DE102004035020A1 - Laser beam-deflecting device for laser processing machine, has beam splitter arranged in switch beam path and arranged outside of another path, when optical module is found in respective positions - Google Patents

Laser beam-deflecting device for laser processing machine, has beam splitter arranged in switch beam path and arranged outside of another path, when optical module is found in respective positions Download PDF

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Abstract

The device (205) has an adjusting device for positioning an optical module (1) between two positions. A beam splitter is arranged in a switch beam path so that a switch beam is divided into a transmitted partial beam and a reflected partial beam, when an optical module is found in a position. The beam splitter is arranged outside of another path, when the optical module is found in another position. An independent claim is also included for a laser processing machine with a laser beam-deflecting device.

Description

Die Erfindung betrifft eine Laserstrahl-Umlenkvorrichtung zum selektiven Lenken eines Eingangslaserstrahls in einen ersten Ausgangsstrahlengang eines ersten Ausgangslaserstrahls und in einen zweiten Ausgangsstrahlengang eines zweiten Ausgangslaserstrahls. Die Erfindung betrifft ferner ein Laserstrahl-Umlenksystem sowie eine Laserbearbeitungsvorrichtung zum Bearbeiten von Werkstücken und insbesondere zum Bohren und/oder Strukturieren von elektronischen Schaltungsträgern.The The invention relates to a laser beam deflection device for selective Directing an input laser beam into a first output beam path a first output laser beam and a second output beam path a second output laser beam. The invention further relates a laser beam deflection system and a laser processing apparatus for processing workpieces and in particular for drilling and / or structuring electronic Circuit carriers.

Elektronische Baugruppen, welche in einer kompakten Bauform realisiert werden sollen, werden heutzutage häufig auf mehrschichtigen Schaltungsträgern, insbesondere auf mehrschichtigen Leiterplatten aufgebaut. Dabei ist es erforderlich, dass bestimmte leitfähige Schichten der Leiterplatte miteinander kontaktiert werden. Dies geschieht in der Regel dadurch, dass in die miteinander zu kontaktierenden Schichten ein Blind- oder ein Durchgangsloch gebohrt wird und das Loch nachfolgend mit einer elektrisch leitenden Metallisierung versehen wird. Auf diese Weise können Leiterbahnen nicht nur zweidimensional, sondern auch in der dritten Dimension ausgebildet und somit der Platzbedarf von elektronischen Baugruppen erheblich reduziert werden.electronic Assemblies, which are realized in a compact design should become common nowadays on multilayer circuit boards, especially constructed on multilayer printed circuit boards. there It is required that certain conductive layers of the circuit board be contacted with each other. This is usually done by that a blind or a through hole is drilled in the layers to be contacted with each other and the hole subsequently with an electrically conductive metallization is provided. That way you can Tracks not only two-dimensional, but also in the third Dimension formed and thus the space required by electronic Modules are significantly reduced.

Das Bohren von Leiterplatten erfolgt üblicherweise mittels gepulster Laserstrahlung in speziellen Laserbearbeitungsvorrichtungen für den Elektronikbereich. Als Laserquellen werden üblicherweise CO2- oder Festkörperlaser wie beispielsweise Nd:YAG-Laser verwendet. Wichtige Merkmale für eine wettbewerbsfähige Laserbearbeitungsmaschine sind zum einen der Durchsatz, d.h. die Anzahl an Löchern, die innerhalb einer bestimmten Zeiteinheit gebohrt werden können, und zum anderen die Kosten für die Maschine. Aus diesem Grund wurden Laserbe arbeitungsmaschinen entwickelt, bei denen der von einer einzigen Laserquelle emittierte Laserstrahl in zwei Teilstrahlen aufgespalten wird, wobei jeder der beiden Teilstrahlen mittels einer entsprechenden Ablenkeinheit und einer Abbildungsoptik auf unterschiedliche Zielpunkte von einem oder von mehreren zu bearbeitenden Werkstücken gelenkt wird.The drilling of printed circuit boards is usually carried out by means of pulsed laser radiation in special laser processing devices for the electronics sector. As laser sources usually CO 2 or solid state lasers such as Nd: YAG laser are used. Important features for a competitive laser processing machine are on the one hand the throughput, ie the number of holes that can be drilled within a certain time unit, and on the other hand the cost of the machine. For this reason, Laserbe processing machines have been developed in which the laser beam emitted from a single laser source is split into two sub-beams, each of the two sub-beams is directed by means of a corresponding deflection and imaging optics to different target points of one or more workpieces to be machined.

Zur Strahlteilung werden zwei unterschiedliche Prinzipien angewandt:to Beam splitting, two different principles are applied:

A) Strahlteilung:A) beam splitting:

Bei der Strahlteilung wird ein Strahlteiler eingesetzt, der einen Laserstrahl gleichzeitig in zwei möglichst gleich starke Teilstrahlen aufteilt, die jeweils mittels einer Ablenkeinheit und einer Abbildungsoptik auf zumindest ein Werkstück gelenkt werden. Die Bearbeitung mit den beiden Teilstrahlen erfolgt somit parallel. Diese Art der Strahlteilung hat den Nachteil, dass für die Laserbearbeitung eine gegenüber dem ursprünglich von der Laserquelle erzeugten Laserstrahlpulsen reduzierte Pulsenergie zur Verfügung steht, welche für manche Leiterplattenmaterialien nicht für eine optimale Materialbearbeitung ausreicht.at The beam splitting is a beam splitter is used, the laser beam at the same time in two possible equally strong sub-beams divides, each by means of a deflection and an imaging optics directed to at least one workpiece become. The processing with the two partial beams is thus parallel. This type of beam splitting has the disadvantage that for the laser processing one opposite originally Laser beam pulses generated by the laser source reduce the pulse energy disposal which stands for some printed circuit board materials not for optimal material processing sufficient.

B) Strahlumschaltung:B) Beam switching:

Bei der Strahlumschaltung wird anstelle eines Strahlteilers ein Strahlschalter eingesetzt, der die in einem gepulsten Laserstrahl enthaltenen Lichtpulse alternativ auf zwei Ablenkeinheiten lenkt. Dieses Verfahren hat den Nachteil, dass die Wiederholfrequenz der einzelnen Teilstrahlen entsprechend reduziert ist, so dass manche Materialien, die zur Bearbeitung lediglich eine geringe Pulsenergie erfordern, nur vergleichsweise langsam bearbeitet werden können.at the beam switching is a beam switch instead of a beam splitter used, which contains the light pulses contained in a pulsed laser beam alternatively steers to two deflection units. This procedure has the disadvantage that the repetition frequency of the individual partial beams is reduced accordingly, so that some materials used to Machining require only a small pulse energy, only comparatively can be processed slowly.

Da elektronische Schaltungsträger heutzutage aus einer Vielzahl von verschiedenen Materialien hergestellt werden, sind für eine vielseitig einsetzbare Laserbearbeitungsmaschine unterschiedliche, auf die jeweiligen Materialien abgestimmte Applikationsparameter einzustellen. So kann beispielsweise bei dem einen Material die Strahlteilung und bei einem anderen Material die Strahlumschaltung die bevorzugte Methode für eine schnelle und effektive Materialbearbeitung sein.There electronic circuit carrier nowadays made from a variety of different materials be, are for a versatile laser processing machine different, Application parameters matched to the respective materials adjust. Thus, for example, in the one material Beam splitter and in another material, the beam switching the preferred method for be a fast and effective material processing.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Laserstrahl-Umlenkvorrichtung für eine Laserbearbeitungsvorrichtung zu schaffen, welche für eine Vielzahl von zu bearbeitenden Materialien eine optimale Ausnutzung der Laserbearbeitungsmaschine ermöglicht.Of the Invention is therefore based on the object, a laser beam deflection device for a laser processing device to create which for a variety of materials to be processed for optimum utilization the laser processing machine allows.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Laserstrahl-Umlenkvorrichtung mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1. Die erfindungsgemäße Laserstrahl-Umlenkvorrichtung ermöglicht ein selektives Überführen eines Eingangslaserstrahls wahlweise mittels einer Strahlteilung oder mittels einer Strahlumschaltung in einen ersten Ausgangsstrahlengang eines ersten Ausgangslaserstrahls und in einen zweiten Ausgangsstrahlengang eines zweiten Ausgangslaserstrahls. Die Laserstrahl-Umlenkvorrichtung umfasst ein Strahlschaltelement zum alternativen Lenken des Eingangslaserstrahls in einen ersten Schaltstrahlengang eines ersten Schaltstrahls oder in einen zweiten Schaltstrahlengang eines zweiten Schaltstrahls, ein Optikmodul mit einem Strahlteilelement, und eine Verstelleinrichtung zum Positionieren des Optikmoduls zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position. In der ersten Position ist der Strahlteiler im ersten Schaltstrahlengang angeordnet, so dass der erste Schaltstrahl in einen transmittierten ersten Teilstrahl und in einen reflektierten zweiten Teilstrahl aufgeteilt wird. In der zweiten Position ist der Strahlteiler außerhalb der beiden Schaltstrahlengänge angeordnet. Somit ermöglicht die Erfindung durch eine entsprechende Positionierung des Optikmoduls einen einfachen Wechsel zwischen einer Strahlteilung und einer Strahlumschaltung, so dass bei der Verwendung der erfindungsgemäßen Laserstrahl-Umlenkvorrichtung in einer Laserbearbeitungsmaschine eine schnelle und einfache Anpassung der Materialbearbeitungsparameter Pulsenergie und Wiederholrate an eine Vielzahl von verschiedenen Werkstückmaterialien ermöglicht wird. Die Positionierung des Optikmoduls kann entweder manuell oder automatisch bevorzugt zusammen mit der Ansteuerung von anderen Bearbeitungsparametern erfolgen.This object is achieved by a laser beam deflection device having the features of independent claim 1. The inventive laser beam deflection device allows selective transfer of an input laser beam either by means of a beam splitter or by means of a beam switch in a first output beam path of a first output laser beam and in a second output beam path of a second output laser beam. The laser beam deflection device comprises a beam switching element for alternately steering the input laser beam into a first switching beam path of a first switching beam or into a second switching beam path of a second switching beam, an optical module with a beam splitter element, and an adjusting device for positioning the optical module between a first position and a second position. In the first position, the beam splitter is angeord in the first switching beam path net, so that the first switching beam is split into a transmitted first partial beam and a reflected second partial beam. In the second position of the beam splitter is arranged outside the two switching beam paths. Thus, the invention allows by a corresponding positioning of the optical module a simple change between a beam splitter and a beam switching, so that when using the laser beam deflection device according to the invention in a laser processing machine fast and easy adjustment of material processing parameters pulse energy and repetition rate allows a variety of different workpiece materials becomes. The positioning of the optical module can be done either manually or automatically preferably together with the control of other processing parameters.

Gemäß Anspruch 2 werden sämtliche Strahlen, d.h. der erste Teilstrahl, der zweite Teilstrahl, der erste Schaltstrahl und der zweite Schaltstrahl in lediglich zwei Ausgangsstrahlengänge überführt. Dies erleichtert die nach der Strahlumlenkung erforderliche Fokussierung der Laserbearbeitungsstrahlen, da anstelle von vier Strahlengängen lediglich zwei Strahlengänge mit einer entsprechenden nachgeschalteten optischen Komponenten wie beispielsweise einer Ablenkeinheit versehen werden müssen.According to claim 2 are all Rays, i. the first partial beam, the second partial beam, the first Switching beam and the second switching beam converted into only two output beam paths. This facilitates the required after the beam deflection focusing the laser processing beams, because instead of four beam paths only two beam paths with a corresponding downstream optical components such as a deflector must be provided.

Die Ausführungsform nach Anspruch 3 erlaubt ein besonders einfaches Überführen sowohl des zweiten Schaltstrahls als auch des reflektierten Teilstrahls in den selben Ausgangsstrahlengang.The embodiment according to claim 3 allows a particularly simple transfer of both the second switching beam as well as the reflected sub-beam in the same output beam path.

Gemäß Anspruch 4 ist der erste Reflektor dem Optikmodul zugeordnet, so dass bei einer Positionierung des in dem Optikmodul enthaltenen Strahlteilelements gleichzeitig die Position des ersten Reflektors verändert wird, so dass dieser den Strahlgang des zweiten Teilstrahls freigibt.According to claim 4, the first reflector is associated with the optical module, so that at a positioning of the beam splitter element contained in the optical module at the same time the position of the first reflector is changed, so that it releases the beam path of the second partial beam.

Die zusätzliche Verwendung eines zweiten Reflektors nach Anspruch 5, welcher einen parallelen Verlauf der beiden Ausgangsstrahlengänge ermöglicht, hat den Vorteil, dass eine besonders einfache Justage von weiteren der Laserstrahl-Umlenkvorrichtung nachgeschalteten optischen Komponenten in den beiden Ausgangsstrahlengängen möglich ist.The additional Use of a second reflector according to claim 5, which comprises a allows parallel course of the two output beam paths, has the advantage that a particularly simple adjustment of further of the laser beam deflection device downstream optical components in the two output beam paths is possible.

Die verschiebbare Lagerung des Optik-Moduls nach Anspruch 7 hat den Vorteil, dass durch eine einfache Verschiebung ein Umschalten zwischen Strahlteilung und Strahlumschaltung realisierbar ist.The displaceable mounting of the optical module according to claim 7 has the Advantage that by a simple shift switching between Beam splitting and beam switching is feasible.

Die Ausführungsform nach Anspruch 8 wird auf vorteilhafte Weise mit einfachen optischen Standardkomponenten wie einem elektrooptischen Modulator, einem akkustooptischen Modulator, einem optischen Chopper oder einem drehbar gelagerten Spiegel, wie beispielsweise einem Scannerspiegel realisiert.The embodiment according to claim 8 is advantageously with simple optical Standard components such as an electro-optical modulator, a acousto-optical modulator, an optical chopper or a rotatable stored mirror, such as a scanner mirror implemented.

Bei der Strahlumlenkung mittels eines elektrooptischen Modulators bewirkt der Modulator eine Drehung der Polarisation des Lichtstrahls. Die räumliche Trennung der unterschiedlich polarisierten Laserstrahlen erfolgt mit einem polarisationsempfindlichen Reflektor, beispielsweise einem sog. Brewsterfenster oder einem dichroitischen Spiegel.at the beam deflection effected by means of an electro-optical modulator the modulator causes a rotation of the polarization of the light beam. The spatial Separation of the differently polarized laser beams takes place with a polarization-sensitive reflector, for example a so-called Brewster window or a dichroic mirror.

Die Laserstrahl-Umlenkvorrichtung nach Anspruch 9, bei der ein durch den Strahlteiler verursachter Strahlversatz kompensiert wird, ist beispielsweise mittels einer winklig zum Strahlteiler angeordneten planparallelen Platte realisierbar und hat den Vorteil, dass die Strahlengänge des ersten Teilstrahls und des ersten Schaltstrahls am Ausgang der Laserstrahl-Umlenkvorrichtung exakt zusammenfallen. Dies ermöglicht eine gemeinsame weitere Strahlführung des ersten Teilstrahls und des ersten Schaltstrahls.The Laser beam deflection apparatus according to claim 9, wherein a through is the beam splitter compensated beam offset is compensated for example, arranged by means of an angle to the beam splitter plane parallel plate feasible and has the advantage that the beam paths the first partial beam and the first switching beam at the output of Laser beam deflection exactly coincide. This allows a common further beam guidance the first sub-beam and the first switching beam.

Die Ausführungsform nach Anspruch 10 hat den Vorteil, dass bei einer Verstellung des Optikmoduls mit dem Strahlteilelement gleichzeitig das optische Kompensationselement positioniert wird.The embodiment according to claim 10 has the advantage that at an adjustment of the Optics module with the beam splitter element at the same time the optical Compensation element is positioned.

Die Ausführungsform nach Anspruch 11 erlaubt nicht nur ein sequentielles Lenken des Eingangslaserstrahls in lediglich zwei, sondern in weitere Schaltstrahlengänge. Dabei können auch geeignet angeordnete und gegebenenfalls positionierbar gelagerte Strahlteilelemente verwendet werden, so dass der Eingangslaserstrahl wahlweise mittels Strahlteilung oder Strahlschaltung in eine Vielzahl von verschiedenen Ausgangsstrahlengänge überführt werden kann.The embodiment according to claim 11 not only allows a sequential steering of the Input laser beam in only two, but in other switching beam paths. there can also suitably arranged and optionally positionable mounted Beam splitter elements are used, so that the input laser beam optionally by means of beam splitting or beam switching in a variety can be transferred from different output beam paths.

Das Laserstrahl-Umlenksystem nach Anspruch 12 umfasst zumindest zwei der genannten Laserstrahl-Umlenkvorrichtungen, welche kaskadenförmig angeordnet sind und somit ein Umlenken eines Eingangslaserstrahls in eine Mehrzahl von Ausgangsstrahlengänge ermöglichen. Für die Anzahl an Laserstrahl-Umlenkvorrichtungen, welche in dem Laserstrahl-Umlenksystem kaskadenförmig hintereinander geschaltet sind, gibt es keine prinzipielle Obergrenze, so dass bei der Verwendung von N Laserstrahl-Umlenkvorrichtungen N+1 Ausgangslaserstrahlen generiert werden können.The Laser beam deflection system according to claim 12 comprises at least two said laser beam deflection devices, which arranged in cascade are and thus a deflection of an input laser beam in a plurality of output beam paths enable. For the Number of laser beam deflection devices, which are connected in cascade in the laser beam deflection system one behind the other are, there is no principal limit, so when using of N laser beam deflectors N + 1 output laser beams can be generated.

Gemäß Anspruch 13 kann die oben genannte Laserstrahl-Umlenkvorrichtung bzw. das oben genannte Laserstrahl-Umlenksystem bevorzugt in einer Laserbearbeitungsvorrichtung zum Bearbeiten von Werkstücken, insbesondere zum Bohren und/oder Strukturieren von elektronischen Schaltungsträgern eingesetzt werden.According to claim 13, the above-mentioned laser beam deflection device or the above-mentioned laser beam deflection system preferably in a laser processing apparatus for machining workpieces, in particular for drilling and / or structuring electronic Circuit carriers used become.

Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden beispielhaften Beschreibung einer derzeit bevorzugten Ausführungsform.Further Advantages and features of the present invention will become apparent the following exemplary description of a presently preferred Embodiment.

In der Zeichnung zeigenIn show the drawing

1 eine Laserstrahl-Umlenkvorrichtung in einer ersten Betriebsart, bei der eine Strahlteilung erfolgt und 1 a laser beam deflection device in a first mode in which a beam splitting takes place and

2 die in 1 dargestellte Laserstrahl-Umlenkvorrichtung in einer zweiten Betriebsart, bei der eine Strahlumschaltung erfolgt. 2 in the 1 illustrated laser beam deflection device in a second mode in which a beam switchover takes place.

An dieser Stelle bleibt anzumerken, dass sich in der Zeichnung die Bezugszeichen von identischen Elementen lediglich in ihrer ersten Ziffer unterscheiden.At It should be noted that in the drawing the Reference numerals of identical elements only in their first Distinguish digit.

Die beiden 1 und 2 zeigen ein und dieselbe Laserbearbeitungsvorrichtung 100, 200, welche eine Laserquelle 110, 210, eine Laserstrahl-Umlenkvorrichtung 105, 205 sowie eine erste Ablenkeinheit 140, 240 und eine zweite Ablenkeinheit 160, 260 aufweist.The two 1 and 2 show one and the same laser processing device 100 . 200 which is a laser source 110 . 210 , a laser beam deflecting device 105 . 205 and a first deflection unit 140 . 240 and a second deflection unit 160 . 260 having.

1 zeigt die Laserstrahl-Umlenkvorrichtung 105 in einer ersten Position, bei der ein von der Laserquelle 110 emittierter Eingangslaserstrahl 111 zunächst auf ein Strahlschaltelement 120 gerichtet ist, welches sich in einer ersten Stellung befindet. Dadurch wird der Eingangslaserstrahl 111 in einen ersten Schaltstrahl 121 überführt, welcher dann auf einen Strahlteiler 131 trifft, welcher den ersten Schaltstrahl 121 in einen ersten Teilstrahl 133 und gleichzeitig in einen zweiten Teilstrahl 134 aufteilt. Das Strahlschaltelement 120 ist gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel derart eingerichtet, dass die Strahlengänge des Eingangslaserstrahls 111 und des ersten Schaltstrahls 121 auf einer gemeinsamen Achse liegen. Das Strahlschaltelement 120 kann ein elektrooptischer Modulator, ein akkustooptischer Modulator, ein optischen Chopper oder ein drehbar gelagerten Spiegel, wie beispielsweise ein Scannerspiegel sein. 1 shows the laser beam deflection device 105 in a first position, one of the laser source 110 emitted input laser beam 111 initially on a beam switching element 120 directed, which is in a first position. This will cause the input laser beam 111 in a first switching beam 121 then transferred to a beam splitter 131 which hits the first switching beam 121 in a first partial beam 133 and at the same time in a second sub-beam 134 divides. The beam switching element 120 According to the exemplary embodiment shown here, it is set up such that the beam paths of the input laser beam 111 and the first switching beam 121 lie on a common axis. The beam switching element 120 may be an electro-optic modulator, an acousto-optic modulator, an optical chopper or a rotatably mounted mirror, such as a scanner mirror.

Der Strahlteiler 131 befindet sich in einem Optikmodul 130, welches, wie nachfolgend beschrieben wird, entlang der Verschieberichtung 130a in eine zweite Position verschoben werden kann. In dem Optikmodul 130 ist ferner ein Reflektor 132 angeordnet, welcher in dem in 1 dargestellten Betriebszustand keinen Einfluss auf einen der dargestellten Strahlengänge hat.The beam splitter 131 is located in an optical module 130 which, as will be described below, along the direction of displacement 130a can be moved to a second position. In the optics module 130 is also a reflector 132 arranged in the in 1 shown operating state has no effect on one of the illustrated beam paths.

Die Laserbearbeitungsvorrichtung 100 umfasst ferner einen stationären Reflektor 150, welcher den zweiten Teilstrahl 134 in einen zweiten Ausgangslaserstrahl 135 reflektiert. Dessen Strahlengang verläuft parallel zu dem Strahlengang des ersten Teilstrahls 133, welcher in der ersten Betriebsart der erste Ausgangslaserstrahl der Laserstrahl-Umlenkvorrichtung 105 ist. Die beiden Ausgangslaserstrahlen 133 bzw. 135 werden jeweils mittels einer Ablenkeinheit 140 bzw. 160 auf entspre chende Zielpunkte auf einem oder auf mehreren nicht dargestellten Werkstücken gelenkt.The laser processing device 100 further includes a stationary reflector 150 , which the second partial beam 134 in a second output laser beam 135 reflected. Its beam path is parallel to the beam path of the first partial beam 133 which in the first mode of operation is the first output laser beam of the laser beam deflection device 105 is. The two output laser beams 133 respectively. 135 each by means of a deflection unit 140 respectively. 160 directed to corre sponding target points on one or more workpieces, not shown.

Da der transmittierte erste Teilstrahl 133 gegenüber dem ersten Schaltstrahl 121 beim Durchgang durch den Strahlteiler 131 abhängig von der Dicke, dem Brechungsindex n und der relativen Winkellage des Strahlteilers 131 einen leichten Parallelversatz erfährt, kann zwischen dem Strahlteiler 131 und der Ablenkeinheit 140 eine planparallele transparente Platte (nicht dargestellt) zur Kompensation dieses Strahlversatzes angeordnet sein, so dass der Strahlengang des ersten Ausgangslaserstrahls und der Strahlengang des ersten Schaltstrahls exakt auf einer gemeinsamen Achse liegen.Since the transmitted first partial beam 133 opposite the first switching beam 121 when passing through the beam splitter 131 depending on the thickness, the refractive index n and the relative angular position of the beam splitter 131 experiences a slight parallel offset, can between the beam splitter 131 and the deflection unit 140 a plane-parallel transparent plate (not shown) to compensate for this beam offset be arranged so that the beam path of the first output laser beam and the beam path of the first switching beam are exactly on a common axis.

Der in 1 dargestellte erste Betriebszustand (Strahlteilung) der Laserbearbeitungsvorrichtung 100 wird insbesondere dann eingestellt, wenn die für eine Materialbearbeitung eines Werkstücks erforderliche Pulsenergie zumindest um einen Faktor zwei kleiner ist als die Pulsenergie des Eingangslaserstrahls 111. Falls die zur Materialbearbeitung erforderliche Pulsenergie jedoch etwas mehr als die Hälfte der Pulsenergie der Laserquelle 110 ist, kann gegebenenfalls die Pulsfrequenz der Laserquelle 110 etwas reduziert werden, so dass die resultierende Pulsenergie der Laserquelle 110 erhöht wird. Eine derartige Erhöhung der Pulsenergie bei einer Reduzierung der Wiederholrate kommt insbesondere bei Festkörperlasern, wie beispielsweise einem Nd:YAG-Laser vor.The in 1 illustrated first operating state (beam splitting) of the laser processing apparatus 100 is set in particular when the pulse energy required for material processing of a workpiece is at least a factor of two smaller than the pulse energy of the input laser beam 111 , However, if the pulse energy required for material processing is slightly more than half the pulse energy of the laser source 110 is, if appropriate, the pulse frequency of the laser source 110 be slightly reduced, so that the resulting pulse energy of the laser source 110 is increased. Such an increase in the pulse energy with a reduction in the repetition rate occurs in particular in the case of solid-state lasers, for example an Nd: YAG laser.

Durch eine Verschiebung des Optikmoduls 130 entlang der Verschieberichtung 130a wird die Laserstrahl-Umlenkvorrichtung 105 von dem ersten Betriebszustand (Strahlteilung) in einen zweiten Betriebszustand (Strahlumschaltung) überführt. Dieser Betriebszustand, bei dem der von der Laserquelle 210 erzeugte Eingangslaserstrahl 211 durch das Strahlschaltelement 220 abwechselnd in den ersten Schaltstrahl 221 und einen zweiten Schaltstrahl 222 gelenkt wird, ist in 2 dargestellt.By a shift of the optics module 130 along the direction of displacement 130a becomes the laser beam deflection device 105 from the first operating state (beam splitting) to a second operating state (beam switching). This operating state, that of the laser source 210 generated input laser beam 211 through the beam switching element 220 alternately in the first switching beam 221 and a second switching beam 222 is directed, is in 2 shown.

Wie aus 2 ersichtlich, befindet sich im zweiten Betriebszustand der Strahlteiler 231 außerhalb des Strahlengangs des ersten Schaltstrahls 221, so dass dieser als erster Ausgangslaserstrahl 233 der Ablenkeinheit 240 zugeführt werden kann. Da die beiden Schaltstrahlen 221 und 222 abwechselnd erzeugt werden, ist die Pulsenergie eines auf die Ablenkeinheit 240 gerichteten Laserpulses gegenüber der Pulsenergie des Eingangslaserstrahls 211 lediglich durch geringfügige Übertragungsverluste des Strahlschaltelements 220 reduziert.How out 2 can be seen, located in the second operating state of the beam splitter 231 outside the beam path of the first switching beam 221 , so this as the first output laser beam 233 the deflection unit 240 can be supplied. Because the two switching beams 221 and 222 are generated alternately, the pulse energy is a on the deflection unit 240 directed laser pulse ge compared to the pulse energy of the input laser beam 211 only by slight transmission losses of the beam switching element 220 reduced.

Der zweite Schaltstrahl 222 wird auf den dem Optikmodul 230 zugeordneten Reflektor 223 und danach auf den stationären Reflektor 250 gelenkt, so dass der Strahlgang des dadurch umgelenkten zweiten Ausgangslaserstrahls 235 parallel zu dem Strahlengang des ersten Ausgangslaserstrahls 233 verläuft. Der zweite Ausgangslaserstrahl 235 wird der Ablenkeinheit 260 zugeführt, wobei für die Pulsenergie der in dem zweiten Ausgangslaserstrahl 235 enthaltenen Laserpulse das gleiche gilt wie für die Laserpulse des ersten Ausgangslaserstrahls 233, welcher auf die Ablenkeinheit 240 gerichtet ist.The second switching beam 222 is on the the optics module 230 associated reflector 223 and then on the stationary reflector 250 steered, so that the beam path of the deflected second output laser beam 235 parallel to the beam path of the first output laser beam 233 runs. The second output laser beam 235 becomes the distraction unit 260 supplied, wherein for the pulse energy in the second output laser beam 235 the same applies as for the laser pulses of the first output laser beam 233 which is on the deflection unit 240 is directed.

Der in 2 dargestellte zweite Betriebszustand der Laserbearbeitungsvorrichtung 200 bietet insbesondere dann Vorteile, wenn Materialien bearbeitet werden, welche für eine optimale Materialbearbeitung eine Laserpulsenergie benötigen, die gleich oder nur unwesentlich geringer ist als die Pulsenergie der Laserpulse des Eingangslaserstrahls 211. So kann beispielsweise während einer Materialbearbeitung durch den ersten Ausgangslaserstrahl 233 die Ablenkeinheit 260 für den zweiten Ausgangslaserstrahl 235 bereits auf eine nächste Bearbeitungsposition eingestellt werden. Dies bietet insbesondere dann einen Zeitgewinn, wenn die Bewegungszeit der beiden Ablenkeinheiten 240 und 260 größer ist als die Wiederholdauer der Laserpulse. Falls die Schaltzeit des Strahlschaltelementes 220 kürzer ist als die Wiederholdauer der Laserpulse des Eingangslaserstrahls 211 kann auch bei vergleichsweise langsamen Ablenkeinheiten 240, 260 die Materialbearbeitung insgesamt mit der Wiederholfrequenz des Eingangslaserstrahls 211 erfolgen.The in 2 illustrated second operating state of the laser processing apparatus 200 offers particular advantages when materials are processed, which require a laser pulse energy for optimum material processing, which is equal to or only slightly lower than the pulse energy of the laser pulses of the input laser beam 211 , For example, during a material processing by the first output laser beam 233 the deflection unit 260 for the second output laser beam 235 already set to a next processing position. This offers a time advantage in particular when the movement time of the two deflection units 240 and 260 is greater than the repetition time of the laser pulses. If the switching time of the beam switching element 220 is shorter than the repetition time of the laser pulses of the input laser beam 211 can also with comparatively slow deflection units 240 . 260 the total material processing with the repetition frequency of the input laser beam 211 respectively.

Durch eine Verschiebung des Optikmoduls 230 entlang der Verschieberichtung 230b kann die Laserstrahl-Umlenkvorrichtung 205 von dem zweiten Betriebszustand (Strahlumschaltung) wieder in den in 1 dargestellten ersten Betriebszustand (Strahlteilung) überführt werden.By a shift of the optics module 230 along the direction of displacement 230b can the laser beam deflection device 205 from the second operating state (beam switching) back to the in 1 shown first operating state (beam splitting) are transferred.

An dieser Stelle wird darauf hingewiesen, dass die Erfindung keineswegs auf eine Laserstrahl-Umlenkvorrichtung beschränkt ist, welche einen Eingangslaserstrahl in lediglich zwei Ausgangslaserstrahlen aufteilt. Eine Aufteilung in mehr als zwei Ausgangslaserstrahlen ist mit einem Strahlschaltelement, welches mehr als zwei Stellungen hat, ebenso möglich wie mittels einer kaskadenförmigen Anordnung von mehreren Strahlschaltelementen. Ebenso ist auch eine beliebige Kombination aus Strahlschaltelementen und/oder Strahlteilern möglich, so dass insbesondere mit starken Laserquellen, welche aufgrund der Entwicklung in der Lasertechnik zunehmend eingesetzt werden, beliebig viele Ausgangslaserstrahlen erzeugt werden können.At It should be noted that the invention by no means is limited to a laser beam deflecting device, which an input laser beam divided into only two output laser beams. A division in more than two output laser beams is provided with a beam switching element, which has more than two positions, as possible as by means of a cascade arrangement of several beam switching elements. Likewise is also any Combination of beam switching elements and / or beam splitters possible, so that in particular with strong laser sources, which due to the Development in laser technology are increasingly being used, arbitrarily many output laser beams can be generated.

Obwohl die Erfindung im Zusammenhang mit gepulsten Laserquellen beschrieben ist, kann die Laserstrahl-Umlenkvorrichtung ebenso für einen Dauerstrich- bzw. cw-Laserstrahl verwendet werden. Ferner ist die Erfindung nicht auf die Materialbearbeitung von elektronischen Schaltungsträgern beschränkt, so dass eine Verwendung der erfindungsgemäßen Laserstrahl-Umlenkvorrichtung in vielen anderen Bereichen, beispielsweise im Bereich der Laserbeschriftung anwendbar ist.Even though the invention described in connection with pulsed laser sources is the laser beam deflection device can also be used for a continuous wave or cw laser beam can be used. Furthermore, the invention is not limited to the material processing of electronic circuit boards, so that a use of the laser beam deflection device according to the invention in many other areas, for example in the field of laser marking is applicable.

Zusammenfassend kann festgestellt werden:
Die Erfindung schafft eine Laserstrahl-Umlenkvorrichtung zum Überführen eines Eingangslaserstrahls 111, 211 in zwei Aus gangslaserstrahlen 133, 135, 233, 235, wobei entweder eine Strahlteilung, bei der der Eingangslaserstrahl 111, 211 gleichzeitig in die beiden Ausgangslaserstrahlen 133, 135, 233, 235 überführt wird, oder eine Strahlschaltung verwendet wird, bei der der Eingangslaserstrahl 111, 211 alternativ in einen der beiden Ausgangslaserstrahlen 133, 135, 233, 235 überführt werden kann. Die erfindungsgemäße Laserstrahl-Umlenkvorrichtung 105, 205 umfasst ein Strahlschaltelement 120, 220, ein Optikmodul 130, 230 mit einem Strahlteilelement 131, 231 und eine Verstelleinrichtung zum diskreten Positionieren des Optikmoduls 130, 230 zwischen einer ersten Position, welche für die Strahlteilung vorgesehen ist und einer zweiten Position, welche für die Strahlumschaltung vorgesehen ist. Die Laserstrahl-Umlenkvorrichtung 105, 205 dient insbesondere als Komponente in einer Laserbearbeitungsvorrichtung 100, 200), welche auf einfache Weise zwischen einem ersten Betriebszustand, bei dem eine Strahlteilung erfolgt, und einem zweiten Betriebszustand, bei dem eine Strahlumschaltung erfolgt, umgeschaltet werden kann. Eine derartige Laserbearbeitungsvorrichtung ermöglicht eine große Bandbreite an Applikationsmöglichkeiten, insbesondere im Bereich des Bohrens und Strukturierens von elektronischen Schaltungsträgern. Abhängig von dem zu bearbeitenden Material können somit die Laserquelle 110, 210 und die Ablenkeinheiten 140, 160, 240, 260 einer entsprechenden Laserbearbeitungsvorrichtung 100, 200 unabhängig von dem jeweils zu bearbeitenden Material optimal ausgenutzt werden, so dass eine derart aufgebaute und preiswert zu realisierende Laserbearbeitungsmaschine 100, 200 für eine Vielzahl von verschiedenen Werkstückmaterialien einen hohen Durchsatz ermöglicht.In summary, it can be stated:
The invention provides a laser beam deflection device for transferring an input laser beam 111 . 211 in two output laser beams 133 . 135 . 233 . 235 , where either a beam splitting, in which the input laser beam 111 . 211 simultaneously in the two output laser beams 133 . 135 . 233 . 235 is transferred, or a beam circuit is used, wherein the input laser beam 111 . 211 alternatively in one of the two output laser beams 133 . 135 . 233 . 235 can be transferred. The laser beam deflection device according to the invention 105 . 205 includes a beam switching element 120 . 220 , an optical module 130 . 230 with a beam splitter element 131 . 231 and an adjusting device for discretely positioning the optical module 130 . 230 between a first position, which is provided for the beam splitting, and a second position, which is provided for the beam switching. The laser beam deflection device 105 . 205 in particular serves as a component in a laser processing device 100 . 200 ), which can be easily switched between a first operating state in which a beam splitting, and a second operating state in which a beam switching takes place. Such a laser processing device allows a wide range of application possibilities, in particular in the field of drilling and structuring of electronic circuit carriers. Depending on the material to be processed thus the laser source 110 . 210 and the distraction units 140 . 160 . 240 . 260 a corresponding laser processing device 100 . 200 be optimally utilized regardless of the material to be processed in each case, so that a laser processing machine constructed in this way and cost-effective to implement 100 . 200 allows a high throughput for a variety of different workpiece materials.

Claims (13)

Laserstrahl-Umlenkvorrichtung zum Lenken eines Eingangslaserstrahls (111, 211) in einen ersten Ausgangsstrahlengang eines ersten Ausgangslaserstrahls (133, 233) und in einen zweiten Ausgangsstrahlengang eines zweiten Ausgangslaserstrahls (135, 235), aufweisend • ein Strahlschaltelement (120, 220) zum alternativen Lenken des Eingangslaserstrahls (111, 211) in einen ersten Schaltstrahlengang eines ersten Schaltstrahls (121, 221) oder in einen zweiten Schaltstrahlengang eines zweiten Schaltstrahls (222), • ein Optikmodul (130, 230) mit einem Strahlteilelement (131, 231), und • einer Verstelleinrichtung zum Positionieren des Optikmoduls (130, 230) zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position, wobei, – wenn sich das Optikmodul (130, 230) in der ersten Position befindet, der Strahlteiler (131) im ersten Schaltstrahlengang angeordnet ist, so dass der erste Schaltstrahl (121) in einen transmittierten ersten Teilstrahl (133) und in einen reflektierten zweiten Teilstrahl (134) aufteilbar ist, und, – wenn sich das Optikmodul (130, 230) in der zweiten Position befindet, der Strahlteiler (231) außerhalb der beiden Schaltstrahlengänge angeordnet ist.Laser beam deflection device for directing an input laser beam ( 111 . 211 ) in a first output beam path of a first output laser beam ( 133 . 233 ) and a second output beam path of a second output laser beam ( 135 . 235 ), comprising • a beam switching element ( 120 . 220 ) for alternately steering the input laser beam ( 111 . 211 ) in a first switching beam path of a first switching beam ( 121 . 221 ) or in a second switching beam path of a second switching beam ( 222 ), • an optical module ( 130 . 230 ) with a beam splitter element ( 131 . 231 ), and • an adjusting device for positioning the optical module ( 130 . 230 ) between a first position and a second position, wherein, when the optical module ( 130 . 230 ) is in the first position, the beam splitter ( 131 ) is arranged in the first switching beam path, so that the first switching beam ( 121 ) in a transmitted first partial beam ( 133 ) and in a reflected second partial beam ( 134 ), and, if the optical module ( 130 . 230 ) is in the second position, the beam splitter ( 231 ) is arranged outside the two switching beam paths. Laserstrahl-Umlenkvorrichtung nach Anspruch 1, bei der, • wenn sich das Optikmodul (130, 230) in der ersten Position befindet, – der erste Teilstrahl (133) in den ersten Ausgangsstrahlengang und – der zweite Teilstrahl (134) in den zweiten Ausgangsstrahlengang lenkbar ist, und • wenn sich das Optikmodul (130, 230) in der zweiten Position befindet, – der erste Schaltstrahl (221) in den ersten Ausgangsstrahlengang und – der zweite Schaltstrahl (222) in den zweiten Ausgangsstrahlengang lenkbar ist.Laser beam deflection device according to claim 1, in which, when the optical module ( 130 . 230 ) is in the first position, - the first partial beam ( 133 ) in the first output beam path and - the second partial beam ( 134 ) is steerable in the second output beam path, and • if the optical module ( 130 . 230 ) is in the second position, - the first switching beam ( 221 ) in the first output beam path and - the second switching beam ( 222 ) is steerable in the second output beam path. Laserstrahl-Umlenkvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 2, zusätzlich mit einem ersten Reflektor (132, 232), welcher, zumindest wenn sich das Optikmodul (130, 230) in der zweiten Position befindet, im zweiten Schaltstrahlengang angeordnet ist.Laser beam deflection device according to one of claims 1 to 2, in addition to a first reflector ( 132 . 232 ), which, at least when the optical module ( 130 . 230 ) is in the second position, is arranged in the second switching beam path. Laserstrahl-Umlenkvorrichtung nach Anspruch 3, bei der der erste Reflektor (132, 232) dem Optikmodul (130, 230) zugeordnet ist.Laser beam deflection device according to Claim 3, in which the first reflector ( 132 . 232 ) the optical module ( 130 . 230 ) assigned. Laserstrahl-Umlenkvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, zusätzlich mit einem zweiten Reflektor (150, 250), welcher derart im zweiten Ausgangsstrahlengang angeordnet ist, dass die beiden Ausgangsstrahlengänge (133, 233, 135, 235) im wesentlichen parallel zueinander verlaufen.Laser beam deflection device according to one of claims 1 to 4, additionally with a second reflector ( 150 . 250 ) which is arranged in the second output beam path such that the two output beam paths ( 133 . 233 . 135 . 235 ) are substantially parallel to each other. Laserstrahl-Umlenkvorrichtung nach Anspruch 5, bei der der zweite Reflektor (150, 250) relativ zu dem Strahlschaltelement stationär angeordnet ist.Laser beam deflection device according to claim 5, in which the second reflector ( 150 . 250 ) is arranged stationary relative to the beam switching element. Laserstrahl-Umlenkvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei der das Optikmodul (130, 230) verschiebbar gelagert ist.Laser beam deflection device according to one of Claims 1 to 6, in which the optical module ( 130 . 230 ) is slidably mounted. Laserstrahl-Umlenkvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei der das Strahlschaltelement (120, 220) • einen Elektro Optischen Modulator, • einen Akusto Optischen Modulator, • einen drehbar gelagerten Spiegel, oder • eine Chopper-Einrichtung aufweist.Laser beam deflection device according to one of Claims 1 to 7, in which the beam switching element ( 120 . 220 ) • an electro-optical modulator, • an acousto-optical modulator, • a rotatably mounted mirror, or • a chopper device. Laserstrahl-Umlenkvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, zusätzlich mit einer optischen Kompensationselement zur Kompensation eines durch den Strahlteiler (131, 231) verursachen Strahlversatzes des ersten Teilstrahls (133) gegenüber dem ersten Schaltstrahl (121).Laser beam deflection device according to one of claims 1 to 7, additionally comprising an optical compensation element for compensating a beam splitter ( 131 . 231 ) cause beam offset of the first sub-beam ( 133 ) with respect to the first switching beam ( 121 ). Laserstrahl-Umlenkvorrichtung nach Anspruch 9, bei der das optischen Kompensationselement dem Optikmodul (130) zugeordnet ist.Laser beam deflection apparatus according to claim 9, wherein the optical compensation element is the optical module ( 130 ) assigned. Laserstrahl-Umlenkvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei der das Strahlschaltelement (120, 220) eingerichtet ist zum alternativen Lenken des Eingangslaserstrahls (111, 211) in zumindest einen weiteren Schaltstrahlengang eines weiteren Schaltstrahls.Laser beam deflection device according to one of Claims 1 to 10, in which the beam switching element ( 120 . 220 ) is arranged for alternative steering of the input laser beam ( 111 . 211 ) in at least one further switching beam path of a further switching beam. Laserstrahl-Umlenksystem mit einer ersten Laserstrahl-Umlenkvorrichtung (105, 205) nach einem der Ansprüche 1 bis 11 und einer zweiten Laserstrahl-Umlenkvorrichtung (105, 205) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, bei dem einer der beiden Ausgangslaserstrahlen (133, 233, 135, 235) der ersten Laserstrahl-Umlenkvorrichtung (105, 205) der Eingangslaserstrahl (111, 211) der zweiten Laserstrahl-Umlenkvorrichtung (105, 205) ist.Laser beam deflection system with a first laser beam deflection device ( 105 . 205 ) according to one of claims 1 to 11 and a second laser beam deflection device ( 105 . 205 ) according to one of claims 1 to 11, in which one of the two output laser beams ( 133 . 233 . 135 . 235 ) of the first laser beam deflection device ( 105 . 205 ) the input laser beam ( 111 . 211 ) of the second laser beam deflection device ( 105 . 205 ). Laserbearbeitungsvorrichtung zum Bearbeiten von Werkstücken, insbesondere zum Bohren und/oder Strukturieren von elektronischen Schaltungsträgern, mit • einer Laserquelle (110, 210) zum Generieren eines Eingangslaserstrahls (111, 211), • einer Laserstrahl-Umlenkvorrichtung (105, 205) nach einem der Ansprüche 1 bis 11 zum gezielten Lenken des Eingangslaserstrahls (111, 211) in einen ersten Ausgangsstrahlengang eines ersten Ausgangslaserstrahls (133, 233) und in einen zweiten Ausgangsstrahlengang eines zweiten Ausgangslaserstrahls (135, 235), • einer ersten Ablenkeinheit (140, 240), welche im ersten Ausgangsstrahlengang angeordnet ist, und • einer zweiten Ablenkeinheit (160, 260), welche im zweiten Ausgangsstrahlengang angeordnet ist, wobei die beiden Ablenkeinheiten (140, 240, 160, 260) zur Positionierung der beiden Ausgangslaserstrahlen (133, 233, 135, 235) auf vorgesehene Zielpunkte auf zumindest einem Werkstück vorgesehen sind.Laser processing device for processing workpieces, in particular for drilling and / or structuring electronic circuit carriers, having a laser source ( 110 . 210 ) for generating an input laser beam ( 111 . 211 ), • a laser beam deflection device ( 105 . 205 ) according to one of claims 1 to 11 for the purpose of directing the input laser beam ( 111 . 211 ) in a first output beam path of a first output laser beam ( 133 . 233 ) and in a second output beam path of a second output laser beam ( 135 . 235 ), A first deflection unit ( 140 . 240 ), which is arranged in the first output beam path, and • a second deflection unit ( 160 . 260 ), which is arranged in the second output beam path, wherein the two deflection units ( 140 . 240 . 160 . 260 ) for positioning the two output lasers radiate ( 133 . 233 . 135 . 235 ) are provided on intended target points on at least one workpiece.
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