(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024158271
(43)【公開日】2024-11-08
(54)【発明の名称】レーザ加工方法
(51)【国際特許分類】
B23K 26/00 20140101AFI20241031BHJP
B23K 26/36 20140101ALI20241031BHJP
【ＦＩ】
B23K26/00 P
B23K26/36
【審査請求】未請求
【請求項の数】12
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023073337
(22)【出願日】2023-04-27
(71)【出願人】
【識別番号】314012076
【氏名又は名称】パナソニックＩＰマネジメント株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100132241
【弁理士】
【氏名又は名称】岡部 博史
(74)【代理人】
【識別番号】100113170
【弁理士】
【氏名又は名称】稲葉 和久
(72)【発明者】
【氏名】船見 浩司
(72)【発明者】
【氏名】藤原 和樹
(72)【発明者】
【氏名】中井 出
(72)【発明者】
【氏名】白石 竜朗
【テーマコード（参考）】
4E168
【Ｆターム（参考）】
4E168AD04
4E168CA03
4E168CB04
4E168DA02
4E168DA42
4E168DA43
4E168EA15
4E168EA17
4E168JA27
(57)【要約】
【課題】積層材質が変化した場合の反射光強度の変化を検出しながらレーザ加工するレーザ加工装置を提供する。
【解決手段】レーザ加工装置は、被加工物をレーザ加工するレーザ加工装置であって、高ピークパワーを有する短パルスレーザと、低出力の連続発振レーザと、を、重畳したレーザビームを出射するレーザ発振器と、レーザビームを導光して被加工物に照射する照射光学系と、被加工物からの反射光の反射光強度の変化を検出して、被加工物のレーザ加工を制御する制御部と、を備える。
【選択図】図４
【解決手段】レーザ加工装置は、被加工物をレーザ加工するレーザ加工装置であって、高ピークパワーを有する短パルスレーザと、低出力の連続発振レーザと、を、重畳したレーザビームを出射するレーザ発振器と、レーザビームを導光して被加工物に照射する照射光学系と、被加工物からの反射光の反射光強度の変化を検出して、被加工物のレーザ加工を制御する制御部と、を備える。
【選択図】図４
【特許請求の範囲】
【請求項1】
被加工物をレーザ加工するレーザ加工装置であって、
高ピークパワーを有する短パルスレーザと、低出力の連続発振レーザと、を重畳したレーザビームを出射するレーザ発振器と、
前記レーザビームを導光して前記被加工物に照射する照射光学系と、
前記被加工物からの反射光の反射光強度の変化を検出して、前記被加工物のレーザ加工を制御する制御部と、
を備える、レーザ加工装置。
高ピークパワーを有する短パルスレーザと、低出力の連続発振レーザと、を重畳したレーザビームを出射するレーザ発振器と、
前記レーザビームを導光して前記被加工物に照射する照射光学系と、
前記被加工物からの反射光の反射光強度の変化を検出して、前記被加工物のレーザ加工を制御する制御部と、
を備える、レーザ加工装置。
【請求項2】
前記制御部は、
前記被加工物からの反射光の反射光強度を処理する反射光信号処理部と、
前記反射光信号処理部による処理結果に基づいて、前記照射光学系を制御する全体システム制御部と、
を含む、請求項１に記載のレーザ加工装置。
前記被加工物からの反射光の反射光強度を処理する反射光信号処理部と、
前記反射光信号処理部による処理結果に基づいて、前記照射光学系を制御する全体システム制御部と、
を含む、請求項１に記載のレーザ加工装置。
【請求項3】
前記反射光信号処理部は、前記反射光から、前記短パルスレーザの反射光を前記短パルスレーザのパルス周波数に対応した高周波カットフィルターで除去して、前記連続発振レーザの反射光を得る、請求項２に記載のレーザ加工装置。
【請求項4】
前記被加工物からの反射光を導光して前記反射光信号処理部に入射させる反射光光学系をさらに備える、請求項２に記載のレーザ加工装置。
【請求項5】
前記被加工物は、複数の積層膜を有すると共に、前記レーザ加工装置は、前記複数の積層膜のうちの特定の積層膜をレーザ加工する、請求項１に記載のレーザ加工装置。
【請求項6】
被加工物をレーザ加工するレーザ加工方法であって、
高ピークパワーを有する短パルスレーザと、低出力の連続発振レーザと、を重畳したレーザビームを前記被加工物に照射する工程と、
前記被加工物からの反射光の反射光強度の変化を検出する工程と、
前記反射光の反射光強度の変化に基づいて、前記被加工物のレーザ加工を制御する工程と、
を含む、レーザ加工方法。
高ピークパワーを有する短パルスレーザと、低出力の連続発振レーザと、を重畳したレーザビームを前記被加工物に照射する工程と、
前記被加工物からの反射光の反射光強度の変化を検出する工程と、
前記反射光の反射光強度の変化に基づいて、前記被加工物のレーザ加工を制御する工程と、
を含む、レーザ加工方法。
【請求項7】
前記反射光から、前記短パルスレーザの反射光を前記短パルスレーザのパルス周波数に対応した高周波カットフィルターで除去して、前記連続発振レーザの反射光を得る工程をさらに含む、請求項６に記載のレーザ加工方法。
【請求項8】
前記被加工物は、複数の積層膜を有すると共に、前記レーザビームを前記被加工物に照射する工程において、前記複数の積層膜のうちの特定の積層膜をレーザ加工する、請求項６に記載のレーザ加工方法。
【請求項9】
被加工物をレーザ加工するレーザ加工方法であって、
高ピークパワーを有する短パルスレーザと、低出力の連続発振レーザと、を重畳したレーザビームを複数回にわたって前記被加工物に照射する工程と、
各回のレーザビームの照射ごとに、前記被加工物からの反射光の反射光強度と、指標の反射光強度とを対比して、反射光強度の変化を検出する工程と、
前記反射光強度の変化に基づいて、前記被加工物のレーザ加工を制御する工程と、
を含む、レーザ加工方法。
高ピークパワーを有する短パルスレーザと、低出力の連続発振レーザと、を重畳したレーザビームを複数回にわたって前記被加工物に照射する工程と、
各回のレーザビームの照射ごとに、前記被加工物からの反射光の反射光強度と、指標の反射光強度とを対比して、反射光強度の変化を検出する工程と、
前記反射光強度の変化に基づいて、前記被加工物のレーザ加工を制御する工程と、
を含む、レーザ加工方法。
【請求項10】
所定回数のレーザビームの照射ごとの平均の反射光強度Ｒｍとその分散Ｒσとに基づいて、前記指標の反射光強度を算出する工程をさらに含む、請求項９に記載のレーザ加工方法。
【請求項11】
前記指標の反射光強度は、Ｋを反射光強度のばらつき範囲を決めるためのシグマ管理係数として、Ｒｍ＋Ｋ・Ｒσで表される、請求項１０に記載のレーザ加工方法。
【請求項12】
前記被加工物は、複数の積層膜を有すると共に、前記レーザビームを複数回にわたって前記被加工物に照射する工程において、前記複数の積層膜のうちの特定の積層膜をレーザ除去加工する、請求項９に記載のレーザ加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、レーザ加工方法に関し、より詳細には、短パルスレーザを用いて、積層膜を除去加工する際、レーザ反射光で除去状態を検出しながら、レーザ加工する方法に関する。
【背景技術】
【0002】
従来のレーザ加工方法は、レーザ溶接時に溶融部から発光する溶接光（レーザ反射光、熱放射光、プラズマ光など）のピーク強度、若しくは、それらの溶接光強度の積分値（発光エネルギ）から、リアルタイムでレーザ加工状態評価を行ないながらレーザ加工を行っている。
【0003】
例えば、特許文献１では、レーザ加工ヘッド部に取り付けられた溶接光測定部を用いて、レーザ溶接時に溶融部から発光される溶接光からレーザ加工を監視している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】国際公開第２０１８／１８５９７３号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、短パルスレーザ加工は非熱的加工であるため、レーザ除去加工時に熱放射光・プラズマ光がほとんど発生せず、レーザ照射時間も非常に短いため、反射光強度も弱い。更に、短パルスレーザ加工であるため、積層材料に関わらず除去性能に優れており、積層材質が変化しても、反射光強度の変化は少ない。
【0006】
そのため、特許文献１に挙げたようなレーザ加工時の反射光では、除去加工できたかを検出することができない。
【0007】
本開示は、前記従来の課題を解決するものであって、積層材質が変化した場合の反射光強度の変化を検出しながらレーザ加工するレーザ加工装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
上記目的を達成するための本開示に係るレーザ加工装置は、被加工物をレーザ加工するレーザ加工装置であって、高ピークパワーを有する短パルスレーザと、低出力の連続発振レーザと、を重畳したレーザビームを出射するレーザ発振器と、レーザビームを導光して被加工物に照射する照射光学系と、被加工物からの反射光の反射光強度の変化を検出して、被加工物のレーザ加工を制御する制御部と、を備える。
【0009】
本開示に係るレーザ加工方法は、被加工物をレーザ加工するレーザ加工方法であって、高ピークパワーを有する短パルスレーザと、低出力の連続発振レーザと、を重畳したレーザビームを被加工物に照射する工程と、被加工物からの反射光の反射光強度の変化を検出する工程と、反射光の反射光強度の変化に基づいて、被加工物のレーザ加工を制御する工程と、を含む。
【0010】
また、本開示に係るレーザ加工方法は、被加工物をレーザ加工するレーザ加工方法であって、高ピークパワーを有する短パルスレーザと、低出力の連続発振レーザと、を重畳したレーザビームを複数回にわたって被加工物に照射する工程と、各回のレーザビームの照射ごとに、被加工物からの反射光の反射光強度と、指標の反射光強度とを対比して、反射光強度の変化を検出する工程と、反射光強度の変化に基づいて、被加工物のレーザ加工を制御する工程と、を含む。
【発明の効果】
【0011】
本開示に係るレーザ加工装置によれば、レーザ加工時に、回路基板の積層膜の除去加工状態を検出しながら、レーザ除去加工することができる。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【図1】実施の形態１に係るレーザ加工装置の構成を示す全体図である。
【図2】実施の形態１に係るレーザ加工装置において用いるレーザ発振器の構成を示す概略図である。
【図3】（ａ）は、実施の形態１に係るレーザ加工装置における変調信号発生器から出る変調信号強度の時間変化を示す図であり、（ｂ）は、従来のレーザ加工装置における変調信号発生器から出る変調信号強度の時間変化を示す図である。
【図4】実施の形態１に係るレーザ加工装置におけるレーザ発振器からでるレーザ出力の時間変化を示す図である。
【図5】（ａ）～（ｃ）は、回路基板上の積層膜をレーザ除去加工する時の経時変化を示す概略断面図である。
【図6】回路基板上の積層膜を走査してレーザ除去加工する時の状態を示す概略図である。
【図7】（ａ）～（ｃ）は、積層膜除去加工後の様々な断面状態を示す拡大断面図である。
【図8】（ａ）～（ｃ）は、抵抗膜に対する短パルスレーザによる加工プロセスの経時変化を示す概略断面図である。
【図9】（ａ）～（ｃ）は、抵抗膜に対する連続発振レーザによる加工プロセスの経時変化を示す概略断面図である。
【図10】（ａ）～（ｃ）は、電極に対する短パルスレーザによる加工プロセスの経時変化を示す概略断面図である。
【図11】（ａ）～（ｃ）は、電極に対する連続発振レーザによる加工プロセスの経時変化を示す概略断面図である。
【図12】実施の形態１に係るレーザ加工装置におけるレーザ発振器から出射したレーザビームのレーザ出力の時間変化を示す図である。
【図13】（ａ）は、図１２のレーザビームが回路基板の抵抗膜に照射された時の反射光の反射光強度の時間変化を示す図であり、（ｂ）は、図１２のレーザビーム３が回路基板の電極３２に照射された時の反射光の反射光強度の時間的変化を示す図であり、（ｃ）は、（ｂ）の反射光について高周波カットフィルターによって短パルスレーザの反射光成分を除去した連続発振レーザの反射光成分を示す図である。
【図14】実施の形態１に係るレーザ除去加工方法のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【0013】
第１の態様に係るレーザ加工装置は、被加工物をレーザ加工するレーザ加工装置であって、高ピークパワーを有する短パルスレーザと、低出力の連続発振レーザと、を重畳したレーザビームを出射するレーザ発振器と、レーザビームを導光して被加工物に照射する照射光学系と、被加工物からの反射光の反射光強度の変化を検出して、被加工物のレーザ加工を制御する制御部と、を備える。
【0014】
第２の態様に係るレーザ加工装置は、上記第１の態様において、制御部は、被加工物からの反射光の反射光強度を処理する反射光信号処理部と、反射光信号処理部による処理結果に基づいて、前記照射光学系を制御する全体システム制御部と、を含んでもよい。
【0015】
第３の態様に係るレーザ加工装置は、上記第２の態様において、反射光信号処理部は、反射光から、短パルスレーザの反射光を短パルスレーザのパルス周波数に対応した高周波カットフィルターで除去して、連続発振レーザの反射光を得てもよい。
【0016】
第４の態様に係るレーザ加工装置は、上記第２又は第３の態様において、被加工物からの反射光を導光して反射光信号処理部に入射させる反射光光学系をさらに備えてもよい。
【0017】
第５の態様に係るレーザ加工装置は、上記第１から第４のいずれかの態様において、被加工物は、複数の積層膜を有すると共に、レーザ加工装置は、複数の積層膜のうちの特定の積層膜をレーザ加工してもよい。
【0018】
第６の態様に係るレーザ加工方法は、被加工物をレーザ加工するレーザ加工方法であって、高ピークパワーを有する短パルスレーザと、低出力の連続発振レーザと、を重畳したレーザビームを被加工物に照射する工程と、被加工物からの反射光の反射光強度の変化を検出する工程と、反射光の反射光強度の変化に基づいて、被加工物のレーザ加工を制御する工程と、を含む。
【0019】
第７の態様に係るレーザ加工方法は、上記第６の態様において、反射光から、短パルスレーザの反射光を短パルスレーザのパルス周波数に対応した高周波カットフィルターで除去して、連続発振レーザの反射光を得る工程をさらに含んでもよい。
【0020】
第８の態様に係るレーザ加工方法は、上記第６又は第７の態様において、被加工物は、複数の積層膜を有すると共に、前記レーザビームを前記被加工物に照射する工程において、複数の積層膜のうちの特定の積層膜をレーザ加工してもよい。
【0021】
第９の態様に係るレーザ加工方法は、被加工物をレーザ加工するレーザ加工方法であって、高ピークパワーを有する短パルスレーザと、低出力の連続発振レーザと、を重畳したレーザビームを複数回にわたって被加工物に照射する工程と、各回のレーザビームの照射ごとに、被加工物からの反射光の反射光強度と、指標の反射光強度とを対比して、反射光強度の変化を検出する工程と、反射光強度の変化に基づいて、被加工物のレーザ加工を制御する工程と、を含む。
【0022】
第１０の態様に係るレーザ加工方法は、上記第９の態様において、所定回数のレーザビームの照射ごとの平均の反射光強度Ｒｍとその分散Ｒσとに基づいて、指標の反射光強度を算出する工程をさらに含んでもよい。
【0023】
第１１の態様に係るレーザ加工方法は、上記第１０の態様において、指標の反射光強度は、Ｋを反射光強度のばらつき範囲を決めるためのシグマ管理係数として、Ｒｍ＋Ｋ・Ｒσで表してもよい。
【0024】
第１２の態様に係るレーザ加工方法は、上記第９から第１１のいずれかの態様において、被加工物は、複数の積層膜を有すると共に、レーザビームを複数回にわたって被加工物に照射する工程において、複数の積層膜のうちの特定の積層膜をレーザ除去加工してもよい。
【0025】
以下、本開示の実施の形態に係るレーザ加工装置及びレーザ加工方法を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本開示は、以下の実施の形態に限定されるものではない。また、本開示の効果を奏する範囲を逸脱しない範囲で、適宜変更は可能である。更に、他の実施の形態との組合せも可能である。
【0026】
（実施の形態１）
＜レーザ加工装置＞
図１は、実施の形態１に係るレーザ加工装置２００の構成を示す全体図である。このレーザ加工装置は、レーザ発振器１、レーザ加工ヘッド部１００、反射光信号処理部１４、全体システム制御部１５を備えている。レーザ加工ヘッド部１００は、レーザビーム３の光学系を構成するコリメートレンズ４、ダイクロイックミラー５、加工用ガルバノミラー６ａ、６ｂ、集光レンズ８、結像レンズ１２と、反射光１１の光学系を構成する、反射光センサー１３と、加工用ガルバノミラー６ａ、６ｂを制御するガルバノ制御部７と、を含む。
レーザ発振器１とレーザ加工ヘッド部１００とは、加工用光ファイバー２で接続されている。その加工用光ファイバー２から出射したレーザビーム３は、コリメートレンズ４によって平行ビームとなり、ダイクロイックミラー５によって直角に折り曲げられ、２対の加工用ガルバノミラー６ａ、６ｂで反射された後、集光レンズ８によって集光され、位置決め治具１０上に固定されたワーク（被加工物）９に照射される。照射されたレーザビーム３によってワーク９がレーザ加工される。
＜レーザ加工装置＞
図１は、実施の形態１に係るレーザ加工装置２００の構成を示す全体図である。このレーザ加工装置は、レーザ発振器１、レーザ加工ヘッド部１００、反射光信号処理部１４、全体システム制御部１５を備えている。レーザ加工ヘッド部１００は、レーザビーム３の光学系を構成するコリメートレンズ４、ダイクロイックミラー５、加工用ガルバノミラー６ａ、６ｂ、集光レンズ８、結像レンズ１２と、反射光１１の光学系を構成する、反射光センサー１３と、加工用ガルバノミラー６ａ、６ｂを制御するガルバノ制御部７と、を含む。
レーザ発振器１とレーザ加工ヘッド部１００とは、加工用光ファイバー２で接続されている。その加工用光ファイバー２から出射したレーザビーム３は、コリメートレンズ４によって平行ビームとなり、ダイクロイックミラー５によって直角に折り曲げられ、２対の加工用ガルバノミラー６ａ、６ｂで反射された後、集光レンズ８によって集光され、位置決め治具１０上に固定されたワーク（被加工物）９に照射される。照射されたレーザビーム３によってワーク９がレーザ加工される。
【0027】
なお、ダイクロイックミラー５は、レーザビーム３の波長（例えば１０７０ｎｍ）のみ全反射され、それ以外の波長は透過するように、その表面が特殊コーティングされている。但し、全反射と言っても、一般的には９９％以上の反射を意味し、残り１％程度は透過している。このレーザ加工装置２００では、後述するように、反射光の光強度の検出は、ダイクロイックミラー５を透過する光を用いている。
【0028】
また、ガルバノ制御部７により、２対の加工用ガルバノミラー６ａ、６ｂの角度が制御され、ワーク９の面に対して平面２次元的にレーザビーム３を走査することができる。
【0029】
一方、レーザ照射時にワーク９で反射される反射光１１は、集光レンズ８を通過し、２対の加工用ガルバノミラー６ａ、６ｂで反射され、ダイクロイックミラー５を透過していく。また、図１において、レーザビーム３と反射光１１とは、理解しやすいように、ずらして描いているが、実際には同軸となる。
【0030】
更に、その透過してきた反射光１１は、結像レンズ１２を介して反射光センサー１３に入射される。なお、この入射される反射光１１は、上記の通り、元の反射光１１のうちのわずか１％程度である。反射光センサー１３では、入射した反射光１１の反射光強度に応じた電気信号である反射光信号に変換され、反射光信号処理部１４に伝送される。
【0031】
反射光信号処理部１４では、反射光信号を演算処理する機能を有している。例えば、反射光のうち、短パルスレーザの反射光を遮断する短パルスレーザのパルス周波数に対応した高周波カットフィルター（図示なし）などの機能を有している。これによって、反射光から、短パルスレーザの反射光を除去して、連続発振レーザの反射光を得ることができる。
【0032】
一方、全体システム制御部１５は、反射光信号処理部１４で演算処理した信号を元に、レーザ発振器１と、２対の加工用ガルバノミラー６ａ、６ｂのガルバノ制御部７とを同期制御する。これによって、反射光強度の変化に基づいてワーク９に照射するレーザビーム３の走査を制御することができる。
【0033】
＜レーザ発振器＞
次に、本実施の形態１で使用するレーザ発振器１について、図２を参照しながら説明する。図２は、実施の形態１に係るレーザ加工装置において用いるレーザ発振器の構成を示す概略図である。
レーザ発振器１は、高ピークパワーを有する繰り返し短パルスレーザと、低出力の連続発振レーザとを、同時に発振させることができる構成となっている。図２は、その基本構成を示しており、全反射ミラー２１と出力ミラー２２との間において、短パルスレーザと連続発振レーザとが同時発振し、短パルスレーザと連続発振レーザとが重畳したレーザビーム３として出力される。例えば、短パルスレーザのパルス幅としては、一般的に、～ｎｓ、～ｐｓであることが多い。また、短パルスのパルス周波数は、例えば１Ｈｚ～１００ｋＨｚである。なお、パルス周波数は上記の範囲に限られない。
次に、本実施の形態１で使用するレーザ発振器１について、図２を参照しながら説明する。図２は、実施の形態１に係るレーザ加工装置において用いるレーザ発振器の構成を示す概略図である。
レーザ発振器１は、高ピークパワーを有する繰り返し短パルスレーザと、低出力の連続発振レーザとを、同時に発振させることができる構成となっている。図２は、その基本構成を示しており、全反射ミラー２１と出力ミラー２２との間において、短パルスレーザと連続発振レーザとが同時発振し、短パルスレーザと連続発振レーザとが重畳したレーザビーム３として出力される。例えば、短パルスレーザのパルス幅としては、一般的に、～ｎｓ、～ｐｓであることが多い。また、短パルスのパルス周波数は、例えば１Ｈｚ～１００ｋＨｚである。なお、パルス周波数は上記の範囲に限られない。
【0034】
図３（ａ）は、実施の形態１に係るレーザ加工装置における変調信号発生器から出る変調信号強度の時間変化を示す図であり、図３（ｂ）は、従来のレーザ加工装置における変調信号発生器から出る変調信号強度の時間変化を示す図である。図４は、実施の形態１に係るレーザ加工装置におけるレーザ発振器からでるレーザ出力の時間変化を示す図である。
変調信号発生器２６から、図３（ａ）で示すような高繰り返し短パルス信号２８Ｐと連続出力信号２８Ｃとが重畳された電気変調信号が光変調器２５に入る。ちなみに、通常の短パルスレーザ発振器のみでは、変調信号発生器２６から、図３（ｂ）で示すような高繰り返し短パルス信号２８Ｐだけの電気変調信号が光変調器２５に入る。
変調信号発生器２６から、図３（ａ）で示すような高繰り返し短パルス信号２８Ｐと連続出力信号２８Ｃとが重畳された電気変調信号が光変調器２５に入る。ちなみに、通常の短パルスレーザ発振器のみでは、変調信号発生器２６から、図３（ｂ）で示すような高繰り返し短パルス信号２８Ｐだけの電気変調信号が光変調器２５に入る。
【0035】
励起光２３が合成器２４を通して共振器内に入り、共振器内部において、光変調器２５から出てくる短パルス成分だけが、時間圧縮・強度増幅され、短パルスレーザ発振する。その結果、図４に示すような短パルスレーザ３Ｐと連続発振レーザ３Ｃとが重畳されたレーザビーム３が発振する。
【0036】
＜レーザ除去加工方法＞
次に、実施の形態１に係るレーザ加工装置を用いた、回路基板上の積層膜のレーザ除去加工方法について説明する。
次に、実施の形態１に係るレーザ加工装置を用いた、回路基板上の積層膜のレーザ除去加工方法について説明する。
【0037】
図５（ａ）～（ｃ）は、回路基板３０上の積層膜をレーザ除去加工する時の経時変化を示す概略断面図である。図６は、回路基板３０上の積層膜を走査してレーザ除去加工する時の状態を示す概略図である。
図５（ａ）は、回路基板３０の１事例の断面構造を示す概略断面図である。回路基板３０は、絶縁基板３１上に、金などの導電体からなる電極３２が形成され、その上に抵抗膜３３、保護膜３４が順に積層されている。
レーザビーム３を回路基板３０上に照射することにより、保護膜３４と抵抗膜３３とを除去加工し、電極３２を表面に露出させて、外部電極として取り出すことを目的としている。
図５（ａ）は、回路基板３０の１事例の断面構造を示す概略断面図である。回路基板３０は、絶縁基板３１上に、金などの導電体からなる電極３２が形成され、その上に抵抗膜３３、保護膜３４が順に積層されている。
レーザビーム３を回路基板３０上に照射することにより、保護膜３４と抵抗膜３３とを除去加工し、電極３２を表面に露出させて、外部電極として取り出すことを目的としている。
【0038】
【0039】
図５（ｃ）は、更に、走査照射回数を重ねた時の回路基板の断面構造を示す概略断面図である。図５（ｃ）に示すように、保護膜３４に加えて抵抗膜３３も除去加工され、除去加工部３５において、電極３２が表面に露出している。
上述した図５（ａ）～（ｃ）は、いずれも回路基板の断面構造を示す概略断面図であり、実際には、図６で示したように、回路基板に対してレーザビーム３が矢印の方向に走査され、その走査回数の増加に伴い、レーザ除去加工が進行する。
上述した図５（ａ）～（ｃ）は、いずれも回路基板の断面構造を示す概略断面図であり、実際には、図６で示したように、回路基板に対してレーザビーム３が矢印の方向に走査され、その走査回数の増加に伴い、レーザ除去加工が進行する。
【0040】
次に、ある一定の回数だけ走査しレーザ除去加工を行った時の結果を図７に示す。図７（ａ）～（ｃ）は、積層膜除去加工後の様々な断面状態を示す拡大断面図である。
事前の検証実験により、電極３２が表面に露出する最適な走査回数を設定したとしても、実際の回路基板においては、各種積層膜の厚みは製造上のばらつきが生じるため、図７（ａ）～（ｃ）に示すように、電極３２に対するレーザ除去加工量は変動してしまうことがある。
事前の検証実験により、電極３２が表面に露出する最適な走査回数を設定したとしても、実際の回路基板においては、各種積層膜の厚みは製造上のばらつきが生じるため、図７（ａ）～（ｃ）に示すように、電極３２に対するレーザ除去加工量は変動してしまうことがある。
【0041】
図７（ａ）では、各種積層膜の厚みが正常厚みの場合であり、電極３２まで正常に除去加工されている。ところが、図７（ｂ）のように、抵抗膜３３の厚みが厚くなると、電極３２まで除去加工ができず、除去不足の不良となる。逆に、図７（ｃ）のように、抵抗膜３３の厚みが薄くなると、電極３２が異常に除去加工され、除去過剰の不良となる。
【0042】
そこで、レーザ加工時のワークからの反射光を測定して、その反射光強度の変化を検出することにより、電極３２が表面に露出したかを検出する方法がある。しかし、上述のようにレーザ加工時の照射時間（パルス幅に相当）が非常に短いため、その反射光強度も非常に弱く、強度変動も大きい。また、短パルスレーザ加工は、除去加工性に優れており、積層膜の材質に依存せず除去加工できる。そのため、積層膜の除去が進み、積層膜の材質が変化しても、反射光強度の変化としては現れにくい。
【0043】
一方、本発明者は、短パルスレーザと重畳して、積層膜に損傷を与えない低パワーの連続発振レーザを照射すると、連続光であるため積層膜の材質変化（反射率の変化）に応じて、反射光強度が変化することを見いだした。このとき、反射しない連続発振レーザは積層膜に吸収され加熱されるが、低パワーであるため除去加工等の損傷を与えない。
【0044】
そこで、本実施の形態に係るレーザ加工方法では、高ピークパワーを有する高繰り返し短パルスレーザと、低出力の連続発振レーザとを同時にレーザ発振させて重畳させている。このため、高ピークパワーを有する高繰り返し短パルスレーザで積層膜の除去加工を行い、且つ、低出力の連続発振レーザによる反射光から積層膜の除去状態を検出することができる。
【0045】
図８（ａ）～（ｃ）は、短パルスレーザによる加工プロセスの経時変化を示す概略断面図である。
図８（ａ）は、回路基板の抵抗膜３３上に、短パルスレーザビーム３Ｐが照射される直前の断面構造を示す概略断面図である。図８（ｂ）は、短パルスレーザビーム３Ｐが抵抗膜３３上に照射され、抵抗膜３３がアブレーション加工されている時の断面構造を示す概略断面図である。アブレーション加工中は、抵抗膜３３の上方にアブレーションプルーム３６が発生し、抵抗膜３３が昇華したアブレーション粒子３７が周囲に飛んでいく。それと同時に、図８（ｃ）で示すような短パルスレーザの反射光１１Ｐが発生する。図８（ａ）～（ｃ）は、短パルスレーザの照射のわずかな間に瞬間的に同時に発生し、複雑なプロセス現象となるため、短パルスレーザの反射光１１Ｐは変動する。
図８（ａ）は、回路基板の抵抗膜３３上に、短パルスレーザビーム３Ｐが照射される直前の断面構造を示す概略断面図である。図８（ｂ）は、短パルスレーザビーム３Ｐが抵抗膜３３上に照射され、抵抗膜３３がアブレーション加工されている時の断面構造を示す概略断面図である。アブレーション加工中は、抵抗膜３３の上方にアブレーションプルーム３６が発生し、抵抗膜３３が昇華したアブレーション粒子３７が周囲に飛んでいく。それと同時に、図８（ｃ）で示すような短パルスレーザの反射光１１Ｐが発生する。図８（ａ）～（ｃ）は、短パルスレーザの照射のわずかな間に瞬間的に同時に発生し、複雑なプロセス現象となるため、短パルスレーザの反射光１１Ｐは変動する。
【0046】
一方、図９（ａ）～（ｃ）は、連続発振レーザによる加工プロセスの経時変化を示す概略断面図である。
図９（ａ）は、回路基板の抵抗膜３３上に、連続発振レーザビーム３Ｃが連続照射されている状態の断面構造を示す概略断面図である。図９（ｂ）で示すように、連続発振レーザビーム３Ｃが抵抗膜３３上に照射されるが、抵抗膜３３は加工されない。そのため、図９（ｃ）で示すように、安定した連続発振レーザの反射光１１Ｃが発生する。
図９（ａ）は、回路基板の抵抗膜３３上に、連続発振レーザビーム３Ｃが連続照射されている状態の断面構造を示す概略断面図である。図９（ｂ）で示すように、連続発振レーザビーム３Ｃが抵抗膜３３上に照射されるが、抵抗膜３３は加工されない。そのため、図９（ｃ）で示すように、安定した連続発振レーザの反射光１１Ｃが発生する。
【0047】
【0048】
図１０（ａ）～（ｃ）は、電極３２に対する短パルスレーザによる加工プロセスの経時変化を示す概略断面図である。
図１０（ａ）は、回路基板の電極３２上に、短パルスレーザビーム３Ｐが照射される直前の断面構造を示す概略断面図である。図１０（ｂ）は、短パルスレーザビーム３Ｐが電極３２上に照射され、電極３２がアブレーション加工されている時の断面構造を示す概略断面図である。電極３２に対しても、アブレーション加工され、電極３２の上方にアブレーションプルーム３６ａが発生し、電極３２が昇華したアブレーション粒子３７ａが周囲に飛んでいく。それと同時に、図１０（ｃ）で示すような短パルスレーザの反射光１１Ｐが発生する。図１０（ａ）～（ｃ）は、短パルスレーザの照射のわずかな間に瞬間的に同時に発生し、複雑なプロセス現象となるため、短パルスレーザの反射光１１Ｐは変動する。また、電極３２も、抵抗膜３３と同様にアブレーション加工されるため、加工対象が抵抗膜３３から電極３２に替わっても短パルスレーザの反射光１１Ｐの強度変化も少ない。
図１０（ａ）は、回路基板の電極３２上に、短パルスレーザビーム３Ｐが照射される直前の断面構造を示す概略断面図である。図１０（ｂ）は、短パルスレーザビーム３Ｐが電極３２上に照射され、電極３２がアブレーション加工されている時の断面構造を示す概略断面図である。電極３２に対しても、アブレーション加工され、電極３２の上方にアブレーションプルーム３６ａが発生し、電極３２が昇華したアブレーション粒子３７ａが周囲に飛んでいく。それと同時に、図１０（ｃ）で示すような短パルスレーザの反射光１１Ｐが発生する。図１０（ａ）～（ｃ）は、短パルスレーザの照射のわずかな間に瞬間的に同時に発生し、複雑なプロセス現象となるため、短パルスレーザの反射光１１Ｐは変動する。また、電極３２も、抵抗膜３３と同様にアブレーション加工されるため、加工対象が抵抗膜３３から電極３２に替わっても短パルスレーザの反射光１１Ｐの強度変化も少ない。
【0049】
図１１（ａ）～（ｃ）は、電極３２に対する連続発振レーザによる加工プロセスの経時変化を示す概略断面図である。
一方、図１１（ａ）は、回路基板の電極３２上に、連続発振レーザビーム３Ｃが連続照射されている状態の断面構造を示す概略断面図である。図１１（ｂ）で示すように、連続発振レーザビーム３Ｃが電極３２上に照射されるが、電極３２は加工されない。そのため、図１１（ｃ）で示すように、安定した連続発振レーザの反射光１１Ｃが発生し、電極３２の反射率に応じた反射光強度が発生する。抵抗膜３３に対して、電極３２は金などの高反射材料でできているため、加工対象が抵抗膜３３から電極３２に替わると、電極３２からの連続発振レーザの反射光１１Ｃは強くなる。
一方、図１１（ａ）は、回路基板の電極３２上に、連続発振レーザビーム３Ｃが連続照射されている状態の断面構造を示す概略断面図である。図１１（ｂ）で示すように、連続発振レーザビーム３Ｃが電極３２上に照射されるが、電極３２は加工されない。そのため、図１１（ｃ）で示すように、安定した連続発振レーザの反射光１１Ｃが発生し、電極３２の反射率に応じた反射光強度が発生する。抵抗膜３３に対して、電極３２は金などの高反射材料でできているため、加工対象が抵抗膜３３から電極３２に替わると、電極３２からの連続発振レーザの反射光１１Ｃは強くなる。
【0050】
次に、具体的に、回路基板にレーザビーム３を１回走査した時の反射光１１について説明する。
【0051】
図１２は、実施の形態１に係るレーザ加工装置におけるレーザ発振器から出射したレーザビーム３のレーザ出力の時間的変化を示す図である。レーザビーム３には、短パルスレーザビーム３Ｐと連続発振レーザビーム３Ｃとが重畳されている。
【0052】
図１３（ａ）は、図１２のレーザビーム３が回路基板の抵抗膜３３に照射された時の反射光の反射光強度の時間変化を示す図である。この反射光には、短パルスレーザの反射光１１Ｐと連続発振レーザの反射光１１Ｃとが重畳されている。短パルスレーザの反射光１１Ｐは、上述したように、反射光強度が変動しているが、連続発振レーザの反射光１１Ｃは安定している。
【0053】
図１３（ｂ）は、図１２のレーザビーム３が回路基板の電極３２に照射された時の反射光の反射光強度の時間的変化を示す図である。この反射光には、短パルスレーザの反射光１１Ｐと連続発振レーザの反射光１１Ｃとが重畳されている。この時の短パルスレーザの反射光１１Ｐは、抵抗膜３３への照射時の時より、若干増加しているだけで、反射光強度の変動も発生している。
【0054】
一方、連続発振レーザの反射光１１Ｃは、抵抗膜３３への照射時の時より、反射光強度が大きくなっており、且つ、安定している。
【0055】
図１３（ｃ）は、図１３（ｂ）の反射光について高周波カットフィルターによって短パルスレーザの反射光１１Ｐ成分を除去した連続発振レーザの反射光１１Ｃ成分を示す図である。
更に、本実施の形態１に係るレーザ加工装置の反射光信号処理部１４には、反射光の短パルス成分（高周波）を遮断する高周波カットフィルターの機能があり、その機能を用いて、短パルスレーザの反射光１１Ｐ成分だけを除去することができる。高周波カットフィルターとしては、ハード的な回路構成（高周波カットフィルター回路）でも実現できるし、ソフト的には、デジタル的な高周波カットフィルター、若しくは、その反射光の発生タイミングに合わせた時間的なカットフィルターなどにより実現可能である。その機能を用いた結果が、図１３（ｃ）であり、短パルスレーザの反射光１１Ｐ成分だけが除去され、連続発振レーザの反射光１１Ｃ成分だけを間欠的に抽出している。
この間欠的に抽出された連続発振レーザの反射光１１Ｃ成分の反射光強度から、抵抗膜３３にレーザ照射されたのか、電極３２にレーザ照射されたのか、を検出することができる。
更に、本実施の形態１に係るレーザ加工装置の反射光信号処理部１４には、反射光の短パルス成分（高周波）を遮断する高周波カットフィルターの機能があり、その機能を用いて、短パルスレーザの反射光１１Ｐ成分だけを除去することができる。高周波カットフィルターとしては、ハード的な回路構成（高周波カットフィルター回路）でも実現できるし、ソフト的には、デジタル的な高周波カットフィルター、若しくは、その反射光の発生タイミングに合わせた時間的なカットフィルターなどにより実現可能である。その機能を用いた結果が、図１３（ｃ）であり、短パルスレーザの反射光１１Ｐ成分だけが除去され、連続発振レーザの反射光１１Ｃ成分だけを間欠的に抽出している。
この間欠的に抽出された連続発振レーザの反射光１１Ｃ成分の反射光強度から、抵抗膜３３にレーザ照射されたのか、電極３２にレーザ照射されたのか、を検出することができる。
【0056】
前述で説明した図６に示すように、短パルスレーザによる回路基板上の抵抗膜３３の除去加工は、レーザビーム３を、数回～数十回走査して行われる。
【0057】
図１４は、実施の形態１に係るレーザ除去加工方法のフローチャートである。
この時のレーザ除去加工方法について、図１４のフローチャートを用いて説明する。
（１）まず、ステップ１０１で、レーザ除去加工が開始される。
レーザ走査加工が進んでいくと、始めは、深さ方向で表面側の保護膜３４が除去加工され、次に、抵抗膜３３が除去加工されていく。なお、本フローチャートでは、抵抗膜３３が除去加工されている状態から説明していく。
（２）ステップ１０２で、Ｎ回目のレーザ除去加工を行う。
（３）そのレーザ除去加工時の反射光１１を測定する（ステップ１０３）。
この反射光測定と同時に、図１３で説明したように、反射光から短パルスレーザの反射光１１Ｐ成分を除去し、間欠状の連続発振レーザの反射光１１Ｃ成分だけを抽出する。
（４）この間欠状の連続発振レーザの反射光１１Ｃ成分を、１回の走査当たりで平均化した値を、反射光強度Ｒ（Ｎ）とする（ステップ１０４）。
（５）一方、初期設定条件として、過去の反射光強度を分析するために
・平均化回数Ｎ０（過去直近に走査の何回の反射光強度を使用するか）
・シグマ管理係数Ｋ（反射光強度のばらつき範囲を決める）
を、事前に決めておく（ステップ１０５）。
この時のレーザ除去加工方法について、図１４のフローチャートを用いて説明する。
（１）まず、ステップ１０１で、レーザ除去加工が開始される。
レーザ走査加工が進んでいくと、始めは、深さ方向で表面側の保護膜３４が除去加工され、次に、抵抗膜３３が除去加工されていく。なお、本フローチャートでは、抵抗膜３３が除去加工されている状態から説明していく。
（２）ステップ１０２で、Ｎ回目のレーザ除去加工を行う。
（３）そのレーザ除去加工時の反射光１１を測定する（ステップ１０３）。
この反射光測定と同時に、図１３で説明したように、反射光から短パルスレーザの反射光１１Ｐ成分を除去し、間欠状の連続発振レーザの反射光１１Ｃ成分だけを抽出する。
（４）この間欠状の連続発振レーザの反射光１１Ｃ成分を、１回の走査当たりで平均化した値を、反射光強度Ｒ（Ｎ）とする（ステップ１０４）。
（５）一方、初期設定条件として、過去の反射光強度を分析するために
・平均化回数Ｎ０（過去直近に走査の何回の反射光強度を使用するか）
・シグマ管理係数Ｋ（反射光強度のばらつき範囲を決める）
を、事前に決めておく（ステップ１０５）。
【0058】
（６）ステップ１０６では、過去直近走査のＮ０回の反射光分析を行う。
・分析範囲：（Ｎ－Ｎ０）回目～（Ｎ－１）回目
・反射光強度：Ｒ（Ｎ－Ｎ０）～Ｒ（Ｎ－１）
から、
・平均の反射光強度Ｒｍ、分散Ｒσ
を算出する。
（７）ステップ１０７では、今回のレーザ除去加工で得られた反射光強度：Ｒ（Ｎ）と過去直近走査のＮ０回の反射光分析から得られた指標：Ｒｍ＋Ｋ・Ｒσを比較する。
反射光強度Ｒ（Ｎ）がそれより大きければ、今回のレーザ除去加工での反射光強度が、過去直近走査のＮ０回での反射光強度より、統計的に有意差があり、反射光強度の変化が生じていると考えられる。
なお、反射光強度の分布が正規分布であるとした場合、シグマ管理係数Ｋが１の場合には、反射光強度がＲｍ－σ～Ｒｍ＋σの範囲にあるのはおよそ６８％であり、Ｋが２の場合には、反射光強度がＲｍ－２σ～Ｒｍ＋２σの範囲にあるのはおよそ９５％であり、Ｋが３の場合には、反射光強度がＲｍ－３σ～Ｒｍ＋３σの範囲にあるのはおよそ９９．７％である。
つまり、抵抗膜３３が既に除去されており、その下層である電極３２の除去加工に進んでいると判断でき、レーザ除去加工が完了する（ステップ１０８）。
・分析範囲：（Ｎ－Ｎ０）回目～（Ｎ－１）回目
・反射光強度：Ｒ（Ｎ－Ｎ０）～Ｒ（Ｎ－１）
から、
・平均の反射光強度Ｒｍ、分散Ｒσ
を算出する。
（７）ステップ１０７では、今回のレーザ除去加工で得られた反射光強度：Ｒ（Ｎ）と過去直近走査のＮ０回の反射光分析から得られた指標：Ｒｍ＋Ｋ・Ｒσを比較する。
反射光強度Ｒ（Ｎ）がそれより大きければ、今回のレーザ除去加工での反射光強度が、過去直近走査のＮ０回での反射光強度より、統計的に有意差があり、反射光強度の変化が生じていると考えられる。
なお、反射光強度の分布が正規分布であるとした場合、シグマ管理係数Ｋが１の場合には、反射光強度がＲｍ－σ～Ｒｍ＋σの範囲にあるのはおよそ６８％であり、Ｋが２の場合には、反射光強度がＲｍ－２σ～Ｒｍ＋２σの範囲にあるのはおよそ９５％であり、Ｋが３の場合には、反射光強度がＲｍ－３σ～Ｒｍ＋３σの範囲にあるのはおよそ９９．７％である。
つまり、抵抗膜３３が既に除去されており、その下層である電極３２の除去加工に進んでいると判断でき、レーザ除去加工が完了する（ステップ１０８）。
【0059】
（８）逆に、反射光強度Ｒ（Ｎ）がまだ小さければ、抵抗膜３３の除去加工中であり、その下層の電極３２に到達していないと判断される。その場合は、再度、抵抗膜３３に対して、Ｎ＋１回目の除去加工を行う必要がある（ステップ１０９）。
尚、上述した図１４のフローチャートのステップ１０７の反射光強度判定において、電極３２が除去加工されたかについては、予め決められた一定の判定閾値を用いてもよい。
但し、その場合は、事前検証などにより、何らかの一定の判定閾値設定が必要である。
一方、上述した図１４のフローチャートでは、自動的に判定閾値が決まり、事前に決めておく必要がないことが利点である。
尚、上述した図１４のフローチャートのステップ１０７の反射光強度判定において、電極３２が除去加工されたかについては、予め決められた一定の判定閾値を用いてもよい。
但し、その場合は、事前検証などにより、何らかの一定の判定閾値設定が必要である。
一方、上述した図１４のフローチャートでは、自動的に判定閾値が決まり、事前に決めておく必要がないことが利点である。
【0060】
上記、述べてきたように、本開示によるレーザ加工方法によれば、回路基板の積層膜の除去加工状態を検出しながら、レーザ除去加工することができる。
【0061】
また、本開示は、前記実施の形態に限定されるものではなく、その他種々の態様で実施できる。例えば、上記記載において、複数の積層膜のうちの抵抗膜のレーザ除去加工を事例として説明したが、本開示はこれに限定されない。例えば、複数の積層膜のうちの保護膜の除去加工、電極の除去加工、更には、抵抗膜の抵抗値を調整するトリミング加工などにも適用可能である。
【0062】
本開示は、添付図面を参照しながら好ましい実施の形態に関連して充分に記載されているが、この技術に熟練した人々にとっては種々の変形や修正は明白である。そのような変形や修正は、添付した請求の範囲による本開示の範囲から外れない限りにおいて、本開示の請求の範囲内に含まれると理解されるべきである。
【産業上の利用可能性】
【0063】
本発明のレーザ加工方法では、特定の積層膜の除去加工状態を検出しながら、レーザ除去加工することができるため、高精度な回路基板を形成することができる。
【符号の説明】
【0064】
１ レーザ発振器
２ 加工用光ファイバー
３ レーザビーム
４ コリメートレンズ
５ ダイクロイックミラー
６ａ、６ｂ 加工用ガルバノミラー
７ ガルバノ制御部
８ 集光レンズ
９ ワーク
１０ 位置決め治具
１１ 反射光
１２ 結像レンズ
１３ 反射光センサー
１４ 反射光信号処理部
１５ 全体システム制御部
２１ 全反射ミラー
２２ 出力ミラー
２３ 励起光
２４ 合成器
２５ 光変調器
２６ 変調信号発生器
２７ 光ファイバー増幅器
２８Ｐ 短パルス信号
２８Ｃ 連続出力信号
３１ 絶縁基板
３２ 電極
３３ 抵抗膜
３４ 保護膜
３５ 除去加工部
３６ アブレーションプルーム
３７ アブレーション粒子
１００ レーザ加工ヘッド部
２００ レーザ加工装置
２ 加工用光ファイバー
３ レーザビーム
４ コリメートレンズ
５ ダイクロイックミラー
６ａ、６ｂ 加工用ガルバノミラー
７ ガルバノ制御部
８ 集光レンズ
９ ワーク
１０ 位置決め治具
１１ 反射光
１２ 結像レンズ
１３ 反射光センサー
１４ 反射光信号処理部
１５ 全体システム制御部
２１ 全反射ミラー
２２ 出力ミラー
２３ 励起光
２４ 合成器
２５ 光変調器
２６ 変調信号発生器
２７ 光ファイバー増幅器
２８Ｐ 短パルス信号
２８Ｃ 連続出力信号
３１ 絶縁基板
３２ 電極
３３ 抵抗膜
３４ 保護膜
３５ 除去加工部
３６ アブレーションプルーム
３７ アブレーション粒子
１００ レーザ加工ヘッド部
２００ レーザ加工装置
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】