JP3518380B2 - レーザ加工装置 - Google Patents

レーザ加工装置

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JP3518380B2 JP35712698A JP35712698A JP3518380B2 JP 3518380 B2 JP3518380 B2 JP 3518380B2 JP 35712698 A JP35712698 A JP 35712698A JP 35712698 A JP35712698 A JP 35712698A JP 3518380 B2 JP3518380 B2 JP 3518380B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、レーザ加工装置
に関するものであり、特に、多層プリント基板等の製造
に関して、位置決めマークを基に正確な位置決めを行っ
てから加工を行う必要のあるレーザ加工装置に関するも
のである。
【0002】
【従来の技術】レーザ加工装置にてプリント基板等の穴
あけ、切断等の高精度の加工を行なう場合、一般的には
プリント基板に具備されている位置決めマークの位置を
認識し、加工時に位置の補正(位置ズレ補正)を行なう
事が行われている。位置決めマークの位置を認識には、
例えば特開平7−260427号公報等に示される様
に、CCDカメラ等で画像を映し出し、画像処理を利用
する等が一般的である。
【0003】図8は従来のレーザ加工装置の構成を示す
概略図である。発振器1から発振されたレーザ光2は集
光光学系3で集光され、加工対象物であるワークWに照
射される。ワークWは、第1層W1,第3層W3が絶縁
材で、第2層W2が銅部材から構成される導電層である
3層構造の場合の多層プリント基板を例に挙げた。図中
PはワークWに対して、止まり穴(ビアホール)を加工
する際のレーザ加工の様子を示している。レーザ光2の
予備照射により絶縁材である第1層W1は溶融・昇華
し、除去されるが、内層の銅部材W2でレーザ光2は反
射される。なお、この明細書においては、絶縁材である
第1層W1(表面層)を溶融・昇華し、除去するための
レーザ光の照射を予備照射と表現する。また、図中WP
は回路パターンを示しており、仮に、この部分にレーザ
光2が照射したとすれば、第1層から第3層までの貫通
した穴(スルーホール)が加工される。ちなみに、この
スルーホールの加工の場合のレーザ発振の加工条件と止
まり穴(ビアホール)の加工の場合のレーザ発振の加工
条件とは異なった加工条件にしている。
【0004】レーザ光2を照射する位置はあらかじめプ
ログラムにて決まった座標値となっているが、どの様に
機械を構成してもワークWをXYテーブル9の直交座標
系に沿うように正確に置く事は不可能な為、位置決めマ
ークの位置を基準として加工を行なう必要がある。その
ため、カメラ4と画像処理装置6は位置決めマークの位
置を検出するのに必要である。また、制御装置8は、所
定のプログラムにて決まった座標値まで軸移動指令を出
し、その指令によってXYテーブル9が移動する。
【0005】次に、実際の動作を説明する。はじめに、
所定のプログラムで決まった第1の位置決めマーク位置
までカメラ4が移動し、次に画像処理装置6はレンズ5
を通して映し出された画像にて位置決めマークWMの正
確な位置を測定する。この位置決めマークWMはワーク
Wに複数点あるので、第2の位置決めマーク,第3の位
置決めマークという様に、必要な点数分、上記動作を繰
り返すのである。これら複数点の位置決めマークの正確
な位置を測定することで、次に行うレーザ加工におい
て、ワークWとレーザ光2の照射位置との微妙な補正
(位置ズレ補正)を行っているのである。もちろん、レ
ンズ5の結像位置とレーザ光2の照射位置の相対的な位
置関係を記憶する手段が制御装置8にあることはいうま
でもない。
【0006】ところが、ワークWが、図8の様な多層プ
リント基板であった場合、位置決めマークWMが、内層
の銅部材W2の層にある内層マークとなっている場合が
ある。カメラモニタ7に映し出された位置決めマークW
Mは、絶縁材である第1層W1が邪魔になり、コントラ
ストの良い画像として映らない場合がある。前述の動作
にて位置決めマークの画像処理を行なう場合、カメラモ
ニタ7に映し出された画像がそのまま画像処理装置6に
入力される現画像となる為、精度のいい位置検知ができ
ないか、又は位置決めマークの画像が見つからない等の
エラーとなる場合があった。このうち、精度のいい位置
検知ができない場合は、ランドLに対してのレーザ加工
Pが、図に示す様にランドL内に収まらずに位置ズレを
起こし、加工不良となる場合がある。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】以上に述べたように、
従来のレーザ加工装置では、画像処理で精度のいい位置
検知ができないか、又は位置決めマークが見つからない
等のエラーとなる場合があるので、画像処理装置6に入
力される現画像をコントラストの良い画像にするため
に、例えば、照明10を別途用いる等の観察光学系を工
夫するか、或いは、画像処理装置6にて現画像にフィル
ターをかける等して、画質改善を行う等の工夫を要して
いた。
【0008】このように、観察光学系や画像処理装置の
工夫で高額な照明、特殊なソフトウェア等が必要となる
場合もあったが、但し、その様に高額なコストをかけた
場合でも、絶縁材の材質が変わる等した場合には位置決
めマークが確実に精度よく観察できる保証がなかった。
また、場合によっては、例えば特開昭61−24920
5号公報や特開平2−172610号公報に示されてい
る様に、位置決めマーク部分をドリル等の切削具で露出
させるという手段もあるが、この場合には、ドリルを使
用する工程が一工程増える等の作業上の課題があった。
【0009】この発明は、上述の課題を解決するために
なされたもので、位置決めマークが確実に露出し、画像
処理を行う場合等位置決めマークを認識しやすくできる
レーザ加工装置を得るものである。
【0010】
【課題を解決するための手段】この発明に係るレーザ加
工装置は、レーザ発振器と、このレーザ発振器からのレ
ーザ光を加工対象物に導き照射する光学系とを備えたレ
ーザ加工装置であって、前記加工対象物は、位置決めマ
ーク及びこの位置決めマーク近傍の表面を表面層に覆わ
れている構造となっており、前記表面層に前記光学系に
より前記レーザ光を予備照射して、前記位置決めマーク
及び前記位置決めマーク近傍の表面を覆う表面層を除去
するものにおいて、位置決めマークの座標情報を格納す
るメモリと前記位置決めマークの大きさ情報を格納する
メモリとを具備し、前記座標情報に基づく位置に前記大
きさ情報から算出した範囲に、レーザ光を予備照射する
ものである。
【0011】
【0012】また、位置決めマークを検出するマーク位
置検出手段と、このマーク位置検出手段からの出力に基
づき加工対象物と光学系との位置関係を補正する制御手
段とを備え、レーザ光を予備照射し表面層を除去した後
に、前記マーク位置検出手段により前記位置決めマーク
の位置を検出し、前記加工対象物に対してレーザ実加工
を行うものである。
【0013】さらに、レーザ光の焦点位置を変える焦点
位置調整機能を備え、予備照射の場合の前記レーザ光の
焦点位置と、その後に行う加工対象物のレーザ実加工を
行う場合の前記レーザ光の焦点位置とは異なった焦点位
置であるものである。
【0014】
【発明の実施の形態】実施の形態1.はじめに、この発
明に係るレーザ加工装置の原理を説明する。位置決めマ
ーク(内層マーク)の上方からワークに向かってレーザ
光を照射した場合、最も表面の層である絶縁材が除去さ
れる。この時、内層パターンと同じく銅部材で(エッチ
ングによって)作られている位置決めマークは、レーザ
光が反射して加工されずに残る。すなわち、絶縁材の部
分のみ選択除去されるという原理に基づいたものであ
る。ここで、位置決めマークは銅部材によって繰り抜か
れた抜きパターンであっても同じ結果となる。
【0015】この発明の第1の実施の形態によるレーザ
加工装置を図1乃至図3を用いて説明する。図1はこの発
明の第1の実施の形態によるレーザ加工装置による、露
出した位置決めマークの様子を示す斜視図である。図
中、カメラ4の下方にある位置決めマークWMは、上方
からレーザ光があてられ、位置決めマークの位置を含み
位置決めマークの面積より広い範囲の絶縁材が選択除去
されて露出した後の状態を示している。カメラ4はこの
位置決めマークWMを映しているが、位置決めマーク上
方の絶縁材が無いため、カメラモニタ7には、コントラ
ストが極めて良い位置決めマークが映し出される。
【0016】次に、図2にこの実施の形態によるレーザ
加工装置の概略構成図を示す。図中PMは、レーザ光2
が照射されて位置決めマークWMが露出しているワーク
Wを示している。また、カメラモニタ7には、位置決め
マークWMが露出したことによりコントラストの良い画
像が映し出される。また、図2のPは、従来例の図8の
Pと同様にワークWの実際のレーザ加工(実加工)の様
子を示しているが、図2では、画像処理装置6にて精度
の良い位置検出が可能なため、ワークの位置ズレ誤差を
精度よく補正することができる。そのため、結果として
ランドLに対して精度の高い位置に加工を行うことがで
きる。
【0017】次に、この実施の形態によるレーザ加工装
置の動作を図3のフローチャートに示す。はじめに、第
1の位置決めマーク位置にレーザ加工ヘッドが移動し
(ステップS1)、次にレーザ光の予備照射が行われる
(ステップS2)。これを、位置決めマークの個数分繰
り返す(ステップS3)ことにより、全ての位置決めマ
ークが露出される。その後、第1の位置決めマーク位置
にカメラ5が移動し(ステップS4)、位置決めマーク
の画像処理を行い(ステップS5)、位置決めマークの
ズレ量(位置)を検出する(ステップS6)。これを全
ての位置決めマークについて繰り返す(ステップS7)
ことにより、全ての位置決めマークの位置検出が完了す
る。その後、位置ズレ補正が行なわれ(ステップS
8)、補正を反映した形で本来の目的であるレーザ穴あ
け加工(実加工)が行われる(ステップS9)のであ
る。
【0018】図3において、ステップS1でのレーザ加
工ヘッドを移動させるための手段は手動操作でも自動運
転でも良い。また、ステップS2においては、所定の照
射条件によりマークの上方からレーザ光を照射するが、
この時、マークの径よりも大きな面積を加工することに
なるので、場合によっては、Z軸の高さを調整して焦点
をぼかした加工を行うというのでもよい。もちろん、マ
ークが露出する様なレーザ光照射条件は予め見つけてお
く必要があることはいうまでもない。
【0019】実施の形態2.この発明の第2の実施の形
態によるレーザ加工装置を、図4及び図5を用いて説明
する。この実施の形態によるレーザ加工装置では、制御
装置8において、位置決めマークの座標の情報とこの位
置決めマークの半径又は直径又は面積等の大きさの情報
とを格納するメモリ11を具備し、位置決めマークの座
標を基準とする位置にレーザ光2を照射する場合、CP
U12は、メモリ11内に格納されている半径又は直径
又は面積等の位置決めマークの大きさの情報を考慮して
位置決めマークよりも大きな面積にわたり、図5に示す
ように基準点Cからレーザ光2を照射する動作を行なう
ように制御手段である制御装置8の動作をさせるもので
ある。ここで、位置決めマークの大きさの情報を考慮し
て位置決めマークよりも大きな面積にわたりレーザ光を
照射する為に、照射の大きさの割合等の情報をメモリ1
1内に貯えておくのは言うまでもない。図5にこの実施
の形態によるレーザ加工装置によって行われるレーザ照
射の様子をワーク上方から見た図を示す。この図ではレ
ーザ光2を基準点Cを中心とした正方形状に走査させた
場合の例を示したが、この走査は円形等別の形状でも同
様の効果があることはいうまでもない。
【0020】実施の形態3.この発明の第3の実施の形
態によるレーザ加工装置を、図6及び図7を用いて説明
する。図6に示すレーザ加工装置において、集光系3を
ワークWに対して垂直に移動させる為の高さ調節機構1
3は、制御装置8のCPU12の命令により上下する。
高さ調節機構13によって集光系3が上下することによ
り、レーザ光2の加工焦点の位置が上下する。この実施
の形態のものでは図7に示す様に、位置決めマークWM
を露出させる為に行うレーザ光照射時には加工焦点がワ
ークW表面に来ない様にし、一方、穴あけ加工(実加
工)時には、レーザ加工点Pにおいて加工焦点の高さに
制御される様に加工できる。図7では高さの差ΔZとし
て示している。この様に構成することにより、位置決め
マークWMの位置を含み位置決めマークWMの面積より
広い範囲の穴を開け、位置決めマークWMを確実に露出
させることができる。
【0021】
【発明の効果】以上に述べたようにこの発明によれば、
レーザ光を照射して加工対象物に設けられた位置決めマ
ーク及びその近傍の表面を覆う表面層を除去するするた
め、位置決めマークが確実に露出し、画像処理を行う場
合などに位置決めマークを認識しやすくなるだけでな
く、位置決めマークを検知するための特殊な光学系,照
明,ソフトウェア等が不要となる等の効果もある。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明の第1の実施の形態によるレーザ加
工装置による位置決めマークの露出の様子を示す斜視図
である。
【図2】 この発明の第1の実施の形態によるレーザ加
工装置の概略構成図である。
【図3】 この発明の第1の実施の形態によるレーザ加
工装置の動作を示すフローチャートである。
【図4】 この発明の第2の実施の形態によるレーザ加
工装置の概略構成図である。
【図5】 この発明の第2の実施の形態によるレーザ照
射の様子を示す図である。
【図6】 この発明の第3の実施の形態によるレーザ加
工装置の概略構成図である。
【図7】 この発明の第3の実施の形態によるレーザ加
工装置の動作を示す概略図である。
【図8】 従来のレーザ加工装置を示す概略構成図であ
る。
【符号の説明】
1 レーザ発振器 2 レーザ光 3 集光系 4 カメラ 5 レンズ 6 画像処理装置 7 カメラモニタ 8 制御装置 9 XYテーブル 10 照明 11 メモリ 12 CPU 13 高さ調節機構 W ワーク(多層プリント基板) W1 絶縁材の層(第1層) W2 銅部材の層(第2層) W3 絶縁材の層(第3層) WP 回路パターン WM 位置決めマーク P レーザ加工点 PM レーザ加工で除去された部分 C 基準点 L ランド
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI // G01B 11/00 G01B 11/00 H B23K 101:42 B23K 101:42 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B23K 26/00 - 26/42 H05K 1/02 H05K 3/00,3/46

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 レーザ発振器と、このレーザ発振器から
    のレーザ光を加工対象物に導き照射する光学系とを備え
    たレーザ加工装置であって、前記加工対象物は、位置決
    めマーク及びこの位置決めマーク近傍の表面を表面層に
    覆われている構造となっており、前記表面層に前記光学
    系により前記レーザ光を予備照射して、前記位置決めマ
    ーク及び前記位置決めマーク近傍の表面を覆う表面層を
    除去するレーザ加工装置において、位置決めマークの座
    標情報を格納するメモリと前記位置決めマークの大きさ
    情報を格納するメモリとを具備し、前記座標情報に基づ
    く位置に前記大きさ情報から算出した範囲に、レーザ光
    を予備照射することを特徴とするレーザ加工装置。
  2. 【請求項2】 位置決めマークを検出するマーク位置検
    出手段と、このマーク位置検出手段からの出力に基づき
    加工対象物と光学系との位置関係を補正する制御手段と
    を備え、レーザ光を予備照射し表面層を除去した後に、
    前記マーク位置検出手段により前記位置決めマークの位
    置を検出し、前記加工対象物に対してレーザ実加工を行
    うことを特徴とする請求項1に記載のレーザ加工装置。
  3. 【請求項3】 レーザ光の焦点位置を変える焦点位置調
    整機能を備え、予備照射の場合の前記レーザ光の焦点位
    置と、その後に行う加工対象物のレーザ実加工を行う場
    合の前記レーザ光の焦点位置とは異なった焦点位置であ
    ることを特徴とする請求項2に記載のレーザ加工装置。
  4. 【請求項4】 レーザ発振器と、このレーザ発振器から
    のレーザ光を加工対象物に導き照射する光学系とを備え
    たレーザ加工装置を用い、前記加工対象物の位置決めマ
    ーク位置に前記光学系が移動する工程と、前記加工対象
    物の、位置決めマーク及びこの位置決めマーク近傍の表
    面を覆う表面層に、前記光学系により前記レーザ光を予
    備照射する工程と、前記位置決めマークを露出させる工
    程と、を備えたレーザ加工方法において、前記光学系に
    より前記レーザ光を予備照射する際に、メモリに格納さ
    れた位置決めマークの座標とこの位置決めマークの大き
    さの情報を考慮して、位置決めマークよりも大きな面積
    にわたり、レーザ光を予備照射することを特徴とするレ
    ーザ加工方法。
  5. 【請求項5】 位置決めマークを露出させた後に、位置
    決めマークを検出する工程と、このマーク位置検出工程
    からの出力に基づき加工対象物と光学系との位置関係を
    補正する工程と、補正を反映したかたちでレーザ穴あけ
    加工を行う工程と、を備えたことと特徴とする請求項4
    に記載のレーザ加工方法。
  6. 【請求項6】 レーザ光の焦点位置を変える焦点位置調
    整機能を備え、予備照射の場合の前記レーザ光の焦点位
    置と、その後に行う加工対象物のレーザ実加工を行う場
    合の前記レーザ光の焦点位置とは異なった焦点位置とす
    ることを特徴とする請求項5に記載のレーザ加工方法。
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