WO2002092276A1 - Procede et dispositif d'usinage au laser de materiaux stratifies - Google Patents

Description

明 細 書 積層材料のレーザ加工方法および装置 技術分野

本発明は、 積層材料のレーザ加工方法および装置に関し、 より詳細には、 プリ ント基板と呼称される積層配線基板において、 レーザ光により、 穴あけ加工およ び溝加工を行う方法および装置に関する。 背景技術

例えば、 図 19に示すように、 プリント基板 1は、 絶縁材 2、 絶縁材 2の両表 面に取り付けられた銅箔 4および銅箔 6から成る。 絶縁材 2は、 直径が数/ zmの ガラス ^18を 40本ないし 60本束ねて一束とした！^束 （ガラスクロス） 1 0を網目状に織ったものにエポキシ樹脂を含浸硬化させて形成される。

このようなプリント基板 1において、 絶縁材 2の表面に取り付けられた 2枚の 銅箔 4および銅箔 6を電気的に接続する場合、 従来は、 プリント基板 1を貫通す るスルーホールと呼ばれる貫通穴をドリルによって形成し、 この貫通穴の内壁に 銅めつきを施して導通層を形成していた。 しかし、 このようにドリルによって穴 あけを行う場合、 穴径が φ 200 m以下になると、 ドリルの損耗が激しく、 穴 あけ中にドリル折れが発生しやすい、 および、 加工速度が著しく遅くなる等の問 題があった。 また、 ドリルによって穴あけを行う場合には、 加工された貫通穴の 断面において表面粗さが数 10 ΐηと非常に大きくなり、 めっき処理によってそ の断面に均一な導通層を形成することが困難であった。

このような問題を解決するため、 ドリルに代わってレーザ光によって貫通穴を 形成する方法力 Am e r i c a n S o c i e t y o f Me c h a n i c a

1 En g i n e e r s 90— WA/E F P _ 36に提案されている。 これは、 図 20に示されるように、 プリント基板 1にレーザ光 20を照射することにより、 銅箔 4や銅箔 6、 および、 ガラス繊維 8やエポキシ樹脂を除去して貫通穴 14を 形成する方法である。 また、 特開平 3 _ 2 7 8 8 5号公開公報は、 レーザ光をパルス化し、 銅箔を加 ェする場合と、 絶縁材を加工する場合とで、 レーザ光のピーク出力を変化させる レーザ加工方法を開示する。 図 1 9を用いて説明すると、 このレーザ加工方法に おいては、 銅箔 4を加工する場合および銅箔 6を加工する場合に、 同じ高ピーク 出力のレーザビームを使用し、 絶縁材 2を加工する場合に、 低ピーク出力のレー ザビームを使用することによって、 上述の穴断面の表面粗さを小さくする。 発明の開示

(発明が解決しようとする技術的課題）

しかし、 レーザ光を用いて加工を行った場合には、 図 2 1に示すように、 加工 された貫通穴 1 4内に、 2 0 _μ πι程度の、 銅箔 4、 銅箔 6およびガラスクロス 1 0の穴内への突き出しが生じるという問題があった。 また、 貫通穴 1 4の形状が 中膨れ形状になるといった問題があった。 さらに、 銅箔 4や銅箔 6における穴径 のばらつきが大きいという問題があった。 貫通穴 1 4内への銅箔 4、 銅箔 6およ びガラスクロス 1 0の突き出しが 1 0 / in以上になったり、 貫通穴 1 4の形状が 中膨れ形状になったり、 銅箔 4や銅箔 6における穴径のばらつきが大きかったり すると、 貫通穴 1 4の内壁に均一な導通層を形成することが困難になり、 銅箔 4 と銅箔 6との間の電気的な接続の信頼性が低下する。

また、 以上の課題は、 プリント基板 1においてブラインドバイァホール （止ま り穴） を形成したり、 溝加工を行う場合にもあてはまる。 止まり穴内や溝内へ 2 0 μ ιη程度の銅箔 4やガラスクロス 1 0の突き出しが生じたり、 加工された穴や 溝の形状が台形等の形状になると、 その止まり穴や溝の内壁に導通用の金属膜等 の均一な膜が形成できないといつた問題があつた。

さらに、 レーザ加工における加工時間の短縮が望まれる。

本発明の目的は、 積層配線基板において、 穴あけ加工や溝加工等のレーザ加工 を行う場合に、 穴や溝の内部に積層材料の一部が突き出すことなく、 穴形状が所 望の形状になるような信頼性の高い加工を実現するレーザ加工方法および装置を 提供することである。

(その解決方法） 本発明に係る第 1の積層材料レーザ加工方法は、 1以上の導体層と絶縁層とが 積層された積層材料をレーザビームによって加工する方法である。 この方法は、 前記の導体層にレーザビームを照射して加工穴を形成する導体層加エステツプと、 前記の導体層加工ステップに続けて、 前記の加工穴に前記の導体層に照射したレ 一ザビームよりも加工点におけるビーム径が小さいレーザビームを照射して、 前 記の導体層に積層した絶縁層を加工する絶縁層加エステップとを含む。

本発明に係る第 2の積層材料レーザ加工方法は、 1以上の導体層と絶縁層とが 積層された積層材料にレーザビームを照射して前記の積層材料を貫通する貫通穴 を形成する方法である。 ここで、 前記の積層材料のレーザビームが出射する側の 表面層は導体層である。 この方法は、 前記の表面層上にレーザビーム吸収材料を 形成するステップと、 前記の積層材料を貫通する貫通穴を形成するステップとか ら成る。

好ましくは、 前記の第 2の積層材料レーザ加工方法において、 前記のレーザビ 一ム吸収材料は高分子材料である。

なお、 前記の第 2の積層材料レーザ加工方法は、 前記の第 1の積層材料レーザ 加工方法と併用できる。

本発明に係る第 3の積層材料レーザ加工方法は、 1以上の導体層と絶縁層とが 積層された積層材料にレーザビームを照射して穴あけ加工を行う方法である。 こ の方法は、 前記の導体層において、 穴あけ加工によって除去される部分をあらか じめ加熱する加熱ステップと、 前記の加熱ステップにおいて加熱された部分にレ 一ザビームを照射して穴あけ加工を行う加工ステップとを含む。

好ましくは、 前記の第 3の積層材料レーザ加工方法において、 前記の加熱ステ ップは、 レーザビームを照射することによつて行われる。

なお、 前記の第 3の積層材料レーザ加工方法は、 前記の第 1の積層材料レーザ 加工方法と併用できる。 その場合、 好ましくは、 前記の第 1の積層材料レーザ加 ェ方法は、 前記の導体層加工ステップの前に、 前記の導体層において、 加工によ つて除去される部分をあらかじめ加熱する加熱ステップを含み、 前記の導体層加 エステップにおいて、 前記の加熱ステップによつて加熱された部分にレーザビー ムを照射して加工穴を形成する。 なお、 前記の第 3の積層材料レーザ加工方法は、 前記の第 2の積層材料レーザ 加工方法と併用できる。 その場合、 積層材料のレーザビームが出射する側の表面 層 （導体層） にレーザビーム吸収材料を形成する一方、 レーザビームが入射する 導体層において穴あけ加工を行う場合に、 穴あけ加工によって除去される部分を あらかじめ加熱してから、 その加熱された部分にレーザビームを照射してもよい。 なお、 前記の第 3の積層材料レーザ加工方法は、 前記の第 1の積層材料レーザ 加工方法および前記の第 2のレーザ加工方法と併用できる。

本発明に係る第 4の積層材料レーザ加工方法は、 絶縁層とその絶縁層を挟む 2 つの導体層とから成る積層部を含む、 導体層と絶縁層とが積層された積層材料に おいて、 レーザビームを照射して、 前記の積層部を貫通する貫通穴を形成する方 法である。 この方法は、 前記の積層部の第 1の導体層に第 1のレーザビームを照 射して加工穴を形成する第 1の加工ステップと、 前記の第 1の加エステップに続 けて、 前記の第 1の加工ステップの加工点におけるビーム径を一定にして、 前記 の第 1の加工ステップにより形成された加工穴に、 前記の第 1のレーザビームよ りもピーク出力が低い第 2のレーザビームを照射して、 前記の積層部の絶縁層の 加工を行う第 2の加工ステップと、 前記の第 2の加工ステップに続けて、 前記の 第 2の加エステップにの加工点におけるビーム径を一定にして、 前記の第 2の加 ェステップによって形成された加工穴に、 前記の第 1のレーザビームよりもピー ク出力が低く、 かつ、 前記の第 2のレーザビームよりもピーク出力が高い第 3の レーザビームを照射して、 前記の積層部の第 2の導体層の加工を行う第 3の加工 ステップとから成る。

なお、 前記の第 4の積層材料レーザ加工方法は、 前記の第 1の積層材料レーザ 加工方法と併用できる。 その場合、 絶縁層とその絶縁層を挟む 2つの導体層とか ら成る前記の積層部において、 前記の第 1の導体層に、 前記の第 1のレーザビー ムを照射して加工穴を形成し、 次に、 前記の加工穴に、 前記の第 1のレーザビー ムよりもピーク出力が低く、 前記の第 1のレーザビームよりも加工点におけるビ —ム径が小さい第 2のレーザビームを照射して、 前記の積層部の絶縁層を加工す る。

なお、 前記の第 4の積層材料レーザ加工方法は、 前記の第 2の積層材料レーザ 加工方法と併用できる。 例えば、 前記の積層部の第 2の導体層が、 前記の積層材 料の表面層である場合、 好ましくは、 前記の第 1の加工ステップの前に、 前記の 第 2の導体層上にレーザビーム吸収材料を形成するステップを含む。

なお、 前記の第 4の積層材料レーザ加工方法は、 前記の第 3の積層材料レーザ 加工方法と併用できる。 その場合、 前記の第 4の積層材料レーザ加工方法によつ て、 積層材料の導体層のレーザ加工を行う場合に、 その積層材料の導体層におい て加工によつて除去される部分をあらかじめ加熱して力 ら、 その加熱された部分 にレーザビームを照射してもよレ、。

なお、 前記の第 4の積層材料レーザ加工方法は、 前記の第 1の積層材料レーザ 加工方法、 前記の第 2の積層材料レーザ加工方法、 および、 前記の第 3の積層材 料レーザ加工方法のうち任意の 2つの加工方法、 または、 全ての加工方法と併用 できる。

本発明に係る第 5の積層材料レーザ加工方法は、 絶縁層とその絶縁層を挟む 2 つの導体層とから成る積層部を含む、 導体層と絶縁層とが積層された積層材料に おいて、 レーザビームを照射して、 前記の積層部を貫通する貫通穴を形成する方 法である。 この方法は、 前記の積層部の第 1の導体層に第 1のレーザビームを照 射して加工穴を形成する第 1の加工ステップと、 前記の第 1の加工ステップに続 けて、 前記の第 1の加工ステップよりもパワー密度を小さく して、 第 2のレーザ ビームを照射して、 前記の積層部の絶縁層の加工を行う第 2の加エステップと、 前記の第 2の加工ステップに続けて、 前記の第 1の加工ステップよりもパワー密 度を低く、 かつ、 前記の第 2の加工ステップよりもパワー密度を高くして、 前記 の第 2の加エステップによつて形成された加工穴に、 第 3のレーザビームを照射 して、 前記の積層部の第 2の導体層の加工を行う第 3の加エステツプとから成る。 本発明に係る第 6の積層材料レーザ加工方法は、 絶縁層とその絶縁層を挟む 2 つの導体層とから成る積層部を含む、 導体層と絶縁層とが積層された積層材料に おいて、 パルス化されたレーザビームを照射して、 前記の積層部を貫通する貫通 穴を形成する方法である。 この方法は、 前記の積層部の第 1の導体層に第 1のレ 一ザビームを照射して加工穴を形成する第 1の加工ステップと、 前記の第 1の加 ェステップに続けて、 前記の第 1の加エステップの加工点におけるビーム径をー 定にして、 前記の第 1の加工ステップにより形成された加工穴に、 前記の第 1の レーザビームよりもピーク出力が低く、 かつ、 前記の第 1のレーザビームよりも パルス幅の長い第 2のレーザビームを照射して、 前記の積層部の絶縁層の加工を 行う第 2の加工ステップと、 前記の第 2の加工ステップに続けて、 前記の第 2の 加工ステップの加工点におけるビーム径を一定にして、 前記の第 2の加エステツ プによって形成された加工穴に、 前記の第 1のレーザビームよりもピーク出力が 低く、 かつ、 前記の第 1のレーザビームよりもパルス幅が長いレーザビームであ つて、 前記の第 2のレーザビームよりもピーク出力が高く、 かつ、 前記の第 2の レーザビームよりもパルス幅が短い第 3のレーザビームを照射して、 前記の積層 部の第 2の導体層の加工を行う第 3の加工ステップとから成る。

本発明に係る積層材料レーザ加工装置は、 1以上の導体層と絶縁層とが積層さ れた積層材料にレーザビームを照射して加工を行う装置である。 この装置は、 ピ ーク出力の異なる複数のパルス化されたレーザビームを出射できるレーザ発振器 と、 前記のレーザ発振器から出射されたレーザビームの一部を通過させる開口と、 前記の開口を通過したレーザビームを光路変更させる光路変更光学系と、 前記の 開口の像を結像する結像レンズと、 前記のレーザ発振器、 前記の開口、 前記の光 路変更光学系、 および、 前記の結像レンズの位置および動作を制御する制御部と を備える。 また、 前記の制御部は、 結像される像の大きさを可変にする。

好ましくは、 前記の積層材料レーザ加工装置は、 さらに、 前記の開口と前記の 光路変更光学系との間の光路中に光路長を可変にする光路長可変光学系を備える。 また、 前記の制御部は、 前記の光路長可変光学系を制御して、 前記の開口と前記 の結像レンズとの間の距離を可変にする。

好ましくは、 前記の積層材料レーザ加工装置は、 さらに、 前記の開口と前記の 光路変更光学系との間の光路中に反射ミラーを備える。 また、 前記の制御部は、 前記の反射ミラーの反射面形状を可変にする。

好ましくは、 前記の積層材料レーザ加工装置において、 前記の制御部は、 前記 の反射ミラーの反射面形状を回転双曲面の一部にする。

好ましくは、 前記の積層材料レーザ加工装置において、 前記の制御部は、 前記 の反射ミラーに装着された圧電素子を制御することによって、 前記の反射ミラー の反射面形状を可変にする。

好ましくは、 前記の積層材料レーザ加工装置において、 前記の制御部は、 前記 の開口の開口径を可変にする。

好ましくは、 前記の積層材料レーザ加工装置において、 前記の制御部は、 前記 の結像レンズの焦点距離を可変にする。

(従来技術より有効な効果）

本発明による積層材料のレーザ加工方法により、 貫通穴の中膨れが生じること を防ぐことができる。

本発明による積層材料のレーザ加工方法により、 積層材料のレーザ光入射側の 表面層である銅箔の穴径のばらつきを低減できる。

本発明による積層材料のレーザ加工方法により、 貫通口内の銅箔ゃガラスク口 スの突出を防ぐことができる。

本発明による積層材料のレーザ加工方法により、 積層材料のレーザ光出射側の 表面層である銅箔の穴径のばらつきを低減できる。

本発明による積層材料のレーザカ卩ェ装置により、 レーザビームのビーム径の変 化を簡便に実現でき、 貫通穴の中膨れが生じることを簡便に防止できる。 図面の簡単な説明

図 1は、 本発明の実施の形態 1による積層材料のレーザ加工方法の工程を図式 的に示す図である。

図 2は、 銅箔の均一な表面にパルス幅や 1パルスのエネルギが異なるレーザビ —ムを 1パルス照射する場合において、 そのレーザビームの銅箔加工能力を説明 するグラフ図である。

図 3は、 本発明の実施の形態 2による積層材料のレーザカ卩ェ方法の工程を図式 的に示す図である。

図 4は、 本発明の実施の形態 2による積層材料のレーザ加工装置を図式的に示 す図である。

図 5は、 開口径連続可変ビーム絞りを図式的に示す図である。

図 6は、 本発明の実施の形態 3による積層材料のレーザ加工装置を図式的に示 す図である。

図 7は、 結像光学系の基本構成を図式的に示す図である。

図 8は、 本実施の形態 4による積層材料のレーザ加工装置を図式的に示す図で ある。

図 9は、 凸面鏡と凹面鏡を用いた場合の結像光学系の基本構成を図式的に示す 図である。

図 1 0は、 反射ミラーの反射面の形状による反射の仕方の違いを図式的に示す 図である。

図 1 1は、 図 8のレ一ザ加工装置で用いられる反射面形状可変反射ミラーの構 成を図式的に示す図である。

図 1 2は、 本発明の実施の形態 5による積層材料のレーザ加工装置を図式的に 示す図である。

図 1 3は、 開口とレンズとによる集光状態を図式的に示す図である。

図 1 4は、 本発明の実施の形態 6による積層材料のレーザ加工装置を図式的に 示す図である。

図 1 5は、 焦点距離可変転写レンズの構成を図式的に示す図である。

図 1 6は、 本発明の実施の形態 7による積層材料のレーザ加工方法の工程を図 式的に示す図である。

図 1 7は、 本発明の実施の形態 8による積層材料のレーザ加工方法の工程を図 式的に示す図である。

図 1 8は、 銅における炭酸ガスレーザ吸収率の温度依存性を示すグラフ図であ る。

図 1 9は、 プリント基板の断面を図式的に示す図である。

図 2 0は、 従来のレーザ加工によるスルーホール形成工程を図式的に示す図で ある。

図 2 1は、 従来のレ一ザ加工により形成したスルーホールの断面を図式的に示 す図である。 発明を実施するための最良の形態 以下に、 添付の図面を用いて、 本発明の実施の形態を説明する。

<実施の形態 1 >

図 1に、 本発明の実施の形態 1による積層材料のレーザ加工方法の工程を図式 的に示す。 本実施の形態において、 積層材料とは、 積層配線基板であり、 プリン ト基板と呼称される。 図 1に示すように、 プリント基板 1は、 絶縁材 （絶縁層） 2、 絶縁材 2の両表面に取り付けられた銅箔 （導体層） 4および銅箔 （導体層） 6力、ら成る。 絶縁材 ²は、 ガラスエポキシ樹脂であり、 直径が数 μ ηιのガラス繊 維を 4 0本ないし 6 0本束ねて一束としたガラスクロス 1 0を網目状に織ったも のにエポキシ榭脂を含浸硬化させて形成される。 図 1に示される工程においては、 銅箔 4および銅箔 6の厚さが 1 2 // mである厚さ 0 . 4 mmの両面銅張りプリン ト基板 （ガラスエポキシ基板） 1に、 炭酸ガスレーザのパルス化したレーザビー ムを照射して、 貫通穴 1 4を形成する。

まず、 φ 1 2 0 / mに集光したレーザビーム 2 0を銅箔 4に照射して、 銅箔 4 の表面に加工穴 2 2を形成する。 この時、 レーザビームのパルス O N時間 （パル ス幅） を 3 S、 1パルスのレーザエネルギを 2 4 m Jと設定し、 そのレーザビ ームを 1パルス照射することにより、 銅箔 4の表面に φ 1 0 0 μ πιの加工穴 2 2 を形成する。 なお、 以後の加工において、 レーザビームの集光径 （加工点におけ るレーザビーム径） を φ 1 2 0 mに固定する。

次に、 加工穴 2 2と同じ位置に、 レーザビームのパルス O N時間を 1 0 0 s、 1パルスのレーザエネルギを 1 0 m Jと設定して、 そのレーザビームを 4パルス 照射し、 絶縁材 2を加工する。 さらに、 その同じ位置に、 レーザビームのパルス O N時間を 4 0 ju s、 1パルスのレーザエネルギを 8 m Jと設定して、 そのレー ザビームを 1パルス照射し、 銅箔 6を加工する。 これにより、 プリント基板 1に 1 0 0 /i mの貫通穴 1 4を形成する。

この貫通穴 1 4の断面を顕微鏡により観察すると、 穴径がほとんど変化せず、 その穴の中心軸線の方向がレーザビームの光軸方向に一致する。 また、 貫通穴 1 4内において、 レーザ光入射側の銅箔 4およびレーザ光出射側の銅箔 6の穴内へ の突き出しは 5 / m以下であり、 ガラスクロス 1 0の穴内への突き出しはほとん ど存在しないことがわかつた。 一方、 図 1の工程による穴あけ加工と比較するために、 同じプリント基板、 力 つ、 同じ種類のレーザ光を用いて、 他の異なる工程によって穴あけ加工を行う。 以下に、 これらの比較実験について、 詳細に説明する。 なお、 以下の比較実験に おいて、 銅箔 4、 絶縁材 2および銅箔 6に照射するレーザビームの集光径は、 φ 120μπιに固定される。 第 1の比較実験として、 レーザビームを、 図 1におい て銅箔 4を加工した条件 （レーザビームのパルス ON時間が 3 s、 1パルスの レーザエネルギが 24 m J) に設定し、 プリント基板 1に 1パルス照射する。 そ して、 その同じ位置に、 レーザビームのパルス ON時間を 100 / s、 1パルス のレーザエネルギを 1 Om Jと設定して、 そのレーザビームを 5パルス照射する。 この工程によって、 プリント基板 1に貫通穴 14が形成される。 し力、し、 この貫 通穴 14の断面を、 顕微鏡により観察すると、 貫通穴 14内に、 レーザ光出射側 の銅箔 6力 20 μπι程度突き出していた。

また、 第 2の比較実験として、 レーザビームを、 図 1において銅箔 4を加工し た条件 （レーザビームのパルス Ο Ν時間が 3 // s、 1パルスのレーザエネルギが 24m J) に設定し、 プリント基板 1に 5パルス連続して照射する。 この工程に よって、 プリント基板 1に貫通穴 14が形成される。 し力、し、 貫通穴 14の断面 を、 顕微鏡により観察すると、 貫通穴 14の形状は中膨れ形状であり、 さらに、 貫通穴 14内に、 レーザ光入射側の銅箔 4、 レーザ光の出射側の銅箔 6、 および、 ガラスクロス 10力 20 //m程度突き出していた。

さらに、 第 3の比較実験として、 レーザビームを、 図 1において銅箔 4を加工 した条件 （レーザビームのパルス ON時間が 3 s、 1パルスのレーザエネルギ が 24m J ) に設定し、 プリント基板 1に 1パルス照射する。 そして、 その同じ 位置に、 レーザビームのパルス ON時間を 100// s、 1パルスのレーザェネル ギを 10mJと設定し、 そのレーザビームを 4パルス照射する。 さらに、 その同 じ位置に、 レーザビームのパ^^ス ON時間を 3 μ s、 1パ^/スのレーザエネ^/ギ を 24m Jと設定し、 そのレーザビームを 1パルス照射する。 この工程によって、 プリント基板 1に貫通穴 14が形成される。 し力 し、 貫通穴 14の断面を、 顕微 鏡により観察すると、 貫通穴 14内に、 レーザ光出射側の銅箔 6が、 20;zm程 度突き出していた。 なお、 この第 3の比較実験の方法は、 上述の特開平 3— 27 885号公開公報に記載された方法と同様の方法であり、 銅箔 4を加工する場合 および銅箔 6を加工する場合には、 同じ高ピーク出力のレーザビームを使用し、 絶縁材 2を加工する場合には、 低ピーク出力のレーザビームを使用する。

さらに、 第 4の比較実験として、 レーザビームを、 図 1において銅箔 4を加工 した条件 （レーザビームのパルス ON時間が 3 s、 1パルスのレーザエネルギ が 24m J ) に設定し、 プリント基板 1に 1パルス照射する。 そして、 その同じ 位置に、 レーザビームのパルス O N時間を 1 μ s、 1パルスのレーザエネルギを 1 Om Jと設定して、 そのレーザビームを 10パルス照射する。 この工程によつ て、 プリント基板 1に貫通穴 14が形成される。 し力 し、 貫通穴 14の断面を、 顕微鏡により観察すると、 貫通穴 14の形状は中膨れ形状であり、 貫通穴 14内 に、 レーザ光入射側の銅箔 4、 レーザ光出射側の銅箔 6、 および、 ガラスクロス 10力 20 m程度突き出していた。

本実施の形態によるレーザ加工方法において、 銅箔 4を加工する時のレーザビ ーム条件 （レーザビームのパルス ON時間が 3 μ s、 1パルスのレーザエネルギ が 24 m J ) 、 絶縁材 2を加工する時のレーザビーム条件 （レーザビームのパル ス O N時間が 100 s、 1パルスのレーザエネルギが 10 m J ) 、 および、 銅 箔 6を加工する時のレーザビーム条件 （レーザビームのパルス ON時間が 40 μ s、 1パルスのレーザエネルギが 8m J) は異なる。 ここで、 それぞれの材料を 加工する場合のレーザビームのピーク出力を、 次の式 （1) を用いて計算する。

ピーク出力 = 1パルスのエネルギ Zパルス O N時間 （パノレス幅） （ 1 ) これによると、 銅箔 4を加工する時のレーザビームのピーク出力 （8 kW) は、 絶縁材 2を加工する時のレーザビームのピーク出力 （ 100 W) や銅箔 6を加工 する時のレーザビームのピーク出力 （200W) よりも高く、 銅箔 6を加工する 時のレーザビームのピーク出力 （200W) は、 絶縁材 2を加工する時のレーザ ビームのピーク出力 （100W) よりも高い。

また、 銅箔 4を加工する時のレーザビームのパルス幅 （3 s) は、 絶縁材 2 を加工する時のレーザビームのパルス幅 （Ι Ο Ομ s) や銅箔 6を加工する時の レーザビームのパルス幅 （40/z s) よりも短く、 銅箔 6を加工する時のレーザ ビームのパルス幅 （40μ s) は、 絶縁材 2を加工する時のレーザビームのパル ス幅 （1 0 0 /x s ) よりも短い。 以下に、 レーザビームのピーク出力やパルス幅 の値の設定について、 詳細に説明する。

最初に、 レーザビームのピーク出力の値の設定について説明する。 なお、 レー ザカ卩ェにおいて被加工物の加工状態を決定する最も重要なパラメータは、 レーザ ビームのパワー密度であり、 次の式 （2 ) によって表わされる。

パヮ一密度 =レーザビームのピーク出力/レーザビームの集光径 ( 2 ) 本来であれば、 このパワー密度の値を考慮するべきであるが、 本実施の形態に よるレーザ加工方法および比較実験のレーザ加工方法においては、 照射するレー ザビームの集光径が一定 （φ 1 2 0 μ πι) に保たれるため、 ピーク出力の値を用 いて考察する。

まず、 銅箔 4および銅箔 6を加工する場合のレーザビーム条件について説明す る。 銅は、 一般的に、 レーザ光の反射率が高く、 熱伝導が良いため、 レーザ加工 が困難な材料である。 特に、 銅箔 4および銅箔 6等のプリント基板表面に均一に 形成された銅箔は、 その均一な表面に炭酸ガスレーザが照射されても、 照射され た炭酸ガスレーザの 9 9 %近くを反射し、 加工が非常に困難である。 図 2は、 銅 箔の均一な表面にパルス幅や 1パルスのエネルギが異なるレーザビームを等しい 集光径で 1パルス照射する場合において、 そのレーザビームの銅箔加工能力を説 明するグラフである。 グラフの横軸はレーザビームのパルス幅、 縦軸はレーザビ ームの 1パノレスのエネノレギを示す。 このグラフにおいて、 あるノ ノレス幅とある 1 パルス当たりのエネルギとを持つレーザビームを照射して、 厚さ 1 8 /z mの銅箔 を貫通できた場合は、 そのパルス幅の値とその 1パルス当たりのエネルギの値の 交点に◎が印される。 同様に、 あるパルス幅とある 1パルス当たりのエネルギと を持つレーザビームを照射して、 厚さ 1 2 μ πιの銅箔は貫通できたが 1 8 i mの 銅箔は貫通できなかった場合は、 そのパルス幅の値とその 1パノレス当たりのエネ ルギの値の交点に〇が印される。 同様に、 あるパルス幅とある 1パルス当たりの エネルギとを持つレーザビームを照射して、 1 2 z mの銅箔と 1 8 /x mの銅箔が 共に貫通できなかった場合は、 そのパルス幅の値とそのエネルギの値の交点に Xが印される。 図 2に示されるレーザビームのパルス幅と 1パルスのエネルギ とから、 式 （1 ) を用いて、 ピーク出力を算出すると、 集光径が一定の場合、 レ 一ザビームのピーク出力が高いほど、 銅箔の貫通能力が高いことがわかる。

図 2のグラフを参照すると、 本実施の形態によるレーザ加工方法において銅箔 4を加工したレーザビーム （レーザビームのパルス O N時間が 3 s、 1ノ、。ノレス のレーザエネルギが 2 4 m J ) は、 厚さ 1 8 / mの銅箔を貫通できるほどの高い ピーク出力 （8 k W) を有し、 本実施の形態によるレーザ加工方法で使用された 厚さ 1 2 μ πιの銅箔も充分に加工できる。 すなわち、 銅箔 4を加工する場合は、 図 2のグラフにおいて◎が印されたレーザビーム条件 （レーザビームのピーク出 力が約 l k W以上） が必要である。

一方、 本実施の形態によるレーザ加工方法において銅箔 6を加工したレーザビ ーム （レーザビームのパノレス O N時間が 4 0 μ s、 1パノレスのレーザエネ ギが

8 m J ) は、 そのピーク出力 （2 0 0 W) 1 銅箔 4を加工したレーザビームの ピーク出力よりも低く、 図 2のグラフにおいて、 厚さ 1 2 /z mの銅箔も充分に貫 通できない。

本実施の形態によるレーザ加工方法において、 銅箔 6のレーザビームが照射さ れる表面は、 銅箔 4の場合と異なり、 樹脂側の表面である。 この樹脂側の表面は、 樹月旨との密着性を向上させるために粗面化されており、 炭酸ガスレーザの反射率 は、 6 0 %ないし 7 0 %である。 これは、 炭酸ガスレーザを銅箔 6の均一な表面 に照射した場合の反射率 （約 9 9 %) よりも低い。 従って、 本実施の形態による レーザ加工方法において銅箔 6を加工する場合は、 銅箔 4を加工するために必要 な高いピーク出力を必要としない。

し力 し、 銅箔 6は、 銅という材料の特性によって、 熱伝導率および反射率が比 較的高く、 レーザ加工が困難な材料であることには変わりがない。 よって、 銅箔 6を加工するためには、 ある程度のピーク出力が必要である。 例えば、 第 1の比 較実験において、 銅箔 6に対し、 絶縁材 2の加工時と同じ低ピーク出力 （1 0 0 W) を有するレーザビームを照射すると、 貫通穴 1 4内に銅箔 6の突き出しが発 生する。

次に、 絶縁材 2を加工する場合のレーザビーム条件について説明する。 絶縁材 2を加工する場合は、 レーザビームのピーク出力を、 銅箔 4および銅箔 6を加工 する場合のレーザビームのピーク出力より低くする必要がある。 まず、 ガラスク ロス 1 0の貫通穴 1 4内への突き出しに関連して、 絶縁材 2を加工するレーザビ ーム条件について説明する。

レーザ加工時において、 レーザ光は、 レーザカ卩ェによって生じる除去物によつ て、 吸収、 屈折および散乱される。 ここで、 除去物とは、 レーザビームを照射す ることによって溶融した樹脂やガラス、 および、 樹脂やガラスの燃焼による残渣 等である。 穴あけ加工の場合には、 加工中に発生する除去物が穴の内部に閉じこ められるため、 表面付近での加工と比較して、 レーザ光の吸収、 屈折および散乱 力、 より生じやすくなる。 この吸収等の現象は、 レーザビームのパワー密度が高 くなるほど顕著になる。

もし、 絶縁材 2の加工にパワー密度の高いレーザビームを用いるなら、 発生す る除去物によって、 レーザ光の吸収、 屈折および散乱が非常に起こりやすくなる。 そして、 加工を行うレーザ光は、 屈折および散乱されてパワー密度が低下する。 ここで、 エポキシ樹脂はガラスクロス 1 0よりも加工されやすいため、 パワー密 度が低下したレーザ光は、 貫通穴 1 4の内壁のエポキシ樹脂のみを加工する。 結 果として、 貫通穴 1 4内にガラスクロス 1 0の突出が発生する。 例えば、 第 2お よび第 4の比較実験において、 絶縁材 2の加工時に、 銅箔 4の加工時と同様 （8 k W) またはそれ以上のピーク出力 （1 0 k W) を有するレーザビームを照射す ると、 ガラスクロス 1 0の突出が発生する。

銅箔 6の加工に高ピーク出力のレーザビームを用いる場合にも、 吸収等による レーザ光のパワー密度の低下によって、 銅箔 6の加工が困難となり、 貫通穴 1 4 内に銅箔 6の突出が生じやすくなる。 例えば、 第 3および第 4の比較実験におい て、 銅箔 6に対し、 銅箔 4の加工時と同様 （8 k W) またはそれ以上のピーク出 力 （1 0 k W) を有するレーザビームを照射すると、 貫通穴 1 4内に銅箔 6の突 き出しが発生する。

本実施の形態によるレーザ加工方法では、 絶縁材 2および銅箔 6を加工する場 合に、 レーザビームのピーク出力を、 銅箔 4を加工する場合のレーザビームのピ ーク出力よりも低くするため、 絶縁材 2および銅箔 6を加工する場合のパワー密 度は、 銅箔 4を加工する場合のパワー密度よりも小さくなり、 除去物によるレー ザ光の吸収、 屈折および散乱の発生が抑制できる。 よって、 ガラスクロス 1 0や 銅箔 6力 貫通穴 1 4内に突出することを防ぐことができる。

次に、 貫通穴 1 4の形状に関連して、 絶縁材 2を加工するレーザビーム条件に ついて説明する。 銅箔 4に加工穴 2 2を形成し、 その後、 その同じ位置にレーザ ビームを照射すると、 銅箔 4の加工穴 2 2においてレーザ光の回折現象が起こる。 この回折現象により、 銅箔 4を通過したレーザ光は、 ある角度で拡がる。 回折角 度は、 レーザ波長に比例し、 加工穴 2 2の直径に反比例する。

—般に、 銅箔 4の加工穴 2 2を通り抜けたレーザ光は、 回折により拡がって、 パワー密度が低下する。 し力、し、 銅箔 4を加工できるレーザ光の最小パワー密度 は、 樹脂やガラスクロス 1 0を加工できる最小パワー密度に比べて著しく大きレ、。 もし、 樹脂やガラスクロス 1 0の加工に、 銅箔 4の加工時のレーザビームと同様 に、 高ピーク出力のレーザビームを用いるなら、 銅箔 4の加工穴 2 2を通過して 拡がったレーザ光が、 樹脂やガラスクロス 1 0を加工するのに十分なパワー密度 を持っているため、 加工された貫通穴 1 4は中膨れ形状になる。 例えば、 第 2お よび第 4の比較実験において、 樹脂やガラスクロス 1 0の加工時に、 銅箔 4の加 ェ時と同様 （8 k W) またはそれ以上のピーク出力 （1 0 k W) を有するレーザ ビームを照射すると、 加工された貫通穴 1 4は中膨れ形状になる。

本実施の形態によるレーザ加工方法では、 銅箔 4を加工した後、 絶縁材 2を加 ェする場合に、 ピーク出力の低いレーザビームを照射することにより、 回折光の ノ ヮ一密度を、 樹脂やガラスクロス 1 0を加工できる最小パワー密度以下にする。 これにより、 貫通穴 1 4が中膨れ形状になることを防ぐことができる。

なお、 本実施の形態によるレーザ加工方法においては、 加工点におけるレーザ ビーム径が一定であり、 レーザビームのピーク出力を変化させることにより、 パ ヮー密度を変化させた。 し力 し、 式 （2 ) によれば、 加工点におけるレーザビー ム径を可変にしても、 パワー密度を変化させることができる。 本実施の形態によ る方法においても、 加工点におけるレーザビーム径を変えて、 パワー密度を変化 させることができる。 例えば、 絶縁材 2を加工する場合にパワー密度を低下させ るために、 絶縁材 2に、 銅箔 4に照射したレーザビームよりも加工点におけるビ ーム径の大きいレーザビームを照射してもよい。 絶縁材 2に、 銅箔 4に照射した レーザビームよりも加工点におけるビーム径の大きいレーザビームを照射しても、 銅箔 4に形成された加工穴 2 2の^ M則に照射したレーザビームは、 銅箔 4によつ て反射され、 絶縁材 2に照射されるレーザビームのビーム径が、 銅箔 4を加工し た場合のレーザビーム径に等しくなる。 よって、 加工点におけるレーザビーム径 を可変にしても、 断面における穴径が一定の貫通穴 1 4を形成することが可能で ある。

次に、 レーザビームのパルス幅の値の設定について説明する。 一般的に、 パル ス化されたレーザビームを用いるレーザ加工において、 レーザビームのパルス幅 は、 レーザビームの照射時間に等しい。 よって、 被加工物において、 レーザビー ムのパルス幅が短いほど、 1パルス当たりの除去深さは浅くなり、 レーザビーム のパルス幅が長いほど、 1パルス当たりの除去深さが深くなる。 そのため、 本実 施の形態による方法において、 銅箔 4を加工する場合は、 銅箔 4を深く加工しす ぎて絶縁材 2に達しないように、 レーザビームのパルス幅を 3 μ s程度まで短く する。 また、 絶縁材 2を加工する場合は、 1パルス当たりの除去深さを深くして 効率良く加工するためにレーザビームのパルス幅を 1 0 0 /z m程度まで長くする。 さらに、 本実施の形態による方法において、 銅箔 6を加工する場合は、 レーザ ビームのパノレス幅を、 3 0 s乃至 5 0 μ s程度に設定する。 これは、 銅箔 6に この範囲のパルス幅より小さいパルス幅のレーザビームを照射すると、 加工の効 率が低下し、 銅箔 6にこの範囲のパルス幅より大きいパルス幅のレーザビームを 照射すると、 溶融する銅が増加して、 貫通穴 1 4の開口部付近にその溶融した銅 が残留しやすくなるから （実施の形態 7を参照） である。

レーザビームのピーク出力を変化させるためには、 1パルスのレーザエネルギ 一を変えることも考えられるが、 本実施の形態によるレーザ加工方法においては、 レーザ加工中にレーザビームのパルス幅を変えることにより、 レーザビームのピ ーク出力 （パワー密度） とレーザビームの照射時間を同時に変化させるので、 積 層材料の一部が貫通穴 1 4内へ突き出すことの抑制と加工時間の短縮とを両立さ せることができる。

なお、 本実施の形態によるレーザ加工方法では、 最上層および最下層が導体層 であるプリント基板 1を用いたが、 その最上層の導体層の上、 および/ /または、 その最下層の導体層の下に、 さらに絶縁層が形成されていてもよい。 その場合で あっても、 本実施の形態によるレーザ加工方法を適用することができ、 同様の効 果が得られる。

<実施の形態 2 >

図 3に、 本発明の実施の形態 2による積層材料レーザ加工方法の工程を図式的 に示す。 本実施の形態において、 積層材料とは、 実施の形態 1で用いたプリント 基板 1と同様に、 厚さ 0 . 4 mmの両面銅張り （銅箔厚さ 1 2 /z m) プリント基 板 （ガラスエポキシ基板） 1である。 図 3において、 図 1におけるプリント基板 1の構造と同じ構造には、 同じ符号を付す。 図 3に示される工程においては、 こ のプリント基板 1に、 炭酸ガスレーザのパルス化したレーザビームを照射して、 貫通穴 1 4を形成する。

本実施の形態によるレーザ加工方法では、 銅箔 4を加工する場合の加工点にお けるレーザビーム径と、 絶縁材 2および銅箔 6を加工する場合の加工点における レーザビーム径は異なる。 これは、 図 4に示されるレーザ加工装置によって実現 される。 図 4は、 加工点におけるレーザビーム径を変更できるレーザカ卩ェ装置 1 0 0を図式的に示す図である。 レーザ加工装置 1 0 0は、 パルス炭酸ガスレーザ 発振器 1 0 2、 転写マスク 1 0 4、 位置決めミラー （ガルバノミラー） 1 0 6、 転写レンズ 1 0 8、 加工テーブル 1 1 0を備える。 さらに、 レーザ加工装置 1 0 0は、 上述の構成要素の動作を電気的に制御する制御装置 1 1 2を備える。 例え ば、 制御装置 1 1 2は、 パルス炭酸ガスレーザ発振器 1 1 0に、 所望のパルス幅 や所望の 1パルスのエネルギーを有するパルス化されたレーザビームを発振させ る。 また、 制御装置 1 1 2は、 位置決めミラー 1 0 6の回転を制御し、 転写マス ク 1 0 4および転写レンズ 1 0 8の光路上の位置決めを行う。 さらに、 制御装置 1 1 2は、 加工テーブル 1 1 0を、 プリント基板 1が設置される平面に平行に移 動させる。 図 4においては、 簡略化のため、 それらの構成要素の各々と制御装置 1 1 2との接続を省略する。

以下に、 このレーザ加工装置 1 0 0の動作を説明する。 まず、 φ 1 . 8 mmの 転写マスク 1 0 4、 および、 転写レンズ 1 0 8を使用し、 レーザ光を、 銅箔 4に、 φ 1 2 0 μ m程度に結像する。 詳しく説明すると、 パルス炭酸ガスレーザ発振器 1 0 2から出射したレーザビーム 1 2 0の一部は、 転写マスク 1 0 4を通過し、 2枚の位置決めミラー 1 0 6を経て、 転写レンズ 1 0 8に到達する。 2枚の位置 決めミラー 1 0 6は、 レーザビームの転写レンズ 1 0 8への入射角 （入射位置） を決める。 転写レンズ 1 0 8は、 入射されたレーザ光を集光し、 加工テープノレ 1 1 0上に設置したプリント基板 1上に転写マスク 1 0 4の像を結像する。 プリン ト基板 1の位置決めは、 プリント基板 1が設置された加工テーブル 1 1 0が移動 することによって行われる。 最初に、 レーザビームのパルス O N時間を 3 μ s、 1パルスのレーザエネルギを 2 4 m Jと設定し、 そのレーザビームを 1パルス照 射して、 銅箔 4に φ 1 0 0 /x mの加工穴 2 2を形成する （図 3 ) 。

次に、 転写マスク 1 0 4を φ ΐ . 2 mmに変えて、 レーザビームを、 パルス O N時間を 1 0 0 ju s、 1パルスのレーザエネルギを 1 0 m Jと設定して、 加工穴

2 2と同じ位置に 4パルス照射し、 絶縁材 2を加工する。 さらに、 その同じ位置 に、 レーザビームのパ^/ス O N時間を 4 0 μ s、 1パ スのレーザエネ^/ギを 8 m jと設定して、 そのレーザビームを 1パルス照射し、 銅箔 6を加工する。 ここ で、 加工点でのレーザビームのビーム径は、 φ 1 0 0 i m程度である。 これによ り、 プリント基板 1に貫通穴 1 4を形成する。

この貫通穴 1 4の断面を顕微鏡により観察すると、 穴径がほとんど変化せず、 その穴の中心軸線の方向がレーザビームの光軸方向に一致する。 また、 貫通穴 1 4内において、 レーザ光入射側の銅箔 4およびガラスクロス 1 0の穴内への突き 出しはほとんど存在せず、 レーザ光出射側の銅箔 6の穴内への突き出しは 5 yu m 以下であった。

本実施の形態によるレーザ加工方法においては、 少なくとも絶縁材 2および銅 箔 6にレーザビームを照射する場合に、 銅箔 4に形成された加工穴 2 2の径より も小径のレーザビームを照射する。 これにより、 加工穴 2 2によるレーザビーム の回折の発生が抑制され、 貫通穴 1 4が中膨れ形状になることを防ぐことができ る。

また、 本実施の形態によるレーザ加工方法において、 加工穴 2 2によるレーザ ビームの回折の発生が抑制されることにより、 レーザ光入射側の銅箔 4の貫通穴 1 4内への突き出しを防止できる。

なお、 レーザ加工装置 1 0 0においては、 転写マスク 1 0 4を、 途中で φ 1 . 8 mmのものから φ ΐ . 2 mmのものへ交換して、 加工点におけるレーザビーム 径を変化させている。 し力 し、 転写マスク 1 0 4の代わりに、 図 5に示されるよ うな開口径連続可変ビーム絞りを用いてもよい。 この開口径連続可変絞りを制御 装置 1 1 2に接続して、 その開口径を制御することにより、 プリント基板 1の加 ェ点におけるレーザビーム径を簡単に変えることができ、 上述のレーザ加工方法 を容易に実現できる。 また、 レーザ加工の加工時間を短縮できる。

なお、 本実施の形態によるレーザ加工方法は、 プリント基板 1に貫通穴 1 4を 形成する場合について説明されたが、 プリント基板 1において止まり穴を形成し たり、 溝加工を行ったりする場合に適用されても同様の効果が得られる。 例えば、 銅箔 4にレーザビームを照射して加工穴 2 2を形成した後、 絶縁材 2に、 その銅 箔 4に照射したレーザビームよりも加工点におけるビーム径が小さいレーザビー ムを照射して加工を行うことにより、 止まり穴や溝の形状が、 台形等の所望の形 状と異なる形状になることを防止でき、 レーザ光入射側の銅箔 4の止まり穴内や 溝内への突き出しを防止できる。

なお、 本実施の形態によるレーザ加工方法では、 最上層および最下層が導体層 であるプリント基板 1を用いたが、 その最上層の導体層の上、 および Zまたは、 その最下層の導体層の下に、 さらに絶縁層が形成されていてもよい。 その場合で あっても、 本実施の形態によるレーザ加工方法を適用することができ、 同様の効 果が得られる。

なお、 本実施の形態によるレーザ加工方法においては、 パルス化されたレーザ ビームを用いて加工を行つたが、 連続発振のレーザビームを用いた場合であつて も、 レーザ加工におけるパワー密度や加工点におけるレーザビーム径を変えるこ とによって、 同様の効果が得られる。 その場合には、 炭酸ガスレーザ発振器 1 1 0は、 レーザビームを連続発振する。

く実施の形態 3 >

図 6に、 本実施の形態 3による積層材料のレーザ加工装置 2 0 0の構成を図式 的に示す。 レーザ加工装置 2 0 0は、 図 4におけるレーザ加工装置 1 0 0に、 光 路長調整用凸 V型ミラー （以下、 「凸 V型ミラー」 という。 ） 1 2 2と光路長調 整用凹 V型ミラー （以下、 「凹 V型ミラー」 という。 ） 1 2 4とが付カ卩されたも のである。 図 6において、 図 4のレーザ力 0ェ装置 1 0 0と同じ構成には同一の符 号を付し、 説明を省略する。 このレーザ加工装置 2 0 0を用いて、 実施の形態 2 のレーザ加工方法と同じ方法で、 プリント基板 1のレーザ加工を行う （図 3 ) 。 ここで、 凸 V型ミラー 1 2 2は、 2つの反射面が V字型に結合されて凸型の反 射面を形成する光学素子であり、 凹 V型ミラー 1 2 4は、 2つの反射面が V字型 に結合されて凹型の反射面を形成する光学素子である。 レーザ ¾1ェ装置 2 0 0に おいて、 凸 V型ミラー 1 2 2と凹 V型ミラー 1 2 4を、 転写マスク 1 0 4と位置 決めミラー 1 0 6との間の光路中に設置することにより、 光路長を変化させる。 本実施の形態によるレーザ加工装置 2 0 0においては、 凸 V型ミラー 1 2 2の 2 つの反射面のなす角度、 および、 凹 V型ミラー 1 2 4の 2つの反射面のなす角度 は 9 0度である。 そして、 凸 V型ミラー 1 2 2の一方 （第 1 ) の反射面が、 転写 マスク 1 0 4を通過したレーザ光と 4 5度の角度をなすように設置される。 転写 マスク 1 0 4を通過したレーザ光は、 この凸 V型ミラー 1 2 2の第 1の反射面に よって、 凹 V型ミラー 1 2 4に向けて反射される。 この凸 V型ミラー 1 2 2の反 射面におけるレーザ光の入射方向と反射方向との間の角度は 9 0度である。 凸 V 型ミラー 1 2 2によって反射されたレーザ光は、 凹 V型ミラー 1 2 4の一方 （第 1 ) の反射面に到達する。 ここで、 その凹 V型ミラー 1 2 4の第 1の反射面は、 凸 V型ミラー 1 2 2の第 1の反射面によって反射された反射光と 4 5度の角度を なすように設置されている。 レーザ光は、 この凹 V型ミラー 1 2 4の第 1の反射 面によって再び反射される。 凹 V型ミラー 1 2 2の第 1の反射面におけるレーザ 光の入射方向と反射方向との間の角度は 9 0度である。 凹 V型ミラー 1 2 4の第 1の反射面によって反射されたレーザ光は、 凹 V型ミラー 1 2 4の他方 （第 2 ) の反射面に到達する。 そして、 凹 V型ミラー 1 2 4の第 2の反射面に到達したレ —ザ光は、 この反射面によって、 凸 V型ミラー 1 2 2に向けて反射される。 凹 V 型ミラー 1 2 4の第 2の反射面におけるレーザ光の入射方向と反射方向との間の 角度は 9 0度である。 凹 V型ミラー 1 2 4の第 2の反射面によって反射されたレ 一ザ光は、 凸 V型ミラー 1 2 2の第 2の反射面に到達する。 凸 V型ミラー 1 2 2 の第 2の反射面は、 受け取ったレーザ光を反射して、 位置決めミラー 1 0 6に導 く。 凸 V型ミラー 1 2 2の第 2の反射面におけるレーザ光の入射方向と反射方向 との間の角度は 9 0度である。 以上の構成により、 凸 V型ミラー 1 2 2を固定し て、 凹 V型ミラ^" 1 2 4を、 凸 V型ミラー 1 2 2と凹 V型ミラー 1 2 4との間の レーザ光に平行に移動させることにより、 レーザ加工装置 2 0 0における光路長 を変化させることができる。

以下に、 このレーザ加工装置 2 0 0の動作を説明する。 まず、 φ 1 . 8 mmの 転写マスク 1 0 4、 および、 転写レンズ 1 0 8を使用し、 レーザ光を、 銅箔 4に、 ψ 1 2 0 /1 m程度に結像する。 これについて、 以下に詳細に説明する。 パルス炭 酸ガスレーザ発振器 1 0 2から出射したレーザビーム 1 2 0の一部は、 転写マス ク 1 0 4を通過し、 凸 V型ミラー 1 2 2、 凹 V型ミラー 1 2 4、 および、 2枚の 位置決めミラー 1 0 6を経て、 転写レンズ 1 0 8に到達する。 2枚の位置決めミ ラー 1 0 6は、 レーザビームの転写レンズ 1 0 8への入射角 （入射位置） を決め る。 転写レンズ 1 0 8は、 入射されたレーザ光を集光し、 加工テープノレ 1 1 0上 に設置したプリント基板 1上に転写マスク 1 0 4の像を結像する。 最初に、 レー ザビームのパルス O N時間を 3 μ s、 1パルスのレーザエネルギを 2 4 m Jと設 定して、 そのレーザビームを 1パルス照射し、 銅箔 4に φ 1 0 0 μ πιの加工穴 2

2を形成する。

次に、 転写マスクは φ ΐ . 8 mmのままで、 凸 V型ミラー 1 2 2を固定して、 凹 V型ミラー 1 2 4を、 凸 V型ミラー 1 2 2と凹 V型ミラー 1 2 4との間のレー ザ光に平行に、 凸 V型ミラー 1 2 2から離れるように移動させる。 かつ、 転写レ ンズ 1 0 8と加工テーブル 1 1 0上に設置したプリント基板 1との距離を近づけ る。 これらの構成要素の位置決めは、 制御装置 1 1 2よって行われる。 そして、 レーザビームを、 パノレス O N時間を 3 μ s、 1パ /スのレーザエネノレギを 1 1 m Jと設定して、 加工穴 2 2と同じ位置に 4パルス照射し、 絶縁材 2を加工する。 さらに、 その同じ位置に、 レーザビームのパルス O N時間を 4 0 μ s、 1パルス のレーザエネルギを 8 m Jと設定して、 そのレーザビームを 1パルス照射し、 銅 箔 6を加工する。 ここで、 加工点でのレーザビームのビーム径は、 φ Ι Ο Ο μ ιη 程度である。 これにより、 プリント基板 1に貫通穴 1 4を形成する。

転写マスク 1 0 4と転写レンズ 1 0 8と間の光路長を変化させることによって、 加工点でのビーム径が変化する理由について述べる。 図 7に結像光学系の基本構 成を図式的に示す。 マスク 30 (転写マスク 104) を通過したレーザビーム 3 2は、 結像レンズ 34 (転写レンズ 1 04) により、 結像点 36 (プリント基板 1における加工点） に集光される。 この光学系において、 式 （3) の関係が成り 立つ。

1/a + l/b= 1/f (3) a ：マスク 30と結像レンズ 34の主面との間の距離 （以下、 「マスク一レンズ 間距離」 という。 ）

b ：結像レンズ 34の主面と結像点 36との間の距離 （以下、 「レンズ一結像点 間距離」 という。 ）

f ：結像レンズ 34の焦点距離

式 （3) によると、 マスク 30の像は、 マスクの b/a倍の大きさで結像され る （横倍率 j3 = bZa) 。 ここで、 横倍率 ]3を、 マスク一レンズ間距離 aと焦点 距離 f とによって示すと、 式 （4) の関係が成り立つ。

i3 = f / (a— f ) (4) 式 （4) により、 焦点距離 f が一定の場合、 マスク—レンズ間距離 aを可変と することで、 横倍率 ]3を連続的に変化させることができる。 従って、 転写マスク 1 04 (マスク 30) と転写レンズ 1 08 (結像レンズ 34) との間の光路長を 可変にすることによって、 加工点でのビーム径が変化する。

また、 レンズ一結像点間距離 bを、 マスク一レンズ間距離 aと焦点距離 f とに よって示すと、 式 （5) の関係が成り立つ。

b= f aZ (a— f ) (5) 式 （5) により、 焦点距離 f が一定の場合、 マスク一レンズ間距離 aを可変と すると、 レンズ一結像点間距離 bも変化させる必要がある。 従って、 転写マスク 104と転写レンズ 108との間の光路長を変化させると同時に、 転写レンズ 1 08と加工テープノレ 1 1 0上に設置したプリント基板 1との間の距離を変化させ る必要がある。 本実施の形態によるレーザ加工装置 200においては、 凸 V型ミ ラー 1 22と凹 V型ミラー 1 24との間の距離を変化させることにより、 上述の マスク一レンズ間距離 aを変更できる。 また、 その変化に連動して、 転写レンズ 108と加工テーブル 1 1 0上に設置したプリント基板 1との距離を変化させる ことにより、 上述のレンズ一結像点間距離 bを変更できる。

本実施の形態によるレーザカ卩ェ装置 2 0 0においては、 凸 V型ミラー 1 2 2お よび凹 V型ミラー 1 2 4を用いて、 転写マスク 1 0 4と転写レンズ 1 0 8との間 の光路長を変化させ、 加工点のビーム径を変化させる。 最も簡単に上述の転写マ スク 1 0 4と転写レンズ 1 0 8との間の光路長を変える方法としては、 実施の形 態 2で説明されたレーザ加工装置 1 0 0において、 制御装置 1 1 2等を用いて転 写マスク 1 0 4の位置を移動させる方法がある。 し力、し、 転写マスク 1 0 4を大 きく稼動できるようにすれば、 レーザ加工装置 2 0 0の外形が大きくなる。 例え ば、 転写倍率を 2 / 3にしようとすると、 転写マスク 1 0 4と転写レンズ 1 0 8 との間の距離を、 ほぼ 1 . 5倍にする必要がある。 本実施の形態によるレーザ加 ェ装置 2 0 0のように、 凸 V型ミラー 1 2 2および凹 V型ミラー 1 2 4を用いて、 転写マスク 1 0 4と転写レンズ 1 0 8との間の光路を迂回させて光路長を調節で きるようにすれば、 装置の外形の拡大が低減できる。

なお、 本実施の形態によるレーザ加工装置を用いた場合であっても、 実施の形 態 2で説明された効果と同様の効果が得られる。

<実施の形態 4 >

図 8に、 本実施の形態 4による積層材料のレーザ加工装置 3 0 0の構成を図式 的に示す。 レーザ加工装置 3 0 0は、 図 4におけるレーザ加工装置 1 0 0に、 倍 率調整用反射面形状可変反射ミラー （以下、 「反射面形状可変反射ミラー」 とい う。 ） 1 3 2および反射面形状可変反射ミラー 1 3 4が付加されたものである。 反射面形状可変反射ミラーは、 その反射面の形状を変化させることにより、 入射 するレーザビームのビーム広がり角を制御できるミラーである。 この 2つの反射 面形状可変反射ミラー （1 3 2、 1 3 4 ) は、 転写マスク 1 0 4と位置決めミラ 一 1 0 6との間の光路中に設置され、 その反射面の形状変化が制御装置 1 1 2に よって制御される。 図 8において、 図 4のレーザカ卩ェ装置 1 0 0と同じ構成には 同一の符号を付し、 説明を省略する。 このレーザ加工装置 3 0 0を用いて、 実施 の形態 2のレーザ加工方法と同じ方法で、 プリント基板 1のレーザ加工を行う (図 3 ) 。

以下に、 このレーザ加工装置 3 0 0の動作を説明する。 まず、 φ 1 . 8 mmの 転写マスク 1 0 4、 および、 転写レンズ 1 0 8を使用し、 レーザ光を、 銅箔 4に、 ψ 1 2 0 /x m程度に結像する。 これについて、 以下に詳細に説明する。 パルス炭 酸ガスレーザ発振器 1 0 2から出射したレーザビーム 1 2 0の一部は、 転写マス ク 1 0 4を通過し、 反射面形状可変反射ミラー 1 3 2、 反射面形状可変反射ミラ 一 1 3 4、 および、 2枚の位置決めミラー 1 0 6を経て、 転写レンズ 1 0 8に到 達する。 最初、 反射面形状可変反射ミラ一 1 3 2および反射面形状可変反射ミラ 一 1 3 4の反射面は共に平坦であり、 通常の反射ミラーとして動作する。 2枚の 位置決めミラー 1 0 6は、 レーザビームの転写レンズ 1 0 8への入射角 （入射位 置） を決める。 転写レンズ 1 0 8は、 入射されたレーザ光を集光し、 加工テープ ル 1 1 0上に設置したプリント基板 1上に転写マスク 1 0 4の像を結像する。 最 初に、 レーザビームのパノレス O N時間を 3 s、 1パ /レスのレーザエネノレギを 2 4 m Jと設定して、 そのレーザビームを 1パルス照射し、 銅箔 4に φ Ι Ο Ο μ πι の加工穴 2 2を形成する。

次に、 転写マスクは φ 1 . 8 mmのままで、 反射面形状可変反射ミラー 1 3 2 の反射面を凸面に変化させ、 反射面形状可反射ミラー 1 3 4の反射面を凹面に変 化させる。 これにより、 反射面形状可変反射ミラー 1 3 2および反射面形状可変 反射ミラー 1 3 4は、 それぞれ、 ビーム広がり角 1 3 6およびビーム広がり角 1 3 8を制御する。 そして、 ビーム広がり角が制御されたレーザビームを、 パルス O N時間を 3 μ s、 1パルスのレーザエネルギを 1 1 m Jと設定して、 加工穴 2 2と同じ位置に 4パルス照射し、 絶縁材 2を加工する。 さらに、 その同じ位置に、 レーザビームのパルス O N時間を 4 0 μ s、 1パノレスのレーザエネルギを 8 m J と設定して、 そのレーザビームを 1パルス照射し、 銅箔 6を加工する。 ここで、 加工点でのレーザビームのビーム径は、 φ 1 0 0 μ m程度である。 これにより、 プリント基板 1に貫通穴 1 4を形成する。

反射面形状可変反射ミラー 1 3 2および反射面形状可変反射ミラー 1 3 4のそ れぞれの反射面形状を変化させることによって、 加工点でのビーム径が変化する 理由について述べる。 図 9に、 凸面鏡と凹面鏡を用いた場合の結像光学系の基本 構成を図式的に示す。 図 9において、 マスク 4 0 (転写マスク 1 0 4 ) を通過し たレーザビーム 4 2のビーム広がり角は、 結像レンズ 4 8 (転写レンズ 1 0 8 ) への入射前に、 曲面形状を変化させた 2枚のミラー （反射面形状可変反射ミラー 1 3 2 ) 4 4およびミラー （反射面形状可変反射ミラー 1 3 4 ) 4 6によって変 化する。 これは、 見かけ上、 結像レンズ 4 8のレンズ位置が移動したことに相当 する。 このとき、 次の式 （6 ) が成り立つ。

a 卞 b = a ₁ + D ₁

j3 = b _x/ a , ( 6 ) a ：マスク 4 0と結像レンズ 4 8の主面との間の距離 （マスク一レンズ間距離） b ：結像レンズ 4 8の主面と結像点 5 2 (プリント基板 1における加工点） との 間の距離 （レンズ—結像点間距離）

a i ：マスク 4 0と見かけ上のレンズ 5 0の主面との間の距離 （以下、 「見かけ 上のマスク一レンズ間距離」 という。 ）

b ₁ ：見かけ上のレンズ 5 0の主面と結像点 5 2との間の距離 （以下、 「見かけ 上のレンズ一結像点間距離」 という。 ）

式 （6 ) により、 横倍率 は、 見かけ上のマスク一レンズ間距離 a iと見かけ 上のレンズ—結像点間距離 1^によって決まる。 従って、 反射面形状可変反射ミ ラー 1 3 2および反射面形状可変反射ミラー 1 3 4の反射面の形状を変化させる ことにより、 見かけ上のマスク一レンズ間距離 a および見かけ上のレンズ一結 像点間距離 1^を連続的に変化させることができるので、 結果として、 横倍率 を連続的に変化させることができる。

なお、 反射面形状可変反射ミラー 1 3 2および反射面形状可変反射ミラー 1 3

4の反射面形状は、 図 1 0に示されるように、 それぞれ、 回転双曲面の一部であ る。 回転双曲面の反射面を用いると、 反射面からマスク 6 0までの距離と、 反射 面からマスクの虚像 6 2までの距離が異なるので、 結果として、 レーザビーム 6 4のビーム広がり角を変えることができる。 図 1 1に、 本実施の形態によるレー ザ加工装置 3 0 0において用いられた反射面形状可変反射ミラー （1 3 2、 1 3 4 ) の構成を図式的に示す。 図 1 1において、 反射ミラー 6 6は、 裏面の一点で 圧電素子 6 8と接合されている。 この圧電素子 6 8に、 制御装置 1 1 2を利用し て、 電圧を印可すると、 圧電素子 6 8が伸縮し、 反射ミラー 6 6の裏面に外力を 加える。 反射ミラー 6 6は、 圧電素子 6 8によって外力が加えられた場合に、 そ の反射面形状が所望の形状 （凸型または凹型の回転双曲面の一部をなす形状） に なるように構成される。

本実施の形態によるレーザ加工装置 3 0 0においては、 圧電素子 6 8によって その反射面が凸型または凹型に変形される反射ミラー 6 6を用いるため、 転写倍 率を高速で変化させることができる。 従って、 加工時間を短縮させることができ る。

なお、 本実施の形態によるレーザ加工装置 3 0 0においては、 反射面形状可変 反射ミラー 1 3 2の反射面および反射面形状可変反射ミラー 1 3 4の反射面を、 それぞれ、 凸型および凹型に変化させたが、 両方を凹型に変化させても、 加工点 におけるビーム径を変化させることができる。

なお、 本実施の形態によるレーザ加工装置 3 0 0を用いて図 3に示される工程 でレーザ加工する場合、 銅箔 4の穴あけ加工を行った後に、 2枚の反射面形状可 変反射ミラー （1 3 2、 1 3 4 ) の反射面を変形させて絶縁材 2と銅箔 6を加工 したが、 逆に、 2枚の反射面形状可変反射ミラー （1 3 2、 1 3 4 ) の反射面を 変形させて銅箔 4の穴あけ加工を行った後に、 それらの反射面の変形を解除して、 その反射面んを平坦にして絶縁材 2と銅箔 6を加工しても、 同様の効果が得られ る。

なお、 本実施の形態によるレーザ加工装置を用いた場合であっても、 実施の形 態 2で説明された効果と同様の効果が得られる。 '

ぐ実施の形態 5 >

図 1 2に、 本実施の形態 5による積層材料のレーザ加工装置 4 0 0の構成を図 式的に示す。 レーザ加工装置 4 0 0は、 図 4におけるレーザ加工装置 1 0 0に、 開口径連続可変ビーム絞り 1 4 2 (図 5 ) が付加されたものである。 この開口径 連続可変ビーム絞り 1 4 2は、 転写マスク 1 0 4と位置決めミラー 1 0 6との間 の光路中に設置され、 その開口径が制御装置 1 1 2によって制御される。 図 1 2 において、 図 4のレーザ加工装置 1 0 0と同じ構成には同一の符号を付し、 説明 を省略する。 このレーザ加工装置 4 0 0を用いて、 実施の形態 2のレーザ加工方 法と同じ方法で、 プリント基板 1のレーザ加工を行う （図 3 ) 。

以下に、 このレーザ加工装置 4 0 0の動作を説明する。 まず、 φ 1 . 2 mmの 転写マスク 1 0 4、 開口径連続可変ビーム絞り 1 4 2および転写レンズ 1 0 8を 使用し、 レーザ光を、 銅箔 4に、 φ 1 2 0 /z m程度に結像する。 これについて、 以下に詳細に説明する。 パルス炭酸ガスレーザ発振器 1 0 2から出射したレーザ ビーム 1 2 0の一部は、 転写マスク 1 0 4を通過し、 開口径連続可変ビーム絞り 1 4 2によって絞られる。 開口径連続可変ビーム絞り 1 4 2は、 転写マスク 1 0 4によって回折されて広がったレーザビームのビーム径を絞る。 ここで、 開口径 連続可変ビーム絞り 1 4 2は、 転写マスク 1 0 4から距離 1 2 0 O mmの位置に 設置され、 その開口径は Φ 1 8 mmである。 開口径連続可変ビーム絞り 1 4 2に よって絞られたレーザ光は、 2枚の位置決めミラー 1 0 6を経て、 転写レンズ 1 0 8に到達する。 2枚の位置決めミラー 1 0 6は、 レーザビームの転写レンズ 1

0 8への入射角 （入射位置） を制御する。 転写レンズ 1 0 8は、 入射されたレー ザ光を集光し、 加工テーブル 1 1 0上に設置したプリント基板 1上に転写マスク 1 0 4の像を結像する。 最初に、 レーザビームのパルス O N時間を 3 μ s、 1パ ルスのレーザエネルギを 2 4 m Jと設定して、 そのレーザビームを 1パルス照射 し、 銅箔 4に φ 1 0 0 Ai mの加工穴 2 2を形成する （図 3 ) 。

次に、 転写マスクは φ 1 . 2 mmのままで、 制御装置 1 1 2を利用して、 開口 径連続可変ビーム絞り 1 4 2の開口径を、 φ 3 6 mmまで広げる。 そして、 レー ザビームを、 パルス O N時間を 3 μ s、 1パルスのレーザエネルギを 1 1 m Jと 設定して、 加工穴 2 2と同じ位置に 4パルス照射し、 絶縁材 2を加工する。 さら に、 その同じ位置に、 レーザビームのパルス O N時間を 4 0 s、 1パルスのレ 一ザエネルギを 8 m Jと設定して、 そのレーザビームを 1パルス照射し、 銅箔 6 を加工する。 ここで、 加工点でのレーザビームのビーム径は、 程度 である。 これにより、 プリント基板 1に貫通穴 1 4を形成する。

開口径連続可変ビーム絞り 1 4 2の開口径を変化させることによって、 加工点 でのビーム径が変化する理由について述べる。 図 1 3に開口とレンズとによる集 光状態を図式的に示す。 開口 7 2 (開口径連続可変ビーム絞り 1 4 2 ) に平行な レーザビーム 7 0が照射された場合、 開口 7 2を通過したレーザビームは、 レン ズ 7 4 (転写レンズ 1 0 8 ) によって絞られる。 レンズ 7 4によって絞られる集 光点 （プリント基板 1における加工点） でのビーム径 dは次の式 （7 ) によって 表される。

d = 2 . 4 4 X λ X f /D ( 7 ) λ ： レーザビーム 7 0の波長

f ： レンズ 7 4の焦点距離

D :開口径

式 （7 ) により、 開口径 Dと集光点でのビーム径 dとは反比例の関係にあるこ とがわかる。 よって、 開口径 Dを大きくすれば集光点でのビーム径 dを小さくす ることができ、 開口径 Dを小さくすれば集光点でのビ一ム径 dを大きくすること ができる。

本実施の形態によるレーザ加工装置 4 0 0においては、 開口径連続可変ビーム 絞り 1 4 2を設置したことにより、 図 4のレーザ加工装置 1 0 0における転写マ スク 1 0 4を、 径の異なる別の転写マスクに交換する手間を省くことができる。 また、 レーザ加工の加工時間を短縮できる。 さらに、 本実施の形態によるレーザ 加工装置 4 0 0においては、 開口径連続可変ビーム絞り 1 4 2を用いて、 連続的 に転写マスク 1 0 4によって回折されて広がったレーザ光を絞るため、 より精度 良く積層材料の加工点におけるビーム径を変化させることができる。

なお、 本実施の形態によるレーザ加工装置を用いた場合であっても、 実施の形 態 2で説明された効果と同様の効果が得られる。

<実施の形態 6 >

図 1 4に、 本実施の形態 6による積層材料のレーザ加工装置 5 0 0の構成を図 式的に示す。 レーザ加工装置 5 0 0は、 図 4におけるレーザ加工装置 1 0 0の転 写レンズ 1 0 8力 焦点距離可変転写レンズ 1 5 0に置き換えられたものである。 焦点距離可変転写レンズ 1 5 0の焦点距離は、 制御装置 1 1 2によって制御され る。 図 1 4において、 図 4のレーザカ卩ェ装置 1 0 0と同じ構成には同一の符号を 付し、 説明を省略する。 このレーザ加工装置 5 0 0を用いて、 実施の形態 2のレ 一ザ加工方法と同じ方法で、 プリント基板 1のレーザ加工を行う （図 3 ) 。

以下に、 このレーザカ卩ェ装置 5 0 0の動作を説明する。 まず、 φ 1 . 8 mmの 転写マスク i 0 4、 および、 焦点距離可変転写レンズ 1 5 0を使用し、 レーザ光 を、 銅箔 4に、 φ 1 2 0 // m程度に結像する。 これについて、 以下に、 詳細に説 明する。 パルス炭酸ガスレーザ発振器 1 0 2から出射したレーザビーム 1 20の 一部は、 転写マスク 1 04を通過し、 2枚の位置決めミラー 1 06を経て、 焦点 距離可変転写レンズ 1 5 0に到達する。 2枚の位置決めミラー 1 06は、 レーザ ビームの焦点距離可変転写レンズ 1 5 0への入射角 （入射位置） を決める。 焦点 距離可変転写レンズ 1 50は、 入射されたレーザ光を集光し、 加工テーブル 1 1 0上に設置したプリント基板 1上に転写マスク 1 04の像を結像する。 ここで、 レーザビームのパルス ON時間を 3 μ s、 1ノ^レスのレーザエネルギを 24m J と設定して、 そのレーザビームを 1パルス照射し、 銅箔 4に φ 1 00 ju mの加工 穴 2 2を形成する。

次に、 転写マスクは φ 1. 8mmのままで、 焦点距離可変転写レンズ 1 50の 焦点距離を縮め、 レーザビームを、 パルス ON時間を 3 μ s、 1パルスのレーザ エネルギを 1 1 m Jと設定して、 加工穴 2 2と同じ位置に 4パルス照射し、 絶縁 材 2を加工する。 さらに、 その同じ位置に、 レーザビームのパルス ON時間を 4 0 μ s、 1パルスのレーザエネルギを 8m Jと設定して、 そのレーザビームを 1 パルス照射し、 銅箔 6を加工する。 ここで、 加工点でのレーザビームのビーム径 は、 φ Ι Ο Ο μπι程度である。 これにより、 プリント基板 1に貫通穴 1 4を形成 する。

焦点距離可変転写レンズ 1 50の焦点距離を変化させることによって、 加工点 でのビーム径が変化する理由について述べる。 ここで、 焦点距離可変転写レンズ 1 5 0の焦点距離を、 焦点距離王から、 新たに焦点距離 f ₂に変化させたとする と、 図 7および式 （3) を参照して、 以下の式 （8) が成り立つ。

1/a ₂+ 1/b ₂= 1/ f ₂ (8) a ₂ :新たなマスク （転写マスク 1 04) と結像レンズ （転写レンズ 1 0 8) の 主面との間の距離 （以下、 「新たなマスク一レンズ間距離」 という。 ） b ₂：新たな結像レンズの主面と結像点 （プリント基板 1における加工点） との 間の距離 （以下、 「新たなレンズ—結像点間距離」 という。 ）

なお、 レーザ加工装置 5 00においては、 マスク一レンズ間距離 a +レンズ一 結像点間距離 b = (—定） の関係が成り立つので、 式 （9) の関係が成り立つ。

a -H b = a ₂+ b 2 (9) 新たなマスク一レンズ間距離 a ₂と新たなレンズ一結像点間距離 b ₂は、 式 ( 8 ) および式 ( 9 ) を満たすように変更される。 焦点距離 f ₂を変化させるこ とにより、 新たなマスク一レンズ間距離 a ₂および新たなレンズ一結像点間距離 b ₂が変化すると、 横倍率 3 ( ]3 = b ₂/ a ₂ ) も変化するので、 加工点でのビー ム径を連続的に変化させることができる。

焦点距離可変転写レンズ 1 5 0は、 図 1 5に示すように、 2枚以上のレンズか ら成る組レンズである。 組レンズのそれぞれのレンズ間隔は制御装置 1 1 2によ つて制御され、 そのそれぞれのレンズ間隔を変化させることによって、 焦点距離 可変転写レンズ 1 5 0自体の焦点距離を変えることができる。

本実施の形態によるレーザ加工装置 5 0 0においては、 焦点距離可変転写レン ズ 1 5 0を採用することにより、 図 4のレーザ加工装置 1 0 0における転写マス ク 1 0 4を、 径の異なる別の転写マスクに交換する手間を省くことができる。 ま た、 レーザ力卩ェの加工時間を短縮できる。

なお、 本実施の形態によるレーザ加工装置を用いた場合であっても、 実施の形 態 2で説明された効果と同様の効果が得られる。

ぐ実施の形態 7 >

図 1 6に、 本発明の実施の形態 7による積層材料レーザ加工方法の工程を図式 的に示す。 本実施の形態において、 積層材料とは、 実施の形態 1で用いたプリン ト基板 1と同様に、 厚さ 0 . 4 mmの両面銅張り （銅箔厚さ 1 2 // m) プリント 基板 （ガラスエポキシ基板） 1である。 図 1 6において、 図 1におけるプリント 基板 1の構造と同じ構造には、 同じ符号を付す。 さらに、 本実施の形態によるレ —ザ加工方法においては、 プリント基板 1のビーム出射側の銅箔 6に、 吸収層と して厚さ 8 0 /ζ πιの P E Tシート 9 0が貼り付けられる。 このプリント基板 1に、 炭酸ガスレーザのパルス化したレーザビームを照射して、 φ 1 0 0 /X mの貫通穴 1 4を形成する

まず、 銅箔 4にレーザ光を照射し、 銅箔 4の表面に加工穴 2 2を形成する。 こ の時、 レーザビームのパノレス O N時間を 3 // s、 1パ^/スのレーザエネノレギを 2 4 m Jとし、 そのレーザビームを 1パルス照射することによって、 銅箔 4に φ ΐ 0 0 μ mの加工穴 2 2を形成する。 次に、 加工穴 22と同じ位置に、 レーザビームのパルス ON時間を 100 μ s、 1パルスのレーザエネルギを 1 OmJと設定して、 そのレーザビームを 4パルス 照射し、 絶縁材 2を加工する。 さらに、 その同じ位置に、 レーザビームのパルス ON時間を 40/i S、 1パルスのレーザエネルギを 8m Jと設定して、 そのレー ザビームを 1パルス照射し、 銅箔 6を加工する。

この貫通穴 14の断面を顕微鏡により観察すると、 穴径がほとんど変化せず、 その穴の中心軸線の方向がレーザビームの光軸方向に一致する。 また、 貫通穴 1 4内において、 レーザ光入射側の銅箔 4、 レーザ光出射側の銅箔 6、 および、 ガ ラスクロス 10の突き出しがほとんど存在しないことがわかった。

また、 銅箔 6の穴径は、 PET90付きプリント基板 1において、 最大 100 μπι、 最小 90 /zmと測定された。 一方、 P E T 90を貼り付けない通常のプリ ント基板 1を同じレーザビーム条件で加工した場合、 測定された穴径は、 最大 1 00/xm、 最小 80μπιであった。

本実施の形態による方法において、 銅箔 6に PETシート 90を貼り付けて穴 あけ加工を行うことにより、 銅箔 6の穴径のばらつきを低減できる。 これは、 貫 通穴 14の出口付近において溶融かつ再凝固した銅箔 6の滞留が抑制されること による。 以下に、 詳細に説明する。 レーザビームの照射によって銅箔 6の温度が 上昇し、 銅箔 6が溶融する時には、 銅箔 6に貼り付けられた PET 90は、 すで に気化を始めている （ちなみに、 絶縁材 2は、 銅箔 6よりも沸点が高いので変化 はない） 。 溶融した銅箔 6は、 PET 90が気化する場合に、 PET 90と共に、 その位置から若しくは貫通穴 14を通り抜けて、 プリント基板 1の外部に吹き飛 ばされる。 従って、 溶融した銅箔 6は、 貫通穴 14の出口付近に留まらない。 なお、 本実施の形態による積層材料のレーザ加工方法は、 実施の形態 1による 方法と同様の効果が得られる。

なお、 銅箔 6に PET 90が貼り付けられたプリント基板 1を、 実施の形態 2 によるレーザ加工方法で加工することもできる。

なお、 本実施の形態によるレーザ加工方法において、 銅箔 6に貼り付けるレー ザビーム吸収材料として PETを用いたが、 これに限定されない。 例えば、 ポリ ブチレンテレフータラ一ト （PBT) 、 ポリアミド （PA) 、 ポリエーテルイミ ド （PE I) 、 ポリイミド （P I) 等の高分子材料であっても、 同様の効果が得 られる。

なお、 本実施の形態によるレーザ加工方法では、 最上層が導体層であるプリン ト基板 1を用いたが、 その最上層の導体層の上に、 さらに絶縁層が形成されてい てもよレ、。 その場合であっても、 本実施の形態によるレーザ加工方法を適用する ことができ、 同様の効果が得られる。

ぐ実施の形態 8 >

図 17に、 本発明の実施の形態 8による積層材料レーザ加工方法の工程を図式 的に示す。 本実施の形態において、 積層材料とは、 実施の形態 1で用いたプリン ト基板 1と同様に、 厚さ 0. 4mmの両面銅張り （銅箔厚さ 12; m) プリント 基板 （ガラスエポキシ基板） 1である。 図 17において、 図 1におけるプリント 基板 1の構造と同じ構造には、 同じ符号を付す。 さらに、 本実施の形態によるレ 一ザ加工方法では、 加工する銅箔 4をあらかじめ加熱する。 このプリント基板 1 に、 炭酸ガスレーザのパルス化したレーザビームを照射して、 Φ 100 //mの貫 通穴 14を形成する。

まず、 銅箔 ₄にレーザビームを照射し、 銅箔 4の表面温度を上昇させる。 この 時、 レーザビームのパルス ON時間を 3 // s、 1パルスのレーザエネルギを 3 m Jと設定し、 そのレーザビームを 4 kHzで 3パルス照射することによって、 銅 箔 4の表面を 300°C (573K) 程度まで上昇させる。 次に、 レーザビームの パルス ON時間を 3 S、 1パルスのレーザエネルギを 24 m Jと設定し、 その レーザビームを銅箔 4の同じ位置に 1パルス照射して、 銅箔 4に ψ 1 Ο Ομπιの 加工穴 22を形成する。

次に、 加工穴 22と同じ位置に、 レーザビームのパルス ON時間を 100 s、 1パルスのレーザエネルギを 1 OmJと設定して、 そのレーザビームを 4パルス 照射し、 絶縁材 2を加工する。 さらに、 その同じ位置に、 レーザビームのパルス ON時間を 40;u s、 1パルスのレーザエネルギを 8m Jと設定して、 そのレー ザビームを 1パルス照射し、 銅箔 6を加工する。

この貫通穴 14の断面を顕微鏡により観察すると、 穴径がほとんど変化せず、 その穴の中心軸線の方向がレーザビームの光軸方向に一致する。 また、 貫通穴 1 4内において、 レーザ光入射側の銅箔 4、 レーザ光出射側の銅箔 6、 および、 ガ ラスクロス 1 0の突き出しがほとんど存在しないことがわかった。 また、 銅箔 4 の穴径は、 最大 1 1 0 ;u m、 最小 1 0 0 /x mと測定された。 一方、 あら力 じめ加 熱されない通常の基板において、 銅箔 4の穴径は、 最大 1 1 0 /i m、 最小 9 0 μ mと測定された。

本実施の形態による方法において、 穴あけ加工を行う部分の銅箔をあらかじめ 加熱することにより、 穴径のばらつき量を低減できる。 これは、 加熱により、 銅 のレーザ光に対する吸収率が増加し、 銅の安定した加工が可能になるからである。 これについて、 以下に詳細に説明する。

上述したように、 銅は、 一般的に、 レーザ光の反射率が高く、 熱伝導が良いた め、 レーザ加工が困難である。 特に、 銅箔 4および銅箔 6等のプリント基板表面 に均一に形成された銅箔は、 その均一な表面に炭酸ガスレーザが照射されても、 照射された炭酸ガスレーザの 9 9 %近くを反射し、 加工が非常に困難である。 し かし、 銅は、 温度が上昇すると、 炭酸ガスレーザの吸収率が増加する。 図 1 8は、 銅における炭酸ガスレーザ吸収率の温度依存性を示すグラフである。 ここで、 横 軸は銅の温度、 縦軸は銅における炭酸ガスレーザの吸収率を示す。

図 1 8のグラフより、 銅の温度が上昇すると、 銅における炭酸ガスレーザの吸 収率が増加することがわかる。 例えば、 本実施の形態によるレーザ加工方法にお いては、 銅箔 4を常温 （約 3 0 0 K) から 5 7 3 K程度まで上昇させるので、 銅 箔 4における炭酸ガスレーザの吸収率が、 約 0 . 8 %増加する。 これにより、 銅 箔 4におレ、て、 温度を上昇させないときの約 2倍のレーザエネルギが吸収される ようになるので、 銅箔 4の安定した加工が容易になり、 銅箔 4の穴径のばらつき が小さくなる。

なお、 本実施の形態によるレーザカ卩ェ方法において、 銅箔 4を加熱するために レーザビームを用いたが、 他の任意の方法で銅箔 4を加熱してもよい。

なお、 本実施の形態によるレーザ加工方法において、 銅箔 4にのみ加熱を実施 したが、 銅箔 6を加熱すれば、 銅箔 6においても同様の効果が得られる。

なお、 本実施の形態による積層材料のレーザ加工方法は、 実施の形態 1による 方法と同様の効果が得られる。 なお、 銅箔 4を加熱した後、 プリント基板 1を実施の形態 2による方法で加工 することもできる。

なお、 本実施の形態によるレーザ加工方法では、 最上層および最下層が導体層 であるプリント基板 1を用いたが、 その最上層の導体層の上、 および/または、 その最下層の導体層の下に、 さらに絶縁層が形成されていてもよい。 その場合で あっても、 本実施の形態によるレーザ加工方法を適用することができ、 同様の効 果が得られる。

なお、 本実施の形態によるレーザカ卩ェ方法は、 プリント基板 1に貫通穴 1 4を 形成する場合について説明されたが、 プリント基板 1において止まり穴を形成し たり、 溝加工を行ったりする場合に適用されても同様の効果が得られる。

なお、 上述の実施の形態 1から実施の形態 8において、 プリント基板 1の導体 層を銅箔としたが、 他の導電性材料であってもよい。 また、 上述の実施の形態 1 から実施の形態 8において、 プリント基板 1の絶縁材 2をガラスエポキシ樹脂と したが、 これに限定されない。 例えば、 ァラミド樹脂やガラスポリイミド樹脂等 であってもよい。

なお、 本発明は、 特定の実施形態について説明されてきたが、 当業者にとって は他の多くの変形例、 修正、 他の利用が明らかである。 それ故、 本発明は、 ここ での特定の開示に限定されず、 添付の請求の範囲によってのみ限定されうる。

Claims

請 求 の 範 囲

1 . 1以上の導体層と絶縁層とが積層された積層材料をレーザビームによって 加工する方法であって、

前記導体層にレーザビームを照射して加工穴を形成する導体層加エステツプと、 前記導体層加工ステップに続けて、 前記加工穴に前記導体層に照射したレーザ ビームよりも加工点におけるビーム径が小さいレーザビームを照射して、 前記導 体層に積層した絶縁層を加工する絶縁層加工ステップと

を含む積層材料レーザ加工方法。

2 . 1以上の導体層と絶縁層とが積層された積層材料にレーザビームを照射し て穴あけ加工を行う方法であって、

前記導体層において、 穴あけ加工によって除去される部分をあらかじめ加熱す る加熱ステップと、

前記加熱ステップにおいて加熱された部分にレーザビームを照射して穴あけ加 ェを行う加工ステップと

を含む積層材料レーザ加工方法。

3 . 前記加熱ステップが、 レーザビームを照射することによって行われる請求 項 2に記載の積層材料レーザ加工方法。

4 . 絶縁層とその絶縁層を挟む 2つの導体層とから成る積層部を含む、 導体層 と絶縁層とが積層された積層材料において、 レーザビームを照射して、 前記積層 部を貫通する貫通穴を形成する方法であって、

前記積層部の第 1の導体層に第 1のレーザビームを照射して加工穴を形成する 第 1の加工ステップと、

前記第 1の加工ステップに続けて、 前記第 1の加エステップの加工点における ビーム径を一定にして、 前記第 1の加工ステップにより形成された加工穴に、 前 記第 1のレーザビームよりもピーク出力が低い第 2のレーザビームを照射して、 前記積層部の絶縁層の加工を行う第 2の加エステップと、

前記第 2の加工ステップに続けて、 前記第 2の加工ステップの加工点における ビ一ム径を一定にして、 前記第 2の加エステップによつて形成された加工穴に、 前記第 1のレーザビームよりもピーク出力が低く、 かつ、 前記第 2のレーザビー ムよりもピーク出力が高い第 3のレーザビームを照射して、 前記積層部の第 2の 導体層の加工を行う第 3の加エステップと

カ ら成る積層材料レーザ加工方法。

5 . 前記積層部の第 2の導体層が、 前記積層材料の表面層であり、

前記第 1の加工ステップの前に、 前記第 2の導体層上にレーザビーム吸収材料 を形成するステップを含む請求項 4に記載の積層材料レーザ加工方法。

6 . 前記レーザビーム吸収材料が高分子材料である請求項 5に記載の積層材料 レーザ加工方法。

7 . 1以上の導体層と絶縁層とが積層された積層材料にレーザビームを照射して 加工を行う積層材料レーザ加工装置であって、

ピ一ク出力の異なる複数のパルス化されたレーザビームを出射できるレーザ発 振器と、

前記レーザ発振器から出射されたレーザビームの一部を通過させる開口と、 前記開口を通過したレーザビームを光路変更させる光路変更光学系と、 前記開口の像を結像する結像レンズと、

前記レーザ発振器、 前記開口、 前記光路変更光学系、 および、 前記結像レンズ の位置および動作を制御する制御部と

を備え、

前記制御部は、 結像される像の大きさを可変にすることを特徴とする装置。

8 . さらに、 前記開口と前記光路変更光学系との間の光路中に光路長を可変に する光路長可変光学系を備え、

前記制御部は、 前記光路長可変光学系を制御して、 前記開口と前記結像レンズ との間の距離を可変にすることを特徴とする請求項 7に記載のレーザ加工装置。

9 . さらに、 前記開口と前記光路変更光学系との間の光路中に反射ミラーを備 え、

前記制御部は、 前記反射ミラーの反射面形状を可変にすることを特徴とする請 求項 7に記載のレーザ加工装置。

1 0 . 前記制御部は、 前記反射ミラ一の反射面形状を回転双曲面の一部にする ことを特徴とする請求項 9に記載のレーザ加工装置。

1 1 . 前記制御部は、 前記反射ミラーに装着された圧電素子を制御することに よって、 前記反射ミラーの反射面形状を可変にすることを特徴とする請求項 9ま たは請求項 1 0に記載のレーザ加工装置。

1 2 . 前記制御部は、 前記開口の開口径を可変にすることを特徴とする請求項 7に記載のレーザ加工装置。

1 3 . 前記制御部は、 前記結像レンズの焦点距離を可変にすることを特徴とす る請求項 7に記載のレーザ加工装置。