JP7404043B2 - レーザ加工装置及びレーザ加工方法 - Google Patents
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Description
この基板1の複数位置で、レーザを使用して銅層81と樹脂層82を加工し止まり穴(ブラインドホール)83をあける方法として、従来、以下のような方法がある。図7はその加工経過を説明するためのタイミングチャートである。
なお、第1段階のトレパニング加工においては、通常は樹脂層82の銅層81側が若干加工される。
そして、上記レーザ偏向機構やテーブル駆動機構の動作を行って、第2段階としてトレパニング加工済みの穴位置に1回あるいは同一箇所へ複数回の照射を行う(以下、一つの穴位置において1回あるいは同一箇所へ複数への照射を行って加工することをパンチング加工と呼ぶ)。
止まり穴83は銅層84の手前までの深さとなっており、第2段階のパンチング加工におけるレーザパルスのエネルギ密度は、銅層84に損傷をできるだけ与えないように調整されている。他の穴位置についても上記レーザ偏向機構や同じく機械的なテーブル駆動機構の駆動動作を行って同様なパンチング加工を行ない、穴あけ動作は終了する。
特許文献1の段落0037~0038には、基板表面が銅層、その下に樹脂層が積層された基板に止まり穴をあける場合、第1段階での銅層のトレパニング加工と第2段階での樹脂層のパンチング加工を行う上記の如き従来技術が開示されている。
この特許文献2の技術においては、機械的なレーザ偏向動作によるトレパニング加工なので、加工時間が長くなる欠点がある。さらに段落0007には、絶縁層を加工する場合には照射エネルギを下げるとしているが、照射エネルギを具体的にどのようにして下げるかの開示がない。
この特許文献3の技術においては、加工するために必要なエネルギが異なる層を含む基板を加工する場合、それぞれの層を加工する場合のエネルギをどのように調整するかについての言及がなく、このままでは加工品質を確保できない。
図1は、本発明の実施例となるレーザ加工装置のブロック図である。各構成要素や接続線は、主に本実施例を説明するために必要と考えられるものを示してあり、レーザ加工装置として必要な全てを示している訳ではない。
図1において、2は加工すべき基板1が載置されるテーブル、3はテーブル2を駆動するためのテーブル駆動部で、テーブル2を基板1の上から見て互いの直角となる2次元方向に移動させるものである。4はUVレーザの波長をもつレーザパルスL1を発振するレーザ発振器、5はレーザ発振器4から出射されたレーザパルスL1を反射するビームスプリッタ、6はビームスプリッタ5で反射されたレーザパルスL1を基板1の上から見て互いの直角となる2次元方向にAODを用いて偏向させるAOD偏向部(第1のレーザ偏向部)である。
AOD偏向部6とガルバノ偏向部8の各々での2次元方向への偏向は、基板1における同じ平面内で行われるようになっている。
AOD偏向部6とガルバノ偏向部8の偏向範囲を比較すると、後者の方が圧倒的に広く、両者の動作速度を比較すると前者の方が圧倒的に早い。
以上の如きレーザ光学系は、例えば上記特許文献3(特開2003-136270号公報)に開示されている。
テーブル駆動部3、AOD偏向部6及びガルバノ偏向部8の各々には、X方向への移動(偏向)を行う系とY方向への移動(偏向)を行う系の両方が設けられている。
AOD偏向部6は機械的動作を伴わないので動作速度が速いが偏向範囲は小さく、従って、ガルバノ偏向部8は、レーザパルスを基板1の中の特定座標に位置決めするのに用い、AOD偏向部6は当該特定座標を中心としたX方向、Y方向の周辺領域に高速に位置決めするのに用いる。
特定座標と周辺位置との関係を図2に示す。図2において、20は特定座標を示し、21は特定座標20の周辺となる周辺領域を示す。
AOD制御部14とガルバノ制御部15は、それぞれX系とY系の二つのAOD偏向部6、ガルバノ偏向部8を制御する。制御テーブル13は一つしか図示していないが、X系とY系の二つ設けられている。
図3にAOD駆動信号Dの例を示すが、AOD駆動信号Da、Dbの周波数はそれぞれfa、fb、振幅はAa、Abである。周波数fbはfaよりも高く、振幅AbはAaよりも大きい。
AOD駆動信号Dbが印加された時は、AOD駆動信号Daが印加された時よりもAOD偏向部6での偏向角度と出射エネルギが大きくなる。
そして本発明に基づくと、制御テーブル13には、AOD偏向部6に与えるRF信号の周波数毎に2種類の振幅を決定するためのデータが登録されている。
すなわち、X系の制御テーブル13Xには、図4に示すように、AOD偏向部6に与えるRF信号の周波数fx1、fx2、fx3・・・毎に、銅層81を加工する場合は振幅C-Ax1、C-Ax2、C-Ax3・・・、樹脂層82を加工する場合は振幅P-Ax1、P-Ax2、P-Ax3・・・を決定するためのデータが登録されている。
なお、ここでの制御テーブル13X、13Yの内容はデータ相互の論理的関係を説明するためのものであり、例えば制御テーブル13Xでの場合、RF信号の周波数fy1、fy2、fy3・・・の各々毎にX方向の位置x1、x2、x3・・・を示すデータが必ずしも登録されている訳ではない。
ところで、例えば特開2008-36667号公報に開示されているように、AOD偏向部6はRF信号の周波数によって出射エネルギーが変動するので、RF信号の周波数の大小にかかわらず所定の出射エネルギーが得られるようにRF信号の振幅を補正する必要がある。
上記の制御テーブル13X、13Yに登録されている銅層81と樹脂層82の加工用のRF信号の振幅は、上記補正後の振幅をベースにしてさらに調整されたものであり、実験データそのものやそれに計算式を組み入れて求められたものである。
全体制御部10の制御の下で、ガルバノ偏向部8、あるいはガルバノ偏向部8とAOD偏向部6との協働、あるいはガルバノ偏向部8とAOD偏向部6とテーブル駆動部3との協働により、レーザ照射位置を基板1の図2に示す一つの特定座標20に位置決めするとともに、以下のようにAOD偏向部6を制御し、図2に示す周辺領域21において所定の渦巻状の軌道を描かせるように複数箇所への照射を連続して行う。
ここでは主に銅層81の加工が行われ、このトレパニング加工後の状態は図8(b)のようになる。
従って、ここではAOD偏向部6からの出射エネルギは銅層81の加工を行った時よりも低くなって主に樹脂層82の加工が行われ、この後の状態は図8(c)のようになり、一つの穴あけ位置の加工が完了する。
この後、ガルバノ偏向部8、あるいはガルバノ偏向部8とAOD偏向部6との協働、あるいはガルバノ偏向部8とAOD偏向部6とテーブル駆動部3との協働により、レーザ照射位置を別の位置にある特定座標20へ位置決めするとともに、上記と同様にトレパニング加工を行う。
しかも銅層81と樹脂層82のトレパニング加工は、機械的動作を伴わない動作速度の速いAOD偏向部6を用いて行うので、加工時間を大幅に短縮することができる。
さらに、樹脂層82を加工する場合には照射エネルギを低くするが、レーザ発振器4からの出射エネルギは変える必要はない。すなわち、AOD偏向部6の偏向動作を制御するための制御テーブル13X、13Yに登録しておくRF信号の振幅情報を調整しておくだけで照射エネルギを変化させることができる。
照射エネルギを変化させるのに、レーザ発振器4自身からの出射エネルギーを制御することが考えられるが、この方法ではレーザ発振器4とAOD偏向部6の両方を制御する必要がある。上記実施例によれば、AOD偏向部6だけ制御すればよいので、調整部位や制御部位が少なくなり、制御が容易となり装置設計がやりやすくなる。
また、レーザ発振器4の発振状態を一定に保つことができるので、レーザの安定性を高め、加工品質を向上させることができる。
また、所定の軌道を複数回繰返す場合、必ずしも前回の軌道と同じである必要はない。また、銅層81を加工する場合と樹脂層82を加工する場合とで軌道を変更させてもよい。要は軌道の経路が予め定められていればよい。
また、基板1の構成材料に応じて所定の軌道を複数回繰返す場合、構成材料の種類、レーザパルスのエネルギやビームスポット径の大きさによっては、所定の軌道の繰返し回数は必ずしも整数である必要はなく、軌道の途中で終了させてもよい。
6:AOD偏向部、8:ガルバノ偏向部、9:集光レンズ、10:全体制御部、
11:レーザ発振制御部、12:テーブル駆動制御部、
13X、13Y:制御テーブル、14:AOD制御部、15:ガルバノ制御部、
16:レーザ照射ユニット、81、84:銅層 82:樹脂層、83:止まり穴
L1~L4:レーザパルス
Claims (5)
- レーザパルスを発振させるレーザ発振器と、
駆動信号の周波数に基づいて、前記レーザ発振器から出射されたレーザパルスを2次元方向に偏向し、前記駆動信号の振幅に基づいて、出射するレーザパルスのエネルギを制御する第1のレーザ偏向部と、
前記第1のレーザ偏向部から出射されたレーザパルスを前記2次元方向と同じ平面での2次元方向に偏向し、前記第1のレーザ偏向部よりも動作が遅い第2のレーザ偏向部と、
前記レーザ発振器の動作を制御するレーザ発振制御部と、
前記第1のレーザ偏向部の動作を制御する第1のレーザ偏向制御部と、
前記第2のレーザ偏向部の動作を制御する第2のレーザ偏向制御部と、
を有し、
前記第2のレーザ偏向部から出射されたレーザパルスを用いて、基板上の穴あけ位置に、所定の軌道に沿って前記レーザパルスを照射するトレパニング加工を複数回繰り返すことで、前記穴あけ位置に止まり穴を開けるレーザ加工装置において、
前記基板は、第3の層と、前記第3の層に積層される第2の層と、前記第2とは異なる材質の層であり、前記第2の層に積層される第1の層と、を有し、
前記第1のレーザ偏向制御部は、
同一の周波数に対して、第1のエネルギに対応する第1の振幅と、前記第1のエネルギとは異なる第2のエネルギに対応する第2の振幅とを定めた制御テーブルをメモリに記憶し、
前記トレパニング加工を複数回繰り返す際に、前記制御テーブルに基づいて、前記第1の層を対象とする回では前記第1のレーザ偏向部から出射される前記レーザパルスのエネルギを前記第1のエネルギに設定し、前記第2の層を対象とする回では前記第1のレーザ偏向部から出射される前記レーザパルスのエネルギを前記第2のエネルギに設定する、
レーザ加工装置。 - 請求項1に記載のレーザ加工装置において、
前記第2のレーザ偏向制御部は、前記レーザパルスを前記基板上の特定座標に位置決めするのに用いられ、
前記第1のレーザ偏向制御部は、前記2次元方向における前記特定座標を中心とした周辺領域に前記レーザパルスを高速に位置決めするのに用いられる、
レーザ加工装置。 - 請求項2に記載のレーザ加工装置において、
前記制御テーブルにおける前記第1の振幅の値は、前記周波数が異なる毎に前記第1のエネルギとなるよう補正された値になっており、
前記制御テーブルにおける前記第2の振幅の値は、前記周波数が異なる毎に前記第2のエネルギとなるよう補正された値になっている、
レーザ加工装置。 - 請求項1に記載のレーザ加工装置において、
前記第1の層は、金属層であり、
前記第2の層は、樹脂層であり、
前記第2のエネルギは、前記第1のエネルギよりも小さい、
レーザ加工装置。 - 請求項1~4のいずれか1項に記載のレーザ加工装置において、
前記第1のレーザ偏向部は、音響光学素子から構成される、
レーザ加工装置。
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