JPH1177355A

JPH1177355A - レーザ孔加工方法および装置

Info

Publication number: JPH1177355A
Application number: JP9236790A
Authority: JP
Inventors: Kenji Kasai; 研二河西; Toshiharu Okada; 俊治岡田; Satoshi Tanaka; 智田中; Yukio Nishikawa; 幸男西川; Izuru Nakai; 出中井; Takeshi Muneyuki; 健宗行
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1997-09-02
Filing date: 1997-09-02
Publication date: 1999-03-23
Anticipated expiration: 2017-09-02
Also published as: JP3794120B2

Abstract

(57)【要約】【課題】レーザ孔加工における加工良否の判定を簡単
かつ確実に行う。【解決手段】被加工材３０にレーザｒを照射して孔を
加工する方法であって、(a) 前記レーザｒのエネルギー
強度を光検出器５２等で測定する工程、(b) 前記エネル
ギー強度の測定値を、予め設定された孔の加工に必要な
エネルギー強度である基準値と比較する工程、(c) 前記
測定値が前記基準値を下回れば、加工不良であると判定
する工程、を含む。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、レーザ孔加工方法
および装置に関し、詳しくは、樹脂基板などにレーザを
照射して孔を加工する方法と、それに用いる装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】高密度配線回路基板にスルーホール等の
孔を加工するのにレーザ孔加工技術が採用されている。
レーザ孔加工技術は、被加工材にレーザを照射し、レー
ザのエネルギーで被加工材を溶融あるいは蒸発させて孔
をあける方法であり、ミクロン単位の微細な孔を正確な
位置に加工するのに適しているとして、近年益々高密度
化が図られている回路基板の製造に広く利用されてい
る。

【０００３】レーザ孔加工技術の具体例は、本願出願人
が先に特許出願した特願平６−３２０２３８号等に開示
されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、前記したレ
ーザ孔加工における加工の良否を各孔毎に判定するのは
非常に困難である。高密度配線回路基板に加工される孔
は極めて微細であるとともに、孔の数が大変に多いた
め、加工後に一つ一つの孔についてその良否を視覚で判
定するのは現実的ではなく、画像測定などの自動化装置
を用いたとしても、その測定作業に多くの時間がかか
る。

【０００５】さらに、レーザ孔加工装置では、レーザが
照射される被加工材を、高度に清浄化された空気や真空
雰囲気、不活性ガス雰囲気などの制御された雰囲気の中
に配置しておいたりする必要がある。そのため、被加工
材の配置個所は、外界と遮断された隔離室になっている
場合が多い。このような隔離状態におかれた被加工材
は、外部から観察し難く、目視による加工状態の判定は
困難である。

【０００６】また、孔加工の良否を判定するセンサ等の
測定器を被加工材の近くに配置しておくと、レーザ照射
や被加工材の移動の邪魔になるとともに、前記した特別
な環境に、被加工材やレーザ孔加工のための機能に加え
て加工良否の測定器までを収容しなければならず、装置
の大型化、複雑化を招くことになる。そこで、本発明の
課題は、レーザ孔加工における加工良否の判定を簡単か
つ確実に行うことである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明のうち、請求項１
に記載のレーザ孔加工方法は、被加工材にレーザを照射
して孔を加工する方法であって、以下の工程を含む。 (a) 前記レーザのエネルギー強度を測定する工程。 (b) 前記エネルギー強度の測定値を、予め設定された孔
の加工に必要なエネルギー強度である基準値と比較する
工程。

【０００８】(c) 前記測定値が前記基準値を下回れば、
加工不良であると判定する工程。各構成について具体的に説明する。〔被加工材〕被加工材としては、合成樹脂、繊維強化樹
脂、ガラス、セラミック、金属その他の通常のレーザ加
工で孔が形成できる材料であれば適宜に使用できる。複
数の材料層が積層された積層材であってもよい。本発明
は、高密度配線回路基板などの電子機器分野や精密機器
分野で使用される材料に対する微細な孔の加工に適して
いる。

【０００９】被加工材は、平坦な板状のものであっても
よいし、曲面や立体的な凹凸面を有するものであっても
よい。孔を加工する面は、被加工材の一部または全体に
１個所または複数あってもよい。一つの加工面には、１
個または複数個の孔が形成される。この発明は、数百個
あるいは数千個を超える多数の孔を形成するのに適して
いる。

【００１０】被加工材には、複数の分割領域を設定する
ことができる。分割領域の大きさは、連続した一工程の
レーザ孔加工で加工できる面積に設定しておくことが好
ましい。複数の分割領域にはそれぞれ、同じ配置パター
ンで孔を加工してもよいし、分割領域毎に異なる配置パ
ターンで孔を加工することもできる。例えば、被加工材
が配線回路基板の場合、最終製品になる回路基板の１単
位を一つの分割領域に設定しておけば、大きな１枚の原
板から、同じパターンでスルーホール孔等が加工された
複数個の製品回路基板を同時に効率的に得ることができ
る。

【００１１】被加工材に形成する孔は、前記したスルー
ホールやビアホールなどの配線回路用の孔のほか、機械
的あるいは電気的に任意の目的を有する孔に適用でき
る。なお、本発明において、「孔」は、被加工材を貫通
するもののほか、被加工材の厚みの途中までの孔すなわ
ち穴をも含む概念で用いている。〔レーザ〕孔加工用のレーザとしては、通常のレーザ孔
加工装置と同様のレーザ源や波長成分、エネルギー強度
などを有するものが、被加工材の材質や形成する孔の要
求性能などに合わせて用いられる。通常、レーザはパル
ス状に照射される。

【００１２】レーザ孔加工装置には、レーザを発生させ
るレーザ発振器や、レーザの照射方向、照射径、焦点位
置などを光学的に制御するレンズやミラー等の光学系、
被加工材を所定位置に保持するための保持機構などを備
えている。孔加工のためのレーザの照射位置を精密かつ
高速に設定する手段として、光学系にガルバノメータと
ｆθレンズを組み合わせて用いることができる。

【００１３】レーザの照射位置を変えるには、被加工材
を移動させることもできる。被加工材をＸＹテーブルに
保持しておけば、被加工材をＸＹ方向に自由に移動させ
ることができる。ＸＹテーブルは、被加工材を比較的大
きな距離で移動させるのに有効であり、前記したガルバ
ノメータは、レーザを照射しながらその照射位置を高速
かつ正確に変更するのに有効である。

【００１４】レーザ孔加工装置および方法の具体例とし
て、前記した特願平６−３２０２３８号等に開示された
技術が適用できる。〔エネルギー強度の測定〕被加工材に照射されるレーザ
のエネルギー強度を測定できれば、通常のレーザに対す
るエネルギー強度の測定装置および方法を用いることが
できる。

【００１５】レーザを光検出器で受光すれば、エネルギ
ー強度を電圧に変換して測定することができる。被加工
材に照射されるレーザの一部のみを取り出してエネルギ
ー強度を測定し、その値から全体のレーザの強度を推定
することができる。レーザ発振器から照射されるレーザ
の一部を分割して取り出すには、ビームスプリッタなど
の光学機構が用いられる。

【００１６】パルス状レーザの場合、１ショットのパル
ス波における最大エネルギー値を測定するのが容易であ
るが、平均エネルギー値やエネルギー積分値を測定する
こともできる。〔基準値〕基準値は、予め理論、実験あるいは経験によ
り求めておくことができる。

【００１７】通常は、実際の加工に用いるのと同じ被加
工材に対して、レーザのエネルギー強度を変えながら孔
の加工を繰り返し、良品と不良品との境界になるエネル
ギー強度のしきい値を求めておけばよい。基準値は、上
記しきい値にある程度の余裕を見込んで、しきい値より
も少し高い値に設定するのが好ましい。実際の加工と全
く同じ条件で上記測定を行っておけば、エネルギー強度
を測定するだけで、孔加工の良または不良を判定するこ
とが可能である。この基準値を求めるための測定では、
孔加工を終えた被加工材をレーザ孔加工装置から取り出
して、目視その他の測定方法で加工の良否を判定すれば
よい。

【００１８】また、様々に異なる条件で孔加工とその良
否の判定を行えば、被加工材の種類や孔の加工条件とエ
ネルギー強度の基準値との相関関係を、数式化したりプ
ログラム化しておくこともできる。前記した実際の加工
時におけるエネルギー強度の測定値と上記基準値とは、
コンピュータや電気回路を用いた電気的演算で比較する
ことができる。比較の結果は、電気信号として出力する
ことができる。

【００１９】〔良否判定〕前記測定値と基準値との比較
により、測定値が基準値を下回れば、このときにレーザ
加工された孔は不良である、と判定する。不良判定され
た孔が一つでも存在する被加工材あるいは分割領域は、
全体を不良であると判定してもよい。不良と判定された
分割領域あるいは被加工材は、その後の処理加工工程か
ら外されたり、そのまま廃棄されたり再加工や修復加工
に回されたりする。一つの分割領域に不良判定された孔
があっても、残りの分割領域が良であれば、不良と判定
された分割領域だけを廃棄して、良と判定された分割領
域は使用することもできる。

【００２０】〔数の測定による判定〕一つの分割領域あ
るいは被加工材に多数の孔を加工する場合、良否判定を
以下の工程で行うことができる。 (d) エネルギー強度の測定工程(a) および基準値との比
較工程(b) を、各孔の加工毎に行う工程。

【００２１】(e) 前記複数の孔の加工が終了した後、前
記測定値が基準値以上であった測定の数ｈと、加工しよ
うとした孔の数Ｈとを比較し、ｈとＨとが一致しなけれ
ば、加工不良であると判定する工程。測定値が基準値以上であった測定の数ｈは、判定が良と
なる孔の数であるから、加工しようとした孔の数Ｈと前
記測定数ｈが一致すれば、全ての加工孔が良であったこ
とを意味する。

【００２２】この方法では、複数の孔加工が終了した後
で、１回だけ良否の判定を行えばよいので、個々の孔加
工毎に良不良の判定を行う方法に比べて、能率的に判定
が行える。通常の孔加工では、一つの分割領域あるいは
被加工材に一つでも不良が発生すれば、その分割領域あ
るいは被加工材の全体を不良と判定しなければならない
ことが多いので、前記した数Ｈとｈの比較で、一つの分
割領域あるいは被加工材の全体について良否を判定すれ
ば十分である。

【００２３】また、良否の判定結果を表示手段に表示さ
せる場合、多数の孔の個々に良否を表示するには、大量
のデータを表示しなければならない煩雑さがあるのに対
し、一つの分割領域あるいは被加工材についての良否を
表示するのであれば、簡単かつ直観的に判り易い良否の
表示が可能になる。〔判定結果の表示〕加工良否の判定結果は、表示ランプ
やモニタ画面などの視覚的な表示手段に表示させること
ができる。

【００２４】被加工材に複数の分割領域が存在する場
合、複数の分割領域毎に加工良否を表示することができ
る。表示手段が、各分割領域毎に表示部を備えていれ
ば、複数の分割領域毎の加工良否を視覚的に確認し易
い。表示手段における表示部の配置と、実際の被加工面
における分割領域の配置とが対応していれば、どの分割
領域に不良が発生したのかを直観的に知ることができ
る。

【００２５】加工の良否は、表示ランプの点灯あるいは
非点灯で区別することもできるし、表示ランプの発光色
を変えて区別することもできる。モニタ画面の特定の領
域だけで色を変えたり、良または不良を意味する文字や
記号を表示させたりすることもできる。色の違いによる
良否の区別は、直観的で判り易い。

【００２６】

【発明の実施の形態】図１に示すレーザ孔加工装置は、
高密度配線回路基板に対するスルーホールあるいはビア
ホールに利用される貫通孔の加工を行う。ＸＹテーブル
４０に、被加工材となる基板３０が２枚並べて装着され
る。基板３０は、エポキシ樹脂をアラミド繊維で補強し
た繊維強化樹脂からなり、最終段階までの硬化が完了し
ていない半硬化状態のものを用いる。このような半硬化
状態の基板３０は、レーザ孔加工が容易である。基板３
０の寸法としては、約５１０×３４０mmの矩形状をなす
ものが用いられる。

【００２７】矩形状をなす基板３０は、複数個の小さな
分割領域３２に分割されている。分割領域３２は一辺約
５０mmの正方形をなし、各分割領域３２が、最終的に１
個分の回路基板製品となる。それぞれの分割領域３２
に、同じパターンあるいは異なるパターンで配置された
多数の貫通孔を加工する。１分割領域３２に加工する孔
の数は、数千から数万程度になる。貫通孔が加工された
あとの基板３０は、通常の回路基板の製造方法と同様
に、貫通孔に導体材料を充填したり、基板３０を複数枚
積層したりして、多層回路基板製品に加工される。

【００２８】ＸＹテーブル４０は、基板３０を載せた上
部材４２が下部材４４に対して一方向にスライド移動自
在に配置され、下部材４４は前記上部材４２のスライド
方向と直交する方向にスライド移動自在に配置されてい
る。その結果、基板３０はＸＹ両方向に自在に水平移動
させることができる。レーザ発振器１０は、ＣＯ₂レー
ザ発振器である。レーザ発振器１０から照射されたパル
ス状のレーザｒは、ビームスプリッタ２１で２方向に等
分に分割される。分割されたそれぞれのレーザｒは、Ｘ
Ｙ一対のガルバノメータ２２、２２およびｆθレンズ２
４を経て、左右の基板３０の表面にそれぞれ照射され
る。

【００２９】ガルバノメータ２２は、旋回自在なミラー
でレーザｒを反射させてレーザｒの照射方向を変える。
ガルバノメータ２２で変向されたレーザｒはｆθレンズ
を通過して基板３０の表面に照射される。ＸＹ両方向の
ガルバノメータ２２を組み合わせることで、基板３０の
分割領域３２内で任意の位置にレーザｒが照射され、ス
ルーホール用の貫通孔があけられる。通常は、１パルス
のレーザｒで１個の貫通孔が加工されるが、複数のパル
スを重ねて１個の貫通孔を加工することもできる。

【００３０】左右のガルバノメータ２２、２２は、一対
の基板３０、３０に対して同じ関係位置にある分割領域
３２、３２に同じ配置パターンでレーザｒを照射して孔
を加工する。一つの分割領域３２において孔加工が完了
すれば、ＸＹテーブル４０を移動させて、次の分割領域
３２がガルバノメータ２２およびｆθレンズ２４の下方
に配置されるようにした後、前記同様に分割領域３２内
における所定数の孔加工が繰り返される。

【００３１】図２は、孔加工の良否を判定する機構を説
明している。レーザ発振器１０から照射されたレーザｒ
の光路に、判定用レーザを取り出すためのビームスプリ
ッタ２８が配置されていて、レーザｒの一部を分割し、
判定用レーザｒa として光検出器５２に導く。このビー
ムスプリッタ２８は、前記した２分割用のビームスプリ
ッタ２８よりもレーザ発振器１０に近い側に配置されて
いてもよいし、２分割された後のそれぞれのレーザの光
路に配置されていてもよい。

【００３２】光検出器５２は、判定用レーザｒa の光エ
ネルギーを電気エネルギーに変換してエネルギー強度を
測定する。具体的には、図３に示すように、光検出器５
２で測定されたレーザパルスＰ₁、Ｐ₂の最大電圧値Ｖ
₁、Ｖ₂を利用する。光検出器５２で検出される最大電
圧値Ｖは、基板３０に照射されるレーザｒのエネルギー
強度に対応して変化する。

【００３３】光検出器５２で検出された前記電圧値Ｖ
が、孔加工に必要な基準値Ｖｘ以上であれば（レーザパ
ルスＰ₁すなわち電圧値Ｖ₁）、基板３０へのレーザ孔
加工が良好に行われたと判断できる。基準値Ｖｘを下回
るレーザパルスＰ₂（電圧値Ｖ ₂）では十分なレーザ孔
加工が達成できておらず、不良であると判定できる。光
検出器５２にはカウンタ５４が連結されている。カウン
タ５４では、基準値Ｖｘ以上の電圧値Ｖを示した判定用
レーザｒa の数ｈを計測する。

【００３４】前記した分割領域３２内で照射されたレー
ザパルスｒの数すなわちレーザ孔加工の実行数Ｈと、カ
ウンタ５４の計測数ｈとが一致していれば、全てのレー
ザ孔加工は良好に行われたと判断できる。カウンタ５４
にはメインコントローラ５６が連結されている。メイン
コントローラ５６は、カウンタ５４から計測数ｈのデー
タを受け取る。また、レーザｒの照射とカウンタ５４の
計測とのタイミングを一致させるように、カウンタ５４
の計測開始あるいは終了を指令したり、計測数の初期化
を行わせたりして、カウンタ５４の制御を行う。メイン
コントローラ５６は、レーザ発振器１０に対するパルス
発射の指令も出す。メインコントローラ５６では、カウ
ンタ５４の計測数ｈとレーザｒの発射数Ｈとの比較演算
を行い、孔加工の良否判定を行う。

【００３５】メインコントローラ５６における孔加工の
良否判定結果は、外部に出力されて、基板３０の処理工
程全体を制御する制御機構で基板３０に対する次工程で
の処理を変更するデータに利用したり、測定結果を記録
したりすることができる。また、メインコントローラ５
６には表示器６０が連結され、孔加工の良否判定結果を
視覚的に表示する。

【００３６】図４に示すように、表示器６０は、ＣＲＴ
あるいは液晶等による通常のモニタ画面を備えている。
また、表示器６０には、キーなどによる入力装置も備え
ていて、メインコントローラに対する指示を入力するこ
とができる。表示器６０の表示画面には、２枚の基板３
０に対応する矩形状の基板表示部６２、６２が表示さ
れ、各基板表示部６２には、基板３０の分割領域３２に
対応する複数の表示領域６４が配置されている。表示器
６０には、メインコントローラ５６から、孔加工の良否
判定結果とともに、現在加工中の分割領域３２の位置に
関する情報も送られてくる。

【００３７】各表示領域６４のうち、孔加工がまだ行わ
れていない領域６４は、透明あるいは背景色と同じ色Ｂ
が表示されている。孔加工を終えた領域６４では、判定
結果が色分けされて表示される。孔加工の実行数Ｈ＝測
定数ｈである判定良の領域Ｇは緑色、Ｈ＞ｈである判定
不良の領域Ｒは赤色が表示される。さらに、図示した表
示器６０では、黄色の領域Ｙも存在する。この領域Ｙ
は、判定不良であるが、前記したカウンタ５４の計測数
ｈが孔加工の実行数Ｈよりも多く測定されたＨ＜ｈの場
合を表している。このような不良は、機器の誤作動など
によって生じる可能性がある。

【００３８】したがって、表示器６０の画面をみれば、
レーザ孔加工が完了した分割領域３２のうち、どの領域
３２に不良が発生したのかを直観的に知ることができ
る。また、レーザ孔加工がどの分割領域３２まで進行し
ているのかを知ることもできる。

【００３９】

【発明の効果】本発明に係るレーザ孔加工方法および装
置によれば、レーザのエネルギー強度を基準値と比較す
るという簡単な方法および機構だけで、加工不良の判定
を正確かつ迅速に行うことができる。その結果、レーザ
孔加工の品質性能維持あるいは生産性の向上に大きく貢
献することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態となるレーザ孔加工装置の基
本構造を示す斜視図

【図２】加工良否の判定部分を表すブロック図

【図３】検出器の検出値を表す線図

【図４】表示器の画面を表す正面図

【符号の説明】

１０レーザ発振器２２ガルバノメータ２４ｆθレンズ３０基板３２分割領域４０ＸＹテーブル５２光検出器５４カウンタ６０表示器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者西川幸男大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者中井出大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者宗行健大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被加工材にレーザを照射して孔を加工す
る方法であって、以下の工程を含むレーザ孔加工方法。 (a) 前記レーザのエネルギー強度を測定する工程。 (b) 前記エネルギー強度の測定値を、予め設定された孔
の加工に必要なエネルギー強度である基準値と比較する
工程。 (c) 前記測定値が前記基準値を下回れば、加工不良であ
ると判定する工程。
【請求項２】請求項１の方法により、被加工材に複数
個の孔を加工する方法であって、以下の工程を含むレー
ザ孔加工方法。 (d) 前記エネルギー強度の測定工程(a) および基準値と
の比較工程(b) を、各孔の加工毎に行う工程。 (e) 前記複数の孔の加工が終了した後、前記測定値が基
準値以上であった測定の数ｈと、加工しようとした孔の
数Ｈとを比較し、ｈとＨとが一致しなければ、加工不良
であると判定する工程。
【請求項３】請求項２の方法において、前記被加工材
に複数個の分割領域を設定し各分割領域毎に複数個の孔
を加工する方法であって、以下の工程を含むレーザ孔加
工方法。 (f) 各分割領域毎に前記(d) 工程および(e) 工程を行う
工程。 (g) 前記各分割領域毎に表示部を有する表示手段に、各
分割領域毎の加工の良否を表示させる工程。
【請求項４】請求項３の方法において、前記(g) 工程が、前記加工の良否を色の違いで表示させ
るレーザ孔加工方法。
【請求項５】請求項１〜４のいずれかの方法を実施す
る装置であって、前記被加工材を保持する手段と、前記被加工材にレーザを照射する手段と、前記レーザのエネルギー強度を測定する手段と、前記エネルギー強度の測定値を、予め設定された孔の加
工に必要なエネルギー強度である基準値と比較する手段
と、前記測定値が前記基準値を下回れば、加工不良であると
判定する手段と、前記加工不良を視覚的に表示する表示手段とを備えるレ
ーザ孔加工装置。
【請求項６】前記レーザ照射手段が、レーザ発振器
と、レーザ発振器から照射されたレーザを光学的に制御
して前記被加工材まで導く光学系とを備え、前記光学系を通過するレーザの一部を取り出し、前記エ
ネルギー強度の測定手段に送るレーザ分割手段をさらに
備える請求項５に記載のレーザ孔加工装置。
【請求項７】前記被加工材を保持する手段が、前記各
分割領域を順次、前記レーザの照射範囲に配置する被加
工材の移動手段を備える請求項５または６に記載のレー
ザ孔加工装置。