セラミックグリーンシート用レーザ加工装置及びグリーンシート用レーザ加工方法
【課題】 ＰＥＴフィルムがレーザビームによるダメージを受けることが無く、安価な構成からなるセラミックグリーンシートレーザ加工装置及びセラミックグリーンシートレーザ加工方法を提供すること。
【解決手段】 レーザ源からセラミックグリーンシートに至るまでの前記レーザビームの光路上に、ビームのスポット形状を略矩形状にし、かつビーム強度分布を略均一にする光学素子を備えるセラミックグリーンシート用レーザ加工装置もしくはそのレーザ加工方法。
【解決手段】 レーザ源からセラミックグリーンシートに至るまでの前記レーザビームの光路上に、ビームのスポット形状を略矩形状にし、かつビーム強度分布を略均一にする光学素子を備えるセラミックグリーンシート用レーザ加工装置もしくはそのレーザ加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子部品のレーザ加工に用いるセラミックグリーンシート用レーザ加工装置及びセラミックグリーンシート用レーザ加工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、積層チップ電子部品等に用いられるセラミックグリーンシートに対してレーザビームを用いて打ち抜き加工を施して、配線パターン用の抜き穴を形成することが行われている。この様な加工に用いられるレーザ加工装置においては、ホモジナイザや非球面レンズ等を用いてレーザビームの光軸に対して垂直な面内でのビーム強度分布の調整がなされている。具体的には、ビーム強度分布がガウシアン型のレーザビームを、トップハット型のビーム強度分布とするレーザ加工装置が知られている。また、エキシマレーザを用いたレーザ加工装置も用いられている。このような装置は、複数個のレンズを配列した光学素子により矩形状のスポット形状になるように重ね合わせて、ビーム強度分布を均一にするものである（特許文献１、２参照。）。
【０００３】
さらに、上記のようなレーザ加工装置を用いて形成されたセラミックグリーンシートの抜き穴には導電性のペースト等が充填され、内部電極部材を充填したセラミックグリーンシートは所定枚数積層され、さらなる工程を経ることにより積層チップ電子部品が作製される（特許文献３参照。）。
【特許文献１】特開２０００ー３２６０８１号公報（段落番号〔００１２〕、第１図）
【特許文献２】特開平６ー１７９０８７号公報（段落番号〔０００７〕、第１図）
【特許文献３】特開平６ー２５１９７１号公報（段落番号〔０００９〕〜段落番号〔００１１〕、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ビーム強度分布を均一化する手段の一つであるレンズアレイを用いる従来のレーザ加工方法では、エキシマレーザなど、ビームモードがそれほど良くないレーザ光に対してはビーム強度の均一化について一定の効果がある。
【０００５】
ここで、エキシマレーザを用いるレーザ加工装置の構造は、他のレーザ加工装置と比較してその構造が複雑であり、レーザ加工装置が高価となるばかりでなく、加工装置としてその制御が困難という課題を有している。
【０００６】
従って、エキシマレーザによらない光源からなるレーザビーム加工装置若しくはレーザ加工方法を用いることが望ましい。
【０００７】
しかし、例えば、固体レーザ（ＹＡＧレーザ、ＹＶＯ４レーザ、ＹＬＦレーザなどの固体結晶レーザ）の場合には、非常にコヒレンス性が高い為、通常レンズアレイを通過したレーザビーム同士が干渉し、ビーム強度分布を均一化することが困難である。
【０００８】
レーザビームのビーム強度の均一化がなされていないこのようなレーザビームを用いた場合、セラミックグリーンシートを加工する際、ビーム強度が所定値より高い部分によって、セラミックグリーンシートの基体であるＰＥＴフィルムに穴が開いてしまう恐れがある。ＰＥＴフィルムに穴が存在すると、内部電極用の金属ペーストを充填する際に、ペーストが漏れてしまったり、十分に金属ペーストが充填されないといった問題が生じる恐れがある。従って、ＰＥＴフィルムに穴を開けない、固体レーザを用いた加工装置あるいは加工方法の構築が望まれる。
【０００９】
そこで、本発明は、ＰＥＴフィルムがレーザビームによるダメージを受けることが無く、安価な構成からなるセラミックグリーンシート用加工装置及びセラミックグリーンシート用加工方法を提供することを一の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するための本発明のセラミックグリーンシート用レーザ加工装置の第１の態様は、レーザ源からセラミックグリーンシートに至るまでの前記レーザビームの光路上に、ビームのスポット形状を略矩形状にし、かつビーム強度分布を略均一にする光学素子を備えることを特徴とするである。
【００１１】
また、上記目的を達成するための本発明のセラミックグリーンシート用レーザ加工方法の第１の態様は、ビームのスポット形状を矩形状にし、かつ均一なビーム強度分布に変換するレーザビーム変換工程と、レーザビーム変換工程で変換されたレーザビームをセラミックグリーンシートに照射するレーザビーム照射工程と、を備える。
【００１２】
上記レーザ加工装置若しくはレーザ加工方法において使用する光学素子は、その直径方向に沿った断面形状の微細パターンが、当該光学素子に入射する円形状のレーザビームの一次回折光が矩形状に分布するようにフリーエ変換により計算・設計して導き出した形状を有する。このような形状にすることで、レーザビームの回折光同士の干渉が発生することなくビームのスポット形状を矩形状とし、かつ、ビーム強度分布を均一化できる。
【００１３】
本発明のセラミックグリーンシート用レーザ加工装置の第２の態様では、上記光学要素が回折型光学部品である。
【００１４】
本発明のセラミックグリーンシート用レーザ加工装置の第３の態様は、レーザ源からセラミックグリーンシートに至るまでの前記レーザビームの光路上に、レーザ源から順に、レーザビームを整形する光学素子と、セラミックグリーンシートに形成される内部電極パターンに対応する開口部を有するマスクとを配置し、光学素子を通過したレーザビームの照射領域が、マスクの開口部より僅かに広く、かつ、開口部と相補的な形状である。
【００１５】
本発明のセラミックグリーンシート用レーザ加工方法の第２の態様は、マスクの開口部より僅かに広く、かつ、該開口部と相補的な形状の照射領域となるように、レーザ源から照射されたレーザビームを整形するレーザビーム変換工程と、レーザビーム変換工程で変換されたレーザビームをセラミックグリーンシートに照射するレーザビーム照射工程と、を有する。
【００１６】
使用するマスクの開口部とレーザビームの照射領域をマスクの開口部より僅かに広く、かつ、開口部と相補的な形状でとすることで、レーザビームを効率的に利用することが可能となる。また、マスクを用いてレーザビームのスポット形状を整形するレーザ加工装置やレーザ加工方法に比べ、マスクに蓄熱される量を少なくすることが可能となる。
【００１７】
さらに、セラミックグリーンシート用レーザ加工装置の第４の態様では、マスクの開口部及びレーザビームの照射領域は、略多角形状である。
【００１８】
セラミックグリーンシート用レーザ加工装置の第５の態様では、マスクはマスクを回転させるためのマスク回転機構を備え、マスクの開口部はＵ字状である。
【００１９】
セラミックグリーンシート用レーザ加工方法の第３の態様では、マスクを回転させるためのマスク回転工程を備え、一のセラミックグリーンシートについてレーザビーム照射工程を行った後に、別のセラミックグリーンシートにレーザビーム照射工程を行う前に、マスク回転工程を行う。
【００２０】
上記構成のレーザ加工方法によれば、複数のセラミックグリーンシートに対して、同一の内部電極パターンを有するマスクを用いるので、内部電極の形状が変わる毎にマスクを取り替える構成のレーザ加工装置やレーザ加工方法に比べ、レーザ加工に要する時間を短縮化できる。さらに、レーザ加工装置やレーザ加工方法の構成を簡素にできる。
【００２１】
本明細書中において特に言及していなければ、明細書を通して、ビームのスポット形状は、レーザビームの光軸に対して垂直方向の面上のレーザビームの形状を意味し、ビーム強度分布は、レーザビームの光軸に対して垂直方向に延びる線上に沿ったレーザビームの相対的なエネルギの大きさを示す。
【発明の効果】
【００２２】
本発明のレーザ加工装置及びレーザ加工方法によれば、レーザビームの回折光同士の干渉を防止できる回折型光学部品を利用することにより、ビームのスポット形状を矩形状にし、さらに、ビーム強度分布を均一にすることにより、セラミックグリーンシートのくり抜き工程を、高精度で行うことができる。よって、内部電極を構成するペースト材料がセラミックグリーンシートから漏れることを防止することができる。
【００２３】
また、ビームのスポット形状を、マスクの開口部に対応した形状とすることにより、蓄熱によるマスクの変形を防止し、マスクの耐久性を延ばすことができる。
【００２４】
さらに、打ち抜き加工と異なり、セラミックグリーンシートの基台であるＰＥＴフィルムに穴や裂け目等の損傷が生じる虞がないので、後工程の剥離工程においてセラミックグリーンシートをＰＥＴフィルムから確実に剥離することができ、積層体の製品の信頼性を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、図面を参照して本発明のレーザ加工装置及びレーザ加工方法の実施の形態について詳細に説明する。
【００２６】
図１は、レーザ加工の際に用いるレーザ加工装置の基本構成の斜視図を示す。レーザ加工装置１０１は、レーザ発振器１０３及びガイドレーザ発振器１０５を有するビーム発生部１０７と、レーザビームを被加工物である矩形状のセラミックグリーンシート１０９に導く光学系２０１と、光学系２０１等を載置するための支持架台２６３と、矩形状のセラミックグリーンシート１０９を搬送するための搬送系（無端ベルト２６８、搬送ローラ２７０、２７２等）と、を備える。
【００２７】
まず、光学系２０１について説明する。光学系２０１は、複数の全反射ミラー２０３、２０５、２０７、２０９、２１１、コンバイナ２１３、エキスパンダ２１５、回折型光学部品２２１，マスク２２３、コリメータレンズ２２５、ｘガルバノスキャナ２５１、ｙガルバノスキャナ２５３の各々が有するガルバノスキャンミラー２５７，２５９、集光レンズ２６１からなる。なお、マスク２２３には、マスク回転機構２２２が連結し、マスクが所定量回転（矢印２２４方向）できるようになっている。
【００２８】
ｘガルバノスキャナ２５１、ｙガルバノスキャナ２５３は、ガルバノボックス２５５内に配置されている。各スキャナに設けられたガルバノスキャンミラー２５７、２５９は、その反射角度を変えることによりレーザビームの照射位置を規定する。
【００２９】
次に、支持架台２６３について説明する。支持架台２６３は逆Ｕ字状であり、鉛直方向に延びる一対の脚部２６５、２６７と、両脚部２６５、２６７の上端部間を連結し略水平に延在する一対の横断部材２６９、２７１からなる。横断部材２６９、２７１は、平行でかつ互いに離間している。横断部材２６９、２７１間には、不図示のボールねじ機構により矢印２７３方向（ｙ軸方向）に移動可能なガルバノボックス２５５が装着されている。ガルバノボックス２５５の側面には、鉛直方向下方に向けられセラミックグリーンシート１０９の位置を認識するための画像処理用カメラ２７９が配置されている。
【００３０】
さらに、搬送系について説明する。搬送系は、Ｘ軸ステージ２７５と、一対のローラ２７０、２７２と、一対のローラ間に張架され、矩形状のセラミックグリーンシート１０９を支持する無端ベルト２６８と、からなる。矩形状セラミックグリーンシート１０９は、支持架台２６３の横断部材２６９、２７１と交差する方向（すなわち、図１において左から右方向）に搬送される。また、Ｘ軸ステージ２７５は、セラミックグリーンシート１０９の延在する方向、すなわちｘ軸方向（矢印２７７）に移動可能である。
【００３１】
図２は、上記実施形態における光学系２０１の主要要素を示す構成図である。レーザ発振器から被加工物であるセラミックグリーンシート１０９に至る光路上には、レーザ光源側から回折型光学部品２２１、マスク２２３、コリメートレンズ２２５、転写レンズ（ｆθレンズ）２６１の順に配置されている。
【００３２】
回折型光学部品２２１は、ガウシアン形状のビーム強度分布を有するレーザビーム（図３（ａ）参照。）を、スポット形状が矩形状で、均一のビーム強度分布を有するレーザビーム（図３（ｂ）参照。）に整形するためのものである。
【００３３】
図４は、図２の線IV−IVに沿った断面図である。回折型光学部品の断面は、図４に示されている。従来より知られているフォトリソグラフィやエッチング等により、レンズ基材の表面に図４に示すような微細パターンを加工する。この微細パターンは、回折型光学部品に入射するビームスポットが円形状のレーザビームの一次回折光が矩形状に分布するようにフリーエ変換により計算・設計することで導き出した形状である。ここで、レーザビームの回折光同士の干渉が発生することなくビームのスポット形状を矩形状とし、かつ、ビーム強度分布を均一化する。
【００３４】
光路上において、回折型光学部品２２１の下流側に配置されるマスク２２３は、所定の加工パターンが形成されていて、レーザビームを所望の加工パターンに形成するためのものである。
【００３５】
図５は、本実施形態で用いるマスク２２３を示す。図に示すマスク２２３は、略矩形状であり、内部電極パターンすなわちコイル電極パターンに対応する形状の開口部２２６を有している。図中において符号２２８は、マスクの中心を示し、マスク中心２２８は、光軸と一致するように光路上に配置される。また、マスク２２３に接続するマスク回転機構２２２（図１参照。）により、マスク中心２２８を回転中心としてマスク２２３が回転できる構成となっている。
【００３６】
符号２０６は、レーザビーム照射領域を示し、図中において外縁部２０６ａにより囲まれた斜線部として示されている、そして、レーザ照射領域２０６は、略正方形である。開口部（レーザビームがマスクを透過できる部分）２２６はマスク開口縁部２２６ａにより規定され、略Ｕ字状である。図から明確なように、レーザビームの照射領域は、開口部２２６と相補的な形状を有し、開口部２２６及び開口縁部２２６ａを覆うようなレーザビームである。
【００３７】
なお、本発明に係るレーザ加工装置において、本実施形態の如く、マスクを使用してもよい。一般に、効果的にくり抜き加工を行う上で、レーザビームを所定のスポット形状に整形するために光路中にマスクを配置することが行われる。マスクを配置することにより簡易にスポット形状を整形することができるが、マスクでレーザビームが遮光されると、ビームエネルギの利用効率が低下するとともに、マスクに熱が蓄えられてしまう。
【００３８】
そこで、上記説明したように、レーザビーム照射領域２０６が、マスク開口部２２６より僅かに広く、かつ、開口部２２６の形状と相補的な形状とする構成である。このように構成することで、マスクの蓄熱を極力抑えることにより耐久性を向上でき、かつレーザエネルギを効率的に利用できる。
【００３９】
なお、上記実施形態のレーザ加工装置の縮小転写倍率は、転写レンズ２６１の焦点距離をｆ０として、コリメータレンズ２２５の焦点距離ｆ１とすれば、ｆ１／ｆ０と一意的に定まる（図２参照。）。例えば、縮小転写倍率が１／３の場合には、被加工物１０９上に形成される内部電極パターンの加工寸法を３倍にした寸法の開口部２２６をマスク２２３に形成すればよい。
【００４０】
次に上記構成のレーザ加工装置１０１によるレーザビーム２０４の照射について図１を参照して説明する。被加工物を加工するための加工用レーザビーム（波長３５５ｎｍ）は、ビーム発生部１０７のレーザ発振器１０３から放射される。レーザ発振器１０３としては、従来から知られるＹＡＧレーザの固体結晶レーザを用いる。
【００４１】
レーザ発振器１０３から照射された加工用レーザビームは全反射ミラー２０３により所定の方向に反射されコンバイナ２１３に入射する。他方、ガイドレーザ発振器１０５から照射された可視光領域のガイドレーザビームも同じくコンバイナ２１３に入射する。加工用レーザビームとガイドレーザビームは、コンバイナ２１３により光軸が互いに一致する。
【００４２】
さらに、コンバイナ２１３で同軸になった加工用レーザビームとガイドレーザビームは、反射ミラー２０５を介してエキスパンダ２１５に入射する。エキスパンダ２１５は、発散レンズ２１５ａ及びコリメータレンズ２１５ｂから構成され、入射したビームの所定寸法に拡大される。なお、エキスパンダ２１５の発散レンズ２１５ａ及びコリメータレンズ２１５ｂは、従来から知られている構成のものである。
【００４３】
エキスパンダ２１５を通過したレーザビーム２０４は、回折型光学部品２２１に入射する。回折型光学部品２２１を通過したレーザビームは、そのビーム強度分布が略均一であり、スポット形状が略矩形状となり、かつ、マスク２２３の開口部２２６を完全に覆うような大きさとなる（図５の斜線部２０６参照。）。
【００４４】
図６は、レーザビームがマスク２２３に到達した際のビーム強度分布を示す。図６（ａ）は、マスク２２３の配置位置におけるｘ軸座標及びｙ軸座標を示す。図６（ｂ）は、図６（ａ）のｘ軸座標に沿ったビーム強度分布を示し、図５（ｃ）は、図６（ａ）のｙ軸座標に沿ったビーム強度分布を示す。ここで、図６（ｂ）の横軸は中心Ｏからｘ軸方向に沿った距離（μｍ）を示し、縦軸は、ビーム強度を示す。図５（ｃ）の横軸は中心Ｏからｙ軸方向に沿った距離（μｍ）を示し、縦軸は、ビーム強度を示す。
【００４５】
上記グラフから、回折型光学部品２２１を通過したレーザビームは、ｘ軸方向、ｙ軸方向いずれにおいても、ビーム強度分布が均一であることがわかる。
【００４６】
光路上において、マスク２２３の下流側に配置されたコリメータレンズ２２５は、レーザビームを平行光に整形する。平行光に整形されたレーザビームは、ｘガルバノスキャナー２５１、ｙガルバノスキャナー２５３のｘガルバノスキャンミラー２５７、ｙガルバノスキャンミラー２５９を反射した後、集光レンズである転写レンズ２６１に入射する。転写レンズ２６１に入射したレーザビームは集光され、セラミックグリーンシート１０９を照射する。
【００４７】
図７は、レーザビームが被加工物１０９に到達した際のビーム強度分布を示す図である。図７（ａ）は、セラミックグリーンシート１０９上のレーザビームパターンと、セラミックグリーンシート１０９上に規定されたｘ軸座標及びｙ軸座標とを示す。なお、図７（ｂ）の横軸は、図７（ａ）の中心０ｘからｘ軸に沿った距離（μｍ）を示し、縦軸は、ビーム強度を示す。図７（ｃ）の横軸は、図７（ａ）の中心０ｙからｙ軸に沿った距離（μｍ）を示し、縦軸は、ビーム強度を示す。
【００４８】
上記グラフから、セラミックグリーンシート１０９上において略Ｕ字状に整形されたレーザビームパターンは、ｘ軸方向、ｙ軸方向いずれの方向にもビーム強度分布が均一であることがわかる。
【００４９】
次に本発明のレーザ加工装置を用いたセラミックグリーンシートの加工工程について説明する。図８は、積層チップ電子部品の製造工程の一部を示す斜視図である。
【００５０】
図８には、積層チップ電子部品の加工工程の内、セラミックグリーンシートに所定のスルーホールを形成するスルーホール加工工程と、セラミックグリーンシートに内部電極パターンのくり抜きを行うくり抜き工程と、内部電極部材を印刷する内部電極印刷工程が示されている。
【００５１】
図８中、コラム（Ｉ）は、スルーホール加工工程におけるグリーンシートを示す。コラム（ＩＩ）は、くり抜き工程におけるグリーンシートを示す。コラム（ＩＩＩ）は、内部電極印刷工程におけるグリーンシートを示す。
【００５２】
また、各工程（Ｉ）〜（ＩＩＩ）には、行（Ａ）〜（Ｐ）の順番でセラミックグリーンシートが送られる。例えば、Ａ行のグリーンシート３０３が、スルーホール加工工程（Ｉ）に送られ、スルーホール３０３ａが形成される。次に、Ｂ行のグリーンシート３０５が、スルーホール加工工程（Ｉ）に送られる。グリーンシート３０３と同様に、スルーホール３０５ａがグリーンシート３０５に形成される。
【００５３】
同様に、グリーンシート３０９（Ｄ行）、３１３（Ｆ行）、３１７（Ｈ行）、３２１（Ｊ行）、３２５（Ｌ行）、３２９（Ｎ行）〜３３３（Ｐ行）が、順にスルーホール工程（Ｉ）に送られ、所定位置にスルーホール３０９ａ、３１３ａ、３１７ａ、３２１ａ、３２５ａ３２９ａ〜３３３ａがそれぞれ形成される。
【００５４】
次のくり抜き工程（ＩＩ）では、内部電極に対応する形状の開口部である内部電極パターンが形成される。内部電極を備えるセラミックグリーンシート同士を直接積層すると、内部電極による段差がセラミックグリーンシート間に生じることを防ぐため、内部電極パターンを有するセラミックグリーンシートを介在させている。さらに、内部電極構成部材とセラミックグリーンシートの熱収縮率の違いから、焼成時に内部電極、特にコイル電極とセラミックグリーンシートとの間に隙間が生じて、漏れ磁束等の特性劣化を防止する役目も内部電極パターンを有するセラミックグリーンシートが果たす。
【００５５】
上記の機能を果たすためのグリーンシート３０７（Ｃ行）、３１１（Ｅ行）、３１５（Ｇ行）、３１９（Ｉ行）、３２３（Ｋ行）、３２７（Ｍ行）は、スルーホール加工工程（Ｉ）及び内部電極印刷工程（ＩＩＩ）での処理は行われない。くり抜き工程（ＩＩ）において、グリーンシート３０７、３１１、３１５、３１９、３２３、３２７は、内部電極パターン３０７ｂ、３１１ｂ、３１５ｂ、３１９ｂ、３２３ｂ、３２７ｂが形成される。このくり抜き工程（ＩＩ）における加工は、実施の形態で詳述したレーザ加工装置が使用される（図１〜２参照。）。
【００５６】
くり抜き工程（ＩＩ）では、図１のレーザ加工装置からレーザビームが照射されて、内部電極パターンが形成される。不図示のマスクを用いてグリーンシート３０７（Ｃ行）の引き出し電極パターン３０７ｂが形成される。
【００５７】
次に、くり抜き工程（ＩＩ）に送られるのは、グリーンシート３１１（Ｅ行）である。図１のレーザ加工装置を用いてレーザ加工が行われる。なお、前述のグリーンシート３０７の引き出し電極パターン３０７ｂを作製するために使用したマスクをマスク２２３（図１、図２、図５参照。）に取り替えた後、レーザ照射を行う。そうすると、グリーンシート３１１（コラムＩＩ、Ｅ行）に、略Ｕ字状の内部電極用パターンすなわちコイル電極用パターン３１１ｂが形成される。
【００５８】
さらに、グリーンシート３１５（Ｇ行）が、くり抜き工程（ＩＩ）に送られる。この際、マスク（図１の２２３）を反時計回り（図１の矢印２２４方向）に９０゜回転させる。そして、レーザ加工装置からレーザビームをグリーンシートに照射する。そうすると、グリーンシート３１５のコイル電極用パターン３１５ｂ（Ｇ行）は、グリーンシート３１１のコイル電極パターン３１１ｂ（Ｅ行）に対して９０゜の回転させた形状となる。
【００５９】
同様に、グリーンシート３１９（Ｉ行）、３２３（Ｋ行）は、くり抜き工程（ＩＩ）に送られる。そして、マスク２２３を反時計回りに９０゜回転させた後に、レーザ照射がグリーンシートに対してなされてコイル電極パターン３１９ｂ、３２３ｂが加工される。
【００６０】
このように、コイル電極パターン３１１ｂ、３１５ｂ、３１９ｂ、３２３ｂ（Ｅ行、Ｇ行、Ｉ行、Ｋ行）は、同一のマスク２２３をマスク回転機構２２２（図１参照。）により回転させることのみで加工することができる。よって、くり抜き工程（ＩＩ）で用いるレーザ加工装置の構成を簡素にできるとともに、加工効率を高めることできる。
【００６１】
さらに、スルーホール加工工程（Ｉ）でスルーホールが形成されたグリーンシート３０９（Ｄ行）、３１３（Ｆ行）、３１７（Ｈ行）、３２１（Ｊ行）、３２５（Ｌ行）、３２９（Ｎ行）が、内部電極印刷工程（ＩＩＩ）に送られる。
【００６２】
ここで、グリーンシート３０９（Ｄ行）、３２９（Ｎ行）には、それぞれ所定の形状の引き出し電極３０９ｃ、３２９ｃが印刷される。他方、グリーンシート３１３（Ｆ行）、３１７（Ｈ行）、３２１（Ｊ行）、３２５（Ｌ行）には、それぞれ、コイル電極３１３ｃ、３１７ｃ、３２１ｃ、３２５ｃが印刷される。
【００６３】
なお、印刷された内部電極の形状及び寸法と、くり抜き工程（ＩＩ）で形成された内部電極パターンの開口の形状及び寸法とは、予めほぼ同じになるように設定されている。よって、例えば、グリーンシート３０７とグリーンシート３０９を重ね合わせると、内部電極３０９ｃが内部電極パターン３０７ｂに嵌合し、重ね合わされたグリーンシート３０７、３０９間に段差は生じない構成である。
【００６４】
上記の工程を経たグリーンシート３０３〜３３３（Ａ〜Ｐ行）は、図８に示す順番（すなわち、Ａ〜Ｊの順）で重ね合わされ、後工程の脱バインダ処理、焼結加工がなされる。
【００６５】
ところで、従来の積層チップ電子部品の積層方法では、各セラミックグリーンシートに対して、形成される内部電極に対応するマスクを用意することが必要である。よって、積層チップ電子部品の積層工程が煩雑になるとともに、レーザ加工装置の構成が複雑になる。また、加工する対象であるセラミックグリーンシートが変わる度に、マスクを交換するための時間が必要となり、積層チップ電子部品の製造に要する時間の短縮化に限界が生じる。
【００６６】
そこで、上記実施形態の構成を採ることで、セラミックグリーンシートのレーザ加工方法を簡素化するとともに、レーザ加工装置の構成を簡素化することができる。
【００６７】
本実施形態においては、ビームのスポット形状をマスクの開口部より僅かに大きな領域を有する形状としている。これにより、レーザビームのエネルギを有効に利用できるとともに、マスクが蓄熱し、マスク開口部の形状が変化するといった不都合を解消できる。
【００６８】
また、レーザ加工に用いる固体レーザとして、ＹＡＧレーザを使用したが、その他のＹＶＯ４レーザ、ＹＬＦレーザなどの固体結晶レーザを用いることができることは言うまでもない。
【００６９】
上記実施形態では、積層チップインダクタを製造する場合について説明しているが、その他の積層チップコンデンサ等の積層チップ電子部品を製造する際にも適用できることは言うまでもない。
【００７０】
なお、上記実施形態では、一つのセラミックグリーンシートに単一の内部電極を形成する工程として説明したが、これは専ら説明のためである。よって、一のグリーンシート上に複数の内部電極を形成する場合であっても同様に本発明を適用できることは言うまでもない。さらに、上記実施形態では、セラミックグリーンシートにＵ字状の内部電極パターンを加工する構成について説明したが、本発明はこの形状に限定されるものではない。例えば、内部電極が丸みを帯びたＵ字状である場合や、三角形、四角形等の多角形状の内部電極を形成する場合には、その形状に対応する内部電極パターンをくり抜く構成とすることができる。
【００７１】
上記実施の形態のレーザ加工装置では、マスク２２３に回転駆動機構２２２を接続し、マスク２２３を回転可能としているが、この構成に制限されるものではない。例えば、くり抜き工程の後、積層工程においてセラミックグリーンシートを回転させるための回転機構を設けて所定の向きとなるよう方向付けする構成としてもよい。
【００７２】
この発明は、その本質的特性から逸脱することなく数多くの形式のものとして具体化することができる。よって、上述した実施形態及び実施例は専ら説明上のものであり、本発明を制限するものではないことは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００７３】
マスクを配置してビームを効率的に使用できる本発明の構成は、印字装置等にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】本発明の実施形態によるレーザ加工装置の基本構成図である。
【図２】図１の光学系の主要要素を示す構成図である。
【図３】（ａ）は、ガウシアン形状のビーム強度分布を示し、（ｂ）は、矩形状のビーム強度分布を示す。
【図４】図２の回折型光学部品の線IV−IVに沿った断面図である。
【図５】図１、２のマスクを示す図である。
【図６】（ａ）は、図２のマスクにおけるｘ軸座標及びｙ軸座標を示し、（ｂ）はｘ軸座標に沿ったビーム強度分布であり、（ｃ）は、ｙ軸座標に沿ったビーム強度分布である。
【図７】（ａ）は、図２の被加工物におけるｘ軸座標及びｙ軸座標を示し、（ｂ）はｘ軸座標に沿ったビーム強度分布であり、（ｃ）は、ｙ軸座標に沿ったビーム強度分布である。
【図８】積層チップ電子部品の製造工程の一部を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００７５】
１０１ レーザ加工装置
１０３ レーザ発振器
１０９ セラミックグリーンシート
２０３ レーザ発振部
２２１ 回折型光学部品
２２２ マスク回転機構
２２３ マスク
２６１ 転写レンズ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子部品のレーザ加工に用いるセラミックグリーンシート用レーザ加工装置及びセラミックグリーンシート用レーザ加工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、積層チップ電子部品等に用いられるセラミックグリーンシートに対してレーザビームを用いて打ち抜き加工を施して、配線パターン用の抜き穴を形成することが行われている。この様な加工に用いられるレーザ加工装置においては、ホモジナイザや非球面レンズ等を用いてレーザビームの光軸に対して垂直な面内でのビーム強度分布の調整がなされている。具体的には、ビーム強度分布がガウシアン型のレーザビームを、トップハット型のビーム強度分布とするレーザ加工装置が知られている。また、エキシマレーザを用いたレーザ加工装置も用いられている。このような装置は、複数個のレンズを配列した光学素子により矩形状のスポット形状になるように重ね合わせて、ビーム強度分布を均一にするものである（特許文献１、２参照。）。
【０００３】
さらに、上記のようなレーザ加工装置を用いて形成されたセラミックグリーンシートの抜き穴には導電性のペースト等が充填され、内部電極部材を充填したセラミックグリーンシートは所定枚数積層され、さらなる工程を経ることにより積層チップ電子部品が作製される（特許文献３参照。）。
【特許文献１】特開２０００ー３２６０８１号公報（段落番号〔００１２〕、第１図）
【特許文献２】特開平６ー１７９０８７号公報（段落番号〔０００７〕、第１図）
【特許文献３】特開平６ー２５１９７１号公報（段落番号〔０００９〕〜段落番号〔００１１〕、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ビーム強度分布を均一化する手段の一つであるレンズアレイを用いる従来のレーザ加工方法では、エキシマレーザなど、ビームモードがそれほど良くないレーザ光に対してはビーム強度の均一化について一定の効果がある。
【０００５】
ここで、エキシマレーザを用いるレーザ加工装置の構造は、他のレーザ加工装置と比較してその構造が複雑であり、レーザ加工装置が高価となるばかりでなく、加工装置としてその制御が困難という課題を有している。
【０００６】
従って、エキシマレーザによらない光源からなるレーザビーム加工装置若しくはレーザ加工方法を用いることが望ましい。
【０００７】
しかし、例えば、固体レーザ（ＹＡＧレーザ、ＹＶＯ４レーザ、ＹＬＦレーザなどの固体結晶レーザ）の場合には、非常にコヒレンス性が高い為、通常レンズアレイを通過したレーザビーム同士が干渉し、ビーム強度分布を均一化することが困難である。
【０００８】
レーザビームのビーム強度の均一化がなされていないこのようなレーザビームを用いた場合、セラミックグリーンシートを加工する際、ビーム強度が所定値より高い部分によって、セラミックグリーンシートの基体であるＰＥＴフィルムに穴が開いてしまう恐れがある。ＰＥＴフィルムに穴が存在すると、内部電極用の金属ペーストを充填する際に、ペーストが漏れてしまったり、十分に金属ペーストが充填されないといった問題が生じる恐れがある。従って、ＰＥＴフィルムに穴を開けない、固体レーザを用いた加工装置あるいは加工方法の構築が望まれる。
【０００９】
そこで、本発明は、ＰＥＴフィルムがレーザビームによるダメージを受けることが無く、安価な構成からなるセラミックグリーンシート用加工装置及びセラミックグリーンシート用加工方法を提供することを一の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するための本発明のセラミックグリーンシート用レーザ加工装置の第１の態様は、レーザ源からセラミックグリーンシートに至るまでの前記レーザビームの光路上に、ビームのスポット形状を略矩形状にし、かつビーム強度分布を略均一にする光学素子を備えることを特徴とするである。
【００１１】
また、上記目的を達成するための本発明のセラミックグリーンシート用レーザ加工方法の第１の態様は、ビームのスポット形状を矩形状にし、かつ均一なビーム強度分布に変換するレーザビーム変換工程と、レーザビーム変換工程で変換されたレーザビームをセラミックグリーンシートに照射するレーザビーム照射工程と、を備える。
【００１２】
上記レーザ加工装置若しくはレーザ加工方法において使用する光学素子は、その直径方向に沿った断面形状の微細パターンが、当該光学素子に入射する円形状のレーザビームの一次回折光が矩形状に分布するようにフリーエ変換により計算・設計して導き出した形状を有する。このような形状にすることで、レーザビームの回折光同士の干渉が発生することなくビームのスポット形状を矩形状とし、かつ、ビーム強度分布を均一化できる。
【００１３】
本発明のセラミックグリーンシート用レーザ加工装置の第２の態様では、上記光学要素が回折型光学部品である。
【００１４】
本発明のセラミックグリーンシート用レーザ加工装置の第３の態様は、レーザ源からセラミックグリーンシートに至るまでの前記レーザビームの光路上に、レーザ源から順に、レーザビームを整形する光学素子と、セラミックグリーンシートに形成される内部電極パターンに対応する開口部を有するマスクとを配置し、光学素子を通過したレーザビームの照射領域が、マスクの開口部より僅かに広く、かつ、開口部と相補的な形状である。
【００１５】
本発明のセラミックグリーンシート用レーザ加工方法の第２の態様は、マスクの開口部より僅かに広く、かつ、該開口部と相補的な形状の照射領域となるように、レーザ源から照射されたレーザビームを整形するレーザビーム変換工程と、レーザビーム変換工程で変換されたレーザビームをセラミックグリーンシートに照射するレーザビーム照射工程と、を有する。
【００１６】
使用するマスクの開口部とレーザビームの照射領域をマスクの開口部より僅かに広く、かつ、開口部と相補的な形状でとすることで、レーザビームを効率的に利用することが可能となる。また、マスクを用いてレーザビームのスポット形状を整形するレーザ加工装置やレーザ加工方法に比べ、マスクに蓄熱される量を少なくすることが可能となる。
【００１７】
さらに、セラミックグリーンシート用レーザ加工装置の第４の態様では、マスクの開口部及びレーザビームの照射領域は、略多角形状である。
【００１８】
セラミックグリーンシート用レーザ加工装置の第５の態様では、マスクはマスクを回転させるためのマスク回転機構を備え、マスクの開口部はＵ字状である。
【００１９】
セラミックグリーンシート用レーザ加工方法の第３の態様では、マスクを回転させるためのマスク回転工程を備え、一のセラミックグリーンシートについてレーザビーム照射工程を行った後に、別のセラミックグリーンシートにレーザビーム照射工程を行う前に、マスク回転工程を行う。
【００２０】
上記構成のレーザ加工方法によれば、複数のセラミックグリーンシートに対して、同一の内部電極パターンを有するマスクを用いるので、内部電極の形状が変わる毎にマスクを取り替える構成のレーザ加工装置やレーザ加工方法に比べ、レーザ加工に要する時間を短縮化できる。さらに、レーザ加工装置やレーザ加工方法の構成を簡素にできる。
【００２１】
本明細書中において特に言及していなければ、明細書を通して、ビームのスポット形状は、レーザビームの光軸に対して垂直方向の面上のレーザビームの形状を意味し、ビーム強度分布は、レーザビームの光軸に対して垂直方向に延びる線上に沿ったレーザビームの相対的なエネルギの大きさを示す。
【発明の効果】
【００２２】
本発明のレーザ加工装置及びレーザ加工方法によれば、レーザビームの回折光同士の干渉を防止できる回折型光学部品を利用することにより、ビームのスポット形状を矩形状にし、さらに、ビーム強度分布を均一にすることにより、セラミックグリーンシートのくり抜き工程を、高精度で行うことができる。よって、内部電極を構成するペースト材料がセラミックグリーンシートから漏れることを防止することができる。
【００２３】
また、ビームのスポット形状を、マスクの開口部に対応した形状とすることにより、蓄熱によるマスクの変形を防止し、マスクの耐久性を延ばすことができる。
【００２４】
さらに、打ち抜き加工と異なり、セラミックグリーンシートの基台であるＰＥＴフィルムに穴や裂け目等の損傷が生じる虞がないので、後工程の剥離工程においてセラミックグリーンシートをＰＥＴフィルムから確実に剥離することができ、積層体の製品の信頼性を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、図面を参照して本発明のレーザ加工装置及びレーザ加工方法の実施の形態について詳細に説明する。
【００２６】
図１は、レーザ加工の際に用いるレーザ加工装置の基本構成の斜視図を示す。レーザ加工装置１０１は、レーザ発振器１０３及びガイドレーザ発振器１０５を有するビーム発生部１０７と、レーザビームを被加工物である矩形状のセラミックグリーンシート１０９に導く光学系２０１と、光学系２０１等を載置するための支持架台２６３と、矩形状のセラミックグリーンシート１０９を搬送するための搬送系（無端ベルト２６８、搬送ローラ２７０、２７２等）と、を備える。
【００２７】
まず、光学系２０１について説明する。光学系２０１は、複数の全反射ミラー２０３、２０５、２０７、２０９、２１１、コンバイナ２１３、エキスパンダ２１５、回折型光学部品２２１，マスク２２３、コリメータレンズ２２５、ｘガルバノスキャナ２５１、ｙガルバノスキャナ２５３の各々が有するガルバノスキャンミラー２５７，２５９、集光レンズ２６１からなる。なお、マスク２２３には、マスク回転機構２２２が連結し、マスクが所定量回転（矢印２２４方向）できるようになっている。
【００２８】
ｘガルバノスキャナ２５１、ｙガルバノスキャナ２５３は、ガルバノボックス２５５内に配置されている。各スキャナに設けられたガルバノスキャンミラー２５７、２５９は、その反射角度を変えることによりレーザビームの照射位置を規定する。
【００２９】
次に、支持架台２６３について説明する。支持架台２６３は逆Ｕ字状であり、鉛直方向に延びる一対の脚部２６５、２６７と、両脚部２６５、２６７の上端部間を連結し略水平に延在する一対の横断部材２６９、２７１からなる。横断部材２６９、２７１は、平行でかつ互いに離間している。横断部材２６９、２７１間には、不図示のボールねじ機構により矢印２７３方向（ｙ軸方向）に移動可能なガルバノボックス２５５が装着されている。ガルバノボックス２５５の側面には、鉛直方向下方に向けられセラミックグリーンシート１０９の位置を認識するための画像処理用カメラ２７９が配置されている。
【００３０】
さらに、搬送系について説明する。搬送系は、Ｘ軸ステージ２７５と、一対のローラ２７０、２７２と、一対のローラ間に張架され、矩形状のセラミックグリーンシート１０９を支持する無端ベルト２６８と、からなる。矩形状セラミックグリーンシート１０９は、支持架台２６３の横断部材２６９、２７１と交差する方向（すなわち、図１において左から右方向）に搬送される。また、Ｘ軸ステージ２７５は、セラミックグリーンシート１０９の延在する方向、すなわちｘ軸方向（矢印２７７）に移動可能である。
【００３１】
図２は、上記実施形態における光学系２０１の主要要素を示す構成図である。レーザ発振器から被加工物であるセラミックグリーンシート１０９に至る光路上には、レーザ光源側から回折型光学部品２２１、マスク２２３、コリメートレンズ２２５、転写レンズ（ｆθレンズ）２６１の順に配置されている。
【００３２】
回折型光学部品２２１は、ガウシアン形状のビーム強度分布を有するレーザビーム（図３（ａ）参照。）を、スポット形状が矩形状で、均一のビーム強度分布を有するレーザビーム（図３（ｂ）参照。）に整形するためのものである。
【００３３】
図４は、図２の線IV−IVに沿った断面図である。回折型光学部品の断面は、図４に示されている。従来より知られているフォトリソグラフィやエッチング等により、レンズ基材の表面に図４に示すような微細パターンを加工する。この微細パターンは、回折型光学部品に入射するビームスポットが円形状のレーザビームの一次回折光が矩形状に分布するようにフリーエ変換により計算・設計することで導き出した形状である。ここで、レーザビームの回折光同士の干渉が発生することなくビームのスポット形状を矩形状とし、かつ、ビーム強度分布を均一化する。
【００３４】
光路上において、回折型光学部品２２１の下流側に配置されるマスク２２３は、所定の加工パターンが形成されていて、レーザビームを所望の加工パターンに形成するためのものである。
【００３５】
図５は、本実施形態で用いるマスク２２３を示す。図に示すマスク２２３は、略矩形状であり、内部電極パターンすなわちコイル電極パターンに対応する形状の開口部２２６を有している。図中において符号２２８は、マスクの中心を示し、マスク中心２２８は、光軸と一致するように光路上に配置される。また、マスク２２３に接続するマスク回転機構２２２（図１参照。）により、マスク中心２２８を回転中心としてマスク２２３が回転できる構成となっている。
【００３６】
符号２０６は、レーザビーム照射領域を示し、図中において外縁部２０６ａにより囲まれた斜線部として示されている、そして、レーザ照射領域２０６は、略正方形である。開口部（レーザビームがマスクを透過できる部分）２２６はマスク開口縁部２２６ａにより規定され、略Ｕ字状である。図から明確なように、レーザビームの照射領域は、開口部２２６と相補的な形状を有し、開口部２２６及び開口縁部２２６ａを覆うようなレーザビームである。
【００３７】
なお、本発明に係るレーザ加工装置において、本実施形態の如く、マスクを使用してもよい。一般に、効果的にくり抜き加工を行う上で、レーザビームを所定のスポット形状に整形するために光路中にマスクを配置することが行われる。マスクを配置することにより簡易にスポット形状を整形することができるが、マスクでレーザビームが遮光されると、ビームエネルギの利用効率が低下するとともに、マスクに熱が蓄えられてしまう。
【００３８】
そこで、上記説明したように、レーザビーム照射領域２０６が、マスク開口部２２６より僅かに広く、かつ、開口部２２６の形状と相補的な形状とする構成である。このように構成することで、マスクの蓄熱を極力抑えることにより耐久性を向上でき、かつレーザエネルギを効率的に利用できる。
【００３９】
なお、上記実施形態のレーザ加工装置の縮小転写倍率は、転写レンズ２６１の焦点距離をｆ０として、コリメータレンズ２２５の焦点距離ｆ１とすれば、ｆ１／ｆ０と一意的に定まる（図２参照。）。例えば、縮小転写倍率が１／３の場合には、被加工物１０９上に形成される内部電極パターンの加工寸法を３倍にした寸法の開口部２２６をマスク２２３に形成すればよい。
【００４０】
次に上記構成のレーザ加工装置１０１によるレーザビーム２０４の照射について図１を参照して説明する。被加工物を加工するための加工用レーザビーム（波長３５５ｎｍ）は、ビーム発生部１０７のレーザ発振器１０３から放射される。レーザ発振器１０３としては、従来から知られるＹＡＧレーザの固体結晶レーザを用いる。
【００４１】
レーザ発振器１０３から照射された加工用レーザビームは全反射ミラー２０３により所定の方向に反射されコンバイナ２１３に入射する。他方、ガイドレーザ発振器１０５から照射された可視光領域のガイドレーザビームも同じくコンバイナ２１３に入射する。加工用レーザビームとガイドレーザビームは、コンバイナ２１３により光軸が互いに一致する。
【００４２】
さらに、コンバイナ２１３で同軸になった加工用レーザビームとガイドレーザビームは、反射ミラー２０５を介してエキスパンダ２１５に入射する。エキスパンダ２１５は、発散レンズ２１５ａ及びコリメータレンズ２１５ｂから構成され、入射したビームの所定寸法に拡大される。なお、エキスパンダ２１５の発散レンズ２１５ａ及びコリメータレンズ２１５ｂは、従来から知られている構成のものである。
【００４３】
エキスパンダ２１５を通過したレーザビーム２０４は、回折型光学部品２２１に入射する。回折型光学部品２２１を通過したレーザビームは、そのビーム強度分布が略均一であり、スポット形状が略矩形状となり、かつ、マスク２２３の開口部２２６を完全に覆うような大きさとなる（図５の斜線部２０６参照。）。
【００４４】
図６は、レーザビームがマスク２２３に到達した際のビーム強度分布を示す。図６（ａ）は、マスク２２３の配置位置におけるｘ軸座標及びｙ軸座標を示す。図６（ｂ）は、図６（ａ）のｘ軸座標に沿ったビーム強度分布を示し、図５（ｃ）は、図６（ａ）のｙ軸座標に沿ったビーム強度分布を示す。ここで、図６（ｂ）の横軸は中心Ｏからｘ軸方向に沿った距離（μｍ）を示し、縦軸は、ビーム強度を示す。図５（ｃ）の横軸は中心Ｏからｙ軸方向に沿った距離（μｍ）を示し、縦軸は、ビーム強度を示す。
【００４５】
上記グラフから、回折型光学部品２２１を通過したレーザビームは、ｘ軸方向、ｙ軸方向いずれにおいても、ビーム強度分布が均一であることがわかる。
【００４６】
光路上において、マスク２２３の下流側に配置されたコリメータレンズ２２５は、レーザビームを平行光に整形する。平行光に整形されたレーザビームは、ｘガルバノスキャナー２５１、ｙガルバノスキャナー２５３のｘガルバノスキャンミラー２５７、ｙガルバノスキャンミラー２５９を反射した後、集光レンズである転写レンズ２６１に入射する。転写レンズ２６１に入射したレーザビームは集光され、セラミックグリーンシート１０９を照射する。
【００４７】
図７は、レーザビームが被加工物１０９に到達した際のビーム強度分布を示す図である。図７（ａ）は、セラミックグリーンシート１０９上のレーザビームパターンと、セラミックグリーンシート１０９上に規定されたｘ軸座標及びｙ軸座標とを示す。なお、図７（ｂ）の横軸は、図７（ａ）の中心０ｘからｘ軸に沿った距離（μｍ）を示し、縦軸は、ビーム強度を示す。図７（ｃ）の横軸は、図７（ａ）の中心０ｙからｙ軸に沿った距離（μｍ）を示し、縦軸は、ビーム強度を示す。
【００４８】
上記グラフから、セラミックグリーンシート１０９上において略Ｕ字状に整形されたレーザビームパターンは、ｘ軸方向、ｙ軸方向いずれの方向にもビーム強度分布が均一であることがわかる。
【００４９】
次に本発明のレーザ加工装置を用いたセラミックグリーンシートの加工工程について説明する。図８は、積層チップ電子部品の製造工程の一部を示す斜視図である。
【００５０】
図８には、積層チップ電子部品の加工工程の内、セラミックグリーンシートに所定のスルーホールを形成するスルーホール加工工程と、セラミックグリーンシートに内部電極パターンのくり抜きを行うくり抜き工程と、内部電極部材を印刷する内部電極印刷工程が示されている。
【００５１】
図８中、コラム（Ｉ）は、スルーホール加工工程におけるグリーンシートを示す。コラム（ＩＩ）は、くり抜き工程におけるグリーンシートを示す。コラム（ＩＩＩ）は、内部電極印刷工程におけるグリーンシートを示す。
【００５２】
また、各工程（Ｉ）〜（ＩＩＩ）には、行（Ａ）〜（Ｐ）の順番でセラミックグリーンシートが送られる。例えば、Ａ行のグリーンシート３０３が、スルーホール加工工程（Ｉ）に送られ、スルーホール３０３ａが形成される。次に、Ｂ行のグリーンシート３０５が、スルーホール加工工程（Ｉ）に送られる。グリーンシート３０３と同様に、スルーホール３０５ａがグリーンシート３０５に形成される。
【００５３】
同様に、グリーンシート３０９（Ｄ行）、３１３（Ｆ行）、３１７（Ｈ行）、３２１（Ｊ行）、３２５（Ｌ行）、３２９（Ｎ行）〜３３３（Ｐ行）が、順にスルーホール工程（Ｉ）に送られ、所定位置にスルーホール３０９ａ、３１３ａ、３１７ａ、３２１ａ、３２５ａ３２９ａ〜３３３ａがそれぞれ形成される。
【００５４】
次のくり抜き工程（ＩＩ）では、内部電極に対応する形状の開口部である内部電極パターンが形成される。内部電極を備えるセラミックグリーンシート同士を直接積層すると、内部電極による段差がセラミックグリーンシート間に生じることを防ぐため、内部電極パターンを有するセラミックグリーンシートを介在させている。さらに、内部電極構成部材とセラミックグリーンシートの熱収縮率の違いから、焼成時に内部電極、特にコイル電極とセラミックグリーンシートとの間に隙間が生じて、漏れ磁束等の特性劣化を防止する役目も内部電極パターンを有するセラミックグリーンシートが果たす。
【００５５】
上記の機能を果たすためのグリーンシート３０７（Ｃ行）、３１１（Ｅ行）、３１５（Ｇ行）、３１９（Ｉ行）、３２３（Ｋ行）、３２７（Ｍ行）は、スルーホール加工工程（Ｉ）及び内部電極印刷工程（ＩＩＩ）での処理は行われない。くり抜き工程（ＩＩ）において、グリーンシート３０７、３１１、３１５、３１９、３２３、３２７は、内部電極パターン３０７ｂ、３１１ｂ、３１５ｂ、３１９ｂ、３２３ｂ、３２７ｂが形成される。このくり抜き工程（ＩＩ）における加工は、実施の形態で詳述したレーザ加工装置が使用される（図１〜２参照。）。
【００５６】
くり抜き工程（ＩＩ）では、図１のレーザ加工装置からレーザビームが照射されて、内部電極パターンが形成される。不図示のマスクを用いてグリーンシート３０７（Ｃ行）の引き出し電極パターン３０７ｂが形成される。
【００５７】
次に、くり抜き工程（ＩＩ）に送られるのは、グリーンシート３１１（Ｅ行）である。図１のレーザ加工装置を用いてレーザ加工が行われる。なお、前述のグリーンシート３０７の引き出し電極パターン３０７ｂを作製するために使用したマスクをマスク２２３（図１、図２、図５参照。）に取り替えた後、レーザ照射を行う。そうすると、グリーンシート３１１（コラムＩＩ、Ｅ行）に、略Ｕ字状の内部電極用パターンすなわちコイル電極用パターン３１１ｂが形成される。
【００５８】
さらに、グリーンシート３１５（Ｇ行）が、くり抜き工程（ＩＩ）に送られる。この際、マスク（図１の２２３）を反時計回り（図１の矢印２２４方向）に９０゜回転させる。そして、レーザ加工装置からレーザビームをグリーンシートに照射する。そうすると、グリーンシート３１５のコイル電極用パターン３１５ｂ（Ｇ行）は、グリーンシート３１１のコイル電極パターン３１１ｂ（Ｅ行）に対して９０゜の回転させた形状となる。
【００５９】
同様に、グリーンシート３１９（Ｉ行）、３２３（Ｋ行）は、くり抜き工程（ＩＩ）に送られる。そして、マスク２２３を反時計回りに９０゜回転させた後に、レーザ照射がグリーンシートに対してなされてコイル電極パターン３１９ｂ、３２３ｂが加工される。
【００６０】
このように、コイル電極パターン３１１ｂ、３１５ｂ、３１９ｂ、３２３ｂ（Ｅ行、Ｇ行、Ｉ行、Ｋ行）は、同一のマスク２２３をマスク回転機構２２２（図１参照。）により回転させることのみで加工することができる。よって、くり抜き工程（ＩＩ）で用いるレーザ加工装置の構成を簡素にできるとともに、加工効率を高めることできる。
【００６１】
さらに、スルーホール加工工程（Ｉ）でスルーホールが形成されたグリーンシート３０９（Ｄ行）、３１３（Ｆ行）、３１７（Ｈ行）、３２１（Ｊ行）、３２５（Ｌ行）、３２９（Ｎ行）が、内部電極印刷工程（ＩＩＩ）に送られる。
【００６２】
ここで、グリーンシート３０９（Ｄ行）、３２９（Ｎ行）には、それぞれ所定の形状の引き出し電極３０９ｃ、３２９ｃが印刷される。他方、グリーンシート３１３（Ｆ行）、３１７（Ｈ行）、３２１（Ｊ行）、３２５（Ｌ行）には、それぞれ、コイル電極３１３ｃ、３１７ｃ、３２１ｃ、３２５ｃが印刷される。
【００６３】
なお、印刷された内部電極の形状及び寸法と、くり抜き工程（ＩＩ）で形成された内部電極パターンの開口の形状及び寸法とは、予めほぼ同じになるように設定されている。よって、例えば、グリーンシート３０７とグリーンシート３０９を重ね合わせると、内部電極３０９ｃが内部電極パターン３０７ｂに嵌合し、重ね合わされたグリーンシート３０７、３０９間に段差は生じない構成である。
【００６４】
上記の工程を経たグリーンシート３０３〜３３３（Ａ〜Ｐ行）は、図８に示す順番（すなわち、Ａ〜Ｊの順）で重ね合わされ、後工程の脱バインダ処理、焼結加工がなされる。
【００６５】
ところで、従来の積層チップ電子部品の積層方法では、各セラミックグリーンシートに対して、形成される内部電極に対応するマスクを用意することが必要である。よって、積層チップ電子部品の積層工程が煩雑になるとともに、レーザ加工装置の構成が複雑になる。また、加工する対象であるセラミックグリーンシートが変わる度に、マスクを交換するための時間が必要となり、積層チップ電子部品の製造に要する時間の短縮化に限界が生じる。
【００６６】
そこで、上記実施形態の構成を採ることで、セラミックグリーンシートのレーザ加工方法を簡素化するとともに、レーザ加工装置の構成を簡素化することができる。
【００６７】
本実施形態においては、ビームのスポット形状をマスクの開口部より僅かに大きな領域を有する形状としている。これにより、レーザビームのエネルギを有効に利用できるとともに、マスクが蓄熱し、マスク開口部の形状が変化するといった不都合を解消できる。
【００６８】
また、レーザ加工に用いる固体レーザとして、ＹＡＧレーザを使用したが、その他のＹＶＯ４レーザ、ＹＬＦレーザなどの固体結晶レーザを用いることができることは言うまでもない。
【００６９】
上記実施形態では、積層チップインダクタを製造する場合について説明しているが、その他の積層チップコンデンサ等の積層チップ電子部品を製造する際にも適用できることは言うまでもない。
【００７０】
なお、上記実施形態では、一つのセラミックグリーンシートに単一の内部電極を形成する工程として説明したが、これは専ら説明のためである。よって、一のグリーンシート上に複数の内部電極を形成する場合であっても同様に本発明を適用できることは言うまでもない。さらに、上記実施形態では、セラミックグリーンシートにＵ字状の内部電極パターンを加工する構成について説明したが、本発明はこの形状に限定されるものではない。例えば、内部電極が丸みを帯びたＵ字状である場合や、三角形、四角形等の多角形状の内部電極を形成する場合には、その形状に対応する内部電極パターンをくり抜く構成とすることができる。
【００７１】
上記実施の形態のレーザ加工装置では、マスク２２３に回転駆動機構２２２を接続し、マスク２２３を回転可能としているが、この構成に制限されるものではない。例えば、くり抜き工程の後、積層工程においてセラミックグリーンシートを回転させるための回転機構を設けて所定の向きとなるよう方向付けする構成としてもよい。
【００７２】
この発明は、その本質的特性から逸脱することなく数多くの形式のものとして具体化することができる。よって、上述した実施形態及び実施例は専ら説明上のものであり、本発明を制限するものではないことは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００７３】
マスクを配置してビームを効率的に使用できる本発明の構成は、印字装置等にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】本発明の実施形態によるレーザ加工装置の基本構成図である。
【図２】図１の光学系の主要要素を示す構成図である。
【図３】（ａ）は、ガウシアン形状のビーム強度分布を示し、（ｂ）は、矩形状のビーム強度分布を示す。
【図４】図２の回折型光学部品の線IV−IVに沿った断面図である。
【図５】図１、２のマスクを示す図である。
【図６】（ａ）は、図２のマスクにおけるｘ軸座標及びｙ軸座標を示し、（ｂ）はｘ軸座標に沿ったビーム強度分布であり、（ｃ）は、ｙ軸座標に沿ったビーム強度分布である。
【図７】（ａ）は、図２の被加工物におけるｘ軸座標及びｙ軸座標を示し、（ｂ）はｘ軸座標に沿ったビーム強度分布であり、（ｃ）は、ｙ軸座標に沿ったビーム強度分布である。
【図８】積層チップ電子部品の製造工程の一部を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００７５】
１０１ レーザ加工装置
１０３ レーザ発振器
１０９ セラミックグリーンシート
２０３ レーザ発振部
２２１ 回折型光学部品
２２２ マスク回転機構
２２３ マスク
２６１ 転写レンズ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミックグリーンシートにレーザビームを照射してくり抜き加工するためのセラミックグリーンシート用レーザ加工装置であって、
レーザ源からセラミックグリーンシートに至るまでの前記レーザビームの光路上に、ビームのスポット形状を略矩形状にし、かつビーム強度分布を略均一にする光学素子を備えることを特徴とするセラミックグリーンシート用レーザ加工装置。
【請求項２】
該光学素子は回折型光学部品であることを特徴とする請求項１に記載のセラミックグリーンシート用レーザ加工装置。
【請求項３】
セラミックグリーンシートにレーザビームを照射してくり抜き加工するためのセラミックグリーンシート用レーザ加工装置であって、
レーザ源からセラミックグリーンシートに至るまでの前記レーザビームの光路上に、レーザ源から順に、該レーザビームを整形する光学素子と、該セラミックグリーンシートに形成される内部電極パターンに対応する開口部を有するマスクとを配置し、
該光学素子を通過したレーザビームの照射領域が、該マスクの開口部より僅かに広く、かつ、該開口部と相補的な形状であることを特徴とするセラミックグリーンシート用レーザ加工装置。
【請求項４】
該マスクの開口部及び該レーザビームの照射領域は、略多角形状であることを特徴とする請求項３に記載のセラミックグリーンシート用レーザ加工装置。
【請求項５】
該マスクはマスクを回転させるためのマスク回転機構を備え、該マスクの開口部はＵ字状であることを特徴とする請求項３に記載のセラミックグリーンシート用レーザ加工装置。
【請求項６】
セラミックグリーンシートにレーザビームを照射してくり抜き加工するためのセラミックグリーンシート用レーザ加工方法であって、
ビームのスポット形状を矩形状にし、かつ均一なビーム強度分布に変換するレーザビーム変換工程と、
前記レーザビーム変換工程で変換されたレーザビームをセラミックグリーンシートに照射するレーザビーム照射工程と、を備えることを特徴とするセラミックグリーンシート用レーザ加工方法。
【請求項７】
セラミックグリーンシートにレーザビームを照射してくり抜き加工するためのセラミックグリーンシート用レーザ加工方法であって、
マスクの開口部より僅かに広く、かつ、該開口部と相補的な形状の照射領域となるように、レーザ源から照射されたレーザビームを整形するレーザビーム変換工程と、
前記レーザビーム変換工程で変換されたレーザビームをセラミックグリーンシートに照射するレーザビーム照射工程と、を有するセラミックグリーンシート用レーザ加工方法。
【請求項８】
該マスクを回転させるためのマスク回転工程を備え、一のセラミックグリーンシートについてレーザビーム照射工程を行った後に、別のセラミックグリーンシートにレーザビーム照射工程を行う前に、マスク回転工程を行うことを特徴とする請求項７に記載のセラミックグリーンシート用レーザ加工方法。
【請求項１】
セラミックグリーンシートにレーザビームを照射してくり抜き加工するためのセラミックグリーンシート用レーザ加工装置であって、
レーザ源からセラミックグリーンシートに至るまでの前記レーザビームの光路上に、ビームのスポット形状を略矩形状にし、かつビーム強度分布を略均一にする光学素子を備えることを特徴とするセラミックグリーンシート用レーザ加工装置。
【請求項２】
該光学素子は回折型光学部品であることを特徴とする請求項１に記載のセラミックグリーンシート用レーザ加工装置。
【請求項３】
セラミックグリーンシートにレーザビームを照射してくり抜き加工するためのセラミックグリーンシート用レーザ加工装置であって、
レーザ源からセラミックグリーンシートに至るまでの前記レーザビームの光路上に、レーザ源から順に、該レーザビームを整形する光学素子と、該セラミックグリーンシートに形成される内部電極パターンに対応する開口部を有するマスクとを配置し、
該光学素子を通過したレーザビームの照射領域が、該マスクの開口部より僅かに広く、かつ、該開口部と相補的な形状であることを特徴とするセラミックグリーンシート用レーザ加工装置。
【請求項４】
該マスクの開口部及び該レーザビームの照射領域は、略多角形状であることを特徴とする請求項３に記載のセラミックグリーンシート用レーザ加工装置。
【請求項５】
該マスクはマスクを回転させるためのマスク回転機構を備え、該マスクの開口部はＵ字状であることを特徴とする請求項３に記載のセラミックグリーンシート用レーザ加工装置。
【請求項６】
セラミックグリーンシートにレーザビームを照射してくり抜き加工するためのセラミックグリーンシート用レーザ加工方法であって、
ビームのスポット形状を矩形状にし、かつ均一なビーム強度分布に変換するレーザビーム変換工程と、
前記レーザビーム変換工程で変換されたレーザビームをセラミックグリーンシートに照射するレーザビーム照射工程と、を備えることを特徴とするセラミックグリーンシート用レーザ加工方法。
【請求項７】
セラミックグリーンシートにレーザビームを照射してくり抜き加工するためのセラミックグリーンシート用レーザ加工方法であって、
マスクの開口部より僅かに広く、かつ、該開口部と相補的な形状の照射領域となるように、レーザ源から照射されたレーザビームを整形するレーザビーム変換工程と、
前記レーザビーム変換工程で変換されたレーザビームをセラミックグリーンシートに照射するレーザビーム照射工程と、を有するセラミックグリーンシート用レーザ加工方法。
【請求項８】
該マスクを回転させるためのマスク回転工程を備え、一のセラミックグリーンシートについてレーザビーム照射工程を行った後に、別のセラミックグリーンシートにレーザビーム照射工程を行う前に、マスク回転工程を行うことを特徴とする請求項７に記載のセラミックグリーンシート用レーザ加工方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００６−１３６９１３（Ｐ２００６−１３６９１３Ａ）
【公開日】平成１８年６月１日（２００６．６．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−３２７４８２（Ｐ２００４−３２７４８２）
【出願日】平成１６年１１月１１日（２００４．１１．１１）
【出願人】（０００００３０６７）ＴＤＫ株式会社 (7,238)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年６月１日（２００６．６．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年１１月１１日（２００４．１１．１１）
【出願人】（０００００３０６７）ＴＤＫ株式会社 (7,238)
【Ｆターム（参考）】
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