JP2004337943A - レーザ加工装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】レーザ光源、走査光学系、加工レンズ等の異常を容易に検出することができるレーザ加工装置を提供する。
【解決手段】レーザ加工装置は、加工対象物5を保持するステージ6と、レーザビームを出射するレーザ光源1と、前記レーザ光源から出射したレーザビームの進行方向を振る走査光学系3と、前記走査光学系から出射したレーザビームを、前記ステージ6に保持された加工対象物5の表面に集光させるレンズ4と、前記加工対象物が加工されるときに、レーザビームが前記レンズの出射側の表面のうち、第1の領域内の一部を通過し、該第1の領域以外の第2の領域を通過しないように、前記走査光学系を制御する制御装置10と、前記レンズの前記第2の領域を通過したレーザビームの光路上に設置され、入射するレーザビームの強度を測定することができるモニタ7とを有する。
【選択図】 図1
【解決手段】レーザ加工装置は、加工対象物5を保持するステージ6と、レーザビームを出射するレーザ光源1と、前記レーザ光源から出射したレーザビームの進行方向を振る走査光学系3と、前記走査光学系から出射したレーザビームを、前記ステージ6に保持された加工対象物5の表面に集光させるレンズ4と、前記加工対象物が加工されるときに、レーザビームが前記レンズの出射側の表面のうち、第1の領域内の一部を通過し、該第1の領域以外の第2の領域を通過しないように、前記走査光学系を制御する制御装置10と、前記レンズの前記第2の領域を通過したレーザビームの光路上に設置され、入射するレーザビームの強度を測定することができるモニタ7とを有する。
【選択図】 図1
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザ加工装置に関し、特に、レーザビームの強度測定機構を有するレーザ加工装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
プリント配線板の穴開け加工等に、レーザ加工装置が用いられている。加工品質を安定させるために、レーザ光源から出射されたレーザビームの強度(あるいは、所定の時間出射されたレーザビームのエネルギ)を測定したいという要求がある。
【0003】
例えば、特許文献1、2には、レーザ光源から出射したパルスレーザビームがガルバノスキャナや加工レンズに入射する手前に透過型の折り返しミラーを設け、折り返しミラーを透過したレーザビームをパワーメータに入射させ、パルスエネルギを測定する技術が開示されている。
【0004】
また、操業前に、チャックプレートに設けられたパワーメータにレーザビームを入射させ、被加工面上におけるレーザビームの強度を計測することが、当業者に広く行われている。
【0005】
【特許文献1】
特開平9−253878号公報
【特許文献2】
特開平9−308977号公報
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
レーザ光源、ガルバノスキャナ、加工レンズ等の経時的な劣化等の異常により、被加工面に照射されるレーザビームの強度が低下してしまうことがある。そのまま加工を継続させると、不良品が下工程に流れてしまうこととなり、好ましくない。
【0007】
特許文献1、2に開示されている技術では、ガルバノスキャナや加工レンズに入射する手前のレーザビームについて検査を行っている。したがって、加工レンズやガルバノスキャナの異常によって引き起こされた強度の低下を検出することができない。
【0008】
チャックプレートに設置されたパワーメータで強度を測定するときには、ステージを移動させて、レーザビームが照射される位置までパワーメータを移動させなければならず、時間がかかる。
【0009】
また、多軸のレーザ加工装置において、各軸の被加工面におけるレーザビームのパワーのバランスを検査したいという要求もある。
【0010】
本発明の一目的は、レーザ光源、ガルバノスキャナ、加工レンズ等の光学系の異常を容易に検出することができるレーザ加工装置を提供することである。
【0011】
本発明の他の目的は、レーザ光源、ガルバノスキャナ、加工レンズ等の光学系に異常が検出された場合に、加工を停止することができるレーザ加工装置を提供することである。
【0012】
本発明の他の目的は、多軸のレーザ加工装置において、各軸のレーザビームのパワーのバランスを容易に検査することができるレーザ加工装置を提供することである。
【0013】
【課題を解決するための手段】
本発明の一観点によれば、加工対象物を保持するステージと、レーザビームを出射するレーザ光源と、前記レーザ光源から出射したレーザビームの進行方向を振る走査光学系と、前記走査光学系から出射したレーザビームを、前記ステージに保持された加工対象物の表面に集光させるレンズと、前記加工対象物が加工されるときに、レーザビームが前記レンズの出射側の表面のうち、第1の領域内の一部を通過し、該第1の領域以外の第2の領域を通過しないように、前記走査光学系を制御する制御装置と、前記レンズの前記第2の領域を通過したレーザビームの光路上に設置され、入射するレーザビームの強度を測定することができるモニタとを有するレーザ加工装置が提供される。
【0014】
加工レンズを通過したレーザビームの強度を測定するので、レーザ光源から加工レンズに至るまでの光学系の異常を容易に検出できる。加工時にはレーザビームを通過させない(つまり、加工に用いない)加工レンズの領域を有効に利用して、レーザビームの強度を測定することができる。
【0015】
本発明の他の観点によれば、加工対象物を保持するステージと、レーザビームを出射するレーザ光源と、前記レーザ光源から出射したレーザビームの進行方向を振る走査光学系と、前記走査光学系から出射したレーザビームを前記ステージに保持された加工対象物の表面に集光させるレンズと、前記レンズから出射したレーザビームの強度を測定することができるモニタと、前記モニタが測定した強度が所定の範囲から外れた場合には、前記ステージに保持された加工対象物にレーザビームが照射されないようにする制御装置とを有するレーザ加工装置が提供される。
【0016】
加工レンズを通過したレーザビームの強度を測定するので、レーザ光源から加工レンズに至るまでの光学系の異常を容易に検出できる。強度の測定値に異常が検出された場合には、加工を停止させるため、不良品が下工程に流れることを防止できる。
【0017】
本発明の他の観点によれば、レーザビームを出射するレーザ光源と、前記レーザ光源から出射したレーザビームが入射し、第1の光軸に沿って進行する第1のレーザビームと、第2の光軸に沿って進行する第2のレーザビームとを出射する分岐光学系と、前記分岐光学系から出射した第1のレーザビームの進行方向を振る第1の走査光学系と、前記第1の走査光学系から出射した第1のレーザビームを通過させる第1のレンズと、前記第1のレンズから出射した第1のレーザビームの強度を測定することができる第1のモニタと、前記分岐光学系から出射した第2のレーザビームの進行方向を振る第2の走査光学系と、前記第2の走査光学系から出射した第2のレーザビームを通過させる第2のレンズと、前記第2のレンズから出射した第2のレーザビームの強度を測定することができる第2のモニタとを有するレーザ加工装置が提供される。
【0018】
多軸のレーザ加工装置において、各軸の加工レンズから出射したレーザビームの強度を測定する。各軸で被加工面に照射される強度のバランスが適切であるかどうか検査することができる。
【0019】
【発明の実施の形態】
図1(A)に、本発明の第1の実施例によるレーザ加工装置の概略図を示す。レーザ光源1が、レーザビームを出射する。レーザ光源1として、例えば、炭酸ガスレーザ発振器、YAGレーザ発振器、半導体レーザ発振器等を用いることができる。レーザビームは、連続波であってもパルス状であってもよい。また、レーザビームの波長は、赤外線領域から紫外線領域に至るまで、任意の波長であってよい。
【0020】
レーザ光源1から出射したレーザビームが、折り返しミラー2で反射され、ガルバノスキャナ3に入射する。ガルバノスキャナ3が、レーザビームの進行方向を二次元方向に振る。コントローラ10が、ガルバノスキャナ3を制御し、レーザビームの進行方向を所望のタイミングで所望の方向に向ける。
【0021】
ガルバノスキャナ3から出射したレーザビームは、fθレンズ4により加工対象物5の表面(被加工面)に集光される。加工対象物5は、例えば、配線が形成されていないプリント配線板や、多層配線が形成されたマザーボードやパッケージボード等である。レーザビームを照射することにより、加工対象物5に穴開け加工、溝加工等の加工を行うことができる。
【0022】
加工対象物5は、XYステージ6上に保持されている。ガルバノスキャナ3でレーザビームの進行方向を振ってレーザビームを照射できる被加工面の領域の加工が終わった後は、未加工領域の加工が行えるように、XYステージ6により加工対象物5を移動させる。XYステージ6による移動を繰り返し、未加工領域を順次加工して、被加工面の全域に亘る加工を行うことができる。
【0023】
ところで、XYステージ6で未加工領域を移動させる間は、加工に使うことのできない時間となる。また、加工の開始前に加工対象物をXYステージに載置する作業の間や、操業前の時間等も、加工に使われない時間となる。図1(A)に示すレーザ加工装置は、後に詳しく説明するように、このような加工に使われない時間(非加工時間)を有効に利用して、レーザビームのパワーを測定する。
【0024】
図1(B)は、図1(A)のfθレンズ4の出射側の表面(以後出射表面と呼ぶ)を示す平面図である。出射表面11の外周は、例えば直径80mmの円周状である。
【0025】
出射表面11のうち、加工用領域12内を通過するレーザビームが、被加工面の加工に用いられる。加工時にレーザビームが通過し得る範囲は、fθレンズの出射表面11の全面ではなく、加工用領域12のみである。図1(A)のガルバノスキャナ3でレーザビームの進行方向を振ることにより、レーザビームが加工用領域12内の任意の位置を通過するようにできる。
【0026】
加工用領域12は、加工用領域12内を通過したレーザビームが照射できる被加工面の領域が、例えば、一辺50mmの正方形となるように設定される。なお、ガルバノスキャナに走査される被加工面の領域を正方形とすることにより、XYステージでの移動を繰り返して隙間なく被加工面を加工することが容易になる。
【0027】
出射表面11のうち、加工用領域12以外の領域である非加工用領域13は、加工時にレーザビームが通過しない。非加工用領域13内の適当な位置に、測定用レーザ出射位置14が画定されている。
【0028】
図1(A)に戻って説明を続ける。モニタ7が、図1(B)の測定用レーザ出射位置14から出射するレーザビームの光路上に設置されている。モニタ7はまた、図1(B)に示す加工用領域12から加工対象物5に照射されるレーザビームの光路を妨げないように設置されている。
【0029】
モニタ7は、レーザビームの強度(パワー)を測定することができる。モニタ7として、例えば、パワーメータと呼ばれるものを用いることができる。パワーメータは、例えば、レーザビームの光量を測定するホトダイオードを含んで構成される。
【0030】
図1(A)に示すレーザ加工装置を用いて、加工時には、図1(B)に示す加工用領域12を通過させたレーザビームを加工対象物5に入射させて、被加工面の加工を行うことができる。非加工時には、非加工用領域13内の適当な位置に画定した測定用レーザ出射位置14を通過させたレーザビームをモニタ7に入射させて、レーザビームの強度を測定することができる。
【0031】
以下、非加工時間にレーザビームのパワーを測定する方法について説明する。
【0032】
レーザ光源1から出射されたレーザビームが、折り返しミラー2で反射された後、fθレンズ4の測定用レーザ出射位置14から出射するようにガルバノスキャナ3に振られ、モニタ7に入射する。モニタ7は、このレーザビームのパワーを測定する。
【0033】
ところで、被加工面に照射されるレーザビームは、レーザ光源1から出射され、折り返しミラー2等からなる光学系を通り、加工レンズであるfθレンズ4を透過した後のレーザビームである。したがって、被加工面に適切なパワーでレーザビームが照射されているかどうかを判定するには、fθレンズ4を透過後のレーザビームのパワーを測定することが好ましい。
【0034】
モニタ7により測定されたパワーの値は、パーソナルコンピュータ等から構成されるコントローラ8に入力される。コントローラ8は、パワーが正常な範囲内であるか否かを判断する。パワーを所望の時間分積算してエネルギを算出し、エネルギの値が正常な範囲内か否か検査してもよい。
【0035】
fθレンズ4を出射したレーザビームのパワーが、所定の条件から外れた場合は、レーザ光源1、折り返しミラー2、ガルバノスキャナ3、fθレンズ4からなる光学系のどこかに経時的劣化等の異常が発生していることが考えられる。
【0036】
このような異常が発生すると、被加工面に適切な条件でレーザビームを照射できないため、加工される穴、溝等の品質に劣化が生じる。
【0037】
レーザビームのパワーに異常が検出された場合、コントローラ8はレーザ光源1からのレーザビームの出射を止め、加工を停止させる。不良品が下工程に流れることを防止できる。なお、レーザ光源1からのレーザビームの出射を停止させずとも、他の方法により被加工面にレーザビームが照射されないようにして加工を中止させてもよい。
【0038】
以上説明したように、図1(A)に示したレーザ加工装置においては、fθレンズ4を通過した後のレーザビームのパワーを測定することができる。パワーの測定値に基づき、レーザ光源、ガルバノスキャナ、fθレンズ等について、経時的な劣化等の異常を検出することができる。被加工面に適切な条件でレーザビームが照射されているかどうか、判断することができる。
【0039】
また、加工に使われない非加工時間を有効利用して、レーザビームのパワーの測定を行うことができる。例えば、XYステージにより未加工領域を移動させるごとに、パワーを測定することもできる。つまり、ある位置にXYステージを固定したときに、ガルバノスキャナによりレーザビームの進行方向を振って、レーザビームを照射できる被加工面の領域ごとに、被加工面に適切なパワーでレーザビームが照射されているか検査することができる。
【0040】
なお、加工時にガルバノスキャナが走査するfθレンズの出射側の表面の領域(図1(B)の加工用領域12)の形状は、加工用領域12内を通過したレーザビームが照射する被加工面の領域が、正方形以外の形状となるように設定してもかまわない。fθレンズの出射側の表面に、加工時にはガルバノスキャナに走査されない(レーザビームが通過しない)領域が存在すれば、非加工時間に、その領域にレーザビームを入射させ、そのレーザビームの光路上にモニタを設置して、パワーを測定することができる。
【0041】
なお、図2に示すように、モニタ7を移動させる出入機構30を設け、図1(B)に示す加工用領域12から出射されるレーザビームのパワーを測定することもできる。非加工時間に、出入機構30を動かして加工用領域12内にモニタ7を移動する。加工用領域12内を通過するようにレーザビームを出射させて、レーザビームのパワーを測定する。測定後は、加工に用いられる(加工用領域12から出射される)レーザビームの光路を妨げない場所に、モニタ7を出入機構30により格納すればよい。
【0042】
レーザビームのパワーを測定する例を説明したが、レーザ光源がパルスレーザビームを発振する場合であれば、パルスエネルギを測定してもよい。パルスレーザビームのパルスエネルギを所望の時間分積算し時間で割って平均パワーを求め、平均パワーの検査を行ってもよい。
【0043】
次に、図3を参照して、本発明の第2の実施例によるレーザ加工装置について説明する。本実施例のレーザ加工装置は、2軸のレーザ加工を行うことができる。
【0044】
レーザ光源1から出射したレーザビームpが、分岐光学系9に入射する。分岐光学系9は、レーザビームpを、加工光学系21へ入射するレーザビームp1と、加工光学系22へ入射するレーザビームp2の2軸に分ける。
【0045】
分岐光学系9は、例えば、エネルギ分岐方式のものである。このような分岐光学系9は、例えば、ハーフミラーを含んで構成される。
【0046】
分岐光学系9は、また例えば、レーザビームpを、ある時間帯においては加工光学系21へ入射させ、他の時間帯においては加工光学系22へ入射させる時分割方式のものでもよい。このような分岐光学系9は、例えば、半波長板、ポッケルス効果を示す電気光学素子、偏光板等を含んで構成される。
【0047】
ガルバノスキャナ3a、fθレンズ4a、モニタ7aは、それぞれ、第1の実施例において図1(A)を参照して説明した、ガルバノスキャナ3、fθレンズ4、モニタ7と同様の構成である。
【0048】
分岐光学系9を出射したレーザビームp1により、加工対象物5を加工することができる。モニタ7aが、fθレンズ4aから出射したレーザビームのパワーを測定する。
【0049】
折り返しミラー2、ガルバノスキャナ3b、fθレンズ4b、モニタ7bは、それぞれ、第1の実施例において図1(A)を参照して説明した、折り返しミラー2、ガルバノスキャナ3、fθレンズ4、モニタ7と同様の構成である。
【0050】
分岐光学系9を出射したレーザビームp2により、加工対象物5を加工することができる。モニタ7bが、fθレンズ4bから出射したレーザビームのパワーを測定する。
【0051】
コントローラ10が、ガルバノスキャナ3a、3bそれぞれに制御信号を送信し、レーザビームp1、p2それぞれの進行方向を所望のタイミングで所望の方向に向ける。
【0052】
モニタ7a、7bがそれぞれ測定した各軸のパワーの値sig1、sig2は、コントローラ8に入力される。
【0053】
コントローラ8は、パワーの値sig1、sig2が所定の範囲内か否かを判断する。さらに、パワーの値sig1とsig2との比が所定の範囲内か否かを判断する。なお、パワーを所望の時間分積算してエネルギを算出し、エネルギについて検査を行ってもよい。
【0054】
パワーの値sig1、sig2、あるいは、sig1とsig2との比が、所定の範囲から外れた場合は、加工光学系21、22、分岐光学系9、レーザ光源1のどこかに経時的劣化等の異常が発生していることが考えられる。
【0055】
さて、2軸のレーザ加工装置においては、レーザビーム照射の条件を2軸とも揃えて加工対象物5を加工したい場合がある。そのような加工においては、2軸のパワーの比に異常が生じると、2軸の加工条件が異なり、加工品質の劣化を招来する。
【0056】
各軸のレーザビームのパワー、あるいは、パワーの比に異常が検出された場合、コントローラ8はレーザ光源1からのレーザビームの出射を止め、加工を停止させる。不良品が下工程に流れることを防止できる。なお、レーザ光源1からのレーザビームの出射を停止させずとも、他の方法により被加工面にレーザビームが照射されないようにして加工を中止させてもよい。各軸別々に加工を停止できるようにしてもよい。
【0057】
図3に示したレーザ加工装置においては、分岐光学系9によって2つの光軸に分けられたレーザビームのパワーのバランスが適切であるかどうか検査することができる。各軸において適切な条件で加工対象物にレーザビームが照射されているかどうか判断することができる。
【0058】
なお、2軸のレーザ加工装置について説明したが、3軸以上のレーザ加工装置であってもよい。各軸にモニタを設置すればよい。
【0059】
以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。
【0060】
【発明の効果】
加工レンズを通過したレーザビームのパワーを測定するので、レーザ光源から加工レンズに至るまでの光学系の異常を容易に検出できる。加工時にはレーザビームを通過させない(つまり、加工に用いない)加工レンズの領域を有効に利用して、レーザビームのパワーを測定することができる。パワーの測定値に異常が検出された場合には、加工を停止させるため、不良品が下工程に流れることを防止できる。
【0061】
多軸のレーザ加工装置において、各軸の加工レンズから出射したレーザビームのパワーを測定する。各軸で被加工面に照射されるパワーのバランスが適切であるかどうか検査することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例によるレーザ加工装置の概略図(A)およびfθレンズの平面図(B)である。
【図2】変形例によるレーザ加工装置の概略図である。
【図3】他の実施例によるレーザ加工装置の概略図である。
【符号の説明】
1 レーザ光源
2 折り返しミラー
3、3a、3b ガルバノスキャナ
4、4a、4b fθレンズ
5 加工対象物
6 XYステージ
7、7a、7b モニタ
8、10 コントローラ
9 分岐光学系
p、p1、p2 レーザビーム
11 fθレンズの出射表面
12 加工用領域
13 非加工用領域
14 測定用レーザ出射位置
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザ加工装置に関し、特に、レーザビームの強度測定機構を有するレーザ加工装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
プリント配線板の穴開け加工等に、レーザ加工装置が用いられている。加工品質を安定させるために、レーザ光源から出射されたレーザビームの強度(あるいは、所定の時間出射されたレーザビームのエネルギ)を測定したいという要求がある。
【0003】
例えば、特許文献1、2には、レーザ光源から出射したパルスレーザビームがガルバノスキャナや加工レンズに入射する手前に透過型の折り返しミラーを設け、折り返しミラーを透過したレーザビームをパワーメータに入射させ、パルスエネルギを測定する技術が開示されている。
【0004】
また、操業前に、チャックプレートに設けられたパワーメータにレーザビームを入射させ、被加工面上におけるレーザビームの強度を計測することが、当業者に広く行われている。
【0005】
【特許文献1】
特開平9−253878号公報
【特許文献2】
特開平9−308977号公報
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
レーザ光源、ガルバノスキャナ、加工レンズ等の経時的な劣化等の異常により、被加工面に照射されるレーザビームの強度が低下してしまうことがある。そのまま加工を継続させると、不良品が下工程に流れてしまうこととなり、好ましくない。
【0007】
特許文献1、2に開示されている技術では、ガルバノスキャナや加工レンズに入射する手前のレーザビームについて検査を行っている。したがって、加工レンズやガルバノスキャナの異常によって引き起こされた強度の低下を検出することができない。
【0008】
チャックプレートに設置されたパワーメータで強度を測定するときには、ステージを移動させて、レーザビームが照射される位置までパワーメータを移動させなければならず、時間がかかる。
【0009】
また、多軸のレーザ加工装置において、各軸の被加工面におけるレーザビームのパワーのバランスを検査したいという要求もある。
【0010】
本発明の一目的は、レーザ光源、ガルバノスキャナ、加工レンズ等の光学系の異常を容易に検出することができるレーザ加工装置を提供することである。
【0011】
本発明の他の目的は、レーザ光源、ガルバノスキャナ、加工レンズ等の光学系に異常が検出された場合に、加工を停止することができるレーザ加工装置を提供することである。
【0012】
本発明の他の目的は、多軸のレーザ加工装置において、各軸のレーザビームのパワーのバランスを容易に検査することができるレーザ加工装置を提供することである。
【0013】
【課題を解決するための手段】
本発明の一観点によれば、加工対象物を保持するステージと、レーザビームを出射するレーザ光源と、前記レーザ光源から出射したレーザビームの進行方向を振る走査光学系と、前記走査光学系から出射したレーザビームを、前記ステージに保持された加工対象物の表面に集光させるレンズと、前記加工対象物が加工されるときに、レーザビームが前記レンズの出射側の表面のうち、第1の領域内の一部を通過し、該第1の領域以外の第2の領域を通過しないように、前記走査光学系を制御する制御装置と、前記レンズの前記第2の領域を通過したレーザビームの光路上に設置され、入射するレーザビームの強度を測定することができるモニタとを有するレーザ加工装置が提供される。
【0014】
加工レンズを通過したレーザビームの強度を測定するので、レーザ光源から加工レンズに至るまでの光学系の異常を容易に検出できる。加工時にはレーザビームを通過させない(つまり、加工に用いない)加工レンズの領域を有効に利用して、レーザビームの強度を測定することができる。
【0015】
本発明の他の観点によれば、加工対象物を保持するステージと、レーザビームを出射するレーザ光源と、前記レーザ光源から出射したレーザビームの進行方向を振る走査光学系と、前記走査光学系から出射したレーザビームを前記ステージに保持された加工対象物の表面に集光させるレンズと、前記レンズから出射したレーザビームの強度を測定することができるモニタと、前記モニタが測定した強度が所定の範囲から外れた場合には、前記ステージに保持された加工対象物にレーザビームが照射されないようにする制御装置とを有するレーザ加工装置が提供される。
【0016】
加工レンズを通過したレーザビームの強度を測定するので、レーザ光源から加工レンズに至るまでの光学系の異常を容易に検出できる。強度の測定値に異常が検出された場合には、加工を停止させるため、不良品が下工程に流れることを防止できる。
【0017】
本発明の他の観点によれば、レーザビームを出射するレーザ光源と、前記レーザ光源から出射したレーザビームが入射し、第1の光軸に沿って進行する第1のレーザビームと、第2の光軸に沿って進行する第2のレーザビームとを出射する分岐光学系と、前記分岐光学系から出射した第1のレーザビームの進行方向を振る第1の走査光学系と、前記第1の走査光学系から出射した第1のレーザビームを通過させる第1のレンズと、前記第1のレンズから出射した第1のレーザビームの強度を測定することができる第1のモニタと、前記分岐光学系から出射した第2のレーザビームの進行方向を振る第2の走査光学系と、前記第2の走査光学系から出射した第2のレーザビームを通過させる第2のレンズと、前記第2のレンズから出射した第2のレーザビームの強度を測定することができる第2のモニタとを有するレーザ加工装置が提供される。
【0018】
多軸のレーザ加工装置において、各軸の加工レンズから出射したレーザビームの強度を測定する。各軸で被加工面に照射される強度のバランスが適切であるかどうか検査することができる。
【0019】
【発明の実施の形態】
図1(A)に、本発明の第1の実施例によるレーザ加工装置の概略図を示す。レーザ光源1が、レーザビームを出射する。レーザ光源1として、例えば、炭酸ガスレーザ発振器、YAGレーザ発振器、半導体レーザ発振器等を用いることができる。レーザビームは、連続波であってもパルス状であってもよい。また、レーザビームの波長は、赤外線領域から紫外線領域に至るまで、任意の波長であってよい。
【0020】
レーザ光源1から出射したレーザビームが、折り返しミラー2で反射され、ガルバノスキャナ3に入射する。ガルバノスキャナ3が、レーザビームの進行方向を二次元方向に振る。コントローラ10が、ガルバノスキャナ3を制御し、レーザビームの進行方向を所望のタイミングで所望の方向に向ける。
【0021】
ガルバノスキャナ3から出射したレーザビームは、fθレンズ4により加工対象物5の表面(被加工面)に集光される。加工対象物5は、例えば、配線が形成されていないプリント配線板や、多層配線が形成されたマザーボードやパッケージボード等である。レーザビームを照射することにより、加工対象物5に穴開け加工、溝加工等の加工を行うことができる。
【0022】
加工対象物5は、XYステージ6上に保持されている。ガルバノスキャナ3でレーザビームの進行方向を振ってレーザビームを照射できる被加工面の領域の加工が終わった後は、未加工領域の加工が行えるように、XYステージ6により加工対象物5を移動させる。XYステージ6による移動を繰り返し、未加工領域を順次加工して、被加工面の全域に亘る加工を行うことができる。
【0023】
ところで、XYステージ6で未加工領域を移動させる間は、加工に使うことのできない時間となる。また、加工の開始前に加工対象物をXYステージに載置する作業の間や、操業前の時間等も、加工に使われない時間となる。図1(A)に示すレーザ加工装置は、後に詳しく説明するように、このような加工に使われない時間(非加工時間)を有効に利用して、レーザビームのパワーを測定する。
【0024】
図1(B)は、図1(A)のfθレンズ4の出射側の表面(以後出射表面と呼ぶ)を示す平面図である。出射表面11の外周は、例えば直径80mmの円周状である。
【0025】
出射表面11のうち、加工用領域12内を通過するレーザビームが、被加工面の加工に用いられる。加工時にレーザビームが通過し得る範囲は、fθレンズの出射表面11の全面ではなく、加工用領域12のみである。図1(A)のガルバノスキャナ3でレーザビームの進行方向を振ることにより、レーザビームが加工用領域12内の任意の位置を通過するようにできる。
【0026】
加工用領域12は、加工用領域12内を通過したレーザビームが照射できる被加工面の領域が、例えば、一辺50mmの正方形となるように設定される。なお、ガルバノスキャナに走査される被加工面の領域を正方形とすることにより、XYステージでの移動を繰り返して隙間なく被加工面を加工することが容易になる。
【0027】
出射表面11のうち、加工用領域12以外の領域である非加工用領域13は、加工時にレーザビームが通過しない。非加工用領域13内の適当な位置に、測定用レーザ出射位置14が画定されている。
【0028】
図1(A)に戻って説明を続ける。モニタ7が、図1(B)の測定用レーザ出射位置14から出射するレーザビームの光路上に設置されている。モニタ7はまた、図1(B)に示す加工用領域12から加工対象物5に照射されるレーザビームの光路を妨げないように設置されている。
【0029】
モニタ7は、レーザビームの強度(パワー)を測定することができる。モニタ7として、例えば、パワーメータと呼ばれるものを用いることができる。パワーメータは、例えば、レーザビームの光量を測定するホトダイオードを含んで構成される。
【0030】
図1(A)に示すレーザ加工装置を用いて、加工時には、図1(B)に示す加工用領域12を通過させたレーザビームを加工対象物5に入射させて、被加工面の加工を行うことができる。非加工時には、非加工用領域13内の適当な位置に画定した測定用レーザ出射位置14を通過させたレーザビームをモニタ7に入射させて、レーザビームの強度を測定することができる。
【0031】
以下、非加工時間にレーザビームのパワーを測定する方法について説明する。
【0032】
レーザ光源1から出射されたレーザビームが、折り返しミラー2で反射された後、fθレンズ4の測定用レーザ出射位置14から出射するようにガルバノスキャナ3に振られ、モニタ7に入射する。モニタ7は、このレーザビームのパワーを測定する。
【0033】
ところで、被加工面に照射されるレーザビームは、レーザ光源1から出射され、折り返しミラー2等からなる光学系を通り、加工レンズであるfθレンズ4を透過した後のレーザビームである。したがって、被加工面に適切なパワーでレーザビームが照射されているかどうかを判定するには、fθレンズ4を透過後のレーザビームのパワーを測定することが好ましい。
【0034】
モニタ7により測定されたパワーの値は、パーソナルコンピュータ等から構成されるコントローラ8に入力される。コントローラ8は、パワーが正常な範囲内であるか否かを判断する。パワーを所望の時間分積算してエネルギを算出し、エネルギの値が正常な範囲内か否か検査してもよい。
【0035】
fθレンズ4を出射したレーザビームのパワーが、所定の条件から外れた場合は、レーザ光源1、折り返しミラー2、ガルバノスキャナ3、fθレンズ4からなる光学系のどこかに経時的劣化等の異常が発生していることが考えられる。
【0036】
このような異常が発生すると、被加工面に適切な条件でレーザビームを照射できないため、加工される穴、溝等の品質に劣化が生じる。
【0037】
レーザビームのパワーに異常が検出された場合、コントローラ8はレーザ光源1からのレーザビームの出射を止め、加工を停止させる。不良品が下工程に流れることを防止できる。なお、レーザ光源1からのレーザビームの出射を停止させずとも、他の方法により被加工面にレーザビームが照射されないようにして加工を中止させてもよい。
【0038】
以上説明したように、図1(A)に示したレーザ加工装置においては、fθレンズ4を通過した後のレーザビームのパワーを測定することができる。パワーの測定値に基づき、レーザ光源、ガルバノスキャナ、fθレンズ等について、経時的な劣化等の異常を検出することができる。被加工面に適切な条件でレーザビームが照射されているかどうか、判断することができる。
【0039】
また、加工に使われない非加工時間を有効利用して、レーザビームのパワーの測定を行うことができる。例えば、XYステージにより未加工領域を移動させるごとに、パワーを測定することもできる。つまり、ある位置にXYステージを固定したときに、ガルバノスキャナによりレーザビームの進行方向を振って、レーザビームを照射できる被加工面の領域ごとに、被加工面に適切なパワーでレーザビームが照射されているか検査することができる。
【0040】
なお、加工時にガルバノスキャナが走査するfθレンズの出射側の表面の領域(図1(B)の加工用領域12)の形状は、加工用領域12内を通過したレーザビームが照射する被加工面の領域が、正方形以外の形状となるように設定してもかまわない。fθレンズの出射側の表面に、加工時にはガルバノスキャナに走査されない(レーザビームが通過しない)領域が存在すれば、非加工時間に、その領域にレーザビームを入射させ、そのレーザビームの光路上にモニタを設置して、パワーを測定することができる。
【0041】
なお、図2に示すように、モニタ7を移動させる出入機構30を設け、図1(B)に示す加工用領域12から出射されるレーザビームのパワーを測定することもできる。非加工時間に、出入機構30を動かして加工用領域12内にモニタ7を移動する。加工用領域12内を通過するようにレーザビームを出射させて、レーザビームのパワーを測定する。測定後は、加工に用いられる(加工用領域12から出射される)レーザビームの光路を妨げない場所に、モニタ7を出入機構30により格納すればよい。
【0042】
レーザビームのパワーを測定する例を説明したが、レーザ光源がパルスレーザビームを発振する場合であれば、パルスエネルギを測定してもよい。パルスレーザビームのパルスエネルギを所望の時間分積算し時間で割って平均パワーを求め、平均パワーの検査を行ってもよい。
【0043】
次に、図3を参照して、本発明の第2の実施例によるレーザ加工装置について説明する。本実施例のレーザ加工装置は、2軸のレーザ加工を行うことができる。
【0044】
レーザ光源1から出射したレーザビームpが、分岐光学系9に入射する。分岐光学系9は、レーザビームpを、加工光学系21へ入射するレーザビームp1と、加工光学系22へ入射するレーザビームp2の2軸に分ける。
【0045】
分岐光学系9は、例えば、エネルギ分岐方式のものである。このような分岐光学系9は、例えば、ハーフミラーを含んで構成される。
【0046】
分岐光学系9は、また例えば、レーザビームpを、ある時間帯においては加工光学系21へ入射させ、他の時間帯においては加工光学系22へ入射させる時分割方式のものでもよい。このような分岐光学系9は、例えば、半波長板、ポッケルス効果を示す電気光学素子、偏光板等を含んで構成される。
【0047】
ガルバノスキャナ3a、fθレンズ4a、モニタ7aは、それぞれ、第1の実施例において図1(A)を参照して説明した、ガルバノスキャナ3、fθレンズ4、モニタ7と同様の構成である。
【0048】
分岐光学系9を出射したレーザビームp1により、加工対象物5を加工することができる。モニタ7aが、fθレンズ4aから出射したレーザビームのパワーを測定する。
【0049】
折り返しミラー2、ガルバノスキャナ3b、fθレンズ4b、モニタ7bは、それぞれ、第1の実施例において図1(A)を参照して説明した、折り返しミラー2、ガルバノスキャナ3、fθレンズ4、モニタ7と同様の構成である。
【0050】
分岐光学系9を出射したレーザビームp2により、加工対象物5を加工することができる。モニタ7bが、fθレンズ4bから出射したレーザビームのパワーを測定する。
【0051】
コントローラ10が、ガルバノスキャナ3a、3bそれぞれに制御信号を送信し、レーザビームp1、p2それぞれの進行方向を所望のタイミングで所望の方向に向ける。
【0052】
モニタ7a、7bがそれぞれ測定した各軸のパワーの値sig1、sig2は、コントローラ8に入力される。
【0053】
コントローラ8は、パワーの値sig1、sig2が所定の範囲内か否かを判断する。さらに、パワーの値sig1とsig2との比が所定の範囲内か否かを判断する。なお、パワーを所望の時間分積算してエネルギを算出し、エネルギについて検査を行ってもよい。
【0054】
パワーの値sig1、sig2、あるいは、sig1とsig2との比が、所定の範囲から外れた場合は、加工光学系21、22、分岐光学系9、レーザ光源1のどこかに経時的劣化等の異常が発生していることが考えられる。
【0055】
さて、2軸のレーザ加工装置においては、レーザビーム照射の条件を2軸とも揃えて加工対象物5を加工したい場合がある。そのような加工においては、2軸のパワーの比に異常が生じると、2軸の加工条件が異なり、加工品質の劣化を招来する。
【0056】
各軸のレーザビームのパワー、あるいは、パワーの比に異常が検出された場合、コントローラ8はレーザ光源1からのレーザビームの出射を止め、加工を停止させる。不良品が下工程に流れることを防止できる。なお、レーザ光源1からのレーザビームの出射を停止させずとも、他の方法により被加工面にレーザビームが照射されないようにして加工を中止させてもよい。各軸別々に加工を停止できるようにしてもよい。
【0057】
図3に示したレーザ加工装置においては、分岐光学系9によって2つの光軸に分けられたレーザビームのパワーのバランスが適切であるかどうか検査することができる。各軸において適切な条件で加工対象物にレーザビームが照射されているかどうか判断することができる。
【0058】
なお、2軸のレーザ加工装置について説明したが、3軸以上のレーザ加工装置であってもよい。各軸にモニタを設置すればよい。
【0059】
以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。
【0060】
【発明の効果】
加工レンズを通過したレーザビームのパワーを測定するので、レーザ光源から加工レンズに至るまでの光学系の異常を容易に検出できる。加工時にはレーザビームを通過させない(つまり、加工に用いない)加工レンズの領域を有効に利用して、レーザビームのパワーを測定することができる。パワーの測定値に異常が検出された場合には、加工を停止させるため、不良品が下工程に流れることを防止できる。
【0061】
多軸のレーザ加工装置において、各軸の加工レンズから出射したレーザビームのパワーを測定する。各軸で被加工面に照射されるパワーのバランスが適切であるかどうか検査することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例によるレーザ加工装置の概略図(A)およびfθレンズの平面図(B)である。
【図2】変形例によるレーザ加工装置の概略図である。
【図3】他の実施例によるレーザ加工装置の概略図である。
【符号の説明】
1 レーザ光源
2 折り返しミラー
3、3a、3b ガルバノスキャナ
4、4a、4b fθレンズ
5 加工対象物
6 XYステージ
7、7a、7b モニタ
8、10 コントローラ
9 分岐光学系
p、p1、p2 レーザビーム
11 fθレンズの出射表面
12 加工用領域
13 非加工用領域
14 測定用レーザ出射位置
Claims (3)
- 加工対象物を保持するステージと、
レーザビームを出射するレーザ光源と、
前記レーザ光源から出射したレーザビームの進行方向を振る走査光学系と、
前記走査光学系から出射したレーザビームを、前記ステージに保持された加工対象物の表面に集光させるレンズと、
前記加工対象物が加工されるときに、レーザビームが前記レンズの出射側の表面のうち、第1の領域内の一部を通過し、該第1の領域以外の第2の領域を通過しないように、前記走査光学系を制御する制御装置と、
前記レンズの前記第2の領域を通過したレーザビームの光路上に設置され、入射するレーザビームの強度を測定することができるモニタと
を有するレーザ加工装置。 - 加工対象物を保持するステージと、
レーザビームを出射するレーザ光源と、
前記レーザ光源から出射したレーザビームの進行方向を振る走査光学系と、
前記走査光学系から出射したレーザビームを前記ステージに保持された加工対象物の表面に集光させるレンズと、
前記レンズから出射したレーザビームの強度を測定することができるモニタと、
前記モニタが測定した強度が所定の範囲から外れた場合には、前記ステージに保持された加工対象物にレーザビームが照射されないようにする制御装置と
を有するレーザ加工装置。 - レーザビームを出射するレーザ光源と、
前記レーザ光源から出射したレーザビームが入射し、第1の光軸に沿って進行する第1のレーザビームと、第2の光軸に沿って進行する第2のレーザビームとを出射する分岐光学系と、
前記分岐光学系から出射した第1のレーザビームの進行方向を振る第1の走査光学系と、
前記第1の走査光学系から出射した第1のレーザビームを通過させる第1のレンズと、
前記第1のレンズから出射した第1のレーザビームの強度を測定することができる第1のモニタと、
前記分岐光学系から出射した第2のレーザビームの進行方向を振る第2の走査光学系と、
前記第2の走査光学系から出射した第2のレーザビームを通過させる第2のレンズと、
前記第2のレンズから出射した第2のレーザビームの強度を測定することができる第2のモニタと
を有するレーザ加工装置。
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JP2014113632A (ja) * | 2012-12-12 | 2014-06-26 | Disco Abrasive Syst Ltd | レーザー加工装置 |
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