JP2016516584A5

JP2016516584A5 -

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Publication number: JP2016516584A5
Application number: JP2016501337A
Authority: JP
Filing date: 2014-03-11
Publication date: 2017-02-23

Description

図１は、従来のレーザ加工装置によりワークピース内に形成される切り込み又は切溝の側断面図である。図２は、レンズのレンズ軸と同一線上にあるビーム軸により形成される切り込み又は切溝の例の側断面図である。図３は、ワークピースの表面に対して非垂直角度で、かつワークピースの表面に沿った切断経路に対して第１の方位角方向のビーム軸で形成される切り込み又は切溝の例の側断面図である。図４は、ワークピースの表面に対して非垂直角度で、かつワークピースの表面に沿った切断経路に対して第２の方位角方向のビーム軸で形成される切り込み又は切溝の例の側断面図である。図５は、外側切溝壁に所望のテーパ特性を有する円形特徴部を形成するために、利用可能な視野の周縁部近傍でワークピースに当たるようにビーム軸を方向付けることによるビーム軸とワークピースとの間の相対連係運動の例を描いた上面図である。図６は、内側切溝壁に所望のテーパ特性を有する円形特徴部を形成するために、利用可能な視野の周縁部近傍でワークピースに当たるようにビーム軸を方向付けることによるビーム軸とワークピースとの間の相対連係運動の例を描いた上面図である。図７は、楕円形の特徴部に外接する切断経路の上面図である。図８Ａは、切断経路に沿って切溝を形成するためのワークピース上のビーム経路の例の上面図であり、図８Ｂは、図８Ａに示される切断経路に沿って切溝を形成するためのワークピース上のビーム経路の例の拡大上面図であり、図８Ｃは、ポジショナによるビーム軸の連続移動に起因するビーム経路に沿ったワーク表面でのレーザスポットの個々の配置の上面図を示すコンピュータモデルである。図９は、制御されたテーパを有する切溝を形成可能なレーザ微細加工システムの模式図である。図10は、様々な位置決め要素の代表的な動作包絡面の上面図である。

図３は、表面34に対して第１の非垂直衝突角度αをなし、ワークピース22の表面34に沿った切断経路122又は切断方向128（図８Ａ）に関して第１の方位角方向のビーム軸32で形成される切り込み又は切溝120aの例の断面図である。方位角方向は、ワークピース22上の切断経路122の方向を横断する方向であり、一般的には、切断経路122の方向から測定される水平角又は方位角φ、あるいはワークピースを２等分する軸148（図７）から測定される水平角又は方位角φ、あるいは切り込まれる特徴部を２等分する軸から測定される水平角又は方位角φとして定義することができる。同様に、図４は、表面34に対して第２の非垂直衝突角度αをなし、ワークピース22の表面34に沿った切断経路122の切断方向128（図８Ａ）に関して第２の方位角方向φ、あるいはワークピースを２等分する軸148から測定される水平角又は方位角φ、あるいは切り込まれる特徴部を２等分する軸から測定される水平角又は方位角φのビーム軸32で形成される切り込み又は切溝120aの例の断面図である。

図３及び図４を参照すると、切溝120a及び120b（総称して切溝120）の側壁42は、切断経路122の切断方向128（図３及び図４を含む紙面に向かう方向）に対して左側壁124a及び右側壁124bとそれぞれ呼ぶことができる。さらに、左側壁124aは、切断経路122の切断方向128に対して反時計回りのすぐそばにある側壁124として定義することができ、右側壁124bは、切断経路122の切断方向128に対して時計回りのすぐそばにある側壁124として定義することができる。側壁124は、加工されている特徴部の中心に近いか離れているかどうかによって内側側壁124及び外側側壁124と説明することもできる。

円形特徴部140などの切り欠き特徴部の形状によっては、側壁124に関して所望のテーパを実現するために、視野100の中心からのワークピース22の相対オフセットと、（他のレーザパラメータと連係して）ビーム軸32に対して要求される角度を計算することができる。

図９は、テーパが制御された切溝を形成可能なレーザ微細加工システムの模式図である。図９を参照すると、光路80に沿って配置される光学ビームエキスパンダレンズ要素166（及び／又は音響光学又は電気光学デバイスなどの光学減衰器又はパルス選別器、及び／又はエネルギー用、タイミング用、又は位置用などのフィードバックセンサ）をはじめとする様々な既知の光学系によって、ビーム位置決めシステム94の（ステージ軸位置決めミラーなどの）一連のビーム案内要素170、オプションの高速ポジショナ160、及び（ガルバノメータにより駆動される１対のＸ軸及びＹ軸ミラーなどの）ファーストポジショナ90によってレーザ出力164を方向付ける前にレーザ出力164を操作してもよい。最後に、レーザ出力164は、ワークピース22上にレーザスポット102を形成するためにビーム軸32に沿った集束レーザ出力ビーム30として案内される前に、非テレセントリック集束レンズ、スキャンレンズ、又はｆθレンズのようなレンズ62を通過する。

Claims

ワークピース内に特徴部をレーザ加工するための方法であって、
ワークピースを用意し、
前記ワークピース上に利用可能な視野を有する非テレセントリックスキャンレンズを通して伝搬するビーム軸に沿ってレーザパルスからなるビームを生成し、前記視野は周縁部を有し、
切断経路に沿った切断方向で前記ビーム軸と前記ワークピースとの間で相対運動を生じさせ、該相対運動は前記ワークピースの移動を含み、
前記ワークピースの移動に連係して、前記視野の前記周縁部近傍の前記ワークピース上に前記非テレセントリックスキャンレンズを通して前記ビーム軸を案内し、切断経路に沿って前記ワークピース上の第１の領域に前記ビームを照射し、前記ビーム軸は、第１の非ゼロ加工角度で前記ワークピースに入射し、前記ワークピースを二等分する深さ方向軸に対する第１の非ゼロ方位角方向に沿って前記ワークピースに当たり、
前記ワークピースを移動させる間に、前記切断経路に沿って前記第１の領域内で前記ワークピースの材料を除去して、前記第１の非ゼロ加工角度及び前記第１の方位角方向による影響を受けた第１のテーパ特性を有する第１の側壁を含む切溝を形成する
方法。
さらに、
前記視野の前記周縁部近傍の前記ワークピース上に前記非テレセントリックスキャンレンズを通して前記ビーム軸を案内し続けて、前記切断経路に沿って前記切溝を延ばしつつ、前記第１の側壁の前記第１のテーパ特性を維持する
請求項１の方法。
前記切断経路は曲率を有し、さらに、
前記ワークピースを二等分する前記深さ方向軸に対する前記ビーム軸の前記第１の方位角方向を変化させて、前記切断経路の前記曲率に適応する
請求項２の方法。
前記切断経路は曲率を有し、前記第１の領域は、第１の方向の前記切断経路に沿って第１のセグメントを形成し、さらに、
前記ワークピースを二等分する前記深さ方向軸に対する前記ビーム軸の前記第１の方位角方向を変化させて、前記視野の前記周縁部近傍の前記ワークピース上に前記非テレセントリックスキャンレンズを通して前記ビーム軸を案内させ、前記切断経路に沿って前記ワークピース上の第２の領域に前記ビームを照射し、前記ビーム軸は、第２の非ゼロ加工角度で前記ワークピースに入射し、前記ワークピースを二等分する前記深さ方向軸に対する第２の非ゼロ方位角方向に沿って前記ワークピースに当たり、前記第２の非ゼロ方位角方向は前記第１の非ゼロ方位角方向とは異なり、前記第２の領域は、前記第１の方向から外れた第２の方向の前記切断経路に沿って第２のセグメントを形成し、
前記切断経路に沿って前記第２の領域内で前記ワークピースの材料を除去して、前記第２の非ゼロ加工角度及び前記第２の方位角方向による影響を受けた前記第１の側壁の前記第１のテーパ特性を維持しつつ、前記第２の方向に前記切溝を延ばす
請求項１から３のいずれか一項の方法。
前記第１の非ゼロ加工角度と前記第２の非ゼロ加工角度が同じである、請求項４の方法。
前記第１の非ゼロ加工角度と前記第２の非ゼロ加工角度が異なる、請求項４の方法。
前記第１の方位角方向及び前記第２の方位角方向は、前記切断方向に対して同一の角度値を有する、請求項４の方法。
前記第１の方位角方向及び前記第２の方位角方向は、前記切断方向に対して異なる角度値を有する、請求項４の方法。
前記ビーム軸の前記第１の非ゼロ加工角度は、前記非テレセントリックスキャンレンズのレンズ軸に対して非ゼロビーム軸角度をなす、請求項１から８のいずれか一項の方法。
前記ビーム軸の前記第１の非ゼロ加工角度は、前記非テレセントリックスキャンレンズの軸平面に対して非ゼロ非垂直ビーム軸角度をなす、請求項１から８のいずれか一項の方法。
前記ビーム軸は、前記利用可能な視野の周縁部５mm以内で前記ワークピースに当たるように案内される、請求項１から１０のいずれか一項の方法。
前記ビーム軸は、前記利用可能な視野の周縁部２mm以内で前記ワークピースに当たるように案内される、請求項１から１０のいずれか一項の方法。
前記ビーム軸は、前記利用可能な視野の周縁部500ミクロン以内で前記ワークピースに当たるように案内される、請求項１から１０のいずれか一項の方法。
前記ビーム軸は、前記利用可能な視野の周縁部100ミクロン以内で前記ワークピースに当たるように案内される、請求項１から１０のいずれか一項の方法。
前記ビーム軸の前記第１の非ゼロ加工角度は１度よりも大きい、請求項１から１４のいずれか一項の方法。
前記第１の方位角方向は、前記切断方向に対して45度以上135度未満の角度値を有する、請求項１から１５のいずれか一項の方法。
前記第１の方位角方向は、前記切断方向に対して約90度の角度値を有する、請求項１から１５のいずれか一項の方法。
前記ビーム軸は、前記切溝の幅よりも小さな繰り返しパターンで前記ワークピース上のビーム経路内に案内され、前記ビーム経路に沿った一部のレーザスポットが、前記第１の側壁を形成する第１のレーザスポットであり、前記ビーム経路に沿った一部のレーザスポットが、第２の側壁を形成する第２のレーザスポットであり、前記第１のレーザスポットは、前記切断方向に対して前記第１の方位角方向で案内され、前記第２のレーザスポットは、前記切断方向に対して第２の方位角方向で案内される、請求項１から１７のいずれか一項の方法。
前記ビーム軸は、ファーストポジショナにより案内され、
前記非テレセントリックスキャンレンズは、前記ファーストポジショナに対して固定位置を有する、
請求項１から１８のいずれか一項の方法。
前記非テレセントリックスキャンレンズの視野の周縁部近傍の前記ワークピース上に前記ビーム軸が当たりつつ、特徴部を規定する前記切断経路の全体が前記ビーム軸によって案内されるように前記ワークピースが移動される、請求項１から１９のいずれか一項の方法。
ワークピース内に特徴部をレーザ加工するための方法であって、
ワークピースを用意し、
ビーム軸に沿ってレーザパルスからなるビームを生成し、
切断経路に沿った切断方向で前記ビーム軸と前記ワークピースとの間で相対運動を生じさせ、該相対運動は前記ワークピースの移動を含み、
前記ワークピースの移動に連係して、前記ワークピース上に前記ビーム軸を案内して、前記切断経路に沿って前記ワークピース上の第１の領域に前記ビームを照射し、前記ビーム軸は、第１の非ゼロ加工角度で前記ワークピースに入射し、前記切断方向に対する第１の非ゼロ方位角方向に沿って前記ワークピースに当たり、
前記ワークピースを移動させる間に、前記切断経路に沿って前記第１の領域内で前記ワークピースの材料を除去して、前記第１の非ゼロ加工角度及び前記第１の方位角方向による影響を受けた第１のテーパ特性を有する第１の側壁を含む切溝を形成し、
前記切断方向に対して前記ビーム軸の前記第１の方位角方向を変化させ、
前記ワークピースの移動に連係して、前記ワークピース上に前記ビーム軸を案内して、前記切断経路に沿って前記ワークピース上の第２の領域に前記ビームを照射し、前記ビーム軸は、第２の非ゼロ加工角度で前記ワークピースに入射し、前記切断方向に対する第２の非ゼロ方位角方向に沿って前記ワークピースに当たり、前記第２の非ゼロ方位角方向は前記第１の非ゼロ方位角方向とは異なり、
前記ワークピースを移動させる間に、前記切断経路に沿って前記第２の領域内で前記ワークピースの材料を除去して、前記第２の非ゼロ加工角度及び前記第２の方位角方向による影響を受けた第２のテーパ特性を有する第２の側壁を形成する
方法。
ワークピース内に特徴部をレーザ加工するためのレーザ微細加工システムであって、
選択されたパルスパラメータのレーザパルスからなるビームをビーム軸に沿って生成可能なレーザと、
内部を伝搬可能な非テレセントリックスキャンレンズであって、周縁部を有する利用可能な視野を前記ワークピース上に有する非テレセントリックレンズと、
前記ワークピースを支持及び移動可能なワークピースステージと、
前記非テレセントリックスキャンレンズを介して前記ビーム軸を案内し、前記ワークピース上のターゲット位置に向けて直接的又は間接的に前記ビーム軸を案内可能なファーストポジショナと、
前記ワークピースに対してファーストポジショナを支持及び移動するポジショナステージと、
前記ワークピースステージ及び前記ファーストポジショナの運動を制御可能なコントローラであって、前記ファーストポジショナを制御して、前記ビーム軸に沿って前記レーザパルスを案内し、前記非テレセントリックスキャンレンズを介して前記ターゲット位置に対して前記視野の周縁部近傍の前記ワークピース上で前記ビーム軸を１以上の選択された加工角度と１以上の選択された方位角に維持し、前記選択されたパルスパラメータ、前記１以上の選択された加工角度、及び前記１以上の選択された方位角により決定される選択されたテーパ特性を有する側壁を有する切溝を形成するコントローラと、
を備えた、レーザ微細加工システム。
ワークピース内に特徴部をレーザ加工するための方法であって、
表面を有するワークピースを用意し、
前記ワークピースを支持し、前記ワークピースを移動可能なワークピースステージを用意し、
選択されたレーザパラメータを有するレーザパルスからなるビームをビーム軸に沿って生成し、
非テレセントリックスキャンレンズを介して前記ビーム軸を案内し、前記ワークピース上のターゲット位置に向けて直接的又は間接的に前記ビーム軸を案内可能なファーストポジショナを用意し、前記非テレセントリックスキャンレンズは、前記ワークピースの前記表面に略垂直な中心レンズ軸を有し、
切断経路に沿った切断方向で前記ビーム軸と前記ワークピースとの間で相対運動を生じさせ、該相対運動は前記ワークピースの移動を含み、
前記ワークピースの移動に連係して、前記ワークピース上に前記非テレセントリックスキャンレンズを通して前記ビーム軸を案内し、前記ワークピースを移動させる間に、切断経路に沿って前記ワークピース上の第１の領域に前記ビームを照射し、前記切断経路に沿って前記第１の領域内で前記ワークピースの材料を除去して、第１の側壁、底部、及び第２の側壁を含む切溝を形成し、前記中心レンズ軸は、前記第２の側壁よりも前記第１の側壁から遠くに離れた位置にあり、前記ビーム軸は、選択された非ゼロ加工角度で前記ワークピースに入射し、前記切断方向に対して選択された非ゼロ方位角方向に沿って前記ワークピースに当たり、前記第１の側壁が、前記選択されたパルスパラメータ、前記選択された加工角度、及び前記選択された方位角方向により決定されるテーパ特性で形成される
方法。