JPS62197288A

JPS62197288A - レ−ザ加工装置

Info

Publication number: JPS62197288A
Application number: JP61040086A
Authority: JP
Inventors: Kazuyoshi Sudo; 数藤　和義
Original assignee: Miyachi Electronic Co
Current assignee: Miyachi Electronic Co
Priority date: 1986-02-25
Filing date: 1986-02-25
Publication date: 1987-08-31
Also published as: JPH0556237B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明はレーザ加工装置に関し、特にレーザ光の照射時
間を任意に設定し、照射時間に応じてレーザ出力を可変
することができるように工夫したものである。

（従来技術）加工用のレーザ光は概して高いエネルギをもつが、加工
の種類によって照射条件が異なり、例えば切断や破壊等
では極めて大きなパワーをもつレーザ光が使用される一
方、ハンダ付けやロー付は等では小さなパワーで短い照
射時間のレーザ光が使用される。

従来の連続発振のレーザ加工装置では、所望の照射時間
のレーザ光を得るために、レーザ発振器の共振器内に機
械式シャッタを設け、この照射時間分だけ該シャッタを
開閉するようにしている。

（発明が解決しようとする問題点）しかし、機械式シャッタの開閉速度は高々１００ｍ５ｅ
ｃが限度で、レーザ光のパルス幅もそれより小さくなら
ず、より短い時間の照射を必要とする微細加工を行うに
はレーザ出力が高すぎた。

さらに、シャッタ方式のレーザ加工装置によれば、一定
強度のレーザ光を得られるが、例えばハンダ付けにそれ
が用いられると、急激に強いレーザ光がハンダに当たる
ためハンダが局部加熱され、溶けて延びるどころか望ま
しくない粒状のいわゆるハンダボールが出来やすかった
。

このように、従来のレーザ加工装置で得られるレーザ出
力は融通性がなく、加工物によっては適合しない場合が
あり、上述のような不都合を生じた。

また、従来のレーザ加工装置では、短時間照射といって
も、第３図（Ａ）の実線で示すようにレーザ発振ができ
る状態のランプ電流ＡＦを加工作業中連続して流してお
り、機械式シャッタの開閉によって第３図（Ｂ）のよう
な短時間（ｔｌ　−ｔ２）の期間のレーザ出力を得てい
る。したがって励起用ランプ自体はレーザ発振可能の状
態で連続点灯しているため、レーザ光を照射しない時間
、つまりｔｌ−ｔ２期間以外の時間で消費電力を無駄に
し、さらに励起用ランプの寿命をも短くするという問題
があった。

本発明は、上述のような問題点に鑑みてなされたもので
、レーザ光の照射時間および出力を任意に設定、制御し
、照射時間に応じてレーザ出力を可変することができ、
特に高精度な微細加工を可能とし、消費電力の節減と励
起用ランプの長寿命化をも図るレーザ加工装置を提供す
ることを目的とする。

（問題点を解決するための手段）上記目的を達成する本発明の構成は、レーザ光を被加工
物に照射して所定の加工を行うレーザ加工装置において
、励起用ランプ電流に応じた出力のレーザ光を発生する
レーザ光発生手段と；レーザ光の出力を検出する光セン
サ手段と；加工条件に応じた所定の波形を仔する基準波
形信号を与える基準波形信号発生手段と；光センサ手段
より得られるレーザ出力検出信号と該基準波形信号とを
比較して誤差信号を発生する比較手段と；ランプ電流を
誤差信号に基づいて基準波形信号に追従させレーザ光発
生手段に供給するランプ電流供給手段と；を具備するこ
とを特徴とする。

（作用）レーザ光発生手段より発生されるレーザ光の出力は光セ
ンサ手段によって検出され、そのレーザ出力を表すレー
ザ出力検出信号が比較手段により基準波形信号と比較さ
れる。そして、両信号の誤差に応じたランプ電流がレー
ザ光発生手段に供給され、そのランプ電流に応じた出力
のレーザ光が発生される。

このように、レーザ光発生手段、光センサ手段。

比較手段、ランプ電流供給手段が閉ループを形成してレ
ーザ光の瞬時出力（パワー）９時間特性（例えば立上が
り、立下がり等）が基準波形信号に追従する（倣う）よ
うに制御される。

したがって、レーザ光の照射時間および出力を任意に設
定、制御することが可能となる。

（実施例）以下、第１図および第２図を参照して本発明の一実施例
を説明する。

第１図は、この実施例によるレーザ加工装置の要部の構
成を示す。この図において、ランプ電流供給回路１２に
は、交流電源１０から交流電圧Ｅｏが供給される。ラン
プ電流供給回路１２は交流−直流変換回路を有し、レー
ザ発振を規定する直流のランプ電流または励起電流ＤＩ
をレーザ発振器１４に供給する。

レーザ発振器１４は、例えばＹＡＧ　（イツトリウム・
アルミニウム・ガーネット）レーザで、レーザロッド１
６．励起用ランプ１８．共振器１９および冷却機構（図
示せず）を含み、励起用ランプ１８がランプ電流ＤＩに
応じた光量の光をレーザロッド１６に照射することによ
り、それが励起されてランプ電流ＤＩに対応したレーザ
光ＬＢを発振出力するように構成されている。そして、
このレーザ光ＬＢは９９．９％の反射率をもつミラー２
０により進行方向を曲げられてからレンズ２２、光ファ
イバ２４を介して出射ユニット２６に送られ、そこから
集光されたレーザ光ＬＢＯが被加工物、例えばプリント
基板２８に照射されるようになっている。

以上の構成は、従来のレーザ加工装置と共通する部分で
ある。

さて、本実施例によれば、ミラー２０を透過した０、１
％のレーザ光ＬＢＩが光センサ３０に入射される。この
先センサ３０は、例えばＰＩＮフォトダイオードからな
り、レーザ光ＬＢの出力ＰＬ　　（Ｗ）に対応した光電
流ＩＬを出力する。そして、この光電流ＩＬはレーザ出
力検出回路３２に供給され、そこで電流−電圧変換処理
を受ける。

しかして、レーザ出力検出回路３２の出力端子にはレー
ザ光ＬＢの出力ＰＬを表す直流のレーザ出力検出電圧Ｅ
Ｌが得られ、このレーザ出力検出電圧ＥＬは比較回路３
４の一方の入力端子ＣＩに与えられる。

比較回路３４の他方の入力端子Ｃ２には、基準波形信号
発生回路３８より加工条件に応じた直流の基準波形信号
ＷＳが与えられる。この信号ＷＳの波形は、例えばプリ
ント基板や電子部品のハンダ付けに対しては、第２図に
示すような台形状にされる。すなわち、ハンダの溶融特
性、被ハンダ付部の物理的特性Ｏ形状、接合要件等の加
工条件に応じた電流値（レーザ出力値）　ＡＬ、立上が
り時間ＴＲ，持続時間ＴＣ，立下がり時間ＴＦのランプ
電流が規定される。特に、立上がり時間ＴＲにおける勾
配は、ハンダの溶融特性にマツチングする速度でレーザ
光ＬＢを徐々に立ち上がらせるように選ばれる。それら
のパラメータＡＬ、ＴＲ，ＴＯ，ＴＦは、それぞれレー
ザ出力設定回路４２．立上がり時間設定回路４６．持続
時間設定回路４６．立下がり時間設定回路４８を介して
ディジタルスイッチ５０，５２，５４．５６により設定
される。

比較回路３４は、入力端子ＣＩ、Ｃ２にそれぞれ受けた
レーザ出力検出電圧ＥＬおよび基準波形信号ＷＳのそれ
ぞれの値を比較し、前者が後者より低いときにはその差
に比例した正の誤差電圧ＥＶ＋を出力し、前者が後者よ
り高いときにはその差に比例した負の誤差電圧ＥＶ−を
出力する。

比較回路３４より出力された誤差電圧ＥＶ＋　　（ＥＶ
−）は、演算増幅器からなるドライブ回路３６を介して
ランプ電流供給回路１２に与えられる。

そして、ランプ電流供給回路１２においては、誤差電圧
ＥＶ＋　　（ＥＶ−）に応じたランプ電流ＤＩを発生す
る。すなわち、正の誤差電圧ＥＶ＋に対してはランプ電
流ＤＩを増大させ、負の誤差電圧ＥＶ−に対しては逆に
ランプ電流ＤＩを減少させるようになっている。なお、
レーザ出力検出電圧ＥＬはアナログ−ディジタル（Ａ／
Ｄ）変換器５８を介してモニタ装置６０に送られ、レー
ザ光ＬＢの波形が表示されるようになっている。

次に、本実施例の動作を説明すると、加工開始前にはラ
ンプ電流供給回路１２より予備電流（ＡＢ）が励起用ラ
ンプ１８に供給されてランプ１８は８一点灯しているが、しきい値以下のためレーザ光はまた発
振していない。

そして、スタート回路４０から起動信号ＳＴが発せられ
ると、基準波形信号発生回路３８から第２図（Ａ）に示
すような予め設定された波形の基準波形信号ＷＳが発生
される。その信号ＷＳに応じて後述するようにランプ電
流供給回路１２からランプ電流ＤＩが流れ、励起用ラン
プ１８がその電流に応じて点灯する。そうすると、ラン
プ１８からの照射光によってレーザロッド１６が励起さ
れレーザ光ＬＢが出る。このレーザ光ＬＢの大部分（９
９，９％）は、上述のようにミラー２０゜レンズ２２．
光ファイバ２４を通って出射ユニット２６から被加工物
２８のハンダ付部に照射される。残り（０，１％）のレ
ーザ光ＬＢＩは光センサ３０に入射され、レーザ出力検
出回路３２よりレーザ光ＬＢの瞬時的出力ＰＬを表すレ
ーザ出力検出信号ＥＬが得られる。

比較回路３４は、レーザ出力検出信号ＥＬと基準波形信
号ＷＳとを比較するが、立上がり時間ＴＲの期間では前
者（ＥＬ）より後者（ＷＳ）の方が高いので正の誤差電
圧ＥＶ＋を出力する。したがって、この期間ＴＲでは、
第２図（Ａ）に示すようにランプ電流ＤＩが徐々に増大
し、それに応じて第２図（Ｂ）に示すようにレーザ光Ｌ
Ｂの出力ＰＬも徐々に増大する。そして、期間ＴＲが経
過すると、レーザ出力検出信号ＥＬと基準波形信号ＷＳ
とが略等しくなって均衡状態となり、レーザ光ＬＢの出
力ＰＬはランプ電流設定値ＡＬに対応した所定値（ＰＡ
）に維持される。そして、起動時から設定時間ＴＣが経
過すると、立下がり期間ＴＦに入り、この期間ＴＦでは
ＥＬ　＞ＷＳとなって負の誤差電圧ＥＶ−が発生し、ラ
ンプ電流ＤＩが徐々に減少し、それに応じてレーザ光Ｌ
ＢのレベルＰＬも徐々に低下し、終にはレーザ発振が停
止する。

このように、本実施例によれば、フィードバックループ
によってレーザ光ＬＢの立上がり、瞬時出力（パワー）
、照射時間、立下がりが予め設定された基準波形信号Ｗ
Ｓに追従する（倣う）ように制御される。したがって、
上述のようなハンダ付けの場合、レーザ出力がハンダの
溶融特性にマツチングするような速度で徐々に立ち上が
るので、ハンダが急激に加熱されることなく速やかに溶
融し・、ハンダボールの発生しない良質なハンダ接合が
得られる。

なお、本発明を連続発振のレーザ発振器について説明し
たが、パルスレーザ発振器を用いてもよい。また、上記
実施例ではハンダ付けを例にして台形波状の基準波形信
号ＷＳが選ばれたが、加工条件に応じて種々の波形が設
定可能であり、したがって基準信号発生手段として関数
発生器を用いてもよい。

（発明の効果）以上のように、本発明によれば、レーザ光の照射時間お
よび出力が任意設定（プログラム）可能で、任意の被加
工物に適合した精細な加工を行うことができ、また消費
電力の節減が図られ、励起用ランプの寿命も延ばせる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例によるレーザ加工装置の要
部の構成を示すブロック図、第２図は、上記実施例における基準波形信号（またはラ
ンプ電流）およびレーザ出力のそれぞれの時間特性を示
すタイミング図、および第３図は、従来のレーザ加工装
置における励起用ランプ電流およびレーザ出力の時間特
性を示すタイミング図である。１０・・・・交流電源、　　１２・・・・ランプ電流供
給回路、１４・・・・レーザ発生器、　　１６・・・・
レーザロッド、１８・・・・励起用ランプ、　　１９・
・・・共振器、２０・・・・ミラー、　　２６・・・・
出射ユニット、　　２８・・・・プリント回路板（被加
工物）、　３０・・・・光センサ、３２・・・・レーザ
出力検出回路、　３４・・・・比較回路、３８・・・・
基準波形信号発生回路、　４０・・・・スタート回路、
　４２・・・・レーザ出力設定回路、　４４・・・・立
上がり時間設定回路、　４６・・・・持続時間設定回路
、４８・・・・立下がり時間設定回路、　５０〜５６・
・・・ディジタルスイッチ。第３図手続補正書（自発）昭和６１年４月９日１、事件の表示昭和６１年特許願第４００８６号２、発明の名称レーザ加工装置３、補正をする者事件との関係　特許出願人住所　　　　　千葉県野田市ニッ塚９５番地の３氏名（
名称）宮地電子株式会社代表者西澤敬次４、代理人住所〒１０１東京都千代田区神田駿河台２−１ｌ−ＩＥ
３駿河白河台かち坂ビル３０２号電話　東京（２３３）３１９１明細書及び図面６、補正の内容

Claims

【特許請求の範囲】

（１）レーザ光を被加工物に照射して所定の加工を行う
レーザ加工装置において、励起用ランプ電流に応じた出力のレーザ光を発生するレ
ーザ光発生手段と、前記レーザ光の出力を検出する光センサ手段と、加工条
件に応じた所定の波形を有する基準波形信号を与える基
準波形信号発生手段と、前記光センサ手段より得られるレーザ出力検出信号と前
記基準波形信号とを比較して誤差信号を発生する比較手
段と、前記ランプ電流を前記誤差信号に基づいて前記基準波形
信号に追従させ前記レーザ光発生手段に供給するランプ
電流供給手段と、を具備することを特徴とするレーザ加工装置。
（２）前記基準波形信号を台形波状とした特許請求の範
囲第１項に記載のレーザ加工装置。
（３）前記基準波形信号のレーザ出力、立上がり時間、
持続時間、立下がり時間を設定する手段を設けた特許請
求の範囲第１項に記載のレーザ加工装置。
（４）前記基準波形信号発生手段を関数発生器とした特
許請求の範囲第１項に記載のレーザ加工装置。