JP5178622B2 - Laser processing apparatus and laser processing method - Google Patents
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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。 The present invention relates to a laser processing apparatus and a laser processing method for performing processing by irradiating a workpiece with a laser beam.
図5(A)及び(B)を参照して、従来技術によるレーザ加工(多軸穴開け加工)について説明する。 With reference to FIG. 5 (A) and (B), the laser processing (multi-axis drilling) by a prior art is demonstrated.
図5(A)は、レーザのエネルギ分岐を用いた多軸穴開け装置を示す概略図である。レーザ光源10から、パルスレーザビーム30が発振周波数f[kHz]で出射する。パルスレーザビーム30は、ビーム径を調整するエキスパンダ11を経由してマスク12に入射し、ビーム断面が整形される。マスク12の透光領域を透過したパルスレーザビーム30は、分岐ミラー13によって多軸分岐される。本図には2軸に分岐される例を示した。分岐ミラー13に入射したパルスレーザビーム30は、相互に異なる経路を進行するパルスレーザビーム30a及び30bに分けられ、それぞれチューブレンズ(フィールドレンズ)15a、15b、ガルバノスキャナ16a、16b、及びfθレンズ17a、17bを経て、加工対象物であるプリント基板20a、20bに入射する。パルスレーザビーム30a、30bの照射によって、プリント基板20a、20bの穴開け加工が行われる。
FIG. 5A is a schematic view showing a multi-axis drilling apparatus using energy branching of a laser. A
基板20a、20bの穴開け加工の加工周波数は、それぞれf[kHz]である。また、分岐ミラー13によってパルスレーザビーム30のパルスエネルギは分割され、たとえば分岐ミラー13における透過と反射の割合が1:1である場合、マスク12透過後のパルスレーザビーム30のパルスエネルギをE[J]とすると、加工に利用されるパルスエネルギはE/2[J]以下となる。
The processing frequency of the drilling processing of the
レーザビーム30のパルス幅を大きくすることで、加工に必要なパルスエネルギを確保することは可能である。しかし、特に熱影響を排除したいピークパワー(レーザパルスのエネルギをパルス幅で除して得られる値)が必要な加工においては、高価な高出力レーザ発振器の使用が要求される。だが、高出力レーザ発振器は安定性が低い点で、良質な加工を実現しにくい。
By increasing the pulse width of the
図5(B)は、時間分岐を用いた多軸穴開け装置を示す概略図である。図5(A)に示す装置とは、分岐ミラー13の代わりに音響光学偏向器18(Acousto-Optic Deflector ;AOD)を備えている点において相違する。 FIG. 5B is a schematic view showing a multi-axis drilling device using time branching. 5A is different from the apparatus shown in FIG. 5A in that an acousto-optic deflector (AOD) is provided instead of the branch mirror 13.
AOD18は、BBO、KTP、LiTaO結晶、Ge単結晶等を用いて形成され、たとえば超音波媒体、トランスジューサ、及び超音波吸収体の各部を含んで構成される。AOD18は、超音波媒体中におけるブラッグ回折現象を利用し、外部からの制御信号によって、AOD18に負荷する超音波の周波数(波長)を変化させることで、入射するレーザビーム30の偏向角を変えることができる。超音波が負荷されないときに入射したレーザビーム30は、AOD18を直進透過する。
The
図5(B)に示した、時間分岐を用いた多軸穴開け装置においては、たとえばレーザパルスごとにビームを軸に振り分ける。たとえばあるレーザパルスを光路Aに振り分けたら、その次に出射されるレーザパルスを光路Bに振り分け、以後これを繰り返す。このため、基板20a、20bの穴開け加工の加工周波数は、それぞれf/2[kHz]となる。本図には2軸方向に振り分ける装置を示したが、N軸に振り分ける装置においては、穴開け加工の加工周波数は、1軸につきf/N[kHz]となる。
In the multi-axis drilling device using time branching shown in FIG. 5B, for example, the beam is distributed to the axis for each laser pulse. For example, when a certain laser pulse is distributed to the optical path A, the laser pulse emitted next is distributed to the optical path B, and this is repeated thereafter. For this reason, the processing frequency of the drilling processing of the
このような多軸穴開け装置においては、少なくともマスク12透過後のレーザパルスのパルスエネルギ及びピークパワーが加工に関して十分となるレーザ発振器が必要となる。しかしながら、上述のように、高出力レーザ発振器は高価であり、また、安定性が低い点で、良質な加工を実現しにくい。
In such a multi-axis drilling apparatus, a laser oscillator in which at least the pulse energy and peak power of the laser pulse after passing through the
レーザビームによって相対的に穴が形成されやすい材料(たとえば樹脂)からなる下地部材の上に、レーザビームによって相対的に穴が形成されにくい材料(たとえば銅)からなる表面層が形成された加工対象物(たとえばプリント基板)に、高い時間効率で穴開け加工を行うレーザ照射装置及びレーザ加工方法の発明が開示されている(たとえば、特許文献1参照)。 A processing target in which a surface layer made of a material (for example, copper) in which holes are relatively difficult to be formed by a laser beam is formed on a base member made of a material (for example, resin) in which holes are relatively easily formed by a laser beam. An invention of a laser irradiation apparatus and a laser processing method for performing drilling with high time efficiency on an object (for example, a printed circuit board) has been disclosed (for example, see Patent Document 1).
本発明の目的は、加工性の異なる複数の材料からなる加工対象物を加工することができるレーザ加工装置及びレーザ加工方法を提供することである。 The objective of this invention is providing the laser processing apparatus and laser processing method which can process the process target object which consists of several materials from which workability differs.
本発明の一観点によれば、レーザビームを出射する第1のレーザ光源及び第2のレーザ光源と、前記第1のレーザ光源を出射したレーザビームの光路上に配置され、外部からの制御信号によって、入射したレーザビームを第1の光路に沿って出射する状態と、第2の光路に沿って出射する状態とを切り替えることのできる第1のビーム偏向器と、前記第2のレーザ光源を出射したレーザビームの光路上に配置され、外部からの制御信号によって、入射したレーザビームを第3の光路に沿って出射する状態と、第4の光路に沿って出射する状態とを切り替えることのできる第2のビーム偏向器と、前記第1乃至第4の光路のうちの相互に異なる2つの光路上に配置され、それぞれ入射したレーザビームの偏光方向を90°旋回させて出射する第1の偏光方向変化器及び第2の偏光方向変化器と、入射するレーザビームの偏光状態によって該レーザビームを透過するか反射するかが切り替わり、前記第1のレーザ光源を出射したレーザビームと、前記第2のレーザ光源を出射したレーザビームとを合流させる第1のビーム合流器であって、前記第1の偏光方向変化器の配置された光路を進行するレーザビームと、前記第2の偏光方向変化器の配置されていない光路を進行するレーザビームとを合流させる第1のビーム合流器と、入射するレーザビームの偏光状態によって該レーザビームを透過するか反射するかが切り替わり、前記第1のレーザ光源を出射したレーザビームと、前記第2のレーザ光源を出射したレーザビームとを合流させる第2のビーム合流器であって、前記第2の偏光方向変化器の配置された光路を進行するレーザビームと、前記第2の偏光方向変化器の配置されていない光路を進行するレーザビームであって、前記第1のビーム合流器で合流されないレーザビームとを合流する第2のビーム合流器とを有するレーザ加工装置が提供される。 According to one aspect of the present invention, a first laser light source and a second laser light source that emit a laser beam, and an external control signal that is disposed on the optical path of the laser beam emitted from the first laser light source. The first beam deflector capable of switching between the state of emitting the incident laser beam along the first optical path and the state of emitting the incident laser beam along the second optical path, and the second laser light source Switching between a state in which the incident laser beam is emitted along the third optical path and a state in which the incident laser beam is emitted along the fourth optical path is performed by a control signal from the outside, which is disposed on the optical path of the emitted laser beam. And a second beam deflector that can be arranged on two different optical paths among the first to fourth optical paths, and each of the incident laser beams is emitted by rotating the polarization direction of the laser beam by 90 °. The polarization direction changer and the second polarization direction changer are switched between transmitting and reflecting the laser beam according to the polarization state of the incident laser beam, and the laser beam emitted from the first laser light source, A first beam combiner for combining a laser beam emitted from a second laser light source, the laser beam traveling in the optical path in which the first polarization direction changer is disposed, and the second polarization direction The first beam combiner for combining the laser beam traveling in the optical path where the changer is not disposed, and whether the laser beam is transmitted or reflected are switched depending on the polarization state of the incident laser beam, and the first beam combiner is switched. A second beam combiner for combining a laser beam emitted from a laser light source and a laser beam emitted from the second laser light source, wherein the second polarization method A laser beam that travels in an optical path in which a direction changer is disposed, and a laser beam that travels in an optical path in which the second polarization direction changer is not disposed, and are not merged by the first beam merger And a second beam combiner for combining the two.
また、本発明の他の観点によれば、レーザビームを出射する第1のレーザ光源及び第2のレーザ光源と、前記第1のレーザ光源を出射したレーザビームの光路上に配置され、外部からの制御信号によって、入射したレーザビームを第1の光路に沿って出射する状態と、第2の光路に沿って出射する状態とを切り替えることのできる第1のビーム偏向器と、前記第2のレーザ光源を出射したレーザビームの光路上に配置され、外部からの制御信号によって、入射したレーザビームを第3の光路に沿って出射する状態と、第4の光路に沿って出射する状態とを切り替えることのできる第2のビーム偏向器と、前記第1乃至第4の光路のうちの相互に異なる2つの光路上に配置され、それぞれ入射したレーザビームの偏光方向を90°旋回させて出射する第1の偏光方向変化器及び第2の偏光方向変化器と、入射するレーザビームの偏光状態によって該レーザビームを透過するか反射するかが切り替わり、前記第1のレーザ光源を出射したレーザビームと、前記第2のレーザ光源を出射したレーザビームとを合流させる第1のビーム合流器であって、前記第1の偏光方向変化器の配置された光路を進行するレーザビームと、前記第2の偏光方向変化器の配置されていない光路を進行するレーザビームとを合流させる第1のビーム合流器と、入射するレーザビームの偏光状態によって該レーザビームを透過するか反射するかが切り替わり、前記第1のレーザ光源を出射したレーザビームと、前記第2のレーザ光源を出射したレーザビームとを合流させる第2のビーム合流器であって、前記第2の偏光方向変化器の配置された光路を進行するレーザビームと、前記第2の偏光方向変化器の配置されていない光路を進行するレーザビームであって、前記第1のビーム合流器で合流されないレーザビームとを合流する第2のビーム合流器とを有するレーザ加工装置を用いて行うレーザ加工方法であって、(a)レーザビームによって相対的に加工されやすい材料からなる部分と、レーザビームによって相対的に加工されにくい材料からなる部分とを備える第1及び第2の加工対象物を準備する工程と、(b)前記第1のレーザ光源を出射したレーザビームと、前記第2のレーザ光源を出射したレーザビームとを、前記第1のビーム合流器で合流して、前記第1の加工対象物の加工されにくい材料からなる部分に入射させる工程と、(c)前記第1のレーザ光源を出射したレーザビームと、前記第2のレーザ光源を出射したレーザビームとを、前記第2のビーム合流器で合流して、前記第2の加工対象物の加工されにくい材料からなる部分に入射させる工程と、(d)前記第1のレーザ光源を出射したレーザビームと、前記第2のレーザ光源を出射したレーザビームとのうちの一方を、前記第1のビーム合流器を介して、前記第1の加工対象物の加工されやすい材料からなる部分に入射させるとともに、他方を、前記第2のビーム合流器を介して、前記第2の加工対象物の加工されやすい材料からなる部分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。 According to another aspect of the present invention, a first laser light source and a second laser light source that emit a laser beam, and an optical path of the laser beam emitted from the first laser light source are arranged from the outside. A first beam deflector capable of switching between a state in which the incident laser beam is emitted along the first optical path and a state in which the incident laser beam is emitted along the second optical path, and the second A state in which the incident laser beam is emitted along the third optical path and a state in which the incident laser beam is emitted along the fourth optical path are arranged on the optical path of the laser beam emitted from the laser light source and controlled by an external control signal. A second beam deflector that can be switched and two different optical paths among the first to fourth optical paths, and the polarization direction of the incident laser beam is rotated by 90 ° and output. The first polarization direction changer and the second polarization direction changer that switch between transmitting and reflecting the laser beam depending on the polarization state of the incident laser beam, and emitting the laser beam emitted from the first laser light source A first beam combiner for combining the laser beam emitted from the second laser light source, the laser beam traveling in the optical path in which the first polarization direction changer is disposed, and the second beam combiner A first beam combiner that combines a laser beam traveling in an optical path in which no polarization direction changer is disposed, and whether the laser beam is transmitted or reflected is switched depending on a polarization state of the incident laser beam, A second beam combiner for combining the laser beam emitted from the first laser light source and the laser beam emitted from the second laser light source, wherein the second beam combiner The laser beam traveling on the optical path where the polarization direction changer is disposed and the laser beam traveling on the optical path where the second polarization direction changer is not disposed, and are not merged by the first beam merger A laser processing method performed using a laser processing apparatus having a second beam combiner that combines a laser beam, wherein: (a) a portion made of a material that is relatively easily processed by the laser beam; and a laser beam A step of preparing first and second objects to be processed, each including a portion made of a material that is relatively difficult to process; (b) a laser beam emitted from the first laser light source; and the second laser light source. A laser beam emitted from the first beam combiner and incident on a portion of the first workpiece that is difficult to process, and (c) before A material in which the laser beam emitted from the first laser light source and the laser beam emitted from the second laser light source are merged by the second beam combiner so that the second workpiece is hard to be processed. And (d) one of a laser beam emitted from the first laser light source and a laser beam emitted from the second laser light source, and the first beam combiner. The first workpiece is made incident on a portion made of a material that is easy to be processed, and the other is passed through the second beam combiner, and the second workpiece is easily processed. And a step of causing the laser beam to be incident on a portion made of the same.
本発明によれば、加工性の異なる複数の材料からなる加工対象物を加工することが可能なレーザ加工装置及びレーザ加工方法を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the laser processing apparatus and laser processing method which can process the process target consisting of several materials from which workability differs can be provided.
図1は、第1の実施例によるレーザ加工装置を示す概略図である。第1の実施例によるレーザ加工装置は、レーザ光源10A、10B、エキスパンダ11A、11B、マスク12A、12B、折り返しミラー14a〜14h、チューブレンズ(フィールドレンズ)15A、15B、ガルバノスキャナ16A、16B、fθレンズ17A、17B、AOD18A、18B、半波長板21B1、21B2、偏光ビームスプリッタ(Polarizing Beam Splitter ;PBS)22A、22B、及びステージ40を含んで構成される。
FIG. 1 is a schematic view showing a laser processing apparatus according to the first embodiment. The laser processing apparatus according to the first embodiment includes
レーザ光源10A、10Bは、たとえばPBS22A、22Bに対してP偏光となる、直線偏光されたパルスレーザビーム30A、30Bを、等しい周波数f[kHz]で同時に出射する。パルスレーザビーム30A、30Bは、それぞれビーム径を調整するエキスパンダ11A、11B、透光領域と遮光領域を備え、ビームの断面形状を整形するマスク12A、12Bを経由して、AOD18A、18Bに入射する。
The
AOD18Aは、外部からの制御信号によって、レーザパルスごとにパルスレーザビーム30Aを光路A1及びA2に振り分ける。本図においては、光路A1、A2に振り分けられたパルスレーザビーム30Aを、それぞれパルスレーザビーム30A1、30A2と示した。同様に、AOD18Bは、外部からの制御信号によって、レーザパルスごとにパルスレーザビーム30Bを光路B1及びB2に振り分ける。光路B1、B2に振り分けられるパルスレーザビーム30Bを、それぞれパルスレーザビーム30B1、30B2と示す。AOD18Aによって、パルスレーザビーム30Aが光路A1に振り分けられるとき、パルスレーザビーム30Bは、AOD18Bによって、光路B1に振り分けられる。
The
光路A1を進行するパルスレーザビーム30A1は、P偏光を透過しS偏光を反射する(入射するレーザビームの偏光状態によって、該レーザビームを透過するか反射するかが切り替わる)PBS22Aに入射し、これを透過する。光路B1を進行するパルスレーザビーム30B1は、半波長板21B1に入射する。半波長板21B1は、パルスレーザビーム30B1の偏光方向を90°旋回させる。半波長板21B1を出射したパルスレーザビーム30B1は、必要に応じて配置される折り返しミラー14c〜14eを経て、PBS22Aに対するS偏光としてこれに入射し、反射される。PBS22Aを透過するパルスレーザビーム30A1と、PBS22Aで反射されるパルスレーザビーム30B1とは重畳されて、PBS22Aを出射する。
The pulsed laser beam 30A1 traveling in the optical path A1 is incident on the
重畳してPBS22Aを出射するパルスレーザビームは、フィールドレンズ15Aを透過し、ガルバノスキャナ16Aに入射する。ガルバノスキャナ16Aは2枚の揺動鏡を含んで構成され、パルスレーザビームの出射方向を変化させることができる。ガルバノスキャナ16Aを出射したパルスレーザビームは、fθレンズ17Aを経て、ステージ40上に保持されたプリント基板20Aに照射される。fθレンズ17Aは、パルスレーザビームをプリント基板20A上に集光し、基板20Aの垂直方向から入射させる。
The pulse laser beam that is superimposed and emitted from the
プリント基板20Aは、たとえば樹脂(レーザビームによって相対的に穴が形成されやすい材料)からなる下地部材の上に、たとえば銅(レーザビームによって相対的に穴が形成されにくい材料)からなる表面層が形成された加工対象物(異なる加工性をもつ複数の材料からなる加工対象物)である。
The printed
光路A1を進行したパルスレーザビーム30A1と、光路B1を進行したパルスレーザビーム30B1とが重畳されたパルスレーザビームは、プリント基板20Aの銅層に入射し、銅層の穴開け加工が行われる。
The pulse laser beam in which the pulse laser beam 30A1 traveling in the optical path A1 and the pulse laser beam 30B1 traveling in the optical path B1 are superimposed is incident on the copper layer of the printed
AOD18Aにより光路A1に振り分けられたレーザパルスの次に、レーザ光源10Aを出射するレーザパルスは、パルスレーザビーム30A2として光路A2に振り分けられる。パルスレーザビーム30A2は、必要に応じて配置される折り返しミラー14a、14bで反射されて、PBS22Bに対するP偏光としてこれに入射し透過する。一方、AOD18Bにより光路B1に振り分けられたレーザパルスの次に、レーザ光源10Bを出射するレーザパルスは、パルスレーザビーム30B2として光路B2に振り分けられる。パルスレーザビーム30B2は、半波長板21B2を透過することにより、偏光方向が90°旋回し、PBS22Bに対するS偏光としてこれに入射し、反射される。PBS22Bを透過するパルスレーザビーム30A2と、PBS22Bで反射されるパルスレーザビーム30B2とは重畳されて、PBS22Bを出射する。
Next to the laser pulse distributed to the optical path A1 by the
重畳してPBS22Bを出射するパルスレーザビームは、フィールドレンズ15B、ガルバノスキャナ16B、fθレンズ17Bを経て、ステージ40上に保持されたプリント基板20Bに照射される。
The pulse laser beam superimposed and emitted from the
プリント基板20Bは、たとえばプリント基板20Aと等しい積層構造を有する加工基板である。光路A2を進行したパルスレーザビーム30A2と、光路B2を進行したパルスレーザビーム30B2とが重畳されたパルスレーザビームは、プリント基板20Bの銅層に入射し、銅層の穴開け加工が行われる。
The printed
銅層に貫通孔が形成されるまで、レーザ光源10A、10Bを出射したパルスレーザビーム30A、30Bを重畳して、プリント基板20A、20Bにたとえば交互に照射する。プリント基板20A、20Bの銅層穴開け加工の加工周波数は、それぞれf/2[kHz]である。また、AOD18A、18Bによる振り分け後のレーザビーム30A1、30A2、30B1、30B2のパルスエネルギをE[J]とすると、加工に利用される1ショットの重畳レーザパルスのパルスエネルギは2E[J]となる。なお、銅層には通常1ショットの重畳レーザパルスで貫通孔が形成される。
Until the through holes are formed in the copper layer, the
銅層の穴開け加工が終了した後、樹脂層の穴開け加工を行う。樹脂層の加工においては、レーザ光源10Aを出射するパルスレーザビーム30Aを光路A1に振り分けるとともに、レーザ光源10Bを出射するパルスレーザビーム30Bを光路B2に振り分ける。レーザ光源10Aを出射するパルスレーザビーム30Aを光路A2に振り分けるとともに、レーザ光源10Bを出射するパルスレーザビーム30Bを光路B1に振り分けてもよい。前者の場合、レーザ光源10Aを出射したパルスレーザビーム30Aによる、プリント基板20Aの樹脂層の加工と、レーザ光源10Bを出射したパルスレーザビーム30Bによる、プリント基板20Bの樹脂層の加工とが、同時並行して実施される。後者の場合には、パルスレーザビーム30Aによる、プリント基板20Bの樹脂層の加工と、パルスレーザビーム30Bによる、プリント基板20Aの樹脂層の加工とが、同時並行して行われる。パルスレーザビーム30A、30Bは銅層が除去され、露出した樹脂層部分に入射する。
After the copper layer has been drilled, the resin layer is drilled. In processing the resin layer, the
プリント基板20A、20Bの樹脂層に貫通孔が形成されるまで、レーザ光源10A、10Bを出射したパルスレーザビーム30A、30Bを、プリント基板20A、20Bの樹脂層に照射する。プリント基板20A、20Bの樹脂層穴開け加工の加工周波数は、それぞれf[kHz]である。また、AOD18A、18B通過後のレーザビーム30A1、30A2、30B1、30B2のパルスエネルギをE[J]とすると、加工に利用される1ショットのレーザパルスのパルスエネルギはE[J]となる。なお、樹脂層には通常複数ショットのレーザパルスで貫通孔が形成される。
Until the through holes are formed in the resin layers of the printed
第1の実施例によるレーザ加工装置によれば、加工性の良くない、加工に高いピークパワーやエネルギを必要とする材料を加工するときには、複数のレーザ光源から出射したレーザビームを重畳して照射し、加工性の良好な材料を加工するときには、1つのレーザ光源を出射したレーザビームのみを照射するレーザ加工を行うことが可能である。このため、低ピークパワーのレーザ発振器を用いて加工性の悪い材料を加工することができるとともに、加工性の異なる複数の材料からなる加工対象物を高効率で加工することができる。 According to the laser processing apparatus of the first embodiment, when processing a material having poor workability and requiring high peak power or energy for processing, the laser beams emitted from a plurality of laser light sources are superimposed and irradiated. However, when processing a material having good workability, it is possible to perform laser processing that irradiates only a laser beam emitted from one laser light source. For this reason, it is possible to process a material with poor processability using a low peak power laser oscillator, and it is possible to process a processing object made of a plurality of materials with different processability with high efficiency.
また、第1の実施例によるレーザ加工装置は、ピークパワーの低い安価なレーザ発振器を使用することが可能なため、低コストで装置を構成することができる。 In addition, since the laser processing apparatus according to the first embodiment can use an inexpensive laser oscillator with low peak power, the apparatus can be configured at low cost.
さらに、ピークパワーの低いレーザ発振器は、安定性が高い。したがって、第1の実施例によるレーザ加工装置を用いて、良好な品質の加工を行うことができる。 Furthermore, a laser oscillator with a low peak power has high stability. Therefore, good quality processing can be performed using the laser processing apparatus according to the first embodiment.
また、第1の実施例によるレーザ加工装置によれば、たとえば図2(A)に太線で示すように、2つのレーザ光源10A、10Bの各々を出射した1ショットめのレーザパルスを重畳して一方の基板20Aの銅層に穴を開け、図2(B)に太線で示すように、2ショットめのレーザパルスを重畳して他方の基板20Bの銅層に穴を開け、更に、図2(C)に太線で示すように、レーザ光源10Aを出射した3ショットめ以降のレーザパルスを基板20Aの樹脂層に、レーザ光源10Bを出射した3ショットめ以降のレーザパルスを基板20Bの樹脂層に、それぞれ並行して入射させて、各基板20A、20Bの樹脂層に穴を開けるレーザ加工方法を実施することができる。ピークパワーやエネルギの異なるレーザパルスを、同じ光軸から、等しい経路で加工対象物に入射させることができるので、2つの基板20A、20Bの加工終了まで、加工対象物を移動させないで(ステージ40を移動させないで)加工を行うことが可能である。また、一つのレーザパルス照射位置の銅層と樹脂層とに穴を開けた後、たとえば図2(A)〜(C)に点線で示すように、ガルバノスキャナを用いて異なる位置にレーザパルスを入射させることにより、ステージを動かさないで、プリント基板20A、20Bの全穴加工ができる。
Further, according to the laser processing apparatus of the first embodiment, for example, as shown by the thick lines in FIG. 2A, the first shot laser pulse emitted from each of the two
図3は、第2の実施例によるレーザ加工装置を示す概略図である。第1の実施例においては、半波長板が光路B1及びB2上に配置されていたが、第2の実施例においては、半波長板が光路A2及びB1上に配置されている。 FIG. 3 is a schematic view showing a laser processing apparatus according to the second embodiment. In the first embodiment, the half-wave plates are disposed on the optical paths B1 and B2. However, in the second embodiment, the half-wave plates are disposed on the optical paths A2 and B1.
第2の実施例においても、AOD18Aによって、光路A1に振り分けられたパルスレーザビーム30A1と、AOD18Bによって、光路B1に振り分けられたパルスレーザビーム30B1とがPBS22Aで重畳されて、プリント基板20Aに入射することで、基板20Aの銅層穴開け加工が行われる。また、光路A2に振り分けられたパルスレーザビーム30A2と、光路B2に振り分けられたパルスレーザビーム30B2とがPBS22Bで重畳されて、プリント基板20Bに入射することで、基板20Bの銅層穴開け加工が行われる。
Also in the second embodiment, the pulse laser beam 30A1 distributed to the optical path A1 by the
プリント基板20A、20Bの樹脂層の加工は、レーザビームを重畳することなく、低ピークパワー、低エネルギのレーザパルスを用いて行う。レーザ光源10A、10Bの一方を出射したレーザパルスが、基板20A、20Bの一方の樹脂層に入射するとき、レーザ光源10A、10Bの他方を出射したレーザパルスを、基板20A、20Bの他方の樹脂層に入射させる。
The resin layers of the printed
第2の実施例によるレーザ加工装置の奏する効果は、第1の実施例によるそれと同様である。 The effect of the laser processing apparatus according to the second embodiment is the same as that according to the first embodiment.
図4は、第3の実施例によるレーザ加工装置を示す概略図である。第1及び第2の実施例においては、パルスレーザビーム30A、30Bは、それぞれAOD18A、18Bによって異なる2方向に振り分けられたが、第3の実施例においは、異なる4方向に振り分けられる。すなわち第3の実施例は、4軸で4つの対象物の加工が可能なレーザ加工装置である。
FIG. 4 is a schematic view showing a laser processing apparatus according to the third embodiment. In the first and second embodiments, the
AOD18Aは、レーザ光源10Aから出射したパルスレーザビーム30Aをレーザパルスごとに、光路A1〜A4のいずれかに振り分けて出射する。同様に、AOD18Bは、レーザ光源10Bから出射したパルスレーザビーム30Bをレーザパルスごとに、光路B1〜B4のいずれかに出射する。光路A1、A2、B1、B2上に配置される光学要素は、第2の実施例におけるそれらと等しい。また、光路A3、A4、B3、B4上に配置される光学要素は、それぞれ光路A2、A1、B2、B1上に配置されるそれらと等しい。
The
第3の実施例においては、AOD18Aによって、光路A1に振り分けられたパルスレーザビーム30A1と、AOD18Bによって、光路B1に振り分けられたパルスレーザビーム30B1とがPBS22A1で重畳されて、プリント基板20Aに入射することで、基板20Aの銅層穴開け加工が行われる。また、光路A2に振り分けられたパルスレーザビーム30A2と、光路B2に振り分けられたパルスレーザビーム30B2とがPBS22B1で重畳されて、プリント基板20Bに入射することで、基板20Bの銅層穴開け加工が行われる。
In the third embodiment, the pulse laser beam 30A1 distributed to the optical path A1 by the
また、AOD18Aによって、光路A3に振り分けられたパルスレーザビーム30A3と、AOD18Bによって、光路B3に振り分けられたパルスレーザビーム30B3とがPBS22B2で重畳されて、プリント基板20Cに入射することで、基板20Cの銅層穴開け加工が行われる。また、光路A4に振り分けられたパルスレーザビーム30A4と、光路B4に振り分けられたパルスレーザビーム30B4とがPBS22A2で重畳されて、プリント基板20Dに入射することで、基板20Dの銅層穴開け加工が行われる。
In addition, the pulse laser beam 30A3 distributed to the optical path A3 by the
したがって、基板20Aの銅層を加工する際には、AOD18Aを、光路A1に沿ってレーザビーム30Aを出射する状態に制御するとともに、AOD18Bを、光路B1に沿ってレーザビーム30Bを出射する状態に制御する。同様に、基板20B、20C、20Dの銅層を加工する際には、それぞれAOD18Aを、光路A2、A3、A4に沿ってレーザビーム30を出射する状態に制御するとともに、AOD18Bを、光路B2、B3、B4に沿ってレーザビーム30Bを出射する状態に制御する。
Therefore, when processing the copper layer of the
プリント基板20A〜20Dの銅層穴開け加工の加工周波数は、レーザ光源10A、10Bの発振周波数をf[kHz]とすると、それぞれf/4[kHz]である。また、AOD18A、18B透過後のレーザビーム30A1〜30A4、30B1〜30B4のパルスエネルギをE[J]とすると、加工に利用される1ショットの重畳レーザパルスのパルスエネルギは2E[J]となる。
The processing frequency of the copper layer drilling processing of the printed
プリント基板20A〜20Dの樹脂層の加工は、レーザビームを重畳することなく行う。レーザ光源10A、10Bの一方を出射したレーザパルスαが、基板20A〜20Dのいずれかの樹脂層に入射するとき、レーザ光源10A、10Bの他方を出射したレーザパルスβを、基板20A〜20Dの樹脂層のうち、レーザパルスαが入射していない基板の樹脂層に入射させる。プリント基板20A〜20Dの樹脂層穴開け加工の加工周波数は、それぞれf/2[kHz]となる。また、加工に利用される1ショットのレーザパルスのパルスエネルギはE[J]である。
Processing of the resin layers of the printed
第3の実施例によるレーザ加工装置は、4つの加工対象物(プリント基板20A〜20D)の加工を並行して行うため、第1、第2の実施例によるレーザ加工装置よりも、高い時間効率で加工を行うことが可能である。その他の効果は、第1及び第2の実施例によるレーザ加工装置の奏する効果と同様である。
Since the laser processing apparatus according to the third embodiment performs processing of four processing objects (printed
以上、実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。 As mentioned above, although this invention was demonstrated along the Example, this invention is not limited to these.
たとえば実施例においては、ビーム偏向器としてAODを用いたが、AODに代えて電気光学偏向器等を用いてもよい。 For example, in the embodiment, an AOD is used as a beam deflector, but an electro-optic deflector or the like may be used instead of the AOD.
その他、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者には自明であろう。 It will be apparent to those skilled in the art that other various modifications, improvements, combinations, and the like are possible.
プリント基板など、加工性の異なる複数の材料から構成される加工対象物の加工に利用可能である。 The present invention can be used for processing a processing object composed of a plurality of materials having different processability such as a printed board.
10、10A、10B レーザ光源
11、11A、11B エキスパンダ
12、12A、12B マスク
13 分岐ミラー
14、14a〜14l 折り返しミラー
15a、15b、15A〜15D チューブレンズ(フィールドレンズ)
16a、16b、16A〜16D ガルバノスキャナ
17a、17b、17A〜17D fθレンズ
18、18A、18B AOD
20a、20b、20A〜20D 基板
21A2、21A3、21B1、21B2、21B4 半波長板
22A、22A1、22A2、22B、22B1、22B2 PBS
30、30a、30b、30A、30A1〜30A4、30B、30B1〜30B4 レーザビーム
40、40A、40B ステージ
10, 10A, 10B Laser
16a, 16b, 16A-
20a, 20b, 20A-20D Substrate 21A2, 21A3, 21B1, 21B2, 21B4 Half-
30, 30a, 30b, 30A, 30A1-30A4, 30B, 30B1-
Claims (4)
前記第1のレーザ光源を出射したレーザビームの光路上に配置され、外部からの制御信号によって、入射したレーザビームを第1の光路に沿って出射する状態と、第2の光路に沿って出射する状態とを切り替えることのできる第1のビーム偏向器と、
前記第2のレーザ光源を出射したレーザビームの光路上に配置され、外部からの制御信号によって、入射したレーザビームを第3の光路に沿って出射する状態と、第4の光路に沿って出射する状態とを切り替えることのできる第2のビーム偏向器と、
前記第1乃至第4の光路のうちの相互に異なる2つの光路上に配置され、それぞれ入射したレーザビームの偏光方向を90°旋回させて出射する第1の偏光方向変化器及び第2の偏光方向変化器と、
入射するレーザビームの偏光状態によって該レーザビームを透過するか反射するかが切り替わり、前記第1のレーザ光源を出射したレーザビームと、前記第2のレーザ光源を出射したレーザビームとを合流させる第1のビーム合流器であって、前記第1の偏光方向変化器の配置された光路を進行するレーザビームと、前記第2の偏光方向変化器の配置されていない光路を進行するレーザビームとを合流させる第1のビーム合流器と、
入射するレーザビームの偏光状態によって該レーザビームを透過するか反射するかが切り替わり、前記第1のレーザ光源を出射したレーザビームと、前記第2のレーザ光源を出射したレーザビームとを合流させる第2のビーム合流器であって、前記第2の偏光方向変化器の配置された光路を進行するレーザビームと、前記第2の偏光方向変化器の配置されていない光路を進行するレーザビームであって、前記第1のビーム合流器で合流されないレーザビームとを合流する第2のビーム合流器と
を有するレーザ加工装置。 A first laser light source and a second laser light source for emitting a laser beam;
The laser beam is arranged on the optical path of the laser beam emitted from the first laser light source, and the incident laser beam is emitted along the first optical path and emitted along the second optical path by a control signal from the outside. A first beam deflector that can be switched between
The laser beam is disposed on the optical path of the laser beam emitted from the second laser light source, and the incident laser beam is emitted along the third optical path and emitted along the fourth optical path by an external control signal. A second beam deflector that can be switched between
A first polarization direction changer and a second polarization are arranged on two different optical paths among the first to fourth optical paths, and output by rotating the polarization direction of the incident laser beam by 90 °, respectively. A direction changer,
Depending on the polarization state of the incident laser beam, transmission or reflection of the laser beam is switched, and a laser beam emitted from the first laser light source and a laser beam emitted from the second laser light source are merged. A laser beam that travels in an optical path in which the first polarization direction changer is disposed, and a laser beam that travels in an optical path in which the second polarization direction changer is not disposed. A first beam combiner to be merged;
Depending on the polarization state of the incident laser beam, transmission or reflection of the laser beam is switched, and a laser beam emitted from the first laser light source and a laser beam emitted from the second laser light source are merged. A laser beam traveling on an optical path where the second polarization direction changer is disposed and a laser beam traveling on an optical path where the second polarization direction changer is not disposed. And a second beam combiner that combines the laser beams that are not combined by the first beam combiner.
(a)レーザビームによって相対的に加工されやすい材料からなる部分と、レーザビームによって相対的に加工されにくい材料からなる部分とを備える第1及び第2の加工対象物を準備する工程と、
(b)前記第1のレーザ光源を出射したレーザビームと、前記第2のレーザ光源を出射したレーザビームとを、前記第1のビーム合流器で合流して、前記第1の加工対象物の加工されにくい材料からなる部分に入射させる工程と、
(c)前記第1のレーザ光源を出射したレーザビームと、前記第2のレーザ光源を出射したレーザビームとを、前記第2のビーム合流器で合流して、前記第2の加工対象物の加工されにくい材料からなる部分に入射させる工程と、
(d)前記第1のレーザ光源を出射したレーザビームと、前記第2のレーザ光源を出射したレーザビームとのうちの一方を、前記第1のビーム合流器を介して、前記第1の加工対象物の加工されやすい材料からなる部分に入射させるとともに、他方を、前記第2のビーム合流器を介して、前記第2の加工対象物の加工されやすい材料からなる部分に入射させる工程と
を有するレーザ加工方法。 A first laser light source and a second laser light source that emit a laser beam and an optical path of the laser beam emitted from the first laser light source are arranged on the basis of an external control signal. A first beam deflector capable of switching between a state of emitting along the second optical path and a state of emitting along the second optical path, and an optical path of the laser beam emitted from the second laser light source A second beam deflector capable of switching between a state in which the incident laser beam is emitted along the third optical path and a state in which the incident laser beam is emitted along the fourth optical path, according to an external control signal; A first polarization direction changer and a first polarization direction changer which are arranged on two different optical paths among the first to fourth optical paths and emit by rotating the polarization direction of the incident laser beam by 90 °; Depending on the polarization state of the incident laser beam, whether the laser beam is transmitted or reflected is switched, and the laser beam emitted from the first laser light source and the second laser light source are emitted. A first beam combiner for combining a laser beam, wherein the laser beam travels in an optical path in which the first polarization direction changer is disposed, and an optical path in which the second polarization direction changer is not disposed And a laser beam emitted from the first laser light source, and a first beam combiner that combines the laser beam that travels through the laser beam and a laser beam that is transmitted or reflected is switched depending on a polarization state of the incident laser beam. A second beam combiner for combining the laser beam emitted from the second laser light source, wherein the second polarization direction changer is disposed. And a second beam that joins a laser beam that travels in an optical path where the second polarization direction changer is not disposed and that is not merged by the first beam merger A laser processing method performed using a laser processing apparatus having a merger,
(A) preparing first and second workpieces including a portion made of a material relatively easy to be processed by a laser beam and a portion made of a material relatively hard to be processed by a laser beam;
(B) The laser beam emitted from the first laser light source and the laser beam emitted from the second laser light source are merged by the first beam combiner, and the first workpiece is processed. A step of entering a portion made of a material that is difficult to process;
(C) The laser beam emitted from the first laser light source and the laser beam emitted from the second laser light source are merged by the second beam merger, and the second workpiece to be processed A step of entering a portion made of a material that is difficult to process;
(D) One of the laser beam emitted from the first laser light source and the laser beam emitted from the second laser light source is converted into the first processing through the first beam combiner. And making the other incident on the portion of the second object to be processed, which is made of a material easy to be processed, through the second beam combiner. A laser processing method.
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