JP2011101904A

JP2011101904A - レーザ加工方法

Info

Publication number: JP2011101904A
Application number: JP2011029124A
Authority: JP
Inventors: Kunio Arai; 邦夫荒井
Original assignee: Hitachi Via Mechanics Ltd
Current assignee: Via Mechanics Ltd
Priority date: 2005-09-30
Filing date: 2011-02-14
Publication date: 2011-05-26
Also published as: CN1939644B; CN1939644A

Abstract

【課題】加工精度及び加工品質に優れるレーザ加工方法を提供すること。
【解決手段】レーザビームの照射間隔の最大値Ｌと、レーザビームを続けて照射する場合の許容回数Ｎと、休止期間Ｔ_０と、を予め定めておき、隣接する照射位置の間隔が前記Ｌ未満の場合は、レーザビームを前記回数Ｎ照射後、前記休止期間Ｔ_０の間照射を休止した後、レーザビームの照射を再開する。
【選択図】図１２

Description

本発明は、パルス状のレーザビームを被加工物に照射して被加工物に穴を加工するレーザ加工方法に関する。

特許文献１には、一対の回転鏡で構成される第１のガルバノミラー系と、回転鏡と回転偏光ビームミキサで構成される第２のガルバノミラー系により、Ｓ偏光とした第２のレーザビームとＰ偏光とした第１のレーザビームを１個のｆθレンズに同時に入射させ、２個所を同時に加工するようにしたレーザ加工方法が開示されている。

例えばＣＯ_２レーザの場合、レーザビームのエネルギ密度を高くできるので、ＣＯ_２レーザを吸収し易い材料を高能率で加工できる。しかし、ＣＯ_２レーザを銅板に照射した場合、ＣＯ_２レーザのほとんどが銅板の表面で反射されてしまうため、加工が困難である。そこで、例えば、銅導体層（以下、「銅層」という。）と樹脂層（樹脂または樹脂とガラス繊維とからなる絶縁層。以下、「絶縁層」という。）が積層されたプリント基板の表面の銅層と下層の銅層とを電気的に接続するための穴を加工する場合、予め表面の銅層に穴を明けておき、この穴にレーザビームを照射して絶縁物を除去し、下層の銅層に達する穴を加工していた。このため、加工工程が多くなった。

一方、ＵＶレーザは金属、有機材料、無機材料等、多くの材料に吸収されやすいので、ＣＯ_２レーザに比べて複合材料を比較的容易に加工することができる。このため、プリント基板の表面の銅層と下層の銅層とを電気的に接続するための穴を加工する場合、予め表面の銅層に穴を明けておく必要が無く、加工工程数を低減することができる。そこで、プリント基板の加工をするため、ＵＶレーザを用いた加工法が主流になりつつある。

特開２００４−２４９３６４号公報

ＵＶレーザの場合、レーザ発振器の発振周波数は高いが、パルス１個当たりのエネルギは小さい。パルス１個当たりのエネルギが小さくても、レーザビームの外径を絞り、単位面積当たりのエネルギ密度を高くすることにより、例えば銅層を能率良く加工することができる。しかし、エネルギ密度を高くし過ぎると、穴底の銅層が溶融して穴が明いてしまう場合がある。

例えば、銅層と絶縁層が積層されたプリント基板の表面の銅層と下層の銅層とを接続する直径が４０μｍの穴を同径すなわち直径が４０μｍのＵＶレーザによりバースト加工（同じ位置にレーザビームを繰り返して照射する加工方法。ここでは、パンチ加工と同様なのでパンチ加工とも言う。）すると、以下のような結果になる。なお、銅層を加工する場合のエネルギ密度は８Ｊ／ｃｍ^２、絶縁層を加工する場合のエネルギ密度は１Ｊ／ｃｍ^２、パルス周波数を３０ＫＨｚとする。
（１）表面の銅層の板厚が５μｍ以下、絶縁層の厚さが２５μｍ以上の場合に、表面の銅層を加工する場合
・レーザビームをある回数以上続けて照射すると、表面の銅層と絶縁層との境界に剥離が発生し、銅層が剥離し易くなる。すなわち、銅層と絶縁層との境界に割れを発生させないようにするためには、照射回数を予め定める数までとする必要がある。
（２）表面の銅層の板厚が５μｍ以上、絶縁層の厚さが２５μｍ以上の場合に、表面の銅層を加工する場合
・レーザビームをある回数以上続けて照射すると、銅層の下部の絶縁層がえぐれて、表面の銅層のオーバーハングが大きくなり、めっきのつきまわりが悪くなる。すなわち、銅層のオーバーハングを小さくするためには、照射回数を予め定める数までとする必要がある。
（３）絶縁層が樹脂だけの場合に、絶縁層を加工する場合
・レーザビームをある回数以上を続けて照射すると、ビヤ樽状の穴になる。すなわち、側壁がストレートの穴を形成するためには、照射回数を予め定める数までとする必要がある。
（４）絶縁層中にガラス繊維が入っている場合に、絶縁層を加工する場合
・レーザビームをある回数以上を続けて照射すると、ガラス繊維が穴の中に突き出したビヤ樽状の穴になる。すなわち、側壁の凹凸が少なくかつストレートの穴を形成するためには、照射回数を予め定める数までとする必要がある。

また、上記と同一の条件でトレパニング加工（レーザビームを円周軌道上で複数回照射し、レーザビームよりも大径の穴を加工する加工方法）する場合も、照射ピッチ（レーザビームの照射位置間隔、パルスピッチとも言う。）を小さくすると、銅層と絶縁層が剥離し易い。

したがって、いずれの場合も、レーザ加工方法として、加工能率を低下させず、かつ熱の集中を予防して銅層と絶縁層の剥離等を防止することが必要になる。

そこで、従来は、例えば上記（１）の場合、サイクル加工、すなわち、複数箇所を１組として各加工箇所に対してレーザビームを予め定めるパルス数照射することを必要回数繰り返すことにより、加工品質を維持していた。

サイクル加工の場合の具体的な加工時間は以下のようになる。

例えば、厚さが４０μｍの樹脂だけからなる絶縁層をパルス周波数３０ｋＨｚ、エネルギ密度１Ｊ／ｃｍ^２で加工する場合、レーザビームを４０パルス照射する必要がある。ここで、ガルバノミラーの位置決め時間は２ｋＨｚであるとする。また、一箇所に１０パルスずつ照射するとして複数箇所を並行して加工するとする。この場合、各加工箇所毎に、ガルバノミラーの位置決めが４回、加工が４回であるから、一箇所の加工をするのに３．２ｍｓかかる。また、一箇所に５パルスずつ照射する場合、位置決めが８回、加工が８回であるから、一箇所の加工をするのに５．１ｍｓかかる。

また、レーザビームの直径（ビーム径）が大きくなるほど、また加工速度が速くなるほど単位時間内の分解飛散物の量が増える。高温の分解飛散物内をレーザビームが通過するとレーザビームの屈折率が変化し、これに伴ってビームモードが変化して加工された穴の形状精度が低下する場合がある。すなわち、ビームモードがガウシアンビームモード（エネルギ強度がガウシアン曲線状のレーザビーム）の場合、穴の壁面を急峻、すなわち、穴底径が穴の入口径に近い穴を加工することができるが、ビームモードが変化すると、穴底径が穴の入口径よりはるかに小さくなってしまう場合もある。したがって、レーザ加工方法として、加工能率を低下させず、かつ分解飛散物の発生を抑えることも必要になる。

本発明の目的は、加工能率を低下させることなく加工精度及び加工品質に優れるレーザ加工方法を提供することにある。

しかし、サイクル加工を採用する場合、加工品質の向上を目的として１回に照射する回数を小さくすればするほど位置決め回数が増すので、加工時間が長くなる。上記課題を解決するため、本発明者は種々のテストを行い、以下の結果を得た。

穴の側面の形状及び品質を向上させるためには、レーザビームの直径を小径にすることが有効である。すなわち、銅層を加工する場合、銅層と絶縁層の剥離がなく、銅層にオーバハングのない形状が得られるビーム径は３０μｍ以下（理想的には２５μｍ以下）、エネルギ密度１４Ｊ／ｃｍ^２以下（理想的には１０Ｊ／ｃｍ^２以下）、である。そして、このような条件とする場合、銅層だけを加工する範囲では、パルスを連続して照射しても、穴の品質を損なうことはほとんどないこと、また、絶縁層を加工する場合、絶縁層が樹脂だけで形成されている場合はエネルギ密度１．５Ｊ／ｃｍ^２以下（理想的には１．０Ｊ／ｃｍ^２以下）、連続パルス数１０パルス以下（理想的には５パルス以下）とし、絶縁層がガラス入り樹脂の場合はエネルギ密度２〜６Ｊ／ｃｍ^２（理想的には２〜４Ｊ／ｃｍ^２以下）、連続パルス数は５パルス以下（理想的には３パルス以下）とすれば、壁面の品質を優れたものとし、かつ穴底径を穴入口径に近づける、あるいは穴の中に突き出すガラス繊維の長さが短く、側壁がストレートな穴とすることができることを見いだした。

さらに、１個のｆθレンズに複数本のレーザビームを入射させてワークを加工する加工方法は従来から知られているが、従来のように１個の穴を１本のレーザビームで加工するのでは、加工品質と加工能率の両者を向上させることは困難であることに着目した。

以上の結果から、本発明は、レーザ加工方法として、レーザビームの照射間隔の最大値Ｌと、レーザビームを続けて照射する場合の許容回数Ｎと、休止期間Ｔ_０と、を予め定めておき、隣接する照射位置の間隔が前記Ｌ未満の場合は、レーザビームを前記回数Ｎ照射後、前記休止期間Ｔ_０の間照射を休止し、その後レーザビームの照射を再開することを特徴とする。

レーザビームの照射間隔の最大値Ｌと、レーザビームを続けて照射する場合の許容回数Ｎと、休止期間Ｔ _０と、を予め定めておき、隣接する照射位置の間隔が前記Ｌ未満の場合は、レーザビームを前記回数Ｎ照射後、前記休止期間Ｔ _０の間照射を休止し、その後レーザビームの照射を再開することによって加工品質を向上させることができる。

本発明に適用するのに好適な第１のレーザ加工機の光学系構成図である。本発明に係るレーザビーム照射手順を示す照射軌道図である。本発明に係るレーザビーム照射手順を示す照射軌道図である。本発明に係るレーザビーム照射手順を示す照射軌道図である。本発明に係るレーザビーム照射手順を示す照射軌道図である。本発明に係るレーザビーム照射手順を示す照射軌道図である。本発明に係るレーザビーム照射手順を示す照射軌道図である。本発明に係るレーザビーム照射手順を示す照射軌道図である。本発明に適用するのに好適な第２のレーザ加工機の光学系構成図である。本発明に適用するのに好適な第３のレーザ加工機の光学系構成図である。本発明を適用してトレパニング加工をする場合の照射タイミングの一例を示す図である。本発明を適用して樹脂をパンチ加工する場合の照射タイミングの一例を示す図である。本発明に適用するのに好適な第４のレーザ加工機の光学系構成図である。

以下、本発明について説明する。

図１は、本発明に適用するのに好適な第１のレーザ加工機の光学系構成図である。

レーザ発振器１は周波数Ｆ（ここでは３０ＫＨｚ）のＰ偏光のＵＶレーザビームを出射する。レーザ発振器１から出射されたパルスビーム２は、ビーム径調整器３により外径を調整された後、音響光学方式のパルス整形器（ＡＯＭ、音響光学素子ともいう。）７によりパルスエネルギを制御され、ビームスプリッタ４に入射する。なお、ＡＯＭ７はパルスエネルギの大きさを制御するだけでなく、パルスビーム２を入射した方向にそのまま透過させる(図中点線で示す)か、あるいは入射した方向から外れた光路に導くかを制御することができる。

ビームスプリッタ４はパルスビーム２の５０％を反射し（分岐ビーム５）、残りの５０％を透過させる（分岐ビーム６）。分岐ビーム５はヘッドＨのＸＹガルバノユニット１２に入射し、分岐ビーム６は偏向手段２１により偏光方向を９０度シフト（回転）され、Ｓ偏光のパルスビームとなってＸＹガルバノユニット１２に入射する。なお、偏光手段２１とＸＹガルバノユニット１２との間には光路長切り替え装置２２が設けられており、分岐ビーム６の光路長を切り替えることができる。光路長切り替え装置２２は分岐ビーム６の光路長を分岐ビーム５の光路長と同一の場合（同径光路）と、分岐ビーム５の光路長よりも長い場合（拡大径光路）との２種類を選択できるようになっており、光路長切り替え装置２２が同径光路側に設定されている場合、分岐ビーム５と分岐ビーム６のビーム径は同径になる。また、光路長切り替え装置２２が拡大径光路側に設定されている場合、分岐ビーム６のビーム径は分岐ビーム５のビーム径よりも大きく（例えば、２倍）になる。光路長切り替え装置２２を拡大径光路側に設定することにより、レーザ発振器１の出力を変更することなく分岐ビーム６のエネルギ密度を小さく（例えば、１／４倍）することができる。

分岐ビーム５はＰ波であるので、ＸＹガルバノユニット１２を透過して（すなわち、ＸＹガルバノユニット１２によっては位置決めされない。）、ＸＹガルバノユニット１４に入射し、ＸＹガルバノユニット１４により位置決めされて集光用のｆθレンズ１６に入射し、光軸をワークに垂直な方向に導かれる。

一方、分岐ビーム６はＳ波であるので、ＸＹガルバノユニット１２により位置決めされて（ここでは、加工エリアで２ｍｍ×２ｍｍ、ガルバノ動作角で０．５度以下）ＸＹガルバノユニット１４に入射し、さらにＸＹガルバノユニット１４により位置決めされて集光用のｆθレンズ１６に入射し、光軸をワークに垂直な方向に導かれる。なお、分岐ビーム６と分岐ビーム５のエネルギ強度は同じである。この実施例１では、以下、分岐ビーム５を「主ビーム」、分岐ビーム６を「副ビーム」という。

この構成の場合、主ビームと副ビームが同期しているので、加工速度はＸＹガルバノユニット１２，１４の位置決めに要する時間で決定されるが、副ビームの位置決めに要する時間は主ビームの位置決めに要する時間に比べて短いので、加工速度は実質的に主ビームの位置決めに要する時間で決定される。

次に、本発明に係るレーザビームの照射手順を、直径がレーザビームの直径よりも大径の円形の穴を加工（トレパニング加工）する場合について説明する。

２ビーム２軌道トレパニング加工方法
図２は、本発明に係るレーザビーム照射手順を示す照射軌道図である。

同図において、実線で示すＺは主ビーム５の軌道であり、穴の中心Ｆを中心とする半径Ｒの円軌道である。また、点線で示すＹは副ビーム６の軌道であり、軌道Ｚ上の点Ｐを中心とする半径ｒの円軌道である。

角度θは直線ＰＦと、円軌道Ｚと円軌道Ｙの交点Ｓを通る直線ＦＳとのなす角度（ＰＦＳ）である。

角度αは主ビーム５に対する副ビーム６の径方向シフト角、すなわち円軌道Ｙ上のＳから角度αの点ｓの位置を定める角度である。このとき、点ｓは中心Ｆから距離ａの位置にある。なお、角度αは直線ＰＳに対して時計回りの方向が正、反時計回りの方向が負である。

先ず、主ビーム５を図中Ｐに照射する（図中の照射点Ｍ１）と、同時に副ビーム６が図中ｓ（Ｍ２）に照射される。次に、主ビーム５と副ビーム６を角速度ωでそれぞれの軌道上を同方向に（ここでは時計回り）移動させ、主ビーム５の光軸が図中Ｍ３に位置決めされた時にレーザビームを照射する。すると、同時に副ビーム６が図中Ｍ４に照射される。ここで、時間ｔ経過後のそれぞれの移動角度ωｔは同じであるから、直線ＦＰ上でＰから見たＳおよびｓのなす角度ＦＰｓは常に一定であるので、主ビーム５を軌道Ｚ上等間隔で照射すると、副ビーム６を穴の中心Ｆを中心とする半径ａの円軌道Ｋ（図中一点鎖線）上に等間隔に照射することができる。以下、同様にしてレーザを照射する。

この実施例の場合、２本のレーザビームを同時に照射することができるので、ガルバノミラーの位置決め時間が従来と同じであっても、加工能率を２倍に向上させることができる。また、２本のレーザビームを円軌道Ｚ、Ｋ上の離れた位置に照射させることができるので、加工部の温度上昇が緩やかになり、加工品質を向上させることができる。

また、ガルバノミラーを常時揺動させながらレーザビームを照射するので、すなわち、ガルバノミラーを所望の位置に静止させないので、ガルバノミラーの位置決め応答周波数をガルバノミラーを所望の位置に静止させる場合の５〜１５倍に高速化することができる。

さらに、レーザビームの照射位置を１つの軌道上で距離を隔てて照射する場合に比べて位置決め制御が容易である。

また、副ビーム６の位置決めは主ビーム５の位置決め時間以下であるので、ガルバノミラーの位置決め時間を個別に位置決めする場合に比べて低減することができる。

ここで、円軌道Ｚの半径Ｒ、円軌道Ｙの半径ｒ、角度θおよび角度αの値を種々選択することにより、図３〜図８に示す軌道を設定することができる。すなわち、例えば、
（ａ）θ＝π／８、α＝０、ｒ＝２Ｒ・ｓｉｎπ／１６とすると、図３に示すように、軌道Ｚ上で主ビーム５と副ビーム６をπ／１２離れた位置に照射できると共に、主ビーム５と副ビーム６の照射間隔を１／２ずらして、すなわち、主ビーム５の照射位置の中間に副ビーム６の照射位置を配置することができる（２ビーム同軌道トレパニング軌道）。

このようにすると、時間及び距離的なレーザビームの照射間隔（ここでは、副ビーム６を主ビーム５に対して円周方向に１．５ピッチシフト）を広げることができるので、加工部の温度上昇が緩やかになり、加工品質を向上させることができる。なお、図３では、回転角度π／１２毎にレーザビームを照射する場合を示している。

（ｂ）θ＝π／６、α＝０、ｒ＝２Ｒ・ｓｉｎπ／１２とすると、図４に示すように、軌道Ｚ上で主ビーム５と副ビーム６の照射位置を同じ（ただし、照射時期は異なる）にすることができる（２ビーム同軌道トレパニングの軌道）。したがって、図２の場合と同様に加工品質を向上させることができる。なお、図４では、回転角度π／１２毎にレーザビームを照射する場合を示している。

（ｃ）θ＝π／６、α＝−π／７．５とすると、図５に示すように、副ビーム６の円軌道Ｙを主ビーム５の円軌道Ｚの外側に配置することもできる。

（ｄ）θ＝π／３、α＝π／３０、ｒ＝Ｒにすると、図６に示すように、主ビーム５を軌道Ｚ上で移動させると共に、副ビーム６の光軸を軌道Ｚの中心Ｆに固定することができる（１パンチ＆１トレパニング軌道）。すなわち、主ビーム５で外周を加工しながら、副ビーム６で中心部の加工をすることができる。なお、図６では、回転角度π／１２毎にレーザビームを照射する場合を示している。

（ｅ）θ＝π、α＝π、ｒ＝２Ｒにすると、図７に示すように、軌道Ｚ上で主ビーム５と副ビーム６を中心Ｆに関して点対称の位置に配置することができる（２ビーム点対称軌道トレパニング軌道）。このようにすると、例えば主ビーム５のエネルギ強度と副ビーム６のエネルギ強度を同じにする場合、入熱の集中を回避することができるので、加工した穴の品質を向上させることができる。

なお、１つの穴を複数の軌道により加工する場合、内側の軌道の周長は外側の周長に比べて短い。したがって、単位面積当たりの入熱量を一定にすることを目的として照射ピッチを一定にする場合、外側の軌道における照射数ｑと内側の軌道における照射数ｐとの関係はｑ≧ｐであり、ほとんどの場合がｑ＞ｐである。すなわち、照射ピッチを一定にする場合、内側を加工するレーザビームの照射数は外側を加工するレーザビームの照射数よりも少ない。したがって、内側の軌道ではレーザビームの照射を停止する場合があり、加工能率が低下する。

このような場合、主ビーム５を角速度ωで軌道Ｚ上で移動させると共に、副ビーム６を角速度ω１と角速度ω２で交互に切換えて移動させるようにすると（ただし、ω１≦ω２かつω１＋ω２＝２ω）、図８に示すように、副ビーム６の照射位置をＦを中心とする半径ａ１と半径ａ２の２つの軌道上（半径ａ１＝半径ａ２＋Ｗ。ただし、Ｗは半径ａ１と半径ａ２との差である。）で移動させることができる（２ビーム３軌道トレパニングの軌道）。すなわち、主ビーム５を外周の軌道上で移動させながら、副ビーム６を内周側の２つの軌道上で移動させることにより、図２に示した場合のように副ビーム６を間引きする必要が無く、加工能率を向上させることができる。

また、副ビーム６の照射間隔が半径方向と円周方向に広がるため、エネルギ密度が平均化され、ブラインドホール（底付き穴）を加工する場合、穴底の品質が向上する。

なお、スルーホール（貫通穴）加工の場合、内周側は除去されるので、副ビーム６を間引きせず、そのまま照射するようにしてもよい。

ところで、この実施例の場合、加工速度を向上させることができるが、１本のレーザビームを２本に分岐するため、出力の大きいレーザ発振器を必要とする。

図９は、本発明に適用するのに好適な第２のレーザ加工機の光学系構成図であり、図１と同じもの又は同一機能のものは同一の符号を付して重複する説明を省略する。

発振周波数Ｆでレーザ発振器１から出射されたＰ波のパルスビーム２は、ビーム径調整器３により外径を調整された後ミラー２０に反射され、音響光学方式のパルス整形器（ＡＯＭ）７により周波数Ｆ／２の光軸の異なる２つの分岐ビーム８，９に分岐される。なお、ＡＯＭ７はパルスビーム２を分岐ビーム８，９に分岐するだけでなく、１個のパルス、すなわち分岐ビーム８，９のパルスエネルギを制御することができる。

分岐ビーム８はヘッドＨのＸＹガルバノユニット１２に入射する。また、分岐ビーム９は偏向手段２１により偏光方向を９０度シフト（回転）され、Ｓ波のパルスビームとなり、光路長切り替え装置２２を経由してＸＹガルバノユニット１２に入射する。

分岐ビーム８はＰ波であるので、ＸＹガルバノユニット１２を透過して（すなわち、ＸＹガルバノユニット１２によっては位置決めされない。）、ＸＹガルバノユニット１４に入射し、ＸＹガルバノユニット１４により位置決めされて集光用のｆθレンズ１６に入射し、光軸をワークに垂直な方向に導かれる。

一方、分岐ビーム９はＳ波であるので、ＸＹガルバノユニット１２により位置決めされて（ここでは、加工エリアで２ｍｍ×２ｍｍ、ガルバノ動作角で０．５度以下）ＸＹガルバノユニット１４に入射し、さらにＸＹガルバノユニット１４により位置決めされて集光用のｆθレンズ１６に入射し、光軸をワークに垂直な方向に偏向される。

以下、分岐ビーム８を「主ビーム」、分岐ビーム９を「副ビーム」という。

この実施例２では、上記実施例１の場合と同様に主ビームと副ビームの照射位置を離すことができるだけでなく、ＡＯＭ７により主ビームと副ビームを交互に照射することになるので、実施例１の場合に比べて加工部の温度上昇をさらに緩やかにすることができる。

また、レーザ発振器の出力は上記実施例１の場合の１／２でよい。

なお、この実施例の場合、主ビームと副ビームは交互に照射することになるため、上記図２〜図８に示した位置にレーザビームを照射するためには、主ビームに対する副ビームの径方向シフト角である角度αを（α＋ωｔ／２、またはα−ωｔ／２）にする必要がある。

ところで、上記２つの実施例に依れば、従来に比べて加工品質を向上させることができるが、加工速度は従来技術の場合と同じである。

そこで、以下、加工速度を向上させることができるレーザ加工機について説明する。

図１０は、本発明に適用するのに好適な第３のレーザ加工機の光学系構成図であり、図１、９と同じものまたは同一機能のものは同一の符号を付して重複する説明を省略する。なお、同じ機能のものが２個ある場合は符号の後ろに添字Ａ、Ｂを付して区別する。また、図１１は本発明を適用してトレパニング加工をする場合の照射タイミングの一例を示す図であり、（ａ）は加工工程を、（ｂ）はガルバノミラーの動作を、（ｃ）はレーザ発振器から出力されたレーザビームを、（ｄ）〜（ｉ）の実線は加工部に照射される各分岐ビームの強度と照射タイミングとを示し、点線は加工部に照射されない場合であり、横軸は時間である。なお、（ｃ）〜（ｉ）における高さはエネルギ強度を示している。

図１０に示すように、この実施例３では、レーザ発振器から出力されたレーザビームをビームスプリッタ４によりレーザビームを２本の分岐ビーム５，６に分岐した後、分岐ビーム５をＡＯＭ７Ａにより２つのビーム８Ａ，９Ａに、また、分岐ビーム６をＡＯＭ７Ｂにより２つのビーム８Ｂ，９Ｂに分割し、ビーム８Ａとビーム８Ｂを第１のヘッドＨＡに、ビーム９Ａとビーム９Ｂを第２のヘッドＨＢに導く。なお、この実施例では、分岐ビーム５と分岐ビーム６のエネルギ強度は同じであり、ＡＯＭ７ＡとＡＯＭ７Ｂは同期して動作する。なお、図１１（ａ）に示されているように、この場合の穴明けサイクルは、ガルバノミラーの位置決めと加工（銅層加工と絶縁層加工）との繰り返しである。また、レーザ発振器１は周波数ｆでレーザビームを出力する。

以下、ヘッドＨＡの場合について説明する。

ガルバノミラーを角速度ωで揺動させた状態で、ビーム８Ａを期間２Ｔ（ただし、Ｔ＝１／ｆ）毎にＭ１回（図では１０回）、また、ビーム８Ｂを期間４Ｔ毎にｍ１回（図では５回）照射して、銅層を加工する。銅層の加工が終了したら、銅層を加工する場合に比べてエネルギ強度を小さくし、ビーム８Ａを期間２Ｔ毎にＮ１回（図では１０回）、またビーム８Ｂを期間４Ｔ毎にｎ１回（図では５回）照射して絶縁層を加工する。当該位置における加工が終了すると、ガルバノミラーを移動させ、次の加工箇所を加工する。以下、同様にして加工を継続する。

ヘッドＨＢの動作はヘッドＨＡの動作を期間Ｔだけずらしたものである。

この実施例の場合、たとえばレーザ発振器の発振周波数が３０ｋＨｚ、ガルバノミラーの位置決め応答周波数が１５ｋＨｚの場合でも、発振されるレーザビームを無駄なく活用することができる。

また、例えば、ビームスプリッタ４の分配比率を変えることにより、ＡＯＭ７Ａ，７Ｂを制御することなく、主ビームと副ビームのエネルギを変えることができる。

また、ＨＡとＨＢのそれぞれにおいて、主ビームと副ビームの照射タイミングをずらすことができるので、加工部の温度上昇が緩やかになり、品質に優れる加工を行うことができる。

また、ガルバノミラーの移動位置決め中もレーザ発振器はパルス発振を続け、ＡＯＭ７Ａ、７Ｂにおいて不使用分のレーザビームを廃棄（図１０中点線で示す）するようにしたので、レーザ発振器および光学系の熱的安定性を高めることができる。

ところで、上記実施例１〜３によれば、例えばトレパニング加工をする場合、レーザビームを離れた位置に照射するので、加工部の温度上昇を緩やかにすることができた。しかし、レーザ発振器の出力が大きく、かつ発振周波数が高くなった場合、加工部の温度が急激に上昇することにより穴の側面の凹凸が大きくなったり、ビヤ樽状になることが避けられない場合が発生する。

次に、加工品質をさらに向上させることができる加工方法について説明する。

本発明者はさらにテストを行い、レーザビームの直径と同じ穴を明けるため、レーザビームを同一箇所に照射する場合（パンチ加工と同様な加工）の適正条件が以下のようになることを見いだした。

すなわち、絶縁層を加工する場合、絶縁層が樹脂だけで形成されている場合はエネルギ密度１．５Ｊ／ｃｍ^２以下（理想的には１．０Ｊ／ｃｍ^２以下）とし、連続照射数を１０回以下（すなわち、１０パルス以下。理想的には５パルス以下）とする。また、絶縁層がガラス入り樹脂の場合はエネルギ密度２〜６Ｊ／ｃｍ^２（理想的には２〜４Ｊ／ｃｍ^２以下）とし、連続照射数を５パルス以下（理想的には３パルス以下）とする。このようにすると、穴の壁面の品質を優れたものとし、かつ穴底径を穴入口径に近づけることができる、すなわち、穴の中に突き出すガラス繊維の長さが短く、側壁がストレートな穴とすることができる。

また、トレパニング加工においても、照射位置の間隔が５μｍ以下、あるいはレーザビームの直径の１／５以下の場合には、上記パンチ加工の場合に得られたエネルギ密度と連続照射数の関係が適用される。

また、レーザ照射後一定の時間が経過すると、加工部の熱が加工部周辺に伝達することにより加工部の温度が十分低下する。

以上の結果に基づき、レーザビームを以下のように照射することにより、加工品質を更に向上させることができる。

すなわち、予めレーザビームの照射間隔の最大値Ｌ（例えば、５μｍまたはレーザビームの直径の１／５）と、レーザビームを続けて照射する場合の許容回数Ｎ（例えば、５回）と、休止期間Ｔ_０と、を定めておき、隣接する照射位置の間隔が最大値Ｌ以下の場合は、レーザビームを回数Ｎ照射後、休止期間Ｔ_０の間照射を休止し、その後レーザビームの照射を再開する。なお、最大値Ｌは０でもよいが、この場合、上述のパンチ加工となる。また、休止期間Ｔ_０は予め実験により求めておく。

次に、本願を適用した場合の加工速度を、上記段落００１０で述べた従来のサイクル加工と比較する。なお、加工条件および加工装置の能力は同じであるとする。また、ガルバノミラーの位置決め周波数は２ｋＨｚである。

ここでは、１個の穴を加工するために４０パルス照射するとする。また、予めテストを行うことにより、休止期間Ｔ_０としては、レーザ発振器の発振周波数が３０ｋＨｚの場合、許容回数Ｎ＝１０では１１パルスに対応する期間が、許容回数Ｎ＝５の場合は６パルスに対応する期間が、それぞれ適切であることを見いだした。すなわち、照射期間と休止期間とを合わせて１サイクルとし、パルスの照射間隔をｔとすると、照射期間は（Ｎ−１）ｔ、休止期間Ｔ_０はＴ_０＝（Ｎ＋１）ｔの関係になる。また、休止期間Ｔ_０は、レーザ発振器の発振周波数が３０ｋＨｚ以上の場合であっても、パルスのエネルギ強度および連続して照射するパルス数が同じである場合は（すなわち、供給するエネルギが同じ場合）、発振周波数に関わらず発振周波数が３０ｋＨｚの場合と同じ休止期間にする必要がある。なお、発振周波数が３０ｋＨｚの場合を基準にしたのは、現在最も使用されているレーザ発振器の発振周波数が３０ｋＨｚであるからである。
（１）許容回数Ｎ＝１０（絶縁層が樹脂だけで形成されている場合）とすると、加工を完了するためにはレーザを４回に分けて照射する必要があるので、休止期間Ｔ_０は３回必要である。また、ガルバノミラーの位置決めは１回である。
・レーザ発振器の発振周波数が３０ｋＨｚである場合、１個の穴を加工するのに要する時間は２．８ｍｓであり、従来のサイクル加工の場合の３．２ｍｓに比べて０．４ｍｓ（１４％）高速化することができる。
・レーザ発振器の発振周波数が６０ｋＨｚである場合、休止期間Ｔ_０は３０ｋＨｚの場合と同じ時間が必要であるが、１個の穴を加工するのに要する時間を２．２ｍｓにすることができるので、従来のサイクル加工の場合の２．６ｍｓに比べて０．４ｍｓ（１８％）高速化することができる。
（２）許容回数Ｎ＝５（絶縁層にガラス繊維が含まれている場合）とすると、加工を完了するためにはレーザを８回に分けて照射する必要がある（４０／５＝８）ので、休止期間Ｔ_０は７回必要である。また、ガルバノミラーの位置決めは１回である。
・レーザ発振器の発振周波数が３０ｋＨｚである場合、１個の穴を加工するのに要する時間は３．０ｍｓであり、従来のサイクル加工の場合の５．１ｍｓに比べて２．１ｍｓ（７１％）高速化することができる。
・レーザ発振器の発振周波数が６０ｋＨｚである場合、１個の穴を加工するのに要する時間は２．４ｍｓであり、従来のサイクル加工の場合の４．５ｍｓに比べて２．１ｍｓ（８６％）高速化することができる。
なお、ここではＮ＝１０として照射期間を４回としたが、Ｎを１０より小としてもよいし、Ｎを徐々に減らすようにしてもよい。

上記（１）、（２）に示したように、本発明に依れば、レーザ発振器の発振周波数が高くなるほど従来のサイクル加工に比べて能率を向上させることができる。

一般に、休止期間Ｔ_０を長くすればするほど、側壁と穴底との間に形成される曲面の半径を小さく、すなわち、穴底の直径を入り口或いは側壁中央部の直径に近づけることができるので、加工品質が向上する。しかし、加工能率を向上させるためには、休止期間Ｔ_０を短くすることが望ましい。この実施形態で説明したように、休止期間Ｔ_０を（Ｎ＋１）ｔとすると、品質を低下させず、かつ、加工能率を向上させることが可能である。しかも、レーザを２箇所に交互に供給するので、レーザ発振器から発振されるレーザのほとんどを有効に利用することができる。

なお、レーザ加工機の光学系が図１０に示すものである場合においてパンチ加工する場合、一方のレーザビームが休止している間、他方のレーザビームを他の加工箇所に照射することができる。

図１２は本発明を適用して樹脂をパンチ加工（１回の連続照射数が１０パルス。合計４０パルスで加工）する場合の照射タイミングの一例を示す図であり、上段Ａはレーザ発振器の発振周波数が３０ｋＨｚの場合、下段Ｂはレーザ発振器の発振周波数が６０ｋＨｚの場合のパルスを示しており、それぞれの（ａ）はビーム８Ａを、（ｂ）はビーム９Ａを、それぞれ示している。

同図に示すように、ビーム８ＡをヘッドＨＡに供給しない期間はビーム８ＢをヘッドＨＢに供給するようにすると、レーザ発振器から出力されるレーザビームを無駄なく使用することができる。

なお、ヘッドＨＡあるいはヘッドＨＢに供給するレーザビームのパルス数あるいはエネルギ強度は適宜選択することができる。

また、レーザ発振器の能力が大きくなると共に発振周波数が高くなった場合は、ヘッドの数を増やすことによりレーザ発振器から出力されるレーザビームを無駄なく使用することができる。

また、図９において２つの異なる穴の位置が極めて近い場合には、図１２に示すようにレーザ発振器から出力されるレーザビームを無駄なく使用することができる。

図１３は本発明に適用するのに好適な第４のレーザ加工機の光学系構成図である。図１０の変型例を示すレーザ加工機の光学系構成図である。

同図に示すレーザ加工機の光学系は、図１０におけるビームスプリッタ４に代えてＡＯＭ７とし、ＡＯＭ７Ａに代えてビームスプリッタ４Ａを、ＡＯＭ７Ｂに代えてビームスプリッタ４Ｂを、それぞれ配置したものである。

なお、このレーザ加工機の動作は、実施例１〜３から容易に理解できるので、詳細な説明を省略する。

なお、ＡＯＭ７に代えて分配角度をコントロール可能なＡＯＤを採用すると、ＡＯＤから出射されるレーザビームの出射方向を２方向だけでなく、３方向以上に分配することができる。

また、上記においては穴を加工する場合について説明したが、本発明は、穴に限らず、溝や面（例えば、内面の銅層の一部として配置されている位置決め用のフィデューシャルマークを露出させる場合、あるいはシリコン（Ｓｉ）の酸化膜を除去する場合のように、面の加工をする場合にも適用することができる。

１レーザ発振器
４ビームスプリッタ
５分岐ビーム
６分岐ビーム
７Ａ、７ＢＡＯＭ

Claims

レーザビームの照射間隔の最大値Ｌと、レーザビームを続けて照射する場合の許容回数Ｎと、休止期間Ｔ_０と、を予め定めておき、
隣接する照射位置の間隔が前記Ｌ未満の場合は、レーザビームを前記回数Ｎ照射後、前記休止期間Ｔ_０の間照射を休止した後、レーザビームの照射を再開することを特徴とするレーザ加工方法。
前記最大値Ｌを５μｍとすることを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工方法。
前記最大値Ｌを０とすることを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工方法。
前記最大値Ｌをレーザビームの直径の１／５とすることを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工方法。
前記休止期間Ｔ_０を供給するエネルギにより定めることを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工方法。