JP2003053570A

JP2003053570A - レーザ加工方法およびレーザ加工装置

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Publication number: JP2003053570A
Application number: JP2001245508A
Authority: JP
Inventors: Sadao Mori; 貞雄森; Hiroyuki Sugawara; 弘之菅原; Hiroshi Aoyama; 博志青山
Original assignee: Hitachi Via Mechanics Ltd
Current assignee: Via Mechanics Ltd
Priority date: 2001-08-13
Filing date: 2001-08-13
Publication date: 2003-02-26
Anticipated expiration: 2021-08-13
Also published as: JP4316827B2

Abstract

(57)【要約】【課題】多層構造の加工対象に表面と目的とする内層
とを接続する穴を加工する際、内層の損傷を最小限に抑
えると共に、加工部にスミアを存在させないレーザ加工
方法およびレーザ加工装置を提供する。【解決手段】加工時に内層が放射する放射光を検出器
１０により検出する。処理回路２０は、検出器１０の出
力信号がの値が予め定める値以上になると、穴底が目的
とする内層に到達したと判定する。そして、処理回路２
０は、スミアの除去を目的としてレーザドライバ２１を
駆動し、さらに予め定める数のレーザ光を当該穴に照射
する。この場合、さらに照射するレーザ光のエネルギを
小さくするようにすると効果的である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、パルス状のレーザ
光を複数回照射して表面と目的とする内層とを接続する
穴を加工対象に加工するレーザ加工方法およびレーザ加
工装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図６は、多層プリント基板の側面図であ
る。多層プリント基板８は、上層（表面層）８ａと複数
の内層（中間層）８ｂ、８ｃ、・・・および裏面層８ｚ
とから構成されている。このような多層基板に表面から
目的とする内層（例えば、内層８ｂ）に達する穴（以
下、表面から目的とする内層までを「上層」という。）
を加工する場合、レーザ光を用いて加工をすると、加工
能率を向上させることができる。しかし、上層の厚さに
はばらつきがあるため、上層の厚さが最も厚い場合に合
わせて加工条件を定めると、上層の厚さが薄いところで
は内層が損傷する。このため、内層にダメージを与えな
いようにして上層を加工する必要がある。

【０００３】そこで、特開平５−２６１５７７号公報で
は、加工に伴って発生するプルーム（プラズマ状物体）
の発光スペクトルから穴の加工状況を推測し、目的とす
る内層にダメージを与える前にレーザ光の照射を停止す
るようにしている。

【０００４】また、特開平１０−８５９７６号公報で
は、目的とする内層からの反射光を検出してレーザ出力
を制御している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来技術
の前者には、プルームの具体的な検出方法および加工終
了信号検出後の具体的なレーザ光の制御方法が開示され
ていない。このため、加工終了信号を加工用のレーザ光
から効果的に選別する方法や、内層のダメージを最小限
に抑えると共に、スミア（内層の表面に残存する上層成
分で、内層が銅箔の場合に問題になる。）を存在させな
いようにするためには、どのような信号が得られたとき
にどのようにレーザ光を制御するのがよいか、が不明で
ある。

【０００６】また、上記従来技術の後者は、加工終了信
号として反射光を用いるため、内層の反射率が低い場合
には、加工終了の検出が困難である。

【０００７】本発明の目的は、上記従来技術における課
題を解決し、多層構造の加工対象に表面と目的とする内
層とを接続する穴を加工する際、内層の損傷を最小限に
抑えると共に、加工部にスミアを存在させないレーザ加
工方法およびレーザ加工装置を提供するにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、第１の手段は、目標位置毎にパルス状のレーザ光を
複数回照射して、表面と目的とする内層とを接続する穴
を加工対象に加工するレーザ加工方法において、前記レ
ーザ光により加工された前記内層が放射する放射光の強
度が予め定める値以上になった後、当該目標位置に予め
定める回数の前記レーザ光をさらに照射することを特徴
とする。

【０００９】この場合、前記放射光の強度が予め定める
値以上になった後に照射する前記レーザ光のエネルギの
値は、それまでの前記エネルギの値よりも小さい値とす
る。また、前記目標位置毎に前記レーザ光の標準的な照
射回数を定めておき、該照射回数に到達する前に、前記
レーザ光のエネルギの値をそれまでの前記エネルギの値
よりも小さくする。さらに、前記レーザ光が出力される
毎に、前記レーザ光の出力が開始されてから前記放射光
の強度が予め定める値以上になるまでの時間を計測し、
計測された時間が予め定める時間よりも短い場合に、前
記内層が露出したと判定する。

【００１０】第２の手段は、目標位置毎にパルス状のレ
ーザ光を複数回照射して、表面と目的とする内層とを接
続する穴を加工対象に加工するレーザ加工方法におい
て、前記目標位置毎に前記レーザ光を最後に照射すると
きの前記放射光の強度を測定し、測定した値と予め定め
る値とを比較して、加工の良否を判定することを特徴と
する。

【００１１】第３の手段は、レーザ光により加工された
加工対象が放射する放射光を検出する放射光検出手段を
備えたレーザ加工装置において、前記放射光検出手段
に、加工対象から反射された前記レーザ光を阻止すると
共に前記放射光を透過させる選択手段と、前記放射光の
強度を測定する測定手段と、照射回数を設定する設定手
段と、前記放射光の強度が予め定める値以上になった後
に前記放射光を放射した位置に前記設定手段で設定され
た回数の前記レーザ光を照射させる制御手段と、を設
け、前記制御手段は、前記加工対象のうち目的とする内
層が放射する放射光の強度が予め定める値以上になった
後、穴加工目標位置に前記レーザ光をさらに照射させる
ことを特徴とする。

【００１２】この場合、加工対象に至る前記レーザ光の
光路に、前記レーザ光の偏光方向を規定する偏光規定手
段を配置し、前記選択手段により前記偏光規定手段で規
定された偏光方向の前記レーザ光を阻止させるようにす
ることもできる。

【００１３】また、前記レーザ光が出力される毎に、前
記レーザ光の出力が開始されてから前記放射光の強度が
予め定める値以上になるまでの時間を計測する計測手段
と、前記計測手段で計測された時間が予め定める時間よ
りも短い場合に、前記内層が露出したと判定する判定手
段とを設けてもよい。

【００１４】

【発明の実施の形態】＜第１の実施形態＞以下、本発明
を図示の実施形態に基づいて説明する。

【００１５】図１は本発明の第１の実施形態に係るレー
ザ加工機の構成図である。

【００１６】レーザ発振器１の光路上には、偏光板２、
シャッタ２３、アパーチャ３、スキャナ４のミラー５、
ｆθレンズ７および加工対象８が配置されている。

【００１７】シャッタ２３は、電気光学素子（以下、
「ＥＯ素子」という。）２４と偏光面が偏光板２の偏光
面と平行な偏光板２５とから構成されている。電圧を印
加されたＥＯ素子２４は入射光の偏光面を印加電圧に比
例した角度だけ回転させる機能を備えており、ＥＯ素子
２４に印加する電圧を０から半波長電圧まで変化させる
ことにより、入射光を０から９０度まで偏光させること
ができる。そして、シャッタ２３はＥＯ素子２４の出射
側に偏光板２５を配置した構成であるので、ＥＯ素子２
４に印加する電圧を変化させることにより、シャッタ２
３の開度を全開（印加電圧は０）から全閉（印加電圧は
半波長電圧）まで高速度で変化させることができる。

【００１８】ミラー５はモータ６の出力軸に支持され、
紙面に垂直な回転の軸線回りの任意の角度に位置決め自
在である。加工対象８（ここでは、多層プリント基板）
は、ＸＹステージ９に固定されている。

【００１９】多層プリント基板８と対向するようにし
て、検出器１０が配置されている。検出器１０は、波長
選択手段１１、偏光選択手段１２、レンズ１３およびＰ
Ｄ（フォトダイオード）１４とから構成されている。波
長選択手段１１は、レーザ光によって加工された内層８
ｂが放射する内層８ｂの材質に固有な波長の光（以下、
「放射光」という。）を透過させ、その他の光は透過さ
せない。また、偏光選択手段１２は、１／４波長板と偏
光板を組み合わせて構成されている。ＰＤ１４は、処理
回路２０に接続されている。

【００２０】処理回路２０は、ＰＤ１４の出力信号に基
づいてレーザ発振器１を駆動するレーザドライバ２１と
シャッタ２３を駆動するシャッタドライバ２２を制御す
る。

【００２１】次に、この実施形態の動作を説明する。

【００２２】図２は、本発明の第１の実施形態に係るレ
ーザ光強度と放射光強度の時間的な変化を示す図であ
り、実線はレーザ光を、点線は放射光を、示している。
また、図中Ｐ１はレーザ光のピークパワー値、Ｉｔｈは
検出信号強度すなわち放射光強度の閾値である。

【００２３】スキャナ４およびＸＹステージ９を制御し
てレーザ光の光路の中心を加工位置に２次元的に位置決
めした後、レーザ発振器１を動作させ、レーザ光をパル
ス状に出力させる。レーザ発振器１から出力された光路
が紙面と平行なレーザ光は、偏光板２、シャッタ２２を
通過し、アパーチャ３により外形を整形され、スキャナ
４を介してｆθレンズ７に入射し、加工対象８の上に結
像される。そして、レーザ光の一部は上層８ａに穴を明
け、一部は上層８ａで反射されて検出器１０に入射す
る。波長選択手段１１は放射光を透過させ、加工部に供
給されたレーザ光（以下、「加工用レーザ光」とい
う。）等は透過させない。また、偏光選択手段１２は、
波長選択手段１１で除去しきれなかった加工用レーザ光
成分（後述するように、加工用レーザ光の偏光面をシャ
ッタ２３で回転させる場合があるため、上層８ａで反射
されたレーザ光には、偏光板２で規定される偏光成分以
外の偏光が含まれる場合がある。）を除去するので、波
長選択手段１１を透過した放射光以外の光が偏光選択手
段１２を透過することはほとんどない。したがって、上
層８ａが加工されている間、すなわち放射光が発生しな
い間、ＰＤ１４から出力される信号の強度は小さい。

【００２４】上層８ａの一部が除去されて、加工用レー
ザ光が内層（ここでは、図６の内層８ｂ）に照射される
と、内層８ｂは放射光を放射する。放射光は、波長選択
手段１１および偏光選択手段１２を透過し、レンズ１３
により集光されてＰＤ１４を照射する。照射光を受光し
たＰＤ１４は、処理回路２０に受光信号を出力する。

【００２５】処理回路２０は、受光信号の値と予め設定
された値とを比較し、受光信号が予め設定された値以上
になると上層８ａがほぼ除去された判断し、スミアの除
去を目的として、当該加工個所に対してさらに予め定め
る回数だけレーザ光を照射して（図中の過剰パルス）、
当該位置における加工を終了する。

【００２６】このように、内層８ｂが加工されたことを
検出してから穴明け加工を停止するので、上層８ａの厚
さにばらつきがあっても、内層８ｂを損傷させることな
く上層８ａを確実に加工することができると共に、スミ
アが加工部に残存することを防止できる。

【００２７】なお、加工対象８により反射された反射光
は、一般に直線偏光を含む楕円偏光であるため、偏光選
択手段１２を１枚の偏光板で構成してもよい。

【００２８】また、シャッタ３としてＥＯ素子を用いた
が、音響光学素子（ＡＯ素子）を用いてもよい。

【００２９】ここで、スキャナ４でスキャニング可能な
領域に複数個の穴を明ける場合、放射光の強度が予め定
める値以上になるまでは加工個所毎に連続的にパルス状
のレーザ光を照射し、その後、レーザ光のエネルギーの
値を小さくして、各穴にさらに数パルスのレーザ光を照
射するようにすると、加工する穴の数に関わらず、レー
ザパワーの調節を１回にすることができるので、制御が
容易になると共に加工能率を向上させることができる。

【００３０】ところで、ＰＤ１４の出力信号の強度、す
なわち放射光の強度を予め設定された値（閾値）と比較
する場合、ノイズ等の影響を避けるために閾値を大きく
すると内層８ｂが損傷する場合がある。一方、閾値を小
さくすると上層８ａの除去が不十分になる場合がある。
このため、閾値を決定するには予め十分な確認試験を行
うことが必要になる。

【００３１】そこで、放射光の発生を放射光の強度だけ
でなく、他の手段で確認するようにすると、確認試験の
量を軽減することができると共に、内層が露出したこと
の判定の信頼性をさらに向上させることができる。

【００３２】＜第２の実施形態＞図３は、本発明の第２
の実施形態に係るレーザ光強度と放射光強度の時間的な
変化を示す図であり、実線はレーザ光を、点線は放射光
を、示している。

【００３３】内層８ｂが露出している場合、同図（ａ）
に示すように、レーザ光が照射されるとほぼ同時に検出
信号の強度が大きくなる。また、スミアが存在する場
合、同図（ｂ）に示すように、内層８ｂが露出している
場合に比べて検出信号の出現のタイミングが遅れたり、
強度が小さかったりする。また、内層が露呈していない
場合、同図（ｃ）に示すように、波長選択手段１１と偏
光選択手段１２によって除去仕切れなかった加工用レー
ザ光の成分がノイズとして検出される。

【００３４】そこで、内層８ｂが露出している時の、レ
ーザ光が出力されてから検出信号の強度が予め定める値
（図中のＳ）以上になるまで時間ｔ０を、予め実験的に
求めておく。そして、加工時、レーザ光が出力されてか
ら検出信号の強度が予め定める値（図中のＳ）以上にな
るまで時間ｔを時間ｔ０と比較し、時間ｔが時間ｔ０以
下である場合に穴底が内層８ｂに到達したと判定するよ
うにすると、判定の精度が向上するので、加工精度を向
上させることができると共に、内層の損傷を防止するこ
とができる。

【００３５】ところで、放射光の強度が予め定める値を
超えた後さらにレーザ光を照射することによりスミアを
確実に除去することはできるが、内層８ｂを損傷させて
しまう場合もあり得る。

【００３６】＜第３の実施形態＞図４は、本発明の第３
の実施形態に係るレーザ光の波形と検出信号との関係を
示す図である。

【００３７】レーザ光のピークパワー値Ｐ１とパルス幅
Ｔ１を定め、上層８ａの平均厚さから、この場合におけ
る上層８ａを除去するために必要なパルス数Ｎａｖを予
め算出しておく。そして、加工パルス数がＮａｖに近づ
くまではピークパワー値Ｐ１で加工を行い、その後はピ
ークパワー値Ｐ１よりも小さいピークパワー値Ｐ２（た
だし、パルス幅は同じである。）で加工をする。この場
合、ピークパワーの値を切り替えるパルス数は上層８ａ
の厚さのばらつきを考慮して、ピークパワーＰ２で加工
しているときに内層８ｂが露出し始めるように決定して
おくのが実用的である。

【００３８】図４の場合、ピークパワー値を小さくして
から２回目の照射時にＰＤ１４の出力信号が大きくなっ
たので、この時点で内層８ｂが露出したと判定し、その
後さらに２回レーザ光を照射して加工を終了している。

【００３９】また、図５に示すように、加工パルス数が
Ｎａｖに近づいた後、ピークパワー値は変えず、その後
のパルス幅Ｔ２を、内層８ｂが露出するまでのパルス幅
Ｔ１よりも小さくしても、図４の場合と同様の結果を得
ることができる。

【００４０】図５の場合、パルス幅を小さくしてから１
回目の照射時にＰＤ１４の出力信号が大きくなったの
で、この時点で内層８ｂが露出したと判定し、その後さ
らに２回レーザ光を照射して加工を終了している。

【００４１】このようにすると、内層８ｂが露出した時
のレーザ光のエネルギが小さいので、内層８ｂの損傷を
抑えることができ、しかも、スミアをほぼ除去すること
ができる。

【００４２】なお、ピークパワー値の変更およびパルス
幅の変更は、ＥＯ素子２４の印加電圧を調整することに
より容易に行うことができる。

【００４３】また、上記いずれの場合も、前記レーザ光
を最後に照射するときの前記放射光の強度と予め設定し
た値とを比較するようにすると、加工の信頼性を向上さ
せることができる。

【００４４】また、レーザ光のピークパワー値あるいは
パルス幅をＥＯ素子２４で変更するようにしたが、レー
ザ発振器１の出力を変更するようにしてもよい。

【００４５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
内層が放射する放射光により、穴底が内層に到達したこ
とを判断するので、内層の反射率の影響を受けることが
ない。

【００４６】また、検出器内の偏光規定手段は、レーザ
光の光路途中に設けられた偏光を規定する偏光規定手段
の作用と相まって加工部で反射された加工用レーザ光の
大部分を除去するので、放射光を精度良く検出すること
ができる。しかも、放射光を検出してからさらにレーザ
光を照射することにより確実にスミアを除くことができ
る。また、加工終了間近にレーザ光のエネルギを減少さ
せることにより内層の損傷を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るレーザ加工機の構成図である。

【図２】本発明におけるレーザ光の波形と検出信号との
関係を示す図である。

【図３】本発明におけるレーザ光強度と放射光強度の時
間的な変化を示す図である。

【図４】本発明におけるレーザ光の波形と検出信号との
関係を示す図である。

【図５】本発明におけるレーザ光の波形と検出信号との
関係を示す図である。

【図６】多層プリント基板の側面図である。

【符号の説明】

１０検出器２０処理回路２１レーザドライバ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０５Ｋ 3/00 Ｈ０５Ｋ 3/00 Ｎ 3/46 3/46 ＸＹ // Ｂ２３Ｋ 101:42 Ｂ２３Ｋ 101:42 (72)発明者青山博志神奈川県海老名市上今泉2100番地日立ビアメカニクス株式会社内Ｆターム(参考） 4E068 AF01 CA02 CB01 CB10 CC01 CD05 DA11 5E346 FF03 GG15 HH07 5F072 GG05 HH06 JJ05 KK05 MM05 MM17 YY06

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】目標位置毎にパルス状のレーザ光を複数
回照射して、表面と目的とする内層とを接続する穴を加
工対象に加工するレーザ加工方法において、前記レーザ光により加工された前記内層が放射する放射
光の強度が予め定める値以上になった後、当該目標位置
に予め定める回数の前記レーザ光をさらに照射すること
を特徴とするレーザ加工方法。
【請求項２】前記放射光の強度が予め定める値以上に
なった後に照射する前記レーザ光のエネルギの値は、そ
れまでの前記エネルギの値よりも小さい値であることを
特徴とする請求項１に記載のレーザ加工方法。
【請求項３】前記目標位置毎に前記レーザ光の標準的
な照射回数を定めておき、該照射回数に到達する前に、
前記レーザ光のエネルギの値をそれまでの前記エネルギ
の値よりも小さくすることを特徴とする請求項１に記載
のレーザ加工方法。
【請求項４】前記レーザ光が出力される毎に、前記レ
ーザ光の出力が開始されてから前記放射光の強度が予め
定める値以上になるまでの時間を計測し、計測された時間が予め定める時間よりも短い場合に、前
記内層が露出したと判定することを特徴とする請求項１
ないし３のいずれか１項に記載のレーザ加工方法。
【請求項５】目標位置毎にパルス状のレーザ光を複数
回照射して、表面と目的とする内層とを接続する穴を加
工対象に加工するレーザ加工方法において、前記目標位置毎に前記レーザ光を最後に照射するときの
前記放射光の強度を測定し、測定した値と予め定める値
とを比較して、加工の良否を判定することを特徴とする
レーザ加工方法。
【請求項６】レーザ光により加工された加工対象が放
射する放射光を検出する放射光検出手段を備えたレーザ
加工装置において、前記放射光検出手段に、加工対象から反射された前記レ
ーザ光を阻止すると共に前記放射光を透過させる選択手
段と、前記放射光の強度を測定する測定手段と、照射回数を設定する設定手段と、前記放射光の強度が予め定める値以上になった後に前記
放射光を放射した位置に前記設定手段で設定された回数
の前記レーザ光を照射させる制御手段と、を設け、前記制御手段は、前記加工対象のうち目的とする内層が
放射する放射光の強度が予め定める値以上になった後、
穴加工目標位置に前記レーザ光をさらに照射させること
を特徴とするレーザ加工装置。
【請求項７】加工対象に至る前記レーザ光の光路に、
前記レーザ光の偏光方向を規定する偏光規定手段を配置
し、前記選択手段により前記偏光規定手段で規定された偏光
方向の前記レーザ光を阻止させることを特徴とする請求
項６に記載のレーザ加工装置。
【請求項８】前記レーザ光が出力される毎に、前記レ
ーザ光の出力が開始されてから前記放射光の強度が予め
定める値以上になるまでの時間を計測する計測手段と、前記計測手段で計測された時間が予め定める時間よりも
短い場合に、前記内層が露出したと判定する判定手段
と、を設けたことを特徴とする請求項６または７に記載
のレーザ加工装置。