JP2002113711A - セラミックグリーンシートの加工方法及びそれに用いるレーザ加工装置 - Google Patents
セラミックグリーンシートの加工方法及びそれに用いるレーザ加工装置Info
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Abstract
所望の形状及び寸法を有する複数個の貫通孔を効率よく
形成することが可能なセラミックグリーンシートの加工
方法及びそれに用いるレーザ加工装置を提供する。 【解決手段】 レーザビーム2を、回折格子4を通過さ
せて、個々の回折0次光のエネルギーがセラミックグリ
ーンシート10の加工閾値以下となるように複数個のレ
ーザビーム2に分光し、分光されたレーザビーム2をガ
ルバノミラー5で反射させ、反射したレーザビーム2を
集光レンズ7により個々に集光し、セラミックグリーン
シート10に照射することにより、セラミックグリーン
シート10が回折0次光及び回折高次光により加工され
ることを防止して、所望の形状及び寸法の貫通孔15を
同時に、多数個形成する。
Description
電子部品を製造する場合などに用いられるセラミックグ
リーンシートの加工方法及びレーザ加工装置に関し、詳
しくは、セラミックグリーンシートに貫通孔(例えば、
ビアホールやスルーホールなどとして機能させるための
孔)を形成するためのセラミックグリーンシートの加工
方法及びそれに用いられるレーザ加工装置に関する。
コイル部品、積層基板、その他の種々の積層セラミック
電子部品においては、通常、セラミック層を介して積
層、配設された内部電極間(層間)の電気的接続を、セ
ラミックグリーンシートに形成されたビアホール(貫通
孔)を介して行っている。
ートにビアホール(貫通孔)を形成するための加工方法
として、金型とピンを用いてセラミックグリーンシート
を打ち抜く方法が広く用いられている。
を与えるため、金型及びピンの寸法や形状の精度を高く
保つことが必要で、設備コストの増大を避けることがで
きない、 金型やピンは高価であるにもかかわらず、寿命が短
く、定期的な交換が必要であり、交換に手間がかかる、 加工部分の形状が変わると金型やピンを交換すること
が必要になり、しかも、交換後に、金型とピンの精密な
調整が必要となり、手間がかかる、 貫通孔の寸法が小さくなるにつれて、加工精度(形状
精度)が低下するというような問題点がある。
めに、レーザビームを用いて、直径が80μm程度の寸
法の小さな貫通孔を、高い形状精度及び位置精度でセラ
ミックグリーンシートの所定の位置に形成することが可
能なレーザ加工法が提案され、その一部が実施されるに
至っている。
分とするセラミックグリーンシートに、CO2レーザを
使って貫通孔を形成する場合、レーザビームは磁性体セ
ラミックスを構成するFe、Ni、Cuなどには殆ど吸
収されず、セラミックグリーンシートを成形する際に必
要な酢酸ビニルなどのバインダーやポリカルボン酸アン
モンなどの分散剤などに吸収され、これによって貫通孔
が形成される。したがって、磁性体セラミックグリーン
シートヘのレーザエネルギーの吸収効率は、30〜40
%程度であるのが通常である。
ーザ光源から放射されたレーザビームを、回折格子を通
過させて、形成すべき貫通孔に対応する均一な形状及び
寸法の複数個のレーザビームに分光し、均一に複数個に
分光されたレーザビームをセラミックグリーンシートに
照射することにより、セラミックグリーンシートに、均
一な形状及び寸法の複数個の貫通孔を形成するようにし
ている。
ーザビームには、設計により所定の位置に、加工に必
要な所定のエネルギーで照射される回折1次光と、回
折にともない回折1次光の外側に生じる、回折1次光に
比べるとはるかにエネルギーレベルの低い回折高次光
と、分光されずに分光領域の中心に照射される、回折
1次光よりはエネルギーレベルは低いが、比較的高いエ
ネルギーレベルの回折0次光がある。
は、エネルギーレベルが低く、加工物へのアタックは極
めて少ないが、ノイズとなるレーザビームの数が分光数
より多く、また、分光数に比例して増えるため、そのエ
ネルギーの総量は無視できなくなる。
過するレーザビームは、回折格子を通過するだけである
ことから、回折1次光よりはエネルギーレベルが低い
が、回折高次光のレーザビームよりもエネルギーレベル
が高くなる。
光して、セラミックグリーンシートに、多数個の貫通孔
を同時に形成しようとすると、回折高次光及び回折0次
光となったレーザエネルギー(ノイズ)により、セラミ
ックグリーンシートの不要部分が加工されてしまうこと
になる。
ノイズとなるエネルギーを抑えることはこれまでにも行
われてきたが、それでも回折0次光のエネルギーは高
く、不要位置への加工を避けることが困難であり、これ
までは、加工を必要とする回折1次光を回折0次光と重
ねることにより、不要位置への加工を回避するようにし
ている。しかし、それでも、十分に不要位置への加工を
回避することが困難で有り、また、加工を必要とする回
折1次光を回折0次光と重ねるためにはレーザ加工装置
の精度を高くすることが必要で、設備の複雑化、高コス
ト化を招くという問題点がある。
光は、通常、回折1次光の5%〜10%程度あり、レー
ザビームの吸収に応じ、回折1次光に回折0次光が重な
った部分においては、形成される貫通孔の大きさが他の
貫通孔に比べて大きくなる。
レーザビームを用いて加工を行った場合に、分光されず
に分光領域の中心に照射される、回折0次光のレーザビ
ームにより、セラミックグリーンシート10の、貫通孔
15が形成されるべき領域の中央部に形成される貫通孔
15(15a)(すなわち、回折1次光に回折0次光が
重なった部分に形成される貫通孔)の径が、周辺部の貫
通孔15の径よりも大きくなった状態を示している。
あり、セラミックグリーンシートの所定の位置に、所望
の形状及び寸法を有する複数個の貫通孔を効率よく形成
することが可能なセラミックグリーンシートの加工方法
及びそれに用いるレーザ加工装置を提供することを目的
としている。
に、本願発明(請求項1)のセラミックグリーンシート
の加工方法は、セラミックグリーンシートに複数個の貫
通孔を形成するためのセラミックグリーンシートの加工
方法であって、(a)レーザ光源から放射されたレーザビ
ームを、マスクを通過させて所定の形状に成形し、(b)
成形後のレーザビームを、回折格子を通過させて、個々
の回折0次光のエネルギーがセラミックグリーンシート
の加工閾値以下となるように複数個のレーザビームに分
光し、(c)回折格子で分光されたレーザビームをガルバ
ノミラーで反射させ、(d)ガルバノミラーで反射したレ
ーザビームを集光レンズにより個々に集光し、(e)集光
レンズで集光されたレーザビームをセラミックグリーン
シートに照射し、セラミックグリーンシートの所定の位
置に、所望の形状及び寸法の複数個の貫通孔を同時に形
成した後、(f)ガルバノミラーの反射角度を変化させ
て、レーザビームのセラミックグリーンシートへの照射
を繰り返し、セラミックグリーンシートの異なる所定の
位置に、所望の形状及び寸法の複数個の貫通孔を形成す
ることを特徴としている。
を、マスクを通過させて所定の形状に成形し、成形後の
レーザビームを、回折格子を通過させて、個々の回折0
次光のエネルギーがセラミックグリーンシートの加工閾
値以下となるように複数個のレーザビームに分光し、分
光されたレーザビームをガルバノミラーで反射させ、反
射したレーザビームを集光レンズにより個々に集光し、
セラミックグリーンシートに照射することにより、セラ
ミックグリーンシートに、所望の形状及び寸法(例え
ば、均一な形状及び寸法)の複数個の貫通孔を効率よく
形成することが可能になる。
子を用い、回折格子を通過して分光された後の、複数個
のレーザビームの回折0次光のエネルギーを、セラミッ
クグリーンシートの加工閾値以下とするようにした場
合、回折0次光の影響により、貫通孔の大きさが、意図
する大きさよりも大きくなることを防止して、所望の形
状及び寸法の貫通孔を効率よく形成することが可能にな
る。
用いた場合、0次及び高次に回折するレーザビームのエ
ネルギーレベルを低く抑えることが可能になり、回折高
次光では回折1次光の1%以下、回折0次光では5%以
下に抑えることができる。そして、その結果、セラミッ
クグリーンシートのレーザ光吸収率から、回折0次光の
レーザエネルギーをセラミックグリーンシートの加工閾
値以下とすることが可能になるばかりでなく、回折0次
光と回折高次光を合わせたレーザエネルギーを、セラミ
ックグリーンシートの加工閾値以下とすることが可能に
なり、セラミックグリーンシートが回折0次光及び回折
高次光により加工されることを防止して、所望の形状及
び寸法の貫通孔を、極めて効率よく形成することが可能
になる。なお、セラミックグリーンシートの加工閾値
は、予備的な実験で求めておくことが可能である。
て、回折0次光のレーザエネルギーを加工閾値以下とし
た場合、回折1次光との重ね合わせをする必要がなくな
ることから、レーザ加工装置の構成を簡略化することが
可能になる。
トの加工方法は、複数の回折格子と、セラミックグリー
ンシートの種類及び加工条件に応じて、使用する回折格
子を適宜切り替える切り替え機構とを備えたレーザ加工
装置を用い、一台のレーザ加工装置で、複数種類のセラ
ミックグリーンシート及び複数種類の加工条件に対応で
きるようにしたことを特徴としている。
ートの種類及び加工条件に応じて、使用する回折格子を
適宜切り替える切り替え機構とを備えたレーザ加工装置
を用いることにより、複数種類の被加工物を一台のレー
ザ加工装置で効率よく加工することが可能になり、本願
発明をより実効あらしめることができる。
装置は、セラミックグリーンシートに複数個の貫通孔を
形成するためのレーザ加工装置であって、セラミックグ
リーンシートを支持する支持手段と、レーザビームを放
射するレーザ光源と、レーザ光源からのレーザビームを
所定の形状に整形するマスクと、マスクを通過したレー
ザビームを通過させて、個々の回折0次光のエネルギー
がセラミックグリーンシートの加工閾値以下となるよう
に、複数個のレーザビームに分光する回折格子と、回折
格子を通過したレーザビームを、所定の反射角度で反射
させるガルバノミラーと、ガルバノミラーの反射角度を
変化させるガルバノミラー駆動手段と、ガルバノミラー
により所定の反射角度で反射されたレーザビームを個々
に集光して、支持手段により支持されたセラミックグリ
ーンシートに照射する集光レンズとを具備することを特
徴としている。
手段と、レーザ光源と、レーザビームを所定の形状に整
形するマスクと、マスクを通過したレーザビームを通過
させて、個々の回折0次光のエネルギーがセラミックグ
リーンシートの加工閾値以下となるように、複数個のレ
ーザビームに分光する回折格子と、回折格子を通過した
レーザビームを所定の反射角度で反射させるガルバノミ
ラーと、ガルバノミラーの反射角度を変化させるガルバ
ノミラー駆動手段と、ガルバノミラーにより所定の角度
で反射されたレーザビームを個々に集光してセラミック
グリーンシートに照射する集光レンズとを備えたレーザ
加工装置を用いることにより、上述の本願発明のセラミ
ックグリーンシートの加工方法を確実に実施して、セラ
ミックグリーンシートに、所望の形状及び寸法の複数個
の貫通孔を効率よく形成することが可能になる。
の回折格子と、使用する回折格子を適宜切り替える切り
替え機構とを備えており、セラミックグリーンシートの
種類及び加工条件に応じて、回折格子を適宜切り替える
ことにより、一台で複数種類のセラミックグリーンシー
ト及び複数種類の加工条件に対応できるように構成され
ていることを特徴としている。
グリーンシートの種類及び加工条件に応じて、使用する
回折格子を適宜切り替える切り替え機構を備えているの
で、使用する回折格子をセラミックグリーンシートの種
類及び加工条件に応じて適宜切り替えるだけで、複数種
類のセラミックグリーンシート及び複数種類の加工条件
に効率よく対応することが可能になる。
してその特徴とするところをさらに詳しく説明する。図
1は本願発明の一実施形態にかかるセラミックグリーン
シートの加工方法を実施するのに用いたレーザ加工装置
の概略構成を示す図である。また、図2は図1のレーザ
加工装置を用いて貫通孔を形成したセラミックグリーン
シートを示す図である。
部品の製造に用いられるNiCuZnフェライトを主成
分とするセラミックをシート状に成形したセラミックグ
リーンシートを加工して、図2に示すように、平面形状
が円形の貫通孔15を形成する場合を例にとって説明す
る。なお、上記貫通孔15は、製品(積層型コイル部
品)においてビアホールとして機能することになるもの
である。
図1に示すように、セラミックグリーンシート10を支
持するとともに、所定の方向にセラミックグリーンシー
ト10を移動させることができるように構成された支持
手段(この実施形態ではXYテーブル)11と、レーザ
光源1と、レーザ光源1を駆動するレーザ光源駆動手段
1aと、レーザ光源1から放射されたレーザビーム2を
所定の形状に整形するマスク3と、マスク3を通過した
レーザビーム2を通過させて、個々の回折0次光のエネ
ルギーがセラミックグリーンシート10の加工閾値以下
となるように複数個のレーザビーム2に分光する回折格
子4と、回折格子4を通過したレーザビーム2を、所定
の反射角度で反射させるガルバノミラー5と、ガルバノ
ミラー5の反射角度を変化させるガルバノミラー駆動手
段6と、ガルバノミラー5により所定の反射角度で反射
されたレーザビーム2を個々に集光して、支持手段11
により支持されたセラミックグリーンシート10に照射
する集光レンズ7とを備えている。
ーザ光源1として、CO2レーザを放射するレーザ光源
が用いられている。また、回折格子4、ガルバノミラー
5、及び集光レンズ7には、CO2レーザの吸収が少な
いZnSeが用いられている。
折格子4として、高精度に加工され、回折0次光のエネ
ルギーがセラミックグリーンシート10の加工閾値以下
である複数個のレーザビーム2に分光することが可能な
ものが用いられている。
された回折格子4を用いてセラミックグリーンシート1
0を加工することにより、0次及び高次に回折するレー
ザビーム2のエネルギーを回折1次光に比べて小さくす
ることが可能になり、回折高次光では回折1次光の1%
以下、回折0次光では5%以下に抑えることが可能にな
る。その結果、回折0次光のレーザエネルギーをセラミ
ックグリーンシート10の加工閾値以下とすることが可
能になるばかりでなく、回折0次光と回折高次光を合わ
せたレーザエネルギーを、セラミックグリーンシート1
0の加工閾値以下とすることが可能になり、セラミック
グリーンシート10が回折0次光及び回折高次光により
加工されることを防止して、所望の形状及び寸法の貫通
孔を、効率よく形成することが可能になる。
いて、回折0次光のレーザエネルギーを加工閾値以下と
した場合、回折1次光との重ね合わせをする必要がなく
なるため、レーザ加工装置の構成を簡略化することが可
能になる。
装置を用いて、セラミックグリーンシートに貫通孔を形
成する方法について説明する。
とするセラミックに酢酸ビニル系バインダを添加し、ボ
ールミルで17時間混合した後、ドクターブレード法に
よりシート状に成形した、厚さ50μmのセラミックグ
リーンシート10を、支持手段11上に載置する。 そして、定格出力300Wの穴あけ用のCO2レーザ
発生装置のレーザ光源1から放射されたレーザビーム2
を、マスク3を通過させて成形した後、回折格子4を通
過させて、セラミックグリーンシート10に形成すべき
貫通孔15(図2)の形状に対応する形状及び寸法を有
する複数個(この実施形態では、縦5個×横5個の25
分割)の、セラミックグリーンシートの加工閾値以下の
レーザビーム2に分光する。なお、本願発明によれば、
例えば、縦3個×横3個の9分割、縦7個×横7個の4
9分割など、レーザビームを種々の態様で分割すること
が可能である。 それから、均一に複数個に分光されたレーザビーム2
を、ガルバノミラー5により所定の角度で反射させた
後、反射したレーザビーム2を集光レンズ7により個々
に集光する。 そして、集光されたレーザビーム2をセラミックグリ
ーンシート10に照射し、セラミックグリーンシート1
0の所定の位置に、均一な形状及び寸法の複数個の貫通
孔15を同時に形成する。 その後、ガルバノミラー5の反射角度を変化させて、
レーザビーム2のセラミックグリーンシート10への照
射を繰り返し、セラミックグリーンシート10の異なる
所定の位置に、均一な形状及び寸法の貫通孔15(図
2)を形成する。 そして、の、ガルバノミラー5の反射角度を変化さ
せてレーザビーム2をセラミックグリーンシート10に
照射する工程を繰り返し、セラミックグリーンシート1
0の所定の領域(ガルバノミラー5の反射角度を変える
ことにより、異なる位置に貫通孔15を形成することが
できる領域)のすべてに均一な形状及び寸法の貫通孔1
5を形成した後、XYテーブル11を所定量だけ移動さ
せ、前記〜の工程を繰り返して、セラミックグリー
ンシート10の全体の所定の位置に、均一な形状及び寸
法の複数個の貫通孔15を形成する。
の加工方法によれば、回折格子4として、高精度に加工
され、回折0次光のエネルギーが回折1次光に比べて小
さく、セラミックグリーンシート10の加工閾値以下の
複数個のレーザビームに分光することが可能なものを用
いているので、セラミックグリーンシートが回折1次光
以外の、回折0次光及び回折高次光により加工されるこ
とを防止して、セラミックグリーンシートに、均一な形
状及び寸法の複数個の貫通孔を効率よく形成することが
できる。
された回折格子を用いて、回折0次光のレーザエネルギ
ーを加工閾値以下とした場合、回折1次光との重ね合わ
せをする必要がなくなることから、レーザ加工装置の構
成を簡略化することが可能になる。
ェライトを主成分とするセラミックグリーンシートを加
工する場合を例にとって説明したが、本願発明は、これ
に限られるものではなく、種々のセラミックグリーンシ
ートを加工する場合に広く適用することが可能である。
用いたが、本願発明において用いることが可能なレーザ
ビームに特別の制約はなく、その他のレーザビームを用
いることも可能である。
上記の実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨
の範囲内において、種々の応用、変形を加えることが可
能である。
セラミックグリーンシートの加工方法は、レーザ光源か
ら放射されたレーザビームを、マスクを通過させて所定
の形状に成形し、成形後のレーザビームを、回折格子を
通過させて、個々の回折0次光のエネルギーがセラミッ
クグリーンシートの加工閾値以下となるように複数個の
レーザビームに分光し、分光されたレーザビームをガル
バノミラーで反射させ、反射したレーザビームを集光レ
ンズにより個々に集光し、セラミックグリーンシートに
照射するようにしているので、回折0次光の影響によ
り、貫通孔の大きさが、意図する大きさよりも大きくな
ることを防止して、所望の形状及び寸法(例えば均一な
形状及び寸法)の貫通孔を効率よく形成することが可能
になる。
トの加工方法のように、複数の回折格子と、セラミック
グリーンシートの種類及び加工条件に応じて、使用する
回折格子を適宜切り替える切り替え機構とを備えたレー
ザ加工装置を用いるようにした場合、複数種類の被加工
物を一台のレーザ加工装置で効率よく加工することが可
能になり、本願発明をより実効あらしめることができ
る。
装置は、セラミックグリーンシートを支持する支持手段
と、レーザ光源と、レーザビームを所定の形状に整形す
るマスクと、マスクを通過したレーザビームを通過させ
て、個々の回折0次光のエネルギーがセラミックグリー
ンシートの加工閾値以下となるように、複数個のレーザ
ビームに分光する回折格子と、回折格子を通過したレー
ザビームを所定の反射角度で反射させるガルバノミラー
と、ガルバノミラーの反射角度を変化させるガルバノミ
ラー駆動手段と、ガルバノミラーにより所定の角度で反
射されたレーザビームを個々に集光してセラミックグリ
ーンシートに照射する集光レンズとを備えており、この
レーザ加工装置を用いることにより、上述の本願発明の
セラミックグリーンシートの加工方法を確実に実施し
て、セラミックグリーンシートに、所望の形状及び寸法
の複数個の貫通孔を効率よく形成することが可能にな
る。
グリーンシートの種類及び加工条件に応じて、使用する
回折格子を適宜切り替える切り替え機構を備えているの
で、使用する回折格子をセラミックグリーンシートの種
類及び加工条件に応じて適宜切り替えるだけで、複数種
類のセラミックグリーンシート及び複数種類の加工条件
に効率よく対応することが可能になり、本願発明をより
実効あらしめることができる。
の概略構成を示す図である。
加工装置を用いてセラミックグリーンシートを加工する
ことにより、貫通孔を形成したセラミックグリーンシー
トを示す図である。
レーザビームを用いてセラミックグリーンシートに貫通
孔を形成した場合の、貫通孔の形状を模式的に示す平面
図である。
Claims (4)
- 【請求項1】セラミックグリーンシートに複数個の貫通
孔を形成するためのセラミックグリーンシートの加工方
法であって、 (a)レーザ光源から放射されたレーザビームを、マスク
を通過させて所定の形状に成形し、 (b)成形後のレーザビームを、回折格子を通過させて、
個々の回折0次光のエネルギーがセラミックグリーンシ
ートの加工閾値以下となるように複数個のレーザビーム
に分光し、 (c)回折格子で分光されたレーザビームをガルバノミラ
ーで反射させ、 (d)ガルバノミラーで反射したレーザビームを集光レン
ズにより個々に集光し、 (e)集光レンズで集光されたレーザビームをセラミック
グリーンシートに照射し、セラミックグリーンシートの
所定の位置に、所望の形状及び寸法の複数個の貫通孔を
同時に形成した後、 (f)ガルバノミラーの反射角度を変化させて、レーザビ
ームのセラミックグリーンシートへの照射を繰り返し、
セラミックグリーンシートの異なる所定の位置に、所望
の形状及び寸法の複数個の貫通孔を形成することを特徴
とするセラミックグリーンシートの加工方法。 - 【請求項2】複数の回折格子と、セラミックグリーンシ
ートの種類及び加工条件に応じて、使用する回折格子を
適宜切り替える切り替え機構とを備えたレーザ加工装置
を用い、一台のレーザ加工装置で、複数種類のセラミッ
クグリーンシート及び複数種類の加工条件に対応できる
ようにしたことを特徴とする請求項1記載のセラミック
グリーンシートの加工方法。 - 【請求項3】セラミックグリーンシートに複数個の貫通
孔を形成するためのレーザ加工装置であって、 セラミックグリーンシートを支持する支持手段と、 レーザビームを放射するレーザ光源と、 レーザ光源からのレーザビームを所定の形状に整形する
マスクと、 マスクを通過したレーザビームを通過させて、個々の回
折0次光のエネルギーがセラミックグリーンシートの加
工閾値以下となるように、複数個のレーザビームに分光
する回折格子と、 回折格子を通過したレーザビームを、所定の反射角度で
反射させるガルバノミラーと、 ガルバノミラーの反射角度を変化させるガルバノミラー
駆動手段と、 ガルバノミラーにより所定の反射角度で反射されたレー
ザビームを個々に集光して、支持手段により支持された
セラミックグリーンシートに照射する集光レンズとを具
備することを特徴とするレーザ加工装置。 - 【請求項4】複数の回折格子と、使用する回折格子を適
宜切り替える切り替え機構とを備えており、セラミック
グリーンシートの種類及び加工条件に応じて、回折格子
を適宜切り替えることにより、一台で複数種類のセラミ
ックグリーンシート及び複数種類の加工条件に対応でき
るように構成されていることを特徴とする請求項3記載
のレーザ加工装置。
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