JP2003071585A

JP2003071585A - レーザ加工装置

Info

Publication number: JP2003071585A
Application number: JP2002169125A
Authority: JP
Inventors: Koji Kawakita; 晃司川北; Koichi Shigeno; 交市茂野
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2001-06-18
Filing date: 2002-06-10
Publication date: 2003-03-11

Abstract

(57)【要約】【課題】平行性及び貫通性の良い加工を高精度で実現
できるレーザ加工装置を提供する。【解決手段】被加工物３を載置する吸着プレート１
と、前記吸着プレート１を保持する保持台２とを備え、
前記被加工物３にレーザ光４を照射して加工を行なうレ
ーザ加工装置であって、前記レーザ光４が照射される被
加工物３の直下に相当する前記吸着プレート１の複数の
部分に貫通孔５を設けると共に、前記レーザ光４が照射
されない前記吸着プレート１の複数の部分に貫通孔６を
設け、前記レーザ光４が照射される被加工物３の直下に
相当する前記吸着プレート１に設けられた複数個の貫通
孔５に対する吸引部１０ａと、前記レーザ光４が照射さ
れない前記吸着プレート１の部分に設けられた複数個の
貫通孔６に対する吸引部１０ｂとが、それぞれ独立して
いるレーザ加工装置とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、セラミックグリー
ンシート等の被加工物にレーザ光により微小な穴開け加
工等のレーザ加工を行なうレーザ加工装置に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】従来の穴開け加工に用いるレーザ加工装
置は、特開平１０−２９６４７３号公報に記載されてい
るような構成であり、これを図５に示す。このレーザ加
工装置は、シート状の被加工物５０３を所定位置に保持
してレーザ加工を行なうように構成されている。

【０００３】図５において、保持台５０２上に配設され
た吸着プレート５０１には貫通孔５０４が設けられてお
り、真空排気部５０５から真空排気されることにより、
吸着プレート５０１に載置されたシート状の被加工物５
０３は真空吸着されて所定位置に保持される。この所定
位置に保持された被加工物５０３に対してレーザ光を照
射することにより、微小な穴開け加工が実施される。

【０００４】また、従来の他のレーザ加工装置は、特開
平１０−２９６４７３号公報に記載されているような構
成であり、これを図６に示す。このレーザ加工装置は、
被加工物６０１の両端を固定側クランプ（基準側保持ユ
ニット）６０２と可動側クランプ（可動側保持ユニッ
ト）６０３とにより保持すると共に、可動側クランプ６
０３に付勢シリンダ６０４により固定側クランプ６０２
から遠ざける方向に付勢を加えて被加工物６０１を保持
し、レーザ光により穴開け加工するものである。

【０００５】また、従来の他のレーザ加工装置は、特開
平１１−５８０６１号公報に記載されているような構成
であり、これを図７に示す。このレーザ加工装置は、可
撓性材料７０１が、加工穴７０２に対応する位置に複数
の貫通穴（逃げ穴）７０３が設けられた支持板７０４に
固定され、支持板７０４の下部に設けた空間部７０５
を、排気ダクト７０６により吸引しながら、レーザー光
により穴開け加工するものである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図５に
示すレーザ加工装置において、レーザ光により被加工物
５０３に穴開け加工をした場合に、被加工物５０３を穴
開けにより貫通したレーザ光は吸着プレート５０１上で
反射するので、吸着プレート５０１のレーザ加工部直下
に貫通孔がない部分５０６では被加工物５０３を加熱変
形させてしまう問題がある。

【０００７】また、吸着プレート５０１のレーザ加工部
直下に貫通孔がある部分５０７においても、被加工物５
０３の穴開けにより貫通したレーザ光は保持台５０２上
で反射するので、被加工物５０３の吸着プレート５０１
側に損傷を与えてしまう問題がある。

【０００８】更に、吸着プレート５０１のレーザ加工部
直下に貫通孔がある部分５０７においては、吸引により
レーザ加工部直下に貫通孔がある部分５０７の被加工物
５０３は吸引方向に位置が移動し、レーザ光の集光レン
ズと被加工物５０３との距離を一定に保つことができな
いという問題がある。

【０００９】また、吸着プレート５０１のレーザ加工部
直下に貫通孔がある部分５０７においては、レーザ加工
時に貫通孔を開けるために、レーザ加工中に貫通孔部分
での吸引力が低下するという問題がある。

【００１０】一方、図６に示すレーザ加工装置におい
て、被加工物６０１が薄いシート状である場合、張力を
加えることによってシート状の被加工物６０１が変形す
るため、レーザ光の集光レンズと被加工物６０１との距
離を一定に保つことができず、加工部の形状や位置につ
いて十分な精度を保つことが困難になるという問題があ
る。また、薄いシートに直接レーザ光を照射するため、
レーザ加工時にシート表面が加工残査により汚れが生じ
るという問題がある。

【００１１】一方、図７に示すレーザ加工装置におい
て、空間７０５を吸引することで、支持板７０４に設け
られた貫通穴７０３を通して可撓性材料７０１を吸引す
る構成であるが、可撓性材料７０１が貫通孔７０３に対
応する部分に穴開け加工を順次行うことで、可撓性材料
７０１と支持板７０４の吸引力が低下するという問題が
ある。

【００１２】また、可撓性材料７０１の加工穴７０２に
対応する位置に複数の貫通穴（逃げ穴）７０３を支持板
７０４に設けることで、可撓性材料７０１を加工するパ
ターンが変われば、支持板７０４を交換する必要があっ
た。

【００１３】また、穴径の大きさが、吸着プレートの厚
みと比較して１／２以下になると、レーザの加工くずが
蓄積し、量産時に穴詰まりを起こすという問題があっ
た。一方、吸着プレートの厚みが厚いと、穴径の大きさ
が、吸着プレートの厚みと比較して１／２以下では吸着
プレートの穴の作製が困難になるという問題があった。
また、吸着プレートの厚みが、薄くなると、吸引時にプ
レートがたわみ、レーザの焦点を一定に保つことができ
ないという問題があった。

【００１４】本発明は前記従来の問題を解決するために
なされたものであり、平行性及び貫通性の良い加工を高
精度で実現できるレーザ加工装置を提供することを目的
とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明のレーザ加工装置は、被加工物を載置する吸
着プレートと、前記吸着プレートを保持する保持台とを
備え、前記被加工物にレーザ光を照射して加工を行なう
レーザ加工装置であって、前記レーザ光が照射される被
加工物の直下に相当する前記吸着プレートの複数の部分
に貫通孔を設けると共に、前記レーザ光が照射されない
前記吸着プレートの複数の部分に貫通孔を設けたことを
特徴とする。

【００１６】前記レーザ光が照射される被加工物の直下
に相当する前記吸着プレートの複数の部分に貫通孔を設
けることにより、レーザ光の吸着プレートでの反射がな
くなり、レーザ光の反射による被加工物の加熱変形が生
じない。また、前記レーザ光が照射されない前記吸着プ
レートの複数の部分に貫通孔を設けているため、被加工
物に貫通孔が開いても、被加工物を確実に吸着プレート
に吸引して固定することができ、平行性、貫通性に優れ
た穴を、高い位置精度で形成することができる。

【００１７】また、本発明のレーザ加工装置は、前記レ
ーザ光が照射される被加工物の直下に相当する前記吸着
プレートに設けられた複数個の貫通孔に対する吸引部
と、前記レーザ光が照射されない前記吸着プレートの部
分に設けられた複数個の貫通孔に対する吸引部とが、そ
れぞれ独立していることが好ましい。

【００１８】これにより、レーザ加工時に被加工物に貫
通孔が開いても、前記レーザ光が照射されない前記吸着
プレートの部分に設けられた複数個の貫通孔に対する吸
引部の吸引力は一定であり、レーザ加工中における被加
工物の吸引力の低下を抑制することができると共に、前
記レーザ光が照射される被加工物の直下に相当する前記
吸着プレートに設けられた複数個の貫通孔に対する吸引
部の吸引力を弱めることができるので、被加工物の吸引
方向への移動が防止でき、レーザ光の集合レンズと被加
工物との距離を一定に保つことができる。

【００１９】また、本発明のレーザ加工装置は、前記吸
着プレートの上面と、前記保持台の吸引穴の上面との距
離が５ｍｍ以上であることが好ましい。

【００２０】これにより、被加工物の穴開けにより貫通
したレーザ光が保持台で反射し、被加工物の吸着プレー
ト側に与える損傷を抑制することができる。

【００２１】また、本発明のレーザ加工装置は、前記レ
ーザ光が照射される被加工物の直下に相当する前記吸着
プレートに設けられた複数個の貫通孔の直径が、レーザ
加工を行なう被加工物の加工部の直径よりも１０〜１０
０μｍ大きいことが好ましい。

【００２２】これにより、レーザ光の吸着プレートでの
反射が完全になくなり、レーザ光の反射による被加工物
の加熱変形が生じない。また、被加工物の吸引による歪
みの発生を抑制して、集光レンズと被加工物との距離を
一定に保つことができる。

【００２３】また、本発明のレーザ加工装置は、前記吸
着プレートが複数枚のプレートの積層体からなることが
好ましい。

【００２４】これにより、各プレートの厚みを薄くする
ことができ、エッチング等による穴形成が容易になり、
これを積層することで高精度な吸着プレートの作製が可
能となる。

【００２５】また、本発明のレーザ加工装置は、前記吸
着プレートが複数枚のプレートの積層体からなり、最上
部のプレートに設けられた貫通孔の直径より、他の下部
のプレートに設けられた貫通孔の直径が大きいことが好
ましい。

【００２６】これにより、各プレートの厚みを薄くする
ことができ、エッチング等による穴形成が容易になり、
高精度な吸着プレートの作製が可能となり、また、特に
他の下部のプレートに設けられた貫通孔の直径を大きく
し、それを積層することで、被加工物の直下に相当する
穴径は保持しながらも、レーザ加工くずによる目詰まり
を防止でき、各プレートを積層することで吸引時のプレ
ートのたわみも防止することができる。

【００２７】また、本発明のレーザ加工装置は、前記吸
着プレートが複数枚のプレートの積層体からなり、最上
部のプレートの厚みが他の下部のプレートの厚みより薄
く、且つ最上部のプレートに設けられた貫通孔の直径よ
り、他の下部のプレートに設けられた貫通孔の直径が大
きいことが好ましい。

【００２８】これにより、各プレートの厚みを薄くする
ことができ、エッチング等による穴形成が容易になり、
高精度な吸着プレートの作製が可能となり、また、特に
最上部のプレートの厚みを薄くすることで、最上部のプ
レートのみ小径の穴を作製することが容易になり、それ
を積層することで、量産時においても、被加工物の直下
に相当する穴径は保持しながらも、レーザ加工くずによ
る目詰まりを防止することができる。

【００２９】なお、前記貫通孔の具体的な形状に特別の
制約はない。

【００３０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態として
被加工物であるセラミックグリーンシートへのＣＯ₂レ
ーザを用いたビアホール形成について図面を用いて説明
する。なお、以下に示す実施形態は本発明を具体化した
一例であって、本発明の技術的範囲を限定するものでは
ない。

【００３１】（実施形態１）図１は、本発明の実施形態
１のレーザ加工装置の断面図である。本実施形態のレー
ザ加工装置は、被加工物３を載置する吸着プレート１
と、前記吸着プレート１を保持する保持台２とを備え、
前記被加工物３に前記レーザ光４を照射して加工を行な
うレーザ加工装置であって、前記レーザ光４が照射され
る被加工物３の直下に相当する前記吸着プレート１の複
数の部分に貫通孔５を設けると共に、前記レーザ光４が
照射されない前記吸着プレート１の複数の部分に貫通孔
６を設けている。

【００３２】前記被加工物３のセラミックグリーンシー
トは、Ａｌ₂Ｏ₃を主成分とするセラミック粉末と珪酸ガ
ラスとを無機成分とし、有機バインダー、可塑剤、溶剤
を混合してスラリーとなし、このスラリーをドクターブ
レード方式でキャリアフィルム７上にシート状に供給し
てシートとなし、その後に乾燥工程を連続的に行なって
形成される。

【００３３】図１に示すように、前記キャリアフィルム
７が付いたセラミックグリーンシート、即ち、被加工物
３をＸＹテーブル上に固定された本実施形態のレーザ加
工装置に配置する。これにより、キャリアフィルム７に
支持された状態で被加工物３を取り扱うことが可能にな
るため、被加工物３の変形や歪みの発生を抑制して、集
光レンズ８と被加工物３との距離を一定に保ち、貫通孔
の寸法精度や位置精度を向上させることができ、また、
レーザ加工時におけるシート表面の加工残査による汚れ
を抑制することができる。このとき、被加工物３の面を
吸着プレート１の上面９に配置して吸着する。

【００３４】また、前記レーザ光４が照射される被加工
物３の直下に相当する前記吸着プレート１に設けられた
複数個の貫通孔５に対する吸引部１０ａと、前記レーザ
光４が照射されない前記吸着プレート１の部分に設けら
れた複数個の貫通孔６に対する吸引部１０ｂとが、それ
ぞれ独立して形成されている。

【００３５】また、前記吸着プレート１の上面９と、前
記保持台２の吸引穴の上面１１との距離が５ｍｍ以上に
設定してある。

【００３６】また、前記レーザ光４が照射される被加工
物３の直下に相当する前記吸着プレート１に設けられた
複数個の貫通孔５の直径が、レーザ加工を行なう被加工
物３のレーザ加工部１２の直径よりも１０〜１００μｍ
大きく設定してある。

【００３７】レーザ加工部１２は複数層の多層基板を作
製する際、複数の種類の異なった位置パターンの貫通孔
を形成する必要がある。吸着プレート１には複数の種類
におけるすべてのパターンの貫通孔を形成している。そ
のため、レーザを照射しない部分の貫通孔１３が複数個
存在することになる。すべてのパターンの貫通孔を形成
することにより、ある貫通孔のパターンをレーザで照射
するとき、吸着プレート１の貫通孔全てにレーザを照射
するわけではないので、レーザを照射しない部分の吸引
力を保つことができる。即ち、レーザ照射中の吸引力の
低下を抑制することが可能である。

【００３８】上記のように構成されたレーザ加工装置に
固定されたキャリアフィルム付きグリーンシートにＣＯ
₂レーザ発生装置のレーザ光源から放射されたパルス状
のビームを、回折格子を通過させて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セラミックグリ
ーンシートに照射して、セラミックグリーンシートの所
定の位置に複数個の貫通孔を同時に形成する。

【００３９】ガルバノスキャンミラーの反射角度を変え
ることにより、異なる位置に貫通孔を形成した後、ＸＹ
テーブルを所定量だけ移動させ、上記操作を繰り返し
て、セラミックグリーンシート全体の所定の位置に複数
個の貫通孔を形成する。

【００４０】本実施形態では、ＣＯ₂レーザを用いてい
るが、本発明においては、ＹＡＧレーザ、エキシマレー
ザ等の他のレーザを用いることも可能である。

【００４１】また、本実施形態では、被加工物にセラミ
ックグリーンシートを用いているが、本発明においては
金属、樹脂基板等の他のシートを用いることも可能であ
る。

【００４２】（実施形態２）図２は本発明にかかるレー
ザ加工装置の実施形態２の吸着プレートの断面図を示
す。本実施形態では、ステンレス板に、レーザ光が照射
される複数個の貫通孔２０２と、レーザ光が照射されな
い複数個の貫通孔２０３を金属エッチングにより形成し
たプレート２０１を複数枚作製し、それらを位置合わせ
しながら接着することで、吸着プレートを作製する。各
層別々に貫通孔を形成することで、金属エッチングが容
易になり、貫通孔のテーパーが抑制できる。また、穴径
の大きさが吸着プレートの厚みと比較して１／２以下の
穴を作製することができ、且つ吸引時にプレートのたわ
みが防げ、レーザ光の焦点を一定に保って、グリーンシ
ートに貫通孔を形成することができる。

【００４３】本実施形態では吸着プレートの作製にステ
ンレス板を用いて金属エッチングで貫通孔を形成した
が、アクリル板、ベーク板などを用い、プレス、切削加
工などによってプレート上に貫通孔を作製することも可
能である。

【００４４】（実施形態３）図３は本発明にかかるレー
ザ加工装置の実施形態３の吸着プレートの断面図を示
す。本実施形態では、ステンレス板に、レーザ光が照射
される複数個の貫通孔２０２と、レーザ光が照射されな
い複数個の貫通孔２０３を金属エッチングにより形成し
たプレート３０１を作製し、また、先に作製したプレー
ト３０１と同じ位置に、先に作製したプレートより５０
μｍ大きな穴径のプレート３０２を複数枚作製し、先に
作製したプレート３０１を最上層として、５０μｍ大き
な穴径のプレート３０２を複数枚位置合わせしながら接
着し、吸着プレートを作製する。各層別々に貫通孔を形
成することで、金属エッチングが容易になり、貫通孔の
テーパーが抑制できる。また、穴径の大きさが吸着プレ
ートの厚みと比較して１／２以下の穴を作製することが
でき、且つ吸引時にプレートのたわみが防げ、レーザ光
の焦点を一定に保って、グリーンシートに貫通孔を形成
することができる。また、最上層のみ穴径を大きくする
ことで、量産加工時のレーザくずによる穴詰まりを防止
でき、掃除の必要がなくなり生産性が向上する。

【００４５】本実施形態では吸着プレートの作製にステ
ンレス板を用いて金属エッチングで貫通孔を形成した
が、アクリル板、ベーク板などを用い、プレス、切削加
工などによってプレート上に貫通孔を作製することも可
能である。

【００４６】（実施形態４）図４は本発明にかかるレー
ザ加工装置の実施形態４の吸着プレートの断面図を示
す。本実施形態では、ステンレス板に、レーザ光が照射
される複数個の貫通孔２０２と、レーザ光が照射されな
い複数個の貫通孔２０３を金属エッチングにより形成し
たプレート４０１を作製し、また、別のステンレス板に
先に作製したプレート４０１と同じ位置に、５０μｍ大
きな穴径のプレート４０２を複数枚作製し、先に作製し
たプレート４０１を最上層として、５０μｍ大きな穴径
のプレート４０２を複数枚位置合わせしながら接着する
ことで吸着プレートを作製する。各層別々に貫通孔を形
成することで、金属エッチングが容易になり、貫通孔の
テーパーが抑制できる。また、穴径の大きさが吸着プレ
ートの厚みと比較して１／２以下の穴を作製することが
でき、且つ吸引時にプレートのたわみが防げ、レーザ光
の焦点を一定に保って、グリーンシートに貫通孔を形成
することができる。また、最上層のみ穴径を小さくし、
板の厚みを薄くすることで１００μｍ以下の穴径の加工
が可能となり、また量産加工時のレーザくずによる穴詰
まりを防止でき、掃除の必要がなくなり生産性が向上す
る。

【００４７】本実施形態では吸着プレートの作製にステ
ンレス板を用いて金属エッチングで貫通孔を形成した
が、アクリル板、ベーク板などを用い、プレス、切削加
工などによってプレート上に貫通孔を作製することも可
能である。

【００４８】

【発明の効果】以上のように、本発明のレーザ加工装置
は、被加工物に複数個の微小な貫通孔をレーザ光により
穴開け加工を行なうレーザ加工装置において、被加工物
が安定した吸引により固定され、集光レンズと被加工物
との距離を一定に保つことができ、レーザ光反射による
加熱変形を生じないことから、平行性、貫通性の良い加
工を高い精度で形成することができる。また、吸着プレ
ートを複数枚で構成することで、量産性に優れた、微小
穴を形成することができる

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態１のレーザ加工装置の断面図
である。

【図２】本発明の実施形態２の吸着プレートの断面図で
ある。

【図３】本発明の実施形態３の吸着プレートの断面図で
ある。

【図４】本発明の実施形態４の吸着プレートの断面図で
ある。

【図５】従来のレーザ加工装置の断面図である。

【図６】従来のレーザ加工装置の正面図である。

【図７】従来のレーザ加工装置の断面図である。

【符号の説明】

１吸着プレート２保持台３被加工物４レーザ光５レーザ加工部直下の貫通孔６レーザ加工部以外の貫通孔７キャリアフィルム８集光レンズ９吸着プレートの上面１０ａ，１０ｂ吸引部１１保持台の吸引穴の上面１２レーザ加工部１３レーザ加工部直下のレーザを照射しない部分の貫
通孔２０１プレート２０２レーザ光が照射される部分の貫通孔２０３レーザ光が照射されない部分の貫通孔３０１プレート３０２プレート４０１プレート４０２プレート５０１吸着プレート５０２保持台５０３被加工物５０４貫通孔５０５真空排気部５０６レーザ加工部直下に貫通孔がない部分５０７レーザ加工部直下に貫通孔がある部分６０１被加工物６０２固定側クランプ６０３可動側クランプ６０４付勢シリンダ７０１可撓性材料７０２加工穴７０３貫通穴７０４支持板７０５空間部７０６排気ダクト

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被加工物を載置する吸着プレートと、前
記吸着プレートを保持する保持台とを備え、前記被加工
物にレーザ光を照射して加工を行なうレーザ加工装置で
あって、前記レーザ光が照射される被加工物の直下に相
当する前記吸着プレートの複数の部分に貫通孔を設ける
と共に、前記レーザ光が照射されない前記吸着プレート
の複数の部分に貫通孔を設けたことを特徴とするレーザ
加工装置。
【請求項２】前記レーザ光が照射される被加工物の直
下に相当する前記吸着プレートに設けられた複数個の貫
通孔に対する吸引部と、前記レーザ光が照射されない前
記吸着プレートの部分に設けられた複数個の貫通孔に対
する吸引部とが、それぞれ独立している請求項１に記載
のレーザ加工装置。
【請求項３】前記吸着プレートの上面と、前記保持台
の吸引穴の上面との距離が５ｍｍ以上である請求項１に
記載のレーザ加工装置。
【請求項４】前記レーザ光が照射される被加工物の直
下に相当する前記吸着プレートに設けられた複数個の貫
通孔の直径が、レーザ加工を行なう被加工物の加工部の
直径よりも１０〜１００μｍ大きい請求項１に記載のレ
ーザ加工装置。
【請求項５】前記吸着プレートが、複数枚のプレート
の積層体からなる請求項１に記載のレーザ加工装置。
【請求項６】前記吸着プレートが複数枚のプレートの
積層体からなり、最上部のプレートに設けられた貫通孔
の直径より、他の下部のプレートに設けられた貫通孔の
直径が大きい請求項１に記載のレーザ加工装置。
【請求項７】前記吸着プレートが複数枚のプレートの
積層体からなり、最上部のプレートの厚みが他の下部の
プレートの厚みより薄く、且つ最上部のプレートに設け
られた貫通孔の直径より、他の下部のプレートに設けら
れた貫通孔の直径が大きい請求項１に記載のレーザ加工
装置。