JP6301198B2 - Laser processing apparatus and laser processing method - Google Patents
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Description
本発明は、レーザビームを用いて基板のような被加工物に溝加工等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 groove processing or the like on a workpiece such as a substrate using a laser beam.
従来より、パルス出力されるレーザビームを基板に照射するとともに、レーザビームの光軸と直交する方向に基板を移動させ、溝加工ができるように構成されたレーザ加工装置が知られている。 Conventionally, there has been known a laser processing apparatus configured to irradiate a substrate with a pulsed laser beam and move the substrate in a direction perpendicular to the optical axis of the laser beam to perform groove processing.
このようなレーザ加工装置において、加工線に沿って基板を移動させる場合、加工開始時には加速、加工終了時には減速が生じる。また直線を折り曲げた折曲部や曲率が大きな曲線部では、移動方向が大きく変化するので、直線部や曲率の小さな曲線部に比べて減速する必要がある。 In such a laser processing apparatus, when the substrate is moved along the processing line, acceleration occurs at the start of processing and deceleration occurs at the end of processing. Further, since the moving direction changes greatly in a bent portion obtained by bending a straight line or a curved portion having a large curvature, it is necessary to decelerate compared to a straight portion or a curved portion having a small curvature.
ところが、これら加減速領域では、レーザパルスのピッチが一定にならず、レーザパルスによる熱が過多となって、溝の幅と深さが均一にならず、加工品質が悪くなる問題があった。 However, in these acceleration / deceleration regions, there is a problem that the pitch of the laser pulse is not constant, the heat due to the laser pulse is excessive, the width and depth of the groove are not uniform, and the processing quality is deteriorated.
このような問題を解決するものとして、例えば特許文献1、2、3及び4に開示されるように、被加工物の移動速度等を検出し、検出された移動速度等に応じてレーザパルスの出力タイミングを制御するものがある。
In order to solve such a problem, for example, as disclosed in
しかしながら、これらの従来技術は、いずれも、加減速領域においてレーザ発振器の周波数を変化させることになるので、レーザ発振器にエネルギー変動が起こってビーム径が変化してしまい、溝幅、溝深さが変わる等、依然として加工品質が悪くなる欠点があった。
さらに、非加工物によっては縦方向と横方向の加工特性が異なるものがあり、加工方向によって溝幅、溝深さが変わってしまう欠点があった。
However, both of these conventional techniques change the frequency of the laser oscillator in the acceleration / deceleration region, so that energy fluctuation occurs in the laser oscillator and the beam diameter changes, and the groove width and groove depth are reduced. There was a drawback that the processing quality still deteriorated, such as changing.
Furthermore, some non-worked products have different processing characteristics in the vertical direction and the horizontal direction, and there is a drawback that the groove width and the groove depth vary depending on the processing direction.
一方、エネルギー変動を小さくするため、あるエネルギーレベルのレーザを継続的に出力させておき、そこからのレーザパルスを局所的に取出す方法も考えられるが、この方式だと、高エネルギーのレーザパルスを得ることが困難で、被加工物への必要な加工ができなくなり、大容量のレーザ発振器を備えなければならない欠点がある。 On the other hand, in order to reduce energy fluctuation, a method of continuously outputting a laser at a certain energy level and extracting a laser pulse from the laser can be considered, but with this method, a high-energy laser pulse is emitted. It is difficult to obtain, the necessary processing on the workpiece cannot be performed, and there is a disadvantage that a large-capacity laser oscillator must be provided.
そこで、本発明は、大容量のレーザ発振器を備えなくても、レーザ加工の加減速領域において、また縦方向と横方向の加工特性が異なる非加工物の場合でも、溝幅、溝深さが変わる等の欠点をなくし、加工品質の向上を図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を目的とするものである。 Therefore, the present invention has a groove width and a groove depth that are not provided with a large-capacity laser oscillator, even in the acceleration / deceleration region of laser processing, and in the case of non-workpieces having different vertical and horizontal processing characteristics. An object of the present invention is to provide a laser processing apparatus and a laser processing method that can eliminate defects such as changes and improve processing quality.
上記課題を解決するため、請求項1に記載のレーザ加工装置においては、一定周期のレーザパルス列を発振するレーザパルス発振部と、当該レーザパルス発振部から出力されたレーザパルス列を受光し当該レーザパルス列中のレーザパルスを選択的に加工に用いる方向に指向させることができる光指向部と、当該光指向部からのレーザパルスを受光し被加工物に照射する光学系と、前記被加工物が載置されるテーブルをX軸方向とY軸方向に駆動するテーブル駆動部と、前記テーブルのX軸方向とY軸方向の移動量をそれぞれ検出する移動量検出部と、当該移動量検出部が検出するX軸方向とY軸方向の移動量を補正する補正部と、当該補正部によって補正された移動量が所定量に到達したことを検出する所定移動量検出部と、当該所定移動量検出部が所定の移動量を検出したら前記光指向部に対し前記レーザパルス発振部から出力されたレーザパルス列中のレーザパルスを前記加工方向に指向させるように制御する制御部とを備えることを特徴とする。
In order to solve the above-described problem, in the laser processing apparatus according to
また請求項2に記載のレーザ加工装置においては、請求項1に記載のレーザ加工装置において、前記補正部における補正量は前記被加工物の加工特性に基づいて選択されることを特徴とする。
The laser processing apparatus according to
また請求項3に記載のレーザ加工方法においては、レーザビームを被加工物に照射して被加工物を加工するレーザ加工方法において、一定周期のレーザパルス列を発振させ、前記被加工物が載置されるテーブルのX軸方向とY軸方向の移動量をそれぞれ検出し、当該検出したX軸方向とY軸方向の移動量を補正し、当該補正された移動量が所定量に到達したことを検出したら前記レーザパルス列中のレーザパルスを選択的に加工に用いる方向に指向させることを特徴とする。
Further, in the laser processing method according to
また請求項4に記載のレーザ加工方法においては、請求項3に記載のレーザ加工方法において、前記補正を行う量は前記被加工物の加工特性に基づいて選択することを特徴とする。
The laser processing method according to
本発明によれば、大容量のレーザ発振器を備えなくても、レーザ加工の加減速領域において、また縦方向と横方向の加工特性が異なる非加工物の場合でも、溝幅、溝深さが変わる等の欠点をなくし、加工品質の向上を図ることができるレーザ加工装置及びレーザ加工方法が得られる。 According to the present invention, even if a large-capacity laser oscillator is not provided, the groove width and groove depth can be reduced even in the acceleration / deceleration region of laser processing, and even in the case of a non-workpiece having different vertical and horizontal processing characteristics. It is possible to obtain a laser processing apparatus and a laser processing method that can eliminate defects such as changes and improve processing quality.
本発明の一実施例について説明する。図1は本発明の一実施例となるレーザ加工装置のブロック図、図2は図1に示したレーザ加工装置の各部における信号等のタイミング図である。 An embodiment of the present invention will be described. FIG. 1 is a block diagram of a laser processing apparatus according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a timing chart of signals and the like in each part of the laser processing apparatus shown in FIG.
図1において、1はレーザパルスL1を発生するレーザ発振器、2はレーザ発振器1に一定周期のレーザ発振指令信号S1を出力するレーザ発振制御部である。レーザ発振器1はレーザ発振制御部2からレーザ発振指令信号S1が与えられた時のみ、レーザパルスL1を出力するようになっており、両者によって一定周期のレーザパルス列を発生するレーザパルス発振部3が構成される。レーザ発振器1は、レーザ発振指令信号S1の立上がり時、立下がり時におけるレーザパルスL1が、曲線状の変化をする特性を持っている。4はレーザ発振器1から出力されたレーザパルスL1の分岐方向の制御を個々のレーザパルスL1毎に選択的に行うことができる音響光変調器(以下AOMと略す)、5はAOM4にAOM制御信号S2を出力してその動作を制御するAOM制御部、6はAOM4から分岐されたレーザパルスL2を被加工物に照射する光学系である。
In FIG. 1,
AOM4はAOM制御信号S2が与えられた時、レーザ発振器1からのレーザパルスL1を加工方向となる光学系6に分岐させ(オン状態)、一方、AOM制御信号S2が与えられない時、レーザ発振器1からのレーザパルスL1を光学系6に向かないよう、図示しないダンパーの方向に分岐させる(オフ状態)。
When the AOM control signal S2 is given, the
7は基板の如き被加工物、8は被加工物7を載置するテーブル、9はテーブル8をX方向及びY方向に駆動するテーブル駆動部、10はテーブル8がX方向へ所定量だけ移動する毎にパルスを出力するX軸スケール、11はテーブル8がY方向へ所定量だけ移動する毎にパルスを出力するY軸スケールである。12はテーブル8の所定量の移動を周期的に検出する所定移動量検出部であり、所定量の移動毎に所定移動量検出信号S3をAOM制御部5へ出力する。
7 is a workpiece such as a substrate, 8 is a table on which the workpiece 7 is placed, 9 is a table drive unit that drives the table 8 in the X direction and Y direction, and 10 is a table 8 that moves the table 8 in the X direction by a predetermined amount. An X-axis scale for outputting a pulse every time the operation is performed, and a Y-
図3は上記所定移動量検出部12の構成を示す図である。所定移動量検出部12は、X軸スケール10からのパルスにより移動方向を検知するX軸移動方向検出回路13、Y軸スケール11からのパルスにより移動方向を検知するY軸移動方向検出回路14、X軸の正方向パルスと負方向パルス、Y軸の正方向パルスと負方向パルスをそれぞれカウントするカウンタ15〜18を含む。
FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration of the predetermined movement
所定移動量検出部12は、さらにX軸側のカウンタ15、16のカウント値を補正するX軸補正回路31と、Y軸側のカウンタ17、18のカウント値を補正するY軸補正回路32とを含む。30はマイクロコンピュータを利用して装置全体を制御する全体制御部であり、オペレータにより入力された補正倍数をX軸補正回路31とY軸補正回路32にセットする。X軸補正回路31とY軸補正回路32は、セットされた補正倍数に基づきカウンタ15〜18のカウント値を補正して出力させる。
The predetermined movement
前記の補正倍数は以下のようになっている。
縦方向と横方向の加工特性が同じ非加工物の場合、全体制御部30はX軸補正回路31とY軸補正回路32の動作をさせず、カウンタ15〜18には補正がかからない。一方の加工方向が他方の加工方向に比較し、加工ピッチを短くしないと必要な溝幅、溝深さが得られないような加工特性のある非加工物の場合、オペレータは全体制御部30に一方の加工方向に対する補正倍数を入力する。この場合の補正倍数としては、1倍より大きい数値とする。全体制御部30は補正倍数を該当する方向の補正回路にセットし、該当する方向のカウンタのカウント値が通常より早く更新されるようにする。ここで、補正倍数として1倍よりどのくらい大きくするかは、非加工物の加工特性によって予め定めておき、該当するものがオペレータによって選択され、全体制御部30に入力される。
The correction multiple is as follows.
In the case of a non-workpiece having the same machining characteristics in the vertical and horizontal directions, the
所定移動量検出部12は、さらにカウンタ15〜18から出力されたカウント値に基づきX軸とY軸の合成カウント量Zを以下の式により求める合成カウント量演算回路19と、この合成カウント量Zが所定値、例えば本実施例では5とし、これに達したら所定移動量検出信号S3を出力する特定値検出回路20とを含む。
The predetermined movement
(数1)
Z=((Xup−Xdn)2+(Yup−Ydn)2)1/2
(Equation 1)
Z = ((Xup−Xdn) 2 + (Yup−Ydn) 2 ) 1/2
ここで、Xupはカウンタ15の値、Xdnはカウンタ16の値、Yupはカウンタ17の値、Ydnはカウンタ18の値である。
Here, Xup is the value of the
AOM制御部5には、レーザ発振制御部2からの一定周期のレーザ発振指令信号S1が入力されるようになっており、所定移動量検出部12から所定移動量検出信号S3が出力されたら、AOM4に対しレーザ発振器1からのレーザパルスL1を光学系6に分岐させる(オン状態)ためのAOM制御信号S2を出力する。
The
図4は上記AOM制御部5の構成を示す図である。レーザ発振制御部2からレーザ発振指令信号S1が入力されると、当該レーザ発振指令信号S1を時間tだけ遅延回路21により遅延させ、アンド回路22により所定移動量検出部12からの所定移動量検出信号S3と論理積をとる。
FIG. 4 is a diagram showing the configuration of the
アンド回路22の出力信号は所定時間のパルスを発生するワンショット回路23をトリガし、その出力信号がAOM制御信号S2となる。ワンショット回路23の出力信号の立下りは立下り検出回路24により検出され、所定移動量検出部12への制御信号S4となって、カウンタ15〜18のカウント値をリセットする。カウンタ15〜18のカウント値がリセットされると、合成カウント量演算回路19における合成カウント量Zはゼロになる。
The output signal of the
ここで、ワンショット回路23のパルス幅TAであるが、レーザ発振指令信号S1のパルス幅をTBとすると、TB≧t+TAを満たすように設定されている。レーザパルスを一定周期で発振させた場合、その立上がりや立下り部分の過渡期部は、各周期でいつも安定しているとは限らないので、前記のように設定されていれば、AOM4から出力されるレーザパルスL2は、レーザ発振器1から出力されるレーザパルスL1の不安定領域である立上がり、立下り部分が除去されたものとなり、加工品質の向上を図ることができる。
Here, the pulse width TA of the one-
上記実施形態によれば、エネルギー変動が起こりにくい一定周期のレーザパルスを、AOM4を介して、テーブル8の所定移動量毎に選択的に被加工物7に与えるようにしたので、図5に示すように、レーザ加工の加減速領域においても、溝幅、溝深さが変化しなくなり、加工品質の向上を図ることができる。
According to the above-described embodiment, a laser pulse having a constant period in which energy fluctuation is unlikely to occur is selectively given to the workpiece 7 for each predetermined movement amount of the table 8 via the
さらに上記実施形態によれば、例えばX軸方向の溝幅、溝深さがY軸方向より小さくなってしまうような加工特性を持つ非加工物の場合、オペレータはX軸方向の補正倍数を全体制御部30に入力する。これにより、X軸側のカウンタ15、16の更新速度は通常よりも速くなって非加工物に照射されるレーザパルスのピッチが短くなり、X軸方向の溝幅、溝深さをY軸方向とそろえることが可能となり、加工品質の向上を図ることができる。
Furthermore, according to the above embodiment, in the case of a non-workpiece having machining characteristics such that the groove width and groove depth in the X-axis direction are smaller than those in the Y-axis direction, the operator sets the correction multiple in the X-axis direction as a whole. Input to the
なお、上記実施形態においては、X軸側のカウンタあるいはY軸側のカウンタのいずれか一方のカウント値を補正するようにしたが、両方のカウンタのカウント値を補正するようにしても良い。例えば、縦方向と横方向の加工特性が大きく異なるような場合、一方は1倍より大きくし、他方は1倍より小さくすることで、両方向の溝幅、溝深さをそろえ易くしても良い。 In the above embodiment, the count value of either the X-axis counter or the Y-axis counter is corrected. However, the count values of both counters may be corrected. For example, when the processing characteristics in the vertical direction and the horizontal direction are greatly different, it is possible to make the groove width and the groove depth in both directions easy by making one larger than 1 time and the other smaller than 1 time. .
なお、上記実施形態においては、レーザ発振器1から出力されたレーザパルスL1の分岐をAOMで行っているが、これに限らず、電気信号によりレーザパルスの指向方向を制御できるものなら他の手段を用いても良い。
In the above embodiment, the laser pulse L1 output from the
また、上記実施形態においては、所定移動量検出部12は、いくつかの回路等を含むが、これらの回路等はマイクロコンピュータを利用してソフト的に実現されても良いことは、当業者にとって明白である。
In addition, in the above embodiment, the predetermined movement
1:レーザ発振器、2:レーザ発振制御部、3:レーザパルス発振部、
4:音響光変調器(AOM)、5:AOM制御部、6:光学系、7:基板、
8:テーブル、9:テーブル駆動部、10:X軸スケール、11:Y軸スケール、
12:所定移動量検出部、13:X軸移動方向検出回路、
14:Y軸移動方向検出回路、15〜18:カウンタ、
19:合成カウント量演算回路、20:特定値検出回路、21:遅延回路、
22:アンド回路、23:ワンショット回路、24:立下り検出回路、
30:全体制御部、31:X軸補正回路、32:Y軸補正回路、
S1:レーザ発信指令信号、S2:AOM制御信号、S3:所定移動量検出信号、
S4:制御信号、L1、L2:レーザパルス
1: laser oscillator, 2: laser oscillation control unit, 3: laser pulse oscillation unit,
4: Acousto-optic modulator (AOM), 5: AOM control unit, 6: optical system, 7: substrate
8: Table, 9: Table drive unit, 10: X axis scale, 11: Y axis scale,
12: predetermined movement amount detection unit, 13: X axis movement direction detection circuit,
14: Y-axis movement direction detection circuit, 15-18: Counter,
19: composite count amount calculation circuit, 20: specific value detection circuit, 21: delay circuit,
22: AND circuit, 23: one-shot circuit, 24: falling detection circuit,
30: Overall control unit, 31: X-axis correction circuit, 32: Y-axis correction circuit,
S1: Laser transmission command signal, S2: AOM control signal, S3: Predetermined movement amount detection signal,
S4: Control signal, L1, L2: Laser pulse
Claims (4)
4. The laser processing method according to claim 3, wherein the correction amount is selected based on a processing characteristic of the workpiece.
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