DE19513354A1 - Materialbearbeitungseinrichtung - Google Patents
MaterialbearbeitungseinrichtungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Materialbearbeitungseinrichtung mit
mindestens einem Bearbeitungsstrahl, bei welcher der
Bearbeitungsstrahl durch eine zumindest in einer Richtung
steuerbare Anordnung zu diskreten Punkten auf einer Oberfläche
eines zu bearbeitenden Gegenstandes geführt wird.
Derartige Materialbearbeitungseinrichtungen sind seit langem
Stand der Technik. Insbesondere stehen folgende Verfahren zum
Erzeugen von feinen Löchern in flexiblen und harten
Leiterplatten zur Verfügung.
Mit dem mechanischen Bohren in allgemein bekannter Art und
Weise werden mit Spezialbohrmaschinen bis zu mehreren hundert
Löchern gleichzeitig in Leiterplatten gebohrt.
Nachteilig ist hierbei, daß wegen der begrenzten mechanischen
Stabilität dünner Bohrer der kleinste erzielbare
Lochdurchmesser ca. 200 µm beträgt. Außerdem ist nachteilig
anzusehen, daß bedingt durch die Konfiguration der Bohrmaschine
die Anordnung der Bohrlöcher festliegt. Eine Änderung der
Bohrloch-Anordnung erfordert eine zeitaufwendige
Umkonfiguration der Bohrmaschine.
Auf photochemischen Weg können Leiterplatten so beschichtet
werden, daß die gewünschten Löcher herausgeätzt werden können.
Nachteilig ist hierbei der verfahrenstechnische Aufwand des
Verfahrens. So müssen die Leiterplatten mehrfach beschichtet
und wieder entstrippt (Entfernen der Beschichtung) werden.
Weitere Nachteile dieser Bearbeitung sind in der
Umweltproblematik der Ätzbäder und in der sich durch das
Ätzverfahren ergebende doppelt-sphärische Lochform mit
typischer Ätzlippe zu sehen.
Mit Laserstrahlen geeigneter Wellenlänge können über eine
laserlichtresistente Maske Löcher in vorbehandelte
Leiterplatten "gebohrt" werden. Dabei sind Lochdurchmesser bis
wenige µm erreichbar. Dieses Verfahren weist als Nachteil eine
feste Anordnung der Bohrlöcher durch die Strukturierung der
Maske auf, wodurch eine Änderung der Bohrloch-Anordnung eine
andere Maske erfordert.
Bei dem Laser-Einzelstrahlverfahren kann man eine ohne Maske
"bohren oder strukturieren". Der Laserstrahl wird einzeln auf
diejenige Stelle gelenkt, an welcher man ein Loch wünscht. Der
große Nachteil ist hier der Zeitbedarf zur Erzeugung einer
Vielzahl von Löchern.
Eine Einrichtung ist z. B. aus der US-PS 5 268 554 bekannt.
Dabei wird der Strahl eines Lasers über verschiedene Spiegel
fokussierend auf die Oberfläche eines zu bearbeitenden
Gegenstandes gebracht. Durch Stellelemente kann die Lage eines
Umlenkspiegels in zwei Achsen verändert werden und so der
Laserstrahl in einer bestimmten Fläche auf der Oberfläche des
zu bearbeitenden Gegenstandes auf diskrete Arbeitspunkte
geführt werden. Mehrere Bearbeitungspunkte werden nacheinander
bearbeitet. Nachteilig ist außerdem, daß je nach Ablenkung des
Laserstrahls der Auftreffpunkt auf der Werkstückoberfläche eine
unterschiedliche Größe hat.
Aus der US-PS 5 113 055 ist eine Materialbearbeitungs
einrichtung bekannt, bei welchem durch ein optisches System aus
mehreren hintereinanderliegenden Spiegelsegmenten wahlweise
mehrere Punkte auf einer Werkstückoberfläche nacheinander
angefahren werden können.
Aus der US -PS 4 553 017 ist eine Mehrstrahlerzeugungs
vorrichtung bekannt, bei welcher aus einem Energiestrahl durch
ein Gitter mehrere Strahlen erzeugt werden, deren Foki alle auf
einer Linie liegen.
Aus der DE-PS 43 28 894 ist eine weitere Strahlaufteilungs
einrichtung für Laserstrahlen bekannt, welche aus einem Laser
strahl zwei diskrete Strahlen erzeugt, welche dann auf zwei
Punkte auf der Werkstückoberfläche auftreffen (siehe auch
EP-PS 0 360 328, DE-PS 41 11 876, DE-PS 27 08 039 und
US-PS 4 623 776).
Aus der US-PS 4 713 518 und der US-PS 5 055 653 sind Material
bearbeitungseinrichtungen bekannt, bei welchen durch mehrere
nebeneinanderliegende Linsen in einer Richtung mehrere diskrete
Laserstrahlen aus einem Laserstrahl erzeugt werden.
Aus der US-PS 4 950 862 ist eine Materialbearbeitungs
einrichtung bekannt, bei welchem ein Laserstrahl durch einen
Galvanometerspiegel auf ein Linsenarray gelenkt wird, wobei
jeweils eine Linse des Arrays den Strahl auf die Werkstückober
fläche abbildet.
Es ist Aufgabe der Erfindung eine Materialbearbeitungseinrich
tung für eine gleichzeitige Bearbeitung an mehreren Punkten auf
einer Werkstückoberfläche zu schaffen, wobei aber die Lage der
Punkte sich statisch oder dynamisch durch eine steuerbare
Ablenkeinrichtung verändern kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den kennzeichnenden
Teil des ersten Patentanspruchs gelöst. Weitere vorteilhafte
Ausgestaltungen des Erfindungsgedankens sind in den
Unteransprüchen beschrieben.
Die Materialbearbeitungseinrichtung zur Bearbeitung einer
Oberfläche eines Werkstücks verwendet gleichzeitig mehrere
diskrete Bearbeitungsstrahlen, um eine schnellere Bearbeitung
auf der Werkstückoberfläche zu ermöglichen.
Jeder Bearbeitungsstrahl wird dabei durch ein ihm zugeordnetes
Element einer Ablenkungsanordnung gelenkt, wobei die jeweilige
Auslenkung durch eine Steuerungseinrichtung zumindest in einer
Achse frei eingestellt werden kann.
Dies ermöglicht die gleichzeitige Bearbeitung möglicherweise
unterschiedliche Punkte auf einer Oberfläche eines zu
bearbeitenden Gegenstandes.
Dadurch, daß die Lage der einzelnen Elemente der Ablenkungs
anordnung durch eine Steuerung gezielt veränderbar ist und die
einzelnen Elemente der Ablenkoptik jeweils diskret zumindest in
einer Koordinatenrichtung in ihrer Lage versetzbar sind, erhält
man weit über den bisherigen Stand der Technik gehende
Geschwindigkeiten der Bearbeitung sowie gleichzeitig neue
Möglichkeiten, da die Veränderung der Ablenkung sowohl statisch
(d. h. jeweils nach einer Bearbeitung) als auch dynamisch (d. h.
während der Bearbeitung) erfolgen kann.
Es kann nicht nur eine punktförmige Bearbeitung erfolgen,
sondern gleichzeitig können linienhafte Strukturen auf der
Werkstückoberfläche erzeugt werden.
Durch die Erfindung ist es möglich, eine wesentlich schnellere
Materialbearbeitungseinrichtung zu erhalten, da gleichzeitig an
mehreren, frei wählbaren Stellen auf der Oberfläche des Werk
stücks gearbeitet werden kann. Diese Stellen brauchen beim
nachfolgenden Werkstück nicht an derselben Stelle liegen
sondern können frei bestimmt werden.
Wenn die Bearbeitungsstrahlen vor der Ablenkanordnung
zueinander parallel angeordnet sind, kann diese vorteilhafter
weise in der Bestrahlungsachse verschoben werden, ohne daß dies
eine negative Auswirkung auf der Werkstückoberfläche hat.
Um eine kompakte Bearbeitungsanlage zu erhalten, ist es vorteil
haft, wenn die Drehpunkte der Elemente der Ablenkeinrichtung
alle in einer Ebene angeordnet sind. Dies hat aber optische
Nachteile.
Ordnet man die Elemente der Ablenkeinrichtung hingegen auf
einer Parabel an, so verlaufen alle Strahlen im Bearbeitungs
raum telezentrisch und sind gleichmäßig verteilt. Diese
Vorteile erkauft man sich mit dem Nachteil, daß man eine unter
schiedliche Schnittweite pro Strahl erhält, woraus ein Schärfe
problem resultiert.
Dies kann vermieden werden, wenn man die Elemente der Ablenk
einrichtung auf einem zum Fokuspunkt des Scan-Objektives
konzentrischen Kreis anordnet und die Oberfläche der Elemente
der Ablenkeinrichtung sphärisch gestaltet. Dies hat aber den
Nachteil der höheren Kosten. Ein weiteres optisches Problem ist
der Astigmatismus.
Wenn die von den Elementen der Ablenkungsanordnung kommenden
Bearbeitungsstrahlen zu ihrem jeweiligen Hauptstrahl achsen
parallel sind, kann man den zu bearbeitenden Oberflächenbereich
frei wählen. Dabei muß aber der Abstand zwischen dem Scan-
Objektiv und der zu bearbeitenden Oberfläche fest bleiben.
In der Ablenkungsanordnung können als ablenkende Elemente
vorteilhafterweise beugende und/oder reflektierende Elemente
verwendet werden. Diese Elemente haben den Vorteil, daß sie mit
dem bekanten Stand der Technik sehr kostengünstig hergestellt
werden können.
Ist die Ablenkungsanordnung aus reflektierenden Elementen auf
gebaut, so können insbesondere elektromagnetische Strahlen sehr
gut abgelenkt werden. Diese Strahlenart ist aber bei der
Materialbearbeitung sehr wichtig.
Als reflektierende Elemente eignen sich insbesondere Spiegel.
Vorteilhafterweise ist die Ablenkungsanordnung aus Segmenten
aufgebaut. Dies erlaubt eine sehr kostengünstige Herstellung.
Dabei sollte jedes der Segmente einzeln in oder um zumindest
eine Koordinatenachse beweglich sein. Dies ermöglicht
zusätzlich zu einer Lageveränderung auf einer Achse in der
Werkstückebene eine Höhenvariation jedes einzelnen Fokusses
bezüglich der Werkstückoberfläche.
Vorteilhaft ist, wenn die Segmente in oder um zwei Koordinaten
achsen beweglich sind. Dies ermöglicht die Bearbeitung aller
Punkte auf der Werkstückoberfläche und nicht nur die
Bearbeitung von Punkten auf einer Bearbeitungslinie und
zusätzlich eine Höhenvariation des Brennpunktes jedes einzelnen
Bearbeitungsstrahls.
Die Oberfläche des reflektierenden Elements kann vorteilhafter
weise plan sein, damit mit möglichst geringer Strahlen
beeinflussung sowohl die ankommenden, als auch die
reflektierten Strahlenbündel der Bearbeitungsstrahlen einen
parallelen Verlauf haben können.
Hinter der Ablenkungseinrichtung sollte vorteilhafterweise
eine abbildende Optik angeordnet sein, damit die Bearbeitungs
strahlen möglichst senkrecht auf die zu bearbeitende Oberfläche
des Werkstücks einfallen.
Die Oberflächen der Elemente der Ablenkanordnung können aber
auch so geformt sein (z. B. bei der Verwendung von Spiegeln),
daß ein reflektierter Strahl auf der Oberfläche der Werkstücks
durch die Elemente der Ablenkanordnung fokussiert wird. Dann
kann auf ein Scan-Objektiv gegebenenfalls verzichtet werden.
Die Bearbeitungsstrahlen sind vorteilhafterweise aus Laser
licht, da für Laserlicht sehr gute Strahlenführungstechniken zu
geringen Kosten bekannt sind.
Laserstrahlen haben den weiteren Vorteil, daß sie leicht
gelenkt werden können und sich mit preiswerten Optiken
verändern lassen. Aber es sind auch alle anderen teilbaren
Strahlenbündel verwendbar (z. B. Elektronenstrahlen, Röntgen
strahlen, Sand- oder Wasserstrahlen, usw.).
Insbesondere wenn die Bearbeitungsstrahlen aus Laserlicht
bestehen, so ist es vorteilhaft, wenn die Anordnung für jeden
Bearbeitungsstrahl eine diskrete Ablenkoptik beinhaltet.
Möglich wäre zwar auch eine Ablenkung mittels des opto
akustischen Effekts (Dichtevariation in einem Raum mittels
Schallwellen), doch liefert dies nicht immer die gewünschte
Strahlqualität und auch die Realisierung ist bei entsprechender
Miniaturisierung der Anlage sehr schwierig.
Dabei ist es vorteilhaft, wenn in dieser Ablenkanordnung ein
beugendes Element enthalten ist. Dies ermöglicht die Verwendung
von parallel auf die Ablenkanordnung einfallenden Strahlen
bündel, welche erst durch die Ablenkanordnung auf der Ober
fläche des Werkstücks fokussiert werden.
Dieses beugende Element befindet sich vorteilhafterweise auf
oder hinter einem reflektierenden Element, damit es von vielen
Bearbeitungsstrahlen gleichzeitig verwendet werden kann.
Hinter dem Laser sollte vorteilhafterweise ein Strahlhomo
genisierer angebracht sein, damit die vom Laser kommende
Strahlung für alle Bearbeitungsstrahlen eine gleich große
Energiedichte besitzt. Ein derartiger Strahlhomogenisierer ist
z. B. aus der DE-PS 39 18 293 bekannt. Mit ihm kann man sicher
stellen, daß aus einem Laserstrahl eine erzeugte Vielzahl von
Bearbeitungsstrahlen eine gleichgroße Intensität besitzen.
Der Laser wird vorteilhafterweise im gepulsten Betrieb
betrieben, da man mit gepulsten Lasern zum einen eine höhere
Leistung bei geringerem Aufwand erzielen kann, zum anderen kann
man mit gepulsten Strahlen gezielter eine Oberflächen
bearbeitung durchführen (Verhinderung der unerwünschten
thermischen Nebenwirkungen am Werkstück).
Dabei wird vorteilhafterweise die Intensität eines Laser
blitzes so gewählt, daß nur ein Teil des Materials abgetragen
wird. Dies erlaubt eine Abtragung der Oberfläche in
verschiedenen Ebenen und die Erzeugung von linienhaften
Strukturen auf der Oberfläche des zu bearbeitenden Werkstücks.
Wenn eine Strahlaufteilungsanordnung vorhanden ist, welche
zumindest einen Bearbeitungsstrahl in mehrere diskrete
Bearbeitungsteilstrahlen aufteilt, verringert sich die Anzahl
der benötigten Bearbeitungsstrahlenquellen drastisch. Dadurch
wird ein starker Strahl in mehrere schwächere Strahlen
aufgeteilt, welche jeweils eine ausreichende Energiedichte
aufweisen. Dies ermöglicht die Senkung der Kosten für die
Erzeugung der Bearbeitungsstrahlen.
Vorteilhafterweise ist die Strahlaufteilungsanordnung dabei
vor der steuerbaren Ablenkungsanordnung angeordnet.
Einen sehr einfachen Aufbau erhält man, wenn die Strahlauf
teilungsanordnung aus mehreren Linsen aufgebaut ist.
Dieser leichte Aufbau wird unterstützt, wenn man die Strahlauf
teilungsanordnung aus zwei Arrays aufbaut, welche dafür
sorgen, daß nach der Strahlaufteilungsanordnung die einzelnen
Strahlen einen gewissen Abstand zueinander haben.
Um eine Fläche individuell möglichst schnell bearbeiten zu
können, ist es vorteilhaft, eine Aufteilung der Bearbeitungs
strahlen flächig zu realisieren. Dabei ist es vorteilhaft, wenn
die Strahlaufteilungsanordnung aus einem Array aufgebaut ist,
welches eine zweidimensionale Verteilung der erzeugten Teil
strahlen erzeugt.
Hinter der Strahlenaufteilungsanordnung ist vorteilhafterweise
ein optisches Vergrößerungssystem angeordnet, um die Dimen
sionierung des Bearbeitungsstrahlenfeldes der Dimensionierung
der Ablenkungsanordnung anzupassen.
Die Bearbeitungsstrahlen sollten vorteilhafterweise die
Oberfläche von zu bearbeitenden Leiterplatten unter einem
Winkel α treffen, welcher nicht zu groß (kleiner als 5°) ist.
Dies erleichtert später die Montage der elektrischen und/oder
elektronischen Bauteile.
Die Erfindung wird im folgenden anhand des in den beigefügten
Zeichnungen beispielhaft dargestellten Ausführungsbeispiels
näher erläutert, wobei weitere wesentliche Merkmale sowie dem
besseren Verständnis dienende Erläuterungen und
Ausgestaltungsmöglichkeiten des Erfindungsgedankens beschrieben
sind.
Dabei zeigt
Fig. 1 eine schematische Darstellung der Gesamtkonfigu
ration;
Fig. 2 eine Detailansicht des Auffangmaske;
Fig. 3 eine seitliche Detailansicht der Strahlaufteilungs
anordnung;
Fig. 4 eine Aufsicht auf die Strahlaufteilungsanordnung; und
Fig. 5 eine Unteransicht eines Elements der Ablenkoptik.
Das in Fig. 1 dargestellte Beispiel einer Realisierung der
erfindungsgemäßen Materialbearbeitungseinrichtung (1) dient zur
Erzeugung eines Lochmusters auf einer Leiterplatte (11).
Derartige Leiterplatten (11) werden in vielen Varianten als
Aufbauhilfe und Verbindungsmedium von elektrischen und
elektronischen Bauteilen in der Elektronik benötigt.
Wesentlich für die Materialbearbeitungseinrichtung (1) ist, daß
sie gleichzeitig mehrere Bearbeitungsstrahlen (2.1₁, . . ., 2.1 N)
hat, welche durch eine steuerbare Anordnung alle auf
unterschiedliche, diskrete Punkte auf der Oberfläche (11a) des
zu bearbeitenden Gegenstandes (11) gelenkt werden können.
Dadurch kann sich das zu erzeugende Loch- oder Linienmuster auf
der Oberfläche (11a) der nacheinander zu bearbeitenden
Gegenstände (11, 11′, 11′′, . . . ) total unterscheiden.
Zur Erzeugung der einzelnen Bearbeitungsstrahlen (2.1₁, . . . ,
2.1 N) besitzt die Bearbeitungseinrichtung (1) einen
Laserstrahl-Eingang mit einer als Strahlaufteilungsanordnung
(4) genutzten Mikrolinsen-Optik, in welcher aus dem
einfallenden Laserstrahl (2.10, 2.20) mit parallelem
Strahlenbündel viele Einzelstrahlen (2.1₁, . . ., 2.1 N) mit
parallelen Strahlengängen erzeugt werden. Die
Strahlaufteilungsanordnung (4) ist in den Fig. 3 und 4
genauer dargestellt. Sie besteht im wesentlichen aus zwei
hintereinander angeordneten Linsenarrays (4.1, 4.2) aus vielen,
flächig angeordneten Einzellinsen (4.11, 4.21), zwischen welchen
eine Lochblendenplatte (4.3) mit einer entsprechenden Anzahl
von Löchern (4.31) angeordnet ist.
Der einfallende Laserstrahl (2.10, 2.20) wird dabei in viele
kleine Laserstrahlen ((2.1₁, . . ., 2.1 N), (2.2₁, . . ., 2.2 N))
zerlegt, welche zueinander einen gewissen räumlichen Abstand
haben. Durch eine Veränderung der Linsen (4.21) des hinteren
Arrays (4.2) relativ zu den Linsen (4.11) des vorderen Arrays
(4.1) kann der Strahldurchmesser der kleinen Laserstrahlen
((2.1₁, . . ., 2.1 N), (2.2₁, . . ., 2.2 N)) verändert werden. Wenn
es gewünscht ist, kann man auch einen oder mehrere Durchmesser
der kleinen Laserstrahlen ((2.1₁, . . ., 2.1 N), (2.2₁, . . .,
2.2 N)) dadurch verändern, indem man in die Stege (4.4) bzw. die
ganzen Stege (4.4) als Stellelemente nach dem bekannten Stand
der Technik (z. B. Piezostellelemente, Hubkolben, usw.)
ausführt. Dadurch erreicht man eine Abstandsänderung zwischen
den jeweiligen Linsen (4.11, 4.21) der beiden Linsenarrays
(4.1, 4.2).
Je nach Strahlqualität des aus dem Hauptlaser (2.1) kommenden
Laserstrahls (2.10) kann dieser vor dem Auftreffen auf diese
Strahlenaufteilungsanordnung (4) mit einem Linsenraster (2.3)
gemäß der DE-PS 39 18 293 mit einer nachfolgenden Anordnung zum
Parallelisieren des Laserstrahls (2.10) in seiner
Strahlqualität homogenisiert werden.
Mit dem Laserstrahl (2.10) aus dem Hauptlaser (2.1) kann
gleichzeitig der Laserstrahl (2.20) des Markierungslasers (2.2)
durch die Strahlenaufteilungsanordnung (4) dringen, welches
durch einen Strahlenteiler (3) in den Strahlengang des
Hauptlasers (2.1) eingekoppelt wird. Dabei muß dann die
Beschichtung des Strahlenteilers (3) so ausgelegt sein, daß der
Laserstrahl (2.10) des Hauptlasers (2.1) möglichst ungestört
mit möglichst geringem Verlust durch den Strahlenteiler (3)
hindurchgeht, während der Laserstrahl (2.20) des
Markierungslasers (2.2) möglichst vollständig in den
Hauptstrahlengang eingekoppelt wird.
Durch den Strahlenteiler (3) und durch die
Strahlenaufteilungsanordnung (4) geht eine gewisse Menge der
Strahlenenergie verloren. Insbesondere in der
Strahlenaufteilungsanordnung (4) verliert der Laserstrahl
(2.10, 2.20) an den Kanten der Linsen (4.11) und an der
Lochblende (4.3), welche gegebenenfalls gekühlt werden sollte,
eine nennenswerte Energiemenge. Insbesondere tritt ein
nennenswerter Verlust an Laserenergie um das Array (4.1) ein,
welcher durch eine optimierte Anordnung der einzelnen Linsen
(4.11) des Arrays (4.1) minimiert werden kann.
Hinter der Strahlenaufteilungsanordnung (4) ist ein optisches
Vergrößerungssystem (5) angeordnet, welches die aus der
Strahlenaufteilungsanordnung (4) kommenden Strahlen ((2.1₁,
. . ., 2.1 N), (2.2₁, . . ., 2.2 N)) den Abmessungen der Ablenkoptik
(6) anpaßt. Die Ablenkoptik (6) ist in Fig. 5 detaillierter
dargestellt.
Die Ablenkoptik (6) besteht im wesentlichen aus einer Vielzahl
von Einzelelementen (6₁, . . ., 6 N) mit verspiegelten Oberflächen
(6.2), welche z. B. jeweils über drei Stellelemente (6.10, 6.20,
6.30) (z. B. Piezokristalle, Hubelemente, usw.) in drei Achsen
bewegt werden kann. Die von der Ablenkoptik (6) reflektierten
Strahlen ((2.1₁, . . ., 2.1 N), (2.2₁, . . ., 2.2 N)) fallen dann auf
ein Scanobjektiv (9), welches für eine Fokussierung der
Strahlen ((2.1₁, . . ., 2.1 N), (2.2₁, . . ., 2.2 N)) auf der
Oberfläche (11.a) des zu bearbeitenden Werkstücks (11) sorgt.
Gleichzeitig stellt der Einsatz des Scan-Objektivs (9) sicher,
daß die Laserstrahlen ((2.1₁, . . ., 2.1 N), (2.2₁, . . ., 2.2 N))
senkrecht oder zumindest nahezu senkrecht auf die Oberfläche
(11a) des zu bearbeitenden Gegenstandes (11) fallen.
Vor dem Scan-Objektiv (9) ist eine Auffangmaske (14)
angebracht, welche alle Strahlenbündel von ((2.1₁, . . ., 2.1 N),
(2.2₁, . . ., 2.2 N)) auffängt, welche nicht die
Werkstückoberfläche (11a) erreichen sollen. Diese Auffangmaske
(14) ist so gestaltet, daß sie die auf sie fallenden Strahlen
((2.1₁, . . ., 2.1 N), (2.2₁, . . ., 2.2 N)) vernichtet. Da dies zu
einer starken Erwärmung der Maske (14) führen kann, wird sie
entsprechend intensiv gekühlt.
Zwischen Auffangmaske (14) und Scan-Objektiv (9) ist noch ein
Strahlenteiler (7) angebracht, welcher einen kleinen Teil des
auf ihn fallenden Laserlichts ((2.1₁, . . ., 2.1 N), (2.2₁, . . . ,
2.2 N)) in Richtung auf eine Kamera (8.2) ablenkt. Diese Kamera
(8.2) ist eine CCD-Kamera mit einer so großen Auflösung, daß
mit ihr die Position der Laserstrahlen ((2.1₁, . . ., 2.1 N),
(2.2₁, . . ., 2.2 N)) auf der Oberfläche (11a) des zu
bearbeitenden Gegenstandes (11) ausreichend genau kontrolliert
werden kann. Die Kamera (8.2) dient dabei der Kontrolle der
Ablenkoptik (6). Wenn der Laserstrahl ((2.1₁, . . ., 2.1 N),
(2.2₁, . . ., 2.2 N)) durch das Scan-Objektiv (9) auf die
Oberfläche (11a) des Werkstücks (11) gefallen ist, wird von
dieser ein kleiner Teil der Laserstrahlung (2.1₁, . . ., 2.1 N),
(2.2₁, . . ., 2.2 N)) wieder zurückreflektiert. Dieses
zurückreflektierte Laserlicht ((2.1′₁, . . ., 2.1′N), (2.2′₁,
. . ., 2.2′N)) geht wieder durch das Scan-Objektiv (9) und wird
an dem Strahlteiler (7) auf eine zweite Kamera (8.1) gelenkt.
Auch diese zweite Kamera (8.1) ist eine CCD-Kamera, welche eine
genügend große Auflösung der zu betrachtenden Oberfläche (11a)
des Werkstücks (11) besitzt. Mittels dieser Kamera (8.1) kann
der Arbeitsfortschritt der Laserstrahlen ((2.1₁, . . ., 2.1 N),
(2.2₁, . . ., 2.2 N)) auf der Werkstückoberfläche (11a)
kontrolliert werden und ermittelt werden, wo die
Bearbeitungsstrahlen (2.1₁, . . ., 2.1 N) tatsächlich auf die
Oberfläche (11a) des Werkstücks (11) auftreffen.
Das zu bearbeitende Werkstück (11) selber befindet sich auf
einem X-Y Träger (12), welcher das Bewegen des Werkstücks (11)
in einer Ebene (X, Y) ermöglicht. Wenn das Werkstück (11) eine
Größe hat, welche über die mögliche Bearbeitungsgröße der
Bearbeitungseinrichtung (1) hinausgeht, wird dieser Träger (12)
nach der beendeten Bearbeitung einer Flächeneinheit so
verfahren, daß nahtlos eine benachbarte Flächeneinheit
bearbeitet werden kann. Die Einstellgenauigkeit des Trägers
(12) ist dabei so hoch, daß die Abweichungen der
Bearbeitungspunkte vom Sollmaß genügend groß unterschritten
wird.
Alle veränderbaren Elemente (2.1, 2.2, 3, 4.2, (6₁, . . ., 6 N),
7, 12) der Materialbearbeitungseinrichtung (1) sind mit dem
Eingang und dem Ausgang (13.1) einer Steuerung (13) verbunden.
Außerdem sind die Kameras (8.1, 8.2) mit dem Eingang der
Steuerung verbunden. Durch die Verbindung der Steuerung (13)
mit den veränderbaren Elementen (2.1, 2.2, 3, 4.2, (6₁, . . .,
6 N), 7, 12) sowie der Kameras (8.1, 8.2) erhält diese eine
Meldung über den Stellzustand der einzelnen veränderbaren
Elemente (2.1, 2.2, 3, 4.2, (6₁, . . ., 6 N), 7, 12) und besitzt
die Möglichkeit, diese gezielt zu verstellen. Die Steuerung
(13) beinhaltet Regelkreise, welche sicherstellen, daß die
Oberfläche (11a) des Werkstücks (11) in der gewünschten Art und
Weise bearbeitet wird. Zudem hat die Steuerung (13) eine
Eingabe (13.2), um neue Bearbeitungsparameter einzugeben.
Außerdem besitzt sie mindestens einen Monitor (13.3). Durch die
Steuerung (13) können die angeschlossenen Teile der
Bearbeitungseinrichtung (1) eingestellt werden, bzw. die
Strahlenteiler (3, 7) auf Wunsch auch aus dem Strahlengang
hinausgeklappt werden.
Die Funktionsweise des MBG und deren Betrieb der an der
zentralen Steuerung (13) ein- und ausschaltbaren Anlage (1)
kann prinzipiell in folgenden Betriebsarten unterteilt werden:
- - Stand By Betrieb;
- - Prüf- bzw. Überwachungs-Betrieb;
- - Einricht-Betrieb; und
- - Arbeits-Betrieb.
Nach dem Einschalten geht die Anlage in den Prüf- bzw.
Überwachungsbetrieb, in der alle an der Steuerung (13)
angeschlossenen Komponenten auf Fehler überprüft werden. Im
fehlerfreien Fall schaltet die Steuerung (13) die Anlage (1)
dann in den Stand-By Betrieb, in dem alle Komponenten zwar
betriebsbereit aber nicht aktiv sind.
Die Funktionsweise der Anlage wird mit der Beschreibung des
Einricht- und Arbeitsbetriebes noch später erläutert.
Der von der Steuerung (13) gesteuerte Koordinatentisch (12)
positioniert das Werkstück (11) bzw. dessen zu bearbeitenden
Teil der Oberfläche (11a) im Einrichtbetrieb in den
Arbeitsbereich unterhalb des Scanobjektives (9). Nach einer
Überprüfung des Vorhandenseins des Werkstückes (11) mittels der
Beobachtungsanlage (8.1) wird das auf dem Werkstück (11)
gewünschte Lochbild mittels Ziel-Laserstrahlen wie folgt
eingestellt:
Ausgehend von der Steuerung (13) erzeugt entweder der Arbeitslaser (2.1) den Laserstrahl (2.10), welcher durch den eingeklappten Strahlteiler (3) derart zu einem Laserstrahl abgeschwächt wird, daß er auf dem Werkstück (11) keine bearbeitende Wirkung mehr hat, sondern nur noch von den Beobachtungssystemen (8.1) und (8.2) beobachtbare Lichtpunkte erzeugt, oder es wird von der Steuerung (13) ein sog. Pilot- oder Ziellaser (2.2) aktiviert, der über den Strahlteiler (3) einen Laserstrahl (2.20) in das Bearbeitungsgerät (1) schickt, der auf dem Werkstück (11) ebenfalls nur beobachtbare Lichtpunkte erzeugt.
Ausgehend von der Steuerung (13) erzeugt entweder der Arbeitslaser (2.1) den Laserstrahl (2.10), welcher durch den eingeklappten Strahlteiler (3) derart zu einem Laserstrahl abgeschwächt wird, daß er auf dem Werkstück (11) keine bearbeitende Wirkung mehr hat, sondern nur noch von den Beobachtungssystemen (8.1) und (8.2) beobachtbare Lichtpunkte erzeugt, oder es wird von der Steuerung (13) ein sog. Pilot- oder Ziellaser (2.2) aktiviert, der über den Strahlteiler (3) einen Laserstrahl (2.20) in das Bearbeitungsgerät (1) schickt, der auf dem Werkstück (11) ebenfalls nur beobachtbare Lichtpunkte erzeugt.
Der Laserstrahl (2.1) oder (2.2) wird nun durch die
Mikrolinsenoptik (4), im wesentlichen bestehend aus den
Mikrolinsenfeldern (4.1) und (4.2) sowie einer Feldblende
(4.3), in eine Anzahl von Einzelstrahlen ((2.1₁, . . ., 2.1 N),
(2.2₁, . . ., 2.2 N)) zerlegt, entsprechend der Anzahl der
Mikrolinsen (4.11, 4.21). Dies geschieht im wesentlichen durch
eine geeignete Anordnung der Mikrolinsenfelder (4.1) und (4.2)
zueinander. Die nun parallel zueinander verlaufenden
Einzelstrahlen ((2.1₁, . . ., 2.1 N), (2.2₁, . . ., 2.2 N)) werden
vorteilhaft mittels einer Vergrößerungsoptik (5) aufgeweitet
und vergrößert.
Die nun deutlich voneinander separierten aber noch in fester
gegenseitiger geometrischer Anordnung sich befindenden
Einzelstrahlen ((2.1₁, . . ., 2.1 N), (2.2₁, . . ., 2.2 N)) treffen
nun auf ein Kippspiegelfeld (6), welches als Ablenkeinheit
dient. Die einzelnen Kippspiegel (6₁, . . ., 6 N) sind dabei
vorteilhaft im Kippspiegelhalter (6.2) derart fixiert, daß
jeder einzelne Laserstrahl (2.1 n) genau einen und stets den
gleichen Kippspiegel (6 n) trifft, für alle n von 1 bis N
Einzelspiegel.
Die Elemente des Kippspiegels (6) reflektieren nun je nach
ihrer Einstellung die Strahlen ((2.1₁, . . ., 2.1 N), (2.2₁, . . . ,
2.2 N)) derart, daß sie im regulären Betrieb alle durch die
Öffnung der Auffangmaske (14) hindurchgehen und auf den
Strahlteiler (7) treffen. Sollen gewisse Strahlen ((2.1₁, . . . ,
2.1 N), (2.2₁, . . ., 2.2 N)) nicht auf das Werkstück (11) treffen,
so werden über die Steuerung (13) die entsprechenden
Kippspiegel (6₁, . . ., 6 N) derart angesteuert und verstellt, daß
diese Strahlen (16.1, . . ., 16.M) in die Auffangmaske (14)
gelenkt werden (während die erwünschten Strahlen im
Strahlenbüschel (15) hindurchgehen), siehe Fig. 2.
Die Auffangmaske (14) absorbiert die auf sie treffenden
Strahlen (16.m, m = 1 bis M) vollständig.
Der Strahlteiler (7) leitet einerseits das Bild der von den
Spiegeln (6₁, . . ., 6 N) durch die Auffangmaske (14)
hindurchkommenden Strahlen ((2.1₁, . . ., 2.1 N), (2.2₁, . . .,
2.2 N)) in das Beobachtungssystem (8.2), welche es auswertet und
das Ergebnis der Steuerung (13) übermittelt. Stimmen Soll- und
Ist-Strahlbild nicht überein, kann die Steuerung (13) eine
Korrektur durch geeignete Ansteuerung der entsprechenden
Kippspiegel (6₁, . . ., 6 N) vornehmen.
Die durch den Strahlteiler (7) hindurchgehenden Strahlen
((2.1₁, . . ., 2.1 N), (2.2₁, . . ., 2.2 N)) werden in dem
sogenannten Scanobjektiv (9) nun derart optisch geführt, daß
sie nach Verlassen des Scanobjektivs (9) telezentrisch
verlaufen und auf die Oberfläche (11a) des Werkstücks (11)
fokussiert sind. Da es sich im Einrichtbetrieb nur um die
energiearmen Zielstrahlen (2.2₁, . . ., 2.2 N) handelt, erzeugen
diese auf dem Werkstück (11) nun lediglich Lichtpunkte an den
Orten, an denen dann später die energiereichen Strahlen (2.1₁,
. . ., 2.1 N) das Werkstück (11) bearbeiten werden. Diese
Lichtpunkte werden auf der Oberfläche des Werkstücks (11)
reflektiert, und das Bild dieser Lichtpunkte wird nun
"rückwärts" durch das Scanobjektiv (9) und über den
Strahlteiler (7) in das Beobachtungssystem (8.1) geleitet, dort
ausgewertet und das Ergebnis der Steuerung (13) übermittelt.
Stimmen Soll- und Ist-Strahlpunktbild auf der Oberfläche (11a)
des Werkstücks (11) nicht überein, kann die Steuerung (13) eine
Korrektur durch geeignete Ansteuerung der entsprechende
Kippspiegel (6₁, . . ., 6 N) vornehmen. Die absolute Richtigkeit
der Lage aller Lichtpunkte kann über auf dem Werkstück (11)
vorhandene Marker, welche so ausgeführt sind, daß sie vom
Beobachtungssystem (8.1) erkannt werden, überprüft werden.
Stimmen Soll- und Ist-Strahlpunktbild im Rahmen der
Fehlertoleranz überein, so ist der Einrichtbetrieb erfolgreich
beendet und die Steuerung (13) kann in den Arbeitsbetrieb
schalten (automatisch) oder geschaltet werden (manuell).
Im Einrichtbetrieb wurden die Kippspiegel (6.n) so eingestellt,
daß die Strahlen des Ziellasers (2.2) auf den vorgesehenen
Orten der Werkstückoberfläche (11a) liegen. Im Arbeitsbetrieb
wird nun der Strahlteiler (3) aus dem Strahlengang
herausgeklappt (und sofern der Ziellaser (2.2) benutzt wurde,
wird dieser jetzt ausgeschaltet und der Arbeitslaser (2.1)
aktiviert) und der Arbeitslaserstrahl (2.10) geht jetzt mit
voller Intensität in die optische Anordnung, durchläuft den
gleichen optischen Weg wie der Ziellaser (2.2) und die durch
die Auffangmaske (14) passierenden Laserstrahlen (2.1₁, . . . ,
2.1 N) bearbeiten das Werkstück (11).
Nach Beendigung der Bearbeitung durch die Laserstrahlen (2.1₁,
. . ., 2.1 N) an den ausgewählten Stellen am Werkstück (11) wird
wieder in den Einrichtbetrieb geschaltet und nun kann der X-Y-
Koordinatentisch (12) das Werkstück (11) derart verschieben,
daß die nächste zu bearbeitende Zone des Werkstückes (11) in
den Einflußbereich der Laserstrahlen ((2.1₁, . . ., 2.1 N), (2.2₁,
. . ., 2.2 N)) unterhalb des Scanobjektives (9) positioniert wird.
Anschließend wird wieder der Zielvorgang gestartet.
Sind im Einflußbereich der Laserstrahlen ((2.1₁, . . ., 2.1 N),
(2.2₁, . . ., 2.2 N)) mehr Stellen zu bearbeiten als Laserstrahlen
((2.1₁, . . ., 2.1 N), (2.2₁, . . ., 2.2 N)) vorhanden sind, so
werden nach Beendigung des 1. Arbeitsvorganges lediglich die
entsprechenden Spiegel (6₁, . . ., 6 N) derart angesteuert, daß
die Laserstrahlen ((2.1₁, . . ., 2.1 N), (2.2₁, . . ., 2.2 N)) an die
gewünschten neuen Positionen gelenkt werden. Überzählige
Laserstrahlen ((2.1₁, . . ., 2.1 N), (2.2₁, . . ., 2.2 N)) werden von
den entsprechenden Spiegeln (6₁, . . ., 6 N) in die dafür
vorgesehene Auffangmaske (14) gelenkt.
Alternativ können die Spiegel (6₁, . . ., 6 N) auch bei laufendem
Arbeitslaser (2.1) verstellt werden, es lassen sich damit
kontinuierliche Strukturen auf bzw. in dem Werkstück (11)
erzeugen.
Als Hauptlaser (2.1) eignet sich bei dem für Leiterplatten (11)
als zu bearbeitenden Gegenstand (11) aus Polyimid-Folie mit
einer durchschnittlichen Dicke von 50 µm insbesondere ein
gepulster Eximer-Laser mit einer Wellenlänge von 248 nm. Ein
derartiger UV-Laser (2.1) kann mit einer Pulsfrequenz von z. B.
100-200 Hz kontrolliert betrieben werden. Mit z. B. ungefähr 100
Bestrahlungen kann dann eine derartige Leiterplatte (11)
durchstoßen werden, ohne daß störende thermische Effekte an der
Leiterplatte (11) auftreten. Bei einer Energiedichte von 1
J/cm² je Puls erfolgt dabei eine Abtragung von 0,1-0,4 µm pro
Bestrahlung. Ein typischer Lochdurchmesser liegt bei rund 50 µm
Durchmesser. Der Energieverlust an der
Strahlenaufteilungsanordnung (4) liegt in der Größenordnung von
50%, kann aber durch geeignete Ausgestaltung reduziert werden.
Die Strahlenaufteilungsanordnung (4) erzeugt, je nach
Ausgestaltung, mehrere hundert Einzellaserstrahlen( (2.1₁, . . . ,
2.1 N), (2.2₁, . . ., 2.2 N)) (z. B. 30 × 30, 50 × 50 usw.), welche
durch eine entsprechende Anzahl von Elementen (6₁, . . ., 6 N) in
der Ablenkungsoptik (6) individuell auf der Oberfläche (11a)
des Werkstücks (11) verteilt werden können.
Die erfindungsgemäße Bearbeitungseinrichtung (1) zum Bohren
bzw. Abtragen von Leiterbahnen auf Leiterplatten (11), besitzt
die folgenden Vorteile:
- a) Keine Beschränkung des Lochdurchmessers nach unten, d. h. Löcher bis gegen Durchmesser 5 µm möglich (abhängig von Strahlqualität und Werkstoffdicke);
- b) keine feste Anordnung der Bohrlöcher, sondern variabel einstellbares Lochbild;
- c) keine Laser-Maske mehr und somit auch bessere Ausnutzung des erzeugten Laser-Lichtes;
- d) Verwendung unbehandelter Leiterplatten-Rohlinge, also ohne Beschichtungen mit Kupfer, Photo-Resistmaterial u. a.;
- e) Entfall umweltproblematischer Ätzbäder und anderer umweltproblematischer Prozeduren;
- f) geometrisch gute Lochformen, z. B. ohne Ätzlippe;
- g) variable, frei programmierbare Lochbilder;
- h) Lochbilder mit variabler, frei programmierbarer Lochdichte;
- i) variable, frei programmierbare Lochanzahl je Leiterplatte;
- j) geringe Bearbeitungszeit;
- k) Strukturierbarkeit der Leiterplattenoberfläche (d. h. z. B. Erzeugung von Leiterbahnen);
- l) hohe Positionsgenauigkeit der gebohrten Löcher;
- m) Verwendung verschiedener Laser bzw. Laserstrahl- Wellenlänge; und
- n) Einbaumöglichkeit in eine Bearbeitungsstraße, wobei die Werkstücke auf der Bearbeitungsstraße zu bzw. wieder von der Bearbeitungsstation weg befördert werden.
Auf die Strahlenaufteilungsanordnung (4) könnte im vorab
beschriebenen Beispiel verzichtet werden, wenn man in die
Bearbeitungseinrichtung (1) gleich mehrere Einzelstrahlen
((2.1₁, . . ., 2.1 N), (2.2₁, . . ., 2.2 N)) eingibt. Die verwendeten
Strahlen ((2.1₁, . . ., 2.1 N), (2.2₁, . . ., 2.2 N)) brauchen keine
Laserstrahlen sein, wie dies in der Figurenbeschreibung der
Fall ist. Es lassen sich alle ablenkbaren Strahlen verwenden,
wobei man z. B. die Strahlerzeugung bei schwer ablenkbaren
Strahlen, bzw. bei Strahlen, bei welchen eine körperliche
Ablenkung zuviel Energieverlust bedeutet, direkt an oder auf
die Ablenkanordnung (6) verlegen kann. Dies kann z. B. die Düse
bei Wasserstrahlen sein oder eine Laserdiode bei Laserstrahlen.
Letztendlich kann eine Minimalrealisierung des
erfindungsgemäßen Gedankens in einer bzw. mehreren Anordnungen
zur Erzeugung der Bearbeitungsstrahlen (2.1₁, . . ., 2.1 N) sowie
in einer, für die jeweiligen Strahlen geeigneten Anordnung (6)
zur Lenkung dieser Strahlen bestehen.
Insbesondere die vorab beschriebene Verwendung von
Laserstrahlen (2.10, 2.20) läßt viele Möglichkeiten zur
Erzeugung von Einzelstrahlen ((2.1₁, . . ., 2.1 N), (2.2₁, . . . ,
2.2 N)) zu, welche direkt oder im nachhinein eine zueinander
parallele Ausrichtung mit einem gewissen Abstand zueinander
erhalten. Die einzelnen Strahlen ((2.1₁, . . ., 2.1 N), (2.2₁,
. . ., 2.2 N)) können auf vielfältige Art und Weise (Gitter,
Strahlenteiler, . . .) erzeugt und später geformt werden. Die im
Beispiel erwähnte und erläuterte Erzeugungsweise ist momentan
lediglich die einfachste und kostengünstigste. Insbesondere ein
Laserdiodenarray (d. h. flächig angeordnete Laserdioden) mit
geeigneter Frequenz und Energiedichte bei ausreichendem
Querschnitt dürfte zukünftig eine konkurrierende Art der
Erzeugung der Bearbeitungsstrahlen ((2.1₁, . . ., 2.1 N), (2.2₁,
2.2 N)) sein. Auf die Aufweitungsoptik (5) nach der
Strahlaufteilungsanordnung (4) kann verzichtet werden, wenn die
aus der Strahlaufteilungsanordnung (4) austretenden
Bearbeitungsstrahlen (2.1₁, . . ., 2.1 N) schon den gewünschten
Querschnitt aufweisen.
Auf die Auffangmaske (14) kann verzichtet werden, wenn die
Bearbeitungsstrahlen (2.1₁, . . ., 2.1 N) von der Ablenkanordnung
(6) außerhalb der zu bearbeitenden Oberfläche (11a) auf ein
dafür geeignetes Gebiet gelenkt werden können.
Auf eine der beiden Strahlkontroll-Kameras (8.1, 8.2) kann
verzichtet werden, wenn man zum einen ausreichend Zeit bei der
Bearbeitung hat oder Fehlschüsse bei der Bearbeitung zuläßt,
bzw. sicherstellen kann, daß die Strahlablenkung (6) immer in
gewünschter Art und Weise erfolgt (Kontrolle der
Ablenkanordnung).
Auf das Scan-Objektiv (9) kann verzichtet werden, wenn man am
Rand auch eine schräge Materialbearbeitung zuläßt bzw. die
Abmessungen der zu bearbeitenden Oberfläche (11a) dies zuläßt.
Auf den x-y-Werkzeugtisch (12) kann verzichtet werden, wenn die
zu bearbeitende Oberfläche (11a) nie größer sein kann als die
Auslenkmöglichkeiten der Ablenkanordnung (6).
Auch die Ablenkanordnung (6) kann in der Praxis anders
aussehen, auch wenn man Laserstrahlen ((2.1₁, . . ., 2.1 N),
(2.2₁, . . ., 2.2 N)) verwendet. Anstelle der spiegelnden Flächen
kann man auch die anderen bekannten Arten der Strahlablenkung
(bei Laserstrahlen z. B. Planlinsenpaar oder Drehkeilpaar)
verwenden, wobei die Verwendung von brechenden Körpern einen
größeren Energieverlust bedeutet.
Auf die Verwendung des Anzeigelasers (2.2) kann verzichtet
werden, wenn der Arbeitslaser (2.1) zur
Strahlpositionsbestimmung auf der Werkstückoberfläche (11a)
durch den Strahlteiler (3) genügend abgeschwächt werden kann.
Die verwendeten Strahlenquerschnitte brauchen nicht wie
dargestellt rund sein, sondern können jede gewünschte und nach
dem bekannten Stand der Technik mögliche Form haben.
Das Scan-Objektiv (9) braucht nicht unbedingt aus zwei
hintereinander angeordneten Linsen (9.1, 9.2) bestehen, sondern
die Linsenanzahl kann sowohl in der Bestrahlungsachse als auch
in den dazu senkrecht stehenden Koordinatenachsen variieren.
Auf die Strahlenaufteilungsanordnung (4) kann auch verzichtet
werden, wenn diese Aufgabe durch z. B. die Ablenkungsanordnung
(6) übernommen wird.
Claims (25)
1. Materialbearbeitungseinrichtung (1) zur Bearbeitung einer
Oberfläche (11a) eines Werkstücks (11) unter Verwendung
von mehreren diskreten Bearbeitungsstrahlen (2.1₁, . . .,
2.1 N), bei welcher jeder Bearbeitungsstrahl (2.1₁, . . .,
2.1 N) durch ein ihm zugeordnetes Element (6₁, . . ., 6 N)
einer Ablenkungsanordnung (6) gelenkt wird und welche die
gleichzeitige Bearbeitung möglicherweise unterschiedliche
Punkte auf einer Oberfläche (11a) eines zu bearbeitenden
Gegenstandes (11) ermöglicht, dadurch gekennzeichnet, daß
die Lage der einzelnen Elemente (6₁, . . ., 6 N) der
Ablenkungsanordnung (6) durch eine Steuerung (13) gezielt
veränderbar ist und daß die einzelnen Elemente (6₁, . . .,
6 N) der Ablenkoptik (6) jeweils diskret zumindest in einer
Koordinatenrichtung in ihrer Lage verstellbar sind.
2. Materialbearbeitungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die Bearbeitungsstrahlen (2.1₁, . . .,
2.1 N) vor der Ablenkanordnung (6) zueinander parallel
angeordnet sind.
3. Materialbearbeitungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß die Drehpunkte der Elemente
(6₁, . . ., 6 N) der Ablenkeinrichtung (6) alle auf einer
durchaus gewölbten Ebene angeordnet sind.
4. Materialbearbeitungseinrichtung nach einem der Ansprüche
1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die auf die Elemente
(6₁, . . ., 6 N) der Ablenkungsanordnung (6) fallenden
Bearbeitungsstrahlen (2.1₁, . . ., 2.1 N) zu ihrem jeweiligen
Hauptstrahl achsenparallel sind.
5. Materialbearbeitungseinrichtung nach einem der Ansprüche
1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die von den Elementen
(6₁, . . ., 6 N) der Ablenkungsanordnung (6) kommenden
Bearbeitungsstrahlen (2.1₁, . . ., 2.1 N) zu ihrem jeweiligen
Hauptstrahl achsenparallel sind.
6. Materialbearbeitungseinrichtung nach einem der Ansprüche
1-5, dadurch gekennzeichnet, daß in der
Ablenkungsanordnung (6) als ablenkende Elemente (6₁, . . .,
6 N) beugende und/oder reflektierende Elemente (6₁, . . .,
6 N) verwendet sind.
7. Materialbearbeitungseinrichtung nach einem der Ansprüche
1-5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablenkungsanordnung
(6) aus reflektierenden Elementen (6) aufgebaut ist.
8. Materialbearbeitungseinrichtung nach Anspruch 8, dadurch
gekennzeichnet, daß das reflektierende Element (6₁, . . .,
6 N) ein Spiegel ist.
9. Materialbearbeitungseinrichtung nach einem der Ansprüche
6-8, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablenkungsanordnung
(6) aus Segmenten (6₁, . . ., 6 N) aufgebaut ist.
10. Materialbearbeitungseinrichtung nach Anspruch 9, dadurch
gekennzeichnet, daß die Segmente (6₁, . . ., 6 N) einzeln
beweglich in oder um zumindest einer Koordinatenachse
sind.
11. Materialbearbeitungseinrichtung nach einem der Ansprüche
9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Segmente
(6₁, . . ., 6 N) in oder um zwei Koordinatenachsen beweglich
sind.
12. Materialbearbeitungseinrichtung nach einem der Ansprüche
6-11, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche (6.2)
des reflektierenden Elements (6₁, . . ., 6 N) plan ist.
13. Materialbearbeitungseinrichtung nach einem der Ansprüche
1-12, dadurch gekennzeichnet, daß hinter der
Ablenkungseinrichtung (6) eine abbildende Optik (9)
angeordnet ist.
14. Materialbearbeitungseinrichtung nach einem der Ansprüche
1-13, dadurch gekennzeichnet, daß die
Bearbeitungsstrahlen (2.1₁, . . ., 2.1 N) aus Laserlicht
sind.
15. Materialbearbeitungseinrichtung nach Anspruch 14, dadurch
gekennzeichnet, daß hinter dem Laser (2.1) ein
Strahlhomogenisierer (2.3) angebracht ist.
16. Materialbearbeitungseinrichtung nach einem der Ansprüche
14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Laser (2.1) im
gepulsten Betrieb verwendet ist.
17. Materialbearbeitungseinrichtung nach einem der Ansprüche
14-16, dadurch gekennzeichnet, daß die Intensität eines
Laserblitzes so gewählt ist, daß nur ein Teil des
Materials abgetragen wird.
18. Materialbearbeitungseinrichtung nach einem der Ansprüche
1-17, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine
Strahlaufteilungsanordnung (4) vorhanden ist, welche
zumindest einen Bearbeitungsstrahl (2.1) in mehrere
diskrete Bearbeitungsteilstrahlen (2.1₁, . . ., 2.1 N)
aufteilt, und daß die Strahlaufteilungsanordnung (4) vor
der steuerbare Ablenkungsanordnung (6) angeordnet ist.
19. Materialbearbeitungseinrichtung nach Anspruch 18, dadurch
gekennzeichnet, daß die Strahlaufteilungsanordnung (4) aus
mehreren Linsen (4.11, 4.21) aufgebaut ist.
20. Materialbearbeitungseinrichtung nach einem der Ansprüche
18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, daß die
Strahlaufteilungsanordnung (4) aus zwei Arrays (4.1, 4.2)
aufgebaut ist, welche dafür sorgen, daß nach der
Strahlaufteilungsanordnung (4) die einzelnen Strahlen
((2.1₁, . . ., 2.1 N), (2.2₁, . . ., 2.2 N)) einen gewissen
Abstand zueinander haben.
21. Materialbearbeitungseinrichtung nach einem der Ansprüche
18-20, dadurch gekennzeichnet, daß die
Strahlaufteilungsanordnung (4) aus einem Array (4.1, 4.2)
aufgebaut ist, welches eine zweidimensionale Verteilung
der erzeugten Teilstrahlen ((2.1₁, . . ., 2.1 N),
(2.2₁, . . ., 2.2 N)) erzeugt.
22. Materialbearbeitungseinrichtung nach einem der Ansprüche
18-21, dadurch gekennzeichnet, daß hinter der
Strahlenaufteilungsanordnung (4) ein optisches
Vergrößerungssystem (5) angeordnet ist.
23. Materialbearbeitungseinrichtung nach einem der Ansprüche
1-22, dadurch gekennzeichnet, daß die
Materialbearbeitungseinrichtung zur Bearbeitung von
Leiterplatten verwendet wird.
24. Materialbearbeitungseinrichtung nach einem der Ansprüche
1-23, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlenverlauf
der Teilstrahlen ((2.1₁, . . ., 2.1 N), (2.2₁, . . ., 2.2 N))
vor der zu bearbeitenden Werkstoberfläche ein
telezentrischer Verlauf ist.
25. Materialbearbeitungseinrichtung nach einem der Ansprüche
1-24, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilstrahlen
((2.1₁, . . ., 2.1 N), (2.2₁, . . ., 2.2 N)) das zu bearbeitende
Teil unter einem Winkel α treffen, welcher möglichst klein
ist, vorteilhafterweise kleiner als 5°.
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