JP4278336B2 - Laser device, laser device power supply control method, laser device power supply control circuit, and laser device power supply control circuit adjustment method - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子多層基板の穴開け加工等に使用するレーザ装置、レーザ装置の給電制御方法、レーザ装置の給電制御回路、及び、当該給電制御回路の調整方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来より、電子多層基板の穴開け加工等に使用し得る種々のタイプのレーザ装置が知られている。例えば、CO2レーザ装置では、高周波交流電圧又は高い周波数のパルス状の交番電圧の供給に応じて発振増幅したレーザ光線を射出する。当該CO2レーザ装置が備える従来の電源は、例えば、外部より入力されるビームON信号BのLowレベルからHighレベルへの切り換りに応じて、当該レーザ装置の備えるレーザ光線生成部(CO2レーザの場合、CO2の雰囲気に置いた励起部及び共振器で成る。)に高周波交流電圧又は高い周波数のパルス状の交番電圧の供給を行う。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
ビームON信号BのHighレベルへの切り換りに応じて、レーザ光線生成部に高周波交流電圧又は高い周波数のパルス状の交番電圧を供給開始すると、レーザ光線生成部は、最初に加工用の出力範囲を外れる過剰な出力のレーザ光線、いわゆる初期スパイクを生じた後、緩和発振しながら上記加工用の出力範囲内の値に収束するレーザ光線を出力することが知られている。
【0004】
図9には、ビームON信号Bを実線で表し、当該ビームON信号Bの入力に応じてレーザ光線生成部から射出されるレーザ光線の出力値を太い点線で表す。また、図中、レーザ媒質の利得の発振閾値を細い点線で表し、レーザ媒質の利得を一点鎖線で示す。図示するように、ビームON信号BがHighレベルに切り換ってから、CO2分子が励起してレーザ光線の射出が行われるまでにtON時間だけ要する。一般的に、この時間を発振遅れ時間という。レーザ光線の出力は、初期スパイクにより最初に加工用の出力範囲を大きく超えた後、緩和発振しながら上記加工用の出力範囲内の値に収束する。ビームON信号BがLowレベルに切り換った後は、レーザ光線の出力値はゼロへと減衰する。
【0005】
上記初期スパイクによるレーザ光線の出力値のむらは、レーザ加工の精度を悪くする原因の1つである。図10は、加工対象がポリイミド樹脂である場合の加工処理結果を表す。図10の(a)は、ポリイミド樹脂を真上から見た図である。図10の(b)は、レーザ加工部分を含むポリイミド樹脂の断面図である。図9に示すように、初期スパイクによりレーザ光線の出力値が最初に加工用の出力範囲を大きく超えて発振するため、レーザ光線の径がぶれてポリイミド樹脂の加工穴表面付近が溶融され荒れた状態になる。
【0006】
図11は、加工対象がエポキシ樹脂である場合の加工処理結果を表す。図11の(a)は、エポキシ樹脂を真上から見た図である。更に図11の(b)は、レーザ加工される部分を含むエポキシ樹脂の断面図である。エポキシ樹脂の場合、上記ポリイミド樹脂のように加工穴表面付近が荒れるだけでなく、加工処理により飛散した破片が加工穴表面付近に付着するため品質の悪さが目立つ。
【0007】
レーザ光線生成部に供給する電圧を低くすれば、初期スパイク現象で現れるレーザ光線の出力ピーク値を低く抑えることができるが、レーザ光線の出力自体も低くなるためレーザ加工の作業効率が悪くなるといった欠点を持つ。
【0008】
本発明は、加工用のレーザ光線の出力値を低下させることなく、初期スパイクの発生による悪影響を排除したレーザ装置、レーザ装置の給電制御方法、レーザ装置用の給電制御回路、及び、レーザ装置用の給電制御回路の調整方法を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
請求項1に記載のレーザ装置は、放電により励起されるレーザ装置であって、レーザ光線生成部と、レーザ光線の出力要求に応じて一つのパルス状のレーザ光線を発生させる過程において、上記レーザ光線生成部に対して加工するのに必要な出力値に満たないレーザ光線を生成させる予備給電を行い、上記予備給電により生じるレーザ光線の射出が行われている間に上記出力値以上のレーザ光線を生成させる主給電を開始する給電制御部と、を備えており、上記レーザ光線生成部が、高周波交流電圧又は高い周波数のパルス状の交番電圧の給電に応じてレーザ光線を生成するものであって、給電開始に伴い主給電のみを行うと初期スパイクを伴うレーザ光線を射出するレーザ発生器である、ことを特徴とする。
【0010】
本発明の第2のレーザ装置は、上記第1のレーザ装置において、上記給電制御部は、予備給電の期間、予備給電の完了後、主給電を開始するまでの期間、主給電の期間の内、少なくとも1つを調整する手段を備えることを特徴とする。
【0011】
請求項3に記載のレーザ装置の給電制御方法は、放電により励起されるレーザ装置の給電制御方法であって、レーザ光線の出力要求に応じて一つのパルス状のレーザ光線を発生させる過程において、上記レーザ装置が備えるレーザ光線生成部に対して加工するのに必要な出力値に満たないレーザ光線を生成させる予備給電を行う第1工程と、上記予備給電に応じてレーザ光線生成部がレーザ光線の射出を行っている間に上記出力値以上のレーザ光線を生成させる主給電を開始する第2工程と、で成り、上記レーザ光線生成部が、高周波交流電圧又は高い周波数のパルス状の交番電圧の給電に応じてレーザ光線を生成するものであって、給電開始に伴い主給電のみを行うと初期スパイクを伴うレーザ光線を射出するレーザ発生器である、ことを特徴とする。
【0012】
請求項4に記載のレーザ装置の給電制御回路は、放電により励起され、且つ、レーザ光線生成部(10)と給電制御回路とからなるレーザ装置における上記給電制御回路であって、レーザ光線の出力要求に応じて一つのパルス状のレーザ光線を発生させる過程において、レーザ光線生成部に対して加工するのに必要な出力値に満たないレーザ光線を生成させるように、予備給電を行う期間の調整が可能な第1調整手段(C1 )と、予備給電により生じるレーザ光線の射出が行われている間に上記出力値以上のレーザ光線を生成させる主給電を開始するように、予備給電の完了後、主給電を開始するまでの期間の調整が可能な第2調整手段(C2 )と、を有する給電制御部(80)で構成されており、上記レーザ光線生成部が、高周波交流電圧又は高い周波数のパルス状の交番電圧の給電に応じてレーザ光線を生成するものであって、給電開始に伴い主給電のみを行うと初期スパイクを伴うレーザ光線を射出するレーザ発生器である、ことを特徴とする。
【0013】
請求項5に記載のレーザ装置の給電制御回路の調整方法は、請求項4に記載の、放電により励起されるレーザ装置の給電制御回路の調整方法であって、レーザ光線の出力要求に応じて一つのパルス状のレーザ光線を発生させる過程において、レーザ装置のレーザ光線生成部から、加工するのに必要な出力値に満たないレーザ光線が生成されるように、第1調整手段により予備給電を行う期間を調整する第1工程と、上記予備給電により生じるレーザ光線の射出がされている間に上記出力値以上のレーザ光線を生成させる主給電が開始されるように、第2調整手段により予備給電の完了後、主給電を開始するまでの期間を調整する第2工程とで成ることを特徴とする。
【0014】
【発明の実施の形態】
(1)全体構成
図1は、実施の形態に係るCO2レーザ装置100の回路構成を示す図である。CO2レーザ装置100は、レーザ光線生成部10及び給電制御部80で構成される。
【0015】
レーザ光線生成部10は、周知のCO2レーザ発生器であり、CO2の充填された管6内部に、レーザ光線の励起部、及び、当該励起部で励起されたレーザ光線を共振増幅する発振器を備える。上記励起部は、所定の間隙を持って、対向面に誘電体2a,2bを備える一対の電極1a,1bで構成される。上記発振器は、対向して設けた光透過型の反射ガラス3,4で構成される。反射ガラス3は、例えば透過率が30%であり、管6内部から外へと向かうレーザ光線の70%を反射するガラスである。反射ガラス4は、例えば透過率が1%であり、管6内部から外へと向かうレーザ光線の99%を反射するガラスである。
【0016】
なお、レーザ光線生成部10は、CO2レーザ発生器に限定されず、給電開始に伴い初期スパイクを発生するタイプのものであれば代替可能である。
【0017】
給電制御部80は、ビームON信号BのLowレベルからHighレベルへの切り換りに応じて、レーザ媒質の利得が発振閾値を越えた直後に給電を停止して上記レーザ光線生成部10に対して加工に必要な出力値に満たないレーザ光線を生成させる予備給電を行い、上記予備給電により生じるレーザ光線の射出が行われている間に、加工用の出力範囲内にあるレーザ光線を生成させる主給電を行う。当該主給電の開始時、レーザ光線生成部10には予備給電により生成された光の場が既に存在しているため初期スパイクは生じない。これにより、加工用の出力範囲内の値にまで滑らかに励起したレーザ光線を生成することができる。
【0018】
(2)給電制御部の詳細な説明
図2は、給電制御部80の具体的な回路構成を示す図である。給電制御部80は、高い周波数の交流電圧Eを安定して出力する交流電源20と、当該交流電源20及びレーザ光線生成部10の接続される回路を開閉するスイッチ68と、ビームON信号BのHighレベルへの切り換りに応じて、上記スイッチ68のオン/オフを制御する駆動信号Dを出力する制御回路50とで構成される。スイッチ68は、Highレベルの駆動信号Dの入力時にオンに切り換り、回路を閉じる。なお、レーザ光線生成部10に供給する電圧は、高い周波数のパルス状の交番電圧であっても良い。
【0019】
図3は、ビームON信号B、当該ビームON信号BのLowレベルからHighレベルへの切り換りに応じて制御回路50からスイッチ68に出力される駆動信号D、及び、当該駆動信号Dの値に応じて給電制御部80からレーザ光線生成部10に供給される電圧Eを表すタイムチャートである。以下、図2及び図3を参照しつつ、制御回路50の構成及び動作について説明する。
【0020】
制御回路50は、大きく分けて、予備給電処理部C1、期間τ待機部C2及び主給電処理部C3で構成される。予備給電処理部C1は、ビームON信号BのHighレベルへの切り換りに応じて、Tpreの期間だけHighレベルの駆動信号Dを出力する。期間τ待機部C2は、予備給電処理部C1における予備給電が終了した後、期間τだけ経過するのを待機する。主給電処理部C3は、上記期間τ待機部C2における期間τの経過後に、期間TmainだけHighレベルの駆動信号Dを出力する。
【0021】
(2-1)予備給電処理部
以下、予備給電処理部C1の構成について説明する。フリップフロップ52,56のセット端子には、ビームON信号Bの入力される外部端子70が接続されている。フリップフロップ52,56は、ビームON信号BのHighレベルへの切り換りに応じてHighレベルの信号を出力する。フリップフロップ56の出力端子は、2入力ORゲート67の一方の信号入力端子に接続されている。ORゲート67は、フリップフロップ56からのHighレベルの信号入力に応じて、Highレベルの駆動信号Dを出力する。これにより、スイッチ68がオンに切り換り、レーザ光線生成部10への給電が開始される。
【0022】
一方、フリップフロップ52の出力端子は、2入力ANDゲート53の一方の入力端子に接続されている。ANDゲート53の残りの入力端子には、高周波数の基準クロック信号CLKを出力するクロック発生器51の出力端子が接続されている。ANDゲート53の出力端子は、加算器54の一方の信号入力端子に接続されている。ANDゲート53は、ビームON信号BがHighレベルの間、クロック発生回路51から入力されるクロック信号CLKをそのまま加算器54に出力する。加算器54の出力端子は、次段の比較器55の一方の信号入力端子に接続されると共に、当該加算器54の残りの信号入力端子に接続されている。当該構成を採用することにより、加算器54は、累算器として機能し、入力されるクロック信号の累算値を表す信号を次段の比較器55に出力する。
【0023】
比較器55の残りの信号入力端子には、予備給電期間Tpreに応じて決まる基準電圧VTpreが入力されている。当該基準電圧VTpreは、出力調整機能を備えた周知の直流電源から供給する(図示せず)。比較器55は、加算器54の出力する信号の値が基準電圧VTpreよりも大きくなった場合にHighレベルの信号を出力する。比較器55の出力端子は、フリップフロップ52,56のリセット端子及びフリップフロップ57のセット端子に接続されている。フリップフロップ52のリセット端子にHighレベルの信号が入力されることで、当該フリップフロップ52の出力がLowレベルに切り換り、予備給電処理部C1の動作は停止する。
【0024】
比較器55からフリップフロップ56のリセット端子にHighレベルの信号が入力されることで、当該フリップフロップ56の出力がLowレベルに戻る。これにより、ORゲート67の出力する駆動信号DがLowレベルに切り換る。これにより、スイッチ68がオフに切り換り、レーザ光線生成部10への給電が停止される。
【0025】
上記構成を採用することにより、予備給電処理部C1は、ビームON信号BのHighレベルへの切り換りに応じて、予め設定されたTpreの期間だけHighレベルの駆動信号Dを出力して端子70,71を接続し、レーザ光線発生部10に予備給電を行うように機能する。
【0026】
(2-2)期間τ待機部
以下、期間τ待機部C2の構成について説明する。2入力ANDゲート58の一方の信号入力端子には、フリップフロップ57の出力端子が接続され、残りの信号入力端子には、クロック発生器51の出力端子が接続されている。フリップフロップ57の出力は、上記予備給電処理部C1における予備給電期間Tpreの終了に応じてHighレベルに切り換る。フリップフロップ57の出力のHighレベルへの切り換りに応じて、ANDゲート58は、基準クロック信号CLKを次段に接続される加算器59の一方の信号入力端子に出力する。加算器59の出力端子は、次段の比較器60の一方の信号入力端子に入力されると共に、当該加算器59の残りの信号入力端子に接続される。当該構成を採用することで、加算器59は、累算器として機能し、入力されるクロック信号の累算値を表す信号を次段の比較器60に出力する。
【0027】
比較器60の残りの信号入力端子には、待機期間τに応じて決まる基準電圧Vτが入力されている。当該基準電圧Vτは、出力調整機能を備えた周知の直流電源から供給する(図示せず)。比較器60は、加算器59より入力される信号値が基準電圧Vτよりも大きくなった場合、即ち、待機期間τの経過後にHighレベルの信号を出力する。比較器60の信号出力端子は、フリップフロップ57のリセット端子及びフリップフロップ61,65のセット端子に接続される。リセット端子へのHighレベルの信号入力を受けてフリップフロップ57の出力する信号は、Lowレベルに切り換り、期間τ待機部C2の動作は停止する。
【0028】
上記構成を採用することにより、期間τ待機部C2は、予備給電処理部C1における予備給電が終了した後、期間τだけ経過するのを待機するように機能する。
【0029】
(2-3)主給電処理部
以下、主給電処理部C3の構成について説明する。期間τ待機部C2の備える比較器60からのHighレベルの信号入力を受けてフリップフロップ61,65の出力する信号は、Highレベルに切り換る。ORゲート67は、フリップフロップ65からのHighレベルの信号入力を受けて駆動信号DをHighレベルに切り換える。これにより、スイッチ68がオンに切り換わり、レーザ光線生成部10への主給電が開始される。
【0030】
2入力ANDゲート62の残りの信号入力端子には、クロック発生回路51より出力される高い周波数のクロック信号CLKが入力される。ANDゲート62の出力端子は、加算器63の一方の信号入力端子に接続されている。ANDゲート62は、フリップフロップ61からのHighレベルの信号入力に応じて、クロック発生回路51から入力されるクロック信号CLKをそのまま加算器63に出力する。加算器63の出力端子は、次段の比較器64の一方の信号入力端子に接続されると共に、当該加算器63の出力端子に接続されている。当該構成を採用することにより、加算器63は、累算器として機能し、入力されるクロック信号の累算値を表す信号を次段の比較器64に出力する。
【0031】
比較器64の残りの信号入力端子には、主給電期間Tmainを特定する基準電圧VTmainが入力されている。当該基準電圧VTmainは、出力調整機能を備えた周知の直流電源から供給する(図示せず)。比較器64は、加算器63より入力される信号値が基準電圧VTmainよりも大きくなった場合にHighレベルの信号を出力する。比較器64の出力端子は、フリップフロップ61,65のリセット端子に接続されている。比較器64からフリップフロップ65のリセット端子にHighレベルの信号が入力されることで、当該フリップフロップ65の出力がLowレベルに戻る。これにより、ORゲート67の出力する駆動信号DがLowレベルに切り換りスイッチ68がオフに切り換り、レーザ光線生成部10への主給電が停止される。
【0032】
上記構成を採用することにより主給電部C3は、上記期間τ待機部C2において期間τだけ待機した後に、期間Tmainだけ主給電を行うように機能する。
【0033】
以上、説明するように、上記構成の給電制御部80を備えるレーザ装置100によれば、初期スパイクを伴わずに、加工用の出力範囲内の値にまで滑らかに励起したレーザ光線を生成することができる。
【0034】
なお、給電制御部80の内、特に制御回路50及びスイッチ68で成る回路を給電制御回路として単体で提供し、初期スパイクの発生するタイプのレーザ光線生成部及び電源で成る従来のレーザ装置の回路に介在させる(後から取りつける)ことで、当該従来のレーザ装置を初期スパイクを伴わないレーザ光線を発生させるように改良することが可能になる。この場合、従来のレーザ装置が備える電源と上記給電制御回路とで給電制御部80に相当する回路が構成される。
【0035】
(3)給電制御部の調整方法
【0036】
加工用のレーザ光線の発光期間Tmainは、レーザ加工を行う対象物及びその加工量等の要因により変えることが必要になる。当該期間Tmainは、制御回路50の主給電処理部C3において使用する基準電圧VTmainの値を調整することにより適宜変更することができる。
【0037】
また、初期スパイクの発生タイミングは、レーザ装置100の組立精度や使用部品のばらつき等により変わる。更に、当該タイミングは、レーザ装置100で使用するレーザ光線生成部10を初期スパイクが発生する別タイプのレーザ発生器に取り換えた場合にも変る。また、上述したように、給電制御部80の内、特に制御回路50及びスイッチ68で成る給電制御回路を、初期スパイクの発生するタイプのレーザ光線生成部及び電源で構成される従来のレーザ装置の回路に取りつけた場合、初期スパイクの発生タイミングは、使用するレーザ光線生成部により変わる。これらの場合、初期スパイクの発生タイミングに応じて、給電制御部50の予備給電処理部C1及び期間τ待機部C2において使用する基準電圧VTpre及びVτの各値を調整する必要が生じる。基準電圧VTpre及びVτの値の調整は、対応する出力調整機能付きの直流電源の各々の出力を調整して行う。
【0038】
以下、基準電圧VTpre、Vτ、及び、VTmainの具体的な調整手順について説明する。図4は、レーザ光線生成部10において発生するレーザ光線の出力を、共振器を構成する反射ミラー4より漏れ出てくるレーザ光線16の出力から測定する周知の測定装置200を示す。測定装置200は、上記反射ミラー4から漏れ出てくるレーザ光線16を内側の砂目により2π方向に散乱させる積分球201と、当該積分球201の内部の散乱光の強度を検出し、検出した光強度に応じるレベルの電気信号を出力する光検出器202と、当該光検出器202の信号出力線が信号入力端子203aに接続され、該光検出器202から入力されるレーザ光線の強度に応じた波形を表示するオシロスコープ203とで構成される。
【0039】
基準電圧VTpre、Vτ及びVTmainの各値の調整は、上記オシロスコープ203により表示されるレーザ光線の出力波形を確認しながら行う。上述したように、これらの基準電圧の値は、出力調整機能付きの直流電源の各々の出力を調整することで変更できる。
【0040】
まず、基準電圧VTpreの値を設定可能な最小値に設定し、基準電圧Vτを待機時間τの経過タイミングが、通常、初期スパイクが発生するタイミングよりも十分に遅くなる値に設定しておく。
【0041】
基準電圧VTpreの値を最小値より徐々に大きくして行く。図5(a)〜(c)は、この場合にオシロスコープ203において表示されるレーザ光線の出力を太い点線で表す図である。本図には、理解の容易のため、基準電圧VTpreの値に応じてORゲート67から出力される駆動信号Dを実線で示し、レーザ媒質の利得の発振閾値を細い点線で表し、レーザ媒質の利得を一点鎖線を示す。
【0042】
図5の(a)に示すように、基準電圧VTpreが小さい場合、即ち、予備給電期間Tpreが短い場合、レーザ光線生成部10からレーザ光線の射出は行われない。図5の(b)に示すように、基準電圧VTpreが更に大きく、即ち、予備給電期間Tpreが長くなると、レーザ光線生成部10からレーザ光線の射出が始まる。ここで、レーザ媒質の利得が発振閾値を超えた直後に給電を停止すれば、加工に必要な出力値に満たない低出力のレーザ光線が発射される。以下、レーザ媒質の利得が発振閾値を超えた時の基準電圧の値をVTpreとする。なお、更に基準電圧VTpreを大きくすると、図5の(c)に示すように、レーザ媒質の利得が発振閾値を大きく超え、初期スパイクが発生する。
【0043】
次に、基準電圧VTmainの値を、対象を加工するのに必要なレーザ出力時間が得られる値に設定する。なお、当該基準電圧VTmainの値の調整は、このタイミングに限定されず、基準電圧VTpreを決める前、又は、基準電圧Vτを決めた後に実行しても良い。
【0044】
次に、基準電圧Vτの値を徐々に低くする。これにより、待機期間τが徐々に短くなる。図6(a)及び(b)は、この場合にオシロスコープ203において表示されるレーザ光線の出力を太い点線で表す図である。なお、図5と同様に、理解の容易のため、基準電圧VTpreの値に応じてORゲート67から出力される駆動信号Dを実線で示し、レーザ媒質の利得の発振閾値を細い点線で表し、レーザ媒質の利得を一点鎖線で示す。
【0045】
基準電圧Vτの値が高い場合、図6の(a)に示されるように、予備給電により発生した低出力のレーザ光線の出力が完全に終わった後に、主給電が開始される。この場合、主給電の開始に伴い初期スパイクが現れる。
【0046】
基準電圧Vτを更に低くすると、Tmainの開始時期も早まる。予備給電による低出力のレーザ光線の発光が完了する前に主給電によるレーザ発光が開始するようにタイミング調整すれば、レーザ光線の出力は、図6の(b)に示す状態になる。レーザ光線の出力が図6の(b)に示す状態になった時の電圧値を基準電圧Vτに決定する。
【0047】
以上の手順で基準電圧VTpre、VTmain及びVτを調整することで、図6の(b)に示すように、初期スパイクを伴わずに、加工用の所望値にまで滑らかに増加するレーザ出力を得ることができる。
【0048】
図7は、図6の(b)に示すレーザ光線によりポリイミド樹脂を加工した結果を表す図である。図7の(a)は、ポリイミド樹脂を真上から見た図である。図7の(b)は、レーザ加工部分を含むポリイミド樹脂の断面図である。初期スパイクを伴わないため、ポリイミド樹脂の加工穴表面付近が荒れたりしない。
【0049】
図8は、加工対象がエポキシ樹脂である場合の加工処理結果を表す。図8の(a)は、エポキシ樹脂を真上から見た図である。更に図8の(b)は、レーザ加工される部分を含むエポキシ樹脂の断面図である。初期スパイクを伴わないため、エポキシ樹脂の加工穴表面付近が荒れたりしない。
【0050】
以上説明するように、レーザ装置100では、給電制御部80の働きによ初期スパイクを伴わない安定したレーザ光線を発生することができる。
【0051】
【発明の効果】
請求項1に記載のレーザ装置は、レーザ光線の出力要求に応じて、上記レーザ光線生成部に対して所定の出力値に満たないレーザ光線を生成させる予備給電を行った後、上記予備給電により生じるレーザ光線の射出が行われている間に、上記所定値以上の所望の出力のレーザ光線を生成させる主給電を開始することで、初期スパイクを伴わない安定したレーザ光線を発生することができる。
【0052】
請求項2に記載のレーザ装置は、レーザ光線生成部の劣化や環境の変化に応じて、予備給電の期間、予備給電の完了後、主給電を開始するまでの期間、主給電の期間の内、少なくとも1つが調整可能であるため、常に、初期スパイクを伴わない安定したレーザ光線を発生することができる。
【0053】
請求項3に記載のレーザ装置の給電制御方法によれば、予備給電により所定の出力値に満たないレーザ光線が生成されている間に主給電が開始されるため、初期スパイクを伴わずに滑らかに上記所定の出力値以上の所望の出力にまで増加するレーザ光線を生成することができる。
【0054】
請求項4に記載のレーザ装置の給電制御回路は、使用するレーザ光線生成部の種類などに応じて第1調整手段により、レーザ光線の出力要求に応じてレーザ光線生成部に対して所定値に満たないレーザ光線を生成するように予備給電の期間Tpreを調整し、第2調整手段により、上記予備給電により生成されたレーザ光線が発光している間に上記所定値以上の所望の出力のレーザ光線を生成させる主給電を開始するように待機期間τを調整することができる。
【0055】
請求項5に記載のレーザ装置の給電制御回路の調整方法に従い、レーザ光線の出力要求に応じて、上記レーザ光線生成部から、所定値に満たないレーザ光線が生成されるように、第1調整手段により予備給電期間Tpreを調整する第1工程と、上記予備給電によって生じるレーザ光線が射出されている間に、上記所定値以上の所望の出力のレーザ光線を生成させる主給電が開始されるように、第2調整手段により主放電を開始するまでの期間τを調整する第2工程と、を実行することで、初期スパイクを伴わない安定したレーザ光線を発生することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 レーザ装置の構成を示す図である。
【図2】 給電制御部の回路構成を示す図である。
【図3】 ビームON信号Bの入力に対して生成される駆動信号D及び当該駆動信号により供給される電圧を表すタイムチャートである。
【図4】 給電制御部の調整に用いるレーザ出力の測定装置を示す図である。
【図5】 給電制御部の内、予備給電期間Tpreを調整する際のレーザ出力の状態を示す図である。
【図6】 給電制御部の内、待機期間τを調整する際のレーザ出力の状態を示す図である。
【図7】 レーザ装置によりポリイミド樹脂を加工した結果を表す図である。
【図8】 レーザ装置によりエポキシ樹脂を加工した結果を表す図である。
【図9】 ビームON信号Bを実線で表し、当該ビームON信号Bの入力に応じてレーザ光線生成部から射出されるレーザ光線の出力値を太い点線で表す図である。
【図10】 従来のレーザ装置によりポリイミド樹脂を加工した結果を表す図である。
【図11】 従来のレーザ装置によりエポキシ樹脂を加工した結果を表す図である。
【符号の説明】
10 CO2レーザ光線生成部、20 電源、50 給電制御部、100 レーザ装置、C1 予備給電処理部、C2 待機期間τ処理部、C3 主給電処理部。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a laser device used for punching an electronic multilayer substrate, a power supply control method for the laser device, a power supply control circuit for the laser device, and a method for adjusting the power supply control circuit.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, various types of laser devices that can be used for drilling an electronic multilayer substrate are known. For example, CO2The laser device emits a laser beam that is oscillated and amplified in response to the supply of a high-frequency AC voltage or a high-frequency pulsed alternating voltage. CO2The conventional power source provided in the laser device is, for example, a laser beam generation unit (CO) provided in the laser device in accordance with the switching from the Low level to the High level of the beam ON signal B input from the outside.2In case of laser, CO2It consists of an excitation part and a resonator placed in the atmosphere. ) Is supplied with a high-frequency AC voltage or a high-frequency pulsed alternating voltage.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
In response to the switching of the beam ON signal B to the high level, when the supply of a high-frequency alternating voltage or a high-frequency pulsed alternating voltage to the laser beam generation unit is started,The laser beam generatorExcessive laser beam that is outside the processing output range at first, the so-called initial spikeTheAfter it occurs, it converges to a value within the output range for machining while relaxing oscillation.Output laser beamIt is known.
[0004]
In FIG. 9, the beam ON signal B is represented by a solid line, and the output value of the laser beam emitted from the laser beam generation unit in response to the input of the beam ON signal B is represented by a thick dotted line. In the drawing, the oscillation threshold of the gain of the laser medium is indicated by a thin dotted line, and the gain of the laser medium is indicated by a one-dot chain line. As shown in the figure, after the beam ON signal B switches to the high level, the CO2T until the molecule is excited and the laser beam is emitted.ONIt only takes time. In general, this time is called an oscillation delay time. The output of the laser beam first largely exceeds the processing output range due to the initial spike, and then converges to a value within the processing output range while relaxing oscillation. After the beam ON signal B is switched to the low level, the output value of the laser beam is attenuated to zero.
[0005]
The unevenness of the output value of the laser beam due to the initial spike is one of the causes that deteriorate the accuracy of laser processing. FIG. 10 shows a processing result when the processing target is a polyimide resin. (A) of FIG. 10 is the figure which looked at the polyimide resin from right above. FIG. 10B is a cross-sectional view of a polyimide resin including a laser processed portion. As shown in FIG. 9, since the laser beam output value oscillates greatly beyond the processing output range initially due to the initial spike, the laser beam diameter is blurred and the vicinity of the surface of the polyimide resin processing hole is melted and roughened. It becomes a state.
[0006]
FIG. 11 shows a processing result when the processing target is an epoxy resin. (A) of FIG. 11 is the figure which looked at the epoxy resin from right above. Further, FIG. 11B is a cross-sectional view of an epoxy resin including a portion to be laser processed. In the case of the epoxy resin, not only the surface of the processed hole becomes rough like the polyimide resin described above, but also the bad quality is conspicuous because debris scattered by the processing process adheres to the surface of the processed hole.
[0007]
If the voltage supplied to the laser beam generation unit is lowered, the output peak value of the laser beam that appears in the initial spike phenomenon can be kept low, but the laser beam output itself is also lowered, so that the working efficiency of laser processing is deteriorated. Has drawbacks.
[0008]
The present invention relates to a laser device, a power supply control method for a laser device, a power supply control circuit for a laser device, and a laser device that eliminates an adverse effect caused by the occurrence of an initial spike without reducing the output value of a laser beam for processing. It is an object of the present invention to provide a method for adjusting the power supply control circuit.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
The laser device according to claim 1 is excited by electric discharge.laserA laser beam generator and one pulse according to the laser beam output request.In shapeIn the process of generating the laser beam, the laser beam generation unit performs a preliminary power supply for generating a laser beam that does not satisfy the output value necessary for processing, and the laser beam generated by the preliminary power supply is emitted. A power supply control unit that starts main power supply for generating a laser beam having the output value or higher during the operation, and the laser beam generation unit supplies high-frequency AC voltage or high-frequency pulsed alternating voltage. Accordingly, the laser generator generates a laser beam and emits a laser beam with an initial spike when only the main power supply is performed at the start of power supply.
[0010]
According to a second laser device of the present invention, in the first laser device, the power supply control unit includes a period of the preliminary power supply, a period until the main power supply is started after the completion of the preliminary power supply, and the main power supply period. , Characterized in that it comprises means for adjusting at least one.
[0011]
The power supply control method for a laser device according to claim 3 is excited by discharge.laserA power supply control method for an apparatus, wherein one pulse is generated according to a laser beam output request.In shapeIn the process of generating a laser beam, a first step of performing preliminary power supply for generating a laser beam that is less than an output value necessary for processing with respect to a laser beam generator provided in the laser device, and according to the preliminary power supply While the laser beam generator is emitting the laser beamTo the aboveAnd a second step of starting main power supply for generating a laser beam having an output value or more, and the laser beam generator generates a laser beam in response to feeding of a high-frequency AC voltage or a high-frequency pulsed alternating voltage. This is a laser generator that emits a laser beam with an initial spike when only the main power supply is performed at the start of power supply.
[0012]
The power supply control circuit of the laser device according to claim 4 is excited by discharge.And the above in the laser apparatus which consists of a laser beam generation part (10) and an electric power feeding control circuitA power supply control circuit, one pulse according to the laser beam output requestIn shapeIn the process of generating the laser beam, so as to generate a laser beam that is less than the output value necessary for processing the laser beam generation unit,Standby power supplyFirst adjusting means capable of adjusting the period for performing(C1 )And during the period from the completion of the preliminary power supply to the start of the main power supply so as to start the main power supply that generates a laser beam of the above output value or more while the laser beam generated by the preliminary power supply is being emitted. Adjustable second adjustment means(C2 )And a power supply control unit having(80)The laser beam generation unit generates a laser beam in response to feeding of a high-frequency AC voltage or a high-frequency pulsed alternating voltage. The laser generator emits a laser beam with a spike.
[0013]
The laser device according to claim 5.ofThe method for adjusting the power supply control circuit is excited by discharge according to claim 4.laserapparatusofA method for adjusting a power supply control circuit, in which one pulse is generated in response to a laser beam output request.In shapeIn the process of generating the laser beam, the first adjustment unit adjusts the period for performing the preliminary power supply so that the laser beam generation unit of the laser apparatus generates a laser beam that does not satisfy the output value necessary for processing. After the completion of the preliminary power supply by the second adjustment means, so that the main power supply for generating the laser beam having the output value or more is started while the laser beam generated by the preliminary power supply is being emitted, mainPower supplyAnd a second step of adjusting the period until the start of the process.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
(1) Overall configuration
FIG. 1 shows CO according to an embodiment.21 is a diagram illustrating a circuit configuration of a
[0015]
The
[0016]
The laser
[0017]
In response to the switching of the beam ON signal B from the low level to the high level, the power
[0018]
(2) Detailed description of power supply control unit
FIG. 2 is a diagram illustrating a specific circuit configuration of the power
[0019]
FIG. 3 shows the beam ON signal B, the drive signal D output from the control circuit 50 to the
[0020]
The control circuit 50 is roughly divided into a standby power supply processing unit C1, a period τ standby unit C2, and a main power supply processing unit C3. In response to the switching of the beam ON signal B to the high level, the standby power supply processing unit C1preThe high level drive signal D is output only during the period. The period τ standby unit C2 waits for the period τ to elapse after the standby power supply in the standby power supply processing unit C1 is completed. The main power supply processing unit C3 performs the period T after the elapse of the period τ in the period τ standby unit C2.mainOnly a high level drive signal D is output.
[0021]
(2-1) Standby power supply processing unit
Hereinafter, the configuration of the standby power supply processing unit C1 will be described. An
[0022]
On the other hand, the output terminal of the flip-
[0023]
The remaining signal input terminal of the
[0024]
When a high level signal is input from the
[0025]
By adopting the above-described configuration, the standby power supply processing unit C1 performs a preset T according to the switching of the beam ON signal B to the high level.preDuring this period, the high level drive signal D is output, the
[0026]
(2-2) Period τ standby section
Hereinafter, the configuration of the period τ standby unit C2 will be described. One signal input terminal of the 2-input AND
[0027]
The remaining signal input terminal of the
[0028]
By adopting the above configuration, the period τ standby unit C2 functions to wait for the period τ to elapse after the standby power supply in the standby power supply processing unit C1 ends.
[0029]
(2-3) Main power supply processing unit
Hereinafter, the configuration of the main power supply processing unit C3 will be described. The signals output from the flip-
[0030]
A high-frequency clock signal CLK output from the
[0031]
The remaining signal input terminals of the
[0032]
By adopting the above configuration, the main power feeding unit C3 waits for the period τ in the period τ standby unit C2, and then the period TmainOnly functions to perform the main power supply.
[0033]
As described above, according to the
[0034]
Of the power
[0035]
(3) Adjustment method of power supply control unit
[0036]
Laser light emission period T for processingmainNeeds to be changed depending on factors such as the object to be laser processed and the amount of processing. Period TmainIs the reference voltage V used in the main power supply processing unit C3 of the control circuit 50.TmainIt can be changed as appropriate by adjusting the value of.
[0037]
In addition, the timing at which the initial spike is generated varies depending on the assembly accuracy of the
[0038]
Reference voltage VTpre, VτAnd VTmainA specific adjustment procedure will be described. FIG. 4 shows a known measuring
[0039]
Reference voltage VTpre, VτAnd VTmainThese values are adjusted while confirming the output waveform of the laser beam displayed by the
[0040]
First, the reference voltage VTpreIs set to the lowest possible value and the reference voltage VτIs set to a value at which the elapse timing of the standby time τ is sufficiently later than the timing at which the initial spike is normally generated.
[0041]
Reference voltage VTpreThe value of is gradually increased from the minimum value. FIGS. 5A to 5C are diagrams showing the output of the laser beam displayed on the
[0042]
As shown in FIG. 5A, the reference voltage VTpreIs small, that is, the standby power supply period TpreIs short, the laser beam is not emitted from the
[0043]
Next, the reference voltage VTmainIs set to a value that provides the laser output time required to process the object. The reference voltage VTmainThe adjustment of the value of is not limited to this timing, but the reference voltage VTpreBefore determining the reference voltage VτIt may be executed after deciding.
[0044]
Next, the reference voltage VτGradually lower the value of. Thereby, the waiting period τ is gradually shortened. FIGS. 6A and 6B are diagrams showing the output of the laser beam displayed on the
[0045]
Reference voltage VτWhen the value of is high, as shown in FIG. 6A, the main power supply is started after the output of the low-power laser beam generated by the preliminary power supply is completely completed. In this case, an initial spike appears with the start of main power feeding.
[0046]
Reference voltage VτIf T is further reduced, TmainThe start time of will also be advanced. If the timing is adjusted so that the laser emission by the main power supply starts before the emission of the low-power laser beam by the preliminary power supply is completed, the output of the laser beam becomes the state shown in FIG. The voltage value when the output of the laser beam is in the state shown in FIG.τTo decide.
[0047]
The reference voltage VTpre, VTmainAnd VτBy adjusting, as shown in FIG. 6B, it is possible to obtain a laser output that smoothly increases to a desired value for processing without an initial spike.
[0048]
FIG. 7 is a diagram showing the result of processing a polyimide resin by the laser beam shown in FIG. (A) of FIG. 7 is the figure which looked at the polyimide resin from right above. FIG. 7B is a cross-sectional view of a polyimide resin including a laser processed portion. Since there is no initial spike, the surface area of the polyimide resin hole is not roughened.
[0049]
FIG. 8 shows a processing result when the processing target is an epoxy resin. (A) of FIG. 8 is the figure which looked at the epoxy resin from right above. Further, FIG. 8B is a cross-sectional view of an epoxy resin including a portion to be laser processed. Since there is no initial spike, the vicinity of the hole surface of the epoxy resin is not roughened.
[0050]
As described above, the
[0051]
【The invention's effect】
Claim 1In response to the output request of the laser beam, the laser device performs preliminary power supply for generating a laser beam less than a predetermined output value to the laser beam generation unit, and then emits the laser beam generated by the preliminary power supply. While the operation is being performed, a stable laser beam without an initial spike can be generated by starting main power feeding that generates a laser beam having a desired output of the predetermined value or more.
[0052]
Claim 2The laser device can adjust at least one of the period of the preliminary power supply, the period from the completion of the preliminary power supply to the start of the main power supply, and the period of the main power supply according to the deterioration of the laser beam generation unit and the environmental change. Therefore, a stable laser beam without an initial spike can always be generated.
[0053]
Claim 3According to the power supply control method of the laser device, since the main power supply is started while the laser beam that does not satisfy the predetermined output value is generated by the preliminary power supply, the predetermined output value is smoothly supplied without an initial spike. A laser beam that increases to the desired output can be generated.
[0054]
Claim 4Laser equipmentofThe power supply control circuit generates a laser beam that is less than a predetermined value for the laser beam generation unit according to the output request of the laser beam by the first adjustment unit according to the type of the laser beam generation unit to be used. Pre-power supply period TpreThe standby period τ is set so as to start the main power supply for generating a laser beam having a desired output equal to or higher than the predetermined value while the laser beam generated by the preliminary power supply is emitted by the second adjusting means. Can be adjusted.
[0055]
Claim 5Laser equipmentofAccording to the adjustment method of the power supply control circuit, the first adjustment means generates a preliminary power supply period T so that a laser beam less than a predetermined value is generated from the laser beam generation unit in response to a laser beam output request.preAdjust the firstProcessAnd for the above standby power supplyThereforeThe resulting laser beamIs injectionThe second adjustment unit adjusts the period τ until the main discharge is started by the second adjustment unit so that the main power supply for generating the laser beam having a desired output of the predetermined value or more is started.Process,By executing the above, it is possible to generate a stable laser beam without an initial spike.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a laser device.
FIG. 2 is a diagram illustrating a circuit configuration of a power supply control unit.
FIG. 3 is a time chart showing a drive signal D generated in response to an input of a beam ON signal B and a voltage supplied by the drive signal.
FIG. 4 is a diagram illustrating a laser output measuring device used for adjustment of a power feeding control unit.
FIG. 5 shows a standby power supply period T in the power supply control unit.preIt is a figure which shows the state of the laser output at the time of adjusting.
FIG. 6 is a diagram showing a state of laser output when adjusting a standby period τ in a power supply control unit.
FIG. 7 is a diagram illustrating a result of processing a polyimide resin by a laser device.
FIG. 8 is a diagram illustrating a result of processing an epoxy resin by a laser device.
FIG. 9 is a diagram showing a beam ON signal B as a solid line, and an output value of a laser beam emitted from a laser beam generator in response to the input of the beam ON signal B as a thick dotted line.
FIG. 10 is a diagram showing a result of processing a polyimide resin by a conventional laser device.
FIG. 11 is a diagram illustrating a result of processing an epoxy resin by a conventional laser device.
[Explanation of symbols]
10 CO2Laser beam generation unit, 20 power source, 50 power supply control unit, 100 laser device, C1 standby power supply processing unit, C2 standby period τ processing unit, C3 main power supply processing unit.
Claims (5)
レーザ光線生成部(10)と、
レーザ光線の出力要求に応じて一つのパルス状のレーザ光線を発生させる過程において、上記レーザ光線生成部に対して加工するのに必要な出力値に満たないレーザ光線を生成させる予備給電を行い、上記予備給電により生じるレーザ光線の射出が行われている間に上記出力値以上のレーザ光線を生成させる主給電を開始する給電制御部(80)と、
を備えており、
上記レーザ光線生成部が、高周波交流電圧又は高い周波数のパルス状の交番電圧の給電に応じてレーザ光線を生成するものであって、給電開始に伴い主給電のみを行うと初期スパイクを伴うレーザ光線を射出するレーザ発生器である、
ことを特徴とするレーザ装置。A laser device (100) excited by discharge, comprising:
A laser beam generator (10) ;
In the process of generating one pulsed laser beam in response to the output request of the laser beam, pre-feeding is performed to generate a laser beam that is less than the output value necessary for processing the laser beam generation unit, A power supply control unit (80) for starting main power supply for generating a laser beam having the output value or more while the laser beam generated by the preliminary power supply is being emitted;
With
The laser beam generation unit generates a laser beam in response to feeding of a high-frequency alternating voltage or a high-frequency pulsed alternating voltage, and when only the main feeding is performed at the start of feeding, the laser beam with an initial spike A laser generator that emits
A laser device characterized by that.
上記給電制御部は、予備給電の期間、予備給電の完了後、主給電を開始するまでの期間、主給電の期間の内、少なくとも一つを調整する手段を備えるレーザ装置。The laser device according to claim 1,
The power supply control unit is a laser device including means for adjusting at least one of a period of standby power supply, a period from completion of standby power supply to a start of main power supply, and a period of main power supply.
レーザ光線の出力要求に応じて一つのパルス状のレーザ光線を発生させる過程において、上記レーザ装置が備えるレーザ光線生成部(10)に対して加工するのに必要な出力値に満たないレーザ光線を生成させる予備給電を行う第1工程と、
上記予備給電に応じてレーザ光線生成部がレーザ光線の射出を行っている間に上記出力値以上のレーザ光線を生成させる主給電を開始する第2工程と、で成り、
上記レーザ光線生成部が、高周波交流電圧又は高い周波数のパルス状の交番電圧の給電に応じてレーザ光線を生成するものであって、給電開始に伴い主給電のみを行うと初期スパイクを伴うレーザ光線を射出するレーザ発生器である、
ことを特徴とするレーザ装置の給電制御方法。A power supply control method for a laser device (100) excited by discharge,
In the process of generating one pulsed laser beam in response to the output request of the laser beam, a laser beam that does not satisfy the output value required for processing with respect to the laser beam generation unit (10) included in the laser device. A first step of performing preliminary power supply to be generated;
A second step of the laser beam generating unit starts the main power supply to generate said output value or more laser beams while performing an injection of the laser beam in response to the preliminary feeding, in made,
The laser beam generation unit generates a laser beam in response to feeding of a high-frequency alternating voltage or a high-frequency pulsed alternating voltage, and when only the main feeding is performed at the start of feeding, the laser beam with an initial spike A laser generator that emits
A power supply control method for a laser device.
レーザ光線の出力要求に応じて一つのパルス状のレーザ光線を発生させる過程において、レーザ光線生成部に対して加工するのに必要な出力値に満たないレーザ光線を生成させるように、予備給電を行う期間の調整が可能な第1調整手段(C1 )と、
予備給電により生じるレーザ光線の射出が行われている間に上記出力値以上のレーザ光線を生成させる主給電を開始するように、予備給電の完了後、主給電を開始するまでの期間の調整が可能な第2調整手段(C2 )と、
を有する給電制御部(80)で構成されており、
上記レーザ光線生成部が、高周波交流電圧又は高い周波数のパルス状の交番電圧の給電に応じてレーザ光線を生成するものであって、給電開始に伴い主給電のみを行うと初期スパイクを伴うレーザ光線を射出するレーザ発生器である、
ことを特徴とするレーザ装置の給電制御回路。 The power supply control circuit in the laser apparatus excited by discharge and comprising a laser beam generation unit (10) and a power supply control circuit ,
In the process of generating one pulsed laser beam in response to the output request of the laser beam, pre-feeding is performed so that the laser beam generator generates a laser beam that does not satisfy the output value necessary for processing. First adjusting means (C1 ) capable of adjusting the period to be performed;
The adjustment of the period from the completion of the preliminary power supply to the start of the main power supply is started so that the main power supply for generating a laser beam having the output value or more is started while the laser light beam generated by the preliminary power supply is being emitted. Possible second adjusting means (C2 ) ;
The power supply control unit (80) having
The laser beam generation unit generates a laser beam in response to feeding of a high-frequency alternating voltage or a high-frequency pulsed alternating voltage, and when only the main feeding is performed at the start of feeding, the laser beam with an initial spike A laser generator that emits
A power supply control circuit for a laser device.
レーザ光線の出力要求に応じて一つのパルス状のレーザ光線を発生させる過程において、レーザ装置のレーザ光線生成部から、加工するのに必要な出力値に満たないレーザ光線が生成されるように、第1調整手段により予備給電を行う期間を調整する第1工程と、
上記予備給電により生じるレーザ光線の射出がされている間に上記出力値以上のレーザ光線を生成させる主給電が開始されるように、第2調整手段により予備給電の完了後、主給電を開始するまでの期間を調整する第2工程とで成ることを特徴とするレーザ装置の給電制御回路の調整方法。A method for adjusting a power supply control circuit of a laser device excited by discharge according to claim 4,
In the process of generating one pulsed laser beam in response to the output request of the laser beam, a laser beam that is less than the output value necessary for processing is generated from the laser beam generation unit of the laser device. A first step of adjusting a period for performing preliminary power feeding by the first adjusting means;
As the main power supply to generate said output value or more of the laser beam is started while the emission of the laser beam caused by the preliminary feeding is, after completion of the preliminary fed by the second adjusting means to start the main power supply And a second step of adjusting the period until the adjustment of the power supply control circuit of the laser device.
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