JP4320926B2 - レーザ穴加工方法及び装置 - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザによりプリント基板材料のシート状体への穴加工、特に複数層を有するシート状体への貫通穴加工を行うレーザ加工方法及び装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
シート状体のレーザ穴加工方法としては、単発パルスによる加工法及び同一エネルギの複数発のパルス列によって加工を行うバースト加工法が知られている。これらの加工法では、加工される穴の形状は、その加工に用いられるパルス当たりのエネルギによって決まっており、テーパーの少ない穴加工を行おうとすると、１パルス当たり所定値以上のエネルギが必要となる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら複数層のシート状体に穴加工を行う場合、完全な貫通穴があいていない状態において、あるレベル以上のエネルギを持つパルスを照射すると、加工穴内部での圧力が上昇し、層間の密着力Ｆｍよりも大きくなる。この時、シート状体に完全に貫通穴があく前に穴内部の圧力上昇が起こると層間の剥離が発生する。剥離が発生すると層間に間隙が生じ、層間の電気的接続を行うために穴内への導電性ペースト充填やメッキを行う際にペーストの層間への浸み出しやメッキ不良の原因となり、電気的接続の信頼性が低下する。
【０００４】
本発明の目的は、層間の電気的接続を確保するために、層間剥離を起こすことのないレーザ穴加工方法及び装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために本発明では、複数層を有するシート状体上に穴加工を行う際、まず、層間の密着力より小なる層間引き剥がし力を生じさせるエネルギを持つレーザパルスによって穴をあけ、貫通した穴形状整形用の大きなエネルギを持つレーザパルスを照射する際に発生するガスの逃げ道を作ることにより、加工穴内の圧力上昇を抑えて層間剥離を防止する。
【０００６】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施の形態であるシート状体へのレーザ穴加工装置の構成図である。レーザ発振器１から照射されたレーザ光２は、ガルバノミラー３、４により加工領域８（５０×５０ｍｍ）の中の任意位置に位置決めされ、制御装置１０によってその動きに同期してパルス発振されたレーザ光２は、ｆθレンズ５によってシート状体６の表面に集光される。この時、レーザ光２はシート状体６に対して垂直に集光される。加工領域８内の加工が終了すると、シート状体６をＸＹテーブル７によって加工領域８がつながるように移動させ、再び加工を行う。この動作を繰り返して、シート状体６の全面を加工することができる。
【０００７】
図２は、ガルバノミラー３、４の動きとレーザ発光信号の動作を示した図である。ガルバノミラーの位置決めが終了して静止している状態で、レーザ発光信号が出され、穴加工が行われる。図３は図２のそれぞれの発光信号に対する加工穴の内部状態の断面模式図である。例えば、シート状体厚さｔが１３０〜１５０μｍで穴径がφ１５０〜２００μｍの加工を行う場合には、図２（ａ）のような従来加工では、単発パルスでシート状体６の貫通穴加工を行えるだけの大きなエネルギＥ１（２５〜３５ｍＪ／ｐ）を照射すると図３（ａ）のように加工途中の穴内圧力Ｐ１が大きく、次式のような関係となって層間剥離を生じてしまう。
【０００８】
【数１】
Figure 0004320926
【０００９】
（数１）で、Ｆ１は層間引き剥がし力、Ｄ１は図３（ａ）に示す加工穴径である。
【００１０】
次に、図２（ｂ）のようにパルスエネルギＥ２（＜Ｅ１）を、単発のレーザパルスで貫通穴をあけることができ、なおかつ層間の密着力より小なる層間引き剥がし力を生じさせるエネルギ（約５〜７ｍＪ／ｐ）に設定する。この時の加工途中の穴内圧力Ｐ２による力関係は次式のようになる。
【００１１】
【数２】
Figure 0004320926
【００１２】
（数２）で、Ｆ２は層間引き剥がし力、Ｄ２は図３（ｂ）に示す加工穴径である。このように、パルスエネルギを小さくすることにより加工穴径Ｄ２＜Ｄ１となり、目的とする加工穴径よりも小さな貫通穴が得られる。そして、続いて穴形状整形のためにパルスエネルギＥ１のパルスを照射すると、今度は貫通穴が既にあいているために、穴内圧力Ｐ１’が層間を剥離させる方向へはかからないために、層間剥離の発生は抑制される。この時の貫通穴をあけるパルスと穴形状整形の為のパルス間隔Ｗｐｐは、穴内圧力の残存の影響を考慮して２００μｓとしている。
【００１３】
図２（ｃ）では、単発のレーザパルスにて貫通穴をあけるのに必要なエネルギが、層間の密着力より大なる層間引き剥がし力を生じさせるエネルギの場合の穴加工の方法を示している。一発当たりのパルスエネルギＥ３を引き下げて複数回照射することによって、層間剥離を生じさせずに貫通穴加工を行うようにしている。この時、穴内圧力はＰ３で、１パルス当たりのエネルギは約１〜２ｍＪ／ｐである。その際、複数回照射はバーストパルス列とする方がサイクル加工よりも加工時間が短縮できるので望ましい。ただし、パルス列の間隔があまり短すぎると大きなエネルギを一時に照射した場合と同様になるため、その間隔は２００μｓ以上にする必要がある。この貫通穴加工のあとに図２（ｂ）の場合と同様に、穴形状整形用のパルス（エネルギＥ１）を照射する。
【００１４】
図４はパルスエネルギを変更する時の動作説明図である。通常、炭酸ガスレーザ発振器では、μｓオーダーのパルスの場合に出力されるレーザピークは、ほぼ一定であると考えて良い。そのため、パルス幅を制御することによって図４（ａ）のようにパルスエネルギを制御している。図５は、ＹＡＧレーザおよびその高調波レーザなどの近赤外〜近紫外線領域の光を発するレーザ発振器におけるパルスエネルギ制御方法である。ここで２１は直線偏光の方向を模式的に表現したもので、この場合はＥ／Ｏモジュレータ（以下ＥＯＭ）を使用して、図４（ｂ）のようにパルス幅は一定のままでレーザピークを変化させることによりパルスエネルギを変化させている。この動作は、直線偏光を持ったレーザ光２をＥＯＭ１１中に透過させることによって、制御装置１０の指令によりレーザ光２の偏光角度を変化させ、ポラライザ（偏光板）１２を透過してくるパルスのピーク強度を任意の値に制御する。この方法では、パルス幅が一定に保たれ、加工に必要なエネルギの変化の影響を受けず、加工時間は一定のままであるという利点がある。
【００１５】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、シート状体のレーザ穴加工において、層間剥離を伴わない低エネルギパルスによる穴加工した後に、エネルギを大きくしたパルスにより１つの穴を整形加工することにより層間剥離を発生させずに、意図した貫通した穴形状を形成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施におけるレーザ加工装置の構成図
【図２】本発明の動作説明図
【図３】本発明を適用した場合の加工穴の断面図
【図４】本発明のパルスエネルギ変更方法の相違によるパルス列の説明図
【図５】 本発明におけるパルスピーク変更方法の構成図
【符号の説明】
１ レーザ発振器
６ シート状体
１０ 制御装置
１１ Ｅ／Ｏモジュレータ
１２ ポラライザ（偏光板）

Claims (4)

  1. 複数層を有するシート状体へのレーザ穴加工方法において、層間の密着力より小なる層間引き剥がし力を生じさせるエネルギのレーザパルス列によって穴をあける工程と、前記レーザパルスより大きなエネルギのレーザパルスによって貫通した穴形状を整形する工程とを備えたことを特徴とするレーザ穴加工方法。
  2. 前記穴をあける工程と前記穴形状を整形する工程は、レーザのパルス幅を変化させることによりレーザパルスのエネルギを変化させることを特徴とした請求項１記載のレーザ穴加工方法。
  3. 前記穴をあける工程と前記穴形状を整形する工程は、レーザパルスのピーク値を変化させることによりレーザパルスのエネルギを変化させることを特徴とした請求項１記載のレーザ穴加工方法。
  4. レーザ発振器と、前記レーザ発振器にレーザパルス発光信号を供給してレーザによる加工を行う制御装置と、前記制御装置に層間の密着力より小なる層間引き剥がし力を生じさせるエネルギのレーザパルス列を供給して穴をあける手段と、前記制御装置に前記レーザパルスより大きなエネルギのレーザパルスを供給して貫通した穴形状を整形する手段とを備えたことを特徴とするレーザ穴加工装置。
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