JP2007268576A - レーザ加工方法 - Google Patents

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聡一 遠山
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弘之 菅原
Haruaki Otsuki
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Abstract

【課題】加工品質および加工能率に優れるレーザ加工方法を提供すること。
【解決手段】加工しようとする穴の直径よりも小径のレーザビームにより穴を加工する時、例えば、穴の深さを得るために同一箇所にレーザビームを３回照射する場合には、レーザビームの光軸を、穴の中心Ｏに関して１２０度ずれた中心Ｏと外縁とを結ぶ螺旋状の軌道Ｋ１、Ｋ２、Ｋ３上を移動させる。このようにすると、穴の底面に発生することが多い、轍状の加工痕や始点における加工痕の発生を予防することができ、底面が平坦な加工部を得ることができる。
【選択図】図４

Description

本発明は、レーザビームを用いてレーザビームの直径よりも大径の穴を加工する場合のレーザ加工方法に関する。
近年、電子機器の小型化・高機能化の要求が強まり、機器内部に搭載されるプリント配線板の実装密度が急速に高まっている。それに伴いプリント配線板の穴明け狭ピッチ化、加工穴の小径化が求められている。
ＵＶレーザは、ＣＯ２レーザに比べて１ショットずつのエネルギーが小さく、加工できる穴径は最大で５０μｍ程度であるが、ＣＯ２レーザでは難しい小径の穴加工が可能であること、銅の加工が可能であること、加工面がきれいに仕上がること、高周波の発振が可能であること、などの理由からレーザ加工に占める割合が急速に高まってきている。
ＵＶレーザを用いて、レーザビーム径よりも大径の穴を加工する場合は、トレパニング加工と呼ばれる加工方法を採用する。
図５は、従来のトレパニング加工を模式的に示す図であり、（ａ）は加工部の平面図、（ｂ）は加工部の断面斜視図である。例えば、直径がｄであるレーザビームにより直径Ｄ（Ｄ≒４ｄ）の穴を加工する場合、同図（ａ）に示すように、レーザビームの中心を穴の中心Ｏを中心とし、直径が１．６ｄである円軌道ｋ１、直径が略３．６ｄである円軌道ｋ２上に位置決めして、順にレーザビームを照射する。なお、加工残りが発生しないようにするため、照射部が互いに重なるようにレーザビームの光軸を位置決めする。なお、円軌道ｋ１、ｋ２の加工開始点（以下、「始点」という。）は、Ｓ１、Ｓ２である。
また、常温でプラスの線膨張係数を有する材料からなる基板に穴明け加工をするのに、加工エリアの外周側からレーザビームの位置を周方向に周回させながら順次加工エリアの内周側に向かって穴明けをする技術が知られている（特許文献１）。
特開２００４−２１６３８５号公報
例えば、表面の銅箔層から下層の銅箔層に接続する穴を加工する場合、レーザビームを１回照射するだけで、表面の銅箔層および表面の銅箔層と下層の銅箔層との間に介在する絶縁層を同時に加工することは困難である。そこで、穴の深さが所望の値になるまで、レーザビームを同一軌道上で指定された回数（以下、「重複回数」という。）周回させる。
また、始点では加工量が多くなるため、通常、加工深さは浅くなる。そこで、レーザビームを円軌道上で移動させる場合、加工残りが発生しないようにするため、加工終了点（以下、「終点」という。）を始点と一致させる場合が多い。しかし、終点を始点に一致させると、図５（ｂ）に示すように、始点（終点）の加工深さは他の部分よりも深くなり、損傷３２１となる場合がある。また、レーザビームの光軸に垂直な方向のエネルギ強度は中心付近が大きいため、穴の底面に同心円状のビーム軌跡痕３２２が轍状に現れ、底面が均一にならない場合もある。
なお、特許文献１には穴の底面の形状を平坦にする点に関して何も記載されていない。
したがって、本発明が解決すべき課題は、加工品質および加工能率に優れたレーザ加工方法を提供するにある。
上記課題を解決するため、第１の手段は、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、前記穴の中心と外縁とを結ぶ螺旋状の軌道上を移動させることにより、前記穴を加工するレーザ加工方法において、前記穴の深さを所望の値とするために前記レーザビームの移動を複数回繰り返す場合は、それぞれの前記軌道を前記中心点を中心として互いに回転した位置に定めることを特徴とする。
また、第２の手段は、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、前記穴の中心を中心とする同心円状の軌道上を移動させることにより、前記穴を加工するレーザ加工方法において、前記各軌道の始点を前記穴の中心を中心とする互いに回転した位置に定めることを特徴とする。
螺旋状の軌道を採用する場合は軌道を、同心円状の軌道を採用する場合はそれぞれの軌道における始点を、加工する穴の中心を中心として互いに回転した位置にするので、始点における底面の損傷を小さくすることができる。また、螺旋状の軌道を採用する場合は、穴の底面を従来の場合に比べて平坦にすることができると共に加工能率を向上させることができる。
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図１は本発明の実施形態に係るレーザ加工機のブロック線図であり、（ａ）は全体を、（ｂ）はガルバノミラー制御装置をそれぞれ示す。同図において、上位数値制御装置１４２は、入力装置１４１から入力された加工データに基づき、ガルバノミラー制御装置１１０、レーザ発信器１２０、ＸＹテーブル１３１などを制御する。ガルバノスキャナ１６１、１６２を制御する、すなわち、ミラー１６１ｍ、１６２ｍを位置決めするガルバノミラー制御装置１１０は、マイクロ・プロセッサ１１１を用いたディジタル制御ファームウェアで実現されており、一定サンプル周期毎の離散的な時刻(以下、「離散的時刻」と呼ぶ。)において処理演算を実行する。ガルバノスキャナ１６１、１６２には、ミラー１６１ｍ、１６２ｍの回転角度を検出するセンサが内蔵されている。
ガルバノミラー制御装置１１０は、上位数値制御装置１４２から出力された指令１４３と、ミラー１６１ｍ、１６２ｍの回転角度検出信号１２６，１２８とに基づき、マイクロ・プロセッサ１１１によりサーボ補償演算を行い、操作量をＤＡコンバータ１１２、１１３に出力する。ＤＡコンバータ１１２、１１３の出力はアンプ１１５、１１６により増幅され、ガルバノスキャナ１６１、１６２に供給されてミラー１６１ｍ、１６２ｍを所望の角度に位置決めする。
次に、トレパニング加工の場合の制御につて説明する。
トレパニング加工を行う場合、上位数値制御装置１４２からガルバノミラー制御装置１１０にトレパニング加工に関する情報（照射するレーザビームの周方向ピッチ、径方向ピッチ、時間ピッチ、その他軌跡形成に関する条件）が送信される。ガルバノミラー制御装置１１０は入力された情報に基づき、サンプリング周期Ｔｓ毎の同心円状または螺旋状の軌道テーブルを以下のようにして作成し、ＲＡＭ１１４に生成する。
すなわち、指定された加工条件に基づいて同心円状（または螺旋状）の軌道を１個作成する。次に、重複回数Ｎに基づき、シフト角度θ（θ＝３６０／Ｎ）を求め、作成した軌道を角度θずつ座標回転させ、加工する穴の中心を中心に互いに角度θずれたＮ個の軌道を生成する。
次に、軌道の配置について具体的に説明する。
図２は穴の中心Ｏを中心とする同心円状の軌道Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３によりレーザビームを３回照射して所望の深さの穴を加工する場合の軌跡例であり、軌道Ｌ１、Ｌ２，Ｌ３は内側の軌道から外側に移動する方向が穴の中心Ｏを中心として互いに１２０度ずれている。したがって、例えば軌道Ｌ１を３回移動させる場合に比べて図５（ａ）の始点Ｓ１，Ｓ２における穴底の損傷を低減することができる。
また、例えば、銅箔層、絶縁層および仕上げをそれぞれ重複回数３回（合計１２回）で照射する場合は、図３に示すようにシフト角度θを３０度とし、銅箔層（Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３）、絶縁層（内１，内２，内３）および仕上げ（仕１，仕２，仕３）の始点がそれぞれが１２０度ずれるようにするとよい。
図４は、穴の中心Ｏを始点とする螺旋状の軌道によりレーザビームを３回照射して所望の深さの穴を加工する場合の軌跡例であり、軌道Ｋ１、Ｋ２，Ｋ３は穴の中心Ｏを中心として互いに１２０度ずれている。
なお、レーザビームを角度のずれた螺旋状の軌道により移動させる場合、同心円状の軌道の場合に比べてビーム先端の痕を小さくすることができる。
また、例えば図５（ａ）において、レーザビームの光軸を円軌道ｋ１から円軌道ｋ２へ移動させる場合、レーザビームの光軸が始点Ｓ２に位置決めされるまでレーザビームの照射を停止する必要があるが、螺旋状の軌道を採用する場合はレーザビームを連続して照射することができるので、同心円状の軌道を採用する場合に比べて加工能率を向上させることができる。
本発明の実施形態に係るレーザ加工機のブロック線図である。 本発明の実施形態に係る軌道の配置図である。 本発明の実施形態に係る軌道の配置図である。 本発明の実施形態に係る軌道の配置図である。 従来のトレパニング加工を模式的に示す図である。
符号の説明
Ｏ 穴の中心
Ｋ１ 螺旋状の軌道
Ｋ２ 螺旋状の軌道
Ｋ３ 螺旋状の軌道

Claims (2)

  1. 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、前記穴の中心と外縁とを結ぶ螺旋状の軌道上を移動させることにより、前記穴を加工するレーザ加工方法において、
    前記穴の深さを所望の値とするために前記レーザビームの移動を複数回繰り返す場合は、それぞれの前記軌道を前記中心点を中心として互いに回転した位置に設定することを特徴とするレーザ加工方法。
  2. 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、前記穴の中心を中心とする同心円状の軌道上を移動させることにより、前記穴を加工するレーザ加工方法において、
    前記各軌道の始点を前記穴の中心を中心とする互いに回転した位置に設定することを特徴とするレーザ加工方法。
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