JP2017024065A - レーザ加工方法及びレーザ加工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
本発明は、レーザ加工において、ガルバノミラーの走査エリア内でレーザエネルギーがばらつくのを抑え、結果的に高品質な穴明け加工を行えるようにすることを目的とする。
【解決手段】
ガルバノミラーの走査によって形成される領域を複数のブロックに論理的に分割して当該ブロック毎に前記音響光学変調器の出力を制御するための制御情報を記憶させておき、前記走査を行う場合に当該走査の位置に対応したブロックの前記制御情報を読み出し、当該制御情報に基づいて前記音響光学変調器の出力を制御することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えばプリント基板のような被加工物にレーザを使用して穴明け加工を行うためのレーザ加工方法及びレーザ加工装置に関する。

レーザを使用した穴明け加工においては、例えば特許文献１の図１に示されるように、レーザ発振器からのレーザパルスを音響光学変調器（以下ＡＯＭ）に与え、ここで加工方向に分岐させたレーザパルスをガルバノミラーで走査し、ｆθレンズを経由して被加工物に照射する方式が知られている。
この方式においては、被加工物への加工は、被加工物を載置したテーブルの移動により、ガルバノミラーによる走査エリア毎に行われるようになっている。高品質加工のためには、レーザ発振系や光学系の高精度化が必要であるが、例えば、ガルバノミラーやｆθレンズの精度が悪いと、走査エリア内でレーザエネルギーが一様でなくなり、結果的に穴径等が不均一となって、高品質な穴明けが行えない問題がある。

特開平2006-346738号公報

そこで本発明は、レーザ加工において、ガルバノミラーの走査エリア内でレーザエネルギーがばらつくのを抑え、結果的に高品質な穴明け加工を行えるようにすることを目的とするものである。

上記課題を解決するため、請求項１に記載のレーザ加工方法においては、レーザ発振器で発振させたレーザパルスを加工方向と非加工方向の二通りに分岐させる音響光学変調器に入力し、当該音響光学変調器で加工方向に分岐させたレーザパルスを当該レーザパルスを走査するためのガルバノミラーに入力するレーザ加工方法において、前記ガルバノミラーの走査によって形成される領域を複数のブロックに論理的に分割して当該ブロック毎に前記音響光学変調器の出力を制御するための制御情報を記憶させておき、前記走査を行う場合に当該走査の位置に対応したブロックの前記制御情報を読み出し、当該制御情報に基づいて前記音響光学変調器の出力を制御することを特徴とする。

また請求項２に記載のレーザ加工方法においては、請求項１に記載のレーザ加工方法において、前記制御情報は前記音響光学変調器の分波率を制御するための情報であることを特徴とする。

また請求項３に記載のレーザ加工方法においては、請求項１に記載のレーザ加工方法において、前記制御情報は前記音響光学変調器が出力するレーザパルスのパルス幅を制御するための情報であることを特徴とする。

また請求項４に記載のレーザ加工装置においては、レーザパルスを発振させるレーザ発振器と、当該レーザ発振器からのレーザパルスを加工方向と非加工方向の二通りに分岐させる音響光学変調器と、当該音響光学変調器で加工方向に分岐させたレーザパルスを走査するためのガルバノミラーとを有するレーザ加工装置において、前記ガルバノミラーの走査によって形成される領域を複数のブロックに論理的に分割して当該ブロック毎に前記音響光学変調器の出力を制御するための制御情報を記憶する制御情報記憶部と、前記走査を行う場合に当該走査の位置に対応したブロックの前記制御情報を前記制御情報記憶部から読み出し当該制御情報に基づき前記音響光学変調器の出力を制御する制御部とを備えることを特徴とする。

また請求項５に記載のレーザ加工装置においては、請求項４に記載のレーザ加工装置において、前記制御情報は前記音響光学変調器の分波率を制御するための情報であることを特徴とする。

また請求項６に記載のレーザ加工装置においては、請求項４に記載のレーザ加工装置において、前記制御情報は前記音響光学変調器が出力するレーザパルスのパルス幅を制御するための情報であることを特徴とする。

本発明によれば、レーザ加工において、ガルバノミラーの走査エリア内でレーザエネルギーがばらつくのを抑え、結果的に高品質な穴明け加工を行えるようにすることができる。

本発明の一実施例となるレーザ加工装置におけるＡＯＭ分波率制御部の動作を説明するための図である。 本発明の一実施例となるレーザ加工装置における平均直径記憶部の記憶状態を説明するための図である。 本発明の一実施例となるレーザ加工装置における制御情報記憶部の記憶状態を説明するための図である。 本発明の一実施例となるレーザ加工装置のブロック図である。 本発明の一実施例となるレーザ加工装置において、一つの走査エリアの論理的分割の様子を示す図である。 本発明の一実施例となるレーザ加工装置において、チェック用基板に明ける穴の位置を示す図である。

本発明の一実施例について説明する。
図４は本発明の一実施例となるレーザ加工装置のブロック図である。このレーザ加工装置では、被加工物である基板１はテーブル２上に載置されている。３はレーザパルスＬ１を発振するレーザ発振器、４はレーザ発振器３から出力されたレーザパルスＬ１を加工方向と非加工方向の二通りに分岐させる音響光学変調器（以下ＡＯＭと略す）、５はＡＯＭ４において加工方向へ分岐されたレーザパルスＬ２をｆθレンズ６を経由して基板１の穴明け位置に照射するガルバノミラーである。このガルバノミラー５は回転することによりレーザパルスＬ２を走査し、ガルバノミラー５の一つの走査エリア分を単位にテーブル２を移動させ、基板１の異なる位置の加工を順次行うようになっている。７はＡＯＭ３において非加工方向へ分岐されたレーザパルスＬ３を吸収するダンパである。８はテーブル２に載置された基板１の近くの所定位置に載置されたアクリルからなるチェック用基板、９はチェック用基板８に明けられたチェック用の穴を上から光学的に読取るためのＣＣＤカメラである。

１１は、装置全体の動作を制御する全体制御部で、例えばプログラム制御の処理装置によって実現される。全体制御部１１は、レーザ発振器３での個々のレーザパルスＬ１の発振を指示するレーザ発振指令信号Ｓを出力するレーザ発振制御部１２、ＡＯＭ４の分岐動作を制御するＡＯＭ駆動信号Ｄを出力するＡＯＭ駆動制御部１３、ガルバノミラー５の動作を指示するガルバノ動作制御信号Ｇを出力するガルバノ制御部１４、画像処理演算部１５、制御情報記憶部１７、ＡＯＭ４の分波率を制御してＡＯＭ４の出力エネルギーを制御するＡＯＭ分波率制御信号Ｍを出力するＡＯＭ分波率制御部１８を含む。画像処理演算部１５と制御情報記憶部１７については、後で詳しく説明する。
全体制御部１１に含まれる以上の機能要素のうちの一部は全体制御部１１とは別個に設けられていても良く、また全体制御部１１はここで説明する以外の制御機能も有し、図示されていない要素にも接続されている。

ＡＯＭ駆動信号Ｄは、それがオンの時間帯でのみＡＯＭ４に入力されたレーザパルスＬ１を加工方向に分岐させてレーザパルスＬ２とし、それ以外の時間帯では非加工方向のレーザパルスＬ３としてダンパ７の方向に分岐させる。
ガルバノ動作制御信号Ｇは、オフの時間帯でガルバノミラー５を静止させ、オンの時間帯でガルバノミラー５を回転させる。ガルバノミラー５が静止した状態で一つの穴位置にレーザが照射され、それが終了するとガルバノミラー５が回転することによってレーザパルスＬ２を次の穴位置に照射させるようになる。
ＡＯＭ分波率制御信号Ｍは、ＡＯＭ駆動信号Ｄと同期して出力される。

本発明に従うと、図４に示したレーザ加工装置は、本来の加工を行う前に以下の動作を全体制御部１１の制御の下で行う。
先ず、図５に示すように、ガルバノミラー５による走査エリア２０は論理的にｍ行、ｎ列、すなわちｍ×ｎ個のブロック２１に分割される。そのうえで、チェック用基板８を加工できる位置にテーブル２を相対移動させ、チェック用基板８にチェック用の穴を明ける。この場合、チェック用穴を明けるのは一つの走査エリア分だけであり、かつ図６に示すように各ブロック２１毎に４個のチェック用穴２２を明ければ良い。チェック用穴２２の位置は、各ブロック２１で見ると互いに等しくなっている。

次に、チェック用基板８がＣＣＤカメラ９で読取れる位置に来るようテーブル２を移動させ、チェック用穴２２を上から光学的に順次読取る。画像処理演算部１５は各チェック用穴２２の読取りデータを画像処理してその直径を求め、さらに各ブロック２１毎に、そこに位置する４個のチェック用穴２２の平均直径を求め、平均直径記憶部１６に記憶する。図２は平均直径記憶部１６の記憶状態を説明するための図で、Ｂ１１からＢｍｎまでのｍ×ｎ個の各ブロックに対し、そこに位置する４個のチェック用穴２２の平均直径が記憶される。例えば、ブロックＢｘの平均直径はＤｘである。

以上の動作が完了した後で、本来の加工においては、以下の動作を全体制御部１１の制御の下で行う。
本来の加工においては、先ずｆθレンズ６からレーザ照射して加工ができる位置に基板１が来るようにテーブル２を移動させ、次にガルバノミラー５の一つの走査エリア分を単位にテーブル２を移動させ、基板１の異なる位置の加工を順次行うようになっている。この際、ＡＯＭ分波率制御部１８は、ガルバノミラー５が図６に示す走査エリア２０内の各ブロック２１内を走査する場合に、平均直径記憶部１６からそのブロック２１の平均直径を読み出し、さらに制御情報記憶部１７からその平均直径に対応する制御情報を読み出し、それに応じたＡＯＭ分波率制御信号ＭをＡＯＭ４に与える。例えば、ブロックＢｘ内を走査している期間は制御情報をαｘとし、ＡＯＭ分波率制御部１８は制御情報αｘに基づきＡＯＭ分波率制御信号ＭをＡＯＭ４に与え、その時の分波率を制御する。

前記の制御情報とは、チェック用穴の平均直径が基準より外れた場合、ＡＯＭ４から出力されるレーザエネルギーを変えることにより、基準に合った直径の穴が加工されるよう、ＡＯＭ４の適正分波率を予め実験等により求め、ＡＯＭ４が適正分波率になるようにＡＯＭ分波率制御部１８を制御できるようにするための情報である。図３は制御情報記憶部１７の記憶状態を説明するための図で、平均直径が基準より小さい場合のＤ１から大きい場合のＤｐまでの制御情報が記憶されている。例えば、平均直径がＤｘの場合の制御情報はαｘである。図１は上記のＡＯＭ分波率制御部１８の動作を説明するための図である。

以上の実施例によれば、本来の加工を行う前に、ガルバノミラー５による走査エリア２０を論理的にｎ行、ｍ列の複数のブロック２１に分割し、チェック用基板８に明けたチェック用穴のブロック毎の平均直径を調べることにより、走査エリア内でのレーザエネルギーの分布状態をチェックする。
本来の加工においては、上記チェック結果に基づき、ブロック２１を単位にＡＯＭ４の分波率を適正分波率にするので、走査エリア内でのレーザエネルギーのばらつきを抑えることができ、高品質な穴明け加工を行えるようになる。

なお、以上の実施例において、走査エリアの各ブロック毎に４個のチェック用穴を明け平均直径を求めるようにしたが、もっと多くしても良いし少なくしても良い。例えば特定位置にある１個だけとして、平均直径を求めることを省略しても良い。
また制御情報記憶部１７に記憶させる制御情報は、予め実験等により求めたＡＯＭ４の適正分波率に基づいたものとしたが、直径から自動的に求めることができるなら、その方法を利用しても良い。

また、以上の実施例において、走査エリア内でのレーザエネルギーのばらつきを抑えるため、ＡＯＭ４の分波率を制御するようにしたが、その代わりに、加工方向のレーザパルスＬ２のパルス幅を決定するＡＯＭ駆動信号Ｄのパルス幅を制御するようにしても良い。
この場合、図３における制御情報記憶部１７に記憶させる制御情報は、基準に合った直径の穴が加工されるよう、ＡＯＭ駆動信号Ｄの適正パルス幅を予め実験等によりブロック毎に求めておき、ＡＯＭ駆動部１３から出力されるＡＯＭ駆動信号Ｄが適正パルス幅になるようにＡＯＭ駆動部１３を制御できるようにするための情報になる。
そしてＡＯＭ駆動部１３は、ガルバノミラー５が図６に示す走査エリア２０内の各ブロック２１内を走査する場合に、平均直径記憶部１６からそのブロック２１の平均直径を読み出し、さらに制御情報記憶部１７からその平均直径に対応する制御情報を読み出し、適正パルス幅のＡＯＭ駆動信号Ｄを出力する。

さらに、ＡＯＭ４の分波率とＡＯＭ駆動信号Ｄのパルス幅の両方を調整して基準に合った直径の穴が加工されるようにしても良く、両者を制御できる制御情報を図３における制御情報記憶部１７に記憶させ、この制御情報に基づきＡＯＭ駆動部１３とＡＯＭ分波率制御部１８の両方を制御するようにしても良い。

さらにまた、以上の実施例において、図４で示した各機能要素は複数のものが一体となっていても、さらに複数のものに分かれていても良い。例えば、ＡＯＭ駆動部１３とＡＯＭ分波率制御部１８は別々なものとして説明したが、一体になっていても良い。

１：基板、２：テーブル、３：レーザ発振器、４：ＡＯＭ、５：ガルバノミラー、
６：ｆθレンズ、７：ダンパ、８：チェック用基板、１１：全体制御部、
１２：レーザ発振制御部、１３：ＡＯＭ駆動制御部、１４：ガルバノ制御部、
１５：画像処理演算部、１６：平均直径記憶部、１７：制御情報記憶部１７、
１８：ＡＯＭ分波率制御部、２０：走査エリア、２１：ブロック、２２：チェック用穴
、Ｌ１〜Ｌ３：レーザパルス、Ｓ：レーザ発振指令信号、Ｇ：ガルバノ動作制御信号、
Ｄ：ＡＯＭ駆動信号、Ｍ：ＡＯＭ分波率制御信号

Claims (6)

1. レーザ発振器で発振させたレーザパルスを加工方向と非加工方向の二通りに分岐させる音響光学変調器に入力し、当該音響光学変調器で加工方向に分岐させたレーザパルスを当該レーザパルスを走査するためのガルバノミラーに入力するレーザ加工方法において、前記ガルバノミラーの走査によって形成される領域を複数のブロックに論理的に分割して当該ブロック毎に前記音響光学変調器の出力を制御するための制御情報を記憶させておき、前記走査を行う場合に当該走査の位置に対応したブロックの前記制御情報を読み出し、当該制御情報に基づいて前記音響光学変調器の出力を制御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、前記制御情報は前記音響光学変調器の分波率を制御するための情報である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、前記制御情報は前記音響光学変調器が出力するレーザパルスのパルス幅を制御するための情報であることを特徴とするレーザ加工方法。
4. レーザパルスを発振させるレーザ発振器と、当該レーザ発振器からのレーザパルスを加工方向と非加工方向の二通りに分岐させる音響光学変調器と、当該音響光学変調器で加工方向に分岐させたレーザパルスを走査するためのガルバノミラーとを有するレーザ加工装置において、前記ガルバノミラーの走査によって形成される領域を複数のブロックに論理的に分割して当該ブロック毎に前記音響光学変調器の出力を制御するための制御情報を記憶する制御情報記憶部と、前記走査を行う場合に当該走査の位置に対応したブロックの前記制御情報を前記制御情報記憶部から読み出し当該制御情報に基づき前記音響光学変調器の出力を制御する制御部とを備えることを特徴とするレーザ加工装置。
5. 請求項４に記載のレーザ加工装置において、前記制御情報は前記音響光学変調器の分波率を制御するための情報であることを特徴とするレーザ加工装置。
6. 請求項４に記載のレーザ加工装置において、前記制御情報は前記音響光学変調器が出力するレーザパルスのパルス幅を制御するための情報であることを特徴とするレーザ加工装置。

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