制御装置が、Ｘ−Ｙステージ３０を制御
すると共に、レーザ発振器１０に対してパルスの発振周
期を決めるトリガーパルスを出力する。また、図６に示
す各領域に異なる加工パターンによる穴あけを行う場合
には、Ｘ−Ｙステージ３０の移動に同期させてマスク１
５における切り替えが行われる。このような制御装置自
体は周知である。
に、図示しない制御装置が、Ｘ−Ｙステージ３０を制御
すると共に、レーザ発振器１０に対してパルスの発振周
期を決めるトリガーパルスを出力する。また、図６に示
す各領域に異なる加工パターンによる穴あけを行う場合
には、Ｘ−Ｙステージ３０の移動に同期させてマスク１
５における切り替えが行われる。このような制御装置自
体は周知である。
【００２９】以下に、本発明の実施例について説明す
る。
る。
【００３０】レーザ発振器１０としては、平均出力３０
０Ｗ、１パルス当たりのエネルギーが１０００ｍＪ以
上、好ましくは２０００ｍＪ、パルス幅が１０μｓｅｃ
以下、好ましくは０．２μｓｅｃ、周波数は１００Ｈｚ
以上、好ましくは１５０Ｈｚとする。そして、加工面で
のエネルギー密度を、２Ｊ／ｃｍ2 以上とする。
０Ｗ、１パルス当たりのエネルギーが１０００ｍＪ以
上、好ましくは２０００ｍＪ、パルス幅が１０μｓｅｃ
以下、好ましくは０．２μｓｅｃ、周波数は１００Ｈｚ
以上、好ましくは１５０Ｈｚとする。そして、加工面で
のエネルギー密度を、２Ｊ／ｃｍ2 以上とする。
【００３１】一方、１つの加工領域５１には、ピッチが
０．２〜０．３ｍｍ、直径が５０〜１５０μｍ、という
ように、小径かつ高密度で穴が形成される。
０．２〜０．３ｍｍ、直径が５０〜１５０μｍ、という
ように、小径かつ高密度で穴が形成される。
【００３２】例えば、一辺が１０ｍｍの正方形の加工領
域５１に５０μｍ径の穴が０．２ｍｍピッチで配列され
ると、２５００個の穴が存在する。
域５１に５０μｍ径の穴が０．２ｍｍピッチで配列され
ると、２５００個の穴が存在する。
【００３３】本発明によるレーザ穴あけ加工装置の特徴
は、一穴加工方式ではなく、同時多穴加工方式を採用し
た点にある。
は、一穴加工方式ではなく、同時多穴加工方式を採用し
た点にある。
【００３４】加工領域５１への穴あけ加工の場合、加工
面のエネルギー密度は１０Ｊ／ｃｍ2 で可能である。例
えば、８Ｊ／ｃｍ2 で加工する場合、上記のレーザを用
い、加工領域５１上での投影サイズ、すなわち加工スポ
ットサイズを、一辺が５ｍｍの正方形状とすることがで
きる。この場合、図６で説明したように、１つの加工領
域を４分割して順に穴あけ加工を行うことができる。そ
して、８Ｊ／ｃｍ2 の場合、１つの領域に対して１０シ
ョット程度で穴あけを完了できるため、一辺が５ｍｍの
領域に対するレーザ穴あけ時間は、１０／１５０Ｈｚ＝
６６ｍｓｅｃである。一方、Ｘ−Ｙステージ３０（ある
いはマスク駆動機構による加工パターンの切替時間）に
よる次領域への移動所要時間は、リニアモータの採用に
より、１００ｍｓｅｃ以下である。また、互いに隣接し
合う領域において隣接している穴のピッチには若干の誤
差が生じるが、前述したように、Ｘ−Ｙステージ３０の
位置決め誤差が３μｍ程度であるので、この誤差は穴の
ピッチが０．２ｍｍの場合には問題とならない。
面のエネルギー密度は１０Ｊ／ｃｍ2 で可能である。例
えば、８Ｊ／ｃｍ2 で加工する場合、上記のレーザを用
い、加工領域５１上での投影サイズ、すなわち加工スポ
ットサイズを、一辺が５ｍｍの正方形状とすることがで
きる。この場合、図６で説明したように、１つの加工領
域を４分割して順に穴あけ加工を行うことができる。そ
して、８Ｊ／ｃｍ2 の場合、１つの領域に対して１０シ
ョット程度で穴あけを完了できるため、一辺が５ｍｍの
領域に対するレーザ穴あけ時間は、１０／１５０Ｈｚ＝
６６ｍｓｅｃである。一方、Ｘ−Ｙステージ３０（ある
いはマスク駆動機構による加工パターンの切替時間）に
よる次領域への移動所要時間は、リニアモータの採用に
より、１００ｍｓｅｃ以下である。また、互いに隣接し
合う領域において隣接している穴のピッチには若干の誤
差が生じるが、前述したように、Ｘ−Ｙステージ３０の
位置決め誤差が３μｍ程度であるので、この誤差は穴の
ピッチが０．２ｍｍの場合には問題とならない。
【００３５】したがって、一辺が１０ｍｍの正方形の加
工領域５１に２５００穴をあける場合、加工時間は、６
６ｍｓｅｃ×４＝０．２６４ｓｅｃ程度となる。
工領域５１に２５００穴をあける場合、加工時間は、６
６ｍｓｅｃ×４＝０．２６４ｓｅｃ程度となる。
【００３６】これに対し、一穴加工方式（ガルバノスキ
ャナ方式）の場合、前述したように、ガルバノスキャナ
の応答性が５００ｐｐｓ程度のため、毎秒５００穴の穴
あけをしたとしても、加工時間は、２５００／５００＝
５ｓｅｃとなる。
ャナ方式）の場合、前述したように、ガルバノスキャナ
の応答性が５００ｐｐｓ程度のため、毎秒５００穴の穴
あけをしたとしても、加工時間は、２５００／５００＝
５ｓｅｃとなる。
【００３７】次に、線状ビームにより穴あけ加工を行う
場合について説明する。ビーム整形光学系１４としてシ
リンドリカルレンズを用いることにより、幅１／１０
（ｍｍ）〜数（ｍｍ）、長さ数（ｃｍ）の線状ビームを
得ることができることは前述した通りである。このよう
な線状ビームにより穴あけ加工を行う場合、マスクとし
て、図７に示すように、レーザ光透過用の穴を一列に配
列した加工パターンを持つマスク１５´が使用される。
勿論、異なる加工パターンを複数種類用意する場合に
は、異なる加工パターンを一軸方向に配列して形成した
マスクが用意される。この場合、マスクの駆動機構は、
図１のＸ軸あるいはＺ軸の一軸方向に駆動可能であれば
良い。
場合について説明する。ビーム整形光学系１４としてシ
リンドリカルレンズを用いることにより、幅１／１０
（ｍｍ）〜数（ｍｍ）、長さ数（ｃｍ）の線状ビームを
得ることができることは前述した通りである。このよう
な線状ビームにより穴あけ加工を行う場合、マスクとし
て、図７に示すように、レーザ光透過用の穴を一列に配
列した加工パターンを持つマスク１５´が使用される。
勿論、異なる加工パターンを複数種類用意する場合に
は、異なる加工パターンを一軸方向に配列して形成した
マスクが用意される。この場合、マスクの駆動機構は、
図１のＸ軸あるいはＺ軸の一軸方向に駆動可能であれば
良い。
【００３８】例えば、ビーム整形光学系１４からの線状
ビームがマスク及びプロジェクションレンズ１６を通し
て加工領域上に幅０．６ｍｍ、長さ３０ｍｍのサイズで
投影される場合、一辺が３０ｍｍの正方形の加工領域に
適している。すなわち、この場合には、Ｘ−Ｙステージ
３０で加工テーブルを一軸方向に駆動することにより、
線状ビームが正方形の加工領域全面を一軸方向にスキャ
ンするようにされる。この場合、加工テーブルは連続移
動するので、前述した形態よりも加工速度は向上する。
ビームがマスク及びプロジェクションレンズ１６を通し
て加工領域上に幅０．６ｍｍ、長さ３０ｍｍのサイズで
投影される場合、一辺が３０ｍｍの正方形の加工領域に
適している。すなわち、この場合には、Ｘ−Ｙステージ
３０で加工テーブルを一軸方向に駆動することにより、
線状ビームが正方形の加工領域全面を一軸方向にスキャ
ンするようにされる。この場合、加工テーブルは連続移
動するので、前述した形態よりも加工速度は向上する。
【００３９】また、例えば幅０．６ｍｍ、長さ３０ｍｍ
のサイズを持つ線状ビームで、一辺が６０ｍｍの正方形
の加工領域５１´を加工する場合には、図８に示すよう
に、加工領域５１´を２つに領域５１−１´、５１−２
´に等分し、はじめに領域５１−１´全面を線状ビーム
で一軸方向に連続スキャンして穴あけを行い、次に加工
テーブルを上記の一軸方向に直角な方向に３０ｍｍずら
して領域５１−２´全面を一軸方向と反対の方向に線状
ビームによる連続スキャンを行えば良い。
のサイズを持つ線状ビームで、一辺が６０ｍｍの正方形
の加工領域５１´を加工する場合には、図８に示すよう
に、加工領域５１´を２つに領域５１−１´、５１−２
´に等分し、はじめに領域５１−１´全面を線状ビーム
で一軸方向に連続スキャンして穴あけを行い、次に加工
テーブルを上記の一軸方向に直角な方向に３０ｍｍずら
して領域５１−２´全面を一軸方向と反対の方向に線状
ビームによる連続スキャンを行えば良い。
【００４０】上記の２つの形態の数値、特に矩形状ビー
ム及び線状ビームのサイズは一例であり、加工領域上に
投影されるビームサイズは、プロジェクションレンズの
縮小比を選択することにより任意に設定できる。
ム及び線状ビームのサイズは一例であり、加工領域上に
投影されるビームサイズは、プロジェクションレンズの
縮小比を選択することにより任意に設定できる。
【００４１】なお、上記の形態では、プリント配線基板
への穴あけ加工について説明したが、被加工部材はプリ
ント配線基板の樹脂層に限られるものではない。また、
レーザ発振器もＴＥＡ ＣＯ2 レーザ発振器に限られる
ものではない。
への穴あけ加工について説明したが、被加工部材はプリ
ント配線基板の樹脂層に限られるものではない。また、
レーザ発振器もＴＥＡ ＣＯ2 レーザ発振器に限られる
ものではない。
【００４２】
【発明の効果】以上説明してきたように、本発明によれ
ば、これまでのレーザ穴あけ加工装置に比べて短い時間
で多数の穴あけ加工を行うことのできるレーザ穴あけ加
工方法及び加工装置を提供することができ、高密度で多
数の穴を形成されることが要求されるプリント配線基板
での分野において、高速穴あけ加工が可能となる。
ば、これまでのレーザ穴あけ加工装置に比べて短い時間
で多数の穴あけ加工を行うことのできるレーザ穴あけ加
工方法及び加工装置を提供することができ、高密度で多
数の穴を形成されることが要求されるプリント配線基板
での分野において、高速穴あけ加工が可能となる。
【図１】本発明によるレーザ穴あけ加工装置の概略構成
の一例を示した図である。
の一例を示した図である。
【図２】本発明において使用される矩形状ビーム用のマ
スクの一例を示した図である。
スクの一例を示した図である。
【図３】図１に示された矩形状ビーム用のマスクの形状
を示した図である。
を示した図である。
【図４】本発明において使用されるレーザビームのビー
ムプロファイルと、図１に示されたビーム整形光学系に
よるレーザビームの断面形状を示した図である。
ムプロファイルと、図１に示されたビーム整形光学系に
よるレーザビームの断面形状を示した図である。
【図５】本発明の加工対象であるプリント配線基板の母
板を示した断面図である。
板を示した断面図である。
【図６】本発明により矩形状のビームを用いて、１つの
加工領域を分割して多数の穴あけ加工を行う場合を説明
するための図である。
加工領域を分割して多数の穴あけ加工を行う場合を説明
するための図である。
【図７】本発明において使用される線状ビーム用のマス
クの一例を示した図である。
クの一例を示した図である。
【図８】図７の線状ビームを用いて、１つの加工領域を
分割して多数の穴あけ加工を行う場合を説明するための
図である。
分割して多数の穴あけ加工を行う場合を説明するための
図である。
１０ ＴＥＡ ＣＯ2 レーザ発振器 １１〜１３ 反射ミラー １４ ビーム整形光学系 １５ マスク １６ プロジェクションレンズ ２０ パッケージ基板 ３０ Ｘ−Ｙステージ ４０ 画像処理装置 ５０ 母板 ５１ 加工領域
───────────────────────────────────────────────────── 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） Ｈ０５Ｋ 3/00 Ｈ０５Ｋ 3/00 Ｎ // Ｂ２３Ｋ 101:42
Claims (12)
- 【請求項１】 被加工基板にレーザ光を照射して複数の
穴あけ加工を行うレーザ穴あけ加工方法において、 レーザ発振器からのレーザ光を、前記被加工基板におけ
る１つの加工領域に対応するサイズを持つ線状あるいは
矩形状ビームに整形し、 前記線状あるいは矩形状ビームを、複数の穴による加工
パターンを有するマスク及び加工レンズを通してマスク
投影法により前記被加工基板の加工領域に照射すること
により、前記被加工基板に複数の穴あけを同時に行うこ
とを特徴とするレーザ穴あけ加工方法。 - 【請求項２】 請求項１記載のレーザ穴あけ加工方法に
おいて、前記被加工基板を搭載してＸ軸方向及びＹ軸方
向に可動とするＸ−Ｙステージに搭載して加工領域の移
動を行うことを特徴とするレーザ穴あけ加工方法。 - 【請求項３】 請求項２記載のレーザ穴あけ加工方法に
おいて、前記マスクは複数種類の加工パターンを有し、
該マスクを前記線状あるいは矩形状ビームの光軸方向に
垂直な方向に可動として前記被加工基板に対する複数の
穴あけのパターンを変更できるようにしたことを特徴と
するレーザ穴あけ加工方法。 - 【請求項４】 請求項３記載のレーザ穴あけ加工方法に
おいて、前記被加工基板は樹脂基板であり、前記レーザ
発振器としてＴＥＡＣＯ2 パルスレーザ発振器を用い、
１パルス当たりのエネルギーが１０００ｍＪ以上、パル
ス幅１０μｓｅｃ以下、周波数１００Ｈｚ以上で、前記
樹脂基板の加工領域に１パルス以上を照射することを特
徴とするレーザ穴あけ加工方法。 - 【請求項５】 請求項４記載のレーザ穴あけ加工方法に
おいて、１パルス当たりのエネルギーが２０００ｍＪ、
パルス幅１０μｓｅｃ以下、周波数１５０Ｈｚで、前記
樹脂基板の加工領域に１パルス以上を照射することを特
徴とするレーザ穴あけ加工方法。 - 【請求項６】 被加工基板にレーザ光を照射して複数の
穴あけ加工を行うレーザ穴あけ加工装置において、 レーザ発振器と、 該レーザ発振器からのレーザ光を、前記被加工基板にお
ける１つの加工領域に対応するサイズを持つ線状あるい
は矩形状ビームに整形するビーム整形光学系と、 前記線状あるいは矩形状ビームを、複数の穴による加工
パターンを有するマスク及び加工レンズを通してマスク
投影法により前記被加工基板の加工領域に照射する光学
系と、 前記被加工基板を搭載してＸ軸方向及びＹ軸方向に可動
とすることにより加工領域の移動を行うＸ−Ｙステージ
と、を備えることにより、前記被加工基板に複数の穴あ
けを同時に行うことを特徴とするレーザ穴あけ加工装
置。 - 【請求項７】 請求項６記載のレーザ穴あけ加工装置に
おいて、前記マスクは複数種類の加工パターンを有し、
該マスクを前記線状あるいは矩形状ビームの光軸方向に
垂直な方向に可動する駆動機構を備えることにより、前
記被加工基板に対する複数の穴あけのパターンを変更で
きるようにしたことを特徴とするレーザ穴あけ加工装
置。 - 【請求項８】 請求項７記載のレーザ穴あけ加工装置に
おいて、前記被加工基板は樹脂基板であり、前記レーザ
発振器としてＴＥＡＣＯ2 パルスレーザ発振器を用い、
１パルス当たりのエネルギーが１０００ｍＪ以上、パル
ス幅１０μｓｅｃ以下、周波数１００Ｈｚ以上で、前記
樹脂基板の加工領域に１パルス以上を照射することを特
徴とするレーザ穴あけ加工装置。 - 【請求項９】 請求項８記載のレーザ穴あけ加工装置に
おいて、１パルス当たりのエネルギーが２０００ｍＪ、
パルス幅１０μｓｅｃ以下、周波数１５０Ｈｚで、前記
樹脂基板の加工領域に１パルス以上を照射することを特
徴とするレーザ穴あけ加工装置。 - 【請求項１０】 請求項６記載のレーザ穴あけ加工装置
において、前記ビーム整形光学系として、集光レンズあ
るいはシリンドリカルレンズを用いることを特徴とする
レーザ穴あけ加工装置。 - 【請求項１１】 請求項８あるいは９記載のレーザ穴あ
け加工装置において、前記Ｘ−Ｙステージは、Ｘ軸方向
駆動用のリニアモータ及びＹ軸方向駆動用のリニアモー
タを駆動源として備えると共に、Ｘ軸方向の位置及びＹ
軸方向の位置を計測する手段としてＸ軸方向用のリニア
エンコーダ及びＹ軸方向用のリニアエンコーダを備えて
いることを特徴とするレーザ穴あけ加工装置。 - 【請求項１２】 請求項１１記載のレーザ穴あけ加工装
置において、前記Ｘ−Ｙステージの位置決め制御を行う
ために、前記樹脂基板を含む領域を撮像し得られた画像
を処理して前記樹脂基板と前記マスクの相対誤差を検出
する画像処理装置を備えていることを特徴とするレーザ
穴あけ加工装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11212098A JP2001038483A (ja) | 1999-07-27 | 1999-07-27 | レーザ穴あけ加工方法及び加工装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11212098A JP2001038483A (ja) | 1999-07-27 | 1999-07-27 | レーザ穴あけ加工方法及び加工装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001038483A true JP2001038483A (ja) | 2001-02-13 |
Family
ID=16616858
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11212098A Pending JP2001038483A (ja) | 1999-07-27 | 1999-07-27 | レーザ穴あけ加工方法及び加工装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001038483A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102343482A (zh) * | 2011-07-22 | 2012-02-08 | 清华大学 | 采用投影成像方式获取特定激光加工束斑的方法 |
| CN114713993A (zh) * | 2022-04-28 | 2022-07-08 | 江苏卡蒂罗网络科技有限公司 | 一种可调式cnc雕刻光影工艺 |
-
1999
- 1999-07-27 JP JP11212098A patent/JP2001038483A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102343482A (zh) * | 2011-07-22 | 2012-02-08 | 清华大学 | 采用投影成像方式获取特定激光加工束斑的方法 |
| CN114713993A (zh) * | 2022-04-28 | 2022-07-08 | 江苏卡蒂罗网络科技有限公司 | 一种可调式cnc雕刻光影工艺 |
| CN114713993B (zh) * | 2022-04-28 | 2023-05-30 | 江苏卡蒂罗网络科技有限公司 | 一种可调式cnc雕刻光影工艺 |
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