CN101274394A

CN101274394A - 激光加工装置

Info

Publication number: CN101274394A
Application number: CNA2008100876551A
Authority: CN
Inventors: 中山敬之; 竹野祥瑞; 出云正雄; 小林信高
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2007-03-26
Filing date: 2008-03-25
Publication date: 2008-10-01
Also published as: KR20080087709A; JP2008238184A; TW200911434A

Abstract

本发明提供一种不使装置大型化，能够得到正圆度高的加工孔的激光加工装置。本发明中，在使从激光振荡器振荡的加工用激光偏转的主偏转电流镜上形成具有圆偏光镜的特性的涂层。主偏转电流镜将被分光的两个加工用激光照射到加工工件上。涂层例如是由ZnS和ThF₄构成的感应体多层膜或者是由Ge和ZnS构成的感应体多层膜构成。

Description

激光加工装置

技术领域

本发明涉及对印刷基板、半导体芯片等的加工工件中的例如树脂材或者陶瓷材等的材料进行开孔、切割或者作标记等的加工的激光加工装置。

背景技术

在下述专利文献1中公开的激光加工装置为了提高加工速度，使用分光构件，将从激光振荡器振荡的直线偏光的加工用激光分光为两个，即第一、第二加工用激光，通过这些两个加工用激光的光束同时进行加工。

【专利文献1】特开2004-230466号公报，特别是图4及其说明

在专利文献1公开的激光加工装置中，被分光的P偏光的第一加工用激光使用相位板，使偏光方向旋转90度，成为S偏光，另外，通过副偏转电流镜，使另一个P偏光的第二加工用激光小角度偏转，此后，反射S偏光的第一加工用激光，使用使P偏光的第二加工用激光透过的偏转分光器，将第一、第二加工用激光向主偏转电流镜引导，通过该主偏转电流镜，使第一、第二加工用激光大角度偏转，同时，决定加工工件上的加工位置，再有，通过Fθ透镜集光，进行工件的加工。

因为通过这样的装置构成，可以同时向加工工件上的两点照射激光，所以，能够提高加工速度，同时，因为只要一个Fθ透镜即可，所以，能够防止成本上升和加工装置的大型化。

在这样的激光加工装置中，因为使用分光构件，将加工用激光分光成直线偏光的第一、第二激光，通过主偏转电流镜，使使用偏转分光器反射、透过的第一、第二加工用激光定位在加工工件上，所以，入射到加工工件的激光成为直线偏光。但是，直线偏光因为在偏光方向存在偏移，因此，在对以印刷基板的铜箔贯通加工为代表的、包括金属材料的材料的孔加工中，存在例如作为希望作为正圆加工的加工孔成为了椭圆直径的问题。

本发明提出了能够改进这样的问题的激光加工装置。

发明内容

基于本发明的激光加工装置的特征在于，具有输出直线偏光的加工用激光的激光振荡器、使上述加工用激光偏转的偏转镜、在加工工件上集光被上述偏转镜偏转的上述加工用激光的激光透镜，在上述偏转镜上形成涂层，所述涂层入射有上述被直线偏光的上述加工用激光，并且将该被直线偏光的加工用激光转换成圆偏光。

发明效果

根据本发明，因为在偏转镜上形成将被直线偏光的加工用激光转换成圆偏光的涂层，所以，具有下述效果，即，可以使入射到加工工件的激光成为圆偏光，对以往的由于是来自激光加工装置的直线偏光的激光，导致正圆度不良的、以印刷基板的铜箔贯通加工为代表的孔加工，能够得到正圆度高的加工孔。另外，因为不必追加特别的光学系统，即可将直线偏光的激光转换成圆偏光的激光，所以，能够防止装置的大型化、成本上升。

附图说明

图1是表示基于本发明的激光加工装置的实施方式1的全体构成图。

图2是将激光从直线偏光向圆偏光转换的一般的构成的说明图。

图3是表示在实施方式1中，加工用激光的圆偏光率和加工孔的正圆度的关系的实验数据。

符号说明

A、A1、A2、A3、A4、A5、A6、A7：光轴、L、La、Lb：激光、

1：圆偏光镜、10：加工部、11：XY工作台、12：加工工件、

20：激光生成部、21：激光振荡器、22：准直透镜、

23：光圈构件、31：分光构件、32：相位板、33：弧镜、

34：副偏转构件、35、36：副偏转电流镜、

37、38：副偏转电流扫描仪、40：激光汇集部、

41：偏转分光器、42：主偏转构件、

43、44：主偏转电流镜、44a：涂层。

具体实施方式

下面，参照附图，说明基于本发明的激光加工装置的实施方式。

实施方式1

图1是表示基于本发明的实施方式1的激光加工装置的全体构成图。该实施方式1的激光加工装置包括加工部10、加工用激光生成部20、加工用激光分光部30、加工用激光汇集部40。该激光加工装置将加工用激光L分光成第一、第二两个加工用激光La、Lb，将这些加工用激光La、Lb分别照射到加工工件，进行加工。

加工部10具有XY工作台11，在该XY工作台11上，固定着加工工件12。XY工作台11被构成为在相互正交的X轴方向和Y轴方向可动。

加工用激光生成部20包括激光振荡器21、准直透镜22、光圈构件23。激光振荡器21沿光轴A产生加工用激光L。该加工用激光L是被直线偏光的P偏光的激光。准直透镜22配置在光轴A上，使加工用激光L通过，对加工用激光L的发散角进行调整。光圈构件23同样配置在光轴A上，在通过了准直透镜22的加工用激光L上，设定任意的电子束光点直径。该加工用激光L的光点直径与照射到加工工件12上的加工用激光La、Lb的光点直径相对应地设定。

加工用激光分光部30包括分光构件31、相位板32、弧镜33、副偏转构件34。分光构件31配置在光轴A上，将通过了光圈构件23的加工用激光L分光成第一加工用激光La和第二加工用激光Lb。加工用激光La、Lb的强度比为1∶1，相互相等。加工用激光La沿与光轴A一致的光轴A1被射出。加工用激光Lb沿与光轴A、A1正交的光轴A3被射出。

相位板32配置在光轴A1上，将被分光构件31分光的第一加工用激光La，即，被直线偏光的P偏光的第一加工用激光La的偏光方向旋转90度，将该加工用激光La转换为被直线偏光的S偏光的激光。弧镜33被配置在相对于光轴A1倾斜45度的角度的面上，将被转换为S偏光的第一加工用激光La向沿与光轴A1正交的光轴A2的方向反射。

副偏转构件34包括一对副偏转电流镜35、36、针对它们的一对副偏转电流扫描仪37、38。一对副偏转电流镜35、36是通过其反射面反射第二加工用激光Lb，通过副偏转电流扫描仪37、38，以小角度偏转的部件，使加工用激光Lb在加工工件12上在小角度、例如±1度的范围内偏转。第二加工用激光Lb的该小角度的偏转在加工工件12上例如相当于几毫米的间隔。副偏转电流镜35使加工用激光Lb向加工工件11的X轴方向偏转，另外，副偏转电流镜36使加工用激光Lb向加工工件11的Y轴方向偏转。

加工用激光Lb从分光构件31开始，首先以大致45度的入射角入射到副偏转电流镜35的反射面，然后，以大致45度的入射角入射到副偏转电流镜36的反射面。副偏转电流扫描仪37驱动副偏转电流镜35，将加工用激光Lb在小角度的范围向加工工件12的X轴方向偏转。副偏转电流扫描仪38驱动副偏转电流镜36，将加工用激光Lb在小角度的范围向加工工件12的Y轴方向偏转。加工用激光Lb在通过一对副偏转电流镜35、36，受到小角度的偏转后，从副偏转电流镜36沿光路A4被射出。虽然光路A4与光轴A2大致正交，但是，加工用激光Lb受到各副偏转电流镜35、36的偏转，其光轴在小角度的范围变化。

加工用激光汇集部40包括偏转分光器41、主偏转构件42、集光透镜47，将第一、第二加工用激光La、Lb汇集，照射到加工工件12上。偏转分光器41被设置在光轴A2和光路A4的交叉部。在该偏转分光器41上入射有来自弧镜33的第一加工用激光La，还有来自副偏转电流镜36的第二加工用激光Lb。该偏转分光器41向与光轴A2正交的光轴A5的方向反射第一加工用激光La，同时，使第二加工用激光Lb通过光路A4的延长方向，其结果，将这些加工用激光La、Lb一起向主偏转构件42射出。光路A4与光轴A5大致平行。

主偏转构件42包括一对主偏转电流镜43、44，和针对它们的一对主电流扫描仪45、46。一对主偏转电流镜43、44是通过各自的反射面反射第一、第二加工用激光La、Lb，分别将它们以大角度偏转的部件，使第一、第二加工用激光La、Lb在加工工件12上在大角度、例如±10度的角度范围内偏转。主偏转电流镜43使各加工用激光La、Lb向加工工件11的Y轴方向大角度偏转，另外，主偏转电流镜44使各加工用激光La、Lb向加工工件11的X轴方向大角度偏转。

第一、第二加工用激光La、Lb从偏转分光器41开始，首先以大致45度的入射角入射到主偏转电流镜43的反射面，然后，以大致45度的入射角入射到主偏转电流镜44的反射面。主偏转电流扫描仪45驱动主偏转电流镜43，将各加工用激光La、Lb在大角度的范围向加工工件12的Y轴方向偏转。主偏转电流扫描仪46驱动主偏转电流镜44，将各加工用激光La、Lb在大角度的范围向加工工件12的X轴方向偏转。

第一、第二加工用激光La、Lb穿过集光透镜47，从该集光透镜47向加工工件12照射。加工用激光La沿与加工工件12大致垂直的光路A6向加工工件12照射。加工用激光Lb从与光路A6大致平行的光路A7向加工工件12照射。光路A6、A7通过主偏转电流镜43、44的偏转，其光轴变化。集光透镜47是Fθ透镜，使各加工用激光La、Lb一起折射，集光到加工工件12上。各加工用激光La、Lb从集光透镜47同时向加工工件12照射，同时对加工工件12进行加工。

第一加工用激光La没有受到副偏转构件34的小角度的偏转，仅受到主偏转构件42的大角度的偏转，照射到加工工件12上。第二加工用激光Lb受到副偏转构件34的小角度的偏转和主偏转构件42的大角度的偏转，照射到加工工件12上。换言之，与第一加工用激光La相比，第二加工用激光Lb被施加副偏转构件34的小角度的偏转，其结果为，第二加工用激光Lb在从第一加工用激光La再偏转小角度的位置照射到加工工件12上，根据小角度偏转，被照射到从第一加工用激光La例如仅离开几毫米的位置，与加工用激光La同时加工加工工件12。第一、第二加工用激光La、Lb同时加工例如相邻的两个加工孔。

在这里，主偏转电流镜44在其反射面具有将直线偏光的激光转换成圆偏光的、具有圆偏光镜的特性的涂层44a。被直线偏光为S偏光的加工用激光La和被直线偏光为P偏光的加工用激光Lb一起入射到该主偏转电流镜44上，由该反射面反射。主偏转电流镜44的涂层44a将这些直线偏光的加工用激光La、Lb一起转换为圆偏光。

涂层44a由例如使用了ZnS和ThF₄的八层感应体多层膜构成。具体地说，由该ZnS和ThF₄构成的八层感应体多层膜的涂层由下述八层构成，即，与空气接触的由厚度0.95±0.1μm的ZnS构成的第一层；由厚度1.57±0.1μm的ThF₄构成的第二层；由厚度1.10±0.1μm的ZnS构成的第三层；由厚度1.04±0.1μm的ThF₄构成的第四层；由厚度1.43±0.1μm的ZnS构成的第五层；由厚度1.80±0.1μm的ThF₄构成的第六层；由厚度1.80±0.1μm的ZnS构成的第七层以及由厚度1.54±0.1μm的ThF₄构成的第八层，由这些第一～第八层构成的涂层44a被叠层在镜材料层上。第八层与镜材料层接触，在其上依次叠层第七～第一层，第一层与空气接触，加工用激光La、Lb以大致45度的入射角入射到该第一层的表面。

另外也可以由替代ZnS和ThF₄，使用了Ge和ZnS的八层感应体多层膜构成涂层44a。由该Ge和ZnS构成的八层的感应体多层膜具体地说由下述八层构成，即，与空气接触的由厚度0.47±0.05μm的Ge构成的第一层；由厚度0.89±0.1μm的ZnS构成的第二层；由厚度0.48±0.05μm的Ge构成的第三层；由厚度0.65±0.1μm的ZnS构成的第四层；由厚度0.64±0.1μm的Ge构成的第五层；由厚度1.07±0.1μm的ZnS构成的第六层；由厚度0.65±0.1μm的Ge构成的第七层以及由厚度1.19±0.1μm的ZnS构成的第八层，该涂层被叠层在镜材料层上。第八层与镜材料层上接触，在其上依次叠层第七～第一层，第一层与空气接触，加工用激光La、Lb以大致45度的入射角入射到该第一层的表面。

接着，对在该实施方式1的激光加工装置中加工用激光L的动作进行说明。从激光振荡器21射出的直线偏光(P偏光)的加工用激光L通过准直透镜22调整发散角，再有，通过光圈构件23，与加工工件20上的目标电子束光点直径相应地设定光束直径。此后，通过分光构件31，分光成强度比为1∶1的第一、第二加工用激光La、Lb，第一加工用激光La通过相位板32，将偏光方向旋转90度，成为S偏光。成为了S偏光的第一加工用激光La由偏转分光器41、主偏转电流镜43反射，通过具有圆偏光镜的特性的主偏转电流镜44，从S偏光(直线偏光)转换成圆偏光的激光，照射到加工工件上20。

另一方面，由分光构件31分光的第二加工用激光Lb保持P偏光的状态入射到副偏转电流镜35，透过偏转分光器41，由主偏转电流镜43反射，通过具有圆偏光镜的特性的主偏转电流镜44，从P偏光(直线偏光)转换成圆偏光的激光，照射到加工工件12上与加工用激光La不同的位置。相对于加工用激光La向加工工件12上的照射位置的加工用激光Lb的相对的照射位置由副偏转电流扫描仪37、38决定。

在这里，通过具有圆偏光镜的特性的主偏转电流镜44，从直线偏光转换成圆偏光的第一、第二激光La、Lb并非是完全的圆偏光，而是其圆偏光率为60％程度的椭圆偏光。

一般，在将直线偏光的激光转换为正确的圆偏光的情况下，如图2所示，使用相对于圆偏光镜1的反射面，使直线偏光的激光以45度的入射角入射，使该入射的激光折曲90度反射的手段，若入射的直线偏光的入射角从45度错开，则不能得到完全的圆偏光，在进行厚钢板的激光切割等的加工时，若圆偏光率不是至少在90％以上，则产生加工槽倾斜等的现象，不能进行高精度的加工。

但是，发明人经过实验确认了下述情况，即，如图3所示，例如在对印刷基板等的铜箔、树脂进行开孔加工时，若圆偏光率在30％以上，则能够得到正圆度90％以上的加工孔。图3是表示在实施方式1中，在对印刷基板等的铜箔、树脂进行开孔加工的情况下，其圆偏光率和加工孔正圆度的关系的实验数据。图3的横轴表示圆偏光率(％)，另外，其纵轴表示加工孔正圆度(％)。在实施方式1中，将主偏转电流镜44作为圆偏光镜，光束定位，因此，即使光束入射角从45度错开±10度左右，也能够充分确保圆偏光率在30％以上，因此，即使光束扫描，也能得到正圆度90％以上的加工孔。

象这样，在实施方式1中，作为具备在反射面上形成着具有圆偏光镜的特性的涂层44a的主偏转电流镜44的激光加工装置，使入射到加工工件12的第一、第二加工用激光La、Lb为圆偏光，据此，能够得到正圆度高的加工孔。例如，在通过以往的直线偏光的加工用激光只能得到正圆度约为83％的铜箔贯通加工的加工孔中，能得到正圆度约为92％的加工孔。另外，在实施方式1的激光加工装置中，不需要使用特别的光学系统，仅通过在主偏转电流镜44的反射面形成涂层44a，即可将直线偏光的第一、第二加工用激光La、Lb转换成圆偏光的激光，因此，能够防止装置的大型化，得到能够以低价格提供高性能的激光加工装置的效果。

实施方式2

在实施方式1中，虽然是在主偏转电流镜44的反射面形成具有圆偏光镜的特性的涂层44a，但是，在实施方式2中，替代它，是在主偏转电流镜43的反射面上形成具有圆偏光镜的特性的涂层。该涂层由与实施方式1的涂层44a同样的材料构成。实施方式2在其它方面与实施方式1同样地构成。

在该实施方式2中，因为也是第一、第二加工用激光La、Lb从直线偏光被转换成圆偏光，所以，与实施方式1同样，能够进行高正圆度的加工。另外，在实施方式2中，也可以在将上述涂层形成于主偏转电流镜43的基础上，还在主偏转电流镜44上形成与实施方式1同样的涂层44a。

Claims

1.一种激光加工装置，其特征在于，具有输出直线偏光的加工用激光的激光振荡器、使上述加工用激光偏转的偏转镜、在加工工件上集光被上述偏转镜偏转的上述加工用激光的集光透镜，在上述偏转镜上形成涂层，所述涂层入射有上述被直线偏光的上述加工用激光，并且将该被直线偏光的加工用激光转换成圆偏光。

2.如权利要求1所述的激光加工装置，其特征在于，还具有将从上述激光振荡器输出的上述加工用激光分光为第一、第二加工用激光的分光构件，被构成为上述第一、第二加工用激光一起入射到上述偏转镜，将它们一起偏转。

3.如权利要求2所述的激光加工装置，其特征在于，上述第一、第二加工用激光为它们的偏光方向相互正交的激光，被入射到上述偏转镜。