JP4847435B2

JP4847435B2 - レーザ加工装置、及び、レーザ加工方法

Info

Publication number: JP4847435B2
Application number: JP2007319733A
Authority: JP
Inventors: 恭之奥平
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 2007-12-11
Filing date: 2007-12-11
Publication date: 2011-12-28
Anticipated expiration: 2027-12-11
Also published as: JP2009142825A

Description

本発明は、加工対象物にレーザビームを照射して加工を行うレーザ加工装置、及び、レーザ加工方法に関する。

１つのレーザ光源から出射したレーザビームを、複数の光軸に振り分けて複数の加工領域の加工を同時並行的に行うレーザ加工装置が知られている。

レーザビームの振り分け方法には、たとえばビームスプリッタを用いてレーザビームのエネルギを分割するエネルギシェア方式と、たとえば音響光学偏向器(Acoust-Optic Deflector: AOD)を用い、レーザビームのエネルギを複数の光軸に時分割的に振り分けるタイムエネルギシェア方式とがある（たとえば、特許文献１参照）。

エネルギシェア方式で複数軸加工を行う場合、１軸当たりに振り分けられるレーザビームの光強度が弱くなるため、良質の加工が困難となる場合がある。

図４（Ａ）〜（Ｃ）を参照して、タイムエネルギシェア方式を用いるレーザ加工について説明する。

図４（Ａ）を参照する。時刻ｔ_１〜ｔ_６にレーザパルスＬＰ_１、時刻ｔ_７〜ｔ_１２にレーザパルスＬＰ_２がそれぞれレーザ光源から出射する。レーザパルスＬＰ_１及びＬＰ_２はＡＯＤに入射する。

図４（Ｂ）を参照する。ＡＯＤは入射するレーザパルスの一部を相互に異なる方向に切り出して出射することができる。ＡＯＤによって、レーザパルスＬＰ_１からは時刻ｔ_２〜ｔ_３にレーザパルスＬＰ_１１が、時刻ｔ_４〜ｔ_５にレーザパルスＬＰ_１２がそれぞれ相互に異なる方向に切り出される。

レーザパルスＬＰ_１１は、たとえば第１の加工領域に伝達される。第１の加工領域では、レーザパルスＬＰ_１１を第１のプリント基板に照射することにより、第１のプリント基板の穴開け加工が行われる。

レーザパルスＬＰ_１２は、たとえば第２の加工領域に伝達される。第２の加工領域では、レーザパルスＬＰ_１２を第２のプリント基板に照射することにより、第２のプリント基板の穴開け加工が行われる。

レーザパルスＬＰ_１１、ＬＰ_１２が、それぞれ第１、第２の加工領域において、第１、第２のプリント基板に照射された後、レーザパルスＬＰ_２がＡＯＤに入射する。レーザパルスＬＰ_２からは時刻ｔ_８〜ｔ_９にレーザパルスＬＰ_２１が、時刻ｔ_１０〜ｔ_１１にレーザパルスＬＰ_２２がそれぞれ相互に異なる方向に切り出される。レーザパルスＬＰ_２１が切り出される方向は、レーザパルスＬＰ_１１が切り出された方向と同方向であり、レーザパルスＬＰ_２２が切り出される方向は、レーザパルスＬＰ_１２が切り出された方向と同方向である。

レーザパルスＬＰ_２１は第１の加工領域に伝達され、第１のプリント基板に入射する。入射位置はレーザパルスＬＰ_１１が入射した第１のプリント基板上の位置と同じ位置である。レーザパルスＬＰ_２１の入射によって、レーザパルスＬＰ_１１の照射で形成された穴が所定の深さまで深められる。

レーザパルスＬＰ_２２は第２の加工領域に伝達され、第２のプリント基板に入射する。入射位置はレーザパルスＬＰ_１２が入射した第２のプリント基板上の位置と同じ位置である。レーザパルスＬＰ_２２の入射によって、レーザパルスＬＰ_１２の照射で形成された穴が所定の深さまで深められる。

しかしながらレーザパルスＬＰ_１の光強度は時間的に一定ではなく、図４（Ｃ）に示すように、時間の経過とともに弱くなる。このため、レーザパルスＬＰ_１２の光強度は、レーザパルスＬＰ_１１のそれより弱い。したがってレーザパルスＬＰ_１２のパルス幅（ｔ_５−ｔ_４）をレーザパルスＬＰ_１１のパルス幅（ｔ_３−ｔ_２）よりも長くし、レーザパルスＬＰ_１１とレーザパルスＬＰ_１２のパルスエネルギを等しくした場合であっても、第１の加工領域で第１のプリント基板に形成される穴と、第２の加工領域で第２のプリント基板に形成される穴とでは加工品質に差が生じる。

特開２００５−号３４８５９号公報

本発明の目的は、良質な加工を行うことのできるレーザ加工装置を提供することである。

また、良質な加工を行うことのできるレーザ加工方法を提供することである。

本発明の一観点によれば、原レーザパルスを出射するレーザ光源と、前記レーザ光源を出射した原レーザパルスが入射する位置に配置され、外部からの制御信号を受けて、該原レーザパルスからレーザパルスを時分割し、時分割された該レーザパルスを第１の方向、または前記第１の方向とは異なる第２の方向に出射する光偏向器と、前記光偏向器を前記第１の方向に出射したレーザパルスを第１の加工点に伝達する第１の光学系と、前記光偏向器を前記第２の方向に出射したレーザパルスを、前記第１の加工点とは異なる第２の加工点に伝達する第２の光学系と、前記レーザ光源を出射する原レーザパルスの１つである第１の原レーザパルスを時分割して、第１のレーザパルス、及び第２のレーザパルスをこの順に生成し、前記第１のレーザパルスを前記第１の方向に出射し、前記第２のレーザパルスを前記第２の方向に出射した後、前記レーザ光源を出射する原レーザパルスの他の１つである第２の原レーザパルスを時分割して、第３のレーザパルス、及び第４のレーザパルスをこの順に生成し、前記第３のレーザパルスを前記第２の方向に出射し、前記第４のレーザパルスを前記第１の方向に出射するように、前記光偏向器に制御信号を送信する制御装置とを有するレーザ加工装置が提供される。

また、本発明の他の観点によると、（ａ）第１の原レーザパルスを時分割して、第１のレーザパルス、及び第２のレーザパルスをこの順に生成し、前記第１のレーザパルスを第１の加工点に入射させ、前記第２のレーザパルスを第２の加工点に入射させる工程と、（ｂ）前記第１の原レーザパルスとは異なる第２の原レーザパルスを時分割して、第３のレーザパルス、及び第４のレーザパルスをこの順に生成し、前記第３のレーザパルスを前記第２の加工点に入射させ、前記第４のレーザパルスを前記第１の加工点に入射させる工程とを有するレーザ加工方法が提供される。

本発明によれば、良質な加工が可能なレーザ加工装置を提供することができる。

また、良質な加工が可能なレーザ加工方法を提供することができる。

図１は、実施例によるレーザ加工装置を示す概略図である。実施例によるレーザ加工装置は、レーザ光源１０、ＡＯＤ１１、ダンパ１２、折り返しミラー１３ａ、１３ｂ、ガルバノスキャナ１４ａ、１４ｂ、ｆθレンズ１５ａ、１５ｂ、ＸＹステージ１６ａ、１６ｂ、及び制御装置１７を含んで構成される。

レーザ光源１０、たとえばＣＯ_２レーザ発振器が、制御装置１７から送出されるレーザパルス生成信号を受けて、波長９．３μｍのレーザパルスを出射する。レーザパルスは、光路Ｌｂを進行してＡＯＤ１１に入射する。

ＡＯＤ１１は、音響光学効果を利用した光偏向器であり、制御装置１７から送出される切り替え信号と切り出し信号とを受けて、レーザパルスの切り出しを行い、進行方向を変化させて出射することができる。切り出されたレーザパルスは、光路Ｌｂａまたは光路Ｌｂｂを進行する。ＡＯＤ１１に信号が印加されない場合、ＡＯＤ１１に入射したレーザパルスは直進して光路Ｌｂ０を進行し、ダンパ１２に入射し、吸収される。

切り出されて光路Ｌｂａを進行するレーザパルスは、折り返しミラー１３ａで反射され、ガルバノスキャナ１４ａに入射する。ガルバノスキャナ１４ａは２枚の揺動鏡を含み、入射したレーザパルスを２次元方向に走査して出射する。

ＸＹステージ１６ａ上には、たとえば樹脂層に内層配線層が埋設されたプリント基板２０ａが保持されている。ガルバノスキャナ１４ａを出射したレーザパルスはｆθレンズ１５ａを透過して、ＸＹステージ１６ａ上のプリント基板２０ａの樹脂層に入射する。ｆθレンズ１５ａは、レーザパルスをプリント基板２０ａに垂直に入射させる。

レーザパルスの照射により、プリント基板２０ａの樹脂層に穴が形成される。樹脂層を貫通し、内層配線層に至る貫通孔が形成されるには、２ショットのレーザパルスが必要とされる。

切り出されて光路Ｌｂｂを進行するレーザパルスも、折り返しミラー１３ｂ、ガルバノスキャナ１４ｂ、ｆθレンズ１５ｂを経由して、ＸＹステージ１６ｂ上に載置された、プリント基板２０ａと同構造のプリント基板２０ｂの樹脂層に入射し、入射位置の樹脂層に穴を形成する。２ショットのレーザパルスを同一位置に入射させることで、内層配線層に至る貫通孔が形成される。

なお、制御装置１７は、目標位置に貫通孔が形成されるように、ガルバノスキャナ１４ａ、１４ｂ及びＸＹステージ１６ａ、１６ｂの駆動を制御する。

図２（Ａ）〜（Ｆ）を参照して、実施例によるレーザ加工方法を説明する。

図２（Ａ）は、制御装置１７からレーザ光源１０に送出されるレーザパルス生成信号のタイミングチャートである。レーザパルス生成信号は、時刻Ｔ_１〜Ｔ_９及び時刻Ｔ_１１〜Ｔ_１９にレーザ光源１０に伝達される。

図２（Ｂ）を参照する。時刻Ｔ_１〜Ｔ_９に制御装置１７から送出されたレーザパルス生成信号に対応して、レーザ光源１０からレーザパルスＬ_１が出射する。レーザパルスＬ_１の立ち上がり時刻はＴ_１であり、時刻Ｔ_２において、光強度がほぼ一定となる。また、立ち下がり時刻はＴ_９であり、時刻Ｔ_１０において、光強度が０となる。

更に、時刻Ｔ_１１〜Ｔ_１９に制御装置１７から送出されたレーザパルス生成信号に対応して、レーザ光源１０からレーザパルスＬ_２が出射する。レーザパルスＬ_２の立ち上がり時刻はＴ_１１であり、時刻Ｔ_１２において、光強度がほぼ一定となる。また、立ち下がり時刻はＴ_１９であり、時刻Ｔ_２０において、光強度が０となる。

図２（Ｃ）は、制御装置１７からＡＯＤ１１に送出される切り出し信号のタイミングチャートである。ＡＯＤ１１に切り出し信号を印加することによって、ＡＯＤ１１に入射するレーザパルスを時分割し、光路Ｌｂａまたは光路Ｌｂｂを進行するレーザパルスを切り出し生成する。

切り出し信号は、時刻Ｔ_４〜Ｔ_５、時刻Ｔ_７〜Ｔ_８、時刻Ｔ_１３〜Ｔ_１４、及び時刻Ｔ_１６〜Ｔ_１７に、ＡＯＤ１１に伝達される。

図２（Ｄ）は、制御装置１７からＡＯＤ１１に送出される切り替え信号のタイミングチャートである。切り替え信号の印加によって、切り出し信号の印加で切り出されるレーザパルスを、光路Ｌｂａ、Ｌｂｂのうち、いずれの光路に沿って進行させるかを制御する。切り替え信号が印加されている間に切り出されるレーザパルスは、光路Ｌｂａに沿って進行し、切り替え信号が印加されていない間に切り出されるレーザパルスは、光路Ｌｂｂに沿って進行する。

切り替え信号は、時刻Ｔ_３〜Ｔ_６、及び時刻Ｔ_１５〜Ｔ_１８に、ＡＯＤ１１に印加される。

このため、図２（Ｅ）及び（Ｆ）に示すように、時刻Ｔ_４〜Ｔ_５及び時刻Ｔ_１６〜Ｔ_１７にそれぞれ切り出されるレーザパルスＬ_１１及びＬ_２２は光路Ｌｂａを進行し、時刻Ｔ_７〜Ｔ_８及び時刻Ｔ_１３〜Ｔ_１４にそれぞれ切り出されるレーザパルスＬ_１２及びＬ_２１は光路Ｌｂｂを進行する。

なお、レーザパルスＬ_１の光強度は時間的に一定ではなく、図４（Ｃ）を参照して説明した場合と同様に、時間の経過とともに弱くなる。このため切り出し信号の印加時間（Ｔ_５−Ｔ_４及びＴ_８−Ｔ_７）は、レーザパルスＬ_１１のパルスエネルギとＬ_１２のそれとが相互に等しくなるように制御される。レーザパルスＬ_２についても同様である。

また、レーザパルスＬ_１及びＬ_２に関する切り出し信号の印加時間（Ｔ_５−Ｔ_４とＴ_１４−Ｔ_１３、Ｔ_８−Ｔ_７とＴ_１７−Ｔ_１６）は相互に等しい。

レーザパルスＬ_１１及びＬ_２２は、この順に、折り返しミラー１３ａ、ガルバノスキャナ１４ａ、ｆθレンズ１５ａを経由して、ＸＹステージ１６ａ上に載置されたプリント基板２０ａ樹脂層の同一位置に入射し、入射位置の樹脂層に内層配線層に至る貫通孔を形成する。

また、レーザパルスＬ_１２及びＬ_２１は、この順に、折り返しミラー１３ｂ、ガルバノスキャナ１４ｂ、ｆθレンズ１５ｂを経由して、ＸＹステージ１６ｂ上に載置されたプリント基板２０ｂ樹脂層の同一位置に入射し、入射位置の樹脂層に内層配線層に至る貫通孔を形成する。

プリント基板２０ａの樹脂層に入射して貫通孔を形成するレーザパルスは、レーザ光源１０から出射したレーザパルスＬ_１、Ｌ_２からそれぞれ光強度の強い部分と弱い部分が切り出されたレーザパルスＬ_１１、Ｌ_２２である。

また、プリント基板２０ｂの樹脂層に入射して貫通孔を形成するレーザパルスは、レーザ光源１０から出射したレーザパルスＬ_２、Ｌ_１からそれぞれ光強度の強い部分と弱い部分が切り出されたレーザパルスＬ_２１、Ｌ_１２である。

各プリント基板２０ａ、２０ｂに貫通孔を形成するレーザパルスの光強度の偏りが小さくなるため、プリント基板２０ａ、２０ｂに形成される穴の加工品質の偏りを低減することができる。

図３（Ａ）〜（Ｃ）を参照して、変形例によるレーザ加工方法を説明する。実施例によるレーザ加工方法は、レーザ光源１０から出射される、ある原レーザパルスとその次に出射される原レーザパルスの各々から切り出されたレーザパルスを、プリント基板２０ａ、２０ｂ上の同一位置に照射して穴を１つずつ形成する。変形例によるレーザ加工方法は、サイクル加工またはブロック加工を行う際のレーザ加工方法である。

図３（Ａ）及び（Ｂ）は、それぞれプリント基板２０ａ、２０ｂの平面図である。ガルバノスキャナ１４ａ、１４ｂでレーザビームを走査して、プリント基板２０ａ、２０ｂに穴ａ_１〜ａ_７、ｂ_１〜ｂ_７を添え字の小さい方から順に形成する。

図３（Ｃ）に示すように、レーザ光源１０からレーザパルスＬ_１〜Ｌ_１４が次々と出射する。レーザパルスＬ_１〜Ｌ_１４はＡＯＤ１１に入射し、各レーザパルスＬ_１〜Ｌ_１４から、光路Ｌｂａを進行するレーザパルスと光路Ｌｂｂを進行するレーザパルスとが、それぞれ１つずつ切り出される。

レーザパルスＬ_１〜Ｌ_７においては、レーザパルスの前寄り部分から切り出されるレーザパルスが光路Ｌｂａに導入され、プリント基板２０ａに照射されて、穴ａ_１〜ａ_７が途中まで形成される。後寄り部分から切り出されるレーザパルスは光路Ｌｂｂに導入され、プリント基板２０ｂに照射されて、穴ｂ_１〜ｂ_７が途中まで形成される。

レーザパルスＬ_８〜Ｌ_１４においては、レーザパルスの前寄り部分から切り出されるレーザパルスが光路Ｌｂｂに導入され、プリント基板２０ｂに照射されて、内層配線層に至る穴ｂ_１〜ｂ_７が完成される。後寄り部分から切り出されるレーザパルスは光路Ｌｂａに導入され、プリント基板２０ａに照射されて、内層配線層に至る穴ａ_１〜ａ_７が完成される。

変形例によるレーザ加工方法の効果は、実施例によるそれと同様である。プリント基板２０ａ、２０ｂの穴ａ_１〜ａ_７、ｂ_１〜ｂ_７を形成するレーザパルスの光強度の偏りが小さくなるため、穴ａ_１〜ａ_７、ｂ_１〜ｂ_７の加工品質の偏りを低減することができる。

以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。

レーザ加工一般、たとえばレーザビームを照射して行う穴開け加工に好適に利用することができる。

実施例によるレーザ加工装置を示す概略図である。（Ａ）〜（Ｆ）は、実施例によるレーザ加工方法を説明するための図である。（Ａ）〜（Ｃ）は、変形例によるレーザ加工方法を説明するための図である。（Ａ）〜（Ｃ）は、タイムエネルギシェア方式を用いるレーザ加工について説明するための図である。

符号の説明

１０レーザ光源
１１ＡＯＤ
１２ダンパ
１３ａ、１３ｂ折り返しミラー
１４ａ、１４ｂガルバノスキャナ
１５ａ、１５ｂｆθレンズ
１６ａ、１６ｂＸＹステージ
１７制御装置
２０ａ、２０ｂプリント基板
ａ_１〜ａ_７、ｂ_１〜ｂ_７穴

Claims

原レーザパルスを出射するレーザ光源と、
前記レーザ光源を出射した原レーザパルスが入射する位置に配置され、外部からの制御信号を受けて、該原レーザパルスからレーザパルスを時分割し、時分割された該レーザパルスを第１の方向、または前記第１の方向とは異なる第２の方向に出射する光偏向器と、
前記光偏向器を前記第１の方向に出射したレーザパルスを第１の加工点に伝達する第１の光学系と、
前記光偏向器を前記第２の方向に出射したレーザパルスを、前記第１の加工点とは異なる第２の加工点に伝達する第２の光学系と、
前記レーザ光源を出射する原レーザパルスの１つである第１の原レーザパルスを時分割して、第１のレーザパルス、及び第２のレーザパルスをこの順に生成し、前記第１のレーザパルスを前記第１の方向に出射し、前記第２のレーザパルスを前記第２の方向に出射した後、前記レーザ光源を出射する原レーザパルスの他の１つである第２の原レーザパルスを時分割して、第３のレーザパルス、及び第４のレーザパルスをこの順に生成し、前記第３のレーザパルスを前記第２の方向に出射し、前記第４のレーザパルスを前記第１の方向に出射するように、前記光偏向器に制御信号を送信する制御装置と
を有するレーザ加工装置。
前記第２の原レーザパルスは、前記第１の原レーザパルスの次に出射される請求項１に記載のレーザ加工装置。
前記光偏向器が音響光学偏向器である請求項１または２に記載のレーザ加工装置。
（ａ）第１の原レーザパルスを時分割して、第１のレーザパルス、及び第２のレーザパルスをこの順に生成し、前記第１のレーザパルスを第１の加工点に入射させ、前記第２のレーザパルスを第２の加工点に入射させる工程と、
（ｂ）前記第１の原レーザパルスとは異なる第２の原レーザパルスを時分割して、第３のレーザパルス、及び第４のレーザパルスをこの順に生成し、前記第３のレーザパルスを前記第２の加工点に入射させ、前記第４のレーザパルスを前記第１の加工点に入射させる工程と
を有するレーザ加工方法。
前記第１及び第２の原レーザパルスは同一のレーザ光源から出射され、前記第１の原レーザパルスの次に前記第２の原レーザパルスが出射される請求項４に記載のレーザ加工方法。