JP2014226695A - 放電補助式レーザ孔加工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】貫通孔形成処理中に、レーザ光学系に加工屑が付着し難い放電補助式レーザ孔加工装置を提供する。【解決手段】レーザ光照射によって絶縁基板に複数の貫通孔を形成し、第１および第２の電極間での放電現象により、前記貫通孔の形状を調整する、放電補助式レーザ孔加工装置であって、レーザ光を放射するレーザ光源と、前記レーザ光を照射レーザ光として、絶縁基板の貫通孔形成位置に照射するレーザ光学系と、放電を発生させる第１および第２の電極と、を有し、前記レーザ光学系は、前記照射レーザ光の出口側に保護カバーを有し、当該放電補助式レーザ孔加工装置は、さらに前記保護カバーの前記照射レーザ光の出射側に気流を生じさせる気流発生手段と、前記絶縁基板から生じる加工屑を吸引する吸引手段と、を備えることを特徴とする放電補助式レーザ孔加工装置。【選択図】図２

Description

本発明は、放電補助式レーザ孔加工装置に関する。

従来より、レーザ光源からのレーザ光を、レーザ光学系を介して絶縁基板に照射することにより、絶縁基板に貫通孔を形成するレーザ照射貫通孔形成技術が知られている（例えば特許文献１）。

米国特許第５４９３０９６号明細書 特開２０００−２６３２７６号公報

前述のように、レーザ照射貫通孔形成技術では、レーザ光照射で絶縁材料を加熱し、絶縁基板に貫通孔を形成できる。

ここで、従来のレーザ照射貫通孔形成技術で形成された貫通孔は、通常、レーザ光の入射側の開口の近傍に、「ネッキング」と呼ばれる狭窄部を有する。このような貫通孔内の狭窄部では、該狭窄部と隣接する位置に比べて、貫通孔の延伸軸に対して垂直な断面の開口寸法が小さくなっている。

このようなネッキングは、貫通孔を有するガラス基板を、例えば、貫通電極付きインターポーザ等として使用する場合などに問題となるおそれがある。

また、従来のレーザ照射貫通孔形成技術では、貫通孔形成処理中に、しばしば、レーザ光学系に、絶縁基板側から生じる加工屑が付着することが認められている。レーザ光学系にそのような加工屑が付着すると、レーザ光のスループットが低下し、最悪の場合、絶縁基板に貫通孔を形成することができなくなるおそれがある。

このため、レーザ光照射によりガラス基板に貫通孔を形成する際に、狭窄部が形成され難く、貫通孔形成処理中に、レーザ光学系に加工屑が付着し難い貫通孔形成技術が要望されている。

なお、一般的なレーザ溶接技術において、レーザ光学系への加工屑の付着を防止するため、レーザ光学系の底部に保護レンズを設けるとともに、この保護レンズの下方で、高速のエアーを横向き（保護レンズと平行な方向）に吹き付ける技術が開示されている（例えば特許文献２）。

しかしながら、このような対応策は、レーザ溶接加工を実施する際には効果が認められても、貫通孔加工用のレーザ加工技術において、同様の効果が得られるかどうかは不明である。レーザ溶接加工と、貫通孔加工とでは、処理の際に発生する加工屑の量に大きな違いがあるからである。

本発明は、このような背景に鑑みなされたものであり、本発明では、レーザ光照射によりガラス基板に貫通孔を形成する際に、貫通孔に従来のような大きな狭窄部が生じ難く、貫通孔形成処理中に、レーザ光学系に加工屑が付着し難い放電補助式レーザ孔加工装置を提供することを目的とする。

本発明では、レーザ光照射によって絶縁基板に複数の貫通孔を形成し、第１および第２の電極間での放電現象により、前記貫通孔の形状を調整する、放電補助式レーザ孔加工装置であって、
レーザ光を放射するレーザ光源と、
前記レーザ光を照射レーザ光として、絶縁基板の貫通孔形成位置に照射するレーザ光学系と、
放電を発生させる第１および第２の電極と、
を有し、
前記レーザ光学系は、前記照射レーザ光の出口側に保護カバーを有し、
当該放電補助式レーザ孔加工装置は、さらに
前記保護カバーの前記照射レーザ光の出射側に気流を生じさせる気流発生手段と、
前記絶縁基板から生じる加工屑を吸引する吸引手段と、
を備えることを特徴とする放電補助式レーザ孔加工装置が提供される。

ここで、本発明による放電補助式レーザ孔加工装置において、前記気流発生手段は、前記照射レーザ光の伝播方向と略交差する方向に流れる気流を生じさせてもよい。

あるいは、本発明による放電補助式レーザ孔加工装置において、前記気流発生手段は、前記照射レーザ光の伝播方向と略平行な方向に流れる気流を生じさせてもよい。

また、本発明による放電補助式レーザ孔加工装置において、前記気流発生手段は、前記保護カバーを覆うように配置されたカバー部材を有し、
該カバー部材は、開口およびガス導入口を有し、前記開口は、前記保護カバーの照射レーザ光の出口に対向して設けられてもよい。

また、本発明による放電補助式レーザ孔加工装置において、前記吸引手段は、前記絶縁基板と前記保護カバーの間に配置された吸引ノズルを有してもよい。

あるいは、本発明による放電補助式レーザ孔加工装置において、前記吸引手段は、前記レーザ光学系を取り囲むハウジングと、該ハウジングの排気口に接続された排気装置とを有してもよい。

また、本発明による放電補助式レーザ孔加工装置では、前記保護カバーを交換せずに、絶縁基板に１５００００個以上の貫通孔を形成可能であってもよい。

本発明では、レーザ光照射によりガラス基板に貫通孔を形成する際に、貫通孔に従来のような大きな狭窄部が生じ難く、貫通孔形成処理中に、レーザ光学系に加工屑が付着し難い放電補助式レーザ孔加工装置を提供できる。

従来のレーザ照射貫通孔形成装置の構成の一例を概略的に示した図である。 本発明の一実施例による第１の放電補助式レーザ孔加工装置の構成の一例を概略的に示した図である。 本発明の一実施例による第２の放電補助式レーザ孔加工装置の構成の一例を概略的に示した図である。 本発明の一実施例による第３の放電補助式レーザ孔加工装置の構成の一例を概略的に示した図である。 本発明の一実施例による第３の放電補助式レーザ孔加工装置の一部を模式的に示した図である。

以下、図面を参照して、本発明について説明する。

（従来のレーザ照射貫通孔形成装置について）
本発明についてより良く理解するため、まず、図１を参照して、一般的なレーザ照射貫通孔形成加工装置の構成について説明する。

図１には、従来のレーザ照射貫通孔形成装置の構成の一例を概略的に示す。

図１に示すように、従来のレーザ照射貫通孔形成装置１００は、レーザ光源１１０と、レーザ光学系１２０を有する。

レーザ光源１１０は、レーザ光学系１２０に向かってレーザ光１１３を照射する役割を有する。レーザ光学系１２０は、例えば１または２以上のレンズを含む。レーザ光学系１２０は、レーザ光源１１０から照射されたレーザ光１１３を、絶縁基板１９０の貫通孔形成位置１８３に収束させる役割を有する。

このようなレーザ照射貫通孔形成装置１００を用いて、絶縁基板１９０に貫通孔を形成する際には、レーザ光源１１０からレーザ光学系１２０に向かって、レーザ光１１３が照射される。レーザ光１１３は、レーザ光学系１２０により収束され、照射レーザ光１１５となる。この照射レーザ光１１５は、絶縁基板１９０の貫通孔形成位置１８３に照射される。

これにより、絶縁基板１９０の貫通孔形成位１８３の温度が局部的に上昇し、絶縁材料１８５に貫通孔が形成される。

次に、ステージ（図示されていない）を水平方向に移動させ、絶縁基板１９０を所定の場所に配置する。その後、同様の工程により、第２の貫通孔が形成される。

このような工程を繰り返すことにより、絶縁基板１９０に複数の貫通孔を形成できる。

ここで、このようなレーザ照射貫通孔形成装置１００を用いて、絶縁基板１９０に複数の貫通孔１８５を形成した場合、貫通孔形成処理中に、しばしば、レーザ光学系１２０に、絶縁基板１９０側から生じる加工屑が付着するという問題が生じる。レーザ光学系１２０にそのような加工屑が付着すると、照射レーザ光１１５のスループットが低下し、最悪の場合、絶縁基板１９０に貫通孔を形成することができなくなるおそれがある。

そこで、このような問題に対処するため、前述の特許文献２に記載のような対応、すなわち、レーザ光学系の底部に保護レンズを設けるとともに、この保護レンズの下方で、高速のエアーを横向き（保護レンズと平行な方向）に吹き付けることが考えられる。

しかしながら、特許文献２に記載に記載の対応策は、レーザ溶接加工を実施する際には効果が認められても、貫通孔加工用のレーザ加工技術において、同様の効果が得られるかどうかは不明である。レーザ溶接加工と、貫通孔加工とでは、処理の際に発生する加工屑の量に大きな違いがあるからである。

特に、後述するような、本発明に利用される放電補助式レーザ孔加工技術では、レーザ光照射の際に加えて、放電処理の際にも、絶縁基板側から、相当の加工屑が生じる。また、放電補助式レーザ孔加工技術では、比較的高速で多数の貫通孔が形成される。従って、放電補助式レーザ孔加工技術において、貫通孔形成処理中に生じる加工屑の量は、一般的なレーザ貫通孔加工と比較しても、より多くなる。

このように、前述のような、発生する加工屑の量が少ないレーザ溶接加工を想定した対応策では、レーザ溶融式放電除去技術におけるレーザ光学系への加工屑の付着を十分に回避することは難しいという問題がある。

これに対して、本発明では、
レーザ光照射によって絶縁基板に複数の貫通孔を形成し、第１および第２の電極間での放電現象により、前記貫通孔の形状を調整する、放電補助式レーザ孔加工装置であって、
レーザ光を放射するレーザ光源と、
前記レーザ光を照射レーザ光として、絶縁基板の貫通孔形成位置に照射するレーザ光学系と、
放電を発生させる第１および第２の電極と、
を有し、
前記レーザ光学系は、前記照射レーザ光の出口側に保護カバーを有し、
当該放電補助式レーザ孔加工装置は、さらに
前記保護カバーの前記照射レーザ光の出射側に気流を生じさせる気流発生手段と、
前記絶縁基板から生じる加工屑を吸引する吸引手段と、
を備えることを特徴とする放電補助式レーザ孔加工装置が提供される。

このような本発明による放電補助式レーザ孔加工装置では、絶縁基板から生じる加工屑の少なくとも一部は、吸引手段によって吸引できる。このため、絶縁基板から発生、飛散する加工屑そのものの量が有意に抑制される。

さらに、本発明による放電補助式レーザ孔加工装置では、気流発生手段によって、保護カバーの照射レーザ光の出射領域（以下、単に「保護カバーの出射領域」と称する）の下側に、気流が形成される。この気流は、絶縁基板から生じる加工屑が保護カバーの出射領域に到達することを回避または抑制できる。

従って、これらの効果により、本発明による放電補助式レーザ孔加工装置では、貫通孔形成処理中に、絶縁基板から生じる加工屑が保護カバーの出射領域に付着することを有意に抑制できる。また、これにより、放電補助式レーザ孔加工装置の使用中に、照射レーザ光のスループットが低下し、絶縁基板に貫通孔を形成することができなくなるという問題を、有意に軽減することが可能となる。

なお、本願において、「放電補助式レーザ孔加工技術」とは、以下に示すような、絶縁基板に対するレーザ光照射によって絶縁基板の照射領域に貫通孔を形成し、その後電極間放電現象により、前記貫通孔の形状を調整する技術の総称を意味する。なお、孔形状の調整とは、レーザ光照射によって絶縁基板に複数の貫通孔を形成した際に生じるネッキングを低減することを意味する。ここで「ネッキング」とは、レーザ加工後に貫通孔内に形成され得る突出部分を意味する。

本発明では、「放電補助式レーザ孔加工技術」を利用するため、貫通孔に従来のような大きな狭窄部が生じ難いという効果が得られる。

（本発明の一実施例による放電補助式レーザ孔加工装置について）
次に、図２を参照して、本発明の一実施例による放電補助式レーザ孔加工装置について説明する。

図２には、本発明の一実施例による放電補助式レーザ孔加工装置（以下、「第１の放電補助式レーザ孔加工装置」と称する）の構成の一例を概略的に示す。第１の放電補助式レーザ孔加工装置２００は、放電補助式レーザ孔加工技術により、絶縁基板に１または２以上の貫通孔を形成できる。

図２に示すように、第１の放電補助式レーザ孔加工装置２００は、レーザ光源２１０と、レーザ光学系２２０と、直流高電圧電源２２５と、第１の電極２４０および第２の電極２４５とを有する。

レーザ光源２１０は、レーザ光学系２２０に向かってレーザ光２１３を照射する役割を有する。レーザ光学系１２０は、例えば１または２以上のレンズを含む。レーザ光学系２２０は、レーザ光源２１０から照射されたレーザ光２１３を、絶縁基板２９０の貫通孔形成位置２８３に収束させる役割を有する。

第１の電極２４０および第２の電極２４５は、それぞれ、導体２５０および２５５と電気的に接続されており、これらの導体２５０および２５５は、直流高電圧電源２２５と接続されている。

第１の電極２４０と第２の電極２４５は、形状および配置形態が異なっている。すなわち、第１の電極２４０は、針状の形状を有し、絶縁基板２９０から離して配置されている。これに対して、第２の電極２４５は、略平板状の形状を有し、絶縁基板２９０の直下に、絶縁基板２９０と接するように配置されている。第２の電極２４５は、絶縁基板２９０を置載するステージとしての機能を兼ねることができる。

しかしながら、これは、単なる一例であって、第２の電極２４５は、例えば、絶縁基板２９０の直下に、絶縁基板２９０から離して配置してもよい。また、第２の電極２４５は、第１の電極２４０と同様の針状の形状を有してもよい。この場合、第１の電極２４０と、絶縁基板２９０を挟んで対向する位置にある第２の電極との間で、一組の電極対が構成される。

なお、図２には、示されていないが、第１の放電補助式レーザ孔加工装置２００は、さらに、高周波高圧電源を有してもよい。ただし、高周波高圧電源の設置は、任意である。

ここで、図２に示すように、この第１の放電補助式レーザ孔加工装置２００は、さらに、気流発生手段２６０、および吸引手段２７０を有する。また、第１の放電補助式レーザ孔加工装置２００において、レーザ光学系２２０の照射レーザ光２１５の出射側には、保護カバー２２３が設置されている。

保護カバー２２３は、レーザ光学系２２０の照射レーザ光２１５の出射側を保護するために設けられる。保護カバー２２３は、レーザ光学系２２０から照射される照射レーザ光２１５に影響を及ぼさない部材、例えばガラス等で構成される。なお、保護カバー２２３は、例えば、レンズ等であってもよい。

気流発生手段２６０は、貫通孔形成処理の際に、絶縁基板２９０から生じる加工屑が保護カバー２２３の出射領域に到達することを抑制する役割を有する。

例えば、図２の例では、気流発生手段２６０は、第１の端部２６２から気体を噴出することが可能な配管２６１を有する。

配管２６１は、第１の端部２６２の高さレベルが保護カバー２２３と絶縁基板２９０の間に位置するように配置される。また、配管２６１の第２の端部は、ガス源（図示されていない）に接続される。さらに、配管２６１の第１の端部２６２は、該第１の端部２６２から噴出される気体が、保護カバー２２３の下側の空間で、保護カバー２２３と略平行な方向に沿って流れるように、保護カバー２２３の近傍に配置される（図２の黒い矢印Ｆ１参照）。

配管２６１には、各種バルブおよび／または流量計などの計測器などが設置されてもよい。また、配管２６１が接続されるガス源の種類は、特に限られない。ガスは、例えば、空気または窒素等であってもよい。

なお、図２の例では、配管２６１は、一つしか示されていない。また、配管２６１の第１の端部２６２は、上面視、保護カバー２２３の寸法よりも大きな寸法を有する。

しかしながら、配管２６１の数および第１の端部２６２の寸法は、保護カバー２２３の出射領域の寸法等に応じて、任意に選定されればよい。すなわち、保護カバー２２３の出射領域の下側の空間に気流を供給できる限り、配管２６１の数および第１の端部２６２の寸法は、特に限られない。

一方、吸引手段２７０は、貫通孔形成処理の際に、絶縁基板２９０から生じる加工屑を吸引する役割を有する。

例えば、図２の例では、吸引手段２７０は、先端２７２が、絶縁基板２９０の貫通孔形成位置２８３の近傍に配置された吸引ノズル２７１を有する。吸引ノズル２７１の他端は、排気装置（図示されていない）に接続される。排気装置は、例えば真空ポンプ等であってもよい。

なお、当然のことながら、配管２６１および吸引ノズル２７１は、貫通孔形成処理の際に、照射レーザ光２１５および第１の電極２４０と干渉しない位置に配置される。

このような構成の第１の放電補助式レーザ孔加工装置２００を用いて、絶縁基板２９０に貫通孔２８５を形成する場合、まず、絶縁基板２９０が両電極２４０、２４５の間に配置される。

次に、配管２６１に接続されたガス源の気体が、配管２６１の第１の端部２６２から噴出される。噴出された気体は、保護カバー２２３の出射領域の下側の空間を横断するように流れる。例えば、噴出された気体は、図２の黒い矢印Ｆ１で示すように、保護カバー２２３に対して略平行な方向に流れてもよい。

また、これと前後して、またはこれと同時に、吸引ノズル２７１に接続された排気装置（図示されていない）が作動して、吸引ノズル２７１の先端２７２から、絶縁基板２９０の貫通孔形成位置２８３の上部の空気が吸引される。

次に、この状態で、レーザ光源２１０からレーザ光学系２２０に向かって、レーザ光２１３が照射される。レーザ光２１３は、レーザ光学系２２０により収束され、照射レーザ光２１５となる。この照射レーザ光２１５は、レーザ光学系２２０の下側に位置する保護カバー２２３を通り、絶縁基板２９０の貫通孔形成位置２８３に照射される。

これにより、絶縁基板２９０の貫通孔形成位２８３の温度が局部的に上昇し、ここに貫通孔２８５が形成される。

絶縁基板２９０に貫通孔２８５が形成されることに伴い、絶縁基板の貫通孔形成位置２８３から、加工屑が発生する。この加工屑の少なくとも一部は、照射レーザ光２１５による衝撃のため、レーザ光学系２２０の方に進行する傾向にある。そのような加工屑がレーザ光学系２２０に到達すると、レーザ光学系２２０に付着した加工屑により、照射レーザ光２１５のスループットが低下するという問題が生じ得る。

しかしながら、第１の放電補助式レーザ孔加工装置２００では、照射レーザ光２１５の照射の間、吸引ノズル２７１を介して、絶縁基板２９０の貫通孔形成位置２８３の上部の空気が吸引されている。このため、照射レーザ光２１５の照射によって生じた加工屑は、図２の白い矢印Ｆ２に示すように、吸引ノズル２７１によって吸引される。

また、第１の放電補助式レーザ孔加工装置２００では、配管２６１によって、図２の黒い矢印Ｆ１に示すように、保護カバー２２３の出射領域の下側の空間を横断する気流が生じている。従って、仮に一部の加工屑が吸引ノズル２７１によって吸引されず、残留したとしても、それらの加工屑は、この気流とともに保護カバー２２３の下側の空間から離れた位置に搬送される。

これにより、照射レーザ光２１５の照射の間、発生した加工屑が保護カバー２２３の方に進行し、保護カバー２２３の出射領域に付着することが有意に抑制される。

次に、照射レーザ光２１５の照射後、直流高電圧電源２２５を用いて、両電極２４０、２４５間に直流高電圧が印加される。これにより、電極２４０、２４５間において、放電が生じる。放電は、貫通孔２８５を介して生じる傾向にある。これは、この位置では、抵抗が他の部分よりも低くなっているためである。放電の発生により、貫通孔２８５の深さ方向に沿った形状が整えられる。

放電の際にも、絶縁基板２９０から加工屑が発生する。

しかしながら、この間も、配管２６１の第１の端部２６２からの気体噴出、および吸引ノズル２７１による吸引は、継続されている。従って、前述の効果により、放電によって生じた加工屑に関しても、加工屑が保護カバー２２３の出射領域に付着することは、有意に抑制できる。

以上の効果により、第１の放電補助式レーザ孔加工装置２００では、貫通孔形成処理中に、絶縁基板２９０から生じた加工屑が保護カバー２２３の出射領域に付着することを有意に抑制できる。また、これにより、第１の放電補助式レーザ孔加工装置２００の使用中に、照射レーザ光２１５のスループットが低下し、絶縁基板２９０に貫通孔２８５を形成することができなくなるという問題を、有意に軽減することが可能となる。

（本発明の一実施例による別の放電補助式レーザ孔加工装置について）
次に、図３を参照して、本発明の一実施例による別の放電補助式レーザ孔加工装置について説明する。

図３には、本発明の一実施例による別の放電補助式レーザ孔加工装置（以下、「第２の放電補助式レーザ孔加工装置」と称する）の構成の一例を概略的に示す。

第２の放電補助式レーザ孔加工装置３００は、基本的に、図２に示した第１の放電補助式レーザ孔加工装置２００と同様の構成を有する。従って、図３に示した第２の放電補助式レーザ孔加工装置３００において、図２に示した第１の放電補助式レーザ孔加工装置２００と同様の部材には、図２に示した参照符号に１００を加えた参照符号が使用されている。例えば、第２の放電補助式レーザ孔加工装置３００は、レーザ光源３１０、レーザ光学系３２０、保護カバー３２３、直流高圧電源３２５、第１の電極３４０、および第２の電極３４５等を有する。

また、第２の放電補助式レーザ孔加工装置３００は、吸引手段３７０として、先端３７２を有する吸引ノズル３７１を備える。吸引ノズル３７１の他端は、排気装置（図示されていない）に接続される。

なお、図３では、煩雑化を避けるため、図２におけるレーザ光２１３および照射レーザ光２１５は、省略されている。

ここで、この第２の放電補助式レーザ孔加工装置３００は、気流発生手段としてカバー部材３６５を備える。

カバー部材３６５は、少なくとも、保護カバー３２３が設置されたレーザ光学系３２０の底部（レーザ光出射側）を取り囲むように配置される。

カバー部材３６５は、カバー部材３６５の底面に配置された開口３６６を有する。また、カバー部材３６５の上面には、ガス導入口３６７が配置される。

開口３６６は、保護カバー３２３の出射領域の下方に配置される。より詳しくは、開口３６６は、レーザ光学系３２０および保護カバー３２３から出射される照射レーザ光が、カバー部材３６５によって遮蔽または干渉されないような位置に配置される。

ガス導入口３６７には、空気または窒素等のガス源（図示されていない）が接続される。

なお、ガス導入口３６７の配置位置は、特に限られず、図３に示したような、カバー部材３６５の上面の他、例えばカバー部材３６５の側面に配置してもよい。

また、図３の例では、カバー部材３６５は、上部に蓋材３６８を有し、このため、カバー部材３６５の内部は、開口３６６を除き、外部環境から分離されている。ただし、カバー部材３６５の設置は任意である。

このような構成の第２の放電補助式レーザ孔加工装置３００を用いて、絶縁基板３９０に貫通孔３８５を形成する場合、まず、絶縁基板３９０が両電極３４０、３４５の間に配置される。

次に、ガス導入口３６７に接続されたガス源の気体が、ガス導入口３６７を介して、カバー部材３６５内に供給される。供給された気体は、カバー部材３６５内を通り、開口３６６から排出される。

図３内の黒い矢印Ｆ１は、供給された気体のカバー部材３６５内での流れの一例を示している。この黒い矢印Ｆ１で示すように、カバー部材３６５内に供給された気体は、まずレーザ光学系３２０の側面に沿って、レーザ光学系３２０と平行な方向に流れ、保護カバー３２３の側面を通過する。次に、気体は、保護カバー３２３の外周側から保護カバー３２３の下側の空間に向かう。さらに、気体は、保護カバー３２３の出射領域の下側の空間において、照射レーザ光の照射方向と平行な方向に流れ、開口３６６から排出され、絶縁基板３９０の方に進行する。

カバー部材３６５内に気体を供給する動作の前後に、あるいはこの動作とほぼ同時に、吸引ノズル３７１に接続された排気装置（図示されていない）が作動して、吸引ノズル３７１の先端３７２から、絶縁基板３９０の貫通孔形成位置３８３の上部の空気が吸引される。

次に、この状態で、レーザ光源３１０からレーザ光学系３２０に向かって、レーザ光が照射される。このレーザ光は、レーザ光学系３２０により収束され、照射レーザ光となる。照射レーザ光は、保護カバー３２３を通り、絶縁基板３９０の貫通孔形成位置３８３に照射される。

これにより、絶縁基板３９０の貫通孔形成位３８３の温度が局部的に上昇し、ここに貫通孔３８５が形成される。

絶縁基板３９０に貫通孔３８５が形成されることに伴い、絶縁基板の貫通孔形成位置３８３から、加工屑が発生する。この加工屑の少なくとも一部は、照射レーザ光による衝撃のため、レーザ光学系３２０の方に向かって進行する。

しかしながら、第２の放電補助式レーザ孔加工装置３００では、照射レーザ光の照射の間、吸引ノズル３７１を介して、絶縁基板３９０の貫通孔形成位置３８３の上部の空気が吸引されている。このため、照射レーザ光３１５の照射によって生じた加工屑は、図３の白い矢印Ｆ２に示すように、吸引ノズル３７１によって吸引される。

また、保護カバー３２３の出射領域の下側の空間では、図３の黒い矢印Ｆ１に示すように、カバー部材３６５の開口３６６を下向きに通る気流が生じている。従って、仮に一部の加工屑が吸引ノズル３７１によって吸引されず、残留したとしても、それらの加工屑は、この気流により、カバー部材３６５の開口３６６から離れた位置に搬送される。

このため、照射レーザ光の照射の間に発生した加工屑が保護カバー３２３の方に進行し、保護カバー３２３に付着することが有意に抑制される。

次に、照射レーザ光の照射後、直流高電圧電源３２５を用いて、両電極３４０、３４５間に直流高電圧が印加される。これにより、電極３４０、３４５間において、放電が生じる。放電の発生により、貫通孔３８５の深さ方向に沿った形状が整えられる。

なお、放電の際にも、絶縁基板３９０から加工屑が発生する。

しかしながら、この間も、カバー部材３６５の開口３６６を下向きに通る気流、および吸引ノズル３７１による吸引は、継続されている。従って、前述の効果により、放電によって生じた加工屑に関しても、加工屑が保護カバー３２３の出射領域に付着することは、有意に抑制できる。

従って、第２の放電補助式レーザ孔加工装置３００においても、貫通孔形成処理中に、絶縁基板３９０から生じた加工屑が保護カバー３２３の出射領域に付着することを有意に抑制できる。

（本発明の一実施例によるさらに別の放電補助式レーザ孔加工装置について）
次に、図４および図５を参照して、本発明の一実施例によるさらに別の放電補助式レーザ孔加工装置について説明する。

図４および図５には、本発明の一実施例によるさらに別の放電補助式レーザ孔加工装置（以下、「第３の放電補助式レーザ孔加工装置」と称する）の構成の一例を概略的に示す。

図４は、第３の放電補助式レーザ孔加工装置４００の全体概略図であり、図５は、第３の放電補助式レーザ孔加工装置４００の特徴的部分の拡大図である。なお、図４および図５では、煩雑化を避けるため、図２におけるレーザ光２１３および照射レーザ光２１５に相当する部分は、省略されている。

図４に示すように、第３の放電補助式レーザ孔加工装置４００は、基本的に、図２に示した第１の放電補助式レーザ孔加工装置２００と同様の構成を有する。従って、図４に示した第３の放電補助式レーザ孔加工装置４００において、図２に示した第１の放電補助式レーザ孔加工装置２００と同様の部材には、図２に示した参照符号に２００を加えた参照符号が使用されている。例えば、第３の放電補助式レーザ孔加工装置４００は、レーザ光源４１０、レーザ光学系４２０、保護カバー４２３、直流高圧電源４２５、第１の電極４４０、および第２の電極４４５等を有する。

ここで、この第３の放電補助式レーザ孔加工装置４００は、気流発生手段４６０を有し、この気流発生手段４６０は、カバー部材４６５を備える。

カバー部材４６５は、少なくとも、保護カバー４２３が設置されたレーザ光学系４２０の底部（レーザ光出射側）を取り囲むように配置される。

カバー部材４６５は、カバー部材４６５の底面に配置された開口４６６を有する。また、カバー部材４６５の側面には、ガス導入口４６７が配置される。

開口４６６は、保護カバー４２３の出射領域の下方に配置される。より詳しくは、開口４６６は、レーザ光学系４２０および保護カバー４２３から出射される照射レーザ光が、カバー部材４６５によって遮蔽または干渉されないような位置に配置される。

ガス導入口４６７には、空気または窒素等のガス源（図示されていない）が接続される。

なお、ガス導入口４６７の配置位置は、特に限られず、図４に示したような、カバー部材４６５の側面の他、例えばカバー部材４６５の上面に配置してもよい。

カバー部材４６５は、上部に蓋材４６８を有し、このため、カバー部材４６５の内部は、開口４６６を除き、外部環境から分離されている。

また、第３の放電補助式レーザ孔加工装置４００は、吸引手段４７０を有し、この吸引手段４７０は、レーザ光学系４２０およびカバー部材４６５を収容するハウジング４７５を備える。

なお、図４に示した例では、レーザ光学系４２０は、ハウジング４７５によって完全に覆われているものの、レーザ光源４１０は、ハウジング４７５の外側に配置されている。しかしながら、レーザ光源４１０も、ハウジング４７５によって、一部または全部が覆われてもよい。

ハウジング４７５は、側部に排気口４７７を有する。この排気口は、例えば、真空ポンプのような排気装置（図示されていない）に接続される。また、ハウジング４７５は、底部が開放されており、絶縁基板４９０の表面４９２との間に、隙間Ｇが形成されている（図５参照）。隙間Ｇの値は、特に限られないが、例えば、０．５ｍｍ〜１０．０ｍｍの範囲である。

このような構成の第３の放電補助式レーザ孔加工装置４００を用いて、絶縁基板４９０に貫通孔４８５を形成する場合、まず、絶縁基板４９０が両電極４４０、４４５の間に配置される。

次に、ガス導入口４６７に接続されたガス源の気体が、ガス導入口４６７を介して、カバー部材４６５内に供給される。供給された気体は、カバー部材４６５内を通り、開口４６６から排出される。

図５には、カバー部材４６５内に供給される気体の流れの一例を示す（黒い矢印Ｆ１）。

この図の黒い矢印Ｆ１で示すように、ガス導入口４６７を介してカバー部材４６５内に供給された気体は、まずレーザ光学系４２０の側面に沿って、レーザ光学系４２０と平行な方向に流れ、保護カバー４２３の側面を通過する。次に、気体は、保護カバー４２３の外周側から保護カバー４２３の下側の空間に向かう。さらに、気体は、保護カバー４２３の出射領域の下側の空間において、照射レーザ光の照射方向と略平行な方向に流れ、開口４６６から排出される。カバー部材４６５から排出された気体は、絶縁基板４９０の方に進行する。

一方、カバー部材４６５内に気体を供給する動作の前後に、あるいはこの動作とほぼ同時に、ハウジング４７５の排気口４７７に接続された排気装置（図示されていない）が作動する。これにより、絶縁基板４９０の貫通孔形成位置４８３の上部の空気が吸引される。

図５には、排気口４７７から気体が排出されるまでの、ハウジング４７５内の気体の流れの一例を示す（白い矢印Ｆ２）。

この図の白い矢印Ｆ２に示すように、排気口４７７を介したハウジング４７５内の気体の吸引のため、絶縁基板４９０の上部に存在する気体は、ハウジング４７５の側壁に沿って上昇し、その後、排気口４７７を通ってハウジング４７５外に排気される。なお、ハウジング４７５の底部と絶縁基板４９０の間には、隙間Ｇが設けられているため、ハウジング４７５内が、極端な高真空状態になることはない。

次に、この状態で、図４に示すように、レーザ光源４１０からレーザ光学系４２０に向かって、レーザ光４１３が照射される。このレーザ光４１３は、レーザ光学系４２０により収束され、照射レーザ光４１５となる。照射レーザ光４１５は、保護カバー４２３を通り、絶縁基板４９０の貫通孔形成位置４８３に照射される。

これにより、絶縁基板４９０の貫通孔形成位４８３の温度が局部的に上昇し、絶縁材料が昇華し、ここに貫通孔４８５が形成される。

絶縁基板４９０に貫通孔４８５が形成されることに伴い、絶縁基板４９０の貫通孔形成位置４８３から、加工屑が発生する。この加工屑の少なくとも一部は、照射レーザ光４１５による衝撃のため、レーザ光学系４２０の方に向かう傾向にある。

しかしながら、第３の放電補助式レーザ孔加工装置４００において、保護カバー４２３の出射領域の下側の空間では、図５の黒い矢印Ｆ１に示すように、カバー部材４６５の開口４６６を下向きに通る気流が生じている。従って、この気流により、絶縁基板４９０の貫通孔形成位置４８３から生じた加工屑が、保護カバー４２３の出射領域に到達することが有意に抑制される。

また、第３の放電補助式レーザ孔加工装置４００では、照射レーザ光４１５の照射の間、絶縁基板４９０の貫通孔形成位置４８３の上部の空気は、ハウジング４７５に設けられた排気口４７７を介して吸引されている。このため、照射レーザ光４１５の照射によって生じた加工屑は、ハウジング４７５内を図５の白い矢印Ｆ２に示す方向に沿って移動し、排気口４７７から排出される。

次に、照射レーザ光の照射後、直流高電圧電源４２５を用いて、両電極４４０、４４５間に直流高電圧が印加される。これにより、電極４４０、４４５間において、放電が生じる。放電の発生により、貫通孔４８５の深さ方向に沿った形状が整えられる。

なお、放電の際にも、絶縁基板４９０から加工屑が発生する。

しかしながら、この間も、カバー部材４６５の開口４６６を下向きに通る気流、およびハウジング４７５の排気口４７７を介した吸引は、継続されている。従って、前述の効果により、放電によって生じた加工屑に関しても、加工屑が保護カバー４２３の出射領域に付着することは、有意に抑制される。

従って、第３の放電補助式レーザ孔加工装置４００においても、貫通孔形成処理中に、絶縁基板４９０から生じた加工屑が保護カバー４２３の出射領域に付着することを有意に抑制できる。

ところで、一般に、レーザ光加工によって生じた加工屑が周囲に飛散し、これらが駆動系に混入した場合、これらの加工屑によって、駆動系の速やかな動作に支障が生じる場合がある。

しかしながら、この第３の放電補助式レーザ孔加工装置４００の場合、気流発生用のカバー部材４６５は、ハウジング４７５によって覆われている。このため、第３の放電補助式レーザ孔加工装置４００では、カバー部材４６５の開口４６６から排出される気流によって、加工屑が周囲に飛散することが有意に抑制される。従って、この第３の放電補助式レーザ孔加工装置４００では、加工屑の混入によって駆動系の動作に支障が生じるという問題を、有意に抑制できる。

次に、本発明の実施例について説明する。

（実施例１）
前述の図４に示したような構成の放電補助式レーザ孔加工装置を使用して、厚さ０．３ｍｍのガラス基板（無アルカリガラス）に連続的に複数の貫通孔を形成した。

レーザ光源には、ＣＯ_２レーザ源を使用した。照射レーザ光の出力は、５０Ｗとした。放電電圧は、５０００Ｖとした。

保護カバーには、直径２６ｍｍφのＺｎＳｅウィンドウを使用した。保護カバーの下面から、ガラス基板の表面までの距離は、２０ｍｍとした。

気流発生手段として、図４および図５に示した構造の樹脂製のカバー部材を使用した。カバー部材には、ガス導入口を設け、このガス導入口を空気源と接続した。カバー部材に供給される空気量は、約２００リットル／分〜３００リットル／分とした。カバー部材の保護カバーの出射領域と対向する部分には、１０ｍｍφの開口を設けた。

また、吸引手段として、レーザ光学系およびカバー部材を取り囲むアクリル製のハウジング（１００ｍｍ×１００ｍｍ）を使用した。ハウジングの側部に排気口を設け、ここに真空ポンプを接続した。吸引速度は、約３８００リットル／分とした。なお、ハウジングの底面とガラス基板の表面との間には、約２ｍｍの隙間Ｇを設け、ハウジングがガラス基板に接触しないようにした。

ガラス基板に形成される貫通孔の直径（ガラス基板の表面における開口の直径）は、７０μｍを目標とした。

以上のような条件で、ガラス基板に対して多数の貫通孔を形成した。

その結果、この実施例１では、１５００００個の貫通孔を形成した後も、保護カバーに付着する加工屑の量は少ないことが確認された。すなわち、１５００００個の貫通孔を形成した後も、保護カバーは、依然として良好なスループットを有することがわかった。

（実施例２）
前述の図２に示したような構成の放電補助式レーザ孔加工装置を使用して、厚さ０．３ｍｍのガラス基板（無アルカリガラス）に連続的に複数の貫通孔を形成した。

レーザ光源には、ＣＯ_２レーザ源を使用した。照射レーザ光の出力は、５０Ｗとした。放電電圧は、５０００Ｖとした。

保護カバーには、直径２６ｍｍφのガラスを使用した。保護カバーの下面から、ガラス基板の表面までの距離は、２０ｍｍとした。

気流発生手段として、図２に示したような配管を使用した。配管の一端は、空気源に接続した。配管に供給される空気量は、約２００リットル／分〜３００リットル／分とした。

配管は、照射レーザ光の方向に対して垂直な方向に配置した。従って、配管から噴射される空気流の方向は、保護カバーの出射領域から出射される照射レーザ光の伝播方向と略直交する方向とした。

配管の開口部の面積は、約１２ｍｍ^２とした。配管の高さレベルは、保護カバーの底面から約１３ｍｍの位置とした。また、保護カバーを厚さ方向から見たとき、配管は、該配管の中心軸（延伸軸）が保護カバーの中心を通るようにして、保護カバーに対して配置した。

また、吸引手段として、一端が真空ポンプに接続された吸引ノズルを使用した。真空ポンプの吸引速度は、約３８００リットル／分とした。なお、吸引ノズルは、先端が、絶縁基板側の貫通孔形成位置から、約３０ｍｍの距離となるように配置した。

ガラス基板に形成される貫通孔の直径（ガラス基板の表面における開口の直径）は、７０μｍを目標とした。

以上のような条件で、ガラス基板に対して多数の貫通孔を形成した。

その結果、この実施例２では、１５００００個の貫通孔を形成した後も、保護カバーに付着する加工屑の量は少ないことが確認された。すなわち、１５００００個の貫通孔を形成した後も、保護カバーは、依然として良好なスループットを有することがわかった。

（比較例）
前述の図１に示したような構成のレーザ照射貫通孔形成装置を使用して、厚さ０．３ｍｍのガラス基板（無アルカリガラス）に連続的に複数の貫通孔を形成した。すなわち、この比較例では、気流発生手段および吸引手段を備えないレーザ誘導式放電加工装置を使用して、ガラス基板に貫通孔を形成した。

なお、レーザ光照射条件、および直流放電条件は、実施例１、２の場合と同様である。

その結果、この比較例では、４００個の貫通孔を形成した段階で、処理を継続することができなくなることがわかった。このことから、この比較例では、比較的短期間の内に、保護カバーに多量の加工屑が付着し、保護カバーのスループットが極端に低下することが確認された。

本発明は、ガラス基板などの絶縁基板に貫通孔を形成する技術等に利用できる。

１００ 従来のレーザ照射貫通孔形成装置
１１０ レーザ光源
１１３ レーザ光
１１５ 照射レーザ光
１２０ レーザ光学系
１８３ 貫通孔形成位置
１８５ 貫通孔
１９０ 絶縁基板
２００ 第１の放電補助式レーザ孔加工装置
２１０ レーザ光源
２１３ レーザ光
２１５ 照射レーザ光
２２０ レーザ光学系
２２３ 保護カバー
２２５ 直流高電圧電源
２４０ 第１の電極
２４５ 第２の電極
２５０、２５５ 導体
２６０ 気流発生手段
２６１ 配管
２６２ 第１の端部
２７０ 吸引手段
２７１ 吸引ノズル
２７２ 先端
２８３ 貫通孔形成位置
２８５ 貫通孔
２９０ 絶縁基板
３００ 第２の放電補助式レーザ孔加工装置
３１０ レーザ光源
３２０ レーザ光学系
３２３ 保護カバー
３２５ 直流高電圧電源
３４０ 第１の電極
３４５ 第２の電極
３５０、３５５ 導体
３６５ カバー部材
３６０ 気流発生手段
３６６ 開口
３６７ ガス導入口
３６８ 蓋材
３７０ 吸引手段
３７１ 吸引ノズル
３７２ 先端
３８３ 貫通孔形成位置
３８５ 貫通孔
３９０ 絶縁基板
４００ 第３の放電補助式レーザ孔加工装置
４１０ レーザ光源
４１３ レーザ光
４１５ 照射レーザ光
４２０ レーザ光学系
４２３ 保護カバー
４２５ 直流高電圧電源
４４０ 第１の電極
４４５ 第２の電極
４５０、４５５ 導体
４６０ 気流発生手段
４６５ カバー部材
４６６ 開口
４６７ ガス導入口
４６８ 蓋材
４７０ 吸引手段
４７５ ハウジング
４７７ 排気口
４８３ 貫通孔形成位置
４８５ 貫通孔
４９０ 絶縁基板
４９２ 表面
Ｇ 隙間

Claims (7)

1. レーザ光照射によって絶縁基板に複数の貫通孔を形成し、第１および第２の電極間での放電現象により、前記貫通孔の形状を調整する、放電補助式レーザ孔加工装置であって、
   レーザ光を放射するレーザ光源と、
   前記レーザ光を照射レーザ光として、絶縁基板の貫通孔形成位置に照射するレーザ光学系と、
   放電を発生させる第１および第２の電極と、
   を有し、
   前記レーザ光学系は、前記照射レーザ光の出口側に保護カバーを有し、
   当該放電補助式レーザ孔加工装置は、さらに
   前記保護カバーの前記照射レーザ光の出射側に気流を生じさせる気流発生手段と、
   前記絶縁基板から生じる加工屑を吸引する吸引手段と、
   を備えることを特徴とする放電補助式レーザ孔加工装置。
2. 前記気流発生手段は、前記照射レーザ光の伝播方向と略交差する方向に流れる気流を生じさせる、請求項１に記載の放電補助式レーザ孔加工装置。
3. 前記気流発生手段は、前記照射レーザ光の伝播方向と略平行な方向に流れる気流を生じさせる、請求項１に記載の放電補助式レーザ孔加工装置。
4. 前記気流発生手段は、前記保護カバーを覆うように配置されたカバー部材を有し、
   該カバー部材は、開口およびガス導入口を有し、前記開口は、前記保護カバーの照射レーザ光の出口に対向して設けられる、請求項１乃至３のいずれか一つに記載の放電補助式レーザ孔加工装置。
5. 前記吸引手段は、前記絶縁基板と前記保護カバーの間に配置された吸引ノズルを有する、請求項１乃至４のいずれか一つに記載の放電補助式レーザ孔加工装置。
6. 前記吸引手段は、前記レーザ光学系を取り囲むハウジングと、該ハウジングの排気口に接続された排気装置とを有する、請求項１乃至４のいずれか一つに記載の放電補助式レーザ孔加工装置。
7. 前記保護カバーを交換せずに、絶縁基板に１５００００個以上の貫通孔を形成できる、請求項１乃至６のいずれか一つに記載の放電補助式レーザ孔加工装置。

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