JP2003290957A - レーザ加工方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 加工時間を短くし、かつ加工品質を高めるこ
とが可能なレーザ加工方法を提供する。 【解決手段】 表面上に、複数の単位領域が画定された
加工対象物を準備する。パルスレーザビームの走査可能
範囲内に１つの単位領域が配置されるように加工対象物
を配置する。パルスレーザビームを走査することによっ
て、走査可能範囲内に配置された単位領域内の複数の加
工点にパルスレーザビームを入射させて穴を形成する。
穴が形成された単位領域及びそれに隣接する単位領域が
走査可能範囲に配置されるように加工対象物を移動させ
る。パルスレーザビームを走査することによって、走査
可能範囲内に配置された２つの単位領域内の加工点にパ
ルスレーザビームを入射させる。穴が形成されている単
位領域内においては、既に形成されている穴が深くな
り、初めて走査可能範囲内に配置された単位領域内にお
いては、新たに穴が形成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、レーザ加工方法に
関し、特にパルスレーザビームの走査と加工対象物の移
動とを組み合わせて、加工対象物に複数の穴を形成する
レーザ加工方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】特許第３０７７５３９号公報に、加工対
象物に複数の穴を形成するレーザ加工方法が開示されて
いる。この方法によると、レーザビームを走査すること
により、加工対象物の表面上の１つの矩形平面領域内の
加工を行う。その後、加工対象物を移動させて、既に加
工が行われた矩形平面領域と重なることなく隣接した他
の矩形平面領域内の加工を行う。これを繰り返すことに
より、加工対象物の全面の加工を行うことができる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、加工
時間を短くし、かつ加工品質を高めることが可能なレー
ザ加工方法を提供することである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明の一観点による
と、（ａ）表面上に、少なくとも１列に並んで配置され
た複数の単位領域が画定された加工対象物を準備する工
程と、（ｂ）レーザビーム走査手段で走査されるパルス
レーザビームの走査可能範囲内に、前記加工対象物の表
面上に画定された少なくとも１つの単位領域が配置され
るように前記加工対象物を配置する工程と、（ｃ）パル
スレーザビームを走査することによって、前記工程
（ｂ）で前記走査可能範囲内に配置された単位領域内の
複数の加工点に順番にパルスレーザビームを入射させて
穴を形成する工程と、（ｄ）前記工程（ｃ）で穴が形成
された単位領域及びそれに隣接する単位領域が、パルス
レーザビームの走査可能範囲に配置されるように前記加
工対象物を移動させる工程と、（ｅ）パルスレーザビー
ムを走査することによって、前記工程（ｂ）で前記走査
可能範囲内に配置された少なくとも２つの単位領域内の
加工点にパルスレーザビームを入射させ、既に前記工程
（ｃ）で穴が形成されている単位領域内においては、既
に形成されている穴を深くし、前記工程（ｄ）で初めて
前記走査可能範囲内に配置された単位領域内において
は、新たに穴を形成する工程とを有するレーザ加工方法
が提供される。

【０００５】本発明の他の観点によると、（ｆ）レーザ
ビーム走査手段で走査されるパルスレーザビームの走査
可能範囲内に表面の一部が含まれるように加工対象物を
配置し、該走査可能範囲内の加工点にパルスレーザビー
ムを順番に入射させて該加工点に穴を形成する工程と、
（ｇ）既に穴が形成された領域の一部が前記走査可能範
囲内に残り、前記加工対象物の表面のうち未だ穴の形成
されていない一部の領域が新たに前記走査可能範囲内に
配置されるように前記加工対象物を移動させる工程と、
（ｈ）パルスレーザビームを走査することによって、前
記走査可能範囲内の加工対象物の表面の加工点にパルス
レーザビームを入射させ、前記走査可能範囲内に位置す
る穴を深くし、前記工程（ｇ）で初めて前記走査可能範
囲内に配置された領域内の加工点に穴を形成する工程
と、（ｉ）前記工程（ｇ）と工程（ｈ）とを繰り返し実
行する工程とを有するレーザ加工方法が提供される。

【０００６】上記方法を採用することにより、従来方法
に比べて加工時間を短縮することができる。

【０００７】

【発明の実施の形態】図１に、本発明の実施例によるレ
ーザ加工方法で使用されるレーザ加工装置の概略図を示
す。レーザ光源１が、加工用のパルスレーザビームを出
射する。レーザ光源１として、例えばＮｄ：ＹＡＧレー
ザ、Ｎｄ：ＹＬＦレーザ、Ｎｄ：ＹＶＯ₄レーザ、また
はこれらの高調波を発生させるレーザ、炭酸ガスレーザ
等が使用される。

【０００８】レーザ光源１から出射したレーザビーム
が、マスク２に入射する。マスク２に設けられた貫通孔
を通過したレーザビームが、折り返しミラー３に入射す
る。折り返しミラー３で反射されたレーザビームが、ガ
ルバノスキャナ４に入射する。ガルバノスキャナ４は、
一対の揺動可能な反射鏡を含んで構成され、レーザビー
ムを２次元方向に走査する。ガルバノスキャナ４で走査
されたレーザビームがｆθレンズ５で集束され、ＸＹス
テージ６に保持された加工対象物８に入射する。ｆθレ
ンズ５は、マスク２の貫通孔を加工対象物８の表面上に
結像させる。ＸＹステージ６は、加工対象物８を、その
表面に平行な２次元方向に移動させることができる。

【０００９】加工対象物８は、例えばプリント配線板、
テープ自動ボンディング（ＴＡＢ）用テープ、セラミッ
クグリーンシート等である。

【００１０】図２を参照して、本発明の実施例によるレ
ーザ加工方法について説明する。図２（Ａ）〜（Ｄ）
は、加工対象物８の平面図を示す。加工対象物８の表面
上に、格子状に配置された複数の単位領域１０が画定さ
れている。単位領域１０の各々の内部に、穴を形成すべ
き複数の加工点が画定されている。例えば、単位領域１
０は４行８列に配置されており、各単位領域１０の縦方
向及び横方向の長さは、それぞれ５０ｍｍ及び２５ｍｍ
である。行方向に隣り合う２つの単位領域１０により、
一辺の長さが５０ｍｍの正方形が構成される。

【００１１】図１に示したガルバノスキャナ４を動作さ
せることにより、走査可能範囲２０内の任意の点にレー
ザビームを入射させることができる。走査可能範囲２０
の平面形状は、例えば一辺の長さが５０ｍｍの正方形で
ある。

【００１２】図２（Ａ）に示すように、最初に加工すべ
き単位領域１０（１）が走査可能範囲２０内に配置され
るように、加工対象物８を移動させる。図２（Ａ）で
は、最初に加工すべき単位領域１０（１）が加工対象物
８の左下隅に位置する場合を示している。単位領域１０
（１）の右隣の単位領域１０（２）は、走査可能範囲２
０の外に配置される。

【００１３】図１に示したガルバノスキャナ４を動作さ
せてパルスレーザビームを走査し、単位領域１０（１）
内の加工点にパルスレーザビームを１ショットずつ入射
させ、各加工点に穴を形成する。

【００１４】図２（Ｂ）に示すように、加工対象物８を
移動させて、単位領域１０（１）及びその右隣の単位領
域１０（２）を走査可能範囲２０内に配置させる。ガル
バノスキャナ４を動作させてパルスレーザビームを走査
し、単位領域１０（１）及び単位領域１０（２）内の加
工点にパルスレーザビームを１ショットずつ入射させ
る。単位領域１０（１）内においては、既に形成されて
いる穴がより深くなる。単位領域１０（２）内において
は、新たに穴が形成される。単位領域１０（１）内の各
加工点には、合計で２ショットのパルスレーザビームが
入射したことになる。本実施例では、２ショットのパル
スレーザビームにより必要な深さの穴が形成される。

【００１５】図２（Ｃ）に示すように、単位領域１０
（２）及びその右隣の単位領域１０（３）が走査可能範
囲２０内に配置されるように加工対象物８を移動させ、
走査可能範囲２０内に配置された単位領域１０（２）及
び１０（３）内の加工点にパルスレーザビームを入射さ
せる。

【００１６】図２（Ｄ）に示すように、単位領域１０
（３）及びその右隣の単位領域１０（４）が走査可能範
囲２０内に配置されるように加工対象物８を移動させ、
走査可能範囲２０内に配置された単位領域１０（３）及
び１０（４）内の加工点にパルスレーザビームを入射さ
せる。図２（Ｄ）に示した右下隅の単位領域１０の加工
が終了すると、加工対象物８を縦方向に移動させ、下か
ら２番目の行の単位領域１０の加工を行う。

【００１７】加工対象物８の移動と、パルスレーザビー
ムの走査とを繰り返すことにより、加工対象物８の表面
上の全ての単位領域１０内を加工することができる。

【００１８】次に、上記実施例によるレーザ加工方法の
加工時間について説明する。単位領域１０内に１ｍｍピ
ッチで２５×５０個の加工点が画定されているとする。
ガルバノスキャナ４でレーザビームを１ｍｍ走査するの
に必要な時間を０．７ｍｓとする。

【００１９】１つの単位領域１０内の全ての加工点にパ
ルスレーザビームを入射させるために必要な走査時間
は、０．７ｍｓ×２５×５０＝８７５ｍｓである。最下
行の８個の単位領域１０内の全ての加工点を走査するの
に必要な時間は、８７５ｍｓ×２×８＝１４ｓである。
実施例の場合には、単位領域１０が４行に配置されてい
るため、全ての単位領域１０を加工するのに必要な走査
時間は、１４ｓ×４＝５６ｓである。

【００２０】パルスレーザビームの走査が終わると、Ｘ
Ｙステージ６で加工対象物８を横方向に２５ｍｍ移動さ
せる。この移動時間を０．２ｓとする。また、加工対象
物８を縦方向に５０ｍｍ移動させるのに必要な時間を
０．４ｓとする。１つの行に並ぶ８個の単位領域１０を
加工するときに、加工対象物８は８回移動する。実施例
の場合には、単位領域１０が４行に配置されているた
め、全ての単位領域１０を加工するために必要なＸＹス
テージ６の移動時間は、０．２ｓ×８×４＋０．４ｓ×
３＝７．６ｓである。

【００２１】パルスレーザビームのパルス幅を０．０５
ｍｓとすると、全ての加工点にパルスレーザビームが入
射する時間は、０．０５ｍｓ×２５×５０×３２×２＝
４ｓである。ここで、左辺の３２は、単位領域１０の数
であり、左辺の２は、１つの加工点に入射するショット
数である。上述の走査時間、ＸＹステージ６の移動時
間、及びパルスレーザビームの入射時間を合計すると、
６７．６ｓになる。

【００２２】なお、図２（Ａ）に示した単位領域１０
（１）の加工を行うときに、図２（Ｅ）に示すように、
単位領域１０（１）及び１０（２）が走査可能範囲２０
内に配置してもよい。この状態で、単位領域１０（１）
のみの加工を行うことも可能である。この場合には、図
２（Ｅ）に示したように単位領域１０（１）を加工して
から、図２（Ｂ）に示した単位領域１０（１）及び１０
（２）を加工するまでに加工対象物８を移動させる必要
はない。従って、ＸＹステージ６の移動時間はさらに短
くなる。

【００２３】同様に、図２（Ｅ）の右端の単位領域を加
工するときにも、加工対象物８を移動させる必要がな
い。このため、１つの行の単位領域１０を加工するとき
に、ＸＹステージ６の移動回数を２回分省略することが
できる。

【００２４】次に、比較の為に、加工対象物８の表面上
において走査可能範囲２０が重ならないようにＸＹステ
ージ６を移動させる従来の方法で加工を行う場合の時間
について説明する。この方法では、図２（Ａ）に示した
相互に行方向に隣り合う２つの単位領域１０が１回の走
査によって加工される。ガルバノスキャナ４による走査
時間は、０．７ｍｓ×５０×５０×１６＝２８ｓであ
る。ここで、左辺の１６は、２つの単位領域を１組と考
えたときの全組数である。

【００２５】パルスレーザビームのパルス周波数を１ｋ
Ｈｚ（周期１ｍｓ）とし、パルス幅を０．０５ｍｓとす
る。１つの加工点に２ショット入射させるのに必要な時
間は、１ｍｓ＋０．０５ｍｓ＝１．０５ｍｓである。

【００２６】加工点にパルスレーザビームを入射させる
時間の合計は、１．０５ｍｓ×５０×５０×１６＝４２
ｓである。

【００２７】加工対象物を５０ｍｍ移動させるのに必要
な時間を０．４ｓとすると、加工対象物８の移動時間の
合計は、０．４ｓ×１５＝６ｓになる。上述の走査時
間、ＸＹステージ６の移動時間、及びパルスレーザビー
ムの入射時間を合計すると、加工時間は、７６ｓにな
る。

【００２８】この比較結果からわかるように、上記実施
例による加工方法を採用することにより、従来の加工方
法に比べて加工時間を短縮することができる。また、従
来の方法では、１つの加工点に２ショットが１ｍｓ間隔
で入射する。このため、１ショット目の入射による熱の
影響が、２ショット目の加工に影響を与え、加工品質が
低下してしまう。これに対し、上記実施例の場合には、
１つの加工点に１ショットが入射すると、パルスレーザ
ビームの走査時間とＸＹステージ６の動作時間が経過し
た後に、２ショット目が入射する。このため、２ショッ
ト目の加工時に、１ショット目の入射による熱の影響を
受けにくくなる。これにより、加工品質を高めることが
できる。

【００２９】上記実施例では、１つの加工点に２ショッ
トのパルスレーザビームを入射させて穴を形成する場合
について説明した。このため、図２（Ａ）〜（Ｄ）に示
した走査可能範囲２０が、その半分の領域を重複させな
がら加工対象物８の表面上を移動する。１つの加工点に
ｎショットのパルスレーザビームを入射させる場合に
は、走査可能範囲２０が、その（ｎ−１）／ｎの面積の
領域を重複させながら加工対象物８の表面上を移動する
ように加工対象物８を移動させればよい。

【００３０】図３を参照して、１つの加工点に３ショッ
トのパルスレーザビームを入射させて穴を形成する場合
の加工方法について説明する。この場合、走査可能範囲
２０は、３個の単位領域１０を内包することができる大
きさである。

【００３１】図３（Ａ）に示すように、左下隅の単位領
域１０（１）が走査可能範囲２０内に配置されるように
加工対象物８を移動させる。このとき、単位領域１０
（１）の右隣の単位領域１０（２）は、走査可能範囲２
０内に配置されていない。この状態で、単位領域１０
（１）内の加工を行う。

【００３２】図３（Ｂ）に示すように、単位領域１０
（１）及び１０（２）が走査可能範囲２０内に配置され
るように加工対象物８を移動させる。このとき、単位領
域１０（２）の右隣の単位領域１０（３）は、走査可能
範囲２０内に配置されていない。この状態で、単位領域
１０（１）および１０（２）内の加工を行う。

【００３３】図３（Ｃ）に示すように、単位領域１０
（１）〜１０（３）が走査可能範囲２０内に配置される
ように、加工対象物８を移動させる。この状態で単位領
域１０（１）〜１０（３）内の加工を行う。

【００３４】図３（Ｄ）に示すように、単位領域１０
（１）が走査可能範囲２０から外れ、単位領域１０
（４）が新たに走査可能範囲２０内に配置されるよう
に、加工対象物８を移動させる。この状態で単位領域１
０（２）〜１０（４）内の加工を行う。このように、走
査可能範囲２０が、その２／３の面積の領域を重複させ
ながら加工対象物８の表面上を移動するように加工対象
物８の移動を制御すればよい。

【００３５】なお、図３（Ａ）に示した単位領域１０
（１）内のみを加工するときに、図３（Ｅ）に示すよう
に、単位領域１０（１）〜１０（３）を走査可能範囲２
０内に配置してもよい。また、図３（Ｂ）に示した単位
領域１０（１）及び１０（２）内を加工するときに、図
３（Ｆ）に示すように単位領域１０（１）〜１０（３）
を走査可能範囲２０内に配置してもよい。図３（Ｅ）及
び図３（Ｆ）の状態で、それぞれ単位領域１０（１）内
のみの加工、及び単位領域１０（１）と１０（２）内の
加工を行うことにより、加工対象物８の移動回数を２回
分省略することができる。加工対象物８の右端において
も同様の加工方法を採用すると、１行分の単位領域１０
を加工するときに、加工対象物８の移動回数を４回分省
略することができる。

【００３６】走査可能範囲２０が、その（ｎ−１）／ｎ
の面積の領域を重複させながら加工対象物８の表面上を
移動するように加工対象物８を移動させる場合、図３
（Ｅ）及び図３（Ｆ）と同様の移動方法を採用すると、
１行分の単位領域１０を加工するときに移動回数を（ｎ
−１）×２回分省略することができる。また、ＸＹステ
ージ６の行方向のストロークを短くすることができる。
これにより、レーザ加工装置の省スペース化を図ること
ができる。

【００３７】上記実施例では、単位領域１０が格子状
（行列状）に配置されていたが、加工対象物の表面上に
単位領域が一列に並んでいる場合にも、上記実施例を適
用することができる。

【００３８】また、より一般的には、下記の工程を実施
することにより、加工対象物上の全加工点を加工するこ
とができる。

【００３９】まず、レーザビーム走査手段（ガルバノス
キャナ）で走査されるパルスレーザビームの走査可能範
囲２０内に表面の一部が含まれるように加工対象物を配
置する。走査可能範囲２０内の加工点にパルスレーザビ
ームを順番に入射させて加工点に穴を形成する。既に穴
が形成された領域の一部が走査可能範囲２０内に残り、
加工対象物の表面のうち未だ穴の形成されていない一部
の領域が新たに走査可能範囲２０内に配置されるように
加工対象物を移動させる。

【００４０】パルスレーザビームを走査することによっ
て、走査可能範囲２０内の加工対象物の表面の加工点に
パルスレーザビームを入射させる。走査可能範囲２０内
に位置する穴が深くなり、初めて走査可能範囲２０内に
配置された領域内の加工点に新たに穴が形成される。

【００４１】パルスレーザビームの走査と加工対象物の
移動とを繰り返すことにより、全加工点に穴を形成する
ことができる。

【００４２】以上実施例に沿って本発明を説明したが、
本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種
々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に
自明であろう。

【００４３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
パルスレーザビームの走査と、加工対象物の移動とを組
み合わせて加工対象物に複数の穴を形成する時間を短縮
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施例で使用されるレーザ加工装置
の概略図である。

【図２】 本発明の実施例によるレーザ加工方法を説明
するための加工対象物の平面図である。

【図３】 本発明の他の実施例によるレーザ加工方法を
説明するための加工対象物の平面図である。

【符号の説明】

１ レーザ光源 ２ マスク ３ 折り返しミラー ４ ガルバノスキャナ ５ ｆθレンズ ６ ＸＹステージ ８ 加工対象物 １０ 単位領域 ２０ 走査可能範囲

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 （ａ）表面上に、少なくとも１列に並ん
   で配置された複数の単位領域が画定された加工対象物を
   準備する工程と、 （ｂ）レーザビーム走査手段で走査されるパルスレーザ
   ビームの走査可能範囲内に、前記加工対象物の表面上に
   画定された少なくとも１つの単位領域が配置されるよう
   に前記加工対象物を配置する工程と、 （ｃ）パルスレーザビームを走査することによって、前
   記工程（ｂ）で前記走査可能範囲内に配置された単位領
   域内の複数の加工点に順番にパルスレーザビームを入射
   させて穴を形成する工程と、 （ｄ）前記工程（ｃ）で穴が形成された単位領域及びそ
   れに隣接する単位領域が、パルスレーザビームの走査可
   能範囲に配置されるように前記加工対象物を移動させる
   工程と、 （ｅ）パルスレーザビームを走査することによって、前
   記工程（ｂ）で前記走査可能範囲内に配置された少なく
   とも２つの単位領域内の加工点にパルスレーザビームを
   入射させ、既に前記工程（ｃ）で穴が形成されている単
   位領域内においては、既に形成されている穴を深くし、
   前記工程（ｄ）で初めて前記走査可能範囲内に配置され
   た単位領域内においては、新たに穴を形成する工程とを
   有するレーザ加工方法。
2. 【請求項２】 （ｆ）レーザビーム走査手段で走査され
   るパルスレーザビームの走査可能範囲内に表面の一部が
   含まれるように加工対象物を配置し、該走査可能範囲内
   の加工点にパルスレーザビームを順番に入射させて該加
   工点に穴を形成する工程と、 （ｇ）既に穴が形成された領域の一部が前記走査可能範
   囲内に残り、前記加工対象物の表面のうち未だ穴の形成
   されていない一部の領域が新たに前記走査可能範囲内に
   配置されるように前記加工対象物を移動させる工程と、 （ｈ）パルスレーザビームを走査することによって、前
   記走査可能範囲内の加工対象物の表面の加工点にパルス
   レーザビームを入射させ、前記走査可能範囲内に位置す
   る穴を深くし、前記工程（ｇ）で初めて前記走査可能範
   囲内に配置された領域内の加工点に穴を形成する工程
   と、 （ｉ）前記工程（ｇ）と工程（ｈ）とを繰り返し実行す
   る工程とを有するレーザ加工方法。
3. 【請求項３】 （ｊ）表面上に、少なくとも１列に並ん
   で配置された複数の単位領域が画定された加工対象物を
   準備する工程と、 （ｋ）レーザビーム走査手段で走査されるパルスレーザ
   ビームの走査可能範囲内に、一方の第１の端に位置する
   単位領域及びそれに連続する（Ｎ−１）個の単位領域が
   配置されるように前記加工対象物を配置する工程と、 （ｌ）パルスレーザビームを走査することによって、前
   記工程（ｋ）で前記走査可能範囲内に配置された単位領
   域のうち前記第１の端に位置する単位領域内の複数の加
   工点に順番にパルスレーザビームを入射させて穴を形成
   する工程と、 （ｍ）パルスレーザビームを走査することによって、前
   記工程（ｋ）で前記走査可能範囲内に配置されたＮ個の
   単位領域のうち前記第１の端側に位置する連続したＭ個
   の単位領域内の複数の加工点に順番にパルスレーザビー
   ムを入射させる手順をＭ＝２からＭ＝Ｎになるまで、Ｍ
   を１ずつ増加させながら実行し、前記第１の端側の（Ｍ
   −１）個の単位領域内においては、すでに形成された穴
   を深くし、それに連続する１つの単位領域内において
   は、新たに穴を形成する工程と、 （ｎ）前記走査可能範囲内に配置されている単位領域の
   うち前記第１の端側の１つの単位領域が前記走査可能範
   囲から外れ、前記走査可能範囲内に配置されている単位
   領域のうち前記第１の端とは反対側の単位領域に隣接す
   る１つの単位領域が新たに前記走査可能範囲内に配置さ
   れるように、前記加工対象物を移動させる工程と、 （ｏ）パルスレーザビームを走査することによって、前
   記工程（ｎ）の後に前記走査可能範囲内に配置されてい
   るＮ個の単位領域内の加工点にパルスレーザビームを入
   射させ、すでに穴が形成されている単位領域内において
   は、既に形成されている穴を深くし、前記工程（ｎ）で
   初めて前記走査可能範囲内に配置された単位領域内にお
   いては、新たに穴を形成する工程と、 （ｐ）前記工程（ｎ）と工程（ｏ）とを交互に繰り返し
   実行する工程とを有するレーザ加工方法。