JP3077539B2 - レーザ加工方法 - Google Patents
レーザ加工方法Info
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/08—Devices involving relative movement between laser beam and workpiece
- B23K26/083—Devices involving movement of the workpiece in at least one axial direction
- B23K26/0853—Devices involving movement of the workpiece in at least in two axial directions, e.g. in a plane
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
- H05K3/00—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
- H05K3/0011—Working of insulating substrates or insulating layers
- H05K3/0017—Etching of the substrate by chemical or physical means
Description
断、溶接などに用いられるレーザ加工装置に関するもの
である。
ーザ発振器31から出射されたレーザ光線32は、反射
ミラー33により下方に向きを変えられ、レンズ34で
集光されてXYステージ35上の被加工物に照射され
る。レーザ光線の照射位置の精度はXYステージの位置
決め精度により決定される。
レーザ発振器31から出射されたレーザ光線32は、一
対の回転ミラー36により反射された後、フラットフィ
ールドレンズ37により被加工物38に集光、照射さ
れ、レーザ加工がなされる。また、被加工物はXYステ
ージ35の動作により、所定の範囲内にて移動可能とな
っている。但し、XYステージによる被加工物の移動
は、一対の回転ミラーの駆動によりレーザ光線の集光点
が位置決めされる領域が重なることなく、かつ領域間の
隙間が生じる事なく移動するように構成されていない。
は、レーザ光線の光軸が固定であるため、レーザ光線の
被加工物に対する照射点の位置決めがXYステージの移
動によりなされ、位置決めの精度は比較的高い。しか
し、レーザ光線の被加工物に対する照射速度は、XYス
テージの移動・位置決め速度により律則されることな
り、一般的にXYステージの移動・位置決め速度が毎秒
5〜10点程度であるため、回転ミラーによるレーザ光
線の位置決め速度の1/10以下になる。
ップ抵抗部品を、一つずつ画像認識で位置を測定し、測
定結果を元にしてレーザ光線の照射位置を決め、トリミ
ングを行う用途や、局部的に被加工物にマーキングを行
う用途などに用いられる構成である。この構成では、X
Yステージによる被加工物が移動する際、一対の回転ミ
ラーの駆動によりレーザ光線の集光点が位置決めされる
領域が互いに重なったり、領域間に隙間が空いたりする
ため、加工領域内のレーザ光線照射点の位置を、1つの
座標系内の座標値で表することができない。そのため、
正確な位置にレーザ光線を照射するには、XYステージ
が移動する毎に画像認識等により基準位置を確認する必
要があり、加工時間が長びくと共に、基準位置を表す認
識マークを加工領域の各所に配置しなければならず、汎
用性に欠ける。本発明のレーザ加工装置は、前記課題を
解決し、広い加工領域に対して高速かつ正確にレーザ照
射を行うことができる方法を提供するものである。
にねじれの位置関係にある一対の回転ミラーと、一対の
回転ミラーにより反射されるレーザ光線を所定の平面上
に集光させるためのフラットフィールドレンズと、レー
ザ光線が照射される加工対象物を搭載し移動させるため
のXYステージとを備え、一対の回転ミラーとフラット
フィールドレンズにより照射位置が決められるレーザ光
線が、加工対象物の所定の矩形平面領域内への、所定の
照射を終了した後、X軸ステージまたはY軸ステージを
移動させ、前記矩形平面領域と重なる事なく、かつ隙間
なく隣接した、前記矩形平面領域と同一形状からなる第
2の矩形平面領域への所定のレーザ光線照射が行われ、
以降同様にして第N(Nは1以上の数値を表す)の矩形
平面領域へのレーザ光線照射とX軸ステージまたはY軸
ステージの移動とを交互に行わせることにより、所定の
矩形平面領域をマトリクス状に繋ぎ合わせた広い平面領
域に対するレーザ加工を行う方法である。
在しかつそれらの位置が平面領域内全体を含む直交座標
系の座標値で表されるレーザ照射点を、マトリクス上に
並んだ各矩形平面領域毎に分類し、各矩形平面領域内の
レーザ照射点の座標値を、各矩形平面領域の中心を原点
とし一対の回転ミラーとフラットフィールドレンズとの
組み合わせが構成する直交座標系の座標値に変換する機
能を有し、変換された座標値に基づいて一対の回転ミラ
ーを駆動し、各矩形平面領域内へのレーザ照射を行うも
のである。
に有る一対の回転ミラーとフラットフィールドレンズと
の組み合わせを用いて、レーザ光線を平面上で走査した
ときに生じる幾何学的な走査歪みを補正する手段とし
て、平面上へのレーザ光線照射痕の位置測定結果に基づ
き、一対の回転ミラーを駆動させる制御装置に入力する
照射位置を表する数値データを補正するものである。
ールドレンズとの組み合わせが構成する直交座標系の直
交軸と、XYステージの直交座標系の直交軸とが一致し
ていない場合、2つの直交軸の回転方向の角度ずれを補
正して直交軸を一致させる手段として、照射位置決めを
行う一対の回転ミラーを駆動させる制御装置に入力する
照射位置を表す数値データを補正する機能を有すること
により、一対の回転ミラーとフラットフィールドレンズ
との組み合わせ、またはXYステージの何れかを機械的
に回転移動させて直交軸を一致させる手段と比較して、
より精度の高い一致が得られる。
ールドレンズとの組み合わせが構成する直交座標系の直
交軸と、XYステージの直交座標系の直交軸との回転方
向の角度ずれを測定する方式として、一対の回転ミラー
は所定の位置に固定して、XステージまたはYステージ
の何れか一方を移動させてレーザ光線を加工対象物に照
射したときの複数の照射痕を結ぶ直線と、XYステージ
は静止させて、一対の回転ミラーの内、前記照射痕を結
ぶ直線におよそ直行する方向にレーザ光線を走査させる
一方のミラーのみを回転させてレーザ光線を加工対象物
に照射したときの複数の照射痕を結ぶ直線とが成す角度
を照射痕の位置測定結果から決定し、その角度の直角か
らのずれを前記2つの直交軸の角度ずれ量とする機能を
有する。
と、一対の回転ミラーにより反射されるレーザ光線を所
定の平面上に集光させるためのフラットフィールドレン
ズにより高速にレーザ光線の位置決めが出来ると共に、
所定の矩形平面領域へのレーザ光線照射とX軸ステージ
またはY軸ステージの移動とを交互に行わせ、所定の矩
形平面領域をマトリクス状に繋ぎ合わせることにより、
XYステージの移動範囲内の広い加工領域へのレーザ光
線照射が可能になる。
表されたレーザ照射位置の座標値を、マトリクス状に並
んだ各矩形平面領域の中心を原点とし一対の回転ミラー
とフラットフィールドレンズとの組み合わせで構成する
直交座標系の座標値に変換し、変換された座標値に基づ
いて各矩形平面領域内へのレーザ照射を行う機能を有す
ることにより、レーザ照射位置の座標値を1つの座標系
で表することができ、多様なレーザ照射に対する汎用性
が高まる。
基づき、一対の回転ミラーを駆動させる制御装置に入力
する照射位置を表する数値データを補正することによ
り、正確な位置へのレーザ光線照射が可能となる。
御装置に入力する照射位置を表す数値データを回転座標
変換させる機能を有することにより、一対の回転ミラー
とフラットフィールドレンズとの組み合わせが構成する
直交座標系の直交軸と、XYステージの直交座標系の直
交軸との回転方向の角度ずれを補正し、正確な位置への
レーザ光線照射を可能にする。
に照射されたレーザ光線の照射痕とXYステージの移動
により複数箇所に照射されたレーザ光線の照射痕の位置
測定を行い、夫々の照射痕を繋ぐ直線の傾きを算出し、
一対の回転ミラーとフラットフィールドレンズとの組み
合わせが構成する直交座標系の直交軸と、XYステージ
の直交座標系の直交軸との回転方向の角度ずれを決定す
る機能を備えることにより、正確な回転角度ずれが求ま
る。
ガスレーザ穴明け加工機部である。同図において、1は
炭酸ガスレーザ発振器であり、2はレーザ光線であり、
3はレーザ光線を反射するベンディングミラーであり、
4はレーザ光線を1:1の出力比に分岐するレーザビー
ムスプリッターであり、5は互いにねじれの位置関係に
ある一対のガルバノメータミラーであり、6は被加工物
である基板であり、7はX軸ステージであり、8はY軸
ステージあり、9はレーザ光線を平面上に集光する作用
を有するfθレンズである。
により測定する測定器部である。同図において、10は
レーザ加工後の基板であり、11はXYステージであ
り、12は対物レンズであり、13は対物レンズで拡大
した穴をモニターするCCDカメラである。
部と位置測定器部とで構成されているが、それらが一体
となった構成を取ることも可能である。
説明する。図3は500mm×350mm寸法の基板を、マ
トリクス状に並んだ50mm×50mmの矩形の領域に区分
した状態を示す模式図である。XYステージ7、8の移
動により1−1と示された矩形の領域15がfθレンズ
9の直下に位置され、一対のガルバノメータミラー5の
回転・位置決め動作が行われ、それに同期して炭酸ガス
レーザ発振器1からレーザ光線が照射され、ベンディン
グミラー3で伝送されたレーザ光線2がガルバノメータ
ミラー5で反射され、fθレンズ9で基板6上に集光さ
れ、領域内の所定の位置に穴明けが行われる。1−1の
領域へのレーザ光線照射が完了すると、X軸ステージ7
が50mm移動し、1−2と示された矩形の領域16がf
θレンズ9の直下に位置され、領域15と同様にして所
定のレーザ光線照射位置に穴明けが行われる。以下同様
にして1−7と示された矩形の領域17までの穴明けが
完了すると、Y軸ステージ8が50mm移動し、2−7と
示された矩形の領域18がfθレンズの直下に位置さ
れ、所定の穴明けがなされる。そして、矩形領域への穴
明けとX軸ステージ7の移動が交互に繰り返され、2−
1の矩形領域19までの穴明けが完了すると、再びY軸
ステージ8が50mm移動し3−1の領域がfθレンズ9
の直下に位置される。このようにして、全ての矩形領域
への所定の穴明けがなされ、500mm×350mmの寸法
の基板への穴明け加工が完了する。当初、レーザ光線照
射により基板6上に穴明けすべき位置は、基板6の左下
隅を原点とし、基板6の下辺りをX軸とする直交座標系
の座標値で与えられる。これらの座標値は、マトリクス
状に並んだ50mm×50mmの矩形の領域に基板6を区分
した後、各領域毎に分類される。分類された座標値は、
各50mm×50mmの矩形の領域の中心を原点とし、一対
のガルバノメータミラー5を片方ずつ回転させたとき
に、原点を通って基板6上を移動するレーザ光線2の集
光点が描く軌跡を2軸とする直交座標系の座標値に変換
され、この座標値に基づいて一対のガルバノメータミラ
ー5の位置決めがなされ、矩形の領域内への所定の穴明
けがなされる。
θレンズ9との組み合わせを用いてレーザ光線2の位置
決めを行う場合に、位置決めの軌跡に生ずる幾何学的な
歪みを模式的に示す。歪みには、一対のガルバノメータ
ミラー5の幾何学的な配置が原因となって生じるピンク
ッション歪み(a)と、fθレンズの光学設計上のリニ
アリティー誤差が原因となって生じる歪み(b)との2
種類があり、それらが合成されて、位置決めの軌跡に生
ずる幾何学的な歪み(c)が形成される。本レーザ加工
装置においては、図4(d)に示すように正方形の領域
内に、等間隔にマトリクス状に並んだ座標点20の座標
値に基づき基板上にレーザ光線を照射し、穴明けを行
う。穴明けを行った結果を図4(e)に示す。それぞれ
の穴21の位置を図2に示した測定器を用いて測定し、
測定結果と座標点の座標値とを比較処理することによ
り、歪んだ形状と元の正方形との差分を求め、前記50
mm×50mmの矩形の領域内への所定の穴明けを行う変換
後の座標値を補正することにより、歪みの誤差を含まな
い正確な座標点に対してレーザ光線照射が可能になる。
本レーザ加工装置は、これら一連の補正を、測定結果を
制御部に入力することにより自動的に処理する機能を有
する。
けすべき位置に正確にレーザ光線を照射するためには、
隣合う前記50mm×50mmの矩形の領域が隙間無くかつ
重なり合うことの無いように配置されなければならな
い。例えば、図3の1−1と示された50mm×50mmの
矩形の領域の右辺と1−2と示された領域の左辺は正確
に一致するように配置されなければならない。正確に一
致させるには、XYステージ7、8の直交座標系と一対
のガルバノメータミラー5の直交座標系が回転方向に一
致していなければならない。図5に隣合う2つの50mm
×50mmの矩形の領域22を示す。XYステージの直交
座標系23と一対のガルバノメータミラー5により決ま
るレーザ光線の集光点移動の直交座標系24との回転方
向のずれがあると、隣合う矩形の領域同志は互いに重な
り合う部分25が生じる。(補正前の図参照) また、XYステージ7、8の直交座標系に対して傾いた
矩形領域がマトリクス状に配置されると、基板上に矩形
領域内から外れる隙間の部分26が生じる。重なりや、
隙間部分が存在すると、前記の基板上の穴明け位置の座
標値を50mm×50mmの矩形の領域に分類する操作が正
確に行えず、その結果穴明けとすべき位置への正確なレ
ーザ光線照射が不可能となる。回転方向のずれが生じる
原因は、XYステージ7、8と一対のガルバノメータミ
ラー5との相対位置が加工機の設計上定められた位置か
ら微妙にずれることにあるが、このずれを機械的な位置
関係の調整により正確に修正することは技術的に困難で
ある。本加工装置は、前記50mm×50mmの矩形の領域
内への所定の穴明けを行う変換後の座標値を回転ずれの
角度分だけ、回転座標変換することにより回転方向のず
れを補正する機能を有する。本機能により、回転ずれの
微妙な調整が可能になる。補正後の矩形領域27を図5
に示す。
ータミラーが構成する直交軸との回転方向のずれを補正
するには、回転ずれの角度を正確に測定することが不可
欠である。本加工装置では、図6に示すように、まず一
対のガルバノメータミラーを50mm×50mmの矩形の領
域内の座標系の原点28にレーザ光線が照射される位置
に固定したままX軸ステージ7を移動させてレーザ光線
2を基板6に照射して形成した5点の穴29の位置を前
記測定器にて測定し、多項式近似により5点を通る直線
の傾きを求める。次にXYステージ7、8には静止させ
て、一対のガルバノメータミラー5の、前記5点を通る
直線におよそ直行する方向にレーザ光線2を移動させる
一方のミラーのみを回転・位置決めさせながらレーザ光
線2を基板6に照射して形成した10点の穴30の位置
を前記測定器で測定し、多項式近似により10点を通る
直線の傾きを求める。それらの傾きから、2本の直線が
成す角度を決定し、その角度の直角からのずれを前記2
つの直交軸の角度ずれ量とし、前記50mm×50mmの矩
形の領域内への所定の穴明けを行う変換後の座標値を回
転座標変換により補正する。この補正は、前記5点およ
び10点の穴位置測定結果を加工装置の制御部に入力す
ることにより自動的になされる。また、測定する穴の数
は、求められる統計処理の精度に応じて増減させればよ
く、5点または10点に限定されるものではない。
一対の回転ミラーにより反射されるレーザ光線を所定の
平面上に集光させるためのフラットフィールドレンズと
による矩形平面領域内への所定のレーザ照射と、X軸ス
テージまたはY軸ステージの移動とを交互に繰り返し、
矩形平面領域マトリクス状に繋いで行くことにより、広
いレーザ照射領域に対して高速にレーザ光線照射ができ
る。
系で表されたレーザ照射点の位置座標を、前記矩形平面
領域に分類し、矩形平面領域内の位置座標系内の座標値
に変換する機能を有することにより、例えばCADで設
計されたレーザ照射位置のデータに基づく加工も可能で
あり、位置データの扱いに汎用性がある。
ールドレンズとの組み合わせを用いて、レーザ光線を平
面上で走査したときに生じる幾何学的な走査歪みを補正
する手段として、平面上へのレーザ照射痕の位置を測定
し、その結果に基づき、照射位置決めを行う一対の回転
ミラーを駆動させる制御装置に入力する照射位置に表す
る数値データを補正する機能を有することにより、正確
なレーザ照射位置決めが可能になる。
ールドレンズとの組み合わせが構成する直交座標系の直
交軸と、XYステージの直交座標系の直交軸との回転方
式の角度ずれを補正して直交軸を一致させる手段とし
て、一対の回転ミラーを駆動させる制御装置に入力す
る、照射位置を表す数値データを補正する機能を有する
ことにより、2つの直交軸を正確に一致させ、レーザ光
線照射の位置精度を高めることができる。
を移動させてレーザ光線を加工対象物に照射したときの
照射痕を結ぶ直線と、一対の回転ミラーの一方を回転さ
せてレーザ光線を加工対象物に照射したときの照射痕を
結ぶ直線とが成す角度を照射痕の位置測定結果から決定
し、その角度の直角からのずれを前記2つの直交軸の角
度ずれ量とする機能を備えることにより、前記一対の回
転ミラーとフラットフィールドレンズとの組み合わせが
構成する直交座標系の直交軸と、XYステージの直交座
標系の直交軸との回転方向の角度ずれが正確に求まり、
レーザ光線照射位置の精度をさらに高めることが可能と
なる。
回転ミラーとフラットフィールドレンズとの組み合わせ
を用いることにより可能になる高速レーザ加工を、高い
位置精度で、かつ広い加工領域に適用できることにあ
る。
図
する測定装置の構成図
複数の矩形の領域に区分した状態を示す模式図
みを模式的に示す図 (b)は位置決めの軌跡に生ずる幾何学的な歪みを模式
的に示す図 (c)は位置決めの軌跡に生ずる幾何学的な歪みを模式
的に示す図 (d)はある領域における座標点を示す図 (e)は座標点の座標値に基づき穴明けを行った結果を
示す図
標系の回転ズレを示す図 (b)は隣合う2つの50mm×50mm矩形の領域を示す
図
ミラーが構成する直交軸との、回転方向のずれ角を求め
るために行ったレーザ加工を行なった状態を示す図
の制御部を収納する筐体
Claims (5)
- 【請求項1】 回転軸が互いにねじれの位置関係にある
一対の回転ミラーと、一対の回転ミラーにより反射され
るレーザ光線を所定の平面上に集光させるためのフラッ
トフィールドレンズと、レーザ光線が照射される加工対
象物を搭載し移動させるためのXYステージとを備え、
一対の回転ミラーとフラットフィールドレンズにより照
射位置が決められるレーザ光線を、XYステージを固定
した状態で加工対象物の全面のうちの一部である第一の
矩形平面領域内へ、照射した後、X軸ステージまたはY
軸ステージを移動させ、前記第一の矩形平面領域と重な
ることなく、隣接した、前記第一の矩形平面領域と同一
形状からなる第2の矩形平面領域への所定のレーザ光線
照射が行われ、以降同様にして第N(Nは1以上の整数
を表す)の矩形平面領域へのレーザ光線照射とX軸ステ
ージまたはY軸ステージの移動とを交互に行わせること
により、所定の矩形平面領域をマトリクス状に繋ぎ合わ
せた前記加工対象物全面のレーザ加工を行なうレーザ加
工方法。 - 【請求項2】 レーザ加工がなされる平面領域内に存在
し、かつそれらの位置が平面領域内全体を含む直交座標
系の座標値で表されるレーザ照射点を、マトリクス状に
並んだ各矩形平面領域毎に分類し、各矩形平面領域内の
レーザ照射点の座標を、各矩形平面領域の中心を原点と
し、一対の回転ミラーとフラットフィールドレンズとの
組み合わせが構成する直交座標系の座標値に交換する機
能を有し、変換された座標値に基づいて一対の回転ミラ
ーを駆動し、各矩形平面領域内へのレーザ照射を行うこ
とを特徴とする請求項1記載のレーザ加工方法。 - 【請求項3】 回転軸が互いにねじれの位置関係にある
一対の回転ミラーとフラットフィールドレンズとの組み
合わせを用いて、レーザ光線を平面上で走査したときに
生じる幾何学的な走査歪みを補正する手段として、平面
上へのレーザ照射痕の位置測定結果に基づき、照射位置
決めを行う一対の回転ミラーを駆動させる制御装置に入
力する照射位置を表す数値データを補正する請求項1記
載のレーザ加工方法。 - 【請求項4】 一対の回転ミラーとフラットフィールド
レンズとの組み合わせで構成する直交座標系の直交軸
と、XYステージの直交座標系の直交軸とが一致してい
ない場合、2つの直交軸の回転方向の角度ずれを補正し
て直交軸を一致させる手段として、照射位置決めを行う
一対の回転ミラーを駆動させる制御装置に入力する照射
位置を表す数値データを補正する請求項1記載のレーザ
加工方法。 - 【請求項5】 一対の回転ミラーとフラットフィールド
レンズとの組み合わせで構成する直交座標系の直交軸
と、XYステージの直交座標系の直交軸との回転方向の
角度ずれを測定する方法として、一対の回転ミラーは所
定の位置に固定して、XステージまたはYステージの何
れか一方を移動させてレーザ光線を加工対象物に照射し
たときの複数の照射痕を結ぶ直線と、XYステージは静
止させて、一対の回転ミラーの内、前記照射痕を結ぶ直
線におよそ直交する方向にレーザ光線を走査させる一方
のミラーのみを回転させてレーザ光線を加工対象物に照
射したときの複数の照射痕を結ぶ直線とが成す角度を照
射痕の位置測定結果から決定し、その角度の直角からの
ずれを前記2つの直交軸の角度ずれ量とする請求項1記
載のレーザ加工方法。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP06320238A JP3077539B2 (ja) | 1994-12-22 | 1994-12-22 | レーザ加工方法 |
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Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP06320238A JP3077539B2 (ja) | 1994-12-22 | 1994-12-22 | レーザ加工方法 |
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JP3077539B2 true JP3077539B2 (ja) | 2000-08-14 |
Family
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