JP2004209508A

JP2004209508A - レーザ加工方法及びレーザ加工装置

Info

Publication number: JP2004209508A
Application number: JP2002381097A
Authority: JP
Inventors: Shigeru Taguchi; 滋田口
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 2002-12-27
Filing date: 2002-12-27
Publication date: 2004-07-29

Abstract

【課題】穴の底面の形状を、穴の開口部の形状に近づける。
【解決手段】貫通孔を透過したパルスレーザビームを、第１の方向に厚さを有する加工対象物の表面上に入射させる。この際、貫通孔を、加工対象物の表面上に結像させる。第１の方向に、貫通孔の結像位置が移動するように、加工対象物と結像位置との少なくとも一方を移動させるとともに、加工対象物にパルスレーザビームを入射させる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザビームを照射して加工対象物に穴を開けるレーザ加工方法及びレーザ加工装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図４は、レーザビームを用いた、従来の穴開け加工に使用されるレーザ加工装置の概略図である。レーザ光源１、たとえばＣＯ_２レーザ発振器から、パルスエネルギ３０ｍＪのパルスレーザビームが出射する。パルスレーザビームは、たとえば円形の貫通孔２ａを有するマスク２により、ビーム断面を円形に整形された後、コリメーションレンズ３に入射する。コリメーションレンズ３は、入射したパルスレーザビームを平行光にして出射する。コリメーションレンズ３を出射したレーザビームは、必要に応じて配置される反射ミラー４、ｆθレンズ５を経て、たとえば鉛直上方から、加工対象物７に入射する。
【０００３】
加工対象物７は、たとえば、ガラス繊維で強化されたエポキシ樹脂で形成された支持層１３上に、厚さ１５μｍの金属層１２が積層され、更にその表面上に、厚さ１００μｍの樹脂層１１が積層された基板であり、ステージ８上に水平に保持されている。パルスレーザビームは、加工対象物７の樹脂層１１の上面から、同一箇所に複数ショット入射する。ｆθレンズ５は、貫通孔２ａを樹脂層１１の表面上に結像させる。貫通孔２ａの像は、たとえば直径が２ｍｍの円形である。加工対象物７には、樹脂層１１を貫通し、底面に金属層１２表面を露出させる穴が開く。樹脂層１１表面における穴の開口の縁は、たとえば直径１００μｍの円形状である。（たとえば、特許文献１参照。）
図５は、ｆθレンズ５により、貫通孔２ａを樹脂層１１の表面上に結像させて、３ショットのパルスレーザビームを入射させ、加工対象物７に形成した穴を示す概略的な平面図である。穴は、樹脂層１１を貫通し、底面に金属層１２表面を露出させる穴である。樹脂層１１表面における開口の縁を実線で示した。開口の縁は、直径が１００μｍの円形状であった。また、形成された穴の底面を点線で示した。穴の底面は、長径８０μｍ、短径７０μｍの楕円形状であった。穴の開口の縁は、結像位置で加工されているため、真円となる。穴の底面は、結像位置からはずれた位置で加工されているため、レーザビームのモードの影響を受けて、楕円になる。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１１−２７７２６１
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このように、たとえば厚い樹脂層を貫通する穴を形成する場合、穴の底面の形状が、開口の縁の形状と一致しない場合がある。この現象は、樹脂層の厚さが焦点深度よりも大きい場合に顕著に現れる。
【０００６】
本発明の目的は、穴の底面の形状を、穴の開口部の形状に近づけることのできるレーザ加工方法及びレーザ加工装置を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の一観点によれば、貫通孔を透過したパルスレーザビームを、第１の方向に厚さを有する加工対象物の表面上に入射させる工程であって、前記貫通孔を、前記加工対象物の表面上に結像させて、パルスレーザビームを入射させる工程と、前記第１の方向に、前記貫通孔の結像位置が移動するように、前記加工対象物と結像位置との少なくとも一方を移動させるとともに、前記加工対象物にパルスレーザビームを入射させる工程とを有するレーザ加工方法が提供される。
【０００８】
また、本発明の他の観点によれば、パルスレーザビームを出射するレーザ光源と、前記レーザ光源から出射されたパルスレーザビームの光路内に配置される貫通孔を有するマスクと、加工対象物を保持するステージと、前記貫通孔を透過したパルスレーザビームが入射し、前記貫通孔を前記ステージに保持された加工対象物上に結像させる結像レンズと、前記結像レンズ及び前記ステージの少なくとも一方を、パルスレーザビームの光軸方向に移動させる移動機構とを有するレーザ加工装置が提供される。
【０００９】
たとえば金属層の表面上に積層された樹脂層を貫通する穴を形成する場合に、このレーザ加工方法またはレーザ加工装置を用いると、まず、樹脂層の表面（上面）上に貫通孔を結像させて、樹脂層の表面近傍に、貫通孔の像に一致する形状の穴を形成し、次に、樹脂層の底面（下面）に貫通孔を結像させて、底面近傍の樹脂層に、貫通孔の像に一致する形状の穴を形成することができる。このため、樹脂層には、開口の縁の形状と、底面の形状とがほぼ一致する、高品質の穴が形成される。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施例によるレーザ加工方法に用いるレーザ加工装置の概略図である。図４に示した、従来の穴開け加工に用いるレーザ加工装置に、ガルバノボックス６及び制御装置１５が加入されている。その他の構成は、すべて図４のレーザ加工装置と等しい。
【００１１】
前述のように、レーザ光源１、たとえばＣＯ_２レーザ発振器から出射した、パルスエネルギ３０ｍＪのパルスレーザビームが、貫通孔２ａを有するマスク２、コリメーションレンズ３、反射ミラー４、ｆθレンズ５を経て、たとえば鉛直上方から加工対象物７の樹脂層１１に入射する。ｆθレンズ５は、貫通孔２ａの像を、樹脂層１１表面に結像させる。加工対象物７は、ステージ８上に、水平に載置されている。なお、本実施例においては、ステージ８は、可動ステージであり、加工対象物７を、厚さ方向（この場合は、レーザビームの光軸方向、鉛直方向）に移動させることができる。
【００１２】
ガルバノボックス６内にレンズ昇降機構９が配置され、レンズ昇降機構９が、ｆθレンズ５をレーザビームの光軸方向（加工対象物の厚さ方向、鉛直方向）に移動可能に保持する。また、ガルバノボックス６内には、ガルバノスキャナ１０が配置されている。ガルバノスキャナ１０は、２枚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次元方向に高速で走査し、加工対象物７上の所望の位置にレーザビームを入射させる。制御装置１５は、レーザ光源１からのパルスレーザビームの出射に同期させて、レンズ昇降機構９によるｆθレンズ５の変位、及びステージ８による加工対象物７の変位を制御する。
【００１３】
図２は、実施例によるレーザ加工方法を説明するための図である。ここでは、加工対象物７に、パルスレーザビームを３ショット入射させ、樹脂層１１を貫通する穴を開ける。
【００１４】
まず、コリメートされたパルスレーザビームを、たとえば２ショット、ｆθレンズ５により、加工対象物７上に集束させる。ｆθレンズ５は、加工対象物７の樹脂層１１の表面に円形の貫通孔２ａを結像させる。これにより、表面近傍の樹脂層１１には、開口の縁が真円形である穴が形成される。次に、制御装置１５がレンズ昇降機構９に、ｆθレンズ５をレーザビームの光軸に沿って、鉛直下向きに、たとえば樹脂層１１の厚さ（１００μｍ）だけ移動させるような制御信号を送る。レンズ昇降機構９は、ｆθレンズ５に、伝達された制御信号に応じた変位を与える。その結果、貫通孔２ａの結像位置は、加工対象物７の深い方に移動し、貫通孔２ａは、樹脂層１１と金属層１２との界面の位置に結像される。
【００１５】
図２においては、変位した後のｆθレンズ５、レンズ昇降機構９、及び樹脂層１１と金属層１２との界面にレーザビームが結像される様子を、点線で記した。ｆθレンズ５を変位させた後、照射されるパルスレーザビームは、たとえば１ショットである。合計３ショットのパルスレーザビームの照射により、加工対象物７には、樹脂層１１を貫通する穴が形成される。
【００１６】
図３は、上記のように、貫通孔２ａの結像位置を変化させて、合計３ショットのパルスレーザビームを入射させたときに、加工対象物７に形成される穴を示す概略的な平面図である。穴は、樹脂層１１を貫通し、底面に金属層１２表面を露出させる穴である。樹脂層１１表面における開口の縁を実線で示した。開口の縁は、直径が１００μｍの円形状であった。また、形成された穴の底面を点線で示した。穴の底面は、直径が９０μｍの円形状であった。穴の開口の縁及び底面は、ともに結像位置で加工されているため、真円となる。なお、貫通孔２ａの像を、樹脂層１１と金属層１２との界面にまで移動させるのでなくても、加工対象物７（樹脂層１１）の深い方に移動させることによって、穴の底面の形状を穴の開口部の形状に近づけることができる。
【００１７】
上記実施例においては、レンズ昇降機構９によりｆθレンズ５を、レーザビームの光軸方向（加工対象物７の厚さ方向）に移動させることによって、貫通孔２ａの結像位置を、加工対象物７の深い方へ変位させ、穴開け加工を行った。結像位置を移動させるのではなく、ステージ８により、加工対象物７を移動させることもできる。たとえば２ショットのパルスレーザビームを、樹脂層１１の表面に貫通孔２ａが結像するように、加工対象物７に入射させた後、ステージ８により、加工対象物７を、レーザビームの進行方向と逆向き（鉛直上方）に移動させる。移動距離は、たとえば、樹脂層１１の厚さ（１００μｍ）である。ここでパルスレーザビームを１ショット照射すると、貫通孔２ａの像は、樹脂層１１と金属層１２との界面に結ばれるので、開口の縁、底面、ともに真円形であるような、高品質の穴を形成することができる。なお、ステージ８の制御は、制御装置１５から伝達される制御信号によって行われる。更に、ｆθレンズ５と加工対象物７との両方を移動させて、加工を行ってもよい。
【００１８】
なお、このレーザ加工方法の使用は、貫通孔を形成する場合に限らない。層の途中まで、穴を形成する場合にも用いることができる。更に、加工対象物は、金属層上に樹脂層が積層された基板に限らない。加工を行おうとする部材に、貫通孔、もしくは部材の途中までの穴を形成することもできる。
【００１９】
また、ＣＯ_２レーザ発振器以外のレーザ光源を用いてもよい。たとえば、Ｎｄ：ＹＡＧレーザやＵＶレーザ等を使用することができる。
【００２０】
以上、実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに限定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は自明であろう。
【００２１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、穴の底面の形状を穴の開口部の形状に近づけることのできるレーザ加工方法及び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】本発明の実施例によるレーザ加工方法に用いるレーザ加工装置の概略図である。
【図２】実施例によるレーザ加工方法を説明するための図である。
【図３】パルスレーザビームを入射させ、加工対象物に形成した穴を示す概略的な平面図である。
【図４】レーザビームを用いた、従来の穴開け加工に使用されるレーザ加工装置の概略図である。
【図５】パルスレーザビームを入射させ、加工対象物に形成した穴を示す概略的な平面図である。
【符号の説明】
１レーザ光源
２マスク
２ａ貫通孔
３コリメーションレンズ
４反射ミラー
５ｆθレンズ
６ガルバノボックス
７加工対象物
８ステージ
９レンズ昇降機構
１０ガルバノスキャナ
１１樹脂層
１２金属層
１３支持層
１５制御装置

Claims

（Ａ）貫通孔を透過したパルスレーザビームを、第１の方向に厚さを有する加工対象物の表面上に入射させる工程であって、前記貫通孔を、前記加工対象物の表面上に結像させて、パルスレーザビームを入射させる工程と、
（Ｂ）前記第１の方向に、前記貫通孔の結像位置が移動するように、前記加工対象物と結像位置との少なくとも一方を移動させるとともに、前記加工対象物にパルスレーザビームを入射させる工程と
を有するレーザ加工方法。
前記工程（Ｂ）において、前記貫通孔の結像位置が、前記加工対象物の深い方へ移動するように、前記加工対象物と結像位置との少なくとも一方を移動させるとともに、前記加工対象物にパルスレーザビームを入射させる請求項１に記載のレーザ加工方法。
前記加工対象物が、金属層の表面上に樹脂層が形成された基板であり、前記工程（Ａ）において、前記樹脂層の表面上に前記貫通孔を結像させてパルスレーザビームを入射させ、前記工程（Ｂ）において、前記金属層の表面上に前記貫通孔の結像位置を移動させてパルスレーザビームを入射させる請求項２に記載のレーザ加工方法。
パルスレーザビームを出射するレーザ光源と、
前記レーザ光源から出射されたパルスレーザビームの光路内に配置される貫通孔を有するマスクと、
加工対象物を保持するステージと、
前記貫通孔を透過したパルスレーザビームが入射し、前記貫通孔を前記ステージに保持された加工対象物上に結像させる結像レンズと、
前記結像レンズ及び前記ステージの少なくとも一方を、パルスレーザビームの光軸方向に移動させる移動機構と
を有するレーザ加工装置。
更に、前記貫通孔を前記ステージに保持された加工対象物の表面上に結像させて、パルスレーザビームを入射させた後、前記ステージに保持された加工対象物の深い方に、前記貫通孔の結像位置が移動するように、前記ステージに保持された加工対象物と結像位置との少なくとも一方を移動させるように、前記移動機構を制御する制御装置を有する請求項４に記載のレーザ加工装置。