JP2001096381A - レーザー加工方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 穴位置ずれの検出と被加工物の１枚あたりの
加工タクトを短くすることによって、歩留まりと生産性
を向上するレーザー加工方法を提供する。 【解決手段】 ガルバノミラー４の検出回転角度と目標
回転角度とを角度差検出手段８により比較してその角度
差を検出し、この検出された角度差に基づいてフィード
バック制御を行ってガルバノミラー４を目標回転角度に
位置決めし、前記移動指令から所定時間後に位置決め完
了とみなす際、角度差検出手段８により検出された角度
差が、設定値以内に入っているか否かを位置決め判定手
段１１によって判定し、その判定信号を基にフィードバ
ック制御を行い、位置決め完了後、ガルバノミラー４で
反射されたレーザー光線１を集光レンズ５により集光し
て被加工物６に照射することでレーザー加工を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ガルバノミラーに
よってレーザー光線を走査して回路基板等の被加工物に
レーザー加工を行うレーザー加工方法に関し、殊に高速
位置決め制御を必要とするものに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】回路基板等の被加工物にスルーホール等
の穴を加工する作業において、ガルバノミラーを用いた
レーザー加工方法が提案されている。

【０００３】このようなレーザー加工方法は、被加工物
にレーザー光線を照射し、レーザー光線のエネルギーで
被加工物を溶解あるいは蒸発させて穴を空ける方法であ
り、ミクロン単位の微細な穴を正確な位置に加工する場
合に適している。最近では携帯電話等の電子機器を代表
する高密度配線の回路基板の穴加工に採用されている
が、回路基板における単位面積当たりの穴加工数は、穴
の微細化、基板の高密度化により、ますます増加してき
ており、このような回路基板の製造にレーザー加工方法
を最適に利用するためには、穴加工の高速化が必要不可
欠になっている。

【０００４】ガルバノミラーを用いたレーザー加工方法
の具体例としては、特開平８−１７４２５６号公報等に
開示されているように、レーザー光線をガルバノミラー
で反射させ、集光レンズにより集光して、被加工物であ
る回路基板に照射させることで、レーザー加工を行うよ
うになっている。

【０００５】このようなレーザー加工方法に用いられる
ガルバノミラーは、μｒａｄオーダーの高分解能を有す
るとともに、光学角±２０°の駆動領域と高速位置決め
の特性を有し、微小角が検知可能な静電容量センサを回
転位置検出手段として設け、サーボ系のアナログフィー
ドバック制御にて位置決めを行っている。

【０００６】以下に従来のレーザー加工方法について説
明する。

【０００７】図４は従来のレーザー加工方法におけるガ
ルバノミラーの制御系を示すブロック図である。このレ
ーザー加工方法において、静電容量センサ（位置検出手
段）９がガルバノミラー４の実際の回転角度を検出し、
この検出回転角度とガルバノミラー４の目標回転角度と
の差を、ガルバノドライバ（角度差検出手段）８で比較
して検出しながら、この角度差に基づいてフィードバッ
ク制御を行ってガルバノミラー４を目標回転角度に近づ
くように回転させる。そして上位コントローラ（制御手
段）１０からの移動指令から所定時間後にガルバノミラ
ー４の位置決めを完了したとみなす。そしてこの位置決
め完了後に、上位コントローラ１０からレーザー照射指
令がレーザー発振器２に出され、ビームスプリッタ３に
よって分岐されたレーザー光線１が加工点に照射され
る。

【０００８】具体的には図５に示すように、ガルバノミ
ラー４は移動指令を上位コントローラ１０から与えられ
ると、実際の回転角度が目標回転角度を越えないように
その回転駆動部４ａを回転制御しながら、目標回転角度
に徐々に近づくようにミラー部４ｂを回転移動させる。
実際の回転角度が目標回転角度に達して安定した時点
で、上位コントローラ１０はレーザー光線１の照射指令
を発してレーザー加工を行うようになっている。ここ
で、図５におけるＭｖはガルバノミラー４に対する移動
指令として目標回転角度を変動させている回転移動時
間、Ｊｄはその後に目標回転角度の位置までガルバノミ
ラー４を回転移動させて位置決めするまでの位置決め時
間、Ｌｏｎはレーザー光線１の照射時間、Ｓｄはレーザ
ー波尾待ち時間である。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
例のように、ガルバノミラー４の位置決め完了を所定の
待ち時間のみで判定すると、ノイズ等の影響によりガル
バノミラー４の回転移動角度にずれが生じていても検知
することができないので、目標回転位置とは異なる位置
で加工を行ってしまい穴位置にずれが発生するという問
題を有していた。

【００１０】また、位置決め完了の余裕度を確保するた
め、所定の待ち時間も長めの値を設定しているため、ガ
ルバノミラー４の位置決めに比較的長い時間がかかって
しまうと、被加工物の１枚あたりの加工タクトが延びて
しまって処理能力が低下してしまうという問題を有して
いた。

【００１１】そこで本発明は上記従来の問題点を解消
し、穴位置ずれの検出と被加工物の１枚あたりの加工タ
クトを短くすることによって、歩留まりと生産性を向上
するレーザー加工方法を提供することを目的とするもの
である。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために、制御部からの移動指令によって回転するガ
ルバノミラーの実際の回転角度を、位置検出手段により
検出し、この検出回転角度と目標回転角度とを角度差検
出手段により比較してその角度差を検出し、この検出さ
れた角度差に基づいてフィードバック制御を行ってガル
バノミラーを目標回転角度に位置決めし、前記移動指令
から所定時間後に位置決め完了とみなし、位置決め完了
後に、ガルバノミラーで反射されたレーザー光線を集光
レンズにより集光して被加工物に照射することでレーザ
ー加工を行うレーザー加工方法において、前記位置決め
完了とみなす際に、前記角度検出手段により検出された
角度差が、設定値以内に入っているか否かを位置決め判
定手段によって判定し、その判定信号を基にフィードバ
ック制御を行うことを特徴とする。

【００１３】本発明によれば、ガルバノミラーの位置決
め完了とみなす際、所定時間だけでなく、実際に検出さ
れた回転角度と目標回転角度との角度差が、設定値以内
に入っているか否かを判定してフィードバック制御を行
っているので、ノイズ等の影響によって生じる加工穴位
置のずれが検出できると共に、従来長めに設定していた
待ち時間を短くできるため、被加工物の１枚当たりの加
工タクトを短くすることが可能となり、歩留まりと生産
性が向上する。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下本発明の実施形態を、図１〜
図３を参照しながら説明する。

【００１５】本実施形態では、図１に示すような高密度
配線の回路基板（被加工物）６にスルーホール等の穴を
加工するレーザー加工装置に用いられるレーザー加工方
法について説明する。

【００１６】このレーザー加工装置は、レーザー光線１
を出射するレーザー発振器２と、レーザー光線１を分岐
させるビームスプリッタ３と、回転駆動部４ａにミラー
部４ｂが取付けられてなるガルバノミラー４と、レーザ
ー光線１を平面上に集光するＦθレンズ（集光レンズ）
５と、Ｘ軸方向ならびにＹ軸方向に移動自在とされ、回
路基板６を載置するＸ−Ｙテーブル７とにより基本構成
されている。

【００１７】Ｘ−Ｙテーブル７上に置かれた回路基板６
の任意の位置に穴を空けるためには、Ｘ−Ｙテーブル７
を指令位置に位置決めし、かつガルバノミラー４を指令
位置に位置決め完了した後に、レーザー発振器２よりレ
ーザー光線１を出射し、前記ビームスプリッタ３やガル
バノミラー４を経て、レーザー加工点に照射して行うよ
うになっている。ガルバノミラー４の位置決めによっ
て、５０ｍｍ×５０ｍｍの加工エリア内の任意の点にレ
ーザー加工でき、Ｘ−Ｙテーブル７は、５０ｍｍ単位で
移動動作して、被加工物の全加工エリア５００ｍｍ×３
５０ｍｍの任意の位置を加工できるように構成されてい
る。

【００１８】ところで、最近の携帯電話等の電子機器を
代表する高密度配線の回路基板は、穴の微細化、回路基
板の高密度化により、５０ｍｍ×５０ｍｍ当たりの穴加
工数は、１０００穴、回路基板全体では５００００穴を
超えており、ガルバノミラー４の位置決めの精度と加工
時間が１枚の被加工物の歩留まりとタクトに大きく影響
している。

【００１９】尚、図１に示したレーザー加工装置におい
ては、レーザー光線１をビームスプリッタ３で分岐し、
２対のガルバノミラー４およびＦθレンズ５を配置し
て、Ｘ−Ｙテーブル７上に１対の回路基板６を置くこと
によって２枚の被加工物６に対する同時加工を実現して
いる。

【００２０】図２は本実施形態のレーザー加工方法にお
けるガルバノミラー４の制御系を示すブロック図であ
る。このレーザー加工方法において、静電容量センサ
（位置検出手段）９がガルバノミラー４の実際の回転角
度を検出し、この検出回転角度とガルバノミラー４の目
標回転角度との差を、ガルバノドライバ（角度差検出手
段）８で比較して検出しながら、この角度差に基づいて
フィードバック制御を行ってガルバノミラー４を目標回
転角度に近づくように回転移動させる。そしてガルバノ
ドライバ８で検出した角度差を比較器（位置決め判定手
段）１１で比較し、その角度差が設定値以内に入ってい
るか否かを判定し、その判定信号を基に上位コントロー
ラ（制御部）１０からの移動指令から予め設定された待
ち時間後にガルバノミラー４の位置決め完了とみなす。
尚、前記角度差は微少なアナログ信号であるため、比較
器１１ではこの信号を増幅し、絶対値を算出して基準値
と比較し、上位コントローラ１０に信号を送る。そして
位置決め完了の判定は、比較器１１で行ってもよいし、
前記のように増幅した角度差を上位コントローラ１０に
フィードバックし、上位コントローラ１０で基準値を比
較して行ってもよい。この場合は、比較器１１をガルバ
ノドライバ８に内蔵する形態にすると好適である。この
ように位置決め完了と判定され、位置決め完了後、上位
コントローラ１０は照射指令をレーザー発振器２に発信
して、レーザー光線１をビームスプリッタ３によって分
岐して加工点に照射させる。

【００２１】図３はガルバノミラー４による移動指令と
レーザー照射指令との関係を示すグラフである。図２も
参照しつつ説明すると、ガルバノミラー４に対する移動
指令がガルバノドライバ８を介して上位コントローラ１
０から回転駆動部４ａに与えられると、実際に検出され
た回転角度が目標回転角度を越えないように制御しなが
ら、目標回転角度に徐々に近づくようにミラー部４ｂを
回転移動させる。そして検出回転角度が目標回転角度に
達し、予め設定されている所定の待ち時間が経過してガ
ルバノミラー４が安定した時点で、位置決め判定手段
（比較器１１ないし上位コントローラ１０）がガルバノ
ミラー４の位置決め完了を判定し、位置決め完了を確認
あるいは完了するのを待ってからレーザー光線１の照射
指令を発信してレーザー加工を行う。

【００２２】図３におけるＭｖはガルバノミラー４に対
する移動指令として目標回転角度を変動させている回転
移動時間、Ｊｄはその後に目標回転角度の位置までガル
バノミラー４を回転移動させて位置決めするまでの位置
決め時間、Ｌｏｎはレーザー光線１の照射時間、Ｓｄは
レーザー波尾待ち時間である。

【００２３】上記のようなレーザー加工方法における制
御方法によれば、ガルバノミラーの位置決め完了を、待
ち時間だけでなく、実際に検出された回転角度と目標回
転角度との角度差が、設定値以内に入っているか否かを
判定し、その判定信号を基にフィードバック制御しなが
ら行うことができるため、ノイズ等の影響によって生じ
る加工穴位置のずれが検出できると共に、従来長めに設
定していた待ち時間を短くできるため、被加工物の１枚
当たりの加工タクトを短くすることが可能となり、歩留
まりと生産性が向上する。

【００２４】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、ガルバノ
ミラーの回転角度差を検出してフィードバック制御しな
がら位置決め完了を判定することによって、ガルバノミ
ラーの位置ずれ検知と設定待ち時間の短縮を図ることが
できるため、穴位置ずれの検出と被加工物の１枚当たり
の加工タクトを短くすることが可能になって、歩留まり
と生産性が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態における行うレーザー加工
装置を示す斜視図。

【図２】同実施形態におけるガルバノミラー制御系を示
すブロック図。

【図３】同実施形態を概念的に示すグラフ。

【図４】従来例のガルバノミラー制御系を示すブロック
図。

【図５】従来例を概念的に示すグラフ。

【符号の説明】

１ レーザー光線 ４ ガルバノミラー ５ Ｆθレンズ（集光レンズ） ６ 回路基板（被加工物） ８ ガルバノドライバ（角度差検出手段） ９ 静電容量センサ（位置検出手段） １０ 上位コントローラ（制御部） １１ 比較器（位置決め判定手段）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 制御部からの移動指令によって回転する
   ガルバノミラーの実際の回転角度を、位置検出手段によ
   り検出し、この検出回転角度と目標回転角度とを角度差
   検出手段により比較してその角度差を検出し、この検出
   された角度差に基づいてフィードバック制御を行ってガ
   ルバノミラーを目標回転角度に位置決めし、前記移動指
   令から所定時間後に位置決め完了とみなし、位置決め完
   了後に、ガルバノミラーで反射されたレーザー光線を集
   光レンズにより集光して被加工物に照射することでレー
   ザー加工を行うレーザー加工方法において、前記位置決
   め完了とみなす際に、前記角度検出手段により検出され
   た角度差が、設定値以内に入っているか否かを位置決め
   判定手段によって判定し、その判定信号を基にフィード
   バック制御を行うことを特徴とするレーザー加工方法。