KR100231716B1 - 레이저 가공장치 - Google Patents

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KR100231716B1
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마사토 마쓰바라
쓰카사 후쿠시마
미키 구로사와
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다니구찌 이찌로오, 기타오카 다카시
미쓰비시덴키 가부시키가이샤
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Abstract

집광 광학계와 상전사 광학계의 양자를 구비하고, 가공대상에 따라 각각을 사용함으로써 가공할 수 있는 영역을 넓게 할 수가 있고, 또 가공 정밀도를 높일 수 있는 레이저 가공장치를 얻는 것이다.
레이저 발진기와(1)와 피가공물(7)사이의 광로중에 삽입된 마스크 및 이마스크의 상을 가공면에 축소결상하는 렌즈를 갖는 상전사 광학계(3)와 집광 광학계(5)의 어느 한쪽을 선택하는 구동장치(선택수단)(11)와 상전사 광학계(30)와 집광 광학계(5)와 구동장치(11)를 제어하는 NC장치(9)를 구비하고 가공하는 구멍직경과 구멍깊이에 따라 상전사 광학계(3)와 집광 광학계(5)의 어느 한쪽을 선택하는 것이다.

Description

레이저 가공장치.
제1도는 이 발명의 제1및 제2의 실시의 형태에 의한 레이저 가공기의 구성도.
제2도는 이 발명의 제1의 실시의 형태에 의한 제어방법의 플로차트도.
제3도는 이 발명의 제2의 실시의 형태에 의한 레이저 가공기의 구성도.
제4도는 이 발명의 제2의 실시의 형태에 의한 레이저 제어방법의 플로차트도.
제5도는 이 발명의 제3의 실시의 형태에 의한 제어방법의 플로차트도.
제6도는 이 발명의 제4의 실시의 형태에 의한 제어방법의 플로차트도.
제7도는 이 발명의 제5의 실시의 형태에 의한 레이저 가공기의 구성도.
제8도는 이 발명의 제5및 제6의 실시의 형태에 의한 상전사 광학계의 구성도.
제9도는 이 발명의 제5의 실시의 형태에 의한 제어방법의 플로차트도.
제10도는 이 발명의 제6의 실시의 형태에 의한 레이저 가공기의 구성도.
제11도는 이 발명의 제6의 실시의 형태에 의한 제어방법의 플로차트도.
제12도는 이 발명의 제7의 실시이 형태에 의한 레이저 가공기의 구성도.
제13도는 이 발명의 제7및 제8의 실시의 형태에 의한 상전사 광학계의 구성도.
제14도는 이 발명의 제7의 실시의 형태에 의한 제어 방법의 플로차트도.
제15도는 이 발명의 제8의 실시의 형태에 의한 레이저 가공기의 구성도.
제16도는 이 발명의 제8의 실시의 형태에 의한 제어방법의 플로차트도.
제17도는 이 발명의 제9의 실시의 형태에 의한 레이저 가공기의 구성도.
제18도는 이 발명의 제9및 제10의 실시의 형태에 의한 상전사 광학계의 구성도.
제19도는 이 발명의 제9의 실시의 형태에 의한 제어방법의 플로차트도.
제20도는 이 발명의 제10의 실시의 형태에 의한 레이저 가공기의 구성도.
제21도는 이 발명의 제10의 실시의 형태에 의한 제어방법의 플로차트도.
제22도는 이 발명의 제11의 실시의 형태에 의한 레이저 가공기의 구성도.
제23도는 이 발명의 제11및 제12의 실시의 형태에 의한 상전사 광학계의 구성도.
제24도는 이 발명의 제11의 실시의 형태에 의한 제어방법의 플로차트도.
제25도는 이 발명의 제12의 실시의 형태에 의한 레이저 가공기의 구성도.
제26도는 이 발명의 제12의 실시의 형태에 의한 제어방법의 플로차트도.
제27도는 다층 프린트 기판의 단면도.
제28도는 종래의 레이저 가공기의 구성도.
제29도는 종래의 집광 광학계의 구성도.
제30도는 종래의 레이저 가공기의 구성도.
제31도는 종래의 상전사 광학계의 구성도.
제32도는 어느 재질에서의 집광 광학계의 상전사 광학계의 가공가능영역.
제33도는 종래의 레이저 가공기의 구성도.
제34도는 종래의 갈바노미러 사용한 상전사 광학계의 구성도.
제35도는 종래의 갈바노미러와 fθ렌즈를 사용했을 때의 광로장의 어긋남을 표시한 도면.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 레이저 발진기 2 : 레이저 빔
3 : 상전사 광학계(像戰寫 光學系) 5 : 집광 광학계 (集光 光學係)
6 : XY테이블 7 : 피가공불
8 : 반사경 9 : NC장치
10 : 반사경 11∼15 : 구동장치
16∼19 : 상전사 광학계 31 : 렌즈
32 : 마스크 33 : 전사 렌즈
34 : 위치가변의 마스크 35 : 곡율가변미러
36 : fθ렌즈 37 : 갈바노미러
38 : 위치가변의 렌즈 51 : 렌즈
52 : 스페셜필터 53 : 집광렌즈
본 발명은 배선기판등의 가공에 사용하는 레이저 가공장치에 관한 것이다.
[종래의 기술]
종래의 레이저 가공장치에서는 단지 레이저 빔을 집광해서 빔의 초점위치에서 가공을 하거나 또는 레이저 빔의 전송로에 마스크를 삽입해서 이 마스크의 상을 가공면에 축소결상해서 소망하는 빔 직경으로 해서 가공을 하거나 어느 한쪽만을 사용한 가공기밖에 없었다.
제27도는 다층 프린트 기판을 수지로 절연해서 몇층으로 겹쳐 놓은 것이다.
어느 층과 다른층의 배선부분(동박)을 접속하는데는 정지구멍인 블라인드 바이어 홀이나 관통구멍인 스루 홀을 기판에 뚫어서 구멍의 단면을 도금함으로써 층간의 배선부분을 접속하고 있다.
블라인드 바이어 홀이나 스루 홀의 그멍의 직경은 전자부품의 실장밀도의 고밀도화에 의해 더욱 작아져 있고, 최근에는 직경 수백 ㎛정도의 구멍 직경이 필요하게 되어 있으며, 또하나의 기판중에서도 서로 다른 구멍의 직경의 가공이 필요해지고 있다.
이정도의 구멍직경이 되면 지금까지의 드릴가공으로는 곤란하고 레이저 빔에 의한 가공이 사용되고 있다.
또, 프린트 기관의 다층화가 진행됨에 따라 하나의 기판중에서도 서로 다른 구멍의 깊이의 블라인드 바이어 홀의 가공이 필요하게 되었다.
또, 다층프린트 기판의 배선의 고밀도화에 의해 절단가공도 레이저 빔으로 시행되도록 되고 있다.
레이저 빔에 의한 미세구멍가공을 하는데는 레이저 빔을 가공하는 구멍 직경의 크기로 할 필요가 있고, 그 방법으로서는 아래의 2가지 방법이 있다.
레이저 빔을 렌즈에 의해 집광하는 방법(이하, 집광(集光) 광학계라고 한다) 및 레이저 빔의 광로 중(전송로 중)에 마스크를 설치하여 마스크의 상을 렌즈에 의해 가공면에 축소 결상시키는 방법이 있다 (이하, 상전사(象轉寫) 광학계라고 한다).
다음 집광 광학계와 상전사 광학계에 대해 설명한다.
제28도는 종래의 집광 광학계를 표시한 도면이다.
집광 광학계에서는 레이저 빔을 렌즈에 의해 집광해서 레이저 빔의 초점위치부근에서 가공하는 것이다.
이때 레이저 빔의 집광성을 향상시키기 위해 레이저 빔의 수차 성분을 제거하기 위한 제29도에 표시하는 바와 같은 스페셜 필터를 사용할 때 가 있다.
제28도에서 1은 레이저 발진기, 2는 레이저 빔, 5는 집광 광학계, 6은 XY테이블, 7은 피가공물, 8은 반사경, 9는 NC장치이다.
5의 집광 광학계를 제29도에 표시한다.
51은 렌즈, 52는 스페셜 필터, 53은 집광 렌즈이다.
스페셜 필터(52)는 렌즈(51)의 초점위치, 즉 빔이 푸리에 변환되는 위치에 놓여진다.
스페셜 필터(52)는 빔의 수차 성분을 제거해서 빔의 집광성능을 높이기 위한 것이고, 예를들면 Walter koechner, "Solid-state Laser Engineering", Spriner-Verlag, 1992, PP 174-180에 상세한 설명이 있다.
다음 동작에 대해 설명한다.
레이저 발진기(1)로부터 나온 레이저 빔은 렌즈(51)에 의해 스페셜 필터(52)상에 푸리에 변환되고,스페셜 필터(52)는 레이저 빔의 공간 주파수의 저주파 성분만을 투과시킨다.
스페셜 필터(52)에 의해 수차성분을 제거시킨 빔은 집광렌즈(53)에 의해 피가공물(7)의 면상에 집광된다.
NC장치(9)의 기억장치에는 복수의 가공조건, 즉 레이저 출력등의 조건이 기억되어 있고, 피가공물(7)의 재질 판두께 가공형상에 따른 최적의 조건이 선택되어 이에 따라 발진기(1), XY테이블(6)등이 제어된다.
제30도는 종래의 상전사 광학계를 표시한 도면이다.
레이저 빔의 전송로 중에 마스크를 설치해서 마스크의 핀 올의 상을 렌즈에 의해 가공면에 축소 결상시키고, 마스크로 규정된 직경된 레이저 빔을 가공면에서 얻는 것이다.
제30도에서, 1은 레이저 발진기, 2는 레이저 빔, 3은 광학계, 6은 XY테이블, 7은 피가공물, 8은 반사경, 9는 NC장치이다.
3의 상전사 광학계를 제31도에 표시한다.
31은 렌즈, 32는 마스크, 33은 렌즈이다.
마스크(32)와 렌즈(33)와, 피가공물(7)의 위치관계는 어떤 배율로 마스크의 상이 피가공물(7)상에 결상되는 위치관계에 있다.
결상에 대해서는, 예를 들면 K. Iizaka, "Engineering Optics", Spriner-Venlag, 1985 pp 145∼164에 상세한 설명이 있다.
다음 동작에 대해 설명한다.
레이저 발진기(1)로부터 나온 레이저 빔은 상전사 광학계(3)에 입사되어 렌즈(31)에 의해 마스크(32)를 조사하기 위해 집광된다.
집광하는 작은 직경의 마스크를 조사하는데 에너지의 손실을 적게 하기 위한것이다.
마스크(32)를 투과한 빔은 렌즈(33)에 이해 축소배율로 마스크의 상을 피가공물(7)면 상에 결상한다.
NC장치(9)의 기억장치에는 복수의 가공조건, 즉 레이저 출력등의 조건이 기억되고 있고, 피가공물(7)의 재질 판두께 가공형상에 따른 최적한 조건이 선택되고 그에 따라 발진기(1), XY테이블(6)등이 제어된다.
또, 상전사 광학계에서는 피가공물(7)상에서의 빔직경을 변화시키는데는 서로 다른 마스크를 복수개 준비해 두고 피가공물(7)상에서의 빔직경을 변화시킬 때 는 마스크를 교환한다.
레이저 빔에 의한 미세구멍가공에서 중요한 파라미터는 최소한계 구멍 직경 R과 최대한계 구멍깊이 DOF이다.
최소한계 구멍직경 R과 최대한계 구멍깊이 DOF는 다음식과 같이 된다.
R=K1*λ*F
DOF=K2*λ*(F2).......(1)
여기서, F=D/f이다.
D는 렌즈의 유효직경, f는 렌즈의 초점거리, λ는 레이저 빔의 파장, K1, K2는 피가공물(7)의 재질 및 레이저 빔의 상태, 즉 수차의 량이나 모드 등에 이해 결정되는 값이다.
K1, K2의 값을 집광 광학계와 상전사 광학계에서 비교하면 다음과 같이 된다.
단, 피가공물(7)의 재질은 같고 또 빔의 상태도 같은 것으로 한다.
K1(집광 광학계)＞K1(상전사 광학계), K2(집광 광학계)＞K2(상전사 광학계) 즉, R(집광 광학계)＞R(상전사 광학계), DOF(집광 광학계)＞DOF(상전사 광학계) 가공에 있어서, 상전사 광학계쪽의 집광 광학계보다 작은 구멍직경의 가공이 가능하나 가공 가능한 구멍의 깊이는 상전사 광학계쪽이 집광 광학계보다 얕다.
제32도에 구멍가공이 있는 재질에 대한 집광 광학계와 상전사 광학계의 가공가능 영역을 표시한다.
따라서 , 구멍의 직경이 작은 가공은 상전사 광학계를 구비한 레이저 가공기로 하고 구멍의 깊이가 깊은 가공은 집광 광학계를 구비한 레이저 가공기로 하고 있었다.
또, 다층 프린트 기판의 절단가공에서는 가공면에서의 작은 빔 직경보다도 도리어 초점 심도가 깊은 빔이 필요하게 되므로, 절단가공에서는 집광학계를 구비한 레이저 가공기로 하고 있었다.
이들로 인해, 하나의 다층 프린트 기판이 가공으로 절단가공 및 서로 다른 구멍직경이나 구멍의 깊이의 스루 홀 가공이나 브라인드 바이어 홀 가공을 효율적으로 일관해서 하기 위해서는 한 대의 레이저 가공기로 집광 광학계와 상전사 광학계의 전환이 불가결한 것이 된다.
다층 프린트 기판의 레이저 빔에 의한 가공에서는 생산성을 높이기 위해 XY테이블을 이동시킬 뿐 아니라, 갈바노미러에 의해 빔도 이동시켜서 가공의 고속화를 도모하고 있다.
제33도는 갈바노미러를 사용한 레이저 가공장치를 나타낸다.
제33도에서, 1은 레이저 발진기, 2는 레이저 빔, 19는 상전사 광학계, 6은 XY테이블, 7은 피가공물, 8은 반사경, 9는 NC장치이다.
19의 상전사 광학계를 제34도에 표시한다.
31은 렌즈, 32는 마스크, 36은 fθ렌즈, 37은 갈바노미러이다.
마스크(32)와 렌즈(36)와 피가공물(7)과의 위치관계는 빔을 갈바노미러 (37)로부터 fθ렌즈(36)에 대해 직하로 내렸을 때 에 어떤 배율로 마스크의 상이 피가공물(7)상에 결상되는 위치관계에 있다.
다음 동작에 대해 설명한다.
레이저 발진기(1)로부터 나온 레이저 빔은 상전사 광학계(19)에 입사된다.
상전사 광학계(19)에 입사된 빔은 렌즈(31)에 이해 마스크(32)를 조사 하기 위해 집광된다.
집광하는 것은 작은 직영의 마스크를 조사하는데 에너지의 손실을 적게하기 위해서이다.
마스크(32)를 투과한 빔은, 갈바노미러(37)에 의해 전사용의 fθ렌즈(36)위로 유도되어 fθ렌즈(36)에 의해 어떤 배율로 축소된 마스크의 상을 피가공물(7)면상에 결상한다.
갈바노미러(37)는 fθ렌즈(36)의 임의의 위치에 빔을 유도할 수가 있고, 그 결과 피가공물(7)상에서 fθ렌즈(36)의 크기의 영역분만큼 갈바노미러(37)에 의해 빔을 스캔할 수 가 있다.
NC장치(9)의 기억장치에는 복수의 가공조건, 즉 레이저 출력등의 조건이 기억되어 있고, 피가공물(7)의 재질, 판두께 가공형상에 따른 최적한 조건이 선택되어 거기에 따라 발진기(1), XY테이블(6), 갈바노미러(37)등이 제어 된다.
레이저 발진기의 출력은 정격 출력 부근에서 안정하나, 저출력에서는 변동폭이 켜져서 불안정해진다.
구멍가공에서는 한 구멍에 수 펄스밖에 사용하지 않으므로, 레이저 출력의 부정확성이 가공결과의 흐트러짐에 큰 영향을 미친다.
따라서 , 변동폭이 큰 저출력 역에서는 가공결과의 흐트러짐이 커진다.
[해결하고자 하는 과제]
종래의 레이저 가공장치는 이상과 같이 구성되어 있으므로 다음에 열겨하는 몇가지 문제점이 있었다.
집광 광학계만을 갖는 레이저 가공장치는, 최소한계 가공구멍의 직경이 상전사 광학계만을 갖는 레이저 가공장치에 비해 크기 때문에 작은 구멍의 직경의 가공이 않된다.
한편 , 상전사 광학계만을 갖는 레이저 가공장치는 가공할 수 있는 구멍의 깊이가 집광 광학계만을 갖는 레이저 가공장치에 비해 얕기 때문에 깊은 구멍의 스루 홀이나 블라인드 바이어 홀을 가공할 수가 없다.
또, 절단가공에 있어서, 프린트 기판의 판두께가 두꺼워지면 가공면에서 초점심도가 깊은 빔심지어 필요하므로, 상전사 광학계만으르 갖는 레이저 가공 장치로서는 가공이 안 된다.
또, 상전사 광학계에서는 피가공물(7)상에서의 빔지경을 변화시키려면 마스크(31)를 변경해야한다.
따라서 마스크를 교환하는 시간만큼 생산성이 저하한다.
또, 몇종류의 구멍직경이 다른 마스크를 준비해도 연속적으로 변화하는 구멍의 직경을 가공하는데는 대응할 수가 없다.
갈바노미러(37)로부터 빔을 fθ렌즈(36)에 대해서 직하로 내린 경우와 경사지게 내렸을 때를 비교하면 제35도에 표시한바와 같이 마스크(32)와 fθ렌즈(36)사이의 거리는 L1-L0만큼 다르다.
이 결과 갈바노미러(37)로부터 빔을 fθ렌즈(36)에 대해 경사지게 내렸을 때 에 피가공물(7)상에 마스크(32)의 상은 흐려져서 양호한 가공을 할 수 없다.
변동폭이 큰 저출력역에서는 가공결과의 흐트러짐이 커진다.
이 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위해 된 것이므로 다종 다양한 스루 홀이나 블라인드 바이어 홀을 갖는 배선기판의 가공및 절단가공이 가능한 레이저 가공장치를 얻은것을 목적으로 한다.
[문제를 해결하기 위한 수단]
이 발명에 관한 레이저 가공장치는 레이저 발진기와 피가공물 사이의 광로중에 삽입된 마스크 및 마스크의 상을 피가공물의 가공면에 축소 결상하는 렌즈를 갖는 상전사 광학계와 집광 광학계와 상시 상전사 광학계와 상기 집광 광학계중의 어느 것인가를 선택하는 선택수단과 상기 상전사 광학계와 상기 집광 광학계와 상기 선택수단을 제어하는 NC장치를 구비하고, 선택수단은 가공내용 및 가공조건에 따라 상기 상전사 광학계와 상기 집광학계의 어느 것인가를 선택하는 것이다.
또, 레이저 발진기의 피가공물사이의 광로사이에 삽입된 마스크 및 이 마스크의 상을 피가공물의 가공면에 축소결상하는 렌즈를 갖는 상전사 광학계와 집광 광학계와, 상기 상전사 광학계를 제어하는 NC장치를 구비하고, 상기 NC장치는 곡율반경미러의 곡율과 마스크의 위치를 제어하는 것이다.
또, 레이저 발진기와 피가공물사이의 광로사이에 삽입된 마스크 및 이마스크의 상을 피가공물의 가공면에 축소결상하는 곡율가변미러를 갖는 동시에 가공면과 곡율가변미러사이의 거리를 변화시키는 가변수단을 가진 상전사 광학계와 이 상전사 광학계를 제어하는 NC장치를 구비하고, 상기 NC장치는 상기 곡율가변미러의 곡율과 상기 가공면과 상기 곡율가변미러사이의 거리를 제어하는 것이다.
또, 레이저 발진기의 피가공물사이의 광로사이에 삽입된 마스크 및 이 마스크의 상을 피가공물의 가공면에 축소결상하는 렌즈를 가진 상전사 광학계와 이 상전사 광학계를 제어하는 NC장치를 구비하고, 상기 NC장치는 상기 마스크의 레이저 빔 입사측에서의 레이저 빔직경을 변화시킴으로써 ,상기 마스크를 통과하는 에너지를 조절하고 가공면상에서의 에너지를 조절하는 것이다.
[실시의 형태 1]
이하에 이 발명의 제1의 실시의 형태에 대해 설명한다.
장치 구성을 제1도에 표시한다.
1은 레이저 발진기, 2는 레이저 빔, 3은 상전사 광학계, 5는 집광 광학계, 6은 XY테이블, 7은 피가공물, 8은 반사경, 9는 NC장치, 10은 레이저 빔을 상전사 광학계(3) 또는 집광 광학계(5)의 어느 한쪽에 나누기 위한 선택 수단으로서의 구동 장치(11)가 붙은 미러이다.
3의 상전사 광학계는 제31도와 같다.
5의 집광 광학계는 제29도와 같다.
다음에 동작에 대해 설명한다.
NC장치(9)의 기억장치에는 복수의 가공조건, 즉 레이저 출력등의 조건이 기억되고 있고, 피가공물(7)의 재질 및 구멍직경이나 구멍의 깊에에 따른 최적한 가공조건이 선택된다.
또 재질 및 구멍직경이나 구멍의 깊이에 따라 상전사 광학계나 집광 광학계의 어느 쪽이 가공에 접합한지를 미리 NC장치(9)의 기억장치에 기억해 두고, 오퍼레이터가 재질 및 구멍의 직경이나 구멍의 깊이를 NC장치(9)에 입력했을 때에 자동적으로 상전사 광학계나 집광 광학계에 빔을 나누도록 NC장치(9)에 의해 미러(10)가 동작한다.
이 경우의 플로차트를 제2도에 표시한다.
또, 오퍼레이터가 수동으로 이 전환을 해도 된다.
상전사 광학계와 집광 광학계의 각각의 어느 재료에 대해 사용영역의 예는 제32도와 같다.
이것은 재료에 의해 다르다.
[실시의 형태 2]
실시의 형태 1에서 레이저 빔을 상전사 광학계나 집광 광학계의 어느 한쪽에 나눈 것에 대해 본 실시의 형태에서는 레이저 발진기의 피가공물 사이에 상전사 광학계나 집광 광학계의 어느 한쪽을 광로상으로부터 착탈가능하게 한다.
장치구성을 제3도에 표시한다.
1은 레이저 발진기, 2는 레이저 빔, 3은 상전사 광학계, 5는 집광 광학계, 6은 XY테이블, 7은 피가공물, 8은 반사경, 9는 NC장치, 13은 상전사 광학계(3)와 집광 광학계(5)중 어느 한쪽을 레이저 발진기와 피가공물사이의 광로에 대해 착탈하기 위한 선택수단으로서의 구동장치이다.
3의 상전사 광학계는 제31도와 같다.
5의 집광 광학계는 제29도와 같다.
다음에 동작에 대해 설명한다.
NC장치(9)의 기억장치에는 복수의 가공조건, 즉 레이저 출력등의 조건이 기억되어 있고, 피가공물(7)의 재질 및 구멍의 직경이나 구멍의 깊이에 따른 최적한 가공조건이 선택된다.
또, 재질 및 구멍의 직경이나 구멍의 깊이에 따라 상전사 광학계나 집광 광학계의 어느 쪽이 가공에 작합한가를 미리 NC장치(9)의 기억장치에 기억해두고 오퍼레이터가 재질및 구멍의 직경이나 구멍의 깊이를 NC장치(9)에 입력했을때에 자동적으로 상전사 광학계(3)또는 집광 광학계(5)의 어느 한쪽을 레이저 발진기의 피가공물 사이에 장착하도록 NC장치(9)에 의해 구동장치(13)가 동작한다.
이 경우의 플로차트를 제4도에 표시한다.
또, 오퍼레이터가 수동으로 상기 탈착을 해도 무방하다.
[실시의 형태 3]
장치 구성은 제1도와 같다.
다음, 동작에 대해 설명한다.
NC장치(9)의 기억장치에는 복수의 가공조건, 즉 레이저 출력등의 조건이 기억되어 있고, 피가공물(7)의 재질, 구멍의 직경 구멍의 깊이 및 구멍 가공이나 절단가공의 가공내용에 따라 최적한 조건이 선택된다.
이 가공내용에 따라 상전사 광학계나 집광 광학계의 어느 쪽이 가공에 적합한가를 미리 NC장치(9)의 기억장치에 기억해두고 오퍼레이터가 가공방법을 NC장치(9)에 입력했을 때 에 자동적으로 상전사 광학계나 집광 광학계에 빔을 나누도록 NC장치(9)에 의해 미러(10)가 동작한다.
이때의 플로차트를 제5도에 표시한다.
또, 오퍼레이터가 수동으로 이 전환을 해도 무방하다.
[실시의 형태 4]
실시의 형태 3에서 레이저 빔을 상전사 광학계나 집광 광학계의 어느 한쪽에 나눈 것에 대해, 본 실시의 형태에서는 레이저 발진기와 피가공물 사이에 상전사 광학계나 집광 광학계의 어느 한쪽을 광로상으로 부터 착탈가능하게 한다.
장치 구성은 제3도와 같다.
다음 동작에 대해 설명한다.
NC장치(9)의 기억장치에는 복수의 가공조건, 즉 레이저 출력등의 조건이 기억되어 있고, 피가공물(7)의 재질, 구멍직경이나 구멍의 깊이 및 구멍 가공인가 절단가공인가의 가공내용에 따른 최적한 조건이 선택된다.
이 가공 내용에 따라 상전사 광학계나 집광 광학계의 어느 쪽이 가공에 적합한가를 미리 NC장치(9)의 기억장치에 기억해두고 오퍼레이터가 가공방법을 NC장치(9)에 입력했을 때에 자동적으로 상전사 광학계(3) 또는 집광 광학계(5)의 어느 한쪽을 레이저 발진기의 피가공물사이에 장착하도록 NC장치(9)에 의해 구동장치(13)가 동작한다.
이 경우의 플로차트를 제6도에 표시한다.
또, 오퍼레이터가 수동으로 상기 착탈을 하여도 무방하다.
[실시의 형태 5]
종래예의 상전사 광학계에 있어서, 마스크(32)와 전사렌즈(33)사이의 거리(d1), 전사렌즈(33)와 피가공물(7)사이의 거리(d2), 전사렌즈의 초점거리(f), 마스트(32)의 상을 결상할 때의 배율(M)의 관계는 간이적으로는 다음과 같이 나타낼 수가 있다.
(1/d1)+(1/d2)=1/f,M=(d2)/(d1)....(2)
여기서, 전사렌즈를 곡율가변미러로 대치하면 초점거리를 변화시킬 수 가 있고, 이 결과 배율(M)을 변화시킬 수 가 있다.
곡율가번미러에 대해서는 Special Issue of the J. Opt. Sod. Am. 63(march 1977)나, J,W,Hardy. "Active Optics ; A New technology for the control of Light, Proc IEEE 66, 652∼697(june 1978)에 기재되어 있다.
장치구성을 제7도에 표시한다.
1은 레이저 발진기, 2는 레이저 빔, 16은 상전사 광학계, 6은 XY테이블, 7은 피가공물, 8은 반사경, 9는 NC장치 이다.
16의 상전사 광학계를 제8도에 표시한다.
31은 렌즈, 34는 구동장치(14)에 의해 위치를 가변할 수 있는 마스크, 35는 곡율을 가변할 수 있는 미러이다.
위치가변의 마스크(34)와 곡율가변미러(35)와 피가공물(7)과의 위치관계는 어떤 배율로 마스크의 상이 피가공물(7)상에 결상되는 위치관계에 있다.
다음 동작에 대해 설명한다.
(2)식으로 부터
f=d2/(M+1),M=d2/d2......(3) 이고, 배율 M을 작게, 즉 피가공물(7)상에서의 빔 직경을 작게하는데는 ,d2(곡율가변미러(35)와 피가공물(7)사이의 거리)는 일정하므로, d1(위치 가변의 마스크(34)와 곡율가변미러(35)사이의 거리)를 크게해서 배율 M을 작게해서 그배율 M에 상당하는 초점거리 f가 되도록 곡율가변미러(35)의 곡율을 조절한다.
따라서 오퍼레이터가 구멍의 직경을 NC장치에 입력하면 구멍의 직경에 따른 비율이 되도록 곡율가변미러(35)의 초점거리 및 마스크(34)의 위치가 정해지도록 동작한다.
이 경우의 플로차트를 제9도에 표시한다.
[실시의 형태 6]
장치 구성을 제10도에 표시한다.
1은 레이저 발진기, 2는 레이저 빔, 16은 상전사 광학계, 5는 집광 광학계, 6은 XY테이블 , 7은 피가공물, 8은 반사경, 9는 NC장치, 13은 상전사 광학계(3)와 집광 광학계(5)중의 어느 한쪽을 레이저 발진기와 피가공물 사이이 광로에 대해 착탈하기 위한 구동장치 이다.
16의 상전사 광학계는 제8도와 같다.
5의 집광 광학계는 제29도와 같다.
다음에 동작에 대해 설명한다.
NC장치(9)의 기억장치에는 복수의 가공조건, 즉 레이저 출력등의 조건이 기억되어 있고, 피가공물(7)의 재질, 구멍의 직경이나 구멍의 깊이 및 구멍가공인지 절단가공의 가공내용에 따른 최적한 조건이 선택된다.
이 가공 내용 및 가공의 직경이나 구멍의 깊이와 따라 상전사 광학계인지 집광 광학계인지를 알아서 어느 쪽이 가공에 적합한가를 미리 NC장치(9)의 기억장치에 기억해 두고 오퍼레이터가 가공방법 및 구멍의 직경이나 구멍의 깊이를 NC장치(9)에 입력했을 때에 자동적으로 상전사 광학계(16) 또는 집광 광학계(5)의 어느 한쪽을 레이저 발진기와 피가공물사이에 장착하도록 NC장치(9)에 의해 구동장치(13)가 동작한다.
그리고 , 상전사 광학계(16)에 빔이 나누어졌을 때에 구멍직경에 따른 배율이 되도록 곡율가변미러(35)의 초점거리 및 마스크(34)의 위치가 정해지도록 동작한다.
이 경우의 플로차트를 제11도에 표시한다.
[실시의 형태 7]
장치 구성을 제12도에 표시한다.
1은 레이저 발진기, 2는 레이저 빔, 17은 상전사 광학계, 6은 XY테이블, 7은 피가공물, 8은 반사경, 9는 NC장치이다.
상전사 광학계(17)는 구동장치(15)에 의해 위치를 가변할 수 가 있고, 상전사 광학계(17)와 피가공물(7)사이의 거리를 가변으로 할 수 가 있다.
17의 상전사 광학계를 제13도에 표시한다.
31은 렌즈, 32는 마스크, 35는 곡율을 가변할 수 있는 미러이다.
마스크(32)와 곡율가변미러(35)와 피가공물(7)과의 위치관계는 어떤 배율로 마스크의 상이 피가공물(7)에 결상되는 위치관계에 있다.
다음 동작에 대해 설명한다.
(2)식으로 부터
f=d1*M/(1+M),M=d2/d1......(4) 이고, 배율 M을 작게, 즉 피가공물(7)상에서의 빔 직경을 작게하는데 는 d1(마스크(32)와 곡율가변미러(35)사이의 거리)는 일정하므로, d2(곡율가변미러(35)와 피가공물(7)사이의 거리)를 작게함으로써, 배율 M을 작게해서 그 배율 M에 상당하는 초점거리 f가 되도록 곡율가변미러(35)의 곡율을 조절한다.
따라서 오퍼레이터가 구멍의 직경을 NC장치에 입력하면, 구멍직경에 따른배율이 되도록 곡율가변미러(35)의 초점거리 및 상전사 광학계(17)와 피가공물(7)사이의 거리가 정해지도록 동작한다.
이 경우의 플로차트를 제14도에 표시한다.
[실시의 형태 8]
장치구성을 제 15도에 표시한다.
1은 레이저 발진기, 2는 레이저 빔, 17은 상전사 광학계, 5는 집광 광학계, 6은 XY테이블, 7은 피가공물, 8은 반사경, 9는 NC장치, 13은 상전사 광학계(3)와 집광 광학계(5)의 어느 한쪽을 레이저 발진기와 피가공물 사이의 광로에 대해 착탈하기 위한 구동장치이다.
상전사 광학계(17)는 구동장치(15)에 의해 위치를 가변할 수가 있고, 상전사 광학계(17)와 피가공물(7)사이의 거리를 가변할 수 가 있다.
17의 상전사 광학계는 제13도와 같다.
5의 집광 광학계는 제29도와 같다.
다음 동작에 대해 설명한다.
NC장치(9)의 기억장치에는 복수의 가공조건, 즉 레이저 출력등의 조건이 기억되어 있고, 피가공물(7)의 재질, 구멍직경이나 구멍의 깊이 및 구멍 가공이나 절단가공의 가공내용에 따른 최적한 조건이 선택된다.
이 가공내용 및 구멍의 직경이나 구멍의 깊이에 따라 상전사 광학계나 집광 광학계의 어느 쪽이 가공에 적합한가를 미리 NC장치(9)의 기억장치에 기억해두고, 오퍼레이터가 가공방법및 구멍직경이나 구멍의 깊이를 NC장치(9)에 입력했을때에, 자동적으로 상전사 광학계(17) 또는 집광 광학계(5)의 어느 한쪽을 레이저 발진기와 피가공물 사이에 장착하도록 NC장치(9)에 의해 구동장치가(13)가 동작한다.
그리고 , 상전사 광학계(17)가 장착되었을 때 에 구멍직경에 따른 배율이 되도록 곡율가변미러(35)의 초점거리 및 상전사 광학계(17)와 피가공물(7) 사이의 거리가 정해지도록 동작한다.
이 경우의 플로차트를 제16도에 표시한다.
[실시의 형태 9]
장치구성을 제17도에 표시한다.
1은 레이저 발진기, 2는 레이저 빔, 18은 상전사 광학계, 6은 XY테이블, 7은 피가공물, 8은 반사경, 9는 NC장치이다.
18의 상전사 광학계를 제18도에 표시한다.
31은 렌즈, 34는 구동장치(14)에 의해 위치를 가변할 수 있는 마스크, 36은 전사용의 fθ렌즈, 37은 갈바노미러이다.
위치가 변마스크(34)와 렌즈(36)와 피가공물(7) 사이의 위치관계는 빔을 갈라노미러로부터 fθ렌즈, 37은 갈바노미러이다.
fθ렌즈(36)에 대해 직하로 내렸을 때 , 어떤 배율로 마스크의 상이 피가공물(8)상에 결상되는 위치 관계에 있다.
다음에 동작에 대하여 설명한다.
빔을 갈바노미러(37)로부터 fθ렌즈(36)에 대해 직하로 내렸을 때에 마스크(34)와 fθ렌즈(36)사이의 광로장이 일정하게 되도록 마스크(34)의 위치를 NC장치(9)에 이해 자동적으로 제어해서 갈바노미러(37)로 빔을 스캔해도 피가공물(7)상에서의 마스크(34)의 상이 흐려지지 않는 즉, 구멍의 직경이 일정하게 되게 한다.
이 경우의 플로차트를 제19도에 표시한다.
[실시의 형태 10]
장치구성을 제20도에 표시한다.
1은 레이저 발진기, 2는 레이저 빔, 18은 상전사 광학계, 5는 집광 광학계, 6은 XY테이블, 7은 피가공물, 8은 반사경, 9는 NC장치, 13은 상전사 광학계(18)와 집광 광학계(5)의 어느 한쪽을 레이저 발진기와 피가공물사이의 광로에 대해 착탈하기 위한 구동장치이다.
18의 상전사 광학계는 제18도와 같다.
5의 집광 광학계는 제29도와 같다.
다음에 동작에 대해 설명한다.
NC장치(9)의 기억장치는 복수의 가공조건, 즉 레이저 출력등의 조건이 기억되어 있고, 피가공물(7)의 재질, 구멍의 직경이나 구멍의 깊이 및 구멍가공인지 절단가공인지의 가공내용에 따른 최적한 조건이 선택된다.
이 가공내용 및 구멍직경이나 구멍의 깊이에 따라 상전사 광학계인지 집광학계인지 어느 쪽이 가공에 적합한지를 미리 NC장치(9)의 기억장치에 기억해 두고, 오퍼레이터가 가공방법 및 구멍직경이나 구멍의 깊이를 NC장치(9)에 입력했을 때에 자동적으로 상전사 광학계(18) 또는 집광 광학계(5)의 어느 한쪽을 레이저 발진기와 피가공물사이에 장착하도록 NC장치(9)에 의해 구동장치(13)가 동작한다.
그리고, 상전사 광학계(18)가 장착되었을 때에 빔을 갈바노미러(37)로부터 fθ렌즈(36)사이의 거리가 일정하게 되도록 마스크(34)의 위치를 NC장치(9)에 의해 자동적으로 제어해서 갈바노미러(37)로 빔을 스캔해도 피가공물(7)상에서의 마스크(34)의 상이 흐려지지 않는, 즉 구멍직경이 일정하게 되도록 한다.
이 경우의 플로차트를 제12도에 표시한다.
[실시의 형태 11]
장치구성을 제22도에 표시한다.
1은 레이저 발진기, 2는 레이저 빔, 19는 상전사 광학계, 6은 XY테이블, 7은 피가공물, 8은 반사경, 9는 NC장치이다.
19의 상전사 광학계를 제23도에 표시한다.
38은 구동장치(12)에 의해 위치가변하는 렌즈, 32는 마스크, 33은 렌즈이다.
마스크(32)와 렌즈(33)와 피가공물(7)과의 위치관계는 어떤 배율로 마스크의 상이 피가공물(7)상에 결상되는 위치관계에 있다.
다음 동작에 대해 설명한다.
위치가변의 렌즈(38)를 광축에 따라 이동시키면 마스크의 빔 입사측에서의 빔 직경을 변화시킬 수가 있고, 마스크를 통과하는 빔의 에너지를 변화시킬 수가 있다.
예를들면, 마스크에 직경 1㎜의 핀 홀이 뚫려 있고, 직경 2㎜의 빔으로 마스크의 핀홀을 조사하였다고 하면, 에너지의 통과율은 25%이다.
빔의 직경을 3㎜로 하면 에너지의 통과율은 11%이다.
이와같이 위치가변의 렌즈(38)를 광축에 따라 이동시킴으로써 가공면상에서의 레이저 출력을 조절할 수가 있다.
NC장치(9)의 기억장치에는 복수의 가공조건, 즉 레이저 출력등의 조건이 기억되고 있고, 피가공물(7)의 재질, 구멍직경이나 구멍의 깊이에 따른 최적한 조건이 선택된다.
이 레이저 출력에 따라 NC장치(9)에 의해 가변의 렌즈(38)를 광축에 따라 이동시킨다.
또, 위치가변의 렌즈(38)의 이동은 오퍼레이터가 수동으로 해도 된다.
이 경우의 한 실시예를 제24도의 플로차트로 표시한다.
[실시의 형태 12]
장치구성을 제25도에 표시한다.
1은 레이저 발진기, 2는 레이저 빔, 19는 상전사 광학계, 5는 집광 광학계, 6은 XY테이블, 7을 피가공물, 8은 반사경, 9는 NC장치, 13은 상전사 광학계(19)집광 광학계(5)의 어느 한쪽을 레이저 발진기와 피가공물 사이의 광로에 대해 착탈하기 위한 구동장치이다.
19의 상전사 광학계는 제23도와 같다.
5의 집광 광학계는 제29도와 같다.
다음 동작에 대해 설명한다.
NC장치(9)의 기억장치에는 복수의 가공조건, 즉 레이저 출력등의 조건이 기억되어 있고, 피가공물(7)의 재질, 구멍직경이나 구멍의 깊이 및 구멍가공인지 절단가공인지의 가공내용에 따른 최적한 조건이 선택된다.
이 가공내용 및 구멍직경이나 구멍깊이에 따라 상전사 광학계인지 집광학계인지 어느 쪽이 가공에 적합한가를 미리 NC장치(9)의 기억장치에 기억해 두고, 오퍼레이터가 가공방법 및 구멍직경이나 구멍깊이를 NC장치(9)에 의해 구동장치(13)가 동작한다.
그리고 상전사 광학계(19)가 장착되었을 때에 레이저 출력에 따라 NC장치(9)에 의해 위치가변의 렌즈(38)를 광축에 따라 이동시킨다.
또, 위치가변의 렌즈(38)의 이동은 오퍼레이터가 수동으로 해도 된다.
이 경우의 플로차트를 제26도에 표시한다.
[발명의 효과]
이 발명은 이상과 같이 구성돼 있으므로 아래에 기재하는 바와 같은 효과를 나타낸다.
이 발명에 의하면 상전사 광학계 쪽이 집광 광학계보다도 미세한 구멍가공이 가능하고, 또 집광 광학계쪽이 상전사 광학계보다도 구멍의 깊이가 깊은 가공이 가능하므로, 상전사 광학계와 집광 광학계를 병용함으로써 가공 가능한 구멍직경과 구멍의 깊이의 영역을 넓게 할 수가 있다.
또, 배선기판의 절단에는 초점심도가 깊은 빔이 필요하고 집광 광학계 쪽이 상전사 광학계보다도 초점심도가 깊은 빔을 얻을 수 있으므로 상전사 광학계을 병용함으로써 절단가공과 구멍가공을 고정밀도로 할 수가 있다.
또, 마스크의 위치와 결상미러의 초점거리를 변화시킴으로서 피가공물면상에서의 빔직경을 연속정으로 변화시킬 수가 있고, 또 피가공물 면상에서의 빔 직경을 변화시키는 데 요하는 시간을 단축할 수가 있다.
또, 집광 광학계보다도 상전사 광학계 쪽이 피가공물 면상에서 작은 빔직영이 얻어지므로, 가공가능한 구멍직경등의 가공형상의 폭을 넓게 할 수가 있다.
또, 상전사 광학계에서 마스크의 위치와 결상미러의 초점거리를 변화시킴으로써 피가공물 면상에서의 빔 직경을 연속적으로 변경시킬 수가 있고, 또 피가공물 면상에서의 빔 직경을 변화 시키는 데 요하는 시간을 단축할 수가 있다.
또, 상전사 광학계와 피가공물 사이의 거리 및 결상미러의 초점거리를 변화시킴으로써, 피가공물 면상에서의 빔 직경을 연속적으로 변경시킬 수가 있고, 또 상전사 광학계를 유닛마다 가동시킴으로써 마스크의 광축의 어긋남을 방지할 수 있고 피가공물 면상에서의 빔 직경의 변화에 의한 가공정밀도의 열화를 방지할 수 있다.
또, 피가공물 면상에서의 빔의직경을 변화시키는데 요하는 시간을 단축할 수가 있다.
또, 집광 광학계보다도 상전사 광학계쪽이 피가공물 면상에서 작은 빔 직경이 얻어지므로, 가공가능한 구멍의 직경등의 가공형상의 폭을 넓게 할 수가 있다.
또, 상전사 광학계에서, 상전사 광학계와 피가공물사이의 거리 및 결상 미러의 초점거리를 변화시킴으로써, 피가공물 면상에서의 빔 직경을 연속적으로 변경할 수가 있고 또, 상전사 광학계를 유닛마다 가동시켜주므로, 마스크의 광축의 어긋남을 방지할 수 있고, 피가공물 면상에서의 빔 직경의 변화에 의한 가공정밀도의 열화를 방지할 수 있다.
또, 피가공물 면상에서의 빔 직경을 변화시키는 데 요하는 시간을 단축 시킬 수가 있다.
또, 상전사 광학계에서 마스크의 위치를 가변시켜 줌으로써, 갈바노미러와 fθ렌즈를 사용했을때의 가공정밀도의 열화를 방지할 수가 있다.
또, 집광 광학계보다도 상전사 광학계 쪽이 피가공물 면상에서 작은 빔 직경이 얻어지므로, 가공가능한 구멍직경등의 가공형상의 폭을 넓게 할 수 있다.
또, 상전사 광학계에서 마스크의 위치를 가변시킴으로써 갈바노미러의 fθ렌즈를 사용했을때의 가공 정밀도의 열화를 방지할 수 있다.
또, 상전사 광학계에서, 레이저 발진기의 동작이 안정된 정격 출력 부근대로이므로, 가공면상에서 안정한 저출력이 얻어짐으로써 고정밀도의 가공이 가능해진다.
또, 상전사 광학계와 집광 광학계를 병용함으로써, 가공가능한 구멍직경과 구멍깊이의 영역을 넓게 할 수가 있고, 또 상전사 광학계에서 레이저 발진기의 동작이 안정된 정격출력 부근대로이고, 가공면상에서 안정된 저출력이 얻어지므로 고정밀도의 가공이 가능해진다.

Claims (4)

  1. 레이저 발진기(1)와 피가공물(7)사이의 광로중에 삽입된 마스크(32) 및 이 마스크(32)의 상을 상기 피가공물(7)의 가공면에 축소 결상하는 렌즈(33)를 갖는 상전사 광학계(3)와 집광 광학계(5)와 상기 상전사 광학계(3)와 상기 집광 광학계(5)의 어느 하나를 선택하는 선택수단((10) 및 (11)또는 (13)과, 상기 상전사 광학계(3)와 상기 집광 광학계(5)와 상기 선택수단((10) 및 (11) 또는 (13))을 제어하는 NC장치(9)를 구비하고, 상기 선택수단((10) 및 (11) 또는 (13))은 가공내용 및 가공조건에 따라 상기 상전사 광학계(3)와 상기 광학계(5)중의 어느 것을 선택하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공장치.
  2. 레이저 발진기(1)와 피가공물(7)사이의 광로중에 삽입된 위치 가변의 마스크(34) 및 이 마스크(34)의 상을 피가공물(7)의 가공면에 축소결상하는 곡율가변미러(35)를 갖는 상전사 광학계(16)와 이 상전사 광학계(16)를 제어하는 NC장치(9)를 구비하고, 상기 NC장치(9)는 상기 곡율 가변미러(35)의 곡율과 상기 마스크(34)의 위치를 제어하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공장치.
  3. 레이저 발진기(1)와 피가공물(7)사이의 광로중에 삽입된 마스크(32) 및 이 마스크(32)의 상을 상기 피가공물(7)의 가공면에 축소 결상하는 곡율가변미러(35)를 갖는 동시에 상기 가공면과 상기 곡율 가변미러(35)사이의 거리를 변화시키는 가변수단(15)을 갖는 상전사 광학계(17)와 이 상전사 광학계(17)를 제어하는 NC장치(9)를 구비하고 상기 NC장치(9)는 상기 곡율가변미러(35)의 곡율과 상기 가공면과 상기 곡율가변미러(35)사이의 거리를 제어하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공장치.
  4. 레이저 발진기(1)와 피가공물(7)사이의 광로중에 삽입된 마스크(32) 및 이 마스크(32)의 상을 상기 피가공물(7)의 가공면에 축소결상하는 렌즈(33)를 갖는 상전사 광학계(19)와 이 상전사 광학계(19)를 제어하는 NC장치(9)를 구비하고, 상기 NC장치(9)는 상기 마스크(32)의 레이저 빔 입사측에서의 레이저 빔(2)직경을 변화시킴으로써 상기 마스크(32)를 통과하는 에너지를 조절하고, 상기 가공면상에서의 에너지를 조절하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공장치.
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