KR100477147B1

KR100477147B1 - 레이저천공 가공방법 및 가공장치

Info

Publication number: KR100477147B1
Application number: KR10-2002-7003935A
Authority: KR
Inventors: 하마다시로
Original assignee: 스미도모쥬기가이고교 가부시키가이샤
Priority date: 1999-10-07
Filing date: 2000-10-03
Publication date: 2005-03-17
Also published as: HK1050867A1; WO2001024964A1; US6720524B1; EP1231013A4; TW460352B; CN1378493A; CN1170653C; EP1231013A1; KR20020033205A; JP2001105164A

Abstract

레이저발진기(10)와 피가공부재로서의 프린트배선기판(20) 사이에, 폴리건 미러(11), 가공패턴을 규정하는 일렬형의 복수의 구멍을 갖는 마스크(12), 갈바노 미러(16), 가공렌즈(17)를 차례로 배치하여, 레이저발진기(10)로부터의 레이저빔이 상기 각 요소를 차례로 경유하여 프린트배선기판(20)에 조사되도록 한다. 폴리건 미러(11)는, 그 한 면의 미러마다 마스크(12)의 복수의 구멍을 스캔하도록 레이저빔을 편향(deflect)시킴으로써, 프린트배선기판(20)에 상기 복수의 구멍이 형성된다. 갈바노 미러(16)에 의해, 프린트배선기판(20)에 대한 레이저빔 조사영역을 일축(一軸)방향으로 시프트시킨다.

Description

레이저천공 가공방법 및 가공장치{Method and apparatus for laser drilling}

본 발명은, 레이저발진기로부터의 레이저빔을 프린트배선기판이나 세라믹기판 등의 피가공부재에 조사하여 천공을 행하는 레이저천공 가공방법 및 가공장치에 관한 것이다.

전자기기의 소형화, 고밀도 실장화(實裝化)에 수반하여, 프린트배선기판에는 고밀도화가 요구되고 있다. 예컨대, LSI칩을 실장하여 패키지화하기 위한 프린트배선기판으로서 인터포저(interposer)라는 것이 알려져 있다. 이와 같은 LSI칩과 인터포저의 접속은, 지금까지 와이어 본딩법이 주류였지만, 플립 칩 실장이라는 방법이 증가하는 경향에 있고, 패키지의 다(多)핀화도 진행되고 있다. 이와 같은 경향에 수반하여, 인터포저에는 다수의 비아홀이라고 하는 천공을 작은 직경이면서 미소(微小) 피치로 행하는 것이 필요하게 된다.

이와 같은 천공가공은, 기계적인 미세(微細) 드릴을 사용하는 기계가공이나 노광(포트비아)방식이 주류였지만, 최근에는 레이저빔이 이용되기 시작하고 있다. 레이저빔을 이용한 천공가공장치는, 미세 드릴을 사용하는 기계가공에 비하여 가공속도나, 구멍 직경의 미세화에 대응할 수 있는 점에서 뛰어나다. 레이저빔의 발생원으로서는, 레이저발진기의 가격, 러닝코스트가 낮다는 점에서 CO₂레이저나 고주파 고체레이저가 일반적으로 이용되고 있다.

도 1은, 본 발명의 제1실시형태에 의한 레이저천공 가공장치의 구성을 나타낸 도면이다.

도 2는, 도 1의 가공장치에 사용되는 레이저빔의 단면형상 및 마스크의 마스크 패턴의 일예를 나타낸 도면이다.

도 3은, 도 1의 가공장치에 의해 형성되는 가공패턴의 일예를 나타낸 도면이다.

도 4는, 본 발명에 의한 가공장치의 가공대상이 되는 면을 많이 취하기 위한(多面取用) 프린트배선기판의 일예를 나타낸 도면이다.

도 5는, 본 발명의 제2실시형태에 의한 레이저천공 가공장치의 구성을 나타낸 도면이다.

도 6은, 도 5의 가공장치에 의해 형성되는 가공패턴의 일예를 나타낸 도면이다.

도 7은, 본 발명의 제3실시형태에 의한 레이저천공 가공장치의 구성을 나타낸 도면이다.

도 8은, 도 7의 가공장치에 사용되는 레이저빔의 단면형상 및 마스크의 마스크 패턴의 일예를 나타낸 도면이다.

도 9는, 도 7의 가공장치에 의해 형성되는 가공패턴의 일예를 나타낸 도면이다.

도 10은, 본 발명에 있어서 사용되는 레이저빔의 빔 프로파일과, 도 7에 나타낸 정형광학계에 의한 레이저빔의 단면형상을 나타낸 도면이다.

도 11은, 도 7에 나타낸 가공장치에 있어서 직사각형 레이저빔을 사용하여 가공영역을 4개의 영역으로 분할하여 가공하는 경우의 방법을 설명하기 위한 도면이다.

도 12는, 본 발명의 제4실시형태에 의한 레이저천공 가공장치의 구성을 나타낸 도면이다.

도 13은, 도 12의 가공장치에 의해 형성되는 가공패턴의 일예를 나타낸 도면이다.

지금까지의 레이저천공 가공장치에서는, 레이저발진기로부터의 레이저빔을 반사 미러 등을 포함하는 광학경로를 경유시켜 X-Y 스캐너 혹은 갈바노 스캐너라고 하는 2축(軸)의 갈바노 미러를 구비한 스캔 광학계로 안내한다. 이 스캔 광학계에 의해 레이저빔을 편향(deflect)시켜 가공렌즈를 지나 프린트배선기판에 조사함으로써 천공을 행하고 있다(예컨대, 일본국 특허공개 평10-58178호 공보 참조). 즉, 프린트배선기판에 뚫릴 구멍의 위치는 사전에 정해져 있기 때문에, 이들 구멍의 위치정보에 근거하여 스캔 광학계를 제어함으로써 천공이 1개씩 행하여지고 있다.

그러나, X-Y 스캐너 혹은 갈바노 스캐너에 의한 스캔 광학계를 사용한 1개씩하는 천공가공에서는, 프린트배선기판에 있어서의 구멍 수의 증가에 비례하여 가공시간이 길어진다. 덧붙여 말하면, 갈바노 스캐너의 응답성은 500pps정도이기 때문에, 매초 500개 이상의 천공은 곤란하다. 또한, 예컨대 한 변이 10㎜인 정사각형 패키지기판에, 50㎛직경의 구멍이 0.2㎜의 피치로 배열된다고 하면, 2500개의 구멍이 존재한다. 이 경우, 매초 500개의 천공을 행하였다 하여도, 2500 / 500 = 5sec의 가공시간을 필요로 한다.

그래서, 본 발명의 과제는, 지금까지의 레이저천공 가공방법에 비하여 짧은 시간에 다수의 천공가공을 행할 수 있는 레이저천공 가공방법을 제공하는 것에 있다.

본 발명의 다른 과제는, 상기 가공방법에 적합한 레이저천공 가공장치를 제공하는 것에 있다.

본 발명은, 레이저발진기로부터의 레이저빔을 피가공부재에 조사하여 천공을 행하는 레이저천공 가공방법이다. 본 발명의 태양에 의하면, 본 가공방법은, 레이저빔을, 폴리건 미러, 가공 패턴을 규정하는 복수의 구멍을 마스크 패턴으로서 갖는 마스크, 적어도 하나의 갈바노 미러, 가공렌즈를 경유하여 조사한다. 폴리건 미러가, 마스크의 복수의 구멍을 스캔하도록 레이저빔을 편향시킴으로써, 피가공부재에 복수의 구멍이 형성된다. 적어도 하나의 갈바노 미러에 의해, 피가공부재에 대한 레이저빔 조사영역을 일축(一軸)방향으로 시프트시킨다.

본 발명의 다른 태양에 의한 레이저천공 가공방법은, 레이저빔을 선형 혹은 직사각형 레이저빔으로 정형(整形)하는 정형광학계, 폴리건 미러, 가공패턴을 규정하는 복수의 구멍을 마스크 패턴으로서 갖는 마스크, 적어도 하나의 갈바노 미러, 가공렌즈를 경유하여 레이저빔을 조사한다. 폴리건 미러가, 마스크의 복수의 구멍을 스캔하도록 레이저빔을 편향시킴으로써, 피가공부재에 복수의 구멍이 일괄하여 형성된다. 적어도 하나의 갈바노 미러에 의해, 피가공부재에 대한 레이저빔 조사영역을 일축방향으로 시프트시킨다.

본 발명에 의하면 또한, 레이저발진기로부터의 레이저빔을 피가공부재에 조사하여 천공을 행하는 레이저천공 가공장치가 제공된다. 본 가공장치에 있어서는, 레이저발진기와 피가공부재 사이에, 폴리건 미러, 가공패턴을 규정하는 복수의 구멍을 마스크 패턴으로서 갖는 마스크, 적어도 하나의 갈바노 미러, 가공렌즈가 배치된다. 레이저발진기로부터의 레이저빔은 상기 각 요소를 경유하여 피가공부재에 조사된다. 폴리건 미러가, 마스크의 복수의 구멍을 스캔하도록 레이저빔을 편향시킴으로써, 피가공부재에 복수의 구멍이 형성된다. 적어도 하나의 갈바노 미러에 의해, 피가공부재에 대한 레이저빔 조사영역을 일축방향으로 시프트시킨다.

본 발명의 다른 태양에 의한 레이저천공 가공장치에 있어서는, 레이저발진기와 피가공부재 사이에, 레이저빔을 선형 혹은 직사각형 레이저빔으로 정형하는 정형광학계, 폴리건 미러, 가공패턴을 규정하는 복수의 구멍을 마스크 패턴으로서 갖는 마스크, 적어도 하나의 갈바노 미러, 가공렌즈가 배치된다.

상기 어느 레이저천공 가공장치에 있어서도, 갈바노 미러를 두 개 구비하는 경우에는, 한쪽 갈바노 미러에 의해 피가공부재에 대한 레이저빔 조사영역을 일축방향으로 시프트시키는 한편, 다른쪽 갈바노 미러에 의해 피가공부재에 대한 레이저빔 조사영역을 일축방향에 직각인 방향으로 시프트시킨다.

상기 다른 태양에 의한 레이저천공 가공장치에 있어서는, 레이저발진기와 마스크 사이의 광로에 또한, 레이저빔 조사영역을 시프트시키는 동안의 레이저빔의 조사를 회피하는 마스킹기구를 마련하는 것이 바람직하다.

도 1 내지 도 3을 참조하여, 본 발명의 제1실시형태에 의한 레이저천공 가공장치에 대하여 설명한다. 여기서는, 프린트배선기판의 수지층에 천공가공을 행하는 경우에 관하여 설명한다. 본 가공장치는, 레이저발진기(10)와, 폴리건 미러(11)와, 마스크(12)와, 광학렌즈(13)와, 반사 미러(14, 15)와, 갈바노 미러(16)와, 가공렌즈(17)를 차례로 배치하여 이루어진다. 가공렌즈(17)는 fθ렌즈라고도 한다. 레이저발진기(10)로부터의 레이저빔이 상기 각 요소를 차례로 경유하여 피가공부재, 즉 프린트배선기판(20)에 조사되도록 구성되어 있다.

폴리건 미러(11)는, 잘 알려져 있는 바와 같이, 정다각형의 각 변에 대응하는 부분에 반사 미러를 갖고, 중심축을 중심으로 하여 회전가능한 다면(多面) 반사 미러이다. 폴리건 미러(11)는, 어떤 면의 반사 미러에 입사한 레이저빔을 고속의 범위에서 편향(deflect)시킬 수 있다. 마스크(12)는, 도 2(b)에 나타낸 바와 같이, 프린트배선기판(20)에 대한 가공패턴을 규정하는 일렬모양의 복수의 구멍(12a)을 마스크 패턴으로서 갖는다. 도 2(a)는 폴리건 미러(11)에 입사하는 레이저빔의 단면형상을 나타내고 있다. 폴리건 미러(11)는, 그 한 면당 미러마다 마스크(12)의 복수의 구멍(12a)을 스캔하도록 입사레이저빔을 편향시킨다. 이때, 갈바노 미러(16)는 정지상태에 놓여진다. 그 결과, 프린트배선기판(20)에는, 마스크(12)의 복수의 구멍(12a)에 대응하는 형상의 복수의 구멍이 일괄하여 형성된다.

자외(紫外) 레이저빔에 의한 천공가공장치의 경우 등에는, YAG레이저발진기로부터의 기본파를 파장변환한 레이저빔을 사용하기 때문에, 레이저출력은 작아진다. 이와 같은 경우에는 구멍을 한 개씩 형성한다.

도 3은, 프린트배선기판(20)에 형성되는 구멍의 가공패턴을 나타내고 있다. 폴리건 미러(11)의 한 면에 대하여, 점선으로 나타낸 조사영역 내에 복수의 구멍(20a)이 일괄하여 형성된다.

갈바노 미러(16)는, 이것도 잘 알려져 있는 바와 같이, 반사 미러를 모터 등의 회전구동기구에 의해 회전가능하게 한 것이다. 갈바노 미러(16)는, 반사 미러에 입사한 레이저빔을 원하는 위치에 조사할 수 있다. 본 형태에서는, 갈바노 미러(16)에 의해, 프린트배선기판(20)에 대한 레이저빔 조사영역(1회당 가공영역)을 일축(一軸)방향으로 시프트시키기 위해 사용하고 있다. 여기서는, 갈바노 미러(16)는, 폴리건 미러(11)에 의한 스캔방향(도 3에 실선으로 나타냄)에 대하여 직각인 방향으로 조사영역을 시프트하기 위해 사용하고 있다.

천공가공에 관하여 설명한다. 레이저발진기(10)로부터의 레이저빔이 폴리건 미러(11)의 어느 반사 미러에 입사하면, 입사레이저빔은 이 반사 미러의 회전에 의해 편향됨으로써 마스크(12)를 스캔한다. 마스크(12)의 각 구멍(12a)을 통과한 레이저빔은 반사 미러(14, 15), 고정상태에 있는 갈바노 미러(16), 가공렌즈(17)를 경유하여 프린트배선기판(20) 상의 소정의 조사영역에 연속하여 조사된다. 그 결과, 마스크(12)의 복수의 구멍(12a)으로 규정되는 형상 및 개수의 구멍(20a)이 프린트배선기판(20)에 형성된다.

이어서, 갈바노 미러(16)가 약간 회전운동하여, 레이저빔 조사영역의 시프트가 행하여진다. 그 결과, 폴리건 미러(11)의 다음 반사 미러에 입사한 레이저빔이 상술한 바와 마찬가지로 편향됨으로써, 마스크(12)를 스캔한다. 그리고, 마스크(12)의 각 구멍(12a)을 통과한 레이저빔은 반사 미러(14, 15), 갈바노 미러(16), 가공렌즈(17)를 경유하여 프린트배선기판(20) 상의 다음 조사영역에 연속하여 조사된다. 그 결과, 프린트배선기판(20) 상의 먼저번의 조사영역에 인접한 영역에 마스크(12)의 복수의 구멍(12a)으로 규정되는 형상 및 개수의 구멍(20a)이 형성된다. 이하, 상기 동작을 반복함으로써, 프린트배선기판(20)에는, 도 3에 나타낸 바와 같이, 마스크(12)의 복수의 구멍(12a)으로 규정되는 개수의 구멍(20a)을 일렬로 하는 복수열의 구멍이 연속하여 형성된다.

상기 동작은, 레이저발진기(10)가 연속형 레이저빔을 발생하는 경우를 전제로 하고 있다. 여기서, 프린트배선기판(20)은 그 수지층의 두께에 따라, 1회 레이저빔의 조사로는 소정의 천공이 완료되지 않는 경우가 있다. 이 경우에는, 동일 조사영역에 소정 횟수의 레이저빔조사가 반복된다. 이것은, 폴리건 미러(11)에 의한 마스크(12)의 스캔동작이, 상기 소정 횟수와 동일 개수의 반사 미러(폴리건 미러(11)) 분량만큼 반복될 때까지 갈바노 미러(16)를 고정상태로 두면 된다. 한편, 레이저발진기(10)가 펄스형 레이저빔을 발생하는 경우, 펄스형 레이저빔의 발생주기가 마스크(12)에 있어서의 각 구멍(12a)에 대한 스캔주기와 일치하도록 제어된다. 그리고, 갈바노 미러(16)의 회전운동주기를 상기와 마찬가지로 설정함으로써, 1구멍당 복수개의 펄스형 레이저빔을 조사할 수 있다. 이와 같은 동작은, 이후에서 설명되는 제2 내지 제4실시형태에 있어서도 마찬가지로 적용된다.

폴리건 미러(11)에 의한 레이저빔의 스캔속도는, 갈바노 미러(16)의 스캔속도에 비하여 충분히 빠르다. 그렇기 때문에, 본 가공장치에 의한 천공가공속도는, X-Y 스캐너 혹은 갈바노 스캐너에 의한 1구멍마다 하는 가공방법에 비해 충분히 높은 값을 얻을 수 있다. 앞에서 설명한 바와 같이, 갈바노 미러는 500㎐정도의 추종동작밖에 할 수 없기 때문에, 1구멍씩 천공을 하면, 500구멍/초 정도가 한계이다. 이에 반하여, 폴리건 미러에 의한 스캔속도는 매우 빠르기 때문에, 레이저발진기(10)의 발진주파수가 가공속도의 한계를 부여하게 된다. 레이저발진기(10)의 발진주파수를 2㎑로 하면, 2000구멍/초 정도의 가공속도를 기대할 수 있다. 이 경우, 예컨대, 한 변이 10㎜인 정사각형 패키지기판에, 50㎛직경의 구멍이 0.2㎜의 피치로 2500개 형성하는 것으로 하면, 2500/2000 = 1.25sec정도의 가공시간이면 된다.

그리고, 가공렌즈(17)의 크기에는 제한이 있기 때문에, 상기 동작에 의해 프린트배선기판(20)에 다수의 구멍을 형성할 수 있는 영역에는 제한이 있다. 통상적으로, 이 영역은 한 변이 수㎝정도인 정사각형 영역이다. 이에 반하여, 본 형태에 의한 천공가공은, 통상적으로 도 4에 나타낸 바와 같이, 복수의 가공영역(21)이 구획되어 있는 면을 많이 취하기 위한(多面取用) 프린트배선기판(20)에 대하여 가공영역마다 행하여진다. 하나의 가공영역(21)에 대해서는 상기 동작에 의해 천공가공이 행하여지지만, 프린트배선기판(20)을 이동시키지 않으면, 다음 가공영역에 대한 가공을 행할 수 없다. 이로 인해, 프린트배선기판(20)은, X-Y 스테이지기구라고 하는 구동기구에 의해 구동되어 X축방향 및 Y축방향으로 움직일 수 있는 테이블(30)(도 1) 상에 탑재된다. 테이블(30)은 프린트배선기판(20)의 척킹(chucking)기구를 갖는다. 테이블(30)은, 하나의 가공영역(21)에 대한 천공가공이 종료하면, 다음 가공영역을 가공렌즈(17)의 바로 아래로 이동시킨다. 이와 같은 제어는, 미도시한 제어장치에 의해 행하여진다. 그리고, 이와 같은 X-Y 스테이지기구, 테이블 및 제어장치는 주지하는 바이므로, 상세한 설명은 생략한다.

도 5, 도 6을 참조하여, 본 발명의 제2실시형태에 의한 레이저천공 가공장치에 관하여 설명한다. 여기서도, 프린트배선기판의 수지층에 천공가공을 행하는 경우에 관하여 설명한다. 본 가공장치는, 도 1에 나타낸 반사 미러(15)를 갈바노 미러(16A)로 바꿔 놓은 것이고, 다른 구성요소는 도 1의 실시형태와 완전히 동일하다. 앞에서 설명한 바와 같이, 갈바노 미러(16)는, 프린트배선기판(20)에 대한 레이저빔 조사영역을 일축방향(이하, 이것을 X축방향이라고 함)으로 시프트시키기 위하여 사용된다. 한편, 갈바노 미러(16A)는, 프린트배선기판(20)에 대한 레이저빔 조사영역을 상기 일축방향에 직각인 방향(이하, 이것을 Y축방향이라고 함)으로 시프트시키기 위하여 사용된다.

천공가공에 관하여 설명한다. 레이저발진기(10)로부터의 레이저빔이 폴리건 미러(11)의 어느 반사 미러에 입사하면, 입사레이저빔은 이 반사 미러의 회전에 의해 편향됨으로써 마스크(12)를 스캔한다. 마스크(12)의 각 구멍(12a)을 통과한 레이저빔은 반사 미러(14, 15), 고정상태에 있는 갈바노 미러(16A, 16)를 경유하여 프린트배선기판(20) 상의 소정의 조사영역에 연속하여 조사된다. 그 결과, 마스크(12)의 복수의 구멍(12a)으로 규정되는 형상 및 개수의 구멍(20a)이 프린트배선기판(20)에 형성된다.

이어서, 갈바노 미러(16)가 약간 회전운동하여, X축방향에 관한 레이저빔 조사영역의 시프트가 행하여진다. 그 결과, 폴리건 미러(11)의 다음 반사 미러에 입사한 레이저빔이 상술한 바와 마찬가지로 편향됨으로써, 마스크(12)를 스캔한다. 그리고, 마스크(12)의 각 구멍(12a)을 통과한 레이저빔은 반사 미러(14, 15), 갈바노 미러(16A, 16), 가공렌즈(17)를 경유하여 프린트배선기판(20) 상의 다음 조사영역에 연속하여 조사된다. 그 결과, 프린트배선기판(20) 상의 먼저번의 조사영역에 인접한 영역에 마스크(12)의 복수의 구멍(12a)으로 규정되는 형상 및 개수의 구멍(20a)이 형성된다. 이하, 상기 동작을 반복함으로써, 프린트배선기판(20)에는, 도 6에 나타낸 바와 같이, 마스크(12)의 복수의 구멍(12a)으로 규정되는 개수의 구멍(20a)을 일렬로 하는 복수열의 구멍이 X축방향에 연속하여 형성된다. 이 X축방향에 관한 가공영역의 범위(XL)는, 가공렌즈(17)의 크기로 결정된다.

다음으로, 갈바노 미러(16A)가 약간 회전운동하여, 레이저빔 조사영역이 Y축방향으로 시프트된다. 이 시프트량은, 레이저빔 조사영역의 길이방향의 치수만큼이다. 이 후, 상기와 같은 동작을 반복하지만, 갈바노 미러(16)에 의한 레이저빔 조사영역의 시프트방향은, 상기의 동작과는 역방향이 된다. 이것은, 갈바노 미러(16)를, 상기 경우와는 반대방향, 즉 상기 동작에 의해 어느 각도만큼 회전운동한 것을 되돌리는 방향으로 회전운동시키는 것을 의미한다. 물론, Y축방향에 관한 가공영역의 범위도 가공렌즈(17)의 크기에 따라 결정된다.

이와 같이, Y축방향에 대한 시프트용 갈바노 미러(16A)를 구비함으로써, 프린트배선기판(20)에는, 도 6에 나타낸 바와 같이, 마스크(12)의 복수의 구멍(12a)으로 규정되는 개수의 구멍(20a)을 일렬로 하는 복수열의 구멍이, 서로 인접한 복수의 영역에 연속하여 형성된다.

도 7 내지 도 9를 참조하여, 본 발명의 제3실시형태에 의한 레이저천공 가공장치에 관하여 설명한다. 여기서도, 프린트배선기판의 수지층에 천공가공을 행하는 경우에 관하여 설명한다. 본 가공장치는, 도 1에 나타낸 마스크(12)를 별도의 마스크(41)로 바꿔 놓음과 동시에, 레이저발진기(10)와 폴리건 미러(11) 사이의 광로에, 정형광학계(42)와 마스킹기구(43)를 배치한 것이고, 다른 구성요소는 도 1의 형태와 동일하다.

마스크(41)는, 도 8(b)에 나타낸 바와 같이, 사각형의 영역에 같은 형상의 다수의 구멍(41a)을 등(等)피치로 매트릭스모양으로 형성한 마스크 패턴을 갖는다. 그러나, 이것은 일예이고, 이와 같은 마스크 패턴에 한정되는 것은 아니다. 정형광학계(42)는 나중에 설명하는 바와 같이, 레이저발진기(10)로부터의 레이저빔의 단면형상을 선형 혹은 직사각형 레이저빔으로 정형하는 것이다. 마스킹기구(43)는, 정형광학계(42)로부터의 레이저빔을 별도의 경로로 향하게 하기 위한 것이며, 이에 관해서도 나중에 설명한다.

도 10을 참조하여, 레이저발진기(10)로부터의 레이저빔은, 예컨대 도 10(a)에 나타낸 바와 같은 빔 프로파일을 갖는다. 빔 프로파일이라고 하는 것은, 레이저빔을 그 단면형상에 관하여 관찰한 경우에, 일정한 에너지값이 지속되는 사다리꼴(臺形狀;trapezoidal) 파형이다. 이 경우, 정형광학계(42)로서 실린더리컬 렌즈를 사용함으로써, 빔 파로파일을 갖는 단면이 원형인 레이저빔을, 도 10(b)에 나타낸 바와 같은 선형 단면형상을 갖는 선형 레이저빔으로 정형할 수 있다. 실린더리컬 렌즈에 의하면, 선형 레이저빔의 사이즈를, 폭 1/10(㎜)∼수(㎜), 길이 수(㎝)로 정형할 수 있다. 한편, 실린더리컬 렌즈를 대신하여, 플라이 아이 렌즈(fly eye lens)를 사용함으로써, 단면이 원형인 레이저빔을, 도 10(c)에 나타낸 바와 같은 직사각형 단면형상을 갖는 직사각형 레이저빔으로 정형할 수 있다. 이 경우, 단면의 빔사이즈는, 한 변이 수(㎜)정도이다.

도 8(a)는 선형으로 정형된 레이저빔의 단면형상을 나타낸다. 레이저빔의 길이방향 사이즈는, 도 8(b)에 나타낸 마스크(41)의 세로폭방향 사이즈보다 약간 커지도록 된다. 이하에서는, 선형 레이저빔(도 10(b))에 의해 천공가공을 행하는 경우에 관하여 설명한다.

폴리건 미러(11)는, 그 한 면의 미러마다 마스크(41)의 복수열모양의 복수의 구멍(41a)으로 이루어지는 마스크 패턴 전체면을 스캔하도록 선형 레이저빔을 편향시킨다. 이 동안, 갈바노 미러(16)는 정지상태로 놓여 있다. 그 결과, 프린트배선기판(20)에는, 마스크(41)의 마스크 패턴으로 규정되는 복수열모양의 복수의 구멍이 도 9에 점선으로 나타낸 조사영역에 일괄하여 형성된다.

갈바노 미러(16)는, 프린트배선기판(20)에 대한 레이저빔 조사영역을 일축방향으로 시프트시키기 위한 것이다. 이 시프트량은, 프린트배선기판(20)에 있어서의 1회 조사영역의 세로폭방향의 치수 이상의 값이다.

천공가공에 관하여 설명한다. 정형광학계(42)로부터의 선형 레이저빔이 폴리건 미러(11)의 어느 반사 미러에 입사하면, 입사레이저빔은 이 반사 미러의 회전에 의해 편향됨으로써 마스크(41)의 전체면을 스캔한다. 마스크(41)의 각 구멍(41a)을 통과한 레이저빔은 반사 미러(14, 15), 고정상태에 있는 갈바노 미러(16), 가공렌즈(17)를 경유하여 프린트배선기판(20) 상의 소정의 조사영역에 연속하여 조사된다. 그 결과, 마스크(41)의 마스크 패턴으로 규정되는 복수의 구멍(20a)이 프린트배선기판(20)에 일괄하여 형성된다.

이어서, 갈바노 미러(16)가 약간 회전운동하여, 레이저빔 조사영역의 시프트가 행하여진다. 그 결과, 폴리건 미러(11)의 다음 반사 미러에 입사한 레이저빔이 상술한 바와 마찬가지로 편향됨으로써, 마스크(41) 전체면을 스캔한다. 그리고, 마스크(41)의 각 구멍(41a)을 통과한 레이저빔은 반사 미러(14, 15), 갈바노 미러(16), 가공렌즈(17)를 경유하여 프린트배선기판(20) 상의 다음 조사영역에 연속하여 조사된다. 그 결과, 프린트배선기판(20) 상의 먼저번의 조사영역에 인접한 영역에 마스크(41)의 마스크 패턴으로 규정되는 복수의 구멍(20a)이 형성된다. 이하, 상기 동작을 반복함으로써, 프린트배선기판(20)에는, 도 9에 나타낸 바와 같이, 마스크(41)의 마스크 패턴으로 규정되는 복수열의 구멍(20a)이 연속하여 형성된다.

다음으로, 선형 레이저빔을 대신하여, 직사각형 레이저빔을 사용하여 천공가공을 행하는 경우에 관하여 설명한다. 이 경우의 레이저천공 가공장치는, 직사각형 레이저빔의 단면사이즈가 한 변이 수㎜로 작기 때문에, 마스크의 사이즈도 이에 맞춰 작게 한다.

예컨대, 가공영역(21)의 사이즈가 한 변이 10㎜인 정사각형이고, 직사각형 레이저빔의 단면사이즈가 한 변이 5㎜인 정사각형이라고 한다. 이 경우, 도 11(a)에 나타낸 바와 같이, 마스크(41')의 사이즈를 5㎜ ×10㎜로 한다. 한편, 도 11(b)에 나타낸 바와 같이, 가공영역(21)은 두 개의 영역(21-1, 21-2)으로 등분된다. 그리고, 최초로 영역(21-1)에 직사각형 레이저빔이 조사되어, 영역(21-1)에 연속하여 마스크(41')의 마스크 패턴으로 정해지는 개수의 천공이 행하여진다. 다음으로, 갈바노 미러(16)에 의해 직사각형 레이저빔 조사영역을 일축방향으로 시프트시켜 영역(21-2)에 대한 천공이 행하여진다.

그리고, 도 2(b), 도 8(b)에 나타낸 마스크 패턴은 도면 작성상, 구멍의 개수를 적게 하였지만, 실제로는 미소(微小)한 구멍이 미소한 피치로 다수 마련되어 있는 것이다.

그런데, 제3실시형태에 있어서는, 도 9에서 설명한 갈바노 미러(16)에 의한 조사영역의 시프트 및 도 11에서 설명한 조사영역의 시프트에는 매우 짧은 시간이기는 하지만 어느 정도의 시간을 필요로 한다. 이에 반하여, 레이저발진기(10)의 발진은 계속되고 있다. 그 때문에, 상기 시프트하는 동안에 발생되는 레이저빔을 폴리건 미러(11)에 입사시키면, 프린트배선기판(20)의 예기치 못한 영역에 마스크(41, 41')의 마스크 패턴에 의한 복수의 천공이 행해져 버릴 우려가 있다.

마스킹기구(43)는, 상기 문제점을 해소하기 위한 것이다. 마스킹기구(43)는, 상기 시프트가 행해지고 있는 동안, 정형광학계(42)로부터의 레이저빔을 폴리건 미러(11)에 대한 입사경로로부터 벗어나도록 작용한다. 마스킹기구(43)의 간단한 예를 말하자면, 회전운동가능한 반사 미러와 타겟부재의 조합으로 실현할 수 있다. 즉, 반사 미러는 통상적으로는 정형광학계(42)로부터의 레이저빔을 폴리건 미러(11)에 입사시키도록 하고 있다. 한편, 상기 시프트하는 동안은, 반사 미러를 약간 회전운동시켜서 정형광학계(42)로부터의 레이저빔을 타겟부재에 입사시킨다. 이와 같은 제어도, 미도시한 제어장치에 의해 행하여진다. 그리고, 타겟부재에는, 레이저빔의 입사에 의한 발열을 억제하기 위해 수냉(水冷) 등의 냉각부를 조합시키는 것이 필요하게 된다. 이와 같은 마스킹기구는, 도 1, 도 5에 있어서 설명한 제1, 제2실시형태에서도, 시프트시간이 무시할 수 없는 길이인 경우에는 설치될 필요가 있다.

도 12, 도 13을 참조하여, 본 발명의 제4실시형태에 의한 레이저천공 가공장치에 관하여 설명한다. 여기서도, 프린트배선기판의 수지층에 천공가공을 행하는 경우에 관하여 설명한다. 본 가공장치는, 도 7에 나타낸 반사 미러(15)를 갈바노 미러(16A)로 바꿔 놓은 것이고, 다른 구성요소는 도 7의 형태와 동일하다. 앞에서 설명한 바와 같이, 갈바노 미러(16)는, 프린트배선기판(20)에 대한 레이저빔 조사영역을 X축방향으로 시프트시키기 위해 사용된다. 한편, 갈바노 미러(16A)는, 프린트배선기판(20)에 대한 레이저빔 조사영역을 Y축방향으로 시프트시키기 위해 사용된다.

선형 레이저빔에 의한 천공가공에 관하여 설명한다. 정형광학계(42)로부터의 선형 레이저빔이 폴리건 미러(11)의 어느 반사 미러에 입사하면, 입사레이저빔은 이 반사 미러의 회전에 의해 편향됨으로써 마스크(41)의 전체면을 스캔한다. 마스크(41)의 각 구멍(41a)을 통과한 레이저빔은 반사 미러(14, 15), 고정상태에 있는 갈바노 미러(16), 가공렌즈(17)를 경유하여 프린트배선기판(20) 상의 소정의 조사영역(20A)에 연속하여 조사된다. 그 결과, 마스크(41)의 마스크 패턴으로 규정되는 복수의 구멍(20a)이 프린트배선기판(20)에 일괄하여 형성된다.

이어서, 갈바노 미러(16)가 약간 회전운동하여, 레이저빔 조사영역의 시프트가 행하여진다. 그 결과, 폴리건 미러(11)의 다음 반사 미러에 입사한 레이저빔이 상술한 바와 마찬가지로 편향됨으로써, 마스크(41) 전체면을 스캔한다. 그리고, 마스크(41)의 각 구멍(41a)을 통과한 레이저빔은 반사 미러(14, 15), 갈바노 미러(16), 가공렌즈(17)를 경유하여 프린트배선기판(20) 상의 다음 조사영역(20B)에 연속하여 조사된다. 그 결과, 프린트배선기판(20) 상의 먼저번의 조사영역(20A)에 인접한 영역(20B)에 마스크(41)의 마스크 패턴으로 규정되는 복수의 구멍(20a)이 형성된다. 이 X축방향에 관한 가공영역의 범위(XL)는, 가공렌즈(17)의 크기에 따라 결정된다.

다음으로, 갈바노 미러(16A)가 약간 회전운동하여, 레이저빔 조사영역이 Y축방향으로 시프트된다. 이 시프트량은, 레이저빔 조사영역의 폭방향의 치수만큼이다. 이 후, 상기와 같은 동작을 반복하지만, 갈바노 미러(16)에 의한 레이저빔 조사영역의 시프트 방향은, 상기 동작과는 역방향이 된다. 이것은, 갈바노 미러(16)를, 상기 경우와는 반대방향, 즉 상기 동작에 의해 어느 각도만큼 회전운동한 것을 되돌리는 방향으로 회전운동하는 것을 의미한다. 물론, Y축방향에 관한 가공영역의 범위도 가공렌즈(17)의 크기에 따라 결정된다.

이와 같이, Y축방향에 대한 시프트용 갈바노 미러(16A)를 구비함으로써, 프린트배선기판(20)에는, 도 13에 나타낸 바와 같이, 마스크(41)의 마스크 패턴으로 규정되는 복수열의 구멍(20a)이, 서로 인접한 복수의 영역에 연속하여 형성된다.

그리고, 제4실시형태에 있어서는, 직사각형 레이저빔을 사용하여 천공을 행하는 경우, 각 조사영역(20A, 20B, 20C)에 대한 천공가공이 도 11에서 설명한 방법과 동일한 방법으로 행하여진다. 마스킹기구(43)는, 제3실시형태에서 설명한 동작과 마찬가지로 동작한다.

이상, 본 발명을 복수의 실시형태에 관하여 설명하였지만, 본 발명은 이들 실시형태에 한정되는 것은 아니다. 레이저발진기(10)로서는, YAG레이저발진기, CO₂레이저발진기, 그 제2고주파(2ω), 제3고주파(3ω), 제4고주파(4ω)를 사용하거나, 또한 엑시머레이저발진기를 사용할 수 있다. 또, 피가공부재는 프린트배선기판과 같은 수지재료에 한정되지 않고, 세라믹과 같은 기판재료에도 천공가공을 행할 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 지금까지의 레이저천공 가공장치에 비하여 짧은 시간에 다수의 천공가공을 행할 수 있는 레이저천공 가공방법 및 가공장치를 제공할 수 있다.

이상과 같이, 본 발명에 관련되는 레이저천공 가공방법 및 가공장치는, 프린트배선기판이나, 전기부품, 예컨대 콘덴서나 압전소자에 절연재료로서 사용되는 세라믹박판과 같은 재료에 대한 천공가공에 적합하다.

Claims

레이저발진기로부터의 레이저빔을 피가공부재에 조사하여 천공을 행하는 레이저천공 가공방법에 있어서,

상기 레이저빔을, 폴리건 미러, 가공 패턴을 규정하는 복수의 구멍을 마스크 패턴으로서 갖는 마스크, 적어도 하나의 갈바노 미러, 가공렌즈를 경유하여 조사하도록 하고,

상기 폴리건 미러는, 상기 마스크의 복수의 구멍을 스캔하도록 상기 레이저빔을 편향(deflect)시킴으로써, 상기 피가공부재에 상기 복수의 구멍이 형성되도록 하고,

상기 갈바노 미러를 두 개 구비하고, 한쪽 갈바노 미러에 의해 상기 피가공부재에 대한 상기 레이저빔 조사영역을 일축일축(一軸)방향으로 시프트시키고, 다른쪽 갈바노 미러에 의해 상기 피가공부재에 대한 상기 레이저빔 조사영역을 상기 일축방향에 직각인 방향으로 시프트시키는 것 을 특징으로 하는 레이저천공 가공방법.
삭제
레이저발진기로부터의 레이저빔을 피가공부재에 조사하여 천공을 행하는 레이저천공 가공방법에 있어서,

상기 레이저빔을 선형 혹은 직사각형 레이저빔으로 정형하는 정형광학계, 폴리건 미러, 가공패턴을 규정하는 복수의 구멍을 마스크 패턴으로서 갖는 마스크, 적어도 하나의 갈바노 미러, 가공렌즈를 경유하여 레이저빔을 조사하도록 하고,

상기 폴리건 미러는, 상기 마스크의 복수의 구멍을 스캔하도록 상기 레이저빔을 편향시킴으로써, 상기 피가공부재에 상기 복수의 구멍이 일괄하여 형성되도록 하고,

상기 갈바노미러를 두 개 구비하고, 한쪽 갈바노 미러에 의해 상기 피가공부재에 대한 상기 레이저빔 조사영역을 일축방향으로 시프트시키고, 다른쪽 갈바노 미러에 의해 상기 피가공부재에 대한 상기 레이저빔 조사영역을 상기 일축방향에 직각인 방향으로 시프트시키는 것 을 특징으로 하는 레이저천공 가공방법.
삭제
제3항 혹은 제4항에 있어서, 상기 레이저발진기와 상기 마스크 사이의 광로에 마스킹기구를 배치함으로써, 상기 레이저빔 조사영역을 시프트시키는 동안의 상기 레이저빔의 조사를 회피하는 것을 특징으로 하는 레이저천공 가공방법.
레이저발진기로부터의 레이저빔을 피가공부재에 조사하여 천공을 행하는 레이저천공 가공장치에 있어서,

상기 레이저발진기와 상기 피가공부재 사이에, 폴리건 미러, 가공패턴을 규정하는 복수의 구멍을 마스크 패턴으로서 갖는 마스크, 적어도 하나의 갈바노 미러, 가공렌즈를 배치하여, 상기 레이저발진기로부터의 레이저빔이 상기 각 요소를 경유하여 상기 피가공부재에 조사되도록 하고,

상기 폴리건 미러는, 상기 마스크의 복수의 구멍을 스캔하도록 상기 레이저빔을 편향시킴으로써, 상기 피가공부재에 상기 복수의 구멍이 형성되도록 하고,

상기 갈바노 미러를 두 개 구비하고, 한쪽 갈바노 미러에 의해 상기 피가공부재에 대한 상기 레이저빔 조사영역을 일축방향으로 시프트시키고, 다른쪽 갈바노 미러에 의해 상기 피가공부재에 대한 상기 레이저빔 조사영역을 상기 일축방향에 직각인 방향으로 시프트시키는 것 을 특징으로 하는 레이저천공 가공장치.
삭제
레이저발진기로부터의 레이저빔을 피가공부재에 조사하여 천공을 행하는 레이저천공 가공장치에 있어서,

상기 레이저발진기와 상기 피가공부재 사이에, 상기 레이저빔을 선형 혹은 직사각형 레이저빔으로 정형하는 정형광학계, 폴리건 미러, 가공패턴을 규정하는 복수의 구멍을 마스크 패턴으로서 갖는 마스크, 적어도 하나의 갈바노 미러, 가공렌즈를 배치하여, 상기 레이저발진기로부터의 레이저빔이 상기 각 요소를 경유하여 상기 피가공부재에 조사되도록 하고,

상기 폴리건 미러는, 상기 마스크의 복수의 구멍을 스캔하도록 상기 레이저빔을 편향시킴으로써, 상기 피가공부재에 상기 복수의 구멍이 일괄하여 형성되도록 하고,

상기 갈바노 미러를 두 개 구비하고, 한쪽 갈바노 미러에 의해 상기 피가공부재에 대한 상기 레이저빔 조사영역을 일축방향으로 시프트시키고, 다른쪽 갈바노미러에 의해 상기 피가공부재에 대한 상기 레이저빔 조사영역을 상기 일축방향에 직각인 방향으로 시프트시키는 것 을 특징으로 하는 레이저천공 가공장치.
삭제
제8항 혹은 제9항에 있어서, 상기 레이저발진기와 상기 마스크 사이의 광로에 또한, 상기 레이저빔 조사영역을 시프트시키는 동안의 상기 레이저빔의 조사를 회피하는 마스킹기구를 마련한 것을 특징으로 하는 레이저천공 가공장치.