JP2002120080A - レーザ加工装置 - Google Patents
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
- B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
- B23K26/064—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by means of optical elements, e.g. lenses, mirrors or prisms
- B23K26/066—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by means of optical elements, e.g. lenses, mirrors or prisms by using masks
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- Optics & Photonics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Laser Beam Processing (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 低コストで、ガウス分布のビームモードをト
ップハット分布のビームモードに変換することができ、
かつエネルギ効率に優れるレーザ加工装置を提供するこ
と。 【解決手段】 マスク４と加工レンズ９との間の光路
に、マスク４の開口部と略相似形でマスク４の開口部よ
りも広い開口部を備える虹彩絞り５を配置する。そし
て、マスク４に設ける開口部を円形とするとき、虹彩絞
り５の開口径を、マスク４の開口部を通過したレーザ光
２の−ｍ次回折光（ただし、ｍは正の整数）の強度がピ
ーク値になる位置から＋ｍ次回折光の強度がピーク値に
なる位置までの距離に略等しくする。
ップハット分布のビームモードに変換することができ、
かつエネルギ効率に優れるレーザ加工装置を提供するこ
と。 【解決手段】 マスク４と加工レンズ９との間の光路
に、マスク４の開口部と略相似形でマスク４の開口部よ
りも広い開口部を備える虹彩絞り５を配置する。そし
て、マスク４に設ける開口部を円形とするとき、虹彩絞
り５の開口径を、マスク４の開口部を通過したレーザ光
２の−ｍ次回折光（ただし、ｍは正の整数）の強度がピ
ーク値になる位置から＋ｍ次回折光の強度がピーク値に
なる位置までの距離に略等しくする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、レーザ光を発振す
るレーザ発振器と、レーザ光のビーム径を整形するため
の開口部が形成されたマスクと、整形されたレーザ光を
被加工物上に集光する加工レンズとを備えるレーザ加工
装置に関する。
るレーザ発振器と、レーザ光のビーム径を整形するため
の開口部が形成されたマスクと、整形されたレーザ光を
被加工物上に集光する加工レンズとを備えるレーザ加工
装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】電子機器の小型化、高密度実装化に伴っ
て、複数のプリント配線基板を積層した多層配線基板が
増加している。多層配線基板では、プリント配線基板の
絶縁層の表面から内部の導電層（内層銅箔）に達する穴
（以下、ビアホールという。）を形成し、形成したビア
ホールの内部に導電性メッキを施すことにより、上下に
積層されるプリント配線基板の導電層を電気的に接続す
る。
て、複数のプリント配線基板を積層した多層配線基板が
増加している。多層配線基板では、プリント配線基板の
絶縁層の表面から内部の導電層（内層銅箔）に達する穴
（以下、ビアホールという。）を形成し、形成したビア
ホールの内部に導電性メッキを施すことにより、上下に
積層されるプリント配線基板の導電層を電気的に接続す
る。
【０００３】ビアホールの小径化に伴い、レーザ光を結
像レンズにより集光してビアホールを加工する場合が増
加している。レーザ発振器から発振されたレーザ光の光
軸と直角な方向の形状（以下、外形形状という。）が不
均一であると、集光されたレーザ光（レーザスポット）
の形状も不均一になり、ビアホールの形状が不均一にな
って、導電性メッキ処理が良好に行われない場合があ
る。そこで、レーザ光を開口部（貫通穴）を形成したマ
スクに照射し、開口部を通過した外形形状が均一のレー
ザ光を用いて加工をする。
像レンズにより集光してビアホールを加工する場合が増
加している。レーザ発振器から発振されたレーザ光の光
軸と直角な方向の形状（以下、外形形状という。）が不
均一であると、集光されたレーザ光（レーザスポット）
の形状も不均一になり、ビアホールの形状が不均一にな
って、導電性メッキ処理が良好に行われない場合があ
る。そこで、レーザ光を開口部（貫通穴）を形成したマ
スクに照射し、開口部を通過した外形形状が均一のレー
ザ光を用いて加工をする。
【０００４】ところで、出力が大きいＣＯ2レーザを用
いると、加工能率を向上させることができる。しかし、
ＣＯ2レーザは、光の強度（エネルギ）分布（以下、ビ
ームモードという。）がガウス分布であるため、中央部
のエネルギが周辺部に比べて大きい。このため、加工エ
ネルギの閾値をレーザスポットの中央付近に設定する
と、ビアホールのエッジ部ではエネルギ不足となり、断
面の形状がすり鉢状になる。このため、信頼性のある導
電性メッキ処理ができない。一方、加工エネルギの閾値
を光の強度が小さいレーザスポットの周辺部に設定する
と、ビアホールの側面を垂直面に近いものとすることは
できるが、中央部のエネルギが過大になり、内層銅箔が
焼けたり、貫通穴が空いてしまい、信頼性のある導電性
メッキ処理ができない。
いると、加工能率を向上させることができる。しかし、
ＣＯ2レーザは、光の強度（エネルギ）分布（以下、ビ
ームモードという。）がガウス分布であるため、中央部
のエネルギが周辺部に比べて大きい。このため、加工エ
ネルギの閾値をレーザスポットの中央付近に設定する
と、ビアホールのエッジ部ではエネルギ不足となり、断
面の形状がすり鉢状になる。このため、信頼性のある導
電性メッキ処理ができない。一方、加工エネルギの閾値
を光の強度が小さいレーザスポットの周辺部に設定する
と、ビアホールの側面を垂直面に近いものとすることは
できるが、中央部のエネルギが過大になり、内層銅箔が
焼けたり、貫通穴が空いてしまい、信頼性のある導電性
メッキ処理ができない。
【０００５】そこで、特開平１１−２５４１７１号公報
（以下、第１の従来技術という。）では位相フィルタを
用ることにより、また、特開平１０−１５３７５０号公
報（以下、第２の従来技術という。）では強度変換レン
ズと位相整合レンズを用いることにより、また、特開平
１１−２７７２７９（以下、第３の従来技術という。）
ではカライド反射鏡を用ることにより、それぞれビーム
モードを、強度が均一なトップハット分布に変換してい
る。
（以下、第１の従来技術という。）では位相フィルタを
用ることにより、また、特開平１０−１５３７５０号公
報（以下、第２の従来技術という。）では強度変換レン
ズと位相整合レンズを用いることにより、また、特開平
１１−２７７２７９（以下、第３の従来技術という。）
ではカライド反射鏡を用ることにより、それぞれビーム
モードを、強度が均一なトップハット分布に変換してい
る。
【０００６】一方、特開平１０−１０９１８６号公報
（以下、第４の従来技術という。）では、ビアホールの
側面を傾斜面にするため、遮光体を設けている。
（以下、第４の従来技術という。）では、ビアホールの
側面を傾斜面にするため、遮光体を設けている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記第１、第
２の従来技術は、製作費が高価になる。また、第３の従
来技術は、多重反射によってエネルギが損失し、加工効
率が低下する。また、第４の従来技術は、ビームモード
がガウス分布のレーザ光を用いてビアホールの壁面を垂
直面に近付けることについては示唆されていないし、エ
ネルギ効率も低い。
２の従来技術は、製作費が高価になる。また、第３の従
来技術は、多重反射によってエネルギが損失し、加工効
率が低下する。また、第４の従来技術は、ビームモード
がガウス分布のレーザ光を用いてビアホールの壁面を垂
直面に近付けることについては示唆されていないし、エ
ネルギ効率も低い。
【０００８】本発明の目的は、上記従来技術における課
題を解決し、低コストで、ガウス分布のビームモードを
トップハット分布のビームモードに変換することがで
き、かつエネルギ効率に優れるレーザ加工装置を提供す
るにある。
題を解決し、低コストで、ガウス分布のビームモードを
トップハット分布のビームモードに変換することがで
き、かつエネルギ効率に優れるレーザ加工装置を提供す
るにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明は、レーザ光を発振するレーザ発振器と、前
記レーザ光のビーム径を整形するための開口部が形成さ
れたマスクと、整形された前記レーザ光を被加工物上に
集光する加工レンズとを備えるレーザ加工装置におい
て、前記マスクと前記加工レンズとの間の光路に、第２
のマスクを配置することを特徴とする。
め、本発明は、レーザ光を発振するレーザ発振器と、前
記レーザ光のビーム径を整形するための開口部が形成さ
れたマスクと、整形された前記レーザ光を被加工物上に
集光する加工レンズとを備えるレーザ加工装置におい
て、前記マスクと前記加工レンズとの間の光路に、第２
のマスクを配置することを特徴とする。
【００１０】この場合、前記第１のマスクの開口部を円
形とし、前記第２のマスクの直径を、前記第１のマスク
の開口部を通過した前記レーザ光の−ｍ次回折光（ただ
し、ｍは正の整数）の強度がピーク値になる位置から＋
ｍ次回折光の強度がピーク値になる位置までの距離に略
等しくすると、より効果的である。
形とし、前記第２のマスクの直径を、前記第１のマスク
の開口部を通過した前記レーザ光の−ｍ次回折光（ただ
し、ｍは正の整数）の強度がピーク値になる位置から＋
ｍ次回折光の強度がピーク値になる位置までの距離に略
等しくすると、より効果的である。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下、本発明を図示の実施の形態
に基づいて説明する。
に基づいて説明する。
【００１２】図１は本発明に係るレーザ加工装置の構成
を示す斜視図であり、図２は図１の側面図である。ま
た、図３はマスクの正面図であり、図４はビームモード
変換手段の正面図である。
を示す斜視図であり、図２は図１の側面図である。ま
た、図３はマスクの正面図であり、図４はビームモード
変換手段の正面図である。
【００１３】レーザ光２を発振するＣＯ2レーザ発振器
１の光軸Ｐ上には、レンズ１２、１３、１４から構成さ
れるビーム径変換手段３と、マスク４と、ビームモード
変換手段５と、第１のガルバノミラー７と第２のガルバ
ノミラー８とからなるビームスキャナ６と、ｆθレンズ
９とが配置されている。マスク４は、図３に示すよう
に、回転の軸心Ｏを中心とする円周上に、直径の異なる
複数の貫通穴Ｈｉ（ただし、ｉ＝１〜７）を配置した円
板である。ビームモード変換手段５は、図４に示すよう
に、調整つまみ５ａを矢印円周方向に移動させると、総
てのピース５ｂが同時に移動して、穴５ｃの直径ｄを連
続的に変化させることができる、いわゆる虹彩絞り（以
下、虹彩絞り５という。）である。なお、同図（ａ）は
直径ｄを大きくした場合を、同図（ｂ）は直径ｄを小さ
くした場合を、それぞれ示している。
１の光軸Ｐ上には、レンズ１２、１３、１４から構成さ
れるビーム径変換手段３と、マスク４と、ビームモード
変換手段５と、第１のガルバノミラー７と第２のガルバ
ノミラー８とからなるビームスキャナ６と、ｆθレンズ
９とが配置されている。マスク４は、図３に示すよう
に、回転の軸心Ｏを中心とする円周上に、直径の異なる
複数の貫通穴Ｈｉ（ただし、ｉ＝１〜７）を配置した円
板である。ビームモード変換手段５は、図４に示すよう
に、調整つまみ５ａを矢印円周方向に移動させると、総
てのピース５ｂが同時に移動して、穴５ｃの直径ｄを連
続的に変化させることができる、いわゆる虹彩絞り（以
下、虹彩絞り５という。）である。なお、同図（ａ）は
直径ｄを大きくした場合を、同図（ｂ）は直径ｄを小さ
くした場合を、それぞれ示している。
【００１４】被加工物１０はＸＹステージ１１に載置さ
れている。ＸＹステージ１１は、図示を省略する移動手
段により、矢印で示すＸ、Ｙ方向に移動自在である。
れている。ＸＹステージ１１は、図示を省略する移動手
段により、矢印で示すＸ、Ｙ方向に移動自在である。
【００１５】ビーム径変換手段駆動機構１５、マスク開
口径切替駆動機構１６およびビームモード変換手段駆動
機構１７は制御装置１８に接続されている。
口径切替駆動機構１６およびビームモード変換手段駆動
機構１７は制御装置１８に接続されている。
【００１６】次に、本発明の原理を説明する。
【００１７】図５は、本発明の原理を説明するための図
であり、（ａ）はマスク４、虹彩絞り５および被加工物
１０の相対位置を示す図である。また、（ｂ）〜（ｄ）
は、マスク４、虹彩絞り５および被加工物１０のレーザ
光２が入射する側の表面におけるビームモードを示す図
であり、横軸は光軸Ｐからの距離、縦軸は光強度であ
る。ここで、マスク４とｆθレンズ９の距離をＬ１、ｆ
θレンズ９と被加工物１０の距離をＬ２、マスク４と虹
彩絞り５の距離をＬ３、マスク４に設けられた貫通穴Ｈ
ｉの穴径をＤ1、虹彩絞り５の穴径をｄ、被加工物１０
に結像したレーザスポットの直径をＤ2、ｆθレンズ９
の焦点距離をｆとすると、Ｌ１、Ｌ２およびｆが式１の
関係にあるとき、すなわち、光軸Ｐ上に中心が配置され
た貫通穴Ｈｉの像を被加工物１０の表面に結像させた場
合、レーザスポットの直径Ｄ2は式２で表される。
であり、（ａ）はマスク４、虹彩絞り５および被加工物
１０の相対位置を示す図である。また、（ｂ）〜（ｄ）
は、マスク４、虹彩絞り５および被加工物１０のレーザ
光２が入射する側の表面におけるビームモードを示す図
であり、横軸は光軸Ｐからの距離、縦軸は光強度であ
る。ここで、マスク４とｆθレンズ９の距離をＬ１、ｆ
θレンズ９と被加工物１０の距離をＬ２、マスク４と虹
彩絞り５の距離をＬ３、マスク４に設けられた貫通穴Ｈ
ｉの穴径をＤ1、虹彩絞り５の穴径をｄ、被加工物１０
に結像したレーザスポットの直径をＤ2、ｆθレンズ９
の焦点距離をｆとすると、Ｌ１、Ｌ２およびｆが式１の
関係にあるとき、すなわち、光軸Ｐ上に中心が配置され
た貫通穴Ｈｉの像を被加工物１０の表面に結像させた場
合、レーザスポットの直径Ｄ2は式２で表される。
【００１８】
【数１】 ＣＯ2レーザ発振器１から発振されたレーザ光２のビー
ムモードは、ガウス分布である。レーザ光２は、ビーム
径変換手段３により、ビーム径を拡大または縮小されて
ビーム径Φ2になるが、ビームモードは変化せず、同図
（ｂ）に示すように、マスク４の表面におけるビームモ
ードはガウス分布である。
ムモードは、ガウス分布である。レーザ光２は、ビーム
径変換手段３により、ビーム径を拡大または縮小されて
ビーム径Φ2になるが、ビームモードは変化せず、同図
（ｂ）に示すように、マスク４の表面におけるビームモ
ードはガウス分布である。
【００１９】マスク４の貫通穴Ｈｉを通過したレーザ光
２は回折により角度θで広がると共に、０次光に加え、
回折による干渉により、回折光（±１次光、±２次光、
…、±ｍ次光、…）が発生する。角度θは、レーザ光２
の波長をλとすると、式３で表すことができる。なお、
式３における係数ａはビーム径φ２により異なるが、
２．４程度の値である。
２は回折により角度θで広がると共に、０次光に加え、
回折による干渉により、回折光（±１次光、±２次光、
…、±ｍ次光、…）が発生する。角度θは、レーザ光２
の波長をλとすると、式３で表すことができる。なお、
式３における係数ａはビーム径φ２により異なるが、
２．４程度の値である。
【００２０】
【数２】 この結果、虹彩絞り５の表面におけるビームモードは、
同図（ｃ）に示すように、波形になる。回折光のピーク
値は高次になるにしたがって小さくなり、マスク４の貫
通穴Ｈｉが円である場合、回折光の中で最もピーク値が
高い±１次回折光でも、強度は０次光の１.８％程度で
ある。しかし、後述するように、虹彩絞り５の直径ｄを
適切に設定すると、同図（ｄ）に示すように、結像位置
のビームモードを強度が均一なトップハット分布に変え
ることができる。
同図（ｃ）に示すように、波形になる。回折光のピーク
値は高次になるにしたがって小さくなり、マスク４の貫
通穴Ｈｉが円である場合、回折光の中で最もピーク値が
高い±１次回折光でも、強度は０次光の１.８％程度で
ある。しかし、後述するように、虹彩絞り５の直径ｄを
適切に設定すると、同図（ｄ）に示すように、結像位置
のビームモードを強度が均一なトップハット分布に変え
ることができる。
【００２１】次に、虹彩絞り５の直径ｄの設定手順を説
明する。
明する。
【００２２】図６は、虹彩絞り５の直径ｄを変化させた
場合の結像位置におけるビームモードの代表的な測定結
果を示す図である。なお、同図（ａ）は、虹彩絞り５の
レーザ光２が入射する側のビームモードであり、図５
（ｃ）と同じである。
場合の結像位置におけるビームモードの代表的な測定結
果を示す図である。なお、同図（ａ）は、虹彩絞り５の
レーザ光２が入射する側のビームモードであり、図５
（ｃ）と同じである。
【００２３】虹彩絞り５の半径ｒ（ただし、ｒ＝ｄ／２
である。）を０次光の外縁近傍（同図（ａ）の横軸にお
けるの位置。以下、単に図中〜の位置という。）
にすると、同図（ｂ）に示すように、ビームモードはガ
ウス分布になる。また、半径ｒを０次光の外縁（図中の
の位置）にすると、同図（ｃ）に示すように、ビーム
モードはガウス分布になる。また、半径ｒを１次回折光
がピーク値になる位置（図中のの位置）にすると、同
図（ｄ）に示すように、ビームモードはトップハット分
布になる。また、半径ｒを１次光の外縁（図中のの位
置）にすると、同図（ｅ）に示すように、ビームモード
は中央部の強度が小さい分布になる。また、半径ｒを２
次回折光がピーク値になる位置（図中のの位置）にす
ると、同図（ｆ）に示すように、ビームモードはトップ
ハット分布になる。また、半径ｒを２次回折光の外縁
（図中のの位置）にすると、同図（ｇ）に示すよう
に、ビームモードは中央部と周辺部の強度が大きい分布
になる。
である。）を０次光の外縁近傍（同図（ａ）の横軸にお
けるの位置。以下、単に図中〜の位置という。）
にすると、同図（ｂ）に示すように、ビームモードはガ
ウス分布になる。また、半径ｒを０次光の外縁（図中の
の位置）にすると、同図（ｃ）に示すように、ビーム
モードはガウス分布になる。また、半径ｒを１次回折光
がピーク値になる位置（図中のの位置）にすると、同
図（ｄ）に示すように、ビームモードはトップハット分
布になる。また、半径ｒを１次光の外縁（図中のの位
置）にすると、同図（ｅ）に示すように、ビームモード
は中央部の強度が小さい分布になる。また、半径ｒを２
次回折光がピーク値になる位置（図中のの位置）にす
ると、同図（ｆ）に示すように、ビームモードはトップ
ハット分布になる。また、半径ｒを２次回折光の外縁
（図中のの位置）にすると、同図（ｇ）に示すよう
に、ビームモードは中央部と周辺部の強度が大きい分布
になる。
【００２４】そして、以上をまとめると、ビームモード
がトップハット分布になるのは、直径ｄを−ｍ次（ただ
し、ｍは正の整数。）回折光のピーク値から＋ｍ次回折
光のピーク値までの距離に略等しく設定した場合であ
る。なお、ｍ次の回折光がピーク値となる位置（半径
ｒ）は式４で求められ、係数ｋは、ｍ＝±１の場合（す
なわち±１次回折光の場合）約５．３であり、ｍ＝±２
の場合（すなわち±２次回折光の場合）は約８．５であ
る。
がトップハット分布になるのは、直径ｄを−ｍ次（ただ
し、ｍは正の整数。）回折光のピーク値から＋ｍ次回折
光のピーク値までの距離に略等しく設定した場合であ
る。なお、ｍ次の回折光がピーク値となる位置（半径
ｒ）は式４で求められ、係数ｋは、ｍ＝±１の場合（す
なわち±１次回折光の場合）約５．３であり、ｍ＝±２
の場合（すなわち±２次回折光の場合）は約８．５であ
る。
【００２５】
【数３】 距離Ｌ３は固定値にすることができ、また、レーザ発振
器１が決まると、波長λが決まる。したがって、マスク
４の貫通穴Ｈｉの径Ｄ1を決めると、直径ｄは式４によ
り直ちに求めることができる。
器１が決まると、波長λが決まる。したがって、マスク
４の貫通穴Ｈｉの径Ｄ1を決めると、直径ｄは式４によ
り直ちに求めることができる。
【００２６】次に、本発明の動作を詳細に述べる。
【００２７】制御装置１８は、加工しようとするビアホ
ールの直径に応じて、使用する貫通穴Ｈｉを決定し、決
定した結果を、ビーム径変換手段駆動機構１５、マスク
開口径切替駆動機構１６およびビームモード変換手段駆
動機構１７に出力する。すると、ビーム径変換手段駆動
機構１５は、レーザ光２のビーム径が貫通穴Ｈｉより大
径になるように、レンズ１２、１３、１４の間隔ｔ１、
ｔ２を変える。また、マスク開口径切替駆動機構１６
は、指令された貫通穴Ｈｉの中心がレーザ光２の光軸Ｐ
に一致するようにマスク４を位置決めする。また、ビー
ムモード変換手段駆動機構１７は、直径ｄを、式４で求
めたた大きさに設定する。
ールの直径に応じて、使用する貫通穴Ｈｉを決定し、決
定した結果を、ビーム径変換手段駆動機構１５、マスク
開口径切替駆動機構１６およびビームモード変換手段駆
動機構１７に出力する。すると、ビーム径変換手段駆動
機構１５は、レーザ光２のビーム径が貫通穴Ｈｉより大
径になるように、レンズ１２、１３、１４の間隔ｔ１、
ｔ２を変える。また、マスク開口径切替駆動機構１６
は、指令された貫通穴Ｈｉの中心がレーザ光２の光軸Ｐ
に一致するようにマスク４を位置決めする。また、ビー
ムモード変換手段駆動機構１７は、直径ｄを、式４で求
めたた大きさに設定する。
【００２８】この結果、ＣＯ2レーザ発振器１から発振
されたレーザ光２は、ビーム径変換手段３でマスク４の
開口径よりもやや大きいにビーム径Φ2に変換され、マ
スク４、虹彩絞り５の順に透過する。虹彩絞り５を透過
したレーザ光２はガルバノミラー７とガルバノミラー８
で光路を曲げられ、ｆθレンズ９により集光されてＸＹ
ステージ１１上の被加工物１０に照射される。
されたレーザ光２は、ビーム径変換手段３でマスク４の
開口径よりもやや大きいにビーム径Φ2に変換され、マ
スク４、虹彩絞り５の順に透過する。虹彩絞り５を透過
したレーザ光２はガルバノミラー７とガルバノミラー８
で光路を曲げられ、ｆθレンズ９により集光されてＸＹ
ステージ１１上の被加工物１０に照射される。
【００２９】制御装置１８は、レーザ光２を、ガルバノ
ミラー７によりＸ軸方向に、また、ガルバノミラー８に
よりＹ軸方向に位置決めして、ｆθレンズ９に対応する
被加工領域内のビアホールの加工を行い、当該領域の加
工が終了すると、ＸＹステージ１１を移動させ、次の被
加工領域をｆθレンズ９に対して位置決めする。
ミラー７によりＸ軸方向に、また、ガルバノミラー８に
よりＹ軸方向に位置決めして、ｆθレンズ９に対応する
被加工領域内のビアホールの加工を行い、当該領域の加
工が終了すると、ＸＹステージ１１を移動させ、次の被
加工領域をｆθレンズ９に対して位置決めする。
【００３０】以上説明したように、本発明によれば、開
口（上記では虹彩絞り５の開口）という簡単な構造部材
を用いて、結像位置におけるビームモードを光強度が均
一なトップハット分布にすることができる。したがっ
て、加工精度と信頼性が高いビアホールを加工すること
ができる。
口（上記では虹彩絞り５の開口）という簡単な構造部材
を用いて、結像位置におけるビームモードを光強度が均
一なトップハット分布にすることができる。したがっ
て、加工精度と信頼性が高いビアホールを加工すること
ができる。
【００３１】なお、上記実施の形態では、ビームモード
変換手段として虹彩絞り５を用いたが、通常、ビアホー
ルの直径は数種類程度であるから、マスク４と同じ構
造、すなわち、円板に複数の貫通穴を形成した構造にし
てもよい。また、マスク４を虹彩絞り５と同様の虹彩絞
りにしてもよい。
変換手段として虹彩絞り５を用いたが、通常、ビアホー
ルの直径は数種類程度であるから、マスク４と同じ構
造、すなわち、円板に複数の貫通穴を形成した構造にし
てもよい。また、マスク４を虹彩絞り５と同様の虹彩絞
りにしてもよい。
【００３２】また、上記の実施の形態では、ｆθレンズ
９を固定しておき、ガルバノミラー７とガルバノミラー
８を移動させることによって、ｆθレンズ９に対応する
領域内のビアホールを加工した後、ＸＹステージ１１移
動させるようにしたが、図７に示すように、ビームスキ
ャナ６に代えて固定のミラー２１を、またｆθレンズ９
に代えて加工レンズ２２を設け、１個のビアホールを加
工する毎にＸＹステージ１１を移動させるようにしても
よい。
９を固定しておき、ガルバノミラー７とガルバノミラー
８を移動させることによって、ｆθレンズ９に対応する
領域内のビアホールを加工した後、ＸＹステージ１１移
動させるようにしたが、図７に示すように、ビームスキ
ャナ６に代えて固定のミラー２１を、またｆθレンズ９
に代えて加工レンズ２２を設け、１個のビアホールを加
工する毎にＸＹステージ１１を移動させるようにしても
よい。
【００３３】さらに、図８に示すように、図７における
加工レンズ２２に代えて光を分岐する機能を有する多焦
点レンズ２３を設け、レーザ光２を、多焦点レンズ２３
で分割すると、１回の照射で、品質の優れる複数のビア
ホールを同時に加工することができる。なお、多焦点レ
ンズ２３は回折光学素子等により光の位相を制御するこ
とで実現できる。
加工レンズ２２に代えて光を分岐する機能を有する多焦
点レンズ２３を設け、レーザ光２を、多焦点レンズ２３
で分割すると、１回の照射で、品質の優れる複数のビア
ホールを同時に加工することができる。なお、多焦点レ
ンズ２３は回折光学素子等により光の位相を制御するこ
とで実現できる。
【００３４】また、上記ではＣＯ2レーザについて説明
したが、本発明を、ＹＡＧレーザ、エキシマレーザ、ル
ビーレーザ等の他のレーザにも適用することができる。
したが、本発明を、ＹＡＧレーザ、エキシマレーザ、ル
ビーレーザ等の他のレーザにも適用することができる。
【００３５】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ビームモード変換手段手段として開口という簡単な構造
部材を用いることにより、結像位置でのビームモードを
均一にすることができるから、品質に優れるビアホール
を加工することができる。また、設備費が安価であるだ
けでなく、エネルギ効率に優れるから、ランニングコス
トも低減することができる。
ビームモード変換手段手段として開口という簡単な構造
部材を用いることにより、結像位置でのビームモードを
均一にすることができるから、品質に優れるビアホール
を加工することができる。また、設備費が安価であるだ
けでなく、エネルギ効率に優れるから、ランニングコス
トも低減することができる。
【図１】本発明に係るレーザ加工装置の構成を示す斜視
図である。
図である。
【図２】図１の側面図である。
【図３】本発明に係るマスク４の正面図である。
【図４】本発明に係るビームモード変換手段５の正面図
である。
である。
【図５】本発明の原理を説明ための図である。
【図６】虹彩絞り５の直径ｄを変化させた場合の結像位
置におけるビームモードの代表的な測定結果を示す図で
ある。
置におけるビームモードの代表的な測定結果を示す図で
ある。
【図７】本発明を応用したレーザ加工装置の構成を示す
側面図である。
側面図である。
【図８】本発明を応用したレーザ加工装置の構成を示す
側面図である。
側面図である。
１ ＣＯ2レーザ発振器 ２ レーザ光 ４ マスク ５ 虹彩絞り ９ 加工レンズ
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成１２年１２月６日（２０００．１２．
６）
６）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１３】レーザ光２を発振するＣＯ2レーザ発振器
１の光軸Ｐ上には、レンズ１２、１３、１４から構成さ
れるビーム径変換手段３と、マスク４と、ビームモード
変換手段５と、第１のガルバノミラー７と第２のガルバ
ノミラー８とからなるビームスキャナ６と、加工レンズ
（ｆθレンズ）９とが配置されている。マスク４は、図
３に示すように、回転の軸心Ｏを中心とする円周上に、
直径の異なる複数の貫通穴Ｈｉ（ただし、ｉ＝１〜７）
を配置した円板である。ビームモード変換手段５は、図
４に示すように、調整つまみ５ａを矢印円周方向に移動
させると、総てのピース５ｂが同時に移動して、穴５ｃ
の直径ｄを連続的に変化させることができる、いわゆる
虹彩絞り（以下、虹彩絞り５という。）である。なお、
同図（ａ）は直径ｄを大きくした場合を、同図（ｂ）は
直径ｄを小さくした場合を、それぞれ示している。
１の光軸Ｐ上には、レンズ１２、１３、１４から構成さ
れるビーム径変換手段３と、マスク４と、ビームモード
変換手段５と、第１のガルバノミラー７と第２のガルバ
ノミラー８とからなるビームスキャナ６と、加工レンズ
（ｆθレンズ）９とが配置されている。マスク４は、図
３に示すように、回転の軸心Ｏを中心とする円周上に、
直径の異なる複数の貫通穴Ｈｉ（ただし、ｉ＝１〜７）
を配置した円板である。ビームモード変換手段５は、図
４に示すように、調整つまみ５ａを矢印円周方向に移動
させると、総てのピース５ｂが同時に移動して、穴５ｃ
の直径ｄを連続的に変化させることができる、いわゆる
虹彩絞り（以下、虹彩絞り５という。）である。なお、
同図（ａ）は直径ｄを大きくした場合を、同図（ｂ）は
直径ｄを小さくした場合を、それぞれ示している。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２７
【補正方法】変更
【補正内容】
【００２７】制御装置１８は、加工しようとするビアホ
ールの直径に応じて、使用する貫通穴Ｈｉを決定し、決
定した結果を、ビーム径変換手段駆動機構１５、マスク
開口径切替駆動機構１６およびビームモード変換手段駆
動機構１７に出力する。すると、ビーム径変換手段駆動
機構１５は、レーザ光２のビーム径が貫通穴Ｈｉより大
径になるように、レンズ１２、１３、１４の間隔ｔ１、
ｔ２を変える。また、マスク開口径切替駆動機構１６
は、指令された貫通穴Ｈｉの中心がレーザ光２の光軸Ｐ
に一致するようにマスク４を位置決めする。また、ビー
ムモード変換手段駆動機構１７は、直径ｄを、式４で求
めた大きさに設定する。
ールの直径に応じて、使用する貫通穴Ｈｉを決定し、決
定した結果を、ビーム径変換手段駆動機構１５、マスク
開口径切替駆動機構１６およびビームモード変換手段駆
動機構１７に出力する。すると、ビーム径変換手段駆動
機構１５は、レーザ光２のビーム径が貫通穴Ｈｉより大
径になるように、レンズ１２、１３、１４の間隔ｔ１、
ｔ２を変える。また、マスク開口径切替駆動機構１６
は、指令された貫通穴Ｈｉの中心がレーザ光２の光軸Ｐ
に一致するようにマスク４を位置決めする。また、ビー
ムモード変換手段駆動機構１７は、直径ｄを、式４で求
めた大きさに設定する。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３５
【補正方法】変更
【補正内容】
【００３５】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ビームモード変換手段として開口という簡単な構造部材
を用いることにより、結像位置でのビームモードを均一
にすることができるから、品質に優れるビアホールを加
工することができる。また、設備費が安価であるだけで
なく、エネルギ効率に優れるから、ランニングコストも
低減することができる。
ビームモード変換手段として開口という簡単な構造部材
を用いることにより、結像位置でのビームモードを均一
にすることができるから、品質に優れるビアホールを加
工することができる。また、設備費が安価であるだけで
なく、エネルギ効率に優れるから、ランニングコストも
低減することができる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】図５
【補正方法】変更
【補正内容】
【図５】本発明の原理を説明するための図である。
【手続補正５】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図５
【補正方法】変更
【補正内容】
【図５】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 青山 博志 神奈川県海老名市上今泉2100番地 日立ビ アメカニクス株式会社内 Ｆターム(参考） 4E068 AF00 CB08 CD05 CD10 DA11 DB14
Claims (3)
- 【請求項１】 レーザ光を発振するレーザ発振器と、前
記レーザ光のビーム径を整形するための開口部が形成さ
れたマスクと、整形された前記レーザ光を被加工物上に
集光する加工レンズとを備えるレーザ加工装置におい
て、前記マスクと前記加工レンズとの間の光路に、第２
のマスクを配置することを特徴とするレーザ加工装置。 - 【請求項２】 前記第２のマスクの開口部を、前記第１
のマスクの開口部と略相似形で、前記第１のマスクの前
記開口部よりも広くすることを特徴とする請求項１に記
載のレーザ加工装置。 - 【請求項３】 前記第１のマスクの開口部を円形とし、
前記第２のマスクの直径を、前記第１のマスクの開口部
を通過した前記レーザ光の−ｍ次回折光（ただし、ｍは
正の整数）の強度がピーク値になる位置から＋ｍ次回折
光の強度がピーク値になる位置までの距離に略等しくす
ることを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000318174A JP2002120080A (ja) | 2000-10-18 | 2000-10-18 | レーザ加工装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000318174A JP2002120080A (ja) | 2000-10-18 | 2000-10-18 | レーザ加工装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002120080A true JP2002120080A (ja) | 2002-04-23 |
Family
ID=18796839
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000318174A Pending JP2002120080A (ja) | 2000-10-18 | 2000-10-18 | レーザ加工装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002120080A (ja) |
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2004020140A1 (ja) * | 2002-08-30 | 2004-03-11 | Sumitomo Heavy Industries, Ltd. | レーザ加工方法及び加工装置 |
| JP2006013004A (ja) * | 2004-06-23 | 2006-01-12 | Murata Mfg Co Ltd | 板状部材の分割方法および該分割方法を用いて製造された基板 |
| EP1758216A1 (de) * | 2005-08-26 | 2007-02-28 | Trumpf Laser- und Systemtechnik GmbH | Zweistufige Blende für einen Laserstrahl |
| US7348517B2 (en) * | 2004-08-05 | 2008-03-25 | Fanuc Ltd | Laser cutting apparatus with a high quality laser beam |
| US7402772B2 (en) | 2002-08-30 | 2008-07-22 | Sumitomo Heavy Industries, Ltd. | Laser processing method and processing device |
| JP2009501088A (ja) * | 2005-07-15 | 2009-01-15 | エレクトロ サイエンティフィック インダストリーズ インコーポレーテッド | レーザリンク処理システムの加工レーザビームの歪みを抑制する方法 |
| JP2009107011A (ja) * | 2007-11-01 | 2009-05-21 | Sumitomo Heavy Ind Ltd | レーザ加工装置及びレーザ加工方法 |
| US8435437B2 (en) | 2009-09-04 | 2013-05-07 | Abbott Cardiovascular Systems Inc. | Setting laser power for laser machining stents from polymer tubing |
| KR20150121334A (ko) * | 2014-04-18 | 2015-10-29 | 한국기계연구원 | 멀티 모달 레이저 가공 장치 |
| DE102015004646A1 (de) * | 2015-04-15 | 2016-10-20 | Jenoptik Optical Systems Gmbh | Verfahren und Vorrichtung zum Erzeugen eines Lichtpunkts |
| CN111451629A (zh) * | 2020-04-20 | 2020-07-28 | 中国科学院合肥物质科学研究院 | 一种准分子激光后端光路系统 |
-
2000
- 2000-10-18 JP JP2000318174A patent/JP2002120080A/ja active Pending
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| US7402772B2 (en) | 2002-08-30 | 2008-07-22 | Sumitomo Heavy Industries, Ltd. | Laser processing method and processing device |
| WO2004020140A1 (ja) * | 2002-08-30 | 2004-03-11 | Sumitomo Heavy Industries, Ltd. | レーザ加工方法及び加工装置 |
| CN100391679C (zh) * | 2002-08-30 | 2008-06-04 | 住友重机械工业株式会社 | 激光加工方法及加工装置 |
| JP2006013004A (ja) * | 2004-06-23 | 2006-01-12 | Murata Mfg Co Ltd | 板状部材の分割方法および該分割方法を用いて製造された基板 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20050331 |
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| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20070823 |
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| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20070904 |
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| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20080108 |