DE10060407C2 - Vorrichtung zum Laserstrahlbohren - Google Patents

Vorrichtung zum Laserstrahlbohren

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Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Laserstrahlbohren von Sack­ löchern in Mehrschichtplatinen mit mehreren isolierenden Trägerlagen und darauf aufgebrachten elektrisch leitenden Metallbahnen.
Zum Hintergrund der Erfindung ist festzuhalten, daß bei solchen Mehr­ schichtplatinen zur Vornahme von Durchkontaktierungen zwischen Metall­ bahnen auf unterschiedlichen Trägerlagen - also Kontaktierungen zwischen den verschiedenen Ebenen einer Mehrschichtplatine - Sacklöcher mit defi­ nierter Tiefe in die Platine gebohrt werden müssen. Soll beispielsweise eine Durchkontaktierung zwischen der ersten und dritten Leiterbahn-Ebene er­ folgen, so muß die Bohrtiefe genau bis in die in der Größenordnung von Mikrometern liegende Dicke der Ziel-Metallbahn im Inneren der Platine reichen. Endet das Sackloch noch vor der Leiterbahn, so verhindert das noch anstehende Isoliermaterial eine Kontaktverbindung über das Bohr­ loch. Wird die Ziel-Leiterbahn durchgebohrt, so steht als Kontaktfläche lediglich die das Bohrloch umgebende, ringförmige Stirnkante der Leiter­ bahn zur Verfügung, was in der Regel ebenfalls keine erfolgreiche Kon­ taktverbindung über ein in das Bohrloch eingefülltes Kontaktmaterial er­ laubt.
Für die Durchführung solch diffiziler Bohraufgaben hat sich im Stand der Technik nun grundsätzlich das Laserstrahlbohren bewährt. Hierbei wird mit einer gepulsten Laserstrahlquelle und einer Strahlführungseinrichtung der gepulste Laserstrahl aufbereitet und zur jeweiligen Bohrstelle an der Platine geleitet. Die Festlegung der Bohrlochgeometrie (Durchmesser, Form) kann entweder über sogenannte Scanner-Spiegel oder über eine Maskenabbil­ dung stattfinden. Über eine Lagerung und entsprechende Verfahrung des Werkstückes auf einem Kreuzschlittentisch erfolgt die Positionierung des Werkstückes, falls weiter auseinander liegende Sacklöcher gebohrt werden.
Zur Überwachung des Bohrprozesses, also zur Erfassung der jeweils aktu­ ellen Bohrtiefenlage, ist es aus der den gattungsbildenden Stand der Tech­ nik repräsentierenden JP 090 10 971 A bekannt, einen frequenzsensitiven Plasma-Strahlungsdetektor einzusetzen, der die Strahlungsintensität des Plasmas erfaßt, das beim Bohren der Öffnung vom abgetragenen Material einer von den Laserpulsen getroffenen Leiterbahn im Inneren der Mehr­ schichtplatine oder von der dielektrischen Zwischenschicht erzeugt wird. Beim Abtragen eines Materials durch Laserpulse wird nämlich eine Strah­ lung mit charakteristischen Spektrallinien erzeugt, die genau dann auftre­ ten, wenn der Laserstrahl im Verlaufe des Bohrprozesses mit dem jeweili­ gen Material wechselwirkt. Die gemessenen Signale, die bestimmte Spek­ trallinien repräsentieren, werden herangezogen, um daraus bei einer be­ stimmten Wellenlänge bzw. Frequenz des Plasmaspektrums einen Spitzen­ wert abzuleiten. In der genannten JP-Druckschrift werden dabei lediglich die von der Leiterbahn herrührenden Signale selektiert und weiterverarbei­ tet. Demnach wird der abgeleitete Spitzenwert mit einem vorher gesetzten Schwellenwert verglichen, wobei ein Überschreiten dieses Schwellenwer­ tes indiziert, daß der jeweilige Laserpuls die Leiterbahn im Inneren der Mehrschichtplatine getroffen hat. Der Bohrprozeß wird schließlich dann angehalten, wenn für eine vorbestimmte Anzahl von Laserpulsen der je­ weils gemessene Spitzenwert den gesetzten Schwellenwert überschritten hat.
Die Zuverlässigkeit der Bohrtiefensteuerung bei der aus dem Stand der Technik bekannten Laserstrahlbohrvorrichtung ist nun dahingehend pro­ blematisch, daß bestimmte Lasertypen, die an sich für den Praxiseinsatz zum Laserstrahlbohren bestens geeignet sind, von Puls zu Puls starke Lei­ stungsschwankungen aufweisen können. Diese beeinflussen direkt die In­ tensität der erzeugten Plasmastrahlung und damit die Signalspannung der zur Strahlungserfassung eingesetzten Detektoren. Wird nun - wie beim Stand der Technik - die Signalintensität mit einem festen vorgegebenen Schwellenwert verglichen, so kann bei einem oder mehreren schwachen Laserpulsen keine Überschreitung des Schwellenwertes festgestellt werden, obwohl der Bohrstrahl bereits in der Ziel-Metallschicht angelangt ist. Inso­ weit bohrt die Vorrichtung also mit der Gefahr weiter, daß die Ziel- Leiterbahn durchbohrt wird.
Ein weiteres Problem besteht darin, daß je nach Tiefe und Durchmesser des Bohrloches durch Abschattungseffekte die meßbare Plasmaintensität stark schwanken kann. Auch dies macht den im Stand der Technik verwendeten Schwellenwertvergleich ungenau, was ebenfalls zu Problemen mit der Zielgenauigkeit bezüglich der Bohrtiefenlage führt.
Aus der JP 100 85 976 A ist es ferner bekannt, zur Steuerung der Bohrtie­ fenlage das aus dem Bohrbereich reflektierte Laserlicht zu erfassen. Solan­ ge die aus Isoliermaterial bestehende Trägerschicht durchbohrt wird, ist der Anteil an reflektiertem Licht gering. Sobald die im Inneren der Mehr­ schichtplatine liegende Kupferschicht getroffen wird, erhöht sich der Anteil an reflektiertem Licht signifikant, was durch den Reflektionsdetektor erfaßt wird. Auch hier ist das reflektierte Licht abhängig von der Leistung des eingestrahlten Laserpulses und von Durchmesser und Tiefe des zu bohren­ den Sackloches.
Zur Behebung der vorstehenden Problematik schlägt die JP 11 320 155 A vor, die Pulsleistung des Lasers durch eine entsprechende Pulsmonitordio­ de zu erfassen und dieses Signal durch einen arithmetischen Prozessor in Bezug zu dem Signal zu setzen, das die Intensität des reflektierten Laser­ lichtes repräsentiert. Dadurch wird ein normalisiertes Signal generiert, das eine zuverlässigere Erfassung und Verfolgung des Bohrprozesses erlaubt. Allerdings besteht auch hier das Problem, daß bei größeren Bohrtiefen die Erfassung des reflektierten Laserlichtes grundsätzlich problematisch ist.
Ausgehend von den geschilderten Problemen des Standes der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Vorrichtung zum Laserstrahlbohren so zu verbessern, daß eine zuverlässigere und ge­ nauere Erfassung der Bohrtiefenlage und insbesondere des bei jedem Puls getroffenen Materials ermöglicht wird.
Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichnungsteil des Anspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst. Demnach fußt die Erfindung auf zwei mit­ einander kombinierten Kernmaßnahmen. Zum einen wird neben dem Plas­ madetektor für die Leiterbahn nämlich ein weiterer frequenzsensitiver Plasma-Strahlungsdetektor eingesetzt, der die Strahlungsintensität des beim Bohren der Öffnung vom abgetragenen Isoliermaterial der jeweiligen Trä­ gerlage erzeugten Plasmas erfaßt. Diese Verwendung von zwei Detektoren erlaubt nun eine zuverlässige Unterscheidung der verschiedenen Schichten in der Mehrschichtplatine, da nicht auf den absoluten Spitzenwert einer charakteristischen Spektrallinie des Plasmas nur eines Werkstoffes abge­ stellt werden muß. Vielmehr kann das "Wechselspiel" zwischen den Si­ gnalen der beiden Detektoren ausgewertet werden, was unabhängig vom Absolutwert der gemessenen Signalintensität stattfindet. Bei einer Bohrtie­ fenlage, bei der der Laserpuls das Isoliermaterial der Trägerbahn trifft, tritt am Strahlungsdetektor für dessen Plasma ein entsprechendes Signal auf, wogegen am Strahlungsdetektor für das von der Metallbahn erzeugte Plas­ ma kein signifikantes Meßsignal ansteht. Beim Übergang der Bohrtiefenla­ ge von der Trägerlage in die darunter befindliche Metallschicht bricht das Signal des vom Isoliermaterial erzeugten Plasmas ein, wogegen am Strah­ lungsdetektor für das von der Leiterbahn erzeugte Plasma nun ein Meßsi­ gnal zu erfassen ist. Da der Vergleich der Signalamplituden beider Senso­ ren unabhängig von deren Spitzenwerten möglich ist, können auch bei tie­ fen und engen Bohrlochdimensionen, bei denen die Nutzsignalamplitude stark absinkt, genaue Aussagen über die Bohrtiefenlage getroffen werden.
Zum anderen besteht die zweite Kernmaßnahme der Erfindung darin, einen Laserdetektor zur Erfassung der jeweiligen Pulsintensität eines jeden Pulses der Laserstrahlquelle vorzusehen und die von der Pulsleistung direkt ab­ hängige Strahlungsintensität der Plasmasignale mit dem Signal des Laser­ detektors zu normieren. Aufgrund dieser normierten Intensitätssignale wer­ den die leistungsbedingten Signalschwankungen der Plasma- Strahlungsdetektoren ausgeglichen, was die Gefahr von Fehlentscheidun­ gen hinsichtlich der Bohrtiefenlage weiter minimiert.
Zusammenfassend werden mit Hilfe der erfindungsgemäßen Laserstrahl­ bohrvorrichtung und der dabei eingesetzten Detektionseinrichtung für die Bohrtiefenlage eine Reihe von Fehlinterpretationen von Meßsignalen ver­ hindert, wie sie beim Stand der Technik systemimmanent auftreten. Dar­ überhinaus erübrigt sich beim Erfindungsgegenstand die Festlegung von Schwellwerten bei den Detektorsignalen zur Diskriminierung zwischen den unterschiedlichen Lagen der Mehrschichtplatine beim Bohrprozeß. Ferner wird durch die Erfindung die Basis dafür geschaffen, "gedächtnisbasierte" Algorithmen zu generieren und für die Protokollierung eines Bohrprozesses und die Steuerung nachfolgender Bohrprozesse einzusetzen. Es steht näm­ lich für jeden Zeitpunkt eines Bohrvorgangs mindestens ein normiertes Si­ gnal zur Verfügung, das die jeweilige Bohrsituation repräsentiert und zum Vergleich mit nachfolgenden Bohrprozessen herangezogen werden kann.
Bevorzugte Ausführungsformen der Laserstrahlbohrvorrichtung sind in den Unteransprüchen angegeben. Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile ergeben sich ferner aus der nachfolgenden Beschreibung, in der Ausfüh­ rungsbeispiele der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert sind. Es zeigen:
Fig. 1 und 2 schematische Schaubilder von Laserstrahlbohrvorrich­ tungen in zwei unterschiedlichen Ausführungsformen und
Fig. 3 ein Schaubild des Bohrprozesses mit unterschiedlichen Bohrtiefenlagen und entsprechenden Meßsignal-Zeit- Diagrammen.
In Fig. 1 ist eine als ganzes mit dem Bezugszeichen 1 bezeichnete Laser­ strahlbohrvorrichtung und ein Werkstück in Form einer Mehrschichtplatine 2 dargestellt. Die Bohrvorrichtung 1 weist dabei eine gepulste Laserstrahl­ quelle 3 in Form beispielsweise eines gütegeschalteten, frequenzverviel­ fachten YAG-Lasers auf, dessen Strahl 10 in einer als ganzes mit 4 be­ zeichneten Strahlführungseinrichtung aufbereitet und zur Mehrschichtplati­ ne 2 geführt wird. Zu der Strahlführungseinrichtung 4 gehört eine Kollima­ tionsoptik 5, ein dichroitischer Strahlteiler 6, ein durch nicht näher darge­ stellte Aktoren betätigbares Paar von Scannerspiegeln 7, 8 und eine Fokus­ sieroptik 9. Der dichroitische Strahlteiler 6 ist für den Laserstrahl 10 re­ flektiv, wobei der Hauptteil von ca. 99,7% der Strahlintensität zu den Scannerspiegeln 7, 8 und damit zum Werkstück abgelenkt wird. Ein Teil der Laserstrahlleistung tritt durch den Strahlteiler 6 hindurch und trifft auf einen Laserdetektor 11 - einen sogenannten "Pulsmonitor" - der die jewei­ lige Pulsintensität eines jeden Pulses der Laserstrahlquelle 3 erfaßt und ein entsprechendes Meßsignal ausgibt. Vor dem Laserdetektor 11 sind eine Diffusorplatte 12 zur Modenzerstörung und ein Graufilter 13 angeordnet. Letzterer dient zur Pegelanpassung des im Laserdetektor 11 eingesetzten Sensors.
Zur Erfassung der Strahlungsintensität des beim Laserbohren in der Mehr­ schichtplatine 2 entstehenden Plasmas sind oberhalb des für diesen Strah­ lungstyp transmissiven dichroitischen Strahlteilers in dem vom Laserlicht nicht beaufschlagten, bezogen auf Fig. 1 nach oben abgehenden Strahlach­ senbereich zwei Plasma-Strahlungsdetektoren 14, 15 angeordnet. Dazu ist ein weiterer, herkömmlicher Strahlteiler 16 mit einem Teilungsverhältnis von 50% in der Strahlachse angeordnet. Auf den Achsen der beiden Teil­ strahlen 17, 18 der Plasmastrahlung sind die beiden Strahlungsdetektoren 14, 15 unter Zwischenschaltung jeweils wiederum eines Graufilters 13 und eines Bandpaßfilters 19 bzw. 20 angeordnet. Der eine Strahlungsdetektor 14 detektiert dabei die Plasmastrahlung, die beim Abtragen der jeweiligen Kupferschicht 21 der Mehrschichtplatine 2 entsteht. Dazu ist der Bandpaß­ filter 19 durchlässig für die entsprechende Plasmastrahlungs-Wellenlänge.
Der zweite Strahlungsdetektor 15 ist für die Erfassung der bei der Abtra­ gung der dielektrischen Zwischenschicht 22 erzeugten Plasmastrahlung ausgelegt. Entsprechend ist der Bandpaßfilter 20 durchlässig für die Wel­ lenlänge dieser Plasmastrahlung. Zwischen den Bandpaßfiltern 19, 20 und den Detektoren 14, 15 sind im übrigen noch jeweils eine Fokussierlinse 23 angeordnet, die die Plasmastrahlung in den jeweiligen Detektor konzen­ triert.
Wie in Fig. 1 ferner angedeutet, sind die Detektoren 11, 14, 15 über ent­ sprechende Signalleitungen 24, 25, 26 mit einer Signalauswerteeinrichtung 27 verbunden, die in die Steuerung der Laserstrahlbohrvorrichtung 1 in üb­ licher Weise eingebunden ist.
Bevor auf die zum Kern der Erfindung gehörende Signalauswertung der Detektoren 11, 14, 15 eingegangen wird, soll anhand von Fig. 2 ein alter­ nativer Aufbau für die Detektion der Plasmastrahlung erläutert werden.
Bezüglich der Erzeugung und Führung der für das Bohren benötigten La­ serstrahlung ergeben sich zum Ausführungsbeispiel gem. Fig. 1 keine Un­ terschiede. Übereinstimmende Bauteile sind dabei mit identischen Bezugs­ zeichen versehen und es wird auf die entsprechenden Passagen zur Fig. 1 verwiesen.
Die Variante gemäß Fig. 2 unterscheidet sich lediglich in der Anordnung der Strahlungsdetektoren 14, 15. Im Gegensatz zu dem "On-Axis-Aufbau" der Fig. 1 ist in Fig. 2 ein "Off-Axis-Aufbau" gezeigt. Die Strahlungsde­ tektoren 14, 15 sind nämlich seitlich der Laserstrahlachse in einem größe­ ren Raumwinkel angeordnet und erfassen einen größeren Bereich auf der Mehrschichtplatine 2. Dies ist durch die "Aufnahmekegel" 28, 29 in Fig. 2 angedeutet. In Übereinstimmung mit dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 ist jedoch wiederum jeder der beiden Strahlungsdetektoren 14, 15 jeweils für die Plasmastrahlung der Kupferschicht 21 bzw. Zwischenschicht 22 zuständig. Dementsprechend sind jeweils wieder ein Bandpaßfilter 19 bzw. 20 und zur Leistungsanpassung ein Graufilter 13 vor die Detektoren 14, 15 gesetzt.
Wie in Fig. 2 nicht dargestellt ist, können mehrere Detektoren jeden Typs um die Fokussierlinse 9 herum angeordnet werden. Dadurch wird die Detektionssicherheit erhöht.
Anhand von Fig. 3 ist nun die Signalverarbeitung der erfindungsgemäßen Laserstrahlbohrvorrichtung zu erläutern. Oberhalb der vier Zeit-Signal- Diagramme A bis D sind dabei fünf unterschiedliche Bohrtiefenlagen in der Mehrschichtplatine 2 angedeutet, wie sie zu den Zeiten t1, t2, t3, t4 und t5 vorliegen. Im Diagramm A ist nun schematisch das am Strahlungsdetektor 14 für das von den Kupferschichten 21 erzeugte Plasma entstehende Signal gezeigt. Die einzelnen Signale können dabei Pulsspitzenwerte oder aber die Integrale der jeweiligen Plasmasignale darstellen.
Im Diagramm B ist das Signal des Laserdetektors 11 dargestellt. Jeder Dia­ grammbalken repräsentiert einen Laserstrahlpuls, dessen Amplitude er­ kennbar schwankt.
Im Diagramm C ist nun das mit der jeweiligen Amplitude des Signals des Laserdetektors 11 normalisierte Signal dargestellt. Die in Diagramm A er­ kennbaren Signalschwankungen, die auf variierende Laserstrahlleistungen bzw. -energien der Pulse zurückzuführen sind, sind offensichtlich elimi­ niert. Die zum Zeitpunkt t1 hin abnehmende Amplitude des Signals in Dia­ gramm C ist nun auf den Durchtritt der Bohrtiefenlage durch die oberste Kupferschicht 21.1 und den Eintritt in die darunterliegende Zwischen­ schicht 22.1 zu erklären.
Wie aus dem Diagramm D, das das auf die Laserleistung/-energie nor­ mierte Signal des Strahlungsdetektors 15 zeigt, erkennbar ist, ergibt sich an diesem Signaldetektor 15 beim Durchtritt der Bohrtiefenlage von der ersten Kupferschicht 21.1 in die darunterliegende Zwischenschicht 22.1 ein stei­ gendes Signal, das bis zur Zeit t2 auf einem Maximum bleibt. Zwischen den Zeitpunkten t2 und t3 tritt die Bohrtiefenlage von der ersten Zwischen­ schicht 22.1 in die zweite Kupferschicht 21.2 über, so daß die von der Zwi­ schenschicht 22.1 herrührende Plasmastrahlung und das entsprechende Si­ gnal im Diagramm D abnimmt. Das von der Kupferschicht 21.2 erzeugte Plasma nimmt an Intensität zu, so daß das entsprechende Signal im Dia­ gramm C bis zum Zeitpunkt t3 ansteigt. Allerdings ist die absolute Größe des Signals der Kupferschicht 21.2 gegenüber dem Signal der Kupfer­ schicht 21.1 um den Unterschied Δ1 kleiner, was von der zunehmenden Bohrtiefe und der damit verbundenen Abschattung der Plasmastrahlung herrührt.
Dasselbe Wechselspiel zwischen den Signalen der Strahlungsdetektoren 14 und 15 ergibt sich beim Übergang der Bohrtiefenlage von der Kupfer­ schicht 21.2 über die zweite Zwischenschicht 22.2 zur dritten Kupfer­ schicht 21.3. Zwischen den Zeitpunkten t3 und t4 nimmt das Signal des Strahlungsdetektors 14 für die Kupferschicht ab, wo hingegen das Signal des Strahlungsdetektors 15 für die Zwischenschicht 22.2 auf ein Maximum zum Zeitpunkt t4 wächst. Allerdings ist dafür wieder ein Unterschied Δ2 im Absolutwert der Signalstärke zu verzeichnen, der auf die weiter angewach­ sene Bohrtiefe zurückzuführen ist. Bei Erreichen der dritten Kupferschicht 21.3 nach dem Zeitpunkt t5 ist wiederum das entsprechende Signal im Dia­ gramm C erkennbar, wogegen im Diagramm D4 lediglich das Grundrau­ schen des Signals zu verzeichnen ist. Gegenüber der Bohrtiefenlage zum Zeitpunkt t3 ist das Signal nach dem Zeitpunkt t5 wiederum um den Unter­ schied Δ3 geringer. Insgesamt nimmt das Signal mit steigender Bohrloch­ tiefe also ab, was allerdings keinen Einfluß auf die Bestimmung der jewei­ ligen Schicht hat, solange noch Nutzsignale genügender Amplitude vor­ handen sind. Aufgrund der aufgezeigten "Wechselspieles" zwischen den Signalen der beiden Strahlungsdetektoren ist dabei auch bei großen Bohr­ tiefen eine sehr hohe Zuverlässigkeit zu erreichen.
Die aufgezeigten Intensitätsverläufe der Signale der Strahlungsdetektoren 14, 15 können ferner mit Hilfe der Signalauswerteeinrichtung 27, die bei­ spielsweise durch ein übliches PC-gestütztes Datenverarbeitungssystem realisiert werden kann, gespeichert und für einen Vergleich bei nachfolgen­ den Bohrprozessen an übereinstimmenden Typen von Mehrschichtplatinen 2 abgerufen werden. Falls sich dann unterschiedliche Signalverläufe erge­ ben, läßt dies auf Fehler oder Abweichungen im Schichtaufbau der jeweils bearbeiteten Mehrschichtplatine schließen. Insoweit kann also die Laser­ strahlbohrvorrichtung auch zur Qualitätssicherung des Herstellungsprozes­ ses der Platinen beitragen. Natürlich erlaubt die Speicherung dieser Daten z. B. in Form von zwei Werten pro Detektor und Puls eine Protokollierung und Dokumentation des Abtragungsprozesses bei jedem Bohrloch.

Claims (10)

1. Vorrichtung zum Laserstrahlbohren von Sacklöchern in Mehrschicht­ platinen (2) mit isolierenden Trägerlagen (22) und darauf aufgebrachten elektrisch leitenden Metallbahnen (21) umfassend
eine gepulste Laserstrahlquelle (3),
eine Strahlführungseinrichtung (4) zur Aufbereitung und Führung des Laserstrahls (10) zur Bohrstelle an der Platine (2),
einen frequenzsensitiven Plasma-Strahlungsdetektor (14) zur Erfas­ sung der Strahlungsintensität des beim Bohren der Öffnung vom ab­ getragenen Material der jeweiligen Metallbahn (21) erzeugten Plas­ mas, und
eine Signalauswerteeinrichtung (27) zur Erfassung und Auswertung der anfallenden Prozeßsignale,
gekennzeichnet durch
einen weiteren frequenzsensitiven Plasma-Strahlungsdetektor (15) zur Erfassung der Strahlungsintensität des beim Bohren der Öffnung vom abgetragenen Isoliermaterial der jeweiligen Trägerlage (22) er­ zeugten Plasmas, und
einen Laserdetektor (11) zur Erfassung der jeweiligen Pulsintensität eines jeden Pulses der Laserstrahlquelle (3), wobei zur Ermittlung der jeweils aktuellen Bohrtiefenlage
die Signale der Strahlungsintensität der beiden Plasma- Strahlungsdetektoren (14, 15) mit dem Signal des Laserdetektors (11) normierbar sind und
beide normierten Intensitätssignale gleichzeitig zur Diskriminie­ rung zwischen Isolier- und Metallmaterial (22, 21) auswertbar sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Plasma-Strahlungsdetektoren (14, 15) jeweils ein Frequenzfenster erfas­ sen, in dem das jeweilige plasmaerzeugende abgetragene Material ein charakteristisches Strahlungsmaximum aufweist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Fre­ quenzfenster durch Bandpaßfilter (19, 20) vor den Strahlungsdetektoren gesetzt sind.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeich­ net, daß der Laserdetektor (11) die Pulsleistung über die Pulsdauer er­ faßt.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeich­ net, daß die Plasma-Strahlungsdetektoren (14, 15) in aus dem Strahlen­ gang des Laserstrahls (10) ausgekoppelten Strahlpositionen angeordnet sind.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch einen dichroiti­ schen Strahlteiler (6) zur Auskopplung aus der Laserstrahlachse, der für die charakteristische Wellenlängen der Plasmastrahlungen transmissiv und für die Laserwellenlängen reflexiv ist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeich­ net, daß die Plasma-Strahlungsdetektoren (14, 15) den Bearbeitungsbe­ reich des Laserstrahles (10) aus außerhalb der Strahlachse liegenden Po­ sitionen erfassen.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeich­ net, daß die Signalauswerteeinrichtung (27) zur Umsetzung der von den drei Detektoren (11, 14, 15) aufgenommenen, zur Leistungsdichte proportionalen Zeitsignale der Laser- und charakteristischen Plasma­ strahlungen in entsprechende Daten die Spitzenwerte oder die zeitlichen Integrale der Detektorsignale über jeden Puls digitalisiert und anschlie­ ßend die Normierung der Plasmastrahlungsdaten eines Pulses auf des­ sen Laserintensitätsdaten vornimmt.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß pro Puls ein Datenpaar für jede erfasste Strahlung gespeichert wird.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die während des Bearbeitungsprozesses eines Werkstüc­ kes (2) gemessenen und zu Daten verarbeiteten Signale der Detektoren (11, 14, 15) zur Dokumentation und/oder zur Referenzbildung für nach­ folgende Bearbeitungsprozesse speicherbar sind.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102004014820B4 (de) * 2004-03-24 2006-10-05 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Verfahren zum Herstellen von Bohrungen mit großem Aspektverhältnis in metallischen Werkstoffen sowie in geschichteten metallischen Werkstoffen und solchen, die mindestens eine keramische Schicht aufweisen
DE102007005164A1 (de) * 2007-01-29 2008-07-31 Stürmer, Martin, Dr. Ing. Verfahren und Vorrichtung zur Qualitätsüberwachung beim Laserstrahlfügen
US9061369B2 (en) * 2009-11-03 2015-06-23 Applied Spectra, Inc. Method for real-time optical diagnostics in laser ablation and laser processing of layered and structured materials
DE102011001710A1 (de) * 2011-03-31 2012-10-04 Thyssenkrupp Steel Europe Ag Verfahren und Vorrichtung zur Laserstrahlbearbeitung eines Werkstücks
ITTO20110352A1 (it) * 2011-04-21 2012-10-22 Adige Spa Metodo per il controllo di un processo di taglio laser e sistema di taglio laser implementante tale metodo
EP2862665A1 (de) * 2013-10-21 2015-04-22 Siemens Aktiengesellschaft Plasmagesteuerter Strahlprozess und Vorrichtung
KR20240010086A (ko) * 2015-09-09 2024-01-23 일렉트로 싸이언티픽 인더스트리이즈 인코포레이티드 작업물들을 레이저 가공하기 위한 레이저 가공 장치, 방법들 및 관련된 배열들
WO2017109787A1 (en) 2015-12-22 2017-06-29 Drilliant Ltd. Metal sublayer sensing in multi-layer workpiece hole drilling
DE102018105592A1 (de) * 2018-03-12 2019-09-12 Messer Cutting Systems Gmbh Verfahren zum Einstechen in ein metallisches Werkstück unter Einsatz eines Laserstrahls und Vorrichtung dafür
DE102018106921A1 (de) * 2018-03-23 2019-09-26 Jenoptik Optical Systems Gmbh Verfahren und Vorrichtung zur Bearbeitung eines Verbundmaterials mittels Laser sowie Verbundmaterial
US10932370B2 (en) 2018-06-28 2021-02-23 Drilliant Ltd Metal sublayer sensing in multi-layer workpiece hole drilling
CN114523196B (zh) * 2022-04-22 2022-07-15 武汉铱科赛科技有限公司 一种激光选择性吸收的盲孔钻孔方法、设备、装置及系统

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3913785A1 (de) * 1989-04-26 1990-10-31 Siemens Ag Verfahren und vorrichtung zum thermischen abtragen durch laserstrahlen
DE4138157A1 (de) * 1991-11-21 1993-05-27 Krupp Ag Verfahren zum bestimmen der dicke einer beschichtung
JPH091097A (ja) * 1995-06-22 1997-01-07 Yoshihiro Inoue 積重容器の除塵装置
JPH1085976A (ja) * 1996-09-10 1998-04-07 Matsushita Electric Ind Co Ltd レーザ加工装置及びレーザ加工方法
JPH11320155A (ja) * 1998-05-08 1999-11-24 Matsushita Electric Ind Co Ltd レーザ加工方法および加工装置と被加工物

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4789770A (en) * 1987-07-15 1988-12-06 Westinghouse Electric Corp. Controlled depth laser drilling system
GB9122010D0 (en) * 1991-10-15 1991-12-04 British Aerospace An apparatus for laser processing of composite structures
JPH0910971A (ja) * 1995-06-23 1997-01-14 Hitachi Ltd レーザ加工方法
TW436357B (en) * 1997-12-12 2001-05-28 Matsushita Electric Ind Co Ltd Laser drilling equipment and control method

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3913785A1 (de) * 1989-04-26 1990-10-31 Siemens Ag Verfahren und vorrichtung zum thermischen abtragen durch laserstrahlen
DE4138157A1 (de) * 1991-11-21 1993-05-27 Krupp Ag Verfahren zum bestimmen der dicke einer beschichtung
JPH091097A (ja) * 1995-06-22 1997-01-07 Yoshihiro Inoue 積重容器の除塵装置
JPH1085976A (ja) * 1996-09-10 1998-04-07 Matsushita Electric Ind Co Ltd レーザ加工装置及びレーザ加工方法
JPH11320155A (ja) * 1998-05-08 1999-11-24 Matsushita Electric Ind Co Ltd レーザ加工方法および加工装置と被加工物

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
11320155 A *
JP Patent Abstracts of Japan: 09010971 A *

Also Published As

Publication number Publication date
WO2002055255A1 (de) 2002-07-18
DE10060407A1 (de) 2002-06-13

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