JP2003080386A - レーザ加工装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】簡便な手段によって、レーザビームを照射する
加工位置の移動を高速度で精度よく行える経済的なレー
ザ加工装置を提供する。 【解決手段】高密度多層配線基板のビアホールなど多数
の微小孔の加工を行うのに適したレーザ加工装置であ
る。この装置はレーザビームをワーク面上のＸ軸方向に
振らせて照射するためガルバノメータにスキャンミラー
を備えたＸスキャナ手段５をレーザ発振装置１に設けて
いる。そして、ワークＷのＸ軸方向をＸスキャナ手段５
の焦点距離の軌跡と一致させて保持するワーク保持具１
０を配置している。さらに加工点をＹ軸方向に移動させ
るため、レーザ発振装置１またはワーク保持具１０をＹ
軸方向に移動可能なＹステージ１５に搭載している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は薄板に小孔を加工す
るレーザ加工装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、電子装置に用いられる高密度多
層配線基板には、信号線の導通をとるためのビアホール
と呼ばれる微小孔が多数設けられているが、この微小孔
の加工は近年レーザ加工装置で行われることが多くなっ
ている。

【０００３】この加工に使用される一般的なレーザ加工
装置は、レーザ発振装置を固定し、ワークをＸＹ方向に
移動可能なＸＹステージに固定している。そして、ＸＹ
ステージを駆動して所定の加工位置へ移動させて加工し
ている。この装置は汎用性が高く種々の製品加工に適用
できるが、ＸＹステージの移動速度に限界があり、多数
の微小孔を加工する場合には加工位置への移動に多くの
時間を費やすという難点がある。

【０００４】そこで、このような加工には図３に示すよ
うに、ガルバノメータにスキャンミラーを備えたＸＹス
キャナ手段３６とｆθレンズ３１を備えて、レーザビー
ム２をＸ軸方向およびＹ軸方向に振らせて加工位置の移
動を行いながら、ＸＹステージ３０に固定したワークＷ
へ照射するようにしたレーザ加工装置も使用されてい
る。

【０００５】また、図４に示すように、レーザ発振器１
からミラー３２、３３を介してビームスプリッタ３４で
レーザビームを分光し、それぞれ、ＸＹスキャナ手段３
６およびｆθレンズ３１を介してワークＷへ同時に照射
するようにして加工効率を向上させたものも提案（特開
平１０−３２３７８５号公報）されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記のＸＹスキャナ手
段３６とｆθレンズを用いたレーザ加工装置は、ＸＹス
テージによってワークを移動させるものに比べて、かな
り高速で加工位置へ移動させることができる。しかしな
がら、ｆθレンズが高価であるばかりでなく、ワーク面
上における動作範囲が一辺５０ｍｍと小さく、一辺が３
００〜６００ｍｍあるワークを加工するには、動作範囲
の加工を行った後、ＸＹステージによって次の動作範囲
へ順次移動させるが、ＸＹスキャナ手段３６の作動によ
る移動位置とＸＹステージの作動による移動位置の精度
を整合させるのが難しいという問題がある。

【０００７】また、図４に示したＸＹスキャナ手段３６
とｆθレンズ３１を２組備えたものは、加工効率を上げ
ることができるが、さらに高価な装置になってしまうと
いう欠点がある。そこで、本発明は簡便な手段によっ
て、レーザビームを照射する加工位置の移動を高速度で
精度よく行える経済的なレーザ加工装置を提供すること
を目的とするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明では次の手段を採った。即ち、レーザビーム
をワーク面上のＸ軸方向に振らせて照射するためガルバ
ノメータにスキャンミラーを備えたＸスキャナ手段をレ
ーザ発振装置に付設し、ワークのＸ軸方向を該Ｘスキャ
ナ手段の焦点距離の軌跡と一致させて保持するワーク保
持具を配置し、該レーザ発振装置またはワーク保持具を
Ｙ軸方向に移動可能なＹステージに搭載したことを特徴
としている。

【０００９】本発明はワークをＸ軸方向がＸスキャナ手
段の焦点距離の軌跡と一致するように凹曲面に保持し、
ワークのＸ軸方向の１ラインに存在する全加工位置への
移動をＸスキャナ手段のみによって行い、次のラインへ
はＹステージで移動させるようにしたものである。

【００１０】加工する穴径はレーザビームのスポット径
を光学的に調整することによって定める。また、ワーク
Ｗの材質は特に問わない。例えばチップ型の積層電子部
品に使用されるセラミックグリーンシートは勿論、フェ
ルトなどの非金属も含まれる。また、ワークの厚さも特
に限定しない。

【００１１】なお、Ｘスキャナ手段は原則としてＸ軸方
向のみに振らせるものを使用するが、Ｙ軸方向にも振ら
せてもよい。ただし、ワークのＹ軸方向は平面であるの
で、加工精度の点で許される範囲に限定される。ワーク
保持具は、ワークＷのＸ軸方向がＸスキャナ手段の焦点
距離の軌跡に一致する凹曲面に保持できるものであれ
ば、その手段は特に限定しないが、請求項２に記載のよ
うに、上面にＸスキャナ手段の焦点距離の軌跡と一致す
る凹曲面を有する受け金具と、該凹曲面に嵌合する凸曲
面を有しワークを上方から挟持する押さえ金具とで構成
するのが簡便である。この場合、ワークをＹ軸方向に緊
張させて保持するのが望ましい。なお、受け金具の凹曲
面および押さえ金具の凸曲面はワークのＸ軸方向の全面
に連続して形成したものに限定するものではない。

【００１２】同じ加工を連続して行う場合やワークのＸ
軸方向の長さが同じであるものを加工する場合は、請求
項３に記載のように、レーザ発振装置をＹステージに設
け、ワーク保持具をベースフレームに固設し、ワーク保
持具のＹ軸方向前方に加工前のシート状のワークを巻き
付けたワークローラを設けるとともに、Ｙ軸方向後方に
加工後のワークを巻き取る巻取りローラを設けた装置と
すれば、ワークのワーク保持具への取り付け作業が簡便
で、レーザ加工時間の稼働率を上げることができる。な
お、この請求項におけるワーク保持具は、請求項２に記
載のワーク保持具に限定されるものではない。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明のレーザ加工装置の
実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明
のレーザ加工装置による加工の説明図である。レーザ発
振器と集光レンズ３を収納したレーザ発振装置にガルバ
ノメータにスキャンミラーを備えたＸスキャナ手段５を
設け、ワークＷをワーク保持具１０にワークＷの表面が
Ｘスキャナ手段５の焦点距離の軌跡に一致した凹曲面に
保持する。そして、Ｘスキャナ手段５によってＸ軸方向
に振らせて順次所定の位置でレーザ発振器からパルス状
のレーザビーム２を照射し、集光レンズ３を介しワーク
ＷのＸ軸方向の１ラインの全加工位置について加工す
る。

【００１４】次に、レーザ発振装置またはワーク保持具
をＹステージでＹ軸方向に移動させて次のＸ軸方向の加
工位置について同様に加工する。なお、Ｘスキャナ手段
５とＹステージの移動およびレーザビームの照射はＮＣ
制御装置の指令で行う。次に、具体的な実施の形態を図
２に基づいて説明する。

【００１５】前部にＸスキャナ手段５が付設されたレー
ザ発振装置１がＹ軸方向に移動可能なＹステージ１５に
搭載されている。ワークＷは薄板のシート状でワークロ
ーラ２１に巻き付けられており、ローラ２２，２３、ワ
ーク保持具１０、ローラ２４，２５を介して巻取りロー
ラ２６で巻き取るようにしている。

【００１６】ワーク保持具１０は、Ｙステージ１５と平
行に敷設したベースフレーム２９上に凹曲面を有する受
け金具１１、１３が間隔をおいて設けられ、その上部に
該凹曲面に嵌合する凸曲面を有する押さえ金具１２，１
４が設けられている。この押さえ金具１２，１４は、図
示してないが、それぞれシリンダで受け金具１１，１３
に昇降可能に取り付けられている。

【００１７】Ｘスキャナ手段５は、ワークＷのＹ軸方向
の中心線に一致させて設けられており、Ｙステージ１５
を作動させたときは、Ｘスキャナ手段５はワークＷのＹ
軸方向の中心線上を移動する。また、受け金具１１，１
３の凹曲面はＸスキャナ手段５がＸ軸方向にレーザビー
ム２を走査したときの焦点距離の軌跡に一致させてい
る。

【００１８】なお、２８はワークローラ２１を駆動させ
るモータで、２７は巻取りローラ２６を駆動するモータ
である。また、受け金具１１，１３はベースフレーム２
９にＹ軸方向に移動可能に設けられており、両者の間隔
を適宜変更できるようにしている。また、ローラ２３お
よびローラ２４はワークＷをワーク保持具１０へスムー
ズに供給できるように、中央部に向かって径が暫時小さ
くなるように形成されている。

【００１９】次に、このように構成されたレーザ加工装
置の作用を説明する。シート状のワークＷはワークロー
ラ２１に巻き付けられた状態で搬入され、ワーク保持具
１０の押さえ金具１２，１４を上昇させた状態で、ワー
クＷを引き出し、ローラ２２，２３、ワーク保持具１０
の受け金具１１，１３、およびローラ２４，２５を介
し、巻取りローラ２６に１巻きほど巻き付けてセットす
る。そして、押さえ金具１２，１４を下降させ、ワーク
Ｗを受け金具１１，１３に密着するように挟持する。こ
れにより、ワークＷはＸ軸方向がＸスキャナ手段５の焦
点距離の軌跡に一致するように保持される。そして、ワ
ーク保持具１０で凹曲面に保持された加工面（加工領
域）についてレーザ加工を行う。

【００２０】レーザ加工は、ＮＣ制御装置１７からの指
令で行われる。まず、Ｙステージ１５の駆動モータ１６
を駆動させてレーザ発振装置１をワークＷの左側（受け
金具１１寄り）に位置させ、Ｘスキャナ手段５をワーク
ＷのＸ軸方向に走査させながら順次所定の位置でレーザ
発振装置１をＯＮさせてパルス状のレーザビーム２を照
射する。

【００２１】ワークＷのＸ軸方向の１ラインの加工が終
わったら、Ｙステージ１５を移動させＸスキャナ手段５
を次のＸ軸方向のラインに移動させ、同様にＸ軸方向に
走査させながら加工する。これを繰り返して受け金具１
３の近傍まで加工したら、押さえ金具１２，１４を上昇
させ、モータ２７を駆動して加工が終了した分巻取りロ
ーラ２６で巻き取る。そして、上記と同じ操作で次の加
工領域の加工を行う。

【００２２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の薄板のレ
ーザ加工装置は、Ｘスキャナ手段をレーザ発振装置に付
設し、ワークのＸ軸方向を該Ｘスキャナ手段の焦点距離
の軌跡と一致させて保持するワーク保持具を配置し、該
レーザ発振装置またはワーク保持具をＹ軸方向に移動可
能なＹステージに搭載したので、Ｘスキャナ手段からワ
ーク面までの距離を大きくすることができ、Ｘスキャナ
手段をワークのＸ軸方向の全範囲を走査させることがで
きる。したがって、ｆθレンズを使用しＸＹスキャナー
とＸＹステージで加工位置に移動させる従来の装置に比
べ、Ｘ軸方向の移動は１つの駆動装置（Ｘスキャナ手
段）で行うので、移動速度が速く、加工位置の精度も高
くなり、また、Ｘスキャナ手段をＸ軸方向へ移動させる
Ｘステージを必要としないので装置も簡素で精度の高い
ものにでき、また制御手段も簡素なものにできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のレーザ加工装置の加工の概要を示す説
明図である。

【図２】本発明の実施の形態を示す斜視図である。

【図３】従来のレーザ加工装置の概要を示す説明図であ
る。

【図４】同 別の従来のレーザ加工装置の概要を示す説
明図である。

【符号の説明】

１…レーザ発振装置 ２…レーザビーム ３…集光レンズ ５…Ｘスキャナ手段 １０…ワーク保持具 １１…受け金具 １２…押さえ金具 １３…受け金具 １４…押さえ金具 １５…Ｙステージ １６…駆動モータ １７…ＮＣ制御装置 ２１…ワークローラ ２２，２３…ローラ ２４，２５…ローラ ２６…巻取りローラ ２７，２８…モータ ２９…ベースフレーム ３０…ＸＹステージ ３１…ｆθレンズ ３２，３３…ミラー ３４…ビームスプリッタ ３５…ミラー ３６…ＸＹスキャナ手段 Ｗ…ワーク

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】レーザビームをワーク面上のＸ軸方向に振
   らせて照射するためガルバノメータにスキャンミラーを
   備えたＸスキャナ手段をレーザ発振装置に付設し、ワー
   クのＸ軸方向を該Ｘスキャナ手段の焦点距離の軌跡と一
   致させて保持するワーク保持具を配置し、該レーザ発振
   装置またはワーク保持具をＹ軸方向に移動可能なＹステ
   ージに搭載したことを特徴とするレーザ加工装置。
2. 【請求項２】前記ワーク保持具は上面にＸスキャナ手段
   の焦点距離の軌跡と一致する凹曲面を有する受け金具
   と、該凹曲面に嵌合する凸曲面を有しワークを上方から
   挟持する押さえ金具とからなる請求項１記載のレーザ加
   工装置。
3. 【請求項３】前記レーザ発振装置をＹステージに設け、
   ワーク保持具をベースフレームに固設し、ワーク保持具
   のＹ軸方向前方に加工前のシート状のワークを巻き付け
   たワークローラを設けるとともに、Ｙ軸方向後方に加工
   後のワークを巻き取る巻取りローラを設けたことを特徴
   とする請求項１記載のレーザ加工装置。