JP2001259878A - レーザ加工装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】レーザによる電子回路基板の穴明け加工におい
て、均一な加工穴径、穴形状を実現するとともに、かす
詰まりを抑制した加工を実現するレーザ加工装置を提供
する。 【解決手段】電子回路基板２７を支持するワーク受け１
２ｂに形成された溝３１上に搭載されたワーク受け用支
持ピン３２を、加工データに合わせて任意に配置可能と
し、加工・形成すべき穴が存在しない領域あるいは高精
度の加工が必要とされない領域にワーク受け用支持ピン
３２を配置することで、ワーク受けの影響を受けること
なく、均一な加工穴径、穴形状を得るとともに、加工残
渣によるかす詰まりを抑制する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、レーザ加工装置に
関し、特に電子回路基板をワーク受けの影響なく加工穴
径、穴形状を均一に加工する技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体集積回路を搭載した電子回路基板
は性能向上とともに集積度が高まり、基板上に形成され
る回路配線の微細化、高密度化が進んでいる。そのため
電子回路基板へ高速かつ高精度に穴明けする加工技術が
必要になっている。このような電子回路基板への穴明け
加工方法としては、例えばセラミックグリーンシートへ
の穴明け加工方法では、現在ＹＡＧレーザによる加工方
法が実用化されている。

【０００３】この従来のレーザ加工装置では、特開平１
０−６０６７号公報に示されているように載物台に凹部
を有し、その凹部の開口部に所定の隙間をもって複数の
棒状部材が配置され、その棒状部材に線接触でシート上
の被加工物を載せるものであって、その棒状部材がレー
ザ光に対して高透過率を有する物質により形成され、か
つその表面がレーザ光を散乱されるように加工されてい
る。

【０００４】また特開平６−１９８４８２号公報で示さ
れているように、ワーク支持ピンの先端を取り替え可能
な脱着式に構成するとともに、耐熱性及び対摩耗性の高
い材料で形成し、耐久性の向上とランニングコストの低
減とを図る方法がある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明が解決しようと
する課題を図１を参照して説明する。

【０００６】従来のレーザ加工装置では、電子回路基
板、例えばセラミックグリーンシート穴明け加工では、
図１（ａ）〜（ｃ）に示すように、レーザ光１によりセ
ラミックグリーンシート２を加工する際、加工穴３がガ
ラス管またはワーク受けピン上に位置するとガラス管や
ワーク受けピンと接触していることにより、加工下穴の
爆発４が発生し、穴径、穴形状が不均一になったり、ガ
ラス管やワーク受けピンが加工穴下に存在することか
ら、加工残渣が加工穴から除去され難く、かす詰まり５
が発生して穴明け不良になる可能性がある。

【０００７】本発明は上記問題点を考慮してなされたも
ので、電子回路基板を支えるワーク受けの影響をほとん
ど受けることなく任意の箇所に、より高い加工精度で穴
あけを可能とするレーザ加工装置を提供することを目的
とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明のワーク受けは、被加工物と接触して支持する
複数の支持部材と、該複数の支持部材のうち少なくとも
一部の支持部材を目的とする配置に保持して、該保持さ
れた一部の支持部材の接触部位により前記被加工物を支
持するための支持面を形成する配置機構とを備え、配置
機構で保持される支持部材の配置を変更可能とすること
を特徴とする。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して詳細に説明する。図２は本発明によるレーザ
加工装置の一実施形態、図３はガラス管を備えたワーク
受け、図４はワーク受け用の支持ピンを備えたワーク受
けの概略図を示す。

【００１０】本発明におけるレーザ加工装置は、図２に
示すように加工機構として、電子回路基板を加工するた
めのレーザビームを生成するレーザ発振器６、レーザビ
ームを整形するためのマスク８、レーザビームを走査さ
せるための２軸スキャンミラー９、レーザビーム光を集
光するためのｆθレンズ１０、および、被加工物を載せ
るワーク受け１２を備えたＸＹステージ１１を有してい
る。

【００１１】さらに、本レーザ加工装置は、レーザ発振
器６、２軸スキャンミラー９、ＸＹステージ１１を制御
するための制御装置１４を備えている。また、必要に応
じてビームスポット径を変えるためのエキスパンダ７を
光学系に取り付ける。

【００１２】加工時には被加工物である電子回路基板１
３をＸＹステージ１１に取り付けられたワーク受け１２
に載せる構造になっている。電子回路基板１３は必要に
応じて固定用治具に固定して、ワーク受け１２にセット
する。

【００１３】次に、本実施形態のレーザ加工装置で使用
される２種類のワーク受け１２の具体的機構例につい
て、セラミックグリーンシート加工を例にあげて詳細に
説明する。

【００１４】まず第１のワーク受け１２ａは、図３
（ａ），（ｂ）に示すように、ワーク受け凹部１６が形
成されており、凹部１６の上部には複数のガラス管１７
が設置できる構造になっている。このワーク受け１２ａ
は任意の配置を構成するようにガラス管１７が設置でき
ることを特徴としている。このため、加工穴の下にガラ
ス管１７が配置されないようにすることで、図１に示す
ようなワーク受け接触部で発生するレーザ加工時の加工
穴の爆発４、かす詰まり５を抑制することができる。

【００１５】ガラス管１７の設置部には、加工パターン
に合わせてガラス管１７を容易に配置できるように、一
定の間隔、例えば２ｍｍピッチでガラス管受け溝１８が
形成されている。なお、ガラス管１７の設置間隔を確認
するために、ガラス管１７の設置部に目盛りを取り付
け、加工パターンの数値をもとに位置決めがより容易な
構造としてもよい。本例のワーク受け１２ａでは上記構
成により、加工パターンの加工穴が存在しない領域、ま
たは加工穴径、穴形状が不均一でも基板に影響を与えな
い領域で、ガラス管１７をセラミックグリーンシート１
９のような被加工物が接触するようにガラス管１７を配
置する。

【００１６】ガラス管１７は、セラミックグリーンシー
ト１９との接触面積が小さい、少なくともφ２ｍｍ以下
の径を適用し、例えば２００μｍ以下の加工穴ピッチが
狭い加工パターンにおいても、セラミックグリーンシー
ト１９を支えるガラス管１７の影響が少ない構造とす
る。

【００１７】また、本実施形態ではガラス管を用いた
が、ガラス管１７の替わりにステンレス等のワーク受け
用棒状部材を用いても、以上の目的を達成できる。その
場合、セラミックグリーンシート１９との接触部を鋭角
な構造のワーク受け棒とする。例えば２００μｍピッチ
の加工パターンでは、シート接触部の構造を６０°以下
の鋭角にすることで、加工下穴の穴径、穴形状、かす詰
まりを抑制する。

【００１８】このセラミックグリーンシート１９を受け
る棒状部材は、加工時に高エネルギー密度のレーザが照
射された際、損傷を受けないように、使用するレーザ光
に対して透過率の高い材料、例えばＹＡＧレーザでは、
この波長域で透過率の高い石英管等を用いるものとす
る。

【００１９】次に、本例のワーク受け１２ａを備えたレ
ーザ加工装置におけるセラミックグリーンシート１９の
加工手順を説明する。

【００２０】被加工物であるセラミックグリーンシート
１９は脆弱であるために、電子回路基板固定用治具２０
であるステンレス製のシート枠に接着し、ワーク受け１
２ａに載せる。シート位置を仮決めする位置決めピン２
１にシート枠を合わせ、固定ピン２２でシート枠を押し
付けることにより、セラミックグリーンシート１９を所
定の位置にセットする。

【００２１】この際、ワーク受け１２ａには加工データ
に合わせて応じてガラス管１７が配置されており、セラ
ミックグリーンシート１９はこのガラス管１７と線接触
で支えられる。例えば図３（ａ）に示すように、加工穴
が存在するパターン領域２３、２４には、セラミックグ
リーンシート１９の下にガラス管１９は配置されず、パ
ターン領域２３と２４の間にガラス管１７が配置されて
いる。

【００２２】すなわち、チップ等の加工パターンの境界
等にガラス管１７を配置することで、パターン内の加工
穴径、穴形状の均一化および加工残渣によるかす詰まり
の発生を抑制する。ただし、ガラス管１７の配置間隔
は、セラミックグリーンシート１７に弛みが生じない間
隔であり、少なくとも+/−５０μｍ以下の面精度を維持
し、高い加工穴位置精度が得られるものとする。

【００２３】シートセット後、制御装置１４によりＸＹ
ステージ１１、レーザ発振器６及び２軸スキャンミラー
９を制御し、セラミックグリーンシート１９の上方よ
り、レーザ光が照射することで加工が開始される。加工
中、レーザ照射とともにセラミックグリーンシート１９
上方に発生する加工残渣は、ワーク受け１２ａ上方に設
けた集塵機により除去される。また、セラミックグリー
ンシート１９下に発生する加工残渣は、ガラス管１７下
方に保持される構造になっている。

【００２４】ここで、ワーク受け１２ａの凹部１６は、
セラミックグリーンシート加工穴下に生じる残渣を十分
保持し、ワーク受け凹部１６は均一な加工穴径および穴
形状が得られる深さとする。加工終了と同時にレーザ照
射が停止し、固定ピン２２のロックが解除される。

【００２５】第２のワーク受け１２ｂは、図４（ａ）、
（ｂ）に示すように、セラミックグリーンシート２７を
支えるためのワーク用支持ピン３２を備えた構造を有し
ている。シートのセット方法は、ガラス管を用いた上記
図３のワーク受け１２ａと同様に、固定用治具２８であ
るシート枠に接着されたセラミックグリーシート２７を
位置決めピン２９、固定ピン３０で固定する機構になっ
ている。

【００２６】このワーク受け１２ｂは、加工パターンに
合わせて任意の２次元面内位置に点接触で被加工物を支
持するシート支持ピン３２を配置できることを特徴とす
る。ワーク受け１２ｂには、シート支持ピン３２を設置
するためのピン受け溝３１が形成されており、このピン
受け溝３１に支持ピン３２を差し込むまたはスライドさ
せることで、加工データに合わせて任意の位置に設置す
ることが可能である。ピン受け溝３１は、多くの加工パ
ターンに対応できるように、例えば図４（ｂ）のように
２ｍｍピッチで一方向に形成されている。

【００２７】支持ピン３２は図４（ａ）に示すように、
ピン先端部３３はストッパー３４を備えており、ピン受
け溝３１に差し込んだ際に、ピン先端部３３のレベルが
揃うような構造になっている。

【００２８】さらに、ピン受け溝３１が伸びる方向にお
いて所定の位置に支持ピン３２を容易に配置できるよう
に、ピン受け溝３１が伸びる方向に沿って一定間隔でさ
らに溝（あるいはノッチ）を設け、該溝（あるいはノッ
チ）に支持ピン３２のストッパー３４が着脱可能な構成
とする。このような構成によれば、ピン軸受け３１が伸
びる方向においても支持ピン３２の位置設定がしやすく
なるため、加工パターンに合わせて支持ピン３２を容易
に配置できる。

【００２９】また、支持ピン３２は、加工穴ピッチが狭
い加工パターンにおいて、加工穴部に支持ピン３２が配
置された場合でも加工穴径、穴形状への影響およびかす
詰まりが抑制できるように、例えば支持ピン３２の径は
φ２ｍｍ以下、先端部３３の角度θは６０°以下の鋭角
構造をしている。

【００３０】さらに、ピン先端部３３は加工時にレーザ
光が照射された際、反射光がシート裏面、すなわち支持
ピン３２との接触面に影響を与えない角度とする。さら
に、支持ピン３２の先端部３３は、セラミックグリーン
シート２７をワーク受け１２ｂに載せた際に損傷を与え
ないような半球形状等の構造を備えている。

【００３１】ワーク受け凹部２６は、セラミックグリー
ンシート加工穴下に生じる残渣を十分保持し、ワーク受
け凹部２６の上面の影響を受けることなく、均一な加工
下穴径および穴形状が得られる深さとする。すなわち、
ワーク受けピン３２は、少なくともワーク受け凹部２６
の上面の影響を受けない長さとする。

【００３２】支持ピン３２の材質は、レーザ光が照射さ
れたとき損傷の少ない、レーザ光に対して高透過率な材
料、または耐熱性、耐久性の高い材質が望ましいが、本
例のワーク受け１２ｂでは加工パターンに合わせて支持
ピン３２を配置することにより、レーザ光が支持ピン３
２に照射される頻度を低くすることが可能であり、ステ
ンレスやアルミ等の材料の利用が可能である。

【００３３】また、本例のワーク受け１２ｂによれば、
支持ピン３２の表面に耐熱、耐久性向上のための特別な
コーティング処理も必要無く、低コスト化を図ることが
できる。但し、レーザ光が支持ピン３２に照射された
際、少なくとも支持ピン３２の材料が加工され、付着等
によりセラミックグリーンシート２７に影響を与えない
材質とする。

【００３４】また、本例では支持ピン３２の設置部にピ
ン受け溝３１を適用したが、前後左右方向に、例えば２
ｍｍピッチで所定の位置に支持ピン３２を設置する構成
としてもよい。

【００３５】以上、説明した本実施形態のレーザ加工装
置における２種類のワーク受け１２ａおよび１２ｂは、
レーザ光の照射を受けて、セラミックグリーンシートの
支持部材であるガラス管１７および支持ピン３２が損傷
を受けた際は、ガラス管１７および支持ピン３２をスペ
アと交換することでメンテナンスが可能であり、ワーク
受け１２ａおよび１２ｂ全体を交換することなく、容易
にかつランニングコストを抑制することが可能である。

【００３６】また、ワーク受け１２ａおよび１２ｂに駆
動装置を備えることで、所定の位置にガラス管１７およ
び支持ピン３２を自動的に配置することができる。例え
ば、図３（ａ）のガラス管１７を配置するための溝１８
を平らにし、ガラス管１７の両端に駆動装置を取り付
け、制御装置によりガラス管１７が溝１８上を移動し、
任意の位置に配置できる構造である。

【００３７】このような構造例のワーク受け１２ｃと制
御装置１４ｃとを図５に示す。本例のワーク受け１２ｃ
は、ガラス管１７を任意の位置まで移動させるための駆
動機構５２と、ガラス管１７を収納するためのガラス管
収納部５１とを備えている。

【００３８】また、制御装置１４ｃは、被加工物の加工
に関する加工データを受け付けるデータ入力部１４０
１、該受け付けた加工データに応じてガラス管１７の設
定すべき位置を設定するガラス管位置設定部１４０２、
該設定された位置にガラス管１７が配置されるように駆
動機構５２を制御する駆動機構制御部１４０３、およ
び、前記受け付けた加工データに応じて２軸スキャンミ
ラー９、レーザ発振器６、XYステージ１１の制御をそれ
ぞれ行うスキャンミラー制御部１４０４、レーザ制御部
１４０５、XYステージ制御部１４０６を備えている。

【００３９】ワーク受け１２ｃには、セラミックグリー
ンシート１９を少なくとも弛みなく支持することができ
る複数のガラス管１７が搭載されており、制御装置１４
ｃに入力された加工データをもとにガラス管１７を駆動
装置５２により移動することで、ガラス管１７を所定の
位置に配置する機構を備えている。加工データから必要
なガラス管１７の設置数が、ワーク受け上１２ｃ上の搭
載数より少ない場合は、例えば、ガラス管収納部５１に
収納できる構造を備えている。

【００４０】本例におけるガラス管配置制御の処理例を
図６のフローチャートを参照して説明する。

【００４１】本処理例では最初、形成すべき穴の位置や
形状に関するデータなどを含む加工データを取得し（ス
テップ６０１）、該加工データを用いて、形成すべき穴
が存在しない領域あるいは高い加工精度が要求されてい
ない穴の存在する領域を検出する（ステップ６０２）。
この検出結果を利用して当該ワーク受け１２ｃの影響が
より少ない、ガラス管１７を配置すべき位置を決定し
（ステップ６０３）、該決定した配置を実現するよう駆
動機構５２の動作を制御する（ステップ６０４）。

【００４２】また、上記図５のワーク受け１２ｃと同様
に、支持ピン３２に駆動装置を取り付けることで、制御
装置１４により支持ピン３２を所定の位置に設置する構
成としてもよい。このような構成例のワーク受け１２ｄ
を図７に示す。本例のワーク受け１２ｄは、単独で上下
に移動可能な支持ピン３２ａと、各支持ピン３２ａ毎に
制御装置１４からの制御信号に応じて上下に移動させる
駆動部７００とを複数組、支持面に対してマトリクス状
に配置して構成されている。

【００４３】図７の構成例においては、加工データに応
じて決定された支持ピン３２ａの配置に基づいて制御装
置１４からの制御信号を各駆動部７００へ入力し、被加
工物２７と接触させても問題のない領域にある支持ピン
３２ａを上方向の所定レベルまで移動させ、それ以外の
形成・加工すべき穴が存在する領域では支持ピン３２ａ
を下方向の所定の退避位置まで移動させる。

【００４４】以上のようにガラス管１７および支持ピン
３２を自動的に配置可能とすることで、加工データを制
御装置１４に入力することにより、異なる加工パターン
に対応した配置が迅速にできる。

【００４５】上述した実施形態では、セラミックグリー
ンシートの穴明け加工を例に、レーザ加工装置における
複数種類のワーク受けについて説明してきたが、本発明
は、セラミックグリーンシート以外のプリント基板等の
電子回路基板に適用することも可能である。

【００４６】また、上述した複数種類のワーク受けは、
支持部材としてガラス管や支持ピンを用いた例を説明し
たが、本発明はこれらの例に限定されるものではない。
例えば、被加工物を複数の支持部材で支持する構成のワ
ーク受けであって、それら複数の支持部材を任意の位置
に配置可能な構成を備えているものであれば、上記以外
の構成としてもよい。

【００４７】さらに、穴明け加工のみならずレーザ切断
等に本発明を適用することで、ワーク受けに搭載された
ガラス管およびワーク受け用支持ピン等の支持部材の影
響を受けることなく、高精度なレーザ加工を実現可能と
なるため、均一な加工形状を得ることができる。

【００４８】

【発明の効果】以上で説明したように、本発明のレーザ
加工装置のワーク受けによれば、ガラス管およびワーク
受け用支持ピンを加工データに合わせて任意に設置する
ことで、ワーク受けの影響を受けることなく、均一な加
工穴径、穴形状を得ることができる。

【００４９】また、本発明によれば、ガラス管およびワ
ーク受け用支持ピンに駆動装置を取り付け、制御装置に
より自動的に配置することで、加工パターンの変化に迅
速に対応することができるレーザ加工装置を提供するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１（ａ）：レーザ穴明け断面加工処理を説明
するための説明図。 図１（ｂ）：レーザ穴明け断面加工処理を説明するため
の説明図。 図１（ｃ）：レーザ穴明け断面加工処理を説明するため
の説明図。

【図２】本発明によるレーザ加工装置の一実施形態にお
ける構成を示す説明図。

【図３】図３（ａ）：本発明によるガラス管を備えたワ
ーク受けの一例の概略断面構成を示す説明図。 図３（ｂ）：図３（ａ）のワーク受けの上面図。

【図４】図４（ａ）：本発明による支持ピンを備えたワ
ーク受けの一例の概略断面構成を示す説明図。。 図４（ｂ）：図４（ａ）のワーク受けの上面図。

【図５】本発明によるガラス管を備えたワーク受け及び
制御装置の他の例を示すブロック図。

【図６】図５の構成例における制御手順の一例を示すフ
ローチャート。

【図７】本発明による支持ピンを備えたワーク受けの他
の例を示す説明図。

【符号の説明】

１ レーザ光 ２ セラミックグリーンシート ３ 加工下穴 ４ 加工下穴の爆発 ５ かす詰まり ６ レーザ発振機 ７ エキスパンダ ８ マスク ９ ２軸スキャンミラー １０ ｆθレンズ １１ ＸＹステージ １２，１２ａ，１２ｂ ワーク受け １３ 電子回路基板 １４ 制御装置 １６ ワーク受け凹部 １７ ガラス管 １８ ガラス管受け溝 １９ セラミックグリーンシート ２０ 電子回路基板固定用治具 ２１ 位置決めピン ２２ 固定ピン ２３，２４ パターン領域 ２６ ワーク受け凹部 ２７ セラミックグリーンシート ２８ 電子回路基板固定用治具 ２９ 位置決めピン ３０ 固定ピン ３１ ピン受け溝 ３２ 支持ピン ３３ ピン先端部 ３４ ストッパー ５１ ガラス管収納部 ５２、７００ 駆動機構。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 渋谷 務 神奈川県秦野市堀山下１番地 株式会社日 立製作所エンタープライズサーバ事業部内 (72)発明者 本郷 幹雄 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地 株 式会社日立製作所生産技術研究所内 Ｆターム(参考） 4E068 CB05 CE09 CE10 DA11

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】被加工物を支持するワーク受けと、該ワー
   ク受けにより支持された被加工物を加工するレーザ加工
   機構とを備えたレーザ加工装置において、 前記ワーク受けは、 前記被加工物と接触して支持する複数の支持部材と、 前記複数の支持部材のうち少なくとも一部の支持部材を
   目的とする配置に保持して、該保持された一部の支持部
   材の接触部位により前記被加工物を支持するための支持
   面を形成する配置機構とを備え、 前記配置機構で保持される前記支持部材の配置が変更可
   能であることを特徴とするレーザ加工装置。
2. 【請求項２】請求項１に記載のレーザ加工装置におい
   て、 前記配置機構で保持すべき前記支持部材の配置を変更す
   るための駆動部と、 前記被加工物の加工パターンを受け入れ、該加工パター
   ンに応じて前記支持面を形成すべき支持部材の配置を決
   定する配置決定部と、 前記決定された支持部材の配置を前記配置機構に形成さ
   せるよう、前記駆動部の動作を制御する制御部とをさら
   に備えることを特徴とするレーザ加工装置。
3. 【請求項３】請求項１または２のいずれかに記載のレー
   ザ加工装置において、 前記複数の支持部材の各々は、その側面の一部を用いた
   線接触で被加工物を支持する棒状部材であることを特徴
   とするレーザ加工装置。
4. 【請求項４】請求項１または２のいずれかに記載のレー
   ザ加工装置において、 前記複数の支持部材の各々は、その先端部を用いた点接
   触で被加工物を支持するピン状部材であることを特徴と
   するレーザ加工装置。
5. 【請求項５】ワーク受けにより支持された被加工物を加
   工するレーザ加工方法において、 前記ワーク受けの支持形態を決定する場合、 前記被加工物の加工パターンから、該被加工物と接触し
   て必要なサポートを与える複数の支持部材の配置を決定
   し、 前記決定した配置に応じて、前記複数の支持部材をそれ
   ぞれ固定することを特徴とするレーザ加工方法。
6. 【請求項６】被加工物と接触して支持する複数の支持部
   材と、 前記複数の支持部材のうち少なくとも一部の支持部材を
   目的とする配置に保持して、該保持された一部の支持部
   材の接触部位により前記被加工物を支持するための支持
   面を形成する配置機構とを備え、 前記配置機構で保持される前記支持部材の配置が変更可
   能であることを特徴とするワーク受け。