JP7098093B2 - Printed circuit board laser processing method and printed circuit board laser processing machine - Google Patents

Printed circuit board laser processing method and printed circuit board laser processing machine Download PDF

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Description

本発明は、ビルドアップ式のプリント基板の所望の位置に表面の銅層(表面銅層)と下層の銅層(穴底銅層)を接続するブラインドホール(行止まり穴。以下、単に穴という。)あるいは両面基板を表と裏からそれぞれ加工して表面の銅層と裏面の銅層(裏面銅層)を接続するための貫通穴であるスルーホールを形成するようにしたプリント基板のレーザ加工方法およびプリント基板のレーザ加工機に関する。In the present invention, a blind hole (dead end hole ) connecting a surface copper layer (surface copper layer) and a lower copper layer (hole bottom copper layer) at a desired position on a build-up type printed circuit board (hereinafter, simply referred to as a hole). ) Or laser processing of a printed circuit board in which a double-sided substrate is processed from the front and back to form a through hole that is a through hole for connecting the copper layer on the front surface and the copper layer on the back surface ( copper layer on the back surface). The method and the laser processing machine of the printed circuit board.

ビルドアップ式のプリント基板は導体である銅層とガラス繊維やフィラを含有する樹脂で形成された絶縁層(以下、単に「絶縁層」という。)を交互に積層して構成されている。銅層としてはレーザの吸収を高める目的で表面処理(黒化処理やブラウン処理等と呼ばれる)がされた厚さ5~12μmのものだけで無く、表面処理がされていない光沢面の厚さ1.5~2μmのものも使用されている。また、絶縁層の厚さは20~200μmである。また、炭酸ガスレーザにより穴を加工する場合、表面の銅層と下層の銅層をめっきで接続する層間接続用として40~120μmの穴を、また、回路パターンを形成する場合に基準穴として使用する120~250μmの穴を、それぞれ加工する。そして、レーザ加工としては、後工程であるめっき工程を容易にする加工結果が要求されている。The build-up type printed circuit board is configured by alternately laminating a copper layer which is a conductor and an insulating layer (hereinafter, simply referred to as "insulating layer") formed of a resin containing glass fiber or a filler. The copper layer is not only a copper layer having a thickness of 5 to 12 μm that has been surface-treated (called blackening treatment, browning treatment, etc.) for the purpose of enhancing laser absorption, but also a glossy surface that has not been surface-treated. .5 to 2 μm is also used. The thickness of the insulating layer is 20 to 200 μm. When drilling a hole with a carbon dioxide laser, a hole of 40 to 120 μm is used for interlayer connection to connect the copper layer on the surface and the copper layer on the lower layer by plating, and a hole of 40 to 120 μm is used as a reference hole when forming a circuit pattern. Holes of 120 to 250 μm are machined respectively. As for laser processing, there is a demand for processing results that facilitate the plating process, which is a subsequent process.

初めに、従来のレーザ加工機の構成について説明する。
図9は、従来のレーザ加工機の構成図である。
レーザ発振器1は、パルス状のレーザ2を出力する。レーザ発振器1とプレート3との間に配置されたビーム径調整装置100はレーザ2のエネルギ密度を調整するための装置であり、レーザ発振器1から出力されたレーザ2の外径を変更することによりレーザ2のエネルギ密度を調整する。すなわち、ビーム径調整装置100の前後におけるレーザ2のエネルギは変化しない。したがって、ビーム径調整装置100から出射されたレーザ2はレーザ発振器1から出力されたレーザ2と見なすことができるので、以下、ビーム径調整装置100とレーザ発振器1を併せてレーザ出力装置110という。なお、ビーム径調整装置100は使用されない場合もある。
レーザ出力装置110とガルバノミラー5aとの間に配置されたプレート3はレーザ2を透過させない材質(例えば、銅)で形成されており、所定の位置にアパーチャ(窓であり、この場合は円形の貫通穴)4が複数個かつ選択可能に形成されている。プレート3は図示を省略する駆動装置により駆動され、選択されたアパーチャ4の軸線をレーザ2の軸線と同軸に位置決めする。ガルバノ装置5は一対のガルバノミラー5a、5bで構成され、図中矢印で示すように回転軸の回りに回転自在であり、反射面を任意の角度に位置決めすることができる。なお、ガルバノミラー5a、5bが位置決めに要する時間は平均0.4ms(2.5kHz)程度である。fθレンズ(集光レンズ)6は、図示を省略する加工ヘッドに保持されている。ガルバノミラー5a、5bとfθレンズ6とでレーザ2の光軸をプリント基板7の所望の位置に位置決めする光軸位置決め装置を構成しており、ガルバノミラー5a、5bの回転角度とfθレンズ6の直径とで定まるスキャン領域(すなわち、加工領域)8は、50mm×50mm程度の大きさである。ワークである銅層7cと絶縁層7zとからなるプリント基板7は、X-Yテーブル9に固定されている。制御装置10は入力された制御プログラムに従い、レーザ発振器1、ビーム径調整装置100、プレート3の駆動装置、ガルバノミラー5a、5bおよびX-Yテーブル9を制御する。
First, the configuration of a conventional laser machine will be described.
FIG. 9 is a configuration diagram of a conventional laser processing machine.
The laser oscillator 1 outputs a pulsed laser 2. The beam diameter adjusting device 100 arranged between the laser oscillator 1 and the plate 3 is a device for adjusting the energy density of the laser 2, and by changing the outer diameter of the laser 2 output from the laser oscillator 1. Adjust the energy density of the laser 2. That is, the energy of the laser 2 before and after the beam diameter adjusting device 100 does not change. Therefore, since the laser 2 emitted from the beam diameter adjusting device 100 can be regarded as the laser 2 output from the laser oscillator 1, the beam diameter adjusting device 100 and the laser oscillator 1 are collectively referred to as a laser output device 110. The beam diameter adjusting device 100 may not be used.
The plate 3 arranged between the laser output device 110 and the galvano mirror 5a is made of a material (for example, copper) that does not allow the laser 2 to pass through, and has an aperture (a window, in this case a circular shape) at a predetermined position. A plurality of through holes) 4 are formed so as to be selectable. The plate 3 is driven by a drive device (not shown) and positions the axis of the selected aperture 4 coaxially with the axis of the laser 2. The galvano device 5 is composed of a pair of galvano mirrors 5a and 5b, is rotatable around a rotation axis as shown by an arrow in the figure, and can position the reflecting surface at an arbitrary angle. The time required for positioning the galvano mirrors 5a and 5b is about 0.4 ms (2.5 kHz) on average. The fθ lens (condensing lens) 6 is held by a processing head (not shown). The galvano mirrors 5a and 5b and the fθ lens 6 constitute an optical axis positioning device that positions the optical axis of the laser 2 at a desired position on the printed substrate 7. The rotation angles of the galvano mirrors 5a and 5b and the fθ lens 6 The scan area (that is, the processed area) 8 determined by the diameter is about 50 mm × 50 mm in size. The printed circuit board 7 composed of the copper layer 7c, which is a work, and the insulating layer 7z is fixed to the XY table 9. The control device 10 controls the laser oscillator 1, the beam diameter adjusting device 100, the driving device of the plate 3, the galvano mirrors 5a and 5b, and the XY table 9 according to the input control program.

次に、従来のレーザ加工機の加工手順を説明する。
図10は従来のレーザ加工機の加工手順を示すフローチャートである。
制御装置10は加工プログラムを読み込み、X-Yテーブル9を移動させて、最初のスキャン領域8をfθレンズ6に対向させる(手順S10)。そして、スキャン領域8内で最初に加工する穴径に対応するアパーチャ4を選択し、選択したアパーチャ4の軸線をレーザ2の軸線と同軸に位置決めすると共に、必要に応じてビーム径調整装置100によりレーザ2のエネルギ密度を変更する(手順S20)。そして、先ず、当該スキャン領域8内において指定された位置の総ての銅層7cに穴(以下、ウインドウという)を開ける(手順S50、手順S60)。すなわち、レーザ出力装置110から出力されたレーザ2の外径をアパーチャ4により整形し、ガルバノミラー5a、5bとfθレンズ6とで構成される光軸位置決め装置により集光したレーザ2の軸線を位置決めしてプリント基板7に入射させる。入射したレーザ2により銅層7cが蒸発してウインドウが形成される。この場合、ウインドウに対応する絶縁層7z、すなわち、ウインドウが形成されることにより表面に露出する絶縁層7z(以下、「ウインドウ部絶縁層7z」という。)の劣化を防ぐため、ウインドウをレーザ2の1回の照射(すなわち、1パルスの照射)で形成する。また、ウインドウ形成直後のウインドウ部絶縁層7zは温度が高くなっているため、銅層7cの加工に続けて絶縁層7zを加工すると、後述するように、ウインドウ外縁の銅層7c下部の絶縁層7zにえぐれ(ウインドウ部絶縁層7zの外縁がウインドウ外縁の銅層7cの下部にまで拡大し、ウインドウ外縁の銅層7cが絶縁層7zに対してオーバーハングの状態になること。以下、単にえぐれと呼ぶ)が発生がしたり、穴の内部がビヤ樽状になったりする可能性が高くなる。そこで、スキャン領域8内の銅層7cに残っている未加工の穴を先に加工する。
Next, the processing procedure of the conventional laser processing machine will be described.
FIG. 10 is a flowchart showing a processing procedure of a conventional laser processing machine.
The control device 10 reads the machining program, moves the XY table 9, and makes the first scan area 8 face the fθ lens 6 (procedure S10). Then, the aperture 4 corresponding to the hole diameter to be machined first in the scan area 8 is selected, the axis of the selected aperture 4 is positioned coaxially with the axis of the laser 2, and the beam diameter adjusting device 100 is used as necessary. The energy density of the laser 2 is changed (procedure S20). Then, first, holes (hereinafter referred to as windows) are made in all the copper layers 7c at the designated positions in the scan area 8 (procedure S50, procedure S60). That is, the outer diameter of the laser 2 output from the laser output device 110 is shaped by the aperture 4, and the axis of the laser 2 focused by the optical axis positioning device composed of the galvano mirrors 5a and 5b and the fθ lens 6 is positioned. Then, it is incident on the printed circuit board 7. The incident laser 2 evaporates the copper layer 7c to form a window. In this case, in order to prevent deterioration of the insulating layer 7z corresponding to the window, that is, the insulating layer 7z exposed on the surface due to the formation of the window (hereinafter referred to as “window portion insulating layer 7z”), the window is laser 2 It is formed by one irradiation (that is, one pulse irradiation). Further, since the temperature of the window portion insulating layer 7z immediately after the window is formed is high, when the insulating layer 7z is processed after the copper layer 7c is processed, the insulating layer below the copper layer 7c on the outer edge of the window is processed as described later. Gouged to 7z (The outer edge of the window insulating layer 7z expands to the lower part of the copper layer 7c on the outer edge of the window, and the copper layer 7c on the outer edge of the window is overhung with respect to the insulating layer 7z. There is a high possibility that (called) will occur and the inside of the hole will be in the shape of a beer barrel. Therefore, the raw holes remaining in the copper layer 7c in the scan region 8 are first machined.

ウインドウの加工が終了したら、当該スキャン領域8内において指定された位置の総ての絶縁層7z、すなわち、ウインドウ部絶縁層7zを加工して穴を完成させる。ここで、絶縁層7zを過大なエネルギで加工すると、えぐれが発生がしたり、穴の内部がビヤ樽状になったりする可能性が高くなる。そこで、1個の穴をパルス幅Pwzの複数のパルスで加工することとし、かつ、1つの穴にレーザ2を1パルス照射したら次の穴を加工することを繰り返すことにより絶縁層7zを加工してそれぞれの穴を完成させる。すなわち、先ず、絶縁層7zにレーザ2を照射する指定回数Nを記憶し、照射回数iをi=1とする(手順S80、手順S90)。そして、当該スキャン領域8内における総てのウインドウ部絶縁層7zにレーザ2を1パルスずつ照射する(手順S100、手順S110)。そして、当該スキャン領域8内における総てのウインドウ部絶縁層7zにレーザ2を照射したら、照射回数iをi=i+1とした後、指定回数Nと照射回数iとを比較し(手順S120、手順S130)、i≦Nの場合は手順S100の処理を行い、i>Nの場合は手順S500の処理を行う。手順S500では当該スキャン領域8内に径の異なる未加工の穴があるかどうかを確認し、未加工の穴がある場合は手順S20の作業を行う。また、未加工の穴がない場合は未加工のスキャン領域8があるかどうかを確認し(手順S510)、未加工のスキャン領域8がある場合は手順S10の作業を行い、未加工のスキャン領域8がない場合は加工を終了する。 When the processing of the window is completed, all the insulating layers 7z at the designated positions in the scan area 8, that is, the window portion insulating layer 7z are processed to complete the holes. Here, if the insulating layer 7z is processed with excessive energy, there is a high possibility that gouge occurs or the inside of the hole becomes a beer barrel shape. Therefore, it is decided to process one hole with a plurality of pulses having a pulse width of Pwz, and after irradiating one hole with one pulse of laser 2, the next hole is processed repeatedly to process the insulating layer 7z. To complete each hole. That is, first, the designated number of times N of irradiating the insulating layer 7z with the laser 2 is stored, and the number of times of irradiation i is set to i = 1 (procedure S80, procedure S90). Then, the laser 2 is irradiated one pulse at a time to all the window portion insulating layers 7z in the scan region 8 (procedure S100, procedure S110). Then, when the laser 2 is irradiated to all the window portion insulating layers 7z in the scan area 8, the number of irradiations i is set to i = i + 1, and then the specified number of times N and the number of irradiations i are compared (procedure S120, procedure). S130), if i ≦ N, the process of procedure S100 is performed, and if i> N, the process of procedure S500 is performed. In procedure S500, it is confirmed whether or not there are unprocessed holes having different diameters in the scan area 8, and if there are unprocessed holes, the operation of procedure S20 is performed. If there is no unprocessed hole, it is confirmed whether there is an unprocessed scan area 8 (procedure S510), and if there is an unprocessed scan area 8, the operation of step S10 is performed, and the unprocessed scan area is performed. If there is no 8, processing is finished.

ここで、レーザ2が炭酸ガスレーザである場合についてその特性を説明する。
図11はレーザ発振器1の出力を説明する図であり、上段はレーザ発振器1の制御信号によって起動される高周波パルスRF出力である。また、下段はレーザ2の1パルスの出力波形であり、縦軸は出力レベルを、横軸は時間を、それぞれ表している。レーザ発振器1を起動すると(時刻T0)、レーザ発振器1内部のレーザ媒体に高周波パルスRFが印可されエネルギのチャージが開始される。そして、エネルギが飽和するとレーザ2が発振される(時刻T1)。レーザ2は発振直後に出力が急上昇した後(時刻Tj)、一旦下がり(時刻Td)、以降、エネルギチャージと出力放出とがバランスし、出力が増大する。レーザ発振器1を停止、すなわち高周波パルスRFの印可を停止しても(時刻T2)引き続きエネルギは減衰しながら出力され、時刻T3で0になる。同図に斜線を付して示す1パルスのパルスエネルギEpは、1パルスの持続期間である時刻T1から出力レベルが0となる時刻T3までの期間の総エネルギ量であるが、実用上、パルス幅Pwを時刻T1~時刻T2の期間として制御している。すなわち、例えば、パルス幅Pwが2μsの場合、時刻T2は時刻T0から5μs経過した時刻である。ここで、時刻T0から時刻T1までの期間は、パルス周波数(パルス周期)によって変わり3μs±0.3μs程度である。なお、レーザ発振器1のレーザ発振周波数は最大5kHz(パルス周期200μs)程度である。
Here, the characteristics of the case where the laser 2 is a carbon dioxide laser will be described.
FIG. 11 is a diagram illustrating the output of the laser oscillator 1, and the upper row is a high frequency pulse RF output activated by the control signal of the laser oscillator 1. The lower row is the output waveform of one pulse of the laser 2, the vertical axis represents the output level, and the horizontal axis represents the time. When the laser oscillator 1 is activated (time T0), a high frequency pulse RF is applied to the laser medium inside the laser oscillator 1 and energy charging is started. Then, when the energy is saturated, the laser 2 is oscillated (time T1). Immediately after oscillation, the output of the laser 2 rises sharply (time Tj), then falls once (time Td), and thereafter, the energy charge and the output emission are balanced, and the output increases. Even if the laser oscillator 1 is stopped, that is, the application of the high frequency pulse RF is stopped (time T2), the energy is continuously output while being attenuated, and becomes 0 at time T3. The pulse energy Ep of one pulse shown by diagonal lines in the figure is the total energy amount during the period from the time T1 which is the duration of one pulse to the time T3 when the output level becomes 0. The width Pw is controlled as a period from time T1 to time T2. That is, for example, when the pulse width Pw is 2 μs, the time T2 is the time when 5 μs has elapsed from the time T0. Here, the period from the time T0 to the time T1 varies depending on the pulse frequency (pulse period) and is about 3 μs ± 0.3 μs. The laser oscillation frequency of the laser oscillator 1 is about 5 kHz (pulse period 200 μs) at the maximum.

次に、アパーチャ4の径を選定する手順を説明する。レーザ2はfθレンズ6によりアパーチャ径を縮小投影(集光)されるので、レーザ2の出力分布はレーザ2の軸線を対称軸とするガウス分布曲線に似た釣鐘状の曲線になる。そして、上記したように、レーザ2の照射により銅層7cが蒸発してウインドウが形成される。そこで、アパーチャ4の径として、所望の穴径すなわちウインドウ部が銅の蒸発閾値となるような大きさの径が選定される。このため、加工する穴径が異なる場合は、径の異なるアパーチャを選定する。このように、加工しようとする穴径に応じてレーザ2の径を設定すると、光軸位置決め装置を構成するfθレンズ6の高さを上下方向に移動させる必要がなくなり、加工精度が向上するだけでなく、作業性も向上する。アパーチャ4の交換装置としてはいくつかの装置が提案されている。(特許文献1)Next, a procedure for selecting the diameter of the aperture 4 will be described. Since the laser 2 is projected (condensed) with the aperture diameter reduced by the fθ lens 6, the output distribution of the laser 2 becomes a bell-shaped curve similar to the Gaussian distribution curve having the axis of the laser 2 as the axis of symmetry. Then, as described above, the copper layer 7c is evaporated by the irradiation of the laser 2 to form a window. Therefore, as the diameter of the aperture 4, a desired hole diameter, that is, a diameter having a size such that the window portion becomes the evaporation threshold value of copper is selected. Therefore, if the hole diameters to be machined are different, select apertures with different diameters. In this way, if the diameter of the laser 2 is set according to the diameter of the hole to be machined, it is not necessary to move the height of the fθ lens 6 constituting the optical axis positioning device in the vertical direction, and the machining accuracy is only improved. Not only that, workability is also improved. Several devices have been proposed as replacement devices for the aperture 4. (Patent Document 1)

図12はレーザ加工した穴形状の断面図である。
絶縁層のガラス繊維の密度が小さく、下層の銅層7cに反射された最終パルスのレーザ2のほとんどが穴の内部を照射した場合、あるいは形成する穴が深い場合、穴内に生じた分解飛散物により、穴側面の樹脂が抉られ、穴の深さ方向の中間部の直径が上下の直径よりも広がり、同図(a)に示すように穴側面がビヤ樽状の穴になることがある。穴がビヤ樽状になると、同図(b)に示すように後工程のめっき時に穴内にボイド(めっき加工中に穴入口が塞がり,めっき液が穴内に閉じ込められた状態になる)が生じ易くなり、プリント基板不良の主要因になる。
FIG. 12 is a cross-sectional view of a hole shape processed by laser.
When the density of the glass fiber of the insulating layer is low and most of the laser 2 of the final pulse reflected by the copper layer 7c of the lower layer irradiates the inside of the hole, or when the hole to be formed is deep, the decomposed particles generated in the hole. As a result, the resin on the side surface of the hole is cut out, the diameter of the middle portion in the depth direction of the hole is wider than the diameter of the upper and lower parts, and the side surface of the hole may become a beer barrel-shaped hole as shown in FIG. When the hole becomes a beer barrel shape, as shown in Fig. (B), voids (the hole entrance is blocked during the plating process and the plating solution is trapped in the hole) are likely to occur in the hole during plating in the subsequent process. , Is the main cause of defective printed circuit boards.

また、同図(c)に示すように、スルーホールを形成する場合、表裏の穴形状が均一な対称形状でない場合や穴中間部の径がばらつく(±10μm程度)と,めっき仕上がり面の一方の面が凹み、他方の面が凸になり易い。このため、めっき厚を増やして、専用の研磨工程で表面を平らに仕上げる必要がある。Further, as shown in FIG. 3C, when a through hole is formed, if the hole shapes on the front and back surfaces are not uniformly symmetrical or the diameter of the hole intermediate portion varies (about ± 10 μm), one of the plated finished surfaces is formed. The surface of the surface is dented, and the other surface tends to be convex. Therefore, it is necessary to increase the plating thickness and finish the surface flat by a dedicated polishing process.

また、同図(d)に示すようにウインドウ部絶縁層7zだけでなくウインドウ外縁の銅層7c下部の絶縁物7zも熱により抉られ、くぼみ11が形成されることが多い。くぼみ11の直径Dkがウインドウの直径Dよりも15μm以上大きいと、絶縁物7zに形成された穴に対して銅層7cがオーバーハングが7.5um以上となる結果、後工程のめっき時に穴内にボイドが生じ易くなる。さらに、くぼみ11の直径Dkがウインドウの直径Dよりも15μm以上大きい場合、銅層7cと絶縁層7zとの間に剥離(銅層7cと絶縁層7zとの間に空気層がある状態)が発生したり、絶縁層7zの厚さ方向に微小なクラック(以下、単にクラックという。)が発生することがある。隣り合う穴の片方あるいは両方にこのようなクラックが発生していると、後工程のめっき時に剥離部やクラックがめっきされることにより隣接する他の銅層7cとの間で短絡が発生する。したがって、このようなクラックの発生も防止する必要がある。そこで、指定回数Nは大きくなるが、1回のパルスのエネルギを小さくして、加工した穴内面の品質を優れたものにする場合が多い。Further, as shown in FIG. 3D, not only the window portion insulating layer 7z but also the insulating material 7z under the copper layer 7c at the outer edge of the window is scooped out by heat, and a dent 11 is often formed. When the diameter Dk of the recess 11 is larger than the diameter D of the window by 15 μm or more, the copper layer 7c has an overhang of 7.5 um or more with respect to the hole formed in the insulator 7z. Voids are likely to occur. Further, when the diameter Dk of the recess 11 is larger than the diameter D of the window by 15 μm or more, separation (a state where there is an air layer between the copper layer 7c and the insulating layer 7z) occurs between the copper layer 7c and the insulating layer 7z. It may occur, or minute cracks (hereinafter, simply referred to as cracks) may occur in the thickness direction of the insulating layer 7z. If such a crack is generated in one or both of the adjacent holes, a short circuit is generated between the copper layer 7c and the other adjacent copper layer 7c due to plating of the peeled portion or the crack during plating in the subsequent process. Therefore, it is necessary to prevent the occurrence of such cracks. Therefore, although the designated number of times N becomes large , the energy of one pulse is often reduced to improve the quality of the inner surface of the machined hole.

特開2000-84692号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2000-84692

プリント基板7に実装する高密度半導体に対応するため、プリント基板のレーザ加工には、めっきが確実に行える形状の穴を加工することが要求されている。すなわち、
(1)ウインドウおよび絶縁層7zに形成する穴径のばらつきを±5%以下にすること
(2)絶縁層7zに形成する穴は、底面の径が上面の径の80%以上の円錐台であること
(3)ガラス繊維が穴内面に突き出さないようにして穴内面の平滑化をはかること
に加えて、
(4)ウインドウ部絶縁層7z外縁のえぐれ(銅層7cのオーバーハング)を7.5μm(径では、ウインドウ径+15μm)以下にすること
(5)ウインドウ周辺の銅層7cと絶縁層7zとの間に剥離やクラックが無いこと
(6)穴径をさらに小径にすること
(7)隣接する穴との距離を穴径の2倍程度にする(現在は穴径の3~4倍)こと
(8)穴底に損傷が無いこと
(9)スルーホールを形成する場合は、穴中間部の径のばらつきを小さくすること
が要求されている。
上記したように、一度に過大なエネルギで絶縁層7zを加工すると、えぐれが発生したり、穴内部がビヤ樽状になる。そこで、パルス幅Pwzを小さく、すなわちパルスエネルギを小さくしたレーザ2を複数回照射して加工することにより、上記(1)~(3)に関してはある程度解決されていた。しかし、パルス幅Pwzを例えば1.5μsとする場合、時刻T1が±0.3μs程度ばらつくため、エネルギが不足して穴底の径が小さくなる場合があった。このような状態を回避するためにパルス幅Pwzを大きくすると、えぐれが発生したり、穴内部がビヤ樽状になる可能性が大きくなった。また、パルス幅Pwzを変えずに、照射数を増すと、上記したようにガルバノミラー5a、5bが位置決めに要する時間は平均0.4ms(周波数2.5kHz)程度であるため、照射数を1回増す毎に1つの穴の加工時間が0.4ms増加した。このため、さらなる穴品質の向上および加工時間の短縮が求められていた。また、上記の(4)~(9)に関しても改善が要求されていた。
In order to support high-density semiconductors mounted on the printed circuit board 7, laser processing of the printed circuit board is required to process holes having a shape that enables reliable plating. That is,
(1) Make the variation of the hole diameter formed in the window and the insulating layer 7z to ± 5% or less. (2) The hole formed in the insulating layer 7z is a truncated cone whose bottom diameter is 80% or more of the diameter of the top surface. (3) In addition to smoothing the inner surface of the hole by preventing the glass fiber from protruding to the inner surface of the hole.
(4) The gouge of the outer edge of the window insulating layer 7z (overhang of the copper layer 7c) should be 7.5 μm (diameter: window diameter + 15 μm) or less. (5) The copper layer 7c and the insulating layer 7z around the window There should be no peeling or cracks between them (6) Make the hole diameter smaller (7) Make the distance to the adjacent hole about twice the hole diameter (currently 3 to 4 times the hole diameter) ( 8) There is no damage to the bottom of the hole (9) When forming a through hole , it is required to reduce the variation in the diameter of the middle portion of the hole.
As described above, when the insulating layer 7z is processed with excessive energy at one time, gouging occurs or the inside of the hole becomes a beer barrel shape. Therefore, the above (1) to (3) have been solved to some extent by irradiating the laser 2 having a small pulse width Pwz, that is, a small pulse energy, a plurality of times for processing. However, when the pulse width Pwz is set to, for example, 1.5 μs, the time T1 varies by about ± 0.3 μs, so that energy may be insufficient and the diameter of the hole bottom may become smaller. When the pulse width Pwz is increased in order to avoid such a state, there is a high possibility that a gouge occurs or the inside of the hole becomes a beer barrel shape. Further, if the number of irradiations is increased without changing the pulse width Pwz, the time required for positioning the galvano mirrors 5a and 5b as described above is about 0.4 ms (frequency 2.5 kHz) on average, so the number of irradiations is 1. The machining time of one hole increased by 0.4 ms with each increase. Therefore, it has been required to further improve the hole quality and shorten the processing time. Further, improvements have been required for the above (4) to (9).

本発明の目的は、プリント基板7の実装密度をさらに向上させると共に、品質に優れる穴を能率良く加工することができるプリント基板のレーザ加工方法およびプリント基板のレーザ加工機を提供するにある。 An object of the present invention is to provide a laser processing method for a printed circuit board and a laser processing machine for a printed circuit board, which can further improve the mounting density of the printed circuit board 7 and efficiently process holes having excellent quality.

上記課題を解決するため、請求項1の発明は、プリント基板のレーザ加工方法として、 レーザ出力装置から出力されたレーザの外形をアパーチャにより整形し、ガルバノ装置とFθレンズにより前記レーザを位置決めして、銅層と絶縁層とからなるプリント基板の所望の位置に穴を形成するようにしたプリント基板のレーザ加工方法において、第1のアパーチャで整形した前記レーザにより前記銅層に貫通穴を形成し、その後、前記第1のアパーチャよりも小径の第2のアパーチャを用いると共に、パルス幅を調整することにより、前記絶縁層の加工に寄与する前記レーザの径を前記第1のアパーチャで加工された前記貫通穴の径に整形して、前記絶縁層を加工することを特徴とする。In order to solve the above problem, the invention of claim 1 is a method of laser processing a printed substrate, in which the outer shape of a laser output from a laser output device is shaped by an aperture, and the laser is positioned by a galvano device and an Fθ lens. In the laser processing method of a printed substrate in which a hole is formed at a desired position of the printed substrate composed of a copper layer and an insulating layer, a through hole is formed in the copper layer by the laser shaped by the first aperture. After that, the diameter of the laser that contributes to the processing of the insulating layer was processed by the first aperture by using the second aperture having a diameter smaller than that of the first aperture and adjusting the pulse width. It is characterized in that the insulating layer is processed by shaping it to the diameter of the through hole .

また、請求項2の発明は、請求項に記載のプリント基板のレーザ加工方法において、レーザ出力装置から出力されたレーザの外形をアパーチャにより整形し、ガルバノ装置とfθレンズにより前記レーザを位置決めし、銅層と絶縁層とからなる両面プリント基板の一方の面から基板の厚さ方向の略中間地点までの穴を形成し、前記一方の面の反対側である他方の面から基板の厚さ方向の略中間地点までの穴を形成することにより中間部の穴径が小さいX形状の貫通穴(スルーホール)を形成するようにしたプリント基板のレーザ加工方法において、形成された前記貫通穴の内面を、前記貫通穴を形成したアパーチャの穴径よりも小径のアパーチャにより外形を整形したレ-ザで仕上げ加工することを特徴とする。Further, according to the second aspect of the present invention, in the method for processing a printed circuit board laser according to the claim, the outer shape of the laser output from the laser output device is shaped by an aperture, and the laser is positioned by a galvano device and an fθ lens. A hole is formed from one surface of the double-sided printed circuit board composed of a copper layer and an insulating layer to a substantially intermediate point in the thickness direction of the substrate, and the thickness direction of the substrate is formed from the other surface opposite to the one surface. In the laser processing method of a printed circuit board in which an X-shaped through hole (through hole) having a small hole diameter in the middle portion is formed by forming a hole up to a substantially intermediate point of the above, the inner surface of the formed through hole is formed. Is characterized by being finished with a laser whose outer shape is shaped by an aperture having a diameter smaller than the hole diameter of the aperture forming the through hole.

また、請求項3の発明は、レーザ出力装置と、アパーチャを備えるプレートと、ガルバノ装置と、fθレンズと、を備え、前記レーザ出力装置から出力されたレーザの外径を前記アパーチャにより整形し、整形した前記レーザを前記ガルバノ装置と前記fθレンズにより位置決めして、銅層と絶縁層とからなるプリント基板の所望の位置に穴を形成するようにしたプリント基板のレーザ加工機において、径の異なる複数のアパーチャを備える第1のプレートと、前記第1のプレートに設けた各アパーチャの軸線を前記レーザの軸線と同軸に位置決めする前記第1のプレート位置決め装置と、それぞれの軸線が前記レーザの軸線と平行なアパーチャをn個(ただし、nは正の整数)備えるm個(ただし、mは正の整数)のプレ-トと、前記m個の各プレ-トの移動方向を前記レーザの軸心と垂直な方向、かつ、それぞれに設けたアパーチャの軸線を前記レーザの軸線と同軸に位置決めする加工位置と、当該プレートが前記レーザと干渉しない待避位置とに位置決めするm個のプレート位置決め手段と、前記第1のプレートの位置決め装置と前記m個のプレート位置決め手段を制御する制御装置と、を設け、前記第1のプレートを前記レーザの軸線方向の前記レーザ出力装置と前記ガルバノ装置との間の前記レーザ出力装置に最も近い側に配置すると共に、前記m個のプレートを前記レーザの軸線方向の前記第1のプレートと前記ガルバノ装置との間に配置し、前記制御装置は、前記銅層を加工する場合には、前記第1のプレートの指定されたアパーチャの軸線を前記レーザの軸線と同軸に位置決めすると共に、他のm個のプレートを総て待避位置に位置決めし、前記絶縁層を加工する場合は、前記銅層を加工するために用いた前記アパーチャ(以下、「第1のアパーチャ」という。)は当該軸線を前記レーザの軸線と同軸にしたままの状態でn×m個の内の1個の前記銅層を加工するために用いたアパーチャよりも小径のアパーチャ(以下、「第2のアパーチャ」という。)を加工位置に位置決めし、前記第1のアパーチャにより外径を整形された前記レ-ザを前記第2のアパーチャに供給して加工することを特徴とする。Further, the invention of claim 3 includes a laser output device, a plate provided with an aperture, a galvano device, and an fθ lens, and the outer diameter of the laser output from the laser output device is shaped by the aperture. In a laser processing machine for a printed substrate in which the shaped laser is positioned by the galvano device and the fθ lens to form a hole at a desired position on the printed substrate composed of a copper layer and an insulating layer, the diameters are different. A first plate having a plurality of apertures, a positioning device for the first plate that positions the axis of each aperture provided on the first plate coaxially with the axis of the laser, and each axis of the laser. The moving direction of m plates (where m is a positive integer) having n apertures parallel to the axis (where n is a positive integer) and the moving direction of each of the m plates of the laser. M plate positioning means for positioning the processing position for positioning the axis of the aperture provided in each direction perpendicular to the axis and coaxially with the axis of the laser, and the relief position where the plate does not interfere with the laser. The first plate positioning device and the control device for controlling the m plate positioning means are provided, and the first plate is provided with the laser output device and the galvano device in the axial direction of the laser. The m plates are arranged between the first plate in the axial direction of the laser and the galvano device, and the control device is the copper. When processing the layer, the axis of the designated aperture of the first plate is positioned coaxially with the axis of the laser, and all the other m plates are positioned in the retreat position, and the insulating layer is formed. When processing , the aperture used for processing the copper layer (hereinafter referred to as “first aperture”) is n × m with the axis kept coaxial with the axis of the laser. An aperture having a smaller diameter than the aperture used for processing one of the copper layers (hereinafter referred to as "second aperture") is positioned at the processing position, and the outer diameter is determined by the first aperture. It is characterized in that the shaped laser is supplied to the second aperture for processing .

絶縁層7zを加工するレーザ2の径を銅層7cを加工するレーザ2の径以下の径にするが、1つの穴を開ける場合の絶縁層7zの量を従来よりも多くできるので、1つの穴を開ける場合のレーザの照射回数を減らすことができる。また、後述するように、同一のエネルギレベルであってもパルス幅Pwを大きくすることができるので、安定した加工結果が得られるだけでなく、1つの穴を開ける場合のレーザの照射回数を減らすことができる。この結果、ウインドウおよび絶縁層7zに形成する穴径のばらつきを±5%以下にすること、絶縁層7zに形成する穴の底面の径を表面の穴径の80%以上にすること、ガラス繊維が穴内面に突き出さないようにして穴内面の平滑化をはかること、が可能になり、加工時間を短くすることができると共に、プリント基板の熱変形が小さくなるので加工精度が向上する。 The diameter of the laser 2 that processes the insulating layer 7z is set to a diameter smaller than or equal to the diameter of the laser 2 that processes the copper layer 7c, but the amount of the insulating layer 7z when making one hole can be larger than before, so one It is possible to reduce the number of laser irradiations when making holes. Further, as will be described later, since the pulse width Pw can be increased even at the same energy level, not only stable processing results can be obtained, but also the number of laser irradiations when drilling one hole is reduced. be able to. As a result, the variation in the hole diameter formed in the window and the insulating layer 7z should be ± 5% or less, the diameter of the bottom surface of the hole formed in the insulating layer 7z should be 80% or more of the hole diameter of the surface, and the glass fiber. It is possible to smooth the inner surface of the hole so that the glass does not protrude to the inner surface of the hole, the processing time can be shortened, and the thermal deformation of the printed circuit board is reduced, so that the processing accuracy is improved.

また、絶縁層7zのえぐれを7.5μm以下にすること、ウインドウ周辺の銅層7cと絶縁層7zとの間の剥離や絶縁層7zのクラックを低減すること、穴径をさらに小径にすること、隣接する穴との距離を穴径の2倍程度にすること、が可能になるので、プリント基板の実装密度を高くすることができる。 In addition, the gouge of the insulating layer 7z should be 7.5 μm or less, the peeling between the copper layer 7c and the insulating layer 7z around the window and the cracks of the insulating layer 7z should be reduced, and the hole diameter should be further reduced. Since it is possible to make the distance from the adjacent holes about twice the hole diameter, the mounting density of the printed circuit board can be increased.

また、スルーホールを形成する場合において、表裏の穴形状が均一な対称形状でない場合の穴中間部の径のばらつきだけでなく、表裏の穴形状が均一な対称形状の場合においても穴中間部の径のばらつきを小さくすることができるので、プリント基板の品質が向上する。Further, when forming a through hole , not only the diameter of the hole middle portion varies when the front and back hole shapes are not uniformly symmetrical, but also the hole middle when the front and back hole shapes are uniform symmetrical. Since the variation in the diameter of the portion can be reduced, the quality of the printed circuit board is improved.

さらに、底付き穴の底面を仕上げ加工する工程を設けることにより、穴径が均一になるので、穴径をさらに小径化することができる。 Further, by providing a step of finishing the bottom surface of the bottomed hole, the hole diameter becomes uniform, so that the hole diameter can be further reduced.

また、加工する穴径が小径の場合でも、絶縁層7zに加工する穴の径をウインドウ径に一致させることにより品質に優れる穴を加工することができる。 Further, even when the hole diameter to be machined is small, it is possible to machine a hole having excellent quality by matching the diameter of the hole to be machined in the insulating layer 7z with the window diameter.

本発明を実施するための第1のレーザ加工機の全体図である。It is an whole view of the 1st laser processing machine for carrying out this invention. 本発明に係る第1のレーザ加工機の加工手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the processing procedure of the 1st laser processing machine which concerns on this invention. 加工の経過をパルスエネルギEpを用いて説明する図である。It is a figure explaining the process of processing using the pulse energy Ep. パルスエネルギEpの空間分布を示す図である。It is a figure which shows the spatial distribution of a pulse energy Ep. レーザ加工した穴形状の断面図である。It is sectional drawing of the hole shape processed by a laser. 本発明を実施するための第2のレーザ加工機の全体図である。It is an whole view of the 2nd laser processing machine for carrying out this invention. 本発明に係る第2のレーザ加工機の加工手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the processing procedure of the 2nd laser processing machine which concerns on this invention. 本発明に係る第2の穴底処理の加工手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the processing procedure of the 2nd hole bottom processing which concerns on this invention. 従来のレーザ加工機の構成図である。It is a block diagram of the conventional laser processing machine. 従来のレーザ加工機の加工手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the processing procedure of the conventional laser processing machine. レーザ発振器の出力を説明する図である。It is a figure explaining the output of a laser oscillator. レーザ加工した穴形状の断面図である。It is sectional drawing of the hole shape processed by a laser.

図1は本発明を実施するための第1のレーザ加工機の全体図であり、従来と同じ物あるいは同一機能の物は同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
レーザ出力装置110とガルバノミラー5aとの間には反射率が高い銅製で円盤状の大プレート20が配置されている。大プレート20の回転の軸線Oから半径rの円周上には、直径40~250μmの穴を加工することができるように、径の異なるn個のアパーチャ41~4nが配置されている。アパーチャ41~4nは円周方向等間隔に配置されている。アパーチャ41~4nの各軸線と大プレート20の回転の軸線Oは平行である。大プレート20の回転の軸線Oはレーザ2の軸線と平行かつ距離rの位置に位置決めされている。大プレート20は大プレート位置決め装置21により回転および回転方向位置決め自在に保持されている。大プレート位置決め装置21は制御装置10に接続されている。
大プレート20とガルバノミラー5aとの間には大プレート20に設けられたアパーチャ41~4nと同数のアパーチャ4A1~4Anを備えるプレート22Aがレーザ2の軸線と垂直な方向に配置されている。アパーチャ4A1~4Anのそれぞれの穴径は対応するアパーチャ41~4nのそれぞれの穴径よりも小径である。プレート22Aは直線方向に移動する第1の直動装置23Aに支持されている。プレート22Aは第1の直動装置23Aの一方の移動端においてアパーチャ4A1~4Anのいずれかの軸線がレーザ2の軸線と同軸になる位置(動作位置)に位置決めされる。また、第1の直動装置23Aの他方の移動端において、プレート22Aはレーザ2と干渉しない位置(待避位置)に位置決めされる。第1の直動装置23Aは移動方向が第1の直動装置23Aの移動方向と直角である第2の直動装置24Aに支持されている。第2の直動装置24Aは動作位置にあるアパーチャ4A1~4Anの内のいずれかの軸線をレーザ2の軸線と同軸に位置決めする。この結果、加工に使用されるアパーチャ4A1~4Anの内のいずれかの軸線が加工位置に位置決めされる。すなわち、第1の直動装置23Aと第2の直動装置24Aとでアパーチャ4A1~4Anの位置決め装置を構成している。第1の直動装置23Aと第2の直動装置24Aはそれぞれ制御装置10に接続されている。ここで、直動装置23Aの動作速度は大プレート位置決め装置21の動作速度よりも遥かに高速である。
FIG. 1 is an overall view of a first laser processing machine for carrying out the present invention, and the same reference numerals and the same reference numerals are given to those having the same functions as those of the conventional ones, and detailed description thereof will be omitted.
A large disk-shaped plate 20 made of copper having high reflectance is arranged between the laser output device 110 and the galvano mirror 5a. N apertures 41 to 4n having different diameters are arranged on the circumference of the radius r from the axis of rotation O of the large plate 20 so that holes having a diameter of 40 to 250 μm can be machined. The apertures 41 to 4n are arranged at equal intervals in the circumferential direction. Each axis of the apertures 41 to 4n and the axis O of rotation of the large plate 20 are parallel. The rotation axis O of the large plate 20 is positioned parallel to the axis of the laser 2 and at a position r. The large plate 20 is held by the large plate positioning device 21 so as to be rotatable and positionable in the rotational direction. The large plate positioning device 21 is connected to the control device 10.
Between the large plate 20 and the galvano mirror 5a, a plate 22A having the same number of apertures 4A1 to 4An as the apertures 41 to 4n provided on the large plate 20 is arranged in a direction perpendicular to the axis of the laser 2. The hole diameters of the apertures 4A1 to 4An are smaller than the hole diameters of the corresponding apertures 41 to 4n. The plate 22A is supported by a first linear motion device 23A that moves in a linear direction. The plate 22A is positioned at one moving end of the first linear motion device 23A at a position (operating position) where the axis of any of the apertures 4A1 to 4An is coaxial with the axis of the laser 2. Further, at the other moving end of the first linear motion device 23A, the plate 22A is positioned at a position (retract position) that does not interfere with the laser 2. The first linear motion device 23A is supported by a second linear motion device 24A whose moving direction is perpendicular to the moving direction of the first linear motion device 23A. The second linear motion device 24A positions any of the axes of the apertures 4A1 to 4An at the operating position coaxially with the axis of the laser 2. As a result, any one of the apertures 4A1 to 4An used for machining is positioned at the machining position. That is, the first linear motion device 23A and the second linear motion device 24A constitute a positioning device for apertures 4A1 to 4An. The first linear motion device 23A and the second linear motion device 24A are connected to the control device 10, respectively. Here, the operating speed of the linear motion device 23A is much higher than the operating speed of the large plate positioning device 21.

次に、動作を説明する。
図2は本発明に係る第1のレーザ加工機の加工手順を示すフローチャートである。
制御装置10は加工プログラムを読み込み、X-Yテーブル9を移動させて、最初のスキャン領域8をfθレンズ6に対向させる(手順S10)。また、最初のスキャン領域8内で最初に加工する穴径に対応する大プレート20のアパーチャ(アパーチャ41~4nの内のいずれか1個。以下、選択されたアパーチャをアパーチャ4sと言う。)を選択し、当該アパーチャの軸線をレーザ2の軸線と同軸に位置決めすると共に、必要に応じてビーム径調整装置100によりビーム2のエネルギ密度を変更する(手順S20)。また、プレート22Aを動作位置に位置決めした時に、アパーチャ4A1~4Anの内の絶縁物加工時に使用するアパーチャ(以下、選択されたアパーチャをアパーチャ4Asと言う)の軸線がレーザ2の軸線と一致するように第2の直動装置24Aを動作させると共に、プレート22Aを待避位置に位置決めする(手順S30)。そして、当該スキャン領域8内において指定された位置の総ての銅層7cにウインドウを加工する(手順S50、手順S60)。すなわち、レーザ出力装置110から出力されたレーザ2の外径をアパーチャ4sにより整形し、ガルバノミラー5a、5bとfθレンズ6とで構成される光軸位置決め装置によりレーザ2の軸線を位置決めしてプリント基板7に入射させる。ここで、従来技術と同様、ウインドウをレーザ2の1回の照射(すなわち、1パルスの照射)で形成すると共に、スキャン領域8内の残りの穴の銅層7cを加工する。銅層7cの加工が終了したら、プレート22Aを動作位置に位置決めし、すなわち、絶縁物加工時に使用するアパーチャ4Asの軸線をレーザ2の軸線と一致させ(手順S70)、当該スキャン領域8内におけるウインドウ部絶縁層7zを加工して穴を完成させる。すなわち、絶縁層7zにレーザ2を照射する指定回数Nを記憶し、照射回数iをi=1とする(手順S80、手順S90)。そして、当該スキャン領域8内における総てのウインドウ部絶縁層7zにレーザ2を1パルスずつ照射する(手順S100、手順S110)。そして、当該スキャン領域8内における総てのウインドウ部絶縁層7zにレーザ2を照射したら、照射回数iをi=i+1とした後、指定回数Nと照射回数iとを比較し(手順S120、手順S130)、i≦Nの場合は手順S100の処理を行い、i>Nの場合は手順S500の処理を行う。手順S500では当該スキャン領域8内に径の異なる未加工の穴があるかどうかを確認し、未加工の穴がある場合は手順S20の作業を行う。また、未加工の穴がない場合は未加工のスキャン領域8があるかどうかを確認し(手順S510)、未加工のスキャン領域8がある場合は手順S10の作業を行い、未加工のスキャン領域8がない場合は加工を終了する。
Next, the operation will be described.
FIG. 2 is a flowchart showing a processing procedure of the first laser processing machine according to the present invention.
The control device 10 reads the machining program, moves the XY table 9, and makes the first scan area 8 face the fθ lens 6 (procedure S10). Further, the aperture of the large plate 20 corresponding to the hole diameter to be machined first in the first scan area 8 (any one of the apertures 41 to 4n; hereinafter, the selected aperture is referred to as the aperture 4s). It is selected, the axis of the aperture is positioned coaxially with the axis of the laser 2, and the energy density of the beam 2 is changed by the beam diameter adjusting device 100 as necessary (procedure S20). Further, when the plate 22A is positioned at the operating position, the axis of the aperture (hereinafter, the selected aperture is referred to as the aperture 4As) used for processing the insulator in the apertures 4A1 to 4An is aligned with the axis of the laser 2. The second linear motion device 24A is operated, and the plate 22A is positioned at the shelter position (procedure S30). Then, a window is machined on all the copper layers 7c at the designated positions in the scan area 8 (procedure S50, procedure S60). That is, the outer diameter of the laser 2 output from the laser output device 110 is shaped by the aperture 4s, and the axis of the laser 2 is positioned and printed by the optical axis positioning device composed of the galvano mirrors 5a and 5b and the fθ lens 6. It is incident on the substrate 7. Here, as in the prior art, the window is formed by one irradiation of the laser 2 (that is, one pulse irradiation), and the copper layer 7c of the remaining holes in the scan region 8 is processed. When the processing of the copper layer 7c is completed, the plate 22A is positioned at the operating position, that is, the axis of the aperture 4As used for insulating material processing is aligned with the axis of the laser 2 (procedure S70), and the window in the scan area 8 is concerned. The partial insulating layer 7z is processed to complete the hole. That is, the designated number of times N of irradiating the laser 2 with the insulating layer 7z is stored, and the number of times of irradiation i is set to i = 1 (procedure S80, procedure S90). Then, the laser 2 is irradiated one pulse at a time to all the window portion insulating layers 7z in the scan region 8 (procedure S100, procedure S110). Then, when the laser 2 is irradiated to all the window portion insulating layers 7z in the scan area 8, the number of irradiations i is set to i = i + 1, and then the specified number of times N and the number of irradiations i are compared (procedure S120, procedure). S130), if i ≦ N, the process of procedure S100 is performed, and if i> N, the process of procedure S500 is performed. In procedure S500, it is confirmed whether or not there are unprocessed holes having different diameters in the scan area 8, and if there are unprocessed holes, the operation of procedure S20 is performed. If there is no unprocessed hole, it is confirmed whether there is an unprocessed scan area 8 (procedure S510), and if there is an unprocessed scan area 8, the operation of step S10 is performed, and the unprocessed scan area is performed. If there is no 8, processing is finished.

次に、従来技術で説明したと同じ径のウインドウを加工する場合において、本願を適用した加工を具体的に説明する。
本願ではウインドウの径がDである場合、絶縁物に開ける穴の径をDより小さい、例えば0.7Dとして加工する。このようにすると、除去する絶縁物の量が従来の49%すなわち約1/2であるから、例えば、従来6パルスで加工していた場合、本願では同じエネルギの3パルスで加工することができる。この場合、従来の6パルスの場合と同じエネルギで加工するので、加工した穴内面の品質が低下することはない。
Next, in the case of processing a window having the same diameter as described in the prior art, the processing to which the present application is applied will be specifically described.
In the present application, when the diameter of the window is D, the diameter of the hole to be drilled in the insulator is smaller than D, for example, 0.7D. By doing so, the amount of the insulating material to be removed is 49% of the conventional one, that is, about 1/2. Therefore, for example, when the conventional processing is performed with 6 pulses, in the present application, the processing can be performed with 3 pulses of the same energy. .. In this case, since the processing is performed with the same energy as in the case of the conventional 6 pulse, the quality of the processed hole inner surface is not deteriorated.

また、絶縁層7zを加工する際、加工する穴径はウインドウの径より小さいから、くぼみ11の径が拡大することもほとんどないし、えぐれも発生しない。 Further, when the insulating layer 7z is machined, the diameter of the hole to be machined is smaller than the diameter of the window, so that the diameter of the recess 11 hardly expands and no gouge occurs.

以上、絶縁層に加工する穴の径をウインドウの径よりも小さくする場合について説明したが、加工する穴が例えば80μm以下の小径穴である場合、絶縁層7zに加工する穴の径をウインドウの径よりも小径にすると加工が難しくなる場合がある。このような場合、本発明者は、絶縁層7zに加工する穴の径をウインドウの径に合わせる、すなわち絶縁層7zに加工する穴の径をウインドウの径と同じにすれば解決できることに気がついた。また、従来は試行錯誤的に決定されていた絶縁層7zの加工条件を適切に定める手段を見つけることにより、品質に優れる穴を加工できると共に、短時間で加工条件を設定することが可能になると考えた。そこで、種々の条件を変えて加工実験を行い、何をパラメータとすれば実験で得られたデータをまとめられるかを検討した。その結果、絶縁物が蒸発するエネルギレベルk(以下、単にエルギレベルkという)と、絶縁層を構成するガラス繊維が蒸発するエネルギレベルg(以下、単にエルギレベルgという)と、銅が蒸発するエネルギレベルj(以下、単にエルギレベルjという)とに基づいて加工データを整理すると、加工結果をうまく説明できることを見いだした。そして、絶縁層7zの表面を絶縁層7zを構成するガラス繊維が蒸発するエネルギレベルgに一致させることにより、えぐれがほとんど発生せず、穴の内部がビヤ樽状になることもないことを確認した。
なお、絶縁層7zに加工する穴の径をウインドウの径よりも小径にしても良いことは言うまでも無い。
The case where the diameter of the hole to be machined in the insulating layer is smaller than the diameter of the window has been described above. However, when the hole to be machined is a small diameter hole of, for example, 80 μm or less, the diameter of the hole to be machined in the insulating layer 7z is set to the window. If the diameter is smaller than the diameter, processing may become difficult. In such a case, the present inventor has noticed that the problem can be solved by adjusting the diameter of the hole to be machined in the insulating layer 7z to the diameter of the window , that is, making the diameter of the hole to be machined in the insulating layer 7z the same as the diameter of the window . .. Further, by finding a means for appropriately determining the processing conditions of the insulating layer 7z, which has been determined by trial and error in the past, it is possible to process holes having excellent quality and to set the processing conditions in a short time. Thought. Therefore, we conducted machining experiments under various conditions and examined what parameters should be used to summarize the data obtained in the experiments. As a result, the energy level k at which the insulator evaporates (hereinafter, simply referred to as Elgi level k), the energy level g at which the glass fibers constituting the insulating layer evaporate (hereinafter, simply referred to as Elgi level g), and the energy level at which copper evaporates. It was found that the machining results can be explained well by organizing the machining data based on j (hereinafter, simply referred to as Elgi level j). Then, it was confirmed that by matching the surface of the insulating layer 7z with the energy level g at which the glass fibers constituting the insulating layer 7z evaporate, almost no gouge occurs and the inside of the hole does not become a beer barrel shape. ..
Needless to say, the diameter of the hole to be machined in the insulating layer 7z may be smaller than the diameter of the window.

以下、上記知見に基づく本願発明による加工方法を、従来技術の見直しを含めて説明する。
図3は加工の経過をパルスエネルギEpを用いて説明する図であり、(a)と(b)は従来技術の場合を、(c)は本願発明の場合を、それぞれ説明する図である。ここで、同図におけるDrは図1におけるプレート20のアパーチャすなわちアパーチャ4sの集光径、Drsは図1における選択されたプレート22Aのアパーチャすなわちアパーチャ4Asの集光径、Dはウインドウ径である。また、K面は導体層7c下面に接する絶縁層7zの上面であり、絶縁層7zの厚さはhであるとする。なお、理解を容易にするため、絶縁層7zはウインドウ形成による熱の影響を受けておらず、表面が平坦であるとする。
Hereinafter, the processing method according to the present invention based on the above findings will be described, including a review of the prior art.
FIG. 3 is a diagram for explaining the process of processing using pulse energy Ep, (a) and (b) are diagrams for explaining the case of the prior art, and (c) is a diagram for explaining the case of the present invention. Here, Dr in FIG. 1 is the focusing diameter of the aperture or aperture 4s of the plate 20 in FIG. 1, Drs is the focusing diameter of the aperture or aperture 4As of the selected plate 22A in FIG. 1, and D is the window diameter. Further, it is assumed that the K surface is the upper surface of the insulating layer 7z in contact with the lower surface of the conductor layer 7c, and the thickness of the insulating layer 7z is h. For ease of understanding, it is assumed that the insulating layer 7z is not affected by heat due to window formation and has a flat surface.

A.従来技術における典型的な加工例
エネルギ分布曲線Ldrはアパーチャ4sにより外径を整形されたパルスエネルギEpの空間分布を示す曲線であり、高さ方向がエネルギの大きさである。E0はエネルギレベル0の位置である。
理想的な加工例の場合、エネルギ分布曲線Ldrのエネルギレベルgの直径がK面においてウインドウ径Dとなるようにパルス幅Pwが設定される。
ここで、エネルギ分布曲線Ldrにおいてレーザ2の軸線Oから半径Δrの位置におけるエネルギレベルgからのエネルギレベルをΔpとする。そして、軸線Oから半径0.4Dである半径Δrを「半径Δrm」、また半径ΔrmにおけるエネルギレベルΔpを「エネルギレベルΔpm」という。なお、仮定から、Δr=D/2におけるΔpは0である。
第1パルスにより、絶縁層7zの表層部はエネルギ分布曲線Ldrに沿って加工され、半径Δrの絶縁層7zの表層部はΔpだけ加工される。第2パルスのエネルギ分布曲線Ldrは第1パルスと同じであるが、半径Δrの位置の絶縁層7zの表層部はすでに第1パルスによってΔpだけ加工されているため、第1パルスで加工された絶縁層7zの表面がΔpだけ加工、すなわち、2Δp加工される。以下、同様に指定されたパルス数だけ加工が進み、加工が進むと共に、加工された穴の側面は底面に対して垂直に近づく。そして、穴底の直径が0.8D以上になるまで、すなわち、nパルス目のレーザによりn×Δpm≧hになるまでレーザ2を照射する。図示の場合、計算上6Δpmが厚さhよりも大きくなる(すなわち、下層の銅層7cの表面に達する)ので、6パルス目で加工を終了する。
このようにすると、穴側面はエネルギレベルgを超えることが無いので、えぐれは発生せず、品質に優れた穴を加工できるが、加工時間が長くなる。
A. Typical processing example in the prior art The energy distribution curve Ldr is a curve showing the spatial distribution of the pulse energy Ep whose outer diameter is shaped by the aperture 4s, and the energy magnitude is in the height direction. E0 is the position of energy level 0.
In the case of an ideal machining example, the pulse width Pw is set so that the diameter of the energy level g of the energy distribution curve Ldr becomes the window diameter D on the K plane.
Here, let Δp be the energy level from the energy level g at the position of the radius Δr from the axis OL of the laser 2 in the energy distribution curve Ldr . The radius Δr having a radius of 0.4D from the axis OL is referred to as “radius Δrm”, and the energy level Δp at the radius Δrm is referred to as “energy level Δpm”. From the assumption, Δp at Δr = D / 2 is 0.
By the first pulse, the surface layer portion of the insulating layer 7z is processed along the energy distribution curve Ldr, and the surface layer portion of the insulating layer 7z having a radius Δr is processed by Δp. The energy distribution curve Ldr of the second pulse is the same as that of the first pulse, but the surface layer portion of the insulating layer 7z at the position of the radius Δr has already been processed by Δp by the first pulse, so that it was processed by the first pulse. The surface of the insulating layer 7z is processed by Δp, that is, processed by 2Δp. Hereinafter, the machining proceeds by the specified number of pulses, and as the machining progresses, the side surface of the machined hole approaches perpendicular to the bottom surface. Then, the laser 2 is irradiated until the diameter of the hole bottom becomes 0.8D or more, that is, until n × Δpm ≧ h by the laser of the nth pulse. In the case of the figure, since 6Δpm is calculated to be larger than the thickness h (that is, it reaches the surface of the lower copper layer 7c), the processing is completed at the 6th pulse.
In this way, since the side surface of the hole does not exceed the energy level g, no gouge occurs and a hole having excellent quality can be machined, but the machining time becomes long.

B.従来技術の加工時間を短縮しようとして失敗する加工例(ここでは、加工時間を短縮するために、Aで説明したと同じワークを3パルスで加工するようにした場合)
今、絶縁層7zをh/3だけ加工するエネルギレベルをpとする。3パルスで穴底の直径を0.8D以上とする穴を加工するため、エネルギ分布曲線Ldrのエネルギレベルが半径Δrmにおいてエネルギレベル(g+p)となるようにパルス幅を決める。この場合、ウインドウ径D外縁のエネルギレベルは半径Δrmにおけるエネルギレベル(g+p)よりもエネルギレベルΔq(加工量に換算するとδ)だけ小さくなる。
以上の設定であるから、半径Δrmにおいて、1パルス目のレーザにより表面からh/3の深さまで、2パルス目で2/3hの深さまで、3パルス目で所望の底面径に加工される。また、ウインドウ径D外縁において、1パルス目で表面から(h/3-δ)の深さまで、2パルス目で(2h/3-2δ)の深さまで、3パルス目で(h-3δ)まで加工される。そして、K面から(h-3δ)までの穴の側面は底面に垂直である。しかし、特に1パルス目のレーザにより、穴側面はエネルギレベルgよりはるかに大きいエネルギレベルにさらされる結果、絶縁層7zが過熱状態になって蒸発し、ウインドウの外縁にえぐれが発生する。また、2パルス目では穴底が深くなるため、過熱状態になった絶縁層の蒸発物が穴から逃げにくくなり、えぐれが拡大する、そして、3パルス目のレーザにより、えぐれはさらに大きくなるだけでなく、穴中間部がビヤ樽状になってしまう。
このように、単に加工エネルギを増加しても品質に優れる穴は加工できない。
B. An example of machining that fails when trying to shorten the machining time of the conventional technique (here, in order to shorten the machining time, the same workpiece as described in A is machined with 3 pulses).
Now, let p be the energy level for processing the insulating layer 7z by h / 3. In order to machine a hole having a hole bottom diameter of 0.8D or more with three pulses, the pulse width is determined so that the energy level of the energy distribution curve Ldr becomes the energy level (g + p) at the radius Δrm. In this case, the energy level at the outer edge of the window diameter D is smaller by the energy level Δq (δ when converted to the processing amount) than the energy level (g + p) at the radius Δrm.
With the above settings, the laser at the first pulse processes the laser to a depth of h / 3 from the surface, a depth of 2/3 h at the second pulse, and a desired bottom diameter at the third pulse at a radius of Δrm. Further, at the outer edge of the window diameter D, the first pulse is from the surface to the depth of (h / 3-δ), the second pulse is to the depth of (2h / 3-2δ), and the third pulse is to (h-3δ). It will be processed. The side surface of the hole from the K plane to (h-3δ) is perpendicular to the bottom surface. However, especially with the first pulse laser, the side surface of the hole is exposed to an energy level much higher than the energy level g, and as a result, the insulating layer 7z becomes overheated and evaporates, and the outer edge of the window is gouged. Also, since the bottom of the hole becomes deeper in the second pulse, it becomes difficult for the evaporated evaporation of the overheated insulating layer to escape from the hole, and the gouge expands, and the laser in the third pulse only makes the gouge even larger. Instead, the middle part of the hole becomes a beer barrel shape.
In this way, it is not possible to machine a hole with excellent quality simply by increasing the machining energy.

C.本願の場合の加工例
エネルギ分布曲線Ldrsはアパーチャ4Asにより外径を整形されたパルスエネルギEpの空間分布を示す曲線であり、高さ方向がエネルギの大きさである。本願では、エネルギ分布曲線Ldrsとして、K面のウインドウ端面におけるエネルギレベルがエネルギレベルg、半径Δrmにおけるエネルギレベルがエネルギレベル(p+g)となるようにパルス幅を定める。
1パルス目のレーザにより、半径Δrmにおいて、表面からh/3の深さまで、2パルス目で2/3hの深さま加工され、3パルス目で所望の底面径に加工される。また、穴の側面は徐々に垂直に近づくが、穴側面はエネルギレベルgを超えることが無いので、えぐれは発生せず、品質に優れた穴を加工でき、しかも、従来に比べて加工時間を短く(従来が6パルスの場合は50%減)することができる。なお、半径Δrmにおけるエネルギレベルをエネルギレベル(p+g)としたが、エネルギレベル(p+g)以上にすると、穴の側面をさらに垂直面に近づけることができる。
また、ここでは絶縁層7zに加工する穴の径をウインドウ径Dとしたが、絶縁層7zに加工する穴の径をウインドウ径Dよりも小径とすることができるのは言うまでも無い。
なお、上記A、B、Cの各例においては絶縁層7zはウインドウ形成による熱の影響を受けていないとしたが、実際には表面に凹みが発生しているので、照射パルス数が若干減る場合が多い。
C. Processing example in the case of the present application The energy distribution curve Ldrs is a curve showing the spatial distribution of the pulse energy Ep whose outer diameter is shaped by the aperture 4As, and the energy magnitude is in the height direction. In the present application, as the energy distribution curve Ldrs, the pulse width is determined so that the energy level at the window end surface of the K plane is the energy level g and the energy level at the radius Δrm is the energy level (p + g).
With the laser of the first pulse, the laser is processed to a depth of 2/3 h from the surface to a depth of h / 3 at a radius of Δrm, and is processed to a desired bottom diameter at the third pulse. In addition, the side surface of the hole gradually approaches the vertical direction, but the side surface of the hole does not exceed the energy level g, so that no gouge occurs, a hole with excellent quality can be machined, and the machining time is shorter than before. It can be shortened (50% reduction in the case of conventional 6 pulses). The energy level in the radius Δrm is set to the energy level (p + g), but if the energy level is set to be equal to or higher than the energy level (p + g), the side surface of the hole can be made closer to the vertical surface.
Further, although the diameter of the hole to be machined in the insulating layer 7z is set to the window diameter D here, it goes without saying that the diameter of the hole to be machined in the insulating layer 7z can be made smaller than the window diameter D.
In each of the above examples A, B, and C, it was assumed that the insulating layer 7z was not affected by the heat generated by the window formation, but since the surface is actually dented, the number of irradiation pulses is slightly reduced. In many cases.

次に、加工時におけるウインドウ付近の熱影響について説明する。
図4はパルスエネルギEpの空間分布を示す図であり、横軸は径、縦軸はエネルギの大きさである。図において、E0はエネルギ0のレベル、Ezで示すエネルギレベルは絶縁物が蒸発するエネルギレベルk、Egで示すエネルギレベルは絶縁層を構成するガラス繊維が蒸発するエネルギレベルg、A-Aで示すエネルギレベルは銅が蒸発するエネルギレベルjである。また、一点鎖線で示すエネルギ分布曲線LDはアパーチャ4sの集光径がDrの場合を、実線で示すエネルギ分布曲線Ldはアパーチャ4Asの集光径がDrsである場合を、それぞれ示している。ここで、エネルギ分布曲線LDは銅が蒸発するエネルギレベルjにおける径がD(すなわちウインドウ径)でありエネルギ分布曲線Ldは絶縁層のガラス繊維が蒸発するエネルギレベルgにおける径がDである。
ここで、エネルギ分布曲線LDがエネルギレベルEzで交わる点を点C、Cとし、エネルギ分布曲線LdがエネルギレベルEzで交わる点を点Q、Qとする。また、エネルギレベルEzにおいて直径Dに対応する位置をB-Bとする。すると、エネルギ分布曲線Ldの場合、絶縁物から見て断面が略三角形PBQで囲まれるエネルギがウインドウの外周に供給される。一方、銅層加工時に採用したパルス幅Pw(エネルギ分布曲線はエネルギ分布曲線LD)のパルス幅Pwを小さくし、エネルギ分布曲線がウインドウの外周においてエネルギレベルgとなるエネルギ分布曲線LDzにしたとすると、同図から明らかなように1パルスでの絶縁物の除去量が少ないため、パルス数を増す必要がある。また、エネルギ分布曲線LDzはエネルギレベルEzと点R、Rで交わり、絶縁物から見て断面が略三角形PBQよりも大きい略三角形PBRで囲まれるエネルギがウインドウの外周に供給されるため、熱影響が大きくなる。また、上記図3で説明したように、選択したエネルギレベルがエネルギレベルgよりも大きい場合、えぐれが発生しやすくなり、穴内部がバレル状になりやすい。
また、エネルギレベルkをウインドウの径Dに合わせた場合、くぼみ11の発生を抑えることはできるが、加工された穴の内部にガラス繊維が残りやすくなるので、実用できない。
Next, the thermal effect near the window during processing will be described.
FIG. 4 is a diagram showing the spatial distribution of pulse energy Ep, in which the horizontal axis represents the diameter and the vertical axis represents the magnitude of energy. In the figure, E0 is the energy level of 0, the energy level indicated by Ez is the energy level k at which the insulator evaporates, the energy level indicated by Eg is the energy level g at which the glass fibers constituting the insulating layer evaporates, and AA is indicated. The energy level is the energy level j at which copper evaporates. Further, the energy distribution curve LD shown by the alternate long and short dash line shows the case where the focusing diameter of the aperture 4s is Dr, and the energy distribution curve Ld shown by the solid line shows the case where the focusing diameter of the aperture 4As is Drs. Here, in the energy distribution curve LD, the diameter at the energy level j where copper evaporates is D (that is, the window diameter), and in the energy distribution curve Ld, the diameter at the energy level g where the glass fibers of the insulating layer evaporate is D.
Here, the points where the energy distribution curve LD intersects at the energy level Ez are designated as points C and C, and the points where the energy distribution curve Ld intersects at the energy level Ez are designated as points Q and Q. Further, the position corresponding to the diameter D at the energy level Ez is defined as BB. Then, in the case of the energy distribution curve Ld, energy whose cross section is surrounded by a substantially triangular PBQ when viewed from the insulator is supplied to the outer periphery of the window. On the other hand, suppose that the pulse width Pw of the pulse width Pw (energy distribution curve is the energy distribution curve LD) adopted at the time of copper layer processing is reduced to make the energy distribution curve LDz whose energy distribution curve is the energy level g at the outer periphery of the window. As is clear from the figure, the amount of insulation removed by one pulse is small, so it is necessary to increase the number of pulses. Further, the energy distribution curve LDz intersects with the energy level Ez at points R and R, and the energy surrounded by the substantially triangular PBR whose cross section is larger than the substantially triangular PBQ when viewed from the insulator is supplied to the outer periphery of the window, so that it is affected by heat. Becomes larger. Further, as described with reference to FIG. 3, when the selected energy level is larger than the energy level g, gouging tends to occur and the inside of the hole tends to have a barrel shape.
Further, when the energy level k is adjusted to the diameter D of the window, the generation of the dent 11 can be suppressed, but the glass fiber tends to remain inside the machined hole, which is not practical.

ここで、プリント基板として多用されている「ガラスエポキシ基板」のエネルギレベルk、エネルギレベルgの具体的な確認方法について説明する。
ガラスエポキシ基板は、ガラス繊維の布にエポキシ樹脂をしみ込ませ熱硬化処理を施して板状にしたFR4を基材として、これに銅箔(銅層)を貼付けて一体にしたプリント基板であるが、ガラスエポキシ基板におけるガラス繊維とエポキシ樹脂の位置関係は厚さ方向に一様では無い。すなわち、ガラスエポキシ基板の位置によってガラス繊維が表面に近い(エポキシ樹脂の層が薄い)箇所と、ガラス繊維が奥にある(エポキシ樹脂の層が厚い)箇所とがある。そこで、表面の銅層をエッチングにより除去し、エポキシ樹脂の層が厚い箇所にレーザ2を照射して、穴径を測定する。測定された穴の径がこの場合のエネルギレベルkの直径に対応する。また、エポキシ樹脂の層が薄い箇所にレーザ2を照射して、穴径を測定する。測定された穴の径がこの場合のエネルギレベルgの直径に対応する。この場合、ガラス繊維が穴の外縁で円形に加工されている穴の径を測定するようにする。
なお、エネルギレベルjの直径はウインドウ径で得られることは言うまでも無い。
本発明者は、例えば、黒化処理した厚さ7μmの銅層と絶縁層60μmのビルドアップ層を持つプリント基板の場合、エネルギレベルgおよびエネルギレベルjはそれぞれ、g=5k、j=11k程度であることを確認した。また、表面処理がされていない厚さ1.5μmの銅層と絶縁層40μmのビルドアップ層を持つプリント基板の場合もエネルギレベルk、エネルギレベルg、エネルギレベルjとの間には上記の場合とほぼ同様の関係があることを確認した。
Here, a specific method for confirming the energy level k and the energy level g of the "glass epoxy board" which is often used as a printed circuit board will be described.
The glass epoxy board is a printed circuit board in which a glass fiber cloth is impregnated with epoxy resin and heat-cured to form a plate-like FR4 as a base material, and a copper foil (copper layer) is attached to the base material. , The positional relationship between the glass fiber and the epoxy resin in the glass epoxy substrate is not uniform in the thickness direction. That is, depending on the position of the glass epoxy substrate, there are a place where the glass fiber is close to the surface (the layer of the epoxy resin is thin) and a place where the glass fiber is in the back (the layer of the epoxy resin is thick). Therefore, the copper layer on the surface is removed by etching, the portion where the epoxy resin layer is thick is irradiated with the laser 2, and the hole diameter is measured. The measured hole diameter corresponds to the diameter of the energy level k in this case. Further, the laser 2 is irradiated to a portion where the epoxy resin layer is thin, and the hole diameter is measured. The measured hole diameter corresponds to the diameter of the energy level g in this case. In this case, the diameter of the hole in which the glass fiber is processed into a circle at the outer edge of the hole is measured.
Needless to say, the diameter of the energy level j can be obtained by the window diameter.
The present inventor has, for example, in the case of a printed circuit board having a blackened copper layer having a thickness of 7 μm and a build-up layer having an insulating layer of 60 μm, the energy level g and the energy level j are about g = 5k and j = 11k, respectively. I confirmed that it was. Further, in the case of a printed circuit board having a copper layer having a thickness of 1.5 μm and a build-up layer having an insulating layer of 40 μm without surface treatment, the above cases are also between the energy level k, the energy level g, and the energy level j. It was confirmed that there is almost the same relationship as.

図5は、レーザ加工した穴形状の断面図であり、(a)は従来技術のように銅層7cを加工したアパーチャ4sで絶縁層7zを加工した場合を、(b)は本願のようにエネルギ分布曲線の絶縁層7z入り口側における直径がウインドウ径に等しくなるアパーチャ4Asで絶縁層7zを加工した場合をそれぞれ示している。
ウインドウの外周に供給される1パルス目のエネルギによって銅層7c直下の絶縁物の高温の分解物が銅層7cに放散を阻まれる結果、従来技術の場合、同図(a)に示すように、銅層7c直下のくぼみ11が拡大して、くぼみ11に接続するえぐれが形成される場合があった。しかし、本願技術の場合、図4で説明したように略三角形PBQの面積は略三角形PBCよりもはるかに小さいので、同図(b)に示すように、銅層7cの下面にはえぐれがほとんど発生しない。さらに、えぐれがほとんど発生しないので、銅層7cと絶縁層7zとの間に剥離や微小なクラックが発生することも無い。したがって、絶縁層に加工する穴の径をウインドウの径と同じにしても、銅層7cの下側に発生するくぼみ11は大きくならない。また、P-P断面がガラス繊維が蒸発するエネルギレベルgであるから、絶縁物はもちろんガラス繊維が穴の中に残ることはない。
5A and 5B are cross-sectional views of a hole shape processed by a laser. FIG. 5A is a case where the insulating layer 7z is processed by an aperture 4s in which a copper layer 7c is processed as in the prior art, and FIG. 5B is a case where the insulating layer 7z is processed as in the present application. The case where the insulating layer 7z is processed by the aperture 4As whose diameter on the inlet side of the insulating layer 7z of the energy distribution curve is equal to the window diameter is shown.
As a result of the high-temperature decomposition product of the insulator directly under the copper layer 7c being prevented from being dissipated to the copper layer 7c by the energy of the first pulse supplied to the outer periphery of the window, as shown in FIG. In some cases, the recess 11 immediately below the copper layer 7c was enlarged to form a gouge connected to the recess 11. However, in the case of the technique of the present application, as described in FIG. 4, the area of the substantially triangular PBQ is much smaller than that of the substantially triangular PBC, and therefore, as shown in FIG. Does not occur. Further, since almost no gouging occurs, peeling or minute cracks do not occur between the copper layer 7c and the insulating layer 7z. Therefore, even if the diameter of the hole to be machined in the insulating layer is the same as the diameter of the window, the dent 11 generated on the lower side of the copper layer 7c does not become large. Further, since the PP cross section is the energy level g at which the glass fiber evaporates, not only the insulator but also the glass fiber does not remain in the hole.

以下、参考までに、表面を黒化処理した銅層の厚さが7μm、絶縁層の厚さが60μmのプリント基板7を実際に加工した結果を説明する。
先ず、径が3.4mmのアパーチャ4sを用いてパルス幅Pwが5μs(この場合のパルスエネルギは約6mJである)の1パルスにより銅層7cを加工し、直径が65μmのウインドウを形成した。次に、ウインドウ縁でエネルギレベルgの直径が65μmになる径が2.6mmのアパーチャ4Asを用いて、パルス幅Pwが3μs(この場合のパルスエネルギは約2.5mJである)の3パルスにより絶縁層7zを加工した。その結果、ガラス繊維密度の高低に係わらずくぼみ11のない、銅層下の絶縁層直径が約75μm(銅層7cのオーバーハング5μm)、穴底径60μm以上の均一な円錐台形状の穴を加工することができることを確認した。
また、絶縁層7z加工時においてウインドウ周辺に照射されるエネルギが従来比で約60%低減されたことにより、銅層と絶縁層の剥離・クラックの発生はほとんどなかった。また、熱による加工中の基板の変形が小さくなるので、ウインドウと穴底との芯ずれのない穴を形成できた。また、絶縁層7zに均一な円錐台状の穴が得られる結果、穴径の2倍の穴径ピッチ化が可能になることを確認した。さらに、プリント基板にスルーホールを形成する場合、表裏の穴形状が均一な対称形状になり、穴中間部の径のばらつきも小さくなるので、めっき仕上がり面が均一になる。この結果、めっき工程に先立って行われるハーフエッチング(エッチングにより銅層7cを厚さの半分よりも少し多く除去する)によるウインドウ周辺の銅層7cのオーバーハングが約3μmに低減され、銅層7cのオーバーハングの専用の除去作業を省略することができるので、めっきの作業工程を簡略化できるという効果も確認できた。
Hereinafter, for reference, the results of actually processing the printed circuit board 7 having a copper layer having a blackened surface having a thickness of 7 μm and an insulating layer having a thickness of 60 μm will be described.
First, the copper layer 7c was processed by one pulse having a pulse width Pw of 5 μs (the pulse energy in this case is about 6 mJ) using an aperture 4s having a diameter of 3.4 mm to form a window having a diameter of 65 μm. Next, using an aperture 4As having a diameter of 2.6 mm and an energy level g having a diameter of 65 μm at the window edge, the pulse width Pw is 3 μs (the pulse energy in this case is about 2.5 mJ) by three pulses. The insulating layer 7z was processed. As a result, a uniform truncated cone-shaped hole having no dent 11 regardless of the height of the glass fiber density, an insulating layer diameter under the copper layer of about 75 μm (overhang of the copper layer 7c of 5 μm), and a hole bottom diameter of 60 μm or more was formed. It was confirmed that it could be processed.
Further, since the energy applied to the periphery of the window during the 7z processing of the insulating layer was reduced by about 60% as compared with the conventional case, there was almost no peeling or cracking between the copper layer and the insulating layer. In addition, since the deformation of the substrate during processing due to heat is reduced, it was possible to form a hole with no misalignment between the window and the bottom of the hole. Further, it was confirmed that as a result of obtaining a uniform truncated cone-shaped hole in the insulating layer 7z, it is possible to make the hole diameter pitch twice the hole diameter. Further, when the through holes are formed on the printed circuit board, the hole shapes on the front and back surfaces are uniformly symmetrical, and the variation in the diameter of the hole intermediate portion is small, so that the plated finished surface becomes uniform. As a result, the overhang of the copper layer 7c around the window due to half etching (removing the copper layer 7c a little more than half the thickness by etching) performed prior to the plating process is reduced to about 3 μm, and the copper layer 7c is reduced to about 3 μm. Since it is possible to omit the dedicated removal work of the overhang, it was confirmed that the plating work process can be simplified.

なお、従来技術の場合、径が3.4mmのアパーチャを用いて、パルス幅5μsのレーザ1パルスでウインドウを形成した後、パルス幅Pwが1.5μsのレーザ6パルスで直径がウインドウ径に等しい65μmの穴を絶縁層7zに形成したところ、ガラス繊維密度の高い部分ではくぼみ11の発生がなく、ガラス繊維密度の低い樹脂比率の高い部分で僅かなくぼみ11の発生があったが、その直径は80μm(銅層7cのオーバーハング7.5μm)前後であり、ほぼ本願に近いレベルであった。
一方、従来技術の場合、径が3.4mmのアパーチャを用いて、パルス幅5μsのレーザ1パルスでウインドウを形成した後、パルス幅Pwが3μsの3パルスで、直径がウインドウ径に等しい65μmの穴を絶縁層7zに形成したところ、ガラス繊維密度の高い部分と低い部分の両方でくぼみ11が発生し、ガラス繊維密度の低い場合は直径が95μm(銅層7cのオーバーハング15μm)前後となり、しかも形状のばらつきが大きくなった。ハーフエッチング後でも銅層7cのオーバーハングが約10μm以上になり、めっき工程でボイドの発生が多くなる可能性があることが分かった。
In the case of the prior art, after forming a window with one laser pulse having a pulse width of 5 μs using an aperture having a diameter of 3.4 mm, the diameter is equal to the window diameter with six laser pulses having a pulse width Pw of 1.5 μs. When a hole of 65 μm was formed in the insulating layer 7z, no dent 11 was generated in the portion where the glass fiber density was high, and a slight dent 11 was generated in the portion where the glass fiber density was low and the resin ratio was high. Was around 80 μm (overhang of the copper layer 7c 7.5 μm), which was a level close to that of the present application.
On the other hand, in the case of the prior art, after forming a window with one laser pulse having a pulse width of 5 μs using an aperture having a diameter of 3.4 mm, the pulse width Pw is 3 pulses with a pulse width of 3 μs and the diameter is 65 μm equal to the window diameter. When the holes were formed in the insulating layer 7z, dents 11 were generated in both the high and low glass fiber densities, and when the glass fiber densities were low, the diameter was about 95 μm (overhang 15 μm of the copper layer 7c). Moreover, the variation in shape became large. It was found that the overhang of the copper layer 7c became about 10 μm or more even after half-etching, and there was a possibility that the generation of voids increased in the plating process.

次に、表面処理がされていない銅層の厚さが1.5μm、絶縁層の厚さが40μmのプリント基板を実際に加工した結果を説明する。
径が3.4mmのアパーチャを用いて、パルス幅5μsのレーザ1パルスで直径が65μmのウインドウを形成した。その後、径が2.6mmのアパーチャを用いて、パルス幅Pw3μsのレーザ1パルスによりガラス繊維密度の高低に係わらずくぼみ11のない、銅層下の絶縁層直径が約75μm(オーバーハング5μm)、穴底径60μm以上の均一な円錐台形状の穴を加工することができることを確認した。また、めっき工程のフラッシュエッチング(エッチングの量が1μm以下のエッチング)により、銅層7cのオーバーハングを除去できることが分かった。
Next, the result of actually processing a printed circuit board having a copper layer having a thickness of 1.5 μm and an insulating layer having a thickness of 40 μm without surface treatment will be described.
Using an aperture with a diameter of 3.4 mm, a window with a diameter of 65 μm was formed with one laser pulse having a pulse width of 5 μs. Then, using an aperture with a diameter of 2.6 mm, the diameter of the insulating layer under the copper layer was about 75 μm (overhang 5 μm) without dents 11 regardless of the height of the glass fiber density by one laser pulse with a pulse width of Pw3 μs. It was confirmed that a uniform truncated cone-shaped hole having a hole bottom diameter of 60 μm or more could be machined. It was also found that the overhang of the copper layer 7c can be removed by flash etching (etching with an etching amount of 1 μm or less) in the plating step.

次に、加工時間の短縮効果について説明する。
上記したように、ガルバノミラー5a、5b位置決め時間は平均0.4ms(2.5kHz)程度である。したがって、絶縁層7zの加工を6パルスから3パルスに減らすと、ガルバノミラー5a、5b位置決め時間は半減するので、例えば、1枚のプリント基板の穴数が800,000個の場合、約40%程度加工時間を短縮できる。
Next, the effect of shortening the processing time will be described.
As described above, the galvano mirror 5a and 5b positioning time is about 0.4 ms (2.5 kHz) on average. Therefore, if the processing of the insulating layer 7z is reduced from 6 pulses to 3 pulses, the galvano mirror 5a and 5b positioning time is halved. Therefore, for example, when the number of holes in one printed circuit board is 800,000, it is about 40%. The processing time can be shortened.

図6は本発明を実施するための第2のレーザ加工機の全体図であり、図1と同じ物あるいは同一機能の物は同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
プレート22Aとガルバノミラー5aとの間には、アパーチャ41~4nと同数のアパーチャ4B1~4Bnを備えるプレート22Bがレーザ2の軸線方向に配置されている。アパーチャ4B1~4Bnのそれぞれの穴径は対応するアパーチャ4A1~4Anのそれぞれの穴径よりも小径である。プレート22Bは構造が第1の直動装置23Aと同じである第1の直動装置23Bに支持されている。プレート22Bは第1の直動装置23Bの一方の移動端においてアパーチャ4B1~4Bnのいずれかの軸線がレーザ2の軸線と同軸になる位置(動作位置)に位置決めされる。また、第1の直動装置23Bの他方の移動端において、プレート22Bはレーザ2と干渉しない位置(待避位置)に位置決めされる。
第1の直動装置23Bは構造が第1の直動装置24Aと同じである第2の直動装置24Bに支持されている。第2の直動装置24Bは、動作位置にあるアパーチャ4B1~4Bnの内のいずれかの軸線をレーザ2の軸線と同軸に位置決めする。第1の直動装置23Bと第2の直動装置24Bとでアパーチャ4B1~4Bnの位置決め装置を構成している。第1の直動装置23Bと第2の直動装置24Bはそれぞれ制御装置10に接続されている。
FIG. 6 is an overall view of the second laser processing machine for carrying out the present invention, and the same thing as that of FIG. 1 or the thing having the same function is designated by the same reference numeral, and detailed description thereof will be omitted.
Between the plate 22A and the galvano mirror 5a, a plate 22B having the same number of apertures 4B1 to 4Bn as the apertures 41 to 4n is arranged in the axial direction of the laser 2. The respective hole diameters of the apertures 4B1 to 4Bn are smaller than the respective hole diameters of the corresponding apertures 4A1 to 4An. The plate 22B is supported by a first linear motion device 23B having the same structure as the first linear motion device 23A. The plate 22B is positioned at one moving end of the first linear motion device 23B at a position (operating position) where any axis of the apertures 4B1 to 4Bn is coaxial with the axis of the laser 2. Further, at the other moving end of the first linear motion device 23B, the plate 22B is positioned at a position (retract position) that does not interfere with the laser 2.
The first linear motion device 23B is supported by a second linear motion device 24B having the same structure as the first linear motion device 24A. The second linear motion device 24B positions any axis of the apertures 4B1 to 4Bn at the operating position coaxially with the axis of the laser 2. The first linear motion device 23B and the second linear motion device 24B constitute a positioning device for apertures 4B1 to 4Bn. The first linear motion device 23B and the second linear motion device 24B are connected to the control device 10, respectively.

次に、本発明を実施するための第2のレーザ加工機の動作を説明する。
図7は本発明に係る第2のレーザ加工装置の加工手順を示すフローチャートである。なお、第1のレーザ加工装置の加工手順と同じ手順については説明を簡略化して説明する。
制御装置10は加工プログラムを読み込み、X-Yテーブル9を移動させて、最初のスキャン領域8をfθレンズ6に対向させる(手順S10)。また、最初のスキャン領域8内で最初に加工する穴径に対応する大プレート20のアパーチャ(アパーチャ41~4nのいずれか1個)を選択し、当該アパーチャの軸線をレーザ2の軸線と同軸に位置決めする(手順S20)。また、プレート22Aを動作位置に位置決めした時に、アパーチャ4A1~4Anの内の絶縁物加工時に使用するアパーチャの軸線がレーザ2の軸線と一致するように第2の直動装置24Aを動作させると共に、プレート22Aを待避位置に位置決めする(手順S30)。また、プレート22Bを動作位置に位置決めした時に、アパーチャ4B1~4Bnの内の絶縁物加工時に使用するアパーチャの軸線がレーザ2の軸線と一致するように第2の直動装置24Bを動作させると共に、プレート22Bを待避位置に位置決めする(手順S40)。なお、加工に使用するアパーチャ4B1~4Bnの径は、加工に使用するアパーチャ4A1~4Anの径よりも小径のものを選択しておく。そして、従来技術と同様、ウインドウを1パルスのレーザ2で形成すると共に、スキャン領域8内の残りの穴の銅層7cを加工する(手順S50、手順S60)。銅層7cの加工が終了したら、プレート22Aを動作位置に位置決めし、すなわち、絶縁物加工時に使用するアパーチャ4A1~4Anの内の一つのアパーチャの軸線をレーザ2の軸線と一致させ(手順S70)、当該スキャン領域8内におけるウインドウ部絶縁層7zを加工して穴を完成させる(手順S80~手順S130)。そして、当該スキャン領域8内におけるウインドウ部絶縁層7zの加工が終了したら、穴底の処理をするかどうかを確認し(手順S200)、穴底の処理をしない場合は手順S500の処理を行い、穴底の処理をする場合は、プレート22Bを動作位置に位置決めし、すなわち、アパーチャ4B1~4Bnの内の予め選択されている一つのアパーチャの軸線をレーザ2の軸線と一致させ(手順S210)、当該スキャン領域8内の加工が終了した総ての穴底にレーザ2を1パルスずつ照射することにより、加工した穴の穴底を追加工する(手順S220、手順S230)。そして、当該スキャン領域8内の穴底の処理が終了したら、当該スキャン領域8内に径の異なる未加工の穴があるかどうかを確認し(手順S500)、未加工の穴がある場合は手順S20の作業を行う。また、未加工の穴がない場合は未加工のスキャン領域8があるかどうかを確認し(手順S510)、未加工のスキャン領域8がある場合は手順S10の作業を行い、未加工のスキャン領域8がない場合は加工を終了する。
このように、アパーチャ4Anよりも小径のアパーチャ4Bnにより穴底を加工するので、穴底径をより均一にできる。
Next, the operation of the second laser processing machine for carrying out the present invention will be described.
FIG. 7 is a flowchart showing a processing procedure of the second laser processing apparatus according to the present invention. The same procedure as the processing procedure of the first laser processing apparatus will be described in a simplified manner.
The control device 10 reads the machining program, moves the XY table 9, and makes the first scan area 8 face the fθ lens 6 (procedure S10). Further, the aperture of the large plate 20 (any one of apertures 41 to 4n) corresponding to the hole diameter to be machined first in the first scan area 8 is selected, and the axis of the aperture is coaxial with the axis of the laser 2. Positioning (procedure S20). Further, when the plate 22A is positioned at the operating position, the second linear motion device 24A is operated so that the axis of the aperture used for processing the insulator in the apertures 4A1 to 4An coincides with the axis of the laser 2. The plate 22A is positioned at the retreat position (procedure S30). Further, when the plate 22B is positioned at the operating position, the second linear motion device 24B is operated so that the axis of the aperture used for processing the insulator in the apertures 4B1 to 4Bn coincides with the axis of the laser 2. The plate 22B is positioned at the retreat position (procedure S40). The diameter of the apertures 4B1 to 4Bn used for processing should be smaller than the diameter of the apertures 4A1 to 4An used for processing. Then, as in the prior art, the window is formed by the 1-pulse laser 2 and the copper layer 7c of the remaining holes in the scan region 8 is machined (procedure S50, procedure S60). When the processing of the copper layer 7c is completed, the plate 22A is positioned at the operating position, that is, the axis of one of the apertures 4A1 to 4An used for insulating material processing is aligned with the axis of the laser 2 (procedure S70). , The window portion insulating layer 7z in the scan area 8 is machined to complete the hole (procedure S80 to procedure S130). Then, when the processing of the window portion insulating layer 7z in the scan area 8 is completed, it is confirmed whether or not the hole bottom is processed (procedure S200), and if the hole bottom is not processed, the processing of procedure S500 is performed. When processing the hole bottom, the plate 22B is positioned at the operating position, that is, the axis of one of the apertures 4B1 to 4Bn selected in advance is aligned with the axis of the laser 2 (procedure S210). By irradiating all the hole bottoms in the scan area 8 that have been machined with the laser 2 one pulse at a time, the hole bottoms of the machined holes are additionally machined (procedures S220 and S230). Then, when the processing of the hole bottom in the scan area 8 is completed, it is confirmed whether or not there are unprocessed holes having different diameters in the scan area 8 (procedure S500), and if there is an unprocessed hole, the procedure is performed. Work on S20. If there is no unprocessed hole, it is confirmed whether there is an unprocessed scan area 8 (procedure S510), and if there is an unprocessed scan area 8, the operation of step S10 is performed, and the unprocessed scan area is performed. If there is no 8, processing is finished.
In this way, since the hole bottom is machined by the aperture 4Bn having a diameter smaller than that of the aperture 4An, the hole bottom diameter can be made more uniform.

また、この加工法は中間部の穴径が小さいX形状のスルーホール加工においても有効である。すなわち、先ず、両面基板の一方から中間部まで穴を加工してから、両面基板を反転し、他方から中間部まで穴を加工する。そして、最後に穴の中間部を手順S210~手順S230により加工すると、中間部の穴径のばらつきを小さくすることができるだけでなく、中間部の穴壁面の品質を向上させることができる。This processing method is also effective in X-shaped through-hole processing in which the hole diameter of the intermediate portion is small. That is, first, a hole is machined from one side of the double-sided substrate to the intermediate portion, then the double-sided substrate is inverted, and a hole is machined from the other side to the intermediate portion. Finally, when the intermediate portion of the hole is machined by the procedures S210 to S230 , not only the variation in the hole diameter of the intermediate portion can be reduced, but also the quality of the hole wall surface of the intermediate portion can be improved.

この実施の形態ではプレート22A、22Bのそれぞれに大プレート20のアパーチャと同数のアパーチャを設けるようにしたので、アパーチャの管理が容易である。なお、この実施例ではプレート22Aのアパーチャ4A1~4Anおよびプレート22Bのアパーチャ4B1~4Bnを1列に配置したが、2列に配置する等、適宜に変更することができる。 In this embodiment, since the same number of apertures as the apertures of the large plate 20 are provided on each of the plates 22A and 22B, the apertures can be easily managed. In this embodiment, the apertures 4A1 to 4An of the plate 22A and the apertures 4B1 to 4Bn of the plate 22B are arranged in one row, but can be appropriately changed such as arranging them in two rows.

また、この実施形態では第1の直動装置23A、24Bをレーザ2の軸線方向に並べるようにしたが、レーザ2の軸線の周りに配置しても良い。 Further, in this embodiment, the first linear motion devices 23A and 24B are arranged in the axial direction of the laser 2, but they may be arranged around the axis of the laser 2.

また、上記第1および第2の実施形態ではアパーチャ4A1~4Anおよびアパーチャ4B1~4Bnをアパーチャ41~4nと同数としたが、加工する穴径が100μm以上の場合、めっきが絶縁物7zに形成された穴底まで到達しやすいので、例えば、200μmの用のアパーチャで210μmの穴あるいは190μmの穴を加工するようにして、アパーチャ4A1~4Anあるいはアパーチャ4B1~4Bnの数を減らしても良い。 Further, in the first and second embodiments, the apertures 4A1 to 4An and the apertures 4B1 to 4Bn have the same number as the apertures 41 to 4n, but when the hole diameter to be machined is 100 μm or more, plating is formed on the insulator 7z. Since it is easy to reach the bottom of the hole, for example, a hole of 210 μm or a hole of 190 μm may be machined with an aperture for 200 μm to reduce the number of apertures 4A1 to 4An or apertures 4B1 to 4Bn.

ところで、絶縁層の下部の銅層すなわち穴底に露出する銅層は絶縁層との密着強度(引き剥がし強度、ピール強度ともいう。)を高めるために表面が粗化されている。このため、レーザ2の吸収率が高く、軸線O付近のエネルギレベルが大きくなり(ただし、エネルギレベルjよりは遙かに小さい)、表面が溶融する場合がある。下層の銅層の表面が溶融すると、下層の銅層裏面の絶縁層が劣化する恐れがあるため、穴底銅層の表面の溶融を避ける必要がある。
図8は穴底の処理をする場合の第2の穴底処理手順であり、下層の銅層7cの厚さが薄い(特に7~9μm)場合に好適であり、図1および図6で示した本願のレーザ加工機のいずれにも適用することができる。なお、手順S10~手順S130の処理および手順S500、手順S510の処理の処理は図2および図7で説明したフローチャートと同じであるので、重複する説明を省略して説明する。
スキャン領域8内におけるウインドウ部絶縁層7zの加工が終了したら、穴底の処理をするかどうかを確認し(手順S200)、穴底の処理をしない場合は手順S500の処理を行い、穴底の処理をする場合は、プレート22Aおよびプレート22B(図1の場合はプレート22Aのみである)を待避位置に戻し(手順S300)、当該スキャン領域8内の加工が終了した総ての穴底にレーザ2を1パルスずつ照射することにより、加工した穴の穴底を追加工する(手順S310、手順S320)。そして、当該スキャン領域8内の穴底の処理が終了したら、当該スキャン領域8内に径の異なる未加工の穴があるかどうかを確認し(手順S500)、未加工の穴がある場合は手順S20の作業を行う。また、未加工の穴がない場合は未加工のスキャン領域8があるかどうかを確認し(手順S510)、未加工のスキャン領域8がある場合は手順S10の作業を行い、未加工のスキャン領域8がない場合は加工を終了する。この実施形態の場合、穴底を加工するアパーチャとして銅層を加工したアパーチャ4sを使用するので、エネルギ密度を小さくする作業が容易になるという利点がある。なお、手順S310においては、穴底がエネルギレベルgとなるようにエネルギ分布曲線を定めるようにすると効果的である。
By the way, the surface of the copper layer below the insulating layer, that is, the copper layer exposed at the bottom of the hole, is roughened in order to increase the adhesion strength with the insulating layer (also referred to as peel strength and peel strength). Therefore, the absorption rate of the laser 2 is high, the energy level near the axis OL is large (however, it is much smaller than the energy level j), and the surface may be melted. If the surface of the lower copper layer melts, the insulating layer on the back surface of the lower copper layer may deteriorate, so it is necessary to avoid melting the surface of the hole bottom copper layer.
FIG. 8 shows the second hole bottom treatment procedure in the case of treating the hole bottom, which is suitable when the thickness of the lower copper layer 7c is thin (particularly 7 to 9 μm), and is shown in FIGS. 1 and 6. It can be applied to any of the laser processing machines of the present application. Since the processing of the procedure S10 to the procedure S130 and the processing of the procedure S500 and the procedure S510 are the same as the flowcharts described with reference to FIGS. 2 and 7, the duplicate description will be omitted.
When the processing of the window portion insulating layer 7z in the scan area 8 is completed, it is confirmed whether or not the hole bottom is processed (procedure S200). If the hole bottom is not processed, the hole bottom is processed and the hole bottom is processed. When processing, the plate 22A and the plate 22B (only the plate 22A in the case of FIG. 1) are returned to the refuge position (procedure S300), and the laser is applied to the bottom of all the holes in the scan area 8 after processing. By irradiating 2 one pulse at a time, the bottom of the machined hole is additionally machined (procedure S310, procedure S320). Then, when the processing of the hole bottom in the scan area 8 is completed, it is confirmed whether or not there are unprocessed holes having different diameters in the scan area 8 (procedure S500), and if there is an unprocessed hole, the procedure is performed. Work on S20. If there is no unprocessed hole, it is confirmed whether there is an unprocessed scan area 8 (procedure S510), and if there is an unprocessed scan area 8, the operation of step S10 is performed, and the unprocessed scan area is performed. If there is no 8, processing is finished. In the case of this embodiment, since the aperture 4s in which the copper layer is processed is used as the aperture for processing the hole bottom, there is an advantage that the work of reducing the energy density becomes easy. In the procedure S310, it is effective to determine the energy distribution curve so that the hole bottom has the energy level g.

ここで、本発明と特許文献1の技術との違いについて説明する。
プリント基板7に加工する穴径としては40μm~250μmがほとんどである。そして、例えば、50μmの穴を加工する場合は穴径が2mmのアパーチャを、また、250μmの穴を加工する場合は穴径が8mmのアパーチャを、それぞれ採用する。特許文献1の技術の場合、50μmの穴を加工する場合であっても、最大径のアパーチャを通過した直径が8mmのレーザが50μmの穴を加工するアパーチャを備えたプレートに供給されるため、個々のプレートの冷却装置を大きくする必要がある。これに対して、本発明では、大プレート20で銅層7cを加工するレーザ2の外形を制限し、外形が制限されたレーザ2で絶縁層7zを加工するので、プレート22A、22Bに供給されるエネルギは小さくなる。この結果、プレート22A、22Bを冷却する冷却装置を小さくすることができる。
Here, the difference between the present invention and the technique of Patent Document 1 will be described.
Most of the hole diameters to be machined on the printed circuit board 7 are 40 μm to 250 μm. Then, for example, when drilling a hole of 50 μm, an aperture having a hole diameter of 2 mm is adopted, and when drilling a hole of 250 μm, an aperture having a hole diameter of 8 mm is adopted. In the case of the technique of Patent Document 1, even when a hole of 50 μm is machined, a laser having a diameter of 8 mm that has passed through the aperture having the maximum diameter is supplied to a plate having an aperture for drilling a hole of 50 μm. The cooling system for each plate needs to be large. On the other hand, in the present invention, the outer shape of the laser 2 for processing the copper layer 7c is limited by the large plate 20, and the insulating layer 7z is processed by the laser 2 having the limited outer shape, so that the insulating layer 7z is supplied to the plates 22A and 22B. Energy becomes smaller. As a result, the cooling device for cooling the plates 22A and 22B can be made smaller.

また、この実施形態ではレーザ2が炭酸ガスレーザの場合について説明したが、他のレーザであっても良い。また、銅層を1パルスで加工する場合について説明したが、銅層をパルス幅Pwの小さい(例えばピコ秒、フェムト秒)の複数パルスで加工するようにしても良い。 Further, in this embodiment, the case where the laser 2 is a carbon dioxide gas laser has been described, but other lasers may be used. Further, although the case where the copper layer is processed with one pulse has been described, the copper layer may be processed with a plurality of pulses having a small pulse width Pw (for example, picoseconds and femtoseconds).

1 レーザ発振器
2 レーザ2
4 アパーチャ
5 ガルバノ装置
6 fθレンズ
7 プリント基板
7c プリント基板7の銅層
7z プリント基板7の絶縁層
1 laser oscillator 2 laser 2
4 Aperture 5 Galvano device 6 fθ lens 7 Printed circuit board 7c Copper layer of printed circuit board 7 7 Insulation layer of printed circuit board 7

Claims (3)

レーザ出力装置から出力されたレーザの外形をアパーチャにより整形し、ガルバノ装置とFθレンズにより前記レーザを位置決めして、銅層と絶縁層とからなるプリント基板の所望の位置に穴を形成するようにしたプリント基板のレーザ加工方法において、
第1のアパーチャで整形した前記レーザにより前記銅層に貫通穴を形成し、
その後、前記第1のアパーチャよりも小径の第2のアパーチャを用いると共に、パルス幅を調整することにより、前記絶縁層の加工に寄与する前記レーザの径を前記第1のアパーチャで加工された前記貫通穴の径に整形して、前記絶縁層を加工する
ことを特徴とするプリント基板のレーザ加工方法。
The outer shape of the laser output from the laser output device is shaped by the aperture, the laser is positioned by the galvano device and the Fθ lens , and a hole is formed at a desired position on the printed circuit board composed of the copper layer and the insulating layer. In the laser processing method of the printed circuit board
A through hole is formed in the copper layer by the laser shaped by the first aperture, and the through hole is formed.
After that, the diameter of the laser that contributes to the processing of the insulating layer is processed by the first aperture by using the second aperture having a diameter smaller than that of the first aperture and adjusting the pulse width. The insulating layer is processed by shaping it to the diameter of the through hole.
A laser processing method for printed circuit boards, which is characterized by this.
レーザ出力装置から出力されたレーザの外形をアパーチャにより整形し、ガルバノ装置とfθレンズにより前記レーザを位置決めし、銅層と絶縁層とからなる両面プリント基板の一方の面から基板の厚さ方向の略中間地点までの穴を形成し、前記一方の面の反対側である他方の面から基板の厚さ方向の略中間地点までの穴を形成することにより中間部の穴径が小さいX形状の貫通穴(スルーホール)を形成するようにしたプリント基板のレーザ加工方法において、形成された前記貫通穴の内面を、前記貫通穴を形成したアパーチャの穴径よりも小径のアパーチャにより外形を整形したレーザで仕上げ加工することを特徴とする請求項1に記載のプリント基板のレーザ加工方法。The outer shape of the laser output from the laser output device is shaped by the aperture, the laser is positioned by the galvano device and the fθ lens, and the thickness direction of the board is from one side of the double-sided printed circuit board composed of the copper layer and the insulating layer. By forming a hole to a substantially intermediate point and forming a hole from the other surface opposite to the one surface to a substantially intermediate point in the thickness direction of the substrate, the hole diameter of the intermediate portion is small in the X shape. In the laser processing method of a printed circuit board in which a through hole is formed, the inner surface of the formed through hole is shaped by an aperture having a diameter smaller than the hole diameter of the aperture in which the through hole is formed. The laser processing method for a printed circuit board according to claim 1, wherein the finishing process is performed with a laser. レーザ出力装置と、アパーチャを備えるプレートと、ガルバノ装置と、fθレンズと、を備え、前記レーザ出力装置から出力されたレーザの外径を前記アパーチャにより整形し、整形した前記レーザを前記ガルバノ装置と前記fθレンズにより位置決めして、銅層と絶縁層とからなるプリント基板の所望の位置に穴を形成するようにしたプリント基板のレーザ加工機において、
径の異なる複数のアパーチャを備える第1のプレートと、
前記第1のプレートに設けた各アパーチャの軸線を前記レーザの軸線と同軸に位置決めする前記第1のプレート位置決め装置と、
それぞれの軸線が前記レーザの軸線と平行なアパーチャをn個(ただし、nは正の整数)備えるm個(ただし、mは正の整数)のプレ-トと、
前記m個の各プレ-トの移動方向を前記レーザの軸心と垂直な方向、かつ、それぞれに設けたアパーチャの軸線を前記レーザの軸線と同軸に位置決めする加工位置と、当該プレートが前記レーザと干渉しない待避位置とに位置決めするm個のプレート位置決め手段と、前記第1のプレートの位置決め装置と前記m個のプレート位置決め手段を制御する制御装置と、を設け、
前記第1のプレートを前記レーザの軸線方向の前記レーザ出力装置と前記ガルバノ装置との間の前記レーザ出力装置に最も近い側に配置すると共に、前記m個のプレートを前記レーザの軸線方向の前記第1のプレートと前記ガルバノ装置との間に配置し、
前記制御装置は、前記銅層を加工する場合には、前記第1のプレートの指定されたアパーチャの軸線を前記レーザの軸線と同軸に位置決めすると共に、他のm個のプレートを総て待避位置に位置決めし、
前記絶縁層を加工する場合は、前記銅層を加工するために用いた前記アパーチャ(以下、「第1のアパーチャ」という。)は当該軸線を前記レーザの軸線と同軸にしたままの状態でn×m個の内の1個の
前記銅層を加工するために用いたアパーチャよりも小径のアパーチャ(以下、「第2のアパーチャ」という。)を加工位置に位置決めし、前記第1のアパーチャにより外径を整形された前記レーザを前記第2のアパーチャに供給して加工
することを特徴とするプリント基板のレーザ加工機。
A laser output device, a plate having an aperture, a galvano device, and an fθ lens are provided, and the outer diameter of the laser output from the laser output device is shaped by the aperture, and the shaped laser is referred to as the galvano device. In a printed circuit board laser processing machine positioned by the fθ lens so as to form a hole at a desired position on the printed circuit board composed of a copper layer and an insulating layer.
A first plate with multiple apertures of different diameters,
A positioning device for the first plate that positions the axis of each aperture provided on the first plate coaxially with the axis of the laser.
M plates (where m is a positive integer) with n apertures (where n is a positive integer), each axis parallel to the axis of the laser, and
The processing position where the moving direction of each of the m plates is perpendicular to the axis of the laser and the axis of the aperture provided in each is positioned coaxially with the axis of the laser, and the plate is the laser. It is provided with m plate positioning means for positioning at a retreat position that does not interfere with the first plate, and a control device for controlling the first plate positioning device and the m plate positioning means .
The first plate is arranged on the side closest to the laser output device between the laser output device and the galvano device in the axial direction of the laser, and the m plates are arranged in the axial direction of the laser. Placed between the first plate and the galvano device,
When processing the copper layer , the control device positions the axis of the designated aperture of the first plate coaxially with the axis of the laser, and all the other m plates are in the retreat position. Positioned to
When processing the insulating layer, the aperture used for processing the copper layer (hereinafter referred to as "first aperture") is n in a state where the axis is coaxial with the axis of the laser. An aperture having a diameter smaller than that used for processing one of the × m copper layers (hereinafter referred to as “second aperture”) is positioned at the processing position, and the first aperture is used. The laser with a shaped outer diameter is supplied to the second aperture for processing.
A laser processing machine for printed circuit boards, which is characterized by being used.
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