WO2001023131A1

WO2001023131A1 - Procede et dispositif de perçage par laser

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Publication number: WO2001023131A1
Application number: PCT/JP2000/006569
Authority: WO
Inventors: Shiro Hamada
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries, Ltd.
Priority date: 1999-09-28
Filing date: 2000-09-25
Publication date: 2001-04-05
Also published as: TW458834B; KR20020032607A; US6888096B1; EP1224999A4; EP1224999A1; KR100477146B1; CN1376100A

Description

明細書レーザ穴あけ加工方法及び加工装置技術分野

本発明は、レーザ発振器からのレーザ光をプリント配線基板やセラミック基板等の被加工部材に照射して穴あけを行うレーザ穴あけ加工方法及び加工装置に関する。背景技術

電子機器の小型化、高密度実装化に伴い、プリント配線基板には高密度化が要求されている。例えば、 L S Iチップを実装してパッケージ化するためのプリント配線基板としてィンターボ一ザと呼ばれるものが知られている。このような L S Iチップとィンターボ一ザとの接続は、これまでワイヤボンディング法が主流であったが、フリップチップ実装と呼ばれる方法力増加する傾向にある。また、パッケージの多ピン化も進んでいる。

このような傾向に伴い、インターポーザには、多数のビアホールと呼ばれる穴あけを小径かつ微小ピッチで行うことが必要となる。

このような穴あけ加工は、機械的な微細ドリルを用いる機械加工や露光（フォトビア）方式が主流であつたが、最近ではレーザ光が利用されはじめている。レ —ザ光を利用した穴あけ加工装置は、微細ドリルを用いる機械加工に比べて加工速度や、穴の径の微細化に対応できる点で優れている。レーザ光としては、レーザ発振器の価格、ランニングコストが低いという点から c o₂ レーザや高調波固体レーザが一般に利用されている。

これまでのレーザ穴あけ加工装置は、以下のようにして穴あけ加工を行っている。レーザ発振器からのレーザビームを反射ミラー等を含む光学経路を経由させて X— Yスキャナあるいはガルバノスキャナと呼ばれる 2軸のガルバノミラーを備えたスキャン光学系に導く。このスキャン光学系によりレーザビームを振らせて加工レンズを通してプリント配線基板に照射する（例えば、特開平 1 0— 5 8 1 7 8号公報参照）。すなわち、プリント配線基板にあけられるべき穴の位置はあらかじめ決まっているので、これらの穴の位置情報に基づいてスキヤン光学系を制御することで穴あけが 1個ずつ行われている。発明が解決しょうとする課題

しかしながら、 X— Yスキャナあるいはガルバノスキャナによるスキヤン光学系を使用した 1個ずつの穴あけ加工では、プリント配線基板における穴の数の増加に比例して加工時間が長くなる。因みに、ガルバノスキャナの応答性は 5 0 0 P p s程度であるため、毎秒 5 0 0穴以上の穴あけは困難である。また、例えば、一辺が 1 0 mmの正方形のパッケージ基板に、 5 0 ^ m径の穴が 0. 2 mmのピツチで配列されるとすると、 2 5 0 0個の穴が存在する。この場合、毎秒 5 0 0 穴の穴あけを行ったとしても、 2 5 0 0 / 5 0 0 = 5 s e cの加工時間を必要と

9 -S o

そこで、本発明の課題は、これまでのレーザ穴あけ加工方法に比べて短い時間で多数の穴あけ加工を行うことのできるレーザ穴あけ加工方法を提供することにめる 0

本発明の他の課題は、被加工部材に対する加工パターンを任意に選定することのできるレーザ穴あけ加工方法を提供することにある。

本発明の更に他の課題は、上記の加工方法に適したレーザ穴あけ加工装置を提供することにある。発明の開示

本発明は、レーザ発振器からのレーザ光を、所定のマスクパターンを持つマスクを通して被加工部材に照射して穴あけを行うレーザ穴あけ加工方法である。本発明の第 1の態様においては、前記レーザ光を線状の断面形状を持つレーザ光に変換し、前 ΐΞϋ状のレーザ光の照射位置は固定とする。し力、も、前記マスクが前記レーザ光の照射位置を通過するように前記マスクと前記 »ェ部材とを同期して移動させると共に、その移動方向を前言状のレーザ光の延在方向に直角な方向とすることにより、前記マスクが前記線状のレーザ光でスキヤンされるようにする。その結果、前記被加工部材に前記マスクパターンで規定された穴あけが行われる。

第 1の態様によるレーザ穴あけ加工方法においては、前記マスクと前記被加工部材との間にィメ一ジングレンズを配置することにより、前記被加工部材に対する前記マスクバタ一ンの比を設定できる。

第 1の態様によるレーザ穴あけ加工方法においてはまた、,前記マスク又は前記被加工部材の移動量を検出し、検出された移動量に応じて前記レーザ発振器の発振動作を制御するようにしても良い。

本発明の第 2の態様においては、前記レーザ光を線状の断面形状を持つレーザ光に変換し、前記線状のレーザ光をあらかじめ定められた位置に配置された前記マスクに照射する。し力、も、前記被加工部材を、前記線状のレーザ光の延在方向に直角な方向に移動させることにより、前記被加工部材が前記マスクを通過したレーザ光でスキャンされるようにする。その結果、前記被加工部材に前記マスクパターンで規定された穴あけ力〈行われる。

第 2の態様によるレーザ穴あけ加工方法においても、前記マスクと前記被加工部材との間にィメージングレンズを配置することにより、前記被加工部材に対する前記マスクパターンの比を設定できる。

第 2の態様によるレーザ穴あけ加工方法においてはまた、前記被加工部材の移動量を検出し、検出された移動量に応じて前記レーザ発振器の発振動作を制御するようにしても良い。

本発明によるレーザ穴あけ加工装置は、レーザ発振器からのレーザ光を、所定のマスクパターンを持つマスクを通して被加工部材に照射して穴あけを行う。本発明の第 3の態様によるレーザ穴あけ加工装置は、前記レーザ光を線状の断面形状を持つレーザ光に変換する光学系と、前記マスクと前記被加工部材とを同期して移動させる駆動機構とを備える。前記光学系からの前記線状のレーザ光の照射位置は固定とする。前記駆動機構は、前記マスク力前記レーザ光の照射位置を通過するように前記マスクと前記被加工部材とを移動させると共に、その移動方向を前記線状のレーザ光の延在方向に直角な方向とすることにより、前記マスクが前記線状のレーザ光でスキャンされるようにする。その結果、前記被加工部材に前記マスクパターンで規定された穴あけが行われる。

第 3の態様によるレーザ穴あけ加工装置は、更に、前記被加工部材の移動量を検出する位置検出器と、該位置検出器で検出された移動量に基づ ^、て前記レーザ発振器の発振動作を制御するコントローラとを備えるようにしても良い。

第 3の態様によるレーザ穴あけ加工装置においては、前記被加工部材の移動量を検出する位置検出器に代えて前記マスクの移動量を検出する位置検出器を設け、該位置検出器で検出された移動量に基づいて前記レーザ発振器の発振動作を制御するコントローラを備えても良い。

本発明の第 4の態様によるレーザ穴あけ加工装置は、前記レーザ光を線状の断面形状を持つレーザ光に変換する光学系と、前記被加工部材を移動させる駆動機構とを備える。前記光学系からの前記線状のレーザ光をあらかじめ定められた位置に配置された前記マスクに照射する。前記駆動機構は、前記被加工部材を、前記線状のレーザ光の延在方向に直角な方向に移動させることにより、前記被加工部材が前記マスクを通過したレーザ光でスキャンされるようにする。その結果、前記被加工部材に前記マスクパターンで規定された穴あけが行われる。

上記の第 3、第 4の態様によるいずれのレーザ穴あけ加工装置においても、前記マスクと前記被加工部材との間にイメージングレンズが配置することにより、前記ィメ一ジンダレンズにより前記被加工部材に対する前記マスクバタ一ンの投影比を設定できる。

なお、前記光学系はホモジナイザで実現できる。

前記光学系はまた、前記レ一ザ発振器からのレーザ光の断面に関するエネルギ一密度を均一にする均一光学系と、該均一光学系からのレーザ光の断面形状を線状に変換するシリンドリカルレンズとを含むものでも良い。

上記のレーザ穴あけ加工装置において、マスクが固定される場合、更に、前記被加工部材の移動量を検出する位置検出器と、該位置検出器で検出された移動量に基づいて前記レーザ発振器の発振動作を制御するコントローラとを備えても良い。図面の簡単な説明第 1図は、本発明の第 1の実施の形態によるレーザ穴あけ加工装置の構成を示した図であり、第 1図（a) は全体の構成を、第 1図（b) は第 1図（a) の主要部の構成を角度を変えて見た図である。

第 2図は、第 1図に示された均一光学系及びシリンドリカルレンズによりレ一ザ光の断面形状を線状に変換する作用を説明するための図であり、第 2図（a) はレーザ光の断面に関するエネルギー密度分布を示し、'第 2図（b) は線状に変換されたレーザ光の断面形状を示した図である。

第 3図は、線状に変換されたレーザ光の断面形状（第 3図 a) と第 1図に示されたマスクの一例（第 3図 b) を示した図である。

第 4図は、本発明による加工装置の加工対象となる多面取り用のプリント配線基板の一例を示した図である。

第 5図は、本発明の第 2の実施の形態によるレーザ穴あけ加工装置の構成を示した図であり、第 5図（a) は全体の構成を、第 5図（b) は第 5図（a) の主要部の構成を角度を変えて見た図である。

第 6図は、第 5図に示されたホモジナイザの構成を説明するための図であり、第 6図（a) はホモジナイザの構成を、第 6図（b) は第 6図（a) に示された一方のアレイレンズセッ卜の構成を示した図である。

第 7図は、第 6図に示されたホモジナイザの構成を、その中心軸に関して 90 度回転させた状態で示した図であり、第 7図（a) はホモジナイザの構成を、第 7図（b) は第 7図（a) に示された他方のアレイレンズセッ卜の構成を示した図である。

第 8図は、第 5図に示されたホモジナイザの構成を立体的に示した斜視図である。

第 9図は、本発明の第 3の実施の形態によるレーザ穴あけ加工装置の構成を示した図であり、第 9図（a) は全体の構成を、第 9図（b) は第 9図（a) の主要部の構成を角度を変えて見た図である。

第 10図は、本発明の第 4の実施の形態によるレーザ穴あけ加工装置の構成を示した図であり、第 10図（a) は全体の構成を、第 10図（b) は第 10図 (a) の主要部の構成を角度を変えて見た図である。第 1 1図は、第 3の実施の形態におけるレーザ光の断面形状と、マスクと、加ェパタ一ンとの関係を示した図である。

第 1 2図は、本発明の第 5の実施の形態によるレーザ穴あけ加工装置の構成を示した図であり、第 1 2図（a ) は全体の構成を、第 1 2図（b ) は第 1 2図 ( a ) の主要部の構成を角度を変えて見た図である。

第 1 3図は、第 5の実施の形態におけるレーザ光の断面形状（第 1 3図 a ) と、マスク（第 1 3図 b ) と、加工パターン（第 1 3図 c、 d ) との関係を示した図である。発明を実施するための最良の形態

第 1図を参照して、本発明によるレーザ穴あけ加工装置の第 1の実施の形態について説明する。ここでは、レーザ発振器 1 0からのパルス状のレーザ光を、所定のマスクパターンを持つマスク 1 1を通してプリント配線基板（被加工部材） 1 2に照射して穴あけを行うレーザ穴あけ加工装置について説明する。

レーザ発振器 1 0からのレーザ光は、均一光学系 1 3によりその断面に関するエネルギー密度力均一にされる。ここで、断面に関するエネルギー密度というのは、次の通りである。レーザ発振器 1 0からのレーザ光は、通常、円形の断面形状を有する。この場合、断面に関するエネルギー密度の分布は中心ほどエネルギ —密度の高い、ガウシャン分布に近いものとなる。均一光学系 1 3は、このようなエネルギー密度分布を持つレーザ光を、断面のどの部分でも同じ値のエネルギ

—密度となるようにするためのものである。

均一光学系 1 3の簡単な例をあげれば、レーザ発振器 1 0からのレーザ光の断面形状を光学レンズで拡大したうえでマスクを通すことにより、エネルギー密度力高く、しかもエネルギー密度の平坦な部分のみを取り出すものが知られている。別の例は、多数の光ファイバの組合わせ体から成るバンドルファイバである。レ —ザ発振器 1 0からのレーザ光の断面形状を光学レンズで拡大したうえでバンドルファイバに入射させる。そうすると、バンドルファイバは、均一なエネルギー密度分布を持つレーザ光を出射する。更に別の例は、カライドスコープと呼ばれる、いわゆる万華鏡の原理を利用したものが知られている。いずれにしても、均一光学系 1 3により均一なエネルギー密度分布を持つように変換されたレーザ光は、反射ミラ一 1 4を介してシリンドリカルレンズ 1 5に入射する。シリンドリカルレンズ 1 5は、均一光学系 1 3からのレーザ光の断面形状を、線状の断面形状に変換するためのものである。

第 2図を参照して、均一光学系 1 3からのレーザ光は断面円形状であり、第 2 図（a ) に示すようなビームプロファイルを持つ。ビームプロファイルというのは、レーザ光をその断面形状に関して観察した場合に、一定のエネルギー値が持続する波形のことである。ここでは、ビームプロファイルは台形状である。シリンドリカルレンズ 1 5を用いることにより、台形状のビームプロファイルを持つ断面円形状のレーザ光を、第 2図（b ) に示すような線状の断面形状を持つレーザ光に整形することができる。シリンドリカルレンズ 1 5は、断面線状のレーザ光の幅を規定する幅用シリンドリカルレンズ 1 5— 1と、断面線状のレーザ光の長さを規定する長さ用シリンドリカルレンズ 1 5— 2とから成る。このようなシリンドリカルレンズ 1 5によれば、幅 1 Z 1 0 (mm) 〜数（mm) 、長さ数 ( c m) のサイズを持つ断面線状のレーザ光を得ることができる。

レーザ発振器 1 0、均一光学系 1 3、シリンドリカルレンズ 1 5は固定状態におかれる。すなわち、シリンドリカルレンズ 1 5からの断面線状のレーザ光の照射位置は固定である。

第 3図（a ) は線状に整形されたレーザ光の断面形状を示す。レーザ光の断面の長手方向のサイズは、第 3図（b) に示すマスク 1 1の幅方向のサイズよりやや大きくなるようにされる。マスク 1 1は、プリント配線基板 1 2への加工パ夕 —ンを規定する多数の穴からなるマスクパターンを持つ。このマスクパターンは、多数の穴が N個 X N個のマトリクス状に形成されているものに限らず、第 3図 ( b ) のように多数の穴 1 1 aがランダムに形成されているものでも良い。これは、本形態による穴あけ加工の加工パターンは、様々に選定できることを意味している。

イメージングレンズ 1 6は、プリント■基板 1 2に対するマスクパターンの it (縮小比）を設定するためのものである。第 1図では投影比が 1対 1の場合を示している。一方、プリント i¾¾基板 1 2は、 X軸及び Y軸に関して可動のワークステージ 1 7に搭載されている。特に、本形態では、マスクを搭載して移動可能とするマスクステージ（図示せず）とワークステージ 1 7とを同期して駆動可能にした点に特徴を有する。ワークステージ 1 7は、ワークステージ駆動機構 2 5により同一水平面内の X軸方向及び Y軸方向に移動可能である。マスクステージは、本形態ではマスクステージ駆動機構 2 6により X軸方向に移動可能であ

穴あけ加工に際しては、マスクステージ駆動機構 2 6及びワークステージ駆動 ■ 2 5は制御装置（図示せず）により同期制御される。具体的には、マスクステ一ジ駆動機構 2 6によるマスク 1 1の移動とワークステージ駆動機構 2 5によるプリント基板 1 2の移動が逆方向で同期して移動するように制御される。特に、マスク 1 1がシリンドリカルレンズ 1 5からのレーザ光の照射位置を通過し、しかもマスク 1 1の移動方向が断面線状のレーザ光の延在方向に直角な方向となるようにされる。これは、見掛け上、断面線状のレーザ光がマスク 1 1の全面をスキヤンすることを意味する。このようなスキヤンによってマスク 1 1のマスクパターンの各穴を通過したレーザ光はィメ一ジングレンズ 1 6を通してプリント配線基板 1 2に照射される。そして、マスク 1 1の移動とプリント配^ ¾板 1 2の移動は逆方向で同期しているので、プリント配線基板 1 2には、マスク 1 1のマスクパターンで規定される多数の穴力連続して形成されることになる。なお、イメージングレンズ 1 6による比が 1対 1の場合には、マスク 1 1 の移動に際してプリント■基板 1 2に照射されるレーザ光の照射パターンの移動速度はマスク 1 1の移動速度と同じとなる。言い換えれば、レーザ光の照射パターンの移動速度はマスク 1 1に対するレーザ光のスキヤン速度と同じとなる。し力、し、例えば 3対 1の縮小比でマスクパターンが縮小されてプリント配1¾板 1 2に ¾ ^される場合には、マスク 1 1に対するスキヤン速度に対してプリント ,基板 1 2に照射されるレーザ光の照射パターンの移動速度は 3倍となる。制御装置は、このような移動速度の違いを考慮してマスクステージ駆動機構 2 6及びワークステージ駆動機構 2 5を同期制御する。

ここで、プリント |¾¾基板 1 2はその樹 fl旨層の厚さにより、 1回のパルス状レ一ザ光の照射では所定の穴あけが完了しない場合がある。この場合、例えばパルス状レーザ光を 3ショット照射する場合には、第 2図（a ) に示したようなピーク領域力一部オーバラップするようにして照射を行う。これは、ステージによる移動速度を遅くして断面線状のパルス状レーザ光が 1つの穴に複数ショット当たるようにすれば良い。この場合、マスクパターンを形成している複数の列から成る穴 1 1 aは各列のピッチが等しいこと力好ましく、必要に応じてマスキングが実行される。マスキングについては後述する。 '

また、上記の動作によってプリント配線基板 1 2に形成される多数の穴あけ加ェの範囲は、イメージングレンズ 1 6の比にもよる力制限がある場合がある。このような場合、この範囲は一辺力 <数 c m程度の正方形のエリアである。これに対し、本形態による穴あけ加工は、通常、第 4図に示すように、複数の加工領域 1 2— 1が区画されている多面取り用のプリント基板 1 2に対して加工領域毎に行われる。 1つの加工領域 1 2 - 1に対しては上記の動作により穴あけ加工が行われるが、プリント配線基板 1 2を移動させないと、次の加工領域に対する加工を行うことができない。このため、プリント基板 1 2は、ワークステ一ジ 1 7により駆動されて次の加工領域への移動が行われる。すなわち、ヮークステージ 1 7は、プリント配線基板 1 2の 1つの加工領域 1 2 - 1に対する穴あけ加工が終了すると、次の加工領域をイメージングレンズ 1 6の直下に移動させる。勿論、この場合のワークステージ 1 7の駆動はマスク 1 1の駆動とは独立して行われる。

ところで、上記のような加工領域の移動にはある時間を必要とする。これに対し、レーザ発振器 1 0が連続状のレーザ光あるいはパルス状のレーザ光のいずれを発生するものであっても、上記の移動の間はレーザ光がマスク 1 1に入射しないようにする必要がある。これは、上記の移動の間は、レーザ発振器 1 0の発振を停止させるようにすれば良い。別の方法として、シリンドリカルレンズ 1 5よりも上流側の光経路に、レーザ光をバイパスさせる手段を設けても良い。このようなバイパス手段は、反射ミラー 1 4を回動可能にすることで実現できる。すなわち、上記の移動の間は、反射ミラー 1 4を回動させてレーザ光をシリンドリカルレンズ 1 5から外れた別の位置に照射する。この場合、反射ミラーを回動させた時のレーザ光の照射位置にターゲット部材を配置すること力好ましい。ターゲット部材は、レーザ光のエネルギーを吸収するためのものである。いずれにしてもこの動作はマスキングと呼ばれ、前に述べたマスキングにも同様に適用される。なお、上述したレーザ光の照射ノ、°タ一ンの移動速度に関する説明以降の説明は、次に述べる第 2の実施の形態にも適用される。

第 5図を参照して、本発明の第 2の実施の形態について説明する。この実施の形態は、第 1図に示された第 1の実施の形態における均一光学系 1 3及びシリンドリカルレンズ 1 5に代えて、ホモジナイザ 2 0をレーザ発振器 1 0と反射ミラ —1 4との間に配置したものである。その他の構成要素は第 1図の実施の形態とまったく同じである。ホモジナイザ 2 0は、第 1の実施の形態で説明した均一光学系 1 3とシリンドリカルレンズ 1 5の両方の機能を合わせ持つものであり、これも周知であるが、第 6図〜第 8図を参照して簡単に説明する。

ホモジナイザ 2 0は、例えば 2組のアレイレンズセット 2 1、 2 2と、 4枚のフォーカシングレンズから成るレンズ系 2 3と力、ら成る。アレイレンズセット 2 1は、第 6図に示されるように、複数のシリンドリカルレンズを多数、互いに平行に延在するように組合わせたァレイレンズ 2 1 A、 2 1 Bを、その凸面側が対向するように間隔をおいて配置して成る。同様に、アレイレンズセット 2 2は、第 7図に示されるように、複数のシリンドリカルレンズを多数、互いに平行に延在するように組合わせたアレイレンズ 2 2 A、 2 2 Bを、その凸面側が対向するように間隔をおいて配置して成る。なお、第 7図は、第 6図に示したものを軸方向に関して 9 0度回転させた状態で示している。した力つて、アレイレンズセット 2 1のシリンドリカルレンズの延在方向と、アレイレンズセット 2 2のシリンドリカルレンズの延在方向とは直角に交差する形態で組み合わされていることになる。

いずれにしても、上記のような構成の 2組のアレイレンズセット 2 1、 2 2と、 4枚のフォーカシングレンズから成るレンズ系 2 3とにより、ホモジナイザ 2 0 は、断面に関するエネルギー密度分布の均一化の機能と、断面円形状のレーザ光を断面線状のレーザ光に変換する機能とを合わせ持つことができる。

穴あけ加工に関する動作は、第 1の実施の形態とまったく同じであるので、説明は省略する。次に、第 9図を参照して本発明の第 3の実施の形態について説明する。本形態は、以下の点で第 1の実施の形態と異なる。第 1の実施の形態では、レーザ発振器 1 0の発振動作は連続である。これに対し、第 3の実施の形態では、プリント ,基板 1 2の移動量、すなわち位置に応じてレーザ発振器 1 0の発振動作を制御するようにしている。具体的には、プリント配線基板 1 2を一定速度で移動させる。コントローラ 3 0は、位置検出器 3 1の検出信号に基づいてプリント配線基板 1 2が所定の位置に到達した時にレーザ発振器 1 0に対して発振トリガ信号を出力する。レーザ発振器 1 0は、発振トリガ信号を受けると起動してレーザ光を発生する。これは、レーザ発振器 1 0を、プリント配線基板 1 2 (ワークステージ 1 7) の移動に同期して発振させることを意味する。

このために、本形態ではプリント配線基板 1 2の移動量、すなわち位置を検出する手段として、ワークステージ 1 7の移動量を検出する位置検出器 3 1と、この位置検出器 3 1で検出された移動量に基づいてレーザ発振器 1 0の発振動作を制御するコントローラ 3 0を備えている。これら以外の構成、作用は第 1の実施の形態と同じである。

位置検出器 3 1は、例えばワークステージ 1 7の動きを直接検出するリニアェンコーダとの組み合わせで実現できる。これは、以下の理由による。この種のヮ —クステージ駆動機構 2 5は、リニアモータの原理を利用したリニア駆動機構で実現されることが多い。この場合、位置制御のためにリニアエンコーダが設置されることが多い。リニアエンコーダは、ワークステージ 1 7カ微小な単位距離 (例えば 1 m) 移動する毎にパルスを出力する。位置検出器 3 1はこのパルスをカウントし、カウント値をコントローラ 3 0に出力する。

一方、ワークステージ駆動機構 2 5はサーボモ一夕の回転運動を直線運動に変換する機構で実現される場合がある。この場合、位置検出器 3 1はサーボモータの回転量を検出するロータリーエンコーダで実現される。口一夕リーエンコーダもサーボモ—タカ微小な単位角度回動する毎にパルスを出力する。位置検出器 3

1はこのパルスをカウントし、カウント値をコントローラ 3 0に出力する。

上記のような位置検出器 3 1は一例であり、リニアエンコーダやロータリ一ェンコーダとの組み合わせによらない、別の周知の位置検出器を用いても良いことは言うまでもない。

コントローラ 3 0は、位置検出器 3 1からのカウント値からワークステージ 1 7の移動量、すなわちワークステージ 1 7の現在位置を判別する。なお、本形態では、コントローラ 3 0は、前に述べたマスクステージ駆動 « 2 6及びワークステージ駆動機構 2 5を同期制御するための制御装置とは別の制御部として示しているカ^ これらは 1つの制御装置で実現することができることは言うまでもない。

本形態でも第 1の実施の形態と同様、マスクイメージング法を採用しているので、前に述べたように、 ¾| ^比（縮小比）が 1 ： 1の場合はマスクステージとヮ —クステージ 1 7は同じ距離だけ進む。また、例えば、マスク寸法とワーク（プリント配線基板 1 2 ) 寸法の比が 2 ： 1の場合であれば、マスクステージはヮ一クステージの 2倍の移動距離を進むことになる。

マスク 1 1は、プリント配線基板 1 2の移動と同期して逆向きに動く。これは、前に述べたように、イメージングレンズ 1 6でマスク 1 1のマスクパターンはプリント IS ¾基板 1 2上では反転しているからである。

ワークステージ 1 7が動き出すと、リニアエンコーダあるいはロータリーェンコーダから一定距離毎に（例えば毎に）パルスが出力され、位置検出器 3 1によりカウントアップされていく。

例えば、プリント基板 1 2に l mmのピッチで穴をあける場合、カウント値が 1 0 0 0個（1 0 0 0〃m) に達したとき、コントローラ 3 0はレーザ発振器 1 0に対して発振トリガー信号を出力する。なお、穴のピッチは加工前に、加ェパラメータとしてパラメ一夕設定部 3 2からあらかじめ入力されている。

ワークステージ 1 7はステップ動作、つまり一定距離（ピッチ分の距離）移動して止まるという動作を繰り返すのではなく、一定速度で移動している。そして、プリント配線基板 1 2の穴をあけられるべき部分が所定位置に到達したとき、レ一ザ光力照射される。

レーザ穴あけ加工装置としての動作は、第 1の実施の形態と同じであるので、説明は省略する。

次に、第 1 0図を参照して本発明の第 4の実施の形態について説明する。本形態は、以下の点で第 3の実施の形態と異なる。本形態では、マスク 1 1の移動量、すなわち位置に応じてレーザ発振器 1 0の発振動作を制御するようにしている。具体的には、マスク 1 1をプリント配線基板 1 2の移動に同期させて一定速度で移動させる。コントローラ 3 0は、位置検出器 3 5の検出信号に基づいてマスク 1 1が所定の位置に到達した時にレーザ発振器 1 0に対して発振トリガ信号を出力する。レーザ発振器 1 0は、発振トリガ信号を受けると起動してレーザ光を発生する。これは、レーザ発振器 1 0を、マスク 1 1 (マスクステージ）の移動に同期して発振させることを意味する。

このために、本形態ではマスク 1 1の移動量、すなわち位置を検出する手段として、マスクステージの移動量を検出する位置検出器 3 5と、この位置検出器 3 5で検出された移動量に基づいてレーザ発振器 1 0の発振動作を制御するコントローラ 3 0を備えている。位置検出器 3 5以外の構成、作用は第 3の実施の形態と同じである力位置検出器 3 5は位置検出器 3 1と同じものを使用することができる。

すなわち、第 3の^の形態と第 4の実施の形態の違いは、レーザ発振器 1 0 の発振を同期させる対象がワークステージ 1 7かマスクステージかということだけである。前に述べたように、投影比（縮小比）が 1 ： 1の場合はマスクステージとワークステージ 1 7は同じ距離だけ進む。また、例えば、マスク寸法と加工領域 1 2— 1の寸法の比が 2 ： 1の場合であれば、マスクステージはワークステ —ジの 2倍の移動距離を進むことになる。従って、本形態におけるコントローラ 3 0は、レーザ発振器 1 0への発振トリガー信号の出力を、上記の投影比を考慮して行う。

レーザ穴あけ加工装置としての動作は、第 3の実施の形態と同じであるので、説明は省略する。

第 3、第 4の実施の形態のいずれにおいても、レーザ発振器 1 0は、発振トリガー信号を受信して発振し、レーザ光を発生する力^ 発振トリガ一信号を受信してから発振するまでの時間遅れが存在する。この時間遅れを、例えば 1 w s e c とする。レーザ発振器 1 0の発振周波数を 1 5 0 H zとし、ワークステージ 1 7 が 1 5 O mmZ s e cの定速で移動しているとする。この場合、上記の 1〃 s e cの時間遅れは、レーザ光の照射位置に 0. 1 5 mの位置ずれを生じさせる。し力、し、この程度の値は微小なので問題になることはない。位置ずれが問題になる場合は、パラメータ設定部 3 2で設定する加工パラメータにオフセットを与えておくことで、上記の位置ずれを捕正することができる。

なお、パラメ一タ設定部 3 2で設定する加工パラメータは、加工する穴のピッチに限らず、穴の位置、すなわち X軸、 Y軸による 2次元平面上での座標位置を入力するようにしてもよい。

穴のピッチは一定値が好ましい。これは、穴のピッチが一定であれば、レーザ発振器 1 0の発振周波数力一定となり、レーザ出力の強度バラツキが小さくなるからである。し力、し、穴のピッチが一定でなくても、本発明は十分にその効果を発揮する。

プリント基板 1 2の材質によっては、レーザ光の照射を複数回行わなければならない場合がある。この場合は、マスク 1 1、プリント配線基板 1 2の移動によるスキャンを複数ショット分、繰り返せばよい。

第 3、第 4の実施の形態のいずれにおいても、均一光学系 1 3、シリンドリカルレンズ 1 5に代えて、第 2の実施の形態で説明したホモジナイザ 2 0を用いるようにしても良い。

なお、プリント配線基板 1 2の加工領域 1 2—1の寸法に対してマスク 1 1の寸法が小さい場合は、第 1 1図のようにする。第 1 1図において、スキャン方向に関するマスク 1 1の寸法 L 1は加工領域 1 2 - 1のスキャン方向の寸法 L 2と同じであるとする。また、スキャン方向に直角なマスク 1 1の寸法 L 3が加工領域 1 2—1のスキャン方向に直角な方向の寸法 L 4の 1 Z2であるとする。この場合、加工領域 1 2 - 1の半分の穴あけ加工が終了したら、加工領域 1 2 _ 1をスキャン方向と直角な方向に所定距離だけシフトさせて穴あけ加工を行う。この場合、第 1 1図（d) における加工時のスキャン方向は、第 1 1図（c ) における加工時のスキャン方向と逆になる。勿論、加工された複数の穴のパターンは同じである。

第 1 2図を参照して、本発明の第 5の実施の形態について説明する。本形態は、第 3の実施の形態の変形例であり、マスク 1 1 'を固定としたものである。従つて、マスクステージ駆動；^は不要である。このため、マスク 1 1 'は、前に述ベた実施の形態におけるマスク 1 1と異なり、第 1 3図に示すように、一列分の加工穴パターンを持つ。そして、プリント配縣板 1 2 (ワークステージ 1 7 ) の移動に同期して、レーザ発振器 1 0を発振させるようにしている。位置検出器 3 1、コントローラ 3 0、パラメ一タ設定部 3 2の機能は第 3の実施の形態で説明したものと同じであるので、説明は省略する。 '

ワークステージ 1 7力動き出すと、リニアエンコーダあるいはロータリーェンコーダから一定距離毎に（例えば i〃_m毎に）パルスが出力され、位置検出器 3

1によりカウントアップされていく。

例えば、プリント |¾|基板 1 2に l mmのピッチで穴をあける場合、カウント値が 1 0 0 0個（1 0 0 0 m) に達したとき、コントローラ 3 0はレーザ発振器 1 0に対して発振トリガー信号を出力する。なお、穴のピッチは加工前に、加ェパラメ一夕としてパラメ一夕設定部 3 2からあらかじめ入力されている。ワークステージ 1 7はステップ動作、つまり一定距離移動して止まるという動作を繰り返すのではなく、一定速度で移動している。そして、プリント配線基板 1 2の穴をあけられるべき部分が所定位置に到達したとき、レーザ光が照射され。

プリント基板 1 2の加工領域 1 2—1の幅寸法に対してマスク 1 1 'の幅寸法が小さい場合は、第 1 3図のようにする。第 1 3図において、マスク 1 1 ' の幅寸法 L 1 0が加工領域 1 2—1の幅寸法 L 2 0と同じであるとする。この場合、加工領域 1 2 - 1の半分の穴あけ加工が終了したら、加工領域 1 2— 1をスキャン方向と直角な方向に所定距離だけシフトさせて穴あけ加工を行う。この場合、第 1 3図（d ) における加工時のスキャン方向は、第 1 3図（c ) における加工時のスキャン方向と逆になる。勿論、加工された複数の穴のパターンは同じである。

本形態においても、均一光学系 1 3、シリンドリカルレンズ 1 5に代えて、第 2の実施の形態で説明したホモジナイザ 2 0を用いるようにしても良い。

ところで、マスク 1 1 'を固定することの弊害は、加工された穴がスキャン方向に長軸を持つ楕円になることである。し力、し、パルス幅の短いパルスレーザ発振器を採用すると、この問題は無視できるようになる。例えば、ワークステージ

1 7の移動速度を 1 5 O mm/ s e cとし、パルス幅 0. 2 s e cのレーザ発振器を採用すると、発振している時間内にワークステージ 1 7は、 0. 0 3〃m しか移動しない。この場合、穴の径を 5 0 // mとすると 0. 0 3 ;tz mは無視でき、穴の形状は真円とみなされる。

いずれの実施の形態においても、レーザ発振器 1 0と七ては、 c o₂ レーザ発振器、 ¥八0及び丫し？レ—ザ発振器、その第 2高調波（2 ω) 、第 3高調波 ( 3 ω) 、第 4高調波（4 ω) を用いたり、更にはエキシマレーザ発振器を用いることができる。また、被加工部材はプリント配線基板のような樹脂層に限らず、電気部品、例えばコンデンサゃ圧電素子に絶縁材料として用いられるセラミック薄板のような材料にも穴あけ加工を行うことができる。更に、本発明は、所定のマスクパターンを持つマスクをプリント基板のような被加工部材に接触させた状態、いわゆるコンタクトマスク方式で穴あけ加工を行う場合にも適用可能である。この場合、イメージングレンズは省略される。

以上説明してきたように、本発明によれば、これまでのガルバノスキャナを用いたレーザ穴あけ加工装置に比べて短い時間で多数の穴あけ加工を行うことができる。し力、も、本発明において用いられる移動可能なマスクのマスクパターンは、複数の穴の配列を任意に設定できるので、フレキシブルな穴あけ加工を実現することができる。

また、第 3〜第 5の実施の形態による穴あけ加工装置によれば、加工したい位置に正確に穴あけ加工を行うことができ、ワークステージがステツプ移動式ではなく連続して移動しているので、生産性が高いシステムである。産業上の利用可能性

以上のように、本発明にかかるレーザ穴あけ加工方法及び加工装置は、プリント配線基板や、電気部品、例えばコンデンサゃ圧電素子に絶縁材料として用いられるセラミック薄板のような材料への穴あけ加工に適している。

Claims

請求の範囲

1. レーザ発振器からのレーザ光を、所定のマスクパターンを持つマスクを通して被加工部材に照射して穴あけを行うレーザ穴あけ加工方法において、前記レーザ光を線状の断面形状を持つレーザ光に変換し、

前記線状のレーザ光の照射位置は固定とし、 '

前記マスクが前記レ一ザ光の照射位置を通過するように前記マスクと前記被加ェ部材とを同期して移動させると共に、その移動方向を前言 B ¾状のレ一ザ光の延在方向に直角な方向とすることにより、前記マスクが前記線状のレーザ光でスキヤンされるようにし、その結果、前記被加工部材に前記マスクパターンで規定された穴あけが行われるようにしたことを特徴とするレーザ穴あけ加工方法。

2. 請求項 1記載のレーザ穴あけ加工方法において、前記マスクと前記被加工部材との間にイメージングレンズを配置することにより、前記被加工部材に対する前記マスクパターンの比を設定できるようにしたことを特徴とするレーザ穴あけ加工方法。

3. 請求項 1又は 2記載のレーザ穴あけ加工方法において、前記マスク又は前記被加工部材の移動量を検出し、検出された移動量に応じて前記レーザ発振器の発振動作を制御するようにしたことを特徴とするレーザ穴あけ加工方法。

4. レーザ発振器からのレーザ光を、所定のマスクパターンを持つマスクを通して被加工部材に照射して穴あけを行うレーザ穴あけ加工方法において、前記レーザ光を線状の断面形状を持つレーザ光に変換し、

前記線状のレーザ光をあらかじめ定められた位置に配置された前記マスクに照射し、

前記被加工部材を、前記線状のレーザ光の延在方向に直角な方向に移動させることにより、前記被加工部材が前記マスクを通過したレーザ光でスキャンされるようにし、その結果、前記被加工部材に前記マスクパターンで規定された穴あけ力行われるようにしたことを特徴とするレーザ穴あけ加工方法。

5. 請求項 4記載のレーザ穴あけ加工方法において、前記マスクと前記被加工部材との間にイメージングレンズを配置することにより、前記被加工部材に対する前記マスクパターンの比を設定できるようにしたことを特徴とするレーザ穴あけ加工方法。

6. 請求項 4又は 5記載のレーザ穴あけ加工方法において、前記被加工部材の移動量を検出し、検出された移動量に応じて前記レーザ発振器の発振動作を制御するようにしたことを特徴とするレーザ穴あけ加工方法。

7. レーザ発振器からのレーザ光を、所定のマスクパターンを持つマスクを通して被加工部材に照射して穴あけを行うレーザ穴あけ加工装置において、前記レーザ光を線状の断面形状を持つレ一ザ光に変換する光学系と、前記マスクと前記被加工部材とを同期して移動させる駆動機構とを備え、前記光学系からの前記線状のレーザ光の照射位置は固定とし、

前記駆動機構は、前記マスク力前記レーザ光の照射位置を通過するように前記マスクと前記被加工部材とを移動させると共に、その移動方向を前言 Ξ ^状のレーザ光の延在方向に直角な方向とすることにより、前記マスクが前記線状のレーザ光でスキャンされるようにし、その結果、前記被加工部材に前記マスクパターンで規定された穴あけが行われるようにしたことを特徴とするレーザ穴あけ加工装

8. 請求項 7記載のレーザ穴あけ加工装置において、前記マスクと前記卩ェ部材との間にイメージングレンズが配置され、前記イメージングレンズにより前記被加工部材に対する前記マスクパ夕一ンの比を設定できるようにしたことを特徴とするレーザ穴あけ加工装置。

9. 請求項 7又は 8記載のレーザ穴あけ加工装置において、前記光学系はホモジナイザであることを特徴とするレーザ穴あけ加工装置。

1 0. 請求項 7又は 8記載のレーザ穴あけ加工装置において、前記光学系は、前記レーザ発振器からのレーザ光の断面に関するエネルギー密度を均一にする均一光学系と、該均一光学系からのレーザ光の断面形状を線状に変換するシリンドリカルレンズとを含むことを特徴とするレーザ穴あけ加工装置。

1 1. 請求項 7〜： L 0のいずれかに記載のレーザ穴あけ加工装置において、更に、前記被加工部材の移動量を検出する位置検出器と、該位置検出器で検出された移動量に基づいて前記レーザ発振器の発振動作を制御するコン卜ローラとを備えたことを特徴とするレーザ穴あけ加工装置。

1 2. 請求項 7〜： L 0のいずれかに記載のレーザ穴あけ加工装置において、更に、前記マスクの移動量を検出する位置検出器と、該位置検出器で検出された移動量に基づいて前記レーザ発振器の発振動作を制御するコントローラとを備えたことを特徵とするレーザ穴あけ加工装置。

1 3. レーザ発振器からのレーザ光を、所定のマスクパターンを持つマスクを通して被加工部材に照射して穴あけを行うレーザ穴あけ加工装置において、前記レーザ光を線状の断面形状を持つレ一ザ光に変換する光学系と、

前記被加工部材を移動させる駆動機構とを備え、

前記光学系からの前記線状のレーザ光をあらかじめ定められた位置に配置された前記マスクに照射し、

前記駆動機構は、前記被加工部材を、前記線状のレーザ光の延在方向に直角な方向に移動させることにより、前記被加工部材が前記マスクを通過したレーザ光でスキャンされるようにし、その結果、前記被加工部材に前記マスクパターンで規定された穴あけ力行われるようにしたことを特徴とするレーザ穴あけ加工装置。

1 4. 請求項 1 3記載のレーザ穴あけ加工装置において、前記マスクと前記被加工部材との間にイメージングレンズが配置され、前記イメージングレンズにより前記被加工部材に対する前記マスクバタ一ンの投影比を設定できるようにしたことを特徴とするレーザ穴あけ加工装置。

1 5. 請求項 1 3又は 1 4記載のレーザ穴あけ加工装置において、前記光学系はホモジナイザであることを特徴とするレーザ穴あけ加工装置。

1 6. 請求項 1 3又は 1 4記載のレーザ穴あけ加工装置において、前記光学系は、前記レーザ発振器からのレーザ光の断面に関するエネルギー密度を均一にする均一光学系と、該均一光学系からのレーザ光の断面形状を線状に変換するシリンドリカルレンズとを含むことを特徴とするレーザ穴あけ加工装置。

1 7. 請求項 1 3〜1 6のいずれかに記載のレーザ穴あけ加工装置において、更に、前記被加工部材の移動量を検出する位置検出器と、該位置検出器で検出された移動量に基づいて前記レーザ発振器の発振動作を制御するコントローラとを備えたことを特徴とするレーザ穴あけ加工装置。