JP6385294B2 - Laser processing apparatus and laser processing method - Google Patents

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Description

本発明は、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.

下記の特許文献1に、多層プリント基板に穴あけを行うレーザ加工機が開示されている。このレーザ加工機のレーザ光源から加工対象物までのビーム経路に、ビームエキスパンダ、非球面レンズ、マスク、転写レンズ、ガルバノスキャナ、及びfθレンズが、この順番に配置されている。ビームエキスパンダは、2枚の凸レンズで構成されており、レーザビームのビームサイズを変化させる。非球面レンズは、ビームプロファイルを均一化する。   Patent Document 1 below discloses a laser processing machine for punching a multilayer printed board. A beam expander, an aspherical lens, a mask, a transfer lens, a galvano scanner, and an fθ lens are arranged in this order on the beam path from the laser light source of the laser processing machine to the object to be processed. The beam expander is composed of two convex lenses and changes the beam size of the laser beam. The aspheric lens makes the beam profile uniform.

特開2014−183152号公報JP, 2014-183152, A

レーザ光源から出力されたレーザビームの出力端近傍のビームウエストの位置が、非球面レンズの位置に結像されるとともに、ビームサイズが拡大される。非球面レンズの位置におけるビームサイズを目標値にすることにより、目標とするビームプロファイルを得ることができる。この場合、レーザビームのビームウエストの位置が物点となり、非球面レンズの位置が像点となる。   The position of the beam waist near the output end of the laser beam output from the laser light source is imaged at the position of the aspheric lens, and the beam size is enlarged. By setting the beam size at the position of the aspheric lens to a target value, a target beam profile can be obtained. In this case, the position of the beam waist of the laser beam becomes an object point, and the position of the aspheric lens becomes an image point.

加工対象物及び用途によって、加工面におけるビームプロファイルを変化させることが望ましい。例えば、プリント配線板の銅箔への穴あけ加工において、銅箔の表面処理の有無、銅箔の厚さによって、好ましいビームプロファイルは同一ではない。銅箔への穴あけ加工と、樹脂層への穴あけ加工では、好ましいビームプロファイルが異なる。さらに、内層の銅箔の表面を露出させる穴あけ加工、スルーホールを形成する穴あけ加工でも、好ましいビームプロファイルが異なる。   It is desirable to change the beam profile on the processing surface depending on the processing object and application. For example, in drilling a copper foil of a printed wiring board, a preferable beam profile is not the same depending on the presence / absence of surface treatment of the copper foil and the thickness of the copper foil. A preferable beam profile is different between drilling a copper foil and drilling a resin layer. Furthermore, a preferable beam profile differs also in the drilling process which exposes the surface of the copper foil of an inner layer, and the drilling process which forms a through hole.

従来のレーザ加工機において、非球面レンズの位置におけるレーザビームのビームサイズ及び広がり角を変化させることにより、非球面レンズによって得られるビームプロファイルを変化させることができる。ビームエキスパンダの2枚の凸レンズの位置を調整することにより、レーザビームのビームサイズ及び広がり角を変化させることができる。   In the conventional laser beam machine, the beam profile obtained by the aspheric lens can be changed by changing the beam size and the divergence angle of the laser beam at the position of the aspheric lens. By adjusting the positions of the two convex lenses of the beam expander, the beam size and divergence angle of the laser beam can be changed.

ところが、ビームサイズを変化させると、非球面レンズの位置と共役の関係にある物点の位置が、ビームウエストの位置からずれてしまう。このため、ビームプロファイルの安定性が低下してしまう。また、2枚の凸レンズでビームエキスパンダを構成した場合は、ビームサイズと広がり角とを独立して変化させることが困難である。ビームプロファイル調整の自由度を高めるために、ビームサイズと広がり角とを、独立して調整することが望まれる。   However, when the beam size is changed, the position of the object point having a conjugate relationship with the position of the aspherical lens shifts from the position of the beam waist. For this reason, the stability of the beam profile is lowered. In addition, when a beam expander is configured with two convex lenses, it is difficult to independently change the beam size and the divergence angle. In order to increase the degree of freedom of beam profile adjustment, it is desirable to independently adjust the beam size and divergence angle.

本発明の目的は、ビームプロファイル調整の自由度を高め、かつビームプロファイルの安定性を高めることが可能なレーザ加工装置を提供することである。本発明の他の目的は、ビームプロファイル調整の自由度を高め、かつビームプロファイルの安定性を高めることが可能なレーザ加工方法を提供することである。   An object of the present invention is to provide a laser processing apparatus capable of increasing the degree of freedom of beam profile adjustment and increasing the stability of the beam profile. Another object of the present invention is to provide a laser processing method capable of increasing the degree of freedom of beam profile adjustment and increasing the stability of the beam profile.

本発明の一観点によると、
レーザビームを出力するレーザ光源と、
前記レーザ光源から出力されたレーザビームのビームサイズを変化させるビームエキスパンダと、
前記ビームエキスパンダを通過したレーザビームのビームプロファイルを変化させる非球面レンズと、
前記非球面レンズを通過したレーザビームのビーム断面を整形するマスクと、
前記マスクを通過したレーザビームと、加工対象物との間のレーザビームの経路に配置されたフォーカスレンズと
を有し、
前記ビームエキスパンダは、光軸方向に関する相対位置を変化させることができるように構成された少なくとも3枚のレンズを含み、前記レンズの相対位置を変化させることにより、前記非球面レンズの入射位置におけるレーザビームの広がり角及びビームサイズを独立に調整することができるレーザ加工装置が提供される。
According to one aspect of the invention,
A laser light source for outputting a laser beam;
A beam expander that changes the beam size of the laser beam output from the laser light source;
An aspheric lens that changes the beam profile of the laser beam that has passed through the beam expander;
A mask for shaping the beam cross section of the laser beam that has passed through the aspheric lens;
A laser beam that has passed through the mask, and a focus lens disposed in the path of the laser beam between the workpiece and the workpiece,
The beam expander, see contains at least three lenses are configured to be able to change the relative position in the optical axis direction, by changing the relative position of the lens, the incident position of the aspheric lens A laser processing apparatus capable of independently adjusting the divergence angle and beam size of the laser beam is provided.

本発明の他の観点によると、
ビームサイズを変化させるビームエキスパンダビームプロファイルを変化させる非球面レンズビーム断面を整形するマスク、及びフォーカスレンズを順番に経由させてレーザビームを加工対象物に入射させるレーザ加工方法であって、
前記ビームエキスパンダが、光軸方向に関する相対位置を変化させることができるように構成された少なくとも3枚のレンズを含み、前記レンズの相対位置を変化させることにより、前記非球面レンズの入射位置におけるレーザビームの広がり角及びビームサイズを独立に調整することができ、
前記加工対象物の表面におけるビームプロファイルの目標形状に基づいて、前記ビームエキスパンダの前記レンズの位置を調整する工程と、
前記レンズの位置を調整した後、前記加工対象物にレーザビームを入射させてレーザ加工を行う工程と
を有するレーザ加工方法が提供される。
According to another aspect of the invention,
Beam expander to vary the beam size, a non-spherical lens, a laser processing method for entering a mask for shaping the beam cross section, and the focus lens by way sequentially a laser beam in the object to change the beam profile,
The beam expander, see contains at least three lenses are configured to be able to change the relative position in the optical axis direction, by changing the relative position of the lens, the incident position of the aspheric lens The divergence angle and beam size of the laser beam can be adjusted independently,
Adjusting the position of the lens of the beam expander based on the target shape of the beam profile on the surface of the workpiece;
After adjusting the position of the lens, there is provided a laser processing method including a step of performing laser processing by making a laser beam incident on the processing object .

ビームエキスパンダを、少なくとも3枚以上のレンズで構成することにより、非球面レンズの位置におけるレーザビームのビームサイズ及び広がり角を独立して変化させることができる。   By configuring the beam expander with at least three or more lenses, the beam size and divergence angle of the laser beam at the position of the aspherical lens can be changed independently.

図1は、実施例によるレーザ加工装置の概略図である。FIG. 1 is a schematic diagram of a laser processing apparatus according to an embodiment. 図2は、非球面レンズに入射するレーザビームのビームサイズ及び広がり角と、マスクの位置におけるビームプロファイルとの関係の一例を示すグラフである。FIG. 2 is a graph showing an example of the relationship between the beam size and divergence angle of the laser beam incident on the aspheric lens and the beam profile at the mask position. 図3A及び図3Bは、レーザ加工されるプリント基板の部分断面図である。3A and 3B are partial cross-sectional views of a printed circuit board to be laser processed. 図3C及び図3Dは、レーザ加工されるプリント基板の部分断面図である。3C and 3D are partial cross-sectional views of a printed circuit board to be laser processed. 図4A及び図4Bは、レーザ加工されるプリント基板の部分断面図である。4A and 4B are partial cross-sectional views of a printed circuit board to be laser processed. 図5は、実施例によるレーザ加工装置を用いてレーザ加工を行なう方法のフローチャートである。FIG. 5 is a flowchart of a method for performing laser processing using the laser processing apparatus according to the embodiment.

図1に、実施例によるレーザ加工装置の概略図を示す。レーザ光源10がパルスレーザビームを出力する。レーザ光源10には、例えば炭酸ガスレーザ、Nd:YAGレーザ等が用いられる。レーザ光源10から出力されたパルスレーザビームが、ビームエキスパンダ11、非球面レンズ12、マスク透過率調整光学系13、マスク14、コリメーションレンズ15、折り返しミラー16、ガルバノスキャナ17、及び対物レンズ18を経由して、加工対象物40に入射する。加工対象物40は、移動ステージ35に保持されている。   FIG. 1 shows a schematic diagram of a laser processing apparatus according to an embodiment. The laser light source 10 outputs a pulse laser beam. For the laser light source 10, for example, a carbon dioxide laser, an Nd: YAG laser, or the like is used. The pulse laser beam output from the laser light source 10 passes through the beam expander 11, the aspheric lens 12, the mask transmittance adjusting optical system 13, the mask 14, the collimation lens 15, the folding mirror 16, the galvano scanner 17, and the objective lens 18. Then, the light enters the processing object 40. The workpiece 40 is held on the moving stage 35.

ビームエキスパンダ11は、レーザビームのビームサイズを拡大するとともに、レーザビームの広がり角を変化させる。例えば、ビームエキスパンダ11は、レーザ光源10の出射面(レーザビームが出力される面)の近傍のビームウエスト位置と、非球面レンズ12の位置とが、共役の関係を有するように構成される。言い換えると、ビームウエスト位置が、非球面レンズ12への投影元101となる。ビームエキスパンダ11は、少なくとも3枚のレンズ111、及び移動機構112を含む。移動機構112は、光軸方向に関して3枚のレンズ111の相対位置を変化させることができる。レンズ111として、例えば平凸レンズが用いられる。   The beam expander 11 enlarges the beam size of the laser beam and changes the spread angle of the laser beam. For example, the beam expander 11 is configured such that the beam waist position in the vicinity of the emission surface (surface from which the laser beam is output) of the laser light source 10 and the position of the aspherical lens 12 have a conjugate relationship. . In other words, the beam waist position becomes the projection source 101 to the aspherical lens 12. The beam expander 11 includes at least three lenses 111 and a moving mechanism 112. The moving mechanism 112 can change the relative positions of the three lenses 111 in the optical axis direction. As the lens 111, for example, a plano-convex lens is used.

非球面レンズ12は、光軸近傍のレーザビームを発散させ、外周部近傍のレーザビームを収束させる。これにより、ガウシアンビームのビームプロファイルを変化させる。非球面レンズ12に入射するレーザビームが、標準的なビームサイズ及び広がり角に調整されている場合、ビームプロファイルは、均一なプロファイルに近づく。図1では、非球面レンズ12の断面形状が、実際の曲率よりも強調されて描画されている。   The aspherical lens 12 diverges the laser beam near the optical axis and converges the laser beam near the outer periphery. As a result, the beam profile of the Gaussian beam is changed. When the laser beam incident on the aspheric lens 12 is adjusted to a standard beam size and divergence angle, the beam profile approaches a uniform profile. In FIG. 1, the cross-sectional shape of the aspherical lens 12 is drawn with more emphasis than the actual curvature.

マスク透過率調整光学系13は、マスク14の位置におけるビームサイズを変化させる。マスク14は、遮光部、及び遮光部内に設けられた透過窓(例えば開口)を含む。マスク14によってレーザビームのビーム断面が整形される。マスク14として、例えば、大きさの異なる複数の透過窓が設けられた回転マスクを用いてもよい。回転マスクは、光軸に平行な回転軸を中心として回転可能である。回転マスクの回転方向の位置を変化させることにより、所望の大きさの透過窓をレーザビームの経路に配置することができる。マスク透過率調整光学系13を調整してマスク14の位置におけるビームサイズを変化させることにより、レーザビームがマスク14を通過するパワーの割合(透過率)を変化させることができる。   The mask transmittance adjusting optical system 13 changes the beam size at the position of the mask 14. The mask 14 includes a light shielding part and a transmission window (for example, an opening) provided in the light shielding part. The cross section of the laser beam is shaped by the mask 14. For example, a rotating mask provided with a plurality of transmission windows having different sizes may be used as the mask 14. The rotary mask can rotate around a rotation axis parallel to the optical axis. By changing the position of the rotary mask in the rotational direction, a transmission window of a desired size can be arranged in the laser beam path. By adjusting the mask transmittance adjusting optical system 13 to change the beam size at the position of the mask 14, it is possible to change the ratio (transmittance) of the power at which the laser beam passes through the mask 14.

コリメーションレンズ15及び対物レンズ18が、フォーカスレンズとして作用する。具体的には、コリメーションレンズ15及び対物レンズ18により、マスク14の透過窓が、加工対象物40の表面に結像される。対物レンズ18としてfθレンズが用いられる。ガルバノスキャナ17は、レーザビームの進行方向を二次元方向に振る。ガルバノスキャナ17を動作させることにより、加工対象物40の表面においてレーザビームの入射位置を走査可能範囲内で移動させることができる。   The collimation lens 15 and the objective lens 18 function as a focus lens. Specifically, the transmission window of the mask 14 is imaged on the surface of the workpiece 40 by the collimation lens 15 and the objective lens 18. An fθ lens is used as the objective lens 18. The galvano scanner 17 swings the traveling direction of the laser beam in a two-dimensional direction. By operating the galvano scanner 17, the incident position of the laser beam can be moved within the scannable range on the surface of the workpiece 40.

移動ステージ35は、加工対象物40を、その表面に平行な二次元方向に移動させる。ガルバノスキャナ17によるレーザビームの入射位置の移動と、移動ステージ35による加工対象物40の移動とを組み合わせることにより、ガルバノスキャナ17による走査可能範囲よりも大きな加工対象物40の全域を加工することができる。   The moving stage 35 moves the workpiece 40 in a two-dimensional direction parallel to the surface. By combining the movement of the incident position of the laser beam by the galvano scanner 17 and the movement of the workpiece 40 by the moving stage 35, the entire area of the workpiece 40 larger than the scanable range by the galvano scanner 17 can be processed. it can.

制御装置36が、レーザ光源10、ビームエキスパンダ11の移動機構112、ガルバノスキャナ17、及び移動ステージ35を制御する。入力装置37から制御装置36に、レーザ加工時に適用される種々のパラメータが入力される。   The control device 36 controls the laser light source 10, the moving mechanism 112 of the beam expander 11, the galvano scanner 17, and the moving stage 35. Various parameters applied during laser processing are input from the input device 37 to the control device 36.

図2に、非球面レンズ12に入射するレーザビームのビームサイズ及び広がり角と、マスク14の位置におけるビームプロファイルとの関係の一例を示す。図2の横軸はレーザビームのビームサイズを表し、縦軸はレーザビームの広がり角を表す。収束するレーザビームの広がり角が負はあり、発散するレーザビームの広がり角は正であり、平行光線束の広がり角は0°である。   FIG. 2 shows an example of the relationship between the beam size and divergence angle of the laser beam incident on the aspheric lens 12 and the beam profile at the position of the mask 14. The horizontal axis in FIG. 2 represents the beam size of the laser beam, and the vertical axis represents the spread angle of the laser beam. The divergence angle of the converging laser beam is negative, the divergence angle of the diverging laser beam is positive, and the divergence angle of the parallel light beam is 0 °.

広がり角が一定の条件で、ビームプロファイルは、ビームサイズが大きくなるに従って、中心部の光強度が低下し、周辺部の光強度が増大する傾向を示す。ビームサイズが一定の条件で、ビームプロファイルは、広がり角が大きくなるに従って、中心部の光強度が低下し、周辺部の光強度が増大する傾向を示す。   Under the condition that the divergence angle is constant, the beam profile shows a tendency that the light intensity at the central portion decreases and the light intensity at the peripheral portion increases as the beam size increases. Under the condition that the beam size is constant, the beam profile shows a tendency that the light intensity at the central portion decreases and the light intensity at the peripheral portion increases as the divergence angle increases.

一例として、ビームサイズが標準で、広がり角が0°(すなわち平行光線束)である標準状態のとき、トップフラットのビームプロファイルが得られる。標準状態からビームサイズを大きくすると、ビームプロファイルは中央が窪んだ形状を示し、ビームサイズを小さくすると、ビームプロファイルは中央が盛り上がった形状を示す。標準状態から拡がり角を大きくすると、ビームプロファイルは中央が窪んだ形状を示し、拡がり角を小さくすると、ビームプロファイルは中央が盛り上がった形状を示す。   As an example, a top-flat beam profile is obtained in the standard state where the beam size is standard and the divergence angle is 0 ° (ie, parallel light flux). When the beam size is increased from the standard state, the beam profile has a shape with a depressed center, and when the beam size is decreased, the beam profile has a shape with a raised center. When the divergence angle is increased from the standard state, the beam profile has a shape with a depressed center, and when the divergence angle is decreased, the beam profile has a shape with a raised center.

標準状態からビームサイズ及び広がり角の両方を大きくすると、ビームプロファイルは、中央が大きく窪んだ形状を示す。標準状態からビームサイズ及び広がり角の両方を小さくすると、ビームプロファイルは、中央が大きく盛り上がった形状を示す。標準状態からビームサイズを大きくし、広がり角を小さくすると、ビームプロファイルはトップフラットの形状に近づく。標準状態からビームサイズを小さくし、広がり角を大きくしても、ビームプロファイルはトップフラットの形状に近づく。   When both the beam size and the divergence angle are increased from the standard state, the beam profile shows a shape in which the center is greatly depressed. When both the beam size and the divergence angle are reduced from the standard state, the beam profile shows a shape in which the center is greatly raised. When the beam size is increased from the standard state and the divergence angle is decreased, the beam profile approaches a top flat shape. Even if the beam size is reduced from the standard state and the divergence angle is increased, the beam profile approaches the shape of a top flat.

ビームエキスパンダ11(図1)のレンズ111の位置を調整することにより、非球面レンズ12に入射するレーザビームのビームサイズ及び広がり角を変化させることができる。実施例においては、ビームエキスパンダ11が、3枚以上のレンズ111を含み、3枚のレンズ111の相対位置を変化させることができる。このため、投影元101の位置を固定した状態で、ビームサイズと拡がり角とを、独立に変化させることができる。従って、非球面レンズ12への入射条件を、図2に示したビームサイズと広がり角との二次元座標内の任意の位置に設定することができる。   By adjusting the position of the lens 111 of the beam expander 11 (FIG. 1), the beam size and divergence angle of the laser beam incident on the aspherical lens 12 can be changed. In the embodiment, the beam expander 11 includes three or more lenses 111 and can change the relative positions of the three lenses 111. Therefore, the beam size and the divergence angle can be changed independently with the position of the projection source 101 fixed. Therefore, the incident condition to the aspherical lens 12 can be set at an arbitrary position in the two-dimensional coordinates of the beam size and the divergence angle shown in FIG.

マスク14の透過窓が、コリメーションレンズ15及び対物レンズ18によって、加工対象物40の表面に結像されるため、マスク14の透過窓内のビームプロファイルが、加工対象物40の表面に投影される。   Since the transmission window of the mask 14 is imaged on the surface of the workpiece 40 by the collimation lens 15 and the objective lens 18, the beam profile in the transmission window of the mask 14 is projected onto the surface of the workpiece 40. .

入力装置37(図1)から、加工に用いられるレーザビームのビームプロファイルを指定するコマンドが入力される。制御装置36は、入力されたコマンドに基づいて、マスク14の位置におけるビームプロファイルが、コマンドで指定されたビームプロファイルになるように、移動機構112を制御する。このとき、投影元101の位置が変動しない条件の下で、レンズ111の位置が調整される。コマンドの入力に代えて、手動でレンズ111の位置を調節してもよい。   A command for designating a beam profile of a laser beam used for processing is input from the input device 37 (FIG. 1). Based on the input command, the control device 36 controls the moving mechanism 112 so that the beam profile at the position of the mask 14 becomes the beam profile specified by the command. At this time, the position of the lens 111 is adjusted under the condition that the position of the projection source 101 does not change. Instead of inputting a command, the position of the lens 111 may be adjusted manually.

ビームエキスパンダ11を2枚のレンズで構成した場合、レーザビームのビームサイズと広がり角とを独立して調整することが困難である。具体的には、ビームサイズと広がり角との一方を調整すると、他方は一意的に決まってしまう。通常は、ビームサイズを大きくすると、広がり角が大きくなる。このため、非球面レンズ12への入射条件は、図2に示したビームサイズと広がり角との二次元座標内において、右上がりの1本の線に沿ってのみ変化させることができる。   When the beam expander 11 is composed of two lenses, it is difficult to independently adjust the beam size and divergence angle of the laser beam. Specifically, when one of the beam size and the divergence angle is adjusted, the other is uniquely determined. Normally, the divergence angle increases as the beam size is increased. For this reason, the incident condition to the aspherical lens 12 can be changed only along one line rising to the right in the two-dimensional coordinates of the beam size and the spread angle shown in FIG.

さらに、ビームエキスパンダ11を2枚のレンズで構成した場合に、ビームサイズ及び広がり角を調整すると、非球面レンズ12の位置への投影元101の位置が変動してしまう。すなわち、投影元101が、ビームウエストの位置からずれてしまう。このため、加工対象物40の表面におけるビームプロファイルの安定性が低下してしまう。   Furthermore, when the beam expander 11 is composed of two lenses, if the beam size and the divergence angle are adjusted, the position of the projection source 101 to the position of the aspherical lens 12 changes. That is, the projection source 101 is displaced from the position of the beam waist. For this reason, the stability of the beam profile on the surface of the workpiece 40 is lowered.

図1及び図2に示した実施例においては、非球面レンズ12への入射条件を、図2に示したビームサイズと広がり角との二次元座標内の任意の位置に設定することができる。このため、ビームプロファイルの選択の自由度が高まる。ビームプロファイルの選択の自由度が高いため、加工対象物の種々の材料、構造、及び種々の加工用途に応じて、ビームプロファイルを好適化することが可能である。   In the embodiment shown in FIGS. 1 and 2, the incident condition to the aspherical lens 12 can be set at an arbitrary position within the two-dimensional coordinates of the beam size and the divergence angle shown in FIG. For this reason, the freedom degree of selection of a beam profile increases. Since the degree of freedom in selecting the beam profile is high, it is possible to optimize the beam profile according to various materials and structures of the workpiece and various processing applications.

レーザ光源10(図1)から出力されるレーザビームのビームサイズと広がり角には、経時変化が生じる。ビームエキスパンダ11のレンズ111(図1)の位置を調整することにより、ビームサイズ及び広がり角の経時変化に起因するビームプロファイルの変化を補償することができる。このため、レーザ光源に経時変化が生じても、ビームプロファイルを好適な状態に維持して、高品質な加工を行なうことができる。   The beam size and divergence angle of the laser beam output from the laser light source 10 (FIG. 1) changes with time. By adjusting the position of the lens 111 (FIG. 1) of the beam expander 11, it is possible to compensate for changes in the beam profile due to changes in beam size and divergence angle over time. For this reason, even if the laser light source changes with time, the beam profile can be maintained in a suitable state, and high-quality processing can be performed.

さらに、実施例においては、ビームプロファイルを変化させても、非球面レンズ12への投影元101の位置が不変であるため、ビームプロファイルの安定性を高く維持することができる。   Furthermore, in the embodiment, even if the beam profile is changed, the position of the projection source 101 on the aspherical lens 12 is not changed, so that the stability of the beam profile can be maintained high.

次に、図3A〜図3Dを参照して、実施例によるレーザ加工装置を用いてプリント基板に穴あけ加工を行なう方法の一例について説明する。図3A〜図3Dは、加工対象物40であるプリント基板の部分断面図を示す。   Next, an example of a method for drilling a printed circuit board using the laser processing apparatus according to the embodiment will be described with reference to FIGS. 3A to 3D. 3A to 3D are partial cross-sectional views of a printed circuit board that is the workpiece 40. FIG.

図3Aに示すように、コア基板41の表面の一部の領域に、内層導電パターン42が配置されている。コア基板41及び内層導電パターン42の上に、樹脂層43が配置されている。樹脂層43の上に上層導電膜44が配置されている。内層導電パターン42及び上層導電膜44には、例えば銅箔が用いられる。   As shown in FIG. 3A, the inner layer conductive pattern 42 is disposed in a partial region of the surface of the core substrate 41. A resin layer 43 is disposed on the core substrate 41 and the inner conductive pattern 42. An upper conductive film 44 is disposed on the resin layer 43. For the inner layer conductive pattern 42 and the upper layer conductive film 44, for example, copper foil is used.

図3Bに示すように、加工対象物40にパルスレーザビーム50を入射させることにより、上層導電膜44にビアホール45を形成する。パルスレーザビーム50は、例えばトップフラットのビームプロファイルを持ち、1ショットで上層導電膜44が貫通する。   As shown in FIG. 3B, a via hole 45 is formed in the upper conductive film 44 by causing a pulse laser beam 50 to enter the workpiece 40. The pulse laser beam 50 has, for example, a top flat beam profile, and the upper conductive film 44 penetrates in one shot.

図3Cに示すように、ビアホール45の底面に露出した樹脂層43にパルスレーザビーム51を入射させて樹脂層43の穴あけ加工を行なう。これにより、ビアホール45の底面に内層導電パターン42が露出する。パルスレーザビーム51は、例えば中央が盛り上がったビームプロファイルを持つ。内層導電パターン42が露出するまでの加工には、複数ショットのパルスレーザビーム51が用いられる。ビアホール45の側面は、下方に向ってビアホール45の断面が小さくなるように傾斜している。   As shown in FIG. 3C, the pulse laser beam 51 is incident on the resin layer 43 exposed on the bottom surface of the via hole 45 to drill the resin layer 43. As a result, the inner conductive pattern 42 is exposed on the bottom surface of the via hole 45. The pulse laser beam 51 has, for example, a beam profile that is raised at the center. For the processing until the inner layer conductive pattern 42 is exposed, a multi-shot pulse laser beam 51 is used. The side surface of the via hole 45 is inclined downward so that the cross section of the via hole 45 becomes smaller.

図3Dに示すように、ビアホール45の底面に、パルスレーザビーム52を入射させることにより、ビアホール45の側面の傾斜を急峻にする。パルスレーザビーム52は、中央が窪んだビームプロファイルを持つ。   As shown in FIG. 3D, the side surface of the via hole 45 is steeply inclined by making the pulse laser beam 52 enter the bottom surface of the via hole 45. The pulse laser beam 52 has a beam profile with a depressed center.

図4A及び図4Bを参照して、実施例によるレーザ加工装置を用いてプリント基板に穴あけ加工を行なう方法の他の例について説明する。   With reference to FIGS. 4A and 4B, another example of a method for drilling a printed circuit board using the laser processing apparatus according to the embodiment will be described.

図4Aに示すように、樹脂製のコア基板46の上面及び下面に、それぞれ導電膜47、48が配置されている。導電膜47、48には、例えば銅箔が用いられる。   As shown in FIG. 4A, conductive films 47 and 48 are disposed on the upper and lower surfaces of the resin core substrate 46, respectively. For the conductive films 47 and 48, for example, copper foil is used.

図4Bに示すように、加工対象物40にパルスレーザビーム55を入射させて、加工対象物40を貫通するスルーホール49を形成する。パルスレーザビーム55は、例えばトップフラットのビームプロファイルを持つ。スルーホール49を形成するために、複数ショットのパルスレーザビーム55が用いられる。   As shown in FIG. 4B, a pulse laser beam 55 is incident on the workpiece 40 to form a through hole 49 that penetrates the workpiece 40. The pulse laser beam 55 has, for example, a top flat beam profile. In order to form the through hole 49, a multiple shot pulse laser beam 55 is used.

図3A〜図3D、及び図4A〜図4Bに示したように、加工対象の材料、形成すべき穴の形状、加工種別等に応じてビームプロファイルを好適化することにより、高品質な穴あけ加工を行なうことができる。   As shown in FIG. 3A to FIG. 3D and FIG. 4A to FIG. 4B, high-quality drilling is performed by optimizing the beam profile according to the material to be processed, the shape of the hole to be formed, the type of processing, etc. Can be performed.

図5に、図1に示したレーザ加工装置を用いてレーザ加工を行なう方法のフローチャートを示す。まず、加工対象物40を移動ステージ35(図1)の上に配置する。   FIG. 5 shows a flowchart of a method for performing laser processing using the laser processing apparatus shown in FIG. First, the workpiece 40 is placed on the moving stage 35 (FIG. 1).

ステップS1において、加工対象物40(図1)の材料、加工種別に基づいて、加工に用いられるパルスレーザビームのビームプロファイルの目標形状を決定する。材料の例として、樹脂、銅等が挙げられる。加工種別の例として、加工対象物40の途中で加工を停止させるビアホール45を形成する加工(図3B、図3C)、加工対象物40を貫通するスルーホール49を形成する加工(図4B)、ビアホール45の側面の形状を整形する加工(図3D)等が挙げられる。   In step S1, the target shape of the beam profile of the pulse laser beam used for processing is determined based on the material and processing type of the processing object 40 (FIG. 1). Examples of the material include resin and copper. As an example of the processing type, processing for forming a via hole 45 that stops processing in the middle of the processing target object 40 (FIGS. 3B and 3C), processing for forming a through hole 49 penetrating the processing target object 40 (FIG. 4B), A process for shaping the shape of the side surface of the via hole 45 (FIG. 3D) and the like can be mentioned.

ステップS2において、ビームプロファイルの目標形状に基づいて、ビームエキスパンダ11(図1)のレンズ111の位置を調整する。この工程では、例えば、入力装置37(図1)からビームプロファイルの目標形状を指定するコマンドが入力される。入力されたコマンドに応じて、制御装置36が移動機構112を制御することにより、レンズ111の位置が調整される。その他の方法として、作業者が手動でレンズ111の位置を調節してもよい。   In step S2, the position of the lens 111 of the beam expander 11 (FIG. 1) is adjusted based on the target shape of the beam profile. In this step, for example, a command for designating the target shape of the beam profile is input from the input device 37 (FIG. 1). The position of the lens 111 is adjusted by the control device 36 controlling the moving mechanism 112 in accordance with the input command. As another method, the operator may manually adjust the position of the lens 111.

ステップS3において、制御装置36がガルバノスキャナ17及びレーザ光源10(図1)を制御して、1つの走査可能範囲内の1サイクルのレーザ加工を実施する。ここで、「走査可能範囲」とは、移動ステージ35が静止した状態で、ガルバノスキャナ17を動作させることにより、レーザビームを入射させることができる範囲を意味する。「1サイクル」とは、1つの走査可能範囲内の全ての被加工点(穴を形成すべき位置)に1ショットずつパルスレーザビームを入射させる工程を意味する。 In step S3, the control device 36 controls the galvano scanner 17 and the laser light source 10 (FIG. 1) to perform one cycle of laser processing within one scannable range. Here, the “ scannable range” means a range in which a laser beam can be incident by operating the galvano scanner 17 while the moving stage 35 is stationary. “One cycle” means a step in which a pulsed laser beam is incident on every work point (position where a hole is to be formed) within one scannable range one shot at a time.

ステップS4において、走査加工範囲内の加工が終了したか否かを判定する。一例として、図3Bに示したようにビアホール45が内層導電パターン42まで達していない状態、図3Cに示したようにビアホール45の側面が整形されていない状態のとき、加工が終了していないと判定される。図3Dに示したように、ビアホール45の側面が整形された状態のとき、加工が終了したと判定される。   In step S4, it is determined whether or not the processing within the scanning processing range is completed. As an example, when the via hole 45 does not reach the inner conductive pattern 42 as shown in FIG. 3B, or when the side surface of the via hole 45 is not shaped as shown in FIG. Determined. As shown in FIG. 3D, when the side surface of the via hole 45 is shaped, it is determined that the processing is finished.

走査可能範囲内の加工が終了していない場合には、ステップS1に戻って、同一の走査可能範囲内の加工を継続する。走査可能範囲内の加工が終了した場合には、ステップS5において、加工対象物40の全域の加工が終了したか否かを判定する。全域の加工が終了していない場合には、ステップS6において、移動ステージ35(図1)を移動させて、加工対象物40の未加工領域を、走査加工範囲内に配置する。その後、ステップS1に戻って、走査可能範囲の加工を新たに開始する。加工対象物40の全域の加工が終了した場合には、加工を終了し、加工対象物40を移動ステージ35から取り出す。   If the machining within the scannable range has not been completed, the process returns to step S1 and the machining within the same scannable range is continued. When the processing within the scannable range is completed, it is determined in step S5 whether or not the entire processing of the processing object 40 has been completed. If the entire area has not been processed, the moving stage 35 (FIG. 1) is moved in step S6 to place the unprocessed area of the processing object 40 within the scanning processing range. Thereafter, the process returns to step S1, and processing of the scannable range is newly started. When the processing of the entire area of the processing object 40 is completed, the processing is ended and the processing object 40 is taken out from the moving stage 35.

図5に示した実施例では、1つの被加工点に着目すると、1ショットごとにビームプロファイルの目標形状が決定される。このため、図3B〜図3Dに示したように、1つの被加工点の加工の途中で、ビームプロファイルを変化させることができる。これにより、目標とする形状のビアホール45を形成することができる。   In the embodiment shown in FIG. 5, focusing on one processing point, the target shape of the beam profile is determined for each shot. For this reason, as shown in FIGS. 3B to 3D, the beam profile can be changed during the machining of one workpiece point. Thereby, the via hole 45 having a target shape can be formed.

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。例えば、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。   Although the present invention has been described with reference to the embodiments, the present invention is not limited thereto. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications, improvements, combinations, and the like can be made.

10 レーザ光源
11 ビームエキスパンダ
12 非球面レンズ
13 マスク透過率調整光学系
14 マスク
15 コリメーションレンズ
16 折り返しミラー
17 ガルバノスキャナ
18 対物レンズ
35 移動ステージ
36 制御装置
37 入力装置
40 加工対象物
41 コア基板
42 内層導電パターン
43 樹脂層
44 上層導電膜
45 ビアホール
46 コア基板
47、48 導電膜
49 スルーホール
50、51、52、55 パルスレーザビーム
101 投影元
111 レンズ
112 移動機構
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Laser light source 11 Beam expander 12 Aspherical lens 13 Mask transmittance adjustment optical system 14 Mask 15 Collimation lens 16 Folding mirror 17 Galvano scanner 18 Objective lens 35 Moving stage 36 Control device 37 Input device 40 Processing object 41 Core substrate 42 Inner layer Conductive pattern 43 Resin layer 44 Upper conductive film 45 Via hole 46 Core substrate 47, 48 Conductive film 49 Through hole 50, 51, 52, 55 Pulse laser beam 101 Projection source 111 Lens 112 Moving mechanism

Claims (3)

レーザビームを出力するレーザ光源と、
前記レーザ光源から出力されたレーザビームのビームサイズを変化させるビームエキスパンダと、
前記ビームエキスパンダを通過したレーザビームのビームプロファイルを変化させる非球面レンズと、
前記非球面レンズを通過したレーザビームのビーム断面を整形するマスクと、
前記マスクを通過したレーザビームと、加工対象物との間のレーザビームの経路に配置されたフォーカスレンズと
を有し、
前記ビームエキスパンダは、光軸方向に関する相対位置を変化させることができるように構成された少なくとも3枚のレンズを含み、前記レンズの相対位置を変化させることにより、前記非球面レンズの入射位置におけるレーザビームの広がり角及びビームサイズを独立に調整することができるレーザ加工装置。
A laser light source for outputting a laser beam;
A beam expander that changes the beam size of the laser beam output from the laser light source;
An aspheric lens that changes the beam profile of the laser beam that has passed through the beam expander;
A mask for shaping the beam cross section of the laser beam that has passed through the aspheric lens;
A laser beam that has passed through the mask, and a focus lens disposed in a path of the laser beam between the workpiece and the workpiece,
The beam expander, see contains at least three lenses are configured to be able to change the relative position in the optical axis direction, by changing the relative position of the lens, the incident position of the aspheric lens Laser processing apparatus capable of independently adjusting the divergence angle and the beam size of the laser beam .
さらに、
前記ビームエキスパンダの前記レンズを移動させる移動機構と、
前記移動機構を制御する制御装置と、
加工に用いられるレーザビームのビームプロファイルを指定するコマンドを入力する入力装置と
を有し、
前記制御装置は、前記入力装置から入力された前記コマンドに基づいて、前記移動機構を制御する請求項1に記載のレーザ加工装置。
further,
A moving mechanism for moving the lens of the beam expander;
A control device for controlling the moving mechanism;
An input device for inputting a command for designating a beam profile of a laser beam used for processing;
The laser processing apparatus according to claim 1, wherein the control device controls the moving mechanism based on the command input from the input device.
ビームサイズを変化させるビームエキスパンダビームプロファイルを変化させる非球面レンズビーム断面を整形するマスク、及びフォーカスレンズを順番に経由させてレーザビームを加工対象物に入射させるレーザ加工方法であって、
前記ビームエキスパンダが、光軸方向に関する相対位置を変化させることができるように構成された少なくとも3枚のレンズを含み、前記レンズの相対位置を変化させることにより、前記非球面レンズの入射位置におけるレーザビームの広がり角及びビームサイズを独立に調整することができ、
前記加工対象物の表面におけるビームプロファイルの目標形状に基づいて、前記ビームエキスパンダの前記レンズの位置を調整する工程と、
前記レンズの位置を調整した後、前記加工対象物にレーザビームを入射させてレーザ加工を行う工程と
を有するレーザ加工方法。
Beam expander to vary the beam size, a non-spherical lens, a laser processing method for entering a mask for shaping the beam cross section, and the focus lens by way sequentially a laser beam in the object to change the beam profile,
The beam expander, see contains at least three lenses are configured to be able to change the relative position in the optical axis direction, by changing the relative position of the lens, the incident position of the aspheric lens The divergence angle and beam size of the laser beam can be adjusted independently,
Adjusting the position of the lens of the beam expander based on the target shape of the beam profile on the surface of the workpiece;
A laser processing method comprising: adjusting a position of the lens and then performing laser processing by causing a laser beam to enter the processing object .
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