JP2012081488A - レーザ加工方法、レーザ加工装置、および、それを用いた電子デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】レーザによる穴加工において、移動時間の短縮化を図ると共に、加工パターンを変更せず加工径を変更または調整する場合も、その変更を容易にし、調整に要する時間も短縮する。
【解決手段】本発明では、穴中心間を移動するポイントからポイントへの移動を機械的に動作するガルバノスキャナーで実施し、加工時に求められる滑らかな軌跡に追従する移動に音響光学素子を用いて機械的な移動ではなく周波数を制御して光学回折角を変化させることで、円滑な加工を実施するものである。
【選択図】図１

Description

本発明はレーザ光を用いて加工する方法、前記加工方法を実現するための加工装置および前記加工方法により製造された電子デバイスに関するものである。

図５は、レーザ光を照射して穴あけ加工をする加工方法のうち、要求される加工穴径より小さい加工径をつなぎ合わせて穴を形成する加工方法について説明している。

図からも明らかなように、要求される穴径に対してレーザ光のエネルギー密度が小さく加工される穴径が小さい場合や、その他の加工条件の関係で小さいスポット径しか得られない光学系で加工する場合、所定の加工穴径を得るには、要求される穴径Ｄからレーザ光により加工される径ｄの半分（半径）分を差し引いた位置にレーザ光を位置決めして照射し、連続または繰り返し照射されるレーザパルスに合わせて、連続して照射位置を移動することにより要求する穴径を得る。

一般的には、開始点と終了点は、ガルバノスキャナーの移動速度に立ち上がり時間がかかるため、穴の内部などに加工のアプローチをつくることが多い。

図６には、これらの加工方法を実現するための加工装置の構成例について説明している。

１はレーザが発振されるレーザ発振器、２はレーザ光、３はレーザの方向を変えるベンドミラー、４はレーザ光のエネルギー密度を調整するための２つのレンズからなるコリメータレンズ群であり、方式として、ガリレオ型とケプラー型の２種の構成を取ることができる。ガリレオ型は１枚目が凹レンズであり、２枚目は凸レンズになる。一方ケプラー型は２枚とも凸レンズで構成される。ケプラー型は、２枚のレンズの間に集光点があるため、高ピークレーザではエアブレイクダウンを避けるため、ガリレオ型を採用することが多い。

５はレーザ形状および加工穴径を調整するためのマスク、６はレーザの回折光を除去するためのアイリス、７はレーザを集光させるための加工レンズであり、ガルバノスキャナーと組み合わせる場合は、ｆ−θレンズまたはｆ−ｔａｎθレンズなど複数のレンズを組み合わせたスキャンレンズとなる。

８はガルバノスキャナーを制御するガルバノドライバ、９はレーザをＸ軸方向に振るためのガルバノスキャナー（Ｘ軸）、１０はレーザをＹ軸方向に振るためのガルバノスキャナー（Ｙ軸）、１１は被加工物を置くための加工テーブル、１２は被加工物、１３は加工点である。１４は、レーザの制御ボードとガルバノドライバ８の制御ボードを組み込んだコントローラである。

それでは、前記のように構成された加工装置の動作について以下に説明する。レーザ発振器１より出射したレーザ光２は、コリメータレンズ群４によりエネルギー密度を調整され、マスク５でレーザ形状と加工穴径を調整され、アイリス６で回折光を除去された後、レーザの制御ボードとガルバノドライバ８の制御ボードを組み込んだコントローラ１４の指令に従ってガルバノドライバ８により制御されたガルバノスキャナー（Ｘ軸）（Ｙ軸）９、１０と加工レンズ７により加工テーブル１１に搭載された被加工物１２上の所定の位置にレーザ光を誘導し、前記コントローラ１４によりレーザ発振器１と同期を取り、穴加工を施す。

この時ガルバノスキャナーへの位置指令は、前記のように要求される穴の中心位置座標に対して、要求される穴径Ｄからレーザ光により加工される径ｄの半分（半径）分を足すまたは差し引いた座標位置を指令して出力することになり複雑な計算が必要になる（例えば、特許文献１を参照）。

特開２０１０−２０７８８１号公報

しかしながら、レーザの高出力化や高繰り返し化が進むにつれ、求められる角速度が大きくなり、機械的に動作するガルバノスキャナーでは位置制御追従が困難になっている。

また、ガルバノスキャナーの高速化進めるためには個々の動作に対してサーボゲインを最適化する必要があり、穴中心間を移動するポイントからポイントへの移動Ａの最適サーボゲインと加工時に求められる滑らかな奇跡に追従する移動Ｂの最適サーボゲインに大差が発生し、両方のサーボゲイン調整が一元化できない課題が発生している。また、加工速度の高速化に伴い制御サイクルの短縮が要求され、通信速度の制限からサーボゲインの切り替えに必要な時間の確保も困難になっている。

また、ガルバノなど機械的に動作を要するスキャナーは動作の立ち上がりに勾配があるためランピング制御をするか、アプローチを設けて加工品質に影響がでないように工夫する必要があり、移動パターンの設計に時間を要するという課題がある。

また、ガルバノスキャナーでレーザ位置を制御する場合、要求する穴の中心位置から要求する穴径と加工穴径から移動する軌跡を計算し制御する必要がある。しかし、加工パターンを変更せず加工径を変更または調整する場合も最初から計算をやり直す必要があり、穴数の増加とともに大変な時間がかかり、加工準備の長時間必要になり、生産稼働率低下を招いている。

そこで、本発明では、穴中心間を移動するポイントからポイントへの移動を機械的に動作するガルバノスキャナーで実施し、加工時に求められる滑らかな軌跡に追従する移動に音響光学素子を用いて機械的な移動ではなく周波数を制御して光学回折角を変化させることで、円滑な加工を実施するものである。

本発明を実施することにより、ガルバノスキャナーは加工穴の中心を移動する比較的大きな距離の移動を必要とする穴中心のポイントからポイントへの移動に特化した最適化を図ったサーボゲインに調整することができる。

また、音響光学素子、機械的な移動がなく移動制御時間は音速になるため、レーザの高出力化または高繰り返し化にともなう要求動作角速度に対して十分なマージンを持った反応速度が得られる。

また、高速動作が得られることから移動の立ち上がりのランピング処理やアプローチの設計が不要になり、設計時間が短縮できるたけでなく、余分なレーザ照射もなく被加工物に余分な入熱がないため電子デバイスの損傷も低減でき、加工品質も改善する。

また、上述の２つの移動を構成上で分離することにより、加工パターンを変更せず加工径を変更または調整する場合も、加工パターンを変更は不要であり、音響光学素子の周波数の制御信号を変更するだけで実現できるため、前記調整に要する時間が短縮することができる。

本発明の第１の実施形態の構成を示す概略斜視図 本発明の第２の実施形態の構成を示す概略斜視図 本発明の第３の実施形態の構成を示す概略斜視図 本発明のレーザ加工方法の説明図 従来技術によるレーザ加工方法の説明図 従来技術の構成を示す概略斜視図

（実施の形態１）
図１に本発明の第１の実施形態を示す。本図において、１５は、音響光学素子（Ｘ軸）、１６は、音響光学素子（Ｙ軸）である。ここで、本実施例では、音響光学素子（Ｘ軸）１５または音響光学素子（Ｙ軸）１６が素子の光軸方向長さが短く、最大回折角と素子の長さの積とビーム径の和が光軸に鉛直の断面サイズに対して十分小さい場合を示している。

この場合、音響光学素子（Ｘ軸）１５と音響光学素子（Ｙ軸）１６を隣接させて配置することが可能である。また、音響光学素子（Ｘ軸）１５と音響光学素子（Ｙ軸）１６は順番を入れ換えることが可能である。１７は、音響光学素子ドライバであり、このユニットから発生するＲＦ電力の周波数により回折角を制御する。コントローラ１４には、音響光学素子（Ｘ軸，Ｙ軸）１５，１６の回折角の指令信号を音響光学素子ドライバ１７に出力するための制御カードが追加される。その他は、従来技術の一例と同じである。

次に本図を用いて、本実施形態の動作について説明する。レーザ発振器１より出射したレーザ光２は、コリメータレンズ群４によりエネルギー密度を調整され、マスク５でレーザ形状と加工穴径を調整され、音響光学素子（Ｘ軸，Ｙ軸）１５、１６により音響光学素子ドライバ１７で発生した信号の周波数に応じた回折角でレーザ光が極微小角だけ曲げられる。

この実施形態では、音響光学素子（Ｘ軸，Ｙ軸）１５、１６により曲げられた角度と加工レンズ７のスキャンポイントまでの距離の積と加工レンズ７の位置におけるビーム径の和が、次のベンドミラー３、アイリス６の径およびガルバノスキャナー（Ｘ軸，Ｙ軸）９，１０のクリアアパーチャ径より小さい場合に適用され、レーザ光が光学系の有効径からはずれることはない。

例えば、音響光学素子として素材ＬｉＮｂＯ２の音響偏向素子を波長６３２ナノメータのレーザに対して使用した場合、音響光学素子（Ｘ軸，Ｙ軸）１５、１６を動作させるＲＦ電波の周波数を±１０ＭＨｚ変化させたとして回折角度は０．０５度程度しか変化しない。

また、ＲＦ電波の周波数は大きく変更すると音響光学素子（Ｘ軸，Ｙ軸）１５、１６に素子内部に作り込まれたＲＦ電波の終端部で反射が発生し音響光学素子ドライバ１７を破壊することがあるため、一般的に基準周波数（多くの場合３０ＭＨｚ〜１００ＭＨｚ）に対して±１０％程度の変化幅で制御する制限が設けられていることが多い。

また、このようなＲＦ電波周波数を用いて、レーザ光２を曲げることは、電極を貼り付けた素子材料にＲＦ電波を印加すると発生する音波により物質内部に回折格子が形成されその回折格子により光が曲げられるため、反応速度は音波の速度になる。

一般的に、ガルバノスキャナーなどの機械的なスキャナーは数１００μ秒オーダーの反応速度であるが、音響光学素子の反応速度は数１０ｎ秒程度であり、飛躍的に速度を改善することができる。さらに、音響光学素子には、音響偏向素子や音響変調素子があり、どちらでも同様な制御が可能である。以上のような使用上の制限から、音響光学素子（Ｘ軸，Ｙ軸）１５、１６の回折によるレーザ光の曲げ角は極微少である。

次にガルバノスキャナー（Ｘ軸，Ｙ軸）９、１０にはレーザ光２は入射位置が少しのオフセット持つと同時に入射角度が微妙に変化して入射する。その結果、ガルバノスキャナー（Ｘ軸，Ｙ軸）９、１０は要求される穴位置の中心座標の位置に固定制御されているが、音響光学素子（Ｘ軸，Ｙ軸）１５、１６により曲げられたレーザ光２は本来入射すべきガルバノミラーの位置から微妙にシフトした照射位置と角度に入り、加工レンズ７により被加工物１２の上に集光される。

このことは、位置制御を司るコントローラ１４の計算アルゴリズムを簡易にする。つまり、ガルバノスキャナー（Ｘ軸，Ｙ軸）９、１０には、要求される穴の中心座標を設計されたＣＡＤの座標に対して指令を出すだけである。一方、レーザの軌跡に追従させる移動Ｂに対する指令は、音響光学素子（Ｘ軸，Ｙ軸）１５、１６に対して出力され、曲げられたレーザ光２が本来入射すべきガルバノミラーの位置から微妙にシフトした照射位置と角度に入るため、この差分が計算される。

これらの２つの制御因子は、個々に独立して制御されるため計算アルゴリズムが簡易になる。この場合、音響光学素子（Ｘ軸，Ｙ軸）１５、１６は隣接して配置されており、微妙に屈折する位置は異なるが、ガルバノスキャナー（Ｘ軸，Ｙ軸）９、１０に照射される位置シフトが小さくその影響は軽微である。

以上の指令により制御されたレーザ光２の被加工物１２上の集光位置は、本来入射すべきガルバノミラーの位置から微妙にシフトした照射位置と角度の関係で、レーザ光２は要求される穴位置の中心座標の位置の周囲に照射される。

このように、音響光学素子（Ｘ軸，Ｙ軸）１５、１６に印加するＲＦ電波の周波数を制御することで、要求する穴の中心位置の周囲に任意の径でレーザ光２を照射することが可能であり、前記のように音響光学素子（Ｘ軸，Ｙ軸）１５、１６は機械的な駆動部がなく、制御は音速になり高速制御が可能である。

また、高速動作が得られることから図４に示したように移動Ｂの立ち上がりのランピング処理やアプローチの設計が不要になり、直接要求される穴形状のパターンを加工するだけで容易に準備をすすめることができる。

以上のように、本実施形態では、音響光学素子（Ｘ軸）１５または音響光学素子（Ｙ軸）１６が素子の光軸方向長さが短く、最大回折角と素子の長さの積とビーム径の和が光軸に鉛直の断面サイズに対して十分小さく、かつ音響光学素子（Ｘ軸，Ｙ軸）１５，１６により曲げられた角度と加工レンズ７のスキャンポイントまでの距離の積と加工レンズ７の位置におけるビーム径の和が、次のベンドミラー３、アイリス６の径およびガルバノスキャナー（Ｘ軸，Ｙ軸）９，１０のクリアアパーチャ径より小さい場合に、ガルバノスキャナー（Ｘ軸，Ｙ軸）９，１０は加工穴の中心を移動する比較的大きな距離の移動を必要とする穴中心のポイントからポイントへの移動Ａに特化した最適化を図ったサーボゲインに調整することができ、音響光学素子（Ｘ軸，Ｙ軸）１５、１６は、機械的な移動がなく移動制御時間は音速になるため、レーザの高出力化または高繰り返し化にともなう要求動作角速度に対して十分なマージンを持った反応速度が得られ、高速動作が得られることから移動の立ち上がりのランピング処理やアプローチの設計が不要になり、設計時間が短縮できるたけでなく、余分なレーザ照射もなく被加工物に余分な入熱がないため電子デバイスの損傷も低減でき、加工品質も改善し、これらの２つの動作（移動Ａおよび移動Ｂ）を構成上で分離することにより、加工パターンを変更せず加工径を変更または調整する場合も、加工パターンを変更は不要であり、音響光学素子（Ｘ軸，Ｙ軸）１５，１６の周波数の制御信号を変更するだけで実現できるため、前記調整に要する時間が短縮することができる。

（実施の形態２）
図２に本発明の第２の実施形態を示す。本図において、１８は加工側リレーレンズであり、音響光学素子（Ｘ軸，Ｙ軸）１５、１６により曲げられた角度と加工レンズ７のスキャンポイントまでの距離の積と加工レンズ７の位置におけるビーム径の和が、次のベンドミラー３、アイリス６の径およびガルバノスキャナー（Ｘ軸，Ｙ軸）９、１０のクリアアパーチャ径より大きくなりレーザ光２の入射位置のシフトが無視できない場合に、音響光学素子（Ｘ軸）１５と加工レンズ７のスキャンポイントの距離の中間位置付近に音響光学素子（Ｙ軸）１６と加工レンズ７のスキャンポイントの距離の半分の焦点距離のレンズを配置する。その他は、本発明の実施例１と同じである。

次に本図を用いて、本実施形態の動作について説明する。レーザ発振器１より出射したレーザ光２は、コリメータレンズ群４によりエネルギー密度を調整され、マスク５でレーザ形状と加工穴径を調整され、音響光学素子（Ｘ軸，Ｙ軸）１５，１６により音響光学素子ドライバ１７で発生した信号の周波数に応じた回折角でレーザ光が極微小角だけ曲げられる。

この実施形態では、音響光学素子（Ｘ軸，Ｙ軸）１５、１６により曲げられた角度と加工レンズ７のスキャンポイントまでの距離の積と加工レンズ７の位置におけるビーム径の和が、次のベンドミラー３、アイリス６の径およびガルバノスキャナー（Ｘ軸，Ｙ軸）９、１０のクリアアパーチャ径より大きくなるため、音響光学素子（Ｘ軸）１５と加工レンズ７のスキャンポイントの距離の中間位置付近に音響光学素子（Ｘ軸）１５と加工レンズ７のスキャンポイントの距離の半分の焦点距離の加工側リレーレンズ１８を配置し、次のベンドミラー３、アイリス６の径およびガルバノスキャナー（Ｘ軸，Ｙ軸）９、１０に入射するレーザ光２の位置シフトをキャンセルする。

その結果、レーザ光２の位置は加工レンズ７のスキャンポイント位置では、入射位置のシフトはキャンセルされ、入射角度だけ音響光学素子（Ｘ軸，Ｙ軸）により曲げられた効果を維持する。従って、加工レンズ７に入射する角度が、要求される加工穴の中心座標に照射する角度に音響光学素子（Ｘ軸，Ｙ軸）１５，１６により曲げられた回折角度を和算または減算された角度になる。

加工レンズ７がｆθレンズの場合、入射角θが変化するため、加工位置がシフトして、要求された穴位置の中心座標の周囲に制御される。レーザ光２の軌跡に追従させる移動Ｂに対する指令は、音響光学素子（Ｘ軸，Ｙ軸）１５、１６に対して、曲げられたレーザ光２が本来入射すべきガルバノミラーの照射位置のシフトの影響がないため、少しずれた角度に対する補正のみで計算される。

従って、レーザ光２の軌跡に追従させる移動Ｂに対する指令は、実施例１に比較して容易なアルゴリズムとなる。この場合、音響光学素子（Ｘ軸，Ｙ軸）１５、１６は隣接して配置されており、微妙に屈折する位置は異なるが音響光学素子（Ｘ軸，Ｙ軸）１５、１６により曲げられる角度が小さくその影響は軽微である。

また、この加工側リレーレンズ１８の焦点距離は、加工レンズ７より長くすることで、レンズの持つ収差の影響を無視することができ、加工品質を維持できる。また、高速動作が得られることから図４に示したように移動Ｂの立ち上がりのランピング処理やアプローチの設計が不要になり、直接要求される穴形状のパターンを加工するだけで容易に準備をすすめることができる。

以上のようにこの方式では、次のベンドミラー３、アイリス６の径およびガルバノスキャナー（Ｘ軸，Ｙ軸）９、１０に入射するレーザ光２の位置シフトがないので、レーザ光２が光軸をはずれることはなく、音響光学素子に印加する周波数を制御することで、要求する穴の中心位置の周囲にレーザ光２を照射することが可能であり、音響光学素子（Ｘ軸，Ｙ軸）１５、１６は機械的な駆動部がなく、制御は音速になるので、高速制御が可能である。

以上のように、本実施形態では、音響光学素子（Ｘ軸）１５または音響光学素子（Ｙ軸）１６が素子の光軸方向長さが短く、次のベンドミラー３、アイリス６の径およびガルバノスキャナー（Ｘ軸，Ｙ軸）９、１０に入射するレーザ光２の位置シフトが無視できない場合に、ガルバノスキャナー（Ｘ軸，Ｙ軸）９、１０は加工穴の中心を移動する比較的大きな距離の移動を必要とする穴中心のポイントからポイントへの移動Ａに特化した最適化を図ったサーボゲインに調整することができ、音響光学素子（Ｘ軸，Ｙ軸）１５、１６は、機械的な移動がなく移動制御時間は音速になるため、レーザの高出力化または高繰り返し化にともなう要求動作角速度に対して十分なマージンを持った反応速度が得られ、高速動作が得られることから移動の立ち上がりのランピング処理やアプローチの設計が不要になり、設計時間が短縮できるたけでなく、余分なレーザ照射もなく被加工物に余分な入熱がないため電子デバイスの損傷も低減でき、加工品質も改善し、これらの２つの動作（移動Ａおよび移動Ｂ）を構成上で分離することにより、加工パターンを変更せず加工径を変更または調整する場合も、加工パターンを変更は不要であり、音響光学素子（Ｘ軸，Ｙ軸）１５、１６の周波数の制御信号を変更するだけで実現できるため、前記調整に要する時間が短縮することができる。

（実施の形態３）
図３に本発明の第３の実施形態を示す。本図において、１９は音響光学素子間リレーレンズであり、音響光学素子（Ｘ軸）１５により曲げられた角度と加工レンズ７のスキャンポイントまでの距離の積と加工レンズ７の位置におけるビーム径の和が、次の音響光学素子（Ｙ軸）１６の断面サイズに対して無視できない場合に、音響光学素子（Ｘ軸）１５と音響光学素子（Ｙ軸）１６の間に空間を設け、音響光学素子（Ｘ軸）１５と音響光学素子（Ｙ軸）１６の距離の中間位置に音響光学素子（Ｘ軸）１５と音響光学素子（Ｙ軸）１６の距離の半分の焦点距離をもった音響光学素子間リレーレンズ１９を配置する。その他は、本発明の実施例２と同じである。

次に本図を用いて、本実施形態の動作について説明する。レーザ発振器１より出射したレーザ光２は、コリメータレンズ群４によりエネルギー密度を調整され、マスク５でレーザ形状と加工穴径を調整され、音響光学素子（Ｘ軸）１５により音響光学素子ドライバ１７で発生した信号の周波数に応じた回折角でレーザ光２がＸ軸方向に極微小角だけ曲げられる。

この実施形態では、音響光学素子（Ｘ軸）１５が素子の光軸方向長さが短く、最大回折角と素子の長さの積とビーム径の和が光軸に鉛直の断面サイズに対して無視できないため、音響光学素子（Ｘ軸）１５と音響光学素子（Ｙ軸）１６の間に空間を設け、音響光学素子（Ｘ軸）１５と音響光学素子（Ｙ軸）１６の距離の中間位置に音響光学素子（Ｘ軸）１５と音響光学素子（Ｙ軸）１６の距離の半分の焦点距離をもった音響光学素子間リレーレンズ１９を配置し、音響光学素子（Ｙ軸）１６の入射位置シフトをキャンセルする。

その結果、音響光学素子（Ｙ軸）１６に入射するレーザ光２の位置は、音響光学素子（Ｘ軸）１５で曲げられる前の位置と同じであり、音響光学素子（Ｙ軸）１６の入射角度だけが音響光学素子（Ｘ軸）１５の影響を受け、Ｘ軸方向に微少の角度がついた状態で、音響光学素子（Ｙ軸）１６に入射する。

次に、音響光学素子（Ｙ軸）１６により音響光学素子ドライバ１７で発生した信号の周波数に応じた回折角でレーザ光２がＹ軸方向に極微小角だけ曲げられる。さらにこの実施形態では、音響光学素子（Ｘ軸，Ｙ軸）１５、１６により曲げられた角度と加工レンズ７のスキャンポイントまでの距離の積と加工レンズ７の位置におけるビーム径の和が、次のベンドミラー３、アイリス６の径およびガルバノスキャナー（Ｘ軸，Ｙ軸）９、１０のクリアアパーチャ径より大きくなるため、音響光学素子（Ｙ軸）１６と加工レンズ７のスキャンポイントの距離の中間位置付近に音響光学素子（Ｙ軸）１６と加工レンズ７のスキャンポイントの距離の半分の焦点距離の加工側リレーレンズ１８を配置し、次のベンドミラー３、アイリス６の径およびガルバノスキャナー（Ｘ軸，Ｙ軸）９，１０に入射するレーザ光２の位置シフトをキャンセルする。

その結果、レーザ光２の位置は加工レンズ７のスキャンポイント位置では、入射位置のシフトはキャンセルされ、入射角度だけ音響光学素子（Ｘ軸，Ｙ軸）により曲げられた効果を維持する。従って、加工レンズ７に入射する角度が、要求される加工穴の中心座標に照射する角度に音響光学素子（Ｘ軸，Ｙ軸）１５、１６により曲げられた回折角度を和算または減算された角度になる。

加工レンズ７がｆθレンズの場合、入射角θが変化するため、加工位置がシフトして、要求された穴位置の中心座標の周囲に制御される。レーザ光２の軌跡に追従させる移動Ｂに対する指令は、音響光学素子（Ｘ軸，Ｙ軸）１５、１６に対して、曲げられたレーザ光２が本来入射すべきガルバノミラーの照射位置のシフトの影響がないだけでなく、音響光学素子（Ｘ軸）１５と音響光学素子（Ｙ軸）１６の距離に依存した補正値の影響もなくなり、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向とも少しずれた角度に対する補正のみで計算される。

従って、レーザ光２の奇跡に追従させる移動Ｂに対する指令は、第２の実施形態に比較して容易なアルゴリズムとなる。以上のようにこの方式では、次のベンドミラー３、アイリス６の径およびガルバノスキャナー（Ｘ軸，Ｙ軸）９，１０に入射するレーザ光２の位置シフトがないので、レーザ光２が光軸をはずれることはなく、音響光学素子に印荷する周波数を制御することで、要求する穴の中心位置の周囲にレーザ光２を照射することが可能であり、音響光学素子（Ｘ軸，Ｙ軸）１５、１６は機械的な駆動部がなく、制御は音速になるので、高速制御が可能である。

また、この加工側リレーレンズ１８および音響光学素子間リレーレンズ１９の焦点距離は、加工レンズ７より長くすることで、レンズの持つ収差の影響を無視することができ、加工品質を維持できる。また、高速動作が得られることから図４に示したように移動Ｂの立ち上がりのランピング処理やアプローチの設計が不要になり、直接要求される穴形状のパターンを加工するだけで容易に準備をすすめることができる。

以上のように、本実施形態では、音響光学素子（Ｘ軸）１５により曲げられた角度と加工レンズ７のスキャンポイントまでの距離の積と加工レンズ７の位置におけるビーム径の和が、次の音響光学素子（Ｙ軸）１６の断面サイズに対して無視できず、かつ次のベンドミラー３、アイリス６の径およびガルバノスキャナー（Ｘ軸，Ｙ軸）９、１０に入射するレーザ光２の位置シフトが無視できない場合でも、ガルバノスキャナー（Ｘ軸，Ｙ軸）９、１０は加工穴の中心を移動する比較的大きな距離の移動を必要とする穴中心のポイントからポイントへの移動Ａに特化した最適化を図ったサーボゲインに調整することができ、音響光学素子（Ｘ軸，Ｙ軸）１５、１６は、機械的な移動がなく移動制御時間は音速になるため、レーザの高出力化または高繰り返し化にともなう要求動作角速度に対して十分なマージンを持った反応速度が得られ、高速動作が得られることから移動の立ち上がりのランピング処理やアプローチの設計が不要になり、設計時間が短縮できるたけでなく、余分なレーザ照射もなく被加工物に余分な入熱がないため電子デバイスの損傷も低減でき、加工品質も改善し、これらの２つの動作（移動Ａおよび移動Ｂ）を構成上で分離することにより、加工パターンを変更せず加工径を変更または調整する場合も、加工パターンを変更は不要であり、音響光学素子（Ｘ軸，Ｙ軸）１５，１６の周波数の制御信号を変更するだけで実現できるため、前記調整に要する時間が短縮することができる。

本発明を採用することにより、レーザの高出力化または高繰り返し化に対応でき、加工軌跡の追従性や余分なレーザ照射もなく被加工物に余分な入熱がないため電子デバイスの損傷も低減することで加工品質の改善ができ、さらに加工の条件変更にも柔軟に対応でき作業時間の短縮が図られ生産性が飛躍的に改善するたけでなく、機械部品を廃止することで磨耗などの影響をなくし長期信頼性が改善することができるので、レーザ加工装置やレーザ加工方法に有用である。

１ レーザ発振器
２ レーザ光
３ ベンドミラー
４ コリメータレンズ群
５ マスク
６ アイリス
７ 加工レンズ
８ ガルバノドライバ
９ ガルバノミラー（Ｘ軸）
１０ ガルバノミラー（Ｙ軸）
１１ 加工テーブル
１２ 被加工物
１３ 加工点
１４ コントローラ
１５ 音響光学素子（Ｘ軸）
１６ 音響光学素子（Ｙ軸）
１７ 音響光学素子ドライバ
１８ 加工側リレーレンズ
１９ 音響光学素子間リレーレンズ

Claims (60)

1. レーザ光を照射して穴あけ加工をする加工方法のうち要求される加工穴径より小さい加工径をつなぎ合わせて穴を形成する加工方法において、前記要求される穴の中心に移動する手段とその周囲の前記要求される穴径から前記要求される加工穴径より小さい加工半径を差し引いた位置にレーザ光を位置決めして照射し、前記要求する加工穴径より小さい加工をつなぎ合わせて穴を形成する手段を有することを特徴とするレーザ加工方法。
2. 請求項１に記載のレーザ加工方法において、前記要求される穴の中心に移動する手段にガルバノスキャナーを用いたことを特徴とするレーザ加工方法。
3. 請求項１に記載のレーザ加工方法において、その周囲の前記要求される穴径から前記要求される加工穴径より小さい加工半径を差し引いた位置にレーザ光を位置決めして照射し、前記要求する加工穴径より小さい加工をつなぎ合わせて穴を形成する手段に、音響光学素子を用いることを特徴とするレーザ加工方法。
4. 請求項２に記載のレーザ加工方法において、その周囲の前記要求される穴径から前記要求される加工穴径より小さい加工半径を差し引いた位置にレーザ光を位置決めして照射し、前記要求する加工穴径より小さい加工をつなぎ合わせて穴を形成する手段に、音響光学素子を用いることを特徴とするレーザ加工方法。
5. 請求項３または４に記載のレーザ加工方法において、前記音響光学素子の光軸方向長さが短く、最大回折角と素子の長さの積とビーム径の和が光軸に鉛直の断面サイズに対して十分小さい場合に、前記音響光学素子を２つ隣接して配置し、前記音響光学素子を直交させて取り付けたことを特徴とするレーザ加工方法。
6. 請求項３〜５のいずれかに記載のレーザ加工方法において、音響光学素子が音響偏向素子であることを特徴とするレーザ加工方法。
7. レーザ光を照射して穴あけ加工をする加工方法のうち要求される加工穴径より小さい加工径をつなぎ合わせて穴を形成する加工方法において、前記要求される穴の中心に移動する手段とその周囲の前記要求される穴径から前記要求される加工穴径より小さい加工半径を差し引いた位置にレーザ光を位置決めして照射し、前記要求する加工穴径より小さい加工をつなぎ合わせて穴を形成する手段を有し、かつ前記要求する加工穴径より小さい加工をつなぎ合わせて穴を形成する手段の入射位置と加工レンズのスキャンポイントの中間位置付近に前記要求する加工穴径より小さい加工をつなぎ合わせて穴を形成する手段の入射位置と前記加工レンズのスキャンポイントの距離の半分を焦点距離とするリレーレンズを配置したことを特徴とするレーザ加工方法。
8. 請求項７に記載のレーザ加工方法において、前記要求される穴の中心に移動する手段にガルバノスキャナーを用いたことを特徴とするレーザ加工方法。
9. 請求項７に記載のレーザ加工方法において、その周囲の前記要求される穴径から前記要求される加工穴径より小さい加工半径を差し引いた位置にレーザ光を位置決めして照射し、前記要求する加工穴径より小さい加工をつなぎ合わせて穴を形成する手段に、音響光学素子を用いることを特徴とするレーザ加工方法。
10. 請求項８に記載のレーザ加工方法において、その周囲の前記要求される穴径から前記要求される加工穴径より小さい加工半径を差し引いた位置にレーザ光を位置決めして照射し、前記要求する加工穴径より小さい加工をつなぎ合わせて穴を形成する手段に、音響光学素子を用いることを特徴とするレーザ加工方法。
11. 請求項９または１０に記載のレーザ加工方法において、前記音響光学素子の光軸方向長さが短く、最大回折角と素子の長さの積とビーム径の和が光軸に鉛直の断面サイズに対して十分小さい場合に、前記音響光学素子を２つ隣接して配置し前記音響光学素子を直交させて取り付けたことを特徴とするレーザ加工方法。
12. 請求項７〜１１のいずれかに記載のレーザ加工方法において、前記要求する加工穴径より小さい加工をつなぎ合わせて穴を形成する手段の入射位置と加工レンズのスキャンポイントの中間位置付近に配置したリレーレンズの焦点距離が、加工レンズの焦点距離より長いことを特徴とするレーザ加工方法。
13. 請求項９〜１１のいずれかに記載のレーザ加工方法において、音響光学素子が音響偏向素子であることを特徴とするレーザ加工方法。
14. レーザ光を照射して穴あけ加工をする加工方法のうち要求される加工穴径より小さい加工径をつなぎ合わせて穴を形成する加工方法において、前記要求される穴の中心に移動する手段とその周囲の前記要求される穴径から前記要求される加工穴径より小さい加工半径を差し引いた位置にレーザ光を位置決めして照射し、前記要求する加工穴径より小さい加工をつなぎ合わせて穴を形成する手段を独立直交して２つの手段を有し、前記２つの前記要求する加工穴径より小さい加工をつなぎ合わせて穴を形成する手段の間にスペースを設けかつ２つの前記要求する加工穴径より小さい加工をつなぎ合わせて穴を形成する手段の中間位置付近に、前記２つの前記要求する加工穴径より小さい加工をつなぎ合わせて穴を形成する手段の間隔の半分の焦点距離を有するリレーレンズを配したことを特徴とするレーザ加工方法。
15. 請求項１４に記載のレーザ加工方法において、前記要求される穴の中心に移動する手段にガルバノスキャナーを用いたことを特徴とするレーザ加工方法。
16. 請求項１４に記載のレーザ加工方法において、その周囲の前記要求される穴径から前記要求される加工穴径より小さい加工半径を差し引いた位置にレーザ光を位置決めして照射し、前記要求する加工穴径より小さい加工をつなぎ合わせて穴を形成する手段に、音響光学素子を用いることを特徴とするレーザ加工方法。
17. 請求項１５に記載のレーザ加工方法において、その周囲の前記要求される穴径から前記要求される加工穴径より小さい加工半径を差し引いた位置にレーザ光を位置決めして照射し、前記要求する加工穴径より小さい加工をつなぎ合わせて穴を形成する手段に、音響光学素子を用いることを特徴とするレーザ加工方法。
18. 請求項１６または１７に記載のレーザ加工方法において、前記音響光学素子を直交させて取り付けたことを特徴とするレーザ加工方法。
19. 請求項１４〜１８のいずれかに記載のレーザ加工方法において、前記直交する２つの要求する加工穴径より小さい加工をつなぎ合わせて穴を形成する手段の間の中間位置付近に、前記２つの前記要求する加工穴径より小さい加工をつなぎ合わせて穴を形成する手段の間隔の半分の焦点距離を有するリレーレンズの焦点距離が、加工レンズの焦点距離より長いことを特徴とするレーザ加工方法。
20. 請求項１６〜１８に記載のレーザ加工方法において、音響光学素子が音響偏向素子であることを特徴とするレーザ加工方法。
21. レーザ光を照射して穴あけ加工をする加工装置のうち要求される加工穴径より小さい加工径をつなぎ合わせて穴を形成する加工装置において、前記要求される穴の中心に移動する手段とその周囲の前記要求される穴径から前記要求される加工穴径より小さい加工半径を差し引いた位置にレーザ光を位置決めして照射し、前記要求する加工穴径より小さい加工をつなぎ合わせて穴を形成する手段を有することを特徴とするレーザ加工装置。
22. 請求項２１に記載のレーザ加工装置において、前記要求される穴の中心に移動する手段にガルバノスキャナーを用いたことを特徴とするレーザ加工装置。
23. 請求項２１に記載のレーザ加工装置において、その周囲の前記要求される穴径から前記要求される加工穴径より小さい加工半径を差し引いた位置にレーザ光を位置決めして照射し、前記要求する加工穴径より小さい加工をつなぎ合わせて穴を形成する手段に、音響光学素子を用いることを特徴とするレーザ加工装置。
24. 請求項２２に記載のレーザ加工装置において、その周囲の前記要求される穴径から前記要求される加工穴径より小さい加工半径を差し引いた位置にレーザ光を位置決めして照射し、前記要求する加工穴径より小さい加工をつなぎ合わせて穴を形成する手段に、音響光学素子を用いることを特徴とするレーザ加工装置。
25. 請求項２３または２４に記載のレーザ加工装置において、前記音響光学素子の光軸方向長さが短く、最大回折角と素子の長さの積とビーム径の和が光軸に鉛直の断面サイズに対して十分小さい場合に、前記音響光学素子を２つ隣接して配置し、前記音響光学素子を直交させて取り付けたことを特徴とするレーザ加工装置。
26. 請求項２３〜２５のいずれかに記載のレーザ加工装置において、音響光学素子が音響偏向素子であることを特徴とするレーザ加工装置。
27. レーザ光を照射して穴あけ加工をする加工装置のうち要求される加工穴径より小さい加工径をつなぎ合わせて穴を形成する加工装置において、前記要求される穴の中心に移動する手段とその周囲の前記要求される穴径から前記要求される加工穴径より小さい加工半径を差し引いた位置にレーザ光を位置決めして照射し、前記要求する加工穴径より小さい加工をつなぎ合わせて穴を形成する手段を有し、かつ前記要求する加工穴径より小さい加工をつなぎ合わせて穴を形成する手段の入射位置と加工レンズのスキャンポイントの中間位置付近に前記要求する加工穴径より小さい加工をつなぎ合わせて穴を形成する手段の入射位置と前記加工レンズのスキャンポイントの距離の半分を焦点距離とするリレーレンズを配置したことを特徴とするレーザ加工装置。
28. 請求項２７に記載のレーザ加工装置において、前記要求される穴の中心に移動する手段にガルバノスキャナーを用いたことを特徴とするレーザ加工装置。
29. 請求項２７に記載のレーザ加工装置において、その周囲の前記要求される穴径から前記要求される加工穴径より小さい加工半径を差し引いた位置にレーザ光を位置決めして照射し、前記要求する加工穴径より小さい加工をつなぎ合わせて穴を形成する手段に、音響光学素子を用いることを特徴とするレーザ加工装置。
30. 請求項２８に記載のレーザ加工装置において、その周囲の前記要求される穴径から前記要求される加工穴径より小さい加工半径を差し引いた位置にレーザ光を位置決めして照射し、前記要求する加工穴径より小さい加工をつなぎ合わせて穴を形成する手段に、音響光学素子を用いることを特徴とするレーザ加工装置。
31. 請求項２９または３０に記載のレーザ加工装置において、前記音響光学素子の光軸方向長さが短く、最大回折角と素子の長さの積とビーム径の和が光軸に鉛直の断面サイズに対して十分小さい場合に、前記音響光学素子を２つ隣接して配置し前記音響光学素子を直交させて取り付けたことを特徴とするレーザ加工装置。
32. 請求項２９〜３１のいずれかに記載のレーザ加工装置において、前記要求する加工穴径より小さい加工をつなぎ合わせて穴を形成する手段の入射位置と加工レンズのスキャンポイントの中間位置付近に配置したリレーレンズの焦点距離が、加工レンズの焦点距離より長いことを特徴とするレーザ加工装置。
33. 請求項２９〜３１のいずれかに記載のレーザ加工装置において、音響光学素子が音響偏向素子であることを特徴とするレーザ加工装置。
34. レーザ光を照射して穴あけ加工をする加工装置のうち要求される加工穴径より小さい加工径をつなぎ合わせて穴を形成する加工装置において、前記要求される穴の中心に移動する手段とその周囲の前記要求される穴径から前記要求される加工穴径より小さい加工半径を差し引いた位置にレーザ光を位置決めして照射し、前記要求する加工穴径より小さい加工をつなぎ合わせて穴を形成する手段を独立直交して２つの手段を有し、前記２つの前記要求する加工穴径より小さい加工をつなぎ合わせて穴を形成する手段の間にスペースを設けかつ２つの前記要求する加工穴径より小さい加工をつなぎ合わせて穴を形成する手段の中間位置付近に、前記２つの前記要求する加工穴径より小さい加工をつなぎ合わせて穴を形成する手段の間隔の半分の焦点距離を有するリレーレンズを配したことを特徴とするレーザ加工装置。
35. 請求項３４に記載のレーザ加工装置において、前記要求される穴の中心に移動する手段にガルバノスキャナーを用いたことを特徴とするレーザ加工装置。
36. 請求項３４に記載のレーザ加工装置において、その周囲の前記要求される穴径から前記要求される加工穴径より小さい加工半径を差し引いた位置にレーザ光を位置決めして照射し、前記要求する加工穴径より小さい加工をつなぎ合わせて穴を形成する手段に、音響光学素子を用いることを特徴とするレーザ加工装置。
37. 請求項３５に記載のレーザ加工装置において、その周囲の前記要求される穴径から前記要求される加工穴径より小さい加工半径を差し引いた位置にレーザ光を位置決めして照射し、前記要求する加工穴径より小さい加工をつなぎ合わせて穴を形成する手段に、音響光学素子を用いることを特徴とするレーザ加工装置。
38. 請求項３６または３７に記載のレーザ加工装置において、前記音響光学素子を直交させて取り付けたことを特徴とするレーザ加工装置。
39. 請求項３４〜３８のいずれかに記載のレーザ加工装置において、前記直交する２つの要求する加工穴径より小さい加工をつなぎ合わせて穴を形成する手段の間の中間位置付近に、前記２つの前記要求する加工穴径より小さい加工をつなぎ合わせて穴を形成する手段の間隔の半分の焦点距離を有するリレーレンズの焦点距離が、加工レンズの焦点距離より長いことを特徴とするレーザ加工装置。
40. 請求項３６〜３８のいずれかに記載のレーザ加工装置において、音響光学素子が音響偏向素子であることを特徴とするレーザ加工装置。
41. レーザ光を照射して穴あけ加工をする電子デバイスのうち要求される加工穴径より小さい加工径をつなぎ合わせて穴を形成する電子デバイスにおいて、前記要求される穴の中心に移動する手段とその周囲の前記要求される穴径から前記要求される加工穴径より小さい加工半径を差し引いた位置にレーザ光を位置決めして照射し、前記要求する加工穴径より小さい加工をつなぎ合わせて穴を形成する手段を用いて加工したことを特徴とする電子デバイス。
42. 請求項４１に記載の電子デバイスにおいて、前記要求される穴の中心に移動する手段にガルバノスキャナーを用いて加工したことを特徴とする電子デバイス。
43. 請求項４１に記載の電子デバイスにおいて、その周囲の前記要求される穴径から前記要求される加工穴径より小さい加工半径を差し引いた位置にレーザ光を位置決めして照射し、前記要求する加工穴径より小さい加工をつなぎ合わせて穴を形成する手段に、音響光学素子を用いて加工したことを特徴とする電子デバイス。
44. 請求項４２に記載の電子デバイスにおいて、その周囲の前記要求される穴径から前記要求される加工穴径より小さい加工半径を差し引いた位置にレーザ光を位置決めして照射し、前記要求する加工穴径より小さい加工をつなぎ合わせて穴を形成する手段に、音響光学素子を用いて加工したことを特徴とする電子デバイス。
45. 請求項４３または４４に記載の電子デバイスにおいて、前記音響光学素子の光軸方向長さが短く、最大回折角と素子の長さの積とビーム径の和が光軸に鉛直の断面サイズに対して十分小さい場合に、前記音響光学素子を２つ隣接して配置し、前記音響光学素子を直交させて取り付けて加工したことを特徴とする電子デバイス。
46. 請求項４３〜４５のいずれかに記載の電子デバイスにおいて、音響光学素子に音響偏向素子を用いて加工したことを特徴とする電子デバイス。
47. レーザ光を照射して穴あけ加工された電子デバイスのうち要求される加工穴径より小さい加工径をつなぎ合わせて穴を形成した電子デバイスにおいて、前記要求される穴の中心に移動する手段とその周囲の前記要求される穴径から前記要求される加工穴径より小さい加工半径を差し引いた位置にレーザ光を位置決めして照射し、前記要求する加工穴径より小さい加工をつなぎ合わせて穴を形成する手段を有し、かつ前記要求する加工穴径より小さい加工をつなぎ合わせて穴を形成する手段の入射位置と加工レンズのスキャンポイントの中間位置付近に前記要求する加工穴径より小さい加工をつなぎ合わせて穴を形成する手段の入射位置と前記加工レンズのスキャンポイントの距離の半分を焦点距離とするリレーレンズを配置し加工したことを特徴とする電子デバイス。
48. 請求項４７に記載の電子デバイスにおいて、前記要求される穴の中心に移動する手段にガルバノスキャナーを用いて加工したことを特徴とする電子デバイス。
49. 請求項４７に記載の電子デバイスにおいて、その周囲の前記要求される穴径から前記要求される加工穴径より小さい加工半径を差し引いた位置にレーザ光を位置決めして照射し、前記要求する加工穴径より小さい加工をつなぎ合わせて穴を形成する手段に、音響光学素子を用いて加工したことを特徴とする電子デバイス。
50. 請求項４８に記載の電子デバイスにおいて、その周囲の前記要求される穴径から前記要求される加工穴径より小さい加工半径を差し引いた位置にレーザ光を位置決めして照射し、前記要求する加工穴径より小さい加工をつなぎ合わせて穴を形成する手段に、音響光学素子を用いて加工したことを特徴とする電子デバイス。
51. 請求項４９または５０に記載の電子デバイスにおいて、前記音響光学素子の光軸方向長さが短く、最大回折角と素子の長さの積とビーム径の和が光軸に鉛直の断面サイズに対して十分小さい場合に、前記音響光学素子を２つ隣接して配置し前記音響光学素子を直交させて取り付けて加工したことを特徴とする電子デバイス。
52. 請求項４７〜５１のいずれかに記載の電子デバイスにおいて、前記要求する加工穴径より小さい加工をつなぎ合わせて穴を形成する手段の入射位置と加工レンズのスキャンポイントの中間位置付近に配置したリレーレンズの焦点距離が、加工レンズの焦点距離より長くして加工したことを特徴とする電子デバイス。
53. 請求項４９〜５１のいずれかに記載の電子デバイスにおいて、音響光学素子に音響偏向素子を用いて加工したことを特徴とする電子デバイス。
54. レーザ光を照射して穴あけ加工をした電子デバイスのうち要求される加工穴径より小さい加工径をつなぎ合わせて穴を形成した電子デバイスにおいて、前記要求される穴の中心に移動する手段とその周囲の前記要求される穴径から前記要求される加工穴径より小さい加工半径を差し引いた位置にレーザ光を位置決めして照射し、前記要求する加工穴径より小さい加工をつなぎ合わせて穴を形成する手段を独立直交して２つの手段を有し、前記２つの前記要求する加工穴径より小さい加工をつなぎ合わせて穴を形成する手段の間にスペースを設けかつ２つの前記要求する加工穴径より小さい加工をつなぎ合わせて穴を形成する手段の中間位置付近に、前記２つの前記要求する加工穴径より小さい加工をつなぎ合わせて穴を形成する手段の間隔の半分の焦点距離を有するリレーレンズを配して加工したことを特徴とする電子デバイス。
55. 請求項５４に記載の電子デバイスにおいて、前記要求される穴の中心に移動する手段にガルバノスキャナーを用いて加工したことを特徴とする電子デバイス。
56. 請求項５４に記載の電子デバイスにおいて、その周囲の前記要求される穴径から前記要求される加工穴径より小さい加工半径を差し引いた位置にレーザ光を位置決めして照射し、前記要求する加工穴径より小さい加工をつなぎ合わせて穴を形成する手段に、音響光学素子を用いて加工したことを特徴とする電子デバイス。
57. 請求項５５に記載の電子デバイスにおいて、その周囲の前記要求される穴径から前記要求される加工穴径より小さい加工半径を差し引いた位置にレーザ光を位置決めして照射し、前記要求する加工穴径より小さい加工をつなぎ合わせて穴を形成する手段に、音響光学素子を用いて加工したことを特徴とする電子デバイス。
58. 請求項５６または５７に記載の電子デバイスにおいて、前記音響光学素子を直交させて取り付けて加工したことを特徴とする電子デバイス。
59. 請求項５４〜５８のいずれかに記載の電子デバイスにおいて、前記直交する２つの要求する加工穴径より小さい加工をつなぎ合わせて穴を形成する手段の間の中間位置付近に、前記２つの前記要求する加工穴径より小さい加工をつなぎ合わせて穴を形成する手段の間隔の半分の焦点距離を有するリレーレンズの焦点距離が、加工レンズの焦点距離より長くして加工したことを特徴とする電子デバイス。
60. 請求項５６〜５８のいずれかに記載の電子デバイスにおいて、音響光学素子に音響偏向素子を用いて加工したことを特徴とする電子デバイス。

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