JP4559260B2 - How to drill printed circuit boards - Google Patents

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Description

本発明はパルス状のレーザビームによりプリント基板に穴を加工するプリント基板の穴明け方法およびプリント基板の穴明け装置に関するものである。   The present invention relates to a printed circuit board drilling method and a printed circuit board drilling apparatus that process holes in a printed circuit board with a pulsed laser beam.

従来、表面の第１番目の層が導体層であるｎ層の導体層とｎ層または（ｎ−１）層の絶縁層を交互に積層したプリント基板にＵＶレーザであるパルス状のレーザビーム（以下、単にレーザビームという。）を用いて穴を明ける場合、加工する穴の直径が５０μｍ以上である時には、直径が穴入口径とほぼ等しく、エネルギ分布が光軸に垂直な面方向に略均一なトップハットビームあるいはエネルギ分布が光軸に垂直な面方向にガウシアン曲線状であるガウシアンビームを必要な回数照射するか（以下、「パンチ加工法」という。）、あるいは直径が穴入口径よりも小さく、直径が５０μｍ以下のトップハットビームあるいはガウシアンビームを例えば円周軌跡上を移動させながら照射することを半径方向に繰り返していた（以下、「トレパニング加工法」という。）。   Conventionally, a pulsed laser beam (which is a UV laser) is printed on a printed circuit board in which an n-layer conductor layer whose first layer on the surface is a conductor layer and an n-layer or (n-1) insulating layer are alternately laminated ( Hereinafter, when a hole is drilled using a laser beam), when the diameter of the hole to be processed is 50 μm or more, the diameter is substantially equal to the hole entrance diameter, and the energy distribution is substantially uniform in the plane direction perpendicular to the optical axis. A top hat beam or a Gaussian beam whose energy distribution is perpendicular to the optical axis is irradiated as many times as necessary (hereinafter referred to as “punching”), or the diameter is larger than the hole entrance diameter. Irradiation with a small top hat beam or Gaussian beam with a diameter of 50 μm or less, for example, while moving on a circumferential trajectory was repeated in the radial direction (hereinafter referred to as “trepanin”). Processing method ”).

なお、レーザビームの加工箇所に対する位置決めは光学スキャナと集光レンズを用いるが、集光レンズの大きさで定まるスキャンエリアはプリント基板に対して小さい。このため、スキャンエリア内の加工が終了したら、次のスキャンエリアにプリント基板と集光レンズを水平方向に相対的に移動させて加工を行う。   In addition, although an optical scanner and a condensing lens are used for positioning the laser beam with respect to the processing position, a scan area determined by the size of the condensing lens is small with respect to the printed circuit board. For this reason, when the processing in the scan area is completed, the processing is performed by relatively moving the printed circuit board and the condenser lens in the horizontal direction to the next scan area.

例えば、特許文献１には、紫外光により金属と絶縁物等とからなる材料に穴を明ける技術が開示されている。
特表平特開１０−５０８７９８号公報 For example, Patent Document 1 discloses a technique for making a hole in a material made of a metal and an insulator with ultraviolet light.
Japanese Laid-Open Patent Publication No. 10-508798

しかし、導体層の分解エネルギのしきい値と絶縁層を構成する樹脂の分解エネルギのしきい値との差は大きい。このため、表面の層が導体層であるプリント基板に穴を加工する場合、パルス状のレーザビームを同一箇所に続けて照射すると、その下層の絶縁層に形成された穴の直径が導体層に形成された穴の直径よりも大径になり導体層が絶縁層に形成される穴に対してオーバーハング状になったり、絶縁層に形成される穴側壁の深さ方向の中間が入り口径よりも大径のバレル状になったりする。   However, the difference between the decomposition energy threshold of the conductor layer and the decomposition energy threshold of the resin constituting the insulating layer is large. For this reason, when processing a hole in a printed circuit board whose surface layer is a conductor layer, if a pulsed laser beam is continuously irradiated to the same location, the diameter of the hole formed in the insulating layer underneath the conductor layer The diameter of the hole formed is larger than the diameter of the hole and the conductor layer is overhanging the hole formed in the insulating layer. Also becomes a large-diameter barrel.

導体層が絶縁層に形成される穴に対してオーバーハング状になったり、絶縁層がバレル状になった穴に対して高速の電気めっきあるいはフィルドめっき（穴底からめっきを成長させて穴埋めを行うめっき法）を行うと、導体層の穴入口にめっきが集中し、めっき層に中空部（ボイド）が生じ易くなる。このため、めっき時間を短縮することができず、加工能率を向上させることができなかった。   Conductor layer overhangs holes formed in the insulating layer, or high-speed electroplating or filled plating (holes are grown from the bottom of the hole) When the plating method) is performed, plating concentrates at the hole entrance of the conductor layer, and a hollow portion (void) is likely to be generated in the plating layer. For this reason, the plating time could not be shortened and the processing efficiency could not be improved.

また、エネルギ密度を導体層に合わせて加工すると、絶縁層の厚さが変動した場合、穴底の導体層の表面を損傷するだけでなく、穴底の導体層を貫通してしまうことがある。   Also, if the energy density is processed to match the conductor layer, if the thickness of the insulating layer fluctuates, it may not only damage the surface of the conductor layer at the bottom of the hole, but also penetrate the conductor layer at the bottom of the hole. .

さらに、絶縁層がガラスを含有するいわゆるガラス入り基材の場合、穴側壁の樹脂が選択的に除去されて形成された穴の内部にガラス繊維の突出しが大きくなる。また、必要以上に樹脂が除去されて隣接する穴との間に微小な隙間が形成され、めっきにより隣接する穴が導通になってしまうこともある。このため、穴間ピッチを狭くできず、プリント基板を小さくする、いわゆる基板の高密度化を図ることができなかった。   Further, in the case of a so-called glass-containing base material in which the insulating layer contains glass, the protrusion of the glass fiber becomes large inside the hole formed by selectively removing the resin on the side wall of the hole. Further, the resin is removed more than necessary, and a minute gap is formed between adjacent holes, and the adjacent holes may become conductive due to plating. For this reason, the pitch between holes cannot be reduced, and the printed circuit board can be reduced, so-called high density of the substrate cannot be achieved.

本発明の目的は、上記従来技術の課題を解決し、加工能率および基板の高密度化を図ることができるプリント基板の穴明け方法およびプリント基板の穴明け装置を提供するにある。   An object of the present invention is to provide a printed circuit board drilling method and a printed circuit board drilling apparatus capable of solving the above-described problems of the prior art and increasing the processing efficiency and the density of the board.

上記課題を解決するため、本発明の第１の手段は、導体層と絶縁層が交互に積層されたプリント基板の穴明け方法において、予め、前記導体層の各層を加工するのに必要な照射回数を、前記導体層の各層から放射される発光を監視しながら、エネルギ密度が前記導体層の各層を加工できる値に定められたレーザビームを当該導体層にパルス状に照射して、当該導体層からの発光が所定の閾値より小さくなるまでの照射回数を当該導体層の照射回数として求め、求めた前記照射回数により当該導体層の他の箇所に貫通穴を加工することを特徴とする。 In order to solve the above-mentioned problem, the first means of the present invention is a method for drilling a printed circuit board in which conductor layers and insulating layers are alternately laminated, and irradiation required for processing each layer of the conductor layer in advance. The number of times is monitored while monitoring the light emission emitted from each layer of the conductor layer, and the conductor layer is irradiated with a laser beam whose energy density is set to a value capable of processing each layer of the conductor layer. The number of times of irradiation until the light emission from the layer becomes smaller than a predetermined threshold is determined as the number of times of irradiation of the conductor layer, and through holes are processed in other portions of the conductor layer based on the determined number of times of irradiation.

また、本発明の第２の手段は、表面の第１番目の層が導体層であるｎ層の導体層とｎ層または（ｎ−１）層の絶縁層を交互に積層したプリント基板の穴明け方法において、第１番目の導体層を、直径が指定された穴入口径に等しく、かつ、エネルギ密度がこの第１番目の導体層を除去できるパルス状のレーザビームを前記第１の手段の方法で求めた照射回数照射することにより除去し、前記第１番目の導体層の下層の第１番目の絶縁層を、直径が前記第１番目の導体層を加工したレーザビームよりも大きく、かつ、エネルギ密度が第１番目の絶縁層は除去できるが前記第１番目の導体層は除去できないパルス状のレーザビームを複数回照射することにより除去し、第ｉ番目（ただし、ｉ＝２〜ｎの整数）の導体層を、直径が第（ｉ−１）の導体層を加工したレーザビームよりも小さく、かつ、エネルギ密度が第ｉ番目の導体層を除去できるパルス状のレーザビームを前記第１の手段の方法で求めた照射回数照射することにより、また、第ｉ番目の導体層の下層の第ｉ番目の絶縁層を、エネルギ密度が前記第１の絶縁層を加工したパルス状のレーザビームを複数回照射することにより除去し、前記第１の導体層に形成した穴の直径を維持するようにしたことを特徴とする前記第１の手段に記載のプリント基板の穴明け方法。 In addition, the second means of the present invention is to provide a hole in a printed circuit board in which n conductive layers and n or (n-1) insulating layers are alternately laminated, the first layer of which is a conductive layer. In the dawn method, the first conductor layer has a pulsed laser beam having a diameter equal to the specified hole entrance diameter and an energy density capable of removing the first conductor layer of the first means. The first insulating layer under the first conductor layer is removed by irradiating the number of irradiation times determined by the method, and the diameter is larger than the laser beam obtained by processing the first conductor layer; The first insulating layer whose energy density can be removed, but the first conductor layer cannot be removed, is removed by irradiating a pulsed laser beam a plurality of times, and the i th (where i = 2 to n) guiding of the conductor layer of an integer), a diameter (i-1) th Smaller than the laser beam machining the layer, and, by irradiating the number irradiation energy density was determined by the method of the i-th of said first means a pulsed laser beam the conductive layer can be removed, also the The i-th insulating layer below the i-th conductor layer is removed by irradiating the first conductor layer with a pulsed laser beam whose energy density is processed the plurality of times. 2. The printed circuit board drilling method according to the first aspect, wherein the diameter of the formed hole is maintained.

また、本発明の第３の手段は、レーザ発振器から出力されたパルス状のレーザビームを光学系を介して導体層と絶縁層が交互に積層されたプリント基板に導き、前記プリント基板の加工箇所に穴を加工するプリント基板穴明け装置において、加工部からの発光を監視するセンサと、前記センサの出力と予め定められた閾値とを比較する比較手段と、前記比較手段が動作するまでに加工部に照射した前記レーザビームの照射回数をカウントするカウンタと、前記カウンタによりカウントされた前記照射回数を記憶する記憶装置と、を設け、テスト加工により記憶されたパルスの数を加工おけるパルスの数として前記導体層と絶縁層の各層を加工をすることを特徴とする。   According to a third means of the present invention, a pulsed laser beam output from a laser oscillator is guided to a printed circuit board in which conductor layers and insulating layers are alternately laminated via an optical system, In a printed circuit board drilling device for processing holes in a sensor, a sensor for monitoring light emission from a processing section, a comparison means for comparing the output of the sensor with a predetermined threshold, and processing before the comparison means operates. A counter that counts the number of times of irradiation of the laser beam irradiated on the part and a storage device that stores the number of times of irradiation counted by the counter, and the number of pulses that can be processed by the number of pulses stored by test processing Each of the conductor layer and the insulating layer is processed as follows.

必要最小限のエネルギにより導体層および絶縁層に穴を加工することができるので加工能率を向上させることができる。また、導体層および絶縁層に損傷が発生しないので基板の高密度化を図ることができる。   Since holes can be machined in the conductor layer and the insulating layer with the minimum necessary energy, the machining efficiency can be improved. Further, since the conductor layer and the insulating layer are not damaged, the density of the substrate can be increased.

以下、本発明を図示の実施形態に基づいて説明する。   Hereinafter, the present invention will be described based on illustrated embodiments.

図１は本発明に係るプリント基板穴明け装置の構成図である。
システムコントローラＢは、点線で囲んで示す装置機構部Ａと、レーザ発振器コントローラＤと、フォトセンサ２１と、に接続されている。後述するように、システムコントローラＢには、フォトセンサ２１およよびフォトセンサ３０ａ〜３０ｄの出力と予め定められた閾値とを比較する比較手段ｐと、比較手段ｐが動作するまでに加工部に照射したレーザビームの照射回数をカウントするカウンタｑと、加工条件およびカウントされた照射回数を記憶する記憶装置ｒと、を備えている。 FIG. 1 is a block diagram of a printed circuit board drilling apparatus according to the present invention.
The system controller B is connected to the device mechanism part A, the laser oscillator controller D, and the photosensor 21 that are shown surrounded by a dotted line. As will be described later, the system controller B includes a comparison unit p for comparing the outputs of the photosensor 21 and the photosensors 30a to 30d with a predetermined threshold value, and a processing unit before the comparison unit p operates. A counter q for counting the number of irradiation times of the irradiated laser beam, and a storage device r for storing processing conditions and the counted number of irradiation times are provided.

記憶装置ｒには、銅を加工するのに適切なエネルギ密度と絶縁物を加工するのに適切なエネルギ密度とが予め記憶されている。また、記憶装置ｒにはビームモード（光軸に対して垂直な断面におけるエネルギ分布）毎に、銅を加工する場合のレーザビームの直径とその場合のレーザ発振器および各光学系の設定値が一覧表の形で記憶されており、この設定値によるレーザビームは銅を加工するのに適切なエネルギ密度である。同様に、絶縁物を加工する場合のレーザビームの直径とその場合のレーザ発振器および各光学系の設定値が一覧表の形で記憶されており、この設定値によるレーザビームは絶縁物を加工するのに適切なエネルギ密度である。   The storage device r stores in advance an energy density appropriate for processing copper and an energy density appropriate for processing an insulator. The storage device r lists the diameter of the laser beam when processing copper and the set values of the laser oscillator and each optical system in each beam mode (energy distribution in a cross section perpendicular to the optical axis). Stored in the form of a table, the laser beam according to this set value has an energy density suitable for processing copper. Similarly, the diameter of the laser beam when processing the insulator and the set values of the laser oscillator and each optical system in that case are stored in the form of a list, and the laser beam according to this set value processes the insulator. The energy density is suitable for the above.

そして、システムコントローラＢはビームモードとレーザビーム径を指示されると、加工に適したレーザビームが加工部に照射されるように、レーザ発振器および各光学系を設定する。   When the system controller B is instructed about the beam mode and the laser beam diameter, the system controller B sets the laser oscillator and each optical system so that the processing unit is irradiated with a laser beam suitable for processing.

装置機構部Ａにはレーザ発振器Ｃと、一点鎖線で囲んで示す加工ヘッドＥおよびレーザ発振器Ｃと、加工ヘッドＥを光学的に接続する光学系等が搭載されている。   The apparatus mechanism section A is equipped with a laser oscillator C, a machining head E surrounded by a one-dot chain line, a laser oscillator C, and an optical system for optically connecting the machining head E.

レーザ発振器Ｃは、ビームモードがガウシアン曲線状であるガウシアンビームの直線偏光のＵＶレーザ（ここでは、波長が３５５ｎｍ）をパルス状に出力する。レーザ発振器Ｃから出力されるレーザビーム１の光軸上には、ビーム整形器２と、ビーム分配器３（たとえば、音響光学方式のＡＯＭまたは電気光学式のＥＯＭ）が配置されている。   The laser oscillator C outputs a linearly polarized UV laser (here, the wavelength is 355 nm) of a Gaussian beam whose beam mode is a Gaussian curve in a pulse shape. On the optical axis of the laser beam 1 output from the laser oscillator C, a beam shaper 2 and a beam distributor 3 (for example, an acousto-optic AOM or an electro-optic EOM) are arranged.

ビーム整形器２は、例えば、ガウシアンビームをエネルギ分布が均一なビームモードであるトップハットビームに変換したり、レーザビーム１のビーム径を調整することができる。   The beam shaper 2 can convert, for example, a Gaussian beam into a top hat beam that is a beam mode with a uniform energy distribution, and can adjust the beam diameter of the laser beam 1.

ビーム分配器３は、システムコントローラＢからの指令により、入射するレーザビーム１を第１の方向のレーザビーム４（１次光）または／およびレーザビーム６（０次光）、すなわちエネルギがレーザビーム１のＱ％（ただし、Ｑ＝１００〜０）であるレーザビーム４とエネルギがレーザビーム１の（１００−Ｑ）％であるレーザビーム６、あるいは第２の方向のレーザビーム５（１次光）または／および直進方向のレーザビーム６、あるいはレーザビーム６として出力する。そして、１次光と０次光の割合を変えることによりレーザビーム４またはレーザビーム５のエネルギのレベルを調節することができる。また、レーザビーム１のパルス数の制御を行うことができる。ここでは、レーザビーム４とレーザビーム５がＳ波であるとする。   In response to a command from the system controller B, the beam distributor 3 converts the incident laser beam 1 into a laser beam 4 (primary light) or / and a laser beam 6 (zero-order light) in the first direction, that is, energy is a laser beam. A laser beam 4 having a Q% of 1 (where Q = 100 to 0) and a laser beam 6 having an energy of (100−Q)% of the laser beam 1 or a laser beam 5 in the second direction (primary light) ) Or / and the laser beam 6 in the straight traveling direction or the laser beam 6 is output. The energy level of the laser beam 4 or the laser beam 5 can be adjusted by changing the ratio of the primary light and the zero-order light. Further, the number of pulses of the laser beam 1 can be controlled. Here, it is assumed that the laser beam 4 and the laser beam 5 are S waves.

ビーム分配器３とミラー１１Ｘとの間のレーザビーム４の光軸上には、ビーム径調整用コリメータ７ａ、マスク投影加工時に加工スポット径を調整するアパーチャ８ａ、偏光方向変換装置４０、ビームスプリッタ９ａおよび偏光板１０が配置されている。以下、アパーチャ８ａを透過したレーザビーム４をレーザビーム４ａという。   On the optical axis of the laser beam 4 between the beam distributor 3 and the mirror 11X, there are a beam diameter adjusting collimator 7a, an aperture 8a for adjusting a processing spot diameter during mask projection processing, a polarization direction changing device 40, and a beam splitter 9a. And the polarizing plate 10 is arrange | positioned. Hereinafter, the laser beam 4 transmitted through the aperture 8a is referred to as a laser beam 4a.

ビームスプリッタ９ａのレーザビーム４ａの光軸の入射側および反射側の延長線上には、波長３００〜８００ｎｍの光をそれぞれ検出することができるフォトセンサ３０ａ、３０ｂが配置されている。   Photosensors 30a and 30b capable of detecting light having a wavelength of 300 to 800 nm are disposed on the extension lines on the incident side and the reflection side of the optical axis of the laser beam 4a of the beam splitter 9a.

ビームスプリッタ９ａは波長３００〜８００ｎｍの光を９９％反射し、１％を透過させる。偏光板１０は入射するＳ波を反射し、Ｐ波を透過させる。   The beam splitter 9a reflects 99% of light having a wavelength of 300 to 800 nm and transmits 1%. The polarizing plate 10 reflects the incident S wave and transmits the P wave.

偏光方向変換装置４０は例えば複数個の反射ミラーから構成され、入射する光の偏光方向を９０度回転させる。   The polarization direction converter 40 is composed of, for example, a plurality of reflection mirrors, and rotates the polarization direction of incident light by 90 degrees.

ガルバノスキャナ１１はミラー１１Ｘとミラー１１Ｙとから構成されている。   The galvano scanner 11 includes a mirror 11X and a mirror 11Y.

ビーム分配器３とガルバノスキャナ１１との間のレーザビーム５の光軸上にはビーム径調整用コリメータ７ｂ、マスク投影加工時に加工スポット径を調整するアパーチャ８ｂ、ビームスプリッタ９ｂおよび偏光板１０が配置されている。以下、アパーチャ８ｂを透過したレーザビーム５をレーザビーム５ａという。   On the optical axis of the laser beam 5 between the beam distributor 3 and the galvano scanner 11, a beam diameter adjusting collimator 7b, an aperture 8b for adjusting a processing spot diameter during mask projection processing, a beam splitter 9b, and a polarizing plate 10 are arranged. Has been. Hereinafter, the laser beam 5 transmitted through the aperture 8b is referred to as a laser beam 5a.

ビームスプリッタ９ｂは波長３００〜８００ｎｍの光を９９％反射し、１％を透過させる。ビームスプリッタ９ｂのレーザビーム５の光軸の入射側および反射側の延長線上には波長３００〜８００ｎｍの光を検出することができるフォトセンサ３０ｃ、３０ｄがそれぞれ配置されている。   The beam splitter 9b reflects 99% of light having a wavelength of 300 to 800 nm and transmits 1%. Photosensors 30c and 30d capable of detecting light having a wavelength of 300 to 800 nm are arranged on the incident line and reflection side extension lines of the optical axis of the laser beam 5 of the beam splitter 9b.

加工ヘッドＥと対向する位置に配置された加工テーブル１４はＸ−Ｙ方向に移動自在である。加工テーブル１４には加工対象であるプリント基板１３が載置されている。また、図中矢印を付して示すｍ×ｍの範囲は、ガルバノスキャナ１１のスキャンエリアである。   The processing table 14 arranged at a position facing the processing head E is movable in the XY direction. A printed circuit board 13 to be processed is placed on the processing table 14. In addition, an m × m range indicated by an arrow in the drawing is a scan area of the galvano scanner 11.

なお、図１では、説明上必要なコーナーミラー以外のコーナーミラーは、図示が省略されている。   In FIG. 1, corner mirrors other than the corner mirrors necessary for explanation are not shown.

スキャンエリアに対向するようにして先端に集光光学系２０ａを備えた光ファイバ２０の一端が、例えば、加工部から約４０ｍｍの位置に配置されている。光ファイバ２０の他端はフォトセンサ２１に接続されている。光ファイバ２０はフィルタ機能を備えており、波長４００〜６００ｎｍの光を選択的にフォトセンサ２１に伝達する。   One end of the optical fiber 20 provided with the condensing optical system 20a at the tip so as to face the scan area is disposed, for example, at a position of about 40 mm from the processing portion. The other end of the optical fiber 20 is connected to the photosensor 21. The optical fiber 20 has a filter function, and selectively transmits light having a wavelength of 400 to 600 nm to the photosensor 21.

次に、この実施例の動作を説明する。   Next, the operation of this embodiment will be described.

初めに、レーザビーム４の経路を説明する。
レーザ発振器Ｃから出力されたパルス状のレーザビーム１は、ビーム整形器２によりエネルギ分布およびビーム径が定められてビーム分配器３に入射し、パルスエネルギのレベルを調整されて、レーザビーム４、５、６のいずれかとして出力される。 First, the path of the laser beam 4 will be described.
The pulsed laser beam 1 output from the laser oscillator C has its energy distribution and beam diameter determined by the beam shaper 2 and is incident on the beam distributor 3, the level of the pulse energy is adjusted, and the laser beam 4, 5 or 6 is output.

レーザビーム４はビーム径調整用コリメータ７ａおよびアパーチャ８ａにより外径を定められてレーザビーム４ａ（ここではＳ波）になり、偏光方向変換装置４０によりＰ波に変換されてビームスプリッタ９ａに入射し、一部はビームスプリッタ９ａを透過してフォトセンサ３０ａに入射し、残りは反射される。ビームスプリッタ９ａで反射されたレーザビーム４ａは偏光板１０を透過してミラー１１Ｘに入射し、ミラー１１Ｘとミラー１１Ｙによりプリント基板１３に入射する位置を定められ、集光レンズ（ｆθレンズ）１２を介してプリント基板１３に入射してプリント基板１３を加工する。   The outer diameter of the laser beam 4 is determined by a beam diameter adjusting collimator 7a and an aperture 8a to become a laser beam 4a (here, an S wave), which is converted into a P wave by a polarization direction converter 40 and incident on a beam splitter 9a. , Part of the light passes through the beam splitter 9a and enters the photosensor 30a, and the rest is reflected. The laser beam 4a reflected by the beam splitter 9a passes through the polarizing plate 10 and enters the mirror 11X. The position where the laser beam 4a enters the printed circuit board 13 is determined by the mirror 11X and the mirror 11Y, and the condenser lens (fθ lens) 12 is passed through. And enters the printed circuit board 13 to process the printed circuit board 13.

プリント基板１３で反射されたレーザビーム４ａの反射光２２の一部と加工部に伴って発生する加工光２３の一部とから構成される光は、光ファイバ２０に入射する。また、反射光２２の一部と加工光２３の一部は入射経路を逆行し、その一部はビームスプリッタ９ａを透過し、透過光４ａａとしてフォトセンサ３０ｂに入射する。   Light composed of a part of the reflected light 22 of the laser beam 4 a reflected by the printed circuit board 13 and a part of the processed light 23 generated along with the processed part enters the optical fiber 20. Further, a part of the reflected light 22 and a part of the processing light 23 travel in reverse directions, and a part of the reflected light 22 passes through the beam splitter 9a and enters the photosensor 30b as transmitted light 4aa.

また、レーザビーム５はビーム径調整用コリメータ７ｂおよびアパーチャ８ｂにより外径を定められてレーザビーム５ａ（ここではＳ波）になり、一部はビームスプリッタ９ｂを透過してフォトセンサ３０ｃに入射し、残りは反射される。反射されたレーザビーム５ａは偏光板９に入射し、偏光板９に反射されてミラー１１Ｘに入射し、ミラー１１Ｘとミラー１１Ｙによりプリント基板１３に入射する位置を定められ、集光レンズ（ｆθレンズ）１２を介してプリント基板１３に入射してプリント基板１３を加工する。   Further, the outer diameter of the laser beam 5 is determined by a beam diameter adjusting collimator 7b and an aperture 8b to become a laser beam 5a (here, S wave), and part of the laser beam 5 passes through the beam splitter 9b and enters the photosensor 30c. The rest is reflected. The reflected laser beam 5a is incident on the polarizing plate 9, is reflected by the polarizing plate 9, is incident on the mirror 11X, and is positioned on the printed circuit board 13 by the mirror 11X and the mirror 11Y. ) 12 is incident on the printed circuit board 13 through 12 to process the printed circuit board 13.

プリント基板１３で反射されたレーザビーム５ａの反射光２２（ここでは、レーザビーム５ａの反射光も反射光２２という。）の一部と加工部に伴って発生する加工光２３の一部とから構成される光は、光ファイバ２０に入射する。また、反射光２２の一部と加工光２３の一部は入射経路を逆行し、偏光板９に反射され、その一部がビームスプリッタ９ｂを透過し、透過光５ａａとしてフォトセンサ３０ｄに入射する。   From a part of the reflected light 22 of the laser beam 5a reflected by the printed circuit board 13 (here, the reflected light of the laser beam 5a is also referred to as the reflected light 22) and a part of the processed light 23 generated along with the processed part. The configured light is incident on the optical fiber 20. In addition, a part of the reflected light 22 and a part of the processed light 23 travel in the reverse direction of the incident path, are reflected by the polarizing plate 9, and part of the light passes through the beam splitter 9b and enters the photosensor 30d as transmitted light 5aa. .

また、レーザビーム６は図示を省略する装置に入射して熱に変えられる。   Further, the laser beam 6 is incident on a device (not shown) and converted into heat.

次に、本発明の加工手順について説明する。
ここでは、表面の第１番目の層が銅層であるｎ層の銅層とｎ層または（ｎ−１）層の絶縁層が交互に積層されたプリント基板に穴を加工する場合について説明する。 Next, the processing procedure of the present invention will be described.
Here, a case will be described in which a hole is processed in a printed circuit board in which an n-layer copper layer and an n-layer or (n−1) -layer insulating layer whose first layer on the surface is a copper layer are alternately stacked. .

図２は本発明の加工手順を示すフローチャート、図３、図４はサブルーチンのフローチャートである。   FIG. 2 is a flowchart showing a processing procedure of the present invention, and FIGS. 3 and 4 are subroutine flowcharts.

加工に先立ち、以下のパラメータを加工条件として設定しておく。
（１）テスト加工位置Ｓｋ（ただし、ｋは加工位置の位置番号で、１〜ｍａｘ）の座標
（２）加工する銅層の層数Ｇ
（３）加工する絶縁層の層数Ｚ
（４）絶縁層を加工するときのレーザビーム径Ｄ
（５）絶縁層を加工するときのエネルギ密度とビームモード
（６）第１層目の銅層を加工するときのレーザビーム径ｄ
（７）銅層を加工するときのエネルギ密度とビームモード Prior to machining, the following parameters are set as machining conditions.
(1) Test machining position Sk (where k is the machining position position number, 1 to max) coordinates (2) Number of copper layers G to be machined
(3) Number of insulating layers Z to be processed
(4) Laser beam diameter D when processing the insulating layer
(5) Energy density and beam mode when processing the insulating layer (6) Laser beam diameter d when processing the first copper layer
(7) Energy density and beam mode when processing the copper layer

ここでは、エネルギ密度が８J／ｃｍ２でありビームモードがトップハット形のレーザビーム４ａにより銅層を、エネルギ密度が１J／ｃｍ２であるトップハット形のレーザビーム５ａにより絶縁層を加工するものとする。また、レーザビーム径ｄは加工しようとする穴の直径とし、直径Ｄは直径ｄよりも大きい値とする。なお、テスト加工位置Ｓｋとしてはプリント基板１３の製品とならない部分が選択される。 Here, the copper layer is processed by the laser beam 4a having the energy density of 8 J / cm 2 and the beam mode is the top hat type, and the insulating layer is processed by the top hat type laser beam 5a having the energy density of 1 J / cm 2. And The laser beam diameter d is the diameter of the hole to be processed, and the diameter D is larger than the diameter d. As the test processing position Sk, a portion that is not a product of the printed circuit board 13 is selected.

図示を省略する加工開始ボタンがオンされると、位置番号ｋを１、層番号ｉを０とした後（手順Ｓ１００）、層番号ｉを１とする（手順Ｓ１１０）。そして、図３に示すサブルーチンＳＵＢ・Ａを実行した後、手順Ｓ１３０の処理を行う（手順Ｓ１２０）。   When the machining start button (not shown) is turned on, the position number k is set to 1 and the layer number i is set to 0 (step S100), and then the layer number i is set to 1 (step S110). Then, after the subroutine SUB · A shown in FIG. 3 is executed, the process of step S130 is performed (step S120).

サブルーチンＳＵＢ・Ａでは、加工ビームをレーザビーム４ａの条件に設定し（手順Ｓ６００）、また、照射回数ｊを０にリセットした後（手順Ｓ６１０）、照射回数ｊに１を加えて（手順Ｓ６２０）、レーザビーム４ａを１回（１パルス）照射し（手順Ｓ６３０）、発光の有無をチェックする（手順Ｓ６４０）。すなわち、レーザビーム４ａが照射されると、銅層が加工されると共に、加工部から、レーザビーム４ａの反射光（波長３５５ｎｍ）と、５００〜５５０ｎｍ付近に強度のピークを持つ３００〜８００ｎｍの加工光２３が放射され、その一部が光ファイバ２０に入射する。そして、光ファイバ２０のフィルタ機能により反射光２２は除去され、４００〜６００ｎｍの加工光２３ａ（以下、「発光」という。）が光ファイバ２０を透過してフォトセンサ２１に到達し、フォトセンサ２１をオンさせる。   In the subroutine SUB • A, the processing beam is set to the condition of the laser beam 4a (procedure S600), and after resetting the irradiation number j to 0 (procedure S610), 1 is added to the irradiation number j (procedure S620). The laser beam 4a is irradiated once (one pulse) (procedure S630), and the presence or absence of light emission is checked (procedure S640). That is, when the laser beam 4a is irradiated, the copper layer is processed, and from the processed portion, the reflected light (wavelength 355 nm) of the laser beam 4a and the processing of 300 to 800 nm having an intensity peak in the vicinity of 500 to 550 nm. Light 23 is emitted, and a part of the light 23 enters the optical fiber 20. Then, the reflected light 22 is removed by the filter function of the optical fiber 20, and processing light 23 a (hereinafter referred to as “light emission”) having a wavelength of 400 to 600 nm passes through the optical fiber 20 and reaches the photosensor 21. Turn on.

比較手段ｐはフォトセンサ２１の出力Ｉｃを予め定められた閾値ＴＨｃと比較し、出力Ｉｃが予め定められた閾値ＴＨｃよりも大きい場合は、銅層が残っている（すなわち銅層の加工が未完）と判定して手順Ｓ６２０の処理を行い、その他の場合すなわち銅層に貫通穴が加工されたと判定される場合は処理を終了する（手順Ｓ６４０）。   The comparison means p compares the output Ic of the photosensor 21 with a predetermined threshold value THc. If the output Ic is larger than the predetermined threshold value THc, the copper layer remains (that is, the copper layer has not been processed yet). ) And the process of step S620 is performed. In other cases, that is, when it is determined that the through hole has been processed in the copper layer, the process is terminated (step S640).

エネルギ密度が８J／ｃｍ２であるレーザビーム４ａは１回の照射で約１μｍの深さだけ銅層を除去することができる。したがって、例えば、銅層の厚さが９μｍである場合、レーザビーム４ａの照射が９±１回程度繰り返される。 The laser beam 4a having an energy density of 8 J / cm 2 can remove the copper layer by a depth of about 1 μm by one irradiation. Therefore, for example, when the thickness of the copper layer is 9 μm, the irradiation of the laser beam 4a is repeated about 9 ± 1 times.

手順Ｓ１３０では照射回数ｊを、テスト加工位置番号ｋおよび銅層番号ｉとセットにして記憶する。そして、ｉとＧとを比較し、ｉ＜Ｇの場合は手順Ｓ１５０の処理を行い、その他の場合は手順Ｓ２１０の処理を行う（手順Ｓ１４０）。   In step S130, the number j of irradiations is stored as a set together with the test processing position number k and the copper layer number i. Then, i and G are compared. If i <G, the process of step S150 is performed, and otherwise, the process of step S210 is performed (procedure S140).

手順Ｓ１５０ではレーザビーム４ａの直径ｄを（１−０．０５ｉ）ｄに置き換えた後、層番号ｉとＺとを比較し（手順Ｓ１６０）、ｉ＜Ｚの場合は図４に示すサブルーチンＳＵＢ・Ｂを実行した後（手順Ｓ１７０）、手順Ｓ１８０の処理を行い、その他の場合は手順Ｓ２１０の処理を行う。なお、レーザビーム４ａの直径ｄを（１−０．０５ｉ）ｄに置き換える際には、アパーチャ８ａを対応する直径のアパーチャ８ａに切り替える。   In step S150, after the diameter d of the laser beam 4a is replaced with (1-0.05i) d, the layer numbers i and Z are compared (step S160). If i <Z, the subroutine SUB. After executing B (procedure S170), the process of step S180 is performed. In other cases, the process of step S210 is performed. When the diameter d of the laser beam 4a is replaced with (1-0.05i) d, the aperture 8a is switched to the corresponding diameter 8a.

サブルーチンＳＵＢ・Ｂでは、加工ビームを直径がＤのレーザビーム５ａの条件に、また、照射回数ｊを０にリセットした後（手順Ｓ７００，Ｓ７１０）、照射回数ｊに１を加えて（手順Ｓ７２０）、レーザビーム５ａを１回照射し（手順Ｓ７３０）、反射光の強度Ｉｚをチェックする（手順Ｓ７４０）。すなわち、下層に銅層がある場合、絶縁層を加工している場合の反射光２２の強度Ｉｚに対して、絶縁物が除去された場合に露出した銅層で反射された反射光２２の強度Ｉｚは遙かに大きい。そこで、フォトセンサ２１に入力する反射光２１の強度Ｉｚを予め定める閾値ＴＨｚとを比較し、強度Ｉｚが予め定められた閾値ＴＨｚよりも小さい場合はまだ絶縁層が残っている（すなわち絶縁層の加工が未完）と判定して手順Ｓ７２０の処理を行い、その他の場合すなわち絶縁層に貫通穴が加工されたと判定される場合は、処理を終了する。   In the subroutine SUB / B, the processing beam is set to the condition of the laser beam 5a having the diameter D, and the irradiation frequency j is reset to 0 (procedures S700 and S710), and then 1 is added to the irradiation frequency j (procedure S720). Then, the laser beam 5a is irradiated once (step S730), and the intensity Iz of the reflected light is checked (step S740). That is, when there is a copper layer in the lower layer, the intensity of the reflected light 22 reflected by the exposed copper layer when the insulator is removed with respect to the intensity Iz of the reflected light 22 when the insulating layer is processed. Iz is much larger. Therefore, the intensity Iz of the reflected light 21 input to the photosensor 21 is compared with a predetermined threshold value THz. If the intensity Iz is smaller than the predetermined threshold value THz, the insulating layer still remains (that is, the insulating layer is It is determined that the processing is incomplete, and the process of step S720 is performed. In other cases, that is, when it is determined that the through hole is processed in the insulating layer, the process ends.

手順Ｓ１８０では照射回数ｊを、テスト加工位置番号ｋおよび絶縁層番号ｉとセットにして記憶する。   In step S180, the irradiation frequency j is stored as a set together with the test processing position number k and the insulating layer number i.

そして、テスト加工位置番号ｋとｋｍａｘとを比較し、ｋ＜ｋｍａｘの場合はテスト加工位置番号ｋに１を加えて手順Ｓ１１０の処理を行い（手順Ｓ２００）、その他の場合（すなわち、ｋ≧ｋｍａｘの場合）は手順Ｓ２１０の処理を行う（手順Ｓ１９０）。   Then, the test machining position numbers k and kmax are compared. If k <kmax, 1 is added to the test machining position number k (step S200), and the other cases (that is, k ≧ kmax). ), The process of step S210 is performed (step S190).

手順Ｓ２１０では、テスト加工位置Ｓ１〜Ｓｍａｘにおける第ｉ番目の銅層あるいは絶縁層の照射回数ｊのうち、最も多い照射回数ｊをそれぞれの加工時の照射回数として設定し、指定された最初の穴明け加工を行う（手順Ｓ２２０）。以下、同様にして、指令された総ての加工が終了するまで加工を行う（手順Ｓ２３０）。   In step S210, among the number of irradiations j of the i-th copper layer or insulating layer at the test processing positions S1 to Smax, the largest number of irradiations j is set as the number of irradiations in each processing, and the designated first hole Dawn processing is performed (procedure S220). In the same manner, the machining is performed until all the commanded machining is completed (step S230).

本発明に依れば、テスト加工（図２における手順Ｓ１００〜手順Ｓ２１０）により貫通穴を加工する銅層および絶縁層の総てに対して貫通穴を加工できる照射数を定め、定めた照射数により実際の加工を行う（図２における手順Ｓ２２０、手順Ｓ２３０）ので、各層の厚さが異なる場合も、品質を均一なものとすることができると共に、制御が容易である。   According to the present invention, the number of irradiations that can be processed through holes is determined for all the copper layers and insulating layers that are processed through holes by test processing (procedures S100 to S210 in FIG. 2). Therefore, even when the thickness of each layer is different, the quality can be made uniform and the control is easy.

また、この実施例では、第２層以降の銅層を加工するレーザパルス４ａの直径を徐々に小さくするので、加工した穴の入り口径が損傷せず、品質に優れる加工を行うことができる。   In this embodiment, since the diameter of the laser pulse 4a for processing the second and subsequent copper layers is gradually reduced, the entrance diameter of the processed hole is not damaged, and processing with excellent quality can be performed.

また、絶縁層を加工するのに必要な照射回数を確認するようにしたので、照射回数を必要以上に増す必要が無く、加工能率を向上することができる。   Further, since the number of irradiations necessary for processing the insulating layer is confirmed, it is not necessary to increase the number of irradiations more than necessary, and the processing efficiency can be improved.

また、この加工手順に依れば、表面から所望の導体層に達する底付き穴だけでなく、貫通穴も加工することができる。   Moreover, according to this processing procedure, not only a bottomed hole reaching the desired conductor layer from the surface but also a through hole can be processed.

なお、レーザビーム５ａのエネルギ密度は導体層を損傷するだけの強度がないので、照射回数を測定せず、設計上の絶縁層厚さの最大値に余裕を加えた回数照射するようにしてもよい。   Since the energy density of the laser beam 5a is not strong enough to damage the conductor layer, the number of times of irradiation is not measured, and the number of times of irradiation with a margin added to the designed maximum value of the insulating layer thickness may be used. Good.

また、各層に照射するレーザビーム照射回数を層厚測定で得られた最大値としたが、予め各層の厚さが知られている場合には、例えば照射回数の許容範囲を定めておき、許容範囲から外れる場合はアラームを出すようにしても良い。   In addition, the number of times of laser beam irradiation to each layer is set to the maximum value obtained by the layer thickness measurement. However, when the thickness of each layer is known in advance, for example, an allowable range of the number of irradiations is determined and allowed. If it is out of range, an alarm may be issued.

また、フォトセンサ３０ａおよびフォトセンサ３０ｃの出力を監視し、例えばレーザビーム４ａあるいはレーザビーム５ａの出力が何らかの原因で小さくなった場合には、その時の層厚測定の値を除いて例えば加工時の照射回数を定めるようにしてもよい。   Further, the outputs of the photosensor 30a and the photosensor 30c are monitored. For example, when the output of the laser beam 4a or the laser beam 5a becomes small for some reason, the value of the layer thickness measurement at that time is excluded, for example, at the time of processing. You may make it define the frequency | count of irradiation.

また、テスト加工時のレーザビーム４ａのエネルギ密度とレーザビーム径ｄとを固定値にしておき、各層に貫通穴を加工するのに必要な照射数を定めた後、エネルギ密度は変えずに加工する穴の直径に合わせたレーザビームにより試し加工を行い、その結果を評価するようにしてもよい。   In addition, the energy density of the laser beam 4a and the laser beam diameter d at the time of test processing are set to fixed values, and after determining the number of irradiations necessary for processing through holes in each layer, the energy density is not changed. Test processing may be performed with a laser beam matched to the diameter of the hole to be made, and the result may be evaluated.

また、エネルギ分布が径方向に略均一なトップハット形としたが、エネルギ分布がガウシアン曲線状のガウシアン形としてもい。  Further, although the top hat shape in which the energy distribution is substantially uniform in the radial direction is used, the energy distribution may be a Gaussian shape having a Gaussian curve shape.

さらに、第２番目以降の銅層を加工するレーザビーム４ａの直径ｄを（１−０．０５ｉ）ｄに置き換えたが（図２における手順Ｓ１５０）、第２番目以降の銅層を直径ｄのレーザビーム４ａで加工してもよい。   Furthermore, the diameter d of the laser beam 4a for processing the second and subsequent copper layers is replaced with (1-0.05i) d (step S150 in FIG. 2), but the second and subsequent copper layers are of the diameter d. You may process with the laser beam 4a.

なお、加工部のスポット径はコリメータ７により制御してもよいし、アパーチャ８ａ（または８ｂ）と加工部間との距離を変えることにより制御してもよい。   The spot diameter of the processed part may be controlled by the collimator 7 or may be controlled by changing the distance between the aperture 8a (or 8b) and the processed part.

また、反射光２２の強度は、ミラー１１Ｘとミラー１１Ｙの角度により変化する（すなわち、レンズ中心から離れた加工部からの信号レベルは距離に応じて低下する）ので、ミラー１１Ｘとミラー１１Ｙの角度に応じて検出信号のレベルを補正するように構成すると、検出精度を更に向上させることができる。   Further, since the intensity of the reflected light 22 changes depending on the angle between the mirror 11X and the mirror 11Y (that is, the signal level from the processing part away from the lens center decreases according to the distance), the angle between the mirror 11X and the mirror 11Y. If the configuration is such that the level of the detection signal is corrected according to the above, the detection accuracy can be further improved.

なお、フォトセンサ３０ｂあるいはフォトセンサ３０ｄに入射する光を２分割し、分割した光の一方を用いて波長３５５ｎｍの光を検出し、分割した光の他方を用いて波長４００〜６００ｎｍの光を検出するように構成してもよい。  In addition, the light incident on the photosensor 30b or the photosensor 30d is divided into two, one of the divided lights is used to detect light having a wavelength of 355 nm, and the other of the divided lights is used to detect light having a wavelength of 400 to 600 nm. You may comprise.

ところで、上記では、絶縁層を加工するエネルギ密度を一定にしたが、加工途中で変化させるようにしてもよい。   By the way, although the energy density which processes an insulating layer was made constant above, you may make it change in the middle of a process.

図５は、上記加工手順に伴う加工部の形状を示す模式図であり、プリント基板１３の導体層５０ｉおよび絶縁層５１ｉの添え字ｉは図の上側（表面側）が１である。同図において、上段は銅層を加工する場合、下段は絶縁層を加工する場合であり、それぞれのエネルギ密度ＨＥを高さで示してある。 FIG. 5 is a schematic diagram showing the shape of a processed part in accordance with the above processing procedure. The suffix i of the conductor layer 50i and the insulating layer 51i of the printed board 13 is 1 on the upper side (front side) of the figure. In the figure, the upper part when processing copper layer, the lower is the case of processing the insulating layer, there is shown a respective energy density H E in height.

同図（ａ）に示すように、絶縁層５１１の加工開始時（すなわち、銅層５０１の加工直後）は銅層５０１を加工しない範囲でエネルギ密度を大きくして（例えば、３J／ｃｍ２）絶縁層５１１を設計上の厚さの７０％程度まで加工を行った後、エネルギ密度を１J／ｃｍ２にしてもよい。このようにレーザビームのエネルギ密度を制御すると、加工能率を向上させることができると共に絶縁層が穴底に残らないようにすることができる。 As shown in FIG. 5A, at the start of processing of the insulating layer 511 (that is, immediately after processing of the copper layer 501), the energy density is increased within a range where the copper layer 501 is not processed (for example, 3 J / cm 2 ). After processing the insulating layer 511 to about 70% of the designed thickness, the energy density may be 1 J / cm 2 . By controlling the energy density of the laser beam in this way, the processing efficiency can be improved and the insulating layer can be prevented from remaining on the bottom of the hole.

また、同図（ｂ）に示すように、絶縁層を加工する場合のエネルギ密度を３段階に変化させてもよい。このようにレーザビームのエネルギ密度を制御すると、形成する貫通穴の側壁を滑らかにすることができる。  Further, as shown in FIG. 5B, the energy density when the insulating layer is processed may be changed in three stages. By controlling the energy density of the laser beam in this way, the side wall of the through hole to be formed can be made smooth.

また、第１層目の導体層と第２層目の導体層とを接続する場合には、同図（ｃ）に示すように、第１層目の絶縁層を加工するレーザビーム５ａの直径Ｄをレーザビーム径４ａの直径ｄよりも小径にしてもよい。このようにすると、加工によりガス化した絶縁層の構成部材が表面から速やかに排出されるので、側面が滑らかな穴を形成することができる。
いずれの場合も、絶縁層に形成される側面のテーパ角度αが１０〜９０°になるようにレーザビーム５ａの形状を制御すると、めっき工程において欠陥の少ないめっき処理を行うことができる。 When the first conductor layer and the second conductor layer are connected, the diameter of the laser beam 5a for processing the first insulating layer as shown in FIG. D may be smaller than the diameter d of the laser beam diameter 4a. If it does in this way, since the constituent member of the insulating layer gasified by processing will be discharged quickly from the surface, a hole with a smooth side surface can be formed.
In any case, when the shape of the laser beam 5a is controlled so that the taper angle α of the side surface formed in the insulating layer is 10 to 90 °, a plating process with few defects can be performed in the plating process.

ここで、穴内面のテーパ角αは、ビーム整形器を制御してレーザビームの径方向のエネルギ分布を制御することにより変更することができる。すなわち、例えば、レーザビームの中央部におけるエネルギ密度を外周部に向けて半径方向に小さくする割合を大きくするとテーパ角度αを大きくすることができる。   Here, the taper angle α of the hole inner surface can be changed by controlling the energy distribution in the radial direction of the laser beam by controlling the beam shaper. That is, for example, the taper angle α can be increased by increasing the ratio of decreasing the energy density in the central portion of the laser beam in the radial direction toward the outer peripheral portion.

次に、具体的な加工例について説明する。
（加工例１） Next, a specific processing example will be described.
(Processing example 1)

銅層の厚さが１２μｍ、絶縁層の厚さが６０μｍＲＣＣ材（ガラス入り基板）を、エネルギ密度８J／ｃｍ２、直径が４５μｍのレーザビーム４ａ（パルス周波数ｆは３０ＫＨｚ）のトップハットビームにより加工した場合、１１パルスで第１番目の導体層に貫通穴を形成できた。このとき、第１番目の絶縁層に形成された穴の深さは３μｍ以下であり、第１番目の絶縁層がレーザビーム４ａによりほとんど加工されないことを確認した。 RCC material (glass-containing substrate) with a copper layer thickness of 12 μm and an insulating layer thickness of 60 μm is processed by a top hat beam with an energy density of 8 J / cm 2 and a diameter of 45 μm of a laser beam 4a (pulse frequency f is 30 KHz). In this case, a through hole could be formed in the first conductor layer with 11 pulses. At this time, the depth of the hole formed in the first insulating layer was 3 μm or less, and it was confirmed that the first insulating layer was hardly processed by the laser beam 4a.

また、絶縁層の残厚に応じて、エネルギ密度を段階的（１．６、１．０、０．８Ｊ/ｃｍ２）に設定して、合計７０パルスによる３ステップ加工を行った場合も、良好な穴品質・穴形状が得られることを確認した。 Also, when the energy density is set stepwise (1.6, 1.0, 0.8 J / cm 2 ) in accordance with the remaining thickness of the insulating layer, and three-step processing with a total of 70 pulses is performed, It was confirmed that good hole quality and hole shape were obtained.

また、エネルギ密度が１Ｊ/ｃｍ２の場合、絶縁層が除去された後、１０パルス程度余分に照射しても直下層の銅層が損傷されたり、当該絶縁層に形成した穴の形状が不良になることはなかった。 In addition, when the energy density is 1 J / cm 2 , the copper layer directly underneath is damaged or the shape of the hole formed in the insulating layer is poor even if an extra irradiation of about 10 pulses is performed after the insulating layer is removed. Never became.

なお、高温の分解物により穴品質が低下することを予防するため、実加工においては、いわゆるサイクル加工（例えば、１個の穴を形成するためにレーザービームを２０回照射する場合、５箇所を組として各加工箇所にレーザビームを１回ずつ照射することを２０回繰り返す。）することが望ましい。   In order to prevent the hole quality from being deteriorated by a high-temperature decomposition product, in the actual processing, so-called cycle processing (for example, when the laser beam is irradiated 20 times to form one hole, five locations are It is desirable to repeat the irradiation of the laser beam once to each processing portion as a set 20 times).

また、ここでは第ｎ番目の導体層を加工するレーザビームの直径を第（ｎ−１）番目の導体層を加工するレーザビームの直径の９５％にしたが、好ましくは第ｎ番目の導体層を加工するレーザビームの直径を第（ｎ−１）番目の導体層に加工された穴底の直径にするとよい。   Here, the diameter of the laser beam for processing the nth conductor layer is set to 95% of the diameter of the laser beam for processing the (n−1) th conductor layer, but preferably the nth conductor layer. The diameter of the laser beam for processing the hole may be the diameter of the hole bottom processed in the (n-1) th conductor layer.

また、本発明は、パンチ加工法の場合に限らず、穴の直径よりも小径のレーザビームを用いて穴を加工する方法であるトレパニング加工法に適用することもできる。   The present invention is not limited to the punching method, and can be applied to a trepanning method that is a method of processing a hole using a laser beam having a diameter smaller than the diameter of the hole.

ところで、ミラー１１で反射されて集光レンズ１２に入射するレーザビーム４ａのほとんどは集光レンズ１２を透過するが、ごく一部は集光レンズ１２の表面で反射し、入射経路を逆行してフォトセンサ３０ａに入射する。すなわち、フォトセンサ３０ａには加工部で反射されたレーザビーム４ａと集光レンズ１２の表面で反射されたレーザビーム４ａが同時に入射することになる。この実施形態では、加工部で反射されたレーザビーム４ａだけを識別する必要があるので、集光レンズ１２の表面で反射されたレーザビーム４ａはノイズになる。そこで、予め集光レンズ１２の表面で反射されたレーザビーム４ａの強度範囲を求めておき、フォトセンサ３０ｂの検出値から集光レンズ１２の表面で反射されたレーザビーム４ａの強度を除いたものを反射光２２の強度とすると、加工中の導体層の穴加工が終了した場合および絶縁層の穴加工が終了した場合の検出精度を向上させることができる。   By the way, most of the laser beam 4a that is reflected by the mirror 11 and enters the condenser lens 12 is transmitted through the condenser lens 12, but only a small part is reflected by the surface of the condenser lens 12 and travels backward through the incident path. The light enters the photosensor 30a. That is, the laser beam 4a reflected by the processing portion and the laser beam 4a reflected by the surface of the condenser lens 12 are simultaneously incident on the photosensor 30a. In this embodiment, since it is necessary to identify only the laser beam 4a reflected by the processing portion, the laser beam 4a reflected by the surface of the condenser lens 12 becomes noise. Therefore, the intensity range of the laser beam 4a reflected on the surface of the condenser lens 12 is obtained in advance, and the intensity of the laser beam 4a reflected on the surface of the condenser lens 12 is removed from the detection value of the photosensor 30b. Is the intensity of the reflected light 22, it is possible to improve the detection accuracy when the drilling of the conductor layer being processed is finished and when the drilling of the insulating layer is finished.

ところで、フォトセンサ３０ｂに入射する反射光２２の強度が小さい場合、検出精度がが低下する場合がある。   By the way, when the intensity of the reflected light 22 incident on the photosensor 30b is small, the detection accuracy may decrease.

次に、本発明の変形例について説明する。
図６は、本発明における加工ヘッド部近傍の正面図である。
集光レンズ１２のプリント基板１３側には、１／４λ板６０が配置されている。
１／４λ板６０は、入射する直線偏光の光を円偏光の光として出力し、入射する円偏光の光を直線偏光の光として出力するという特性を備えている。そして、円偏光の光は例えば鏡によって反射すると、反射した円偏光の偏光方向は反転、すなわち、回転方向が１８０度変わる。したがって、回転方向が反転した円偏光の光が再び１／４λ板６０に入射すると、偏光方向は入射したときの偏光方向に対して９０度回転する。すなわち、例えば、１／４λ板６０に入射する入射光がＰ波の場合、加工部で反射されて１／４λ板６０から出力される光（すなわち反射光２２）はＳ波になる。 Next, a modified example of the present invention will be described.
FIG. 6 is a front view of the vicinity of the machining head portion in the present invention.
A ¼λ plate 60 is disposed on the printed circuit board 13 side of the condenser lens 12.
The ¼λ plate 60 has characteristics of outputting incident linearly polarized light as circularly polarized light and outputting incident circularly polarized light as linearly polarized light. When the circularly polarized light is reflected by, for example, a mirror, the polarization direction of the reflected circularly polarized light is reversed, that is, the rotation direction is changed by 180 degrees. Therefore, when the circularly polarized light whose rotation direction is reversed is incident on the ¼λ plate 60 again, the polarization direction is rotated 90 degrees with respect to the polarization direction when the light is incident. That is, for example, when the incident light incident on the quarter λ plate 60 is a P wave, the light reflected from the processed portion and output from the ¼ λ plate 60 (that is, the reflected light 22) becomes an S wave.

また、ミラー１１Ｙは波長５００〜５５０ｎｍの光を透過させるビームスプリッタで形成され、ミラー１１Ｙの透過側にはフォトセンサ５０が配置されている。フォトセンサ５０は銅層から反射される波長５００〜５５０ｎｍの光を検出する。   The mirror 11Y is formed of a beam splitter that transmits light having a wavelength of 500 to 550 nm, and the photosensor 50 is disposed on the transmission side of the mirror 11Y. The photosensor 50 detects light having a wavelength of 500 to 550 nm reflected from the copper layer.

次に、この変型例の動作を説明する。
１／４λ板６０に入射する直線偏光（Ｐ波）のレーザビーム４ａは円偏光のレーザビーム４ａ（図中の４ａｃ）として１／４λ板６０から出射し、円偏光のレーザビーム４ａとして加工部に入射する。偏光方向が直線偏光から円偏光に変わっても、ネルギは変化しないので、加工は直線偏光の場合と同じ加工結果を得ることができる。 Next, the operation of this modification will be described.
The linearly polarized (P wave) laser beam 4a incident on the ¼λ plate 60 is emitted from the ¼λ plate 60 as a circularly polarized laser beam 4a (4ac in the figure) and processed as a circularly polarized laser beam 4a. Is incident on. Since the energy does not change even if the polarization direction changes from linearly polarized light to circularly polarized light, the same processing result as in the case of linearly polarized light can be obtained.

加工部で反射された反射光２２（円偏光のレーザビーム４ａｃ）は入射経路を逆行し、Ｓ波の反射光２２として１／４λ板６０から出射し、偏光板１０により反射されてフォトセンサ３０ｄに入射する。一方、集光レンズ１２の表面で反射されたレーザビーム４ａは偏光板１０を透過してフォトセンサ３０ｂに入射する。   The reflected light 22 (circularly polarized laser beam 4ac) reflected by the processing part travels backward along the incident path, is emitted from the ¼λ plate 60 as S-wave reflected light 22, is reflected by the polarizing plate 10, and is reflected by the photosensor 30d. Is incident on. On the other hand, the laser beam 4a reflected by the surface of the condenser lens 12 passes through the polarizing plate 10 and enters the photosensor 30b.

すなわち、この実施形態では、フォトセンサ３０ｄの出力を監視することにより、反射光２２の検出精度を高精度なものとすることができる。   That is, in this embodiment, the detection accuracy of the reflected light 22 can be made high by monitoring the output of the photosensor 30d.

同様に、レーザビーム５ａによる反射光２２をフォトセンサ３０ｂの出力を監視することにより、反射光２２の検出精度を高精度なものとすることができる。   Similarly, the detection accuracy of the reflected light 22 can be made high by monitoring the output of the photosensor 30b for the reflected light 22 by the laser beam 5a.

ここで、加工する穴の深さが深くなると、発光２３ａの強度が小さくなるため、フォトセンサ２１では検出精度が低下する場合がある。フォトセンサ５０の軸線と加工中の穴の軸線の交差角度は、フォトセンサ２１の軸線と加工中の穴の軸線の交差角度よりも小さいので、フォトセンサ５０に入射する発光２３ａの強度はフォトセンサ２１に入射する発光２３ａの強度よりも大きい。したがって、フォトセンサ５０の出力を監視することにより発光２３ａの識別精度を向上させることができる。   Here, when the depth of the hole to be processed is increased, the intensity of the light emission 23a is decreased, and thus the detection accuracy of the photosensor 21 may be decreased. Since the crossing angle between the axis of the photosensor 50 and the axis of the hole being processed is smaller than the crossing angle of the axis of the photosensor 21 and the axis of the hole being processed, the intensity of the light emission 23a incident on the photosensor 50 is the photosensor. It is larger than the intensity of the light emission 23 a incident on the light source 21. Therefore, monitoring accuracy of the light emission 23a can be improved by monitoring the output of the photosensor 50.

なお、フォトセンサ３０ａ、３０ｃに代えて、レーザ発振器１とビーム分配器３との間に波長３００〜８００ｎｍの光を９９％反射し、１％を透過させる第３のビームスプリッタを配置し、透過側にフォトセンサを配置するようにすれば、フォトセンサ３０ａ、３０ｃを設ける必要がない。   In place of the photosensors 30a and 30c, a third beam splitter that reflects 99% of light having a wavelength of 300 to 800 nm and transmits 1% is disposed between the laser oscillator 1 and the beam distributor 3 to transmit the light. If the photo sensor is arranged on the side, it is not necessary to provide the photo sensors 30a and 30c.

また、図示を省略するが、ビームスプリッタ９ａに代えて１対のビームスプリッタを回転軸がねじれの位置になるように配置してれぞれを回転軸の周りに回転できるように構成する（すなわち、ビームスプリッタ９ａに代えて一対のガルバノミラーを配置する）ようにして、２本のビームの照射位置を個別に制御してプリント基板上の異なる２箇所を加工するようにしてもよい。   Although not shown, a pair of beam splitters are arranged in place of the beam splitter 9a so that the rotation axis is in a twisted position so that each can be rotated around the rotation axis (ie, Alternatively, a pair of galvanometer mirrors may be disposed in place of the beam splitter 9a), and two different locations on the printed circuit board may be processed by individually controlling the irradiation positions of the two beams.

さらに、レーザビーム４ａ、５ａをビームスプリッタにより例えば２本に分割し、それぞれを２個の加工ヘッドに供給するように構成してもよい。   Further, the laser beams 4a and 5a may be divided into, for example, two beams by a beam splitter, and each may be supplied to two machining heads.

また、例えば１枚のプリント基板の面積が広い場合、加工する途中の段階で再度テスト加工を行うようにしても良い。また、念のために、加工中に反射光あるいは発光をチェックするようにしてもよい。このようにすると、加工の信頼性をさらに向上させることができる。   For example, when the area of one printed circuit board is large, the test processing may be performed again in the middle of processing. Moreover, you may make it check reflected light or light emission during a process just in case. In this way, the processing reliability can be further improved.

ところで、一般に、レーザ発振器１の場合、ある周波数までは出力が増加するが、その後は出力が低下するという周波数−出力特性を備えている。すなわち、横軸に周波数、縦軸に出力をとる場合、レーザ発振器１の出力特性は上に凸の曲線になる。   By the way, in general, the laser oscillator 1 has a frequency-output characteristic in which the output increases up to a certain frequency, but the output decreases thereafter. That is, when the frequency is plotted on the horizontal axis and the output is plotted on the vertical axis, the output characteristic of the laser oscillator 1 becomes an upwardly convex curve.

エネルギ密度は、出力を周波数で除した値になるので、エネルギ密度を固定の値にしても、加工条件は一義的には定まらない。しかし、実験結果によると、加工速度を速くしたい場合には出力および周波数の両者を大きくすることが有効であり、加工品質を向上させたい場合には出力および周波数の両者を小さくすることが有効である。   Since the energy density is a value obtained by dividing the output by the frequency, even if the energy density is a fixed value, the processing conditions are not uniquely determined. However, according to the experimental results, it is effective to increase both the output and frequency when it is desired to increase the machining speed, and it is effective to reduce both the output and frequency when it is desired to improve the machining quality. is there.

本発明に係るプリント基板穴明け装置の構成図である。（実施例１）It is a block diagram of the printed circuit board drilling apparatus which concerns on this invention. Example 1 本発明の加工手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the process sequence of this invention. 本発明の加工手順におけるサブルーチンのフローチャートである。It is a flowchart of the subroutine in the process sequence of this invention. 本発明の加工手順におけるサブルーチンのフローチャートである。It is a flowchart of the subroutine in the process sequence of this invention. 本発明における加工部の形状を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the shape of the process part in this invention. 本発明における加工ヘッド部近傍の正面図である。（実施例２）It is a front view of the processing head part vicinity in this invention. (Example 2)

符号の説明Explanation of symbols

４ａ レーザビーム
５ａ レーザビーム
２３ａ 発光
５０ｉ 導体層
５１ｉ 絶縁層 4a Laser beam 5a Laser beam 23a Light emission 50i Conductor layer 51i Insulating layer

Claims (11)

導体層と絶縁層が交互に積層されたプリント基板の穴明け方法において、
予め、前記導体層の各層を加工するのに必要な照射回数を、前記導体層の各層から放射される発光を監視しながら、エネルギ密度が前記導体層の各層を加工できる値に定められたレーザビームを前記プリント基板の当該導体層にパルス状に照射して、当該導体層からの発光が所定の閾値より小さくなるまでの照射回数を当該導体層の照射回数として求め、
求めた前記照射回数により当該導体層の他の箇所に貫通穴を加工することを特徴とするプリント基板の穴明け方法。 In the method for drilling printed circuit boards in which conductor layers and insulating layers are alternately stacked,
A laser whose energy density is set to a value that allows each layer of the conductor layer to be processed in advance while monitoring the light emission emitted from each layer of the conductor layer, and the number of irradiations required to process each layer of the conductor layer. Irradiating the conductor layer of the printed circuit board in a pulsed manner, the number of irradiation until the light emission from the conductor layer becomes smaller than a predetermined threshold is determined as the number of irradiation of the conductor layer
A printed circuit board drilling method, wherein a through hole is processed in another portion of the conductor layer according to the obtained number of irradiations. 監視する前記発光の波長を５００〜６００ｎｍとすることを特徴とする請求項１に記載のプリント基板の穴明け方法。 2. The printed circuit board drilling method according to claim 1, wherein a wavelength of the light emission to be monitored is set to 500 to 600 nm. 前記導体層の各層に貫通穴を加工するのに必要な照射回数を求めることを複数の異なる場所で行い、得られた照射回数の最大値を、当該導体層の前記照射回数とすることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のプリント基板の穴明け方法。 Obtaining the number of times of irradiation required to process through holes in each layer of the conductor layer is performed at a plurality of different locations, and the maximum number of times of irradiation obtained is set as the number of times of irradiation of the conductor layer. A method for drilling a printed circuit board according to claim 1 or 2. 前記絶縁層の各層をエネルギ密度が前記絶縁層は除去できるが前記導体層は除去できないパルス状のレーザビームを複数回照射することにより除去し、当該絶縁層に当該絶縁層の下層の導体層または外部に達する穴を形成することを特徴とする請求項１ないし請求項３に記載のプリント基板の穴明け方法。 Each layer of the insulating layer is removed by irradiating a pulsed laser beam multiple times with an energy density that can remove the insulating layer but the conductive layer cannot be removed. 4. A printed circuit board drilling method according to claim 1, wherein a hole reaching the outside is formed. 前記絶縁層に照射するレーザビームの直径を前記導体層に照射するレーザビームの直径よりも大径にすることを特徴とする請求項４に記載のプリント基板の穴明け方法。 5. The printed circuit board drilling method according to claim 4, wherein the diameter of the laser beam applied to the insulating layer is larger than the diameter of the laser beam applied to the conductor layer. 表面の第１番目の層が導体層であるｎ層の導体層とｎ層または（ｎ−１）層の絶縁層を交互に積層したプリント基板の穴明け方法において、
第１番目の導体層を、直径が指定された穴入口径に等しく、かつ、エネルギ密度がこの第１番目の導体層を除去できるパルス状のレーザビームを請求項１記載の方法で求めた照射回数照射することにより除去し、
前記第１番目の導体層の下層の第１番目の絶縁層を、直径が前記第１番目の導体層を加工したレーザビームよりも大きく、かつ、エネルギ密度が第１番目の絶縁層は除去できるが前記第１番目の導体層は除去できないパルス状のレーザビームを複数回照射することにより除去し、
第ｉ番目（ただし、ｉ＝２〜ｎの整数）の導体層を、直径が第（ｉ−１）の導体層を加工したレーザビームよりも小さく、かつ、エネルギ密度が第ｉ番目の導体層を除去できるパルス状のレーザビームを請求項１記載の方法で求めた照射回数照射することにより、
また、第ｉ番目の導体層の下層の第ｉ番目の絶縁層を、エネルギ密度が前記第１の絶縁層を加工したパルス状のレーザビームを複数回照射することにより除去し、
前記第１の導体層に形成した穴の直径を維持するようにしたことを特徴とする請求項１に記載のプリント基板の穴明け方法。 In the drilling method of a printed circuit board in which n layers of conductor layers and n layers or (n-1) insulating layers are alternately laminated, the first layer on the surface being a conductor layer,
An irradiation obtained by the method according to claim 1, wherein the first conductor layer has a pulsed laser beam having a diameter equal to a specified hole entrance diameter and an energy density capable of removing the first conductor layer. Removed by multiple irradiation,
The first insulating layer under the first conductor layer has a diameter larger than that of the laser beam obtained by processing the first conductor layer, and the first insulating layer having the energy density can be removed. However, the first conductor layer is removed by irradiating a pulsed laser beam multiple times that cannot be removed,
The i-th conductor layer (where i is an integer from 2 to n) is smaller than the laser beam obtained by processing the (i-1) -th conductor layer and has an energy density of the i-th conductor layer. By irradiating a pulsed laser beam that can be removed by the number of times of irradiation obtained by the method of claim 1,
Further, the i-th insulating layer under the i-th conductor layer is removed by irradiating a pulsed laser beam whose energy density is the processed first insulating layer a plurality of times,
2. The printed circuit board drilling method according to claim 1, wherein the diameter of the hole formed in the first conductor layer is maintained. 第１番目の導体層から第ｉ番目の導体層を加工するレーザビームのエネルギ密度を同じにすることを特徴とする請求項４または請求項６に記載のプリント基板の穴明け方法。 7. The printed circuit board drilling method according to claim 4, wherein the energy density of the laser beam for processing the i-th conductor layer from the first conductor layer is the same. 第１番目の導体層から第ｉ番目の導体層を加工するレーザビームは、それぞれ、加工される穴の側面をテーパ角度で１０〜９０°とするものであることを特徴とする請求項４または請求項６に記載のプリント基板の穴明け方法。 The laser beam for processing the i-th conductor layer from the first conductor layer has a taper angle of 10 to 90 degrees on the side surface of the hole to be processed, respectively. The method for drilling a printed circuit board according to claim 6. 第１番目から目的とする導体層または絶縁層までのそれぞれの層に対する照射回数を定めるテスト加工工程と、
前記パルス状のレーザビームを前記テスト加工工程により定められた照射回数照射して加工箇所を加工する加工工程と、により、１枚のプリント基板を加工することを特徴とする請求項４ないし請求項８のいずれかに記載のプリント基板の穴明け方法。 A test processing step for determining the number of times of irradiation for each layer from the first to the target conductor layer or insulating layer;
5. A printed circuit board is processed by a processing step of processing a processing portion by irradiating the pulsed laser beam with the number of irradiations determined by the test processing step. 9. A method for drilling a printed circuit board according to any one of 8 above. 加工しようとする穴の直径よりも小径のレーザビームを走査させることにより前記各導体層に穴を加工することを特徴とする請求項４ないし請求項９のいずれかに記載のプリント基板の穴明け方法。 10. A hole in a printed circuit board according to claim 4, wherein a hole is formed in each conductor layer by scanning a laser beam having a diameter smaller than the diameter of the hole to be processed. Method. 前記絶縁層に照射するレーザビームの直径を前記導体層に照射するレーザビームの直径よりも小径とすることを特徴とする請求項４に記載のプリント基板の穴明け方法。 5. The printed circuit board drilling method according to claim 4, wherein the diameter of the laser beam applied to the insulating layer is smaller than the diameter of the laser beam applied to the conductor layer.
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