CN102858489A - 激光切割方法及激光切割装置 - Google Patents

Abstract

本发明中的激光切割方法的特征在于，通过使规定功率的激光束相对于工件的扫描位置在每次扫描时移动规定的移动量，并使上述规定功率的激光束对上述工件进行多次扫描，从而切割上述工件。另外，本发明中的激光切割装置具有：激光振荡器，其射出激光束；聚光透镜，其将上述激光振荡器射出的激光束会聚在工件上；以及控制装置，其对激光束的功率和激光束在上述工件上的扫描位置进行控制，通过使规定功率的激光束相对于上述工件的扫描位置在每次扫描时移动规定的移动量，并使上述规定功率的激光束对上述工件进行多次扫描，从而切割上述工件。由此，可以抑制切屑附着在通过工件切割而形成的切割面上。

Description

激光切割方法及激光切割装置

技术领域

本发明涉及利用激光束切割印刷配线板等的激光切割方法及激光切割装置。

背景技术

因为激光束指向性、聚光性优良，所以容易使用透镜而向微小点会聚，从而获得高能量密度。另外，因为可以利用反射镜等使激光束的聚光位置向工件上的任意位置移动，所以可以加工微小且复杂的形状。因此，激光加工机在切割加工领域中被广泛使用。

印刷配线板由导体层和绝缘层的层叠构造构成。通常，导体层由铜等金属形成，绝缘层由作为有机化合物的树脂形成。由此，在利用激光束切割印刷配线板的情况下，如果激光束的功率较大，则存在由印刷配线板中含有的成分产生碳化物等切屑，且该切屑附着在工件的切割面上的情况。切屑会显著降低印刷配线板的绝缘可靠性。另外，剥离的切屑有时作为废料堆积在印刷配线板上。由此，切屑会导致印刷配线板动作不良。另外，在工件由金属、硅、木材等构成的情况下，与印刷配线板同样地，切屑也会附着在切割面上。

作为以抑制切屑向工件切割面的附着为目的的现有的激光切割方法，已知使激光束沿工件上的同一轨道扫描多次的技术（例如，参照专利文献1）。

另外，作为以抑制切屑向工件切割面的附着为目的的现有的激光切割方法，已知在暂时切割完成后，向切割面照射功率较小的激光束的技术（例如参照专利文献2）。

专利文献1：日本特开2005－303322号公报

专利文献2：日本特开平5－343832号公报

发明内容

然而，在专利文献1的激光切割方法的情况下，因为向工件的同一切割面反复照射激光，所以存在因对同一切割面反复进行加热和冷却而产生切屑并堆积的问题。

另外，在专利文献2的激光切割方法的情况下，暂时切割完成时附着在工件切割面上的切屑，在照射功率较小的激光束时已经冷却，导致工件的材料变质等，从而很难吸收激光束。因此，存在很难利用功率较小的激光束去除暂时产生的切屑的问题。

本发明中的激光切割方法的特征在于，通过使规定功率的激光束相对于工件的扫描位置在每次扫描时移动规定的移动量，并使上述规定功率的激光束对上述工件进行多次扫描，从而切割上述工件。

另外，本发明中的激光切割装置的特征在于，具有：激光振荡器，其射出激光束；聚光透镜，其将上述激光振荡器射出的激光束会聚在工件上；以及控制装置，其对激光束的功率和激光束相对于上述工件的扫描位置进行控制，通过使规定功率的激光束相对于上述工件的扫描位置在每次扫描时移动规定的移动量，并使上述规定功率的激光束对上述工件进行多次扫描，从而切割上述工件。

发明的效果

根据本发明，可以抑制切屑附着在通过工件切割而形成的切割面上。

附图说明

图1是实施方式1中的激光切割装置的结构图。

图2是用于说明实施方式1中的XY工作台的规格的图。

图3是用于说明实施方式1的具体例中的工件的规格和加工形状的例子的图。

图4是表示通过使激光束进行4次扫描，使用实施方式1的激光切割方法切割图3所示的工件的情况的图。

图5是使用现有的激光切割方法的情况下的切割面和使用实施方式1的激光切割方法的情况下的切割面的照片。

图6是实施方式2中的激光切割装置的结构图。

图7是实施方式3中的激光切割装置的结构图。

标号的说明

7工件

2激光束

1激光振荡器

6聚光透镜

30驱动反射镜

40远心fθ透镜

具体实施方式

实施方式1

参照图1至图5，对实施方式1进行说明。

图1是实施方式1中的激光切割装置的结构图。实施方式1中的激光切割装置具有：激光振荡器1，其射出激光束2；多个传播反射镜3、4、5，其将从激光振荡器1射出的激光束2传播至工件7；聚光透镜6，其使传播的激光束2会聚在工件7上；XY工作台8，其可以载置工件7并在X轴及Y轴方向上移动；以及控制装置9，其基于数据10，对激光振荡器1及XY工作台8进行控制。数据10是加工程序、或后述的光束直径D或扫描的总次数n等信息，该数据10在被输入激光切割装置后，存储在未图示的存储器中。此外，激光束2可以由无间歇时间的CW振荡激发，也可以由每隔规定时间有间歇时间的脉冲振荡激发。

图2是用于说明实施方式1中的XY工作台的规格的图。XY工作台8具有开口部8a，该开口部8a比通过切割工件7而形成的加工形状7a大。由此，在切割工件7时，可以防止由于激光束2穿过工件7照射到XY工作台8上而损伤XY工作台8。另外，可以防止穿过工件7的激光束2被XY工作台8反射而照射工件7的背面。

接下来，对实施方式1中的激光切割方法进行说明。此外，在下面的说明中，在激光束2的聚光位置的光束直径为D（mm），且激光束2的功率为P₁（W）的情况下，通过使激光束2进行1次扫描即可切割工件7。

在本实施方式中，通过使激光束2进行多次扫描，从而切割工件7。另外，在每次扫描时，使激光束2的扫描位置移动。此时，如下述式（1）所示，将每次扫描时的扫描位置的移动量S（mm），设置为大于0且小于或等于D/n的值。此外，n是扫描的总次数（n≧2）。

0＜（每次扫描时的扫描位置的移动量S）≦D/n…式（1）

其中，在将前次扫描路径上的任意点设为A点，将与A点处的前次扫描路径的切线正交的直线与本次扫描路径的交点设为B点时，移动量S等于A点与B点之间的距离。

并且，如下述式（2）所示，将每次扫描时的激光束2的功率P₂（W）设定为大于或等于P₁/n且小于P₁的值。

P₁＞（每次扫描时的激光束2的功率P₂）≧P₁/n…式（2）

此外，基于式（1）及式（2）确定S及P₂，是由激光切割装置的操作者或控制装置9进行的。

在此，参照图3及图4对实施方式1的具体例进行说明。图3是用于说明实施方式1的具体例中的工件的规格和加工形状的例子的图。图3（a）是俯视观察工件7的图，图3（b）是工件7的剖视图。工件7由60mm×60mm的正方形构成，具有1mm的厚度。另外，通过切割工件7而形成的加工形状7a由30mm×30mm的正方形构成。工件7是由绝缘层和导体层的层叠结构构成的印刷配线板，该绝缘层是使玻璃丝网13浸渍在环氧类树脂14中而形成的。

下面的表1是表示使用现有的激光切割方法进行1次扫描的情况下的实验结果的表。在表1的实验中，设定D=0.2mm，并且设定P₂=80、100、120（W）这3组值，在图3所示的工件7上只进行1次激光束2的扫描。此外，在该实验中使用的激光切割方法与现有的激光切割方法相当。作为各实验的结果，表1示出是否可以切割工件7、及是否肉眼可见切割面上附着有切屑。其中，所谓可以切割工件7，是指激光束2可以贯穿工件7，并不包含激光束2只是切割至工件7的表面与背面之间的中间点的情况。

【表1】

如表1所示，在设定为P₂=80（W）的情况下，切割面上未附着切屑，但未能切割工件7。另一方面，在设定为P₂=100、120（W）的情况下，可以切割工件7，但在切割面上有切屑附着。因此，在使用现有的切割方法的情况下，无论激光束的功率P₂的值是多大，都不能得到可以切割工件7、且切割面上无切屑附着的良好的结果。下面，基于该实验，设定为P₁=100（W）。

下面的表2是表示使用实施方式1的激光切割方法进行2次扫描的情况下的实验结果的表。在表2的实验中，使用实施方式1的激光切割方法，在图3所示的工件7上进行2次激光束2的扫描。另外，设定D=0.2（mm），并且设定P₂=40、50、60（W）这3组值，此外，对于各P₂值，设定S=0.08、0.10、0.12（mm）这3组值。表2与表1同样地，作为各实验的结果，示出是否可以切割工件7、及是否肉眼可见在切割面上附着切屑。

【表2】

在表2的实验中，因为n=2（次）、P₁=100（W），所以D/n=0.1（mm）、P₁/n=50（W）。因此，在满足式（1）的S=0.08、0.10（mm），且满足式（2）的P₂=50、60（W）的情况下，可以得到良好的结果。

下面的表3是表示使用实施方式1的激光切割方法进行4次扫描的情况下的实验结果的表。在表3的实验中，使用实施方式1的激光切割方法，在图3所示的工件7上进行4次激光束2的扫描。另外，设定D=0.2（mm），并且设定P₂=20、25、30（W）这3个值，并且对各P₂值，设定S=0.04、0.05、0.06（mm）这3个值。表3与表1同样地，作为各实验的结果，示出是否可切割工件7、及是否肉眼可见切屑附着在切割面上。

【表3】

在表3的实验中，因为n=4（次）、P₁=100（W），所以D/n=0.05（mm）、P₁/n=25（W）。由此，在满足式（1）的S=0.04、0.05（mm），且满足式（2）的P₂=25、=30（W）的情况下，可以得到良好的结果。

图4是表示通过使激光束进行4次扫描，使用实施方式1的激光切割方法切割图3所示的工件的情况的图。此时，n=4（次）、D=0.2（mm）、P₁=100（W）。由此，基于式（1）和式（2），必须满足S≦0.05、P₂≧25。因此，在图4的例子中，设定S=0.05（mm）、P₂=25（W）。

图4各图中，图4（a）表示第1次扫描的情况，图4（b）表示第2次扫描的情况，图4（c）表示第3次扫描的情况，图4（d）表示第4次扫描的情况。另外，在图4（a）至（d）的各图中，上图是俯视观察工件7的图，用双点划线表示加工形状7a，用粗箭头表示激光束2的扫描位置20。另一方面，在图4（a）至（d）的各图中，下图是工件7的剖视图，示出平面方向的扫描位置21和通过扫描形成的切割面22。

在图4（a）的情况下，扫描位置20位于加工形状7a外侧的0.075mm处，该值是S的1.5倍。在图4（b）的情况下，扫描位置20位于加工形状7a外侧的0.025mm处，该值是S的0.5倍。在图4（c）的情况下，扫描位置20位于加工形状7a内侧的0.025mm处，该值是S的0.5倍。在图4（d）的情况下，扫描位置20位于加工形状7a内侧的0.075mm处，该值是S的1.5倍。这样，在图4的例子中，通过使激光束2的扫描位置20在每次扫描时在加工形状7a的周边向内侧方向移动0.05mm，从而切割工件7，形成加工形状7a。

图5是使用现有的激光切割方法的情况下的切割面和使用实施方式1的激光切割方法的情况下的切割面的照片。图5（a）是使用现有的激光束切割方法并设定n=1（次）、D=0.2（mm）、P₂=100（W）的情况下的工件7的切割面22的照片。在图5（a）中，因为向切割面22照射100W的激光束2，功率较大，所以在切割面22上附着大量由碳化物等形成的切屑。

另一方面，图5（b）是在使用实施方式1的激光切割方法、并设定n=4（次）、D=0.2（mm）、S=0.05（mm）、P₂=25（W）的情况下，工件7的切割面22的照片。在图5（b）中，因为在每次扫描时向所形成的切割面22照射25W的激光束2，功率较小，所以在每次扫描时，切割面22上几乎没有切屑附着。并且，因为在每次扫描时，激光束2的扫描位置移动0.2mm，所以可以通过向同一切割面22多次照射25W的激光束2，抑制发生切屑附着。由此，在最终形成的切割面22上，仅照射最后一次即第4次扫描的25W的激光束功率。因此，在最终形成的切割面22上几乎没有切屑附着。

此外，在式（1）中，优选S大于或等于D/6n。即，在满足下面的式（3）和式（2）的情况下，可以有效抑制切屑的附着。

D/6n≦（每次扫描时的扫描位置的移动量S）≦D/n…式（3）

另外，在上述具体例的说明中，通过使激光束的扫描位置在每次扫描时，在加工形状7a的周边向内侧方向平行移动0.05mm，从而切割工件7，形成加工形状7a，但并不限定于此。即，例如也可以通过使激光束的扫描位置在每次扫描时，在加工形状7a的周边向外侧方向平行移动0.05mm，从而切割工件7，形成加工形状7a。

此外，在上述说明中，工件7由印刷配线板构成，但只要是通过激光束照射而产生切屑的材料，可以由任意材料构成。即，工件7可以由金属、硅、木材等构成。

根据实施方式1，可以抑制在进行工件切割期间产生切屑。由此，可以抑制切屑附着在通过工件切割而形成的切割面上。

此外，在实施方式1中，对于每次扫描时的扫描位置的移动量S和每次扫描时的激光束2的功率P₂，在每次扫描时固定的情况进行了说明，但并不限定于此。即，只要满足式（1）和式（2），每次扫描时的S及P₂也可以不同。在此情况下，也可以得到与实施方式1相同的效果。

实施方式2

参照图6对实施方式2进行说明。此外，围绕与实施方式1不同的部分进行说明，省略与实施方式1相同的部分的说明。

在实施方式1的图1所示的激光切割装置中，通过XY工作台8的X轴方向及Y轴方向的移动，从而使激光束2在工件7上的聚光位置移动。因为XY工作台8的重量较重，聚光位置的移动较慢，所以会导致完成工件7的切割需要较长时间。实施方式2是用于使用实施方式1中说明的激光切割方法，同时缩短工件切割所需的时间的技术。

图6是实施方式2中的激光切割装置的结构图。实施方式2的激光切割装置具有：激光振荡器1，其射出激光束2；多个传播反射镜3、4，其将从激光振荡器1射出的激光束2传播至后述的驱动反射镜30；可旋转的驱动反射镜30，其使传播的激光束2以任意的角度偏转而传播至工件7；聚光透镜6，其使传播的激光束2会聚在工件7上；控制装置31，其对激光振荡器1及驱动反射镜30进行控制；以及固定工作台32，其载置工件7。

实施方式2中的激光切割装置，通过驱动反射镜30旋转，使激光束2在工件7上的聚光位置移动。使用该激光切割装置，设定n=4（次）、D=0.2（mm）、S=0.05（mm）、P₂=25（W），使用实施方式1的激光切割方法进行激光切割，其结果，可以切割工件7，并且切割面上几乎没有碳化物附着。并且，因为驱动反射镜30的重量比XY工作台8轻，所以可以加快聚光位置的移动。由此，与使用实施方式1的激光切割装置的情况相比，可以将切割所需的时间缩短为1/4倍。

根据实施方式2，在实施方式1的效果的基础上，还可以缩短激光切割所需的时间。

此外，在实施方式2中，通过驱动反射镜30旋转，使激光束2在工件7上的聚光位置移动，但并不限定于此。例如，也可以通过使驱动反射镜30在X轴方向及Y轴方向移动，而使激光束2在工件7上的聚光位置移动。在此情况下，也可以得到与实施方式2相同的效果。

另外，在图6所示的激光切割装置中，也可以增加图1所示的XY工作台8，使控制装置31对激光振荡器1、驱动反射镜30、及XY工作台8进行控制。在此情况下，也可以得到与实施方式2相同的效果。

实施方式3

参照图7对实施方式3进行说明。此外，围绕与实施方式2不同的部分进行说明，省略与实施方式2相同的部分。

在实施方式2涉及的图6所示的激光切割装置中，利用聚光透镜5，使通过可旋转的驱动反射镜30而偏转的激光束2会聚在工件7的表面。因此，由于激光束2未向工件7的表面垂直照射，切割面与工件7的表面不垂直，所以无法提高切割精度。实施方式3是用于使用在实施方式1中说明的激光切割方法，同时提高工件的切割精度的技术。

图7是实施方式3中的激光切割装置的结构图。实施方式3中的激光切割装置具有：激光振荡器1，其射出激光束2；多个传播反射镜3、4，其将从激光振荡器1射出的激光束2传播至后述的驱动反射镜30；可旋转的驱动反射镜30，其使传播的激光束2以任意角度偏转而传播至工件7；远心fθ透镜40，其使传播的激光束2会聚在工件7上；控制装置31，其对激光振荡器1及驱动反射镜30进行控制；以及固定工作台32，其载置工件7。

如果将像高设为Y、将焦距设为f、将入射角设为θ，则远心fθ透镜40具有满足Y=f×θ的特性。并且，远心fθ透镜40使通过驱动反射镜30偏转的激光束2向工件7垂直照射。

实施方式3的激光切割装置，利用远心fθ透镜40，使通过驱动反射镜30偏转的激光束2垂直向工件7的表面会聚。使用该激光切割装置，设定n=4（次）、D=0.2（mm）、S=0.05（mm）、P₂=25（W），并使用实施方式1的激光切割方法，进行激光切割，其结果，在实施方式2的效果的基础上，还可以得到相对于工件7的表面垂直的切割面。

根据实施方式3，因为在实施方式2的效果的基础上，还可以得到相对于工件7的表面垂直的切割面，所以可以提高激光切割的精度。

Claims (8)

1.一种激光切割方法，其特征在于，

通过使规定功率的激光束相对于工件的扫描位置在每次扫描时移动规定的移动量，并使所述规定功率的激光束对所述工件进行多次扫描，从而切割所述工件。

2.根据权利要求1所述的激光切割方法，其特征在于，

在聚光位置处的光束直径为D且功率为P₁的激光束进行一次扫描即可切割所述工件的情况下，在满足下述式（1）及式（2）的条件下，通过使规定功率P₂的激光束相对于所述工件的扫描位置在每次扫描时移动规定的移动量S，且使所述规定功率P₂的激光束对所述工件进行n次扫描，从而切割所述工件

0＜S≦D/n…式（1）

P₁＞P₂≧P₁/n…式（2）。

3.根据权利要求2所述的激光切割方法，其特征在于，

所述规定移动量S或所述规定功率P₂，在每次扫描中的值大致相同。

4.根据权利要求1所述的激光切割方法，其特征在于，

所述激光束是由无间歇时间的CW振荡或有间歇时间的脉冲振荡激发的。

5.一种激光切割装置，其特征在于，具有：

激光振荡器，其射出激光束；

聚光透镜，其将所述激光振荡器射出的激光束会聚在工件上；以及

控制装置，其对激光束的功率和激光束相对于所述工件的扫描位置进行控制，

通过使规定功率的激光束相对于所述工件的扫描位置在每次扫描时移动规定的移动量，并使所述规定功率的激光束对所述工件进行多次扫描，从而切割所述工件。

6.根据权利要求5所述的激光切割装置，其特征在于，

在聚光位置处的光束直径为D且功率为P₁的激光束，进行一次扫描即可切割所述工件的情况下，在满足下述式（1）及式（2）的条件下，通过使规定功率P₂的激光束相对于所述工件的扫描位置在每次扫描时移动规定的移动量S，且使所述规定功率P₂的激光束相对于所述工件进行n次扫描，从而切割所述工件

0＜S≦D/n…式（1）

P₁＞P₂≧P₁/n…式（2）。

7.根据权利要求5所述的激光切割装置，其特征在于，

具有可移动或可旋转的驱动反射镜，该驱动反射镜设置在所述激光振荡器和所述聚光透镜之间的光路上。

8.根据权利要求5所述的激光切割装置，其特征在于，

所述聚光透镜是远心fθ透镜。

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