JPH10109186A - レーザ光による配線基板の加工方法及びその装置 - Google Patents

レーザ光による配線基板の加工方法及びその装置

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JPH10109186A
JPH10109186A JP8260847A JP26084796A JPH10109186A JP H10109186 A JPH10109186 A JP H10109186A JP 8260847 A JP8260847 A JP 8260847A JP 26084796 A JP26084796 A JP 26084796A JP H10109186 A JPH10109186 A JP H10109186A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 加工穴に所望のテーパ角度をつけることがで
きるようにレーザ光の集光特性を変化可能としたレーザ
光による配線基板の加工装置を得る。 【解決手段】 レーザ発振器と加工レンズとの間の光路
に、レーザ光の一部を遮光する遮光体を設け、この遮光
体に前記レーザ光を照射し、前記遮光体を通過する前記
レーザ光の非遮光部を前記加工レンズに導くように構成
し、前記配線基板を加工する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、配線基板、いわゆ
るプリント基板と呼称される配線基板へのスルーホー
ル、インナーバイアホール、ブラインドバイアホール等
の穴あけにレーザ光を用いた加工方法及びその装置に係
り、特にレーザ光の集光特性を変化させるレーザ光によ
る配線基板の加工方法及びその装置に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】図14は従来技術を説明する模式図であ
る。図14において、1はレーザ発振器、2はレーザ発
振器1から発振されるレーザ光、3a、3bはレーザ発
振器1から発振されたレーザ光2を折り返すベンドミラ
ー、4はレーザ光のビーム径より小さい開口を中央部に
有する像転写マスク、5はガルバノミラー、6は透過型
光学部品、例えばf−θレンズ、7は加工対象となる配
線基板である。
【0003】この図14において、レーザ発振器1から
発振されたレーザ光2は、ベンドミラー3aにより折り
返され、像転写マスク4に入射する。この時、レーザ光
2は像転写マスク4の開口径より大きなビーム径であ
り、像転写マスク4により所望のエネルギー、ビーム形
状として取り出される。像転写マスク4を通過したレー
ザ光2はベンドミラー3bにより折り返され、ガルバノ
ミラー5によりf−θレンズ6の所定の位置へ入射さ
れ、配線基板7へと導かれ、配線基板7に穴あけ加工を
行う。
【0004】レーザ光は、図15(a)のα、β、γで
示すように、レンズ通過後の位置により強度分布が異な
ることは周知である。すなわち、図15(a)はf−θ
レンズ6を通過した後の前記α、β、γの位置における
レーザ光2を示し、図15(b)は図15(a)のαで
示す位置、即ち焦点位置、βで示す位置、γで示す位置
における夫々のビーム強度分布を示し、図15(c)は
図15(a)のα、β、γで示す位置における各ビーム
強度による配線基板7の加工穴形状を示す図である。
【0005】一般に配線基板7に穴あけ加工を行う場
合、その配線基板7を図15(a)のαで示す位置、即
ち焦点位置に設置する。この場合、レーザ光2の強度分
布は図15(b)に示すようにフラットであり、その結
果、配線基板7には図15(c)のαで示すように真円
精度が高く、配線基板7の板厚方向にストレートの穴を
加工することができる。
【0006】一方、図15(a)のβで示す位置に配線
基板7を設置した場合、これをディフォーカスした状態
と呼ぶが、レーザ光2の強度分布は、図15(b)のβ
で示すように、あたかも集光特性の低下したレーザ光2
のもつ強度分布のような状態で配線基板7に照射される
ため、図15(c)のβで示すように穴上部で穴径が大
きく下部で小さいテーパ穴が形成されることが確認され
ている。
【0007】さらに、図15(a)のγで示す位置に配
線基板7を設置した場合、ビーム強度分布は図15
(b)のγで示すようになり、図15(c)のγで示す
ように加工穴のテーパ角度を増加させることができる。
このようにディフォーカス量の増減により加工穴のテー
パ角度を容易に変化させることが可能なため、近年実用
化が進んでいる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかしながらディフォ
ーカスした状態で加工する場合、f−θレンズなどの透
過型光学部品の非点収差により加工穴の真円精度が劣化
する問題がある。
【0009】またf−θレンズへのレーザ光入射位置の
すべての領域で、f−θレンズ通過後のレーザ光の光軸
を配線基板に対し垂直に設定することは困難であり、そ
のため焦点位置における加工とディフォーカスした状態
での加工とでは同一の位置をねらっても加工穴の位置ず
れが生じる問題がある。従って、ディフォーカス量を変
化させるたびに位置ずれ補正を行う必要があり、無駄な
作業が増加する。
【0010】本発明は前記問題点を解消し、加工穴に所
望のテーパ角度をつけることができるようにレーザ光の
集光特性を変化可能としたレーザ光による配線基板の加
工方法及びその装置を提供するものである。
【0011】
【課題を解決するための手段】第1の発明は、レーザ発
振器と加工レンズとの間の光路に設けられ、レーザ光の
一部を遮光する遮光体に、前記レーザ光を照射し、前記
遮光体を通過する前記レーザ光の非遮光部を前記加工レ
ンズに導くことにより配線基板を加工するものである。
【0012】第2の発明は、レーザ発振器と加工レンズ
との間の光路に設けられ、レーザ光の一部を遮光する遮
光体と、この遮光体を通過した前記レーザ光の非遮光部
を前記加工レンズに導く手段とを備えたものである。
【0013】第3の発明は、遮光体がレーザ光の中心部
を遮光する部材で構成されたものである。
【0014】第4の発明は、遮光体がレーザ光を円環状
に遮光する部材で構成されたものである。
【0015】第5の発明は、遮光体がレーザ光の遮光面
積を変化できる部材で構成されたものである。
【0016】第6の発明は、遮光体をレーザ光軸方向に
移動可能な位置決め手段により保持するものである。
【0017】第7の発明は、遮光体へ入射するレーザ光
のビーム径を変化させる手段を備えたものである。
【0018】第8の発明は、制御装置の指令により所定
の遮光面積あるいは遮光体の位置あるいはレーザ光のビ
ーム径を設定できるよう構成したものである。
【0019】第9の発明は、遮光体に冷却する手段を設
けたものである。
【0020】第10の発明は、遮光体をレーザ光反射部
材で構成すると共に、レーザ光ダンパーを設けたもので
ある。
【0021】
【発明の実施の形態】 実施の形態1.図1は本発明の第1の実施の形態を示す
模式図である。この図1において、1はレーザ発振器、
2はレーザ発振器1から発振されるレーザ光、3a、3
bはレーザ発振器1から発振されたレーザ光2を折り返
すベンドミラー、4はレーザ光のビーム径より小さい開
口を中央部に有する像転写マスク、10は遮光体、11
はガルバノミラー、12は透過型光学部品、例えばf−
θレンズ、7は加工対象となる配線基板である。
【0022】この図1において、レーザ発振器1からの
レーザ光2がベンドミラー3aで折り返され、像転写マ
スク4を通過し、ベンドミラー3bで折り返されるまで
は従来と同様である。その後、ベンドミラー3bで折り
返えされたレーザ光2は、遮光体10により外周部が遮
光されて、中心部が選択的に通過され、ガルバノミラー
11によりf−θレンズ12の所定の位置へ入射された
後、配線基板7へと導かれ、配線基板7に穴あけ加工を
行う。
【0023】図2は本実施の形態における遮光体10の
構成例を示し、図2(a)は遮光体10を、中央部にレ
ーザ光2のビーム径より小さな開口を有する部材10a
で構成した例を示し、また、図2(b)は遮光体10と
してレーザ光2のビーム径より小径の反射鏡10bで構
成した例を示すものである。ここでは像転写マスク4、
ガルバノミラー11及びf−θレンズ12の組み合わせ
を例に挙げて説明したが、像転写光学系に限定されるも
のではなく、集光光学系でも同様の効果を得ることがで
きる。またガルバノミラー11などにより構成される走
査光学系に限定されるものでもない。
【0024】図1における遮光体10の遮光面積と、レ
ーザ光2がf−θレンズ12を通過して焦点位置で結像
したときのビーム強度分布、および加工穴形状の関係を
図3に示す。この図3に示すように、遮光体10の遮光
面積が大きいほどレーザ光2の集光特性は低下する。こ
の特性は従来技術のディフォーカスとレーザ光のビーム
強度分布との関係と等価であり、従って遮光体10を設
けることにより、配線基板7にその上部で加工穴径が大
きく、下部で小さいテーパ穴を形成することが可能とな
る。
【0025】ところで、本発明の類似例として特開平7
−284976号公報に開示された発明があり、トラッ
プ用マスクによりレーザ光を集光した際に生じる焦点の
ノイズ成分を排除することが明らかにされている。しか
し、ここで開示された発明は、前記ノイズ成分を遮断す
るのを目的とするもので、本来、焦点において結像に寄
与する成分の一部までを遮断し、集光特性を低下させる
ことを目的とする本発明とは異なるものである。
【0026】また特開平7−100685号公報に開示
された発明では、レーザビーム照射中に光路中のマスク
開口径を連続的に変化させ、テーパ状の穴を加工する方
法を開示している。ここに開示された方法では、マスク
開口径を高速、高精度に制御する必要があり、装置が複
雑なものとなるが、本発明ではレーザ光の集光特性自体
を変化させるよう構成しているため、所望のテーパ形状
に対し一旦適切な遮光面積を設定すればレーザビーム照
射中に遮光面積を変化させる必要がないため、装置の構
成が簡単である。
【0027】実施の形態2.次に、この発明の第2の実
施の形態について図4、図5により説明する。図1に示
す第1の実施の形態における遮光体10を、図4(a)
〜(c)の20a〜20bで示すように構成することに
より、レーザ光2の中心部を選択的に遮光し、レーザ光
2の集光特性を低下させ、配線基板7にテーパ穴を形成
することが可能である。すなわち、図4(a)はドーナ
ツ状の穴が形成され、この穴にレーザ光2を通過させる
部材20aにより遮光体20を構成した例を示し、図4
(b)はレーザ光2の光径より大径で、中央部にレーザ
光2の光径より小径の穴が形成された反射鏡20bで遮
光体20を構成した例を示し、また、図4(c)はレー
ザ光2の光径より小径の反射鏡20cにより遮光体20
を構成した例を示すものである。
【0028】本実施の形態は、レーザ光2の強度分布が
図5に示すガウシアンモードに近い場合に特に有効であ
り、中心部のビーム強度分布が強い部分をごくわずか遮
光することにより、顕著に集光特性を低下させ、配線基
板7にテーパ穴を形成することが可能となる。
【0029】実施の形態3.次に、この発明の第3の実
施の形態について図6、図7により説明する。図1に示
す第1の実施の形態における遮光体10を、図6(a)
〜(c)の30a〜30cのように構成することによ
り、レーザ光2を円環状に遮光し、レーザ光2の集光特
性を低下させ、配線基板7にテーパ穴を形成することが
可能である。すなわち、図6(a)は2重ドーナツ状の
穴が形成され、この穴にレーザ光2を通過させる部材3
0aにより遮光体30を構成した例を示し、図6(b)
はレーザ光2のビーム径より大径で、中央部にレーザ光
2のビーム径より小径の2重の穴が形成された反射鏡3
0bで遮光体30を構成した例を示し、また、図6
(c)は中央部に穴が形成され、レーザ光2のビーム径
より小径の反射鏡30cにより遮光体30を構成した例
を示すものである。
【0030】本実施の形態はレーザ光2の強度分布が図
7に示すマルチモードに近い場合、特に有効で、ビーム
強度分布が強い部分をごくわずか遮光することにより、
顕著に集光特性を低下させ、配線基板にテーパ穴を形成
することが可能となる。
【0031】実施の形態4.次に、この発明の第4の実
施の形態を図8により説明する。この第4の実施の形態
は、図1に示す第1の実施の形態における遮光体10
を、図8(a)に示すような絞り径を手動で可変できる
虹彩絞り機構の部材40a、あるいは図8(b)に示す
ような直径の異なる複数の穴を同心円上に配置した回転
板機構40bなどで構成された遮光体40によりレーザ
光2の遮光面積を変化可能に構成したもので、レーザ光
2の集光特性を簡単に連続的、あるいは断続的に変化さ
せることができる。すなわち配線基板7の加工穴のテー
パ角度を連続的、あるいは断続的に変化させることがで
きる。
【0032】図8で示す第4の実施の形態の遮光体40
は、遮光面積を手動で変化させるものであるが、ステッ
ピングモータなどの駆動機構、ギアなどからなる駆動力
伝達機構、あるいは制御装置との通信手段を設けること
により、制御装置から遮光面積を制御することもでき
る。
【0033】実施の形態5.次に、この発明の第5の実
施の形態を図9により説明する。図9は本発明による第
5の実施の形態を示す模式図で、図1に示す第1の実施
の形態と異なる点は、遮光体50を位置手段、例えば位
置決めレール51等でレーザ光2の光軸方向に手動によ
り位置決め可能に構成されている点である。すなわち、
レーザ光2は像転写マスク4を通過すると徐々に発散
し、レーザ光2のビーム径が像転写マスク4からガルバ
ノミラー5に向かって大きくなっていく。
【0034】従って、遮光体50が遮光面積を変化する
手段を持たなくても適切な遮光面積を備えていれば、位
置決めレール51上で遮光体50を光軸方向の前後に移
動させることにより、遮光面積を変化させるのと等価な
効果を得ることができる。なお、その他の点は第1の実
施の形態と同様であり、説明を省略する。
【0035】なお、上記第5の実施の形態においては、
遮光体50は手動で位置決めするものであるが、送りね
じと直線案内などからなる周知の直線駆動機構と制御装
置との通信手段を設けることにより、制御装置から位置
決めすることができる。
【0036】実施の形態6.次に、この発明の第6の実
施の形態を図10により説明する。図10は本発明の第
6の実施の形態を示す模式図である。この実施の形態に
おいては、遮光体60に前置して透過型光学部品あるい
は反射型光学部品の組み合わせによるビーム径可変装置
61を備えている。従って、遮光体60が遮光面積を変
化する手段を持たなくても適切な遮光面積を備えていれ
ば、ビーム径可変装置61により遮光体60への入射ビ
ーム径を適切に変化させることによりレーザ光2の集光
特性を変化させることが可能となる。
【0037】実施の形態7.次に、この発明の第7の実
施の形態を図11により説明する。図11は本発明によ
る第7の実施の形態を示す模式図である。遮光体70に
は自らが遮光したレーザ光2を吸収することにより発熱
が生じるため、変形あるいは損傷する。この実施の形態
では遮光体70を冷却することにより、遮光体70が変
形あるいは損傷することを防止し、その機能を長期にわ
たって安定に発揮できるよう構成している。具体的には
図11(a)に示すようにアパーチャ70の内部に冷却
水流路を設けて水冷する方法、図11(b)に示すよう
にノズル71から清浄気体を遮光体70に吹き付けて空
冷することにより遮光体70を冷却する方法などがあ
る。
【0038】実施の形態8.次に、この発明の第8の実
施の形態を図12により説明する。図12は本発明によ
る第8の実施の形態を示す模式図である。遮光体80に
は自らが遮光したレーザ光2を吸収することにより発熱
が生じるため、変形あるいは損傷する。この実施の形態
では遮光体80のレーザ光入射側を金蒸着などの方法に
より反射鏡とする構成をとり、遮光体80のレーザ光吸
収率を低下させ、したがって遮光体80の発熱を低く抑
えるため、遮光体80の変形あるいは損傷を抑制するこ
とが可能である。遮光体80により反射したレーザ光2
を吸収するようレーザ光ダンパー81を設けることによ
り、レーザ加工装置がより安定に動作可能となる。
【0039】実施の形態9.次に、この発明の第9の実
施の形態を図13により説明する。図13は本発明によ
る第9の実施の形態を示す模式図である。これまでの説
明では像転写マスク4を備えた像転写光学系における実
施の形態を示したが、本発明は像転写光学系に限定され
るものではない。図12は像転写マスクを備えない集光
光学系に遮光体90を設けるよう構成したものである。
なお、その他については、上記各実施の形態と同様につ
き、その説明を省略する。
【0040】上記第1の実施の形態から第9の実施の形
態の夫々について図示説明したが、各実施の形態相互を
組み合わせることにより、この発明の目的、効果を達成
することも可能である。例えば、図1において説明した
第1の実施の形態に示す遮光板10の変わりに、図9で
説明した第5の実施の形態に示す遮光体50と位置決め
レール51の組み合わせによる装置を適用するなど、諸
種の組み合わせが可能である。
【0041】
【発明の効果】第1及び第2の発明は、レーザ発振器と
加工レンズとの間の光路に、レーザ光の一部を遮光する
遮光体を設け、この遮光体に前記レーザ光を照射し、前
記遮光体を通過する前記レーザ光の非遮光部を前記加工
レンズに導くことにより、レーザ光の集光特性を変化可
能に構成したため、ディフォーカスすることなく焦点位
置で加工穴の壁面にテーパをつけることが可能になる。
従って、ディフォーカスした状態で加工した場合に発生
するf−θレンズなどの透過型光学部品の非点収差によ
る加工穴の真円精度劣化がなく、ディフォーカス量を変
えるたびに実施する必要のあった位置ずれ補正が不要な
レーザ光による配線基板の加工方法及び加工装置を得る
ことができる。
【0042】第3の発明は、遮光体をレーザ光の中心部
を遮光する部材で構成してレーザ光の集光特性を変化可
能に構成したため、レーザ光の強度分布がガウシアンモ
ードに近い場合、中心部のビーム強度分布が強い部分を
ごくわずか遮光することにより、簡単に集光特性を低下
させ、配線基板にテーパ穴を形成することが可能とな
る。
【0043】第4の発明は、遮光体がレーザ光を円環状
に遮光する部材で構成され、レーザ光の集光特性を変化
可能に構成されているため、レーザ光の強度分布がマル
チモードに近い場合、ビーム強度分布が強い部分をごく
わずか遮光することにより、簡単に集光特性を低下さ
せ、配線基板にテーパ穴を形成することが可能となる。
【0044】第5の発明は、遮光体がレーザ光の遮光面
積を変化できる部材で構成されているため、レーザ光の
集光特性を容易に変化させることができる。すなわち加
工穴壁面のテーパ角度を簡単に変化させることが可能と
なる。
【0045】第6の発明は、遮光体をレーザ光軸方向に
移動可能位置決め手段により保持するようにしたため、
簡単な構造でレーザ光の集光特性を変化させることがで
きる。すなわち加工穴壁面のテーパ角度を簡単、かつ信
頼性高く変化させることが可能となる。
【0046】第7の発明は、遮光体へ入射するレーザ光
のビーム径を変化させる手段を備えたので、簡単な構造
でレーザ光の集光特性を変化させることができる。すな
わち加工穴壁面のテーパ角度を簡単かつ信頼性高く変化
させることが可能となる。
【0047】第8の発明は、制御装置の指令により所定
の遮光面積あるいは遮光体の位置あるいはレーザ光のビ
ーム径を設定できるよう構成されているので、操作の自
動化が図れ生産性が向上する。
【0048】第9の発明は、遮光体を冷却する手段を設
けることにより、遮光したレーザ光の吸収による遮光体
の温度上昇が少なく長期間にわたり安定して動作するこ
とが可能になる。
【0049】第10の発明は、遮光体をレーザ光反射部
材で構成すると共に、レーザ光ダンパーを設けることに
より、遮蔽したレーザ光の吸収による遮光体の温度上昇
が少なく長期間にわたり安定して動作することが可能に
なった。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の第1の実施の形態を示す模式図であ
る。
【図2】 第1の実施の形態で使用される遮光体の構成
例を示す模式図である。
【図3】 遮光面積に対するビーム強度分布と加工穴形
状の変化のチャート図である。
【図4】 本発明の第2の実施の形態を示す模式図であ
る。
【図5】 第2の実施の形態によるビーム強度分布の模
式図である。
【図6】 本発明の第3の実施の形態を示す模式図であ
る。
【図7】 第3の実施の形態によるビーム強度分布の模
式図である。
【図8】 本発明の第4の実施の形態を示す模式図であ
る。
【図9】 本発明の第5の実施の形態を示す模式図であ
る。
【図10】 本発明の第6の実施の形態を示す模式図で
ある。
【図11】 本発明の第7の実施の形態を示す模式図で
ある。
【図12】 本発明の第8の実施の形態を示す模式図で
ある。
【図13】 本発明の第9の実施の形態を示す模式図で
ある。
【図14】 従来技術を説明する模式図である。
【図15】 ディフォーカスによるビーム強度分布と加
工穴形状の変化のチャート図である。
【符号の説明】
1 レーザ発振器、2 レーザ光、3a、3b ベンド
ミラー、4 像転写マスク、5 ガルバノミラー、6
f−θレンズ、7 配線基板、8 遮光体。

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 レーザ発振器から発振されるレーザ光を
    用いて配線基板に穴あけ加工を行うレーザ光による配線
    基板の加工方法において、前記レーザ発振器と加工レン
    ズとの間の光路に設けられ、前記レーザ光の一部を遮光
    する遮光体に前記レーザ光を照射し、前記遮光体を通過
    する前記レーザ光の非遮光部を前記加工レンズに導くこ
    とにより前記配線基板を加工するレーザ光による配線基
    板の加工方法。
  2. 【請求項2】 レーザ発振器から発振されるレーザ光を
    用いて配線基板に穴あけ加工を行うレーザ光による配線
    基板の加工装置において、前記レーザ発振器と加工レン
    ズとの間の光路に設けられ、前記レーザ光の一部を遮光
    する遮光体と、この遮光体を通過した前記レーザ光の非
    遮光部を前記加工レンズに導く手段とを備え、前記配線
    基板を加工するレーザ光による配線基板の加工装置。
  3. 【請求項3】 遮光体はレーザ光の中心部を遮光するも
    のであることを特徴とする請求項2記載のレーザ光によ
    る配線基板の加工装置。
  4. 【請求項4】 遮光体はレーザ光を円環状に遮光するも
    のであることを特徴とする請求項2記載のレーザ光によ
    る配線基板の加工装置。
  5. 【請求項5】 遮光体はレーザ光の遮光面積を変化でき
    るものであることを特徴とする請求項2〜請求項4のい
    ずれかに記載のレーザ光による配線基板の加工装置。
  6. 【請求項6】 遮光体をレーザ光軸方向に移動可能な位
    置決め手段により保持することを特徴とする請求項2〜
    請求項4のいずれかに記載のレーザ光による配線基板の
    加工装置。
  7. 【請求項7】 遮光体へ入射するレーザ光のビーム径を
    変化させる手段を備えたことを特徴とする請求項2〜請
    求項4のいずれかに記載のレーザ光による配線基板の加
    工装置。
  8. 【請求項8】 制御装置の指令により所定の遮光面積あ
    るいは遮光体の位置あるいはレーザ光のビーム径を設定
    できるよう構成された請求項5〜請求項7のいずれかに
    記載のレーザ光による配線基板の加工装置。
  9. 【請求項9】 遮光体を冷却する手段を設けた請求項2
    〜請求項8のいずれかに記載のレーザ光による配線基板
    の加工装置。
  10. 【請求項10】 遮光体をレーザ光反射部材で構成する
    と共に、レーザ光ダンパーを設けたことを特徴とする請
    求項2〜請求項9のいずれかに記載のレーザ光による配
    線基板の加工装置。
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