CN111730220A

CN111730220A - 激光加工装置和激光加工方法

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Publication number: CN111730220A
Application number: CN202010082444.XA
Authority: CN
Inventors: 坂本淳; 二穴胜; 佐藤武史; 武川裕亮
Original assignee: Via Mechanics Ltd
Current assignee: Via Mechanics Ltd
Priority date: 2019-03-22
Filing date: 2020-02-07
Publication date: 2020-10-02
Anticipated expiration: 2040-02-07
Also published as: CN111730220B; JP2020157375A; KR20200112644A; JP7404043B2; TW202035048A; KR102667312B1

Abstract

本发明涉及激光加工装置和激光加工方法。本发明的目的在于，在包括为了加工所需的能量不同的层的基板的多个位置使用激光利用穿孔加工进行开孔的情况下使控制变得容易、缩短加工时间并且确保加工品质。在具有在与所述二维方向相同的平面中的二维方向上偏转从第一激光偏转部出射的激光脉冲并且工作比所述第一激光偏转部慢的第二激光偏转部的激光加工装置中，其特征在于，通过所述第一激光偏转部在所述加工位置的每一个中依次连续地将激光脉冲照射到沿着规定的轨道的多处，此外使从所述第一激光偏转部出射的激光脉冲的能量在重复所述规定的轨道中的照射的中途发生变化，在所述加工位置的每一个中利用向所述多处的连续照射来完成加工。

Description

激光加工装置和激光加工方法

技术领域

本发明涉及在包括为了加工所需的能量不同的层的基板、例如表面为如铜层的金属层、其下层叠有树脂层的基板的多个位置使用激光来进行开孔的情况下优选的激光加工装置和激光加工方法。

背景技术

图8示出了包括为了加工所需的能量不同的层的基板的例子，是基板表面为铜层81、其下层叠有树脂层82的基板的截面图。84是在树脂层82下层叠的铜层。关于为了加工所需的能量，铜层比树脂层更大。

作为在该基板1的多个位置使用激光来加工铜层81和树脂层82以穿开盲孔（Blindhole）83的方法，以往，存在以下那样的方法。图7是用于说明其加工经过的时间图。

即，作为激光，针对铜使用吸收率好的UV激光，在一个孔位置中，作为第一阶段，主要进行铜层81的加工。在该加工中，通过使激光波束的直径变小，从而使激光脉冲的能量密度变高，利用如电扫描仪的机械式激光偏转机构（未图示），连续地进行向沿着例如旋涡状（螺旋状）的规定的轨道的多处的照射（以下，将向一个孔位置的沿着规定的轨道的多处连续地进行照射来加工称为穿孔（trepanning）加工）。图8（b）示出了第一阶段的穿孔加工后的状态。

再有，在第一阶段的穿孔加工中，通常，对树脂层82的铜层81侧进行若干加工。

针对其他的孔位置的铜层81，也进行上述激光偏转机构或同样机械式台驱动机构的工作来进行同样的穿孔加工，这结束之后，机械式地改变安装基板和激光偏转机构等的激光照射机构（未图示）的间隔，由此，变更焦点位置使激光波束的直径变大，由此，使激光脉冲的能量密度变低。

然后，进行上述激光偏转机构或台驱动机构的工作，作为第二阶段，在穿孔加工完毕的孔位置进行1次或向同一处进行多次的照射（以下，将在一个孔位置中进行1次或向同一处进行多次的照射来加工称为冲孔（punching）加工）。

在该第二阶段的冲孔加工中，主要进行树脂层82的加工。图8（c）示出了第二阶段的冲孔加工后的状态。

盲孔83变为到铜层84的跟前的深度，第二阶段的冲孔加工中的激光脉冲的能量密度以尽可能不对铜层84造成损伤的方式调整。针对其他的孔位置也进行上述激光偏转机构或同样机械式台驱动机构的驱动工作来进行同样的冲孔加工，结束开孔工作。

在如上述的现有技术中，存在如下那样的缺点：在第一阶段中的铜层81的穿孔加工中，在一个孔位置中，利用机械式激光偏转机构以激光脉冲向沿着旋涡状的规定的轨道的多处进行照射，因此，很花时间，进而，在第二阶段中的树脂层82的加工中，为了在与第一阶段相同的加工位置中进行冲孔加工，再次需要机械式激光偏转机构或台驱动机构的驱动工作，加工时间变长。

在专利文献1的第0037～0038段中，公开了在基板表面为铜层、其下层叠有树脂层的基板穿开盲孔的情况下，进行第一阶段中的铜层的穿孔加工和第二阶段中的树脂层的冲孔加工的如上述的现有技术。

此外，在专利文献2的第0004～0005段中，公开了在基板表面为导体层、其下层叠有绝缘层的基板穿开盲孔的情况下，使用如电扫描仪的机械式激光偏转机构来仅通过穿孔加工进行的技术。

在该专利文献2的技术中，存在如下那样的缺点，即：由于机械式激光偏转工作进行的穿孔加工而使加工时间变长。进而，在第0007段中，在对绝缘层进行加工的情况下降低照射能量，但是，没有公开具体怎样地降低照射能量。

此外，在专利文献3的第0044～0049段中，公开了如下那样的技术，即：作为高速地进行穿孔加工的方式，在如电扫描仪的机械式激光偏转机构的前级，配置可高速偏转工作的声光元件（以下简称为AOD），控制AOD的偏转工作来连续地进行向沿着规定的轨道的多处的照射。

在该专利文献3的技术中，没有提及在对包括为了加工所需的能量不同的层的基板进行加工的情况下，怎样调整对每一层进行加工的情况下的能量，至今为止，不能确保加工品质。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：国际公开第2016/185614号

专利文献2：日本特开2003-48088号公报

专利文献3：日本特开2003-136270号公报。

发明内容

发明要解决的课题

于是，本发明的目的在于，在包括为了加工所需的能量不同的层的基板的多个位置使用激光利用穿孔加工进行开孔的情况下使控制变得容易、缩短加工时间并且确保加工品质。

用于解决课题的方案

为了解决上述课题，在本申请中公开的发明之中的代表性的激光加工装置具有：激光激励器，激励激光脉冲；第一激光偏转部，在二维方向上偏转从该激光激励器出射的所述激光脉冲；第二激光偏转部，在与所述二维方向相同的平面中的二维方向上偏转从该第一激光偏转部出射的激光脉冲，工作比所述第一激光偏转部慢；激光激励控制部，控制所述激光激励器的工作；第一激光偏转控制部，控制所述第一激光偏转部的工作；以及第二激光偏转控制部，控制所述第二激光偏转部的工作，对基板照射从所述第二激光偏转部出射的激光脉冲来对该基板中的多个加工位置进行加工。然后，所述第一激光偏转控制部控制所述第一激光偏转部使得在所述加工位置的每一个中依次连续地将激光脉冲照射到沿着规定的轨道的多处，此外，控制所述第一激光偏转部使得从所述第一激光偏转部出射的激光脉冲的能量在重复所述规定的轨道中的照射的中途发生变化，在所述加工位置的每一个中通过向所述多处的连续照射来完成加工。

此外，在本申请中公开的代表性的激光加工方法通过第一激光偏转部在二维方向上偏转从激光激励器出射的激光脉冲，通过工作比所述第一激光偏转部慢的第二激光偏转部在与所述二维方向相同的平面中的二维方向上偏转从所述第一激光偏转部出射的激光脉冲，对基板照射从所述第二激光偏转部出射的激光脉冲来对该基板中的多个加工位置进行加工。然后，通过所述第一激光偏转部在所述加工位置的每一个中依次连续地将激光脉冲照射到沿着规定的轨道的多处，此外使从所述第一激光偏转部出射的激光脉冲的能量在重复所述规定的轨道中的照射的中途发生变化，在所述加工位置的每一个中通过向所述多处的连续照射来完成加工。

再有，在本申请中公开的发明的代表性的特征如以上那样，但是，关于在此未说明的特征，也适用于在以下说明的实施例，此外如权利要求书中所示那样。

发明效果

根据本发明，能够在包括为了加工所需的能量不同的层的基板的多个位置使用激光利用穿孔加工进行开孔的情况下使控制变得容易、缩短加工时间并且确保加工品质。

附图说明

图1是作为本发明的一个实施例的激光加工装置的框图。

图2是用于说明图1的激光加工装置中的电偏转部和AOD偏转部的作用的图。

图3是示出图1的激光加工装置中的RF信号的例子的图。

图4是示出图1的激光加工装置中的控制台的内容的图。

图5是示出图1的激光加工装置中的控制台的内容的图。

图6是用于说明作为本发明的一个实施例的激光加工装置中的加工经过的时间图。

图7是用于说明以往的激光加工方法中的加工经过的时间图。

图8是利用作为本发明的一个实施例的激光加工装置来加工的基板的截面图。

具体实施方式

[实施例]

以下，使用附图来说明本发明的实施方式。

图1是作为本发明的实施例的激光加工装置的框图。关于各结构要素、连接线，主要示出了考虑是为了说明本实施例所需的各结构要素、连接线，而并没有示出作为激光加工装置所需的全部。

在此说明的激光加工装置中，如图8所示那样，在表面为铜层81、其正下层叠有树脂层82的基板1的多处穿开盲孔83。

在图1中，2是应加工的基板1被载置的台，3是用于驱动台2的台驱动部，使台2在从基板1上观察变为彼此的直角的二维方向上移动。4是激励具有UV激光的波长的激光脉冲L1的激光激励器，5是反射从激光激励器4出射的激光脉冲L1的分束器，6是使用AOD使由分束器5反射的激光脉冲L1在从基板1上观察变为彼此的直角的二维方向上偏转的AOD偏转部（第一激光偏转部）。

7是吸收在AOD偏转部6中未向加工方向偏转而透射的激光脉冲L3的阻尼器，8是使用电扫描仪使在AOD偏转部6中向加工方向偏转的激光脉冲L2在从基板1上观察变为彼此的直角的二维方向上偏转的电偏转部（第二激光偏转部），9是使来自电偏转部8的激光脉冲L4照射到印刷基板的开孔位置的聚光透镜。

AOD偏转部6和电偏转部8的每一个中的向二维方向的偏转在基板1中的相同平面内进行。

再有，在本实施例中，关于台驱动部3、AOD偏转部6和电偏转部8的每一个中的二维方向，由以下的说明可知，但是，假设设定为相同方向。这未必是必须的，但是，这在控制上更优选。

当将AOD偏转部6和电偏转部8的偏转范围进行比较时，后者压倒性地更宽，当比较两者的工作速度时，前者压倒性地更快。

在例如上述专利文献3（日本特开2003-136270号公报）中公开了如以上的激光光学系统。

16是安装AOD偏转部6、阻尼器7、电偏转部8和聚光透镜9的激光照射单元。通过台驱动部3使台2相对于图的纸面在左右方向（以下，作为X方向）和垂直方向（以下，作为Y方向）上移动，由此，进行基板1与激光照射单元16的相对移动，进而，在AOD偏转部6和电偏转部8的每一个中使激光脉冲在X方向和Y方向上偏转，由此，能够照射到基板1的所需的开孔位置。

在台驱动部3、AOD偏转部6和电偏转部8的每一个中设置进行向X方向的移动（偏转）的系统和进行向Y方向的移动（偏转）的系统这两者。

AOD偏转部6和电偏转部8的偏转区域通过使台2移动来改变。

关于AOD偏转部6，由于不伴随机械式工作，所以工作速度很快，但是，偏转范围很小，因此，电偏转部8用于将激光脉冲定位到基板1中的特定坐标，AOD偏转部6用于高速地定位到将该特定坐标作为中心的X方向、Y方向的周边区域。

在图2中示出了特定坐标与周边位置的关系。在图2中，20示出特定坐标，21示出作为特定坐标20的周边的周边区域。

穿孔加工的情况下的激光脉冲通过电偏转部8定位到特定坐标20，在包括穿孔加工区域的周边区域21内通过AOD偏转部6定位。再有，向特定坐标20的定位可以不仅通过电偏转部8，还使AOD偏转部6、台驱动部3协作。

回到图1，10是用于控制装置整体的工作的整体控制部，例如以程序控制的处理装置为中心而构成，其中的各结构要素、连接线包括逻辑的结构要素、连接线。此外，各结构要素的一部分可以在其之外另外设置。此外，整体控制部10具有在此说明的控制功能以外的控制功能，还连接到未图示的块。

在整体控制部10的内部设置有输出用于指令激光激励器4中的激光脉冲L1的激励和衰减的激光激励指令信号S的激光激励控制部11、输出用于控制台驱动部3的台驱动信号T的台驱动控制部12、注册有用于控制AOD偏转部6的控制信息的控制台13、输出用于依照控制台13的内容控制AOD偏转部6的AOD驱动信号D的AOD控制部（第一激光偏转控制部）14、输出用于控制电偏转部8的电控制信号G的电控制部（第二激光偏转控制部）15。

AOD控制部14和电控制部15分别控制X系统和Y系统的两个AOD偏转部6、电偏转部8。关于控制台13，虽然只图示了一个，但是，设置了X系统和Y系统的两个。

从AOD控制部14输出的AOD驱动信号D由RF信号构成，AOD偏转部6的偏转角根据该RF信号的频率而变化，此外，出射能量根据该RF信号的振幅电平而变化。

在图3中示出了AOD驱动信号D的例子，但是，AOD驱动信号Da、Db的频率分别是fa、fb，振幅是Aa、Ab。频率fb比fa高，振幅Ab比Aa大。

在施加AOD驱动信号Db时，AOD偏转部6中的偏转角度和出射能量比施加AOD驱动信号Da时大。

在控制台13中注册有用于按提供给AOD偏转部6的RF信号的每个频率决定此时提供的振幅的数据。

然后，当基于本发明时，在控制台13中注册有用于按提供给AOD偏转部6的RF信号的每个频率决定两种振幅的数据。

即，在X系统的控制台13X中，如图4所示，注册有用于按提供给AOD偏转部6的RF信号的每个频率fx1、fx2、fx3…在加工铜层81的情况下决定振幅C-Ax1、C-Ax2、C-Ax3…、在加工树脂层82的情况下决定振幅P-Ax1、P-Ax2、P-Ax3…的数据。

此外，在Y系统的控制台13Y中，如图5所示，注册有用于按提供给AOD偏转部的RF信号的每个频率fy1、fy2、fy3…在加工铜层81的情况下决定振幅C-Ay1、C-Ay2、C-Ay3…、在加工树脂层82的情况下决定振幅P-Ay1、P-Ay2、P-Ay3…的数据。

再有，在此的控制台13X、13Y的内容用于说明数据彼此的逻辑关系，例如在控制台13X的情况下，未必注册有按RF信号的频率fy1、fy2、fy3…中的每一个示出X方向的位置x1、x2、x3…的数据。

加工铜层81的情况下的RF信号的振幅使得来自AOD偏转部6的出射能量适合于铜层81的加工，加工树脂层82的情况下的RF信号的振幅比加工铜层81的情况下的RF信号的振幅低，使得来自AOD偏转部6的出射能量适合于树脂层82的加工。

然而，如例如日本特开2008-36667号公报中公开的那样，在AOD偏转部6中，出射能量由于RF信号的频率而变动，因此，不管RF信号的频率的大小如何，为了得到规定的出射能量，需要校正RF信号的振幅。

在上述的控制台13X、13Y中注册的铜层81和树脂层82的加工用的RF信号的振幅以上述校正后的振幅为基础进一步调整，是实验数据本身或向其编入计算式而求取的振幅。

以上的激光加工装置在图8所示的基板1的多处穿开盲孔的情况下，仅通过穿孔加工来完成各加工位置中的加工，如以下那样工作。图6是用于说明其加工经过的时间图。

在整体控制部10的控制下，通过电偏转部8、或电偏转部8与AOD偏转部6的协作、或电偏转部8、AOD偏转部6和台驱动部3的协作，将激光照射位置定位到基板1的图2所示的一个特定坐标20，并且如以下那样控制AOD偏转部6，在图2所示的周边区域21中以描绘规定的旋涡状的轨道的方式连续地进行向多处的照射。

首先，作为最初的阶段，AOD控制部14从控制台13使用用于决定铜层用振幅的数据来控制AOD偏转部6，进行1次或多次沿着规定的旋涡状的轨道的连续照射。在该情况下，在以相同轨道重复多次的情况下，激光照射在相同位置周期性地进行多次。

在此，主要进行铜层81的加工，该穿孔加工后的状态如图8（b）那样。

然后，作为下一阶段，AOD控制部14切换为从控制台13使用用于决定树脂层用振幅的数据来控制AOD偏转部6，与上述同样地新进行1次或多次沿着规定的旋涡状的轨道的连续照射。在该情况下，也与上述同样，在以相同轨道重复多次的情况下，激光照射在相同位置周期性地进行多次。

因此，在此，来自AOD偏转部6的出射能量比进行铜层81的加工时低，主要进行树脂层82的加工，其后的状态如图8（c）那样，完成一个开孔位置的加工。

其后，利用电偏转部8、或电偏转部8与AOD偏转部6的协作、或电偏转部8、AOD偏转部6和台驱动部3的协作，将激光照射位置定位到处于其他位置的特定坐标20，并且与上述同样进行穿孔加工。

根据以上的实施例，能够在基板表面为铜层81、其正下层叠有树脂层82的图8所示的基板1的多个位置进行开孔的情况下，在铜层81的穿孔加工之后对树脂层82进行穿孔加工，因此，不需要以往进行的、用于之后对树脂层82进行冲孔加工的机械式激光偏转机构或台驱动机构的再次的驱动工作。

而且，铜层81和树脂层82的穿孔加工使用不伴随着机械式工作的工作速度很快的AOD偏转部6来进行，因此，能够大幅地缩短加工时间。

此外，在加工树脂层82的情况下，与加工铜层81的情况相比，加工能量变小，因此，不会对处于树脂层82下的铜层84造成损伤。因此，能够确保加工品质。

进而，在加工树脂层82的情况下，使照射能量变低，但是，不需要改变来自激光激励器4的出射能量。即，能够仅通过调整用于控制AOD偏转部6的偏转工作的控制台13X、13Y中注册的RF信号的振幅信息来使照射能量发生变化。

考虑为了使照射能量变化而控制来自激光激励器4自身的出射能量，但是，在该方法中需要控制激光激励器4和AOD偏转部6两者。根据上述实施例，只要控制仅AOD偏转部6即可，因此，调整部位、控制部位变少，控制变得容易，装置设计变得容易进行。

此外，由于能够使激光激励器4的激励状态保持为一定，所以能够提高激光的稳定性并提高加工品质。

以上，基于实施方式来具体地说明了本发明，但是，本发明不限定于前述实施方式，当然能够在不脱离其主旨的范围内进行各种变更，包括各种变形例。

例如，在以上的实施例中，是进行沿着旋涡状的规定的轨道的穿孔加工的情况，但是，规定的轨道未必需要为旋涡状，还存在为同心圆状、矩形状等的方法。

此外，在重复多次规定的轨道的情况下，未必需要与前次的轨道相同。此外，可以在加工铜层81的情况下和加工树脂层82的情况下使轨道变更。总之，预先确定轨道的路径即可。

此外，在根据基板1的结构材料重复多次规定的轨道的情况下，根据结构材料的种类、激光脉冲的能量、波束点直径的大小，规定的轨道的重复次数未必需要为整数，也可以在轨道的中途结束。

进而，如图8所示，说明了在树脂层82之下层叠有铜层84的三层基板1穿开盲孔83的情况，但是，也可以为在没有铜层84的两层基板穿开贯通孔的情况。此外，使为了加工所需的能量更高的层为铜层、使更低的为树脂层，但是，可以分别为其他的材料。进而，可以为层叠有更多的层的基板。

附图标记的说明

1：基板，2：台，3：台驱动部，4：激光激励器，

6：AOD偏转部，8：电偏转部，9：聚光透镜，10：整体控制部，

11：激光激励控制部，12：台驱动控制部，

13X，13Y：控制台，14：AOD控制部，15：电控制部，

16：激光照射单元，81，84：铜层82：树脂层，83：盲孔

L1～L4：激光脉冲。

Claims

1.一种激光加工装置，具有：

激光激励器，激励激光脉冲；

第一激光偏转部，在二维方向上偏转从该激光激励器出射的所述激光脉冲；

第二激光偏转部，在与所述二维方向相同的平面中的二维方向上偏转从该第一激光偏转部出射的激光脉冲，工作比所述第一激光偏转部慢；

激光激励控制部，控制所述激光激励器的工作；

第一激光偏转控制部，控制所述第一激光偏转部的工作；以及

第二激光偏转控制部，控制所述第二激光偏转部的工作，

对基板照射从所述第二激光偏转部出射的激光脉冲来对该基板中的多个加工位置进行加工，

所述激光加工装置的特征在于，

所述第一激光偏转控制部控制所述第一激光偏转部使得在所述加工位置的每一个中依次连续地将激光脉冲照射到沿着规定的轨道的多处，此外，控制所述第一激光偏转部使得从所述第一激光偏转部出射的激光脉冲的能量在重复所述规定的轨道中的照射的中途发生变化，

在所述加工位置的每一个中通过向所述多处的连续照射来完成加工。

2.根据权利要求1所述的激光加工装置，其特征在于，所述第一激光偏转控制部控制所述第一激光偏转部使得从所述第一激光偏转部出射的激光脉冲的能量从新开始重复所述规定的轨道中的连续照射的时点起发生变化。

3.根据权利要求1所述的激光加工装置，其特征在于，所述第一激光偏转控制部使所述第一激光偏转部中的偏转方向以提供给该第一激光偏转部的驱动信号的频率发生变化，使从所述第一激光偏转部出射的激光脉冲的能量以提供给该第一激光偏转部的驱动信号的振幅发生变化。

4.根据权利要求1所述的激光加工装置，其特征在于，所述第一激光偏转控制部使从所述第一激光偏转部出射的激光脉冲的能量与所述连续照射的先前的期间相比在后续的期间内较低。

5.根据权利要求1所述的激光加工装置，其特征在于，所述第一激光偏转部由声光元件构成。

6.一种激光加工方法，

通过第一激光偏转部在二维方向上偏转从激光激励器出射的激光脉冲，

通过工作比所述第一激光偏转部慢的第二激光偏转部在与所述二维方向相同的平面中的二维方向上偏转从所述第一激光偏转部出射的激光脉冲，

所述激光加工方法的特征在于，

通过所述第一激光偏转部在所述加工位置的每一个中依次连续地将激光脉冲照射到沿着规定的轨道的多处，

此外使从所述第一激光偏转部出射的激光脉冲的能量在重复所述规定的轨道中的照射的中途发生变化，

7.根据权利要求6所述的激光加工方法，其特征在于，使从所述第一激光偏转部出射的激光脉冲的能量从新开始重复所述规定的轨道中的连续照射的时点起发生变化。

8.根据权利要求6所述的激光加工方法，其特征在于，使从所述第一激光偏转部出射的激光脉冲的能量与所述连续照射的先前的期间相比在后续的期间内较低。

9.根据权利要求8所述的激光加工方法，其特征在于，在所述基板的表面为金属层且在该金属层之下包括树脂层的情况下，在所述连续照射的所述先前的期间主要加工所述金属层，在所述后续的期间主要加工所述树脂层。