JP2020109820A - プリント基板のレーザ加工方法およびプリント基板のレーザ加工機 - Google Patents
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Abstract
【課題】 品質に優れる穴を能率良く加工することができるプリント基板のレーザ加工方法およびプリント基板のレーザ加工機を提供すること。【解決手段】 レーザ発振器１から発振されたレーザ２の外形をアパーチャ４により整形し、ガルバノ装置５とｆθレンズ６によりレーザ２を位置決めして、銅層７ｃと絶縁層７ｚとからなるプリント基板７の所望の位置に穴を形成するようにしたプリント基板のレーザ加工方法において、第１のアパーチャ４で整形したレーザ２により銅層７ｃに貫通穴を形成し、その後、第１のアパーチャ４よりも小径の第２のアパーチャ４で整形したレーザ２により絶縁層７ｚを加工して、プリント基板７に穴を形成する。【選択図】図１
Description
本発明は、ビルドアップ式のプリント基板の所望の位置に表面の銅層と下層の銅層を接続するブラインドホール（行止まり穴。以下、単に穴という。）あるいは両面基板を表と裏からそれぞれ加工して表面の銅層と裏面の銅層を接続する貫通穴を形成するようにしたプリント基板のレーザ加工方法およびプリント基板のレーザ加工機に関する。
ビルドアップ式のプリント基板は導体である銅層とガラス繊維やフィラを含有する樹脂で形成された絶縁層（以下、単に「絶縁層」という。）とから構成されている。銅層としてはレーザの吸収を高める目的で表面処理（黒化処理やブラウン処理等と呼ばれる）がされた厚さ５〜１２μｍのものだけで無く、表面処理がされていない光沢面の厚さ１．５〜２μｍのものも使用されている。また、絶縁層の厚さは２０〜２００μｍである。また、炭酸ガスレーザにより穴を加工する場合、表面の銅層と下層の銅層をめっきで接続する層間接続用として４０〜１２０μｍの穴を、また、回路パターンを形成する場合に基準穴として使用する１２０〜２５０μｍの穴を、それぞれ加工する。そして、レーザ加工としては、後工程であるめっき工程を容易にする加工結果が要求されている。
初めに、従来のレーザ加工機の構成について説明する。
図９は、従来のレーザ加工機の構成図である。
レーザ発振器１は、パルス状のレーザ２を出力する。レーザ発振器１とプレート３との間に配置されたビーム径調整装置１００はレーザ２のエネルギ密度を調整するための装置であり、レーザ発振器１から出力されたレーザ２の外径を変更することによりレーザ２のエネルギ密度を調整する。すなわち、ビーム径調整装置１００の前後におけるレーザ２のエネルギは変化しない。したがって、ビーム径調整装置１００から出射されたレーザ２はレーザ発振器１から出力されたレーザ２と見なすことができるので、以下、ビーム径調整装置１００とレーザ発振器１を併せてレーザ出力装置１１０という。なお、ビーム径調整装置１００は使用されない場合もある。
レーザ発振器１とガルバノミラー５ａとの間に配置されたプレート３はレーザ２を透過させない材質（例えば、銅）で形成されており、所定の位置にアパーチャ（窓であり、この場合は円形の貫通穴）４が複数個かつ選択可能に形成されている。プレート３は図示を省略する駆動装置により駆動され、選択されたアパーチャ４の軸線をレーザ２の軸線と同軸に位置決めする。ガルバノ装置５は一対のガルバノミラー５ａ、５ｂで構成され、図中矢印で示すように回転軸の回りに回転自在であり、反射面を任意の角度に位置決めすることができる。なお、ガルバノミラー５ａ、５ｂが位置決めに要する時間は平均０．４ｍｓ（２．５ｋＨｚ）程度である。ｆθレンズ（集光レンズ）６は、図示を省略する加工ヘッドに保持されている。ガルバノミラー５ａ、５ｂとｆθレンズ６とでレーザ２の光軸をプリント基板７の所望の位置に位置決めする光軸位置決め装置を構成しており、ガルバノミラー５ａ、５ｂの回転角度とｆθレンズ６の直径とで定まるスキャン領域（すなわち、加工領域）８は、５０ｍｍ×５０ｍｍ程度の大きさである。ワークである銅層７ｃと絶縁層７ｚとからなるプリント基板７は、Ｘ−Ｙテーブル９に固定されている。制御装置１０は入力された制御プログラムに従い、レーザ発振器１、ビーム径調整装置１００、プレート３の駆動装置、ガルバノミラー５ａ、５ｂおよびＸ−Ｙテーブル９を制御する。
図９は、従来のレーザ加工機の構成図である。
レーザ発振器１は、パルス状のレーザ２を出力する。レーザ発振器１とプレート３との間に配置されたビーム径調整装置１００はレーザ２のエネルギ密度を調整するための装置であり、レーザ発振器１から出力されたレーザ２の外径を変更することによりレーザ２のエネルギ密度を調整する。すなわち、ビーム径調整装置１００の前後におけるレーザ２のエネルギは変化しない。したがって、ビーム径調整装置１００から出射されたレーザ２はレーザ発振器１から出力されたレーザ２と見なすことができるので、以下、ビーム径調整装置１００とレーザ発振器１を併せてレーザ出力装置１１０という。なお、ビーム径調整装置１００は使用されない場合もある。
レーザ発振器１とガルバノミラー５ａとの間に配置されたプレート３はレーザ２を透過させない材質（例えば、銅）で形成されており、所定の位置にアパーチャ（窓であり、この場合は円形の貫通穴）４が複数個かつ選択可能に形成されている。プレート３は図示を省略する駆動装置により駆動され、選択されたアパーチャ４の軸線をレーザ２の軸線と同軸に位置決めする。ガルバノ装置５は一対のガルバノミラー５ａ、５ｂで構成され、図中矢印で示すように回転軸の回りに回転自在であり、反射面を任意の角度に位置決めすることができる。なお、ガルバノミラー５ａ、５ｂが位置決めに要する時間は平均０．４ｍｓ（２．５ｋＨｚ）程度である。ｆθレンズ（集光レンズ）６は、図示を省略する加工ヘッドに保持されている。ガルバノミラー５ａ、５ｂとｆθレンズ６とでレーザ２の光軸をプリント基板７の所望の位置に位置決めする光軸位置決め装置を構成しており、ガルバノミラー５ａ、５ｂの回転角度とｆθレンズ６の直径とで定まるスキャン領域（すなわち、加工領域）８は、５０ｍｍ×５０ｍｍ程度の大きさである。ワークである銅層７ｃと絶縁層７ｚとからなるプリント基板７は、Ｘ−Ｙテーブル９に固定されている。制御装置１０は入力された制御プログラムに従い、レーザ発振器１、ビーム径調整装置１００、プレート３の駆動装置、ガルバノミラー５ａ、５ｂおよびＸ−Ｙテーブル９を制御する。
次に、従来のレーザ加工機の加工手順を説明する。
図１０は従来のレーザ加工機の加工手順を示すフローチャートである。
制御装置１０は加工プログラムを読み込み、Ｘ−Ｙテーブル９を移動させて、最初のスキャン領域８をｆθレンズ６に対向させる（手順Ｓ１０）。そして、スキャン領域８内で最初に加工する穴径に対応するアパーチャ４を選択し、選択したアパーチャ４の軸線をレーザ２の軸線と同軸に位置決めすると共に、必要に応じてビーム径調整装置１００によりビーム２のエネルギ密度を変更する（手順Ｓ２０）。そして、先ず、当該スキャン領域８内において指定された位置の総ての銅層７ｃに穴（以下、ウインドウという）を開ける（手順Ｓ５０、手順Ｓ６０）。すなわち、レーザ出力装置１１０から出力されたレーザ２の外径をアパーチャ４により整形し、ガルバノミラー５ａ、５ｂとｆθレンズ６とで構成される光軸位置決め装置により集光したレーザ２の軸線を位置決めしてプリント基板７に入射させる。入射したレーザ２により銅層７ｃが蒸発してウインドウが形成される。この場合、ウインドウに対応する絶縁層７ｚ、すなわち、ウインドウが形成されることにより表面に露出する絶縁層７ｚ（以下、「ウインドウ部絶縁層７ｚ」という。）の劣化を防ぐため、ウインドウをレーザ２の１回の照射（すなわち、１パルスの照射）で形成する。また、ウインドウ形成直後のウインドウ部絶縁層７ｚは温度が高くなっているため、銅層７ｃの加工に続けて絶縁層７ｚを加工すると、後述するように、ウインドウ外縁の銅層７ｃ下部の絶縁層７ｚにえぐれ（ウインドウ部絶縁層７ｚの外縁がウインドウ外縁の銅層７ｃの下部にまで拡大し、ウインドウ外縁の銅層７ｃが絶縁層７ｚに対してオーバーハングの状態になること。以下、単にえぐれと呼ぶ）が発生がしたり、穴の内部がビヤ樽状になったりする可能性が高くなる。そこで、スキャン領域８内の残りの穴の銅層７ｃを先に加工する。
図１０は従来のレーザ加工機の加工手順を示すフローチャートである。
制御装置１０は加工プログラムを読み込み、Ｘ−Ｙテーブル９を移動させて、最初のスキャン領域８をｆθレンズ６に対向させる（手順Ｓ１０）。そして、スキャン領域８内で最初に加工する穴径に対応するアパーチャ４を選択し、選択したアパーチャ４の軸線をレーザ２の軸線と同軸に位置決めすると共に、必要に応じてビーム径調整装置１００によりビーム２のエネルギ密度を変更する（手順Ｓ２０）。そして、先ず、当該スキャン領域８内において指定された位置の総ての銅層７ｃに穴（以下、ウインドウという）を開ける（手順Ｓ５０、手順Ｓ６０）。すなわち、レーザ出力装置１１０から出力されたレーザ２の外径をアパーチャ４により整形し、ガルバノミラー５ａ、５ｂとｆθレンズ６とで構成される光軸位置決め装置により集光したレーザ２の軸線を位置決めしてプリント基板７に入射させる。入射したレーザ２により銅層７ｃが蒸発してウインドウが形成される。この場合、ウインドウに対応する絶縁層７ｚ、すなわち、ウインドウが形成されることにより表面に露出する絶縁層７ｚ（以下、「ウインドウ部絶縁層７ｚ」という。）の劣化を防ぐため、ウインドウをレーザ２の１回の照射（すなわち、１パルスの照射）で形成する。また、ウインドウ形成直後のウインドウ部絶縁層７ｚは温度が高くなっているため、銅層７ｃの加工に続けて絶縁層７ｚを加工すると、後述するように、ウインドウ外縁の銅層７ｃ下部の絶縁層７ｚにえぐれ（ウインドウ部絶縁層７ｚの外縁がウインドウ外縁の銅層７ｃの下部にまで拡大し、ウインドウ外縁の銅層７ｃが絶縁層７ｚに対してオーバーハングの状態になること。以下、単にえぐれと呼ぶ）が発生がしたり、穴の内部がビヤ樽状になったりする可能性が高くなる。そこで、スキャン領域８内の残りの穴の銅層７ｃを先に加工する。
ウインドウの加工が終了したら、当該スキャン領域８内において指定された位置の総ての絶縁層７ｚ、すなわち、ウインドウ部絶縁層７ｚを加工して穴を完成させる。ここで、絶縁層７ｚを過大なエネルギで加工すると、えぐれが発生がしたり、穴の内部がビヤ樽状になったりする可能性が高くなる。そこで、１個の穴をパルス幅Ｐｗｚの複数のパルスで加工することとし、かつ、１つの穴にレーザ２を１パルス照射したら次の穴を加工することを繰り返すことにより絶縁層７ｚを加工してそれぞれの穴を完成させる。すなわち、先ず、絶縁層７ｚにレーザ２を照射する指定回数Ｎを記憶し、照射回数ｉをｉ＝１とする（手順Ｓ８０、手順Ｓ９０）。そして、当該スキャン領域８内における総てのウインドウ部絶縁層７ｚにレーザ２を１パルスずつ照射する（手順Ｓ１００、手順Ｓ１１０）。そして、当該スキャン領域８内における総てのウインドウ部絶縁層７ｚにレーザ２を照射したら、照射回数ｉをｉ＝ｉ＋１とした後、指定回数Ｎと照射回数ｉとを比較し（手順Ｓ１２０、手順Ｓ１３０）、ｉ≦Ｎの場合は手順Ｓ１００の処理を行い、ｉ＞Ｎの場合は手順Ｓ５００の処理を行う。手順Ｓ５００では当該スキャン領域８内に径の異なる未加工の穴があるかどうかを確認し、未加工の穴がある場合は手順Ｓ２０の作業を行う。また、未加工の穴がない場合は未加工のスキャン領域８があるかどうかを確認し（手順Ｓ５１０）、未加工のスキャン領域８がある場合は手順Ｓ１０の作業を行い、未加工のスキャン領域８がない場合は加工を終了する。
ここで、レーザ２が炭酸ガスレーザである場合についてその特性を説明する。
図１１はレーザ発振器１の出力を説明する図であり、上段はレーザ発振器１の制御信号によって起動される高周波パルスＲＦ出力である。また、下段はレーザ２の１パルスの出力波形であり、縦軸は出力レベルを、横軸は時間を、それぞれ表している。レーザ発振器１を起動すると（時刻Ｔ０）、レーザ発振器１内部のレーザ媒体に高周波パルスＲＦが印可されエネルギのチャージが開始される。そして、エネルギが飽和するとレーザ２が発振される（時刻Ｔ１）。レーザ２は発振直後に出力が急上昇した後（時刻Ｔｊ）、一旦下がり（時刻Ｔｄ）、以降、エネルギチャージと出力放出とがバランスし、出力が増大する。レーザ発振器１を停止、すなわち高周波パルスＲＦの印可を停止しても（時刻Ｔ２）引き続きエネルギは減衰しながら出力され、時刻Ｔ３で０になる。同図に斜線を付して示す１パルスのパルスエネルギＥｐは、１パルスの持続期間である時刻Ｔ１から出力レベルが０となる時刻Ｔ３までの期間の総エネルギ量であるが、実用上、パルス幅Ｐｗを時刻Ｔ１〜時刻Ｔ２の期間として制御している。すなわち、例えば、パルス幅Ｐｗが２μｓの場合、時刻Ｔ２は時刻Ｔ０から５μｓ経過した時刻である。ここで、時刻Ｔ０から時刻Ｔ１までの期間は、パルス周波数（パルス周期）によって変わり３μｓ±０．３μｓ程度である。なお、レーザ発振器１００のレーザ発振周波数は最大５ｋＨｚ（パルス周期２００ｕｓ）程度である。
図１１はレーザ発振器１の出力を説明する図であり、上段はレーザ発振器１の制御信号によって起動される高周波パルスＲＦ出力である。また、下段はレーザ２の１パルスの出力波形であり、縦軸は出力レベルを、横軸は時間を、それぞれ表している。レーザ発振器１を起動すると（時刻Ｔ０）、レーザ発振器１内部のレーザ媒体に高周波パルスＲＦが印可されエネルギのチャージが開始される。そして、エネルギが飽和するとレーザ２が発振される（時刻Ｔ１）。レーザ２は発振直後に出力が急上昇した後（時刻Ｔｊ）、一旦下がり（時刻Ｔｄ）、以降、エネルギチャージと出力放出とがバランスし、出力が増大する。レーザ発振器１を停止、すなわち高周波パルスＲＦの印可を停止しても（時刻Ｔ２）引き続きエネルギは減衰しながら出力され、時刻Ｔ３で０になる。同図に斜線を付して示す１パルスのパルスエネルギＥｐは、１パルスの持続期間である時刻Ｔ１から出力レベルが０となる時刻Ｔ３までの期間の総エネルギ量であるが、実用上、パルス幅Ｐｗを時刻Ｔ１〜時刻Ｔ２の期間として制御している。すなわち、例えば、パルス幅Ｐｗが２μｓの場合、時刻Ｔ２は時刻Ｔ０から５μｓ経過した時刻である。ここで、時刻Ｔ０から時刻Ｔ１までの期間は、パルス周波数（パルス周期）によって変わり３μｓ±０．３μｓ程度である。なお、レーザ発振器１００のレーザ発振周波数は最大５ｋＨｚ（パルス周期２００ｕｓ）程度である。
ここで、アパーチャ４の径を選定する手順を説明する。レーザ２はｆθレンズ６によりアパーチャ径を縮小投影（集光）されるので、レーザ２の出力の大きさはレーザ２の軸線を対称軸とするガウス分布曲線に似た釣鐘状の曲線になる。そして、上記したように、レーザ２の照射により銅層７ｃが蒸発してウインドウが形成される。
そこで、アパーチャ４の径として、所望の穴径すなわちウインドウ部が銅の蒸発閾値となるような大きさの径が選定される。このため、加工する穴径が異なる場合は、径の異なるアパーチャを選定する。このように、加工しようとする穴径に応じてレーザ２の径を設定すると、光軸位置決め装置を構成するｆθレンズ６の高さを上下方向に移動させる必要がなくなり、加工精度が向上するだけでなく、作業性も向上する。アパーチャ４の交換装置段としてはいくつかの装置が提案されている。（特許文献１）
そこで、アパーチャ４の径として、所望の穴径すなわちウインドウ部が銅の蒸発閾値となるような大きさの径が選定される。このため、加工する穴径が異なる場合は、径の異なるアパーチャを選定する。このように、加工しようとする穴径に応じてレーザ２の径を設定すると、光軸位置決め装置を構成するｆθレンズ６の高さを上下方向に移動させる必要がなくなり、加工精度が向上するだけでなく、作業性も向上する。アパーチャ４の交換装置段としてはいくつかの装置が提案されている。（特許文献１）
図１２はレーザ加工した穴形状の断面図である。
加工部のガラス繊維の密度が小さく、下層の銅層７ｃに反射された最終パルスのレ−ザ２のほとんどが穴の内部を照射した場合、あるいは形成する穴が深い場合、穴内に生じた分解飛散物により、穴側面の樹脂が抉られ、穴の深さ方向の中間部の直径が上下の直径よりも広がり、同図（ａ）に示すように穴側面がビヤ樽状の穴になることがある。穴がビヤ樽状になると、同図（ｂ）に示すように後工程のめっき時に穴内にボイド（めっき加工中に穴入口が塞がり，めっき液が穴内に閉じ込められた状態になる）が生じ易くなり、プリント基板不良の主要因になる。
加工部のガラス繊維の密度が小さく、下層の銅層７ｃに反射された最終パルスのレ−ザ２のほとんどが穴の内部を照射した場合、あるいは形成する穴が深い場合、穴内に生じた分解飛散物により、穴側面の樹脂が抉られ、穴の深さ方向の中間部の直径が上下の直径よりも広がり、同図（ａ）に示すように穴側面がビヤ樽状の穴になることがある。穴がビヤ樽状になると、同図（ｂ）に示すように後工程のめっき時に穴内にボイド（めっき加工中に穴入口が塞がり，めっき液が穴内に閉じ込められた状態になる）が生じ易くなり、プリント基板不良の主要因になる。
また、同図（ｃ）に示すように、貫通穴を形成する場合、表裏の穴形状が均一な対称形状でない場合や穴中間部の径がばらつく（±１０μｍ程度）と，めっき仕上がり面の一方の面が凹み、他方の面が凸になり易い。このため、めっき厚を増やして、専用の研磨工程で表面を平らに仕上げる必要がある。
また、同図（ｄ）に示すようにウインドウ部絶縁層７ｚだけでなくウインドウ外縁の銅層７ｃ下部の絶縁物７ｚも熱により抉られ、くぼみ１１が形成されることが多い。くぼみ１１の直径Ｄｋがウインドウの直径Ｄよりも１５μｍ以上大きいと、絶縁物７ｚに形成された穴に対して銅層７ｃがオーバーハングが７．５ｕｍ以上となる結果、後工程のめっき時に穴内にボイドが生じ易くなる。さらに、くぼみ１１の直径Ｄｋがウィンドウの直径Ｄよりも１５μｍ以上大きい場合、銅層７ｃと絶縁層７ｚとの間に微小なクラックが発生することがある。隣り合う穴の片方あるいは両方にこのようなクラックが発生していると、後工程のめっき時にクラックがめっきされることにより隣接する他の銅層７ｃとの間で短絡が発生する。したがって、このようなクラックの発生も防止する必要がある。そこで、照射回数Ｎは増えるが、１回のパルスのエネルギを小さくして、加工した穴内面の品質を優れたものにする場合が多い。
プリント基板７に実装する高密度半導体に対応するため、プリント基板のレ−ザ加工には、めっきが確実に行える形状の穴を加工することが要求されている。すなわち、
（１）ウインドウおよび絶縁層７ｚに形成する穴径のばらつきを±５％以下にすること
（２）絶縁層７ｚに形成する穴は、底面の径が上面の径の８０％以上の円錐台であること
（３）ガラス繊維が穴内面に突き出さないようにして穴内面の平滑化をはかること
に加えて、
（４）ウインドウ部絶縁層７ｚ外縁のえぐれ（銅層７ｃのオ−バ−ハング）を７．５μｍ（径では、ウインドウ径＋１５μｍ）以下にすること
（５）ウインドウ周辺の銅層７ｃと絶縁層７ｚとの間に剥離が無いこと
（６）穴径をさらに小径にすること
（７）隣接する穴との距離を穴径の２倍程度にする（現在は穴径の３〜４倍）こと
（８）穴底に損傷が無いこと
（９）貫通穴を形成する場合は、穴中間部の径のばらつきを小さくすること
が要求されている。
上記したように、一度に過大なエネルギで絶縁層７ｚを加工すると、えぐれが発生したり、穴内部がビヤ樽状になる。そこで、パルス幅Ｐｗｚを小さく、すなわちパルスエネルギを小さくしたレーザ２を複数回照射して加工することにより、上記（１）〜（３）に関してはある程度解決されていた。しかし、パルス幅Ｐｗｚを例えば１．５μｓとする場合、時刻Ｔ１が±０．３μｓ程度ばらつくため、エネルギが不足して穴底の径が小さくなる場合があった。このような状態を回避するためにパルス幅Ｐｗｚを大きくすると、えぐれが発生したり、穴内部がビヤ樽状になる可能性が大きくなった。また、パルス幅Ｐｗｚを変えずに、照射数を増すと、上記したようにガルバノミラー５ａ、５ｂが位置決めに要する時間は平均０．４ｍｓ（周波数２．５ｋＨｚ）程度であるため、照射数を１回増す毎に１つの穴の加工時間が０．４ｍｓ増加した。このため、さらなる穴品質の向上および加工時間の短縮が求められていた。また、上記の（４）〜（９）に関しても改善が要求されていた。
（１）ウインドウおよび絶縁層７ｚに形成する穴径のばらつきを±５％以下にすること
（２）絶縁層７ｚに形成する穴は、底面の径が上面の径の８０％以上の円錐台であること
（３）ガラス繊維が穴内面に突き出さないようにして穴内面の平滑化をはかること
に加えて、
（４）ウインドウ部絶縁層７ｚ外縁のえぐれ（銅層７ｃのオ−バ−ハング）を７．５μｍ（径では、ウインドウ径＋１５μｍ）以下にすること
（５）ウインドウ周辺の銅層７ｃと絶縁層７ｚとの間に剥離が無いこと
（６）穴径をさらに小径にすること
（７）隣接する穴との距離を穴径の２倍程度にする（現在は穴径の３〜４倍）こと
（８）穴底に損傷が無いこと
（９）貫通穴を形成する場合は、穴中間部の径のばらつきを小さくすること
が要求されている。
上記したように、一度に過大なエネルギで絶縁層７ｚを加工すると、えぐれが発生したり、穴内部がビヤ樽状になる。そこで、パルス幅Ｐｗｚを小さく、すなわちパルスエネルギを小さくしたレーザ２を複数回照射して加工することにより、上記（１）〜（３）に関してはある程度解決されていた。しかし、パルス幅Ｐｗｚを例えば１．５μｓとする場合、時刻Ｔ１が±０．３μｓ程度ばらつくため、エネルギが不足して穴底の径が小さくなる場合があった。このような状態を回避するためにパルス幅Ｐｗｚを大きくすると、えぐれが発生したり、穴内部がビヤ樽状になる可能性が大きくなった。また、パルス幅Ｐｗｚを変えずに、照射数を増すと、上記したようにガルバノミラー５ａ、５ｂが位置決めに要する時間は平均０．４ｍｓ（周波数２．５ｋＨｚ）程度であるため、照射数を１回増す毎に１つの穴の加工時間が０．４ｍｓ増加した。このため、さらなる穴品質の向上および加工時間の短縮が求められていた。また、上記の（４）〜（９）に関しても改善が要求されていた。
本発明の目的は、プリント基板７の実装密度をさらに向上させると共に、品質に優れる穴を能率良く加工することができるプリント基板のレーザ加工方法およびプリント基板のレーザ加工機を提供するにある。
上記課題を解決するため、請求項１の発明は、レーザ出力装置から出力されたレーザの外形をアパーチャにより整形し、ガルバノ装置とｆθレンズにより前記レーザを位置決めして、銅層と絶縁層とからなるプリント基板の所望の位置に穴を形成するようにしたプリント基板のレーザ加工方法において、第１のアパーチャで整形した前記レーザにより前記銅層に貫通穴を形成し、その後、前記第１のアパーチャよりも小径の第２のアパーチャで整形した前記レーザにより前記絶縁層を加工して、前記プリント基板に穴を形成することを特徴とする。
また、請求項２の発明は、レーザ出力装置から出力されたレーザの外形をアパーチャにより整形し、ガルバノ装置とｆθレンズにより前記レーザを位置決めして、銅層と絶縁層とからなるプリント基板の所望の位置に穴を形成するようにしたプリント基板のレーザ加工方法において、第１のアパーチャで整形した前記レーザにより前記銅層に貫通穴を形成し、その後、前記絶縁層の加工に寄与する前記レーザの径を前記第１のアパーチャで加工された前記貫通穴の径以下とする第２のアパーチャで整形して前記絶縁層を加工することにより前記プリント基板に穴を形成することを特徴とする。
また、請求項３の発明は、請求項１または請求項２のいずれかに記載のプリント基板のレーザ加工方法において、前記第２のアパーチャで加工した前記絶縁層の穴底を、前記第１のアパーチャで成形したレ−ザにより加工することを特徴とする。
また、請求項４の発明は、請求項１または請求項２のいずれかに記載のプリント基板のレーザ加工方法において、前記絶縁層の加工に用いた前記第２のアパーチャの穴径よりも小径の第３のアパーチャにより、底付き穴の内面を仕上げ加工することを特徴とする。
また、請求項５の発明は、レーザ出力装置と、アパーチャを備えるプレートと、ガルバノ装置と、ｆθレンズと、を備え、前記レーザ出力装置から出力されたレーザの外径を前記アパーチャにより整形し、整形した前記レーザを前記ガルバノ装置と前記ｆθレンズにより位置決めして、銅層と絶縁層とからなるプリント基板の所望の位置に穴を形成するようにしたプリント基板のレーザ加工機において、径の異なる複数のアパーチャを備える第１のプレートと、前記第１のプレートに設けた各アパーチャの軸線を前記レーザの軸線と同軸に位置決めする前記第１のプレート位置決め装置と、それぞれの軸線が前記レーザの軸線と平行なアパーチャをｎ個（ただし、ｎは正の整数）備えるｍ個（ただし、ｍは正の整数）のプレ−トと、前記ｍ個の各プレ−トの移動方向を前記レーザの軸心と垂直な方向、かつ、それぞれに設けたアパーチャの軸線を前記レーザの軸線と同軸に位置決めする加工位置と、当該プレートが前記レーザと干渉しない待避位置とに位置決めするｍ個のプレート位置決め手段と、を設け、前記第１のプレートを前記レーザの軸線方向の前記レーザ出力装置と前記ガルバノ装置との間の前記レーザ出力装置に最も近い側に配置すると共に、前記ｍ個のプレートを前記レーザの軸線方向の前記第１のプレートと前記ガルバノ装置との間の配置し、前記銅層を加工する場合には、前記第１のプレートの指定されたアパーチャの軸線を前記レーザの軸線と同軸に位置決めすると共に、他のｍ個のプレートを総て待避位置に位置決めし、前記絶縁層を加工する場合は、ｎ×ｍ個の内の１個の前記銅層を加工するために用いたアパーチャよりも小径のアパーチャを加工位置に位置決めすることを特徴とする。
絶縁層７ｚを加工するレーザ２の径を銅層７ｃを加工するレーザ２の径よりも小径にするが、１つの穴を開ける場合の絶縁層７ｚの量を従来よりも多くできるので、１つの穴を開ける場合のレーザの照射回数を減らすことができる。また、後述するように、同一のエネルギレベルであってもパルス幅Ｐｗを大きくすることができるので、安定した加工結果が得られるだけでなく、１つの穴を開ける場合のレーザの照射回数を減らすことができる。この結果、ウインドウおよび絶縁層７ｚに形成する穴径のばらつきを±５％以下にすること、絶縁層７ｚに形成する穴の底面の径を表面の穴径の８０％以上にすること、ガラス繊維が穴内面に突き出さないようにして穴内面の平滑化をはかること、が可能になり、加工時間を短くすることができると共に、プリント基板の熱変形が小さくなるので加工精度が向上する。
また、絶縁層７ｚのえぐれを７．５μｍ以下にすること、ウインドウ周辺の銅層７ｃと絶縁層７ｚとの間の剥離を低減すること、穴径をさらに小径にすること、隣接する穴との距離を穴径の２倍程度にすること、が可能になるので、プリント基板の実装密度を高くすることができる。
また、貫通穴を形成する場合における穴中間部の径のばらつきおよびずれを小さくすることができるので、プリント基板の品質が向上する。
さらに、底付き穴の底面を仕上げ加工する工程を設けることにより、穴径が均一になるので、穴径をさらに小径化することができる。
また、加工する穴径が小径の場合でも、絶縁層７ｚに加工する穴の径をウインドウ径に一致させることにより品質に優れる穴を加工することができる。
また、絶縁層７ｚのえぐれを７．５μｍ以下にすること、ウインドウ周辺の銅層７ｃと絶縁層７ｚとの間の剥離を低減すること、穴径をさらに小径にすること、隣接する穴との距離を穴径の２倍程度にすること、が可能になるので、プリント基板の実装密度を高くすることができる。
また、貫通穴を形成する場合における穴中間部の径のばらつきおよびずれを小さくすることができるので、プリント基板の品質が向上する。
さらに、底付き穴の底面を仕上げ加工する工程を設けることにより、穴径が均一になるので、穴径をさらに小径化することができる。
また、加工する穴径が小径の場合でも、絶縁層７ｚに加工する穴の径をウインドウ径に一致させることにより品質に優れる穴を加工することができる。
図１は本発明を実施するための第１のレーザ加工機の全体図であり、従来と同じ物あるいは同一機能の物は同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
レ−ザ出力装置１１０とガルバノミラー５ａとの間には反射率が高い銅製で円盤状の大プレート２０が配置されている。大プレート２０の回転の軸線Ｏから半径ｒの円周上には、直径４０〜２５０μｍの穴を加工することができるように、径の異なるｎ個のアパーチャ４１〜４ｎが配置されている。アパーチャ４１〜４ｎは円周方向等間隔に配置されている。アパーチャ４１〜４ｎの各軸線と大プレート２０の回転の軸線Ｏは平行である。大プレート２０の回転の軸線Ｏはレーザ２の軸線と平行かつ距離ｒの位置に位置決めされている。大プレート２０は大プレート位置決め装置２１により回転および回転方向位置決め自在に保持されている。大プレート位置決め装置２１は制御装置１０に接続されている。
大プレート２０とガルバノミラー５ａとの間には大プレート２０に設けられたアパーチャ４１〜４ｎと同数のアパ−チャ４Ａ１〜４Ａｎを備えるプレート２２Ａがレーザ２の軸線と垂直な方向に配置されている。アパ−チャ４Ａ１〜４Ａｎのそれぞれの穴径は対応するアパ−チャ４１〜４ｎのそれぞれの穴径よりも小径である。プレ−ト２２Ａは直線方向に移動する第１の直動装置２３Ａに支持されている。プレ−ト２２Ａは第１の直動装置２３Ａの一方の移動端においてアパーチャ４Ａ１〜４Ａｎのいずれかの軸線がレーザ２の軸線と同軸になる位置（動作位置）に位置決めされる。また、第１の直動装置２３Ａの他方の移動端において、プレ−ト２２Ａはレーザ２と干渉しない位置（待避位置）に位置決めされる。第１の直動装置２３Ａは移動方向が第１の直動装置２３Ａの移動方向と直角である第２の直動装置２４Ａに支持されている。第２の直動装置２４Ａは動作位置にあるアパ−チャ４Ａ１〜４Ａｎの内のいずれかの軸線をレ−ザ２の軸線と同軸に位置決めする。そして、第１の直動装置２３Ａと第２の直動装置２４Ａとでアパ−チャ４Ａ１〜４Ａｎの位置決め手段を構成している。第１の直動装置２３Ａと第２の直動装置２４Ａはそれぞれ制御装置１０に接続されている。ここで、直動装置２３Ａの動作速度は大プレート位置決め装置２１の動作速度よりも遥かに高速である。
レ−ザ出力装置１１０とガルバノミラー５ａとの間には反射率が高い銅製で円盤状の大プレート２０が配置されている。大プレート２０の回転の軸線Ｏから半径ｒの円周上には、直径４０〜２５０μｍの穴を加工することができるように、径の異なるｎ個のアパーチャ４１〜４ｎが配置されている。アパーチャ４１〜４ｎは円周方向等間隔に配置されている。アパーチャ４１〜４ｎの各軸線と大プレート２０の回転の軸線Ｏは平行である。大プレート２０の回転の軸線Ｏはレーザ２の軸線と平行かつ距離ｒの位置に位置決めされている。大プレート２０は大プレート位置決め装置２１により回転および回転方向位置決め自在に保持されている。大プレート位置決め装置２１は制御装置１０に接続されている。
大プレート２０とガルバノミラー５ａとの間には大プレート２０に設けられたアパーチャ４１〜４ｎと同数のアパ−チャ４Ａ１〜４Ａｎを備えるプレート２２Ａがレーザ２の軸線と垂直な方向に配置されている。アパ−チャ４Ａ１〜４Ａｎのそれぞれの穴径は対応するアパ−チャ４１〜４ｎのそれぞれの穴径よりも小径である。プレ−ト２２Ａは直線方向に移動する第１の直動装置２３Ａに支持されている。プレ−ト２２Ａは第１の直動装置２３Ａの一方の移動端においてアパーチャ４Ａ１〜４Ａｎのいずれかの軸線がレーザ２の軸線と同軸になる位置（動作位置）に位置決めされる。また、第１の直動装置２３Ａの他方の移動端において、プレ−ト２２Ａはレーザ２と干渉しない位置（待避位置）に位置決めされる。第１の直動装置２３Ａは移動方向が第１の直動装置２３Ａの移動方向と直角である第２の直動装置２４Ａに支持されている。第２の直動装置２４Ａは動作位置にあるアパ−チャ４Ａ１〜４Ａｎの内のいずれかの軸線をレ−ザ２の軸線と同軸に位置決めする。そして、第１の直動装置２３Ａと第２の直動装置２４Ａとでアパ−チャ４Ａ１〜４Ａｎの位置決め手段を構成している。第１の直動装置２３Ａと第２の直動装置２４Ａはそれぞれ制御装置１０に接続されている。ここで、直動装置２３Ａの動作速度は大プレート位置決め装置２１の動作速度よりも遥かに高速である。
次に、動作を説明する。
図２は本発明に係る第１のレーザ加工機の加工手順を示すフローチャートである。
制御装置１０は加工プログラムを読み込み、Ｘ−Ｙテーブル９を移動させて、最初のスキャン領域８をｆθレンズ６に対向させる（手順Ｓ１０）。また、最初のスキャン領域８内で最初に加工する穴径に対応する大プレート２０のアパーチャ（アパーチャ４１〜４ｎのいずれか１個）を選択し、当該アパーチャの軸線をレーザ２の軸線と同軸に位置決めすると共に、必要に応じてビーム径調整装置１００によりビーム２のエネルギ密度を変更する（手順Ｓ２０）。また、プレ−ト２２Ａを動作位置に位置決めした時に、アパ−チャ４Ａ１〜４Ａｎの内の絶縁物加工時に使用するアパ−チャの軸線がレーザ２の軸線と一致するように第２の直動装置２４Ａを動作させると共に、プレ−ト２２Ａを待避位置に位置決めする（手順Ｓ３０）。そして、当該スキャン領域８内において指定された位置の総ての銅層７ｃにウインドウを加工する（手順Ｓ５０、手順Ｓ６０）。すなわち、レ−ザ出力装置１１０から出力されたレーザ２の外径をアパーチャ４により整形し、ガルバノミラー５ａ、５ｂとｆθレンズ６とで構成される光軸位置決め装置によりレーザ２の軸線を位置決めしてプリント基板７に入射させる。ここで、従来技術と同様、ウインドウをレ−ザ２の１回の照射（すなわち、１パルスの照射）で形成すると共に、スキャン領域８内の残りの穴の銅層７ｃを加工する。銅層７ｃの加工が終了したら、プレ−ト２２Ａを動作位置に位置決めし、すなわち、絶縁物加工時に使用するアパ−チャ４Ａ１〜４Ａｎの内の一つのアパ−チャの軸線をレーザ２の軸線と一致させ（手順Ｓ７０）、当該スキャン領域８内におけるウインドウ部絶縁層７ｚを加工して穴を完成させる。すなわち、絶縁層７ｚにレーザ２を照射する指定回数Ｎを記憶し、照射回数ｉをｉ＝１とする（手順Ｓ８０、手順Ｓ９０）。そして、当該スキャン領域８内における総てのウインドウ部絶縁層７ｚにレーザ２を１パルスずつ照射する（手順Ｓ１００、手順Ｓ１１０）。そして、当該スキャン領域８内における総てのウインドウ部絶縁層７ｚにレーザ２を照射したら、照射回数ｉをｉ＝ｉ＋１とした後、指定回数Ｎと照射回数ｉとを比較し（手順Ｓ１２０、手順Ｓ１３０）、ｉ≦Ｎの場合は手順Ｓ１００の処理を行い、ｉ＞Ｎの場合は手順Ｓ５００の処理を行う。手順Ｓ５００では当該スキャン領域８内に径の異なる未加工の穴があるかどうかを確認し、未加工の穴がある場合は手順Ｓ２０の作業を行う。また、未加工の穴がない場合は未加工のスキャン領域８があるかどうかを確認し（手順Ｓ５１０）、未加工のスキャン領域８がある場合は手順Ｓ１０の作業を行い、未加工のスキャン領域８がない場合は加工を終了する。
図２は本発明に係る第１のレーザ加工機の加工手順を示すフローチャートである。
制御装置１０は加工プログラムを読み込み、Ｘ−Ｙテーブル９を移動させて、最初のスキャン領域８をｆθレンズ６に対向させる（手順Ｓ１０）。また、最初のスキャン領域８内で最初に加工する穴径に対応する大プレート２０のアパーチャ（アパーチャ４１〜４ｎのいずれか１個）を選択し、当該アパーチャの軸線をレーザ２の軸線と同軸に位置決めすると共に、必要に応じてビーム径調整装置１００によりビーム２のエネルギ密度を変更する（手順Ｓ２０）。また、プレ−ト２２Ａを動作位置に位置決めした時に、アパ−チャ４Ａ１〜４Ａｎの内の絶縁物加工時に使用するアパ−チャの軸線がレーザ２の軸線と一致するように第２の直動装置２４Ａを動作させると共に、プレ−ト２２Ａを待避位置に位置決めする（手順Ｓ３０）。そして、当該スキャン領域８内において指定された位置の総ての銅層７ｃにウインドウを加工する（手順Ｓ５０、手順Ｓ６０）。すなわち、レ−ザ出力装置１１０から出力されたレーザ２の外径をアパーチャ４により整形し、ガルバノミラー５ａ、５ｂとｆθレンズ６とで構成される光軸位置決め装置によりレーザ２の軸線を位置決めしてプリント基板７に入射させる。ここで、従来技術と同様、ウインドウをレ−ザ２の１回の照射（すなわち、１パルスの照射）で形成すると共に、スキャン領域８内の残りの穴の銅層７ｃを加工する。銅層７ｃの加工が終了したら、プレ−ト２２Ａを動作位置に位置決めし、すなわち、絶縁物加工時に使用するアパ−チャ４Ａ１〜４Ａｎの内の一つのアパ−チャの軸線をレーザ２の軸線と一致させ（手順Ｓ７０）、当該スキャン領域８内におけるウインドウ部絶縁層７ｚを加工して穴を完成させる。すなわち、絶縁層７ｚにレーザ２を照射する指定回数Ｎを記憶し、照射回数ｉをｉ＝１とする（手順Ｓ８０、手順Ｓ９０）。そして、当該スキャン領域８内における総てのウインドウ部絶縁層７ｚにレーザ２を１パルスずつ照射する（手順Ｓ１００、手順Ｓ１１０）。そして、当該スキャン領域８内における総てのウインドウ部絶縁層７ｚにレーザ２を照射したら、照射回数ｉをｉ＝ｉ＋１とした後、指定回数Ｎと照射回数ｉとを比較し（手順Ｓ１２０、手順Ｓ１３０）、ｉ≦Ｎの場合は手順Ｓ１００の処理を行い、ｉ＞Ｎの場合は手順Ｓ５００の処理を行う。手順Ｓ５００では当該スキャン領域８内に径の異なる未加工の穴があるかどうかを確認し、未加工の穴がある場合は手順Ｓ２０の作業を行う。また、未加工の穴がない場合は未加工のスキャン領域８があるかどうかを確認し（手順Ｓ５１０）、未加工のスキャン領域８がある場合は手順Ｓ１０の作業を行い、未加工のスキャン領域８がない場合は加工を終了する。
次に、従来技術で説明したと同じ径のウインドウを加工する場合において、本願を適用した加工を具体的に説明する。
本願ではウインドウの径がＤである場合、絶縁物に開ける穴の径をＤより小さい、例えば０．７Ｄとして加工する。このようにすると、除去する絶縁物の量が従来の４９％すなわち約１／２であるから、例えば、従来６パルスで加工していた場合、本願では同じエネルギの３パルスで加工することができる。この場合、従来の６パルスの場合と同じエネルギで加工するので、加工した穴内面の品質が低下することはない。
本願ではウインドウの径がＤである場合、絶縁物に開ける穴の径をＤより小さい、例えば０．７Ｄとして加工する。このようにすると、除去する絶縁物の量が従来の４９％すなわち約１／２であるから、例えば、従来６パルスで加工していた場合、本願では同じエネルギの３パルスで加工することができる。この場合、従来の６パルスの場合と同じエネルギで加工するので、加工した穴内面の品質が低下することはない。
また、絶縁層７ｚを加工する際、加工する穴径はウインドウの径より小さいから、くぼみ１１の径が拡大することもほとんどないし、えぐれも発生しない。
以上、絶縁層に加工する穴の径をウインドウの径よりも小さくする場合について説明したが、加工する穴が例えば８０μｍ以下の小径穴である場合、絶縁層７ｚに加工する穴の径をウインドウの径よりも小径にすると加工が難しくなる場合がある。
このような場合、本発明者は、絶縁層７ｚに加工する穴の径をウインドウの径に合わせるようにすれば解決できることに気がついた。また、従来は試行錯誤的に決定されていた絶縁層７ｚの加工条件を適切に定める手段を見つけることにより、品質に優れる穴を加工できると共に、短時間で加工条件を設定することが可能になると考えた。そこで、種々の条件を変えて加工実験を行い、何をパラメ−タとすれば実験で得られたデ−タをまとめられるかを検討した。
その結果、絶縁物が蒸発するエネルギレベルｋ、絶縁層を構成するガラス繊維が蒸発するエネルギレベルｇ、銅が蒸発するエネルギレベルｊに基づいて加工データを整理すると、加工結果をうまく説明できることを見いだした。そして、絶縁層７ｚの表面を絶縁層７ｚを構成するガラス繊維が蒸発するエネルギレベルｇ（以下、単にエルギレベルｇという）に一致させることにより、えぐれがほとんど発生せず、穴の内部がビヤ樽状になることもないことを確認した。
このような場合、本発明者は、絶縁層７ｚに加工する穴の径をウインドウの径に合わせるようにすれば解決できることに気がついた。また、従来は試行錯誤的に決定されていた絶縁層７ｚの加工条件を適切に定める手段を見つけることにより、品質に優れる穴を加工できると共に、短時間で加工条件を設定することが可能になると考えた。そこで、種々の条件を変えて加工実験を行い、何をパラメ−タとすれば実験で得られたデ−タをまとめられるかを検討した。
その結果、絶縁物が蒸発するエネルギレベルｋ、絶縁層を構成するガラス繊維が蒸発するエネルギレベルｇ、銅が蒸発するエネルギレベルｊに基づいて加工データを整理すると、加工結果をうまく説明できることを見いだした。そして、絶縁層７ｚの表面を絶縁層７ｚを構成するガラス繊維が蒸発するエネルギレベルｇ（以下、単にエルギレベルｇという）に一致させることにより、えぐれがほとんど発生せず、穴の内部がビヤ樽状になることもないことを確認した。
以下、上記知見に基づく本願発明による加工方法を、失敗例と比較して説明する。
図３はパルスエネルギＥｐの空間分布を示す図であり、横軸は径、縦軸はエネルギの大きさである。また、Ｄはウインドウ径、Ｄｒｓは図１における選択されたプレ−ト２２Ａのアパーチャの集光径、Ｄｒは図１におけるプレート２０のアパーチャの集光径である。また、一点鎖線で示す曲線Ｌｄｒは集光径がＤｒである場合のパルスエネルギＥｐの空間分布を示すエネルギ分布曲線、実線で示す曲線Ｌｄｒｓは集光径がＤｒｓである場合のパルスエネルギＥｐの空間分布を示すエネルギ分布曲線であり、Ｅ０はエネルギレベル０の位置である。なお、同図においては横軸を拡大して、また、縦軸は縮小して模式的に示してある。
はじめに、同図（ｄ）〜（ｆ）により失敗例について説明する。
今、絶縁層７ｚの厚さがｈであり、３パルスで加工するとする。この場合、１パルスで絶縁層７ｚをｈ／３加工するので、絶縁層７ｚをｈ／３加工するエネルギレベルをエネルギレベルｐとすると、穴の深さが表面からｈ／３の位置のエネルギレベルが（ｇ＋ｐ）となるようにエネルギ分布曲線Ｌｄｐを定める。すると、（ｄ）に示すように、第１パルスで深さｈ／３の穴が加工される。また、同図（ｅ）に示すように、第２パルスで深さ２ｈ／３の穴が加工され、同図（ｆ）に示すように、第３パルスで深さｈの穴が加工される。しかし、第１パルス照射時において、表面から深さｈ／３の絶縁層が過熱状態になり、絶縁層の蒸発物により、ウインドウの外縁にえぐれが発生する。また、第２パルス照射時には穴底が深くなるため、過熱状態になった絶縁層の蒸発物が穴から逃げにくくなるため、えぐれが拡大する。第３パルス照射時には穴底が第２パルス照射時よりもさらに深くなるため、えぐれがさらに拡大する。
図３はパルスエネルギＥｐの空間分布を示す図であり、横軸は径、縦軸はエネルギの大きさである。また、Ｄはウインドウ径、Ｄｒｓは図１における選択されたプレ−ト２２Ａのアパーチャの集光径、Ｄｒは図１におけるプレート２０のアパーチャの集光径である。また、一点鎖線で示す曲線Ｌｄｒは集光径がＤｒである場合のパルスエネルギＥｐの空間分布を示すエネルギ分布曲線、実線で示す曲線Ｌｄｒｓは集光径がＤｒｓである場合のパルスエネルギＥｐの空間分布を示すエネルギ分布曲線であり、Ｅ０はエネルギレベル０の位置である。なお、同図においては横軸を拡大して、また、縦軸は縮小して模式的に示してある。
はじめに、同図（ｄ）〜（ｆ）により失敗例について説明する。
今、絶縁層７ｚの厚さがｈであり、３パルスで加工するとする。この場合、１パルスで絶縁層７ｚをｈ／３加工するので、絶縁層７ｚをｈ／３加工するエネルギレベルをエネルギレベルｐとすると、穴の深さが表面からｈ／３の位置のエネルギレベルが（ｇ＋ｐ）となるようにエネルギ分布曲線Ｌｄｐを定める。すると、（ｄ）に示すように、第１パルスで深さｈ／３の穴が加工される。また、同図（ｅ）に示すように、第２パルスで深さ２ｈ／３の穴が加工され、同図（ｆ）に示すように、第３パルスで深さｈの穴が加工される。しかし、第１パルス照射時において、表面から深さｈ／３の絶縁層が過熱状態になり、絶縁層の蒸発物により、ウインドウの外縁にえぐれが発生する。また、第２パルス照射時には穴底が深くなるため、過熱状態になった絶縁層の蒸発物が穴から逃げにくくなるため、えぐれが拡大する。第３パルス照射時には穴底が第２パルス照射時よりもさらに深くなるため、えぐれがさらに拡大する。
次に、同図（ａ）〜（ｃ）により本発明の加工例について説明する。
同図（ａ）に示すように、エネルギ分布曲線Ｌｄｒｓのエネルギレベルｇの径をＤとするため、パルス幅Ｐｗをエネルギ分布曲線Ｌｄｒの場合に比べて大きくする。この結果、同図（ａ）に示すように、第１パルスにより加工された穴の穴底が下層の銅層７ｃに到達するが、下層の銅層７ｃに反射されたレーザ２によるえぐれはほとんど発生しない。そして、同図（ｂ）に示すように、第２パルスにより穴底の径と穴側面の径が増大し、第３パルスにより穴底の径と穴側面の径が０．８Ｄ以上になる。したがって、絶縁層７ｚに照射するレーザ２の指定回数ＮをＮ＝３に設定することができ、かつ、従来の６パルス場合とほぼ同じ加工結果を得ることができる。しかも、エネルギ分布曲線Ｌｄｒｓの場合、パルス幅Ｐｗを大きくするので、パルス幅Ｐｗに対する遅れ時間Ｔ１のばらつきによる影響が小さく、加工した穴の品質が従来の場合に比べて安定する。なお、パルス幅Ｐｗを大きくしても、パルス周期は変わらないので、加工速度が遅くなることはない。
これに対して、従来の場合（エネルギ分布曲線Ｌｄｒの場合）、同図（ａ）に示すように、第１パルスでは加工された穴の穴底が下層の銅層に到達せず、同図（ｃ）に近い穴を加工することができるのは６パルス目である。
同図（ａ）に示すように、エネルギ分布曲線Ｌｄｒｓのエネルギレベルｇの径をＤとするため、パルス幅Ｐｗをエネルギ分布曲線Ｌｄｒの場合に比べて大きくする。この結果、同図（ａ）に示すように、第１パルスにより加工された穴の穴底が下層の銅層７ｃに到達するが、下層の銅層７ｃに反射されたレーザ２によるえぐれはほとんど発生しない。そして、同図（ｂ）に示すように、第２パルスにより穴底の径と穴側面の径が増大し、第３パルスにより穴底の径と穴側面の径が０．８Ｄ以上になる。したがって、絶縁層７ｚに照射するレーザ２の指定回数ＮをＮ＝３に設定することができ、かつ、従来の６パルス場合とほぼ同じ加工結果を得ることができる。しかも、エネルギ分布曲線Ｌｄｒｓの場合、パルス幅Ｐｗを大きくするので、パルス幅Ｐｗに対する遅れ時間Ｔ１のばらつきによる影響が小さく、加工した穴の品質が従来の場合に比べて安定する。なお、パルス幅Ｐｗを大きくしても、パルス周期は変わらないので、加工速度が遅くなることはない。
これに対して、従来の場合（エネルギ分布曲線Ｌｄｒの場合）、同図（ａ）に示すように、第１パルスでは加工された穴の穴底が下層の銅層に到達せず、同図（ｃ）に近い穴を加工することができるのは６パルス目である。
次に、加工時におけるウインドウ付近の熱影響について説明する。
図４はパルスエネルギＥｐの空間分布を示す図であり、横軸は径、縦軸はエネルギの大きさである。図において、Ｅ０はエネルギが０のレベル、Ｅｚで示すエネルギレベルｋは絶縁物が蒸発するエネルギレベル、Ｅｇで示すエネルギレベルｇは絶縁層を構成するガラス繊維が蒸発するエネルギレベル、Ａ−Ａで示すエネルギレベルｊは銅が蒸発するエネルギレベルである。また、一点鎖線で示すエネルギ分布曲線ＬＤは図１におけるプレート２０のアパーチャの集光径がＤｒの場合を、実線で示すエネルギ分布曲線Ｌｄは図１における選択されたプレ−ト２２Ａのアパーチャの集光径がＤｒｓである場合を、それぞれ示している。ここで、エネルギ分布曲線ＬＤは銅が蒸発するエネルギレベルｊにおける径がＤ（すなわちウインドウ径）でありエネルギ分布曲線Ｌｄは絶縁層のガラス繊維が蒸発するエネルギレベルｇにおける径がＤである。
ここで、エネルギ分布曲線ＬＤがエネルギレベルＥｚで交わる点を点Ｃ、Ｃとし、エネルギ分布曲線ＬｄがエネルギレベルＥｚで交わる点を点Ｑ、Ｑとする。また、エネルギレベルＥｚにおいて直径Ｄに対応する位置をＢ−Ｂとする。すると、エネルギ分布曲線Ｌｄの場合、絶縁物から見て断面が略三角形ＰＢＱで囲まれるエネルギがウインドウの外周に供給される。一方、銅層加工時に採用したパルス幅Ｐｗ（エネルギ分布曲線はエネルギ分布曲線ＬＤ）のパルス幅Ｐｗを小さくし、エネルギ分布曲線がウインドウの外周においてエネルギレベルｇとなるエネルギ分布曲線ＬＤｚにしたとするとパルス数を増す必要がある。また、エネルギ分布曲線ＬＤｚはエネルギレベルＥｚと点Ｒ、Ｒで交わり、絶縁物から見て断面が略三角形ＰＢＱよりも大きい略三角形ＰＢＲで囲まれるエネルギがウインドウの外周に供給されるため、熱影響が大きくなる。また、上記図３で説明したように、選択したエネルギレベルがエネルギレベルｇよりも大きい場合、えぐれが発生しやすくなり、穴内部がバレル状になりやすい。
図４はパルスエネルギＥｐの空間分布を示す図であり、横軸は径、縦軸はエネルギの大きさである。図において、Ｅ０はエネルギが０のレベル、Ｅｚで示すエネルギレベルｋは絶縁物が蒸発するエネルギレベル、Ｅｇで示すエネルギレベルｇは絶縁層を構成するガラス繊維が蒸発するエネルギレベル、Ａ−Ａで示すエネルギレベルｊは銅が蒸発するエネルギレベルである。また、一点鎖線で示すエネルギ分布曲線ＬＤは図１におけるプレート２０のアパーチャの集光径がＤｒの場合を、実線で示すエネルギ分布曲線Ｌｄは図１における選択されたプレ−ト２２Ａのアパーチャの集光径がＤｒｓである場合を、それぞれ示している。ここで、エネルギ分布曲線ＬＤは銅が蒸発するエネルギレベルｊにおける径がＤ（すなわちウインドウ径）でありエネルギ分布曲線Ｌｄは絶縁層のガラス繊維が蒸発するエネルギレベルｇにおける径がＤである。
ここで、エネルギ分布曲線ＬＤがエネルギレベルＥｚで交わる点を点Ｃ、Ｃとし、エネルギ分布曲線ＬｄがエネルギレベルＥｚで交わる点を点Ｑ、Ｑとする。また、エネルギレベルＥｚにおいて直径Ｄに対応する位置をＢ−Ｂとする。すると、エネルギ分布曲線Ｌｄの場合、絶縁物から見て断面が略三角形ＰＢＱで囲まれるエネルギがウインドウの外周に供給される。一方、銅層加工時に採用したパルス幅Ｐｗ（エネルギ分布曲線はエネルギ分布曲線ＬＤ）のパルス幅Ｐｗを小さくし、エネルギ分布曲線がウインドウの外周においてエネルギレベルｇとなるエネルギ分布曲線ＬＤｚにしたとするとパルス数を増す必要がある。また、エネルギ分布曲線ＬＤｚはエネルギレベルＥｚと点Ｒ、Ｒで交わり、絶縁物から見て断面が略三角形ＰＢＱよりも大きい略三角形ＰＢＲで囲まれるエネルギがウインドウの外周に供給されるため、熱影響が大きくなる。また、上記図３で説明したように、選択したエネルギレベルがエネルギレベルｇよりも大きい場合、えぐれが発生しやすくなり、穴内部がバレル状になりやすい。
本発明者は、実際の加工により、黒化処理した厚さ５〜１２μｍの銅層と絶縁層６０μｍのビルドアップ層、および表面処理がされていない厚さ１．５μｍの銅層と絶縁層４０μｍのビルドアップ層を持つプリンと基板の場合、エネルギレベルｇおよびエネルギレベルｊはそれぞれ、ｇ＝５ｋ、ｊ＝１１ｋ程度であることを確認した。
なお、エネルギレベルＥｚをウインドウの径Ｄに合わせた場合、くぼみ１１の発生を抑えることはできるが、加工された穴の内部にガラス繊維が残りやすくなる。
なお、エネルギレベルＥｚをウインドウの径Ｄに合わせた場合、くぼみ１１の発生を抑えることはできるが、加工された穴の内部にガラス繊維が残りやすくなる。
図５は、レーザ加工した穴形状の断面図である。
ウインドウの外周に供給される１パルス目のエネルギによって銅層７ｃ直下の絶縁物の高温の分解物が銅層７ｃに放散を阻まれる結果、従来技術のように銅層７ｃを加工したアパーチャで絶縁層を加工すると、同図（ａ）に示すように、銅層７ｃ直下のくぼみ１１が拡大して、くぼみ１１に接続するえぐれが形成される場合があった。しかし、本願技術のように、エネルギ分布曲線の絶縁層７ｚ入り口側における直径がウインドウ径に等しくなるアパーチャを用いて絶縁層７ｚを加工すると、図４で説明したように略三角形ＰＢＱの面積は略三角形ＰＢＣよりもはるかに小さいので、同図（ｂ）に示すように、銅層７ｃの下面にはえぐれがほとんど発生しない。さらに、えぐれがほとんど発生しないので、銅層７ｃと絶縁層７ｚとの間に微小なクラックが発生することも無い。したがって、絶縁層に加工する穴の径をウインドウの径と同じにしても、銅層７ｃの下側に発生するくぼみ１１は大きくならない。また、Ｐ−Ｐ断面がガラス繊維が蒸発するエネルギレベルＥｇであるから、絶縁物はもちろんガラス繊維が穴の中に残ることはない。
ウインドウの外周に供給される１パルス目のエネルギによって銅層７ｃ直下の絶縁物の高温の分解物が銅層７ｃに放散を阻まれる結果、従来技術のように銅層７ｃを加工したアパーチャで絶縁層を加工すると、同図（ａ）に示すように、銅層７ｃ直下のくぼみ１１が拡大して、くぼみ１１に接続するえぐれが形成される場合があった。しかし、本願技術のように、エネルギ分布曲線の絶縁層７ｚ入り口側における直径がウインドウ径に等しくなるアパーチャを用いて絶縁層７ｚを加工すると、図４で説明したように略三角形ＰＢＱの面積は略三角形ＰＢＣよりもはるかに小さいので、同図（ｂ）に示すように、銅層７ｃの下面にはえぐれがほとんど発生しない。さらに、えぐれがほとんど発生しないので、銅層７ｃと絶縁層７ｚとの間に微小なクラックが発生することも無い。したがって、絶縁層に加工する穴の径をウインドウの径と同じにしても、銅層７ｃの下側に発生するくぼみ１１は大きくならない。また、Ｐ−Ｐ断面がガラス繊維が蒸発するエネルギレベルＥｇであるから、絶縁物はもちろんガラス繊維が穴の中に残ることはない。
なお、エネルギレベルＥｚをウィンドウの径Ｄに合わせた場合、くぼみ１１の発生を抑えることはできるが、加工された穴の内部にガラス繊維が残りやすくなる。
以下、参考までに、表面を黒化処理した銅層の厚さが７μｍ、絶縁層の厚さが６０μｍのプリント基板７を実際に加工した結果を説明する。
先ず、径が３．４ｍｍのアパーチャを用いてパルス幅Ｐｗが５μｓ（この場合のパルスエネルギは約６ｍＪである）の１パルスにより銅層７ｃを加工し、直径が６５μｍのウインドウを形成した。次に、ウインドウ縁で直径が６５μｍになる径が２．６ｍｍのアパーチャを用いて、パルス幅Ｐｗが３μｓ（この場合のパルスエネルギは約２．５ｍＪである）の３パルスにより絶縁層７ｚを加工した。その結果、ガラス繊維密度の高低に係わらずくぼみ１１のない、銅層下の絶縁層直径が約７５μｍ（銅層７ｃのオーバーハング５μｍ）、穴底径６０μｍ以上の均一な円錐台形状の穴を加工することができることを確認した。
また、絶縁層７ｚ加工時においてウインドウ周辺に照射されるエネルギが従来比で約６０％低減されたことにより、銅層と絶縁層の剥離・クラックの発生はほとんどなかった。また、加工中の基板の変形の影響が小さくなるので、ウインドウと穴底との芯ずれのない穴を形成できた。また、絶縁層７ｚに均一な円錐台状の穴が得られる結果、穴径の２倍の穴径ピッチ化が可能になることを確認した。さらに、プリント基板に貫通穴を形成する場合、表裏の穴形状が均一な対称形状になり、穴中間部の径のばらつきも小さくなるので、めっき仕上がり面が均一になる。この結果、めっき工程に先立って行われるハ−フエッチング（エッチングにより銅層７ｃを厚さの半分よりも少し多く除去する）によるウインドウ周辺の銅層７ｃのオーバーハングが約３μｍに低減され、銅層７ｃのオーバーハングの専用の除去作業を省略することができるので、めっきの作業工程を簡略化できるという効果も確認できた。
先ず、径が３．４ｍｍのアパーチャを用いてパルス幅Ｐｗが５μｓ（この場合のパルスエネルギは約６ｍＪである）の１パルスにより銅層７ｃを加工し、直径が６５μｍのウインドウを形成した。次に、ウインドウ縁で直径が６５μｍになる径が２．６ｍｍのアパーチャを用いて、パルス幅Ｐｗが３μｓ（この場合のパルスエネルギは約２．５ｍＪである）の３パルスにより絶縁層７ｚを加工した。その結果、ガラス繊維密度の高低に係わらずくぼみ１１のない、銅層下の絶縁層直径が約７５μｍ（銅層７ｃのオーバーハング５μｍ）、穴底径６０μｍ以上の均一な円錐台形状の穴を加工することができることを確認した。
また、絶縁層７ｚ加工時においてウインドウ周辺に照射されるエネルギが従来比で約６０％低減されたことにより、銅層と絶縁層の剥離・クラックの発生はほとんどなかった。また、加工中の基板の変形の影響が小さくなるので、ウインドウと穴底との芯ずれのない穴を形成できた。また、絶縁層７ｚに均一な円錐台状の穴が得られる結果、穴径の２倍の穴径ピッチ化が可能になることを確認した。さらに、プリント基板に貫通穴を形成する場合、表裏の穴形状が均一な対称形状になり、穴中間部の径のばらつきも小さくなるので、めっき仕上がり面が均一になる。この結果、めっき工程に先立って行われるハ−フエッチング（エッチングにより銅層７ｃを厚さの半分よりも少し多く除去する）によるウインドウ周辺の銅層７ｃのオーバーハングが約３μｍに低減され、銅層７ｃのオーバーハングの専用の除去作業を省略することができるので、めっきの作業工程を簡略化できるという効果も確認できた。
なお、従来技術の場合、径が３．４ｍｍのアパーチャを用いて、パルス幅５μｓ×１パルスでウインドウを形成した後、パルス幅Ｐｗが１．５μｓ×６パルスで直径がウインドウ径に等しい６５μｍの穴を絶縁層７ｚに形成したところ、ガラス繊維密度の高い部分ではくぼみ１１の発生がなく、ガラス繊維密度の低い樹脂比率の高い部分で僅かなくぼみ１１の発生があったが、その直径は８０μｍ（銅層７ｃのオーバーハング７．５μｍ）前後であり、ほぼ本願に近いレベルであった。
一方、従来技術の場合、径が３．４ｍｍのアパーチャを用いて、パルス幅５μｓ×１パルスでウインドウを形成した後、パルス幅Ｐｗが３μｓの３パルスで、直径がウインドウ径に等しい６５μｍの穴を絶縁層７ｚに形成したところ、ガラス繊維密度の高い部分と低い部分の両方でくぼみ１１が発生し、ガラス繊維密度の低い場合は直径が９５μｍ（銅層７ｃのオーバーハング１５μｍ）前後となり、しかも形状のばらつきが大きくなった。ハーフエッチング後でも銅層７ｃのオーバーハングが約１０μｍ以上になり、めっき工程でボイドの発生が多くなる可能性があることが分かった。
一方、従来技術の場合、径が３．４ｍｍのアパーチャを用いて、パルス幅５μｓ×１パルスでウインドウを形成した後、パルス幅Ｐｗが３μｓの３パルスで、直径がウインドウ径に等しい６５μｍの穴を絶縁層７ｚに形成したところ、ガラス繊維密度の高い部分と低い部分の両方でくぼみ１１が発生し、ガラス繊維密度の低い場合は直径が９５μｍ（銅層７ｃのオーバーハング１５μｍ）前後となり、しかも形状のばらつきが大きくなった。ハーフエッチング後でも銅層７ｃのオーバーハングが約１０μｍ以上になり、めっき工程でボイドの発生が多くなる可能性があることが分かった。
次に、表面処理がされていない銅層の厚さが１．５μｍ、絶縁層の厚さが４０μｍのプリント基板を実際に加工した結果を説明する。
径が３．４ｍｍのアパーチャを用いて、パルス幅５μｓ×１パルスで直径が６５μｍのウインドウを形成した。その後、径が２．６ｍｍのアパーチャを用いて、パルス幅Ｐｗが３μｓ×１パルスによりガラス繊維密度の高低に係わらずくぼみ１１のない、銅層下の絶縁層直径が約７５μｍ（オーバーハング５μｍ）、穴底径６０μｍ以上の均一な円錐台形状の穴を加工することができることを確認した。また、めっき工程のフラッシュエッチング（エッチングの量が１μｍ以下のエッチング）により、銅層７ｃのオーバーハングを除去できることが分かった。
径が３．４ｍｍのアパーチャを用いて、パルス幅５μｓ×１パルスで直径が６５μｍのウインドウを形成した。その後、径が２．６ｍｍのアパーチャを用いて、パルス幅Ｐｗが３μｓ×１パルスによりガラス繊維密度の高低に係わらずくぼみ１１のない、銅層下の絶縁層直径が約７５μｍ（オーバーハング５μｍ）、穴底径６０μｍ以上の均一な円錐台形状の穴を加工することができることを確認した。また、めっき工程のフラッシュエッチング（エッチングの量が１μｍ以下のエッチング）により、銅層７ｃのオーバーハングを除去できることが分かった。
次に、加工時間の短縮効果について説明する。
上記したように、ガルバノミラー５ａ、５ｂ位置決め時間は平均０．４ｍｓ（２．５ｋＨｚ）程度である。したがって、絶縁層７ｚの加工を６パルスから３パルスに減らすと、ガルバノミラー５ａ、５ｂ位置決め時間は半減するので、例えば、１枚のプリント基板の穴数が８００，０００個の場合、約４０％程度加工時間を短縮できる。
上記したように、ガルバノミラー５ａ、５ｂ位置決め時間は平均０．４ｍｓ（２．５ｋＨｚ）程度である。したがって、絶縁層７ｚの加工を６パルスから３パルスに減らすと、ガルバノミラー５ａ、５ｂ位置決め時間は半減するので、例えば、１枚のプリント基板の穴数が８００，０００個の場合、約４０％程度加工時間を短縮できる。
図６は本発明を実施するための第２のレーザ加工機の全体図であり、図１と同じ物あるいは同一機能の物は同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
プレ−ト２２Ａとガルバノミラー５ａとの間には、アパーチャ４１〜４ｎと同数のアパーチャ４Ｂ１〜４Ｂｎを備えるプレート２２Ｂがレーザ２の軸線方向に配置されている。アパ−チャ４Ｂ１〜４Ｂｎのそれぞれの穴径は対応するアパ−チャ４Ａ１〜４Ａｎのそれぞれの穴径よりも小径である。プレート２２Ｂは構造が第１の直動装置２３Ａと同じである第１の直動装置２３Ｂに支持されている。プレート２２Ｂは第１の直動装置２３Ｂの一方の移動端においてアパーチャ４Ｂ１〜４Ｂｎのいずれかの軸線がレーザ２の軸線と同軸になる位置（動作位置）に位置決めされる。また、第１の直動装置２３Ｂの他方の移動端において、プレート２２Ｂはレーザ２と干渉しない位置（待避位置）に位置決めされる。
第１の直動装置２３Ｂは構造が第１の直動装置２４Ａと同じである第２の直動装置２４Ｂに支持されている。第２の直動装置２４Ｂは、動作位置にあるアパ−チャ４Ｂ１〜４Ｂｎの内のいずれかの軸線をレ−ザ２の軸線と同軸に位置決めする。第１の直動装置２３Ｂと第２の直動装置２４Ｂとでアパーチャ４Ｂ１〜４Ｂｎの位置決め手段を構成している。第１の直動装置２３Ｂと第２の直動装置２４Ｂはそれぞれ制御装置１０に接続されている。
プレ−ト２２Ａとガルバノミラー５ａとの間には、アパーチャ４１〜４ｎと同数のアパーチャ４Ｂ１〜４Ｂｎを備えるプレート２２Ｂがレーザ２の軸線方向に配置されている。アパ−チャ４Ｂ１〜４Ｂｎのそれぞれの穴径は対応するアパ−チャ４Ａ１〜４Ａｎのそれぞれの穴径よりも小径である。プレート２２Ｂは構造が第１の直動装置２３Ａと同じである第１の直動装置２３Ｂに支持されている。プレート２２Ｂは第１の直動装置２３Ｂの一方の移動端においてアパーチャ４Ｂ１〜４Ｂｎのいずれかの軸線がレーザ２の軸線と同軸になる位置（動作位置）に位置決めされる。また、第１の直動装置２３Ｂの他方の移動端において、プレート２２Ｂはレーザ２と干渉しない位置（待避位置）に位置決めされる。
第１の直動装置２３Ｂは構造が第１の直動装置２４Ａと同じである第２の直動装置２４Ｂに支持されている。第２の直動装置２４Ｂは、動作位置にあるアパ−チャ４Ｂ１〜４Ｂｎの内のいずれかの軸線をレ−ザ２の軸線と同軸に位置決めする。第１の直動装置２３Ｂと第２の直動装置２４Ｂとでアパーチャ４Ｂ１〜４Ｂｎの位置決め手段を構成している。第１の直動装置２３Ｂと第２の直動装置２４Ｂはそれぞれ制御装置１０に接続されている。
次に、本発明を実施するための第２のレーザ加工機の動作を説明する。
図７は本発明に係る第２のレーザ加工装置の加工手順を示すフローチャートである。なお、第２のレーザ加工装置の加工手順と同じ手順については説明を簡略化して説明する。
制御装置１０は加工プログラムを読み込み、Ｘ−Ｙテーブル９を移動させて、最初のスキャン領域８をｆθレンズ６に対向させる（手順Ｓ１０）。また、最初のスキャン領域８内で最初に加工する穴径に対応する大プレート２０のアパーチャ（アパーチャ４１〜４ｎのいずれか１個）を選択し、当該アパーチャの軸線をレーザ２の軸線と同軸に位置決めする（手順Ｓ２０）。また、プレート２２Ａを動作位置に位置決めした時に、アパ−チャ４Ａ１〜４Ａｎの内の絶縁物加工時に使用するアパ−チャの軸線がレーザ２の軸線と一致するように第２の直動装置２４Ａを動作させると共に、プレート２２Ａを待避位置に位置決めする（手順Ｓ３０）。また、プレート２２Ｂを動作位置に位置決めした時に、アパ−チャ４Ｂ１〜４Ｂｎの内の絶縁物加工時に使用するアパ−チャの軸線がレーザ２の軸線と一致するように第２の直動装置２４Ｂを動作させると共に、プレート２２Ｂを待避位置に位置決めする（手順Ｓ４０）。なお、加工に使用するアパ−チャ４Ｂ１〜４Ｂｎの径は、加工に使用するアパ−チャ４Ａ１〜４Ａｎの径よりも小径のものを選択しておく。そして、従来技術と同様、ウインドウを１パルスのレ−ザ２で形成すると共に、スキャン領域８内の残りの穴の銅層７ｃを加工する（手順Ｓ５０、手順Ｓ６０）。銅層７ｃの加工が終了したら、プレ−ト２２Ａを動作位置に位置決めし、すなわち、絶縁物加工時に使用するアパ−チャ４Ａ１〜４Ａｎの内の一つのアパ−チャの軸線をレーザ２の軸線と一致させ（手順Ｓ７０）、当該スキャン領域８内におけるウインドウ部絶縁層７ｚを加工して穴を完成させる（手順Ｓ８０〜手順Ｓ１３０）。そして、当該スキャン領域８内におけるウインドウ部絶縁層７ｚの加工が終了したら、穴底の処理をするかどうかを確認し（手順Ｓ２００）、穴底の処理をしない場合は手順Ｓ５００の処理を行い、穴底の処理をする場合は、プレート２２Ｂを動作位置に位置決めし、すなわち、アパ−チャ４Ｂ１〜４Ｂｎの内の予め選択されている一つのアパ−チャの軸線をレーザ２の軸線と一致させ（手順Ｓ２１０）、当該スキャン領域８内の加工が終了した総ての穴底にレ−ザ２を１パルスずつ照射することにより、加工した穴の穴底を追加工する（手順Ｓ２２０、手順Ｓ２３０）。そして、当該スキャン領域８内の穴底の処理が終了したら、当該スキャン領域８内に径の異なる未加工の穴があるかどうかを確認し（手順Ｓ５００）、未加工の穴がある場合は手順Ｓ２０の作業を行う。また、未加工の穴がない場合は未加工のスキャン領域８があるかどうかを確認し（手順Ｓ５１０）、未加工のスキャン領域８がある場合は手順Ｓ１０の作業を行い、未加工のスキャン領域８がない場合は加工を終了する。
このように、アパ−チャ４Ａｎよりも小径のアパ−チャ４Ｂｎにより穴底を加工するので、穴底径をより均一にできる。
また、この加工法は中間部の穴径が小さいＸ形状の貫通穴（スルーホール）加工においても有効である。すなわち、先ず、両面基板の一方から中間部まで穴を加工してから、両面基板を反転し、他方から中間部まで穴を加工する。そして、最後に穴の中間部を手順Ｓ２２０、手順Ｓ２３０により加工すると、中間部の穴径のばらつきを小さくすることができるだけでなく、中間部の穴壁面の品質を向上させることができる。
図７は本発明に係る第２のレーザ加工装置の加工手順を示すフローチャートである。なお、第２のレーザ加工装置の加工手順と同じ手順については説明を簡略化して説明する。
制御装置１０は加工プログラムを読み込み、Ｘ−Ｙテーブル９を移動させて、最初のスキャン領域８をｆθレンズ６に対向させる（手順Ｓ１０）。また、最初のスキャン領域８内で最初に加工する穴径に対応する大プレート２０のアパーチャ（アパーチャ４１〜４ｎのいずれか１個）を選択し、当該アパーチャの軸線をレーザ２の軸線と同軸に位置決めする（手順Ｓ２０）。また、プレート２２Ａを動作位置に位置決めした時に、アパ−チャ４Ａ１〜４Ａｎの内の絶縁物加工時に使用するアパ−チャの軸線がレーザ２の軸線と一致するように第２の直動装置２４Ａを動作させると共に、プレート２２Ａを待避位置に位置決めする（手順Ｓ３０）。また、プレート２２Ｂを動作位置に位置決めした時に、アパ−チャ４Ｂ１〜４Ｂｎの内の絶縁物加工時に使用するアパ−チャの軸線がレーザ２の軸線と一致するように第２の直動装置２４Ｂを動作させると共に、プレート２２Ｂを待避位置に位置決めする（手順Ｓ４０）。なお、加工に使用するアパ−チャ４Ｂ１〜４Ｂｎの径は、加工に使用するアパ−チャ４Ａ１〜４Ａｎの径よりも小径のものを選択しておく。そして、従来技術と同様、ウインドウを１パルスのレ−ザ２で形成すると共に、スキャン領域８内の残りの穴の銅層７ｃを加工する（手順Ｓ５０、手順Ｓ６０）。銅層７ｃの加工が終了したら、プレ−ト２２Ａを動作位置に位置決めし、すなわち、絶縁物加工時に使用するアパ−チャ４Ａ１〜４Ａｎの内の一つのアパ−チャの軸線をレーザ２の軸線と一致させ（手順Ｓ７０）、当該スキャン領域８内におけるウインドウ部絶縁層７ｚを加工して穴を完成させる（手順Ｓ８０〜手順Ｓ１３０）。そして、当該スキャン領域８内におけるウインドウ部絶縁層７ｚの加工が終了したら、穴底の処理をするかどうかを確認し（手順Ｓ２００）、穴底の処理をしない場合は手順Ｓ５００の処理を行い、穴底の処理をする場合は、プレート２２Ｂを動作位置に位置決めし、すなわち、アパ−チャ４Ｂ１〜４Ｂｎの内の予め選択されている一つのアパ−チャの軸線をレーザ２の軸線と一致させ（手順Ｓ２１０）、当該スキャン領域８内の加工が終了した総ての穴底にレ−ザ２を１パルスずつ照射することにより、加工した穴の穴底を追加工する（手順Ｓ２２０、手順Ｓ２３０）。そして、当該スキャン領域８内の穴底の処理が終了したら、当該スキャン領域８内に径の異なる未加工の穴があるかどうかを確認し（手順Ｓ５００）、未加工の穴がある場合は手順Ｓ２０の作業を行う。また、未加工の穴がない場合は未加工のスキャン領域８があるかどうかを確認し（手順Ｓ５１０）、未加工のスキャン領域８がある場合は手順Ｓ１０の作業を行い、未加工のスキャン領域８がない場合は加工を終了する。
このように、アパ−チャ４Ａｎよりも小径のアパ−チャ４Ｂｎにより穴底を加工するので、穴底径をより均一にできる。
また、この加工法は中間部の穴径が小さいＸ形状の貫通穴（スルーホール）加工においても有効である。すなわち、先ず、両面基板の一方から中間部まで穴を加工してから、両面基板を反転し、他方から中間部まで穴を加工する。そして、最後に穴の中間部を手順Ｓ２２０、手順Ｓ２３０により加工すると、中間部の穴径のばらつきを小さくすることができるだけでなく、中間部の穴壁面の品質を向上させることができる。
この実施の形態ではプレート２２Ａ、２２Ｂのそれぞれに大プレート２０のアパーチャと同数のアパーチャを設けるようにしたので、アパーチャの管理が容易である。なお、この実施例ではプレート２２Ａのアパ−チャ４Ａ１〜４Ａｎおよびプレート２２Ｂのアパ−チャ４Ｂ１〜４Ｂｎを１列に配置したが、２列に配置する等、適宜に変更することができる。
また、この実施形態では第１の直動装置２３Ａ、２４Ｂをレーザ２の軸線方向に並べるようにしたが、レーザ２の軸線の周りに配置しても良い。
また、上記第１および第２の実施形態ではアパ−チャ４Ａ１〜４Ａｎおよびアパ−チャ４Ｂ１〜４Ｂｎをアパ−チャ４１〜４ｎと同数としたが、加工する穴径が１００μｍ以上の場合、めっきが絶縁物７ｚに形成された穴底まで到達しやすいので、例えば、２００μｍの用のアパ−チャで２１０μｍの穴あるいは１９０μｍの穴を加工するようにして、アパ−チャ４Ａ１〜４Ａｎあるいはアパ−チャ４Ｂ１〜４Ｂｎの数を減らしても良い。
図８は穴底の処理をする場合の第２の穴底処理手順であり、下層の銅層７ｃの厚さが薄い（特に９μｍ）場合に好適であり、図１および図６で示した本願のレーザ加工機のいずれにも適用することができる。なお、手順Ｓ１０〜手順Ｓ１３０の処理および手順Ｓ５００、手順Ｓ５１０の処理の処理は図２および図７で説明したフローチャートと同じであるので、重複する説明を省略して説明する。
スキャン領域８内におけるウインドウ部絶縁層７ｚの加工が終了したら、穴底の処理をするかどうかを確認し（手順Ｓ２００）、穴底の処理をしない場合は手順Ｓ５００の処理を行い、穴底の処理をする場合は、プレート２２Ａおよびプレート２２Ｂ（図１の場合はプレート２２Ａのみである）を待機位置に戻し（手順Ｓ３００）、当該スキャン領域８内の加工が終了した総ての穴底にレ−ザ２を１パルスずつ照射することにより、加工した穴の穴底を追加工する（手順Ｓ３１０、手順Ｓ３２０）。そして、当該スキャン領域８内の穴底の処理が終了したら、当該スキャン領域８内に径の異なる未加工の穴があるかどうかを確認し（手順Ｓ５００）、未加工の穴がある場合は手順Ｓ２０の作業を行う。また、未加工の穴がない場合は未加工のスキャン領域８があるかどうかを確認し（手順Ｓ５１０）、未加工のスキャン領域８がある場合は手順Ｓ１０の作業を行い、未加工のスキャン領域８がない場合は加工を終了する。この実施形態の場合、エネルギ密度を小さくする作業が容易になるという利点がある。なお、手順Ｓ３１０においては、穴底がエネルギレベルｇとなるようにエネルギ分布曲線を定めるようにすると効果的である。
スキャン領域８内におけるウインドウ部絶縁層７ｚの加工が終了したら、穴底の処理をするかどうかを確認し（手順Ｓ２００）、穴底の処理をしない場合は手順Ｓ５００の処理を行い、穴底の処理をする場合は、プレート２２Ａおよびプレート２２Ｂ（図１の場合はプレート２２Ａのみである）を待機位置に戻し（手順Ｓ３００）、当該スキャン領域８内の加工が終了した総ての穴底にレ−ザ２を１パルスずつ照射することにより、加工した穴の穴底を追加工する（手順Ｓ３１０、手順Ｓ３２０）。そして、当該スキャン領域８内の穴底の処理が終了したら、当該スキャン領域８内に径の異なる未加工の穴があるかどうかを確認し（手順Ｓ５００）、未加工の穴がある場合は手順Ｓ２０の作業を行う。また、未加工の穴がない場合は未加工のスキャン領域８があるかどうかを確認し（手順Ｓ５１０）、未加工のスキャン領域８がある場合は手順Ｓ１０の作業を行い、未加工のスキャン領域８がない場合は加工を終了する。この実施形態の場合、エネルギ密度を小さくする作業が容易になるという利点がある。なお、手順Ｓ３１０においては、穴底がエネルギレベルｇとなるようにエネルギ分布曲線を定めるようにすると効果的である。
ここで、本発明と特許文献１の技術との違いについて説明する。
プリント基板７に加工する穴径としては４０μｍ〜２５０μｍがほとんどである。そして、例えば、５０μｍの穴を加工する場合は穴径が２ｍｍのアパーチャを、また、２５０μｍの穴を加工する場合は穴径が８ｍｍのアパーチャを、それぞれ採用する。特許文献１の技術の場合、５０μｍの穴を加工する場合であっても、直径が８ｍｍのレーザが５０μｍの穴を加工するアパーチャを備えたプレートに供給されるため、個々のプレートの冷却装置を大きくする必要がある。これに対して、本発明では、大プレート２０で銅層７ｃを加工するレーザ２の外形を制限し、外形が制限されたレーザ２で絶縁層７ｚを加工するので、プレート２２Ａ、２２Ｂに供給されるエネルギは小さくなる。この結果、プレート２２Ａ、２２Ｂを冷却する冷却装置を小さくすることができる。
プリント基板７に加工する穴径としては４０μｍ〜２５０μｍがほとんどである。そして、例えば、５０μｍの穴を加工する場合は穴径が２ｍｍのアパーチャを、また、２５０μｍの穴を加工する場合は穴径が８ｍｍのアパーチャを、それぞれ採用する。特許文献１の技術の場合、５０μｍの穴を加工する場合であっても、直径が８ｍｍのレーザが５０μｍの穴を加工するアパーチャを備えたプレートに供給されるため、個々のプレートの冷却装置を大きくする必要がある。これに対して、本発明では、大プレート２０で銅層７ｃを加工するレーザ２の外形を制限し、外形が制限されたレーザ２で絶縁層７ｚを加工するので、プレート２２Ａ、２２Ｂに供給されるエネルギは小さくなる。この結果、プレート２２Ａ、２２Ｂを冷却する冷却装置を小さくすることができる。
また、この実施形態ではレーザ２が炭酸ガスレーザの場合について説明したが、他のレーザであっても良い。また、銅層を１パルスで加工する場合について説明したが、銅層をパルス幅Ｐｗの小さい（例えばピコ秒、フェムト秒）の複数パルスで加工するようにしても良い。
１ レーザ発振器
２ レーザ２
４ アパーチャ
５ ガルバノ装置
６ ｆθレンズ
７ プリント基板
７ｃ プリント基板７の銅層
７ｚ プリント基板７の絶縁層
２ レーザ２
４ アパーチャ
５ ガルバノ装置
６ ｆθレンズ
７ プリント基板
７ｃ プリント基板７の銅層
７ｚ プリント基板７の絶縁層
Claims (5)
- レーザ出力装置から出力されたレーザの外形をアパーチャにより整形し、ガルバノ装置とｆθレンズにより前記レーザを位置決めして、銅層と絶縁層とからなるプリント基板の所望の位置に穴を形成するようにしたプリント基板のレーザ加工方法において、
第１のアパーチャで整形した前記レーザにより前記銅層に貫通穴を形成し、
その後、前記第１のアパーチャよりも小径の第２のアパーチャで整形した前記レーザにより前記絶縁層を加工して、
前記プリント基板に穴を形成する
ことを特徴とするプリント基板のレーザ加工方法。 - レーザ出力装置から出力されたレーザの外形をアパーチャにより整形し、ガルバノ装置とｆθレンズにより前記レーザを位置決めして、銅層と絶縁層とからなるプリント基板の所望の位置に穴を形成するようにしたプリント基板のレーザ加工方法において、
第１のアパーチャで整形した前記レーザにより前記銅層に貫通穴を形成し、
その後、前記絶縁層の加工に寄与する前記レーザの径を前記第１のアパーチャで加工された前記貫通穴の径以下とする第２のアパーチャで整形して前記絶縁層を加工することにより
前記プリント基板に穴を形成することを特徴とするプリント基板のレーザ加工方法。 - 請求項１または請求項２のいずれかに記載のプリント基板のレーザ加工方法において、前記第２のアパーチャで加工した前記絶縁層の穴底を、前記第１のアパーチャで成形したレーザにより加工する
ことを特徴とするプリント基板のレーザ加工方法。 - 請求項１または請求項２のいずれかに記載のプリント基板のレーザ加工方法において、前記絶縁層の加工に用いた前記第２のアパーチャの穴径よりも小径の第３のアパーチャにより、底付き穴の内面を仕上げ加工する
ことを特徴とするプリント基板のレーザ加工方法。 - レーザ出力装置と、アパーチャを備えるプレートと、ガルバノ装置と、ｆθレンズと、を備え、前記レーザ出力装置から出力されたレーザの外径を前記アパーチャにより整形し、整形した前記レーザを前記ガルバノ装置と前記ｆθレンズにより位置決めして、銅層と絶縁層とからなるプリント基板の所望の位置に穴を形成するようにしたプリント基板のレーザ加工機において、
径の異なる複数のアパーチャを備える第１のプレートと、
前記第１のプレートに設けた各アパーチャの軸線を前記レーザの軸線と同軸に位置決めする前記第１のプレート位置決め装置と、
それぞれの軸線が前記レーザの軸線と平行なアパーチャをｎ個（ただし、ｎは正の整数）備えるｍ個（ただし、ｍは正の整数）のプレートと、
前記ｍ個の各プレートの移動方向を前記レーザの軸心と垂直な方向、かつ、それぞれに設けたアパーチャの軸線を前記レーザの軸線と同軸に位置決めする加工位置と、当該プレートが前記レーザと干渉しない待避位置とに位置決めするｍ個のプレート位置決め手段と、
を設け、
前記第１のプレートを前記レーザの軸線方向の前記レーザ出力装置と前記ガルバノ装置との間の前記レーザ出力装置に最も近い側に配置すると共に、前記ｍ個のプレートを前記レーザの軸線方向の前記第１のプレートと前記ガルバノ装置との間の配置し、
前記銅層を加工する場合には、前記第１のプレートの指定されたアパーチャの軸線を前記レーザの軸線と同軸に位置決めすると共に、他のｍ個のプレートを総て待避位置に位置決めし、
前記絶縁層を加工する場合は、ｎ×ｍ個の内の１個の前記銅層を加工するために用いたアパーチャよりも小径のアパーチャを加工位置に位置決めすることを特徴とするプリント基板のレーザ加工機。
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