JP4074589B2 - レーザ加工装置及びレーザ加工方法 - Google Patents

Description

本発明は、レーザを用いた加工装置及びレーザ加工方法に関し、特に電子部品の穴開け加工を行うためのレーザ加工装置及びレーザ加工方法に関する。

従来より、電子部品、例えばグリーンシートの穿孔は、レーザ光を利用したレーザ加工により行われている。当該レーザ加工は、レーザのコヒレント性を生かすとともに、回折素子やホログラム素子等の回折現象を利用し、同時に複数の穴をグリーンシートに開けるものである。その加工装置の従来例について以下に説明する。

図６（ａ）は従来のレーザ加工装置１０１の構成図であり、同図の（ｂ）は従来のレーザ加工装置１０１によるグリーンシート１３５の加工パターンを示す図である。

図６（ａ）のレーザ加工装置１０１において、エキシマレーザ等のレーザ発振器１４５から放射されたレーザビーム１０４は、ホログラム１０３により分岐される。分岐されたレーザビーム１０４は集光レンズ１１０により集光されマスク１１３上に照射される。さらに、レーザビーム１０４はマスク１１３の開口部を通過し、これにより形成されたマスクパターン像は、転写レンズ１２９によりグリーンシート１３５上に転写像として結像する。この結果、グリーンシート１３５の穴加工が行われる（特許文献１若しくは２参照。）。

図７は、他の従来例であるレーザ加工装置を説明するための図である。同図（ａ）はレーザ加工装置２０１の構成図であり、同図（ｂ）は従来のレーザ加工装置２０１によるグリーンシートの加工パターンを示す図である。

図６と同様に、レーザ加工装置２０１は、レーザビーム２０４をレーザ発振器２４５から放射してグリーンシート２３５に貫通孔２３６を加工するものである。このレーザ加工装置２０１の光学系には、レーザ発振器側からレーザビームを均一な形状及び寸法に分光するための回折素子２０３、レーザビームをｘｙ方向に振らせるｘｙガルバノスキャンミラー２３１、２３２、レーザビームを集光するための集光レンズ２２９、不図示のｘｙテーブル上に載置された被加工物のセラミックグリーンシート２３５が配置されている。

上記構成において、レーザ発振器２４５から照射されたレーザビーム２０４は、回折素子２０３を通過する。回折素子２０３を通過したレーザビーム２０４は、セラミックグリーンシート２３５に形成される貫通孔２３６の形状及び寸法に対応した複数のレーザビームに分光される。回折素子２０３により分光されたレーザビームはｘｙガルバノスキャンミラー２３１、２３２を反射し、集光レンズ２２９に入射する。さらに、集光レンズ２２９を通過して集光されたレーザビームはグリーンシート２３５に照射され貫通孔２３６を穿孔する。さらに、ｘｙガルバノスキャンミラー２３１，２３２の反射角度を変化させ、グリーンシート２３５の異なる位置に貫通孔２３６を形成する（特許文献３参照。）。
特開平９−２４８６８６号公報（段落番号〔００３８〕〜〔００４４〕、図１〜図２） 特開２００２−２２８８１８号公報（段落番号〔００１１〕〜〔００１２〕、図１） 特開２０００−２８０２２５号公報（段落番号〔００４３〕〜〔００５２〕、図１〜図２）

上述したように、図６及び図７に示したレーザ加工装置は、複数の貫通孔を形成するために、ホログラム素子１０３若しくは回折素子２０３等の光学素子を用い光源からのレーザビームを分岐する光学系を採用する。

ところで、貫通孔間のピッチを変更する場合には、単一の貫通孔を所定ピッチで形成するのが一般的である。従来のレーザビーム加工装置に適用されたレーザビーム分岐用の光学素子は、装置内に固定されているため被加工物には、複数のレーザビームが照射される。そうすると、複数形成された貫通孔の内、１つは利用できるが、他の貫通孔は利用できず捨て穴となってしまう。特に最近は、電子部品の小型化及び大容量化に伴い貫通孔を非常に高密度かつ高精度に加工することが求められている。よって、貫通孔すなわち捨て穴を確保した上で高密度に貫通孔を形成することは困難になってきている。

また、分岐したレーザビームの１つだけを通過させるようなシャッター等を設け、分岐したレーザの一部を遮断する方法が考えられるが、この方法では、シャッターを設けることに加え、レーザ照射のタイミングとシャッターの開閉タイミングを同期させるための新たな構成を設ける必要が生じる。結果としてレーザ加工装置の大型化及び複雑化が生じてしまう。さらに、レーザビームの一部を遮ることにより、エネルギの損失が生じ、加工効率を向上させることが困難である。

また、レーザ加工装置の光学系を変更できる構成とするには、レーザビームを分岐するための光学素子を含んだ光学系全体を変更する必要が生じ、レーザビーム加工装置の構造を複雑にするとともにコストが上がり実用的ではない。

そこで本発明は、レーザ加工装置の大型化及び複雑化を招かない簡単な構成で、セラミックグリーンシート等の被加工物に対して、径の同じ貫通孔を異なるピッチで連続的に形成できるレーザ加工装置及びレーザ加工方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための本発明のレーザビーム加工装置の第１の態様は、レーザビームを平行光にするための第１コリメータレンズと、前記レーザビームを平行光にするための第２コリメータレンズと、前記レーザビームを複数のビームに分岐するための光学素子と、をレーザ源から被加工物に至るまでの前記レーザビームの光路上に備え、前記光学素子は、前記第１コリメータレンズと前記第２コリメータレンズの間で光路に対して挿脱可能である。

上記態様によれば第１コリメータレンズと第２コリメータレンズとを光路に配置し、第１及び第２コリーメータレンズ間で光学素子を光路に配置してレーザビームを分岐する場合と、光学素子を光路上に配置せずに単一のレーザビームを照射する場合で、レーザビーム径を同じ寸法にすることができる。これは、第１コリメータレンズと第２コリメータレンズとを合成した焦点距離と、集光レンズの焦点距離と、レーザビーム径とにより決定され、回折素子を介在させた場合であっても変化しないからである。
本発明のレーザビーム加工装置の第２の態様によれば、前記光学素子は、光軸に沿って移動可能である。

上記態様によれば、第１コリメータレンズを通過したレーザビームは所定の拡がり角を有するので、光学素子を光軸に沿って移動させると、レーザビームの光学素子に対する入射角が変化する。その結果、レーザビームの分岐された後のピッチ幅が変わり、分岐されたレーザビームによる貫通孔間のピッチを変更することが可能となる。

本発明のレーザビーム加工装置の第３の態様によれば、前記レーザビームのビームプロファイルを均一にするためのホモジナイザと、ビーム幅を絞るためのレデューサと、を前記光路上に備える。

上記態様によれば、ホモジナイザによりレーザビームの幅方向において光強度が均一化でき、形成する貫通孔の加工形状の寸法精度を高めることができる。さらに、レデューサによりレーザビームをマスクの開口部の寸法及び形状に整形できるので、マスクによりレーザビームのけられを削減でき、結果としてエネルギ効率を向上できる。

本発明のレーザビーム加工装置の第４の態様によれば、前記光学素子が、回折素子若しくはホログラム素子である。

また、本発明のレーザ加工方法は、レーザビームを平行光にするための第１コリメータレンズと、前記レーザビームを平行光にするための第２コリメータレンズと、をレーザ源から被加工物に至るまでの前記レーザビームの光路上に配置し、
前記第１コリメータレンズと前記第２コリメータレンズの間でレーザビームを複数のビームに分岐するための光学素子を前記光路に配置した状態若しくは前記光路から外した状態でレーザビームを被加工物に照射する。

本発明のレーザビーム加工方法によれば、第１コリメータレンズと第２コリメータレンズとを光路に配置し、第１及び第２コリーメータレンズ間でレーザビームを分岐するための光学素子を光路に配置した場合と、光路に配置しない場合によらず成形されるレーザビーム径を同じ寸法にすることができる。

なお、上記レーザビーム加工装置及びレーザビーム加工方法において、レーザビームを分岐するために利用される光学素子は、入射したレーザビームを、複数の均一な形状及び寸法のビームに分岐する機能を有するものであればよく、特定の形状や寸法の光学素子に限定されるものではない。

本発明のレーザ加工装置及びレーザ加工方法によれば、光路上に配置された第１及び第２コリメータレンズ間に光学素子を挿脱可能にすることにより、光学素子を挿入した状態では一回の照射により複数の貫通孔を同時に穿孔でき、光学素子を取り除いた状態では、一回の照射により単一の貫通孔を形成できる。また、一度に形成する貫通孔の数に拘わらず、常に同径の貫通孔を形成できる。よって、所定ピッチに配列された貫通孔を複数設ける場合でもピッチが異なる場合であっても、適宜光学素子を挿脱するという簡単な構成により所定ピッチで貫通孔を形成できる。

さらに、第１コリメータレンズ及び第２コリメータレンズの間における光路上で光学素子を移動させることにより、分岐したレーザビームにより同時に複数の貫通孔を作製する場合に、その貫通孔間のピッチを変更することができ、加工の自由度を高めることができる。

以下、本発明によるレーザ加工装置及びレーザ加工方法の実施の形態について図面を参照しつつ説明する。

〔第１の実施形態〕
図１は、本発明によるレーザ加工装置１の基本構成図を示す。レーザ加工装置１は、レーザ発振器４５及びガイドレーザ発振器４３を有するビーム発生部２、レーザビームを被加工物であるグリーンシート３５に導く光学系６、ｘガルバノスキャン３１、ｙガルバノスキャン４７等を載置するための支持架台３３、及びセラミックグリーンシート３５を搬送する搬送部８からなる。

ビーム発生部２は、レーザ発振器４５から被加工物を加工するための加工用レーザビームを発射する。レーザ発振器４５としては、従来から知られるエキシマレーザ、ＹＡＧレーザ、ＣＯ_２レーザ等を用いる。レーザ発振器４５から照射されたレーザビーム４は全反射ミラー７により所定の方向に反射されコンバイナ９に入射する。本実施形態のレーザビーム４は、波長３５５ｎｍとした。

ガイドレーザ発振器４３は、加工機能を有さない可視波長領域の波長のガイドレーザビームを放射する。ガイドレーザビームは、レーザビームと加工対象物との位置合わせや加工サイズを調整するために使用される。

次に光学系６について説明する。光学系６は、複数の全反射ミラー７、１１、１５，１７、１９、コンバイナ９、マスク１３、第１コリメータレンズ３、第２コリメータレンズ５、矢印１４方向に移動可能な支持部１５に装着された光学素子すなわち回折素子２１、ｘガルバノスキャンミラー３２、ｙガルバノスキャンミラー４８、集光レンズ２９からなる。

次に、支持架台３３について説明する。支持架台３３は逆Ｕ字形状であり、鉛直方向に延びる一対の脚部７９、８５と、両脚部７９、８５の上端部間を連結しほぼ水平に延在する一対の横断部材８１、８３からなる。横断部材８１、８３は、互いに平行でかつ互いに離間している。横断部材８１、８３間には矢印３９方向（図４のｙ軸方向）に摺動可能なガルバノボックス２３が装着されている。ガルバノボックス２３の側面には、鉛直方向下方に向けられセラミックグリーンシート１３の位置を認識するための画像処理用カメラ２５が配置されている。

さらに、ガルバノボックス２３内には、ｘガルバノスキャナ３１、ｙガルバノスキャナ４７が配置されている。ｘガルバノスキャナ３１、ｙガルバノスキャナ４７それぞれは、ｘガルバノスキャンミラー３２、ｙガルバノスキャンミラー４８の光路に対する角度を調節し、ｘ軸７５及びｙ軸７６により規定される加工座標（図４参照。）上の所定位置にレーザビームを導く。

また、ｘｙガルバノスキャンミラー３２、４８を反射したレーザビームを集光するためのｆθレンズ２９がガルバノボックス２３内に配置されている。

次に、搬送部８について説明する。搬送部８は、x軸ステージ３７と一対のローラ８７、８９とからなる。ｘ軸ステージ３７は、ｘ軸方向（矢印４１の方向）に移動可能であって、長尺状の連続リール状セラミックグリーンシート３５を加工領域において支持する。ローラ８７、８９はｘ軸ステージ３７を挟んで配置され、各ローラ８７、８９がセラミックグリーンシート３５を長手方向に離間する２箇所で支持する。この構成によりセラミックグリーンシート３５は、支持架台３３の横断部材８１、８３と交差する方向（すなわち、図１において左から右方向）に搬送される。

上記構成のレーザ加工装置１によるレーザビームの照射について説明する。

レーザ発振器４５から照射された加工用レーザビームは反射ミラー７を介してコンバイナ９に入射する。他方、ガイドレーザ発振器４３から照射された可視光領域のガイドレーザビームも同じくコンバイナ９に入射する。さらに、加工用レーザビームと反射したガイドレーザビームは、コンバイナ９により光軸が互いに整合し、互いに同方向に進む。

さらに、コンバイナ９で整合された加工用レーザビームとガイドレーザビームは、反射ミラー１１を介してマスク１３に設けられた所定形状の開口部を通過する。マスク１３を通過したレーザビーム４は、加工形状と同一の形状に整形される。

整形されたレーザビーム４は、反射ミラー１５、１７を反射し、第１コリメータレンズ３に入射する。第１コリメータレンズ３を通過したレーザビームはそのビーム幅が拡がりつつ進む。

その後、レーザビームは反射ミラー１９を反射し所定パターンを有する回折素子２１に入射する。入射したレーザビームは回折素子２１のパターンに従い、形状がほぼ同じ複数のレーザビームに分岐されると共にビーム幅が拡がる。そして、レーザビームは第２コリメータレンズ５により平行光束とされる。平行光束となったレーザビームはｘガルバノスキャンミラー３２及びｙガルバノスキャンミラー４８により、ｘ軸７５及びｙ軸７６（図４参照。）により規定される加工座標の所定位置に向けられる。

さらに、ｘｙガルバノスキャナ３１、４７を経たレーザビームは集光レンズであるｆθレンズ２９に入射する。回折素子２１により複数個に分岐されたレーザビームは、ｆθレンズ２９により集光され、セラミックグリーンシート３５に照射される。その結果、２つに分岐されたレーザビームによりセラミックグリーンシート３５に２つの貫通孔３６が同時に形成される（図４の符号９１参照。）。

また、回折素子２１を光路から外すと、第１コリーメータレンズ３を通過しビーム幅が拡大したレーザビームは第２コリメータレンズ５に入射する。第２コリメータレンズを通過したレーザビームは平行光に成形される。この際、マスク１３により形成された形状のレーザビームは分岐されずに、ｘガルバノスキャンミラー３２及びｙガルバノスキャンミラー４８を介してｆθレンズ２９に入射する。結果として、一回の照射により単一の貫通孔が形成され、その径の寸法は回折素子を挿入して形成された貫通孔の径と同じである（図４の符号９３参照。）。

図２は、上記実施形態の光学系６の主要要素を示す構成図である。レーザ発振器４５から被加工物であるセラミックグリーンシート３５に至る光路上には、レーザ光源側からマスク１３、第１コリメータレンズ３、光路に挿脱可能（矢印１４方向）に配置された回折素子２１、第２コリメータレンズ５、ｘガルバノスキャンミラー３２、ｙガルバノスキャンミラー４８、ｆθレンズ２９の順に配置される。

２つのコリメータレンズ３、５を考慮した焦点距離（合成焦点距離）ｆは、以下のような関係を有する。
１／ｆ＝（１／ｆ１）＋（１／ｆ２）−ｄ／（ｆ１×ｆ２）

ここで、マスク１３から第１コリメータレンズ３の焦点距離をｆ１とし、マスク１３から第２コリメータレンズ５の焦点距離をｆ２とし、ｆθレンズ２９からグリーンシート３５の焦点距離をｆ０とし、第１コリメータレンズ３と第２コリメータレンズ５との距離をｄとし、マスク１３の開口部の穴径をφｂとする。

本実施形態では、マスクから第１コリメータレンズ３までの光軸上の距離をｆ１’とすると、ｆ１＞ｆ１’となるような配置とした。すなわち、マスク１３から第１コリメータレンズ３までの距離を第１コリメータレンズ３の焦点距離より短くすることで、第１コリメータレンズ３を通過したレーザビームは拡がりつつ進む。

転写倍率はｆ０／ｆであるので、グリーンシート３５に形成される貫通孔の直径φｄ１は、φｄ１＝（ｆ０／ｆ）×φｂとなる。この関係式は、回折素子２１によりレーザビームを２つに分岐して転写した場合に成立する。

他方、回折素子２１を矢印１４方向に移動させ光路外に配置すると、グリーンシート面上の転写倍率はｆ０／ｆとなる。よって、グリーンシート３５に形成される貫通孔の直径φｄ２は、φｄ２＝（ｆ０／ｆ）×φｂで表される。従ってこの関係式は、回折素子２１を介さずにレーザビームを照射した場合でも成立する。

上記構成では第１コリメータレンズ３とマスク１３との間の光軸上における距離が、第１コリメータレンズ３の焦点距離より短いため、マスク１３を通過したレーザビームは第１コリメータレンズを通過することでそのビーム幅が拡がり、回折素子２１に到達する。回折素子２１で分岐されたレーザビームは、第２コリメータレンズ５により平行光に成形される。このように、レーザビームが回折素子２１を通過する、通過しないに拘わらず、ビーム径が変化することはない。従って、回折素子２１の有無に拘わらず同一の径の貫通孔を形成できる。

次に、レーザ加工装置１の制御について説明する。図３は、レーザ加工装置の制御系を示すブロック図である。

レーザ加工装置１のＣＰＵ（制御部）５３は、位置補正用の補正値等を格納するためのメモリ（記憶部）５５を備えている。メモリ５５は、フラッシュメモリ、ＲＯＭ等を利用できる。

制御部５３は、レーザ発振器４５とガイドレーザ発振器４３に連結し、それらの制御を行う。さらに、制御部５３は、回折素子２１を光路に対して挿脱するための回折素子制御部５７、ｘガルバノスキャナ３１，ｙガルバノスキャナ４７を制御するガルバノスキャナ制御部５９、グリーンシート３５の位置を認識するカメラ２５を制御するための画像処理装置６１、ｘ軸ステージ３７（図１の矢印４１方向）及びガルバノボックス２３（図１の矢印３９方向）に移動するための駆動系制御部６３に接続されている。

上記のように構成されたレーザ加工装置１を用いてセラミックグリーンシートに貫通孔を形成する方法について図１及び４を参照して説明する。図４は、本発明のレーザ加工装置を用いてグリーンシート３５に施した穿孔パターンを示す図である。

まず、ｘガルバノスキャンミラー３２、ｙガルバノスキャンミラー４８により規定される加工座標のｘ軸７５及びｙ軸７６と、ｘ軸ステージ３７の移動方向（矢印４１方向）及びガルバノボックス２３の移動方向（矢印３９方向）とを整合させておく。そして、必要に応じて、ｘガルバノスキャンミラー３２及びｙガルバノスキャンミラー４８の光路に対する角度を変更するか、またはｘ軸ステージ３７、ガルバノボックス２３を移動させて、ｘ軸７５沿ってｘ軸ステージ３７が移動し、ｙ軸７６に沿ってガルバノボックス２３が移動できるようにする。

ここで加工座標とは、レーザ加工装置１のｘガルバノスキャンミラー３２、ｙガルバノスキャンミラー４８を反射したレーザビームの加工面における照射位置を示す加工座標であり、原点をｏとするｘ軸７５、ｙ軸７６により規定される。

次に、連続リール状のセラミックグリーンシート３５をｘ軸ステージ３７上に載置する。グリーンシート３５に設けられている位置決め用基準穴７１、７２、７３に関する位置情報をカメラ２５を介して画像処理装置６１に取り込む。

当該位置情報に基づき、ｘ軸７５及びｙ軸７６に関する情報（位置決め用基準穴間を結ぶ線のｘ軸に対するずれ若しくはｙ軸に対するずれ等）は、ＣＰＵ５３に入力されて演算処理される。演算結果に基づき、ｘ軸７５が長手方向に配置される位置決め用基準穴７１、７２を通るように、そして、ｙ軸７６が位置決め基準穴７１、７３を通るようにするための補正値に関する情報が、駆動系制御部６３またはガルバノスキャナ制御部５９に入力される。入力された情報に基づいて、例えばｘｙガルバノスキャンミラー３２、４８を振らせたり、ｘ軸ステージ３７、ガルバノボックス２３を移動させる。そして、長手方向に隣り合う２つの位置決め用基準穴７１、７２を結ぶ線を加工座標のｘ軸７５に整合させ、グリーンシート３５の長手方向に直交する方向に隣り合う位置決め用基準穴７１、７３を結ぶ線を加工座標のｙ軸７６に整合させる。

さらに、ＣＰＵ５３は、レーザ発振器４５から加工用レーザビームを、そしてガイドレーザ発振器４５からガイドレーザビームを照射する。照射されたレーザビームは光学系６によりグリーンシート３５上の所定位置に穿孔を行う。また、穿孔位置を示す加工パターンに関する情報は予めメモリ５５に保存されている。よって、この加工パターンに従って、ｘガルバノスキャンミラー３２、ｙガルバノスキャンミラー４８の光路に対する反射角度を変化させてグリーンシート３５への照射を繰り返す。

図４中、原点ｏで直交するｘ軸７５及びｙ軸７６により規定される加工座標が示されている。例えば、破線９１に囲まれた貫通孔は回折素子を用いて同時に穿孔したものである。他方、貫通孔９３は、一度の照射で単一の穴を形成した場合である。回折素子２１を光路から取り除いた状態でレーザビームを照射したものである。よって、所定ピッチの貫通孔を形成する場合には、所定ピッチに分岐できる回折素子を選択して穿孔作業を行い、ピッチが異なる貫通孔に対しては回折素子を取り除いて穿孔作業を行うことができる。すなわち、貫通孔のピッチが異なっても連続的な穿孔作業を行うことができる。

〔第２の実施形態〕
第２の実施形態は、上記第１の実施形態の光学素子２１を、第１コリメータレンズ３及び第２コリメータレンズ５との間（図２の矢印１６方向）で光軸に沿って、さらに移動可能に構成したものである。他の構成は、第１の実施形態と同じである。

上記構成において、回折素子制御部５７（図３参照。）により回折素子２１を光軸方向（図２の矢印１６方向）に移動させることにより、回折素子２１に対する入射角を変化させレーザビームの分岐角度を変化させる。すなわち、レーザビームの回折素子への入射角を変化させることにより分岐したレーザビーム間のピッチ（距離）を変化させる。例えば、回折素子２１がレーザビームを２つに分岐するパターンを有する場合には、同一の回折素子を用いながら、同時に穿孔される貫通孔間のピッチを変えることができる（図４の破線９５で囲まれた貫通孔のピッチは、破線９１で囲まれた貫通孔のピッチより長い。）。

〔レーザ加工装置に用いる光学系の変形例〕
図５は、レーザ加工装置で用いられる光学系の変形例の主要要素を示す構成図である。上述した第１の実施形態の光学系を示す図２に対応するものである。

図２に示したレーザ加工装置１と同様に、レーザ発振器４５から放射されたレーザビームは、マスク１３を通過し整形され、第１コリメータレンズ３に入射する。入射したレーザビームはさらに回折素子２１、第２コリメータレンズ５を透過し、ｘガルバノスキャンミラー３２、ｙガルバノスキャンミラー３８により方向付けされた後、ｆθレンズ２９で集光されグリーンシート３５に照射される。

この変形例では、レーザ発振器４５からマスク１３までの光路上にホモジナイザ１０１とレデューサ１０３を備える。

ホモジナイザ１０１は、可変形ミラー等の光学素子１０１ａ、１０１ｂから構成され、レーザ発振器４５から放射されたレーザビームのレーザプロファイル（光強度分布）をガウシアンビーム形状１２１からトップハット形状１２３に整形するためのものである。ホモジナイザ１０１を用いることにより、レーザビームの幅方向において光強度が均一化されるため加工速度が照射領域においてほぼ同じとなる。結果として成形される貫通孔を所定の加工形状の精度を高めることができる。

さらに、トップハット形状に整形されたレーザビームはレデューサ１０３に入射する。レデューサ１０３は、凸レンズ１０３ａ、１０３ｂ等の光学素子から構成され、レーザビームの径を絞る機能を果たす。このレデューサ１０３を用いることによりマスク１３の開口部とほぼ同一の形状及び寸法にビーム径を絞ることができ、マスク開口部を通過する際にマスクの遮蔽部によるけられを防止し、レーザビームのエネルギ損失を削減することが可能となる。加工位置におけるレーザビーム形状が符号２３に示されている。

上述したように、光学系の変形例をレーザ加工装置に適用することにより、貫通孔の形状をより高精度にかつ、使用されるレーザビームのエネルギ効率を高めることができる。

さらに、前述した第２の実施形態の構成を図５に示した光学系の変形例に適用できることは言うまでもない。すなわち、回折素子２１を第１コリメータレンズ３及び第２コリメータレンズ５間において光軸方向（図５の矢印１６）に移動可能にすることにより、回折素子２１を通過するレーザビームの拡がり角度を変化させて分岐したレーザビーム間のピッチを変更することが可能である。この構成により、貫通孔の穿孔作業の自由度を高めることができる。

以上説明した実施形態及び変形例では、レーザビームを分岐する部材として回折素子を用いたが、この他にホログラム等のレーザビームを分岐できる部材であれば特に限定されることはない。さらに、レーザビームを分岐する数は、２つに限定されることなく分岐する数を適宜変更できることは言うまでもない。

また、実施形態及び変形例では第１コリメータレンズとマスクとの距離を第１コリメータレンズの焦点距離より短くし、第１コリメータレンズを通過するレーザビームのビーム幅を広げているが、本発明はこの構成に限定するものではない。すなわち、第１コリメータレンズとマスクとの距離を第１コリメータレンズの焦点距離より長くくすることで第１コリメータレンズを通過したレーザビームのビーム幅を狭めて、同時に穿孔される穴間のピッチを狭めることが可能であることは言うまでもない。

さらに、セラミックグリーンシートに貫通孔を設ける構成としたが、キャリアフィルム付きのセラミックグリーンシートや電子部品等に貫通孔をあけるための装置として適用できることは言うまでもない。

また、正面円形の貫通孔を設ける構成としたが、円形に限らず矩形状のものや、貫通孔に限らず溝加工等にも適用できることは言うまでもない。

本実施形態や変形例において、回折素子を光路から挿脱させたり、光軸方向に移動するための駆動機構としてシリンダ、モータ等が考えられるが、この構成に限定されることなく回折素子を光路に挿脱したり、光軸方向に移動できる構成であればよい。

この発明は、その本質的特性から逸脱することなく数多くの形式のものとして具体化することができる。よって、上述した実施形態は専ら説明上のものであり、本発明を制限するものではないことは言うまでもない。

本発明によるレーザ加工装置及びレーザ加工方法は、セラミックグリーンシート、キャリアフィルム付きセラミックグリーンシート、電子部品等の穿孔に利用できる。

本発明によるレーザ加工装置１の基本構成図である。 図１の光学系の構成図である。 図１のレーザ加工装置の制御に関するブロック図である。 貫通孔が形成されたセラミックグリーンシート３５の模式図である。 光学系の変形例である。 （ａ）は従来のレーザ加工装置の構成図であり、（ｂ）はグリーンシート１３５の加工パターンを示す図である。 （ａ）は別の従来のレーザ加工装置の構成図であり、（ｂ）はグリーンシート１３５の加工パターンを示す図である。

符号の説明

１ レーザ加工装置
３ 第１コリメータレンズ
５ 第２コリメータレンズ
２１ 回折素子
２９ ｆθレンズ
３２ ｘガルバノスキャンミラー
３５ グリーンシート
４５ レーザ発振器
４８ ｙガルバノスキャンミラー

Claims (6)

1. 被加工物にレーザビームを照射して穴開け加工するためのレーザ加工装置であって、
   開口部と遮蔽部とを有しレーザ源から照射されたレーザビームを整形するマスクと、前記マスクにより整形されたレーザビームに拡がり角を与え拡大するレーザビームとするための第１コリメータレンズと、前記拡大するレーザビームを平行光にするための第２コリメータレンズと、を前記レーザ源から前記被加工物に至るまでの前記レーザビームの光路上に備え、
   前記第１コリメータレンズは、前記マスクから前記第１コリメータレンズまでの光軸上の距離が前記第１コリメータレンズの焦点距離より短くなるように配置され、
   前記第１コリメータレンズと前記第２コリメータレンズの間で光路に対して挿脱可能で、前記光路上に配置された状態では前記第１コリメータレンズからの前記拡大するレーザビームを複数のビームに分岐する光学素子を備え、前記第２コリメータレンズからの前記平行光であるレーザビームは前記光学素子の前記光路上の有無によらず同径であることを特徴とするレーザ加工装置。
2. 前記光学素子は、光軸に沿って移動可能であることを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工装置。
3. さらに、前記レーザビームの幅方向の光強度分布を均一にするためのホモジナイザと、前記ホモジナイザにより幅方向の光強度分布が均一化されたレーザビームのビーム幅を絞るためのレデューサと、を前記光路上の前記レーザ源と前記マスクの間に備えることを特徴とする請求項１又は２に記載のレーザ加工装置。
4. 前記レデューサは、前記ホモジナイザにより前記光強度分布が均一化されたレーザビームの径を前記マスクの開口部と同一の寸法に絞ることを特徴とする請求項３に記載のレーザ加工装置。
5. 前記光学素子が、回折素子若しくはホログラム素子であることを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載のレーザ加工装置。
6. 被加工物にレーザビームを用いて穴開け加工するためのレーザ加工方法であって、
   レーザビームを照射するレーザ源と、前記レーザビームを整形するマスクと、前記マスクにより整形されたレーザビームに拡がり角を与え拡大するレーザビームにするための第１コリメータレンズと、前記拡大するレーザビームを平行光にするための第２コリメータレンズと、をその順に前記レーザ源から被加工物に至るまでの前記レーザビームの光路上に配置し、
   前記第１コリメータレンズは、前記マスクから前記第１コリメータレンズまでの光軸上の距離が前記第１コリメータレンズの焦点距離より短くなるように配置され、
   前記第１コリメータレンズと前記第２コリメータレンズの間で前記拡大するレーザビームを複数のビームに分岐するための光学素子を前記光路に配置して複数の平行光であるレーザビームを前記被加工物に照射する状態と、前記光学素子を前記光路から外して単一の平行光であるレーザビームを前記被加工物に照射する状態と、を選択しながら前記被加工物を加工し、前記平行光であるレーザビームは前記光学素子の配置の有無によらず同径であることを特徴とするレーザ加工方法。

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