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発明の名称 レーザ穴あけ加工方法及び加工装置
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2001−162392(P2001−162392A)
公開日 平成13年6月19日(2001.6.19)
出願番号 特願2000−290054(P2000−290054)
出願日 平成12年9月25日(2000.9.25)
代理人 【識別番号】100071272
【弁理士】
【氏名又は名称】後藤 洋介 (外1名)
発明者 浜田 史郎
要約 目的


構成
特許請求の範囲
【請求項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同期して移動させると共に、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。
【請求項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方法。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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方法。
【請求項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。
【請求項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、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置。
【請求項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パター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。
【請求項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。
【請求項10】 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。
【請求項11】 請求項7〜10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。
【請求項12】 請求項7〜10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徴とするレーザ穴あけ加工装置。
【請求項13】 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、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置。
【請求項14】 請求項13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パター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。
【請求項15】 請求項13又は14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。
【請求項16】 請求項13又は14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。
【請求項17】 請求項13〜16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。
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。
【0002】
【従来の技術】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、LSI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インターポーザと呼ばれるものが知られている。このようなLSIチップとインターポーザとの接続は、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が増加する傾向にあり、パッケージの多ピン化も進んでいる。
【0003】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。
【0004】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)方式が主流であったが、最近ではレーザ光が利用されはじめている。レー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CO2 レーザや高調波固体レーザが一般に利用されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】これまでのレーザ穴あけ加工装置では、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き、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ことにより穴あけを行っている(例えば、特開平10−58178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ャ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。
【0006】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ャ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500pps程度であるため、毎秒500穴以上の穴あけは困難である。また、例えば、一辺が10mmの正方形のパッケージ基板に、50μm径の穴が0.2mmのピッチで配列されるとすると、2500個の穴が存在する。この場合、毎秒500穴の穴あけを行ったとしても、2500/500=5secの加工時間を必要とする。
【0007】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ある。
【0008】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。
【0009】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。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、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同期して移動させると共に、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が提供される。
【0011】本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投影比を設定できる。
【0012】本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。
【0013】本発明によればまた、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が提供される。
【0014】本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投影比を設定できる。
【0015】本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。
【0016】本発明によれば更に、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、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置が提供される。
【0017】本レーザ穴あけ加工装置においては、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るようにしても良い。
【0018】本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とを備えても良い。
【0019】本発明によれば更に、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、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置が提供される。
【0020】上記の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ターンの投影比を設定できる。
【0021】なお、前記光学系はホモジナイザで実現できる。
【0022】前記光学系はまた、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ものでも良い。
【0023】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。
【0024】
【発明の実施の形態】図1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10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11を通してプリント配線基板(被加工部材)12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。
【0025】レーザ発振器10からのレーザ光は、均一光学系13によりその断面に関するエネルギー密度が均一にされる。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10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ー密度の高い、ガウシャン分布に近いものとなる。均一光学系13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ー密度となるようにするためのものである。
【0026】均一光学系13の簡単な例をあげれば、レーザ発振器10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、エネルギー密度が高く、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。レーザ発振器10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。
【0027】いずれにしても、均一光学系13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、反射ミラー14を介してシリンドリカルレンズ15に入射する。シリンドリカルレンズ15は、均一光学系13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。
【0028】図2を参照して、均一光学系13からのレーザ光は断面円形状であり、図2(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15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、図2(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15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15−1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15−2とから成る。このようなシリンドリカルレンズ15によれば、幅1/10(mm)〜数(mm)、長さ数(cm)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。
【0029】レーザ発振器10、均一光学系13、シリンドリカルレンズ15は固定状態におかれる。すなわち、シリンドリカルレンズ15からの断面線状のレーザ光の照射位置は固定である。
【0030】図3(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、図3(b)に示すマスク11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11は、プリント配線基板12への加工パター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11aがN個×N個のマトリクス状に形成されているものに限らず、図3(b)のように多数の穴11a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。
【0031】イメージングレンズ16は、プリント配線基板12に対するマスクパターンの投影比(縮小比)を設定するためのものである。図1では投影比が1対1の場合を示している。一方、プリント配線基板12は、X軸及びY軸に関して可動のワークステージ17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17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17は、ワークステージ駆動機構25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26によりX軸方向に移動可能である。
【0032】穴あけ加工に際しては、マスクステージ駆動機構26及びワークステージ駆動機構25は制御装置(図示せず)により同期制御される。具体的には、マスクステージ駆動機構26によるマスク11の移動とワークステージ駆動機構25によるプリント配線基板12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11がシリンドリカルレンズ15からのレーザ光の照射位置を通過し、しかもマスク11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11の全面をスキャンすることを意味する。このようなスキャンによってマスク11のマスクパターンの各穴を通過したレーザ光はイメージングレンズ16を通してプリント配線基板12に照射される。そして、マスク11の移動とプリント配線基板12の移動は逆方向で同期しているので、プリント配線基板12には、マスク11のマスクパターンで規定される多数の穴が連続して形成されることになる。
【0033】なお、イメージングレンズ16による投影比が1対1の場合には、マスク11の移動に際してプリント配線基板12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11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11に対するレーザ光のスキャン速度と同じとなる。しかし、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線基板12に投影される場合には、マスク11に対するスキャン速度に対してプリント配線基板12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26及びワークステージ駆動機構25を同期制御する。
【0034】ここで、プリント配線基板12はその樹脂層の厚さにより、1回のパルス状レー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、図2(a)に示したようなピーク領域が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11aは各列のピッチが等しいことが好ましく、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。
【0035】また、上記の動作によってプリント配線基板12に形成される多数の穴あけ加工の範囲は、イメージングレンズ16の投影比にもよるが、制限がある場合がある。このような場合、この範囲は一辺が数cm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、図4に示すように、複数の加工領域12−1が区画されている多面取り用のプリント配線基板12に対して加工領域毎に行われる。1つの加工領域12−1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12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、プリント配線基板12は、ワークステージ17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、ワークステージ17は、プリント配線基板12の1つの加工領域12−1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16の直下に移動させる。勿論、この場合のワークステージ17の駆動はマスク11の駆動とは独立して行われる。
【0036】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10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11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10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15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14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14を回動させてレーザ光をシリンドリカルレンズ15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が好ましい。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。
【0037】なお、上述したレーザ光の照射パター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。
【0038】図5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、図1に示された第1の実施の形態における均一光学系13及びシリンドリカルレンズ15に代えて、ホモジナイザ20をレーザ発振器10と反射ミラー14との間に配置したものである。その他の構成要素は図1の実施の形態とまったく同じである。ホモジナイザ20は、第1の実施の形態で説明した均一光学系13とシリンドリカルレンズ15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、図6〜図8を参照して簡単に説明する。
【0039】ホモジナイザ20は、例えば2組のアレイレンズセット21、22と、4枚のフォーカシングレンズから成るレンズ系23とから成る。アレイレンズセット21は、図6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21A、21B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22は、図7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22A、22B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、図7は、図6に示したものを軸方向に関して90度回転させた状態で示している。したがって、アレイレンズセット21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22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。
【0040】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21、22と、4枚のフォーカシングレンズから成るレンズ系23とにより、ホモジナイザ20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。
【0041】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。
【0042】次に、図9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10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、プリント配線基板12の移動量、すなわち位置に応じてレーザ発振器10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12を一定速度で移動させる。コントローラ30は、位置検出器31の検出信号に基づいてプリント配線基板12が所定の位置に到達した時にレーザ発振器10に対して発振トリガ信号を出力する。レーザ発振器10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10を、プリント配線基板12(ワークステージ17)の移動に同期して発振させることを意味する。
【0043】このために、本形態ではプリント配線基板12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17の移動量を検出する位置検出器31と、この位置検出器31で検出された移動量に基づいてレーザ発振器10の発振動作を制御するコントローラ30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。
【0044】位置検出器31は、例えばワークステージ17の動きを直接検出するリニアエンコーダとの組み合わせで実現できる。これは、この種のワークステージ駆動機構25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く、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からである。リニアエンコーダは、ワークステージ17が微小な単位距離(例えば1μm)移動する毎にパルスを出力する。位置検出器31はこのパルスをカウントし、カウント値をコントローラ30に出力する。
【0045】一方、ワークステージ駆動機構25はサーボモータ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31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。ロータリーエンコーダもサーボモータが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31はこのパルスをカウントし、カウント値をコントローラ30に出力する。
【0046】上記のような位置検出器31は一例であり、リニアエンコーダやロータリーエ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。
【0047】コントローラ30は、位置検出器31からのカウント値からワークステージ17の移動量、すなわちワークステージ17の現在位置を判別する。なお、本形態では、コントローラ30は、前に述べたマスクステージ駆動機構26及びワークステージ駆動機構25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が、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。
【0048】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、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17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12)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ージの2倍の移動距離を進むことになる。
【0049】マスク11は、プリント配線基板12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16でマスク11のマスクパターンはプリント配線基板12上では反転しているからである。
【0050】ワークステージ17が動き出すと、リニアエンコーダあるいはロータリーエンコーダから一定距離毎に(例えば1μm毎に)パルスが出力され、位置検出器31によりカウントアップされていく。
【0051】例えば、プリント配線基板12に1mmのピッチで穴をあける場合、カウント値が1000個(1000μm)に達したとき、コントローラ30はレーザ発振器10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、加工パラメータとしてパラメータ設定部32からあらかじめ入力されている。
【0052】ワークステージ17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12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る。
【0053】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。
【0054】次に、図10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11の移動量、すなわち位置に応じてレーザ発振器10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11をプリント配線基板12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30は、位置検出器35の検出信号に基づいてマスク11が所定の位置に到達した時にレーザ発振器10に対して発振トリガ信号を出力する。レーザ発振器10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10を、マスク11(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。
【0055】このために、本形態ではマスク11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35と、この位置検出器35で検出された移動量に基づいてレーザ発振器10の発振動作を制御するコントローラ30を備えている。位置検出器35以外の構成、作用は第3の実施の形態と同じであるが、位置検出器35は位置検出器31と同じものを使用することができる。
【0056】すなわち、第3の実施の形態と第4の実施の形態の違いは、レーザ発振器10の発振を同期させる対象がワークステージ17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17は同じ距離だけ進む。また、例えば、マスク寸法と加工領域12−1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ージの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30は、レーザ発振器10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。
【0057】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。
【0058】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10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が、発振トリガー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1μsecとする。レーザ発振器10の発振周波数を150Hzとし、ワークステージ17が150mm/secの定速で移動しているとする。この場合、上記の1μsecの時間遅れは、レーザ光の照射位置に0.15μmの位置ずれを生じさせる。しかし、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32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、上記の位置ずれを補正することができる。
【0059】なお、パラメータ設定部32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。
【0060】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10の発振周波数が一定となり、レーザ出力の強度バラツキが小さくなるからである。しかし、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。
【0061】プリント配線基板12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11、プリント配線基板12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。
【0062】第3、第4の実施の形態のいずれにおいても、均一光学系13、シリンドリカルレンズ15に代えて、第2の実施の形態で説明したホモジナイザ20を用いるようにしても良い。
【0063】なお、プリント配線基板12の加工領域12−1の寸法に対してマスク11の寸法が小さい場合は、図11のようにする。図11において、スキャン方向に関するマスク11の寸法L1は加工領域12−1のスキャン方向の寸法L2と同じであるとする。また、スキャン方向に直角なマスク11の寸法L3が加工領域12−1のスキャン方向に直角な方向の寸法L4の1/2であるとする。この場合、加工領域12−1の半分の穴あけ加工が終了したら、加工領域12−1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、図11(d)における加工時のスキャン方向は、図11(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。
【0064】図12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11´を固定としたものである。従って、マスクステージ駆動機構は不要である。このため、マスク11´は、前に述べた実施の形態におけるマスク11と異なり、図13に示すように、一列分の加工穴パターンを持つ。そして、プリント配線基板12(ワークステージ17)の移動に同期して、レーザ発振器10を発振させるようにしている。位置検出器31、コントローラ30、パラメータ設定部32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。
【0065】ワークステージ17が動き出すと、リニアエンコーダあるいはロータリーエンコーダから一定距離毎に(例えば1μm毎に)パルスが出力され、位置検出器31によりカウントアップされていく。
【0066】例えば、プリント配線基板12に1mmのピッチで穴をあける場合、カウント値が1000個(1000μm)に達したとき、コントローラ30はレーザ発振器10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、加工パラメータとしてパラメータ設定部32からあらかじめ入力されている。
【0067】ワークステージ17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12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る。
【0068】プリント配線基板12の加工領域12−1の幅寸法に対してマスク11´の幅寸法が小さい場合は、図13のようにする。図13において、マスク11´の幅寸法L10が加工領域12−1の幅寸法L20と同じであるとする。この場合、加工領域12−1の半分の穴あけ加工が終了したら、加工領域12−1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、図13(d)における加工時のスキャン方向は、図13(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。
【0069】本形態においても、均一光学系13、シリンドリカルレンズ15に代えて、第2の実施の形態で説明したホモジナイザ20を用いるようにしても良い。
【0070】ところで、マスク11´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。しかし、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17の移動速度を150mm/secとし、パルス幅0.2μsec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17は、0.03μmしか移動しない。この場合、穴の径を50μmとすると0.03μmは無視でき、穴の形状は真円とみなされる。
【0071】いずれの実施の形態においても、レーザ発振器10としては、CO2 レーザ発振器、YAG及びYLFレーザ発振器、その第2高調波(2ω)、第3高調波(3ω)、第4高調波(4ω)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、例えばコンデンサや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配線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。
【0072】
【発明の効果】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。しかも、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。
【0073】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ッ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。




 

 


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