JP2006245438A - プリント基板の穴明け方法およびプリント基板の穴明け装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 加工能率および基板の高密度化を図ることができるプリント基板の穴明け方法およびプリント基板の穴明け装置を提供すること。
【解決手段】 テスト加工により、加工部から放射される発光２３ａを監視しながら、エネルギ密度が導体層５０ｉを加工できる値に定められたレーザビーム４ａをパルス状に照射して導体層５０ｉに貫通穴を加工するのに必要な照射回数を求める。また、絶縁層５１ｉを加工できるが下層の導体層５０ｉ＋１は加工できない値に定められたレーザビーム５ａをパルス状に照射して絶縁層５１ｉに貫通穴を加工するのに必要な照射回数を求める。そして、導体層５０ｉを求めた照射回数だけレーザビーム４ａを照射することにより、また絶縁層５１ｉを求めた照射回数だけレーザビーム５ａを照射することにより、プリント基板に穴を加工する。
【選択図】図２

Description

本発明はパルス状のレーザビームによりプリント基板に穴を加工するプリント基板の穴明け方法およびプリント基板の穴明け装置に関するものである。

従来、表面の第１番目の層が導体層であるｎ層の導体層とｎ層または（ｎ−１）層の絶縁層を交互に積層したプリント基板にＵＶレーザであるパルス状のレーザビーム（以下、単にレーザビームという。）を用いて穴を明ける場合、加工する穴の直径が５０μｍ以上である時には、直径が穴入口径とほぼ等しく、エネルギ分布が光軸に垂直な面方向に略均一なトップハットビームあるいはエネルギ分布が光軸に垂直な面方向にガウシアン曲線状であるガウシアンビームを必要な回数照射するか（以下、「パンチ加工法」という。）、あるいは直径が穴入口径よりも小さく、直径が５０μｍ以下のトップハットビームあるいはガウシアンビームを例えば円周軌跡上を移動させながら照射することを半径方向に繰り返していた（以下、「トレパニング加工法」という。）。

なお、レーザビームの加工箇所に対する位置決めは光学スキャナと集光レンズを用いるが、集光レンズの大きさで定まるスキャンエリアはプリント基板に対して小さい。このため、スキャンエリア内の加工が終了したら、次のスキャンエリアにプリント基板と集光レンズを水平方向に相対的に移動させて加工を行う。

例えば、特許文献１には、紫外光により金属と絶縁物等とからなる材料に穴を明ける技術が開示されている。
特表平特開１０−５０８７９８号公報

しかし、導体層の分解エネルギのしきい値と絶縁層を構成する樹脂の分解エネルギのしきい値との差は大きい。このため、表面の層が導体層であるプリント基板に穴を加工する場合、パルス状のレーザビームを同一箇所に続けて照射すると、その下層の絶縁層に形成された穴の直径が導体層に形成された穴の直径よりも大径になり導体層が絶縁層に形成される穴に対してオーバーハング状になったり、絶縁層に形成される穴側壁の深さ方向の中間が入り口径よりも大径のバレル状になったりする。

導体層が絶縁層に形成される穴に対してオーバーハング状になったり、絶縁層がバレル状になった穴に対して高速の電気めっきあるいはフィルドめっき（穴底からめっきを成長させて穴埋めを行うめっき法）を行うと、導体層の穴入口にめっきが集中し、めっき層に中空部（ボイド）が生じ易くなる。このため、めっき時間を短縮することができず、加工能率を向上させることができなかった。

また、エネルギ密度を導体層に合わせて加工すると、絶縁層の厚さが変動した場合、穴底の導体層の表面を損傷するだけでなく、穴底の導体層を貫通してしまうことがある。

さらに、絶縁層がガラスを含有するいわゆるガラス入り基材の場合、穴側壁の樹脂が選択的に除去されて形成された穴の内部にガラス繊維の突出しが大きくなる。また、必要以上に樹脂が除去されて隣接する穴との間に微小な隙間が形成され、めっきにより隣接する穴が導通になってしまうこともある。このため、穴間ピッチを狭くできず、プリント基板を小さくする、いわゆる基板の高密度化を図ることができなかった。

本発明の目的は、上記従来技術の課題を解決し、加工能率および基板の高密度化を図ることができるプリント基板の穴明け方法およびプリント基板の穴明け装置を提供するにある。

上記課題を解決するため、本発明の第１の手段は、導体層と絶縁層が交互に積層されたプリント基板の加工方法において、加工部から放射される発光を監視しながら、エネルギ密度が前記導体層を加工できる値に定められたレーザビームを前記導体層にパルス状に照射して前記導体層に貫通穴を加工するのに必要な照射回数を求め、求めた照射回数により当該導体層の他の箇所に貫通穴を加工することを特徴とする。

また、本発明の第２の手段は、表面の第１番目の層が導体層であるｎ層の導体層とｎ層または（ｎ−１）層の絶縁層を交互に積層したプリント基板の穴明け方法において、第１番目の導体層を、直径が指定された穴入口径に等しく、かつ、エネルギ密度がこの第１番目の導体層を除去できるパルス状のレーザビームを複数回照射することにより除去し、前記第１番目の導体層の下層の第１番目の絶縁層を、直径が前記第１番目の導体層を加工したレーザビームよりも大きく、かつ、エネルギ密度が第１番目の絶縁層は除去できるが前記第１番目の導体層は除去できないパルス状のレーザビームを複数回照射することにより除去し、第ｉ番目（ただし、ｉ＝２〜ｎの整数）の導体層を、直径が第（ｉ−１）層を加工したレーザビームよりも小さく、かつ、エネルギ密度が第ｉ番目の導体層を除去できるパルス状のレーザビームを複数回照射することにより、また、第ｉ番目の導体層の下層の第ｉ番目の絶縁層を、エネルギ密度が前記第１の絶縁層を加工したパルス状のレーザビームを複数回照射することにより除去し、前記第１の導体層に形成した穴の直径を維持するようにしたことを特徴とする。

また、本発明の第３の手段は、レーザ発振器から出力されたパルス状のレーザビームを光学系を介して導体層と絶縁層が交互に積層されたプリント基板に導き、前記プリント基板の加工箇所に穴を加工するプリント基板穴明け装置において、加工部からの発光を監視するセンサと、前記センサの出力と予め定められた閾値とを比較する比較手段と、前記比較手段が動作するまでに加工部に照射した前記レーザビームの照射回数をカウントするカウンタと、前記カウンタによりカウントされた前記照射回数を記憶する記憶装置と、を設け、テスト加工により記憶されたパルスの数を加工おけるパルスの数として前記導体層と絶縁層の各層を加工をすることを特徴とする。

必要最小限のエネルギにより導体層および絶縁層に穴を加工することができるので加工能率を向上させることができる。また、導体層および絶縁層に損傷が発生しないので基板の高密度化を図ることができる。

以下、本発明を図示の実施形態に基づいて説明する。

図１は本発明に係るプリント基板穴明け装置の構成図である。
システムコントローラＢは、点線で囲んで示す装置機構部Ａと、レーザ発振器コントローラＤと、フォトセンサ２１と、に接続されている。後述するように、システムコントローラＢには、フォトセンサ２１およよびフォトセンサ３０ａ〜３０ｄの出力と予め定められた閾値とを比較する比較手段ｐと、比較手段ｐが動作するまでに加工部に照射したレーザビームの照射回数をカウントするカウンタｑと、加工条件およびカウントされた照射回数を記憶する記憶装置ｒと、を備えている。

記憶装置ｒには、銅を加工するのに適切なエネルギ密度と絶縁物を加工するのに適切なエネルギ密度とが予め記憶されている。また、記憶装置ｒにはビームモード（光軸に対して垂直な断面におけるエネルギ分布）毎に、銅を加工する場合のレーザビームの直径とその場合のレーザ発振器および各光学系の設定値が一覧表の形で記憶されており、この設定値によるレーザビームは銅を加工するのに適切なエネルギ密度である。同様に、絶縁物を加工する場合のレーザビームの直径とその場合のレーザ発振器および各光学系の設定値が一覧表の形で記憶されており、この設定値によるレーザビームは絶縁物を加工するのに適切なエネルギ密度である。

そして、システムコントローラＢはビームモードとレーザビーム径を指示されると、加工に適したレーザビームが加工部に照射されるように、レーザ発振器および各光学系を設定する。

装置機構部Ａにはレーザ発振器Ｃと、一点鎖線で囲んで示す加工ヘッドＥおよびレーザ発振器Ｃと、加工ヘッドＥを光学的に接続する光学系等が搭載されている。

レーザ発振器Ｃは、ビームモードがガウシアン曲線状であるガウシアンビームの直線偏光のＵＶレーザ（ここでは、波長が３５５ｎｍ）をパルス状に出力する。レーザ発振器Ｃから出力されるレーザビーム１の光軸上には、ビーム整形器２と、ビーム分配器３（たとえば、音響光学方式のＡＯＭまたは電気光学式のＥＯＭ）が配置されている。

ビーム整形器２は、例えば、ガウシアンビームをエネルギ分布が均一なビームモードであるトップハットビームに変換したり、レーザビーム１のビーム径を調整することができる。

ビーム分配器３は、システムコントローラＢからの指令により、入射するレーザビーム１を第１の方向のレーザビーム４（１次光）または／およびレーザビーム６（０次光）、すなわちエネルギがレーザビーム１のＱ％（ただし、Ｑ＝１００〜０）であるレーザビーム４とエネルギがレーザビーム１の（１００−Ｑ）％であるレーザビーム６、あるいは第２の方向のレーザビーム５（１次光）または／および直進方向のレーザビーム６、あるいはレーザビーム６として出力する。そして、１次光と０次光の割合を変えることによりレーザビーム４またはレーザビーム５のエネルギのレベルを調節することができる。また、レーザビーム１のパルス数の制御を行うことができる。ここでは、レーザビーム４とレーザビーム５がＳ波であるとする。

ビーム分配器３とミラー１１Ｘとの間のレーザビーム４の光軸上には、ビーム径調整用コリメータ７ａ、マスク投影加工時に加工スポット径を調整するアパーチャ８ａ、偏光方向変換装置４０、ビームスプリッタ９ａおよび偏光板１０が配置されている。以下、アパーチャ８ａを透過したレーザビーム４をレーザビーム４ａという。

ビームスプリッタ９ａのレーザビーム４ａの光軸の入射側および反射側の延長線上には、波長３００〜８００ｎｍの光をそれぞれ検出することができるフォトセンサ３０ａ、３０ｂが配置されている。

ビームスプリッタ９ａは波長３００〜８００ｎｍの光を９９％反射し、１％を透過させる。偏光板１０は入射するＳ波を反射し、Ｐ波を透過させる。

偏光方向変換装置４０は例えば複数個の反射ミラーから構成され、入射する光の偏光方向を９０度回転させる。

ガルバノスキャナ１１はミラー１１Ｘとミラー１１Ｙとから構成されている。

ビーム分配器３とガルバノスキャナ１１との間のレーザビーム５の光軸上にはビーム径調整用コリメータ７ｂ、マスク投影加工時に加工スポット径を調整するアパーチャ８ｂ、ビームスプリッタ９ｂおよび偏光板１０が配置されている。以下、アパーチャ８ｂを透過したレーザビーム５をレーザビーム５ａという。

ビームスプリッタ９ｂは波長３００〜８００ｎｍの光を９９％反射し、１％を透過させる。ビームスプリッタ９ｂのレーザビーム５の光軸の入射側および反射側の延長線上には波長３００〜８００ｎｍの光を検出することができるフォトセンサ３０ｃ、３０ｄがそれぞれ配置されている。

加工ヘッドＥと対向する位置に配置された加工テーブル１４はＸ−Ｙ方向に移動自在である。加工テーブル１４には加工対象であるプリント基板１３が載置されている。また、図中矢印を付して示すｍ×ｍの範囲は、ガルバノスキャナ１１のスキャンエリアである。

なお、図１では、説明上必要なコーナーミラー以外のコーナーミラーは、図示が省略されている。

スキャンエリアに対向するようにして先端に集光光学系２０ａを備えた光ファイバ２０の一端が、例えば、加工部から約４０ｍｍの位置に配置されている。光ファイバ２０の他端はフォトセンサ２１に接続されている。光ファイバ２０はフィルタ機能を備えており、波長４００〜６００ｎｍの光を選択的にフォトセンサ２１に伝達する。

次に、この実施例の動作を説明する。

初めに、レーザビーム４の経路を説明する。
レーザ発振器Ｃから出力されたパルス状のレーザビーム１は、ビーム整形器２によりエネルギ分布およびビーム径が定められてビーム分配器３に入射し、パルスエネルギのレベルを調整されて、レーザビーム４、５、６のいずれかとして出力される。

レーザビーム４はビーム径調整用コリメータ７ａおよびアパーチャ８ａにより外径を定められてレーザビーム４ａ（ここではＳ波）になり、偏光方向変換装置４０によりＰ波に変換されてビームスプリッタ９ａに入射し、一部はビームスプリッタ９ａを透過してフォトセンサ３０ａに入射し、残りは反射される。ビームスプリッタ９ａで反射されたレーザビーム４ａは偏光板１０を透過してミラー１１Ｘに入射し、ミラー１１Ｘとミラー１１Ｙによりプリント基板１３に入射する位置を定められ、集光レンズ（ｆθレンズ）１２を介してプリント基板１３に入射してプリント基板１３を加工する。

プリント基板１３で反射されたレーザビーム４ａの反射光２２の一部と加工部に伴って発生する加工光２３の一部とから構成される光は、光ファイバ２０に入射する。また、反射光２２の一部と加工光２３の一部は入射経路を逆行し、その一部はビームスプリッタ９ａを透過し、透過光４ａａとしてフォトセンサ３０ｂに入射する。

また、レーザビーム５はビーム径調整用コリメータ７ｂおよびアパーチャ８ｂにより外径を定められてレーザビーム５ａ（ここではＳ波）になり、一部はビームスプリッタ９ｂを透過してフォトセンサ３０ｃに入射し、残りは反射される。反射されたレーザビーム５ａは偏光板９に入射し、偏光板９に反射されてミラー１１Ｘに入射し、ミラー１１Ｘとミラー１１Ｙによりプリント基板１３に入射する位置を定められ、集光レンズ（ｆθレンズ）１２を介してプリント基板１３に入射してプリント基板１３を加工する。

プリント基板１３で反射されたレーザビーム５ａの反射光２２（ここでは、レーザビーム５ａの反射光も反射光２２という。）の一部と加工部に伴って発生する加工光２３の一部とから構成される光は、光ファイバ２０に入射する。また、反射光２２の一部と加工光２３の一部は入射経路を逆行し、偏光板９に反射され、その一部がビームスプリッタ９ｂを透過し、透過光５ａａとしてフォトセンサ３０ｄに入射する。

また、レーザビーム６は図示を省略する装置に入射して熱に変えられる。

次に、本発明の加工手順について説明する。
ここでは、表面の第１番目の層が銅層であるｎ層の銅層とｎ層または（ｎ−１）層の絶縁層が交互に積層されたプリント基板に穴を加工する場合について説明する。

図２は本発明の加工手順を示すフローチャート、図３、図４はサブルーチンのフローチャートである。

加工に先立ち、以下のパラメータを加工条件として設定しておく。
（１）テスト加工位置Ｓｋ（ただし、ｋは加工位置の位置番号で、１〜ｍａｘ）の座標
（２）加工する銅層の層数Ｇ
（３）加工する絶縁層の層数Ｚ
（４）絶縁層を加工するときのレーザビーム径Ｄ
（５）絶縁層を加工するときのエネルギ密度とビームモード
（６）第１層目の銅層を加工するときのレーザビーム径ｄ
（７）銅層を加工するときのエネルギ密度とビームモード

ここでは、エネルギ密度が８J／ｃｍ^２でありビームモードがトップハット形のレーザビーム４ａにより銅層を、エネルギ密度が１J／ｃｍ^２であるトップハット形のレーザビーム５ａにより絶縁層を加工するものとする。また、レーザビーム径ｄは加工しようとする穴の直径とし、直径Ｄは直径ｄよりも大きい値とする。なお、テスト加工位置Ｓｋとしてはプリント基板１３の製品とならない部分が選択される。

図示を省略する加工開始ボタンがオンされると、位置番号ｋを１、層番号ｉを０とした後（手順Ｓ１００）、層番号ｉを１とする（手順Ｓ１１０）。そして、図３に示すサブルーチンＳＵＢ・Ａを実行した後、手順Ｓ１３０の処理を行う（手順Ｓ１２０）。

サブルーチンＳＵＢ・Ａでは、加工ビームをレーザビーム４ａの条件に設定し（手順Ｓ６００）、また、照射回数ｊを０にリセットした後（手順Ｓ６１０）、照射回数ｊに１を加えて（手順Ｓ６２０）、レーザビーム４ａを１回（１パルス）照射し（手順Ｓ６３０）、発光の有無をチェックする（手順Ｓ６４０）。すなわち、レーザビーム４ａが照射されると、銅層が加工されると共に、加工部から、レーザビーム４ａの反射光（波長３５５ｎｍ）と、５００〜５５０ｎｍ付近に強度のピークを持つ３００〜８００ｎｍの加工光２３が放射され、その一部が光ファイバ２０に入射する。そして、光ファイバ２０のフィルタ機能により反射光２２は除去され、４００〜６００ｎｍの加工光２３ａ（以下、「発光」という。）が光ファイバ２０を透過してフォトセンサ２１に到達し、フォトセンサ２１をオンさせる。

比較手段ｐはフォトセンサ２１の出力Ｉｃを予め定められた閾値ＴＨｃと比較し、出力Ｉｃが予め定められた閾値ＴＨｃよりも大きい場合は、銅層が残っている（すなわち銅層の加工が未完）と判定して手順Ｓ６２０の処理を行い、その他の場合すなわち銅層に貫通穴が加工されたと判定される場合は処理を終了する（手順Ｓ６４０）。

エネルギ密度が８J／ｃｍ^２であるレーザビーム４ａは１回の照射で約１μｍの深さだけ銅層を除去することができる。したがって、例えば、銅層の厚さが９μｍである場合、レーザビーム４ａの照射が９±１回程度繰り返される。

手順Ｓ１３０では照射回数ｊを、テスト加工位置番号ｋおよび銅層番号ｉとセットにして記憶する。そして、ｉとＧとを比較し、ｉ＜Ｇの場合は手順Ｓ１５０の処理を行い、その他の場合は手順Ｓ２１０の処理を行う（手順Ｓ１４０）。

手順Ｓ１５０ではレーザビーム４ａの直径ｄを（１−０．０５ｉ）ｄに置き換えた後、層番号ｉとＺとを比較し（手順Ｓ１６０）、ｉ＜Ｚの場合は図４に示すサブルーチンＳＵＢ・Ｂを実行した後（手順Ｓ１７０）、手順Ｓ１８０の処理を行い、その他の場合は手順Ｓ２１０の処理を行う。なお、レーザビーム４ａの直径ｄを（１−０．０５ｉ）ｄに置き換える際には、アパーチャ８ａを対応する直径のアパーチャ８ａに切り替える。

サブルーチンＳＵＢ・Ｂでは、加工ビームを直径がＤのレーザビーム５ａの条件に、また、照射回数ｊを０にリセットした後（手順Ｓ７００，Ｓ７１０）、照射回数ｊに１を加えて（手順Ｓ７２０）、レーザビーム５ａを１回照射し（手順Ｓ７３０）、反射光の強度Ｉｚをチェックする（手順Ｓ７４０）。すなわち、下層に銅層がある場合、絶縁層を加工している場合の反射光２２の強度Ｉｚに対して、絶縁物が除去された場合に露出した銅層で反射された反射光２２の強度Ｉｚは遙かに大きい。そこで、フォトセンサ２１に入力する反射光２１の強度Ｉｚを予め定める閾値ＴＨｚとを比較し、強度Ｉｚが予め定められた閾値ＴＨｚよりも小さい場合はまだ絶縁層が残っている（すなわち絶縁層の加工が未完）と判定して手順Ｓ７２０の処理を行い、その他の場合すなわち絶縁層に貫通穴が加工されたと判定される場合は、処理を終了する。

手順Ｓ１８０では照射回数ｊを、テスト加工位置番号ｋおよび絶縁層番号ｉとセットにして記憶する。

そして、テスト加工位置番号ｋとｋｍａｘとを比較し、ｋ＜ｋｍａｘの場合はテスト加工位置番号ｋに１を加えて手順Ｓ１１０の処理を行い（手順Ｓ２００）、その他の場合（すなわち、ｋ≧ｋｍａｘの場合）は手順Ｓ２１０の処理を行う（手順Ｓ１９０）。

手順Ｓ２１０では、テスト加工位置Ｓ１〜Ｓｍａｘにおける第ｉ番目の銅層あるいは絶縁層の照射回数ｊのうち、最も多い照射回数ｊをそれぞれの加工時の照射回数として設定し、指定された最初の穴明け加工を行う（手順Ｓ２２０）。以下、同様にして、指令された総ての加工が終了するまで加工を行う（手順Ｓ２３０）。

本発明に依れば、テスト加工（図２における手順Ｓ１００〜手順Ｓ２１０）により貫通穴を加工する銅層および絶縁層の総てに対して貫通穴を加工できる照射数を定め、定めた照射数により実際の加工を行う（図２における手順Ｓ２２０、手順Ｓ２３０）ので、各層の厚さが異なる場合も、品質を均一なものとすることができると共に、制御が容易である。

また、この実施例では、第２層以降の銅層を加工するレーザパルス４ａの直径を徐々に小さくするので、加工した穴の入り口径が損傷せず、品質に優れる加工を行うことができる。

また、絶縁層を加工するのに必要な照射回数を確認するようにしたので、照射回数を必要以上に増す必要が無く、加工能率を向上することができる。

また、この加工手順に依れば、表面から所望の導体層に達する底付き穴だけでなく、貫通穴も加工することができる。

なお、レーザビーム５ａのエネルギ密度は導体層を損傷するだけの強度がないので、照射回数を測定せず、設計上の絶縁層厚さの最大値に余裕を加えた回数照射するようにしてもよい。

また、各層に照射するレーザビーム照射回数を層厚測定で得られた最大値としたが、予め各層の厚さが知られている場合には、例えば照射回数の許容範囲を定めておき、許容範囲から外れる場合はアラームを出すようにしても良い。

また、フォトセンサ３０ａおよびフォトセンサ３０ｃの出力を監視し、例えばレーザビーム４ａあるいはレーザビーム５ａの出力が何らかの原因で小さくなった場合には、その時の層厚測定の値を除いて例えば加工時の照射回数を定めるようにしてもよい。

また、テスト加工時のレーザビーム４ａのエネルギ密度とレーザビーム径ｄとを固定値にしておき、各層に貫通穴を加工するのに必要な照射数を定めた後、エネルギ密度は変えずに加工する穴の直径に合わせたレーザビームにより試し加工を行い、その結果を評価するようにしてもよい。

また、エネルギ分布が径方向に略均一なトップハット形としたが、エネルギ分布がガウシアン曲線状のガウシアン形としてもい。

さらに、第２番目以降の銅層を加工するレーザビーム４ａの直径ｄを（１−０．０５ｉ）ｄに置き換えたが（図２における手順Ｓ１５０）、第２番目以降の銅層を直径ｄのレーザビーム４ａで加工してもよい。

なお、加工部のスポット径はコリメータ７により制御してもよいし、アパーチャ８ａ（または８ｂ）と加工部間との距離を変えることにより制御してもよい。

また、反射光２２の強度は、ミラー１１Ｘとミラー１１Ｙの角度により変化する（すなわち、レンズ中心から離れた加工部からの信号レベルは距離に応じて低下する）ので、ミラー１１Ｘとミラー１１Ｙの角度に応じて検出信号のレベルを補正するように構成すると、検出精度を更に向上させることができる。

なお、フォトセンサ３０ｂあるいはフォトセンサ３０ｄに入射する光を２分割し、分割した光の一方を用いて波長３５５ｎｍの光を検出し、分割した光の他方を用いて波長４００〜６００ｎｍの光を検出するように構成してもよい。

ところで、上記では、絶縁層を加工するエネルギ密度を一定にしたが、加工途中で変化させるようにしてもよい。

図５は、上記加工手順に伴う加工部の形状を示す模式図であり、プリント基板１３の導体層５０ｉおよび絶縁層５１ｉの添え字ｉは図の上側（表面側）が１である。同図において、上段は銅層を加工する場合、下段は絶縁層を加工する場合であり、それぞれのエネルギ密度Ｈ_Ｅを高さで示してある。

同図（ａ）に示すように、絶縁層５１１の加工開始時（すなわち、銅層５０１の加工直後）は銅層５０１を加工しない範囲でエネルギ密度を大きくして（例えば、３J／ｃｍ^２）絶縁層５１１を設計上の厚さの７０％程度まで加工を行った後、エネルギ密度を１J／ｃｍ^２にしてもよい。このようにレーザビームのエネルギ密度を制御すると、加工能率を向上させることができると共に絶縁層が穴底に残らないようにすることができる。

また、同図（ｂ）に示すように、絶縁層を加工する場合のエネルギ密度を３段階に変化させてもよい。このようにレーザビームのエネルギ密度を制御すると、形成する貫通穴の側壁を滑らかにすることができる。

また、第１層目の導体層と第２層目の導体層とを接続する場合には、同図（ｃ）に示すように、第１層目の絶縁層を加工するレーザビーム５ａの直径Ｄをレーザビーム径４ａの直径ｄよりも小径にしてもよい。このようにすると、加工によりガス化した絶縁層の構成部材が表面から速やかに排出されるので、側面が滑らかな穴を形成することができる。
いずれの場合も、絶縁層に形成される側面のテーパ角度αが１０〜９０°になるようにレーザビーム５ａの形状を制御すると、めっき工程において欠陥の少ないめっき処理を行うことができる。

ここで、穴内面のテーパ角αは、ビーム整形器を制御してレーザビームの径方向のエネルギ分布を制御することにより変更することができる。すなわち、例えば、レーザビームの中央部におけるエネルギ密度を外周部に向けて半径方向に小さくする割合を大きくするとテーパ角度αを大きくすることができる。

次に、具体的な加工例について説明する。
（加工例１）

銅層の厚さが１２μｍ、絶縁層の厚さが６０μｍＲＣＣ材（ガラス入り基板）を、エネルギ密度８J／ｃｍ^２、直径が４５μｍのレーザビーム４ａ（パルス周波数ｆは３０ＫＨｚ）のトップハットビームにより加工した場合、１１パルスで第１番目の導体層に貫通穴を形成できた。このとき、第１番目の絶縁層に形成された穴の深さは３μｍ以下であり、第１番目の絶縁層がレーザビーム４ａによりほとんど加工されないことを確認した。

また、絶縁層の残厚に応じて、エネルギ密度を段階的（１．６、１．０、０．８Ｊ/ｃｍ^２）に設定して、合計７０パルスによる３ステップ加工を行った場合も、良好な穴品質・穴形状が得られることを確認した。

また、エネルギ密度が１Ｊ/ｃｍ^２の場合、絶縁層が除去された後、１０パルス程度余分に照射しても直下層の銅層が損傷されたり、当該絶縁層に形成した穴の形状が不良になることはなかった。

なお、高温の分解物により穴品質が低下することを予防するため、実加工においては、いわゆるサイクル加工（例えば、１個の穴を形成するためにレーザービームを２０回照射する場合、５箇所を組として各加工箇所にレーザビームを１回ずつ照射することを２０回繰り返す。）することが望ましい。

また、ここでは第ｎ番目の導体層を加工するレーザビームの直径を第（ｎ−１）番目の導体層を加工するレーザビームの直径の９５％にしたが、好ましくは第ｎ番目の導体層を加工するレーザビームの直径を第（ｎ−１）番目の導体層に加工された穴底の直径にするとよい。

また、本発明は、パンチ加工法の場合に限らず、穴の直径よりも小径のレーザビームを用いて穴を加工する方法であるトレパニング加工法に適用することもできる。

ところで、ミラー１１で反射されて集光レンズ１２に入射するレーザビーム４ａのほとんどは集光レンズ１２を透過するが、ごく一部は集光レンズ１２の表面で反射し、入射経路を逆行してフォトセンサ３０ａに入射する。すなわち、フォトセンサ３０ａには加工部で反射されたレーザビーム４ａと集光レンズ１２の表面で反射されたレーザビーム４ａが同時に入射することになる。この実施形態では、加工部で反射されたレーザビーム４ａだけを識別する必要があるので、集光レンズ１２の表面で反射されたレーザビーム４ａはノイズになる。そこで、予め集光レンズ１２の表面で反射されたレーザビーム４ａの強度範囲を求めておき、フォトセンサ３０ｂの検出値から集光レンズ１２の表面で反射されたレーザビーム４ａの強度を除いたものを反射光２２の強度とすると、加工中の導体層の穴加工が終了した場合および絶縁層の穴加工が終了した場合の検出精度を向上させることができる。

ところで、フォトセンサ３０ｂに入射する反射光２２の強度が小さい場合、検出精度がが低下する場合がある。

次に、本発明の変形例について説明する。
図６は、本発明における加工ヘッド部近傍の正面図である。
集光レンズ１２のプリント基板１３側には、１／４λ板６０が配置されている。
１／４λ板６０は、入射する直線偏光の光を円偏光の光として出力し、入射する円偏光の光を直線偏光の光として出力するという特性を備えている。そして、円偏光の光は例えば鏡によって反射すると、反射した円偏光の偏光方向は反転、すなわち、回転方向が１８０度変わる。したがって、回転方向が反転した円偏光の光が再び１／４λ板６０に入射すると、偏光方向は入射したときの偏光方向に対して９０度回転する。すなわち、例えば、１／４λ板６０に入射する入射光がＰ波の場合、加工部で反射されて１／４λ板６０から出力される光（すなわち反射光２２）はＳ波になる。

また、ミラー１１Ｙは波長５００〜５５０ｎｍの光を透過させるビームスプリッタで形成され、ミラー１１Ｙの透過側にはフォトセンサ５０が配置されている。フォトセンサ５０は銅層から反射される波長５００〜５５０ｎｍの光を検出する。

次に、この変型例の動作を説明する。
１／４λ板６０に入射する直線偏光（Ｐ波）のレーザビーム４ａは円偏光のレーザビーム４ａ（図中の４ａｃ）として１／４λ板６０から出射し、円偏光のレーザビーム４ａとして加工部に入射する。偏光方向が直線偏光から円偏光に変わっても、ネルギは変化しないので、加工は直線偏光の場合と同じ加工結果を得ることができる。

加工部で反射された反射光２２（円偏光のレーザビーム４ａｃ）は入射経路を逆行し、Ｓ波の反射光２２として１／４λ板６０から出射し、偏光板１０により反射されてフォトセンサ３０ｄに入射する。一方、集光レンズ１２の表面で反射されたレーザビーム４ａは偏光板１０を透過してフォトセンサ３０ｂに入射する。

すなわち、この実施形態では、フォトセンサ３０ｄの出力を監視することにより、反射光２２の検出精度を高精度なものとすることができる。

同様に、レーザビーム５ａによる反射光２２をフォトセンサ３０ｂの出力を監視することにより、反射光２２の検出精度を高精度なものとすることができる。

ここで、加工する穴の深さが深くなると、発光２３ａの強度が小さくなるため、フォトセンサ２１では検出精度が低下する場合がある。フォトセンサ５０の軸線と加工中の穴の軸線の交差角度は、フォトセンサ２１の軸線と加工中の穴の軸線の交差角度よりも小さいので、フォトセンサ５０に入射する発光２３ａの強度はフォトセンサ２１に入射する発光２３ａの強度よりも大きい。したがって、フォトセンサ５０の出力を監視することにより発光２３ａの識別精度を向上させることができる。

なお、フォトセンサ３０ａ、３０ｃに代えて、レーザ発振器１とビーム分配器３との間に波長３００〜８００ｎｍの光を９９％反射し、１％を透過させる第３のビームスプリッタを配置し、透過側にフォトセンサを配置するようにすれば、フォトセンサ３０ａ、３０ｃを設ける必要がない。

また、図示を省略するが、ビームスプリッタ９ａに代えて１対のビームスプリッタを回転軸がねじれの位置になるように配置してれぞれを回転軸の周りに回転できるように構成する（すなわち、ビームスプリッタ９ａに代えて一対のガルバノミラーを配置する）ようにして、２本のビームの照射位置を個別に制御してプリント基板上の異なる２箇所を加工するようにしてもよい。

さらに、レーザビーム４ａ、５ａをビームスプリッタにより例えば２本に分割し、それぞれを２個の加工ヘッドに供給するように構成してもよい。

また、例えば１枚のプリント基板の面積が広い場合、加工する途中の段階で再度テスト加工を行うようにしても良い。また、念のために、加工中に反射光あるいは発光をチェックするようにしてもよい。このようにすると、加工の信頼性をさらに向上させることができる。

ところで、一般に、レーザ発振器１の場合、ある周波数までは出力が増加するが、その後は出力が低下するという周波数−出力特性を備えている。すなわち、横軸に周波数、縦軸に出力をとる場合、レーザ発振器１の出力特性は上に凸の曲線になる。

エネルギ密度は、出力を周波数で除した値になるので、エネルギ密度を固定の値にしても、加工条件は一義的には定まらない。しかし、実験結果によると、加工速度を速くしたい場合には出力および周波数の両者を大きくすることが有効であり、加工品質を向上させたい場合には出力および周波数の両者を小さくすることが有効である。

本発明に係るプリント基板穴明け装置の構成図である。（実施例１） 本発明の加工手順を示すフローチャートである。 本発明の加工手順におけるサブルーチンのフローチャートである。 本発明の加工手順におけるサブルーチンのフローチャートである。 本発明における加工部の形状を示す模式図である。 本発明における加工ヘッド部近傍の正面図である。（実施例２）

符号の説明

４ａ レーザビーム
５ａ レーザビーム
２３ａ 発光
５０ｉ 導体層
５１ｉ 絶縁層

Claims (16)

1. 導体層と絶縁層が交互に積層されたプリント基板の加工方法において、
   加工部から放射される発光を監視しながら、エネルギ密度が前記導体層を加工できる値に定められたレーザビームを前記導体層にパルス状に照射して前記導体層に貫通穴を加工するのに必要な照射回数を求め、求めた照射回数により当該導体層の他の箇所に貫通穴を加工することを特徴とするプリント基板の加工方法。
2. 監視する前記発光の波長を５００〜６００ｎｍとすることを特徴とする請求項１に記載のプリント基板の穴明け方法。
3. 前記導体層に貫通穴を加工するのに必要な照射回数を求めることを複数の異なる場所で行い、得られた照射回数の最大値を、当該導体層の前記照射回数とすることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のプリント基板の穴明け方法。
4. 前記絶縁層をエネルギ密度が絶縁層は除去できるが前記導体層は除去できないパルス状のレーザビームを複数回照射することにより除去し、該絶縁層に該絶縁層の下層の導体層または外部に達する穴を形成することを特徴とする請求項１ないし請求項３に記載のプリント基板の穴明け方法。
5. 前記絶縁層に照射するレーザビームの直径を前記導体層に照射するレーザビームの直径よりも大径にすることを特徴とする請求項４に記載のプリント基板の穴明け方法。
6. 表面の第１番目の層が導体層であるｎ層の導体層とｎ層または（ｎ−１）層の絶縁層を交互に積層したプリント基板の穴明け方法において、
   第１番目の導体層を、直径が指定された穴入口径に等しく、かつ、エネルギ密度がこの第１番目の導体層を除去できるパルス状のレーザビームを複数回照射することにより除去し、
   前記第１番目の導体層の下層の第１番目の絶縁層を、直径が前記第１番目の導体層を加工したレーザビームよりも大きく、かつ、エネルギ密度が第１番目の絶縁層は除去できるが前記第１番目の導体層は除去できないパルス状のレーザビームを複数回照射することにより除去し、
   第ｉ番目（ただし、ｉ＝２〜ｎの整数）の導体層を、直径が第（ｉ−１）層を加工したレーザビームよりも小さく、かつ、エネルギ密度が第ｉ番目の導体層を除去できるパルス状のレーザビームを複数回照射することにより、
   また、第ｉ番目の導体層の下層の第ｉ番目の絶縁層を、エネルギ密度が前記第１の絶縁層を加工したパルス状のレーザビームを複数回照射することにより除去し、
   前記第１の導体層に形成した穴の直径を維持するようにしたことを特徴とするプリント基板の穴明け方法。
7. 第１番目の導体層から第ｉ番目の導体層を加工するレーザビームのエネルギ密度を同じにすることを特徴とする請求項４または請求項６に記載のプリント基板の穴明け方法。
8. 第１番目の導体層から第ｉ番目の導体層を加工するレーザビームは、それぞれ、加工される穴の側面をテーパ角度で１０〜９０°とするものであることを特徴とする請求項４または請求項６に記載のプリント基板の穴明け方法。
9. 第１番目から目的とする導体層または絶縁層までのそれぞれの層に対する照射回数を定めるテスト加工工程と、
   前記パルス状のレーザビームを前記テスト加工工程により定められた照射回数照射して加工箇所を加工する加工工程と、により、１枚のプリント基板を加工することをことを特徴とする請求項４ないし請求項８のいずれかに記載のプリント基板の穴明け方法。
10. （絶縁層はビーム径を変えない：トレパニング）
    加工しようとする穴の直径よりも小径のレーザビームを走査させることにより前記各導体層に穴を加工することを特徴とする請求項４ないし請求項９のいずれかに記載のプリント基板の穴明け方法。
11. 前記第１の絶縁層に照射するレーザビームの直径を前記第１の導体層に照射するレーザビームの直径よりも小径とすることを特徴とする請求項４に記載のプリント基板の穴明け方法。
12. レーザ発振器から出力されたパルス状のレーザビームを光学系を介して導体層と絶縁層が交互に積層されたプリント基板に導き、前記プリント基板の加工箇所に穴を加工するプリント基板穴明け装置において、
    加工部からの発光を監視するセンサと、
    前記センサの出力と予め定められた閾値とを比較する比較手段と、
    前記比較手段が動作するまでに加工部に照射した前記レーザビームの照射回数をカウントするカウンタと、
    前記カウンタによりカウントされた前記照射回数を記憶する記憶装置と、を設け、
    テスト加工により記憶されたパルスの数を加工おけるパルスの数として前記導体層と絶縁層の各層を加工をすることを特徴とするプリント基板穴明け装置。
13. 前記センサは前記発光を直接監視できる位置に配置されることを特徴とする請求項１２に記載のプリント基板穴明け装置。
14. 前記光学系の前記加工部からの光の入射側に波長５００〜６００ｎｍの光を分岐する分岐手段と、分岐された波長５００〜６００ｎｍの光とその他の波長の光を検出するセンサと、を配置することを特徴とする請求項１２に記載のプリント基板穴明け装置。
15. 前記光学系は、前記レーザビームのエネルギ分布が光軸に垂直な面方向に略一様なトップハット分布と、エネルギ分布が光軸に垂直な面方向にガウシアン曲線であるガウシアン分布と、のいずれかを選択できるエネルギ分布の選択手段を備える、
    ことを特徴とする請求項１２に記載のプリント基板穴明け装置。
16. レーザビームのビームモードと直径毎に、レーザ発振器および各光学系の設定値を定めたデータベースを前記記憶装置に備えることを特徴とする請求項１２に記載のプリント基板穴明け装置。

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