JPH04313477A - レーザ孔加工装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、レ−ザを用いてプリン
ト基板上にスル−ホ−ル等の孔を穿孔加工するためのレ
−ザ孔加工装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】プリント基板にスル−ホ−ル等の電子部
品実装用の孔を開ける穿孔加工には、従来、一般的にド
リルを用いた機械的な加工方法が用いられていた。しか
し、近年、プリント基板パタ−ンの高密度化に伴う孔の
小径化、及び非貫通穴加工の必要性に対応するため、レ
−ザ加工法が研究開発されている。この種の技術は、例
えば、すでに特開昭６１−９５７９２号及び特開昭６２
−２１６２９７号において公知である。このような従来
技術において、更に加工時間短縮を求めるべく、特開平
２−１８７２９１に開示されている様に、反射率の異な
る複数のビ−ムスプリツト用の半透過ミラ−を用いて、
１本のレ−ザビ−ムを複数の加工用の光軸に振り分ける
方法も提案されている。そして、レーザ光による穿孔技
術をコストの面から見ても実用化を図れる様にするため
には、能率の向上が必要であり、その点で、上記のよう
にレ−ザビ−ムを複数の光軸上に振り分ける方法は有効
である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、後者の
従来例においては、１本のレ−ザビ−ムを複数の光軸に
分割して使用しているため、レ−ザビ−ムの出力の値（
強度）も分割されることになる。例えば、１本のレ−ザ
ビ−ムを４本のビ−ムに等分に分割した場合、それぞれ
のビ−ムの強度は、元のビ−ムの１／４になる。そのた
め、単位時間あたりのエネルギ−量が大きい程加工速度
が速く、また、加工された孔品質も向上するレ−ザ加工
においては、従来例のような方法では、１つの孔に対す
る加工速度が遅くなり、予想したほどの加工能率の向上
につながらないという問題点が指摘されている。また、
同時に、ビーム強度の低下のために、孔品質の低下を招
くという問題点も指摘されている。

【０００４】従って、本発明は上述の課題に鑑みてなさ
れたものであり、その目的とするところは、孔加工の能
率を確実に向上させることができ、且つ、孔品質の低下
を招くことのない様なレ−ザ孔加工装置を提供すること
にある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上述の課題を解決し、目
的を達成するために、本発明のレ−ザ孔加工装置は、レ
−ザビ−ムを発振するレ−ザ発振器と、このレ−ザ発振
器からの照射光軸上に直列した状態で複数配設され、回
転することにより、各々に照射されたレ−ザビ−ムを全
反射させる状態と透過させる状態とが切り換わる反射部
材と、各反射部材を、独立して回転駆動する駆動手段と
、各反射部材で全反射されたレ−ザビ−ムの加工光軸上
に位置した状態で、被加工物を各々支持する支持手段と
を具備することを特徴としている。

【０００６】また、この発明に係わるレ−ザ孔加工装置
において、前記レ−ザビ−ムは、パルス状に発振され、
前記加工光軸の切り換えは、このレ−ザビ−ムの非励起
時に同期して行われることを特徴としている。

【０００７】また、この発明に係わるレ−ザ孔加工装置
において、前記駆動手段の回転軸は、前記反射部材の反
射面に直角に取りつけられていることを特徴としている
。

【０００８】また、この発明に係わるレ−ザ孔加工装置
において、前記駆動手段の回転軸は、前記反射部材の反
射面に平行に取りつけられていることを特徴としている
。

【０００９】また、この発明に係わるレ−ザ孔加工装置
において、前記各加工光軸上に配設され、対応するレ−
ザビ−ムを集光させる集光レンズを更に具備することを
特徴としている。

【００１０】

【作用】以上の様に、この発明に係わるレ−ザ孔加工装
置は構成されているので、レ−ザビ−ムを何本かの加工
光軸上に順次振り分けて、穿孔加工を行うことができる
ため、１つの孔を明ける毎にプリント基板の位置を移動
させる必要がなく、１回の位置決めで、何枚かのプリン
ト基板の加工を行うことができるようになり、加工能率
が向上する。

【００１１】また、１本のレ−ザビ−ムを分割している
わけではないので、穿孔加工にかかわるビ−ムの強度低
下を防ぐことができ、加工時間の短縮を図ることができ
ると共に、品質の良い穿孔加工が可能となる。

【００１２】また、全反射ミラ−の移動を、レ−ザビ−
ムの１パルスの内の非励起時間に同期して行うことによ
り、良好な穿孔加工を行うために必要であるレ−ザの非
励起時間を有効に使用することができると共に、ミラ−
移動のための時間を別に設ける必要がなくなり、加工能
率がさらに向上する。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の好適な一実施例について、添
付図面を参照して詳細に説明する。

【００１４】図１は、一実施例におけるレーザ孔加工装
置の概要を示したものである。図１において、１はレー
ザビームを発振するレーザ発振器であり、このレーザ発
振器１には、レ−ザビ−ムの発振状態を制御するための
レ−ザパルス発振制御装置２が接続されている。そして
、レ−ザ発振器１の照射光軸上には、夫々照射されたレ
−ザビ−ムを照射光軸に対して直角方向に全反射させる
反射面を有する４つの反射部材８Ａ〜８Ｄが、直列した
状態で配設されている。この４つの反射部材８Ａ〜８Ｄ
のうち、８Ｄは固定されているが、レ−ザ発振器１に近
い方の３つの反射部材８Ａ〜８Ｃには、各反射部材８Ａ
〜８Ｃを、回転駆動するためのパルスモータ７Ａ〜７Ｃ
が取りつけられている。そして、この反射部材８Ａ〜８
Ｃは、パルスモータ７Ａ〜７Ｃにより所定角度回転駆動
されることにより、反射部材８Ａ〜８Ｃに設けられた反
射面が照射光軸をさえぎる位置とさえぎらない位置とに
移動し、レーザビームを反射させる状態と透過させる状
態に切り換わる。このパルスモータ７Ａ〜７Ｃには、反
射部材８Ａ〜８Ｃを選択的に所定角度回転させて、レー
ザ発振器１からのレーザビームを各加工光軸１７Ａ〜１
７Ｄに順次振り分ける動作の制御を行うパルスモータ制
御装置６が接続されている。

【００１５】また、各加工光軸１７Ａ〜１７Ｄ上には、
平行光であるレ−ザビ−ムを一点に集光するための集光
レンズを内部に備える加工ヘッド１１Ａ〜１１Ｄが、夫
々配置されている。そして、この加工ヘッド１１Ａ〜１
１Ｄは、それぞれ図示しないヘッド駆動装置に保持され
ており、このヘッド駆動装置により、加工ヘッド１１Ａ
〜１１Ｄが、夫々独立に光軸方向に移動されことにより
、レーザビームの集光点の位置（各加工ヘッド１１Ａ〜
１１Ｄ内の集光レンズの焦点位置）が光軸方向に移動し
、後述する被加工物であるプリント基板１５Ａ〜１５Ｄ
上に焦点合わせされる。この焦点合わせの動作は、レン
ズ駆動装置に接続されたオートフォ−カス制御装置４に
より制御される。

【００１６】また、集光レンズ１１Ａ〜１１Ｄの光軸上
の前方には、上述したように、各加工光軸１７Ａ〜１７
Ｄに対応して、被加工物であるプリント基板１５Ａ〜１
５Ｄが、紙面に対して左右（Ｘ方向）、前後方向（Ｙ方
向）に移動可能なＸ−Ｙテーブル１２上に着脱可能に載
置された状態で、配置されている。そして、Ｘ−Ｙテー
ブル１２には、ＮＣ制御装置５が接続されており、この
ＮＣ制御装置５の命令により、Ｘ−Ｙテ−ブル１２が駆
動され、プリント基板１５Ａ〜１５Ｄが各加工光軸１７
Ａ〜１７Ｄに対して、１つの孔の加工が終了する毎に、
Ｘ方向およびＹ方向に移動されることにより、プリント
基板１５Ａ〜１５Ｄ上に複数の孔が加工される。

【００１７】そして、レーザパルス発振制御装置２、オ
ートフォーカス制御装置４、ＮＣ制御装置５、およびパ
ルスモータ制御装置６は、このレーザ孔加工装置全体を
制御するためのパルス信号集中制御装置３に接続されて
いる。

【００１８】次に、このレーザ孔加工装置の動作につい
て説明する。ここでは、レ−ザビ−ムを４本の光軸上に
順次振り分ける場合を示している。

【００１９】まず、被加工物であるプリント基板１５Ａ
〜１５Ｄは、Ｘ−Ｙテ−ブル１２上に固定されており、
Ｘ−Ｙテ−ブル１２は、ＮＣ制御装置５の指令により、
このプリント基板１５Ａ〜１５Ｄを、第１番目の孔を夫
々穿けるために、各加工光軸１７Ａ〜１７Ｄに対して位
置決めする。位置決めが終了すると、位置決め終了の信
号がパルス信号集中制御装置３に送られ、このパルス信
号集中制御装置３は、次に、オ−トフォ−カス制御装置
４に開始信号を送る。

【００２０】オ−トフォ−カス制御装置４は、図示しな
いヘッド駆動装置を制御して、集光レンズを内部に備え
る加工ヘッド１１Ａ〜１１Ｄを光軸方向に移動させ、レ
−ザビ−ムが基板１５Ａ〜１５Ｄ上に合焦するように、
集光レンズの位置を調節する。この焦点位置調節が終了
すると、オ−トフォ−カス制御装置４からは、焦点位置
調節完了信号が発せられ、パルス信号集中制御装置３に
送られる。

【００２１】次に、レ−ザをプリント基板１５Ａ〜１５
Ｄ上の加工点に照射するわけであるが、この際、レ−ザ
発振器１から出射されたビ−ムは、パルスモ−タ７Ａ〜
７Ｃにより回転駆動される反射部材８Ａ〜８Ｃ、及び固
定の全反射ミラ−８Ｄにより反射されてプリント基板１
５Ａ〜１５Ｄに照射される。ここで、反射部材８Ａ〜８
Ｃは、図２に示した様に全反射ミラ−から成る十字形の
形状をした部材である。詳しくは後述するが、この反射
部材８Ａ〜８Ｃをパルスモ−タ７Ａ〜７Ｃにより所定角
度回転させて、レ−ザビ−ムを反射させる状態と通過さ
せる状態を選択することにより、４枚のプリント基板１
５Ａ〜１５Ｄから１枚を選択して、レ−ザを照射させる
ことができる。

【００２２】ここで、レ−ザの穿孔加工の特質として、
１つの孔を穿ける時に、ビ−ムを連続的に照射するより
も、断続的に照射して、その断続的照射時間の後に設定
されたインタ−バル時間に、プリント基板の穿孔部分の
放熱や、反応ガスの放出を行うほうが良好な孔加工が行
えることが知られている。

【００２３】そのため、上記した様にレ−ザビ−ムをプ
リント基板１５Ａ〜１５Ｄ上に選択的に照射させるため
には、レ−ザの発振パルスと反射部材８Ａ〜８Ｃの回転
駆動タイミングとを正確に同期させる必要がある。その
ため、パルス信号集中制御装置３からは、同期を厳密に
とったパルス信号が、レ−ザパルス発振制御装置２と、
パルスモ−タ７Ａ〜７Ｃの回転制御を行うパルスモ−タ
制御装置６とに送られる。この、パルス信号に従って、
レ−ザ発振器１と、パルスモ−タ７Ａ〜７Ｃが制御され
ることにより、レ−ザビ−ムパルスのタイミングと、反
射部材８Ａ〜８Ｃを回転させるタイミングの同期がとら
れ、ビ−ムを各加工光軸１７Ａ〜１７Ｄに順次振り分け
ることが可能となる。

【００２４】そして、反射部材８Ａ〜８Ｃの回転移動を
、レ−ザビ−ムの照射時間と次の照射時間との間のイン
タ−バル時間に行うことにより、良好な穿孔加工を行う
ために必要であるインタ−バル時間を有効に使用するこ
とができると共に、反射部材８Ａ〜８Ｃの回転のための
時間を別に設ける必要がなくなる。

【００２５】次に、レ−ザビ−ムが各プリント基板１５
Ａ〜１５Ｄにそれぞれ照射されて、各プリント基板１５
Ａ〜１５Ｄに第１の孔の穿孔のために十分なレ−ザパル
スが照射され終わると、パルス信号集中制御装置３は、
ＮＣ制御装置５に穿孔終了の信号を送る。ＮＣ制御装置
５は、Ｘ−Ｙテ−ブル１２を駆動して、プリント基板１
５Ａ〜１５Ｄを第２の孔の穿孔位置に位置決めする。そ
の後、第１の孔の穿孔動作と同様に、各プリント基板１
５Ａ〜１５Ｄに順次レ−ザビ−ムが照射されて、第２の
孔の穿孔動作を終了する。このようにＸ−Ｙテ−ブル１
２の移動及び位置決めと、レ−ザの照射による穿孔動作
を繰り返すことにより、各プリント基板１５Ａ〜１５Ｄ
の全ての孔の穿孔が行われる。

【００２６】図２及び図３は、上述のレ−ザビ−ムの各
加工光軸１７Ａ〜１７Ｄへの振り分けについて、より具
体的に説明したものである。レ−ザ発振器１の光軸１３
に対して、図２Ａの様に反射部材８Ａが光軸１３をさえ
ぎる位置にある場合は、第１軸１７Ａへ、図２Ｂの様に
反射部材８Ａが、光軸１３をさえぎらず、反射部材８Ｂ
が光軸１３をさえぎる位置にある場合は第２軸１７Ｂへ
、図２Ｃの様に反射部材８Ａ、８Ｂが共に光軸１３をさ
えぎらず、反射部材８Ｃが光軸１３をさえぎる場合には
第３軸１７Ｃへ、反射部材８Ａ〜８Ｃが全て光軸１３を
さえぎらない場合には第４軸１７Ｄへと、ビ−ムの光路
が切り換わる事を示している。そして、図３は、その各
々の状態時におけるレ−ザの発振状況、つまり各加工点
に照射されるレ−ザビ−ムパルスを示している。

【００２７】以上説明した様に、一実施例によれば、レ
−ザ発振のタイミングと同期をとったタイミングで反射
部材８Ａ〜８Ｃを回転移動させることにより、レ−ザビ
−ムを複数の光軸上に順次振り分けて、穿孔加工を行う
ことができる。そのため、１つの孔を明けるごとにプリ
ント基板の位置を移動させる必要がなく、１回の位置決
めで、何枚かのプリント基板の加工を行うことができる
ことになり、加工能率が向上する。

【００２８】また、１本のレ−ザビ−ムを分割している
わけではないので、穿孔加工にかかわるビ−ムの強度低
下を防ぐことができ、加工時間の短縮を図ることができ
ると共に、品質の良い穿孔加工が可能となる。

【００２９】また、ミラ−の移動を照射時間と次の照射
時間との間のインタ−バル時間に行うことにより、良好
な穿孔加工を行うために必要となるインタ−バル時間を
有効に使うことができる。

【００３０】なお、この発明は、上述した一実施例の構
成に限定されることなく、この発明の主旨を逸脱しない
範囲で、種々変形可能であることは言うまでもない。

【００３１】以下に、この一実施例の種々の変形例につ
いて説明する。なお、以下の説明において、上述した一
実施例の構成と同一部分には、同一符号を付して、その
説明を省略する。

【００３２】図４は、第１の変形例を示したものである
。第１の変形例が一実施例と異なる点は、回転可能な反
射部材とその駆動方法である。

【００３３】２３はパルスモ−タであり、その回転軸に
取りつけられたプ−リ２１Ａの回転がベルト２２により
、プ−リ２１Ｂ〜２１Ｅに伝達され、反射部材２４Ａ〜
２４Ｄがパルスモ−タ２３と同じ回転速度で回転駆動さ
れる。これにより、レ−ザビ−ムが各加工光軸に振り分
けられる。

【００３４】図５は、この第１の変形例によるレ−ザビ
−ムの振り分け状態を模式的に示したものである。２５
Ａ〜２５Ｄは回転軸であり、１３はレ−ザ発振器１から
見たレ−ザの光軸である。反射部材２４Ａ〜２４Ｄを同
時に９０°づつ回転するたびにレーザ光路上に反射部材
２４Ａ〜２４Ｄが１つづつ移動して第１軸から第４軸ま
でのレ−ザの振り分けができる。

【００３５】図６は、第２の変形例を示したものである
。３１Ａ〜３１Ｃはパルスモ−タであり、３２Ａ〜３２
Ｃは反射部材である。他の部分は図１と同一である。

【００３６】反射部材３２Ａ〜３２Ｃは、パルスモ−タ
３１Ａ〜３１Ｃにより回転駆動され、レ−ザビ−ムを反
射あるいは透過させることが可能である。従って、所定
の反射部材を選択し、レ−ザの光路上に移動させること
により、プリント基板１５Ａ〜１５Ｄの内の所定のプリ
ント基板に穿孔加工を行うことができる。図７は、この
第２の変形例によるレ−ザの振り分け状態を模式的に示
したものである。

【００３７】図８に示した第３の変形例は、第２の変形
例において、反射部材の形状を変えたものである。４１
Ａ〜４１Ｃは反射部材であり、４２Ａ〜４２Ｃはレ−ザ
反射部分である。動作の方法は第２の変形例と同様であ
る。

【００３８】一実施例と第２の変形例の方法を用いて孔
明け加工を行い、従来の加工方法と比較した結果を図９
に示す。試料は、ガラスエポキシ両面基板を用い、レ−
ザは炭酸ガスレ−ザを用いた。評価は、測定値の最も良
いものから３段階で行い、孔形状については、テ−パ−
になっていないものから○、△、×、損傷については孔
内壁の樹脂食われのないものから○、△、×、孔径安定
性については、ばらつきの小さいものから○、△、×と
した。この結果、一実施例と第２の変形例の孔加工装置
により加工した孔は、従来の方法で加工した孔と比べて
孔品質が良くなっていることが分かる。

【００３９】なお、本発明は、上記一実施例および変形
例に限定されるものではなく、例えば、モ−タの種類及
び数、プリント基板の材質、反射部材の形状及び構造、
反射部材上の反射部の形状、反射部材の回転方向、回転
の順序、ビ−ム振り分けの軸数、固定反射鏡の有無等の
条件を変化させても良いことは言うまでもない。

【００４０】

【発明の効果】以上説明した様に、本発明のレ−ザ孔加
工装置においては、レ−ザビ−ムを何本かの加工光軸上
に順次振り分けて、穿孔加工を行うことができるため、
１つの孔を穿ける毎にプリント基板の位置を移動させる
必要がなく、１回の位置決めで、何枚かのプリント基板
の加工を行うことができるようになり、加工能率が向上
するという効果がある。

【００４１】また、１本のレ−ザビ−ムを分割している
わけではないので、穿孔加工にかかわるビ−ムの強度低
下を防ぐことができ、加工時間の短縮を図ることができ
ると共に、品質の良い穿孔加工が可能となるという効果
がある。

【００４２】また、全反射ミラ−の移動を、レ−ザビ−
ムの１パルスの内の非励起時間に同期して行うことによ
り、良好な穿孔加工を行うために必要であるレ−ザの非
励起時間を有効に使用することができると共に、ミラ−
移動のための時間を別に設ける必要がなくなり、加工能
率がさらに向上するという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】一実施例のレ−ザ孔加工装置の概要図である。

【図２Ａ】

【図２Ｂ】

【図２Ｃ】

【図２Ｄ】レ−ザビ−ムの各軸への振り分けについて具
体的に説明した図である。

【図３】図２の各ミラ−の状態に対応したレ−ザパルス
の出力状態を示した図である。

【図４】第１の変形例の構成を示した図である。

【図５】第１の変形例によるレ−ザビ−ムの振り分け状
態を模式的に示した図である。

【図６】第２の変形例の構成を示した図である。

【図７】第２の変形例によるレ−ザビ−ムの振り分け状
態を模式的に示した図である。

【図８】第３の変形例の構成を示した図である。

【図９】一実施例と第２の変形例の方法と従来の加工方
法とを比較した結果を示した図である。

【符号の説明】

７Ａ〜７Ｃ　　　　　　パルスモ−タ ８Ａ〜７Ｃ　　　　　　反射部材 ９　　　　　　　　　　　　　　全反射ミラ−１１Ａ〜
１１Ｄ　　加工ヘッド（集光レンズを含む）１２　　　
　　　　　　　　　Ｘ−Ｙテ−ブル１５Ａ〜１５Ｄ　　
プリント基板 １７Ａ〜１７Ｄ　　加工光軸

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】レ−ザビ−ムを発振するレ−ザ発振器と、
   このレ−ザ発振器からの照射光軸上に直列した状態で複
   数配設され、回転することにより、各々に照射されたレ
   −ザビ−ムを全反射させる状態と透過させる状態とが切
   り換わる反射部材と、各反射部材を、独立して回転駆動
   する駆動手段と、各反射部材で全反射されたレ−ザビ−
   ムの加工光軸上に位置した状態で、被加工物を各々支持
   する支持手段とを具備することを特徴とするレ−ザ孔加
   工装置。
2. 【請求項２】前記レ−ザビ−ムは、パルス状に発振され
   、前記加工光軸の切り換えは、このレ−ザビ−ムの非励
   起時に同期して行われることを特徴とする請求項１に記
   載のレ−ザ孔加工装置。
3. 【請求項３】前記駆動手段の回転軸は、前記反射部材の
   反射面に直角に取りつけられていることを特徴とする請
   求項１に記載のレ−ザ孔加工装置。
4. 【請求項４】前記駆動手段の回転軸は、前記反射部材の
   反射面に平行に取りつけられていることを特徴とする請
   求項１に記載のレ−ザ孔加工装置。
5. 【請求項５】前記各加工光軸上に配設され、対応するレ
   −ザビ−ムを集光させる集光レンズを更に具備すること
   を特徴とする請求項１に記載のレ−ザ孔加工装置。