JP2007167936A - Gold plating peeling method and gold plating peeling device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、金属部材の表面に形成された金メッキを局所的に剥離する技術に係り、特に微細な金メッキ剥離加工に適した金メッキ剥離方法および装置に関する。 The present invention relates to a technique for locally peeling a gold plating formed on a surface of a metal member, and more particularly, to a gold plating peeling method and apparatus suitable for fine gold plating peeling processing.
コネクタやリードフレームのピン端子またはコンタクトには種々の表面処理が施されており、特に金やスズなどのメッキが代表的である。最近は、鉛フリー対策からスズメッキよりも金メッキの方が主流になっている。一般に、プリント基板実装においては、電子部品のピン端子が基板上の配線パターンまたはスルーホールにハンダ付けで接合される。ところが、この種のハンダ付けにおいては、ピン端子表面の金メッキがハンダに濡れやすいために、基板上のハンダが金メッキ伝いにピン端子を這い上がり、そのぶん基板上のハンダが不足してハンダ接合強度が弱められるという問題がある。 Various surface treatments are applied to pin terminals or contacts of connectors and lead frames, and in particular, plating of gold or tin is typical. Recently, gold plating has become more popular than tin plating because of lead-free measures. Generally, in printed circuit board mounting, pin terminals of electronic components are joined to wiring patterns or through holes on the board by soldering. However, in this type of soldering, since the gold plating on the surface of the pin terminal tends to get wet with the solder, the solder on the board crawls up the pin terminal along the gold plating, and the solder on the board is insufficient and the solder joint strength There is a problem that is weakened.
従来より、上記のような端子表面伝いのハンダの這い上がり、いわゆるハンダ上がりを防止するための技術として、端子の中間部にレーザ照射を行うことにより、金メッキを局所的に剥離して除去することにより、半田が端子部から接点部へと上がるのを防ぐことができる表面処理方法が提案されている(例えば、特許文献1参照)。
一般に、端子の金メッキの剥離幅は、ハンダ上がりを防止するために必要な最小限の幅で足り、必要以上に金メッキを剥離することは好ましくない。現在、電子部品の小型化に伴って端子ピンの細径化および狭ピッチ化が進んでおり、それに伴って金メッキの剥離幅も、たとえば0.5mm×0.5mm以下の小面積とすることが望まれている。しかしながら、従来のレーザ照射により剥離・除去する方法は、レーザ出射ユニットのビーム径に応じた剥離幅しか形成することができず、剥離幅を変更したい場合はビーム径が異なるレーザ出射ユニットと交換するしか方法がなかった。したがって、従来はビーム径の異なるレーザ出射ユニットを多数用意しておく必要があり、イニシャルコストが大きくなるという問題があった。 In general, the peeling width of the gold plating of the terminal is sufficient for preventing the solder from rising, and it is not preferable to peel the gold plating more than necessary. At present, with the downsizing of electronic components, terminal pins are becoming smaller in diameter and pitch, and accordingly, the gold plating peeling width is also set to a small area of 0.5 mm × 0.5 mm or less, for example. It is desired. However, the conventional method of peeling / removing by laser irradiation can only form a peeling width corresponding to the beam diameter of the laser emission unit. There was only a way. Therefore, conventionally, it has been necessary to prepare a large number of laser emission units having different beam diameters, and there has been a problem that the initial cost is increased.
本発明は、上記のような問題点に鑑みてなされたもので、微細な金メッキ剥離加工を効率よくかつ高精度に行えるとともに、剥離幅を変更可能とした金メッキ剥離方法および金メッキ剥離装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and provides a gold plating peeling method and a gold plating peeling apparatus that can perform fine gold plating peeling processing efficiently and with high accuracy and can change the peeling width. For the purpose.
上記目的を達成するために、本発明の金メッキ剥離方法は、金属素材の表面に形成されている金メッキ層を所望の剥離領域にて剥離する金メッキ剥離方法であって、前記剥離領域内にYAG高調波レーザ光を扁平度の高い楕円状ビームスポットで照射して前記金メッキ層の被照射部分を除去し、前記楕円状ビームスポットをその長軸方向に対して所望の角度をなす方向に前記剥離領域を走査してその領域内の前記金メッキ層を除去するように前記YAG高調波レーザ光を前記金属素材に対して相対的に移動させる。 In order to achieve the above object, a gold plating peeling method of the present invention is a gold plating peeling method in which a gold plating layer formed on a surface of a metal material is peeled in a desired peeling region, and the YAG harmonics are formed in the peeling region. The laser beam is irradiated with an elliptical beam spot having a high flatness to remove the irradiated portion of the gold plating layer, and the peeling region is formed in a direction that forms a desired angle with respect to the major axis direction of the elliptical beam spot. The YAG harmonic laser beam is moved relative to the metal material so as to remove the gold plating layer in the region.
また、本発明の金メッキ剥離装置は、金属素材の表面に形成されている金メッキ層を所望の剥離領域にて剥離するための金メッキ剥離装置であって、金属素材の表面に形成されている金メッキ層を所望の剥離領域にて剥離するための金メッキ剥離装置であって、YAG高調波のレーザ光を生成するレーザ発振器と、前記レーザ発振器からの前記YAG高調波レーザ光を扁平度の高い楕円状ビームスポットに集束させて前記剥離領域内に照射する出射ユニットと、前記剥離領域の幅を可変するために、前記出射ユニットを、その中心軸線を回転中心として任意の角度回転させる回転角調整手段と、前記楕円状ビームスポットがその楕円長軸方向に対して前記出射ユニットの回転角度位置に応じた角度をなす方向に前記剥離領域を走査してその領域内の前記金メッキ層を剥離するように、前記出射ユニットより出射される前記YAG高調波レーザ光を前記金属素材に対して相対的に移動させるスキャニング手段とを有する。 Further, the gold plating peeling apparatus of the present invention is a gold plating peeling apparatus for peeling a gold plating layer formed on the surface of a metal material in a desired peeling region, and the gold plating layer formed on the surface of the metal material Is a gold plating stripping apparatus for stripping a laser beam in a desired stripping region, and a laser oscillator that generates a YAG harmonic laser beam, and an elliptical beam having a high flatness for the YAG harmonic laser beam from the laser oscillator An emission unit that focuses on a spot and irradiates the peeling region; and a rotation angle adjusting unit that rotates the emission unit at an arbitrary angle around the central axis thereof in order to vary the width of the peeling region; The separation region is scanned in a direction in which the elliptical beam spot makes an angle corresponding to the rotational angle position of the emission unit with respect to the major axis direction of the ellipse. The gold-plated layer on the inner so as to peel off, and a scanning means for relatively moving the YAG harmonic laser beam emitted from the emitting unit with respect to the metallic material.
本発明は、YAG高調波のレーザエネルギーによって金メッキ剥離加工を行う。YAG高調波は金との光学的結合が非常に高いため、YAG高調波レーザ光のスキャニング加工により所望の剥離領域内の金メッキを効果的に剥離することができる。このことにより、レーザスポット位置で金メッキ層を安定確実に除去するための十分なレーザパワー密度と、剥離領域内の金メッキ層を短時間のうちに効率よく除去する高速の加工速度とを同時に適えることが可能であり、実用性の高い金メッキ剥離加工を実現することができる。さらに、本発明においては、YAG高調波レーザ光のビームスポットを扁平度の高い楕円状に形成し、これを任意または所望の角度に傾けて走査する方式により、レーザパワー密度を低下させずに剥離幅を所定の範囲内(レーザ集光楕円径の長軸長さから短軸長さの範囲内)で任意に可変することができる。 In the present invention, gold plating stripping is performed by laser energy of YAG harmonics. Since the YAG harmonic has a very high optical coupling with gold, the gold plating in the desired peeling region can be effectively peeled off by scanning the YAG harmonic laser light. This makes it possible to simultaneously achieve a sufficient laser power density for stably and reliably removing the gold plating layer at the laser spot position and a high processing speed for efficiently removing the gold plating layer in the peeling region in a short time. It is possible to achieve a highly practical gold plating peeling process. Furthermore, in the present invention, the beam spot of the YAG harmonic laser beam is formed into an elliptical shape with a high flatness, and it is peeled off without lowering the laser power density by scanning it by tilting it to an arbitrary or desired angle. The width can be arbitrarily varied within a predetermined range (within the range from the major axis length of the laser focusing ellipse diameter to the minor axis length).
本発明の好適な一態様によれば、前記YAG高調波レーザ光を剥離走査方向またはそれと反対の方向に所望角度傾斜させて照射することにより、一回のビーム走査で剥離領域内の金メッキ層を、上面のみならず側面も含めてほぼ隈なく剥離することができる。 According to a preferred aspect of the present invention, the YAG harmonic laser beam is irradiated at a desired angle in the peeling scanning direction or the opposite direction, so that the gold plating layer in the peeling region can be formed by one beam scanning. In addition, it can be peeled off almost completely including not only the upper surface but also the side surface.
本発明の好適な一態様によれば、前記出射ユニットが、前記光ファイバの終端面より出射された前記YAG高調波レーザ光を平行光にするコリメートレンズと、前記コリメートレンズを通ってきた前記YAG高調波レーザ光をレーザ光軸方向と直交する第1の方向で集束させる第1の集束レンズと、前記第1の集束レンズを通ってきた前記YAG高調波レーザ光を前記レーザ光軸方向および前記第1の方向と直交する第2の方向で集束させる第2の集束レンズとを有する。この場合の好適な一態様として、第1の集束レンズを第1のシリンドリカルレンズで構成し、第2の集束レンズを第1のシリンドリカルレンズと直交する向きでレーザ光軸上に多段に配置された第2および第3のシリンドリカルレンズで構成することができる。かかる構成においては、楕円状ビームスポットの長軸方向の直径を、光ファイバのコア径と、コリメートレンズの焦点距離と、第1のシリンドリカルレンズの焦点距離とによって規定または設定し、楕円状ビームスポットの短軸方向の直径を、光ファイバのコア径と、コリメートレンズの焦点距離と、第2および第3のシリンドリカルレンズの合成焦点距離とによって規定または設定することができる。 According to a preferred aspect of the present invention, the emitting unit collimates the YAG harmonic laser beam emitted from the end face of the optical fiber into parallel light, and the YAG that has passed through the collimating lens. A first focusing lens for focusing the harmonic laser light in a first direction orthogonal to the laser optical axis direction, and the YAG harmonic laser light that has passed through the first focusing lens in the laser optical axis direction and the And a second focusing lens for focusing in a second direction orthogonal to the first direction. As a preferred embodiment in this case, the first focusing lens is composed of a first cylindrical lens, and the second focusing lens is arranged in multiple stages on the laser optical axis in a direction orthogonal to the first cylindrical lens. It can be constituted by second and third cylindrical lenses. In such a configuration, the diameter of the elliptical beam spot in the major axis direction is defined or set by the core diameter of the optical fiber, the focal length of the collimating lens, and the focal length of the first cylindrical lens. Can be defined or set by the core diameter of the optical fiber, the focal length of the collimating lens, and the combined focal length of the second and third cylindrical lenses.
本発明の好適な一態様によれば、出射ユニットが、レーザ出射口側のユニット筐体面を円錐台状に形成している。かかる構成においては、出射ユニットを大きく傾斜させて照射する場合、出射ユニットを任意の角度に回転させてもユニットが金属素材に干渉または当接するのを避けられる。 According to a preferred aspect of the present invention, the emission unit has a unit casing surface on the laser emission port side formed in a truncated cone shape. In such a configuration, when the emission unit is irradiated with a large inclination, the unit can be prevented from interfering with or coming into contact with the metal material even if the emission unit is rotated to an arbitrary angle.
本発明の好適な一態様によれば、出射ユニットが、少なくともレーザ出射口側の先端部を金メッキで表面処理してなるユニット筐体、あるいは外壁の少なくとも一部をフッ素樹脂で構成してなるユニット筐体を有する。かかる構成によれば、金メッキ剥離加工の際に被加工物からスプラッシュを浴びたり、メッキ工場内の稼動であっても錆びにくい出射ユニットとすることができる。 According to a preferred aspect of the present invention, the emission unit is a unit housing in which at least the tip on the laser emission port side is surface-treated with gold plating, or a unit in which at least a part of the outer wall is made of fluororesin. Has a housing. According to such a configuration, it is possible to obtain an emission unit that is splashed from a workpiece during gold plating peeling processing, or that is not easily rusted even during operation in a plating factory.
また、本発明の好適な一態様によれば、レーザ発振器が、QスイッチパルスのYAG高調波のレーザ光を生成するためのQスイッチを有する。QスイッチパルスのYAG高調波レーザ光を剥離領域に照射することにより、熱影響の少ないYAG高調波エネルギーで金メッキ層をきれいに剥離することができる。 According to a preferred aspect of the present invention, the laser oscillator has a Q switch for generating laser light having a YAG harmonic of a Q switch pulse. By irradiating the peeling region with a YAG harmonic laser beam of Q switch pulse, the gold plating layer can be peeled cleanly with the YAG harmonic energy with little thermal influence.
本発明は、任意の金メッキ剥離加工に適用可能であるが、とりわけ電子部品のコンタクトの金メッキ剥離に好適に適用できる。特に、コンタクトの両面に剥離領域が設定された場合でも容易に対応できる。 The present invention can be applied to any gold plating peeling process, but is particularly suitable for gold plating peeling of contacts of electronic components. In particular, even when a separation region is set on both surfaces of the contact, it can be easily handled.
コネクタの両面剥離に好適な本発明における第1の金メッキ剥離装置は、コネクタ端子の表面に形成されている金メッキ層を所望の剥離領域にて剥離するための金メッキ剥離装置であって、YAG高調波のレーザ光を生成するレーザ発振器と、前記レーザ発振器より生成された前記YAG高調波レーザ光を第1および第2の分岐YAG高調波レーザ光に分割するビームスプリッタと、前記ビームスプリッタより得られる前記第1の分岐YAG高調波レーザ光を伝送するための第1の光ファイバと、前記ビームスプリッタより得られる前記第2の分岐YAG高調波レーザ光を伝送するための第2の光ファイバと、前記第1の光ファイバの終端面より出射された前記第1の分岐YAG高調波レーザ光を扁平度の高い第1の楕円状ビームスポットに集束させて前記コネクタ端子の第1の面に設定された第1の剥離領域内に照射する第1の出射ユニットと、前記第1の剥離領域の幅を可変するために、前記第1の出射ユニットを、その中心軸線を回転中心として任意の角度回転させる第1の回転角調整手段と、前記第2の光ファイバの終端面より出射された前記第2の分岐YAG高調波レーザ光を扁平度の高い第2の楕円状ビームスポットに集束させて前記コネクタ端子の前記第1の面と対向する第2の面に設定された第2の剥離領域内に照射する第2の出射ユニットと、前記第2の剥離領域の幅を可変するために、前記第2の出射ユニットを、その中心軸線を回転中心として任意の角度回転させる第2の回転角調整手段と、前記第1および第2の楕円状ビームスポットがそれぞれの長軸方向に対して所望角度傾斜する方向に前記第1および第2の剥離領域をそれぞれ走査して各領域内の前記金メッキ層を剥離するように、前記第1および第2の出射ユニットよりそれぞれ出射される第1および第2の分岐YAG高調波レーザ光を前記コネクタ端子に対して相対的に移動させるスキャニング手段とを有する。かかる装置構成においては、1台のレーザ発振器を用いる同時2分岐方式により第1および第2の剥離領域に対する金メッキ剥離を同時実行することができる。 A first gold plating peeling apparatus according to the present invention suitable for double-sided peeling of a connector is a gold plating peeling apparatus for peeling a gold plating layer formed on the surface of a connector terminal in a desired peeling area, which is a YAG harmonic. A laser oscillator that generates a laser beam of the above, a beam splitter that splits the YAG harmonic laser light generated by the laser oscillator into first and second branched YAG harmonic laser lights, and the beam splitter obtained by the beam splitter A first optical fiber for transmitting a first branched YAG harmonic laser beam; a second optical fiber for transmitting the second branched YAG harmonic laser beam obtained from the beam splitter; The first branched YAG harmonic laser beam emitted from the end face of the first optical fiber is converted into a first elliptical beam spot having a high flatness. In order to vary the width of the first peeling region and the first emission unit that is bundled and irradiates the first peeling region set on the first surface of the connector terminal, the first emission unit The first rotation angle adjusting means for rotating the unit at an arbitrary angle with the center axis as the rotation center, and the second branched YAG harmonic laser beam emitted from the end face of the second optical fiber is flattened. A second emission unit that focuses on a second elliptical beam spot having a high height and irradiates a second peeling region set on a second surface opposite to the first surface of the connector terminal; In order to vary the width of the second peeling region, second rotation angle adjusting means for rotating the second emission unit at an arbitrary angle with the central axis as the rotation center; and the first and second ellipses Shaped beam spots in the long axis direction Are emitted from the first and second emission units, respectively, so as to separate the gold plating layer in each region by scanning the first and second separation regions in a direction inclined at a desired angle with respect to each other. Scanning means for moving the first and second branched YAG harmonic laser beams relative to the connector terminal. In such an apparatus configuration, the gold plating stripping can be simultaneously performed on the first and second stripping regions by the simultaneous two-branch method using one laser oscillator.
また、コネクタの両面剥離に好適な本発明における第2の金メッキ剥離装置は、コネクタ端子の表面に形成されている金メッキ層を所望の剥離領域にて剥離するための金メッキ剥離装置であって、YAG高調波のレーザ光を生成するレーザ発振器と、前記レーザ発振器より生成された前記YAG高調波レーザ光の光路を第1の光路もしくは第2の光路のいずれか一方に切り換えるレーザ光路切り換え部と、前記レーザ光路切り換え部により前記第1の光路に切り換えられた前記YAG高調波レーザ光を伝送するための第1の光ファイバと、前記レーザ光路切り換え部により前記第2の光路に切り換えられた前記YAG高調波レーザ光を伝送するための第2の光ファイバと、前記第1の光ファイバの終端面より出射された前記YAG高調波レーザ光を扁平度の高い楕円状ビームスポットに集束させて前記コネクタ端子の第1の面に設定された第1の剥離領域内に照射する第1の出射ユニットと、前記第1の剥離領域の幅を可変するために、前記第1の出射ユニットを、その中心軸線を回転中心として任意の角度回転させる第1の回転角調整手段と、前記第2の光ファイバの終端面より出射された前記YAG高調波レーザ光を扁平度の高い楕円状ビームスポットに集束させて前記コネクタ端子の前記第1の面と対向する第2の面に設定された第2の剥離領域内に照射する第2の出射ユニットと、前記第2の剥離領域の幅を可変するために、前記第2の出射ユニットを、その中心軸線を回転中心として任意の角度回転させる第2の回転角調整手段と、前記楕円状ビームスポットがその長軸方向に対して所望角度傾斜する方向に前記第1および第2の剥離領域を走査して各領域内の前記金メッキ層を剥離するように、前記第1の出射ユニットまたは第2の出射ユニットより出射される前記YAG高調波レーザ光を前記コネクタ端子に対して相対的に移動させるスキャニング手段とを有する。かかる装置構成においては、1台のレーザ発振器を用いる光路切り換え方式により第1および第2の剥離領域に対する金メッキ剥離を時間差で順次実行することができる。 A second gold plating peeling apparatus according to the present invention suitable for peeling both sides of a connector is a gold plating peeling apparatus for peeling a gold plating layer formed on the surface of a connector terminal in a desired peeling area, A laser oscillator that generates a harmonic laser beam, a laser beam path switching unit that switches an optical path of the YAG harmonic laser beam generated by the laser oscillator to one of a first optical path and a second optical path; A first optical fiber for transmitting the YAG harmonic laser beam switched to the first optical path by a laser optical path switching unit; and the YAG harmonic switched to the second optical path by the laser optical path switching unit. A second optical fiber for transmitting the wave laser beam, and the YAG harmonic laser beam emitted from the end face of the first optical fiber. A first emission unit that focuses light into an elliptical beam spot having a high flatness and irradiates the first separation unit set on the first surface of the connector terminal; and a width of the first separation region In order to vary the first output unit, the first rotation angle adjusting means for rotating the first output unit at an arbitrary angle around the central axis thereof, and the YAG output from the end face of the second optical fiber. A second emission for converging the harmonic laser beam into an elliptical beam spot having a high flatness and irradiating the second laser beam in a second peeling region set on the second surface opposite to the first surface of the connector terminal. A second rotation angle adjusting means for rotating the second emission unit at an arbitrary angle about the center axis thereof as a rotation center in order to vary the width of the unit and the second peeling region; and the elliptical beam Spot is its long axis The first emission unit or the second emission unit emits light so that the first and second peeling regions are scanned in a direction inclined at a desired angle with respect to the direction so as to peel the gold plating layer in each region. Scanning means for moving the YAG harmonic laser beam to be moved relative to the connector terminal. In such an apparatus configuration, it is possible to sequentially perform gold plating stripping on the first and second stripping regions with a time difference by an optical path switching method using one laser oscillator.
本発明の金メッキ剥離方法または金メッキ剥離装置によれば、上記のような構成と作用により、微細な金メッキ剥離加工を効率的にかつ高精度に行うことができるとともに、楕円状ビームスポットを光軸の回りに所定角度回転させることにより剥離幅を任意に変更することができる。 According to the gold plating stripping method or the gold plating stripping apparatus of the present invention, the above-described configuration and operation enable efficient and high-precision fine gold plating stripping processing, and the elliptical beam spot on the optical axis. The peeling width can be arbitrarily changed by rotating it around a predetermined angle.
以下、添付図を参照して本発明の好適な実施形態を説明する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
図1〜図3に、本発明における金メッキ剥離方法の一実施形態を示す。図示の被加工物Wは、たとえば電子部品のピン端子またはリードフレームのリード等(以下「コンタクト」と総称する。)である。各コンタクトWは、素材がたとえばCu(銅)合金10からなり、表面全体に金メッキ層12が形成されている。
1 to 3 show an embodiment of the gold plating peeling method in the present invention. The illustrated workpiece W is, for example, a pin terminal of an electronic component or a lead of a lead frame (hereinafter collectively referred to as “contact”). Each contact W is made of, for example, a Cu (copper)
出射ユニット16は、YAG第2高調波(532nm)のレーザ光SHGを生成する後述のYAGレーザ発振器20(図6)と光ファイバ18を介して光学的に結ばれており、ユニット内で光ファイバ18の終端面より出射されたYAG第2高調波レーザ光SHGをユニット内の後述する光学レンズ54〜60(図7、図8)に通して先端の出射口より出射し、各コンタクトWに設定された剥離領域HE内に扁平度の高い楕円状ビームスポットSPSHGで集光照射する。この例では、図2に示すように、楕円状ビームスポットSPSHGの長軸方向の直径RYを剥離領域HEのコンタクト長手方向のサイズLHEに一致させている。
The
剥離領域HEにおいては、楕円状ビームスポットSPSHG付近で金メッキ層12がレーザエネルギーにより一瞬に蒸発して除去される。通常、コンタクトWの素材金属であるCu合金10と金メッキ層12との間には、図3に示すように銅−金間の拡散防止のためのニッケルメッキ層14が下地膜として形成されており、金メッキ層12が除去された部分ではニッケル下地膜14が露出する。
In the peeling region HE, the
剥離領域HE内の金メッキ層12をほぼ隈なく除去するために、出射ユニット16より出射されるYAG第2高調波レーザ光SHGと加工対象のコンタクトWとの間で相対移動が行われる。より詳細には、YAG第2高調波レーザ光SHGの楕円状ビームスポットSPSHGがその楕円長軸方向に対して所望の角度(図2の例では90度)をなす方向Xに剥離領域HEを走査または横断するような相対移動が行われる。通常は、出射ユニット16側が固定され、加工対象のコンタクトW側がフープ材またはリール材の形態で一定方向(−X方向)に一定速度で送られる。上記のように楕円状ビームスポットSPSHGの長軸方向の直径RYが剥離領域HEのコンタクト長手方向サイズLHEに等しいので、1回の片道走査によって矩形の剥離領域HE内の金メッキ層12を全部または殆ど剥離することができる。
In order to remove the
また、この例のように、同一形状および同一サイズを有する多数のコンタクトW1,W2,W3,・・・が一列に配列されている場合は、図1に示すように、出射ユニット16よりYAG第2高調波レーザ光SHGを連続的に出射させながらコンタクト列の端から端までX方向に1回の片道走査を行うことで、全コンタクトW1,W2,W3,・・・の剥離領域HEについて金メッキ層12をそれぞれ隈なく剥離することができる。なお、この実施形態では、QスイッチパルスのYAG第2高調波レーザ光SHGを用いる。
Further, as in this example, when a large number of contacts W 1 , W 2 , W 3 ,... Having the same shape and the same size are arranged in a line, as shown in FIG. All contacts W 1 , W 2 , W 3 ,... Are scanned once in the X direction from end to end of the contact row while continuously emitting YAG second harmonic laser light SHG. The gold-plated
一実施例として、剥離領域HEのサイズがDHE(コンタクト幅方向)=0.3mm、LHE(コンタクト長手方向)=0.3mmであり、金メッキ層12の厚さが0.1μmの場合、YAG第2高調波のQスイッチパルスレーザ光SHGの平均出力は30W、パルス周波数は20kHz、ビームスポットSPSHGのサイズはRX(楕円短軸方向)=0.1mm、RY(楕円長軸方向)=0.3mm、走査速度は10m/分にそれぞれ設定される。
As an example, when the size of the peeling region HE is D HE (contact width direction) = 0.3 mm, L HE (contact longitudinal direction) = 0.3 mm, and the thickness of the
上記のように、この実施形態の金メッキ剥離方法は、コンタクトWの金メッキ層12を剥離領域HEに限定して局所的に剥離するために、YAG第2高調波のQスイッチパルスレーザ光SHGを照射することと、このYAG第2高調波レーザ光SHGのビームスポットSPSHGを扁平度の高い楕円状に形成してビームスポットSPSHGの楕円長軸方向に対して所望の角度をなす方向に走査することを特徴としている。
As described above, the gold plating peeling method of this embodiment irradiates the Q switch pulse laser beam SHG of the YAG second harmonic in order to locally peel the
レーザ光にYAG第2高調波のレーザ光を用いるのは、YAG高調波が金(Au)との光学的結合が非常に高いためである。代表的なYAGレーザであるNd:YAGレーザの基本波は1064nmである。このYAG基本波(1064nm)を鉄(Fe)系の金属は比較的良好に吸収するが、Au系の金属は僅かしか吸収しない。このため、金メッキ剥離加工にYAG基本波のレーザ光を用いたならば、金メッキ層への入熱が非常に難しく、無理にレーザパワーを上げると所望の剥離領域を越えて金メッキ層が吹き飛んだり素材が損傷することもあり、1mm以下の高精度の微細加工は殆ど不可能である。ところが、Auは、YAG基本波の高調波つまり第2高調波(532nm)、第3高調波(355nm)あるいは第4高調波(266nm)等をよく吸収する。たとえば、第2高調波(532nm)に対するAuの吸収率は50%以上である。YAG基本波をよく吸収するといわれるFeの吸収率が40%以下であることに鑑みれば、如何に高い吸収率であるかが分かる。実用的に、金メッキの剥離加工には第2高調波(532nm)で十分である。また、この種の金メッキ剥離加工は剥離領域内の金メッキ層を過不足なく除去するレーザ加工であるから、ノーマルパルスまたはロングパルスよりも熱影響の少ないQスイッチパルスのレーザ光が適している。 The reason why the YAG second harmonic laser beam is used as the laser beam is that the YAG harmonic has very high optical coupling with gold (Au). The fundamental wave of an Nd: YAG laser, which is a typical YAG laser, is 1064 nm. This YAG fundamental wave (1064 nm) absorbs iron (Fe) -based metal relatively well, but Au-based metal absorbs only a little. For this reason, if YAG fundamental wave laser light is used for the gold plating peeling process, it is very difficult to input heat to the gold plating layer. If the laser power is increased forcibly, the gold plating layer will blow off beyond the desired peeling area. May be damaged, and highly accurate micromachining of 1 mm or less is almost impossible. However, Au absorbs the harmonic of the YAG fundamental wave, that is, the second harmonic (532 nm), the third harmonic (355 nm), the fourth harmonic (266 nm), and the like well. For example, the absorption rate of Au with respect to the second harmonic (532 nm) is 50% or more. In view of the fact that the absorption rate of Fe, which is said to absorb the YAG fundamental wave well, is 40% or less, it can be seen how high the absorption rate is. Practically, the second harmonic (532 nm) is sufficient for the gold plating peeling process. Further, since this type of gold plating peeling process is a laser process for removing the gold plating layer in the peeling area without excess or deficiency, a laser beam of Q switch pulse with less thermal influence than a normal pulse or a long pulse is suitable.
また、YAG第2高調波レーザ光SHGのビームスポットSPSHGを扁平度の高い楕円状に形成して走査する方式によれば、レーザスポット位置で金メッキ層を安定確実に除去するための十分なレーザパワー密度と、剥離領域HE内の金メッキ層を短時間のうちに効率よく除去する高速の加工速度とを同時に適えて、実用性の高い金メッキ剥離加工を実現することができる。 Further, according to the method in which the beam spot SP SHG of the YAG second harmonic laser beam SHG is formed into an elliptical shape with a high flatness and scanned, a sufficient laser for removing the gold plating layer stably and reliably at the laser spot position. The power density and the high processing speed for efficiently removing the gold plating layer in the peeling region HE in a short time can be simultaneously applied to realize a highly practical gold plating peeling process.
さらに、この実施形態においては、以下に述べるようなビームスポット回転機能により、レーザパワー密度を低下させることなく剥離幅を任意に調整することもできる。 Further, in this embodiment, the peeling width can be arbitrarily adjusted without lowering the laser power density by a beam spot rotating function as described below.
図1に示すように、出射ユニット16はホルダ15に周方向の角度調整可能に支持されている。すなわち、出射ユニット16の上部筺体50(図7、図8参照)の外周には円周方向に延びる環状の円周溝17が形成され、この円周溝17にてホルダ15の円周凸部(図示せず)に回動自在に支持されている。ホルダ15に対して、出射ユニット16を回動させ、締着ねじ19により固定することにより、出射ユニット16を任意の回転角に設定できるようになっている。より詳細には、出射ユニット16の表面に位置決めマークを、ホルダ15に角度目盛(いずれも図示せず)をそれぞれ設け、この位置決めマークと角度目盛を合わせて締着ねじ19により出射ユニット16を締着固定することにより、出射ユニット16を任意の回転角または回転方位に合わせることができる。
As shown in FIG. 1, the
図4に示すように、楕円状ビームスポットSPSHGの長軸方向に対して走査方向Xのなす角度をθとすると、剥離幅LHEはLHE=RYtanθと表される。ここで、RYは上記のように楕円状ビームスポットSPSHGの長軸の長さである。したがって、たとえばθ=45度に設定すると、LHE=RY/2となる。このように、楕円状ビームスポットSPSHGの長軸方向に対する走査方向Xのなす角度θを変えることにより、レーザパワー密度を一定に保ちつつ、剥離領域HEの幅サイズLHEをRX(短軸長さ)〜RY(長軸長さ)の範囲内で任意に可変調整することができる。 As shown in FIG. 4, when the angle formed by the scanning direction X with respect to the major axis direction of the elliptical beam spot SP SHG is θ, the peeling width L HE is expressed as L HE = R Y tan θ. Here, R Y is the length of the major axis of the elliptical beam spot SP SHG as described above. Therefore, for example, when θ = 45 degrees is set, L HE = R Y / 2. Thus, by changing the angle θ formed by the scanning direction X with respect to the major axis direction of the elliptical beam spot SP SHG , the width size L HE of the separation region HE is set to R X (minor axis) while keeping the laser power density constant. The length can be variably adjusted within the range of R y (long axis length).
図5に、比較例として、YAG第2高調波レーザ光SHGのビームスポットSPSHGを従来一般の形状つまり円形に形成して剥離領域HE内を走査させる場合の作用を示す。図5の(A)は、円形ビームスポットSPSHGの直径を剥離領域域HEの寸法(コンタクト長手方向サイズ)に合わせるものである。この場合は、1回の片道走査によって剥離領域HE内の金メッキ層12に隈なくYAG第2高調波レーザ光SHGのレーザエネルギーを照射できるが、ビームスポットSPSHGの面積が非常に大きいためにレーザパワー密度が低く、金メッキ層12を効率よく確実に除去するのが難しいという不利点がある。そこで、レーザスポット位置で金メッキ層を確実に除去するためには、図5の(B)に示すように円形ビームスポットSPSHGの直径を十分小さく絞る必要がある。しかし、この場合には、1回の片道走査で剥離領域HE内の金メッキ層12を全部除去することは不可能であり、複数回の走査または往復走査を行わなくてはならず、剥離加工の所要時間が非常に長くなってしまう。このように、円形のビームスポットでは、レーザパワー密度と加工速度との間にトレードオフの関係があり、実用性の高い金メッキ剥離加工を実現することはできない。
FIG. 5 shows, as a comparative example, an operation in the case where the beam spot SP SHG of the YAG second harmonic laser beam SHG is formed in a conventional general shape, that is, in a circular shape, and the inside of the peeling region HE is scanned. (A) of FIG. 5 matches the diameter of the circular beam spot SP SHG with the dimension (contact longitudinal direction size) of the separation region HE. In this case, the laser energy of the YAG second harmonic laser beam SHG can be irradiated all over the
図6に、この実施形態の金メッキ剥離方法に用いて好適な金メッキ剥離装置の構成を示す。この金メッキ剥離装置において、YAGレーザ発振器20は、直線配列型で一対の終端ミラー22,24、固体レーザ活性媒質26、Qスイッチ28、波長変換結晶30および高調波分離出力ミラー32を配置している。
FIG. 6 shows a configuration of a gold plating peeling apparatus suitable for use in the gold plating peeling method of this embodiment. In this gold plating stripping apparatus, the
両終端ミラー22,24は互いに向かい合って光共振器を構成している。一方の終端ミラー22の反射面22aには、基本波長(1064nm)に対して反射性の膜がコーティングされている。他方の終端ミラー24の反射面24aには、基本波長(1064nm)に対して反射性の膜がコーティングされるとともに、第2高調波(532nm)に対して反射性の膜がコーティングされている。
Both the end mirrors 22 and 24 face each other to constitute an optical resonator. The reflecting
活性媒質26は、たとえばNd:YAGロッドからなり、両終端ミラー22,24間のほぼ中心の位置に配置され、電気光学励起部34によって光学的にポンピングされる。電気光学励起部34は、活性媒質26に向けて励起光を発生するための励起光源(たとえば励起ランプあるいはレーザダイオード)を有し、この励起光源をレーザ電源部36からの励起電流で点灯駆動することにより、活性媒質26を持続的にポンピングする。なお、レーザ電源部36は制御部38の下で電気光学励起部34を駆動する。こうして活性媒質26で生成される基本波長(1064nm)の光ビームLBは、終端ミラー22,24の間に閉じ込められて増幅される。
The
波長変換結晶30は、たとえばKTP(KTiOPO4 )結晶あるいはLBO(LiB3O5)結晶等の非線形光学結晶からなり、他方の終端ミラー24寄りに配置され、この光共振器で励起された基本モードに光学的に結合され、基本波長との非線形光学作用により第2高調波(532nm)の光ビームSHGを光共振器の光路上に生成する。
The
波長変換結晶30より終端ミラー24側に出た第2高調波の光ビームSHGは、終端ミラー24で戻されて、波長変換結晶30を通り抜ける。波長変換結晶30より終端ミラー24の反対側に出た第2高調波の光ビームSHGは、光共振器の光路または光軸に対して所定の角度(たとえば45度)で斜めに配置されている高調波分離出力ミラー32に入射し、このミラー32で所定の方向つまり入射ユニット42に向けて反射または分離出力されるようになっている。
The second harmonic light beam SHG emitted from the
Qスイッチ28はたとえば音響光学Qスイッチからなる。制御部38がQスイッチドライバ40を介して所定の周期で一時中断する高周波電気信号によりQスイッチ28を駆動する。高周波電気信号が中断する度毎にピークパワーのきわめて高いジャイアントパルスのYAG基本波レーザ光LBが光共振器22,24間で生成され、これによって高調波分離出力ミラー32よりジャイアントパルスのYAG第2高調波レーザ光SHGが出力される。
The
入射ユニット42は集光レンズ44を内蔵しており、高調波分離出力ミラー32からのYAG第2高調波レーザ光SHGを集束レンズ44により集束して光ファイバ18の一端面(入射端面)18aに入射させる。光ファイバ18は、たとえばSI(ステップインデックス)形ファイバからなり、入射ユニット42で入射したYAG第2高調波レーザ光SHGを出射ユニット16まで伝送する。
The
この実施例では、上記のようにYAG第2高調波レーザ光SHGの楕円状ビームスポットSPSHGがその楕円長軸方向と直交する楕円短軸方向Xに剥離領域HEを走査または横断するような相対移動が行われる。つまり、出射ユニット16より出射されるYAG第2高調波レーザ光SHGと加工対象のコンタクトWとの間で相対移動が行われる。この相対移動のために、コンタクトW側を保持または載置して所定方向(つまりビーム走査方向と反対方向)に移動させるたとえばXYテーブルからなるスキャニング機構46が設けられる。この場合、出射ユニット16は上記出射ユニット回転機能付きのホルダ15を介して一定位置に配置される。
In this embodiment, as described above, the elliptical beam spot SP SHG of the YAG second harmonic laser beam SHG scans or crosses the peeling region HE in the elliptical minor axis direction X orthogonal to the elliptical major axis direction. A move is made. That is, relative movement is performed between the YAG second harmonic laser beam SHG emitted from the
図7および図8は、この実施形態における出射ユニット16の構成を示す縦断面図である。この出射ユニット16は、ステンレス鋼を素材とする円筒状の上部筐体50と、銅合金を素材とする円筒状の下部筐体52とをボルト(図示せず)等で一体に結合している。ユニット回転用の円周溝17は上部筐体50に形成されている。
7 and 8 are longitudinal sectional views showing the configuration of the
上部筐体50の上部より光ファイバ18がユニット中心軸線に沿って筐体内に挿入され、光ファイバ18の出射端面18bが筐体内の空洞部に臨んでいる。上部筐体50の内部には、ユニット中心軸線上に、光ファイバ18の出射端面18b寄りにコリメートレンズ54が配置され、その後方または下方に平凸シリンドリカルレンズ56が配置されている。下部筐体52内には、ユニット中心軸線上に、2枚の平凸シリンドリカルレンズ58,60が接近して配置され、下端(先端)部の出射口に保護ガラス62が着脱可能に取り付けられている。上部筐体50側の平凸シリンドリカルレンズ56と下部筐体52側の平凸シリンドリカルレンズ(58,60)とはそれぞれの円柱面の母線を互いに直交させた向きで配置されている。
The
光ファイバ18の出射端面18bより放射状に出射されたYAG第2高調波レーザ光SHGは、最初にコリメートレンズ54に入射して、そこで平行光にコリメートされる。コリメートレンズ54を通ったYAG第2高調波レーザ光SHGは、上部平凸シリンドリカルレンズ56を通り、次いで下部平凸シリンドリカルレンズ(58,60)を通ってから保護ガラス62を透過してユニット16の外へ出射され、加工点に集光照射される。
The YAG second harmonic laser beam SHG emitted radially from the
ここで、上部平凸シリンドリカルレンズ56はYAG第2高調波レーザ光SHGをレーザ光軸方向と直交する第1の方向(Y方向)のみにおいて集束させ、下部平凸シリンドリカルレンズ(58,60)はYAG第2高調波レーザ光SHGをレーザ光軸方向および第1の方向(Y方向)と直交する第2の方向(X方向)のみにおいて集束させる。光ファイバ18の出射端面18bの直径(コア径)をa、コリメートレンズ54の焦点距離をf54、上部平凸シリンドリカルレンズ56の焦点距離をf56、下部平凸シリンドリカルレンズ58,60の焦点距離をそれぞれf58,f60、それらの合成焦点距離をfCとすると、加工点に形成される楕円状ビームスポットSPSHGの第1の方向(Y方向)および第2の方向(X方向)の直径RY,RXは下記の式(1),(2)で表される。
RY=a*f56/f54 ・・・・(1)
RX=a*fC/f54 ・・・・(2)
ただし、fC={(1/f58)+(1/f60)}-1
Here, the upper plano-convex
R Y = a * f 56 / f 54 (1)
R X = a * f C / f 54 (2)
However, f C = {(1 / f 58 ) + (1 / f 60 )} −1
一実施例として、a=200μm、f54=70mm、f56=100mm、f58=70mm、f60=60mmの場合は、RY=288μm、RX=91μmとなる。つまり、上部平凸シリンドリカルレンズ56による第1の集束方向(Y方向)は楕円状ビームスポットSPSHGの長軸方向に対応し、下部平凸シリンドリカルレンズ(58,60)による第2の集束方向(X方向)は楕円状ビームスポットSPSHGの短軸方向に対応する。上記実施例の場合は、長軸方向の径RYと短軸方向の径RXの比が288:91であり、約3:1である。楕円状のビームスポットSPSHGの扁平度がこの程度に大きいと、上記したような本発明の作用効果を十二分に奏することができる。実用上、RXに対するRYの比は少なくとも2以上であるのが好ましい。
As an example, when a = 200 μm, f 54 = 70 mm, f 56 = 100 mm, f 58 = 70 mm, and f 60 = 60 mm, R Y = 288 μm and R X = 91 μm. That is, the first focusing direction (Y direction) by the upper plano-convex
また、この出射ユニット16は、下部筐体52を金メッキ64で表面処理するとともに、上部筐体50の下部から中間部にかけてフッ素樹脂からなるカバー66を取り付けており、かかる外壁構造(64,66)により防錆機能を実現している。すなわち、出射ユニット16は金メッキ剥離加工に際して加工点から金のスプラッシュを浴びるだけでなく、概してメッキ工場内で使用されることが多く、アルミニウムやSUS等の筐体部材を露出させた構造では錆びやすい。このように金メッキ64の表面処理加工やフッ素樹脂カバー66を装備することによって錆ないユニット構造とすることができる。なお、フッ素樹脂カバー66を上部筐体50の上端まで延ばしてもよい。
Further, the
図1〜図4の実施形態は、コンタクトWの一面(上面)に剥離領域HEが設定された場合の金メッキ剥離方法に係るものであった。コンタクトWの全周(上面、両側面および下面)に剥離領域HEが設定された場合は、図9に示すように、上部剥離領域HEAおよび下部領域HEBにそれぞれ(個別に)YAG第2高調波レーザ光SHGを上記実施形態と同様の仕方で照射して両領域HEA,HEB内の金メッキをそれぞれ除去すればよい。また、YAG第2高調波レーザ光SHGが上部剥離領域HEAまたは下部剥離領域HEBを走査または横断する際にコンタクトWの側面にも照射するので、側面の金メッキ12も除去できる。つまり、上部剥離領域HEAと下部剥離領域HEBとに跨ってコンタクトWを一周して金メッキ12を剥離することができる。 The embodiment shown in FIGS. 1 to 4 relates to a gold plating peeling method in the case where a peeling region HE is set on one surface (upper surface) of the contact W. When the separation region HE is set on the entire circumference (upper surface, both side surfaces, and the lower surface) of the contact W, as shown in FIG. 9, each of the upper separation region HE A and the lower region HE B (individually) The harmonic laser beam SHG may be irradiated in the same manner as in the above embodiment to remove the gold plating in both regions HE A and HE B. Further, since the YAG second harmonic laser beam SHG irradiates the side surface of the contact W when scanning or traversing the upper peeling region HE A or the lower peeling region HE B , the side gold plating 12 can also be removed. That is, the gold plating 12 can be peeled around the contact W across the upper peeling region HE A and the lower peeling region HE B.
このような両面剥離加工においては、一個の出射ユニット18を両面に共用してもよいが、図10に示すように2つの出射ユニット18A,18Bを傾斜させて、両面に個別に割り当てることで加工能率を大幅に上げることができる。
In such a double-sided peeling process, one
図10の(A)に示す方式は、上部出射ユニット16Aおよび下部出射ユニット16BよりYAG第2高調波レーザ光SHGを同時に出射して上下両面の剥離領域HEA,HEBに集光照射するものである。この方式によれば、被加工物たとえばコンタクトWを1回通過させ、上下両面の剥離領域HEA,HEBについて金属メッキ層12の同時剥離を行うことが可能であり、後述するように1台のレーザ発振器70(図13)による同時2分岐で対応することができる。
In the method shown in FIG. 10A, the YAG second harmonic laser beam SHG is simultaneously emitted from the
図10の(B)に示す方式は、上部出射ユニット16Aと下部出射ユニット16Bとをオフセットさせて対向配置し、時間的にずらして上部出射ユニット16Aおよび下部出射ユニット16BよりYAG第2高調波レーザ光SHGを上部剥離領域HEAおよび下部剥離領域HEBにそれぞれ集光照射するものである。この方式でも、被加工物を1回通過させる過程で、上下両面の剥離領域HEA,HEB内の金属メッキ層12をそれぞれ剥離することが可能であり、後述するように1台のレーザ発振器70(図13)によるレーザ光路の切り換えで対応することができる。
In the method shown in FIG. 10B, the
図10(C)に示す方式は、上部出射ユニット16Aおよび下部出射ユニット16Bを剥離加工面に対して45度以下の傾斜角度で傾斜させて配置した例である。この例では、出射ユニット16の配置高さを低くすることができ、剥離加工装置のレイアウトを低くしたい場合に有効である。
The method shown in FIG. 10C is an example in which the
図11は、出射ユニット16を傾斜させる態様の一例であって、ホルダ15をロボット等のアーム65等に連結することにより、出射ユニット16の中心軸線を楕円短軸方向Xの方向に傾斜させ、その状態で剥離走査することが可能となる。出射ユニット16の下部筺体52を円錐台形状に構成することにより、図10(C)に示すように、出射ユニット16(16A、16B)を45度以下に傾斜させた場合、下部筺体52がコンタクトWに干渉することが避けられる。出射ユニット16の下部筺体52を円錐台形状にした場合、出射ユニット16の断面構造は図8および図12に示すようなものとなる。なお、出射ユニット16をロボットアームでハンドリングする場合は、剥離領域の剥離幅LHEに合わせて出射ユニット16をその中心軸の回りに所定角度回転させる機能をロボットアーム側で持つことも可能である。
FIG. 11 is an example of an aspect in which the
図13に、図10に示すようなツイン型出射ユニット方式に用いるレーザ発振器70の構成例を示す。図中、図6のレーザ発振器と共通する部分には同一の符号を附している。このレーザ発振器70では、高調波分離出力ミラー32より出力されたYAG第2高調波レーザ光SHGを2つの光ファイバ18A,18Bに2分岐で同時に、または分岐無しで選択的に入れるようにしている。ここで、一方の光ファイバ18Aは上部出射ユニット16Aに通じており、他方の光ファイバ18Bは下部出射ユニット16Bに通じている。
FIG. 13 shows a configuration example of a
同時2分岐方式の場合は、高調波分離出力ミラー32の反射光路上にハーフミラー72が配置され、その後方に全反射ミラーまたはベントミラー74が配置される。ハーフミラー72の反射率および透過率はそれぞれ50%でよい。ハーフミラー72の反射光路上には第1のシャッタ(ST)76Aおよび第1の入射ユニット42Aが一列に配置される。ベントミラー74の反射光路上には第2のシャッタ(ST)76Bおよび第2の入射ユニット42Bが一列に配置される。高調波分離出力ミラー32より出力されたYAG第2高調波レーザ光SHGはハーフミラー72に入射し、そこで反射光と透過光とに2分割される。ハーフミラー72で反射した第1の分岐YAG第2高調波レーザ光SHGAは、開状態の第1のシャッタ76Aを通り、第1の入射ユニット42Aより光ファイバ18Aに入れられる。ハーフミラー72を透過した第2の分岐YAG第2高調波レーザ光SHGBは、ベントミラー74で光路を曲げられ、開状態の第2のシャッタ76Bを通り、第2の入射ユニット42Bより光ファイバ18Bに入れられる。
In the case of the simultaneous bifurcation method, a
光路切り換え方式の場合は、ハーフミラー72が全反射ミラーまたはベントミラー78に置き換えられる。そして、ベントミラー78の位置が、図示しないミラー移動機構により、高調波分離出力ミラー32と全反射ミラー74とを結ぶ光路上の位置(ワーキング位置)と、該光路から外れた位置(退避位置)との間で切り換えられる。ベントミラー78がワーキング位置に切り換えられているときは、高調波分離出力ミラー32からのYAG第2高調波レーザ光SHGがベントミラー78で光路を曲げられ、開状態の第1のシャッタ76Aおよび第1の入射ユニット42Aを介して光ファイバ18Aに入れられる。ベントミラー78が退避位置に切り換えられているときは、高調波分離出力ミラー32からのYAG第2高調波レーザ光SHGがベントミラー74に入射し、このミラー74で反射してから開状態の第2のシャッタ76Bおよび第2の入射ユニット42Bを介して光ファイバ18Bに入れられる。
In the case of the optical path switching method, the
各シャッタ76A,76Bは、図示省略するが、当該レーザ光路上の位置(閉位置)と該光路から外れた位置(開位置)との間で移動可能な全反射ミラーと、この全反射ミラーが閉位置で所定方向に反射したレーザ光を受光する光吸収体とを有する。この実施例では、レーザ発振器よりYAG第2高調波レーザ光SHGを発振出力させながら、シャッタ76A,76Bを閉状態にしておくことで、各出射ユニット16A,16BにおいてYAG第2高調波レーザ光SHGの出射を止めておくことができる。そして、シャッタ76A,76Bを閉状態から開状態に切り換えることで、直ちに(たとえば200ミリ秒以内に)YAG第2高調波レーザ光SHGの出射を開始することができる。
Although not shown, each of the
このレーザ発振器70において、ガイドLD(半導体レーザ)78は、光学的なアライメントに用いる可視レーザ光GBを発生する。この可視レーザ光GBはベントミラー80,82を介して終端ミラー24の背後から光共振器内に入り、基本波光学系および第2高調波光学系に与えられる。
In this
以上、本発明の好適な実施形態を説明したが、本発明の技術的思想の範囲内で種々の変形が可能である。たとえば、上記した実施形態におけるレーザ発振器20,70は、YAG第2高調波レーザ光SHGをQスイッチパルスで発振出力したが、パルス幅可変のロングパルスで発振出力することも可能であり、出射ユニット16(16A,16B)よりロングパルスのYAG第2高調波レーザ光SHGを被加工物の剥離領域HEに集光照射することも可能である。また、レーザ伝送系において、光ファイバの代わりに、たとえば図14に示すようにビームエキスパンダ84や光学ミラー86を使用することも可能である。この場合、図15に示すように、出射ユニット100内の光学系を2枚の光学レンズで構成することも可能である。
The preferred embodiments of the present invention have been described above, but various modifications can be made within the scope of the technical idea of the present invention. For example, the
図15において、この出射ユニット100は、たとえばアルミニウムからなる略直方体形状の本体124を有し、この本体90の中心部を鉛直方向(光軸方向)に貫通する孔または空洞部125内に2つのシリンドリカルレンズ120,122を上下に可変の距離間隔を空けて配置している。両シリンドリカルレンズ120,122は、たとえば合成石英あるいはBK7材質からなる平凸シリンドリカルレンズであり、それぞれの平坦面を下(被加工物W側)に向けてそれぞれの円柱面の母線を互いに直交させて水平に配置される。
In FIG. 15, the
上方のシリンドリカルレンズ120は、本体124の上面から内奥に筒状に延在する固定レンズ保持部127のフランジ部に載置され、対向する左右両端部にて上からレンズ押え部材128を介してボルト130により挟着保持される。
The upper
下方のシリンドリカルレンズ122は、本体124の空洞部125内で鉛直方向(光軸方向)に移動可能な角筒状の可動レンズ保持部134に保持される。より詳細には、シリンドリカルレンズ122は、可動レンズ保持部134の下部に形成されたフランジ部に載置され、対向する左右両端部にて上からレンズ押え部材136を介してボルト138により挟着保持される。可動レンズ保持部134の上部は、空洞部125の断面矩形に形成された上部内壁125aに沿って鉛直方向に擦動可能なガイド部134aを構成している。本体124の一側面に形成された孔123の奥に空洞部125に通じるネジ孔139が複数個形成されており、それらのネジ孔139からネジ140の先端を可動レンズ保持部134のガイド部134aに当接させることで、可動レンズ保持部134およびシリンドリカルレンズ122を光軸上の所望の位置で固定できるようになっている。
The lower
可動レンズ保持部134は、それよりも径が一回り大きい回転リング142の上に支持されている。空洞部125の下部は、矩形の上部内壁125aよりも径が一回り大きい断面円形に形成され、その内壁125bにはねじ山(雌ねじ)144が形成されている。回転リング142の外周面には、空洞部125の下部内壁125bのねじ山144と螺合するねじ山(雄ねじ)が形成されている。回転リング142の下面には回転操作用のつまみを構成するボルト146が取り付けられており、この回転操作つまみ146を人が指で?んで回すと、たとえば時計回りでは回転リング142が垂直上方へ送られ、それによって可動レンズ保持部134およびシリンドリカルレンズ122も垂直上方へ移動し、反時計回りでは回転リング142が垂直下方へ送られ、それによって可動レンズ保持部134およびシリンドリカルレンズ122も垂直下方へ移動するようになっている。
The movable
回転リング142の開口部には、下部シリンドリカルレンズ122を外部(特に被加工物W側)の粉塵から遮断するための保護ガラス板148がデルリンリング150を介してネジリング152により外側から着脱可能に取り付けられる。なお、ネジリング152の外周面にはねじ山(雄ねじ)154が形成され、回転リング142の開口部の内周面にネジリング152のねじ山154と螺合するねじ山(雌ねじ)が形成されている。本体124の角隅部には、この出射ユニット100をユニット支持部(図示せず)に取り付けるためのボルト(図示せず)を通す孔156が形成されている。
A protective glass plate 148 for shielding the lower
なお、この出射ユニット100も図14に示すように回転角調整部160によってその中心軸を回転中心として任意の回転角度に調整できるようになっている。回転角調整部160は、上記第1の実施形態におけるホルダ15および締着ねじ19のようなマニュアル式のものでもよいが、パルスモータ等を用いて自動調整式に構成することも可能である。
As shown in FIG. 14, the
ここで、図16および図17につき、この出射ユニット100の光学的な作用(特に集光作用)を説明する。図16および図17において、固定シリンドリカルレンズ120の母線をX軸とし、可動シリンドリカルレンズ122の母線をX軸に直交したY軸とする。
Here, with reference to FIGS. 16 and 17, the optical action (particularly, the light collecting action) of the
レーザ光源10(図14)からのYAG第2高調波レーザ光SHGは、小さな拡がり角度θを有する断面円形の平行光であり、固定シリンドリカルレンズ120を透過することにより、その母線方向であるX軸方向には屈折しないでY軸方向に屈折(収束)しながら、可動シリンドリカルレンズ122に入射する。そして、レーザ光SHGは、可動シリンドリカルレンズ122ではY軸方向に屈折せずにそのまま真直ぐ進み、図16の(a)および図17の(a)に示すように固定シリンドリカルレンズ120の焦点距離f120の位置にY軸方向の焦点を結ぶ。ここで、レーザ光SHGには拡がり角度θが存在するために、Y軸方向には点状ではなく少し拡がりが生じる。この拡がりは、レーザ光源10やレーザ伝送光学系の特性によって決まり、たとえば100μm程度にすることができる。この実施形態では、固定シリンドリカルレンズ120の焦点付近に被加工物W上の加工ポイントが位置するようにワーキングディスタンスが設定される。
The YAG second harmonic laser beam SHG from the laser light source 10 (FIG. 14) is a parallel light having a circular cross section having a small divergence angle θ, and is transmitted through the fixed
一方で、レーザ光SHGは、固定シリンドリカルレンズ120を透過するときは上述したようにX軸方向には屈折しないで、拡がり角度θでもって可動シリンドリカルレンズ122に入射し、可動シリンドリカルレンズ122を透過することによりX軸方向に屈折(収束)して、焦点距離f122の位置にX軸方向の焦点を結ぶように進む。可動シリンドリカルレンズ122が、その焦点距離f122を被加工物Wの加工ポイントとの距離間隔に一致させているとき、つまり基準位置Qに置かれているときは、図17の(b)に示すように、レーザ光SHGはX軸方向でもほぼオンフォーカスで被加工物Wの加工ポイントに集光する。しかし、被加工物Wの加工ポイントに対する可動シリンドリカルレンズ122の距離間隔が可動シリンドリカルレンズ122の焦点距離f122からオフセットしているときは、たとえば図16の(b)に示すように、X軸方向では焦点が合わずデフォーカスで被加工物Wの加工ポイントに集光する。この場合、被加工物Wの加工ポイントにおけるビームスポットSPは線状または帯状のパターンとなり、その長さ方向のサイズはオフセット量に比例する。
On the other hand, when the laser beam SHG passes through the fixed
このように、この実施形態の出射ユニット100は、ワークディスタンスの調整を要することなく、鉛直方向(光軸方向)における可動シリンドリカルレンズ122の位置を可変調整するだけで、被加工物Wの加工ポイントに形成されるビームスポットSPの縦横比を任意に可変することが可能であり、YAG第2高調波レーザ光SHGについて扁平度の高いビームスポットSPSHGを形成することができる。
As described above, the
なお、上記実施形態ではYAG高調波として第2高調波(532nm)を用いたが、第3高調波(355nm)あるいは第4高調波(266nm)等も使用可能である。また、YAG高調波を生成するための固体レーザ媒体または活性媒質24,40として、Nd:YAG結晶以外に、Nd:YLF結晶、Nd:YVO4結晶、Yb:YAG結晶等を使用することもできる。上記実施形態における出射ユニット16,100は、金メッキ以外の金属薄膜剥離加工に使用可能であり、たとえばYAG基本波のレーザ光によるスズメッキ剥離加工にも使用できる。
In the above embodiment, the second harmonic (532 nm) is used as the YAG harmonic, but a third harmonic (355 nm) or a fourth harmonic (266 nm) can also be used. In addition to the Nd: YAG crystal, an Nd: YLF crystal, Nd: YVO 4 crystal, Yb: YAG crystal, or the like can also be used as the solid laser medium or active medium 24, 40 for generating YAG harmonics. . The
W コンタクト
10 金属素材
12 金メッキ層
14 ニッケルメッキ層
15 ホルダ(回転角調整手段)
16 出射ユニット
16A 上部出射ユニット
16B 下部出射ユニット
18,18A,18B 光ファイバ
19 締着ねじ(回転角調整手段)
20,70,100 レーザ発振器
22,24 終端ミラー(光共振器ミラー)
26 活性媒質
28 Qスイッチ
30 波長変換結晶
32 高調波分離出力ミラー
34 電気光学励起部
36 レーザ電源
38 制御部
42 入射ユニット
42A 第1の入射ユニット
42B 第2の入射ユニット
46 スキャニング機構
50 上部筐体
52 下部筐体
54 コリメートレンズ
56 上部シリンシドリカルレンズ
58,60 下部シリンドリカルレンズ
64 金メッキ
65 ロボットアーム
66 フッ素樹脂カバー
72 ハーフミラー
74,78 全反射ミラー(ベントミラー)
100 出射ユニット
160 回転角調整部
16
20, 70, 100
26 Active Medium 28
100
Claims (16)
前記剥離領域内にYAG高調波レーザ光を扁平度の高い楕円状ビームスポットで照射して前記金メッキ層の被照射部分を除去し、前記楕円状ビームスポットをその長軸方向に対して所望の角度をなす方向に前記剥離領域を走査してその領域内の前記金メッキ層を除去するように前記YAG高調波レーザ光を前記金属素材に対して相対的に移動させる金メッキ剥離方法。 A gold plating peeling method for peeling a gold plating layer formed on the surface of a metal material in a desired peeling region,
A YAG harmonic laser beam is irradiated into the peeling region with an elliptical beam spot having a high flatness to remove an irradiated portion of the gold plating layer, and the elliptical beam spot is formed at a desired angle with respect to the major axis direction. A gold plating peeling method in which the YAG harmonic laser beam is moved relative to the metal material so as to scan the peeling region in the direction of forming the metal plating layer and remove the gold plating layer in the region.
YAG高調波のレーザ光を生成するレーザ発振器と、
前記レーザ発振器からの前記YAG高調波レーザ光を扁平度の高い楕円状ビームスポットに集束させて前記剥離領域内に照射する出射ユニットと、
前記剥離領域の幅を可変するために、前記出射ユニットを、その中心軸線を回転中心として任意の角度回転させる回転角調整手段と、
前記楕円状ビームスポットがその楕円長軸方向に対して前記出射ユニットの回転角度位置に応じた角度をなす方向に前記剥離領域を走査してその領域内の前記金メッキ層を剥離するように、前記出射ユニットより出射される前記YAG高調波レーザ光を前記金属素材に対して相対的に移動させるスキャニング手段と
を有する金メッキ剥離装置。 A gold plating peeling apparatus for peeling a gold plating layer formed on the surface of a metal material in a desired peeling region,
A laser oscillator that generates laser light of YAG harmonics;
An emission unit that focuses the YAG harmonic laser beam from the laser oscillator into an elliptical beam spot having a high flatness and irradiates the peeling area;
A rotation angle adjusting means for rotating the emission unit at an arbitrary angle around the center axis thereof as a rotation center in order to vary the width of the peeling region;
The elliptical beam spot scans the peeling region in a direction that makes an angle corresponding to the rotational angle position of the emission unit with respect to the elliptical long axis direction so as to peel the gold plating layer in the region. And a scanning means for moving the YAG harmonic laser beam emitted from the emission unit relative to the metal material.
前記光ファイバの終端面より出射された前記YAG高調波レーザ光を平行光にするコリメートレンズと、
前記コリメートレンズを通ってきた前記YAG高調波レーザ光をレーザ光軸方向と直交する第1の方向で集束させる第1の集束レンズと、
前記第1の集束レンズを通ってきた前記YAG高調波レーザ光を前記レーザ光軸方向および前記第1の方向と直交する第2の方向で集束させる第2の集束レンズと
を有する請求項8に記載の金メッキ剥離装置。 The emission unit is
A collimating lens that collimates the YAG harmonic laser beam emitted from the end face of the optical fiber;
A first focusing lens that focuses the YAG harmonic laser light that has passed through the collimating lens in a first direction orthogonal to the laser optical axis direction;
The second focusing lens for focusing the YAG harmonic laser beam that has passed through the first focusing lens in the laser optical axis direction and a second direction orthogonal to the first direction. The gold plating peeling apparatus as described.
YAG高調波のレーザ光を生成するレーザ発振器と、
前記レーザ発振器より生成された前記YAG高調波レーザ光を第1および第2の分岐YAG高調波レーザ光に分割するビームスプリッタと、
前記ビームスプリッタより得られる前記第1の分岐YAG高調波レーザ光を伝送するための第1の光ファイバと、
前記ビームスプリッタより得られる前記第2の分岐YAG高調波レーザ光を伝送するための第2の光ファイバと、
前記第1の光ファイバの終端面より出射された前記第1の分岐YAG高調波レーザ光を扁平度の高い第1の楕円状ビームスポットに集束させて前記コネクタ端子の第1の面に設定された第1の剥離領域内に照射する第1の出射ユニットと、
前記第1の剥離領域の幅を可変するために、前記第1の出射ユニットを、その中心軸線を回転中心として任意の角度回転させる第1の回転角調整手段と、
前記第2の光ファイバの終端面より出射された前記第2の分岐YAG高調波レーザ光を扁平度の高い第2の楕円状ビームスポットに集束させて前記コネクタ端子の前記第1の面と対向する第2の面に設定された第2の剥離領域内に照射する第2の出射ユニットと、
前記第2の剥離領域の幅を可変するために、前記第2の出射ユニットを、その中心軸線を回転中心として任意の角度回転させる第2の回転角調整手段と、
前記第1および第2の楕円状ビームスポットがそれぞれの長軸方向に対して所望角度傾斜する方向に前記第1および第2の剥離領域をそれぞれ走査して各領域内の前記金メッキ層を剥離するように、前記第1および第2の出射ユニットよりそれぞれ出射される第1および第2の分岐YAG高調波レーザ光を前記コネクタ端子に対して相対的に移動させるスキャニング手段と
を有する金メッキ剥離装置。 A gold plating stripping device for stripping a gold plating layer formed on the surface of a connector terminal in a desired stripping region,
A laser oscillator that generates laser light of YAG harmonics;
A beam splitter that splits the YAG harmonic laser light generated by the laser oscillator into first and second branched YAG harmonic laser lights;
A first optical fiber for transmitting the first branched YAG harmonic laser beam obtained from the beam splitter;
A second optical fiber for transmitting the second branched YAG harmonic laser light obtained from the beam splitter;
The first branched YAG harmonic laser beam emitted from the end surface of the first optical fiber is focused on the first elliptical beam spot having a high flatness and set on the first surface of the connector terminal. A first emission unit for irradiating the first peeling region;
First rotation angle adjusting means for rotating the first emission unit at an arbitrary angle about the center axis thereof as a rotation center in order to vary the width of the first peeling region;
The second branched YAG harmonic laser beam emitted from the end surface of the second optical fiber is focused on a second elliptical beam spot having a high flatness and is opposed to the first surface of the connector terminal. A second emission unit for irradiating the second peeling area set on the second surface to be
Second rotation angle adjusting means for rotating the second emission unit at an arbitrary angle around the center axis thereof as a rotation center in order to vary the width of the second peeling region;
The first and second ellipsoidal beam spots scan the first and second peeling regions in directions in which the first and second elliptical beam spots are inclined at a desired angle with respect to the major axis directions, respectively, and peel the gold plating layer in each region. As described above, a gold plating peeling apparatus comprising: scanning means for moving the first and second branched YAG harmonic laser beams emitted from the first and second emission units, respectively, relative to the connector terminal.
YAG高調波のレーザ光を生成するレーザ発振器と、
前記レーザ発振器より生成された前記YAG高調波レーザ光の光路を第1の光路もしくは第2の光路のいずれか一方に切り換えるレーザ光路切り換え部と、
前記レーザ光路切り換え部により前記第1の光路に切り換えられた前記YAG高調波レーザ光を伝送するための第1の光ファイバと、
前記レーザ光路切り換え部により前記第2の光路に切り換えられた前記YAG高調波レーザ光を伝送するための第2の光ファイバと、
前記第1の光ファイバの終端面より出射された前記YAG高調波レーザ光を扁平度の高い楕円状ビームスポットに集束させて前記コネクタ端子の第1の面に設定された第1の剥離領域内に照射する第1の出射ユニットと、
前記第1の剥離領域の幅を可変するために、前記第1の出射ユニットを、その中心軸線を回転中心として任意の角度回転させる第1の回転角調整手段と、
前記第2の光ファイバの終端面より出射された前記YAG高調波レーザ光を扁平度の高い楕円状ビームスポットに集束させて前記コネクタ端子の前記第1の面と対向する第2の面に設定された第2の剥離領域内に照射する第2の出射ユニットと、
前記第2の剥離領域の幅を可変するために、前記第2の出射ユニットを、その中心軸線を回転中心として任意の角度回転させる第2の回転角調整手段と、
前記楕円状ビームスポットがその長軸方向に対して所望角度傾斜する方向に前記第1および第2の剥離領域を走査して各領域内の前記金メッキ層を剥離するように、前記第1の出射ユニットまたは第2の出射ユニットより出射される前記YAG高調波レーザ光を前記コネクタ端子に対して相対的に移動させるスキャニング手段と
を有する金メッキ剥離装置。 A gold plating stripping device for stripping a gold plating layer formed on the surface of a connector terminal in a desired stripping region,
A laser oscillator that generates laser light of YAG harmonics;
A laser optical path switching unit that switches the optical path of the YAG harmonic laser light generated by the laser oscillator to either the first optical path or the second optical path;
A first optical fiber for transmitting the YAG harmonic laser beam switched to the first optical path by the laser optical path switching unit;
A second optical fiber for transmitting the YAG harmonic laser beam switched to the second optical path by the laser optical path switching unit;
In the first separation region set on the first surface of the connector terminal by focusing the YAG harmonic laser beam emitted from the end surface of the first optical fiber into an elliptical beam spot having a high flatness. A first exit unit for irradiating
First rotation angle adjusting means for rotating the first emission unit at an arbitrary angle about the center axis thereof as a rotation center in order to vary the width of the first peeling region;
The YAG harmonic laser beam emitted from the end surface of the second optical fiber is focused on an elliptical beam spot having a high flatness and set to a second surface opposite to the first surface of the connector terminal. A second emission unit for irradiating the second exfoliation region,
Second rotation angle adjusting means for rotating the second emission unit at an arbitrary angle around the center axis thereof as a rotation center in order to vary the width of the second peeling region;
The first emission is performed such that the elliptical beam spot scans the first and second peeling regions in a direction inclined at a desired angle with respect to the major axis direction to peel the gold plating layer in each region. And a scanning means for moving the YAG harmonic laser beam emitted from the unit or the second emission unit relative to the connector terminal.
The gold-plating peeling apparatus as described in any one of Claims 8-15 in which the said laser oscillator has a Q switch for producing | generating the laser beam of the YAG harmonic of a Q switch pulse.
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