JP2014076513A - Laser induction type electric discharge machine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、レーザ誘導式放電加工装置に関する。 The present invention relates to a laser induction type electric discharge machining apparatus.
従来より、絶縁基板にレーザ光を照射することにより、複数の貫通孔(ビア)を形成して、インターポーザ用絶縁基板を製造する方法が開示されている(例えば特許文献1)。 Conventionally, a method of manufacturing an insulating substrate for an interposer by forming a plurality of through holes (vias) by irradiating the insulating substrate with laser light has been disclosed (for example, Patent Document 1).
また、最近では、放電加工技術(レーザ誘導式放電加工技術)を利用して、絶縁基板に貫通孔を開ける技術が開示されている(例えば特許文献2)。この方法では、レーザ光を用いて絶縁基板の所望の位置を加熱した後、誘導式放電によりこの加熱位置を溶融させるとともに、溶融材料の除去が行われる。この方法では、レーザ光のみを利用する方法に比べて、より速やかに絶縁基板に貫通孔を形成することができることが開示されている。 Recently, a technique for making a through hole in an insulating substrate using an electric discharge machining technique (laser induction type electric discharge machining technique) has been disclosed (for example, Patent Document 2). In this method, after heating a desired position of the insulating substrate using laser light, the heated position is melted by induction discharge, and the molten material is removed. In this method, it is disclosed that a through-hole can be formed in an insulating substrate more quickly than a method using only laser light.
前述のように、レーザ誘導式放電加工技術では、レーザ光のみを利用するレーザアブレーション法に比べて、より速やかに絶縁基板に貫通孔を形成できるといわれている。 As described above, it is said that the laser induction type electric discharge machining technique can form a through hole in an insulating substrate more quickly than a laser ablation method using only laser light.
しかしながら、例えば数百個〜数万個のオーダーの貫通孔からなるパターンを絶縁基板に形成する場合など、絶縁基板に極めて多くの貫通孔を形成する際には、このレーザ誘導式放電加工技術を利用した場合でも、相当の時間が必要となる。このため、加工効率の観点から、今もなお、より迅速に絶縁基板に貫通孔を形成可能なレーザ誘導式放電加工装置が要望されている。 However, when forming a very large number of through holes in an insulating substrate, for example, when forming a pattern consisting of hundreds to tens of thousands of through holes on an insulating substrate, this laser induced electric discharge machining technique is used. Even when it is used, a considerable amount of time is required. For this reason, from the viewpoint of processing efficiency, there is still a demand for a laser induction type electric discharge machining apparatus capable of forming a through hole in an insulating substrate more quickly.
本発明は、このような問題に鑑みなされたものであり、本発明では、貫通孔の形成時間をより短縮することの可能な、レーザ誘導式放電加工装置の提供を目的とする。 The present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to provide a laser induction type electric discharge machining apparatus capable of further shortening the formation time of a through hole.
本発明では、電極間放電現象を利用して、絶縁基板上のレーザ光の焦点位置に貫通孔を形成するレーザ誘導式放電加工装置であって、
当該レーザ誘導式放電加工装置は、分岐光学系を有し、
前記分岐光学系は、レーザ光源から放射されたレーザ光を、複数の分岐レーザ光に分岐でき、
当該レーザ誘導式放電加工装置は、放電用の複数の電極組を有し、
前記複数の電極組の各々は、前記分岐レーザ光のそれぞれに対応することを特徴とするレーザ誘導式放電加工装置が提供される。
The present invention is a laser induction type electric discharge machining apparatus that uses a discharge phenomenon between electrodes to form a through hole at a focal position of a laser beam on an insulating substrate,
The laser induction type electric discharge machining apparatus has a branch optical system,
The branch optical system can branch laser light emitted from a laser light source into a plurality of branch laser lights,
The laser induction type electric discharge machining apparatus has a plurality of electrode sets for electric discharge,
Each of the plurality of electrode sets corresponds to the branched laser beam, and a laser induction type electric discharge machining apparatus is provided.
ここで、本発明によるレーザ誘導式放電加工装置において、前記分岐光学系は、DOEレンズを有しても良い。 Here, in the laser induced electrical discharge machining apparatus according to the present invention, the branch optical system may include a DOE lens.
また、本発明によるレーザ誘導式放電加工装置において、前記電極組の各々は、第1の電極および第2の電極を有しても良い。 In the laser induction type electric discharge machining apparatus according to the present invention, each of the electrode sets may include a first electrode and a second electrode.
この場合、前記第2の電極は、各電極組に共通の単一の電極で構成されても良い。 In this case, the second electrode may be composed of a single electrode common to each electrode set.
また、前記分岐レーザ光の各々は、絶縁基板上の複数の貫通孔形成位置に焦点を結び、
前記各電極組の前記第1の電極は、それぞれ、対応する貫通孔形成位置の近傍に配置されても良い。
Each of the branched laser beams focuses on a plurality of through-hole formation positions on the insulating substrate,
The first electrode of each of the electrode sets may be disposed in the vicinity of the corresponding through hole forming position.
また、本発明によるレーザ誘導式放電加工装置において、前記絶縁基板には、一列に配列された複数の貫通孔形成位置が存在し、
前記各電極組の前記第1の電極は、それぞれ、前記一列に配列された各貫通孔形成位置の近傍に配置されても良い。
Further, in the laser induced electric discharge machining apparatus according to the present invention, the insulating substrate has a plurality of through-hole forming positions arranged in a line,
The first electrodes of the electrode sets may be arranged in the vicinity of the through hole forming positions arranged in the row.
また、本発明によるレーザ誘導式放電加工装置は、さらに、分岐光学系の出射側に配置された回転光学系を有しても良い。 Moreover, the laser induction type electric discharge machining apparatus according to the present invention may further include a rotating optical system arranged on the exit side of the branching optical system.
この場合、前記回転光学系は、ガルバノミラーとf−θレンズの組み合わせを有し、または
前記回転光学系は、ポリゴンミラーとf−θレンズの組み合わせを有しても良い。
In this case, the rotating optical system may have a combination of a galvano mirror and an f-θ lens, or the rotating optical system may have a combination of a polygon mirror and an f-θ lens.
また、本発明によるレーザ誘導式放電加工装置において、前記絶縁基板は、ガラス基板であっても良い。 In the laser induction type electric discharge machining apparatus according to the present invention, the insulating substrate may be a glass substrate.
本発明では、貫通孔の形成時間をより短縮可能な、レーザ誘導式放電加工装置を提供できる。 In the present invention, it is possible to provide a laser induction type electric discharge machining apparatus that can further shorten the formation time of the through hole.
以下、図面を参照して、本発明について説明する。 Hereinafter, the present invention will be described with reference to the drawings.
(レーザ誘導式放電加工技術について)
まず初めに、図1を参照して、レーザ誘導式放電加工技術について簡単に説明する。
(About laser induction EDM technology)
First, the laser induction type electric discharge machining technique will be briefly described with reference to FIG.
なお、本願において、「レーザ誘導式放電加工技術」とは、以下に示すような、被加工対象に対するレーザ光照射と、電極間放電現象とを組み合わせて、被加工対象に貫通孔を形成する技術の総称を意味する。 In the present application, the “laser induction type electric discharge machining technology” means a technique for forming a through hole in a workpiece by combining laser light irradiation on the workpiece and an interelectrode discharge phenomenon as shown below. It means the generic name.
図1には、レーザ誘導式放電加工技術に利用される従来のレーザ誘導式放電加工装置の構成の一例を概略的に示す。 FIG. 1 schematically shows an example of the configuration of a conventional laser induction type electric discharge machining apparatus used in laser induction type electric discharge machining technology.
図1に示すように、従来のレーザ誘導式放電加工装置100は、レーザ光源110と、高周波高電圧電源120と、直流高電圧電源125と、切り替えユニット130と、一組の電極140、145とを有する。
As shown in FIG. 1, a conventional laser induction type electric
電極140および145は、それぞれ、導体150および155と電気的に接続されており、これらの導体150および155は、切り替えユニット130を介して、高周波高電圧電源120および直流高電圧電源125と接続されている。
The
切り替えユニット130は、導体150および155の接続先を、高周波高電圧電源120/直流高圧電源125の間で切り替える役割を有する。
The
このようなレーザ誘導式放電加工装置100を用いて貫通孔を形成する際には、被加工対象となる絶縁基板190が、電極140、145の間に配置される。さらに、ステージ(図示されていない)を水平方向に移動させることにより、絶縁基板190が電極140、145に対して所定の位置に配置される。
When forming a through hole using such a laser induction type electric
次に、レーザ光源110から、対象位置(貫通孔形成位置)に、レーザ光113が照射される。これにより、絶縁基板190のレーザ光113の照射位置183の温度が上昇する。
Next, the
レーザ光113の照射後、短時間の内に、切り替えユニット130により、導体150および155が高周波高電圧電源120に接続され、これにより、電極140、145間において、高周波高電圧の放電が生じる。放電は、丁度、レーザ光113の照射位置183において生じる。これは、この位置では、レーザ光113の照射により温度が局部的に上昇しており、絶縁基板の抵抗が他の部分よりも低くなっているためである。
Within a short period of time after irradiation with the
電極140、145間での放電により、絶縁基板190の照射位置183には、大きなエネルギーが印加され、絶縁基板190が局部的に溶融する。
Due to the discharge between the
次に、切り替えユニット130により、導体150および155が直流高圧電源125に接続され、両電極140、145間に、高直流電圧が印加される。これにより、絶縁基板190の照射位置183の溶融物が除去され、絶縁基板190の所望の位置に、貫通孔185を形成することができる。
Next, the
このようなレーザ誘導式放電加工技術では、レーザ光のみを利用するレーザアブレーション技術に比べて、より速やかに絶縁基板に貫通孔を形成できると言われている。 In such a laser induction type electric discharge machining technique, it is said that a through hole can be formed in an insulating substrate more quickly than a laser ablation technique using only laser light.
しかしながら、図1に示した従来のレーザ誘導式放電加工装置を使用して複数の貫通孔185を形成するためには、一つの貫通孔185が形成される度に、絶縁基板190を移動させ、レーザ光113の焦点が次の貫通孔形成位置に来るように調整する必要がある。
However, in order to form the plurality of through
このような操作では、例えば数百個〜数万個のオーダーの貫通孔185からなるパターンを絶縁基板190に形成する場合など、絶縁基板190に極めて多くの貫通孔185を形成する場合、極めて多大な稼働時間が必要となってしまう。
In such an operation, for example, when a very large number of through-
これに対して、本発明では、以下に詳しく説明するように、絶縁基板に多数の貫通孔を形成する場合であっても、より迅速に貫通孔を形成することができる。従って、本発明では、貫通孔の加工効率を有意に高めることができる。 In contrast, in the present invention, as will be described in detail below, even when a large number of through holes are formed in the insulating substrate, the through holes can be formed more quickly. Therefore, in the present invention, the through hole processing efficiency can be significantly increased.
(本発明の一実施例によるレーザ誘導式放電加工装置について)
次に、図2を参照して、本発明の一実施例によるレーザ誘導式放電加工装置について説明する。
(About a laser induction type electric discharge machining apparatus according to an embodiment of the present invention)
Next, a laser induction type electric discharge machining apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
図2には、本発明の一実施例によるレーザ誘導式放電加工装置(第1のレーザ誘導式放電加工装置)の概略的な構成を示す。 FIG. 2 shows a schematic configuration of a laser induction type electric discharge machining apparatus (first laser induction type electric discharge machining apparatus) according to an embodiment of the present invention.
図2に示すように、第1のレーザ誘導式放電加工装置200は、レーザ光源210と、高周波高電圧電源220と、直流高圧電源225と、切り替えユニット230と、第1の電極群240と、第2の電極245と、分岐光学系260とを備える。
As shown in FIG. 2, the first laser induction type electric
なお、レーザ誘導式放電加工装置200は、「レーザ誘導式放電加工技術」法により、絶縁基板290に貫通孔を形成することができる装置である。ここで、絶縁基板290は、ガラス基板であっても良い。
The laser induced electric
レーザ光源210は、例えば、1W〜100Wの出力を有する波長9.4μmまたは10.6μmの二酸化炭素レーザ、波長1064nmのYAGレーザ、紫外線レーザなどを使用できる。
As the
第1の電極群240は、複数の電極で構成される。例えば、図2の例では、第1の電極群240は、電極240A、240B、240Cの3つの電極で構成されている。しかしながら、これは単なる一例であって、第1の電極群240を構成する電極の数は、3つに限られない。むしろ、第1の電極群240を構成する電極の数は、後述するように、分岐光学系260によって得られる分岐レーザ光218の数によって定められる。より具体的には、第1の電極群240を構成する電極の数は、分岐光学系260によって得られる分岐レーザ光218の数と等しいか、それ以上であることが好ましい。
The
第1の電極群240と対をなす第2の電極245は、単一の電極で構成される。図2の例では、第2の電極245は、絶縁基板290の直下に配置されている。
The
ただし、第2の電極245の代わりに、第1の電極群240と同様の、複数の電極からなる第2の電極群を使用しても良い。この場合、第1の電極群240の一つの電極と絶縁基板290を挟んで対向する位置にある第2の電極群245の一つの電極との間で、一組の電極対が構成される。
However, instead of the
第1の電極群240の各電極は、第1の導体250を介して、切り替えユニット230に電気的に接続される。
Each electrode of the
一方、第2の電極245は、第2の導体255を介して、切り替えユニット230に電気的に接続される。
On the other hand, the
切り替えユニット230は、第1の導体250および第2の導体255の接続先を、高周波高電圧電源220/直流高圧電源225の間で切り替える役割を有する。
The
なお、第1の電極群240を構成する電極の数が分岐レーザ光218の数よりも多い場合は、第1の電極群240と切り替えユニット230との間にスイッチ回路を設けても良い。この場合、スイッチ回路は、第1の電極群240を構成する各電極のうちのいくつかを選定し、選定された電極を、第1の配線250を介して、切り替えユニット230の方に接続する役割を有する。
Note that a switch circuit may be provided between the
分岐光学系260は、レーザ光源210と絶縁基板290の間の光路に配置され、レーザ光源210からのレーザ光213を、複数の分岐レーザ光に分岐するとともに、各分岐光を、絶縁基板290の所望の位置に誘導する役割を有する。
The branching
なお、図2には、煩雑化を避けるため、分岐光学系260によって分岐された分岐レーザ光218は、分岐レーザ光218Aの1本しか描かれていない。しかしながら、実際には、分岐光学系260からは、さらに分岐レーザ光218Bおよび分岐レーザ光218Cも出射されていることに留意する必要がある。
In FIG. 2, only one of the
ここで、図3を参照して、分岐光学系260の構成の一例について説明する。
Here, an example of the configuration of the branching
図3には、分岐光学系260およびその周囲の概略的な構成を示す。
FIG. 3 shows a schematic configuration of the branching
図3に示す例では、分岐光学系260は、反射ミラー262およびDOE(回折光学素子)レンズ268を有する。
In the example shown in FIG. 3, the branch
DOEレンズ268は、レーザ光源210から、レンズ211および反射ミラー262を介して入射されるレーザ光213を、複数の分岐レーザ光218に分岐する役割を有する。
The
例えば、図3に示す例では、DOEレンズ268は、レーザ光213を3つの分岐レーザ光(218A、218B、218C)に分岐する。
For example, in the example shown in FIG. 3, the
また、DOEレンズ268は、各分岐レーザ光を異なる所望の位置に焦点を結ばせることができる。
Further, the
例えば、第1の分岐レーザ光218Aは、絶縁基板290の第1の貫通孔形成位置283Aに焦点を結ぶ。また、第2の分岐レーザ光218Bは、絶縁基板290の第2の貫通孔形成位置283Bに焦点を結ぶ。同様に、第3の分岐レーザ光218Cは、絶縁基板290の第3の貫通孔形成位置283Cに焦点を結ぶ。
For example, the first
従って、このような分岐光学系260を使用した場合、単一のレーザ光源210を用いて、絶縁基板290の複数の位置に、同時にレーザ光の焦点を結ばせることができる。
Therefore, when such a branching
次に、再度図2および図3を参照して、このような分岐光学系260を有するレーザ誘導式放電加工装置200を用いて、絶縁基板290に貫通孔を形成する方法について説明する。
Next, with reference to FIG. 2 and FIG. 3 again, a method of forming a through hole in the insulating
まず、絶縁基板290が、第1の電極群240と第2の電極245の間に配置される。また、ステージ(図示されていない)を水平方向に移動させることにより、絶縁基板290が所定の位置に配置される。
First, the insulating
次に、レーザ光源210から分岐光学系260に向かって、レーザ光213が照射される。レーザ光源210からのレーザ光213は、レンズ211を介して反射ミラー262に照射される。なお、レンズ211は、必須の構成ではなく、省略しても良い。
Next, the
反射ミラー262に照射されたレーザ光213は、ここで反射され、DOEレンズ268に入射される。
The
レーザ光213は、DOEレンズ268によって、複数の分岐レーザ光218A〜218Cに分岐される。なお、前述のように、図2では、明確化のため、第2の分岐レーザ光218Bおよび第3の分岐レーザ光218Cは、省略されていることに留意する必要がある。
The
第1の分岐レーザ光218Aは、絶縁基板290の第1の貫通孔形成位置283Aに照射され、ここに例えば直径10μm〜50μmの範囲の焦点スポットが形成される。これにより、第1の貫通孔形成位置283Aの温度が上昇する。
The first
同様に、第2の分岐レーザ光218Bは、絶縁基板290の第2の貫通孔形成位置283Bに照射され、これにより、第2の貫通孔形成位置283Bの温度が上昇する。また、第3の分岐レーザ光218Cは、絶縁基板290の第3の貫通孔形成位置283Cに照射され、これにより、第3の貫通孔形成位置283Cの温度が上昇する。
Similarly, the second
次に、切り替えユニット230により、第1の導体250および第2の導体255が高周波高電圧電源220の側に接続される。これにより、第1の電極群240の電極240A、240B、240C(以下、「選定電極(240A、240B、240C)」と称する)と、第2の電極245とが、切り替えユニット230を介して高周波高電圧電源220に接続される。
Next, the
これにより、選定電極240Aと第2の電極245の間、選定電極240Bと第2の電極245の間、ならびに選定電極240Cと第2の電極245の間で、高周波高電圧の放電が生じる。なお、放電は、絶縁基板290の第1の貫通孔形成位置283A、第2の貫通孔形成位置283B、および第3の貫通孔形成位置283Cにおいて生じる。これは、これらの位置では、分岐レーザ光218A〜218Cの照射により温度が局部的に上昇しており、絶縁基板290の抵抗が他の部分よりも低くなっているためである。
As a result, high-frequency high-voltage discharge occurs between the
選定電極240Aと第2の電極245の間の放電により、絶縁基板290の第1の貫通孔形成位置283Aには、大きなエネルギーが印加され、絶縁基板290が局部的に溶融する。同様に、選定電極240Bと第2の電極245の間の放電により、絶縁基板290の第2の貫通孔形成位置283Bにおいて、絶縁基板290が局部的に溶融する。また、選定電極240Cと第2の電極245の間の放電により、絶縁基板290の第3の貫通孔形成位置283Cにおいて、絶縁基板290が局部的に溶融する。
Due to the discharge between the
その直後に、切り替えユニット230により、導体250および255の接続先が直流高圧電源225の側に切り替えられる。
Immediately thereafter, the
これにより、選定電極240Aと第2の電極245の間に、高直流電圧が印加される。また、高直流電圧の印加により、絶縁基板290の第1の貫通孔形成位置283Aの溶融物が除去され、絶縁基板290の第1の貫通孔形成位置283Aに、貫通孔285Aが形成される。
As a result, a high DC voltage is applied between the
同様に、選定電極240Bと第2の電極245の間、および選定電極240Cと第2の電極245の間にも、高直流電圧が印加される。従って、絶縁基板290の第2の貫通孔形成位置283Bの溶融物が除去され、絶縁基板290の第2の貫通孔形成位置283Bに、貫通孔285Bが形成される。また、絶縁基板290の第3の貫通孔形成位置283Cの溶融物が除去され、絶縁基板290の第3の貫通孔形成位置283Cに、貫通孔285Cが形成される。
Similarly, a high DC voltage is also applied between the selection electrode 240B and the
このように、本発明の一実施例によるレーザ誘導式放電加工装置200を使用した場合、絶縁基板290に、一度に複数の貫通孔285A〜285Cを形成することができる。
Thus, when the laser induction type electric
本発明の一実施例によるレーザ誘導式放電加工装置200では、従来のような貫通孔を一つ形成するたびに、レーザ光の焦点位置を変えるため、絶縁基板290を移動させるという操作が省略または低減される。その結果、レーザ誘導式放電加工装置200を使用した場合、貫通孔の形成に必要な時間を有意に抑制することができる。
In the laser-induced electrical
なお、図3では、反射ミラー262およびDOEレンズ268を備える分岐光学系260を例に、その構成および機能を説明した。しかしながら、分岐光学系260の構成は、これに限られるものではない。例えば、分岐光学系260は、ハーフミラーと集光レンズの組み合わせを複数有するようにして構成されても良い。ハーフミラーを使用することにより、レーザ光源からの単一のレーザ光を、反射レーザ光と透過レーザ光に分割できる。この場合、ハーフミラーによって生じた反射レーザ光を、集光レンズにより絶縁基板に焦点を結ばせるとともに、ハーフミラーによって生じた透過レーザ光を別の集光レンズで絶縁基板に焦点を結ばせることにより、絶縁基板に複数の分岐レーザ光を照射させることができる。
In FIG. 3, the configuration and function of the branching
また、以上の例では、簡略化のため、一列に並んだ3つの貫通孔を絶縁基板290に形成する場合を想定して、レーザ誘導式放電加工装置200の構成を説明した。
In the above example, for the sake of simplicity, the configuration of the laser induction type electric
しかしながら、これは単なる一例であって、絶縁基板に一度に形成される貫通孔の数は、特に限られない。また、貫通孔形成位置の配置パターンも、特に限られない。例えば、貫通孔形成位置の配置パターンは、一列に沿って50個〜100個の貫通孔形成位置を有するパターンであっても良い。この場合、分岐光学系260により、一列分の貫通孔形成位置に相当する数の分岐レーザ光が形成されても良い。また、この場合、第1の電極群は、これらの分岐レーザ光のそれぞれに対応する数の電極を備えても良い。
However, this is merely an example, and the number of through holes formed in the insulating substrate at a time is not particularly limited. Further, the arrangement pattern of the through hole forming positions is not particularly limited. For example, the arrangement pattern of the through-hole forming positions may be a pattern having 50 to 100 through-hole forming positions along one line. In this case, the branching
(本発明の一実施例による別のレーザ誘導式放電加工装置について)
次に、図4を参照して、本発明の一実施例による別のレーザ誘導式放電加工装置について説明する。
(About another laser induction type electric discharge machining apparatus according to an embodiment of the present invention)
Next, another laser induction type electric discharge machining apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
図4には、本発明の一実施例による第2のレーザ誘導式放電加工装置の概略的な構成を示す。 FIG. 4 shows a schematic configuration of a second laser induction type electric discharge machining apparatus according to an embodiment of the present invention.
第2のレーザ誘導式放電加工装置300は、基本的に図2に示した第1のレーザ誘導式放電加工装置200と同様の構成を有する。従って、図4において、図2と同様の部材には、図2に示した参照符号に100を加えた参照符号が付されている。なお、図4において、切り替えユニットおよび第1の電極群など、一部の部材は省略されている。
The second laser induction type electric
ただし、第2のレーザ誘導式放電加工装置300は、図2に示した第1のレーザ誘導式放電加工装置200とは異なり、分岐光学系360と絶縁基板390の間の光路に、回転光学系370を備える。
However, the second laser induction type electric
より具体的には、分岐光学系360から出射される第1の分岐レーザ光318Aと絶縁基板390との間に、第1の回転光学系370Aが配置され、分岐光学系360から出射される第2の分岐レーザ光318Bと絶縁基板390との間に、第2の回転光学系370Bが配置され、分岐光学系360から出射される第3の分岐レーザ光318Cと絶縁基板390との間に、第3の回転光学系370Cが配置される。
More specifically, the first rotating
回転光学系370(370A〜370C)は、「回転方式」により、分岐光学系360からの分岐レーザ光を、絶縁基板390の所望の位置に誘導する役割を有する。
The rotating optical system 370 (370 </ b> A to 370 </ b> C) has a role of guiding the branched laser light from the branching
そのような回転光学系370は、例えば、ガルバノミラーとf−θレンズの組み合わせで構成されても良い。あるいは、回転光学系370は、例えば、ポリゴンミラーとf−θレンズの組み合わせで構成されても良い。
Such a rotating
以下、図5を参照して、回転光学系370がガルバノミラーとf−θレンズの組み合わせで構成される場合を例に、回転光学系370の動作について説明する。なお、以下の説明では、第1の回転光学系370Aを例に、その動作について説明する。
Hereinafter, the operation of the rotating
図5には、第2のレーザ誘導式放電加工装置300を用いて複数の貫通孔を形成する際の、回転光学系370Aの動作を模式的に示す。
FIG. 5 schematically shows the operation of the rotating
図5に示すように、この回転光学系370Aは、ガルバノミラー372およびf−θレンズ378の組み合わせにより構成される。
As shown in FIG. 5, the rotating
第2のレーザ誘導式放電加工装置200を用いて貫通孔を形成する場合、前述のように、レーザ光源310からのレーザ光313が、レンズ311を介して分岐光学系360に照射される。分岐光学系360に入射されたレーザ光は、分岐光学系360のDOEレンズ368により、複数の分岐レーザ光318A〜318Cに分岐される(図4参照)。
When the through-hole is formed using the second laser induction type electric
ここで、図5(a)に示すように、第1の分岐レーザ光318Aは、ガルバノミラー372に照射される。
Here, as shown in FIG. 5A, the first branched laser beam 318 </ b> A is applied to the
ガルバノミラー372は、第1の分岐レーザ光318Aの進行方向に対して、第1の傾斜角α1で配置されている。このため、第1の分岐レーザ光318Aは、ガルバノミラー372において、第1の傾斜角α1に対応する所定の角度で反射され、レーザ光357A1となる。この反射レーザ光357A1は、f−θレンズ378に照射される。f−θレンズ378は、レーザ光357A1が、第1の貫通孔形成位置383A1に焦点を結ばせるように調整されている。
The
このため、レーザ光357A1が絶縁基板390の第1の貫通孔形成位置383A1に照射され、第1の貫通孔形成位置383A1の温度が上昇する。
For this reason, the laser beam 357A1 is irradiated to the first through hole forming position 383A1 of the insulating
次に、前述のように、切り替えユニット(図示されていない)を介して、例えば第1のレーザ誘導式放電加工装置100に示した選定電極240Aと第2の電極245のような、選定電極組(図示されていない)の間に、高周波高電圧が印加される。これにより、選定電極組の間に、高周波高電圧の放電が生じる。
Next, as described above, a selection electrode set such as the
次に、前述のように、切り替えユニット(図示されていない)により、選定電極組の間に、直流高電圧が印加される。これにより、絶縁基板390の第1の貫通孔形成位置383A1の溶融物が除去され、絶縁基板390の第1の貫通孔形成位置383A1に、貫通孔385A1が形成される。
Next, as described above, a DC high voltage is applied between the selected electrode sets by a switching unit (not shown). As a result, the melt at the first through hole forming position 383A1 of the insulating
次に、図5(b)に示すように、第2の貫通孔を形成する際に、ガルバノミラー372が回転する。ガルバノミラー372は、分岐レーザ光318Aの進行方向に対して、第2の傾斜角α2となるように回転する。
Next, as shown in FIG. 5B, the
この際に、分岐レーザ光318Aは、第2の傾斜角α2で配置されたガルバノミラー372によって、第2の傾斜角α2に対応する所定の角度で反射され、レーザ光357A2となる。このレーザ光357A2は、f−θレンズ378に照射される。f−θレンズ378によって、レーザ光357A2は、第1の貫通孔形成位置383A1とは異なる、第2の貫通孔形成位置383A2に焦点を結ぶ。これにより、第2の貫通孔形成位置383A2の温度が上昇する。
At this time, the
次に、前述のように、切り替えユニット(図示されていない)により、例えば第1のレーザ誘導式放電加工装置100に示した選定電極240Bと第2の電極245のような、選定電極組(図示されていない)の間に、直流高電圧が印加される。これにより、絶縁基板390の第2の貫通孔形成位置383A2の溶融物が除去され、絶縁基板390の第2の貫通孔形成位置383A2に、貫通孔385A2が形成される。
Next, as described above, by a switching unit (not shown), a selection electrode pair (not shown) such as the selection electrode 240B and the
次に、図3(c)に示すように、第3の貫通孔を形成する際に、ガルバノミラー372がさらに回転する。ガルバノミラー372は、分岐レーザ光318Aの進行方向に対して、第3の傾斜角α3となるように回転する。
Next, as shown in FIG. 3C, the
分岐レーザ光318Aは、第3の傾斜角α3で配置されたガルバノミラー372によって、第3の傾斜角α3に対応する所定の角度で反射され、レーザ光357A3となる。このレーザ光357A3は、f−θレンズ378に照射される。f−θレンズ378によって、レーザ光357A3は、第1の貫通孔形成位置383A1および第2の貫通孔形成位置383A2とは異なる、第3の貫通孔形成位置383A3に焦点を結ぶ。これにより、第3の貫通孔形成位置383A3の温度が上昇する。
The
次に、前述のように、切り替えユニット(図示されていない)により、例えば第1のレーザ誘導式放電加工装置100に示した選定電極240Cと第2の電極245のような、選定電極組(図示されていない)の間に、直流高電圧が印加される。これにより、絶縁基板390の第3の貫通孔形成位置383A3の溶融物が除去され、絶縁基板390の第3の貫通孔形成位置383A3に、貫通孔385A3が形成される。
Next, as described above, a selection unit set (not shown) such as the
このような操作が、回転光学系370Bおよび回転光学系370Cを用いて、それぞれ、第2の分岐レーザ光318Bおよび第3の分岐レーザ光318Cに対しても同様に実施される。
Such an operation is similarly performed on the second branched laser beam 318B and the third branched laser beam 318C using the rotating optical system 370B and the rotating
このように、第2のレーザ誘導式放電加工装置200では、回転光学系370の動作により、一つの分岐レーザ光(318A〜318C)を用いて、複数の貫通孔形成位置に、順次貫通孔を形成することができる。
As described above, in the second laser induction type electric
従って、第2のレーザ誘導式放電加工装置200では、分岐光学系360と回転光学系370との協働により、貫通孔の形成に必要な時間をよりいっそう低減できる。
Therefore, in the second laser induction type electric
なお、以上の記載では、説明をわかりやすくするため、絶縁基板上に各貫通孔形成位置が一次元的に配列される場合を例に、本発明の一実施例によるレーザ誘導式放電加工装置の構成および動作について説明した。 In the above description, in order to make the explanation easy to understand, the case of the laser induction type electric discharge machining apparatus according to one embodiment of the present invention is described by taking as an example the case where the through hole formation positions are arranged one-dimensionally on the insulating substrate. The configuration and operation have been described.
しかしながら、実際の貫通孔加工技術の分野では、絶縁基板の貫通孔形成位置は、縦横の二次元的に(規則的にまたはランダムに)配列される場合がほとんどである。 However, in the field of actual through-hole processing technology, the through-hole formation positions of the insulating substrate are almost always arranged two-dimensionally (regularly or randomly) in the vertical and horizontal directions.
そこで、以下、一例として、図6を参照して、そのような二次元配列の貫通孔パターンを形成する際の、本発明の一実施例によるレーザ誘導式放電加工装置の動作について説明する。なお、以下の説明では、前述の図2に示したようなレーザ誘導式放電加工装置200を使用して、貫通孔を形成する場合を例に説明する。
Therefore, as an example, the operation of the laser-induced electrical discharge machining apparatus according to an embodiment of the present invention when forming such a two-dimensional array of through-hole patterns will be described below with reference to FIG. In the following description, a case where a through hole is formed using the laser induction type electric
図6には、貫通孔形成位置のパターン583Pを有する絶縁基板590を示す。
FIG. 6 shows an insulating
パターン583Pは、縦(Y方向)、横(X方向)に沿って、規則的に配列された貫通孔形成位置で構成される。各貫通孔形成位置は、それぞれのXY座標を使用して、(1,1)〜(n,m)で表されている(以下、貫通孔を表現する際にも、同様のXY座標を使用する)。別の表現をすれば、パターン583Pは、第1のY座標においてX方向に配列された第1の貫通孔列X1、第2のY座標においてX方向に配列された第2の貫通孔列X2...第mのY座標においてX方向に配列された第mの貫通孔列Xmで構成される。
The
第1の貫通孔列X1は、n個の貫通孔形成位置(1,1)、(2,1)、(3,1)...(n,1)で構成される。第2の貫通孔列X2は、n個の貫通孔形成位置(1,2)、(2,2)、(3,2)...(n,2)で構成され、第mの貫通孔列Xmは、n個の貫通孔形成位置(1,m)、(2,m)、(3,m)...(n,m)で構成される。 The first through-hole row X1 includes n through-hole forming positions (1, 1), (2, 1), (3, 1)... (N, 1). The second through-hole row X2 includes n through-hole formation positions (1, 2), (2, 2), (3, 2)... (N, 2), and the m-th through hole. The row Xm is composed of n through-hole forming positions (1, m), (2, m), (3, m)... (N, m).
このような貫通孔形成位置のパターン583Pに従って、レーザ誘導式放電加工装置200により、合計m×n個の貫通孔を形成する場合、レーザ誘導式放電加工装置200は、第1の貫通孔列X1の各貫通孔形成位置に対応する電極を有する第1の電極群を備えるように構成される。すなわち、第1の電極群は、n個の電極を有する。
When a total of m × n through holes are formed by the laser induced electric
レーザ誘導式放電加工装置200の動作の際には、まず、分岐光学系260により、n本の分岐レーザ光が形成される。これらの分岐レーザ光は、第1の貫通孔列X1の各貫通孔形成位置に、同時に照射される。その後、第1の電極群のn個の電極を用いて、前述の動作(高周波高電圧印加および高直流電圧印加)により、各貫通孔(1,1)、(2,1)、(3,1)...(n,1)が形成される。
In the operation of the laser induction type electric
次に、ステージを用いて、絶縁基板590が、Y方向に距離P1だけ移動される。そして、第2の貫通孔列X2に対して、第1の貫通孔列X1と同様の処理が行われる。これにより、第2の貫通孔列X2の各貫通孔形成位置に、各貫通孔(1,2)、(2,2)、(3,2)...(n,2)が形成される。
Next, using the stage, the insulating
次に、ステージを用いて、絶縁基板590が、Y方向に距離P2だけ移動される。
Next, using the stage, the insulating
このような操作の繰り返しにより、レーザ誘導式放電加工装置200を用いて、二次元配列の貫通孔パターンを形成することができる。
By repeating such an operation, a two-dimensional array of through-hole patterns can be formed using the laser-induced electric
この方法では、X1〜Xmの各貫通孔列に貫通孔を形成する度に、ステージ等を用いて、絶縁基板590を、第1の電極群を構成する電極(または分岐レーザ光の照射位置)に対して相対的に移動させる必要がある。しかしながら、そのような時間を考慮しても、レーザ誘導式放電加工装置200では、一つの貫通孔を形成する度に、絶縁基板を電極(またはレーザ光の照射位置)に対して相対的に移動させる必要がある従来のレーザ誘導式放電加工装置に比べて、貫通孔の加工時間を短縮することができる。
In this method, each time a through-hole is formed in each of the through-hole rows X1 to Xm, a stage or the like is used to connect the insulating
以上、いくつかの具体的な装置の構成例を参照して、本発明の一実施例について説明した。しかしながら、上記装置構成は、単なる一例に過ぎず、他の装置構成を適用しても良いことは当業者には明らかである。例えば、第1および第2のレーザ誘導式放電加工装置200において、第2の電極は、ステージとしての機能を兼ねても良い。その他にも、各種変更および/または置換が可能である。
The embodiment of the present invention has been described above with reference to several specific apparatus configuration examples. However, it is obvious to those skilled in the art that the above device configuration is merely an example, and other device configurations may be applied. For example, in the first and second laser induction type electric
(時間短縮効果について)
次に、前述の第1のレーザ誘導式放電加工装置200を使用して、絶縁基板に多数の貫通孔を形成する場合に、必要となる加工時間を試算した。また、得られた加工時間の計算結果を、従来のレーザ誘導式放電加工装置100を使用した場合の加工時間の計算結果と比較した。
(About time reduction effect)
Next, the required processing time was calculated when a large number of through holes were formed in the insulating substrate using the first laser induction type electric
加工時間の試算には、以下の前提条件を使用した:
貫通孔形成位置683のパターンは、図7に示すように、絶縁基板690の表面に対して、X方向Y方向にマトリクス状に配置される(X方向に沿った貫通孔形成位置683の配列を、それぞれ、X1...Xn...X100と称する)。
The following assumptions were used for the calculation of the machining time:
As shown in FIG. 7, the pattern of the through
より詳しく説明すると、貫通孔形成位置683は、縦100個×横100個のパターンで構成され、ここで、ピッチPx=Py=200μmである。
More specifically, the through-
加工処理後に各貫通孔形成位置683に形成される各貫通孔685の最大直径(絶縁基板690の一方の表面における開口の直径)は、15μmとする。
The maximum diameter of each through
このような前提条件の下、各レーザ誘導式放電加工装置による貫通孔の加工時間について検討した。 Under such preconditions, the processing time of the through hole by each laser induction type electric discharge machining apparatus was examined.
(従来のレーザ誘導式放電加工装置100を使用した場合の加工時間)
図8には、従来のレーザ誘導式放電加工装置100を使用して、複数の貫通孔を形成する場合のタイミングチャートを示す。
(Machining time when using the conventional laser induction type electric discharge machining apparatus 100)
FIG. 8 shows a timing chart when a plurality of through holes are formed using the conventional laser induction type electric
ここで、一つの貫通孔を形成するために必要な時間を1周期Tとすると、この1周期Tの中には、(i)貫通孔形成位置へのレーザ光の照射時間τ1、(ii)電極組間への高周波高電圧印加時間τ2、(iii)電極組間への直流高電圧印加時間τ3および直流高電圧電源の充電時間τ4、ならびに(iv)ステージの移動時間τ5等が含まれる。 Here, assuming that the time required to form one through hole is one period T, the period T includes (i) the irradiation time τ1 of the laser beam to the through hole formation position, (ii) High frequency high voltage application time τ2 between electrode sets, (iii) DC high voltage application time τ3 and DC high voltage power supply time τ4 between electrode sets, (iv) Stage movement time τ5, and the like.
このうち、電極組間への高周波高電圧印加時間τ2は、1msec程度であるが、この印加時間τ2は、レーザ光の照射時間τ1とオーバーラップしているため、ここでは考慮する必要はない。また、電極組間への直流高電圧印加時間τ3は、通常、極めて短いため、考慮する必要はない。従って、1周期Tは、実質的には、レーザ光の照射時間τ1、直流高電圧電源の充電時間τ4、およびステージの移動時間τ5によって決まることになる。 Among these, the high frequency high voltage application time τ2 between the electrode sets is about 1 msec. However, the application time τ2 overlaps with the laser light irradiation time τ1, and need not be considered here. Also, the DC high voltage application time τ3 between the electrode sets is usually extremely short and need not be considered. Therefore, one period T is substantially determined by the laser beam irradiation time τ1, the DC high-voltage power supply charging time τ4, and the stage moving time τ5.
このうち、レーザ光の照射時間τ1は、10msec程度である。直流高電圧電源の充電時間τ4は、5msec程度である。また、貫通孔685間のピッチが200μmであるため、1回のステージ移動に必要な移動時間τ5は、ステージの移動速度を5mm/secとして、約40msecとなる。なお、直流高電圧充電時間τ4は、ステージの移動時間τ5とオーバーラップできる。
Among these, the laser beam irradiation time τ1 is about 10 msec. The charging time τ4 of the DC high voltage power supply is about 5 msec. Further, since the pitch between the through
これらをまとめると、図8のようになる。すなわち、1周期T≒50msecとなる。 These are summarized as shown in FIG. That is, one cycle T≈50 msec.
ここで、従来のレーザ誘導式放電加工装置100では、一つの貫通孔685を形成する度に、ステージにより、絶縁基板690をピッチPx分だけX方向に移動させる必要がある。また、従来のレーザ誘導式放電加工装置100では、分岐光学系が存在しないため、各貫通孔685を形成するためには、常に1周期Tの時間が必要となる。
Here, in the conventional laser induced electric
さらに、例えば、図7において、X方向における一列分の100個の貫通孔685を形成した後には、ステージを用いて、絶縁基板690をY方向に、ピッチPy分だけ移動させる必要がある。この時間は、前述のように、40msecである。
Further, for example, in FIG. 7, after forming 100 through
以上のことを考慮した場合、図7に示したような縦横100個ずつ、合計10000個の貫通孔685のパターンを得るには、
0.010(秒)×100(列)×100(行):加工時間
+0.04(秒)×99(列)×99(行) :同じ行でのステージ移動時間
+0.04(秒)×99(行) :異なる行でのステージ移動時間
として、トータル496秒の加工時間が必要となる。
In consideration of the above, in order to obtain a pattern of 10000 through
0.010 (seconds) × 100 (columns) × 100 (rows): machining time + 0.04 (seconds) × 99 (columns) × 99 (rows): stage moving time in the same row + 0.04 (seconds) × 99 (line): Stage movement time on a different line
As a result, a total processing time of 496 seconds is required.
(本発明による第1のレーザ誘導式放電加工装置を使用した場合の加工時間)
次に、本発明による第1のレーザ誘導式放電加工装置200を使用した場合の加工時間について検討する。なお、第1の電極群の電極数は、図7のX方向の一つの列Xnに含まれる貫通孔形成位置683の数と同じ100個とする。
(Machining time when using the first laser induction type electric discharge machining apparatus according to the present invention)
Next, the processing time when using the first laser induction type electric
図9には、第1のレーザ誘導式放電加工装置200を使用して、複数の貫通孔を形成する場合のタイミングチャートを示す。
FIG. 9 shows a timing chart when a plurality of through holes are formed using the first laser induction type electric
ここでも、一つの貫通孔を形成するために必要な時間を1周期Tとすると、この1周期Tの中には、(i)貫通孔形成位置へのレーザ光の照射時間τ1(10msec)、(ii)電極間への高周波高電圧印加時間τ2(1msec)、ならびに(iii)電極間への直流高電圧印加時間τ3および直流高電圧電源の充電時間τ4(5msec)が含まれる。 Here again, assuming that the time required to form one through hole is one period T, the period T includes (i) the irradiation time τ1 (10 msec) of the laser beam to the through hole formation position, (Ii) The high frequency high voltage application time τ2 (1 msec) between the electrodes, and (iii) the DC high voltage application time τ3 between the electrodes and the charging time τ4 (5 msec) of the DC high voltage power supply are included.
しかしながら、第1のレーザ誘導式放電加工装置200では、分岐光学系260が存在するため、単一のレーザ光を100本の分岐レーザ光に分岐することができる。従って、1周期Tの処理で、一度に一つの列Xnに100個の貫通孔を形成することができ、一つの列Xn中の処理に対して、ステージの移動時間τ5は省略することができる。
However, in the first laser induction type electric
従って、基本的な1周期T≒10msecとなる。 Accordingly, the basic one cycle T≈10 msec.
ただし、第1のレーザ誘導式放電加工装置200を使用する場合も、X方向における一列分Xnの100個の貫通孔685を形成した後には、ステージを用いて、絶縁基板690をY方向に、ピッチPy分だけ移動させる必要がある。この時間は、前述のように、40msecである。
However, even when the first laser induction type electric
以上のことを考慮した場合、図7に示したような縦横100個ずつ、合計10000個の貫通孔685のパターンを得るには、
0.010(sec/1列分)×100(列) :加工時間
+0.04(sec)×99(回) :異なる行でのステージ移動時間
として、トータル4.96秒の加工時間が必要となる。
In consideration of the above, in order to obtain a pattern of 10000 through
0.010 (sec / 1 column) × 100 (column): machining time + 0.04 (sec) × 99 (times): stage moving time in different rows
As a result, a total processing time of 4.96 seconds is required.
このように、第1のレーザ誘導式放電加工装置200を使用した場合、従来のレーザ誘導式放電加工装置100に比べて、同じ貫通孔パターンを形成するのに必要な時間が有意に抑制されることが確認された。
Thus, when the first laser induction type electric
本発明は、インターポーザ用絶縁基板の製造技術等に利用することができる。 The present invention can be used for manufacturing technology of an insulating substrate for an interposer.
100 従来のレーザ誘導式放電加工装置
110 レーザ光源
113 レーザ光
120 高周波高電圧電源
125 直流高電圧電源
130 切り替えユニット
140、145 電極
150、155 導体
183 照射位置
185 貫通孔
190 絶縁基板
200 第1のレーザ誘導式放電加工装置
210 レーザ光源
211 レンズ
213 レーザ光
218、218A〜218C 分岐レーザ光
220 高周波高電圧電源
225 直流高電圧電源
230 切り替えユニット
240 第1の電極群
240A、240B、240C 電極
245 第2の電極
250 第1の導体
255 第2の導体
260 分岐光学系
262 反射ミラー
268 DOEレンズ
283A〜283C 貫通孔形成位置
285、285A、285B、285C 貫通孔
290 絶縁基板
300 第2のレーザ誘導式放電加工装置
310 レーザ光源
311 レンズ
313 レーザ光
318、318A〜318C 分岐レーザ光
357A1、357A2、357A3 レーザ光
360 分岐光学系
362 反射ミラー
368 DOEレンズ
370、370A〜370C 回転光学系
372 ガルバノミラー
378 f−θレンズ
383A1〜383A3 貫通孔形成位置
385A1、385A2、385A3 貫通孔
390 絶縁基板
583P 貫通孔形成位置のパターン
590 絶縁基板
683 貫通孔形成位置
685 貫通孔
690 絶縁基板
DESCRIPTION OF
Claims (9)
当該レーザ誘導式放電加工装置は、分岐光学系を有し、
前記分岐光学系は、レーザ光源から放射されたレーザ光を、複数の分岐レーザ光に分岐でき、
当該レーザ誘導式放電加工装置は、放電用の複数の電極組を有し、
前記複数の電極組の各々は、前記分岐レーザ光のそれぞれに対応することを特徴とするレーザ誘導式放電加工装置。 A laser induction type electric discharge machining apparatus that uses a discharge phenomenon between electrodes to form a through hole at a focal position of a laser beam on an insulating substrate,
The laser induction type electric discharge machining apparatus has a branch optical system,
The branch optical system can branch laser light emitted from a laser light source into a plurality of branch laser lights,
The laser induction type electric discharge machining apparatus has a plurality of electrode sets for electric discharge,
Each of the plurality of electrode sets corresponds to each of the branched laser beams.
前記各電極組の前記第1の電極は、それぞれ、対応する貫通孔形成位置の近傍に配置される、請求項3または4に記載のレーザ誘導式放電加工装置。 Each of the branched laser beams has a focal point at a plurality of through-hole forming positions on the insulating substrate,
5. The laser-induced electrical discharge machining apparatus according to claim 3, wherein the first electrode of each electrode set is disposed in the vicinity of a corresponding through-hole forming position.
前記各電極組の前記第1の電極は、それぞれ、前記一列に配列された各貫通孔形成位置の近傍に配置される、請求項3乃至5のいずれか一つに記載のレーザ誘導式放電加工装置。 The insulating substrate has a plurality of through-hole forming positions arranged in a row,
6. The laser-induced electrical discharge machining according to claim 3, wherein the first electrode of each electrode set is arranged in the vicinity of each through-hole forming position arranged in the row. 7. apparatus.
前記回転光学系は、ポリゴンミラーとf−θレンズの組み合わせを有する、請求項7に記載のレーザ誘導式放電加工装置。 The laser-induced electrical discharge machining apparatus according to claim 7, wherein the rotating optical system has a combination of a galvano mirror and an f-θ lens, or the rotating optical system has a combination of a polygon mirror and an f-θ lens. .
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2016055295A (en) * | 2014-09-05 | 2016-04-21 | 旭硝子株式会社 | Device and method of forming through hole on glass substrate |
CN108080782A (en) * | 2018-01-02 | 2018-05-29 | 南京航空航天大学 | The lateral wall insulation method of micro hole Electrolyzed Processing electrode and application |
-
2012
- 2012-10-10 JP JP2012225403A patent/JP2014076513A/en not_active Withdrawn
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