JP5167187B2 - Laser drilling method - Google Patents

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Description

この発明は、プリント基板などの穴明け対象物に対してレーザによって穴明けするレーザ穴明け加工方法、及びこの加工方法を実行するための装置に関する。   The present invention relates to a laser drilling method for drilling a drilling object such as a printed circuit board with a laser, and an apparatus for executing the processing method.

電子機器の小型化、高密度実装化に伴い、プリント基板は複数の基板を積層した多層配線基板が主流となっている。多層配線基板では、上下に積層された基板間の導電層を電気的に接続する必要がある。そこで、多層配線基板の絶縁層に下層の導電層に達するビアホール(穴)を形成し、ビアホールの内部に導電性メッキを施すことにより、上下に積層された基板間の導電層を電気的に接続している。   Along with the downsizing and high-density mounting of electronic devices, printed circuit boards are mainly multilayer wiring boards in which a plurality of boards are stacked. In a multilayer wiring board, it is necessary to electrically connect conductive layers between substrates stacked one above the other. Therefore, a via hole (hole) reaching the lower conductive layer is formed in the insulating layer of the multilayer wiring board, and conductive plating is applied to the inside of the via hole to electrically connect the conductive layers between the substrates stacked vertically. doing.

ビアホールの形成には、ビアホールの微細化に伴い、高出力の炭酸ガスレーザ(COレーザ)やYAGの高調波を利用したUVレーザが使用される。また、平板状のミラー(ガルバノミラー。以下、「ミラー」という。)とfθレンズとを組み合わせたビームスキャン光学系を用いることにより、レーザ光を走査することで高速加工を実現している。ミラーはマウント部材を介してガルバノスキャナ装置の駆動部(モータ)に連結されており、モータの高速な揺動、位置決め動作に追随して所望の角度に位置決めされ、レーザ光を意図した方向に反射する。 For the formation of the via hole, a high-power carbon dioxide laser (CO 2 laser) or a UV laser using harmonics of YAG is used with the miniaturization of the via hole. Further, high-speed processing is realized by scanning a laser beam by using a beam scanning optical system in which a flat mirror (galvano mirror; hereinafter referred to as “mirror”) and an fθ lens are combined. The mirror is connected to the drive unit (motor) of the galvano scanner device via a mount member, positioned at a desired angle following high-speed oscillation and positioning of the motor, and reflects the laser beam in the intended direction. To do.

ミラーにより反射されたレーザ光は、ミラーの反射面の平面度に応じてビーム形状、すなわち、ビームの光軸に垂直な断面形状が変化する。また、ビーム形状の変化に伴ってビームモード、すなわち光軸に垂直な断面方向のエネルギ分布も変化する。ガルバノスキャナ装置では、ミラーによって反射されたレーザ光がfθレンズにより加工面に結像されるので、レーザ光反射時点(照射時点)におけるミラーの平面度が加工した穴の形状を左右する。すなわち、ミラーの平面度が優れていれば、加工した穴の品質、すなわち真円度、穴深さ、穴のテーパ角度等の精度を高くすることができる。   The laser beam reflected by the mirror changes its beam shape, that is, its cross-sectional shape perpendicular to the optical axis of the beam, according to the flatness of the reflecting surface of the mirror. Further, the beam mode, that is, the energy distribution in the cross-sectional direction perpendicular to the optical axis also changes as the beam shape changes. In the galvano scanner device, the laser beam reflected by the mirror is imaged on the processing surface by the fθ lens, so the flatness of the mirror at the time of laser beam reflection (irradiation time) affects the shape of the processed hole. That is, if the flatness of the mirror is excellent, the quality of the processed hole, that is, the accuracy such as the roundness, the hole depth, and the taper angle of the hole can be increased.

レーザ加工装置を構成するミラーやFθレンズなどの投影光学系の収差を補正する技術としては、例えば、アダプティブミラーを使って補正する技術がある(特許文献1)。また、ミラーの収差に影響する静的な平面度測定の技術として、フィゾー型レーザ干渉計とフリンジスキャン解析方式の計測システムが知られていた(特許文献2)。   As a technique for correcting aberrations of a projection optical system such as a mirror or an Fθ lens that constitutes a laser processing apparatus, there is a technique of correcting using an adaptive mirror (Patent Document 1). Further, as a technique for measuring the static flatness that affects the aberration of the mirror, a Fizeau laser interferometer and a fringe scan analysis type measurement system have been known (Patent Document 2).

特開2005−103630号公報JP 2005-103630 A 特開2001−099624号公報JP 2001-099624 A

ガルバノスキャナ装置では、ミラーを位置決めした直後は、揺動に伴う振動がミラーに発生しているため、加工品質が低下する。   In the galvano scanner device, immediately after the mirror is positioned, the vibration accompanying the oscillation is generated in the mirror, so that the processing quality is deteriorated.

しかし、特許文献1の技術の場合、光学系部品の静的な収差の補正、特にFθレンズに起因する非点収差や色収差の補正することを目的とするものであるため、実加工でガルバノスキャナが動作しているときの動的なミラー平面度の変化に対しては適用することができない。また、ミラーの動作パターンは種々あり、静的な状態と動的な状態の平面度の差が一定ではないため、加工した穴の品質を向上させることは困難である。   However, in the case of the technique disclosed in Patent Document 1, the purpose is to correct static aberrations of optical system parts, particularly astigmatism and chromatic aberration caused by the Fθ lens. It cannot be applied to dynamic mirror flatness changes when the is operating. Further, there are various mirror operation patterns, and the difference in flatness between the static state and the dynamic state is not constant, so it is difficult to improve the quality of the processed hole.

また、特許文献2の技術は、静的な平面度の測定には有効であるが、実加工を想定した動的なミラー平面度の測定は不可能である。   Moreover, although the technique of patent document 2 is effective in the measurement of static flatness, it cannot measure the dynamic mirror flatness assuming actual machining.

なお、ミラーの揺動に伴う振動が穴の品質を低下させることを予防するため、ミラーを位置決めしてから、十分な時間をおいてレーザを照射すると、加工能率が低下する。   In addition, in order to prevent the vibration accompanying the oscillation of the mirror from deteriorating the quality of the hole, if the laser is irradiated after a sufficient time has elapsed after positioning the mirror, the processing efficiency is lowered.

本発明の目的は、上記課題を解決し、加工速度を低下させることなく、高品質の穴を加工することができるレーザ加工方法を提供することにある。   An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems and to provide a laser processing method capable of processing a high-quality hole without reducing the processing speed.

上記課題を解決するため、本発明は、駆動軸の軸端に固定された平板状のミラーを揺動させることによりレーザ発振器から出力されたレーザ光の光軸を偏向させ、前記レーザ光を非加工物の所望の位置に位置決めするようにしたレーザ穴明け加工方法において、前記ミラーを揺動させたときの前記ミラーの平面度の変形量を、前記ミラーが予め定める位置決め許容範囲内に入ったときを起点とする時間経過に合わせて求めておき、前記求めた結果に基づき、前記ミラーが予め定める位置決め許容範囲内に入ってから前記レーザを加工部に照射するまでの時間を、加工条件として予め定めておくことを特徴とする。   In order to solve the above-described problems, the present invention deflects the optical axis of the laser beam output from the laser oscillator by swinging a flat mirror fixed to the shaft end of the drive shaft, thereby making the laser beam non- In a laser drilling method for positioning at a desired position of a workpiece, the mirror has a predetermined amount of deformation in the flatness of the mirror when the mirror is swung. The time from the time when the mirror enters a predetermined positioning allowable range to the time when the laser is irradiated to the processing part is determined as a processing condition based on the obtained time. It is characterized in that it is determined in advance.

本発明によれば、加工速度を低下させることなく、高品質の穴を加工することができる。   According to the present invention, a high-quality hole can be machined without reducing the machining speed.

本発明の実施形態における動的平面度検査システムの構成図である。It is a block diagram of the dynamic flatness test | inspection system in embodiment of this invention. 図1におけるミラー位置決め装置の構成図である。It is a block diagram of the mirror positioning device in FIG. ミラーを揺動させたときのミラーの位置とミラー反射面の形状との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the position of a mirror when a mirror is rock | fluctuated, and the shape of a mirror reflective surface. 本発明を適用したレーザ穴明け加工装置の光学系の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the optical system of the laser drilling apparatus to which this invention is applied. 本発明を適用した場合のレーザ加工のタイミングを示すタイムチャートである。It is a time chart which shows the timing of the laser processing at the time of applying this invention.

以下、本発明の実施形態について説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described.

はじめに、揺動に伴うミラーの変形を測定する手段について説明する。   First, a means for measuring the deformation of the mirror accompanying the swinging will be described.

図1は、動的平面度検査システムの構成図である。   FIG. 1 is a configuration diagram of a dynamic flatness inspection system.

動的平面度検査システムは、被測定物であるガルバノスキャナ装置及び測定用光学系からなる。ガルバノスキャナ装置は、ガルバノスキャナ2、ガルバノスキャナを制御するガルバノ制御部3、及び制御装置4から構成される。測定用光学系は、パルスジェネレータ7、レーザ発振器8、コリメータレンズ10,11,14,15、ビームスプリッタ12、基準ミラー13、CCDカメラ16、画像処理装置17、及びこれらの各部を制御する制御装置4からなる。本実施形態では、ガルバノスキャナ2が被測定物であり、画像処理部17においてCCDカメラ16によって撮影された画像からフーリエ変換干渉計測法に基づいた演算を行い、反射面の形状を数値化して、その結果を制御装置4に出力することにより揺動に伴うミラーの変形を測定する。   The dynamic flatness inspection system includes a galvano scanner device that is an object to be measured and a measurement optical system. The galvano scanner device includes a galvano scanner 2, a galvano control unit 3 that controls the galvano scanner, and a control device 4. The measurement optical system includes a pulse generator 7, a laser oscillator 8, collimator lenses 10, 11, 14, and 15, a beam splitter 12, a reference mirror 13, a CCD camera 16, an image processing device 17, and a control device that controls these units. It consists of four. In the present embodiment, the galvano scanner 2 is the object to be measured, the image processing unit 17 performs an operation based on the Fourier transform interference measurement method from the image photographed by the CCD camera 16, and the shape of the reflecting surface is quantified, By outputting the result to the control device 4, the deformation of the mirror accompanying the swing is measured.

ガルバノスキャナ装置では、ミラー1は図示を省略するミラーマウント部材を介してガルバノスキャナ2に内蔵されたモータの出力軸2jに締結されている。ガルバノスキャナ2はガルバノ制御部3を介して制御装置4に接続され、制御装置4の制御下にある。ガルバノ制御部3は、制御装置4からの指令によりガルバノスキャナ2を駆動してミラー1の位置決めを行うと共に、ミラー1が目標位置に到達すると、到達信号を制御装置4に出力する。制御装置4に内蔵されたタイマ6は設定器5により遅延時間Tを設定する。タイマ6は遅延時間Tが経過すると、パルスジェネレータ7を介してレーザ発振器8及び受光装置であるCCDカメラ16を動作させる。なお、ガルバノスキャナ2の背後側には、ミラー位置決め装置30が配置されている。   In the galvano scanner device, the mirror 1 is fastened to an output shaft 2j of a motor built in the galvano scanner 2 via a mirror mount member (not shown). The galvano scanner 2 is connected to the control device 4 via the galvano control unit 3 and is under the control of the control device 4. The galvano control unit 3 drives the galvano scanner 2 in accordance with a command from the control device 4 to position the mirror 1 and outputs an arrival signal to the control device 4 when the mirror 1 reaches the target position. A timer 6 built in the control device 4 sets a delay time T by a setting device 5. When the delay time T elapses, the timer 6 operates the laser oscillator 8 and the CCD camera 16 which is a light receiving device via the pulse generator 7. A mirror positioning device 30 is disposed behind the galvano scanner 2.

図2は、ミラー位置決め装置30の構成図であり、(a)は正面図、(b)は側面図である。同図に示すように、ミラー位置決め装置30は、ホルダ31と、ホルダ31を揺動自在に支持するホルダ支持装置32と、ホルダ31を揺動させるモータ33と、ホルダ支持装置32をxyzの3軸方向に移動させる移動装置34とから構成されている。ホルダ31にはガルバノスキャナ2のモータケースに嵌合する穴が形成されている。そして、ガルバノスキャナ2のモータケースをホルダ31の穴に嵌合させ、図示を省略する手段により固定すると、ミラー1の揺動軸の軸線はホルダ31の揺動軸線と同軸になる。ホルダ31と対向するようにして、レーザ源40とセンサ41とが配置されている。センサ41は、レーザ源40から出力され、ビームスプリッタ12に反射されたレーザ光9rに対してミラー1が垂直に配置された場合、レーザ源40から出力され、ミラー1で反射されたレーザ光が垂直に入射する位置に配置されている。なお、移動装置34、レーザ源40及びセンサ41は、制御装置4に接続されており、移動装置34とレーザ源40は制御装置4によって制御される。   2A and 2B are configuration diagrams of the mirror positioning device 30, in which FIG. 2A is a front view and FIG. 2B is a side view. As shown in the figure, the mirror positioning device 30 includes a holder 31, a holder support device 32 that supports the holder 31 in a swingable manner, a motor 33 that swings the holder 31, and a holder support device 32 that is 3 xyz. The moving device 34 is configured to move in the axial direction. The holder 31 is formed with a hole that fits into the motor case of the galvano scanner 2. When the motor case of the galvano scanner 2 is fitted into the hole of the holder 31 and fixed by means not shown, the axis of the swing axis of the mirror 1 is coaxial with the swing axis of the holder 31. A laser source 40 and a sensor 41 are arranged so as to face the holder 31. When the mirror 1 is arranged perpendicular to the laser light 9r output from the laser source 40 and reflected by the beam splitter 12, the sensor 41 outputs the laser light output from the laser source 40 and reflected by the mirror 1. It arrange | positions in the position which injects perpendicularly. The moving device 34, the laser source 40, and the sensor 41 are connected to the control device 4, and the moving device 34 and the laser source 40 are controlled by the control device 4.

測定用光学系では、レーザ発振器8は測定光学系分解能を満たした波長のレーザ光を出力する。ここでは、波長355nmのレーザ光を出力するUVレーザ発振器をレーザ発振器8としている。レーザ発振器8はタイマ6の指令に基づいてパルス状のレーザ光を出力する。なお、パルスジェネレータ7はレーザ発振器8から出力されるレーザ光9の波形(パルス幅とピーク値)を定めるための装置である。そして、後述する干渉縞の境界やコントラストが明瞭になるように波形が定められる。   In the measurement optical system, the laser oscillator 8 outputs laser light having a wavelength satisfying the measurement optical system resolution. Here, the laser oscillator 8 is a UV laser oscillator that outputs laser light having a wavelength of 355 nm. The laser oscillator 8 outputs a pulsed laser beam based on a command from the timer 6. The pulse generator 7 is a device for determining the waveform (pulse width and peak value) of the laser light 9 output from the laser oscillator 8. Then, the waveform is determined so that the boundary and contrast of interference fringes described later are clear.

コリメータレンズ10,11はレーザ発振器8から出力されたレーザ光9のビーム径をミラー1の反射面の全面を照射できる大きさに拡大または縮小する。ビームスプリッタ12は入射するレーザ光9の50%を透過させ、残りを反射させる。ピームスプリッタ12の透過側には、基準ミラー13が配置されている。基準ミラー−13の反射面の平面度は数nmであり、ビームスプリッタ12から反射面までの距離はAである。基準ミラー13の反射面はレーザ発振器8から出力されたレーザ光9の光軸に対して垂直(90度)である。   The collimator lenses 10 and 11 enlarge or reduce the beam diameter of the laser light 9 output from the laser oscillator 8 to a size that can irradiate the entire reflection surface of the mirror 1. The beam splitter 12 transmits 50% of the incident laser light 9 and reflects the rest. A reference mirror 13 is arranged on the transmission side of the beam splitter 12. The flatness of the reflecting surface of the reference mirror 13 is several nm, and the distance from the beam splitter 12 to the reflecting surface is A. The reflection surface of the reference mirror 13 is perpendicular (90 degrees) to the optical axis of the laser light 9 output from the laser oscillator 8.

基準ミラー13で反射され、ビームスプリッタ12で反射されたレーザ光9の光軸上にはコリメータレンズ14、15及びCCDカメラ16が配置されている。コリメータレンズ14,15はビームスプリッタ12で反射されたレーザ光9のビーム径をCCDカメラ16の観測素子サイズ以下のビーム径に縮小する。CCDカメラ16には画像処理装置17が接続されている。なお、画像処理装置17の動作については後述する。   Collimator lenses 14 and 15 and a CCD camera 16 are arranged on the optical axis of the laser beam 9 reflected by the reference mirror 13 and reflected by the beam splitter 12. The collimator lenses 14 and 15 reduce the beam diameter of the laser light 9 reflected by the beam splitter 12 to a beam diameter equal to or smaller than the observation element size of the CCD camera 16. An image processing device 17 is connected to the CCD camera 16. The operation of the image processing device 17 will be described later.

前述のように構成された動的平面度検査システムでは、予め、ホルダ31にガルバノスキャナ2のモータケースを保持させる。このとき、ミラー1の反射面をミラー1の揺動範囲の中央(θ=0)に配置させておく。そして、移動装置34を動作させ、ミラー1の反射面をビームスプリッタ12から距離Aの位置に位置決めする。この状態でレーザ源40を動作させてセンサ41の出力を確認し、ミラー1の反射面がビームスプリッタ12で反射されたレーザ光9(図2において点線で示すレーザ光9r)の光軸に対して垂直であることを確認する。垂直でない場合には、モータ33を動作させてミラー1の反射面をビームスプリッタ12で反射されたレーザ光9rの光軸に対して垂直に位置決めする(揺動させる)。また、設定器5によりミラー1の揺動角度θ1(θ1は0の場合と、正の場合と、負の場合と、がある)と、遅延時間Tとを制御装置4に入力しておく。   In the dynamic flatness inspection system configured as described above, the holder 31 holds the motor case of the galvano scanner 2 in advance. At this time, the reflecting surface of the mirror 1 is arranged at the center (θ = 0) of the swing range of the mirror 1. Then, the moving device 34 is operated, and the reflecting surface of the mirror 1 is positioned at a distance A from the beam splitter 12. In this state, the laser source 40 is operated to check the output of the sensor 41, and the reflection surface of the mirror 1 is reflected by the beam splitter 12 with respect to the optical axis of the laser light 9 (laser light 9r indicated by a dotted line in FIG. 2). Make sure it is vertical. If it is not vertical, the motor 33 is operated so that the reflecting surface of the mirror 1 is positioned (oscillated) perpendicularly to the optical axis of the laser beam 9r reflected by the beam splitter 12. The setting device 5 inputs the swing angle θ1 of the mirror 1 (there are cases where θ1 is 0, positive, and negative) and the delay time T to the control device 4.

図示を省略する起動ボタンがオンされると、制御装置4は、先ず、ガルバノ制御部3にミラー1を予め入力された角度である角度θ1まで揺動させるよう指示し、ミラー1がθ1度揺動した位置に位置決めされたら、ガルバノ制御部3にミラー1を現在の位置(角度θ1)から角度0(θ=0)に移動(揺動)させるよう指示する。ガルバノ制御部3はミラー1を揺動させ、ミラー1が許容範囲内に入ると、位置決め完了信号を制御装置4に出力する。制御装置4は、位置決め完了信号を受け取ると、タイマ6をオンする。タイマ6は、指定された遅延時間T(TはT=0を含む)が経過するのを待ち、遅延時間Tが経過すると、レーザ発振器8にパルス状のレーザを出力させると共に、CCDカメラ16のシャッタを開く。   When a start button (not shown) is turned on, the control device 4 first instructs the galvano control unit 3 to swing the mirror 1 to an angle θ1, which is a previously input angle, and the mirror 1 swings by θ1 degree. When positioned at the moved position, the galvano controller 3 is instructed to move (swing) the mirror 1 from the current position (angle θ1) to the angle 0 (θ = 0). The galvano control unit 3 swings the mirror 1 and outputs a positioning completion signal to the control device 4 when the mirror 1 falls within the allowable range. When receiving the positioning completion signal, the control device 4 turns on the timer 6. The timer 6 waits for the designated delay time T (T includes T = 0) to elapse. When the delay time T elapses, the timer 6 causes the laser oscillator 8 to output a pulsed laser and the CCD camera 16 Open the shutter.

レーザ発振器8から出力されたパルス状のレーザ光9は、コリメータレンズ10,11によりミラー1の反射面よりも大きい大きさに外形を調整され、ビームスプリッタ12に入射する。ビームスプリッタ12では、50%はビームスプリッタ12を透過して基準ミラー13に入射し、他の50%はビームスプリッタ12で反射される。以下、ビームスプリッタ12を透過したレーザ光9を透過レーザ光9t、ビームスプリッタ12で反射されたレーザ光9を反射レーザ光9rと称す。   The pulsed laser light 9 output from the laser oscillator 8 is adjusted in outer shape to be larger than the reflecting surface of the mirror 1 by the collimator lenses 10 and 11 and enters the beam splitter 12. In the beam splitter 12, 50% passes through the beam splitter 12 and enters the reference mirror 13, and the other 50% is reflected by the beam splitter 12. Hereinafter, the laser beam 9 transmitted through the beam splitter 12 is referred to as a transmitted laser beam 9t, and the laser beam 9 reflected by the beam splitter 12 is referred to as a reflected laser beam 9r.

ビームスプリッタ12を透過し、基準ミラー13で反射された透過レーザ光9tの50%はビームスプリッタ12を透過してレーザ発振器8に戻り、残りのレーザ光(以下、透過反射レーザ光9trと称す。)はビームスプリッタ12で反射され、コリメータレンズ14,15を介してCCDカメラ16に入射する。一方、ビームスプリッタ12で反射された反射レーザ光9rはミラー1に入射し、ミラー1で反射される。ミラー1で反射されたレーザ光9rの50%はビームスプリッタ12で反射されてレーザ発振器8に戻り、残りのレーザ光(以下、反射透過レーザ光9rtと称す。)はビームスプリッタ12を透過し、コリメータレンズ14,15を介してCCDカメラ16に入射する。 CCDカメラ16は入射した反射透過レーザ光9rtと透過反射レーザ光9trを画像データとして取込み、画像処理部17に送る。   50% of the transmitted laser beam 9t transmitted through the beam splitter 12 and reflected by the reference mirror 13 is transmitted through the beam splitter 12 and returned to the laser oscillator 8, and the remaining laser beam (hereinafter referred to as transmitted / reflected laser beam 9tr). ) Is reflected by the beam splitter 12 and enters the CCD camera 16 via the collimator lenses 14 and 15. On the other hand, the reflected laser light 9 r reflected by the beam splitter 12 enters the mirror 1 and is reflected by the mirror 1. 50% of the laser light 9r reflected by the mirror 1 is reflected by the beam splitter 12 and returns to the laser oscillator 8, and the remaining laser light (hereinafter referred to as reflection / transmission laser light 9rt) passes through the beam splitter 12, The light enters the CCD camera 16 through the collimator lenses 14 and 15. The CCD camera 16 takes the incident reflected / transmitted laser beam 9rt and transmitted / reflected laser beam 9tr as image data and sends them to the image processing unit 17.

ミラー1の反射面が変形している場合、基準ミラー13で反射された透過反射レーザ光9trとガルバノミラー1の反射面で反射された反射透過レーザ光9rtとが干渉するため、干渉縞が生じる。画像処理部17はフーリエ変換干渉計測法に基づいた演算を行い、反射面の形状を数値化して、その結果を制御装置4に出力する。   When the reflection surface of the mirror 1 is deformed, the transmission / reflection laser light 9tr reflected by the reference mirror 13 and the reflection / transmission laser light 9rt reflected by the reflection surface of the galvano mirror 1 interfere with each other, resulting in interference fringes. . The image processing unit 17 performs a calculation based on the Fourier transform interferometry, digitizes the shape of the reflecting surface, and outputs the result to the control device 4.

なお、フーリエ変換干渉計測法については、文献(サブフリンジ干渉計計測基礎論、著者:武田光夫(電気通信大学)、3.3項、図7)に説明されているので、詳細な説明を省略する。   The Fourier transform interferometry method is described in the literature (Basic theory of sub-fringe interferometer measurement, author: Mitsuo Takeda (The University of Electro-Communications), Section 3.3, FIG. 7), and thus detailed description is omitted. To do.

図3は、ミラーを10度揺動させたときのミラー1の位置とミラー反射面の形状との関係を示す図であり、(a)はミラー1の位置を、(b)〜(e)はミラー反射面の立体的な形状を示している。なお、(a)における0は目標位置座標、点線はミラー1の位置決め許容範囲で、例えば目標位置座標(例えば±10°)に対して±0.001°前後に設定される。この範囲は任意であるが、ミラーの振れ幅の例えば1/10000程度、若しくはそれ以下に設定される。また、(b)は静止状態におけるミラー反射面の立体的な形状を、(c)は時刻T0におけるミラー反射面の立体的な形状を、(d)は時刻T1におけるミラー反射面の立体的な形状を、(e)は時刻T2におけるミラー反射面の立体的な形状を、それぞれ示している。   FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the position of the mirror 1 and the shape of the mirror reflection surface when the mirror is swung by 10 degrees, where (a) shows the position of the mirror 1 and (b) to (e). Indicates the three-dimensional shape of the mirror reflecting surface. Note that 0 in (a) is the target position coordinate, and the dotted line is the allowable positioning range of the mirror 1, and is set, for example, around ± 0.001 ° with respect to the target position coordinate (eg ± 10 °). This range is arbitrary, but is set to, for example, about 1/10000 of the mirror swing width or less. (B) shows the three-dimensional shape of the mirror reflecting surface in a stationary state, (c) shows the three-dimensional shape of the mirror reflecting surface at time T0, and (d) shows the three-dimensional shape of the mirror reflecting surface at time T1. The shape (e) shows the three-dimensional shape of the mirror reflecting surface at time T2.

同図において、静止状態におけるミラー反射面の変形、ここでは、反射面の最も高いところと最も低いところの差を取っているが、その変形量は236nm、ミラー1が許容範囲に入った時点(時刻T0)のミラー反射面の変形は255nm、時刻T0から50μs経過した時刻T1のミラー反射面の変形は208nm、時刻T0から950μs経過した時刻T2のミラー反射面の変形は235nmである。したがって、ミラー反射面の変形50μs経過した時刻T1以降にレーザを照射すれば、加工品質を向上させることができる。   In the figure, the deformation of the mirror reflecting surface in a stationary state, here, the difference between the highest and the lowest of the reflecting surface is taken, but the amount of deformation is 236 nm, when the mirror 1 enters the allowable range ( The deformation of the mirror reflection surface at time T0) is 255 nm, the deformation of the mirror reflection surface at time T1 after 50 μs from time T0 is 208 nm, and the deformation of the mirror reflection surface at time T2 after 950 μs from time T0 is 235 nm. Therefore, if the laser is irradiated after time T1 when 50 μs of deformation of the mirror reflecting surface has elapsed, the processing quality can be improved.

ところで、ミラー反射面の変形の程度は、ミラー1の揺動角度θの大きさによって異なる。そこで、ミラー1の動作範囲内において、予め、揺動角度θとミラー反射面の変形との関係を総て求めておく。すなわち、例えば、揺動角度0.1度毎に、時刻T0から時間10μs経過する毎のミラー反射面の変形を測定しておく。そして、従来から定められているレーザの加工条件(照射条件)であるパルス強度とパルスオン時間に加えて、さらに遅延時間Tを設定しておく。このようにすると、品質に優れる穴を加工することができ、しかも、ミラー反射面の変形が収まる最も短い時間を設定することができるので、加工速度もそれほど低下しない。なお、測定値及び設定された遅延時間Tは制御装置4の図示しないメモリに例えばテーブル化して格納し、制御装置4のCPUが前記テーブルを直ぐに参照できるようにしておく。   By the way, the degree of deformation of the mirror reflecting surface varies depending on the swing angle θ of the mirror 1. Therefore, all the relationships between the swing angle θ and the deformation of the mirror reflecting surface are obtained in advance within the operating range of the mirror 1. That is, for example, the deformation of the mirror reflecting surface is measured every time 10 μs elapses from time T0 at every swing angle of 0.1 degree. A delay time T is set in addition to the pulse intensity and the pulse-on time, which are conventionally determined laser processing conditions (irradiation conditions). In this way, a hole with excellent quality can be processed, and the shortest time in which the deformation of the mirror reflecting surface can be set can be set, so that the processing speed does not decrease so much. The measured value and the set delay time T are stored in a memory (not shown) of the control device 4 as a table, for example, so that the CPU of the control device 4 can refer to the table immediately.

図4は、本発明を適用したレーザ穴明け加工装置の光学系の構成図であり、図1と同等な各部には同一の符号を付して重複する説明を省略する。   FIG. 4 is a configuration diagram of an optical system of a laser drilling apparatus to which the present invention is applied, and the same components as those in FIG.

レーザ穴明け加工装置の光学系は、レーザ発振器8、ビーム径調整器20、パルス整形器21、第1及び第2の2つのガルバノスキャナ2a,2b、第1及び第2のガルバノ制御部3a,3b、Fθレンズ22、及びこれらを制御する加工用の制御装置52から基本的に構成されている。レーザ発振器8は加工用途に合わせて炭酸ガスレーザ若しくは、UVレーザが選択されるが、ここでは、波長9.4μmのレーザ光9を出力する炭酸ガスレーザ発振器である。レーザ発振器8から出力されたレーザ光9は、ビーム径調整器20により外径を整形され、音響光学方式のパルス整形器(以下、「AOM」と称す。)21により、加工条件に基づいてパルスエネルギを制御されたエネルギ制御レーザ光9kを加工用の光軸に分岐する。なお、エネルギ制御レーザ光9k以外の非エネルギ制御レーザ光9dは図示を省略するダンパに照射され、熱に変換される。   The optical system of the laser drilling apparatus includes a laser oscillator 8, a beam diameter adjuster 20, a pulse shaper 21, first and second galvano scanners 2a and 2b, and first and second galvano controllers 3a, 3b, and the Fθ lens 22 and a processing control device 52 for controlling them are basically configured. As the laser oscillator 8, a carbon dioxide gas laser or a UV laser is selected according to the processing application. Here, the laser oscillator 8 is a carbon dioxide laser oscillator that outputs a laser beam 9 having a wavelength of 9.4 μm. The laser light 9 output from the laser oscillator 8 is shaped in outer diameter by a beam diameter adjuster 20 and is pulsed by an acousto-optic pulse shaper (hereinafter referred to as “AOM”) 21 based on processing conditions. The energy-controlled laser light 9k whose energy is controlled is branched to the processing optical axis. The non-energy control laser beam 9d other than the energy control laser beam 9k is irradiated to a damper (not shown) and converted into heat.

エネルギ制御レーザ光9kは、第1及び第2のガルバノスキャナ2a,2bにより揺動方向に位置決めされる第1及び第2のミラー1a,1bによりワーク50であるプリント基板上においてX−Y方向に位置決めされる。第1及び第2のミラー1a,1bで反射されたエネルギ制御レーザ光9kは、Fθレンズ22により集光され、XYテーブル51上に載置されたワーク50の所望の位置に入射する。   The energy control laser beam 9k is applied in the XY direction on the printed circuit board as the work 50 by the first and second mirrors 1a and 1b positioned in the swinging direction by the first and second galvano scanners 2a and 2b. Positioned. The energy control laser beam 9k reflected by the first and second mirrors 1a and 1b is collected by the Fθ lens 22 and enters a desired position of the workpiece 50 placed on the XY table 51.

このようにしてワーク50の所望の位置に入射してレーザ加工を行う場合、レーザ発振器8、AOM21及び第1及び第2のガルバノ制御部3a、3bは、制御装置52により、同期的に制御される。制御装置52は、レーザ加工条件の設定と加工パターンに従い、第1及び第2のガルバノスキャナ2a,2bに動作指令を出力すると共に両者の動作状態を監視する。そして、第1及び第2のミラー1a,1bの位置決め動作が完了すると、制御装置52はレーザ発振器8にレーザ出力信号を出力し、レーザ光9を出力させると共に、AOM21に対してパルス整形指令を出力する。パルス整形指令は加工条件に基づいて加工に使用するレーザ光9kを整形するもので、この指令により加工光軸上でレーザ光9kがAOM21で分岐され、非エネルギ制御レーザ光9dとエネルギ制御レーザ光9kとして出力される。   In this way, when laser processing is performed by entering the workpiece 50 at a desired position, the laser oscillator 8, the AOM 21, and the first and second galvano controllers 3a and 3b are controlled synchronously by the controller 52. The The control device 52 outputs an operation command to the first and second galvano scanners 2a and 2b in accordance with the setting of the laser processing conditions and the processing pattern, and monitors the operation state of both. When the positioning operation of the first and second mirrors 1a and 1b is completed, the control device 52 outputs a laser output signal to the laser oscillator 8 and outputs a laser beam 9, and also issues a pulse shaping command to the AOM 21. Output. The pulse shaping command shapes the laser beam 9k used for machining based on the machining conditions. By this command, the laser beam 9k is branched by the AOM 21 on the machining optical axis, and the non-energy control laser beam 9d and the energy control laser beam are split. It is output as 9k.

次に、レーザ加工における各部の動作を説明する。   Next, the operation of each part in laser processing will be described.

図5は、本発明を適用した場合のレーザ加工のタイムチャートであり、1回のガルバノ動作でレーザ光を2回照射する例を示している。なお、同図における(a)は発振されたレーザパルスの形状を示し、縦軸はエネルギ強度である。また、(b)はレーザ出力信号を、(c)はAOM出力信号を、(d)はガルバノスキャナの動作状態を、それぞれ示している。また、(e)はミラーの位置であり、縦軸は角度である。なお、(e)における点線はミラーの位置決め許容範囲であり(目標位置は0)、穴の品質を保つためにはこの範囲内でレーザを照射する必要がある。ここでは、理解を容易にするため、ミラー1aだけが動作するとして説明する。   FIG. 5 is a time chart of laser processing when the present invention is applied, and shows an example in which laser light is irradiated twice by one galvano operation. In addition, (a) in the figure shows the shape of the oscillated laser pulse, and the vertical axis represents the energy intensity. (B) shows the laser output signal, (c) shows the AOM output signal, and (d) shows the operating state of the galvano scanner. (E) is the position of the mirror, and the vertical axis is the angle. Note that the dotted line in (e) is the allowable positioning range of the mirror (target position is 0), and it is necessary to irradiate the laser within this range in order to maintain the hole quality. Here, in order to facilitate understanding, it is assumed that only the mirror 1a operates.

ガルバノスキャナ2によって揺動駆動されるミラー1aが揺動軸に対して予め設定された揺動許容範囲θaに入ると(時刻T0)、制御装置52は、ガルバノ移動位置決めが完了し停止したと判断する。次に、制御装置52は、加工条件で設定されている時間tが経過した後(時刻T1)、レーザ発振器8にレーザ出力信号を出す。上記したように、この時間tが本発明の特徴である。時刻T0から時間t経過後の時刻T1で、レーザ発振器8からレーザ光9が出力されるとともに、AOM21には制御装置52から時間Pの遅延時間をもってAOM信号が送られる。AOM信号は時間Qの長さで連続的に出力され、パルス整形の役割も果たす。時間Qが経過するとAOM信号は遮断されるが、以降時間R経過するまで、レーザ出力信号は連続的に出力され続ける。これで1回目のレーザ照射が終了する。   When the mirror 1a driven to swing by the galvano scanner 2 enters a swing allowable range θa set in advance with respect to the swing axis (time T0), the control device 52 determines that the galvano movement positioning is completed and stopped. To do. Next, the control device 52 outputs a laser output signal to the laser oscillator 8 after the time t set in the processing conditions has elapsed (time T1). As described above, this time t is a feature of the present invention. At time T1 after the elapse of time t from time T0, laser light 9 is output from the laser oscillator 8, and an AOM signal is sent to the AOM 21 with a delay time P from the control device 52. The AOM signal is continuously output for a length of time Q, and also plays a role of pulse shaping. When the time Q elapses, the AOM signal is cut off, but the laser output signal is continuously output until the time R elapses thereafter. This completes the first laser irradiation.

1回目のレーザ出力信号が出されてから時間D経過後、制御装置52から2回目のレーザ出力信号が出され、連動してAOM21への出力信号が1回目と同じ条件で出力される。2回のレーザ照射が完了した後、第1及び第2のミラー1a,1bは次の加工位置へ移動を開始する。そして、この動作を加工が終了するまで繰り返す。なお、動的な平面度の変化が少ないミラーの場合や、穴品質よりも加工速度の向上を求められ場合は、時間tの設定を0にすることで対応できる。   After the time D has elapsed since the first laser output signal is output, the control device 52 outputs the second laser output signal, and the output signal to the AOM 21 is output in conjunction with the first condition. After the two laser irradiations are completed, the first and second mirrors 1a and 1b start moving to the next processing position. This operation is repeated until the machining is completed. In the case of a mirror with a small change in dynamic flatness, or when it is required to improve the processing speed rather than the hole quality, the time t can be set to 0.

1 ミラー
2j 揺動軸
8 レーザ発振器
9 レーザ光
T0 時刻
1 Mirror 2j Oscillating shaft 8 Laser oscillator 9 Laser light T0 Time

Claims (1)

平板状のミラーを駆動軸に関して揺動させることによりレーザ発振器から出力されたレーザ光の光軸を偏向させ、前記レーザ光を被加工物の所望の位置に位置決めし、当該被加工物に対して穴明け加工を行うレーザ穴明け加工方法において、
前記ミラーを揺動させたときの前記ミラーの平面度の変形量を、前記ミラーが目標位置座標に対して予め設定した位置決め許容範囲内に入った時刻を起点とする時間経過に合わせて予め求めておき、前記求めた結果に基づき、前記ミラーが予め設定した位置決め許容範囲内に入ってから前記レーザ光を被加工部に照射するまでの時間を加工条件として予め設定しておくことを特徴とするレーザ穴明け加工方法。
The optical axis of the laser beam outputted from the laser oscillator is deflected by swinging the flat mirror with respect to the drive shaft, the laser beam is positioned at a desired position of the workpiece, and the workpiece is In the laser drilling method for drilling,
The amount of deformation of the flatness of the mirror when the mirror is swung is obtained in advance in accordance with the passage of time starting from the time when the mirror enters the positioning allowable range set in advance with respect to the target position coordinates. In addition, based on the obtained result, a time from when the mirror enters a preset positioning allowable range until the laser beam is irradiated onto the workpiece is preset as a processing condition. Laser drilling method.
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JP4049459B2 (en) * 1998-10-09 2008-02-20 松下電器産業株式会社 Laser processing method
JP2001096381A (en) * 1999-09-29 2001-04-10 Matsushita Electric Ind Co Ltd Laser beam machining process
JP2001174240A (en) * 1999-12-15 2001-06-29 Suzuka Fuji Xerox Co Ltd Method and apparatus for measuring planarity
JP4674183B2 (en) * 2006-05-30 2011-04-20 日立ビアメカニクス株式会社 Scanner device

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