JP2012045554A - Laser machining device and laser machining method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、加工対象物にレーザビームを照射して加工を行うレーザ加工装置、及びレーザ加工方法に関する。 The present invention relates to a laser processing apparatus and a laser processing method for performing processing by irradiating a workpiece with a laser beam.
図5(A)は、穴開け加工を行うレーザ加工装置を示す概略図である。 FIG. 5A is a schematic diagram illustrating a laser processing apparatus that performs drilling.
レーザ発振器10、たとえばCO2レーザ発振器が、制御装置17からトリガ信号を受けて、パルスレーザビーム20を出射する。パルスレーザビーム20はマスク11で断面形状を整形され、音響光学偏向器(acoust-optic deflector; AOD)12に入射する。
A
AOD12は、制御装置17から送信される制御信号を受けて、入射するパルスレーザビーム20の進行方向を変化させて出射する。AOD12により偏向されたパルスレーザビーム20は、ガルバノスキャナ14、fθレンズ15を経由して、ステージ16上に載置された加工対象物であるプリント基板30に入射する。入射したパルスレーザビーム20により、プリント基板30の穴開け加工が行われる。
The
なお、制御装置17からAOD12に制御信号が印加されない期間に、AOD12に入射したパルスレーザビーム20は直進して、ダンパ13に入射し吸収される。
Note that during a period in which no control signal is applied from the
図5(B)は、プリント基板30を示す概略的な断面図である。プリント基板30は、銅層31、ガラスクロスの入ったエポキシ樹脂で形成される樹脂層32、銅層33がこの順に積層される積層構造を有する。パルスレーザビーム20は、銅層33の表面からプリント基板30に入射し、銅層33及び樹脂層32を貫通し、銅層31に至る貫通孔が形成される。
FIG. 5B is a schematic cross-sectional view showing the printed
パルスレーザビーム20の照射は、たとえばサイクル法で行われる。ある被加工位置にレーザパルスを1ショット入射させた後、ガルバノスキャナ14を駆動して、レーザビームの入射位置の位置決めを行い、次のレーザパルスを、位置決めされた入射位置(被加工位置)に入射させる。たとえば3〜5ショットのレーザパルスを同一位置に入射させることで貫通孔が形成される。ガルバノスキャナ14の動作は、制御装置17により制御される。
Irradiation with the
携帯電話機などに用いられるプリント基板においては、電子部品の配置によって穴の位置が決まっており、穴間隔は一定ではない。穴間隔にばらつきのあるプリント基板の加工は、たとえば以下のように行われている。 In a printed circuit board used for a mobile phone or the like, the positions of holes are determined by the arrangement of electronic components, and the hole interval is not constant. For example, processing of a printed circuit board with variations in hole spacing is performed as follows.
図6(A)及び(B)は、パルスレーザビームの照射によって穴開けを行う、従来のレーザ加工方法を示すタイミングチャートである。両図における横軸はすべて時間を表す。 6A and 6B are timing charts showing a conventional laser processing method in which holes are formed by irradiation with a pulsed laser beam. The horizontal axis in both figures represents time.
図6(A)に、レーザ発振のタイミングを走査装置停止信号に同期させるレーザ加工方法を示す。走査装置停止信号は、ガルバノスキャナ14から制御装置17に送信される信号であり、これにより、ガルバノスキャナ14における、レーザビームの入射位置の位置決めの完了(位置決め終了時のガルバノミラーの停止、及びその後の停止状態の継続)が制御装置17に伝えられる。
FIG. 6A shows a laser processing method in which the laser oscillation timing is synchronized with the scanning device stop signal. The scanning device stop signal is a signal transmitted from the
制御装置17は、走査装置停止信号を受信した後すぐに、レーザ発振器10にトリガ信号を入力して、レーザパルスを出射させるとともに、AOD12に制御信号を送信し、AOD12に入射するレーザパルスを偏向させる。レーザ発振器10から出射されるすべてのレーザパルスのパルス幅は相互に等しい。AOD12で偏向されたレーザパルスは、プリント基板30の被加工位置に入射し、プリント基板30に穴を開ける加工が行われる。
Immediately after receiving the scanning device stop signal, the
図6(A)に示す方法によれば、走査装置停止信号、ひいては被加工位置間の間隔に対応する走査装置移動時間(ガルバノスキャナ14の位置決めに要する時間)にあわせてレーザ発振を行うため、時間的な損失が少なく、加工のスループットを向上させることができる。しかし一般にレーザ発振器は、発振周波数を変えると、等しいパルス幅でも出力のエネルギ値が変化する。したがってこの方法によると、レーザ発振器10から出射されるレーザパルスの発振周波数が各レーザパルスで異なるため、パルスエネルギが一定せず、加工品質を低下させる場合がある。たとえば銅層33の加工において、穴径のばらつきが生じる。
According to the method shown in FIG. 6A, the laser oscillation is performed in accordance with the scanning device stop signal, and consequently the scanning device moving time corresponding to the interval between the processing positions (the time required for positioning the galvano scanner 14). There is little time loss and the processing throughput can be improved. However, in general, when the oscillation frequency of a laser oscillator is changed, the output energy value changes even with an equal pulse width. Therefore, according to this method, since the oscillation frequency of the laser pulse emitted from the
図6(B)に、レーザ発振器10から、レーザパルスを一定の発振周波数で連続発振させて行うレーザ穴開け加工方法の例を示す。レーザ発振器10から出射されるすべてのレーザパルスのパルス幅は相互に等しい。
FIG. 6B shows an example of a laser drilling method in which a laser pulse is continuously oscillated from a
制御装置17は、レーザ発振器10から、レーザパルスを一定の発振周波数で発振させるとともに、AOD12に対し、走査装置停止信号の受信後、次に発振されるレーザパルスを偏向させ、プリント基板30に入射させる制御を行う。
The
図6(B)に示す方法によれば、レーザ発振器10から出射されるレーザパルスの発振周波数が各レーザパルスで等しいため、パルスエネルギが一定のレーザパルスを、プリント基板30に照射することができ、被加工位置間の間隔にばらつきがある場合であっても、加工品質を良好に保つことが可能である。しかしながらこの方法によると、たとえばレーザパルスの出射タイミングがガルバノスキャナ14の静止タイミングよりわずかに早い場合に、レーザパルスの発振周期分の時間的なロスが生じ、加工のスループットが著しく落ちてしまう。
According to the method shown in FIG. 6B, since the oscillation frequency of the laser pulse emitted from the
被加工位置間の間隔にばらつきがある場合でも、加工結果を均一にすることができるレーザ穴開け加工方法の発明が開示されている(たとえば、特許文献1参照)。特許文献1に記載された発明においては、パルス幅の相互に等しいレーザパルスを用い、被加工位置ごとに光強度分配率を制御し、投入するエネルギを一定化することにより、加工品質の向上を実現している。
An invention of a laser drilling method that can make the processing result uniform even when there is variation in the interval between the processing positions has been disclosed (for example, see Patent Document 1). In the invention described in
本発明の目的は、高品質の加工を行うことのできるレーザ加工装置、及びレーザ加工方法を提供することである。 An object of the present invention is to provide a laser processing apparatus and a laser processing method capable of performing high-quality processing.
本発明の一観点によれば、加工対象物に照射されるレーザパルスを出射するレーザ光源と、前記レーザ光源から出射されたレーザパルスの、前記加工対象物上における照射位置を移動させる照射位置移動装置と、前記照射位置移動装置が前記加工対象物上の1つの照射位置から次の照射位置に、レーザパルスの照射位置を移動させる移動時間に応じたパルス幅と周波数でレーザパルスが出射されるように、前記レーザ光源からのレーザパルスの出射を制御する制御装置とを有するレーザ加工装置が提供される。 According to one aspect of the present invention, a laser light source that emits a laser pulse emitted to a workpiece, and an irradiation position movement that moves an irradiation position on the workpiece of the laser pulse emitted from the laser light source. The apparatus and the irradiation position moving device emit laser pulses with a pulse width and frequency corresponding to the movement time for moving the irradiation position of the laser pulse from one irradiation position to the next irradiation position on the workpiece. Thus, there is provided a laser processing apparatus having a control device for controlling emission of a laser pulse from the laser light source.
また、本発明の他の観点によれば、(a)複数の被加工位置が加工順序とともに画定された加工対象物に、該被加工位置の加工順序にしたがった間隔に応じて、該被加工位置に照射するレーザパルスのパルス幅と周波数とを決定する工程と、(b)前記工程(a)で決定されたパルス幅と周波数とで、レーザパルスを、前記加工対象物の被加工位置に照射する工程とを有するレーザ加工方法が提供される。 According to another aspect of the present invention, (a) a workpiece to be processed in which a plurality of machining positions are defined together with the machining order, the machining according to the interval according to the machining order of the machining positions. A step of determining a pulse width and a frequency of a laser pulse to be irradiated to the position; and (b) a laser pulse at a position to be processed of the workpiece by the pulse width and the frequency determined in the step (a). There is provided a laser processing method having an irradiation step.
更に、本発明の他の観点によれば、(c)第1のレーザパルスを第1の被加工位置に入射させる工程と、(d)前記第1の被加工位置と第1の距離だけ離れた第2の被加工位置に、前記第1のレーザパルスの次に出射される第2のレーザパルスを入射させる工程と、(e)前記第2の被加工位置と第2の距離だけ離れた第3の被加工位置に、前記第2のレーザパルスの次に出射される第3のレーザパルスを入射させる工程とを有し、前記工程(e)において、(i)前記第2の距離が、前記第1の距離より長いときには、前記第3のレーザパルスのパルス幅を、前記第2のレーザパルスのパルス幅より短くし、(ii)前記第2の距離が、前記第1の距離より短いときには、前記第3のレーザパルスのパルス幅を、前記第2のレーザパルスのパルス幅より長くし、(iii)前記第2の距離が、前記第1の距離と等しいときには、前記第3のレーザパルスのパルス幅を、前記第2のレーザパルスのパルス幅と等しくするレーザ加工方法が提供される。 Furthermore, according to another aspect of the present invention, (c) a step of causing the first laser pulse to enter the first processing position, and (d) a first distance from the first processing position. A step of causing the second laser pulse emitted after the first laser pulse to enter the second processing position; and (e) a second distance from the second processing position. A step of causing a third laser pulse emitted next to the second laser pulse to enter a third processing position, and in the step (e), (i) the second distance is , When longer than the first distance, the pulse width of the third laser pulse is shorter than the pulse width of the second laser pulse, and (ii) the second distance is greater than the first distance. When it is short, the pulse width of the third laser pulse is set to be equal to that of the second laser pulse. Longer than the pulse width, and (iii) when the second distance is equal to the first distance, the laser processing to make the pulse width of the third laser pulse equal to the pulse width of the second laser pulse A method is provided.
本発明によれば、高品質の加工を行うことの可能なレーザ加工装置、及びレーザ加工方法を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the laser processing apparatus and laser processing method which can perform a high quality process can be provided.
図1(A)は、実施例によるレーザ加工装置を示す概略図である。 FIG. 1A is a schematic diagram illustrating a laser processing apparatus according to an embodiment.
レーザ発振器40、たとえばCO2レーザ発振器が、制御装置47からトリガパルス(トリガ信号)を受けて、パルスレーザビーム50を出射する。パルスレーザビーム50は、透光領域と遮光領域とを備えるマスク41の透光領域を通過することにより断面形状を整形され、AOD42に入射する。
A
AOD42は、音響光学効果を利用した光偏向器であり、制御装置47から送信される制御信号を受けて、入射するパルスレーザビーム50の進行方向を変化させて出射することができる。AOD42を出射するパルスレーザビームの出射方向(偏向角)は、AOD42に印加する制御信号の周波数によって変化させることが可能である。制御装置47は、周波数の相互に異なる制御信号をAOD42に印加して、パルスレーザビーム50の各レーザパルスから、偏向角の相対的に小さい光路Aを進行するレーザパルス(パルスレーザビーム50a)と、偏向角の相対的に大きい光路Bを進行するレーザパルス(パルスレーザビーム50b)とを時間的に分割生成する。
The
制御装置47からAOD42に制御信号が印加されない期間にAOD42に入射したパルスレーザビーム50は直進して、ダンパ43に入射し吸収される。
The
AOD42により偏向され、光路Aを進行するパルスレーザビーム50aは、ガルバノスキャナ44a、fθレンズ45aを経由して、ステージ46a上に載置された加工対象物であるプリント基板60aに入射する。
The
ガルバノスキャナ44aは2枚の揺動鏡(ガルバノミラー)を含み、入射したレーザビームを2次元方向に走査して出射する走査装置である。fθレンズ45aは、パルスレーザビーム50aを集光し、マスク41の位置におけるビーム断面(透光領域の形状)をプリント基板60a上に結像させる。ステージ46aは、プリント基板60aを移動可能に保持する、たとえばXYステージである。プリント基板60aに入射したパルスレーザビーム50aにより、プリント基板60aの穴開け加工が行われる。
The
同様に、AOD42により偏向され、光路Bを進行するパルスレーザビーム50bは、ガルバノスキャナ44b、fθレンズ45bを経由して、ステージ46b上に移動可能に保持された加工対象物であるプリント基板60bに入射し、プリント基板60bの穴開け加工が行われる。ガルバノスキャナ44a、44bの動作は、制御装置47により制御される。
Similarly, the
図1(B)は、プリント基板60a、60bを示す概略的な断面図である。プリント基板60a、60bは、銅層61a、61b、ガラスクロスの入ったエポキシ樹脂で形成される樹脂層62a、62b、銅層63a、63bがこの順に積層される積層構造を有する。パルスレーザビーム50a、50bは、銅層63a、63bの表面からプリント基板60a、60bに入射し、銅層63a、63b及び樹脂層62a、62bを貫通し、銅層61a、61bに至る貫通孔が形成される。
FIG. 1B is a schematic cross-sectional view showing printed
パルスレーザビーム50a、50bの照射は、たとえばサイクル法で行われる。ある被加工位置にレーザパルスを1ショット入射させた後、ガルバノスキャナ44a、44bを駆動して、レーザビームの入射位置の位置決めを行い、次のレーザパルスを、位置決めされた入射位置(被加工位置)に入射させる。たとえば3〜5ショットのレーザパルスを同一の被加工位置に入射させることで貫通孔が形成される。穴開け加工はこのようにプリント基板60a、60b上に画定された複数の被加工位置にレーザパルスを順番に照射して行われる。
Irradiation with the
プリント基板60a、60bは、たとえば被加工位置が等しく配置された同種のプリント基板である。ガルバノスキャナ44a、44bは、同様の動作を行うように制御され、プリント基板60a、60bには、対応する被加工位置に、同時に同様の穴開け加工が施される。
The printed
制御装置47は、レーザ発振器40にトリガパルスを送信し、レーザ発振器40からのパルスレーザビーム50の出射を制御する。また、AOD42を制御して、パルスレーザビーム50の各レーザパルスから、光路Aを進行するレーザパルスと、光路Bを進行するレーザパルスとを生成する。この際、AOD42に印加する制御信号の周波数及び印加時間により、光路A、Bへの振り分けの選択、及び振り分けられるレーザパルスのパルス幅を、それぞれ制御することができる。更に、制御装置47は、プリント基板60a、60bの被加工位置に貫通孔が形成されるように、ガルバノスキャナ44a、44bの位置決め動作の制御を行う。また、ステージ46a、46bによるプリント基板60a、60bの移動を制御する。
The
制御措置47は、記憶装置、たとえばメモリを備える。記憶装置には、たとえば加工に必要な情報が記憶されている。制御は、たとえば記憶装置に記憶されている内容に基いて行われる。
The
図2は、プリント基板へのレーザビームの照射に先立って行う準備工程を示すフローチャートである。 FIG. 2 is a flowchart showing a preparation process performed prior to the irradiation of the laser beam onto the printed circuit board.
レーザビームの照射に先立ち、まずステップS101において、加工対象物の被加工位置(プリント基板の加工穴の配置)に基き、ガルバノスキャナの移動ルート(ガルバノミラーの向きを変化させる経路)を最適化し、穴の加工順序を決定するとともに、加工順序に従った穴間隔を把握する。ガルバノスキャナの移動ルートの最適化は、たとえばガルバノスキャナの移動時間(ガルバノミラーの向きを変化させる時間)が最短となるように行う。 Prior to the laser beam irradiation, first, in step S101, based on the processing position of the processing object (arrangement of the processing hole of the printed circuit board), the movement path of the galvano scanner (path for changing the direction of the galvano mirror) is optimized. The hole processing order is determined and the hole interval according to the processing order is grasped. The movement route of the galvano scanner is optimized, for example, so that the movement time of the galvano scanner (time for changing the direction of the galvano mirror) is minimized.
ステップS101の枠内に、穴加工順序(穴番号)と穴間隔との関係の一例を示した。本図において、横軸は穴加工順序(穴番号)を表し、縦軸は1つ前に加工される穴との間隔を単位「mm」で表す。本図から、加工対象物となるプリント基板は、加工順序に従って見たとき、穴(被加工位置)の間隔が0.8mm弱〜1.7mm弱の範囲で分布するプリント基板であることがわかる。 An example of the relationship between the hole processing order (hole number) and the hole interval is shown in the frame of step S101. In this figure, the horizontal axis represents the hole drilling order (hole number), and the vertical axis represents the distance from the previous hole to be processed in the unit “mm”. From this figure, it can be seen that the printed circuit board to be processed is a printed circuit board in which the distance between the holes (processed positions) is distributed within a range of slightly less than 0.8 mm to less than 1.7 mm when viewed in accordance with the processing order. .
ステップS102においては、穴加工順序とレーザ発振周波数とを関連づける。この作業に当たっては、あらかじめステップS201で、ガルバノスキャナの移動速度から、穴間隔とレーザの発振周波数との関係を求め、把握しておく。 In step S102, the drilling sequence is associated with the laser oscillation frequency. In this operation, in step S201, the relationship between the hole interval and the laser oscillation frequency is obtained and grasped from the moving speed of the galvano scanner in advance.
ステップS201の枠内に、穴間隔と、当該穴間隔で穴を開ける際に照射すべきレーザパルスの発振周波数との関係の一例を示した。本図において、横軸は穴間隔を単位「mm」で表し、縦軸はレーザ発振周波数を単位「Hz」で表す。本図には、穴間隔が大きくなるにつれて、レーザの発振周波数が小さくなる両者の関係が示されている。なお、穴間隔とレーザの発振周波数との関係は、ガルバノスキャナの移動距離(ガルバノミラーの向きの変化量)とレーザの発振周波数との関係に対応する。 An example of the relationship between the hole interval and the oscillation frequency of the laser pulse to be irradiated when the holes are formed at the hole interval is shown in the frame of step S201. In this figure, the horizontal axis represents the hole interval in the unit “mm”, and the vertical axis represents the laser oscillation frequency in the unit “Hz”. This figure shows the relationship between the laser oscillation frequency decreasing as the hole spacing increases. The relationship between the hole interval and the laser oscillation frequency corresponds to the relationship between the moving distance of the galvano scanner (the amount of change in the direction of the galvano mirror) and the laser oscillation frequency.
穴加工順序とレーザ発振周波数との関連づけは、ステップS101で決定された穴加工順序及び把握された穴間隔と、ステップS201で求められた穴間隔とレーザの発振周波数との関係に基いて行う。 The association between the drilling sequence and the laser oscillation frequency is performed based on the relationship between the drilling sequence determined in step S101 and the grasped hole interval, and the hole interval determined in step S201 and the laser oscillation frequency.
ステップS102の枠内に、穴加工順序とレーザ発振周波数との関係の一例を示した。本図において、横軸は穴加工順序(穴番号)を表し、縦軸はレーザ発振周波数を単位「Hz」で表す。本図を参照することにより、たとえば加工順序がn番目の穴を加工する際に照射すべきレーザパルスの発振周波数を定めることができる。 An example of the relationship between the drilling sequence and the laser oscillation frequency is shown in the frame of step S102. In this figure, the horizontal axis represents the drilling sequence (hole number), and the vertical axis represents the laser oscillation frequency in the unit “Hz”. By referring to this figure, for example, the oscillation frequency of the laser pulse to be irradiated when processing the n-th hole in the processing order can be determined.
ステップS103において、穴加工順序と加工パルス幅とを関連づける。この作業に当たっては、あらかじめステップS202で、プリント基板に照射されるレーザパルスのパルスエネルギ(1ショットのレーザパルスによって、プリント基板に投入されるエネルギ)が一定となる、レーザの発振周波数と加工レーザパルスのパルス幅(加工パルス幅)との関係を求め、把握しておく。プリント基板に照射する加工レーザパルスのパルスエネルギの一定値は、たとえば形成する穴の径や開口率等、要求される穴品質から決定される。 In step S103, the drilling sequence and the processing pulse width are associated with each other. In this operation, in step S202, the laser oscillation frequency and the machining laser pulse in which the pulse energy of the laser pulse irradiated to the printed circuit board (the energy input to the printed circuit board by one shot of laser pulse) is constant in step S202. The relationship with the pulse width (processing pulse width) is obtained and grasped. The constant value of the pulse energy of the processing laser pulse irradiated to the printed circuit board is determined from the required hole quality, such as the diameter and aperture ratio of the hole to be formed.
ステップS202の枠内に、プリント基板に照射される加工レーザパルスのパルスエネルギを一定にする、レーザの発振周波数と加工レーザパルスのパルス幅との関係の一例を示した。本図において、横軸はレーザの発振周波数を単位「Hz」で表し、縦軸は加工レーザパルスのパルス幅を単位「μs」で表す。本図に示すように、プリント基板に照射する加工レーザパルスのパルスエネルギを一定にするためには、レーザの発振周波数が大きくなった場合、加工レーザパルスのパルス幅も大きくする必要がある。 An example of the relationship between the oscillation frequency of the laser and the pulse width of the machining laser pulse, which makes the pulse energy of the machining laser pulse irradiated to the printed circuit board constant, is shown in the frame of step S202. In this figure, the horizontal axis represents the laser oscillation frequency in the unit “Hz”, and the vertical axis represents the pulse width of the machining laser pulse in the unit “μs”. As shown in this figure, in order to make the pulse energy of the processing laser pulse irradiated to the printed circuit board constant, it is necessary to increase the pulse width of the processing laser pulse when the laser oscillation frequency increases.
穴加工順序と加工パルス幅との関連づけは、ステップS102で求められた、穴加工順序とレーザ発振周波数との関係、及び、ステップS202で求められたレーザ発振周波数と加工パルス幅との関係に基いて行う。 The association between the drilling sequence and the machining pulse width is based on the relationship between the drilling sequence and the laser oscillation frequency obtained in step S102, and the relationship between the laser oscillation frequency and the machining pulse width obtained in step S202. And do it.
ステップS103の枠内に、穴加工順序と加工パルス幅との関係の一例を示した。本図において、横軸は穴加工順序(穴番号)を表し、縦軸は加工パルス幅を単位「μs」で表す。本図を参照することにより、たとえば加工順序がn番目の穴を加工する際、プリント基板に照射すべき加工レーザパルスのパルス幅が決定される。 An example of the relationship between the drilling sequence and the processing pulse width is shown in the frame of step S103. In this figure, the horizontal axis represents the hole machining order (hole number), and the vertical axis represents the machining pulse width in the unit “μs”. By referring to this figure, for example, when processing the n-th hole in the processing order, the pulse width of the processing laser pulse to be irradiated on the printed circuit board is determined.
本図に示す穴加工順序と加工パルス幅との関係(加工順序がn番目の穴を加工する際、プリント基板に照射すべき加工レーザパルスのパルス幅)は、たとえば制御装置内の記憶装置に記憶され、AODに対する制御信号の印加時間の制御に利用される。 The relationship between the drilling sequence shown in this figure and the processing pulse width (the pulse width of the processing laser pulse to be irradiated on the printed circuit board when processing the n-th hole in the processing sequence) It is stored and used for controlling the application time of the control signal to the AOD.
ステップS101の枠内に示したグラフと、ステップS103の枠内に示したグラフとを比較すると、穴間隔が大きい場合には加工パルス幅を短く、穴間隔が小さい場合には加工パルス幅を長くすればよい(直前に加工した穴との間隔が大きいほど加工パルス幅を短くすればよい)ことがわかる。 Comparing the graph shown in the frame of step S101 with the graph shown in the frame of step S103, the machining pulse width is shortened when the hole interval is large, and the machining pulse width is elongated when the hole interval is small. It can be understood that the processing pulse width should be shortened as the distance from the hole processed immediately before increases.
穴加工順序と加工パルス幅との関連づけと同時に、穴加工順序とレーザ発振器から出射されるレーザパルスのパルス幅も関連づけられる。たとえば加工順序がn番目の穴を加工する際に、レーザ発振器から出射すべきレーザパルスのパルス幅を決定することができる。穴加工順序とレーザ発振器から出射されるレーザパルスのパルス幅との関係(加工順序がn番目の穴を加工する際に、レーザ発振器から出射すべきレーザパルスのパルス幅)は、たとえば制御装置内の記憶装置に記憶され、レーザ発振器に対するトリガパルスのパルス幅の制御に利用される。穴間隔と加工パルス幅との関係と同様に、直前に加工した穴との間隔が大きいほど、レーザ発振器から出射するレーザパルスのパルス幅を短くすればよい。 Simultaneously with the association between the drilling sequence and the machining pulse width, the drilling sequence and the pulse width of the laser pulse emitted from the laser oscillator are also associated. For example, when machining the n-th hole in the machining order, the pulse width of the laser pulse to be emitted from the laser oscillator can be determined. The relationship between the drilling sequence and the pulse width of the laser pulse emitted from the laser oscillator (the pulse width of the laser pulse to be emitted from the laser oscillator when machining the n-th hole in the machining sequence) is, for example, in the control device And is used to control the pulse width of the trigger pulse for the laser oscillator. Similar to the relationship between the hole interval and the processing pulse width, the pulse width of the laser pulse emitted from the laser oscillator may be shortened as the distance from the hole processed immediately before increases.
図3は、実施例によるレーザ加工方法を示すタイミングチャートである。実施例によるレーザ加工方法は、図1(A)に示すレーザ加工装置を用い、制御装置47による制御のもとで実施される。タイミングチャートの横軸は、すべて時間を表す。「レーザ発振」、「プリント基板60aへの入射ビーム」、「プリント基板60bへの入射ビーム」の段の縦軸は、単位時間当たりのエネルギを表し、「走査装置停止信号」、「偏向器(光路A)制御信号」、「偏向器(光路B)制御信号」の段の縦軸は、信号の有無を表す。
FIG. 3 is a timing chart showing the laser processing method according to the embodiment. The laser processing method according to the embodiment is performed under the control of the
プリント基板60a、60bに対する(m−1)ショットめのレーザパルスがレーザ発振器40から出射された直後から、ガルバノスキャナ44a、44bは、mショットめのレーザパルスを、被加工位置に入射させるように位置決めを行う。位置決めが完了すると、ガルバノスキャナ44a、44bから制御装置47に走査装置停止信号が送信される。
Immediately after the (m-1) shot laser pulse for the printed
走査装置停止信号を受信した制御装置47は、その直後、レーザ発振器40にトリガパルスを送信し、mショットめのレーザパルスを出射させるとともに、AOD42に周波数が相対的に低い制御信号を印加し(「偏向器(光路A)制御信号」の段参照)、制御信号印加時間中にAOD42に入射したレーザパルスを光路Aに沿って進行するように偏向する。これに続けて、AOD42に周波数が相対的に高い制御信号を印加し(「偏向器(光路B)制御信号」の段参照)、制御信号印加時間中にAOD42に入射したレーザパルスを光路Bに沿って進行するように偏向する。
Immediately after receiving the scanning device stop signal, the
この結果、AOD42への信号印加時間と等しいパルス幅(tm)のレーザパルスが、光路A、Bに沿って進行し、ガルバノスキャナ44a、44b、fθレンズ45a、45bを経由してプリント基板60a、60bの被加工位置に照射され、各基板60a、60bにおいて穴開け加工が行われる。
As a result, a laser pulse having a pulse width (t m ) equal to the signal application time to the
ここで、レーザパルスを光路Aに振り分ける制御信号の印加時間と、光路Bに振り分けるそれとは相互に等しく、たとえば図2のステップS103の枠内に示したグラフによって定められる時間である。また、レーザ発振器40から出射されるレーザパルスのパルス幅は、穴加工順序とレーザ発振器から出射されるレーザパルスのパルス幅との関連づけにより、穴間隔が大きい場合には短く、穴間隔が小さい場合には長く決定されるパルス幅である。レーザ発振器40から出射されるレーザパルスのパルス幅は、制御信号47から送信されるトリガパルスのパルス幅で制御することができる。
Here, the application time of the control signal for distributing the laser pulse to the optical path A and the time for distributing it to the optical path B are equal to each other, for example, the time determined by the graph shown in the frame of step S103 in FIG. The pulse width of the laser pulse emitted from the
レーザ発振器40からのmショットめのレーザパルスの出射が終了し、光路A、Bに振り分けられたレーザパルスがプリント基板60a、60bに照射された直後から、ガルバノスキャナ44a、44bは、(m+1)ショットめのレーザパルスを、被加工位置に入射させるように位置決めを行う。走査装置停止信号が受信された直後、制御装置47は、レーザ発振器40及びAOD42に対して同様の制御を行い、(m+1)ショットめのレーザパルスからパルス幅tm+1のレーザパルスを光路A、Bのそれぞれに切り出して、プリント基板60a、60bの被加工位置に入射させる。加工レーザパルスのパルス幅tmとパルス幅tm+1とは、たとえば相互に等しい。
Immediately after the emission of the m-th shot laser pulse from the
なお、このとき、レーザ発振器40からのmショットめのレーザパルスのパルス幅及び単位時間当たりのエネルギと、(m+1)ショットめについてのそれらとは互いに等しい。その結果、レーザ発振器40からのmショットめのレーザパルスのパルスエネルギSmと、(m+1)ショットめのレーザパルスのパルスエネルギSm+1とは相互に等しくなる。また、プリント基板60a、60bに照射されるmショットめの加工レーザパルスの単位時間当たりのエネルギと、(m+1)ショットめについてのそれも互いに等しく、その結果、mショットめの加工レーザパルスのパルスエネルギAm、Bmと、(m+1)ショットめの加工レーザパルスのパルスエネルギAm+1、Bm+1とは、相互に等しくなる。
At this time, the pulse width and energy per unit time of the m-th shot laser pulse from the
レーザ発振器40の(m+1)ショットめのレーザパルスから切り出された加工レーザパルスがプリント基板60a、60bに照射された直後から、ガルバノスキャナ44a、44bは、(m+2)ショットめのレーザパルスから切り出される加工レーザパルスを、次の被加工位置に入射させるように位置決めを行う。
The
ここで、(m+1)ショットめの加工レーザパルスが入射する被加工位置と、(m+2)ショットめについてのそれとの間隔((m+2)ショットめの加工レーザパルスを入射させるに当たっての穴間隔)は、mショットめの加工レーザパルスが入射する被加工位置と、(m+1)ショットめについてのそれとの間隔((m+1)ショットめの加工レーザパルスを入射させるに当たっての穴間隔)より大きい。このため、(m+2)ショットめの加工レーザパルスを照射する際の位置決め時間(走査装置移動時間)は、(m+1)ショットめに関するそれより長い。 Here, the distance between the machining position where the machining laser pulse for the (m + 1) shot is incident and the interval for the (m + 2) shot (the hole interval when the machining laser pulse for the (m + 2) shot is incident) is: It is larger than the processing position where the machining laser pulse for the m-th shot is incident and the interval for the (m + 1) -th shot (the interval between holes when the machining laser pulse for the (m + 1) -th shot is incident). For this reason, the positioning time (scanning device movement time) when irradiating the machining laser pulse for the (m + 2) shot is longer than that for the (m + 1) shot.
走査装置停止信号が受信された直後、制御装置47は、レーザ発振器40及びAOD42に対して同様の制御を行い、(m+2)ショットめのレーザパルスからパルス幅tm+2のレーザパルスを光路A、Bのそれぞれに切り出して、プリント基板60a、60bの被加工位置に入射させる。
Immediately after the scanning device stop signal is received, the
レーザ発振器40より、(m+1)ショットめのレーザパルスが発振されてから(m+2)ショットめのレーザパルスが発振されるまでの時間は、mショットめのレーザパルスが発振されてから(m+1)ショットめのレーザパルスが発振されるまでの時間よりも長い。レーザ発振器40からの(m+2)ショットめのレーザパルスのパルス幅は、(m+1)ショットめについてのそれよりも短い。単位時間当たりのエネルギに関しては、(m+2)ショットめの方が、(m+1)ショットめよりも大きい。レーザ発振器40からの(m+2)ショットめのレーザパルスのパルスエネルギSm+2と、(m+1)ショットめのレーザパルスのパルスエネルギSm+1とは互いに等しい。
The time from when the laser pulse of (m + 1) shot is oscillated from the
また、加工レーザパルスのパルス幅tm+2はパルス幅tm+1より短い。加工レーザパルスの単位時間当たりのエネルギに関しては、(m+2)ショットめの方が、(m+1)ショットめよりも大きい。(m+2)ショットめの加工レーザパルスのパルスエネルギAm+2、Bm+2と、(m+1)ショットめの加工レーザパルスのパルスエネルギAm+1、Bm+1とは相互に等しい。 Further, the pulse width t m + 2 of the machining laser pulse is shorter than the pulse width t m + 1 . Regarding the energy per unit time of the processing laser pulse, the (m + 2) shot is larger than the (m + 1) shot. The pulse energy A m + 2 and B m + 2 of the (m + 2) shot processing laser pulse and the pulse energy A m + 1 and B m + 1 of the (m + 1) shot processing laser pulse are equal to each other.
レーザ発振器40の(m+2)ショットめのレーザパルスから切り出された加工レーザパルスがプリント基板60a、60bに照射された直後から、ガルバノスキャナ44a、44bは、(m+3)ショットめのレーザパルスから切り出される加工レーザパルスを、次の被加工位置に入射させるように位置決めを行う。
The
ここで、(m+2)ショットめの加工レーザパルスが入射する被加工位置と、(m+3)ショットめについてのそれとの間隔((m+3)ショットめの加工レーザパルスを入射させるに当たっての穴間隔)は、mショットめの加工レーザパルスが入射する被加工位置と、(m+1)ショットめについてのそれとの間隔((m+1)ショットめの加工レーザパルスを入射させるに当たっての穴間隔)より小さい。このため、(m+3)ショットめの加工レーザパルスを照射する際の位置決め時間(走査装置移動時間)は、(m+1)ショットめに関するそれより短い。 Here, the distance between the processing position where the machining laser pulse for the (m + 2) shot is incident and the interval for the (m + 3) shot (the hole interval when the machining laser pulse for the (m + 3) shot is incident) is: It is smaller than the distance between the processing position where the m-th processing laser pulse is incident and the (m + 1) -th shot (the hole interval when the (m + 1) -th processing laser pulse is incident). For this reason, the positioning time (scanning device movement time) when irradiating the machining laser pulse for the (m + 3) shot is shorter than that for the (m + 1) shot.
走査装置停止信号が受信された直後、制御装置47は、レーザ発振器40及びAOD42に対して同様の制御を行い、(m+3)ショットめのレーザパルスからパルス幅tm+3のレーザパルスを光路A、Bのそれぞれに切り出して、プリント基板60a、60bの被加工位置に入射させる。
Immediately after the scanning device stop signal is received, the
レーザ発振器40より、(m+2)ショットめのレーザパルスが発振されてから(m+3)ショットめのレーザパルスが発振されるまでの時間は、mショットめのレーザパルスが発振されてから(m+1)ショットめのレーザパルスが発振されるまでの時間よりも短い。レーザ発振器40からの(m+3)ショットめのレーザパルスのパルス幅は、(m+1)ショットめについてのそれよりも長い。単位時間当たりのエネルギに関しては、(m+3)ショットめの方が、(m+1)ショットめよりも小さい。レーザ発振器40からの(m+3)ショットめのレーザパルスのパルスエネルギSm+3と、(m+1)ショットめのレーザパルスのパルスエネルギSm+1とは互いに等しい。
The time from when the laser pulse of the (m + 2) shot is oscillated from the
また、加工レーザパルスのパルス幅tm+3はパルス幅tm+1より長い。加工レーザパルスの単位時間当たりのエネルギに関しては、(m+3)ショットめの方が、(m+1)ショットめよりも小さい。(m+3)ショットめの加工レーザパルスのパルスエネルギAm+3、Bm+3と、(m+1)ショットめの加工レーザパルスのパルスエネルギAm+1、Bm+1とは相互に等しい。 Further, the pulse width t m + 3 of the machining laser pulse is longer than the pulse width t m + 1 . Regarding the energy per unit time of the machining laser pulse, the (m + 3) shot is smaller than the (m + 1) shot. The pulse energy A m + 3 and B m + 3 of the (m + 3) shot processing laser pulse and the pulse energy A m + 1 and B m + 1 of the (m + 1) shot processing laser pulse are equal to each other.
実施例によるレーザ加工方法によれば、穴間隔や、それに対応する走査装置移動時間に応じて照射するレーザパルスのパルス幅と発振周波数を変更し、照射されるレーザパルスのパルスエネルギを一定とするので、各穴の加工品質のばらつきの小さい、高品質の加工を実現することができる。ガルバノスキャナの位置決めの終了に同期させてレーザビームを発振させるため、たとえば図6(A)に示した加工方法と同程度の加工速度で加工を行うことが可能である。 According to the laser processing method according to the embodiment, the pulse energy of the irradiated laser pulse is made constant by changing the pulse width and oscillation frequency of the laser pulse to be irradiated according to the hole interval and the corresponding scanning device moving time. Therefore, it is possible to realize high quality processing with small variations in processing quality of each hole. Since the laser beam is oscillated in synchronization with the end of positioning of the galvano scanner, it is possible to perform processing at a processing speed comparable to that of the processing method shown in FIG.
なお、仮に(m+4)ショットめの加工レーザパルスを入射させるに当たっての穴間隔)が、(m+1)ショットめについてのそれと等しい場合には、(m+4)ショットめの加工レーザパルスのパルス幅と発振周波数は、(m+1)ショットめと等しくなる。 If the (m + 4) shot machining laser pulse is incident at the same interval as the (m + 1) shot, the pulse width and oscillation frequency of the (m + 4) shot machining laser pulse. Is equal to the (m + 1) th shot.
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。 Although the present invention has been described with reference to the embodiments, the present invention is not limited thereto.
たとえば、実施例においては、照射されるレーザパルスのパルスエネルギが一定となるように、穴間隔に応じて照射するレーザパルスのパルス幅を変更したが、照射されるレーザパルスのパルスエネルギ(AOD42で偏向されるレーザパルスのパルスエネルギ)が一定値から±5%の範囲内におさまるようにパルス幅を変更しても、同様に、高品質の加工を実現することができる。 For example, in the embodiment, the pulse width of the laser pulse to be irradiated is changed according to the hole interval so that the pulse energy of the laser pulse to be irradiated is constant. Even if the pulse width is changed so that the pulse energy of the laser pulse to be deflected is within a range of ± 5% from a certain value, high-quality processing can be similarly realized.
また、実施例においては、走査装置としてガルバノスキャナを用い、ガルバノスキャナの動作に同期させて、レーザ発振器からレーザパルスを出射させ、AODで偏向した。プリント基板に照射される加工レーザパルスのパルス幅は、AODへの制御信号の印加時間によって制御した。ガルバノスキャナやAODを使用しない変形例とすることも可能である。 In the embodiment, a galvano scanner was used as the scanning device, and a laser pulse was emitted from the laser oscillator in synchronization with the operation of the galvano scanner and deflected by AOD. The pulse width of the processing laser pulse applied to the printed circuit board was controlled by the application time of the control signal to the AOD. It is also possible to adopt a modification that does not use a galvano scanner or AOD.
図4は、変形例によるレーザ加工装置を示す概略図である。変形例においては、レーザ発振器40から出射したレーザパルスは、伝搬光学系48によって、XYステージ46上に移動可能に保持された加工対象物である基板60に伝搬される。制御装置47は、レーザ発振器40からのレーザパルスの出射、及びステージ46による基板60の移動を制御する。制御装置47は、レーザ発振器40に与えるトリガパルスのパルス幅で、出射されるレーザパルスのパルス幅を制御することができる。変形例における走査装置は、ステージ46である。ステージ46で基板60を移動させて、レーザパルスの入射位置を移動させるとともに、ステージの移動時間(基板60上の1つの入射位置から次の入射位置に、レーザパルスの入射位置を移動させる移動時間)に応じてレーザパルスのパルス幅を変更し、レーザ加工を行う。
FIG. 4 is a schematic view showing a laser processing apparatus according to a modification. In the modification, the laser pulse emitted from the
レーザ加工のタイミングチャートの例として、図2の「レーザ発振」の段と、「走査装置停止信号」の段を使用することができる。制御装置47は、ステージ46からの停止信号を受信した直後、レーザ発振器40にトリガパルスを送信する。トリガパルスのパルス幅は、被加工位置間の間隔(直前のステージ移動時間)に応じた長さである。制御装置47は、レーザ発振器40から出射されるレーザパルスのパルスエネルギSm、Sm+1、Sm+2、Sm+3がすべて等しくなるように、トリガパルスのパルス幅を変更し、レーザパルスのパルス幅を制御する。変形例によっても、高品質のレーザ加工が可能である。
As an example of a timing chart of laser processing, the stage of “laser oscillation” and the stage of “scanning device stop signal” in FIG. 2 can be used. The
他にも、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能である。 In addition, various changes, improvements, combinations, and the like are possible.
たとえば、実施例においては、パルスレーザビームの照射をサイクル法で行ったがバースト法で行ってもよい。 For example, in the embodiment, the pulse laser beam is irradiated by the cycle method, but may be performed by the burst method.
また、実施例においては、CO2レーザ発振器を使用したが、たとえばNd:YAGレーザなどの固体レーザやエキシマレーザ等、発振周波数が可変のレーザ発振器を使用することが可能である。 In the embodiment, the CO 2 laser oscillator is used. However, it is possible to use a laser oscillator having a variable oscillation frequency such as a solid-state laser such as an Nd: YAG laser or an excimer laser.
更に、実施例においては、制御装置47は、受信した走査装置停止信号に基づいて、レーザ発振器40からレーザパルスを出射させたが、たとえば制御装置47内の記憶装置に、図2のステップS102の枠内に示した穴加工順序とレーザ発振周波数との関係(加工順序がn番目の穴を加工する際に照射すべきレーザパルスの発振周波数)を記憶させ、記憶された内容にしたがって、走査装置停止信号とは無関係に、レーザ発振器40からのレーザパルスの出射タイミングを制御してもよい。
Furthermore, in the embodiment, the
被照射位置間の間隔が一定ではない加工対象物を加工するレーザ加工一般に好ましく利用可能である。殊に、各被照射位置で同様の加工が行われるレーザ加工に好適に利用することができる。 In general, laser processing for processing a workpiece whose interval between irradiated positions is not constant can be preferably used. In particular, it can be suitably used for laser processing in which similar processing is performed at each irradiated position.
10 レーザ発振器
11 マスク
12 AOD
13 ダンパ
14 ガルバノスキャナ
15 fθレンズ
16 ステージ
17 制御装置
20 パルスレーザビーム
30 プリント基板
31 銅層
32 樹脂層
33 銅層
40 レーザ発振器
41 マスク
42 AOD
43 ダンパ
44a、44b ガルバノスキャナ
45a、45b fθレンズ
46、46a、46b ステージ
47 制御装置
48 伝搬光学系
50、50a、50b パルスレーザビーム
60 基板
60a、60b プリント基板
61a、61b 銅層
62a、62b 樹脂層
63a、63b 銅層
10
13
43
Claims (8)
前記レーザ光源から出射されたレーザパルスの、前記加工対象物上における照射位置を移動させる照射位置移動装置と、
前記照射位置移動装置が前記加工対象物上の1つの照射位置から次の照射位置に、レーザパルスの照射位置を移動させる移動時間に応じたパルス幅と周波数でレーザパルスが出射されるように、前記レーザ光源からのレーザパルスの出射を制御する制御装置と
を有するレーザ加工装置。 A laser light source that emits a laser pulse to be irradiated on a workpiece;
An irradiation position moving device for moving an irradiation position of the laser pulse emitted from the laser light source on the workpiece;
The irradiation position moving device emits a laser pulse with a pulse width and a frequency according to a moving time for moving the irradiation position of the laser pulse from one irradiation position to the next irradiation position on the workpiece. A laser processing apparatus comprising: a control device that controls emission of a laser pulse from the laser light source.
原レーザパルスを出射するレーザ発振器と、
前記レーザ発振器から出射された原レーザパルスから、加工対象物に照射されるレーザパルスを生成するレーザパルス生成器と
を含む請求項1または2に記載のレーザ加工装置。 The laser light source is
A laser oscillator that emits an original laser pulse;
The laser processing apparatus according to claim 1, further comprising: a laser pulse generator that generates a laser pulse to be irradiated to a workpiece from an original laser pulse emitted from the laser oscillator.
(b)前記工程(a)で決定されたパルス幅と周波数とで、レーザパルスを、前記加工対象物の被加工位置に照射する工程と
を有するレーザ加工方法。 (A) A pulse width and a frequency of a laser pulse applied to a processing object in which a plurality of processing positions are defined together with the processing order according to an interval according to the processing order of the processing position; A step of determining
(B) A laser processing method including a step of irradiating a processing position of the processing object with a laser pulse with the pulse width and frequency determined in the step (a).
(d)前記第1の被加工位置と第1の距離だけ離れた第2の被加工位置に、前記第1のレーザパルスの次に出射される第2のレーザパルスを入射させる工程と、
(e)前記第2の被加工位置と第2の距離だけ離れた第3の被加工位置に、前記第2のレーザパルスの次に出射される第3のレーザパルスを入射させる工程と
を有し、
前記工程(e)において、
(i)前記第2の距離が、前記第1の距離より長いときには、前記第3のレーザパルスのパルス幅を、前記第2のレーザパルスのパルス幅より短くし、
(ii)前記第2の距離が、前記第1の距離より短いときには、前記第3のレーザパルスのパルス幅を、前記第2のレーザパルスのパルス幅より長くし、
(iii)前記第2の距離が、前記第1の距離と等しいときには、前記第3のレーザパルスのパルス幅を、前記第2のレーザパルスのパルス幅と等しくするレーザ加工方法。 (C) making the first laser pulse incident on the first processing position;
(D) making a second laser pulse emitted next to the first laser pulse incident on a second processing position separated from the first processing position by a first distance;
(E) a step of causing a third laser pulse emitted next to the second laser pulse to enter a third processing position that is separated from the second processing position by a second distance. And
In the step (e),
(I) When the second distance is longer than the first distance, the pulse width of the third laser pulse is made shorter than the pulse width of the second laser pulse,
(Ii) When the second distance is shorter than the first distance, the pulse width of the third laser pulse is made longer than the pulse width of the second laser pulse,
(Iii) A laser processing method in which when the second distance is equal to the first distance, the pulse width of the third laser pulse is made equal to the pulse width of the second laser pulse.
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