JP2001068764A

JP2001068764A - 遮光手段を備えた加工用レーザ装置

Info

Publication number: JP2001068764A
Application number: JP24307699A
Authority: JP
Inventors: Toshio Yokota; 利夫横田
Original assignee: Ushio Sogo Gijutsu Kenkyusho KK
Current assignee: Ushio Sogo Gijutsu Kenkyusho KK
Priority date: 1999-08-30
Filing date: 1999-08-30
Publication date: 2001-03-16

Abstract

(57)【要約】【課題】大型で高価なシャッタ機構を設けることなく
被加工物へのレーザ光の照射を停止することができ、ま
た、被加工物へのレーザ光の照射を停止してもレーザ光
の出力パワーが変動することがない加工用レーザ装置を
提供すること。【解決手段】レーザ光源１から放出されるレーザ光を
波長変換素子（非線形光学結晶）３に入射して高調波レ
ーザ光を発生させ、該高調波レーザ光を被加工物８に間
欠的に照射して、孔あけ・マーキング等の除去作業を行
う。出射側には、レーザ光の照射位置を移動させるため
のガルバノミラー５が設けられ、また、出射側の加工領
域外に遮光板９が設けられている。被加工物８の加工時
には、ガルバノミラー５を制御してレーザ光を被加工物
８に照射し、また、加工時以外は、上記ガルバノミラー
５を制御してレーザ光を上記遮光板９に向けて照射す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、非線形光学結晶を
用いて高調波レーザ光を発生させ、高調波レーザ光を多
層プリント板等の被照射物に照射して、孔あけ・マーキ
ング等の除去加工作業を行う加工用レーザ装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】プリント基板等の孔あけ用のレーザ装置
として、非線形光学結晶による波長変換を用いた、波長
２６２〜３５５ｎｍの高出力、高繰り返しの紫外レーザ
装置が使われている。一般的構成は、波長１０６４ｎｍ
のＮｄ：ＹＡＧレーザ、Ｎｄ：ＹＶＯ₄レーザ、または
波長１０４７ｎｍのＮｄ：ＹＬＦレーザを励起源とし
て、非線形光学結晶により第２高調波を発生させ、さら
に第３ないし第４高調波を発生させるものである。第３
高調波発生用結晶としてはＬＢＯ，ＧＤＹＣＯＢ結晶、
第４高調波用としてはＢＢＯ，ＣＬＢＯ結晶等が使われ
ている。波長変換された光は、整形され、ガルバノミラ
ー、ｆθレンズを介してプリント基板等の被加工物に照
射される。

【０００３】図５は上記加工用レーザ装置の概略構成を
示す図、図６はガルバノミラーから構成される加工ヘッ
ドの概略構成を示す図である。なお、図５では波長変換
素子が一つしか示されていないが、上記のように第２高
調波を発生させる波長変換素子に加え、第３ないし第４
高調波を発生させる波長変換素子を設けることができ
る。また、図６では、図５に示す波長変換素子、集光レ
ンズ、ｆθレンズ等は省略されている。図５に示すよう
にレーザ光源１から出射されるレーザ光は、集光レンズ
２によって集光され、波長変換素子（非線形光学結晶）
３に入射する。波長変換素子３に入射したレーザ光の一
部が波長変換されて波長変換素子３から出射し、出射光
はビーム整形レンズ４によって適当な口径のビーム径に
整形される。

【０００４】ビーム整形レンズ４で整形されたレーザ光
は、ガルバノミラー５から構成される加工ヘッド６に入
射する。ガルバノミラー５は、例えば図６に示すよう
に、Ｘ軸スキャナー２１により駆動されるＸ軸ミラー２
２と、Ｙ軸スキャナー２３により駆動されるＹ軸ミラー
２４から構成され、Ｘ軸ミラー２２、Ｙ軸ミラー２４に
より、レーザ光は被加工物上を例えば約３０ｍｍ×３０
ｍｍの範囲で移動制御するように駆動される。ガルバノ
ミラー５により走査されたレーザ光は、図５に示すｆθ
レンズ７を介して被加工物８であるプリント基板等に照
射される。上記レーザ装置を、基板孔あけ等の加工に用
る場合、加工位置の移動や、基板の取り換え作業など
で、数〜数１０秒の時間スケールでレーザの照射を停止
し、その後レーザ光の照射を再開するという作業を行な
う必要がある。レーザの照射を停止する方法は、通常、
Ｑスイッチによりレーザ光源１のレーザ光の出射をＯＮ
／ＯＦＦするか、もしくは、シャッタ等の遮光手段によ
り、レーザ光源１から放出される基本波レーザ光を遮光
する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記のようにＱスイッ
チやシャッタ等により、レーザの照射を停止したり、基
本波レーザ光を遮光すると、波長変換素子３にはレーザ
光が入射しなくなる。このため、波長変換された光が波
長変換素子３に吸収されることがなくなり、波長変換素
子３の温度が低下する。したがって、レーザの照射を一
時停止後に再開する時、波長変換素子３にレーザ光が入
射すると、波長変換されたレーザ光の発生に伴い、波長
変換素子（非線形光学結晶）３は自身の自己加熱により
温度が変化する。非線形光学結晶は、屈折率が温度に依
存して変化するので、その温度が変化すると位相整合角
がずれて出力パワーが変動する。この変動により、ビア
ホールの加工等においては、孔の深さや加工形状に不具
合が発生する。出力パワーの変動は１０％以内が要望さ
れている。

【０００６】一方、図５のＡまたはＢの位置にシャッタ
等の遮光手段を設け、波長変換光を遮光するようにすれ
ば、レーザ光の被加工物８への照射を停止するときで
も、波長変換素子（非線形光学結晶）３には常にレーザ
光が入射されている状態になり、結晶の温度制御が容易
になる。レーザ光の照射を再開する時は、該シャッタを
開ければ良く、この方法であれば、上記したようにレー
ザ光入射時の結晶の温度変化による、出力パワーの変動
は生じない。しかし、シャッタ等の遮光手段を波長変換
素子３の出射側（図５のＡまたはＢ）に設けることにつ
いて、以下の問題がある。波長変換後のレーザ光の波長
は短い。短波長の光は一般に物質に吸収されやすく、吸
収されればその物質の温度が上昇する。このため、加熱
による変形を防ぐためシャッタの厚さを厚くするか、シ
ャッタを冷却するための冷却手段を設ける必要がある。

【０００７】また、シャッタが光路開閉のために移動し
ている間は、非線形光学結晶からのレーザ光の出射を停
止しなければ、レーザ光の照射制御が困難である。一般
に、０．１秒以下であれば、結晶へのレーザ入射を停止
しても、結晶温度に大きな変化は生じない。即ち、シャ
ッタを設けた場合には、約０．１秒の間に、シャッタを
移動させる必要がある。通常、光を遮光するためのシャ
ッタは、エアシリンダやモータなどの駆動手段によって
駆動させるが、前記した原因による変形を防ぐために厚
くて重いシャッタを高速で移動させたり、水冷や空冷の
冷却手段を備えることを考慮すると、シャッタ機構は大
型化し、装置の大型化・コストアップの原因となる。

【０００８】以上のように、Ｑスイッチやシャッタ等に
より、レーザの照射を停止したり、基本波レーザ光を遮
光すると、波長変換素子３から出射するレーザ光の出力
パワーが変動し、加工形状に不具合が発生するといった
問題があった。また、波長変換素子の出射側にシャッタ
を設ける場合には、シャッタ機構が大型化し、コストア
ップを招くといった問題があった。本発明は上記した従
来技術の問題点を解決するためになされたものであっ
て、大型で高価なシャッタ機構を設けることなく被加工
物へのレーザ光の照射を停止することができ、また、被
加工物へのレーザ光の照射を停止してもレーザ光の出力
パワーが変動することがない加工用レーザ装置を提供す
ることを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を本発明におい
ては、次のようにして解決する。非線形光学結晶により
高調波レーザ光を発生させ、該高調波レーザ光をガルバ
ノミラーを介して被照射物に間欠的に照射して、被照射
物の孔あけ・マーキング等の除去作業を行う加工用レー
ザ装置において、上記ガルバノミラーの出射側の加工領
域外に遮光手段を設ける。そして、加工時以外は、上記
ガルバノミラーを制御してレーザ光を上記遮光手段に向
けて照射する。本発明においては、上記のように加工時
以外は、レーザ光を遮光手段に向けて照射するようにし
たので、加工時以外のときでも非線形光学結晶にレーザ
光を入射させることができる。このため、非線形光学結
晶の温度変化による、出力パワーの変動をなくすことが
できる。また、遮光手段を移動させる機構等が不要とな
り、装置の小型化・コストダウンを図ることができる。

【００１０】

【発明の実施の形態】図１は本発明の第１の実施例の加
工用レーザ装置の構成を示す図である。同図において、
レーザ光源１から出射されるレーザ光は、集光レンズ２
によって集光され、波長変換素子（非線形光学結晶）３
に入射する。波長変換素子３に入射したレーザ光の一部
が波長変換されて波長変換素子３から出射し、出射光は
ビーム整形レンズ４によって整形される。ビーム整形レ
ンズ４で整形されたレーザ光は、ガルバノミラー５等か
ら構成される加工ヘッド６に入射する。ガルバノミラー
５は、前記したようにレーザ光を被加工物上を例えば約
３０ｍｍ×３０ｍｍの範囲で移動制御するように走査さ
れる。ガルバノミラー５から出射するレーザ光は、ｆθ
レンズ７を介して被加工物８であるプリント基板等に照
射される。

【００１１】本実施例では、ｆθレンズ７の出射側に遮
光板９が設けられている。そして、レーザ発振制御手段
１０は、被加工物８である基板にレーザ光の照射を行な
わない時、レーザ光が加工領域の外に設けられた遮光板
９を照射するように、ガルバノミラー制御手段１１によ
りガルバノミラー５を制御する。ガルバノミラー５は、
前記図６に示したようにＸ軸ミラー、Ｙ軸ミラーを組み
合わせて、反射光が加工領域上をＸＹ方向に移動可能と
したものであり、その照射可能領域は、例えば約３０ｍ
ｍ×３０ｍｍというように正方形または長方形の領域と
して示されるが、実際は図２に示すように、該正方形ま
たは長方形の領域を含む円形の領域を照射するように移
動可能である。したがって、図２の斜線で示す領域に対
応する部分に遮光板９を設け、被加工物８にレーザ光を
照射しないときには、レーザ光を同図の矢印方向に移動
させ、斜線部分を照射するようにガルバノミラー５を制
御すれば、レーザ光は遮光板によって遮光され、基板に
照射されない。

【００１２】ガルバノミラー５の移動速度は非常に高速
であり、例えば１秒間に１ｍｍピッチで８００点の移動
が可能である。したがって、レーザ光の基板への照射を
停止する時、また、再開する時、レーザ光源１に設けた
Ｑスイッチ１ａ（図１参照）を制御してレーザ光源１か
らのレーザ光の放出を短時間の間停止して、その間にレ
ーザ光の照射位置を移動させ、上記斜線部分を照射する
ようにガルバノミラー５を制御すればよい。ガルバノミ
ラー５の移動速度は非常に高速であるので、レーザ光の
放出を停止する時間を０．１秒以下とすることは充分可
能であり、０．１秒以下であれば、前記したように結晶
温度に大きな変化は生じない。なお、被加工物８への影
響を考慮する必要がなければ、波長変換素子３に入射す
るレーザ光を止めないままレーザ光の照射位置を遮光板
９のある位置に移動させるようにすることも可能であ
る。

【００１３】図３は本実施例の動作を説明する図であ
り、同図により本実施例におけるガルバノミラーの制御
について説明する。レーザ光源１からレーザ光が放出さ
れると、このレーザ光は集光レンズ２によって集光され
波長変換素子３に入射する。波長変換素子３に入射した
レーザ光の一部は波長変換されビーム整形レンズ４で整
形され、ガルバノミラー５を介してｆθレンズ７に入射
する。ｆθレンズ７から出射するレーザ光は、繰り返し
周波数が数〜数１０ｋＨｚのパルス状のレーザ光であ
り、図３（ａ）に示すように暖気運転の後、略一定出力
となる。この間、ガルバノミラー制御手段１１は、レー
ザ光が遮光板９を照射するようにガルバノミラー５を制
御する（図３（ｃ））。このため、この間は、図３
（ｂ）に示すように、被加工物８にレーザ光は照射され
ない。

【００１４】次いで、レーザ発振制御手段１０は図３
（ｅ）に示すようにＱスイッチ１ａをオフにしてレーザ
光源１からのレーザ光の放出を短時間（０．１秒以下、
ガルバノミラーの移動に要する時間＋α）停止させる。
また、その間にガルバノミラー制御手段１１は図３
（ｃ）に示すようにレーザ光が被加工物８の孔あけ位置
を照射するようにガルバノミラー５を移動させる。Ｑス
イッチ１ａがオンになると図３（ｂ）に示すようにレー
ザ光は被加工物８に照射され、被加工物８の加工処理が
行われる。被加工物８の加工が終了すると、レーザ発振
制御手段１０は図３（ｅ）に示すようにＱスイッチ１ａ
をオフにしてレーザ光源１からのレーザ光の放出を短時
間停止させる。また、その間にガルバノミラー制御手段
１１はレーザ光が遮光板９を照射するようにガルバノミ
ラー５を移動させる。

【００１５】Ｑスイッチ１ａがオンになると図３（ｄ）
に示すようにレーザ光は遮光板９に照射される。その間
に被加工物８を移動させる。被加工物８の移動が終了す
ると、再び、Ｑスイッチ１ａをオフにしてレーザ光源１
からのレーザ光の放出を短時間停止させ、その間にレー
ザ光が被加工物８の孔あけ位置を照射するようにガルバ
ノミラー５を移動させ、被加工物８の加工処理を行う。
以下同様にＱスイッチとガルバノミラーを制御して、図
３に示すように被加工物８の加工処理を行う。

【００１６】本実施例においては、上記のようにｆθレ
ンズの出射側に遮光板９を設け、被加工物８にレーザ光
を照射しない時は、ガルバノミラー５により遮光板９に
レーザ光が照射されるよう制御しているので、ガルバノ
ミラー５を移動させる僅かな時間を除いて、波長変換素
子３（非線形光学結晶）には常にレーザ光が入射され
る。このため、被加工物８にレーザ光を照射開始すると
き、非線形光学結晶の温度変化がなく出力パワーは変動
しない。また、遮光手段を移動させる機構等が不要にな
り装置の小型化・コストダウンを図ることができる。

【００１７】図４は本発明の第２の実施例を示す図であ
り、本実施例は、ｆθレンズを設けず、ガルバノミラー
で反射したレーザ光を直接、被加工物に照射するように
したものである。図４において、前記図１に示したもの
と同一のものには同一の符号が付されており、本実施例
においても、ガルバノミラー５の出射側に遮光板９が設
けられており、前記したように、レーザ発振制御手段１
０は、被加工物８であるプリント基板等にレーザ光の照
射を行なわない時、加工領域の外に設けられた遮光板９
をレーザ光が照射するようにガルバノミラー５を制御す
る。

【００１８】このため、第１の実施例と同様、ガルバノ
ミラー５を移動させる僅かな時間を除いて、波長変換素
子３（非線形光学結晶）には常にレーザ光が入射され
る。このため、非線形光学結晶の温度変化がなく出力パ
ワーは変動しない。なお、上記実施例では、遮光板９を
ガルバノミラーの近傍に設ける場合について示したが、
遮光板をガルバノミラーから離れた位置に設けてもよ
く、例えばｆθレンズを設ける場合には、ｆθレンズの
焦点距離をｆとしたときｆθレンズから２ｆ／３以内の
距離に設ければよい。また、遮光板は必要に応じて発生
する熱を冷却するために水冷等の冷却手段を設けてもよ
い。

【００１９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明においては
以下の効果を得ることができる。（１）遮光手段を設け、被加工物にレーザ光を照射しな
い時は、ガルバノミラーにより遮光手段にレーザ光が照
射されるよう制御したので、ガルバノミラーを移動させ
る僅かな時間を除いて非線形光学結晶に常にレーザ光が
常に入射させることができる。このため、非線形光学結
晶の温度変化を抑え、出力パワーの変動をなくすことが
できる。（２）遮光手段に移動機構を設ける必要がない。また、
加熱による変形を防ぐために遮光手段の厚さを厚くした
り、冷却手段を設けることについての制限が少なく、装
置の小型化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例の加工用レーザ装置の構
成を示す図である。

【図２】レーザ光による加工領域とガルバノミラーの移
動によるレーザ光の照射可能領域を示す図である。

【図３】本発明の第１の実施例の動作を説明するタイム
チャートである。

【図４】本発明の第２の実施例の加工用レーザ装置の構
成を示す図である。

【図５】加工用レーザ装置の概略構成を示す図である。

【図６】ガルバノミラーの構成の一例を示す図である。

【符号の説明】

１レーザ光源１ａＱスイッチ２集光レンズ３波長変換素子（非線形光学結晶）４整形レンズ５ガルバノミラー６加工ヘッド７ｆθレンズ８被加工物１０レーザ発振制御手段１１ガルバノミラー制御手段

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｇ０２Ｆ 1/37 Ｇ０２Ｆ 1/37

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】非線形光学結晶により高調波レーザ光を
発生させ、該高調波レーザ光を被照射物に間欠的に照射
して、被照射物の孔あけ・マーキング等の除去作業を行
う加工用レーザ装置であって、上記加工用レーザ装置は出射側にレーザ光を移動制御す
るガルバノミラーを備え、上記ガルバノミラーの出射側の加工領域外に遮光手段を
設け、加工時以外は、上記ガルバノミラーを制御してレ
ーザ光を上記遮光手段に向けて照射することを特徴とす
る遮光手段を備えた加工用レーザ装置。