JP3353134B2 - レーザ加工装置 - Google Patents

レーザ加工装置

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JP3353134B2 JP04952798A JP4952798A JP3353134B2 JP 3353134 B2 JP3353134 B2 JP 3353134B2 JP 04952798 A JP04952798 A JP 04952798A JP 4952798 A JP4952798 A JP 4952798A JP 3353134 B2 JP3353134 B2 JP 3353134B2
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【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、レーザ加工装置に
関し、特に、レーザ光を用いて多層配線基板にスルーホ
ールまたはビアホールを形成するレーザ加工装置に関す
る。
【0002】
【従来の技術】近年の電子機器の小型化、高密度実装化
の要求に伴い、複数のプリント配線基板を重ね合わせた
多層プリント配線基板が提供されるようになってきた。
このような多層プリント配線基板では、上下に積層され
たプリント配線基板のそれぞれに形成された導電層間を
電気的に接続するため、これらの基板に、スルーホール
あるいはビアホールといった穴を形成される。そして、
これらの穴の内部にメッキを施すことにより、各プリン
ト配線基板の導電層間の接続が行われる。
【0003】プリント配線基板に形成される穴は、最近
のプリント配線基板の小型化、高機能化に伴って小径化
し、直径0.1mm程度になってきている。このような小
径の穴を精度良く形成するために、従来は、パルス発振
型のレーザが用いられている。
【0004】この種の穴あけに使用されるレーザ光とし
ては、紫外光が使用されることが多かったが、紫外光は
エッチグレートが低い、また紫外光を発生するエキシマ
レーザは装置価格及びランニングコストが高い等の理由
から、赤外光が使用されるようになってきている。
【0005】従来のパルス発振型レーザを用いたレーザ
加工装置を図6に示す。このレーザ加工装置は、赤外レ
ーザ光をパルス状に発生する炭酸ガスレーザ61と、炭
酸ガスレーザからのレーザ光を被加工面へ導くための第
1乃至第5ミラー62、63、64、65及び66と、
光路上に配置されたフィールドレンズ67、マスク6
8、エキスパンダ69、ガルバノスキャナ70、及びf
−θレンズ71を有している。
【0006】炭酸ガスレーザ61から出射した光は、第
1ミラー62で反射され、第2ミラー63に入射する。
第1ミラー62は、例えば、銅(Cu)製のフラットミ
ラーであり、赤外光を全反射する。第2ミラー63は、
例えば、セレン化亜鉛(ZnSe)製のミラーであっ
て、スプリッタを兼ねる。
【0007】第2のミラー63で反射されたレーザ光
は、光路に沿って移動可能なフィールドレンズ67を通
り平行光に変換され、第3、第4及び第5ミラー64、
65及び66で反射され、マスク68に到達する。ここ
で、第3、第4及び第5ミラー64、65及び66は、
例えば、第1ミラー62と同様、銅(Cu)製のフラッ
トミラーである。
【0008】マスク68には、所定径の穴が形成されて
おり、その穴に照射されたレーザ光のみを通過させる。
即ち、レーザ光のビーム径を制限する。マスク68を通
過したレーザ光は、エキスパンダ69で所定のビーム径
に集光される。そして、エキスパンダ69から出射した
光は、ガルバノスキャナ70で走査され、f−θレンズ
71に入射する。
【0009】f−θレンズ71に入射した光は、集光さ
れ、被加工面の所定の位置に垂直に入射する。
【0010】被加工面では、レーザ光が照射された部分
が蒸発し、プリント配線基板にスルーホールやビアホー
ル等の穴が形成される。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】従来のレーザ加工装置
は、1穴ずつ加工を行うため、加工速度が遅いという問
題点がある。
【0012】従来の装置のように、1穴ずつ加工を行う
装置は、不規則に配置されたスルーホール等の穴を形成
する場合には有効であったが、最近は、多層プリント配
線板として、BGA,CSP,PGAといった所定間隔
で穴を配列したパッケージが製造されており、1穴ずつ
加工を行う必要性は無くなりつつある。
【0013】本発明は、規則正しく配列されたスルーホ
ール等の穴を、従来よりも高速に形成できる単純な構成
のレーザ加工装置を提供することを目的とする。
【0014】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、レーザ
光を出射するレーザ光源と、前記レーザ光を被加工面上
で走査するためのガルバノスキャナ及びf−θレンズ
と、前記レーザ光源から前記ガルバノスキャナまで前記
レーザ光を導く光学系と、該光学系により形成される光
路上に配置され、前記レーザ光の一部を遮ることで当該
レーザ光のビーム径を制限するマスクとを有するレーザ
加工装置において、前記マスクに前記レーザ光を通過さ
せる複数の光通過部を形成し、該複数の光通過部を通過
した前記レーザ光を前記ガルバノスキャナ及び前記f−
θレンズを介して前記被加工面に同時に照射するように
したことを特徴とするレーザ加工装置が得られる。
【0015】ここで、複数の光通過部としては、所定の
距離をおいて形成された2つの光通過部とすることがで
きる。
【0016】また、光学系は、前記複数の光通過部に前
記レーザ光を均等に照射する集光レンズを含んでもよ
い。その集光レンズとしては、シリンドリカルレンズが
利用できる。
【0017】さらに、レーザ光源としては、TEA−C
2 レーザやYAG高調波レーザ等のパルス発振型レー
ザが好ましい。
【0018】加えて、マスクに、前記複数の光通過部の
ほかに単独の光通過部を形成するようにし、前記複数の
光通過部と前記単独の光通過部のいずれか一方が前記レ
ーザ光の光路上に位置するように、前記マスクを移動さ
せるマスク移動手段を設けるようにしてもよい。
【0019】あるいは、前記マスクとは異なる、単一の
光通過部が形成された別のマスクを用意し、これら2つ
のマスクのいずれか一方が前記レーザ光の光路上に位置
するように、当該2つのマスクを移動させるマスク移動
手段を設けてもよい。
【0020】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態について説明する。
【0021】図1に本発明の一実施の形態を示す。ここ
で従来と同一のものには同一番号を付し、その説明を省
略する。
【0022】図1のレーザ加工装置は、従来のマスクと
は異なるマスク11を有している。このマスク11は、
レーザ光を透過させない金属板に、所定の距離だけ離れ
た2つの穴を形成したものである。また、このレーザ加
工装置は、マスク11と第5ミラー66との間に、シリ
ンドリカルレンズ12を有している。シリンドリカルレ
ンズ12は、入射するレーザ光を所定方向(進行方向と
直交する一方向、図の上下方向)に関して集光し、その
一部がマスク11に形成された2つの穴を同時に通過す
るようにするものである。
【0023】炭酸ガスレーザ61としては、マルチモー
ド発振するTEA−CO2 レーザを使用する。この炭酸
ガスレーザ61は、例えば、波長9.3μm、出射ビー
ムサイズ9mm×7mm、パルスエネルギー150mJ、パ
ルス周波数300Hzであり、ビームサイズ(ビーム径
に相当)が大きく、そのエネルギー密度は、ビーム中央
部と周辺部とで同じと見なすことができる。
【0024】通常、マスクに形成する穴は、その径を、
プリント配線板に形成する穴径の10倍程度にしてあ
る。例えば、内径0.1mmの穴をプリント配線板に形成
する場合、マスクには、光通過部として内径1.0mmの
穴を形成する。このように、マスクに形成される穴は、
実際にプリント配線基板に形成する穴よりも大きいの
で、被加工面上に近接配置して用いられるにコンタクト
マスク等に比べると、作製が非常に容易である。ここ
で、上述のように、炭酸ガスレーザからのレーザ光のビ
ームサイズは、例えば、9mm×7mmと大きく、マスク1
1形成した複数の穴を含む領域にレーザー光を照射する
ことが可能である。そして、これら複数の穴を通過した
レーザ光は、同じエネルギー密度を持つと見なすことが
できる。
【0025】このレーザ加工装置が加工の対象とするB
GA,CSP,PGA等のパッケージは、例えば、図2
に示すように、スルーホールやビアホールといった穴が
規則的に配列されるものである。したがって、パッケー
ジに形成する穴の径を0.1mm、ピッチを0.8mmとす
ると、マスク11には、図3に示すように、8.0mmの
間隔で直径1.0mmの穴を形成すればよい。このよう
に、マスク11に、光通過部として2つの穴が形成する
ことで、マスクからは2つのレーザ光が出射され、パッ
ケージ(プリント配線基板)に、2つの穴を同時に形成
することができる。
【0026】加工に必要とされるレーザ光のエネルギー
密度は、プリント配線基板(絶縁樹脂)の種類によって
異なる。通常、被加工面において必要とされるエネルギ
ー密度は、5〜20J/cm2 であるが、このようなエネ
ルギー密度が得られない場合や、さらにエネルギー密度
を高めたい場合には、レーザ光を集光する必要がある。
本実施の形態では、マスク11に2つの穴が形成されて
いるので、これらの穴を通過するレーザ光のエネルギー
密度が等しくなるように集光しなければならない。そこ
で、本実施の形態では、一軸方向に関してのみレーザ光
を集光するシリンドリカルレンズ12を用いている。シ
リンドリカルレンズ12は、レーザ光のビームサイズ
を、例えば図4に示すように、9mm×7mmから9mm×3
mmへと変える。
【0027】以上の構成において、炭酸ガスレーザ61
から出射したレーザ光は、第1ミラー62及び第2のミ
ラーで反射され、フィールドレンズ63を通った後、第
3、第4及び第5ミラー64、65及び66で、反射さ
れてシリンドリカルレンズ12へ到達する。シリンドリ
カルレンズ12は、レーザ光を所定の軸方向に関して集
光し、マスク11の所定領域に照射する。マスク11の
所定領域には、穴が2つ形成されており、これらの穴を
通過したレーザ光のみがエキスパンダ69に入射する。
エキスパンダ69は入射したレーザ光を所定の径に集光
し、ガルバノスキャナ70へ出射させる。ガルバノスキ
ャナ70は、少なくとも2枚のミラーで構成されてお
り、入射したレーザ光が被加工面の所定位置に照射され
るようレーザ光の進行方向を変える。f−θレンズ71
は、ガルバノスキャナからのレーザ光が被加工面に垂直
に入射するようにレーザ光の進行方向を変える。
【0028】以上のようにして、本実施の形態のレーザ
加工装置では、2系統のレーザ光が同時に被加工面に照
射され、スルーホール等の穴を2つ同時に形成できる。
しかも、コンタクトマスク等を用いて複数の穴を同時形
成するものではないので、穴の形成時にマスクの位置合
せが不要で、工程が簡単で作製が容易である。
【0029】ところで、規格化されたパッケージの穴の
パターンは、必ずしも2穴1組に分けられるものではな
い。例えば、図5に示すようなパターンの場合には、2
穴1組に分けられなかった2つの穴は、1穴ずつ形成し
なければならない。そこで、従来同様、光通過部として
の穴を1つだけ形成した別のマスク(図示せず)を用意
して、マスク11と入れ替える入れ替え機構を設けた
り、マスク11として、より大きな金属板を用意し、2
穴同時形成用の穴と、1穴形成用の穴とを形成して、レ
ーザ光の行路にいずれか一方の穴が位置するように、一
軸駆動あるいは回転駆動させるマスク移動機構を設けた
りしてもよい。
【0030】なお、上記実施の形態では、マスクは金属
板に穴を空けたものを用いたが、これに限られるもので
はなく、レーザ光を透過する透明板(ガラス板等)にレ
ーザ光を遮蔽する遮蔽膜(金属膜等)を設けるなどした
ものでもよい。
【0031】また、上記実施の形態では、TEA−CO
2ガスレーザを使用することとしたが、他のパルス発振
型レーザ、例えばYAG高調波レーザなどを用いてもよ
い。
【0032】
【発明の効果】本発明によれば、レーザ光のビーム径を
制限するをマスクに、レーザ光を通過させる光通過部を
複数設けたことで、スルーホールやビアホールといった
穴を複数同時に形成できるレーザ加工装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態を示す概略図である。
【図2】図1のレーザ加工装置が適用されるパッケージ
の穴の配置を示す図である。
【図3】図1のレーザ加工装置に使用されるのマスクの
正面図である。
【図4】シリンドリカルレンズの動作を説明するための
図である。
【図5】図1のレーザ加工装置が適用されるパッケージ
の穴の別の配置を示す図である。
【図6】従来のレーザ加工装置の概略図である。
【符号の説明】
11 マスク 12 シリンドリカルレンズ 61 炭酸ガスレーザ 62,63,64,65,66 ミラー 67 フィールドレンズ 68 マスク 69 エキスパンダ 70 ガルバノスキャナ 71 f−θレンズ
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI // B23K 101:42 B23K 101:42

Claims (8)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 レーザ光を出射するレーザ発振器と、前
    記レーザ光を被加工面上で走査するためのガルバノスキ
    ャナ及びf−θレンズと、前記レーザ光源から前記ガル
    バノスキャナまで前記レーザ光を導く光学系と、該光学
    系により形成される光路上に配置され、前記レーザ光の
    一部を遮ることで当該レーザ光のビーム径を制限するマ
    スクとを有するレーザ加工装置において、前記マスクに
    前記レーザ光を通過させる複数の光通過部を形成し、該
    複数の光通過部を通過した前記レーザ光を前記ガルバノ
    スキャナ及び前記f−θレンズを介して前記被加工面に
    同時に照射するようにしたことを特徴とするレーザ加工
    装置。
  2. 【請求項2】 前記複数の光通過部が、所定の距離をお
    いて形成された2つの光通過部であることを特徴とする
    請求項1のレーザ加工装置。
  3. 【請求項3】 前記光学系に、前記複数の光通過部に前
    記レーザ光を均等に照射する集光レンズを加えたことを
    特徴とする請求項1または2のレーザ加工装置。
  4. 【請求項4】 前記集光レンズとしてシリンドリカルレ
    ンズを用いることを特徴とする請求項3のレーザ加工装
    置。
  5. 【請求項5】 前記レーザ光源が、パルス発振型レーザ
    であることを特徴とする請求項1、2、3または4のレ
    ーザ加工装置。
  6. 【請求項6】 前記レーザ光源が、CO ガスレーザ又
    はYAG高調波レーザであることを特徴とする請求項5
    のレーザ加工装置。
  7. 【請求項7】 前記マスクに、前記複数の光通過部のほ
    かに単独の光通過部を形成するとともに、前記複数の光
    通過部と前記単独の光通過部のいずれか一方が前記レー
    ザ光の光路上に位置するように、前記マスクを移動させ
    るマスク移動手段を設けたことを特徴とする請求項1,
    2,3,4,5又は6のレーザ加工装置。
  8. 【請求項8】 前記マスクとは異なる、単一の光通過部
    が形成された別のマスクを用意し、これら2つのマスク
    のいずれか一方が前記レーザ光の光路上に位置するよう
    に、当該2つのマスクを移動させるマスク移動手段を設
    けたことを特徴とする請求項1、2、3、4、5又は6
    のレーザ加工装置。
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