KR100578949B1

KR100578949B1 - 레이저 가공장치

Info

Publication number: KR100578949B1
Application number: KR1020047007443A
Authority: KR
Inventors: 쿠로이와타다시; 이지마켄이치; 코바야시노부타카
Original assignee: 미쓰비시덴키 가부시키가이샤
Priority date: 2001-11-15
Filing date: 2002-11-13
Publication date: 2006-05-12
Also published as: CN1290660C; DE10297451T5; TW200300372A; US6984802B2; CN1585684A; DE10297451B4; KR20040065561A; WO2003041904A1; JPWO2003041904A1; JP4148138B2; TW555612B; US20040262275A1

Abstract

하나의 레이저광(26)을 제1 편광수단(25)으로 2개의 레이저광(26a, 26b)에 분광하고, 한쪽은 미러(24)를 경유하며, 다른쪽은 제1 갈바노 스캐너(29)로 2축방향으로 주사하고, 2개의 레이저광(26a, 26b)을 제2 편광수단(27)으로 도입한 후, 제2 갈바노 스캐너(30)로 주사하며, 피가공물(22)을 가공하는 레이저 가공장치에 있어서, 제1 편광수단(25)으로 투과한 레이저광(26b)은 제2 편광수단(27)으로 반사시켜, 제1 편광수단(25)으로 반사한 레이저광(26a)은 제2 편광수단(27)으로 투과시키도록 광로를 구성한다.

레이저광, 가공장치, 스캐너, 미러, 갈바노, 마스크, 발진기, 렌즈

Description

레이저 가공장치{LASER BEAM MACHINING DEVICE}

본 발명은, 프린트기판 등의 피가공물에 대하여 구멍개구가공을 주목적으로 한 레이저 가공기에 관한 것으로, 그 생산성 향상을 도모하는 것이다.

도 8은, 종래의 일반적인 구멍개구용 레이저 가공장치를 나타내는 개략구성도이다.

도면에 있어서, 1은 프린트기판 등의 피가공물, 2는 피가공물(1)에 예를 들면 비어홀, 스루홀 등의 구멍개구가공 등을 행하기 위한 레이저광, 3은 레이저광(2)을 발진하는 레이저 발진기, 4는 레이저광(2)을 반사시켜 광로를 도입하는 복수의 미러, 5, 6은 레이저광(2)을 주사하기 위한 갈바노 스캐너, 7은 레이저광(2)을 피가공물(1) 상에 집광시키기 위한 fθ 렌즈, 8은 피가공물(1)을 이동시키기 위한 XY 스테이지이다.

일반적인 구멍개구 가공용 레이저 가공장치에서는, 레이저 발진기(3)로부터 발진된 레이저광(2)은, 필요한 마스크, 미러(4)를 경유하여 갈바노 스캐너(5, 6)에 도입되고, 갈바노 스캐너(5, 6)의 편각을 제어함으로써, fθ 렌즈(7)를 통해 피가 공물(1)의 소정위치에 레이저광(2)을 집광한다.

이때, fθ 렌즈(7)를 통한 갈바노 스캐너(5, 6)의 편각에는, 예를 들면 50mm, 사방 등의 한계가 있는 것으로, 피가공물(1)의 소정위치에의 레이저광(2)의 집광에는, XY 스테이지(8)도 제어함으로써, 넓은 범위에서의 피가공물(1)의 가공을 가능하게 하고 있다.

여기서, 레이저 가공장치의 생산성은 갈바노 스캐너(5, 6)의 구동속도, fθ 렌즈(7)의 가공에어리어와 밀접한 관계가 있다.

갈바노 스캐너의 구동속도를 향상하기 위해서는, 갈바노 스캐너의 회전축에 고정되고, 편각의 제어에 의해 구동하는 갈바노미러의 질량을 작게 하는 것, 또한, 예를 들면 갈바노 스캐너(5, 6)와 fθ 렌즈(7)의 거리를 변경하는 등, 광학계의 설계변경을 실시하여, 가공범위를 유지한대로 갈바노 스캐너의 편각을 작게 하는 것이 유효하지만, 전술한 갈바노미러의 질량을 경감하기 위해, 갈바노 스캐너의 미러지름을 작게 하면, 마스크 통과시, 주변부분이 마스크로 차단되고, 지름이 일단 작아지는 레이저광(2)은, 마스크 통과 후에는 회절에 의해 지름이 넓어져, 갈바노 스캐너(5, 6)의 갈바노미러 도착시에는, 갈바노미러보다 커지고, 레이저광(2)은 갈바노미러로부터 새어나오는 부분이 발생하여, 마스크의 상을 정확히 피가공물(1) 상에 전사할 수 없게 되어, 미세구멍 가공을 행할 수 없게 된다.

또한, 가공범위를 유지한대로 갈바노 스캐너의 편각을 작게 하는 것은, fθ 렌즈와 갈바노 스캐너의 위치관계를 변경하는 등의 광학적 설계변경을 실시함으로써 가능해지지만, 설계에 가장 시간을 요하고, 비상에 고가의 fθ 렌즈의 사양이나 광학계 전체의 설계변경이 필요하게 되어, 싱글빔에서의 저가로 용이한 생산성 향상은 곤란했었다.

상기 방식의 생산성 향상을 목적으로 한 레이저 가공장치로서, 예를 들면 일본특허공개평 11-314188호 공보가 개시되어 있다.

도 9는, 일본특허공개평 11-314188호 공보에 나타나는 레이저 가공장치의 개략구성도이다.

도면에서, 9는 피가공물, 10은 마스크, 11은 레이저광을 분광하기 위한 하프미러, 12는 다이클로익 미러, 13a는 하프미러를 반사한 레이저광, 13b는 하프미러를 투과하여 다이클로익 미러에서 반사한 레이저광, 14, 15는 미러, 16은 레이저광 13a, 13b를 피가공물(9) 상에 집광시키기 위한 fθ 렌즈, 17, 18은 레이저광 13a를 가공에어리어 A1에 도입하기 위한 갈바노 스캐너, 19, 20은 레이저광 13b를 가공에어리어 A2에 도입하기 위한 갈바노 스캐너, 21은 피가공물의 각부를 가공에어리어 A1 또는 A2에 이동시키기 위한 XY 스테이지이다.

도 9에서 나타나는 레이저 가공장치는, 마스크(10)를 통과한 레이저광을 하프미러(11)를 경유시켜 복수로 분광하고, 분광한 레이저광(13a, 13b)을 각각 fθ 렌즈(16)의 입사측에 배치한 복수의 갈바노 스캐너계에 도입하고, 그 복수의 갈바노 스캐너계에 의해 주사함으로써, 분할설정된 가공에어리어 A1, A2에 조사하는 것을 가능하게 하고 있다.

또, 분광한 레이저광 13a는 제1 갈바노 스캐너계(17, 18)를 경유하여 fθ렌즈(16)의 반분의 영역에 도입한다.

또한 분광한 다른쪽의 레이저광 13b는 제2 갈바노 스캐너계(19, 20)를 경유하여 fθ렌즈(16)의 나머지 반분의 영역에 도입시키고, 제1, 제2 갈바노 스캐너계는 fθ렌즈(16)의 중심축에 관해서 대칭으로 배치함으로써, fθ 렌즈(16)를 1/2씩 동시 이용하여 생산성 향상을 가능하게 하고 있다.

그렇지만 일본특허공개평 11-314188호 공보에 개시되는 장치에서는, 하프미러(11)를 경유시켜 복수로 분광한 레이저광을 각각 제1 갈바노 스캐너계(17, 18)와 제2 갈바노 스캐너계(19, 20)로 주사하고, 분할설정된 가공에어리어 A1, A2에 조사하는 구성을 취하고 있기 때문에, 하프미러(11)에 의해 분광한 레이저광(13a, 13b)의 사이에는 하프미러(11)를 반사와 투과하는 것의 차이에 의한 가공구멍의 품질에 변동이 생기기 쉽다.

예를 들면 분광한 레이저광 13a와 13b의 사이에 에너지차가 생긴 경우, 피가공물(9)에 가공되는 가공구멍에는 구멍지름이나 구멍깊이 등의 차이가 생기기 용이하기 때문에, 구멍지름 등의 변동을 엄밀하게 요구되는 가공을 만족할 수 없는 가능성이 있다.

여기서, 레이저광 13a보다 13b의 에너지가 높을 때, 레이저광 13b의 광로 중에 광학 어테뉴에이터(attenuator) 등이 비싼 광학부품을 더 추가하고, 레이저광 13b의 에너지가 작아지도록 조정할 필요가 있지만, 광학 어테뉴에이터 등의 광학부품은, 일정한 비율의 에너지를 제거하는 사양으로 제작할 필요가 있고, 예를 들면 5%의 에너지를 제거하는 사양과 3%의 에너지를 제거하는 사양이 필요한 경우는 2종류의 광학 어테뉴에이터를 제작한다고 한 바와 같이, 여러 종류의 사양으로 광학 어테뉴에이터를 준비하고, 에너지차의 조정을 실시할때마다 교환할 필요도 있었다.

또한, 도 9에 나타내는 광로구성에서는, 분광한 레이저광(13a, 13b)의 마스크(10) 통과 후 피가공물(9)에 조사되기까지의 광로길이가 다르고, 피가공물(9) 상에서의 엄밀한 빔스폿지름도 다르게 되어 버린다는 문제도 있었다.

더욱이, fθ 렌즈(16)를 등분분할하고, 분할설정된 가공에어리어를 A1, A2를 동시가공하기 위해, 가공에어리어 A1, A2의 가공구멍수에 큰 차이가 있을 때, 또한 워크의 단부분 등 가공에어리어 A1, A2 내 어느 한쪽에 가공대상구멍이 없을 때 등은 생산성의 향상을 예상할 수 없다.

(발명의 개시)

본 발명은, 이러한 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로, 분광한 레이저광의 에너지나 품질의 차이를 최소로 하고, 각각의 광로길이를 동일하게 함으로써 빔스폿 지름도 동일하게 하는 수 있어, 또한 분광한 레이저광을 동일영역에 조사함으로써, 보다 저가로 생산성을 향상한 레이저 가공장치를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.

이 목적을 달성하기 위해, 제1 관점에 의하면, 하나의 레이저광을 제1 편광수단으로 2개의 레이저광으로 분광하고, 한쪽은 미러를 경유하며, 다른쪽은 제1 갈바노 스캐너로 2축방향으로 주사하고, 2개의 레이저광을 제2 편광수단으로 도입한 후, 제2 갈바노 스캐너로 주사하고, 피가공물을 가공하는 레이저 가공장치에 있어서, 제1 편광수단으로 투과한 레이저광은 제2 편광수단으로 반사시켜, 제1 편광수 단으로 반사한 레이저광은 제2 편광수단으로 투과시키는 광로를 구성하는 것이다.

또한, 2개의 편광수단의 반사면이 서로 마주 향하도록 배치하고, 분광한 각각의 레이저광의 광로길이가 각각 동일하게 되는 광로를 형성하는 것이다.

또한, 편광수단의 고정부분에, 분광한 2개 레이저광의 축을 포함하는 면에 수직인 축 중심에, 회전기구를 구비한 것이다.

또한, 편광수단을 투과하는 레이저광의 투과율을 회전기구의 회전에 의해 변화시킴으로써, 상기 레이저광의 에너지 밸런스를 조정하는 것이다.

분광한 레이저광 중, 임의의 레이저광을 추출하기 위한 레이저광 선택수단을 구비한 것이다.

또한, 레이저광 선택수단으로서, 레이저광을 분광한 각각의 광로에 설치된 셔터의 개폐를 제어하고, 임의의 광로로부터의 레이저광을 추출하는 것이다.

또한, 각 광로마다의 레이저광의 에너지 밸런스를 검출하는 검출수단을 구비하고, 이 검출수단에 의해 검출된 각 레이저광의 에너지 밸런스가 거의 균등하게 되도록 조정하는 것이다.

또한, 검출수단은, 피가공물이 적재되는 XY 테이블 근방에 설치된 파워센서로 구성하는 것이다.

또한, 분광한 각각의 레이저광의 광로길이가, 제1 편광수단과 제2 편광수단과의 사이에서 각각 동일하게 되도록 형성하는 것이다.

또한, 제1 갈바노 스캐너가 주사하는 편각은, 제2 갈바노 스캐너가 주사하는 편각보다 작은 것이다.

또한, 제1 편광수단과 제2 편광수단과의 사이에서 형성되는 각 광로에 있어서, 각 레이저광은 동일수의 미러에 의해 반사되는 것이다.

또한, 레이저 발진기와 제1 편광수단의 사이에 제3 편광수단을 설치하고, 그 제3 편광수단에 의해 분광한 2개의 레이저광을 각각 복수의 제1 편광수단 및 제2 편광수단에 도입하고, 레이저광을 2n개로 분광하는 것이다.

도 1은, 본 발명의 실시예에 의한 레이저 가공기의 광로구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.

도 2는, 본 발명의 실시예에 의한 레이저 가공기의 광로구성 내, 편광빔 스플리터에 의한 레이저광의 반사, 투과하는 부분의 확대도 및 구조도이다.

도 3은, 본 발명의 실시예에 의한 편광빔 스플리터에서의 레이저광의 입사각에 의한 반사 및 투과율의 의존성을 나타낸 도면이다.

도 4는, 갈바노 스캐너의 편각을 자동보정하는 프로그램의 플로우차트이다.

도 5는, 편광빔 스플리터의 각도를 자동조정하는 프로그램의 플로우차트이다.

도 6은, 편광수단을 추가하고, 4개의 레이저광에서 가공을 실시하는 경우의 레이저 가공기의 실시예의 개략구성을 나타낸 도면이다.

도 7은, 갈바노 스캐너의 편각을 자동보정하는 프로그램의 플로우차트이다.

도 8은, 종래의 일반적인 구멍개구용 레이저 가공기의 개략구성을 나타낸 도 면이다.

도 9는, 종래의 생산성 향상을 목적으로 한 구멍개구용 레이저 가공기의 개략구성을 나타낸 도면이다.

(실시예 1)

도 1은, 본 발명의 실시예에 의한 레이저 가공장치를 나타내는 개략구성도이다.

도면에서, 22는 프린트기판 등의 피가공물, 23은 피가공물(22) 상에 원하는 가공형상, (예를 들면 원형)을 전사하기 위한 상을 형성하기 위한 마스크, 24는 레이저광을 반사시켜 광로를 도입하는 복수의 미러, 25는 레이저광을 분광하기 위한 제1 편광수단인 제1 편광빔 스플리터, 26a는 제1 편광빔 스플리터를 반사한 레이저광, 26b는 제1 편광빔 스플리터를 투과한 레이저광, 27은 레이저광 26a를 투과, 26b를 반사시키기 위한 제2 편광수단인 제2 편광빔 스플리터, 28은 레이저광(26a, 26b)을 피가공물(22) 상에 집광시키기 위한 fθ렌즈, 29는 레이저광 26a를 2축방향으로 주사하여 제2 편광빔 스플리터에 도입하기 위한 제1 갈바노 스캐너, 30은 레이저광(26a, 26b)을 2축방향에 주사하여 피가공물(22)에 도입하기 위한 제2 갈바노 스캐너, 31은 피가공물(22)을 이동시키기 위한 XY 스테이지, 34는 레이저광의 광로 상에 설치되어 레이저광을 차단하는 레이저광 선택수단으로서의 셔터, 35는 fθ 렌즈(28)로부터 출사되는 레이저광의 에너지 측정하는 파워센서, 36은 레이저광에 의 한 가공구멍 등의 구멍지름, 구멍위치를 측정하기 위한 촬상소자인 CCD 카메라, 37은 갈바노 스캐너 편각 보정용의 피가공물이다.

도 2는, 편광빔 스플리터(25, 27)에서의 레이저광의 반사, 투과부분을 나타내는 것으로, 32는 입사광을 반사 또는 투과시키기 위한 윈도우, 33은 윈도우 32에서 반사한 입사광 성분을 입사광에 대하여 반사광을 90°로 출사시키기 위한 미러, 41은 편광빔 스플리터에의 입사각이 변화되어도 출사각도 및 위치가 변화하지 않은 위치를 회전축으로서 배치한 서보 모터, 42는 서보 모터 41을 고정하는 브라켓, 43은 편광빔 스플리터와 서보 모터를 연결하는 브라켓이다.

이때, 편향빔 스플리터(25, 27)의 윈도우 부분(32)은, CO₂ 레이저인 경우, ZnSe가 재료로서 잘 사용되지만, 다른 재료 예를 들면 Ge 등이라도 제작은 가능하다.

본 발명에 있어서는, 발진된 레이저광을 원편광으로 하여 제1 편광빔 스플리터(25)에 도입하고, 제1 편광빔 스플리터로써 투과하는 편광방향이 입사면과 평행한 P파인 레이저광 26b와, 반사하는 편광방향이 입사면과 수직인 S파인 레이저광 26a로 분광된다.

이때, 제1 편광빔 스플리터(25)로 도입되는 레이저광은, 원편광이 아니라, P파와 S파의 편광방향에 대하여 45°의 각도를 이루는 직선편광이어도 상관없다.

여기서, 원편광, 직선편광 중 어느쪽의 레이저광을 제1 편광빔 스플리터에 도입하는 경우라도, 레이저 발진기로부터 직선편광으로 레이저광을 발진할 필요가 있다.

레이저광을 원편광으로서 제1 편광빔 스플리터(25)에 도입하기 위해서는, 광로 중에 직선편광을 원편광으로 바꾸는 리타더(retarder)를 사용하고, 리타더에 있어서 입사광과 반사광이 90°를 이루는 각도로 입사될 필요가 있고, 또한, 리타더에 입사하는 레이저광의 편광방향은 입사광축과 반사광축을 2변으로 하는 평면과 리타더의 반사면의 교점에 대하여 45°의 각도에서 입사될 필요가 있지만, 원편광의 레이저광은 P파, S파의 편광방향을 균일하게 포함하고 있고, 제1 편광빔 스플리터(25)에 도입할 때의 편광방향의 제한이 없기 때문에, 광로설계의 자유도가 높다.

한편, 직선편광을 사용하는 경우, 전술한 대로 제1 편광빔 스플리터로 분광되는 P파와 S파의 편광방향에 대하여 45°의 각도를 이루는 직선편광으로서 레이저광을 제1 편광빔 스플리터(25)에 도입할 필요가 있어 광로설계에 제약은 있지만, 리타더와 리타더에 입사하는 레이저광의 편광방향 및 광축각도의 조정기구 및 조정이 불필요하게 되어, 광로를 간이화함으로써 비용면에 공헌하는 것이 가능하게 된다.

제1 편광빔 스플리터(25)를 투과한 레이저광 26b는, 벤드미러(24)를 경유하여, 제2 편광빔 스플리터(27)에 도입된다. 한편, 제1 빔 스플리터(25)로 반사한 레이저광(26a)은, 제 1갈바노 스캐너(29)에 의해 2축방향으로 주사된 후, 제2 편광빔 스플리터(27)에 도입된다.

그 후, 레이저광(26a, 26b)은 제2 갈바노 스캐너(30)에 의해 2축방향으로 주사된 후, fθ 렌즈(28)에 의해 피가공물(22) 상에 조사한다.

이때 제1 갈바노 스캐너(29)를 주사함으로써, 레이저광 26a는 피가공물(22) 상에 있고 레이저광 26b와 동일위치에 조사하는 것이 가능하다.

또한, 미리 설정된 범위 내에서 레이저광 26b에 대하여 임의의 위치에, 예를 들면, 갈바노 스캐너 29를 주사함으로써 레이저광 26a를 레이저광 26b를 중심으로 빔 스플리터의 윈도우(32)의 특성을 고려하여, 4mm 각의 범위 내를 주사함으로써, 제2 갈바노 스캐너(30)를 통해, 피가공물(22) 상의 임의의 다른 2점에 레이저광을 조사하는 것을 가능하게 하고 있다.

제1 편광빔 스플리터(25)를 반사한 레이저광 26a는, 제2 편광빔 스플리터(27)를 투과, 제1 편광빔 스플리터(25)를 투과한 레이저광 26b는, 제2 편광빔 스플리터(27)를 반사하도록 구성되어 있다.

그 때문에, 분광한 2개의 레이저광은 각각 반사와 투과양쪽의 과정을 지나서 있기 때문에, 반사와 투과의 차이에 의한 레이저광의 품질의 변동이나 에너지 밸런스의 붕괴를 상쇄하는 것을 가능하게 하고 있다.

예를 들면, 편광빔 스플리터에서의 레이저광의 입사각이 이상적인 브루스터 각 근방에로서는, 편광빔 스플리터에서의 반사 및 투과율은 도 3과 같이 된다.

이때, 도 3의 종축은, 입사되는 레이저광이 완전히 2분할된 경우의 반사율, 투과율을 100%로 하여 기술하고 있고, 예를 들면 반사율이 100%인 경우, 입사광에 대한 반사광의 비율은 50%가 된다.

2개의 편광빔 스플리터에 대하여 레이저광의 입사각이 브루스터 각에 대하여 각각 -2°인 경우, 하나의 편광빔 스플리터당, 레이저광의 반사율이 99%, 투과율이 97%가 되고, 반사 또는 투과의 과정을 2회 지나서 얻어지는 2개의 레이저광의 에너 지는 98%와 94%가 되어 4%의 에너지차가 생겨 버리지만, 반사와 투과양쪽의 과정을 1회 씩 지나서 얻을 수 있는 레이저광의 에너지는 어느쪽도 96%가 되어, 전술한 바와 같은 광로를 구성함으로써, 이러한 특성을 상쇄하는 것을 가능하게 하고 있다.

또한, 2개의 편광빔 스플리터는 동일한 것을 사용함으로써, 상기한 상쇄효과를 쉽게 함과 동시에, 비용면에도 공헌하고 있다.

2개의 편광빔 스플리터를 도 1에 나타내는 바와 같이 배치한 것에 의해, 제1 편광빔 스플리터(25)∼제2 편광빔 스플리터(27) 사이의 레이저광 26a와 26b의 광로길이를 동일하게 하고 있기 때문에, 분광한 2개의 레이저광의 빔스폿지름을 동일하게 할 수 있다.

예를 들면, 본 발명의 실시예에서는 광로를 X, Y, Z 방향으로 분해해도 각각 동일광로 길이 되기 때문에, 광로구성요소를 대소설계변경해도 광로를 X, Y, Z 방향으로 신축하는 것이 가능하고 레이저광 26a와 26b의 광로길이는 동일한대로 유지하는 것을 가능하게 하고 있다.

또한, 도 2에 나타내는 바와 같이, 편광빔 스플리터는 입사광에 대하여 반사광이 90°로 출사하도록 미러(33)를 일체화하고 있다.

편광빔 스플리터의 고정부분은, 도 2에 나타내는 바와 같이, 분광한 2개 레이저광 26a와 26b의 축을 포함하는 면에 수직한 축 중심으로 회전기구를 구비한 구조로 하여, 분광한 2개의 레이저광 26a와 26b의 사이에 에너지차가 생긴 경우에는, 도 3에 나타내는 레이저광의 입사각에 대한 반사율 및 투과율의 의존성을 이용함으로써 에너지차의 조정을 가능하게 하고, 광학 어테뉴에이터 등의 다른 광학부품을 필요로 하지 않고 염가인 방법으로, 2개 편광빔 스플리터를 거친 후의 2개의 레이저광 26a와 26b의 에너지 밸런스의 정밀도를 보다 높이는 것을 가능하게 하고 있다.

또한, 회전축의 위치는 편광빔 스플리터에의 입사각이 변화되어도 출사위치가 변화하지 않은 위치로 하고, 편광빔 스플리터를 회전시켜 에너지 밸런스를 조정해도, 그 후의 광로의 각도나 위치의 변화를 최소로 하도록 연구되고 있다.

예를 들면, 도 2에서의 회전축을 윈도우(32)와 미러(33)의 교점에 배치한 경우, 편광빔 스플리터를 ±5° 회전했을 때, 윈도우(32)에 대한 레이저광의 입사각도가 커지는 것에 대하여, 미러(33)에의 입사각도가 작아져, 윈도우(32)에 대한 레이저광의 입사각도가 작아지는 것에 비해, 미러(33)에의 입사각도가 커져, 각도의 오차를 상쇄함으로써 편광빔 스플리터의 입사광에 대한 출사각도는 오차없음의 90°, 또한 출사위치의 변화량은 없고, 이 효과는 편광빔 스플리터의 윈도우(32) 또는 미러(33)의 어느 쪽을 입사측에서도 동일한 효과를 얻는 것이 가능해진다.

도 3에 의한 편광빔 스플리터에서의 반사 및 투과율과 입사각의 관계와 이 효과에 의해, 제1 편광빔 스플리터(25)를 반사한 레이저광(26a)의 에너지가 높은 경우는, 제2 편광빔 스플리터(27)를 회전시켜 레이저광(26a)의 투과율을 조정함으로써 에너지를 낮게 할 수 있고, 또한, 제1 편광빔 스플리터(25)를 투과한 레이저광 26b의 에너지가 높은 경우는, 제1 편광빔 스플리터(25)를 회전시켜 레이저광 26b의 투과율을 조정함으로써 에너지를 낮게 할 수 있고, 그 후의 광로조정은 불필요해 지기 때문에 메인티넌스시간의 단축을 도모할 수 있다.

다음에, 레이저광의 에너지 밸런스를 조정하기 위해, 편광빔 스플리터의 각도를 자동조정할 때의 플로우를 도 4를 사용하여 설명한다.

우선, XY 스테이지(31)에 고정된 파워센서(35)의 수광부가 fθ 렌즈(28)로부터 출사되는 레이저광을 수광할 수 있는 위치에 파워센서(35)를 이동한다(스텝 S1).

그 후, 제1 셔터(34a)를 열고, 제2 셔터(34b)는 닫히며(스텝 S2), 도시하고 있지 않은 레이저 발진기로부터 레이저광이 출사되고, 레이저광 26a의 에너지가 파워센서(35)로 측정된다(스텝 S3).

에너지측정 후, 일단 레이저광의 발진은 정지하고, 제1 셔터(34a)를 닫고, 제2 셔터(34b)를 연다(스텝 S4).

다시 레이저광을 출사함으로써, 레이저광 26b의 에너지가 파워센서(35)에서 측정된다(스텝 S5).

제어장치에서 측정한 2개의 레이저광(26a, 26b)의 에너지차가 계산되고(스텝 S6), 허용값 내이면 조정은 종료하지만, 허용값을 벗어나는 경우는, 제1 편광빔 스플리터(25)와 제2 편광빔 스플리터(27)를 회전시켜, 각각의 편광빔 스플리터의 투과율을 조정하고(스텝 S9), 다시 2개의 레이저광의 에너지를 측정하고, 허용값 내가 될 때까지 반복하여 조정을 행한다.

또한, 미리 설정된 편광빔 스플리터의 회전각도범위 내, 예를 들면 ±5°의 범위 내에서 에너지차의 허용값을 할 수 있는지 여부를 판단하고(스텝 S8), 만족할 수 없는 경우는, 레이저 발진기로부터 원편광의 레이저광이 도입된 경우에는 원편 광율의 저하, 직선편광의 레이저광이 도입된 경우에는, 제1 편광빔 스플리터(25)의 투과, 반사의 편광방향에 대하여 45°의 각도로 도입되고 있는 편광방향의 각도 어긋남 등, 장치의 메인티넌스가 필요한 상태이라고 판단하고, 프로그램을 종료하여 도시되어 있지 않은 조작화면에 프로그램이 정상종료하지 않은 것, 메인티넌스를 재촉하는 내용의 메시지를 표시한다.

이러한 편광빔 스플리터의 각도의 자동조정은 정기적으로, 예를 들면 준비시나, 장치의 스타팅 할때 실시함으로써, 레이저광의 에너지 밸런스는 항상 보다 높은 정밀도를 유지할 수 있어, 작업자의 숙련도도 불필요해지기 때문에 안정한 가공을 실시할 수 있다.

다음에, 가공위치정밀도를 유지, 향상하기 위해, 갈바노 스캐너의 편각의 자동보정을 실시할때의 플로우를 도 5를 사용하여 설명한다.

우선, XY 스테이지(31) 상의 미리 설치된 보정용의 피가공물(37)(예를 들면 아크릴판)을 fθ 렌즈(28)의 가공에어리어 내에 이동한다. 제2 셔터(34b)를 열고, 제1 셔터(34a)를 닫으며(스텝 S11), 레이저광 26b만을 제2 갈바노 스캐너(30)에 의해 주사하고, 피가공물에 미리 설정된 범위, 예를 들면 50mm각 사방의 범위에 제2 갈바노 스캐너(30)의 편각보정 전의 가공을 실시한다(스텝 S12).

가공실시 후, XY 스테이지(31)를 구동함으로써 CCD 카메라(36)로 가공구멍의 위치정밀도를 측정한다(스텝 S13).

측정결과를 기준위치와 비교함으로써, 도시하지 않은 제어장치에 있어서 제2 갈바노 스캐너(30)의 편각의 보정값이 산출된다(스텝 S14)

그 후, XY 스테이지(31)를 구동함으로써, 다시 보정용의 피가공물(37)을 fθ 렌즈(28)의 가공에어리어 내에 이동하고, 피가공물(37)에 제2 갈바노 스캐너(30)의 편각보정 후의 가공을 실시한다(스텝 S15).

가공실시 후, XY 스테이지(31)를 구동함으로써 CCD 카메라(36)로 가공구멍의 위치정밀도를 측정하고(스텝 S16), 미리 설정된 허용값과 비교하며(스텝 S17),허용값을 벗어나고 있는 경우는 장치의 이상, 또는 사용방법에 오류가 있을 가능성이 있는 것을 오퍼레이터에 인식시키기 위해 프로그램이 종료하고, 도시하지 않은 조작화면 등에 프로그램이 정상종료하지 않은 내용의 메시지를 표시한다.

한편, 허용값 내이면 제2 갈바노 스캐너(30)의 편각의 보정은 종료하고, 제1 갈바노 스캐너(29)의 편각보정으로 옮긴다.

제1 갈바노 스캐너(29)의 편각보정에 있어서는, 제1 셔터(34a)를 열고, 제2셔터(34b)를 닫음으로써(스텝 S18), 레이저광(26a)만을 제1 갈바노 스캐너(29), 제2 갈바노 스캐너(30)에 의해 주사하고, 제2 갈바노 스캐너(30) 편각보정 실시시와 동일한 범위에 제1 갈바노 스캐너(29)의 편각보정 전의 가공을 실시한다(스텝 S19).

예를 들면, 제1 갈바노 스캐너(29)는 레이저광 26a를 레이저광 26b를 중심으로 한 4mm각 사방의 범위에 주사하도록 제어하고, 제2 갈바노 스캐너(30)는 레이저광(26a)을 46mm 각 사방의 범위에 주사하도록 제어함으로써, 제1 및 제2 갈바노 스캐너(29, 30)를 통한 레이저광 26a는, 50mm각 사방의 범위로 가공을 실시할 수 있다.

가공실시 후, XY 스테이지(31)를 구동함으로써 CCD 카메라(36)로 가공구멍의 위치정밀도를 측정한다(스텝 S20).

측정결과를 기준위치와 비교함으로써, 제어장치에서 제1 갈바노 스캐너(29)의 편각의 보정값이 산출된다(스텝 S21).

그 후, XY 스테이지(31)를 구동함으로써, 다시 보정용의 피가공물(37)을 fθ 렌즈(28)의 가공에어리어 내에 이동하고, 피가공물(37)에 제1 갈바노 스캐너(29)의 편각보정 후의 가공을 실시한다(스텝 S22).

가공실시 후, XY 스테이지(31)를 구동함으로써 CCD 카메라(36)로 가공구멍의 위치정밀도를 측정하고, 허용값을 벗어나 있는 경우는 제2 갈바노 스캐너(30)의 편각보정시와 마찬가지로 장치의 이상, 또는 사용방법에 오류가 있을 가능성이 있는 것을 오퍼레이터에 인식시키기 위해 프로그램이 종료하고, 조작화면에 프로그램이 정상종료하지 않았던 내용의 메시지를 표시한다.

한편, 허용값 내이면 제1 갈바노 스캐너(29)의 편각의 보정은 종료한다.

이러한 갈바노 스캐너의 편각의 자동보정은 어떤 조건을 채웠을 때, 예를 들면, 갈바노 스캐너 본체 또는, 주위의 온도를 모니터하고, 일정한 온도변화가 생겼을 때, 또는, 일정한 경과시간에 도달하였을 때에 실시하도록 제어함으로써, 항상 안정한 위치정밀도로 가공을 실시할 수 있다.

본 실시예에서는, 원편광의 레이저광을 편광빔 스플리터에 도입하여 분광하는 수단을 사용하고 있지만, 실시예에서 나타내고 있지 않은 레이저 발진기로부터 편광빔 스플리터에서 서로 직교하는 반사, 투과의 편광방향에 대하여 45°의 각도 로 직선편광을 발진하여, 도입함으로써 동일한 효과를 얻는 것이 가능하다.

(실시예 2)

또한, 편광빔 스플리터에서 분광후, 다시 원편광으로 하거나 반사, 투과의 편광방향에 대하여 45°의 각도로 편광빔 스플리터로 입사함으로써, 분할을 반복하는 것이 가능하고, 2개의 빔뿐만 아니라, 2n의 레이저광에서 가공을 실시하는 것도 가능하다.

도 6은, 제3 편광수단을 추가하고, 4개의 레이저광에서 가공을 실시하는 경우의 레이저 가공장치의 실시예를 나타내는 개략구성도이다.

도 6에서의 구성에서는, 도시하고 있지 않은 레이저 발진기로부터, 원편광 또는 직선편광의 레이저광을 도입하고, 제3 편광빔 스플리터(38)로 레이저광을 분광하며, 제3 편광빔 스플리터(38)를 투과한 레이저광(26)의 편광방향, 반사한 레이저광(39)의 편광방향이 각각, 제1 편광빔 스플리터(25, 25A)에서의 반사, 투과의 편광방향에 대하여 45°의 각도로 입사하도록 광로를 도입함으로써, 레이저광 26을 레이저광 26a, 26b로, 레이저광 39를 레이저광 39a, 39b로 분광하고 있다.

제1 편향빔 스플리터 25, 25A 이후의 광로에 대해서는 도 1에 나타내는 본 발명의 실시예와 같은 구성에 의해, 피가공물에 4개의 레이저광을 조사하여, 가공을 행하는 것을 가능하게 하고 있다.

이때, 제3 변경빔 스플리터(38)로 분광된 후, 피가공물에 조사되기까지의 광로길이는, 모두 동일길이로 함으로써, 분광한 4개의 레이저광의 빔스폿 지름을 동일하게 할 수 있다.

빔 스플리터의 조정에 대해서는, 도 7에 나타내는 바와 같이, 우선, 제1 및 제2 셔터(34a, 34b)만을 연 경우의 레이저광(26)(26a와 26b의 합)의 에너지와, 제 3 및 제4 셔터(34c, 34d)만을 연 경우의 레이저광(39)(39a와 39b의 합)의 에너지를 비교하여, 제3 편광빔 스플리터(38)를 회전시켜, 레이저광의 입사각도를 변화시킴으로써, 편광빔 스플리터(38)를 투과한 레이저광(26), 반사한 레이저광(39)의 에너지가 같아지도록 조정을 행한다(스텝 S31).

그 후, 제1 셔터(34a)만을 연 경우의 레이저광(26a)의 에너지와, 제2 셔터(34b)만을 연 경우의 레이저광 26b의 에너지를 비교하여, 제1 편광빔 스플리터(25)와 제2 편광빔 스플리터(27)를 회전시켜, 레이저광 26의 에너지를 레이저광 26a, 26b로 등분하도록 조정을 행한다(스텝 S32).

마지막으로, 제3 셔터(34c)만을 연 경우의 레이저광 39a의 에너지와, 제4 셔터(34d)만을 연 경우의 레이저광 39b의 에너지를 비교하고, 제1 편광빔 스플리터(25A)와 제2 편광빔 스플리터(27A)를 회전시켜, 마찬가지로 레이저광(39)의 에너지를 레이저광 39a, 39b로 등분하도록 조정을 행한다(스텝 S33).

이상의 조정에 의해, 피가공물(34)에 도입하는 4개의 레이저광의 에너지 밸런스를 보다 높이는 것을 가능하게 하고 있다.

갈바노 스캐너의 편각의 자동보정에 관해서는, 셔터(34) 중 어느 하나만 여는 상태로서 각각의 레이저광(26a, 26b, 39a, 39b)으로 기준위치와의 어긋남을 검출함으로써, 각 갈바노 스캐너의 편각의 보정을 행한다.

이상으로 기술한 바와 같이, 본 발명에 의한 레이저 가공장치를 사용하면, 분광한 레이저광의 품질이나 에너지의 차이를 균일화하고, 생산성을 향상시킬 수 있다. 또한, 분광한 2개의 레이저광의 광로길이를 동일하게 함으로써, 2개의 레이저광의 빔스폿지름을 동일하게 할 수 있다. 또한, 편광수단의 고정부분에 회전기구를 구비한 것에 의해, 보다 염가로 분광한 2개의 레이저광의 에너지의 변동을 최소로 할 수 있다고 하는 효과를 나타낸다.

이상과 같이, 본 발명에 관한 레이저 가공장치는, 프린트기판 등의 피가공물에 대하여 구멍개구가공에 적합하다.

Claims

하나의 레이저광을 제1 편광수단으로 2개의 레이저광에 분광하고, 한쪽은 미러를 경유하며, 다른쪽은 제1 갈바노 스캐너로 2축방향으로 주사하고, 2개의 레이저광을 제2 편광수단으로 도입한 후, 제2 갈바노 스캐너로 주사하고, 피가공물을 가공하는 레이저 가공장치에 있어서,

제1 편광수단으로 투과한 레이저광은 제2 편광수단으로 반사시키고, 제1 편광수단으로 반사한 레이저광은 제2 편광수단으로 투과시키도록 광로를 구성하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공장치.
제 1 항에 있어서,

2개의 편광수단의 반사면이 서로 마주 향하도록 배치하고, 분광한 각각의 레이저광의 광로길이가 각각 동일하게 되는 광로를 형성하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

편광수단의 고정부분에, 분광한 2개 레이저광의 축을 포함하는 면에 수직인 축 중심에, 회전기구를 구비한 것을 특징으로 하는 레이저 가공장치.
제 3 항에 있어서,

편광수단을 투과하는 레이저광의 투과율을 회전기구의 회전에 의해 변화시킴으로써, 상기 레이저광의 에너지 밸런스를 조정하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공장치.
제 1 항에 있어서,

분광한 레이저광 중, 임의의 레이저광을 추출하기 위한 레이저광 선택수단을 구비한 것을 특징으로 하는 레이저 가공장치.
제 5 항에 있어서,

레이저광 선택수단으로서, 레이저광을 분광한 각각의 광로에 설치된 셔터의 개폐를 제어하고, 임의의 광로로부터의 레이저광을 추출하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공장치.
제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,

각 광로마다의 레이저광의 에너지 밸런스를 검출하는 검출수단을 구비하고, 이 검출수단에 의해 검출된 각 레이저광의 에너지 밸런스가 거의 균등하게 되도록 조정하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공장치.
제 7 항에 있어서,

검출수단은, 피가공물이 적재되는 XY 테이블 근방에 설치된 파워센서로 구성하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공장치.
제 1 항에 있어서,

분광한 각각의 레이저광의 광로길이가, 제1 편광수단과 제2 편광수단과의 사이에서 각각 동일하게 되도록 형성하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공장치.
제 1 항에 있어서,

제1 갈바노 스캐너가 주사하는 편각은, 제2 갈바노 스캐너가 주사하는 편각보다 작은 것을 특징으로 하는 레이저 가공장치.
제 1 항에 있어서,

제1 편광수단과 제2 편광수단과의 사이에서 형성되는 각 광로에 있어서, 각 레이저광은 동일수의 미러에 의해 반사되는 것을 특징으로 하는 레이저 가공장치.
제 1 항에 있어서,

레이저 발진기와 제1 편광수단의 사이에 제3 편광수단을 설치하고,

그 제3 편광수단에 의해 분광한 2개의 레이저광을 각각 복수의 제1 편광수단 및 제2 편광수단에 도입하고, 레이저광을 2n개로 분광하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공장치.