JP7165597B2 - LASER PROCESSING APPARATUS AND LASER PROCESSING METHOD - Google Patents
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本発明は、レーザパルスを用いてプリント基板のような被加工物に穴あけ等を行うレーザ加工装置及びレーザ加工方法に関するものである。 The present invention relates to a laser processing apparatus and a laser processing method for drilling holes in a workpiece such as a printed circuit board using a laser pulse.
従来、例えば炭酸ガスレーザ発振器の如きレーザ発振器を用いたレーザ加工装置においては、例えば特許文献1の特に図6に開示されているように、レーザ照射位置を変えるためのガルバノスキャナによる位置決め動作の完了に基づいてレーザ発振器にレーザパルスを発振させ、超音波による回折格子を発生させるゲルマニウム等の結晶体を用いた音響光学素子(以下AOMと略す)を用いたAOM制御部により、レーザ発振器から出力されたレーザパルスを加工方向か非加工方向に偏向するようにしたものが知られている。
Conventionally, in a laser processing apparatus using a laser oscillator such as a carbon dioxide laser oscillator, for example, as disclosed in
上記の如きレーザ加工装置においては、被加工物に照射されるレーザパルスの強度やパルス幅等は、被加工物の材質や加工仕様に基づいた制御情報によりAOMにて制御されるようになっている。
レーザ発振器から被加工物に至る光学系は、被加工物に照射されるレーザパルスに1次以降の回折光により生じる傷が発生しないように工夫されているが、加工対象が加工エネルギーの閾値が低い樹脂層の場合、レーザパルスのピークエネルギーが高いと穴の周囲に1次以降の回折光により生じる傷が発生し、加工品質が低下する場合がある。
これに対し、従来、ピークエネルギーを落としたレーザパルスで複数回照射するバースト加工により加工品質の低下を防ぐようにしているが、この方法では、レーザ発振器の発振周期に基づき複数回照射するので、加工効率が悪くなる欠点がある。
In the laser processing apparatus as described above, the intensity and pulse width of the laser pulse applied to the workpiece are controlled by the AOM according to control information based on the material and processing specifications of the workpiece. there is
The optical system from the laser oscillator to the workpiece is devised so that the laser pulse irradiated to the workpiece does not cause damage due to the diffracted light of the first order or later. In the case of a low resin layer, if the peak energy of the laser pulse is high, scratches may occur around the hole due to diffracted light of the first and subsequent orders, and the processing quality may deteriorate.
On the other hand, conventionally, burst processing is performed by irradiating multiple times with a laser pulse with a reduced peak energy to prevent deterioration of processing quality. There is a drawback that the processing efficiency deteriorates.
そこで本発明は、レーザパルスを用いてプリント基板のような被加工物に穴あけ等を行うレーザ加工において、加工効率を落とすことなく加工品質の低下を防ぐことを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, it is an object of the present invention to prevent deterioration of processing quality without lowering processing efficiency in laser processing in which laser pulses are used to drill holes in a workpiece such as a printed circuit board.
上記課題を解決するため、本願において開示される発明のうち、代表的なレーザ加工装置においては、レーザパルスを発振させるレーザ発振器と、当該レーザ発振器からのレーザパルスが入射される光偏向部であってエネルギーを変えてレーザパルスを出射できるものと、当該光偏向部の動作を制御する光偏向制御部と、前記光偏向部から出射されるレーザパルスが入射される光走査器であって加工データに従って被加工物上の加工位置にレーザパルスを照射するように駆動させるものとを備えるレーザ加工装置において、前記光偏向制御部が前記レーザ発振器から入射されたレーザパルスの減衰前後に亘って継続するレーザパルスを1回だけ前記光偏向部から出射させるように当該光偏向部を制御する第一の加工モードを有することを特徴とする。 In order to solve the above problems, among the inventions disclosed in the present application, a typical laser processing apparatus includes a laser oscillator that oscillates a laser pulse, and a light deflector into which the laser pulse from the laser oscillator is incident. an optical deflection control unit for controlling the operation of the optical deflection unit; and an optical scanner into which the laser pulse emitted from the optical deflection unit is incident, which is processed data. In a laser processing apparatus comprising a device for driving to irradiate a laser pulse to a processing position on a workpiece according to It is characterized by having a first processing mode in which the optical deflection section is controlled so that the laser pulse is emitted from the optical deflection section only once.
また、本願において開示される代表的なレーザ加工方法は、レーザ発振器からのレーザパルスをエネルギーを変えて出射できる光偏向部に出射し、当該光偏向部から出射されるレーザパルスを加工データに従って被加工物上の加工位置にレーザパルスを照射するように駆動させる光走査器に出射するようにして前記被加工物の加工を行うようにしたレーザ加工方法において、前記レーザ発振器から入射されたレーザパルスの減衰前後に亘って継続するレーザパルスを1回だけ前記光偏向部からレーザパルスを出射させて加工を行うことを特徴とする。
In addition, a typical laser processing method disclosed in the present application emits a laser pulse from a laser oscillator to an optical deflection unit that can be emitted by changing the energy, and the laser pulse emitted from the optical deflection unit is subjected to processing data according to processing data. A laser processing method in which a laser pulse is emitted from an optical scanner that is driven to irradiate a processing position on a workpiece to process the workpiece, wherein the laser pulse is incident from the laser oscillator. The laser pulse that continues before and after the attenuation of is emitted from the light deflection unit only once for processing.
なお、本願において開示される発明の代表的な特徴は以上の通りであるが、ここで説明していない特徴については、以下に説明する実施例に適用されており、また特許請求の範囲にも示した通りである。 The typical features of the invention disclosed in the present application are as described above, but features not described here are applied to the embodiments described below, and are also included in the scope of claims. As shown.
本発明によれば、レーザパルスを用いてプリント基板のような被加工物に穴あけ等を行うレーザ加工において、加工効率を落とすことなく加工品質の低下を防ぐことができる。 Advantageous Effects of Invention According to the present invention, it is possible to prevent deterioration of processing quality without lowering processing efficiency in laser processing in which laser pulses are used to perforate a workpiece such as a printed circuit board.
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である。各構成要素や接続線は、主に本実施例を説明するために必要と考えられるものを示してあり、レーザ加工装置として必要な全てを示している訳ではない。
図1において、1は図示しないテーブル上に載置された加工すべきプリント基板であり、この表面には樹脂層1Pが形成されている。2はレーザパルスL1を発振するレーザ発振器、3はレーザ発振器2から出力されたレーザパルスL1の各々をAOMを用いて加工方向と非加工方向の二通りに偏向させるAOM偏向部、4はAOM偏向部3において加工方向へ偏向されたレーザパルスL2のレーザ照射位置を変え、加工データに従ったプリント基板1の穴あけ位置に照射されるように回転駆動される光走査器としてのガルバノスキャナ、5はガルバノスキャナ4からのレーザパルスをプリント基板1の穴あけ位置に照射する集光(Fθ)レンズ、6はAOM偏向部3において非加工方向へ偏向されたレーザパルスL3を吸収するダンパである。
FIG. 1 is a block diagram of a laser processing apparatus according to one embodiment of the present invention. Each constituent element and connection line are those considered to be necessary mainly for explaining this embodiment, and do not necessarily show everything necessary for the laser processing apparatus.
In FIG. 1,
7は装置全体の動作を制御するための全体制御部であり、その内部には、レーザ発振器2でのレーザパルスL1の発振と減衰を指令するためのレーザ発振指令信号Sを出力するレーザ発振制御部8、AOM偏向部3の動作を制御するためのAOM駆動信号Dを出力するAOM制御部9、ガルバノスキャナ4の駆動動作を制御するためのガルバノ制御信号Gを出力するガルバノ制御部10が設けられている。
AOM制御部9から出力されるAOM駆動信号DはRF信号から成り、AOM偏向部3の偏向角はこのRF信号の周波数によって変化させ、また出射エネルギーはこのRF信号の振幅レベルによって変化させる。
全体制御部7はここで説明するもの以外の制御機能を有し、図示されていないブロックにも接続されている。全体制御部7は、例えばプログラム制御の処理装置を中心にして構成され、その中の各構成要素や接続線は、論理的なものも含むものとする。また各構成要素の一部は全体制御部7と別個に設けられていてもよい。
The AOM drive signal D output from the
The
このレーザ加工装置においては、AOM偏向部3によるレーザパルスL2の取出しに関して2つの加工モードAとBを有する。
図2は加工モードAにおいて、レーザ発振器2からレーザパルスL1が発振される時のタイミングチャートである。図2において、ガルバノ動作制御信号Gがオフとなってガルバノスキャナ4が目標の位置で停止して位置決め動作が完了すると、レーザ発振指令信号SがオンとなってレーザパルスL1の発振がレーザ発振器2に指令され、レーザ発振器2のレーザ出力が徐々に上がっていく。レーザ発振指令信号Sは所定の時間T1だけオンとなり、レーザ発振指令信号SがオフになるとレーザパルスL1の減衰が始まりレーザ出力が徐々に下がっていく。
レーザ発振指令信号Sがオンとなってから時間T2の後に所定時間T3だけAOM駆動信号Dがオンとなり、レーザパルスL1の減衰が始まるまでの期間において加工用のレーザパルスL2が1回取出される。
なお、レーザ発振指令信号Sがオンとなってから所定時間T4の後にガルバノ動作制御信号Gがオンとなってガルバノスキャナ4が次の目標位置に向かって位置決め動作を開始する。
This laser processing apparatus has two processing modes A and B with respect to extraction of the laser pulse L2 by the
FIG. 2 is a timing chart when the laser pulse L1 is oscillated from the
After the time T2 from when the laser oscillation command signal S is turned on, the AOM drive signal D is turned on for a predetermined time T3, and the laser pulse L2 for processing is extracted once during the period until the attenuation of the laser pulse L1 begins. .
After a predetermined time T4 from when the laser oscillation command signal S is turned on, the galvanometer operation control signal G is turned on and the
加工モードAは、従来通り、レーザ発振器2からレーザパルスL1の減衰が始まるまでの期間において加工用のレーザパルスL2を1回取出すものであり、加工エネルギーの閾値が高い場合に適する。
一方、図3は加工モードBにおいて、レーザ発振器2からレーザパルスL1が発振される時のタイミングチャートである。
加工モードBがタイミングに関して加工モードAと異なる点は、レーザ発振指令信号Sがオンとなってから時間T5の後に所定時間T6だけAOM駆動信号Dをオンとして、レーザパルスL2の1回の取出し期間をレーザパルスL1の減衰が始まった後までの期間として時間を延長したことと、AOM駆動信号Dの振幅レベルV2を加工モードAの際の振幅レベルV1よりも低くしてレーザパルスL2のピークエネルギーを下げたことである。この加工モードBは、加工エネルギーの閾値が低い場合に適する。
The processing mode A, as in the conventional case, takes out the laser pulse L2 for processing once during the period until the laser pulse L1 starts to decay from the
On the other hand, FIG. 3 is a timing chart when the laser pulse L1 is oscillated from the
Processing mode B differs from processing mode A in timing in that the AOM drive signal D is turned on for a predetermined time T6 after the time T5 after the laser oscillation command signal S is turned on, and the laser pulse L2 is extracted once. is extended as a period until after the attenuation of the laser pulse L1 starts, and the amplitude level V2 of the AOM drive signal D is made lower than the amplitude level V1 in the processing mode A to reduce the peak energy of the laser pulse L2. was lowered. This machining mode B is suitable when the threshold value of the machining energy is low.
AOM駆動信号Dの出力開始時期、出力時間、出射エネルギーを決めるRF信号の振幅レベル等を制御するための情報は、AOM制御部9内の記憶部12に制御テーブル11、12として記憶されている。AOM制御部8はこの制御テーブル11A、11B内の制御情報に従ってAOM駆動信号Dの出力開始時期、出力時間、振幅レベル等を決定する。
制御テーブル11A、11Bはそれぞれ加工モードA、Bのためのものである。
図4は加工モードAのための制御テーブル11Aの内容を示している。例えば、制御メニューNo.1Aに従ってAOM駆動信号Dを決定する時は、レーザ発振指令信号Sがオンとなってから時間T21Aの後に所定時間T31AだけAOM駆動信号Dがオンとなり、AOM駆動信号Dの振幅レベルをV11Aとなって、AOM偏向部3は加工モードAで動作する。
Information for controlling the output start timing of the AOM drive signal D, the output time, the amplitude level of the RF signal that determines the output energy, etc. is stored in the
Control tables 11A and 11B are for machining modes A and B, respectively.
FIG. 4 shows the contents of the control table 11A for machining mode A. As shown in FIG. For example, control menu No. When the AOM drive signal D is determined according to 1A, the AOM drive signal D is turned on for a predetermined time T31A after the time T21A after the laser oscillation command signal S is turned on, and the amplitude level of the AOM drive signal D is set to V11A. Therefore, the AOM
また、図4は加工モードBのための制御テーブル11Bの内容を示している。例えば、制御メニューNo.1Bに従ってAOM駆動信号Dを制御する時は、レーザ発振指令信号Sがオンとなってから時間T51Bの後に所定時間T61BだけAOM駆動信号Dがオンとなり、AOM駆動信号Dの振幅レベルをV21Aとなって、AOM偏向部3は加工モードBで動作する。
制御テーブル11A、11B内の各情報は、加工すべきプリント基板の材質や加工仕様に応じて最適なタイミングになるように、実験、装置の調整等により求め、予めて登録しておくものとする。そして、いずれの制御メニューでAOM駆動信号Dを決定するかは、加工すべきプリント基板の材質や加工仕様に基づき、制御テーブル11Aあるいは11B内の一つの制御メニューが全体制御部7の制御の下で選択されるようになっている。
Also, FIG. 4 shows the contents of the control table 11B for machining mode B. As shown in FIG. For example, control menu No. When the AOM drive signal D is controlled according to 1B, the AOM drive signal D is turned on for a predetermined time T61B after the time T51B after the laser oscillation command signal S is turned on, and the amplitude level of the AOM drive signal D becomes V21A. Therefore, the AOM
Each piece of information in the control tables 11A and 11B is obtained through experiments, device adjustments, etc., and registered in advance so that the timing is optimal according to the material of the printed circuit board to be processed and the processing specifications. . Which control menu determines the AOM drive signal D is determined by one control menu in the control table 11A or 11B under the control of the
以上の実施例によれば、加工エネルギーの閾値が高い加工を行う場合はピークエネルギーが高い従来の加工モードAで、加工エネルギーが低い場合はピークエネルギーを下げた加工モードBで行うことができる。
特に、加工モードBにより加工エネルギーが低い閾値の樹脂層を加工する場合においては、レーザパルスL1の減衰前と減衰後までの長い期間で加工用のレーザパルスL2を1回取出すようになる。これにより、レーザパルスL2の全体としての加工エネルギーを確保し、その代わりにレーザパルスL2のピークエネルギーを落とすことができるので、穴の周囲に1次以降の回折光により生じる傷が発生しないようにすることができ、加工品質を向上させることができる。
また、加工モードBにおいては、一つの加工用のレーザパルスL2で全体としての加工エネルギーは確保できるので、照射回数を増やすことなく、言い換えると加工効率を落とすことなく加工を完了することが可能となる。
従って、被加工物の加工エネルギーの閾値の高低に合わせて幅広く対応し、加工効率を落とすことなく加工品質を向上させることができる利便性のあるレーザ加工装置を得ることができる。
According to the above embodiment, the conventional machining mode A with high peak energy can be used when machining with a high threshold value of machining energy, and the machining mode B with a low peak energy can be used when machining energy is low.
In particular, when processing a resin layer with a low threshold value for processing energy in processing mode B, one laser pulse L2 for processing is taken out in a long period before and after the attenuation of the laser pulse L1. As a result, the processing energy of the laser pulse L2 as a whole can be secured, and the peak energy of the laser pulse L2 can be reduced instead. can be used, and the processing quality can be improved.
In addition, in processing mode B, since the processing energy as a whole can be secured with one laser pulse L2 for processing, processing can be completed without increasing the number of times of irradiation, in other words, without reducing processing efficiency. Become.
Therefore, it is possible to obtain a convenient laser processing apparatus that can cope with a wide range of processing energy threshold values of a workpiece and can improve processing quality without reducing processing efficiency.
なお、上記実施例においては、加工モードA、B毎にそれぞれ制御テーブル11A、11Bを設けたが、一つの制御テーブル内に加工モードA、Bの制御メニューが登録されていてもよい。
また、上記実施例においては、加工モードAとBの両方を行うレーザ加工装置の場合であるが、加工モードBだけ行うものであってもよい。
In the above embodiment, control tables 11A and 11B are provided for machining modes A and B, respectively, but control menus for machining modes A and B may be registered in one control table.
Also, in the above embodiment, the laser processing apparatus performs both the processing modes A and B, but it may be performed only in the processing mode B.
1:プリント基板 2:レーザ発振器 3:AOM偏向部 4:ガルバノスキャナ、5:集光(Fθ)レンズ 7:ダンパ 7:全体制御部 8:レーザ発振制御部、9:AOM制御部 10:ガルバノ制御部 11A、11B:制御テーブル
12:記憶部
1: Printed circuit board 2: Laser oscillator 3: AOM deflection unit 4: Galvano scanner 5: Condensing (Fθ) lens 7: Damper 7: Overall control unit 8: Laser oscillation control unit 9: AOM control unit 10:
Claims (3)
前記光偏向制御部が前記レーザ発振器から入射されたレーザパルスの減衰前の期間においてレーザパルスを1回だけ前記光偏向部から出射させるように当該光偏向部を制御する第二の加工モードを有し、前記光偏向制御部は、前記第一の加工モードにおいては、前記光偏向部から出射されるレーザパルスのピークエネルギーが前記第二の加工モードにおいて前記光偏向部から出射されるレーザパルスのピークエネルギーより低くなるように前記光偏向部を制御することを特徴とするレーザ加工装置。 A laser oscillator that oscillates a laser pulse, an optical deflector that receives the laser pulse from the laser oscillator and that can emit the laser pulse by changing energy, and an optical deflection control that controls the operation of the optical deflector. and an optical scanner into which the laser pulse emitted from the optical deflection unit is incident, which is driven to irradiate the laser pulse to the machining position on the workpiece according to the machining data. In the first aspect, the optical deflection control unit controls the optical deflection unit so that the optical deflection unit emits only one laser pulse that continues before and after attenuation of the laser pulse incident from the laser oscillator. has a machining mode,
a second processing mode in which the optical deflection control unit controls the optical deflection unit so that the optical deflection unit emits a laser pulse only once in a period before the laser pulse emitted from the laser oscillator is attenuated; and the optical deflection control section controls, in the first processing mode, the peak energy of the laser pulse emitted from the optical deflection section to be equal to that of the laser pulse emitted from the optical deflection section in the second processing mode. A laser processing apparatus , wherein the light deflector is controlled so that the energy becomes lower than the peak energy .
前記レーザ発振器から入射されたレーザパルスの減衰前の期間においてレーザパルスを1回だけ前記光偏向部から出射させるように当該光偏向部を制御する第二の加工モードとしてステップとを有し、
前記第一の加工モードにおいては、前記光偏向部から出射されるレーザパルスのピークエネルギーが前記第二の加工モードにおいて前記光偏向部から出射されるレーザパルスのピークエネルギーより低くなるように前記光偏向部を制御するステップを有する、ことを特徴とするレーザ加工方法。 A laser pulse from a laser oscillator is emitted to an optical deflection unit that can be emitted by changing the energy, and the laser pulse emitted from the optical deflection unit is driven to irradiate the laser pulse to the machining position on the workpiece according to the machining data. In the laser processing method in which the laser pulse is emitted from the laser oscillator to the optical scanner to process the workpiece, the laser pulse that continues before and after the attenuation of the laser pulse that is incident from the laser oscillator is applied only once. a step as a first processing mode in which processing is performed by emitting a laser pulse from the light deflection unit;
a step as a second processing mode for controlling the optical deflection unit to emit a laser pulse from the optical deflection unit only once in a period before the laser pulse emitted from the laser oscillator is attenuated;
In the first processing mode, the light is adjusted so that the peak energy of the laser pulse emitted from the optical deflection unit is lower than the peak energy of the laser pulse emitted from the optical deflection unit in the second processing mode. A laser processing method , comprising a step of controlling a deflector .
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