JP2008126306A - レーザ加工装置、及び、レーザ加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 良好な加工品質で加工を行う。
【解決手段】 レーザビームを出射するレーザ光源と、レーザ光源から出射したレーザビームが入射し、外部からの制御信号によって、所定方向から入射したレーザビームを第１の光軸、及び第１の光軸と第１の角度をなす第２の光軸から選択された一方の光軸に沿って出射することのできる振り分け装置であって、音響光学偏向器を用いた光偏向器を含み、第１の光軸に沿って進行するレーザビームと第２の光軸に沿って進行するレーザビームとを、１つの光偏向器から出射させる振り分け装置と、振り分け装置から第１の光軸、及び第２の光軸に沿って出射されたレーザビームが入射し、それぞれを第３の光軸、及び第３の光軸と第１の角度より大きい第２の角度をなす第４の光軸に沿って出射する出射角拡大器と、振り分け装置に制御信号を送信する制御装置とを有するレーザ加工装置を提供する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、レーザビームを照射して加工を行うレーザ加工装置、及び、レーザ加工方法、殊に、出射されたレーザビームを分岐させて加工対象物に入射させ加工を行うレーザ加工装置、及び、レーザ加工方法に関する。

ビルドアップ基板にビアホールを形成するにあたっては、加工する材料によって必要とされるパルスエネルギが異なる。銅など加工性の悪い材料の加工には、エポキシ系樹脂材料など加工性のよい材料を加工する場合に比べて、大きなパルスエネルギのビームが必要となる。

たとえば、銅層間がエポキシ樹脂層で絶縁されているビルドアップ基板に炭酸ガスレーザを用いて、１００μｍの穴径の穴開け加工を行う場合、黒化処理を施した銅層には、パルスエネルギ１０ｍＪ、パルス幅１５μｓｅｃのパルスレーザビームを入射させる。また、エポキシ樹脂層を加工するためには、パルスエネルギ３ｍＪ、パルス幅５μｓｅｃのパルスレーザビームを照射する。

このように、加工対象物を形成する材料によって、加工に必要なパルスエネルギが異なるため、加工性のよい材料と悪い材料の混在する加工対象物の加工においては、良好な加工品質を保つことが困難な場合がある。

またビルドアップ基板のビア数は、電子機器の高機能化、及び高密度化に伴い、増加の一途を辿っている。このため、レーザドリル機には高生産性が望まれている。

加工の高速化を実現する、２パネル４軸のレーザドリル装置が知られている（たとえば、特許文献１参照）。特許文献１記載の多軸レーザ加工装置においては、偏光板及びハーフミラーを用いてレーザビームを分岐している。

入射するレーザビームを異なる方向に出射する偏向器として、音響光学偏向器（Acoust-OpticDeflector: AOD）が知られている。

音響光学偏向器（ＡＯＤ）に高周波の電気信号を印加すると、音響光学偏向器（ＡＯＤ）の音響光学媒体内に電気信号に同期した超音波が発生する。この超音波が回折格子として作用し、入射するレーザビームの一部がブラッグ反射され（音響光学効果）、偏向されて出射する。

レーザビームの回折角は超音波の周波数に比例する。超音波の周波数を連続的に変えることで、回折角を連続的に変化させることができる。超音波の周波数は、電気信号の周波数を変えることで制御できる。なお、音響光学偏向器に電気信号が印加されない場合は、レーザビームの回折は起こらない。

図７（Ａ）及び（Ｂ）は、音響光学偏向器（ＡＯＤ）１０を出射したレーザビームを示す概略図である。

図７（Ａ）を参照する。

たとえば炭酸ガスレーザから出射し、断面形状を円形に整形されたパルスレーザビームが音響光学偏向器（ＡＯＤ）１０に入射する。入射ビームは、音響光学偏向器（ＡＯＤ）１０に印加される電気信号の周波数によって異なる偏向角を与えられ、たとえば音響光学偏向器（ＡＯＤ）１０から１ｍ離れた照射面に照射される。図７（Ａ）には、４ショットのパルスレーザビームがそれぞれ異なる４方向に出射される場合を示した。また、照射面を点線で示した。なお、図中、Ｏ_１〜Ｏ_４は、次図で詳しく表すように、音響光学偏向器（ＡＯＤ）１０で偏向され、照射面に照射されるレーザビームの断面を示す。

音響光学偏向器（ＡＯＤ）１０の偏向角度は小さく、全角θは約２°である。このため、４方向に均分的にレーザビームを偏向させる場合、隣り合う偏向レーザビーム間の角度θ_０は、約０．６６°（約１．１５ｍｒａｄ）となる。

一方、炭酸ガスレーザビームの広がり角は、たとえば約２．１ｍｒａｄである。

図７（Ｂ）は、照射面に照射された偏向レーザビームの断面を示す断面図である。

炭酸ガスレーザビームの広がり角（たとえば約２．１ｍｒａｄ）は、隣り合う偏向レーザビーム間の角度θ_０（約１．１５ｍｒａｄ）よりも大きい。このため、音響光学偏向器（ＡＯＤ）１０で偏向されたレーザビームは空間内の同じ位置を重複して進行し、ビームが入射する領域は重なり部分をもつ。

特開２００２−１１５８４号公報

本発明の目的は、良好な加工品質で加工を行うことのできるレーザ加工装置、及びレーザ加工方法を提供することである。

また、高効率で加工を行うことのできるレーザ加工装置、及びレーザ加工方法を提供することである。

本発明の一観点によれば、レーザビームを出射するレーザ光源と、前記レーザ光源から出射したレーザビームが入射し、外部からの制御信号によって、所定方向から入射したレーザビームを第１の光軸、及び前記第１の光軸と第１の角度をなす第２の光軸から選択された一方の光軸に沿って出射することのできる振り分け装置であって、音響光学偏向器を用いた光偏向器を含み、前記第１の光軸に沿って進行するレーザビームと前記第２の光軸に沿って進行するレーザビームとを、１つの該光偏向器から出射させる振り分け装置と、前記振り分け装置から前記第１の光軸、及び前記第２の光軸に沿って出射されたレーザビームが入射し、それぞれを第３の光軸、及び前記第３の光軸と前記第１の角度より大きい第２の角度をなす第４の光軸に沿って出射する出射角拡大器と、前記振り分け装置に制御信号を送信する制御装置とを有するレーザ加工装置が提供される。

また、本発明の他の観点によれば、レーザビームを出射するレーザ光源と、前記レーザ光源から出射したレーザビームの光路上に配置され、外部からの制御信号によって、所定方向から入射したレーザビームを第１の光軸、及び前記第１の光軸とは異なる第２の光軸から選択された一方の光軸に沿って出射することのできる振り分け装置であって、音響光学偏向器を用いた光偏向器を含み、前記第１の光軸に沿って進行するレーザビームと前記第２の光軸に沿って進行するレーザビームとを、１つの該光偏向器から出射させる振り分け装置と、前記レーザ光源と前記振り分け装置との間のレーザビームの光路上、または、前記第１及び第２の光軸に沿って出射されたレーザビームが入射する位置に配置され、入射したレーザビームを前記第１及び第２の光軸の張る平面内で収束して出射するシリンドリカルレンズと、前記振り分け装置に制御信号を送信する制御装置とを有するレーザ加工装置が提供される。

更に、本発明の他の観点によれば、レーザビームを出射するレーザ光源と、前記レーザ光源を出射したレーザビームが入射し、入射したレーザビームを収束させる第１の光学部材と、前記第１の光学部材で収束されたレーザビームが入射し、外部からの制御信号によって、所定方向から入射したレーザビームを第１の光軸、及び前記第１の光軸とは異なる第２の光軸から選択された一方の光軸に沿って出射することのできる振り分け装置であって、音響光学偏向器を用いた光偏向器を含み、前記第１の光軸に沿って進行するレーザビームと前記第２の光軸に沿って進行するレーザビームとを、１つの該光偏向器から出射させる振り分け装置と、前記振り分け装置を出射したレーザビームが入射し、前記第１の光軸に沿って伝搬するレーザビームの中心光線と、前記第２の光軸に沿って伝搬するレーザビームの中心光線とのなす角を拡大する第２の光学部材と、前記振り分け装置に制御信号を送信する制御装置とを有するレーザ加工装置が提供される。

また、本発明の他の観点によれば、（ａ）第１のレーザパルスの、時間軸上における少なくとも一部分を、時間軸に沿って第１の分割数に分割して相互に異なる方向に出射し、隣りあって出射されたレーザパルスの中心光線間の角度を広げた後、それぞれのレーザパルスを、下地部材上に絶縁層が形成され、該絶縁層上に金属層が形成された構造を有する加工対象物の相互に異なる位置に、該金属層表面から入射させ、それぞれの入射位置に、該金属層を貫通し、該絶縁層を露出させる穴を形成する工程と、（ｂ）前記第１のレーザパルスと同一のレーザ光源から出射された第２のレーザパルスの、時間軸上における少なくとも一部分を、時間軸に沿って前記第１の分割数に分割して相互に異なる方向に出射し、隣りあって出射されたレーザパルスの中心光線間の角度を広げた後、それぞれのレーザパルスを、下地部材上に絶縁層が形成され、該絶縁層上に金属層が形成された構造を有する加工対象物の相互に異なる位置であって、前記工程（ａ）で穴が形成されていない位置に、該金属層表面から入射させ、それぞれの入射位置に、該金属層を貫通し、該絶縁層を露出させる穴を形成する工程と、（ｃ）前記第１のレーザパルスと同一のレーザ光源から出射された第３のレーザパルスの、時間軸上における少なくとも一部分を、時間軸に沿って前記第１の分割数より多い第２の分割数に分割して相互に異なる方向に出射し、隣りあって出射されたレーザパルスの中心光線間の角度を広げた後、それぞれのレーザパルスを、前記工程（ａ）及び（ｂ）で形成された穴を通して、該絶縁層表面に入射させる工程とを有するレーザ加工方法が提供される。

本発明によれば、良好な加工品質で加工を行うことのできるレーザ加工装置、及びレーザ加工方法を提供することができる。

また、高効率で加工を行うことのできるレーザ加工装置、及びレーザ加工方法を提供することができる。

図１は、第１の実施例によるレーザ加工装置を示す概略図である。

第１の実施例によるレーザ加工装置は、レーザ光源２０、音響光学偏向器（ＡＯＤ）２２、偏向角拡大器２３、ビームダンパ２４、反射鏡２５ａ〜ｈ、ガルバノスキャナ２６ａ〜ｄ、ｆθレンズ２７ａ〜ｄ、軸移動機構２８、２９、及び、制御装置３０を含んで構成される。

制御装置３０から送信されるトリガー信号を契機として、レーザ光源２０、たとえば炭酸ガスレーザからパルスレーザビームＬｂが出射する。パルスレーザビームＬｂは、音響光学偏向器（ＡＯＤ）２２に入射する。

図に示すように、音響光学偏向器（ＡＯＤ）２２を用いて、入射したレーザビームＬｂを、例えば５つの光軸に振り分けることができる。レーザビームＬｂは、音響光学偏向器（ＡＯＤ）２２に電気信号（高周波電圧）ＲＦが印加されない場合は、そのまま光軸Ｉに沿って出射する。音響光学偏向器（ＡＯＤ）２２にある周波数（周波数ｆａとする）の電気信号ＲＦが印加された場合は、一部がある回折角で回折して光軸Ｉａに沿って伝搬するレーザビームＬｂａが出射される。同様に、音響光学偏向器（ＡＯＤ）２２に、ｆａと異なる周波数ｆｂ、ｆｃ、ｆｄの電気信号ＲＦが印加された場合は、それぞれ光軸Ｉｂ、Ｉｃ、Ｉｄに沿って伝搬するレーザビームＬｂｂ、Ｌｂｃ、Ｌｂｄが出射される。

光軸ＩａとＩｂとのなす角、光軸ＩｂとＩｃとのなす角、及び光軸ＩｃとＩｄとのなす角は、たとえばすべて０．６６°である。

電気信号ＲＦは、制御装置３０からの制御信号に基づいて印加される。

音響光学偏向器（ＡＯＤ）２２を出射したパルスレーザビームは、偏向角拡大器２３に入射する。偏向角拡大器２３は、光軸Ｉａ〜Ｉｄに沿い、隣り合って入射するビームのなす角度（隣り合う入射ビーム間の角度）よりも、それらのビームが出射するときに、隣り合って出射されるビームのなす角度（隣り合う出射ビーム間の角度）が大きくなるようにして、レーザビームを出射する。偏向角拡大器２３については、次図を参照して詳述する。

音響光学偏向器（ＡＯＤ）２２に電気信号ＲＦが印加されない場合に、光軸Ｉに沿って偏向角拡大器２３に入射したレーザビームは、ビームダンパ２４に入射する。本図には、偏向角拡大器２３を経由してビームダンパ２４に入射させる例を示したが、偏向角拡大器２３を介さないで入射させてもよい。

偏向角拡大器２３を出射したレーザビームは、光軸Ｉａａ〜Ｉｄｄのいずれか１つに沿って進行し、それぞれ反射鏡２５ａ〜ｄ、ガルバノスキャナ２６ａ〜ｄ、及びｆθレンズ２７ａ〜ｄを経て、加工対象物であるプリント基板３３または３４に入射する。

プリント基板３３及び３４は、ＸＹステージ３１上に、チャックプレート３２によって固定されている。プリント基板３３には、光軸Ｉａａ及びＩｂｂに沿って進行するレーザビームが入射し、プリント基板３４には、光軸Ｉｃｃ及びＩｄｄに沿って進行するレーザビームが入射する。ＸＹステージ３１は、プリント基板３３及び３４を、基板に平行な面内に移動させることができる。

ガルバノスキャナ２６ａ及びＸＹステージ３１の動作により、光軸Ｉａａに沿って進行するレーザビームが、プリント基板３３のすべての加工位置に入射可能であるように、ガルバノスキャナ２６ａ、ｆθレンズ２７ａ、ＸＹステージ３１、及びプリント基板３３が配置されている。

同様に、ガルバノスキャナ２６ｃ及びＸＹステージ３１の動作により、光軸Ｉｃｃに沿って進行するレーザビームが、プリント基板３４のすべての加工位置に入射可能であるように、ガルバノスキャナ２６ｃ、ｆθレンズ２７ｃ、ＸＹステージ３１、及びプリント基板３４が配置されている。

光路Ｉｂｂに沿って進行するレーザビームは、３枚の反射鏡２５ｂ、２５ｅ、２５ｆで反射された後、ガルバノスキャナ２６ｂで走査され、ｆθレンズ２７ｂで集光されて、プリント基板３３に入射する。軸移動機構２８は、制御装置３０からの制御信号に基づき、反射鏡２５ｆ、ガルバノスキャナ２６ｂ及びｆθレンズ２７ｂを、たとえばプリント基板３３（ＸＹステージの基板載置面）の面内方向に移動させることができる。

また、光路Ｉｄｄに沿って進行するレーザビームは、３枚の反射鏡２５ｄ、２５ｇ、２５ｈで反射された後、ガルバノスキャナ２６ｄで走査され、ｆθレンズ２７ｄで集光されて、プリント基板３４に入射する。軸移動機構２９は、制御装置３０からの制御信号に基づき、反射鏡２５ｈ、ガルバノスキャナ２６ｄ及びｆθレンズ２７ｄを、たとえばプリント基板３４（ＸＹステージの基板載置面）の面内方向に移動させることができる。

本図に示したレーザ加工装置は、１パネルにつき加工軸を２軸有する２パネル４軸のレーザ加工装置である。軸移動機構２８、２９により１パネルにつき１軸をプリント基板３３、３４の面内方向に移動することが可能であるため、パネルサイズや配線パタンに応じて、加工に最適となるように、２軸間の距離を調整することができる。

図２は、偏向角拡大器２３の一例を示す概略図である。

偏向角拡大器２３は、たとえば光取り出し窓４１ａ〜ｄを備えた２枚の反射鏡で構成される平行ミラー４０を含む。２枚の反射鏡は、鏡面が対向するように配置される。本図を用いて、音響光学偏向器（ＡＯＤ）２２でそれぞれ異なる角度に偏向され偏向角拡大器２３に入射するレーザビームＬｂａ〜Ｌｂｄの光路について説明する。なお、音響光学偏向器（ＡＯＤ）２２によって与えられた偏向角はＬｂａが最も小さく、Ｌｂｂ、Ｌｂｃ、Ｌｂｄの順に大きくなるものとする。

音響光学偏向器（ＡＯＤ）２２で偏向されたレーザビームＬｂａ〜Ｌｂｄは、光導入窓４２を通して２枚の反射鏡間に導かれ、それらの間で繰り返し反射されて、光取り出し窓４１ａ〜ｄ近傍まで進行する。

光取り出し窓４１ａ及び４１ｂは、一方の反射鏡に形成され、光取り出し窓４１ｃ及び４１ｄは、他方の反射鏡に形成される。

レーザビームＬｂａ、Ｌｂｂ、Ｌｂｃ、Ｌｂｄは、それぞれ光取り出し窓４１ａ、４１ｃ、４１ｂ、４１ｄから出射する。光取り出し窓４１ａ〜ｄは、光透過領域を制限するマスクを兼ねており、レーザビームＬｂａ〜Ｌｂｄの広がりに起因する重なり部分がある場合、重なり部分をカットする。なお、光取り出し窓４１ａ〜ｄの周囲は、カットされた重なり部分が反射されないように、無反射コーティングが施されている。

レーザビームＬｂａ、Ｌｂｂ、Ｌｂｃ、Ｌｂｄは、たとえば平行ミラー４０外部の反射鏡を用いて、それぞれ図１に示した光路Ｉａａ、Ｉｃｃ、Ｉｂｂ、Ｉｄｄに導かれる。平行ミラー４０外部の反射鏡は、たとえば本図の上側に配置され、レーザビームＬｂｂ及びＬｂｄとを図の下側に反射する。

音響光学偏向器（ＡＯＤ）２２からたとえば偏向角差１．３２°で出射されるレーザビームＬｂａとＬｂｃとが、偏向角拡大器２３から隣り合って出射されるため、偏向角拡大器２３から出射する、隣り合うビーム間の角度を、たとえば１．３２°とすることができる。なお、図の上側に配置される外部反射鏡の配置角度により、レーザビームＬｂｃと、レーザビームＬｂｂ、Ｌｂｄとの出射方向間の角度は任意に、たとえばそれぞれ１．３２°、２．６４°に調整することができる。

図３は、偏向角拡大器２３の他の例を示す概略図である。

焦点距離の異なる２枚の凸レンズを用いて偏向角拡大器２３を構成することもできる。

焦点距離ｆ_１の第１凸レンズ６１は、ビームの入射側に配置され、焦点距離ｆ_２の第２凸レンズ６２は、ビームの出射側に配置される。２枚の凸レンズ６１、６２の焦点距離は、ｆ_１＞ｆ_２の関係を満たす。第１及び第２凸レンズ６１、６２は、光軸合わせが行われている。

音響光学偏向器（ＡＯＤ）を偏向角差θ_１、たとえば０．６６°で出射したレーザビームＬｂａ及びＬｂｂが第１凸レンズ６１、第２凸レンズ６２をこの順に透過する。入射時のレーザビームＬｂａのビーム径、出射時のレーザビームＬｂａのビーム径を、それぞれＤ_１、Ｄ_２とし、第２凸レンズ６２を出射するときのレーザビームＬｂａとＬｂｂの出射方向のなす角をθ_２とすると、以下の式（１）が成立する。

θ_２／θ_１＝ｆ_１／ｆ_２＝Ｄ_１／Ｄ_２ ・・・（１）
ｆ_１＞ｆ_２より、θ_２＞θ_１となる。偏向角拡大器２３に入射するレーザビームＬｂａ及びＬｂｂは、入射時に進行方向のなす角θ_１よりも大きい角度差θ_２で出射されることがわかる。

図４（Ａ）〜（Ｅ）を参照して、実施例によるレーザ加工方法を説明する。

図４（Ａ）は、加工対象物であるプリント基板３３、３４の一部を示す概略的な断面図である。

プリント基板３３、３４は、銅層５２上にエポキシ樹脂層（絶縁層）５１が形成され、エポキシ樹脂層５１上に銅層（金属層）５０が形成された構造を有する。実施例によるレーザ加工方法においては、まず、黒化処理を施した銅層５０表面上からプリント基板３３、３４に１ショットのパルスレーザビームを入射させて、銅層５０を貫通しエポキシ樹脂層５１を底面に露出させる穴を形成する。続いて、銅層５０を貫通する穴を通してエポキシ樹脂層５１に、１ショットまたは複数ショットのパルスレーザビームを入射させて、エポキシ樹脂層５１を貫通し、底面に銅層５０を露出させる穴を形成する。

図４（Ｂ）を参照して、エポキシ樹脂層５１の穴開け加工について説明する。

エポキシ樹脂層５１の穴開け加工は、図１に示したＩａａ〜Ｉｄｄの４つの光路に沿って入射したパルスレーザビームによって銅層５２を貫通する穴が形成された後、露出したエポキシ樹脂層５１にパルスレーザビームを照射することにより行う。

エポキシ樹脂層５１に入射させるパルスレーザビームは、たとえばレーザ光源から出射した１ショットのパルスレーザビームを時間軸に沿って４分割することによって得る。たとえば図４（Ｂ）に示すように、エネルギの安定性の悪い立ち上がり及び立ち下がり時間を除いて、音響光学偏向器（ＡＯＤ）に高周波電圧を印加して周波数を変化させ、１ショットを４分割し、分割された４つのレーザパルスをそれぞれ光路Ｉａａ〜Ｉｄｄに導入する。

レーザ光源から出射された４ショットのパルスレーザビームを用いるのではなく、１ショットのビームを４分割してエポキシ樹脂層５１に入射させ穴開け加工を行うため、エポキシ樹脂層５１の加工時間を短くすることができる。

図４（Ｃ）〜（Ｅ）を参照して、銅層５０の穴開け加工について説明する。

図４（Ｃ）を参照する。

エポキシ樹脂層５１の加工と同様に、銅層５０の加工においても、レーザ光源から出射された１ショットのパルスレーザビームを、音響光学偏向器（ＡＯＤ）により時間軸に沿って４分割し、光路Ｉａａ〜Ｉｄｄに振り分ければよいとも考えられる。しかし、銅はエポキシ樹脂と比較して加工性が悪いため、銅層５０に穴を開ける際には、エポキシ樹脂層５１に穴を開ける際よりも多くのエネルギを必要とする。

そこで図４（Ｃ）に示すように、繰り返し周波数を一定とする条件のもとで、パルス幅を長くし、銅層５０の穴開け加工に必要なエネルギを確保する方法が考えられる。

図４（Ｄ）は、繰り返し周波数を一定とする条件のもとで、デューティとパルスエネルギとの関係を概略的に示したグラフである。

このグラフからわかるように、ある一定のデューティの範囲を超えると、デューティが大きくなるにつれパルスエネルギが小さくなる。したがって、前述のように、銅層５０の穴開け加工に必要なエネルギを確保するためにパルス幅を長くしたとしても、十分な加工エネルギを得られない場合が生じる。

図４（Ｅ）を参照する。

このため、実施例によるレーザ加工方法においては、１ショットのパルスレーザビームを時間軸に沿って２分割し、銅層５０の加工を行う。たとえば１ショットめについては、音響光学偏向器（ＡＯＤ）を用いて、２分割したレーザパルスを所定の方向に偏向させ、光路Ｉａａ及びＩｃｃに沿って、銅層５０表面からプリント基板３３、３４に入射させ、入射位置の銅層５０を貫通する穴を開ける。また、２ショットめについては、音響光学偏向器（ＡＯＤ）を用いて、２分割したレーザパルスを、光路Ｉｂｂ及びＩｄｄに沿って、銅層５０表面からプリント基板３３、３４に入射させ、入射位置の銅層５０を貫通する穴を開ける。

３ショットめは４分割する。音響光学偏向器（ＡＯＤ）に異なる周波数の高周波電圧を印加することにより、分割されたレーザパルスは、光路Ｉａａ〜Ｉｄｄを進行する。レーザパルスは、プリント基板３３，３４の、銅層５０に形成された穴を通してエポキシ樹脂層５１に入射し、エポキシ樹脂層５１を貫通し、銅層５２を底面に露出する穴を形成する。

銅層５０加工時とエポキシ樹脂層５１加工時とで、パルスレーザビームの分割数を異ならせ、適切なエネルギのビームを照射するため、良好な加工品質で加工を行うことができる。

図５は、第２の実施例によるレーザ加工装置を示す概略図である。

第２の実施例によるレーザ加工装置は、レーザ光源２０、音響光学偏向器（ＡＯＤ）２２、シリンドリカルレンズ６５、６６ａ〜６６ｄ、透光領域（スリット）を有するマスク６９、反射鏡２５ａ〜２５ｄ、ガルバノスキャナ２６ａ〜２６ｄ、ｆθレンズ２７ａ〜２７ｄ、及び、制御装置３０、を含んで構成される。

レーザ光源２０からパルスレーザビームＬｂが出射する。パルスレーザビームＬｂは、音響光学偏向器（ＡＯＤ）２２に入射する。音響光学偏向器（ＡＯＤ）２２は、制御装置３０によって印加される高周波電圧ＲＦの周波数にしたがい、入射したレーザビームＬｂに異なる偏向角を与えて、たとえば時間軸に沿って４分割し、それぞれ図面面内方向において、異なる４方向に出射する。

音響光学偏向器（ＡＯＤ）２２を出射した４本のレーザビームＬｂａ〜Ｌｂｄは、たとえば長さ方向が図面垂直方向と平行に配置されたシリンドリカルレンズ６５に入射し、図面面内で幅狭となるように集光されて、集光位置に配置されたマスク６９の異なるスリットに入射する。マスク６９の異なるスリットを透過することで、４本のレーザビームＬｂａ〜Ｌｂｄは互いに分離される。

反射鏡２５ａ〜２５ｄはマスク６９の直後に配置され、それぞれレーザビームＬｂａ〜Ｌｂｄを相互に異なる方向に反射する。シリンドリカルレンズ６６ａ〜６６ｄは、それぞれ反射鏡２５ａ〜２５ｄで反射されたレーザビームＬｂａ〜Ｌｂｄの光路上に配置される。シリンドリカルレンズ６６ａ〜６６ｄに入射したレーザビームＬｂａ〜Ｌｂｄは、たとえば断面形状が円形の平行光として出射される。

シリンドリカルレンズ６６ａ〜６６ｄを出射したレーザビームＬｂａ〜Ｌｂｄは、折り返しミラーで反射され、それぞれガルバノスキャナ２６ａ〜２６ｄ、ｆθレンズ２７ａ〜２７ｄを経て、プリント基板３３、３４に照射される。プリント基板３３、３４は、チャックプレート３２で、ＸＹステージ３１上に固定されている。

第２の実施例によるレーザ加工装置も、第１の実施例によるレーザ加工装置と同様に、音響光学偏向器（ＡＯＤ）に入射したレーザビームを時間軸に沿って分割し、異なる偏向角で出射させることによって、加工対象物の異なる位置を、ほぼ同時に加工することができる。

音響光学偏向器（ＡＯＤ）によってたとえば異なる４方向にレーザビームを出射した場合であっても、各ビームを分離して加工対象物に照射することができる。

第２の実施例によるレーザ加工装置においては、音響光学偏向器（ＡＯＤ）２２で偏向されたレーザビームがシリンドリカルレンズ６５に入射するように、音響光学偏向器（ＡＯＤ）２２及びシリンドリカルレンズ６５を配置したが、シリンドリカルレンズ６５を透過したレーザビームが音響光学偏向器（ＡＯＤ）２２に入射するように両者を配置してもよい。

図５に示した第２の実施例によるレーザ加工装置において、シリンドリカルレンズ６５に替えて凸レンズを用いるのは好ましくない。レーザビームが小さなスポットに集光されるため、たとえば凸レンズと加工対象物との中間に反射ミラーやガルバノスキャナを配置した場合、中間に配置されたそれらのミラーに損傷を生じさせる場合がある。

図６は、第３の実施例によるレーザ加工装置を示す概略図である。

第３の実施例によるレーザ加工装置は、レーザ光源２０、凸レンズ６７、音響光学偏向器（ＡＯＤ）２２、凹レンズ６８、及び、制御装置３０を含んで構成される。

レーザ光源２０からパルスレーザビームＬｂが出射する。パルスレーザビームＬｂは、ある広がり角で広がりながら進行し、凸レンズ６７に入射する。凸レンズ６７は、パルスレーザビームＬｂを収束させて出射する。パルスレーザビームＬｂは、収束しながら進行し、音響光学偏向器（ＡＯＤ）２２に入射する。音響光学偏向器（ＡＯＤ）２２は、制御装置３０によって印加される高周波電圧ＲＦの周波数にしたがい、入射したレーザビームＬｂに異なる偏向角を与えて、たとえば時間軸に沿って４分割し、それぞれ異なる４方向に出射する。隣り合って出射されるレーザビームの出射方向のなす角は一定である。当該角度をθ_３とする。

音響光学偏向器（ＡＯＤ）２２を出射したレーザビームは、凹レンズ６８に入射する。凹レンズ６８は、隣り合って出射されるレーザビーム（中心光線）の出射方向のなす角度（θ_４とする。）を、隣り合って入射するレーザビーム（中心光線）の入射方向のなす角度（θ_３）よりも大きくして（θ_４＞θ_３）、レーザビームＬｂａ〜Ｌｂｄを出射する。レーザビームＬｂａ〜Ｌｂｄは、たとえばすべて平行ビームである。

図６における凹レンズ６８以降の光学系には、たとえば図１における反射鏡２５ａ〜ｄ、ガルバノスキャナ２６ａ〜ｄ、及びｆθレンズ２７〜ｄを含む光学系を採用することができる。

第３の実施例によるレーザ加工装置も、第１及び第２の実施例によるレーザ加工装置と同様に、音響光学偏向器（ＡＯＤ）に入射したレーザビームを、時間軸に沿って分割し、異なる偏向角で出射させることによって、加工対象物の異なる位置を、ほぼ同時に加工することができる。音響光学偏向器（ＡＯＤ）によってたとえば異なる４方向にレーザビームを出射した場合であっても、各ビームを分離して加工対象物に照射することが可能である。

なお、凸レンズ６７は、比較的長い焦点距離、たとえば数十ｃｍ以上の焦点距離を備え、音響光学偏向器（ＡＯＤ）に入射するレーザビームをたとえば平行光に近い状態とすることが望ましい。焦点距離が短い場合には、レーザビームが音響光学偏向器（ＡＯＤ）を透過する際に、ビームサイズが小さくなり、光密度が大きくなって、音響光学偏向器（ＡＯＤ）に損傷が生じることがある。また、焦点距離が短いと、収束の度合いの大きいビームが音響光学偏向器（ＡＯＤ）に入射するため、回折効率が低下する場合もある。

更に、凹レンズ６８透過後のビームは、必ずしも平行ビームとしなくてもよい。たとえば、緩やかに収束するビームとなるように、光学系を形成することもできる。

また、第３の実施例によるレーザ加工装置においては、ビームを収束させる光学部材とビームを発散させる（分離角度を大きくする）光学部材の組み合わせとして、凸レンズと凹レンズの組み合わせを用いたが、たとえば凸シリンドリカルレンズと凹シリンドリカルレンズの組み合わせや、凹面鏡と凸面鏡の組み合わせを用いることも可能である。凸レンズと凸面鏡、凹面鏡と凹レンズを組み合わせてもよい。
凸シリンドリカルレンズと凹シリンドリカルレンズの組み合わせを用いる場合には、たとえば両シリンドリカルレンズの長さ方向が、ともに図６の紙面に垂直な方向と平行になるように、２つのシリンドリカルレンズを配置する。このように配置した場合、凸シリンドリカルレンズに入射したレーザビームは、図６の紙面面内において収束しながら出射され、凹シリンドリカルレンズに入射したレーザビームは、図６の紙面面内において隣り合って出射する中心光線間の角度が、隣り合って入射する中心光線間の角度よりも大きくなるように出射される。

以上、実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者には自明であろう。

レーザ加工一般、たとえばレーザ穴開け加工に利用することができる。

第１の実施例によるレーザ加工装置を示す概略図である。 偏向角拡大器２３の一例を示す概略図である。 偏向角拡大器２３の他の例を示す概略図である。 （Ａ）〜（Ｅ）は、実施例によるレーザ加工方法を説明するための図である。 第２の実施例によるレーザ加工装置を示す概略図である。 第３の実施例によるレーザ加工装置を示す概略図である。 （Ａ）及び（Ｂ）は、音響光学偏向器（ＡＯＤ）１０を出射したレーザビームを示す概略図である。

符号の説明

１０ 音響光学偏向器（ＡＯＤ）
２０ レーザ光源
２１ 凸レンズ
２２ 音響光学偏向器（ＡＯＤ）
２３ 偏向角拡大器
２４ ビームダンパ
２５ａ〜ｈ 反射鏡
２６ａ〜ｄ ガルバノスキャナ
２７ａ〜ｄ ｆθレンズ
２８、２９ 軸移動機構
３０ 制御装置
３１ ＸＹステージ
３２ チャックプレート
３３、３４ プリント基板
４０ 平行ミラー
４１ａ〜ｄ 光取り出し窓
４２ 光導入窓
５０、５２ 銅層
５１ エポキシ樹脂層
６１ 第１凸レンズ
６２ 第２凸レンズ
６５ シリンドリカルレンズ
６６ａ〜６６ｄ シリンドリカルレンズ
６７ 凸レンズ
６８ 凹レンズ
６９ マスク

Claims (12)

1. レーザビームを出射するレーザ光源と、
   前記レーザ光源から出射したレーザビームが入射し、外部からの制御信号によって、所定方向から入射したレーザビームを第１の光軸、及び前記第１の光軸と第１の角度をなす第２の光軸から選択された一方の光軸に沿って出射することのできる振り分け装置であって、音響光学偏向器を用いた光偏向器を含み、前記第１の光軸に沿って進行するレーザビームと前記第２の光軸に沿って進行するレーザビームとを、１つの該光偏向器から出射させる振り分け装置と、
   前記振り分け装置から前記第１の光軸、及び前記第２の光軸に沿って出射されたレーザビームが入射し、それぞれを第３の光軸、及び前記第３の光軸と前記第１の角度より大きい第２の角度をなす第４の光軸に沿って出射する出射角拡大器と、
   前記振り分け装置に制御信号を送信する制御装置と
   を有するレーザ加工装置。
2. 前記出射角拡大器は、鏡面が対向配置され、前記振り分け装置から前記第１及び第２の光軸に沿って出射されたレーザビームが前記対向配置された鏡面間に入射する２枚の反射鏡を含み、
   前記２枚の反射鏡の一方の側から、レーザビームが前記第３の光軸に沿って出射され、他方の反射鏡の側から、レーザビームが前記第４の光軸に沿って出射される請求項１に記載のレーザ加工装置。
3. 前記出射角拡大器は、第１の長さの焦点距離を有し、前記振り分け装置から出射したレーザビームが入射する第１の凸レンズと、前記第１の凸レンズを出射したレーザビームが入射する位置に配置され、前記第１の長さより短い第２の長さの焦点距離を有する第２の凸レンズとを含む請求項１に記載のレーザ加工装置。
4. 更に、
   加工対象物を載置する載置面を備えるステージと、
   前記第３の光軸に沿って出射されたレーザビームの光路上に配置され、入射するレーザビームを前記ステージ上に載置された加工対象物上に集光する第１の光学系と、
   前記第４の光軸に沿って出射されたレーザビームの光路上に配置され、入射するレーザビームを前記ステージ上に載置された加工対象物上に集光する第２の光学系と、
   前記ステージの前記載置面の面内方向に、前記第１の光学系または前記第２の光学系の少なくとも一方を移動させることのできる移動装置と
   を含む請求項１〜３のいずれか１項に記載のレーザ加工装置。
5. レーザビームを出射するレーザ光源と、
   前記レーザ光源から出射したレーザビームが入射し、外部からの制御信号によって、所定方向から入射したレーザビームを、同一平面内に画定され、隣り合う光軸間の角度が第１の角度である第１乃至第４の光軸から選択された一つの光軸に沿って出射することのできる振り分け装置であって、音響光学偏向器を用いた光偏向器を含み、前記第１乃至第４の光軸に沿って進行するレーザビームを、１つの該光偏向器から出射させる振り分け装置と、
   前記振り分け装置から前記第１乃至第４の光軸に沿って出射されたレーザビームが入射し、それぞれを同一平面内に画定され、隣り合う光軸間の角度が前記第１の角度より大きい第２の角度である第５乃至第８の光軸に沿って出射する出射角拡大器と、
   前記振り分け装置に制御信号を送信する制御装置と
   を有するレーザ加工装置。
6. レーザビームを出射するレーザ光源と、
   前記レーザ光源から出射したレーザビームの光路上に配置され、外部からの制御信号によって、所定方向から入射したレーザビームを第１の光軸、及び前記第１の光軸とは異なる第２の光軸から選択された一方の光軸に沿って出射することのできる振り分け装置であって、音響光学偏向器を用いた光偏向器を含み、前記第１の光軸に沿って進行するレーザビームと前記第２の光軸に沿って進行するレーザビームとを、１つの該光偏向器から出射させる振り分け装置と、
   前記レーザ光源と前記振り分け装置との間のレーザビームの光路上、または、前記第１及び第２の光軸に沿って出射されたレーザビームが入射する位置に配置され、入射したレーザビームを前記第１及び第２の光軸の張る平面内で収束して出射するシリンドリカルレンズと、
   前記振り分け装置に制御信号を送信する制御装置と
   を有するレーザ加工装置。
7. レーザビームを出射するレーザ光源と、
   前記レーザ光源から出射したレーザビームの光路上に配置され、外部からの制御信号によって、所定方向から入射したレーザビームを、同一平面内に画定された相互に異なる第１乃至第４の光軸から選択された一つの光軸に沿って出射することのできる振り分け装置であって、音響光学偏向器を用いた光偏向器を含み、前記第１乃至第４の光軸に沿って進行するレーザビームを、１つの該光偏向器から出射させる振り分け装置と、
   前記レーザ光源と前記振り分け装置との間のレーザビームの光路上、または、前記第１乃至第４の光軸に沿って出射されたレーザビームが入射する位置に配置され、入射したレーザビームを前記第１乃至第４の光軸の張る平面内で収束して出射するシリンドリカルレンズと、
   前記振り分け装置に制御信号を送信する制御装置と
   を有するレーザ加工装置。
8. レーザビームを出射するレーザ光源と、
   前記レーザ光源を出射したレーザビームが入射し、入射したレーザビームを収束させる第１の光学部材と、
   前記第１の光学部材でビーム径を小さくされたレーザビームが入射し、外部からの制御信号によって、所定方向から入射したレーザビームを第１の光軸、及び前記第１の光軸とは異なる第２の光軸から選択された一方の光軸に沿って出射することのできる振り分け装置であって、音響光学偏向器を用いた光偏向器を含み、前記第１の光軸に沿って進行するレーザビームと前記第２の光軸に沿って進行するレーザビームとを、１つの該光偏向器から出射させる振り分け装置と、
   前記振り分け装置を出射したレーザビームが入射し、前記第１の光軸に沿って伝搬するレーザビームの中心光線と、前記第２の光軸に沿って伝搬するレーザビームの中心光線とのなす角を拡大する第２の光学部材と、
   前記振り分け装置に制御信号を送信する制御装置と
   を有するレーザ加工装置。
9. 前記第１の光学部材が、入射したレーザビームを、前記第１及び第２の光軸の張る平面内において収束させる凸シリンドリカルレンズであり、前記第２の光学部材が、前記第１の光軸に沿って伝搬するレーザビームの中心光線と、前記第１の光軸に沿って伝搬するレーザビームの中心光線とのなす角を広げる凹シリンドリカルレンズである請求項８に記載のレーザ加工装置。
10. レーザビームを出射するレーザ光源と、
    前記レーザ光源を出射したレーザビームが入射し、入射したレーザビームを収束させる第１の光学部材と、
    前記第１の光学部材でビーム径を小さくされたレーザビームが入射し、外部からの制御信号によって、所定方向から入射したレーザビームを、同一平面内に画定された相互に異なる第１乃至第４の光軸から選択された一つの光軸に沿って出射することのできる振り分け装置であって、音響光学偏向器を用いた光偏向器を含み、前記第１乃至第４の光軸に沿って進行するレーザビームを、１つの該光偏向器から出射させる振り分け装置と、
    前記振り分け装置を出射したレーザビームが入射し、前記第１乃至第４の光軸のうち、隣り合う光軸に沿って伝搬するレーザビームの中心光線間の角を拡大する第２の光学部材と、
    前記振り分け装置に制御信号を送信する制御装置と
    を有するレーザ加工装置。
11. （ａ）第１のレーザパルスの、時間軸上における少なくとも一部分を、時間軸に沿って第１の分割数に分割して相互に異なる方向に出射し、隣りあって出射されたレーザパルスの中心光線間の角度を広げた後、それぞれのレーザパルスを、下地部材上に絶縁層が形成され、該絶縁層上に金属層が形成された構造を有する加工対象物の相互に異なる位置に、該金属層表面から入射させ、それぞれの入射位置に、該金属層を貫通し、該絶縁層を露出させる穴を形成する工程と、
    （ｂ）前記第１のレーザパルスと同一のレーザ光源から出射された第２のレーザパルスの、時間軸上における少なくとも一部分を、時間軸に沿って前記第１の分割数に分割して相互に異なる方向に出射し、隣りあって出射されたレーザパルスの中心光線間の角度を広げた後、それぞれのレーザパルスを、下地部材上に絶縁層が形成され、該絶縁層上に金属層が形成された構造を有する加工対象物の相互に異なる位置であって、前記工程（ａ）で穴が形成されていない位置に、該金属層表面から入射させ、それぞれの入射位置に、該金属層を貫通し、該絶縁層を露出させる穴を形成する工程と、
    （ｃ）前記第１のレーザパルスと同一のレーザ光源から出射された第３のレーザパルスの、時間軸上における少なくとも一部分を、時間軸に沿って前記第１の分割数より多い第２の分割数に分割して相互に異なる方向に出射し、隣りあって出射されたレーザパルスの中心光線間の角度を広げた後、それぞれのレーザパルスを、前記工程（ａ）及び（ｂ）で形成された穴を通して、該絶縁層表面に入射させる工程と
    を有するレーザ加工方法。
12. 前記第２の分割数が、前記第１の分割数の２倍である請求項１１に記載のレーザ加工方法。

Images