JP2002079392A - レーザー加工装置及び方法 - Google Patents

レーザー加工装置及び方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 複数の集光スポットの発生を防止して、良好
な加工形状を得ることのできるレーザー加工装置を提供
する。 【解決手段】 レーザー発振器１から出射されたレーザ
ー光２をｆθレンズ５により集光して被加工物７上に照
射することにより、被加工物７の所定位置に穴開け加工
するレーザー加工装置において、レーザー発振器１と被
加工物７との間に、レーザー光２の所定波長のみを選択
して透過させる波長選択手段３を備える。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電子回路基板等の
被加工物に穴開け加工等のレーザー加工を行う装置及び
方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】図７は、従来構成に係るレーザー加工装
置の構成を示すもので、レーザー光Ｂにより被加工物Ｅ
上に微細穴を穴開け加工できるように構成されている。
レーザー発振器Ａから出射されたレーザー光Ｂはガルバ
ノメータＣに導かれ、ガルバノメータＣの回動により走
査されながらｆθレンズＤに入射し、このｆθレンズＤ
により集光して被加工物Ｅの所定位置に集光スポットＦ
を形成して穴開け加工を行っている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、一般的
な加工用のレーザー発振器では、特に対策を施さない限
り、強度の差があるものの異なる波長の光が発振してい
る。通常のレーザー加工でこれらの波長が問題になるこ
とは少ないが、高加工精度を要求される場合、ｆθレン
ズのように色収差に対して敏感なものを集光手段として
用いると、加工形状の変形が生じるという問題がある。
【０００４】従来のレーザー加工装置、例えばＣＯ2 ガ
スレーザー加工装置では、レーザー光をガルバノメータ
などを用いて走査させながらｆθレンズへ入射した場合
に、レーザー発振器からのレーザー光に複数の波長（例
えば波長λ１、λ２、λ３）のものが含まれていると、
ｆθレンズによる屈折率が波長によって異なってくる色
収差のために、集光スポットでは波長ごとに異なる集光
スポット（図７に示すｆ１、ｆ２、ｆ３）となって現れ
てくることがある。特にｆθレンズへの入射位置がレン
ズ中心から離れたときにこの傾向が顕著にあらわれる。
この複数の集光スポット（ｆ１、ｆ２、ｆ３）が発生す
ると、被加工物が加工される形状は、複数の集光スポッ
トの重なりに応じて楕円形あるいは複数の穴となってし
まう。
【０００５】本発明は、上記の問題点に鑑み、複数ある
いは楕円の集光スポットの発生を防止して、良好な加工
形状を得ることが可能なレーザー加工装置及びその方法
を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するために、レーザー発振器から出射されたレーザー光
をｆθレンズにより集光して被加工物上に照射すること
により、被加工物をレーザー加工するレーザー加工装置
において、レーザー発振器と被加工物との間に、レーザ
ー光の所定波長のみを選択して透過させる波長選択手段
を備えたことを特徴とする。
【０００７】本発明によれば、レーザー発振器と被加工
物との間に、レーザー光に含まれる複数の波長の内、所
定波長のみを選択し、これを透過させる波長選択手段を
備えることにより、波長選択手段より出射されるレーザ
ー光は、所定の単一波長のものとなり、集光スポットは
単一のものとなる。このためｆθレンズの色収差による
悪影響を抑えることができる。すなわち、波長選択手段
を備えることによって、複数あるいは楕円の集光スポッ
トの発生を防止することができ、レーザー加工精度の向
上を図ることができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】以下に本発明の実施形態を図１〜
図６に基づいて詳細に説明する。
【０００９】図１は、電子回路基板（被加工物）７にレ
ーザー光を走査しつつ照射して穴開け加工を行うＣＯ2
ガスレーザー加工装置を示している。図１に示すよう
に、レーザー発振器１から出射された複数の波長（本実
施形態ではλ１、λ２、λ３の三つの波長）を含むレー
ザー光２を、波長選択手段３に入射し、目的とする波長
λ２のみを透過させる。これにより、ガルバノメータ４
にてｆθレンズ５のレンズ周辺部に集光位置を移動した
場合でも、集光スポット６の形状は波長λ２による集光
スポット６２のみとなり、加工穴形状が楕円や複数にな
るといったことなく、真円形状となる。
【００１０】以下、波長選択手段３の第１実施形態〜第
５実施形態を図２〜図６に基づいて説明する。
【００１１】第１実施形態の波長選択手段３は、図２に
示すように構成されている。波長選択手段３は、プリズ
ム３１と空間フィルタ３９から構成されており、空間フ
ィルタ３９は集光レンズである凸レンズ３２、３３と、
遮蔽手段であるピンホール３４と反射鏡８、８とからな
っている。
【００１２】レーザー光２は、プリズム３１に入射され
ると、含まれる波長（λ１、λ２、λ３）によって屈折
率が異なるために、波長ごとに屈折角度が異なり、三つ
の異なる光軸を有する光２１、２２、２３に分散する。
この光を反射鏡８を用いて反射させ、凸レンズ３２に入
射させるとその集光点は三つに分かれて集光する。この
集光点に目的の波長λ２のみが到達するようにピンホー
ル３４を配置する。このピンホール３４を透過した波長
λ２のみのレーザー光２２は凸レンズ３３によってガル
バノメータ４に向け出射される。
【００１３】なお上記プリズム３１を複数個配置して、
レーザー光がこれらプリズム３１を透過するように構成
すると、波長分離性能を高めることができる。
【００１４】第２実施形態の波長選択手段３は、図３に
示すように、回折格子３５と、反射鏡８と、遮蔽手段で
ある遮蔽板３６とから構成されている。
【００１５】複数波長（λ１、λ２、λ３）を含むレー
ザー光２は、回折格子３５にて反射され、その反射角度
は波長によって異なる。必要な波長がλ２とした場合、
その波長の光２２のみが透過する位置に開口を持った遮
蔽板３６を配置することにより、他の光２１、２３が透
過しないように遮蔽する。これにより必要な波長の選択
が可能となる。また、波長の近接などにより、遮蔽板３
６だけでは十分にレーザー光２の波長による分散を行え
ない場合には、遮蔽板３６の代わりに上記第１実施形態
の波長選択手段で説明した図２の中に示す凸レンズ３
２、ピンホール３４、凸レンズ３３を配置した構成にし
ても良い。
【００１６】第３実施形態の波長選択手段３は、図４に
示すように、レーザー光２の波長ごとに異なる位相シフ
トに偏光させる波長板３７と、所定波長に対応する位相
シフトに偏光された光のみを透過させる偏光子３８とか
ら構成されている。
【００１７】レーザー光２が波長板３７を透過する際
に、含まれる波長（λ１、λ２、λ３）によって位相シ
フト量が異なるために偏光子３８を透過する波長ごとの
透過率が異なってくる。位相シフトは、マルチプルオー
ダーの波長板を用いた場合に特に顕著となる。このと
き、波長板３７をレーザー光２の光軸を法線とする面内
で回転させ、不要な波長λ１、λ３の光２１、２３が偏
光子３８で反射されるように調整する。こうすることに
より、目的とする波長λ２のみの光２２が偏光子３８を
通過することが可能となる。
【００１８】第４実施形態の波長選択手段３は、図５に
示すように構成され、第１実施形態の波長選択手段を改
良し、レーザー光のプリズム透過回数を増やし、波長分
離性能を高めたものである。波長選択手段３は、第１実
施形態と同一の空間フィルタ３９を備えると共に、１対
の反射鏡５２、５３と、両反射鏡５２、５３の間に位置
するプリズム５４とからなるプリズム式波長分離手段５
１を備えている。
【００１９】レーザー光２は、プリズム式波長分離手段
５１のプリズム５４に入射され、次いでプリズム５４を
透過してきたレーザー光は第１反射鏡５２によってプリ
ズム５４に入射するように反射される。再びプリズム５
４に入射し、ここを透過してきたレーザー光は、第２反
射鏡５３によってプリズム５４に入射するように反射さ
れる。再々度プリズム５４に入射し、ここを透過してき
たレーザー光はプリズム式波長分離手段５１から出射さ
れる。
【００２０】プリズム式波長分離手段５１に入射される
レーザー光２は、含まれる波長（説明を簡単にするため
λ1 、λ2 の２波長成分が含まれているとする。）によ
って屈折率が異なるため、上記のようにプリズム５４を
３回通過することで、２つの異なる光軸を有する光２
１、２２に分離される。
【００２１】本実施形態では、レーザー光２がプリズム
５４によって、屈折率の差異による波長分離作用を３回
受けるので、第１実施形態に比較して３倍の波長分離効
果が発揮される。
【００２２】プリズム式波長分離手段５１で分離された
光２１、２２は、空間フィルタ３９の反射鏡８、８によ
って反射された後、凸レンズ３２に導かれ、ここで集光
される。その集光点に配置されたピンホール３４によっ
て、λ2の波長の光２２を選択して、この光２２のみを
通過させる。ピンホール３４を通過した光２２は、凸レ
ンズ３３によって再び平行光に戻され、ガルバノメータ
４に向け出射される。
【００２３】第５実施形態の波長選択手段３は、第４実
施形態のプリズム式波長分離手段に代えて、図６に示す
ように、１対の反射鏡５２、５３の間に複数のプリズム
５４ａ、５４ｂを有するプリズム式波長分離手段５１を
備えていることを特徴とし、他の構成は第４実施形態と
同様のものである。
【００２４】本実施形態によると、図６に明らかなよう
に、レーザー光２は、２つのプリズム５４ａ、５４ｂを
計６回透過し、屈折率の差異による波長分離作用を６回
受けるので、分離された光（λ1 、λ2 の２波長のもの
とする。）２１、２２の波長分離効果は、第４実施形態
の場合に比較し、２倍となる。
【００２５】
【発明の効果】本発明によれば、複数波長を含むレーザ
ー光で穴開け等のレーザー加工を行った場合でも、ｆθ
レンズの色収差の悪影響を抑えることが可能となり、集
光スポット形状の変形、複数化を防止して、高精度なレ
ーザー加工を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態におけるレーザー加工装置の
構成図。
【図２】本発明の第１実施形態に係る波長選択手段の構
成図。
【図３】本発明の第２実施形態に係る波長選択手段の構
成図。
【図４】本発明の第３実施形態に係る波長選択手段の構
成図。
【図５】本発明の第４実施形態に係る波長選択手段の構
成図。
【図６】本発明の第５実施形態に係る波長選択手段にお
けるプリズム式波長分離手段の構成図。
【図７】従来例におけるレーザー加工装置の構成図。
【符号の説明】
１ レーザー発振器 ２ レーザー光 ３ 波長選択手段 ４ 走査手段（ガルバノメータ） ５ ｆθレンズ ６ 集光スポット ７ 被加工物 ３１ プリズム ３２ 集光レンズ ３３ 集光レンズ ３４ 遮蔽手段（ピンホール） ３５ 回折格子 ３６ 遮蔽手段（遮蔽板） ３７ 波長板 ３８ 偏光子 ３９ 空間フィルタ ５１ プリズム式波長分離手段 ５２ 反射鏡 ５３ 反射鏡 ５４ プリズム ５４ａ プリズム ５４ｂ プリズム
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 結城 治宏 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 宗行 健 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Ｆターム(参考） 2H045 AB01 BA15 BA41 CB31 DA31 4E068 AF00 CB08 CD05 CD08 CD09 DA11

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 レーザー発振器から出射されたレーザー
    光をｆθレンズにより集光して被加工物上に照射するこ
    とにより、被加工物をレーザー加工するレーザー加工装
    置において、レーザー発振器と被加工物との間に、レー
    ザー光の所定波長のみを選択して透過させる波長選択手
    段を備えたことを特徴とするレーザー加工装置。
  2. 【請求項２】 波長選択手段は、レーザー光軸上に配置
    するプリズムと、その後の光軸上に配置した集光レンズ
    と所定の波長のみを透過させる遮蔽手段とを組み合わせ
    た空間フィルタとを備えた請求項１記載のレーザー加工
    装置。
  3. 【請求項３】 レーザー光が複数回プリズムを透過する
    ように構成された請求項２記載のレーザー加工装置。
  4. 【請求項４】 複数個のプリズムを備え、レーザー光が
    これらのプリズムを透過する請求項３記載のレーザー加
    工装置。
  5. 【請求項５】 プリズムからの出射光を反射させて再び
    このプリズムに入射させる１対の反射鏡をプリズムの両
    側に配置した請求項３または４記載のレーザー加工装
    置。
  6. 【請求項６】 波長選択手段は、レーザー光軸上に配置
    する回折格子と、その後の光軸上に配置した所定の波長
    のみを透過させる遮蔽手段とを備えた請求項１記載のレ
    ーザー加工装置。
  7. 【請求項７】 波長選択手段は、レーザー光軸上に配置
    したレーザー光の波長ごとに異なる位相シフトに偏光さ
    せる波長板と、前記レーザー光軸上で前記波長板後方に
    配置して所定波長に対応する位相シフトに偏光された光
    のみを透過させる偏光子とを備えた請求項１記載のレー
    ザー加工装置。
  8. 【請求項８】 レーザー発振器から出射されたレーザー
    光を走査手段およびｆθレンズにより走査、集光して被
    加工物上に照射することにより、被加工物に穴開け加工
    を行うレーザー穴加工装置において、レーザー発振器と
    被加工物との間に、レーザー光の所定波長のみを選択し
    て透過させる波長選択手段を備えたことを特徴とするレ
    ーザー穴加工装置。
  9. 【請求項９】 走査手段は、ガルバノメータである請求
    項８記載のレーザー穴加工装置。
  10. 【請求項１０】 レーザー発振器から出射されたレーザ
    ー光をｆθレンズにより集光して被加工物上に照射する
    ことにより、被加工物をレーザー加工するレーザー加工
    方法において、レーザー発振器と被加工物との間に波長
    選択手段を配し、レーザー光の所定波長のみを選択透過
    させて、この選択された波長のみのレーザー光によりレ
    ーザー加工を行うことを特徴とするレーザー加工方法。
  11. 【請求項１１】 波長選択手段は、レーザー光軸上に配
    置するプリズムと、その後の光軸上に配置した集光レン
    ズと所定の波長のみを透過させる遮蔽手段とを組み合わ
    せた空間フィルタとを備え、レーザー発振器からのレー
    ザー光をプリズムに入射させ、このプリズムを透過して
    きたレーザー光を第１の反射鏡で反射し、再度前記プリ
    ズムに入射させ、このプリズムを透過してきたレーザー
    光を第２の反射鏡で反射し、再々度前記プリズムに入射
    させ、このプリズムを透過してきたレーザー光を前記空
    間フィルタに導くことを特徴とする請求項１０記載のレ
    ーザー加工方法。
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