JP2001287058A

JP2001287058A - レーザ加工方法およびレーザ加工装置

Info

Publication number: JP2001287058A
Application number: JP2000106510A
Authority: JP
Inventors: Koichi Yamagata; 康一山形
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2000-04-07
Filing date: 2000-04-07
Publication date: 2001-10-16

Abstract

(57)【要約】【課題】被加工体に設定されている離間した複数の加
工位置を、レーザ光を照射して、正確、かつ、迅速に加
工することができるレーザ加工方法とその装置を提供す
ること。【解決手段】レーザ光Ｌによる加工で、レーザ発振器
１、１１からのレーザ光Ｌの照射を、加工位置で照射後
に停止し、その停止した状態で次の加工位置まで曲線軌
跡に沿って移動し、次の加工位置で照射する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、レーザ加工等に用
いるレーザ照射の加工方法、および、それを用いたレー
ザ加工装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、レーザ加工装置で被加工体上の
離間した複数の加工点に順次レーザ光を照射して加工を
施す場合、例えば、図６で示すように、被加工体４０上
の６点の加工位置（加工点）を順次、８ａ→８ｂ→８ｃ
→８ｄ→８ｅ→８ｆの順に加工する場合、各加工位置に
照射ヘッド（不図示）からレーザ光を照射するに際し、
各加工位置まで最短距離（直線）で照射ヘッドを走査し
て位置決めを行い、走査が停止してから照射ヘッドから
レーザを照射して所定の加工を行っている。

【０００３】なお、照射ヘッドと被加工体とは相対的な
位置関係であるので、照射ヘッドの移動の意味は、被加
工体を固定して照射ヘッドを移動させる場合はもちろ
ん、その逆に、照射ヘッドを固定して被加工体を例えば
Ｘ−Ｙテーブル上に載置して、Ｘ−Ｙテーブルの移動動
作により被加工体を移動させる場合も含まれる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
ように被加工体上の離間した複数の加工点毎に順次、加
工を施すに際に、次の加工点への照射ヘッドの移動を直
線による最短距離で行う場合には、加工点の位置毎にレ
ーザ加工を終了後、照射ヘッドからのレーザ光の照射を
停止し、その照射停止状態で照射ヘッド又は被加工体を
次の加工点まで移動させている。この場合、次の加工点
での加工には、照射ヘッド（又は被加工体）の位置決め
完了までの静定時聞が必要であるため、時間的にはそれ
に要する時間が不可欠であった。

【０００５】また、別の方法として、照射ヘッド又は被
加工体を連続的に走査して、それぞれの加工点毎にタイ
ミングを合わせて、照射ヘッドからレーザ光を照射する
方式も考えられるが、実際には、照射ヘッド（又は被加
工体）の移動機構と、レーザ光を照射するタイミングと
のサーボ遅れが存在するため、被加工体の所定の加工位
置に正確に照射ヘッドからレーザ光を照射することは困
難である。

【０００６】本発明は、上述の事情にもとづいてなされ
たもので、被加工体に設定されている離間した複数の加
工位置を、レーザ光を照射して、正確、かつ、迅速に加
工することができるレーザ加工方法とその装置を提供す
ることを目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明による手
段によれば、被加工体の離間した複数の加工位置毎にレ
ーザ発振器から順次レーザ光を照射して加工するレーザ
加工方法において、前記レーザ発振器からのレーザ光の
照射が、前記加工位置で照射後に停止し、その停止した
状態で次の加工位置まで所定の曲線軌跡に沿って移動
し、次の加工位置で照射することを特徴とするレーザ加
工方法である。

【０００８】また請求項２の発明による手段によれば、
前記次の加工位置までの前記曲線軌跡は、２つの円弧を
つなぎ合わせたものであることを特徴とするレーザ加工
方法である。

【０００９】また請求項３の発明による手段によれば、
前記複数の加工位置毎に順次形成される前記曲線軌跡
は、各々の前記曲線軌跡のベクトルが一致していること
を特徴とするレーザ加工方法である。

【００１０】また請求項４の発明による手段によれば、
前記複数の加工位置毎に順次形成される前記曲線軌跡
は、少なくとも隣り合う各々の前記曲線軌跡のベクトル
が一致していることを特徴とするレーザ加工方法であ
る。

【００１１】また請求項５の発明による手段によれば、
前記レーザ発振器からのレーザ光の照射は、前記加工位
置で照射後に停止し、その停止した状態で次の加工位置
まで前記所定の曲線軌跡に沿って移動する際の走査速度
は一定であることを特徴とするレーザ加工方法である。

【００１２】また請求項６の発明による手段によれば、
被加工体の離間した複数の加工位置毎にレーザ発振器か
ら順次レーザ光を照射する光学系を有するレーザ加工装
置において、前記光学系は、前記レーザ発振器からのレ
ーザ光が、前記加工位置で照射後に停止し、その停止し
た状態で次の加工位置まで所定の曲線軌跡に沿って移動
し、次の加工位置で照射するように制御されていること
を特徴とするレーザ加工装置である。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施例として、
レーザ光の走査により複数の位置に加工を行うレーザ加
工装置について図面を参照して説明する。

【００１４】図１はレーザ光を照射して被加工体Ｗに加
工を行うレーザ加工装置の模式ブロック図である。すな
わち、レーザ加工装置はレーザ光Ｌを発生するレーザ発
振器部１の光軸上の前方に、順次、レーザ光Ｌを被加工
体Ｗの加工位置（加工点）までハンドリングする光学系
２と、被加工体Ｗにレーザ光を集光して照射する加工光
学部３と、レーザ光Ｌを被加工体Ｗに対し相対的に移動
させる光走査部４とが設けられている。

【００１５】また、レーザ発振器と光走査部４は、レー
ザ光Ｌを被加工体Ｗに照射するタイミング等が、制御す
るためのコントローラ部５によって制御されている。

【００１６】レーザ発振器部１は、内部に図示しないＹ
ＡＧレーザロッド等のレーザ媒質と、このレーザ媒質を
挟んだ光軸上に光共振器を形成する一対のミラー（不図
示）を備えている。

【００１７】また、光学系２は反射ミラーで形成され、
加工光学部３は集光レンズで形成されている。光走査部
４は被加工体Ｗを載置してＸＹ方向に移動自在なＸＹス
テージ６で構成されている。

【００１８】また、コントローラ部５は、レーザ発振器
部１に対してレーザ光Ｌを照射するタイミングを制御
し、また、光走査部４に対しては、光の走査の方向と、
ＸＹステージ６の移動による被加工体Ｗに対する光の走
査速度を制御している。なお、被加工体Ｗに対する光の
走査速度とは、一筆書きのように被加工体Ｗに連続した
加工を行う場合は、文字通りレーザ光Ｌの走査速度を示
しているが、被加工体Ｗの離間した位置に、間歇的に加
工を行う場合には、加工位置以外は被加工体Ｗに対して
レーザ光Ｌの照射を行わない。このレーザ光Ｌの照射を
行わないで次の加工点まで、レーザ光Ｌを照射している
かのように仮想して移動する走査速度を意味している。

【００１９】被加工体Ｗの離間した位置に間歇的に加工
を行う例としては、例えば、配線基板（不図示）に、複
数個のビアホール（不図示）等を孔明けする場合等であ
る。ビアホールは、通常、孔径がφ５０μｍ〜１００μ
ｍ程度である。

【００２０】次に、被加工体Ｗの離間した、隣り合う２
つの加工位置（点）を連結して走査し、順次加工位置で
加工する方法について説明する。基本的には、本発明で
は、円弧内挿手法等により、隣り合う２つの加工位置を
２つの円弧で接続した曲線を用いて、被加工体Ｗの離間
した加工位置を順次加工している。

【００２１】図２は、本発明の２つの加工位置を結ぶよ
うに走査する原理の説明図である。

【００２２】すなわち、被加工体上にある離間した加工
位置で、順次、孔明け加工等の所定の加工をおこなうに
際し、そのうちの隣り合う２つの加工位置８ａ（Ａ）、
８ｂ（Ｂ）について説明する。

【００２３】まず、Ａとその前の加工位置（図示してい
ない）を結ぶ線分と線分ＡＢの成す角度を２等分する直
線をα、線分ＡＢとＢとその次の加工位置（図示してい
ない）を結ぶ線分の成す角度を２等分する直線をβとす
る。直線αと直線βの交点をＰ、直線α上でＰからｃの
距離にある点Ｑと、直線β上でＰからｃの距離にある点
をＲとする。

【００２４】この場合、直線α上でのＰＱ間の距離であ
るｃは、距離ＡＰをａ，距離ＢＰをｂ、直線αと直線β
が成す角度を２θとしたとき次式で表される。

【００２５】ｃ＝（ｂ−ａ）／２（１−ｃｏｓθ）ただしｂ＞ａこのときＱＲを通る直線γ上にあり、Ｑからｂ−ｃの距
離（Ｒからはａ＋ｃの距離）にある点をＳとすると、Ａ
Ｓを結ぶ円弧９ａとＳＢを結ぶ円弧９ｂは滑らかに接続
する。

【００２６】なお、上述の場合は２つの加工位置８ａ
（Ａ）と加工位置８ｂ（Ｂ）の場合は、直線αと直線β
の交点をＰが、加工進行方向に関して加工位置を結ぶ線
分Ａ−Ｂの右側に存在したが、加工位置の配置によって
は、必ずしも、直線αと直線βの交点Ｐが線分Ａ−Ｂの
右側に形成されるとは限らない。

【００２７】例えば、図３に示すような場合、すなわ
ち、加工位置をＡ_０→Ａ_１→Ｂ_１→Ｃ _１→Ｄ_１→Ｅ_１の
順で加工する場合。加工位置Ａ_１と加工位置Ｂ_１では、
上述の場合と同様に直線α_１と直線β_１との交点Ｐ
_１が、加工進行方向に関し線分Ａ_１−Ｂ_１の右側に形成
されるが、加工位置Ｂ_１と加工位置Ｃ_１との場合は、直
線β _１と直線δ_１との交点Ｐ_２が、加工進行方向に関し
線分Ｂ_１−Ｃ_１の左側に形成される。また、加工位置Ｃ
_１と加工位置Ｄ_１との場合は、直線δ_１と直線ζ_１との
交点Ｐ_３も、加工進行方向に関し線分Ｃ_１−Ｄ_１の左側
に形成される。

【００２８】したがって、これらのような場合、上述の
方法で加工位置がＡ_１とＢ_１の場合は、直線α_１と直線
β_１との交点Ｐ_１を元に作図した直線γ_１上の点Ｓ_１を
求めて、Ａ_１からＳ_１とＳ_１からＢ_１とをそれぞれ円弧
９ｃと円弧９ｄで結ぶと、両円弧９ｃ、９ｄは滑らかに
接続する。

【００２９】加工位置がＢ_１とＣ_１の場合も、直線β_１
と直線δ_１との交点Ｐ_２を元に作図した直線ε_１上の点
Ｓ_２を求めて、Ｂ_１からＳ_２とＳ_２からＣ_１とをそれぞ
れ円弧９ｅと円弧９ｆで結ぶと、両円弧９ｅ、９ｆは滑
らかに接続する。

【００３０】同様に、加工位置がＣ_１とＤ_１の場合も、
直線δ_１と直線ζ_１との交点Ｐ_３を元に作図した直線η
_１上の点Ｓ_３を求めて、Ｃ_１からＳ_３とＳ_３からＤ_１と
をそれぞれ円弧９ｇと円弧９ｈで結ぶと、両円弧９ｇ、
９ｈは滑らかに接続する。

【００３１】なお、上記のように、順次、加工位置をＡ
_１→Ｂ_１→Ｃ_１→Ｄ_１と連続して、それぞれの間を円弧
の接続で滑らかに結んだ際には、加工位置の配置によっ
て、Ａ_１→Ｂ_１とＢ_１→Ｃ_１とでは、それぞれの加工位
置間を結んだ直線に対して、加工の進行方向に関して接
続した円弧の位置が左右逆方向になり、Ｂ_１の位置で円
弧の方向が切り替わり、ベクトルが一致しないことが生
じる場合も発生する。全体の加工位置数との関係で、こ
のような円弧の方向が切り替わる位置が一箇所程度の場
合は、そのままの状態でもそれほど問題はないが、円弧
の方向が切り替わる位置が多数存在するのはあまり好ま
しくない。

【００３２】それらを回避する方法としては、加工順序
を変更する方法について図４を参照して説明する。すな
わち、上述のように、加工順序Ａ_０→Ａ_１→Ｂ_１→Ｃ_１
→Ｄ _１→Ｅ_１の場合には、Ｂ_１の位置で円弧の方向が切
り替わり、ベクトルが一致しないことが生じる場合も発
生する。

【００３３】これに対して、加工順序を変更して、Ａ_０
→Ｅ_１→Ａ_１→Ｄ_１→Ｂ_１→Ｃ_１とした場合には、それ
ぞれの加工位置を結ぶ円弧の接続は擬似渦巻状を形成
し、円弧の作図方向が一致して走査軌跡のベクトルが一
致する。

【００３４】したがって、この方法を用いて、コントロ
ーラで、順次、加工位置の間の走査軌跡を円弧で接続し
ていくことにより、全ての加工位置において、その前後
の光の走査方向ベクトルを一致させることができる。

【００３５】また、走査軌跡に円弧を用いるため加工位
置間の走査距離を容易に計算することができる。そのた
め、加工位置での合成走査速度を一定に保つことで走査
距離に比例したタイミングで所定の位置にレーザ光を照
射して加工を行うことができる。

【００３６】なお、上述の場合は、２つの加工位置間の
接続は、上述のような円弧内挿法により接続したが、そ
の他にもＣＡＤ／ＣＡＭ等で用いられているＢeｚｉｅ
ｒ曲線により２つの加工位置間の接続をおこなうことも
できる。

【００３７】次に、本発明の第２の実施の形態を説明す
る。

【００３８】図５はレーザ光を照射して被加工体Ｗに加
工を行うレーザ加工装置の模式ブロック図である。すな
わち、レーザ加工装置はレーザ光Ｌａを発生するレーザ
発振器部１１の光軸上の前方に、順次、レーザ光Ｌａを
被加工体Ｗａの加工位置までハンドリングする光学系１
２と、被加工体Ｗａにレーザ光Ｌａを集光して照射する
加工光学部１３と、レーザ光Ｌを被加工体Ｗａに対し、
相対的に移動させる光走査部１４とが設けられている。

【００３９】また、レーザ発振器部１１と光走査部１４
は、レーザ光Ｌａを被加工体Ｗａに照射するタイミング
等が、制御するためのコントローラ部１５によって制御
されている。

【００４０】レーザ発振器部１１は、内部に図示しない
ＹＡＧレーザロッド等のレーザ媒質と光共振器を形成す
る一対のミラーを備えているまた、光学系１２は反射ミ
ラーで形成され、光走査部１４は一対のガルバノスキャ
ナ１６、１７で形成されている。各ガルバノスキャナ１
６、１７を構成しているガルバノミラー１６ａ、１７ａ
はモータ１８、１９によって駆動されている。

【００４１】また、コントローラ部１５は、レーザ発振
器部１１に対してレーザ光Ｌａを照射するタイミングを
制御し、また、光走査部１４に対しては、光の走査の方
向と、各ガルバノスキャナ１６、１７の動作による被加
工体Ｗａに対する光の走査速度を制御している。

【００４２】これらの構成により、レーザ発振器部１２
でＱスイッチ（不図示）により、パルス光を発生する。
このパルス光は光学系１２の反射ミラーで反射して光走
査部１４に導かれる。光走査部１４ではコントローラ部
１５によって、ガルバノスキャナ１６、１７が受光する
光が２つの加工位置間に関して、上述の第１の実施の形
態で説明したのと同様の軌跡で移動するように制御され
る。

【００４３】また、同時にＱスイッチレーザの出力もコ
ントローラ部１５により制御されているので、所望の任
意のタイミングで被加工体Ｗａの加工位置についてレー
ザ光Ｌａの照射が行え、例えば、被加工体Ｗａの所定位
置に高速で孔明け加工をおこなうことができる。

【００４４】以上に述べたように、本発明によれば、レ
ーザ加工において、加工位置の間の走査に、円弧で補間
した軌跡を用いることで、すべての加工位置に対して、
その前後の光の走査方向べクトルが一致し、かつ、走査
速度が一定となり、各所定の位置に走査を停止させるこ
となく、容易にレーザ照射のタイミングを設定できる。

【００４５】また、被加工体Ｗの全ての加工位置に対し
て、その前後の光の走査方向ベクトルを一致させること
で、加工位置での合成走査速度を常に一定に保つことが
できる。それにより、走査加工位置の間の走査距離を計
算し、走査距離に比例したタイミングで所定の位置にレ
ーザ光を照射して加工を行うので、加工位置毎に正確に
所定の加工をおこなうことができる。

【００４６】

【発明の効果】本発明では、レーザ加工において、レー
ザ光の走査を停止させることなく、タイミングを合わせ
て所定の加工位置に正確にレーザ光を照射することが容
易にできる。

【００４７】それにより、被加工体に設定された離間し
た複数の加工位置において、迅速かつ正確に加工するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】レーザ加工装置の模式ブロック図。

【図２】本発明の２つの加工位置を連結して走査する原
理の説明図。

【図３】本発明の２つの加工位置を連結して走査する原
理の変形例の説明図。

【図４】本発明の２つの加工位置を連結して走査する原
理の変形例の説明図。

【図５】別のレーザ加工装置の模式ブロック図。

【図６】従来の加工位置の順序の説明図。

【符号の説明】

１…レーザ発振器部、２、１２…光学系、４、１４…光
走査部、５、１５…コントローラ部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被加工体の離間した複数の加工位置毎に
レーザ発振器から順次レーザ光を照射して加工するレー
ザ加工方法において、前記レーザ発振器からのレーザ光の照射が、前記加工位
置で照射後に停止し、その停止した状態で次の加工位置
まで所定の曲線軌跡に沿って移動し、次の加工位置で照
射することを特徴とするレーザ加工方法。
【請求項２】前記次の加工位置までの前記曲線軌跡
は、２つの円弧をつなぎ合わせたものであることを特徴
とする請求項１記載のレーザ加工方法。
【請求項３】前記複数の加工位置毎に順次形成される
前記曲線軌跡は、各々の前記曲線軌跡のベクトルが一致
していることを特徴とする請求項１記載のレーザ加工方
法。
【請求項４】前記複数の加工位置毎に順次形成される
前記曲線軌跡は、少なくとも隣り合う各々の前記曲線軌
跡のベクトルが一致していることを特徴とする請求項１
記載のレーザ加工方法。
【請求項５】前記レーザ発振器からのレーザ光の照射
は、前記加工位置で照射後に停止し、その停止した状態
で次の加工位置まで前記所定の曲線軌跡に沿って移動す
る際の走査速度は一定であることを特徴とする請求項１
記載のレーザ加工方法。
【請求項６】被加工体の離間した複数の加工位置毎に
レーザ発振器から順次レーザ光を照射する光学系を有す
るレーザ加工装置において、前記光学系は、前記レーザ発振器からのレーザ光が、前
記加工位置で照射後に停止し、その停止した状態で次の
加工位置まで所定の曲線軌跡に沿って移動し、次の加工
位置で照射するように制御されていることを特徴とする
レーザ加工装置。