JP4646690B2 - 金メッキ剥離装置 - Google Patents

Description

本発明は、金属部材の表面に形成された金メッキを局所的に剥離する技術に係り、特に微細な金メッキ剥離加工に適した金メッキ剥離装置に関する。

コネクタやリードフレームのピン端子またはコンタクトには種々の表面処理が施されており、特に金やスズなどのメッキが代表的である。最近は、鉛フリー対策からスズメッキよりも金メッキの方が主流になっている。一般に、プリント基板実装においては、電子部品のピン端子が基板上の配線パターンまたはスルーホールにハンダ付けで接合される。ところが、この種のハンダ付けにおいては、ピン端子表面の金メッキがハンダに濡れやすいために、基板上のハンダが金メッキ伝いにピン端子を這い上がり、そのぶん基板上のハンダが不足してハンダ接合強度が弱められるという問題がある。

従来より、上記のようなピン端子表面伝いのハンダの這い上がり、いわゆるハンダ上がりを防止するための技術として、金メッキ処理工程においてピン端子の中間部を局所的にマスキングしてそのマスキング部分を金メッキ無しのハンダ上がり禁制帯またはストッパ領域とする手法が多用されている。

しかしながら、電子部品の小型化に伴って端子ピンの細径化および狭ピッチ化が進んでおり、上記のようなマスキング法ではピン端子の中間部に必要最小限（たとえば０．５ｍｍ×０．５ｍｍ以下）の面積で金メッキ無しのハンダ上がり禁制帯を高い位置精度で形成することは非常に困難になってきている。

本発明は、上記のような問題点に鑑みてなされたもので、微細な金メッキ剥離加工を効率よくかつ高精度に行えるようにした金メッキ剥離装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明の第１の観点における金メッキ剥離装置は、金属素材の表面に形成されている金メッキ層を所望の剥離領域にて剥離するための金メッキ剥離装置であって、ＹＡＧ高調波のレーザ光を生成するレーザ発振器と、前記レーザ発振器からの前記ＹＡＧ高調波レーザ光を扁平度の高い楕円状ビームスポットに集束させて前記剥離領域内に照射する出射ユニットと、前記レーザ発振器より生成された前記ＹＡＧ高調波レーザ光を前記出射ユニットまで伝送するための光ファイバと、前記楕円状ビームスポットがその長軸方向と直交する短軸方向に前記剥離領域を走査してその領域内の前記金メッキ層を剥離するように、前記出射ユニットより出射される前記ＹＡＧ高調波レーザ光を前記金属素材に対して相対的に移動させるスキャニング手段とを具備し、前記出射ユニットが、前記光ファイバの終端面より出射された前記ＹＡＧ高調波レーザ光を平行光にするコリメートレンズと、前記コリメートレンズを通ってきた前記ＹＡＧ高調波レーザ光をレーザ光軸方向と直交する第１の方向で集束させる第１の集束レンズと、前記第１の集束レンズを通ってきた前記ＹＡＧ高調波レーザ光を前記レーザ光軸方向および前記第１の方向と直交する第２の方向で集束させる第２の集束レンズとを有する。

本発明は、ＹＡＧ高調波のレーザエネルギーによって金メッキ剥離加工を行う。ＹＡＧ高調波は金との光学的結合が非常に高いため、ＹＡＧ高調波レーザ光のスキャニング加工により所望の剥離領域内の金メッキを効果的に剥離することができる。加えて、本発明は、ＹＡＧ高調波レーザ光のビームスポットを扁平度の高い楕円状に形成して楕円短軸方向に走査する方式により、レーザスポット位置で金メッキ層を安定確実に除去するための十分なレーザパワー密度と、剥離領域内の金メッキ層を短時間のうちに効率よく除去する高速の加工速度とを同時に適えることが可能であり、実用性の高い金メッキ剥離加工を実現することができる。

本発明の好適な一態様によれば、楕円状ビームスポットの長軸方向の直径を剥離領域の一方向のサイズに合わせることにより、一回のビーム走査で剥離領域内の金メッキ層をほぼ隈なく剥離することができる。因みに、楕円状ビームスポットにおいて短軸方向の径に対する長軸方向の径の比は２以上であるのが好ましい。

本発明の上記第１の観点によれば、出射ユニットが、光ファイバの終端面より出射されたＹＡＧ高調波レーザ光を平行光にするコリメートレンズと、このコリメートレンズを通ってきたＹＡＧ高調波レーザ光をレーザ光軸方向と直交する第１の方向で集束させる第１の集束レンズと、この第１の集束レンズを通ってきたＹＡＧ高調波レーザ光をレーザ光軸方向および第１の方向と直交する第２の方向で集束させる第２の集束レンズとを有する。この場合の好適な一態様として、第１の集束レンズを第１のシリンドリカルレンズで構成し、第２の集束レンズを第１のシリンドリカルレンズと直交する向きでレーザ光軸上に多段に配置された第２および第３のシリンドリカルレンズで構成する。かかる構成においては、楕円状ビームスポットの長軸方向の直径を、光ファイバのコア径と、コリメートレンズの焦点距離と、第１のシリンドリカルレンズの焦点距離とによって規定または設定し、楕円状ビームスポットの短軸方向の直径を、光ファイバのコア径と、コリメートレンズの焦点距離と、第２および第３のシリンドリカルレンズの合成焦点距離とによって規定または設定することができる。

本発明の好適な一態様によれば、出射ユニットが、少なくとも金属素材と対向する先端部を金メッキで表面処理してなるユニット筐体、あるいは外壁の少なくとも一部をフッ素樹脂で構成してなるユニット筐体を有する。かかる構成によれば、金メッキ剥離加工の際に被加工物からスプラッシュを浴びたり、メッキ工場内の稼動であっても錆びにくい出射ユニットとすることができる。

また、本発明の好適な一態様によれば、レーザ発振器が、ＱスイッチパルスのＹＡＧ高調波のレーザ光を生成するためのＱスイッチを有する。ＱスイッチパルスのＹＡＧ高調波レーザ光を剥離領域に照射することにより、熱影響の少ないＹＡＧ高調波エネルギーで金メッキ層をきれいに剥離することができる。

本発明は、任意の金メッキ剥離加工に適用可能であるが、とりわけ電子部品のコンタクトの金メッキ剥離に好適に適用できる。特に、コンタクトの両面に剥離領域が設定された場合でも容易に対応できる。

また、コネクタの両面剥離に好適な本発明の第２の観点における金メッキ剥離装置は、ＹＡＧ高調波のレーザ光を生成するレーザ発振器と、前記レーザ発振器より生成された前記ＹＡＧ高調波レーザ光を第１および第２の分岐ＹＡＧ高調波レーザ光に分割するビームスプリッタと、前記ビームスプリッタより得られる前記第１の分岐ＹＡＧ高調波レーザ光を伝送するための第１の光ファイバと、前記ビームスプリッタより得られる前記第２の分岐ＹＡＧ高調波レーザ光を伝送するための第２の光ファイバと、前記第１の光ファイバの終端面より出射された前記第１の分岐ＹＡＧ高調波レーザ光を扁平度の高い第１の楕円状ビームスポットに集束させて前記コネクタ端子の第１の面に設定された第１の剥離領域内に照射する第１の出射ユニットと、前記第２の光ファイバの終端面より出射された前記第２の分岐ＹＡＧ高調波レーザ光を扁平度の高い第２の楕円状ビームスポットに集束させて前記コネクタ端子の前記第１の面と対向する第２の面に設定された第２の剥離領域内に照射する第２の出射ユニットと、前記第１および第２の楕円状ビームスポットがその長軸方向と直交する短軸方向に前記第１および第２の剥離領域をそれぞれ走査して各領域内の前記金メッキ層を剥離するように、前記第１および第２の出射ユニットよりそれぞれ出射される第１および第２の分岐ＹＡＧ高調波レーザ光を前記コネクタ端子に対して相対的に移動させるスキャニング手段とを有する。かかる装置構成においては、１台のレーザ発振器を用いる同時２分岐方式により第１および第２の剥離領域に対する金メッキ剥離を同時実行することができる。

また、本発明の第３の観点における金メッキ剥離装置は、ＹＡＧ高調波のレーザ光を生成するレーザ発振器と、前記レーザ発振器より生成された前記ＹＡＧ高調波レーザ光の光路を第１の光路もしくは第２の光路のいずれか一方に切り換えるレーザ光路切り換え部と、前記レーザ光路切り換え部により前記第１の光路に切り換えられた前記ＹＡＧ高調波レーザ光を伝送するための第１の光ファイバと、前記レーザ光路切り換え部により前記第２の光路に切り換えられた前記ＹＡＧ高調波レーザ光を伝送するための第２の光ファイバと、前記第１の光ファイバの終端面より出射された前記ＹＡＧ高調波レーザ光を扁平度の高い楕円状ビームスポットに集束させて前記コネクタ端子の第１の面に設定された第１の剥離領域内に照射する第１の出射ユニットと、前記第２の光ファイバの終端面より出射された前記ＹＡＧ高調波レーザ光を扁平度の高い楕円状ビームスポットに集束させて前記コネクタ端子の前記第１の面と対向する第２の面に設定された第２の剥離領域内に照射する第２の出射ユニットと、前記楕円状ビームスポットがその長軸方向と直交する短軸方向に前記第１および第２の剥離領域をそれぞれ走査して各領域内の前記金メッキ層を剥離するように、前記第１の出射ユニットまたは前記第２の出射ユニットより出射される前記高調波レーザ光を前記コネクタ端子に対して相対的に移動させるスキャニング手段とを有する。かかる装置構成においては、１台のレーザ発振器を用いる光路切り換え方式により第１および第２の剥離領域に対する金メッキ剥離を時間差で順次実行することができる。

本発明の金メッキ剥離装置によれば、上記のような構成と作用により、微細な金メッキ剥離加工を効率的にかつ高精度に行うことができる。

以下、添付図を参照して本発明の好適な実施形態を説明する。

図１〜図３に、本発明における金メッキ剥離方法の一実施形態を示す。図示の被加工物Ｗは、たとえば電子部品のピン端子またはリードフレームのリード等（以下「コンタクト」と総称する。）である。各コンタクトＷは、素材がたとえばＣｕ（銅）合金１０からなり、表面に金メッキ層１２が形成されている。

出射ユニット１６は、ＹＡＧ第２高調波（５３２ｎｍ）のレーザ光ＳＨＧを生成する後述のＹＡＧレーザ発振器２０（図５）と光ファイバ１８を介して光学的に結ばれており、ユニット内で光ファイバ１８の終端面より出射されたＹＡＧ第２高調波レーザ光ＳＨＧをユニット内の後述する光学レンズ５４〜６０（図６、図７）に通して先端の出射口より出射し、各コンタクトＷに設定された剥離領域ＨＥ内に扁平度の高い楕円状ビームスポットＳＰ_SHGで集光照射する。この例では、図２に示すように、楕円状ビームスポットＳＰ_SHGの長軸方向の直径Ｒ_Yを剥離領域ＨＥのコンタクト長手方向のサイズＬ_HEに一致させている。

剥離領域ＨＥにおいては、楕円状ビームスポットＳＰ_SHG付近で金メッキ層１２がレーザエネルギーにより一瞬に蒸発して除去される。通常、コンタクトＷの素材金属であるＣｕ合金１０と金メッキ層１２との間には、図３に示すように銅−金間の拡散防止のためのニッケルメッキ層１４が下地膜として形成されており、金メッキ層１２が除去された部分ではニッケル下地膜１４が露出する。

剥離領域ＨＥ内の金メッキ層１２をほぼ隈なく除去するために、出射ユニット１６より出射されるＹＡＧ第２高調波レーザ光ＳＨＧと加工対象のコンタクトＷとの間で相対移動が行われる。より詳細には、ＹＡＧ第２高調波レーザ光ＳＨＧの楕円状ビームスポットＳＰ_SHGがその楕円長軸方向と直交する楕円短軸方向Ｘに剥離領域ＨＥを走査または横断するような相対移動が行われる。上記のように楕円状ビームスポットＳＰ_SHGの長軸方向の直径Ｒ_Yが剥離領域ＨＥのコンタクト長手方向サイズＬ_HEに等しいので、１回の片道走査により矩形の剥離領域ＨＥ内の金メッキ層１２を全部または殆ど剥離することができる。

また、この例のように、同一形状および同一サイズを有する多数のコンタクトＷ₁，Ｗ₂，Ｗ₃，・・・が一列に配列されている場合は、図１に示すように、出射ユニット１６よりＹＡＧ第２高調波レーザ光ＳＨＧを連続的に出射させながらコンタクト列の端から端までＸ方向に１回の片道走査を行うことで、全コンタクトＷ₁，Ｗ₂，Ｗ₃，・・・の剥離領域ＨＥについて金メッキ層１２をそれぞれ隈なく剥離することができる。なお、この実施形態では、ＱスイッチパルスのＹＡＧ第２高調波レーザ光ＳＨＧを用いる。

一実施例として、剥離領域ＨＥのサイズがＤ_HE（コンタクト幅方向）＝０．３ｍｍ、Ｌ_HE（コンタクト長手方向）＝０．３ｍｍであり、金メッキ層１２の厚さが０．１μｍである場合、ＹＡＧ第２高調波Ｑスイッチパルスレーザ光ＳＨＧの平均出力は３０Ｗ、パルス周波数は２０ｋＨｚ、ビームスポットＳＰ_SHGのサイズはＲ_X（楕円短軸方向）＝０．１ｍｍ、Ｒ_Y（楕円長軸方向）＝０．３ｍｍ、走査速度は１０ｍ／分にそれぞれ設定される。

上記のように、この実施形態の金メッキ剥離方法は、コンタクトＷの金メッキ層１２を剥離領域ＨＥに限定して局所的に剥離するために、ＹＡＧ第２高調波のＱスイッチパルスレーザ光ＳＨＧを照射することと、このＹＡＧ第２高調波レーザ光ＳＨＧのビームスポットＳＰ_SHGを扁平度の高い楕円状に形成して楕円短軸方向に走査することを特徴としている。

レーザ光にＹＡＧ第２高調波のレーザ光を用いるのは、ＹＡＧ高調波が金（Ａｕ）との光学的結合が非常に高いためである。代表的なＹＡＧレーザであるＮｄ：ＹＡＧレーザの基本波は１０６４ｎｍである。このＹＡＧ基本波（１０６４ｎｍ）を鉄（Ｆｅ）系の金属は比較的良好に吸収するが、Ａｕ系の金属は僅かしか吸収しない。このため、金メッキ剥離加工にＹＡＧ基本波のレーザ光を用いたならば、金メッキ層への入熱が非常に難しく、無理にレーザパワーを上げると所望の剥離領域を越えて金メッキ層が吹き飛んだり素材が損傷することもあり、１ｍｍ以下の高精度の微細加工は殆ど不可能である。ところが、Ａｕは、ＹＡＧ基本波の高調波つまり第２高調波（５３２ｎｍ）、第３高調波（３５５ｎｍ）あるいは第４高調波（２６６ｎｍ）等をよく吸収する。たとえば、第２高調波（５３２ｎｍ）に対するＡｕの吸収率は５０％以上である。ＹＡＧ基本波をよく吸収するといわれるＦｅの吸収率が４０％以下であることに鑑みれば、如何に高い吸収率であるかが分かる。実用的に、金メッキの剥離加工には第２高調波（５３２ｎｍ）で十分である。また、この種の金メッキ剥離加工は剥離領域内の金メッキ層を過不足なく除去するレーザ加工であるから、ノーマルパルスまたはロングパルスよりも熱影響の少ないＱスイッチパルスのレーザ光が適している。

さらに、ＹＡＧ第２高調波レーザ光ＳＨＧのビームスポットＳＰ_SHGを扁平度の高い楕円状に形成して短軸方向に走査する方式によれば、レーザスポット位置で金メッキ層を安定確実に除去するための十分なレーザパワー密度と、剥離領域ＨＥ内の金メッキ層を短時間のうちに効率よく除去する高速の加工速度とを同時に適えて、実用性の高い金メッキ剥離加工を実現することができる。

図４に、比較例として、ＹＡＧ第２高調波レーザ光ＳＨＧのビームスポットＳＰ_SHGを従来一般の形状つまり円形に形成して剥離領域ＨＥ内を走査させる場合の作用を示す。図４の（Ａ）は、円形ビームスポットＳＰ_SHGの直径を剥離領域域ＨＥの寸法（コンタクト長手方向サイズ）に合わせるものである。この場合は、１回の片道走査によって剥離領域ＨＥ内の金メッキ層１２に隈なくＹＡＧ第２高調波レーザ光ＳＨＧのレーザエネルギーを照射できるが、ビームスポットＳＰ_SHGの面積が非常に大きいためにレーザパワー密度が低く、金メッキ層１２を効率よく確実に除去するのが難しいという不利点がある。そこで、レーザスポット位置で金メッキ層を確実に除去するためには、図４の（Ｂ）に示すように円形ビームスポットＳＰ_SHGの直径を十分小さく絞る必要がある。しかし、この場合には、１回の片道走査で剥離領域ＨＥ内の金メッキ層１２を全部除去することは不可能であり、複数回の走査または往復走査を行わなくてはならず、剥離加工の所要時間が非常に長くなってしまう。このように、円形のビームスポットでは、レーザパワー密度と加工速度との間にトレードオフの関係があり、実用性の高い金メッキ剥離加工を実現することはできない。

図５に、この実施形態の金メッキ剥離方法に用いて好適な金メッキ剥離装置の構成を示す。この金メッキ剥離装置において、ＹＡＧレーザ発振器２０は、直線配列型で一対の終端ミラー２２，２４、固体レーザ活性媒質２６、Ｑスイッチ２８、波長変換結晶３０および高調波分離出力ミラー３２を配置している。

両終端ミラー２２，２４は互いに向かい合って光共振器を構成している。一方の終端ミラー２２の反射面２２ａには、基本波長（１０６４ｎｍ）に対して反射性の膜がコーティングされている。他方の終端ミラー２４の反射面２４ａには、基本波長（１０６４ｎｍ）に対して反射性の膜がコーティングされるとともに、第２高調波（５３２ｎｍ）に対して反射性の膜がコーティングされている。

活性媒質２６は、たとえばＮｄ：ＹＡＧロッドからなり、両終端ミラー２２，２４間のほぼ中心の位置に配置され、電気光学励起部３４によって光学的にポンピングされる。電気光学励起部３４は、活性媒質２６に向けて励起光を発生するための励起光源（たとえば励起ランプあるいはレーザダイオード）を有し、この励起光源をレーザ電源部３６からの励起電流で点灯駆動することにより、活性媒質２６を持続的にポンピングする。なお、レーザ電源部３６は制御部３８の下で電気光学励起部３４を駆動する。こうして活性媒質２６で生成される基本波長（１０６４ｎｍ）の光ビームＬＢは、終端ミラー２２，２４の間に閉じ込められて増幅される。

波長変換結晶３０は、たとえばＫＴＰ（ＫＴｉＯＰＯ₄ ）結晶あるいはＬＢＯ（ＬｉＢ₃Ｏ₅）結晶等の非線形光学結晶からなり、他方の終端ミラー２４寄りに配置され、この光共振器で励起された基本モードに光学的に結合され、基本波長との非線形光学作用により第２高調波（５３２ｎｍ）の光ビームＳＨＧを光共振器の光路上に生成する。

波長変換結晶３０より終端ミラー２４側に出た第２高調波の光ビームＳＨＧは、終端ミラー２４で戻されて、波長変換結晶３０を通り抜ける。波長変換結晶３０より終端ミラー２４の反対側に出た第２高調波の光ビームＳＨＧは、光共振器の光路または光軸に対して所定の角度（たとえば４５°）で斜めに配置されている高調波分離出力ミラー３２に入射し、このミラー３２で所定の方向つまり入射ユニット４２に向けて反射または分離出力されるようになっている。

Ｑスイッチ２８はたとえば音響光学Ｑスイッチからなる。制御部３８がＱスイッチドライバ４０を介して所定の周期で一時中断する高周波電気信号によりＱスイッチ２８を駆動する。高周波電気信号が中断する度毎にピークパワーのきわめて高いジャイアントパルスのＹＡＧ基本波レーザ光ＬＢが光共振器２２，２４間で生成され、これによって高調波分離出力ミラー３２よりジャイアントパルスのＹＡＧ第２高調波レーザ光ＳＨＧが出力される。

入射ユニット４２は集光レンズ４４を内蔵しており、高調波分離出力ミラー３２からのＹＡＧ第２高調波レーザ光ＳＨＧを集束レンズ４４により集束して光ファイバ１８の一端面（入射端面）１８ａに入射させる。光ファイバ１８は、たとえばＳＩ（ステップインデックス）形ファイバからなり、入射ユニット４２で入射したＹＡＧ第２高調波レーザ光ＳＨＧを出射ユニット１６まで伝送する。

この実施例では、上記のようにＹＡＧ第２高調波レーザ光ＳＨＧの楕円状ビームスポットＳＰ_SHGがその楕円長軸方向と直交する楕円短軸方向Ｘに剥離領域ＨＥを走査または横断するような相対移動が行われる。つまり、出射ユニット１６より出射されるＹＡＧ第２高調波レーザ光ＳＨＧと加工対象のコンタクトＷとの間で相対移動が行われる。この相対移動のために、コンタクトＷ側を保持または載置して所定方向（つまりビーム走査方向と反対方向）に移動させるたとえばＸＹテーブルからなるスキャニング機構４６が設けられる。この場合、出射ユニット１６は一定位置に固定配置される。

図６および図７は、この実施形態における出射ユニット１６の構成を示す縦断面図である。この出射ユニット１６は、ステンレス鋼を素材とする円筒状の上部筐体５０と、銅合金を素材とする円筒状の下部筐体５２とをボルト（図示せず）等で一体に結合している。

上部筐体５０の上部より光ファイバ１８がユニット中心軸線に沿って筐体内に挿入され、光ファイバ１８の出射端面１８ｂが筐体内の空洞部に臨んでいる。上部筐体５０の内部には、ユニット中心軸線上に、光ファイバ１８の出射端面１８ｂ寄りにコリメートレンズ５４が配置され、その後方または下方に平凸シリンドリカルレンズ５６が配置されている。下部筐体５２内には、ユニット中心軸線上に、２枚の平凸シリンドリカルレンズ５８，６０が接近して配置され、下端（先端）部の出射口に保護ガラス６２が着脱可能に取り付けられている。上部筐体５０側の平凸シリンドリカルレンズ５６と下部筐体５２側の平凸シリンドリカルレンズ（５８，６０）とはそれぞれの円柱面の母線を互いに直交させた向きで配置されている。

光ファイバ１８の出射端面１８ｂより放射状に出射されたＹＡＧ第２高調波レーザ光ＳＨＧは、最初にコリメートレンズ５４に入射して、そこで平行光にコリメートされる。コリメートレンズ５４を通ったＹＡＧ第２高調波レーザ光ＳＨＧは、上部平凸シリンドリカルレンズ５６を通り、次いで下部平凸シリンドリカルレンズ（５８，６０）を通ってから保護ガラス６２を透過してユニット１６の外へ出射され、加工点に集光照射される。

ここで、上部平凸シリンドリカルレンズ５６はＹＡＧ第２高調波レーザ光ＳＨＧをレーザ光軸方向と直交する第１の方向（Ｙ方向）のみにおいて集束させ、下部平凸シリンドリカルレンズ（５８，６０）はＹＡＧ第２高調波レーザ光ＳＨＧをレーザ光軸方向および第１の方向（Ｙ方向）と直交する第２の方向（Ｘ方向）のみにおいて集束させる。光ファイバ１８の出射端面１８ｂの直径（コア径）をａ、コリメートレンズ５４の焦点距離をｆ₅₄、上部平凸シリンドリカルレンズ５６の焦点距離をｆ₅₆、下部平凸シリンドリカルレンズ５８，６０の焦点距離をそれぞれｆ₅₈，ｆ₆₀、それらの合成焦点距離をｆ_Cとすると、加工点に形成される楕円状ビームスポットＳＰ_SHGの第１の方向（Ｙ方向）および第２の方向（Ｘ方向）の直径Ｒ_Y，Ｒ_Xは下記の式（１），（２）で表される。
Ｒ_Y＝ａ＊ｆ₅₆／ｆ₅₄ ・・・・（１）
Ｒ_X＝ａ＊ｆ_C／ｆ₅₄ ・・・・（２）
ただし、ｆ_C＝｛（１／ｆ₅₈）＋（１／ｆ₆₀）｝^-1

一実施例として、ａ＝２００μｍ、ｆ₅₄＝７０ｍｍ、ｆ₅₆＝１００ｍｍ、ｆ₅₈＝７０ｍｍ、ｆ₆₀＝６０ｍｍの場合は、Ｒ_Y＝２８８μｍ、Ｒ_X＝９１μｍとなる。つまり、上部平凸シリンドリカルレンズ５６による第１の集束方向（Ｙ方向）は楕円状ビームスポットＳＰ_SHGの長軸方向に対応し、下部平凸シリンドリカルレンズ（５８，６０）による第２の集束方向（Ｘ方向）は楕円状ビームスポットＳＰ_SHGの短軸方向に対応する。上記実施例の場合は、長軸方向の径Ｒ_Yと短軸方向の径Ｒ_Xの比が２８８：９１であり、約３：１である。楕円状のビームスポットＳＰ_SHGの扁平度がこの程度に大きいと、上記したような本発明の作用効果を十二分に奏することができる。実用上、Ｒ_Xに対するＲ_Yの比は少なくとも２以上であるのが好ましい。

また、この出射ユニット１６は、下部筐体５２を金メッキ６４で表面処理するとともに、上部筐体５０の下部から中間部にかけてフッ素樹脂からなるカバー６６を取り付けており、かかる外壁構造（６４，６６）により防錆機能を実現している。すなわち、出射ユニット１６は金メッキ剥離加工に際して加工点から金のスプラッシュを浴びるだけでなく、概してメッキ工場内で使用されることが多く、アルミニウムやＳＵＳ等の筐体部材を露出させた構造では錆びやすい。このように金メッキ６４の表面処理加工やフッ素樹脂カバー６６を装備することによって錆ないユニット構造とすることができる。なお、フッ素樹脂カバー６６を上部筐体５０の上端まで延ばしてもよい。

図１〜図３の実施形態は、コンタクトＷの一面（上面）に剥離領域ＨＥが設定された場合の金メッキ剥離方法に係るものであった。コンタクトＷの両面（上面および下面）に跨る剥離領域ＨＥが設定された場合は、図８に示すように、上部剥離領域ＨＥ_Aおよび下部領域ＨＥ_Bにそれぞれ（個別に）ＹＡＧ第２高調波レーザ光ＳＨＧを上記実施形態と同様の仕方で照射して両領域ＨＥ_A，ＨＥ_B内の金メッキをそれぞれ除去すればよい。また、ＹＡＧ第２高調波レーザ光ＳＨＧが上部剥離領域ＨＥ_Aまたは下部剥離領域ＨＥ_Bを走査または横断する際にコンタクトＷの側面にも照射するので、側面の金メッキ１２も除去できる。つまり、上部剥離領域ＨＥ_Aと下部剥離領域ＨＥ_Bとに跨ってコンタクトＷを一周して金メッキ１２を剥離することができる。

このような両面剥離加工においては、一個の出射ユニット１８を両面に共用してもよいが、図９に示すように２つの出射ユニット１８Ａ，１８Ｂを両面に個別に割り当てることで加工能率を大幅に上げることができる。

図９の（Ａ）に示す方式は、上部出射ユニット１８Ａおよび下部出射ユニット１８ＢよりＹＡＧ第２高調波レーザ光ＳＨＧを同時に出射して上下両面の剥離領域ＨＥ_A，ＨＥ_Bに集光照射するものである。この方式によれば、被加工物たとえばコンタクトＷを１回通過させ、上下両面の剥離領域ＨＥ_A，ＨＥ_Bについて金属メッキ層１２の同時剥離を行うことが可能であり、後述するように１台のレーザ発振器７０（図１０）による同時２分岐で対応することができる。

図９の（Ｂ）に示す方式は、上部出射ユニット１８Ａと下部出射ユニット１８Ｂとをオフセットさせて対向配置し、時間的にずらして上部出射ユニット１８Ａおよび下部出射ユニット１８ＢよりＹＡＧ第２高調波レーザ光ＳＨＧを上部剥離領域ＨＥ_Aおよび下部剥離領域ＨＥ_Bにそれぞれ集光照射するものである。この方式でも、被加工物を１回通過させる過程で、上下両面の剥離領域ＨＥ_A，ＨＥ_B内の金属メッキ層１２をそれぞれ剥離することが可能であり、後述するように１台のレーザ発振器７０（図１０）によるレーザ光路の切り換えで対応することができる。

図１０に、上記のようなツイン型出射ユニット方式（図９）に用いるレーザ発振器７０の構成例を示す。図中、図５のレーザ発振器と共通する部分には同一の符号を附している。このレーザ発振器７０では、高調波分離出力ミラー３２より出力されたＹＡＧ第２高調波レーザ光ＳＨＧを２つの光ファイバ１８Ａ，１８Ｂに２分岐で同時に、または分岐無しで選択的に入れるようにしている。ここで、一方の光ファイバ１８Ａは上部出射ユニット１８Ａに通じており、他方の光ファイバ１８Ｂは下部出射ユニット１８Ｂに通じている。

同時２分岐方式の場合は、高調波分離出力ミラー３２の反射光路上にハーフミラー７２が配置され、その後方に全反射ミラーまたはベントミラー７４が配置される。ハーフミラー７２の反射率および透過率はそれぞれ５０％でよい。ハーフミラー７２の反射光路上には第１のシャッタ（ＳＴ）７６Ａおよび第１の入射ユニット４２Ａが一列に配置される。ベントミラー７４の反射光路上には第２のシャッタ（ＳＴ）７６Ｂおよび第２の入射ユニット４２Ｂが一列に配置される。高調波分離出力ミラー３２より出力されたＹＡＧ第２高調波レーザ光ＳＨＧはハーフミラー７２に入射し、そこで反射光と透過光とに２分割される。ハーフミラー７２で反射した第１の分岐ＹＡＧ第２高調波レーザ光ＳＨＧ_Aは、開状態の第１のシャッタ７６Ａを通り、第１の入射ユニット４２Ａより光ファイバ１８Ａに入れられる。ハーフミラー７２を透過した第２の分岐ＹＡＧ第２高調波レーザ光ＳＨＧ_Bは、ベントミラー７４で光路を曲げられ、開状態の第２のシャッタ７６Ｂを通り、第２の入射ユニット４２Ｂより光ファイバ１８Ｂに入れられる。

光路切り換え方式の場合は、ハーフミラー７２が全反射ミラーまたはベントミラー７８に置き換えられる。そして、ベントミラー７８の位置が、図示しないミラー移動機構により、高調波分離出力ミラー３２と全反射ミラー７４とを結ぶ光路上の位置（ワーキング位置）と、該光路から外れた位置（退避位置）との間で切り換えられる。ベントミラー７８がワーキング位置に切り換えられているときは、高調波分離出力ミラー３２からのＹＡＧ第２高調波レーザ光ＳＨＧがベントミラー７８で光路を曲げられ、開状態の第１のシャッタ７６Ａおよび第１の入射ユニット４２Ａを介して光ファイバ１８Ａに入れられる。ベントミラー７８が退避位置に切り換えられているときは、高調波分離出力ミラー３２からのＹＡＧ第２高調波レーザ光ＳＨＧがベントミラー７４に入射し、このミラー７４で反射してから開状態の第２のシャッタ７６Ｂおよび第２の入射ユニット４２Ｂを介して光ファイバ１８Ｂに入れられる。

各シャッタ７６Ａ，７６Ｂは、図示省略するが、当該レーザ光路上の位置（閉位置）と該光路から外れた位置（開位置）との間で移動可能な全反射ミラーと、この全反射ミラーが閉位置で所定方向に反射したレーザ光を受光する光吸収体とを有する。この実施例では、レーザ発振器よりＹＡＧ第２高調波レーザ光ＳＨＧを発振出力させながら、シャッタ７６Ａ，７６Ｂを閉状態にしておくことで、各出射ユニット１８Ａ，１８ＢにおいてＹＡＧ第２高調波レーザ光ＳＨＧの出射を止めておくことができる。そして、シャッタ７６Ａ，７６Ｂを閉状態から開状態に切り換えることで、直ちに（たとえば２００ミリ秒以内に）ＹＡＧ第２高調波レーザ光ＳＨＧの出射を開始することができる。

このレーザ発振器７０において、ガイドＬＤ（半導体レーザ）７８は、光学的なアライメントに用いる可視レーザ光ＧＢを発生する。この可視レーザ光ＧＢはベントミラー８０，８２を介して終端ミラー２４の背後から光共振器内に入り、基本波光学系および第２高調波光学系に与えられる。

以上、本発明の好適な実施形態を説明したが、本発明の技術的思想の範囲内で種々の変形が可能である。たとえば、上記した実施形態におけるレーザ発振器２０，７０は、ＹＡＧ第２高調波レーザ光ＳＨＧをＱスイッチパルスで発振出力したが、パルス幅可変のロングパルスで発振出力することも可能であり、出射ユニット１８（１８Ａ，１８Ｂ）よりロングパルスのＹＡＧ第２高調波レーザ光ＳＨＧを被加工物の剥離領域ＨＥに集光照射することも可能である。また、レーザ伝送系において、光ファイバの代わりに、たとえば図１１に示すようにビームエキスパンダ８４や光学ミラー８６を使用することも可能である。この場合、図１２に示すように、出射ユニット１００内の光学系を２枚の光学レンズで構成することも可能である。

図１２において、この出射ユニット１００は、たとえばアルミニウムからなる略直方体形状の本体１２４を有し、この本体９０の中心部を鉛直方向（光軸方向）に貫通する孔または空洞部１２５に２つのシリンドリカルレンズ１２０，１２２を上下に可変の距離間隔を空けて配置している。両シリンドリカルレンズ１２０，１２２は、たとえば合成石英あるいはＢＫ７材質からなる平凸シリンドリカルレンズであり、それぞれの平坦面を下（被加工物Ｗ側）に向けて、それぞれの円柱面の母線を互いに直交させて水平に配置される。

上方のシリンドリカルレンズ１２０は、本体１２４の上面から内奥に筒状に延在する固定レンズ保持部１２７のフランジ部に載置され、対向する左右両端部にて上からレンズ押え部材１２８を介してボルト３０により挟着保持される。

下方のシリンドリカルレンズ１２２は、本体１２４の空洞部１２５内で鉛直方向（光軸方向）に移動可能な角筒状の可動レンズ保持部１３４に保持される。より詳細には、シリンドリカルレンズ１２２は、可動レンズ保持部１３４の下部に形成されたフランジ部に載置され、対向する左右両端部にて上からレンズ押え部材１３６を介してボルト１３８により挟着保持される。可動レンズ保持部１３４の上部は、空洞部１２５の断面矩形に形成された上部内壁１２５ａに沿って鉛直方向に擦動可能なガイド部１３４ａを構成している。本体１２４の一側面に形成された孔１２３の奥に空洞部１２５に通じるネジ孔１３９が複数個形成されており、それらのネジ孔１３９からネジ１４０の先端を可動レンズ保持部１３４のガイド部１３４ａに当接させることで、可動レンズ保持部１３４およびシリンドリカルレンズ１２２を光軸上の所望の位置で固定できるようになっている。

可動レンズ保持部２３４は、それよりも径が一回り大きい回転リング１４２の上に支持されている。空洞部１２５の下部は、矩形の上部内壁１２５ａよりも径が一回り大きい断面円形に形成され、その内壁１２５ｂにはねじ山（雌ねじ）１４４が形成されている。回転リング１４２の外周面には、空洞部１２５の下部内壁１２５ｂのねじ山１４４と螺合するねじ山（雄ねじ）が形成されている。回転リング１４２の下面には回転操作用のつまみを構成するボルト１４６が取り付けられており、この回転操作つまみ１４６を人が指で?んで回すと、たとえば時計回りでは回転リング１４２が垂直上方へ送られ、それによって可動レンズ保持部１３４およびシリンドリカルレンズ１２２も垂直上方へ移動し、反時計回りでは回転リング１４２が垂直下方へ送られ、それによって可動レンズ保持部１３４およびシリンドリカルレンズ１２２も垂直下方へ移動するようになっている。

回転リング１４２の開口部には、下部シリンドリカルレンズ１２２を外部（特に被加工物Ｗ側）の粉塵から遮断するための保護ガラス板１４８がデルリンリング１５０を介してネジリング１５２により外側から着脱可能に取り付けられる。なお、ネジリング１５２の外周面にはねじ山（雄ねじ）１５４が形成され、回転リング１４２の開口部の内周面にネジリング１５２のねじ山１５４と螺合するねじ山（雌ねじ）が形成されている。本体１２４の角隅部には、この出射ユニット１００をユニット支持部（図示せず）に取り付けるためのボルト（図示せず）を通す孔１５６が形成されている。

ここで、図１３および図１４につき、この出射ユニット１００の光学的な作用（特に集光作用）を説明する。図１３および図１４において、固定シリンドリカルレンズ１２０の母線をＸ軸とし、可動シリンドリカルレンズ１２２の母線をＸ軸に直交したＹ軸とする。

レーザ光源１０（図１１）からのＹＡＧ第２高調波レーザ光ＳＨＧは、小さな拡がり角度θを有する断面円形の平行光であり、固定シリンドリカルレンズ１２０を透過することにより、その母線方向であるＸ軸方向には屈折しないでＹ軸方向に屈折（収束）しながら、可動シリンドリカルレンズ１２２に入射する。そして、レーザ光ＳＨＧは、可動シリンドリカルレンズ１２２ではＹ軸方向に屈折せずにそのまま真直ぐ進み、図１３の（ａ）および図１４の（ａ）に示すように固定シリンドリカルレンズ１２０の焦点距離ｆ₁₂₀の位置にＹ軸方向の焦点を結ぶ。ここで、レーザ光ＳＨＧには拡がり角度θが存在するために、Ｙ軸方向には点状ではなく少し拡がりが生じる。この拡がりは、レーザ光源１０やレーザ伝送光学系の特性によって決まり、たとえば１００μｍ程度にすることができる。この実施形態では、固定シリンドリカルレンズ１２０の焦点付近に被加工物Ｗ上の加工ポイントが位置するようにワーキングディスタンスが設定される。

一方で、レーザ光ＳＨＧは、固定シリンドリカルレンズ１２０を透過するときは上述したようにＸ軸方向には屈折しないで、拡がり角度θでもって可動シリンドリカルレンズ１２２に入射し、可動シリンドリカルレンズ１２２を透過することによりＸ軸方向に屈折（収束）して、焦点距離ｆ₁₂₂の位置にＸ軸方向の焦点を結ぶように進む。可動シリンドリカルレンズ１２２が、その焦点距離ｆ₁₂₂を被加工物Ｗの加工ポイントとの距離間隔に一致させているとき、つまり基準位置Ｑに置かれているときは、図１４の（ｂ）に示すように、レーザ光ＳＨＧはＸ軸方向でもほぼオンフォーカスで被加工物Ｗの加工ポイントに集光する。しかし、被加工物Ｗの加工ポイントに対する可動シリンドリカルレンズ１２２の距離間隔が可動シリンドリカルレンズ１２２の焦点距離ｆ₁₂₂からオフセットしているときは、たとえば図１３の（ｂ）に示すように、Ｘ軸方向では焦点が合わずデフォーカスで被加工物Ｗの加工ポイントに集光する。この場合、被加工物Ｗの加工ポイントにおけるビームスポットＳＰは線状または帯状のパターンとなり、その長さ方向のサイズはオフセット量に比例する。

このように、この実施形態の出射ユニット１００は、ワークディスタンスの調整を要することなく、鉛直方向（光軸方向）における可動シリンドリカルレンズ１２２の位置を可変調整するだけで、被加工物Ｗの加工ポイントに形成されるビームスポットＳＰの縦横比を任意に可変することが可能であり、ＹＡＧ第２高調波レーザ光ＳＨＧについて扁平度の高いビームスポットＳＰ_SHGを形成することができる。

なお、上記実施形態ではＹＡＧ高調波として第２高調波（５３２ｎｍ）を用いたが、第３高調波（３５５ｎｍ）あるいは第４高調波（２６６ｎｍ）等も使用可能である。また、ＹＡＧ高調波を生成するための固体レーザ媒体または活性媒質２４，４０として、Ｎｄ：ＹＡＧ結晶以外に、Ｎｄ：ＹＬＦ結晶、Ｎｄ：ＹＶＯ₄結晶、Ｙｂ：ＹＡＧ結晶等を使用することもできる。上記実施形態における出射ユニット１６，１００は、金メッキ以外の金属薄膜剥離加工に使用可能であり、たとえばＹＡＧ基本波のレーザ光によるスズメッキ剥離加工にも使用できる。

本発明の一実施形態による金メッキ剥離方法を示す図である。 実施形態による金メッキ剥離方法の作用を示す平面図である。 実施形態による金メッキ剥離方法の作用を示す断面図である。 比較例における金メッキ剥離の作用を示す平面図である。 実施形態におけるレーザ発振部の構成を示す図である。 実施形態における出射ユニットの構成を示す縦断面図である。 実施形態における出射ユニットの構成を示す縦断面図である。 実施形態におけるＹＡＧ基本波パルスレーザ光およびＹＡＧ第２高調波パルスレーザ光の典型的なレーザ出力波形を示す波形図である。 実施形態におけるツイン型出射ユニット方式を示す側面図である。 実施形態のツイン型出射ユニット方式に適用可能なレーザ発振器の構成を示す図である。 別の実施形態による金メッキ剥離装置の構成を示す図である。 実施形態における出射ユニットの内部構造を示す縦断面図である。 実施形態におけるレーザ集光ユニットの作用を説明するための図である。 実施形態におけるレーザ集光ユニットの作用を説明するための図である。

符号の説明

Ｗ コンタクト
１０ 金属素材
１２ 金メッキ層
１４ ニッケルメッキ層
１６ 出射ユニット
１６Ａ 上部出射ユニット
１６Ｂ 下部出射ユニット
１８，１８Ａ，１８Ｂ 光ファイバ
２０，７０，１００ レーザ発振器
２２，２４ 終端ミラー（光共振器ミラー）
２６ 活性媒質
２８ Ｑスイッチ
３０ 波長変換結晶
３２ 高調波分離出力ミラー
３４ 電気光学励起部
３６ レーザ電源
３８ 制御部
４２ 入射ユニット
４２Ａ 第１の入射ユニット
４２Ｂ 第２の入射ユニット
４６ スキャニング機構
５０ 上部筐体
５２ 下部筐体
５４ コリメートレンズ
５６ 上部シリンシドリカルレンズ
５８，６０ 下部シリンドリカルレンズ
６４ 金メッキ
６６ フッ素樹脂カバー
７２ ハーフミラー
７４，７８ 全反射ミラー（ベントミラー）
１００ 出射ユニット

Claims (9)

1. 金属素材の表面に形成されている金メッキ層を所望の剥離領域にて剥離するための金メッキ剥離装置であって、
   ＹＡＧ高調波のレーザ光を生成するレーザ発振器と、
   前記レーザ発振器からの前記ＹＡＧ高調波レーザ光を扁平度の高い楕円状ビームスポットに集束させて前記剥離領域内に照射する出射ユニットと、
   前記レーザ発振器より生成された前記ＹＡＧ高調波レーザ光を前記出射ユニットまで伝送するための光ファイバと、
   前記楕円状ビームスポットがその長軸方向と直交する短軸方向に前記剥離領域を走査してその領域内の前記金メッキ層を剥離するように、前記出射ユニットより出射される前記ＹＡＧ高調波レーザ光を前記金属素材に対して相対的に移動させるスキャニング手段と
   を具備し、
   前記出射ユニットが、
   前記光ファイバの終端面より出射された前記ＹＡＧ高調波レーザ光を平行光にするコリメートレンズと、
   前記コリメートレンズを通ってきた前記ＹＡＧ高調波レーザ光をレーザ光軸方向と直交する第１の方向で集束させる第１の集束レンズと、
   前記第１の集束レンズを通ってきた前記ＹＡＧ高調波レーザ光を前記レーザ光軸方向および前記第１の方向と直交する第２の方向で集束させる第２の集束レンズと
   を有する、金メッキ剥離装置。
2. 前記第１の集束レンズが第１のシリンドリカルレンズからなり、前記第２の集束レンズが前記第１のシリンドリカルレンズと直交する向きでレーザ光軸上に多段に配置された第２および第３のシリンドリカルレンズからなる、請求項１に記載の金メッキ剥離装置。
3. コネクタ端子の表面に形成されている金メッキ層を所望の剥離領域にて剥離するための金メッキ剥離装置であって、
   ＹＡＧ高調波のレーザ光を生成するレーザ発振器と、
   前記レーザ発振器より生成された前記ＹＡＧ高調波レーザ光を第１および第２の分岐ＹＡＧ高調波レーザ光に分割するビームスプリッタと、
   前記ビームスプリッタより得られる前記第１の分岐ＹＡＧ高調波レーザ光を伝送するための第１の光ファイバと、
   前記ビームスプリッタより得られる前記第２の分岐ＹＡＧ高調波レーザ光を伝送するための第２の光ファイバと、
   前記第１の光ファイバの終端面より出射された前記第１の分岐ＹＡＧ高調波レーザ光を扁平度の高い第１の楕円状ビームスポットに集束させて前記コネクタ端子の第１の面に設定された第１の剥離領域内に照射する第１の出射ユニットと、
   前記第２の光ファイバの終端面より出射された前記第２の分岐ＹＡＧ高調波レーザ光を扁平度の高い第２の楕円状ビームスポットに集束させて前記コネクタ端子の前記第１の面と対向する第２の面に設定された第２の剥離領域内に照射する第２の出射ユニットと、
   前記第１および第２の楕円状ビームスポットがその長軸方向と直交する短軸方向に前記第１および第２の剥離領域をそれぞれ走査して各領域内の前記金メッキ層を剥離するように、前記第１および第２の出射ユニットよりそれぞれ出射される第１および第２の分岐ＹＡＧ高調波レーザ光を前記コネクタ端子に対して相対的に移動させるスキャニング手段と
   を有する金メッキ剥離装置。
4. コネクタ端子の表面に形成されている金メッキ層を所望の剥離領域にて剥離するための金メッキ剥離装置であって、
   ＹＡＧ高調波のレーザ光を生成するレーザ発振器と、
   前記レーザ発振器より生成された前記ＹＡＧ高調波レーザ光の光路を第１の光路もしくは第２の光路のいずれか一方に切り換えるレーザ光路切り換え部と、
   前記レーザ光路切り換え部により前記第１の光路に切り換えられた前記ＹＡＧ高調波レーザ光を伝送するための第１の光ファイバと、
   前記レーザ光路切り換え部により前記第２の光路に切り換えられた前記ＹＡＧ高調波レーザ光を伝送するための第２の光ファイバと、
   前記第１の光ファイバの終端面より出射された前記ＹＡＧ高調波レーザ光を扁平度の高い楕円状ビームスポットに集束させて前記コネクタ端子の第１の面に設定された第１の剥離領域内に照射する第１の出射ユニットと、
   前記第２の光ファイバの終端面より出射された前記ＹＡＧ高調波レーザ光を扁平度の高い楕円状ビームスポットに集束させて前記コネクタ端子の前記第１の面と対向する第２の面に設定された第２の剥離領域内に照射する第２の出射ユニットと、
   前記楕円状ビームスポットがその長軸方向と直交する短軸方向に前記第１および第２の剥離領域をそれぞれ走査して各領域内の前記金メッキ層を剥離するように、前記第１の出射ユニットまたは前記第２の出射ユニットより出射される前記高調波レーザ光を前記コネクタ端子に対して相対的に移動させるスキャニング手段と
   を有する金メッキ剥離装置。
5. 前記楕円状ビームスポットの長軸方向の直径を前記剥離領域の一方向のサイズに合わせる、請求項１〜４のいずれか一項に記載の金メッキ剥離装置。
6. 前記楕円状ビームスポットにおいて短軸方向の径に対する長軸方向の径の比が２以上である、請求項１〜５のいずれか一項に記載の金メッキ剥離装置。
7. 前記出射ユニットが、少なくとも前記金属素材と対向する先端部を金メッキで表面処理してなるユニット筐体を有する、請求項１〜６のいずれか一に記載の金メッキ剥離装置。
8. 前記出射ユニットが、外壁の少なくとも一部をフッ素樹脂で構成してなるユニット筐体を有する、請求項１〜７のいずれか一項に記載の金メッキ剥離装置。
9. 前記レーザ発振器が、ＱスイッチパルスのＹＡＧ高調波のレーザ光を生成するためのＱスイッチを有する、請求項１〜８のいずれか一項に記載の金メッキ剥離装置。

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