本发明涉及激光加工装置，具体而言，涉及一种对印刷电路板开孔加工等用 的激光加工装置，该装置借助电流计式扫描器来转动偏转反射镜反射激光振荡器 发射的激光脉冲，瞬时定位至被加工物即印刷电路基板上需加工处并加以照射， 进行高速开孔加工。

近年来，在产品或元器件的制造工序等中，在用已有加工方法加工困难的场 所，适合用激光加工方法。尤其是，在印刷电路基板的制造工序中，由于电子装 置小型化，不断要求电路微细化和高密度化，对印刷电路板制造过程中进行的开 孔加工也要求进行微细加工，这用已有的钻头打孔难以完成。在这种情况下，适 合用激光开孔代替钻头开孔对印刷电路板进行开孔加工。

用激光对印刷电路板进行孔加工，就是将激光振荡器发射的激光脉冲聚光于 印刷电路板上所需加工部位，通过热分解除去照射部位的由环氧树脂等构成的基 板材料。在必需用这种激光进行微小孔加工的高密度印刷电路板中，通常每块基 板需加工几千至几万个孔，为了短时间内处理如此众多的孔加工，必须快速移动 激光照射位置，此时，可用电流计式扫描器作为激光高速定位手段。

例如，特开平5-2146号公报中揭示了一种采用电流计式扫描器的以往的 激光加工装置，尤其是特开平7-32183号公报揭示了一种印刷电路板开孔用的 激光加工装置。图4为采用电流计式扫描器、印刷电路板开孔用的已有技术激光 加工装置50的基本结构说明图。

下面，按图4说明已有技术印刷电路板开孔用激光加工装置50的工作。首 先，激光振荡器52发射的脉冲状激光LB经由熔融石英作为反射镜母材的一对矩 形偏转反射镜54、56反射，被反射的激光LB由fθ透镜64聚光，照射到印刷 电路板66上。上述偏转反射镜54、56分别固定于安装在扫描器保持单元62的 一对电流计式扫描器58、60的旋转轴68的前端。

电流计式扫描器58、60连接于扫描驱动放大器85。该扫描驱动放大器85 将由指令单元88与每个激光脉冲同步产生的对应于位置指令的电流指令送给电 流计式扫描器58、60，使所述旋转轴68旋转对应于位置指令的角度，使偏转 反射镜54、56转动，将每个脉冲的激光LB定位在印刷电路板66上所需位置， 进行开孔。

此时，由于经fθ透镜64能将激光照射到印刷电路板66上的区域仅为有限扫 描区67，故结构上作成每当一个扫描区67加工结束，NC装置89就驱动XY工 作台69，在与激光垂直的平面内逐次移动印刷电路板66，通过这样对板上所有 扫描区67进行加工。

下面，说明电流计式扫描器58、60的结构及工作原理。电流计式扫描器是 一种旋转轴仅可在有限角度范围内转动的电动机，是转动偏转反射镜使激光偏转 方向的驱动装置，一般用于激光光学装置。

图5表示电流计式扫描器58与其控制电路的结构图。这里，电流计式扫描 器60虽未图示，但结构也相同。图5中，电流计式扫描器58具有使偏转反射镜 54转动的旋转轴68，永久磁铁70，驱动线圈76，安装于旋转轴68、检测旋转 轴68的角度位移的电容式角度检测器80等。

上述永久磁铁70产生的偏置磁场74和上述驱动线圈76中通以电流产生的 驱动磁场78，如图中箭头所示，通过两磁场相互作用，对旋转轴68产生转矩。

作为电流计式扫描器58的控制电路的扫描驱动放大器85，用电流放大器84 对从上述电容式角度检测器80输出的角度位移信号与作为输入信号的位置指令 之差的位移误差信号进行放大，产生驱动线圈76中流动的驱动电流，通过这样 能控制旋转轴68在规定方向中旋转规定的角度。也即，将从电容式角度检测器 80输出的位移信号反馈给输入信号，构成闭环，进行伺服控制。

电流计式扫描器58具有上述结构，其旋转轴68的前端，固定有偏转反射镜 54，将2个为一对的电流计式扫描器58、60如图4配置，这样就能按指令单元 88来的位置指令将激光照射到印刷电路板66上规定位置处。

图7表示电流计式扫描器58的外观立体图。电流计式扫描器58，这里为立 方体形状，在立方体的一面设有固定电流计式扫描器主体的几个螺钌孔86。在 采用这种电流计式扫描器58的已有技术的印刷电路板开孔用激光加工装置中， 通过设置在上述电流计式扫描器主体侧面的螺孔86，固定于扫描器保持单元 62，如图4所示，与旋转轴68关联的电流计式扫描器主体不具有旋转自由度。

再有，采用电流计式扫描器的已有技术印刷电路板开孔用激光加工装置中所 用的偏转反射镜54使用材料刚性较低的熔融石英的反射镜板，并且如图8所示， 作成矩形形状。

但是，按照上述那样采用已有技术电流计式扫描器的印刷电路板开孔用激光 加工装置，存在如下问题。若为了对激光高速定位而高速转动偏转反射镜，则因 电流计式扫描器58的转轴68与偏转反射镜54相互具有的绕旋转中心不均衡而 使旋转轴68产生不可控制的振动，固定于所述旋转轴68前端的偏转反射镜54 产生抖动，从而不能将激光准确地定位在印刷电路板上规定位置，降低了被加工 孔的位置精度。

尤其是，在每秒定位500处的高速定位场合，这种位置精度的下降尤为明显， 这大大阻碍了高精度短时间加工需众多开孔的高密度印刷电路板。

下面说明电流计式扫描器58的转轴65与偏转反射镜54不均衡引起上述位 置精度下降的情况。电流计式扫描器58的转轴68及固定于该转轴68前端的偏 转反射镜54，围绕旋转中心分别具有偏心ε1、ε2。

该偏心ε1、ε2是由制作电流计式扫描器58及偏转反射镜54的误差产生的， 制作消除偏心的完全旋转对称的转轴68和偏转反射镜54是困难的。不均衡可用 质量与偏心的积来表示，偏转反射镜54的不均衡U1为

     U1=m1ε1

而转轴68的不均衡U2为

     U2=m2ε2。

这里，ml为偏转反射镜54的质量，m2为转轴68的质量。

然而，偏转反射镜54固定于转轴68前端、两者构成一体时的合成不均衡U 为：

     U=U1+U2。 如图9所示，若U2与U1的夹角为θ，则：

     U=U1+U2cosθ。

这里，如图9(a)、(b)所示，

θ＜90度，θ＞270度时，U2cosθ＞0

90度＜θ＜270度时，U2cosθ＜0， 合成不均衡会随偏心相对于旋转中心的相互位置关系、也即随偏转反射镜54相 对于旋转轴68的安装角度位置，其大小发生变化，若构成180度，则合成不均 衡能够有最小值。

在旋转体中，一般轴的转速越大，引起振动的不均衡的容许值越小。这对于 电流计式扫描器也一样，在使转轴68高速旋转以更高速度可对激光定位情况下， 转轴68与偏转反射镜54为一体时的合成不均衡必须要小。

下面描述电流计式扫描器的具体动作随不均衡大小的不同而不同的情况。图 6为表示采用电流计式扫描器的印刷电路板开孔用激光加工装置中激光照射与电 流计式扫描器动作同步的时间图。

(a)为激光振荡触发信号，(b)为给电流计式扫描器的位置指令的输入信号， (c)为偏转反射镜的旋转位移相对于位置指令之差的位移误差信号。在位置指令变 化区，电流计式扫描器的转轴旋转，在位置指令不变的调整区，转轴的位移向着 构成目标的位置指令逐渐收敛，使位移误差信号为零。激光振荡触发信号在该位 移误差信号为零的时刻触发振荡产生激光脉冲，照射印刷电路板，进行准确地定 位开孔。

在偏转反射镜54相对于转轴68安装角度位置适当而将不均衡抑制得较小情 况下，位移误差信号在调整区如实线所示，平滑地收敛于零，相反，在偏转反射 镜54相对于转轴68安装角度位置不适当使不均衡较大时，位移误差信号如虚线 所示，随转轴68振动而振动，其结果，电流计式扫描器的动作特性下降，偏转 反射镜不能静止在正确位置，激光照向印刷电路板的照射位置发生偏差。

另外，在采用电流计式扫描器的已有印刷电路板开孔用激光加工装置中，如 图4所示，电流计式扫描器58、60相对于扫描器保持单元62固定安装，与转轴 68有关的电流计式扫描器主体没有旋转自由度。

因此，当输给电流计式扫描器58、60的位置指令为零时，也即，转轴68 要位于最大转角中点情况下，必须唯一确定偏转反射镜54、56相对于各个电流 计式扫描器58、60的转轴68的安装角位置，以便能将激光定位在扫描区67的 中央。

这样一来，一旦唯一确定偏转反射镜54、56相对于各个电流计式扫描器 58、60的转轴68的安装角位置，就不能如前所述将偏转反射镜54、56相对于 转轴68固定在转轴与偏转反射镜合成不均衡最小的安装角位置处，难以将不均 衡抑制为最小。

其结果，若进行高速定位动作，就会明显降低电流计式扫描器的动作特性， 由于照射激光的瞬间、转轴68调整时产生振动使偏转反射镜54抖动，故降低了 激光的定位精度。因此，若固定电流计式扫描器，就不能抑制转轴的不均衡，从 而出现难以高速、高精度对印刷电路板66开孔的不良情况。

另一方面，在为了高速高精度定位激光使偏转反射镜高速转动情况下，重要 的是要减小偏转反射镜具有的惯性矩。

但是，在用已有熔融石英结晶反射镜基板构成的矩形形状的偏转反射镜反射 图8所示圆形截面的激光LB时，由于存在无助于接收激光LB的多余区55，故 惯性矩大，其结果出现不能由电流计式扫描器高速转动偏转反射镜54的不良情 况。

特别是，已有偏转反射镜使用熔融石英结晶，由于刚性较低，故反射镜基极 易变形，难以制作薄的反射镜基板，结果因不能作成薄的反射镜基板，故难以降 低惯性矩。

本发明鉴于上述已有印刷电路板开孔加工用激光加工装置存在的不良情 况，其目的在于提供一种生产率高的印刷电路板开孔用的激光加工装置。该装置 能抑制偏转反射镜高速转动时由电流计式扫描器的转轴与偏转反射镜相互具有 的绕旋转中心的不均衡引起转轴振动而产生的偏转反射镜的抖动，且偏转反射镜 的惯性矩可作得很小并能保证表面精度，从而能高速高精度将激光定位在印刷电 路板上规定位置处，进行孔加工。

本发明的激光加工装置，其特征在于，具有：

发射激光的激光振荡器；

对所述激光振荡器发射的激光进行反射的偏转反射镜；

转动所述偏转反射镜的电流计式扫描器；

以所述偏转反射镜的转轴为中心可调节所述电流计式扫描器的安装角度位 置的电流计式扫描器的安装机构。

本发明的再一激光加工装置，其特征在于，具有：

发射激光的激光振荡器；

对所述激光振荡器发射的激光进行反射的偏转反射镜；

转动所述偏转反射镜的电流计式扫描器；

所述偏转反射镜仅将随偏转移动的激光实际入射范围作为可反射的光接收 区域。

本发明的激光加工装置，其特征在于，所述偏转反射镜，其反射镜基板的材 料由硅结晶构成。

本发明的激光加工装置，其特征在于，所述偏转反射镜，其反射镜基板的厚 度在2mm以上3mm以下。

附图概述

图1为表示本发明实施形态的激光加工装置基本结构的立体图；

图2为表示具有与转轴轴心有关的旋转自由度的安装图1所示电流计式扫描 器的安装保持机构的说明图；

图3为表示图1所示偏转反射镜的说明图；

图4为表示已有技术例激光加工装置的基本结构的立体图。

图5为表示图4所示电流计式扫描器与其周围电路结构的说明图；

图6为表示激光振荡触发信号、输入信号及位移误差信号的波形的曲线图；

图7为电流计式扫描器外观立体图；

图8为表示已有技术中偏转反射镜的立体图；

图9为说明合成不均衡的说明图。

下面，参照附图详细说明本发明激光加工装置的实施形态。

图1为表示该实施形态激光加工装置10的基本结构的立体图。在图1中， 该激光加工装置10包括：激光振荡器12；对激光振荡器12发射的激光LB进行 反射的偏转反射镜14、16；分别使这些偏转反射镜14、16高速转动的电流计 式扫描器18、22；使电流计式扫描器主体具有旋转自由度的安装保持机构20、 24，结构上使得上述电流计式扫描器18、22相对于其偏转反射镜14、16转轴 34的轴心具有旋转自由度，且可对安装角度位置进行调节，并在调节到想要角度 位置结束后可加以固定保持；以及用于将偏转反射镜14、16反射偏转后的激光 LB聚焦于同一平面上的fθ透镜26等。

这样，该fθ透镜26聚焦后的激光LB照射到作为置于XY工作台49上被加 工物的印刷电路板28上的加工位置，进行开孔。

该实施形态中激光加工装置10的结构特征是具有安装保持机构20、24， 使得保持的电流计式扫描器18、22相对于其偏转反射镜14、16转轴34、35 具有旋转自由度，另外的结构特征还有偏转反射镜14、16的形状及材料等。下 面结合图2和图3描述该实施形态中特征结构。

图1所示2个电流计式扫描器大致具有同等结构，下面主要叙述电流计式扫 描器18。

首先，图2表示保持图1中电流计式扫描器18使之相对于转轴轴心具有旋 转自由度的安装保持机构20的结构图，其中(a)为左视图，(b)为(a)或(c)中A-A 线剖视图，(c)为右视图。

图2中，安装保持机构20具有固定电流计式扫描器18的旋转筒30及放置 该旋转筒30的旋转筒容器32，如图2(b)所示，在旋转筒30的一端设有筒端加宽 了的凸缘部36。

如图2(a)所示，旋转筒30作成可放人电流计式扫描器18的半圆筒形，用未 图示的螺钉将电流计式扫描18与旋转筒30安装成一体，使得该圆筒部中心轴与 电流计式扫描器18、即偏转反射镜14的转轴34的轴心相一致。

旋转筒容器32设有与旋转筒30的圆筒部相同直径的圆筒孔，与电流计式扫 描器18成一体的旋转筒30通过其圆筒部插入旋转筒容器中。固定螺钉40穿过 设置于旋转筒30的凸缘部36上的圆弧形长孔38，用该固定螺钉使旋转筒30与 旋转筒容器32固定。若固定螺钉40呈松开状态，则旋转筒30在圆弧形长孔38 的圆弧长度部分旋转方向上相对于旋转筒容器32可具有自由度。

电流计式扫描器18具有这样的结构，即，由于其偏转反射镜14转轴34的 轴心与旋转筒30的中心轴一致，故电流计式扫描器18具有与其偏转反射镜14 转轴34的轴心相关的旋转自由度，以调节安装角度位置，在调节达或所需角度 位置结束调节后，可加以固定保持。

下面，说明用上述安装保持机构20将偏转反射镜14固定于转轴34时寻找 不产生用不均衡引起振动的安装角度位置的动作。

首先，将偏转反射镜14固定在相对于电流计式扫描器18转轴34的任一安 装角度位置。接着，以与实际加工时相同的高速度驱动电流计式扫描器18，并 通过位移误差信号观察此时电流计式扫描器18的动作状态。

例如，如图6(c)所示，在调整区位移误差信号有振动情况下(虚线情况)，暂 时停止其动作，对安装角度位置稍加偏移后再驱动。该操作重复数次，最终能抑 制转轴34与偏转反射镜14间偏心引起的不均衡，并能寻找到不发生振动的电流 计式扫描器动作稳定的安装角度位置。

这样一来，调节到寻找到的最佳安装角度位置并将偏转反射镜14固定于转 轴34后，使与电流计式扫描器18固定一体的旋转筒30旋转，当给电流计式扫 描器18的位置指令为零时，也即转轴34位于最大转角中点时，也能将激光定位 在扫描区48的中央。

也即，按照本发明的安装保持机构20，不管将偏转反射镜14固定在相对于 电流计式扫描器18转轴34的什么样的安装角度位置，都能通过转动电流计式扫 描器主体来调整激光偏差。其结果能抑制偏转反射镜安装角度位置产生的振动， 从而能高速高精度对印刷电路板开孔。对电流计式扫描器22及其安装保持机构 24也能获得同样的效果。

图3表示说明图1中偏转反射镜14、16的示意图，其中(a)为相对于偏转反 射镜14、16的立体图，(b)为从光接收面看偏转反射镜14的示意图。本实施形 态的偏转反射镜14、16如下文所述具有椭圆形或长圆形的特点。

如图3(a)所示，假定激光振荡器12发射的激光LB具有直径为D的圆形截面 的光束，当以入射角45°入射偏转反射镜14落到反射镜光接收面14a上时，则如 该图(b)所示，反射镜光接收面14a上虚线所示激光照射的区域15变成长径为 D/cos45°、短径为D的椭圆形。

如图3(a)所示，当偏转角为c时，反射镜光接收面14a上虚线所示激光照射 的区域1 5变为长径为D/cos(45°-α)、短径为D的椭圆形。因此，只要将偏转反 射镜14的反射镜接收面14a作成至少能包含激光照射区域15的椭圆形，就能将 入射的激光全部反射。

下面，具体考察一下如图3所示将偏转反射镜14的反射镜形状作成椭圆形 所带来的效果。在本实施形态中，若设定激光LB的光束形状为30mm(D=30mm) 的圆形，当以入射角45°入射到偏转反射镜14的反射镜光接收面14a上时，则受 激光照射的区域为长径 $(30\times \sqrt{2})\mathrm{mm}$ 、短径为30mm的椭圆形。

与此相比，若将已有技术的偏转反射镜的形状作成与该椭圆外接的长边为 、短边为30mm矩形形状，并设定图3(b)所示椭圆形短径方向为转轴， 当设其惯性矩为1时，则上述椭圆形的惯性矩为0.59。

这种惯性矩的差是由于惯性矩与至旋转中心周围质量的半径距离的平方成 正比而产生的，与矩形相比，远离旋转中心的周边部质量小的椭圆形能极有效地 减小惯性矩。其结果是，由于偏转反射镜形状从矩形变为椭圆形，故能将惯性矩 减小约4成，从而能以更高速度对印刷电路板开孔加工。

若将椭圆形偏转反射镜作成与上述比较例矩形的惯性矩一样大小时，则能接 收激光的区域可作得更大，由此，能加大可反射的激光束直径D。由于激光的聚 光点大小与D成反比，故通过将偏转反射镜作成椭圆形，能获得比用矩形有更微 细的聚光点直径，有利于对印刷电路板进行更微细开孔的加工。

另外，如图3(a)所示，偏转反射镜16的形状，由于考虑到因偏转反射镜14 以偏转角α转动从而使激光在偏转反射镜16的反射镜光接收面16a上移动，故如 上一样作成椭圆形或长圆形，这样能全部反射所接收到的激光。这种偏转反射镜 16与上述比较例那样将反射镜形状作成矩形相比，也具有大幅度减小惯性矩的优 点。

再有，在该实施例中，采用硅结晶作为偏转反射镜的基板材料。与此相反， 在已有技术的印刷电路板开孔用激光加工装置中使用的偏转反射镜的基板材料 为熔融石英结晶。这种熔融石英结晶(比较例)与硅结晶(实施例)的杨氏(Young)模 量与比重的关系示于下面表1中。

                            表1     质 材  杨氏模量(Nm-2)   比重(g/cm3)  杨氏模量/比重 熔融石英结晶   7.31×1010      2.20       3.32    硅结晶   13.0×1010      2.33       5.58

如表1所示，虽然硅结晶比重比熔融石英结晶的大，但由于杨氏模量也大， 故若取作为表示对应于基板难以变形的刚性的一个指标即杨氏模量/比重的值与 熔融石英结晶相比，约为1.7倍。对此，将它们分别用作基板材料作成同样形状、 同样厚度的偏转反射镜时，表明使用硅结晶比使用熔融石英结晶能作成更难变形 的反射镜。

激光加工装置中所用的反射镜，通常要经研磨加工加工成平面，但由于加工 中施加压力使反射镜基板变形，故用易于变形的基板材料难以获得能维持激光性 能的高表面精度。实践证明，对于熔融石英结晶的基板，例如其板厚必须在3mm 以上才能获得可接收直径30mm激光的这样大小的高精度反射镜基板。

如上所述，本实施形态中所用偏转反射镜的基板质材，由于使用比已有技术 中所用熔融石英结晶更难变形的硅结晶，故对于确保同样表面精度能将反射镜基 板厚度作得薄，从而具有能减小偏转反射镜的惯性矩的优点。为此，本发明的发 明人用几种厚度硅结晶基板构成的反射镜基板试制偏转反射镜，进行试验，寻找 可减小惯性矩并具有能够实用的平面精度的反射镜基板厚度，来求得最佳基板厚 度。

其结果，在用硅结晶基板可接收直径30mm激光的这样大小的反射镜基板 中，已发现：若基板厚在2mm以上能比较容易保证高精度的平面度；若基板厚 在3mm下能够减小惯性矩，并能以足够高的速度转动偏转反射镜。

也即，用硅基板作为反射镜的基板质材，且基板厚取2mm以上3mm以下， 与比较例中用熔融石英结晶基板作成反射镜基板相比，能获得不使反射面精度下 降、且具有较小惯性矩的偏转反射镜的令人满意的结果。

与熔融石英结晶基板相比，用刚性高的硅结晶基板对反射镜高速转动产生的 力具有不易变形的优点。

如上所述，按照该实施形态，由于具有安装电流计式扫描器的安装保持机 构，该扫描器经转轴使反射镜转动，所述安装保持机构使该扫描器相对转轴具有 旋转自由度，故能抑制因偏转反射镜安装角度位置引起的电流计式扫描器动作特 性下降，并能高速、高精度对印刷电路板进行开孔加工。

按照该实施形态，由于按照要接收的激光光束的形状将边转动边反射激光的 偏转反射镜的形状作成椭圆形或长圆形，使偏转反射镜具有低的惯性矩，故能高 速、高精度对印刷电路板进行开孔加工。

按照该实施形态，由于用硅结晶作为偏转反射镜的基板质材，故与已有熔融 石英结晶相比，可获得高表面精度，因刚性高可使基板厚度取薄，从而能进一步 减小惯性矩。

按照该实施形态，在用硅结晶作为偏转反射镜基板材质情况下，由于偏转反 射镜基板的厚度在2mm以上3mm以下，故能使良好的表面精度和低惯性矩两全 其美。

如上所述，按照本发明激光加工装置，由于设有电流计式扫描器的安装机 构，能以偏转反射镜的转轴为中心调整电流计式扫描器的安装角度位置，故能抑 制因偏转反射镜安装角度位置引起的电流计式扫描器动作特性下降，并能高速、 高精度对印刷电路板进行开孔加工。

按照本发明激光加工装置，由于仅将随偏转移动的激光实际入射偏转反射镜 的范围作为可反射的光接收区，故偏转反射镜的大小或形状可作到所需最小限 度，减小了惯性矩，从而能高速、高精度对印刷电路板进行开孔加工。

按照本发明激光加工装置，由于用硅结晶作为偏转反射镜的基板材质，刚性 高，反射镜不易变形，故能获得高精度的表面精度。

按照本发明激光加工装置，由于使用硅结晶的偏转反射镜的厚度在2mm以 上3mm以下，能确保高表面精度并将基板尽可能作得薄，故能获得反射面表面 精度不下降、惯性矩小的偏转反射镜。