JP4177730B2 - レーザ加工方法及び装置 - Google Patents

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本発明は、加工対象にレーザビームを照射して加工するレーザ加工装置に係り、特に、加工品質の向上と安定化を図ることが可能なレーザ加工装置に関する。
プリント配線基板にレーザビームを照射して穴を開けるレーザドリル装置が実用化されている。プリント配線基板の穴開けに用いられるレーザビームに関しては、特許文献１に、レーザから発振される、図１（Ａ）に模式的に示すような、中央部のエネルギが周辺部に比べて大きいガウス分布のビームを、図１（Ｂ）に模式的に示すような、強度が均一なトップハット分布のビームに変換することが記載されている。
特開２００２−１２００８０号公報
しかしながら従来は、レーザビームのパルス幅やエネルギ等は可変であっても、ビームモードは一定であったため、図１（Ａ）に示したようなガウス分布を有するシングルモードのレーザ発振器を用いた場合、同じモードで加工に必要なパルス数を照射すると、シングルモードのビーム中心部だけが強いという特徴の影響で、図２に示す如く、ワーク８の中心部だけが加工されたり、中心部にダメージが発生するという問題点を有する。逆に、図１（Ｂ）に示したようなトップハット状分布を有するマルチモードのレーザ発振器を用いた場合は、シングルモードに比べて中心部の強度が低いため、加工に必要なショット数が増えたり、図３に示す如く、銅箔８Ｂ−樹脂８Ｃ−銅箔８Ｄ層中の樹脂層８Ｃを加工するような場合には、テーパが広がり易く、穴の断面形状が悪化し易くなる等の問題点を有していた。
本発明は、前記従来の問題点を解決するべくなされたもので、加工対象の形状を損なうことなく、迅速なレーザ加工を可能として、加工品質の向上と安定化を図ることを課題とする。
本発明は、加工対象にｆθレンズで集光されるレーザビームを照射して加工するレーザ加工装置において、前記ｆθレンズの前段に開口を有するマスクを配置し、更に、該マスクの前段に、該ｆθレンズに入射するレーザビームを一旦集光させる集光レンズを配置し、加工途中で、該集光レンズをレーザビームの光軸方向に移動させて、該集光レンズと該マスクとの距離を変えることにより、ビームモードを変化させることで、前記課題を解決したものである。
本発明によれば、シングルモード又はマルチモードのいずれか一方のみによる加工によって発生する問題点を解消して、良好な形状の加工を、迅速に行なうことが可能となり、加工品質の向上と安定化を図ることができる。
例えば最初の数パルスをシングルモード、最後の数パルスをマルチモードとして加工すれば、シングルモードのみを用いた場合の中央部への熱の蓄積による中央部のダメージ発生を抑制できると共に、周辺部のエネルギ不足による隅の加工残りも抑制できる。更に、マルチモードのみを用いた場合のように、加工に必要なショット数が増えたり、穴の断面形状が悪化することもない。
以下図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。
本実施形態は、図４に示す如く、レーザ発振器１０と、該レーザ発振器１０から出力されるレーザビーム１２の断面形状を調整するための集光レンズ１４及びマスク１６と、レーザビーム１２の方向を必要に応じて変えたり走査するためのベンディングミラー１８及び走査ミラー２０、２２と、該走査ミラー２０、２２によってワーク８の表面（ワーク照射面と称する）８Ａに沿うＸ方向及びＹ方向に走査された加工ビーム３０を規制するためのアパーチャ２４及びｆθレンズ２６とを備えたレーザドリル装置において、前記集光レンズ１４とマスク１６間の距離Ｌを加工途中で変えることにより、加工途中でビームモードを変化させるようにしたものである。
即ち、例えば最初の数パルスは、図５（Ａ）に示す如く、集光レンズ１４とマスク１６の距離Ｌを比較的大きくして、マスク１６の開口径ｂに対してビーム径ａを小さくとることにより、ワーク照射面８Ａでシングルモードとする。
一方、例えば最後の数パルスでは、図５（Ｂ）に示す如く、集光レンズ１４とマスク１６間の距離Ｌを小として、マスク開口径ｂに対しビーム径ａを大きくとることで、ワーク照射面８Ａでマルチモードとする。
このように、加工途中でビームモードを切換えることで、図６に示す如く、良好な形状の穴を迅速に開けることが可能となる。
本実施形態においては、加工途中で集光レンズ１４とマスク１６の距離Ｌを変えるようにしているので、比較的簡単にモードを変更することができる。
本実施形態においては、最初の数パルスをシングルモード、最後の数パルスをマルチモ
ードとしているので、図６に示したような底のある穴を、迅速且つ良好な品質で開けるこ
とができる。なお、ビームモードを変化させる方法は実施形態に限定されず、例えば集光
レンズ１４とマスク１６の距離Ｌを連続的に変化させることで、シングルモードからマル
チモードに連続的に変化させたりすることもできる。又、ビームモードを変化させる方法も、シングルモードからマルチモードに限定されず、逆にマルチモードからシングルモードに変更したり、あるいは、シングルモードの間にマルチモードを挟んだりすることも可能である。
なお、前記実施形態においては、本発明がレーザ穴開け加工に適用されていたが、本発明の適用対象はこれに限定されず、穴開け以外のレーザ加工一般にも同様に適用できることは明らかである。
本発明は、レーザ穴開け加工等のレーザ加工に適用できる。
レーザビームのモードによる強度分布の違いを比較して示す線図 全てのパルスをシングルモードで加工した場合の問題点を示す断面図 全てのパルスをマルチモードで加工した場合の問題点を示す断面図 本発明の実施形態の全体構成を示す光路図 前記実施形態において、集光レンズとマスク間の距離とワーク照射面でのモードの関係の例を示す光路図 本発明の実施形態における加工の様子を示す断面図
符号の説明
８ ワーク
８Ａ ワーク照射面
１０ レーザ発振器
１２ レーザビーム
１４ 集光レンズ
１６ マスク
２４ アパーチャ
２６ ｆθレンズ
３０ 加工ビーム
Ｌ 集光レンズとマスクの距離

Claims (1)

  1. 加工対象にｆθレンズで集光されるレーザビームを照射して加工するレーザ加工装置において、
    前記ｆθレンズの前段に開口を有するマスクが配置され、
    更に、該マスクの前段に、該ｆθレンズに入射するレーザビームを一旦集光させる集光レンズが配置され、
    加工途中で、該集光レンズをレーザビームの光軸方向に移動させて、該集光レンズと該マスクとの距離を変えることにより、ビームモードを変化させることを特徴とするレーザ加工装置。
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