CN1200315A - 加工位置校正装置 - Google Patents

Abstract

一种加工位置校正装置其控制电路是对测试制品表面用第一间距矩阵状排列的多个第一目标点照射激光那样对激光加工装置进行测试加工;图象处理电路是对通过测试加工形成的多个加工完毕点进行的摄像的同时,对有关各点分别检测由该多个加工完毕点的第一目标点开始的位置偏移量,作为检测数据输出;运算电路是用检测数据插入第一间距之间的形式,算出比第一间距还小的第二间距,且矩阵状排列的多个第二目标点,输出运算数据。

Description

加工位置校正装置

本发明涉及为了校正加工位置的位置偏移，适用于激光加工装置的加工位置校正装置。

电子装置如便携电话机(手机)、视频数字照像机、个人用计算机那样使用高密度多层布线印刷电路板的装置，在制造这样的高密度多层布线印刷电路板时，为了取得在内层和外层的印刷电路板之间信号线的导通，有必要在各层的每层印刷电路板设置称为过孔的导通用的孔。尤其是为了达到布线的高密度化，要求过孔的孔径极小。

上述那样的高密度多层布线印刷电路板，是由一块母板开始，按照所谓多层曝光制作。也就是说，在母板上，为了高密度多层布线印刷电路板的规定尺寸的加工区域而设定多个矩阵状加工区域。然后，对规定了尺寸的每个加工区域中预先确定的多个位置进行开孔加工。这样的母板称为制品。

作为进行微小孔径的开孔加工装置，最近多使用激光加工装置。

以加工这样的孔为主要目的的激光加工装置，配置X-Y载物台是很必要的。X-Y载物台能够随着装载制品，将制品向X轴方向、Y轴方向水平移动。该激光加工装置通过X-Y载物台使制品移动，用脉冲激光光束改变加工位置。因此，通过X-Y载物台定位费时，加工速度受限制。为方便起见，将该激光加工装置称为第一装置。

对此，为了提高加工速度，提供一种将激光光束沿X轴方向和Y轴方向摆动的激光加工装置。为方便起见，将该激光加工装置称为第二装置。第二装置具有将脉冲激光在制品的制品表面上沿X轴及Y轴方向摆动的一对电流扫描器。电流扫描器如众所周知的那样是由反射镜和为使其转动的驱动机构组成。通过用检流计的驱动使两个反射镜独立转动，能够使激光光束通过fθ透镜对制品上多个需要的位置连续照射。

这里，通过电流扫描器用沿X轴及Y轴方向摆动的倾斜的激光光束，通过fθ透镜对制品的加工区域垂直照射。加工区域的尺寸是通常边长为50mm左右的正方形区域。

用第二装置，对制品上的加工区域用摆动的激光光束进行加工。在对加工区域加工结束时，通过X-Y载物台使制品移动到下一个加工区域，对准fθ透镜正下方的位置。

如按照这样的第二装置，通过电流扫描器和X-Y载物台的组合，可比第一装置提高加工速度。

可是，由这样的电流扫描器和fθ透镜组成的激光加工装置避免不了所具有的2种光学系统的失真。

第一光学系统失真是由电流扫描器的发射镜的控制角和制品上的加工位置的关系产生的失真。这种失真称为枕型失真。

第二光学系统失真是由构成fθ透镜的多个透镜与设计值不符产生的失真。这种失真称为线性失真。

在实际加工时，出现由所述第一及第二失真相互合成的复合失真。并且，由于这样的复合失真，对在制品上的加工区域的加工点产生位置偏移。

为了校正这样的位置偏移，以往采用称为教学方式的校正方式。该方式是实际进行本加工和相同的测试加工之后，用图像处理部分检测多个加工位置每个的偏移量。之后，在正式加工时，根据检测的偏移量，进行每个加工位置的校正。

但是，由这样的教学方式的校正方式，需要较长时间。例如，用1mm间距进行边长为50mm的正方形的加工区域的加工时，检测全部的偏移量，需要1小时左右的时间。

而且，由于图像处理部分的检测误差加上位置偏移量，仅得到20μm左右的校正精度。

因此，本发明的课题是提供一种能够通过第二装置为加工位置偏移的校正，高速生成必要的加工位置校正数据的装置。

本发明的另一课题是提供一种使激光加工装置能够高精度决定加工位置的加工位置校正装置。

如按照本发明可得到，一种加工位置校正装置，适用于在制品表面用激光光束精细扫描的激光加工装置，其特征包括：对测试制品的所述制品表面用第一间距矩阵状排列的多个第一目标点照射激光光束那样提供加工数据对所述激光加工装置进行测试加工的控制电路；和在对通过所述测试加工形成的多个加工完毕点进行的摄像的同时，对有关各点分别检测由该多个加工完毕点的第一目标点开始的位置偏移量，作为检测数据输出的图像处理电路；和用所述检测数据用插入所述第一间距之间的形式，算出比第一间距还小的第二间距，且矩阵状排列的多个插补点，输出运算数据的运算电路。

下面，简要说明附图：

图1是表示按照本发明的实施例，适用于加工位置校正装置的激光加工装置的重要部分图。

图2是通过电流扫描器，说明枕型失真的图。

图3是通过fθ透镜，说明线性失真的图。

图4是说明枕型失真及线性失真的复合失真的图。

图5是表示按照本发明的实施例的加工位置校正装置图。

图6A是通过图5所示的加工位置校正装置，说明加工位置偏移校正方法的图。

图6B是通过图5所示的加工位置校正装置，说明加工位置偏移校正方法的图。

图6C是通过图5所示的加工位置校正装置，说明加工位置偏移校正方法的图。

图7是通过图5所示的加工位置校正装置，说明加工位置偏移校正方法的图。

下面，为了易于理解本发明，通过本发明的实施例说明适用于加工位置校正装置的激光加工装置。

在图1中，激光加工装置10包括，使激光振荡器(无图示)输出的脉冲激光在制品70的制品表面沿X轴及Y轴方摆动的一对电流扫描器11和12。第一电流扫描器11如众所周知的那样是由反射镜112和为使其转动的驱动机构111组成。同样，第二电流扫描器12是由反射镜122和驱动机构121组成。通过用检流计的驱动原理使两个反射镜112和122独立转动，能够使激光光束通过fθ透镜13对制品70上多个预定的位置连续照射。

这里，通过第一及第二电流扫描器11和12用沿X及Y方向摆动的倾斜的激光光束，通过fθ透镜13，对制品70的加工区域71垂直照射。加工区域71的尺寸是通常边长为50mm左右的正方形区域。

电流扫描器11及12可对200～800Hz的驱动频率响应。还有，使制品70装载在X-Y载物台上，在这里省略了关于X-Y载物台及该驱动系统的图示和说明。并且，在电流扫描器的上方，设置通过透镜及CCD照像机进行制品70定位的调准系统，这里也省略图示及说明。

用激光加工装置10，对制品70上的加工区域71用被摆动的激光进行加工。在对加工区域71结束加工时，通过X-Y载物台使制品70移动到下一个加工区域对准fθ透镜13的正下方的位置。

如按照这样的第二装置，通过第一及第二电流扫描器11和12与X-Y载物台的组合，加工速度快。

这种由电流扫描器及fθ透镜组合的激光加工装置避免不了所具有的枕型失真以及线性失真。

参照图2，枕型失真是由电流扫描器11及12的反射镜112及122的控制角和制品70上的加工位置的关系产生的失真。

参照图3，线性失真是由构成fθ透镜13的多个透镜如透镜131、132及133与设计值不符产生的失真。

在实际加工时，如图4所示，出现由所述第一及第二失真相互合成的复合失真。并且，由于这样的复合失真，对在制品70上的加工区域71的加工点产生位置偏移。

本发明不是在实际的加工时，而是在实际的加工开始之前，在对测试制品例如环氧树脂、聚酰亚胺等的制品进行测试加工之后，仅实行一次。作为激光振荡器，使用二氧化碳激光振荡器、钇铝石榴石(YAG)激光振荡器、钇铝石榴石(YAG)高次谐波激光振荡器或受激准分子激光振荡器等。

参照图5，加工位置校正装置20适用于图1所示的激光加工装置10，它具有控制电路21、图象处理电路22及运算电路23。控制电路21是对测试制品70′的制品表面用第一间距且矩阵状排列的多个第一目标点照射激光光束那样提供加工数据对激光加工装置10进行测试加工。

图象处理电路22是在对通过测试加工形成的多个加工完毕点进行摄像的同时，对有关各点分别检测由该多个加工完毕点的多个第一目标点开始的位置偏移量，作为检测数据输出。

运算电路23是用检测数据，用插入第一间距之间的形式，算出比第一间距还小的第二间距，且矩阵状排列的多个插补点，输出运算数据。

控制电路21也根据运算数据作成为校正所述加工数据的校正数据文件，对激光加工装置10提供通过校正数据文件校正的校正加工数据。激光加工装置10用校正的加工数据，进行本加工。由此校正上述的枕型失真及线性失真。

图象处理电路22包括对测试制品加工后的加工区域摄像的摄像系统221。

还有，控制电路21、图象处理22以及运算处理部分23的一部分也可以使用个人计算机。

下面，详细说明，用加工位置校正装置20的加工位置偏移校正方法。

校正时，对X-Y载物台上定位的测试制品施以直径0.1mm左右的开孔加工。

这里，控制电路21如图6A所示，对用第一的一定间距(例如3mm)且矩阵状排列的第一目标点加工那样，向激光加工装置10提供加工数据。表示第一目标点，即应该加工位置的数据存储于(无图示)存储部分中。测试加工期间，使X-Y载物台被固定。在图6A中，白圆圈表示使被加工的孔。但是，由于所述枕型失真和线性失真，由作为第一目标点的真的加工点开始产生偏移。

摄像系统221是对测试加工完毕的测试制品70′的加工区域摄像。图象处理部分22是由存储部分读取表示应该加工位置的数据。图象处理部分22是将来自摄像系统221的图象施以众所周知的图象处理。也就是说，图象处理部分22分别检测有关各点由多个加工完毕点的多个第一目标点开始的位置偏移量。

运算电路23用来自图象处理部分22的检测数据，进行如下的插补计算。这里，作为检测数据，有N个数据(X₀，Y₀)(X₁，Y₁)(X₂，Y₂)，…，(X_N-1，Y_N-1)。

运算电路23进行如B型样条插补计算。将经过矩阵状的各加工完毕点的列，进行样条插补，在各加工完毕点之间算出X轴方向及Y轴方向排列的多个插补位置作为一次算出点。一次算出点在图6B中用黑圆圈表示。然后，运算电路23将经过加工完毕点以外的点的列由X轴方向和Y轴方向开始样条插补，在一次算出点之间算出X轴方向及Y轴方向排列的多个插补位置作为二次算出点。二次算出点在图6C中用黑圆圈表示。由此，算出在图6A中用比第一间距还小的第二间距矩阵排列的二次算出点。

运算电路23，用下面的算式1，通过上述N个数据算出校正曲线。 $S\left(x\right)=\underset{i=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\α}}_i\·B_{i,k}\left(x\right)---\left(1\right)$ 还有，通过下面的算式2表示B_i，K(x)的递推公式。 $B_{i,k}\left(x\right)=\frac{x-q_i}{q_{i+k-1}-q_i}\·B_{i,k-1}\left(x\right)$ $+\frac{q_{i+k}-x}{q_{i+k}-q_{i-1}}\·B_{i+1,k-1}\left(x\right)---\left(2\right)$

运算电路23将由上式得到的一次及二次算出点应该的位置数据作为校正数据文件存储于存储器部分中。校正数据文件用于为校正以后进行的实际的本加工的应该加工位置。表示应该本加工的加工数据用X-Y坐标系表示。

运算电路23是由存储器部分读取表示应该本加工位置的加工数据，一方面参照来自存储器部分的校正数据文件。运算电路23对加工数据根据校正数据加以校正。控制电路21是根据校正的数据，本加工那样控制激光加工装置10。即，控制电路21进行一对电流扫描器11和12的角度控制。

运算电路23如下式那样，进行加工数据的校正。在图7中，例如，作为加工数据，提供A点的坐标数据时，对于该加工数据的校正量通过下面的算式3及4算出有关X轴成分ΔX、Y轴成分ΔY。 $\mathrm{\ΔX}=\frac{\mathrm{\Δx}1+(\mathrm{\Δx}2-\mathrm{\Δx}1)\·a/(a+b)+\mathrm{\Δx}3}{2}$ $+\frac{(\mathrm{\Δx}4-\mathrm{\Δx}3)\·a/(a+b)}{2}---\left(3\right)$ $\mathrm{\ΔY}=\frac{\mathrm{\Δy}1+(\mathrm{\Δy}3-\mathrm{\Δy}1)\·c/(c+d)+\mathrm{\Δy}2}{2}$ $+\frac{(\mathrm{\Δy}4-\mathrm{\Δy}2)\·c/(c+d)}{2}--\left(4\right)$

还有，图7中的白圆圈表示第二间距的插补位置。

在本实施例中，例如，通过用5mm间距进行测试加工，可校正一边长为50mm左右的加工区域。在这种情况下，校正需要时间，仅五分钟左右。但是，由于从包括插补位置的多个点开始算出校正曲线，即使有检测误差，也使该误差被滤除。因此，校正精度提高了10μm左右。

还有，本发明不仅限于上述实施例，可考虑各种相似用途。例如，也可进行适用于印刷电路板开孔加工之外的陶瓷原料(例如，印刷电路基板)的开孔或是划线加工和电子器件的记号加工的激光加工装置。

Claims (4)

1.一种加工位置校正装置，适用于在制品表面用激光光束精细扫描的激光加工装置，其特征在于包括：

对测试制品的所述制品表面用第一间距矩阵状排列的多个第一目标点照射激光光束那样，提供加工数据对所述激光加工装置进行测试加工的控制电路；和在对通过所述测试加工形成的多个加工完毕点进行的摄像的同时，对有关各点分别检测由该多个加工完毕点的第一目标点开始的位置偏移量，作为检测数据输出的图象处理电路；和用所述检测数据用插入所述第一间距之间的形式，算出比第一间距还小的第二间距，且矩阵状排列的多个插补点，输出运算数据的运算电路。

2.根据权利要求1所述的加工位置校正装置，其特征在于，所述运算处理电路是用所述检测数据通过B型样条插补计算算出所述多个插补点，在所述多个加工完毕点之间分别算出X轴方向及Y轴方向的多个一次插补位置，作为一次算出点，在算出的一次算出点之间分别算出X轴方向及Y轴方向的多个二次插补位置，作为二次算出点，作为用所述运算数据表示的所述插补点，输出所述一次及所述二次算出点。

3.根据权利要求1所述的加工位置校正装置，其特征在于，所述控制电路，按照所述运算数据，作成为校正所述加工数据的校正数据文件，对所述激光加工装置提供通过校正数据文件校正的校正加工数据。

4.根据权利要求1所述的加工位置校正装置，其特征在于作为所述的激光加工装置，适用于包括为将激光光束在制品表面上沿X轴及Y轴方向扫描的一对电流扫描器及为了将来自所述一对电流扫描器的激光光束对所述制品表面垂直照射的fθ透镜的装置，校正在所述一对电流扫描器中的由枕型失真引起的加工位置偏移以及所述fθ透镜的失真引起的加工位置偏移。

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