KR101412850B1

KR101412850B1 - 레이저 가공방법 및 레이저 가공기

Info

Publication number: KR101412850B1
Application number: KR1020127032272A
Authority: KR
Inventors: 겐지 이토; 유타카 모토키; 다카미츠 기무라
Original assignee: 미쓰비시덴키 가부시키가이샤
Priority date: 2010-05-27
Filing date: 2010-05-27
Publication date: 2014-06-30
Also published as: JPWO2011148492A1; KR20130027529A; JP5183826B2; CN102917834B; CN102917834A; TW201141645A; TWI386269B; WO2011148492A1

Abstract

절연층과 절연층을 사이에 두고 적층되는 표면(20A) 측의 도체층과 이면(20B) 측의 도체층을 가지는 적층재료의 표면(20A) 측으로부터 제1 에너지 밀도로 레이저광(L)을 조사하여, 도체층을 제거하고, 절연층의 두께방향의 도중위치까지 표면구멍(HA)을 형성하며, 적층재료의 이면(20B) 측으로부터 표면구멍(HA)의 위치에 제2 에너지 밀도로 레이저광(L)을 조사하여, 도체층 및 남아 있는 절연층을 제거하며, 표면구멍(HA)의 이면 측의 위치에 이면구멍(HB)을 형성하고, 제2 에너지 밀도를 제1 에너지 밀도보다도 크게 한다.

Description

레이저 가공방법 및 레이저 가공기 {LASER PROCESSING METHOD AND LASER PROCESSING MACHINE}

본 발명은 피가공물에 레이저광을 조사하여 피가공물에 구멍내기가공을 행하는 레이저 가공방법 및 레이저 가공기에 관한 것이다.

레이저 가공기는, 예를 들면, 피가공물에 레이저광을 조사하여 피가공물에 구멍내기가공을 행하는 장치이다. 레이저 가공기에 의해서 구멍내기가공되는 피가공물의 하나로서 동박(銅箔)(도체층), 수지(절연층), 동박(도체층)의 3층 구조를 가진 프린트 배선판이 있다. 이와 같은 프린트 배선판으로의 관통구멍가공을 행할 때에, 프린트 배선판의 표면 측(편면(片面))으로부터만 레이저광을 조사하면, 프린트 배선판의 이면 측의 동박에 레이저광을 도달시킬 수 없다. 이 때문에, 프린트 배선판으로의 안정된 관통구멍가공을 행하는 것은 곤란했다.

프린트 배선판으로의 안정된 레이저 가공을 행하는 방법으로서, 표면 및 이면의 양면으로부터 레이저광의 조사를 행하는 방법이 있다. 이 레이저 가공방법에서는, 프린트 배선판에 대해서 표면으로부터 레이저광을 조사하여 도중까지의 구멍을 형성하고, 그 후, 프린트 배선판의 이면으로부터 레이저광을 조사하여 관통구멍을 형성하고 있다(예를 들면, 특허문헌 1 참조).

[특허문헌 1] 일본국 특개2003-218539호 공보

그렇지만, 상기 종래의 기술에서는, 표면(한쪽의 주면(主面) 측)으로부터 레이저광을 조사한 후에, 이면(다른 쪽의 주면 측)으로부터 레이저광을 조사하는 경우에, 이면 측의 동박(도체층)을 안정적으로 제거할 수 없었다.

본 발명은 상기에 감안하여 이루어진 것으로서, 피가공물로의 관통구멍을 안정적으로 형성하는 레이저 가공방법 및 레이저 가공기를 얻는 것을 목적으로 한다.

상술한 과제를 해결하여 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은, 절연층과 이 절연층을 사이에 두고 적층되는 표면의 도체층과 이면의 도체층을 가지는 적층재료의 피가공물에 레이저광을 조사하여, 상기 표면의 도체층, 상기 절연층 및 상기 이면의 도체층을 제거하여 상기 피가공물에 관통구멍가공을 행하는 적층재료의 레이저 가공방법에 있어서, 상기 피가공물의 한쪽의 주면 측으로부터 제1 에너지 밀도로 레이저광을 조사하여, 상기 한쪽의 주면 측의 도체층을 제거하고, 상기 절연층의 두께방향의 도중위치까지 가공구멍을 형성하는 제1 가공스텝과, 상기 피가공물의 다른 쪽의 주면 측으로부터 상기 가공구멍의 위치에 제2 에너지 밀도로 레이저광을 조사하여, 상기 다른 쪽의 주면 측의 도체층 및 상기 제1 스텝에서 남은 절연층을 제거하고, 상기 가공구멍의 위치에 관통구멍을 형성하는 제2 가공스텝을 포함하고, 상기 제2 에너지 밀도가 상기 제1 에너지 밀도보다도 큰 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 피가공물로의 관통구멍을 안정적으로 형성하는 것이 가능하게 된다고 하는 효과를 발휘한다.

도 1은 본 발명의 실시형태에 관한 레이저 가공기의 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 표면으로의 구멍내기 가공방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 레이저광에 의한 구멍내기가공의 가공원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 이면으로의 구멍내기 가공방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 이면으로의 구멍내기 가공방법의 다른 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 표면과 이면과의 사이의 레이저 가공조건과, 관통구멍의 모양새와의 관계의 일례를 나타내는 도면이다.

이하에, 본 발명의 실시형태에 관한 레이저 가공방법 및 레이저 가공기를 도면에 근거하여 상세하게 설명한다. 또한, 이 실시형태에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니다.

실시형태.

도 1은 본 발명의 실시형태에 관한 레이저 가공기의 구성을 나타내는 도면이다. 레이저 가공기(100)는 레이저광(L)(펄스 레이저광)을 조사함으로써 피가공물(워크)(4)에 레이저 구멍 내기 가공하는 장치이다. 레이저 가공기(100)는 레이저광(L)을 발진하는 레이저 발진기(1)와, 피가공물(4)의 레이저 가공을 행하는 레이저 가공부(3)와, 가공제어장치(제어부)(2)를 구비하고 있다.

레이저 발진기(1)는 레이저광(L)을 발진하여, 레이저 가공부(3)로 송출한다. 본 실시형태의 레이저 가공기(100)는 가공제어장치(2)로부터의 지시에 따른 펄스 에너지(레이저광(L)의 1펄스당의 에너지)로 레이저광(L)을 송출한다. 레이저 가공부(3)는 조사면적 제어부(31), 갈바노(galvano) 미러(35X, 35Y), 갈바노 스캐너(36X, 36Y), 집광렌즈(fθ렌즈)(34), XY테이블(가공테이블)(30), 위치검출부(39)를 구비하고 있다.

조사면적 제어부(31)는, 예를 들면 갈바노 미러(35X, 35Y)보다도 전단 측(레이저 발진기(1) 측)의 광로(光路)상에 배치된다. 조사면적 제어부(31)는, 예를 들면, 2매의 렌즈(콜리메이트(collimate) 렌즈 등)로 구성되어 있다. 레이저광(레이저빔)(L)은 2매의 렌즈를 통과함으로써 2매의 렌즈에 따른 빔지름으로 조정된다.

레이저 가공부(3)로는 피가공물(4)로 조사하는 레이저광(L)의 조사면적(레이저광 조사면적)에 따른 조사면적 제어부(31)를 배치해 둔다. 구체적으로는, 본 실시형태에서는, 미리 복수의 조사면적 제어부(31)를 준비해 둔다. 예를 들면, 조사면적 제어부(31)로서 2매로 이루어지는 렌즈의 그룹을 복수 조 준비해 둔다. 그리고, 피가공물(4)의 표면을 레이저 가공할 때에는, 표면에 따른 조사면적 제어부(31)를 레이저 가공부(3)의 광로상에 배치하고, 피가공물(4)의 이면을 레이저 가공할 때에는, 이면에 따른 조사면적 제어부(31)를 레이저 가공부(3)의 광로상에 배치한다.

또한, 조사면적 제어부(31)는 레이저광(L)의 빔 지름을 조정하는 아퍼쳐(aperture) 등과 같은 렌즈 이외의 수단이라도 된다. 이 경우, 피가공물(4)의 표면을 레이저 가공할 때에는, 표면에 따른 아퍼쳐를 레이저 가공부(3)의 광로상에 배치하고, 피가공물(4)의 이면을 레이저 가공할 때에는, 이면에 따른 아퍼쳐를 레이저 가공부(3)의 광로상에 배치한다.

갈바노 스캐너(36X, 36Y)는 레이저광(L)의 궤도를 변화시켜 피가공물(4)로의 조사위치를 이동시키는 기능을 가지고 있어 레이저광(L)을 피가공물(4)로 설정된 각 가공 에어리어 내에서 2차원적으로 주사한다. 갈바노 스캐너(36X, 36Y)는 레이저광(L)을 X-Y방향으로 주사하기 위해서, 갈바노 미러(35X, 35Y)(후술의 편향(偏向) 미러(33))를 소정의 각도로 회전시킨다.

갈바노 미러(35X, 35Y)는 레이저광(L)을 반사하여 소정의 각도로 편향시킨다. 갈바노 미러(35X)는 레이저광(L)을 X방향으로 편향시키고, 갈바노 미러(35Y)는 레이저광(L)을 Y방향으로 편향시킨다.

집광렌즈(34)는 텔레센트릭(telecentric)성을 가진 집광렌즈이다. 집광렌즈(34)는 레이저광(L)을 피가공물(4)의 주면에 대해서 수직인 방향으로 편향시킴과 아울러, 레이저광(L)을 피가공물(4)의 가공위치(구멍위치(Hx))에 집광(조사)시킨다.

피가공물(4)은 프린트 배선판 등이며, 한쪽의 주면인 표면 및 다른 쪽의 주면인 이면의 양면으로부터 복수의 구멍내기가공이 행해져 관통구멍이 형성된다. 피가공물(4)은, 예를 들면, 동박(도체층), 수지(절연층), 동박(도체층)의 3층 구조를 이루고 있다.

XY테이블(30)은 피가공물(4)을 얹어 놓음과 아울러, 도시하지 않은 X축모터 및 Y축모터의 구동에 의해서 XY평면 내를 이동한다. 이것에 의해, XY테이블(30)은 피가공물(4)을 면 안쪽 방향으로 이동시킨다.

XY테이블(30)을 이동시키지 않고 갈바노 기구의 동작(갈바노 스캐너(36X, 36Y)의 이동)에 의해서 레이저 가공이 가능한 범위(주사 가능 영역)가 가공 에어리어(스캔 에어리어)이다. 레이저 가공기(100)에서는 XY테이블(30)을 XY평면 내에서 이동시킨 후, 갈바노 스캐너(36X, 36Y)에 의해서 레이저광(L)을 2차원 주사한다. XY테이블(30)은 각 가공 에어리어의 중심이 집광렌즈(34)의 중심 바로 아래(갈바노 원점)가 되도록 차례차례 이동해 간다. 갈바노 기구는 가공 에어리어 내에 설정되어 있는 각 구멍위치(Hx)가 차례차례 레이저광(L)의 조사위치가 되도록 동작한다. XY테이블(30)에 의한 가공 에어리어 사이의 이동과 갈바노 기구에 의한 가공 에어리어 내에서의 레이저광(L)의 2차원 주사가 피가공물(4) 내에서 차례차례 행해져 간다. 이것에 의해, 피가공물(4) 내의 모든 구멍위치(Hx)가 모두 레이저 가공된다.

위치검출부(39)는 피가공물(4)에 미리 마련되어 있는 위치결정용의 관통구멍(도시생략)의 위치를 검출하고, 검출결과를 가공제어장치(2)로 보낸다. 가공제어장치(2)는 가공 프로그램 및 위치검출부(39)에 의한 위치의 검출결과에 근거하여, 피가공물(4)의 레이저 가공위치를 제어한다. 가공제어장치(2)에는 피가공물(4)의 표면을 레이저 가공하기 위한 가공 프로그램과, 피가공물(4)의 이면을 레이저 가공하기 위한 가공 프로그램이 입력된다.

가공제어장치(2)는 레이저 발진기(1) 및 레이저 가공부(3)에 접속되어 있고(도시생략), 레이저 발진기(1) 및 레이저 가공부(3)를 제어한다. 본 실시형태의 레이저 가공기(100)는 피가공물(4)의 표면(한쪽의 주면)에 설정되는 레이저광 조사조건으로 피가공물(4)의 표면으로의 레이저 가공을 행하고, 피가공물(4)의 이면(다른 쪽의 주면)에 설정되는 레이저광 조사조건으로 피가공물(4)의 이면으로의 레이저 가공을 행한다.

피가공물(4)의 표면에 설정되는 레이저광 조사조건은 피가공물(4)로의 레이저광 조사면적이나 펄스 에너지이다. 마찬가지로, 피가공물(4)의 이면에 설정되는 레이저광 조사조건은 피가공물(4)로의 레이저광 조사면적이나 펄스 에너지이다.

피가공물(4)의 표면에 설정되는 레이저광 조사조건은 피가공물(4)의 표면을 레이저 가공하기 위한 가공 프로그램 내에 설정해 두어도 되고, 가공제어장치(2) 내에 설정해 두어도 된다. 마찬가지로, 피가공물(4)의 이면에 설정되는 레이저광 조사조건은 피가공물(4)의 이면을 레이저 가공하기 위한 가공 프로그램 내에 설정해 두어도 되고, 가공제어장치(2) 내에 설정해 두어도 된다.

가공제어장치(2)는 피가공물(4)의 표면을 레이저 가공할 때에는 표면에 설정된 레이저광 조사조건을 레이저 발진기(1)와 레이저 가공부(3)에 지시하고, 피가공물(4)의 이면을 레이저 가공할 때에는 이면에 설정된 레이저광 조사조건을 레이저 발진기(1)와 레이저 가공부(3)에 지시한다. 본 실시형태에서는, 피가공물(4)의 표면을 레이저 가공할 때에는, 표면으로의 레이저광 조사조건에 대응하는 펄스 에너지로 레이저광을 조사하도록, 가공제어장치(2)가 레이저 발진기(1)에 지시를 보낸다. 마찬가지로, 피가공물(4)의 이면을 레이저 가공할 때에는, 이면으로의 레이저광 조사조건에 대응하는 펄스 에너지로 레이저광(L)을 조사하도록, 가공제어장치(2)가 레이저 발진기(1)에 지시를 보낸다.

가공제어장치(2)는 컴퓨터 등에 의해서 구성되어 있고, 레이저 발진기(1), 레이저 가공부(3)를 NC(Numerical Control) 제어 등에 의해서 제어한다. 가공제어장치(2)는 CPU(Central Processing Unit), ROM(Read Only Memory), RAM(Random Access Memory) 등을 구비하여 구성되어 있다. 가공제어장치(2)가 레이저 가공을 제어할 때에는, CPU가 유저에 의한 입력부(도시생략)로부터의 입력에 의해서, ROM내에 격납되어 있는 가공 프로그램을 읽어내어 RAM 내의 프로그램 격납영역에 전개하여 각종 처리를 실행한다. 이 처리시에 발생하는 각종 데이터는 RAM 내에 형성되는 데이터 격납영역에 일시적으로 기억된다. 이것에 의해, 가공제어장치(2)는 레이저 발진기(1) 및 레이저 가공부(3)를 제어한다.

레이저 가공기(100)는 이 구성에 의해 레이저 발진기(1)로부터 출사된 레이저광(L)을 갈바노 미러(35X, 35Y)에 의해서 임의의 각도로 편향시키고, 집광렌즈(34)를 통하여 피가공물(4)상의 소정 위치에 결상(結像)하여 조사한다. 이것에 의해, 피가공물(4)이 레이저 가공되어 피가공물(4)에 관통구멍이 형성된다.

본 실시형태의 레이저 가공기(100)는 피가공물(4)의 표면에 레이저광을 조사하고 나서 피가공물(4)을 뒤집어 피가공물(4)의 이면에 레이저광을 조사함으로써 피가공물(4)의 양면으로부터 레이저광을 조사하고, 이것에 의해 피가공물(4)에 관통구멍을 형성한다.

다음으로, 본 실시형태의 구멍내기 가공방법에 대해서 설명한다. 도 2는 표면으로의 구멍내기 가공방법을 설명하기 위한 도면이다. 도 2에서는 피가공물(4)의 표면(20A) 측으로부터 레이저광(L)을 조사했을 경우에 형성되는 가공구멍(미(未)관통의 구멍)의 단면도를 나타내고 있다.

피가공물(4)은 표면(20A) 측에 동박(21A)이 형성됨과 아울러, 이면(20B) 측에 동박(21B)이 형성되어 있다. 그리고, 동박(21A)과 동박(21B)과의 사이에 수지(22)가 형성되어 있다. 환언하면, 피가공물(4)은 이면(20B) 측으로부터 표면(20A) 측을 향하여, 동박(21B), 수지(22), 동박(21A)의 차례로 이들이 적층되어 구성되어 있다.

표면(20A)을 레이저 가공하는 경우, 피가공물(4)은 표면(20A)이 상면 측을 향하도록 XY테이블(30)상에 얹어 놓인다. 도 2에서는 편향미러(33), 집광렌즈(34)를 통하여 피가공물(4)의 표면(20A) 측의 구멍인 표면구멍(HA)으로의 레이저 가공이 행해진 경우를 나타내고 있다.

레이저 가공기(100)는 각 구멍위치(Hx)에 대해 피가공물(4)의 표면(20A) 측으로부터 레이저광(L)을 조사하여 피가공물(4)의 두께방향의 도중위치까지 레이저 가공을 행한다. 이 때, 가공제어장치(2)는 관통구멍이 될 예정의 각 구멍위치(Hx)의 하부(피가공물(4) 내)에 있는 수지(22)를 미리 설정해 둔 소정량만큼 제거하도록, 표면(20A)에 설정해 둔 레이저광 조사조건에 근거하여, 레이저 발진기(1)와 레이저 가공부(3)를 제어한다. 환언하면, 각 표면구멍(HA)은 레이저광 조사조건에 따른 소정의 깊이까지 레이저 가공된다. 본 실시형태에서는, 각 표면구멍(HA)은 수지(22)가 1/2 이상 제거되고, 또한 소정량만큼 남은 수지가 발생하도록, 레이저 가공된다. 예를 들면, 각 표면구멍(HA)에는 레이저광 조사면적이 5024㎛²(직경 φ = 80㎛의 레이저광(L))이고 또한 펄스 에너지가 10mJ(에너지 밀도 = 1.99J/㎡)의 레이저광(L)이 1쇼트만큼 표면(20A)으로 조사된다.

여기서, 표면을 레이저 가공할 때의 가공 깊이에 대해서 설명한다. 도 3은 레이저광에 의한 구멍내기가공의 가공원리를 설명하기 위한 도면이다. 피가공물(4)의 표면(20A) 측으로부터 레이저광(L)을 조사하면(ST1), 표면(20A) 측의 동박(21A)이 용융하여(ST2), 수지(22)가 더욱 용융한다(ST3). 이 때, 동박(21A)은 용융할 뿐이며 증발은 하지 않는다.

동박(21A) 및 수지(22)가 용융한 후, 수지(22)가 증발한다(ST4). 그리고, 수지(22)의 증발압력에 의해서 가공구멍의 외측에 수지(22)가 날려 버린다. 이것에 의해, 용융상태인 동박(21A)이 수지(22)와 함께 가공구멍의 외측으로 비산(飛散)한다(ST5).

이와 같이, 레이저광(L)에 의해서, 동박(21A) 및 수지(22)를 가진 복합재료에 구멍내기가공을 행하는 경우에는, 동박(21A)을 비산시킬 만큼의 수지(22)가 필요하다. 따라서, 레이저광(L)에 의해서, 이면(20B) 측으로부터 구멍내기가공을 행하는 경우에도, 동박(21B)을 비산시킬 만큼의 수지(22)가 필요하다. 이 때문에, 본 실시형태에서는, 동박(21B) 측에 소정량 이상의 수지(22)가 남도록, 표면(20A) 측에서의 구멍내기가공을 행한다.

표면(20A)으로의 레이저 가공이 완료한 후, 피가공물(4)은 이면(20B)이 상면 측을 향하도록 XY테이블(30)상에 얹어 놓여 각 구멍위치(Hx)로의 레이저 가공이 행해진다. 레이저 가공기(100)는 도중까지 가공구멍이 형성된 각 구멍위치(Hx)에 대해, 피가공물(4)의 이면(20B) 측으로부터 레이저광(L)을 조사하여 구멍위치(Hx)에 관통구멍을 형성한다.

도 4는 이면으로의 구멍내기 가공방법을 설명하기 위한 도면이다. 도 4에서는 피가공물(4)의 표면(20A) 측 및 이면(20B) 측으로부터 레이저광(L)을 조사했을 경우에 형성되는 가공구멍(관통구멍)의 단면도를 나타내고 있다.

피가공물(4)의 이면(20B) 측으로부터는 편향미러(33), 집광렌즈(34)를 통하여, 이면(20B) 측의 구멍인 이면구멍(HB)으로의 레이저 가공이 행해진다. 이면구멍(HB)은 표면구멍(HA)과 동일한 구멍위치의 구멍이며, 표면(20A) 측에서 보아 표면구멍(HA)의 하부에 형성되는 구멍이다.

레이저 가공기(100)는, 각 구멍위치(Hx)에 대해, 피가공물(4)의 이면(20B) 측으로부터 레이저광(L)을 조사하여 피가공물(4)의 이면(20B) 측의 레이저 가공을 행한다. 이 때, 본 실시형태의 가공제어장치(2)는 이면(20B)에 설정해 둔 레이저광 조사조건에 근거하여, 레이저 발진기(1)와 레이저 가공부(3)를 제어한다. 이면(20B)에 설정해 둔 레이저광 조사조건은 동박(21B)과, 표면(20A) 측으로부터 구멍내기가공했을 때에 남아 있는 수지(22)를 제거할 수 있는 조건이다.

표면(20A) 측으로부터 구멍내기가공한 후의 수지(22)는 관통구멍 내에 1/2 이하의 깊이만큼밖에 남지 않는다. 그리고, 관통구멍을 형성하는 위치에 남아 있는 수지(22)의 양이 적은 경우, 수지(22)의 증발압력이 작아진다. 이 때문에, 이면(20B) 측으로부터 구멍내기가공을 할 때에는, 표면(20A) 측으로부터 구멍내기가공을 했을 경우보다도, 큰 펄스 에너지로 레이저광(L)을 조사한다. 환언하면, 레이저 가공기(100)는 조사하는 레이저광(L)의 면적(레이저광 조사면적)을 일정하게 했을 경우, 표면(20A)으로부터 레이저광(L)을 조사할 때의 펄스 에너지에 비해, 이면(20B)으로부터 레이저광(L)을 조사할 때의 펄스 에너지를 크게 한다. 예를 들면, 도 4에 나타내는 바와 같이, 레이저 가공기(100)는 각 이면구멍(HB)에 레이저광 조사면적이 5024㎛²(직경 φ = 80㎛의 레이저광(L))이고 또한 펄스 에너지가 15mJ인 레이저광(L)을 1쇼트만큼 조사한다.

구체적으로는, 가공제어장치(2)가 레이저 발진기(1)에 대해서 펄스 에너지가 15mJ의 레이저광(L)을 출사하도록 지시를 보낸다. 레이저 발진기(1)는 가공제어장치(2)로부터의 지시에 따라서 펄스 에너지가 15mJ의 레이저광(L)을 출사한다.

이것에 의해, 각 표면구멍(HA) 및 각 이면구멍(HB)으로의 레이저광 조사면적은 40 × 40 × 3.14 = 5024㎛²가 된다. 또, 표면(20A)으로부터 레이저광(L)을 조사하는 경우의 펄스 에너지(10mJ)에 비해, 이면(20B)으로부터 레이저광(L)을 조사하는 경우의 펄스 에너지(15mJ)가 10% 이상 커진다.

이와 같이, 본 실시형태에서는, 표면(20A)과 이면(20B)에서 레이저광 조사면적을 동일하게 하고, 또한, 표면(20A)으로의 레이저광(L)의 펄스 에너지에 비해, 이면(20B)으로의 레이저광(L)의 펄스 에너지를 예를 들면 10% 이상 크게 한다.

이면(20B)을 레이저 가공할 때에는, 표면(20A)으로부터의 레이저 가공에 의해서 수지(22)의 양이 줄어들어 있지만, 이면(20B)을 레이저 가공할 때에 표면(20A)보다 10% 이상 큰 펄스 에너지를 조사하므로, 수지(22)의 증발압력이 증가한다. 따라서, 동박(21B)을 안정적으로 제거하는 것이 가능하게 된다. 이와 같이, 이면(20B)을 레이저 가공할 때에 표면(20A)보다도 큰 펄스 에너지로 레이저광(L)을 조사하므로, 안정적으로 관통구멍을 가공하는 것이 가능하게 된다.

또한, 표면(20A)이나 이면(20B)을 레이저 가공할 때에는, 레이저광(L)의 조사와 동시에 표면(20A)이나 이면(20B)에 가스를 내뿜어도 된다. 이것에 의해, 가스의 운동에너지를 이용하여 동박(21A)이나 동박(21B)을 용이하게 제거하는 것이 가능하게 된다.

또한, 이면(20B)에 레이저 가공을 행하는 경우에, 표면(20A)에 레이저 가공을 행하는 경우보다도, 레이저광 조사면적을 크게 해도 된다. 도 5는 이면으로의 구멍내기 가공방법의 다른 예를 설명하기 위한 도면이다. 도 5에서는 피가공물(4)의 표면(20A) 측 및 이면(20B) 측으로부터 레이저광(L)을 조사했을 경우에 형성되는 가공구멍(관통구멍)의 단면도를 나타내고 있다.

레이저 가공기(100)는, 각 구멍위치(Hx)에 대해, 피가공물(4)의 이면(20B) 측으로부터 레이저광(L)을 조사하여 피가공물(4)의 이면(20B) 측의 레이저 가공을 행한다. 이 때, 표면(20A) 측으로부터 구멍내기가공한 후의 나머지 수지는 관통구멍 내에 1/2 이하밖에 남지 않는다. 이 때문에, 레이저 가공기(100)는 표면(20A)과 이면(20B)으로 조사하는 레이저광(L)의 펄스 에너지 밀도를 거의 일정하게 하고, 또한 표면(20A)으로부터 레이저광(L)을 조사하는 경우의 레이저광 조사면적에 비해, 이면(20B)으로부터 레이저광(L)을 조사하는 경우의 레이저광 조사면적을 크게 한다.

예를 들면, 도 5에 나타내는 바와 같이, 레이저 가공기(100)는 각 이면구멍(HC)에 레이저광 조사면적이 7850㎛²(직경 φ = 100㎛의 레이저광(L))이고 또한 펄스 에너지가 15mJ인 레이저광(L)을 1쇼트만큼 조사한다. 구체적으로는, 조사면적 제어부(31)를 표면(20A)의 레이저 가공조건에 따른 조사면적 제어부(31)로 교환한 후에, 피가공물(4)로의 레이저 가공이 행해진다.

이것에 의해, 각 표면구멍(HA) 및 각 이면구멍(HB)에 조사하는 레이저광(L)의 펄스 에너지 밀도는 거의 동일하게 된다. 또, 표면(20A)으로부터 레이저광(L)을 조사하는 경우의 레이저광 조사면적(40 × 40 × 3.14 = 5024㎛²)에 비해, 이면(20B)으로부터 레이저광(L)을 조사하는 경우의 레이저광 조사면적(50 × 50 × 3.14 = 7850㎛²)가 10% 이상 커진다.

이면(20B)을 레이저 가공할 때에는, 표면(20A)으로부터의 레이저 가공에 의해서 수지(22)의 깊이방향의 양이 줄어들어 있다. 본 실시형태에서는, 이면(20B)을 레이저 가공할 때에 표면(20A)을 레이저 가공하는 경우보다도 10% 이상 큰 레이저광 조사면적으로 레이저광(L)을 조사하므로, 이면(20B)으로부터의 레이저광(L)의 조사에 의해서 제거되는 수지(22)의 체적이 레이저광 조사면적의 증가에 따른 양만큼 증가한다. 이것에 의해, 용융한 동박(21B)을 날려 버리는 수지(22)의 증발압력이 증가한다. 따라서, 동박(21B)을 안정적으로 제거하는 것이 가능하게 된다. 이와 같이, 이면(20B)을 레이저 가공할 때에 표면(20A)보다도 큰 레이저광 조사면적으로 레이저광(L)을 조사하므로, 안정적으로 관통구멍을 가공하는 것이 가능하게 된다.

다음으로, 표면(20A)과 이면(20B)과의 사이의 레이저 가공조건과, 관통구멍의 모양새와의 관계에 대해서 설명한다. 여기에서는, 레이저 가공조건이 표면(20A)에 대한 이면(20B)의 레이저광 조사면적의 비율과, 표면(20A)에 대한 이면(20B)의 에너지 밀도와의 조합인 경우에 대해서 설명한다.

도 6은 표면과 이면과의 사이의 레이저 가공조건과, 관통구멍의 모양새와의 관계의 일례를 나타내는 도면이다. 도 6의 가로축에 나타내는 레이저광 조사면적은 이면(20B)에 조사하는 레이저광(L)의 레이저광 조사면적을 나타내고 있다. 또, 도 6의 가로축에 나타내는 비율은 표면(20A)으로의 레이저광 조사면적에 대한 이면(20B)으로의 레이저광 조사면적의 비율을 나타내고 있다. 또, 도 6의 세로축에 나타내는 비율은 표면(20A)으로의 에너지 밀도에 대한 이면(20B)으로의 에너지 밀도의 비율을 나타내고 있다.

또, 도 6에 나타내는 ○표는 안정적으로 관통구멍을 가공할 수 있는 레이저 가공조건이며, 도 6에 나타내는 ×표는 안정적으로 관통구멍을 가공할 수 없는 레이저 가공조건이다.

표면(20A)에 대한 이면(20B)의 에너지 밀도의 비율이 1.10 이상인 경우, 안정적으로 관통구멍을 가공할 수 있다. 또, 표면(20A)과 이면(20B)의 에너지 밀도의 비율이 동일한 경우 또는 이면(20B)의 에너지 밀도가 표면(20A)의 에너지 밀도보다도 큰 경우(비율이 1.00 이상인 경우), 표면(20A)에 대한 이면(20B)의 레이저광 조사면적의 비율이 1.10 이상이면, 안정적으로 관통구멍을 가공할 수 있다.

또, 표면(20A)에 대한 이면(20B)의 에너지 밀도의 비율이 0.95 이상인 경우, 표면(20A)에 대한 이면(20B)의 레이저광 조사면적의 비율이 1.15 이상이면, 안정적으로 관통구멍을 가공할 수 있다.

한편, 표면(20A)에 대한 이면(20B)의 에너지 밀도의 비율이 1.10 미만인 경우, 표면(20A)에 대한 이면(20B)의 레이저광 조사면적의 비율이 1.10 미만이면, 안정적으로 관통구멍을 가공할 수 없다.

또, 이면(20B)의 에너지 밀도가 표면(20A)의 에너지 밀도보다도 작은 경우(비율이 1.00 미만인 경우), 표면(20A)에 대한 이면(20B)의 레이저광 조사면적의 비율이 1.15 미만이면, 안정적으로 관통구멍을 가공할 수 없다. 또, 표면(20A)에 대한 이면(20B)의 에너지 밀도의 비율이 0.95 미만인 경우, 안정적으로 관통구멍을 가공할 수 없다.

또한, 표면(20A)에 대한 이면(20B)의 레이저광 조사면적의 비율이 1.10 이상인 경우, 표면구멍(HA)을 뚫은 후에 표면구멍(HA)의 하부에 수지(22)가 남지 않아도 된다. 또, 이면(20B)에 구멍내기가공을 한 경우에 제거되는 수지(22)의 체적(예측값)에 근거하여, 이면(20B)을 구멍내기할 때의 레이저광 조사면적이나 에너지 밀도를 결정해도 된다. 이것에 의해, 이면(20B)에 구멍내기가공을 한 경우에 제거되는 수지(22)의 체적에 따른 적절한 레이저 가공조건을 설정하는 것이 가능하게 된다. 따라서, 이면(20B)을 레이저 가공할 때의, 레이저광 조사면적이나 에너지 밀도를 쓸데없이 크게 할 필요가 없어져, 효율 좋게 레이저 구멍 내기 가공을 행하는 것이 가능하게 된다.

또, 피가공물(4)은 프린트 배선판에 한정하지 않고 다른 부재라도 된다. 예를 들면, 동박(21A, 21B) 대신에, 피가공물(4)에 레이저광(L)을 조사했을 때에 용융할 뿐으로 증발하지 않는 다른 종류의 층을 이용해도 된다. 또, 수지(22) 대신에, 피가공물(4)에 레이저광(L)을 조사했을 때에 용융하여 증발하는 다른 종류의 층을 이용해도 된다.

또, 본 실시형태에서는, 피가공물(4)의 표면(20A)을 레이저 가공한 후에 이면(20B)을 레이저 가공하는 경우에 대해서 설명했지만, 피가공물(4)의 이면(20B)을 레이저 가공한 후에 표면(20A)을 레이저 가공해도 된다. 이 경우, 이면(20B)에 대해, 상술한 표면(20A)으로의 레이저 가공조건을 적용하고, 표면(20A)에 대해, 상술한 이면(20B)으로의 레이저 가공조건을 적용한다.

또한, 도 6에 나타낸 표면(20A)과 이면(20B)과의 사이의 레이저 가공조건과 관통구멍의 모양새와의 관계는 일례이며, 도 6에 나타낸 ○표 이외의 레이저 가공조건으로 이면(20B)에 레이저광(L)을 조사해도 된다. 예를 들면, 이면(20B)을 레이저 가공할 때의 에너지 밀도를, 표면(20A)을 레이저 가공할 때의 에너지 밀도보다도 크게 함으로써, 안정적으로 관통구멍을 가공할 수 있다. 또, 이면(20B)을 레이저 가공할 때의 레이저광 조사면적을, 표면(20A)을 레이저 가공할 때의 레이저광 조사면적보다도 크게 함으로써, 안정적으로 관통구멍을 가공할 수 있다.

이와 같이 실시형태에 의하면, 피가공물(4)의 이면(20B)을 레이저 가공할 때의 에너지 밀도를, 표면(20A)을 레이저 가공할 때의 에너지 밀도보다도 크게 하고 있으므로, 피가공물(4)을 구성하고 있는 동박(21B)을 피가공물(4)로부터 안정적으로 제거하는 것이 가능하게 된다. 또, 피가공물(4)의 이면(20B)을 레이저 가공할 때의 레이저광 조사면적을, 표면(20A)을 레이저 가공할 때의 레이저광 조사면적보다도 크게 하고 있으므로, 피가공물(4)을 구성하고 있는 동박(21B)을 피가공물(4)로부터 안정적으로 제거하는 것이 가능하게 된다. 따라서, 피가공물(4)로의 관통구멍을 안정적으로 형성하는 것이 가능하게 된다.

<산업상의 이용 가능성>

이상과 같이, 본 발명에 관한 레이저 가공방법 및 레이저 가공기는 레이저광에 의한 피가공물로의 구멍내기가공에 적절하고 있다.

1 레이저 발진기 2 가공제어장치
3 레이저 가공부 4 피가공물
20A 표면 20B 이면
21A, 21B 동박 22 수지
31 조사면적 제어부 100 레이저 가공기
HA 표면구멍 HB, HC 이면구멍
L 레이저광

Claims

절연층과 이 절연층을 사이에 두고 적층되는 표면의 도체층과 이면의 도체층을 가지는 적층재료의 피가공물에 레이저광을 조사하여, 상기 표면의 도체층, 상기 절연층 및 상기 이면의 도체층을 제거하여 상기 피가공물에 관통구멍가공을 행하는 적층재료의 레이저 가공방법에 있어서,
상기 피가공물의 한쪽의 주면(主面) 측으로부터 제1 에너지 밀도로 레이저광을 조사하여, 상기 한쪽의 주면 측의 도체층을 제거하고, 상기 절연층의 두께방향의 도중위치까지 가공구멍을 형성하는 제1 가공스텝과,
상기 피가공물의 다른 쪽의 주면 측으로부터 상기 가공구멍의 위치에 제2 에너지 밀도로 레이저광을 조사하여, 상기 다른 쪽의 주면 측의 도체층 및 상기 제1 스텝에서 남은 절연층을 제거하며, 상기 가공구멍의 위치에 관통구멍을 형성하는 제2 가공스텝을 포함하고,
상기 제2 가공스텝은, 상기 절연층이 증발할 때의 증발압력에 의해 상기 가공구멍의 위치에 있는 도전층 및 절연층이 비산하도록 상기 제2 에너지 밀도가 상기 제1 에너지 밀도보다도 크게 제어하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공방법.
절연층과 이 절연층을 사이에 두고 적층되는 표면의 도체층과 이면의 도체층을 가지는 적층재료의 피가공물에 레이저광을 조사하여, 상기 표면의 도체층, 상기 절연층 및 상기 이면의 도체층을 제거하여 상기 피가공물에 관통구멍가공을 행하는 적층재료의 레이저 가공방법에 있어서,
상기 피가공물의 한쪽의 주면(主面) 측으로부터 제1 에너지 밀도로 레이저광을 조사하여, 상기 한쪽의 주면 측의 도체층을 제거하고, 상기 절연층의 두께방향의 도중위치까지 가공구멍을 형성하는 제1 가공스텝과,
상기 피가공물의 다른 쪽의 주면 측으로부터 상기 가공구멍의 위치에 제2 에너지 밀도로 레이저광을 조사하여, 상기 다른 쪽의 주면 측의 도체층 및 상기 제1 스텝에서 남은 절연층을 제거하며, 상기 가공구멍의 위치에 관통구멍을 형성하는 제2 가공스텝을 포함하고,
상기 제2 에너지 밀도는 상기 가공구멍의 위치에 상기 제2 가공스텝에서 상기 관통구멍을 형성할 때에 상기 피가공물 내로부터 증발시키는 부재의 체적에 따라 결정되는 것을 특징으로 하는 레이저 가공방법.
절연층과 이 절연층을 사이에 두고 적층되는 표면의 도체층과 이면의 도체층을 가지는 적층재료의 피가공물에 레이저광을 조사하여, 상기 표면의 도체층, 상기 절연층 및 상기 이면의 도체층을 제거하여 상기 피가공물에 관통구멍가공을 행하는 적층재료의 레이저 가공방법에 있어서,
상기 피가공물의 한쪽의 주면 측으로부터 제1 조사면적으로 레이저광을 조사하여, 상기 한쪽의 주면 측의 도체층을 제거하고, 상기 절연층의 두께방향의 도중위치까지 가공구멍을 형성하는 제1 가공스텝과,
상기 피가공물의 다른 쪽의 주면 측으로부터 상기 가공구멍의 위치에 제2 조사면적으로 레이저광을 조사하여, 상기 다른 쪽의 주면 측의 도체층 및 상기 제1 스텝에서 남은 절연층을 제거하며, 상기 가공구멍의 위치에 관통구멍을 형성하는 제2 가공스텝을 포함하고,
상기 제2 가공스텝은, 상기 절연층이 증발할 때의 증발압력에 의해 상기 가공구멍의 위치에 있는 도전층 및 절연층이 비산하도록 상기 제2 조사면적이 상기 제1 조사면적보다도 크게 제어하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공방법.
절연층과 이 절연층을 사이에 두고 적층되는 표면의 도체층과 이면의 도체층을 가지는 적층재료의 피가공물에 레이저광을 조사하여, 상기 표면의 도체층, 상기 절연층 및 상기 이면의 도체층을 제거하여 상기 피가공물에 관통구멍가공을 행하는 적층재료의 레이저 가공방법에 있어서,
상기 피가공물의 한쪽의 주면 측으로부터 제1 조사면적으로 레이저광을 조사하여, 상기 한쪽의 주면 측의 도체층을 제거하고, 상기 절연층의 두께방향의 도중위치까지 가공구멍을 형성하는 제1 가공스텝과,
상기 피가공물의 다른 쪽의 주면 측으로부터 상기 가공구멍의 위치에 제2 조사면적으로 레이저광을 조사하여, 상기 다른 쪽의 주면 측의 도체층 및 상기 제1 스텝에서 남은 절연층을 제거하며, 상기 가공구멍의 위치에 관통구멍을 형성하는 제2 가공스텝을 포함하고,
상기 제2 조사면적은 상기 가공구멍의 위치에 상기 제2 가공스텝에서 상기 관통구멍을 형성할 때에 상기 피가공물 내로부터 증발시키는 부재의 체적에 따라 결정되는 것을 특징으로 하는 레이저 가공방법.
레이저광을 출사하는 레이저 발진기와,
피가공물의 한쪽의 주면 측으로부터 제1 에너지 밀도로 상기 레이저광을 조사하여 상기 피가공물의 두께방향의 도중위치까지 가공구멍을 형성하고, 그 후, 상기 피가공물의 다른 쪽의 주면 측으로부터 상기 가공구멍의 위치에 제2 에너지 밀도로 상기 레이저광을 조사하여 상기 가공구멍의 위치에 관통구멍을 형성하는 레이저 가공부와,
상기 레이저 발진기로부터 송출하는 레이저광의 펄스 에너지를 제어하는 제어부를 구비하고,
상기 피가공물은, 상기 레이저광의 조사에 의해 증발하는 재료층을 포함하며,
상기 제어부는, 상기 재료층이 증발할 때의 증발압력에 의해 상기 가공구멍의 피가공물이 비산하도록, 상기 레이저 발진기가 상기 제1 에너지 밀도 보다 큰 상기 제2 에너지 밀도를 가지는 펄스 에너지를 송출하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공기.
피가공물의 한쪽의 주면 측으로부터 제1 조사면적으로 레이저광을 조사하여 상기 피가공물의 두께방향의 도중위치까지 가공구멍을 형성하고, 그 후, 상기 피가공물의 다른 쪽의 주면 측으로부터 상기 가공구멍의 위치에 제2 조사면적으로 상기 레이저광을 조사하여 상기 피가공물에 관통구멍을 형성하는 레이저 가공부와,
상기 레이저 가공부가 상기 피가공물에 조사하는 레이저광의 조사면적을 조정하는 조사면적 제어부를 구비하고,
상기 피가공물은, 상기 레이저광의 조사에 의해 증발하는 재료층을 포함하며,
상기 조사면적 제어부는, 상기 재료층이 증발할 때의 증발압력에 의해 상기 가공구멍의 피가공물이 비산하도록, 상기 제2 조사면적이 상기 제1 조사면적보다도 커지도록 상기 레이저광의 조사면적을 조정하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공기.