专利名称：激光钻孔的加工方法及其加工装置的制作方法
技术领域：
本发明是涉及将由激光振荡器发出的激光照射在印刷电路板和陶瓷基片等被加工部件上，进行激光钻孔的加工方法与加工装置。
伴随着这一倾向，有必要在内插器上钻出多个被称为柱孔(pinhole)的小孔径、且间距很小的孔。
对于这样的细小的孔的加工方法，以用细小钻头的加工的机械方法和曝光(photopia)方法为主流，但最近也开始了利用激光的方法。与利用细小钻头的加工的机械方法相比，利用激光钻孔的加工装置的优点在于更能够对应于快速加工以及孔径的微细化。作为激光的光源，考虑到激光振荡器的价格与运行成本(running cost)，一般利用CO2激光或高频固体激光。
迄今为止的激光钻孔加工装置的钻孔方法如下。由激光振荡器发出的激光束经由包含有反射镜(mirror)的光学通路，导向设置有被称为X-Y扫描器(scanner)或电流扫描器(galvano-scanner一种利用化学作用产生电流的扫描器)的、二维的电流镜(galvano-mirror)的扫描(scan)光学系统。通过该扫描光学系统使激光束振荡，并通过加工透镜照射到印刷电路板上(例如，可参照特开平10-58178号公报)。即，由于事先决定了印刷电路板上欲钻孔的位置，根据这些孔的位置的信息来控制扫描光学系统，从而进行逐一的钻孔。
因此，本发明的目的之一，在于提供一种激光钻孔的加工方法，与迄今为止的激光加工方法相比，能够在更短的时间内钻出更多的孔。
本发明的目的之二，在于提供一种激光钻孔的加工方法，能够对欲加工材料的加工图形(pattern)进行任意的选定。
本发明的目的之三，在于提供一种适合于上述加工方法的激光钻孔加工装置。
本发明是将激光发射器所发出的激光，通过具有所定掩膜图形(maskpattern)的掩膜，照射到被加工部件上，进行钻孔的激光钻孔方法。在本发明的第一方面中，将所述激光变换为具有线状的截面形状的激光，并固定所述线状激光的照射位置。而且，为了使所述激光能够通过所述掩膜而到达照射位置，所述掩膜与所述被加工部件同步移动，同时，其移动方向与所述线状激光的延长方向呈直角，由此所述掩膜就被所述线状激光所扫描，结果是可以按照所述掩膜图形所规定的位置在被加工部件上进行钻孔。
在本发明的第一方面的激光钻孔方法中，在所述掩膜与所述被加工部件之间设置有成像镜头(imaging lens)，由此可以设定所述掩膜图形对于所述被加工部件的投影比。
依据本发明的第一方面，在激光钻孔方法中，还能够检测出所述掩膜或所述被加工部件的移动量，并根据所检测出的移动量而对所述激光振荡器的振荡动作进行控制。
在本发明的第二方面中，将所述激光变换为具有线状的截面形状的激光，将所述线状的激光照射到配置在预先所确定位置的所述掩膜上，而且所述被加工部件在与所述线状激光的延长方向呈直角的方向上移动，由此所述被加工部件就被通过所述掩膜的激光所扫描，结果是可以按照所述掩膜图形(mask pattern)所规定的位置在所述被加工部件上进行钻孔。
依据本发明的第二方面，在激光钻孔方法中，在所述掩膜与所述被加工部件之间设置有成像镜头(imaging lens)，由此可以设定所述掩膜图形对于所述被加工部件的投影比。
依据本发明的第二方面，在激光钻孔方法中，还能够检测出所述被加工部件的移动量，并根据所检测出的移动量而对所述激光振荡器的振荡动作进行控制。
依据本发明的激光钻孔加工装置，是将激光发射器所发出的激光，通过具有所定掩膜图形的掩膜，照射到被加工部件上，进行钻孔。在本发明的第三方面，在激光钻孔加工装置中，设置有将所述激光变换为具有线状的截面形状的激光的光学系统、将所述掩膜与所述被加工部件同步移动的驱动机构。来自所述光学系统的所述具有所述线状的激光的照射位置是固定的。所述驱动机构，为了使所述激光能够通过所述掩膜而到达照射位置，能够使所述掩膜与所述被加工部件同步移动，同时，其移动方向与所述线状的激光的延长方向呈直角，由此所述掩膜就被所述线状的激光所扫描，结果是可以按照所述掩膜图形所规定的位置在所述被加工部件上进行钻孔。
依据本发明的第三方面，在激光钻孔加工装置中，还可以进一步配置有能够检测出所述被加工部件移动量的位置检测器，和根据该位置检测器所检测出的移动量，对所述激光振荡器的振荡动作进行控制的控制器。
依据本发明的第四方面，激光钻孔加工装置，设置有将所述激光变换为具有线状的截面形状的激光的光学系统，与将所述被加工部件移动的驱动机构。来自所述光学系统的所述线状的激光照射到配置在预先固定位置的所述掩膜上，所述驱动机构能够使所述被加工部件沿着与所述线状的激光的延长方向呈直角的方向移动，由此所述被加工部件就被通过所述掩膜的激光所扫描，结果是可以按照所述掩膜图形所规定的位置在所述被加工部件上进行钻孔。
依据所述第3、4方面，在任一个激光钻孔加工装置中，在所述掩膜与所述被加工部件之间设置有成像镜头，由所述成像镜头能够设定所述掩膜图形对于所述被加工部件的投影比。
所述光学系统可以由均化器(homogenizer)来实现。
所述光学系统还可以包括，使从所述激光振荡器发出的激光具有均匀的截面能量密度的均匀光学系统，与将由均匀光学系统发出的激光的截面形状变换为线状的圆柱面透镜。
所述激光钻孔加工装置，还可以进一步配置有能够检测出所述被加工部件移动量的位置检测器，和根据该位置检测器所检测出的移动量而对所述激光振荡器的振荡动作进行控制的控制器。
图2是为了说明由
图1所示的均匀光学系统与圆柱面透镜将激光的截面形状变换为线状的作用的图。图2(a)是关于激光截面的能量密度分布，图2(b)是表示了变换为线状后的激光的截面形状的图。
图3(a)是变换为线状后的激光的截面形状，(b)表示了图1所示的掩膜的一个例子。
图4表示了作为本发明加工装置的加工对象的多面用的印刷电路板的一例。
图5是表示本发明第二实施方式中激光钻孔加工装置结构的图。图5(a)是整体的结构，图5(b)是变换角度后观察到的图5(a)的主要部分的结构的图。
图6是为了说明由图5所示均化器结构的图。图6(a)是均化器的结构，图6(b)是图6(a)所示的一个方向上阵列透镜组的结构。
图7是表示了图6所示均化器的结构绕其中心轴旋转90度后的状态的图。图7(a)是均化器的结构，图7(b)是图7(a)所示的另一个方向上阵列透镜组的结构。
图8是表示图5所示均化器的结构的立体图。
图9是表示本发明第三实施方式中激光钻孔加工装置结构的图。图9(a)是整体的结构，图9(b)是变换角度后观察到的图9(a)的主要部分的结构的图。
图10是表示本发明第四实施方式中激光钻孔加工装置结构的图。图10(a)是整体的结构，图10(b)是变换角度后观察到的图10(a)的主要部分的结构的图。
图11是表示第三实施方式中激光的截面形状、掩膜、以及加工图形之间的关系的图。
图12是表示本发明第五实施方式中激光钻孔加工装置结构的图。图12(a)是整体的结构，图12(b)是变换角度后观察到的图12(a)的主要部分的结构的图。
图13是表示第五实施方式中激光的截面形状(图13a)、掩膜(图13b)、以及加工图形(图13c、d)之间的关系的图。
激光振荡器10发出的激光，由均匀光学系统13变为截面密度均匀的光。这里，关于截面密度均匀的概念如下所述。激光振荡器10发出的激光通常具有圆形的截面形状。在这种情况下，关于截面的能量密度分布为靠近中心部的地方能量密度高，近于高斯分布。均匀光学系统13的作用就是将具有如此密度分布的激光，变换为截面的任何部分的能量密度都相等的激光。
均匀光学系统13的简单的例子有，在由光学透镜将激光振荡器10发出的激光的截面形状进行扩大后通过掩膜，使其能量密度提高，进而仅取其密度平坦部分来使用。另一个例子为由多个光纤(fiber)所组成的光纤束。在由光学透镜将激光振荡器10发出的激光的截面形状进行扩大后，射入光纤束。这样，光纤束就能够射出能量密度分布均匀的激光。再一个例子是利用万花筒(kaleidoscope)的原理。
无论的哪种情况，由均匀光学系统13所变换的具有均匀能量密度分布的激光，经过反射镜14，而射入圆柱面透镜15。圆柱面透镜15的作用，是将来自均匀光学系统13的激光变换为具有线状的截面形状。
参照图2，为来自均匀光学系统13的激光的截面圆形状，具有图2(a)所示的束流剖面(beam profile)。所谓束流剖面是指，在观察激光的截面形状时，一定的能量值所持续的波形。这里，束流剖面为梯形。利用圆柱面透镜15，可以将具有梯形束流剖面的的激光，整形为如图2(b)所示的具有线状截面形状的激光。圆柱面透镜15是由规定截面线状激光宽度的圆柱面透镜15-1、与规定截面线状激光长度的圆柱面透镜15-2所构成。由这样的圆柱面透镜15，可以得到具有截面线状的宽度为1/10(mm)～数(mm)，长度为数(cm)的激光。
激光振荡器10、均匀光学系统13、圆柱面透镜15都处于固定状态，即来自圆柱面透镜15的截面形状的激光的照射位置是固定的。
图3(a)表示了整形为线状的激光的截面形状。激光截面的长度方向上的尺寸，比图3(b)所示的掩膜11的宽度方向上的尺寸略大。掩膜11具有对印刷电路板12的加工图形所规定的多个孔组成的掩膜图形(mask pattern)。该掩膜图形并不限于N×N个的矩形点阵的形式，也可以是如图3(b)所示的随机分布的多个孔11a。这意味着由本实施方式进行钻孔的加工图形，可以有多种选择。
成像镜头16的作用在于设定对于印刷电路板12的掩膜图形的投影比(缩小比)。图1所表示的是投影比为1∶1的情况。另一方面，印刷电路板12放置于在X轴与Y轴可以移动的工作台(work stage)17上。特别是在本实施方式中，具有装载有掩膜的、可移动的掩膜载置台(maskstage)(图中未表示)与工作台17能够同步驱动的特征。工作台17通过工作台驱动机构25可向同一水平面内的X轴方向及Y轴方向移动。在本实施方式中，掩膜载置台通过掩膜载置台驱动机构26可向X轴方向移动。
在钻孔加工时，由图中未表示的控制装置对掩膜载置台驱动机构26和工作台驱动机构25进行同步控制。具体说来，使由掩膜载置台驱动机构26使掩膜11的移动和由工作台驱动机构25使印刷电路板12的移动朝相反方向，而进行同步控制。特别是，掩膜11能够允许来自圆柱面透镜15的激光通过照射位置，而且掩膜11的移动方向与截面线状的激光的延长方向呈直角。这样，就意味着从外观上看截面为线状的激光会全面扫描掩膜11。由于这样的扫描，通过掩膜图形各孔的激光就会透过成像镜头16而照射到印刷电路板12上。而且，由于掩膜11与印刷电路板12是同步相反方向移动，所以在印刷电路板12上能够连续加工形成由掩膜11所规定图形的多个孔。
还有，在由成像镜头16所决定的投影比为1∶1的情况下，掩膜11移动时，照射于印刷电路板12的激光照射图形的移动速度与掩膜11的移动速度相同。换言之，激光照射图形的移动速度与激光相对于掩膜11的扫描速度相同。但是，例如在以3∶1的缩小比对掩膜图形进行缩小后投射到印刷电路板12的情况下，照射于印刷电路板12的激光的照射图形的移动速度为对于掩膜11的扫描速度的3倍。控制装置则是在考虑到这样的移动速度的差异而对掩膜载置台驱动机构26与工作台驱动机构25进行同步控制。
这里，由于印刷电路板12的树脂层的厚度不同，可能会由有一次照射脉冲状激光后不能完成所设定的钻孔的情况。在这种情况下，例如在脉冲状激光需要照射3次(shot)的情况下，如图2(a)所示的峰值(peak)区域实行部分重叠(overlap)照射。这可以通过载物台使移动速度减慢，使截面为线状的脉冲状激光在一个孔的位置上进行多次照射来完成。在这种情况下，希望由形成掩膜图形的多列所组成的孔11a为各列的孔的数目相等，根据需要来进行掩蔽(masking)。关于掩蔽将在后面叙述。
在由所述动作在印刷电路板12上形成多个加工孔的范围，虽然是由成像镜头16的投影比所决定，但也有进行限制的情况。在这样的情况下，该范围为边长是数cm的正方形区域。对于此，本实施方式的钻孔方法，通常是如图4所示，将印刷电路板12分成多个加工区域12-1，对多面安装用的印刷电路板12逐个区域进行加工，对于一个的加工区域12-1，由上述动作进行钻孔加工，在不移动印刷电路板12的情况下，则不能对下一个加工区域进行加工。为了做到这一点，通过驱动工作台17将印刷电路板12移动到下一个加工区域。即，当印刷电路板12的一个加工区域加工区域12-1的钻孔加工结束时，工作台17则直接将下一个加工区域移动到成像镜头16的正下方。当然，在这种情况下，工作台17的驱动的独立于掩膜11的驱动而进行的。
然而，上述加工区域的移动是需要一定的时间的。对于这一点，不论由激光振荡器10所发出的激光是连续的、还是脉冲状的，都必须在所述移动期间，停止激光对掩膜11的入射。这样，在所述移动期间，停止激光振荡器10的振荡即可。作为另外的方法，还可以在圆柱面透镜15的上流一侧的光路中，设置能够将激光旁路(by-pass)的装置。这样的旁路装置，可以通过反射镜14的转动来实现。即，在所述移动期间，转动反射镜14，使激光照射到圆柱面透镜15以外的位置。在这种情况下，希望能够在反射镜旋转时激光的照射位置设置靶部件。该靶部件是为了吸收激光的能量。无论怎样，都称为掩蔽(masking)，于前面所述的掩蔽同样适用。
还有，上述关于激光照射图形的移动速度说明以后的说明，在后面要叙述的第二实施方式中同样适用。
下面，参照图5对本发明的第二实施方式加以说明。在该实施方式中，在激光振荡器10与反射镜14之间设置有均化器20，以取代图1所示的第一实施方式中的均匀光学系统13以及圆柱面透镜15。其它的结构要点都与图1的实施方式完全相同。均化器20具有在第一实施方式中说明的均匀光学系统13和圆柱面透镜15二者的功能。这虽然已为人共知，但还是参照图6～图8加以简单说明。
均化器20，例如可以由两组的阵列透镜组21、22与4枚聚焦(focusing)透镜组成的透镜系列23所构成。如图6所示，阵列透镜组21由多个圆柱面透镜相互平行延伸那样排列组合而成的阵列透镜21A、21B所构成，其凸面相对，相隔一定间隔排列。同样，如图7所示，阵列透镜组22由多个圆柱面透镜相互平行延伸那样排列组合而成的阵列透镜22A、22B所构成，其凸面相对，相隔一定间隔排列。这里，图7是图6所示的情况沿其轴向旋转90度后的状态。所以，阵列透镜组22的圆柱面透镜排列方向与阵列透镜组21的圆柱面透镜排列方向呈直角交叉的方式。
无论是哪种情况，由上述结构的两组的阵列透镜组21、22与4枚聚焦透镜组成的透镜系列23，均化器20可以同时具有，将关于截面能量密度分布均匀化的功能，以及将截面形状为圆形的激光变换为截面形状为线状的功能。
关于钻孔加工的动作，由于与第一实施方式中完全相同，所以省略其说明。
下面参照图9，对本发明的第三实施方式加以说明。在该实施方式中，有以下与第一实施方式的不同之处。在第一实施方式中，激光振荡器10的振荡动作是连续的。而在第三实施方式中，却是根据印刷电路板12的移动量，即根据位置来对激光振荡器10的振荡动作进行控制。具体的做法是，印刷电路板12以一定的速度移动，控制器30基于位置检测器31所检测的信号，在印刷电路板12到达所设定的位置时，对激光振荡器10输出振荡触发(trigger)信号。激光振荡器10接收到该振荡触发信号时，就启动而发出激光。这意味着能够使激光振荡器10与印刷电路板12(工作台17)的移动同步振荡。
为此，本实施方式中，设置有作为检测印刷电路板12的移动量，即检测位置装置的，能够检测工作台17的移动量的位置检测器31、以及基于该位置检测器31检测的移动量而对激光振荡器10的振荡动作进行控制的控制器30。除此以外的结构都与第一实施方式相同。
位置检测器31，例如可以由直接检测出工作台17动作的线性编码器(line encoder)的组合来实现。这是因为具有以下的理由。这种工作台驱动机构25，大多是由利用线性马达的原理的线性驱动机构来实现。在这种情况下，多是设置线性编码器来进行位置的控制。每当工作台17有微小的移动距离单位(例如1μm)时，就输出脉冲。位置检测器31则计数该脉冲，并将计数值输出到控制器30。
另一方面，也有通过伺服马达将旋转运动变为直线运动的变换机构来实现工作台驱动机构25的情况。在这种情况下，位置检测器31是通过检测伺服马达旋转量的旋转编码器(rotary encoder)来实现的。每当伺服马达发生了微小的单位角度旋转时，旋转编码器也输出脉冲。位置检测器31则计数该脉冲，并将计数值输出到控制器30。
上述仅为位置检测器31的一例，实际上并不限于线性编码器和旋转编码器等的组合，当然也可以利用其它众所周知的位置检测器。
控制器30能够根据来自位置检测器31的计数值来判别工作台17的移动量，即工作台17现在的位置。在本方式中，控制器30是与前面所叙述的同步控制掩膜载置台驱动机构26与工作台驱动机构25的控制装置所不同的控制部分，当然，采用其中的一个控制装置来实现也是可以的。
由于在本实施方式中，与第一实施方式同样，采用了屏蔽成像(maskimaging)法，所以如前所述，在投影比(缩小比)为1∶1的情况下，掩膜载置台与工作台17仅前进同样的距离。而且，例如在掩膜尺寸与工作(印刷电路板12)的尺寸比为2∶1的情况下，掩膜载置台的移动距离则是工作台17的2倍。
掩膜11在印刷电路板12移动的同时向相反的方向移动。如前所述，这是由于成像镜头16使得掩膜11的掩膜图形在印刷电路板12上发生了转换的缘故。
工作台17开始动作时，由线性编码器或旋转编码器每隔一定的间距(例如每1μm)输出脉冲，由位置检测器31计数脉冲(count up)。
例如，当印刷电路板12以1mm的间隔进行钻孔的情况下，计数达到1000个(1000μm)时，控制器30对激光振荡器10输出振荡触发(trigger)信号。而且，在加工之前，已经事先由参数设定部32，将孔的间距作为加工参数输入。
工作台17并非重复步长(step)动作，即并非重复移动一定距离(相当于孔的间隔)后停止的动作，而是以一定的速度移动。而且，在印刷电路板12的应该进行钻孔加工的部分达到所规定的位置时，激光就对其进行照射。
作为激光钻孔加工装置的动作，由于与第一实施方式相同，省略其说明。
下面，参照图10，说明本发明的第四实施方式。该实施方式有以下与第三实施方式的不同之处。在该实施方式中，是根据掩膜11的移动量，即按照其位置来对激光振荡器10的振荡动作进行控制。具体说来，使掩膜11与印刷电路板12的移动，以一定速度移动且同步进行。控制器30基于位置检测器35所检测的信号，在掩膜11到达所设定的位置时，对激光振荡器10输出振荡触发信号。激光振荡器10接收到该振荡触发信号时，就启动而发出激光。这意味着能够使激光振荡器10与掩膜11(掩膜载置台)的移动同步振荡。
为此，本实施方式中，设置有作为检测掩膜11的移动量，即作为检测位置装置的、能够检测掩膜载置台的移动量的位置检测器35、以及基于该位置检测器35所检测的移动量而对激光振荡器10的振荡动作进行控制的控制器30。位置检测器35以外的结构都与第三实施方式相同。位置检测器35也可以使用与位置检测器31相同的部件。
也就是说，第三实施方式与第四实施方式的不同之处仅仅在于，与激光振荡器10的振荡同步的对象是工作台17，还是掩膜载置台。如前所述，在投影比(缩小比)为1∶1的情况下，掩膜载置台与工作台17仅前进同样的距离。而且，例如在掩膜尺寸与加工区域12-1的尺寸比为2∶1的情况下，掩膜载置台前进的距离则是工作台17的2倍。所以，在本实施方式中，控制器30对激光振荡器10的振荡触发信号的输出，是在考虑到上述投影比的基础上进行的。
作为激光钻孔加工装置的动作，由于与第三实施方式相同，省略其说明。
在第三、四实施方式的任意一个中，激光振荡器10接收到振荡触发信号时，就启动而发出激光。但是在产生激光时，从接收振荡触发信号到启动之间会存在有时间延迟。例如，假定该时间延迟为1μsec，如果激光振荡器10的振荡频率为150Hz，工作台17以150mm/sec的恒速移动，在这种情况下，相对于上述1μsec的时间延迟，激光的照射位置就会发生0.15μm的位置偏离。但是，这样的微小的偏离值不会成为问题。在形成位置偏离的情况下，可以对由参数设定部32所设定的加工参数给予补偿(offset)，从而对上述的位置偏离给予修正。
而且，由参数设定部32所设定的加工参数，并不限于加工孔的间隔，也可以输入孔的位置，即根据X轴、Y轴所决定的二维平面上的坐标位置。
最好孔的间隔为一定值。这是因为如果孔的间隔为一定，振荡器10的振荡频率则一定，激光输出的强度波动就会减小。但是，即使孔的间隔不固定，本发明也可充分发挥其效果。
根据印刷电路板12的材质，也有必须使用激光进行多次照射的情况。在这种情况下，根据掩膜11与印刷电路板12的移动，对其进行重复多次的扫描即可。
第三、四实施方式的任意一种，也可以像在第二实施方式中所说明的那样，使用均化器20，来取代均匀光学系统13以及圆柱面透镜15。
还有，对于印刷电路板12的加工区域12-1的尺寸，掩膜11的尺寸比较小的情况，表示在图11之中。在图11中，在扫描方向上的掩膜11的尺寸L1，与加工区域12-1的扫描方向的尺寸L2相等。在与扫描方向呈直角的方向上，掩膜11的尺寸L3，是加工区域12-1的与扫描方向呈直角的尺寸L4的1/2。在这种情况下，当加工区域12-1的一半的钻孔加工结束时，将加工区域12-1在与扫描方向呈直角的方向上移动所需要的距离后，再进行钻孔加工。这种情况下，图11(d)中加工时的扫描方向，与图11(c)中加工时的扫描方向相反。当然，加工的多个孔的图形都相同。
下面参照图12，说明本发明的第五实施方式。该实施方式是第三实施方式的变形例。是将掩膜11固定的装置，因此，不需要掩膜载置台驱动机构。为此，掩膜11与前面所述的实施方式中的掩膜11不同，如图13所示，具有一列部分的加工孔图形。这样，能够使激光振荡器10与印刷电路板12(工作台17)的移动同步振荡。由于位置检测器31、控制器30、以及参数设定部32的功能与第三实施方式中说明的相同，省略其说明。
工作台17开始动作时，由线性编码器或旋转编码器每隔一定的间距(例如每1μm)输出脉冲，由位置检测器31计数脉冲。
例如，当印刷电路板12以1mm的间隔进行钻孔的情况下，计数达到1000个(1000μm)时，控制器30对激光振荡器10输出振荡触发信号。而且，在加工之前，已经事先由参数设定部32，将孔的间距作为加工参数输入。
工作台17并非重复步长动作，即并非重复移动一定距离后停止的动作，而是以一定的速度移动。而且，在印刷电路板12的应该进行钻孔加工的部分达到所规定的位置时，激光就对其进行照射。
相对于印刷电路板12的加工区域12-1的幅度尺寸，当掩膜11′的幅度尺寸比较小的情况，如图13所示。在图13中， 掩膜11′的幅度尺寸L10，与加工区域12-1的幅度尺寸L20相同。在这种情况下，当加工区域12-1的一半的钻孔加工结束时，将加工区域12-1在与扫描方向呈直角的方向上仅移动所规定的距离后，再进行钻孔加工。这种情况下，图13(d)中加工时的扫描方向，与图13(c)中加工时的扫描方向相反。当然，加工的多个孔的图形都相同。
在本实施方式中，也可以象在第二实施方式所说明的那样，使用均化器20，来取代均匀光学系统13以及圆柱面透镜15。
然而，固定掩膜11′的弊病可能是使所加工的孔是在扫描方向上具有长轴的椭圆。但是，如果采用脉冲宽度很小的脉冲激光振荡器，则该问题可以忽略不计。例如，假定工作台17的移动速度为150mm/sec，如果脉冲宽度为0.2μsec的激光振荡器，则在振荡期间内，工作台17的移动距离仅为0.03μm，这种情况下，对于直径为50μm的孔来说，0.03μm是可以忽略不计的，即可以认为孔的形状为圆形。
无论在哪种实施方式中，作为激光振荡器10，可以使用CO2激光振荡器、YAG、以及YLF激光振荡器，使用其第二高频(2ω)、第三高频(3ω)、或第四高频(4ω)，进而还可以使用激态复合物激光器(Excimerlaser)。而且，被加工部件也不限于印刷电路板那样的树脂层，也可以对电子部件，例如作为电容器或压电元件的绝缘材料的陶瓷薄板那样的材料进行钻孔加工。进一步讲，本发明中，也可以使具有所设定掩膜图形的掩膜与被加工部件处于接触状态，即可以适用于接触掩膜(contactmask)方式来加工孔的情况。在这种情况下，可以省去成像镜头。
由以上的说明可知，依据本发明，与以往使用电流扫描器(galvano-scanner)的激光钻孔加工装置相比，能够在短的时间内，钻出多个孔。而且，本发明中所使用的可以移动的掩膜的掩膜图形，由于可以任意地设定多个孔的配列，所以可实现灵活的(flexible)钻孔加工。
在第三～第五实施方式中的钻孔加工装置，由于能够在欲加工的位置正确地进行钻孔加工，工作台不是步进(step)移动式，而是连续的移动，所以是生产效率高的系统。产业上利用的可能性由以上可知，本发明的激光钻孔的方法与装置，可以对印刷电路板、电子部件，例如用于电容器或压电元件的绝缘材料的陶瓷薄板那样的材料进行钻孔加工。
权利要求
1.一种激光钻孔的加工方法，其特征在于在由激光振荡器发出的激光，通过具有所设定掩膜图形的掩膜，照射到被加工的部件上，进行激光钻孔的加工方法中；将所述激光变换为具有线状截面形状的激光，固定所述线状的激光的照射位置，为了使所述掩膜通过所述激光的照射位置，所述掩膜与所述被加工部件同步移动，同时，其移动方向与所述线状激光的延长方向呈直角，由此所述掩膜就被所述线状的激光所扫描，结果是可以按照所述掩膜图形所规定的位置在被加工部件上进行钻孔。
2.根据权利要求1所述的激光钻孔的加工方法，其特征在于在所述掩膜与所述被加工部件之间设置有成像镜头，由此可以设定所述掩膜图形对于所述被加工部件的投影比。
3.根据权利要求1或2所述的激光钻孔的加工方法，其特征在于能够检测出所述掩膜或所述被加工部件的移动量，并根据所检测出的移动量而对所述激光振荡器的振荡动作进行控制。
4.一种激光钻孔的加工方法，其特征在于在由激光振荡器发出的激光，通过具有所规定掩膜图形的掩膜，照射到被加工的部件上，进行激光钻孔的加工方法中，将所述激光变换为具有线状的截面形状，将所述线状的激光照射到配置在预先所确定位置的所述掩膜上，所述被加工部件在与所述线状激光的延长方向呈直角的方向上移动，由此所述被加工部件就被通过所述掩膜的激光所扫描，结果是可以按照所述掩膜图形所规定的位置在被加工部件上进行钻孔。
5.根据权利要求4所述的激光钻孔的加工方法，其特征在于在所述掩膜与所述被加工部件之间设置有成像镜头，由此可以设定所述掩膜图形对于所述被加工部件的投影比。
6.根据权利要求4或5所述的激光钻孔的加工方法，其特征在于能够检测出所述被加工部件的移动量，并根据所检测出的移动量而对所述激光振荡器的振荡动作进行控制。
7.一种激光钻孔的加工装置，其特征在于在由激光振荡器发出的激光，通过具有所设定掩膜图形的掩膜，照射到被加工部件上，进行激光钻孔的加工装置中，设置有将所述激光变换为具有线状的截面形状的激光的光学系统，和将所述掩膜与所述被加工部件同步移动的驱动机构；来自所述光学系统的所述线状的激光的照射位置是固定的，所述驱动机构，为了使所述掩膜通过所述激光的照射位置，所述掩膜与所述被加工部件同步移动，同时，其移动方向与所述线状激光的延长方向呈直角，因此，所述掩膜就被所述线状的激光所扫描，结果是可以按照所述掩膜图形所规定的位置在所述被加工部件上进行钻孔。
8.根据权利要求7所述的激光钻孔的加工装置，其特征在于在所述掩膜与所述被加工部件之间设置有成像镜头，由此可以设定所述掩膜图形对于所述被加工部件的投影比。
9.根据权利要求7或8所述的激光钻孔的加工装置，其特征在于所述光学系统为均化器。
10.根据权利要求7或8所述的激光钻孔的加工装置，其特征在于所述光学系统包括，使从激光振荡器发出的激光具有均匀的截面能量密度的均匀光学系统，和将均匀光学系统发出的激光的截面形状变换为线状的圆柱面透镜。
11.根据权利要求7-10中任一权利要求所述的激光钻孔的加工装置，其特征在于还配置有能够检测出所述被加工部件移动量的位置检测器，和根据用该位置检测器所检测出的移动量而对所述激光振荡器的振荡动作进行控制的控制器。
12.根据权利要求7-10中任一权利要求所述的激光钻孔的加工装置，其特征在于还配置有能够检测出所述掩膜移动量的位置检测器，和根据用该位置检测器所检测出的移动量而对所述激光振荡器的振荡动作进行控制的控制器。
13.一种激光钻孔的加工装置，其特征在于在由激光振荡器发出的激光，通过具有所设定掩膜图形的掩膜，照射到被加工的部件上，进行激光钻孔的加工装置中，设置有将所述激光变换为具有线状的截面形状的激光的光学系统，和将所述被加工部件移动的驱动机构；来自所述光学系统的所述线状的激光照射到配置在预先所确定位置的所述掩膜上，所述驱动机构，能够使所述被加工部件沿着与所述线状激光的延长方向呈直角的方向移动，因此，所述被加工部件就被通过所述掩膜的激光所扫描，结果是可以按照所述掩膜图形所规定的位置在所述被加工部件上进行钻孔。
14.根据权利要求13所述的激光钻孔的加工装置，其特征在于在所述掩膜与所述被加工部件之间设置有成像镜头，由此可以设定所述掩膜图形对于所述被加工部件的投影比。
15.根据权利要求13或14所述的激光钻孔的加工装置，其特征在于所述光学系统是均化器。
16.根据权利要求13或14所述的激光钻孔的加工装置，其特征在于所述光学系统包括使从激光振荡器发出的激光具有均匀的截面能量密度的均匀光学系统，和将由均匀光学系统发出的激光的截面形状变换为线状的圆柱面透镜。
17.根据权利要求13-16中任一权利要求所述的激光钻孔的加工装置，其特征在于还配置有能够检测出所述被加工部件移动量的位置检测器，和根据该位置检测器所检测出的移动量，对所述激光振荡器的振荡动作进行控制的控制器。
全文摘要
一种激光钻孔的加工方法与装置,设置有将由激光振荡器(10)发出的激光变换为具有线状的截面形状激光的均匀光学系统(13)以及圆柱面透镜(15)、将掩膜(11)与印刷电路板(12)同步移动的驱动机构;固定所述线状截面形状激光的照射位置,所述驱动机构移动掩膜与印刷电路板,使掩膜通过所述照射位置,同时,由于其移动方向与所述线状激光的延长方向呈直角,由此所述掩膜就被所述线状激光扫描,结果是可以按照掩膜的掩膜图形所规定的位置,在印刷电路板上进行钻孔。
文档编号H05K3/00GK1376100SQ00813486
公开日2002年10月23日 申请日期2000年9月25日 优先权日1999年9月28日
发明者浜田史郎 申请人:住友重机械工业株式会社