KR100824494B1 - A laser processing apparatus - Google Patents
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Abstract
본 발명의 과제는, HOE를 사용하여 복수 구멍을 동시에 가공하는 경우나 HOE를 사용하지 않고 단일한 긴 구멍 가공을 실시하는 경우에 간단하게 그 가공 구멍의 위치 정밀도의 향상이나 발생 일그러짐의 저감을 도모할 수 있는 레이저 가공 장치를 얻는 것이다. An object of the present invention is to easily improve the positional accuracy of the processing hole and to reduce the occurrence of distortion, when simultaneously processing a plurality of holes using the HOE or when performing a single long hole without using the HOE. It is to obtain the laser processing apparatus which can be done.
이러한 본 발명에서는, 레이저광(1)을 복수의 레이저광으로 분광하는 HOE(10), 분광 레이저광을 대응하는 미러 면(2a, 2b)을 회전 구동하여 서로 대략 직교하는 방향으로 2차원 주사하는 2개의 갈바노 스캐너, 2차원 주사된 레이저광을 워크를 향하여 집광· 조사하는 fθ 렌즈(4) 구비한 레이저 가공 장치에 있어서, 최초로 레이저광을 받는 갈바노 스캐너가 회전 구동하는 미러 면(2a)에는, HOE(10)에서 분광된 레이저광의 분광 패턴(14a)의 긴 쪽 방향측이 해당 갈바노 스캐너의 구동축의 축선 방향측을 향한 상태에서 입사한다. 이에 의해, 스캔 영역(7) 단부에서의 패턴 회전각이 작아져서 위치 정밀도가 향상한다.In the present invention, two-dimensional scanning is performed in a direction substantially perpendicular to each other by rotationally driving the HOE 10 for spectroscopy of the laser beam 1 with a plurality of laser beams and the mirror surfaces 2a and 2b corresponding to the spectroscopic laser beams. In the laser processing apparatus equipped with two galvano scanners and the f (theta) lens 4 which collects and irradiates a two-dimensional scanned laser beam toward a workpiece | work, the mirror surface 2a by which the galvano scanner which receives a laser beam is rotated for the first time is provided. Is incident on the axial direction side of the drive shaft of the galvano scanner. Thereby, the pattern rotation angle in the edge part of the scan area 7 becomes small, and positional accuracy improves.
레이저광, 레이저 발진기, 갈바노 스캐너, 레이저 분광 수단, 분광패턴 Laser Light, Laser Oscillator, Galvano Scanner, Laser Spectroscopy, Spectral Pattern
Description
도 1은 본 발명의 실시형태 1에 의한 HOE를 사용한 레이저 가공 장치에서 실시되는 레이저 가공 방법의 원리를 설명하는 광선 추적도.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The ray tracing diagram explaining the principle of the laser processing method implemented in the laser processing apparatus using HOE by
도 2는 도 1에 있어서 HOE의 배치 위치 H에 가까운 쪽의 제 1 갈바노 스캔 미러의 미러 면내에서의 광선 추적 확대도.FIG. 2 is an enlarged view of the ray tracing in the mirror plane of the first galvano scan mirror closer to the placement position H of the HOE in FIG. 1; FIG.
도 3은 도 2에 나타내는 제 1 갈바노 스캔 미러의 미러 면의 법선(法線) 방향에서의 광선 추적 확대도.FIG. 3 is an enlarged view of the ray tracing in the normal direction of the mirror surface of the first galvano scan mirror shown in FIG. 2; FIG.
도 4는 도 1에 있어서 제 1 갈바노 스캔 미러에서의 반사광을 받는 제 2 갈바노 스캔 미러의 미러 면내에서의 광선 추적 확대도.4 is an enlarged view of the ray tracing in the mirror plane of the second galvano scan mirror which receives the reflected light from the first galvano scan mirror in FIG.
도 5는 도 1에 있어서 제 2 갈바노 스캔 미러에서의 반사광을 받는 fθ 렌즈의 수광면 내에서의 HOE 분광 패턴의 회전각을 설명하는 도면.5 is a view for explaining the rotation angle of the HOE spectral pattern in the light receiving surface of the f? Lens receiving the reflected light from the second galvano scan mirror in FIG. 1;
도 6은 도 2에 나타낸 m, n이 m>n인 경우에 편차각 η과 도 5에 나타내는 바와 같이 정의한 각도 θ12, θ23과의 관계를 나타내는 도면.FIG. 6 is a diagram showing a relationship between the deviation angles η and the angles θ12 and θ23 defined as shown in FIG. 5 when m and n shown in FIG. 2 are m> n.
도 7은 도 2에 나타낸 m, n이 m<n인 경우에 편차각 η과 도 5에 나타내는 바와 같이 정의한 각도 θ12, θ23과의 관계를 나타내는 도면.FIG. 7 is a diagram showing a relationship between the deviation angles η and the angles θ12 and θ23 defined as shown in FIG. 5 when m and n shown in FIG. 2 are m <n.
도 8은 도 2에 나타낸 m, n의 대소 관계와 도 5에 나타내는 바와 같이 정의한 각도 θ12, θ23에 의한 회전각 최대치와의 관계를 나타내는 도면.FIG. 8 is a diagram showing a relationship between a magnitude relationship between m and n shown in FIG. 2 and a maximum rotation angle by angles θ12 and θ23 defined as shown in FIG. 5.
도 9는 스캔 영역의 4각부에서의 HOE 분광 패턴을 나타내며, 도 9의 (1)은 HOE 분광 패턴의 긴 쪽 방향을 제 1 갈바노 스캐너의 구동축 방향과 대략 평행하게 설정한 세로 두기시의 개념도와, 도 9의 (2)는 HOE 분광 패턴의 긴 쪽 방향을 제 1 갈바노 스캐너의 구동축 방향과 직교하는 방향으로 대략 평행하게 설정한 가로 두기시의 개념도.FIG. 9 shows a HOE spectral pattern at four corners of the scan area, and FIG. 9 (1) is a conceptual view at the time of vertical positioning in which the long direction of the HOE spectral pattern is set substantially parallel to the direction of the drive shaft of the first galvano scanner. 9 (2) is a conceptual diagram at the time of horizontal positioning in which the longitudinal direction of the HOE spectral pattern is set substantially parallel to the direction orthogonal to the drive shaft direction of the first galvano scanner.
도 10은 스캔 영역의 4각부에서의 HOE 분광 패턴의 회전각을 스캔 영역의 면적을 바꾸어 구하는 경우의 그 회전각과 제 1 갈바노 스캐너의 구동축 방향과의 관계를 나타내는 도면.Fig. 10 is a diagram showing the relationship between the rotation angle of the HOE spectral pattern in the four corner portions of the scan area by changing the area of the scan area and the direction of the drive shaft of the first galvano scanner.
도 11은 도 9의 (1)에 나타내는 세로 두기시의 경우에 실시하는 레이저 가공의 개념도.FIG. 11 is a conceptual diagram of laser processing performed in the case of vertical positioning shown in FIG. 9 (1). FIG.
도 12는 도 9의 (2)에 나타내는 가로 두기시의 경우에 실시하는 레이저 가공의 개념도.FIG. 12 is a conceptual diagram of laser processing performed in the case of horizontal placing shown in FIG. 9 (2). FIG.
도 13은 본 발명의 실시형태 2에 의한 HOE를 사용하지 않는 레이저 가공 장치에서 실시되는 레이저 가공 방법의 원리를 설명하는 개념도.It is a conceptual diagram explaining the principle of the laser processing method implemented in the laser processing apparatus which does not use HOE by
도 14는 레이저 가공 장치의 일반적인 구성과 동작을 설명하는 개념도.14 is a conceptual diagram illustrating a general configuration and operation of a laser processing apparatus.
도 15는 다축화한 레이저 가공 장치의 구성예를 나타내는 개념도.15 is a conceptual diagram illustrating a configuration example of a multiaxial laser machining apparatus.
도 16은 도 14에 나타내는 레이저 가공 장치에 적용하는 HOE에 의한 분광을 설명하는 개념도.FIG. 16 is a conceptual diagram illustrating spectroscopy by HOE applied to the laser processing apparatus shown in FIG. 14. FIG.
도 17은 도 14에 나타내는 레이저 가공 장치에 있어서 2개의 갈바노 스캐너 및 2개의 갈바노 스캔 미러에 의한 2차원 주사를 설명하는 광선 추적도.FIG. 17 is a ray tracing diagram for explaining two-dimensional scanning by two galvano scanners and two galvano scan mirrors in the laser processing apparatus shown in FIG. 14; FIG.
도 18은 도 17에 있어서 광선 방향과 주사각 η, ξ 및 앙각 Φ와의 관계를 나타내며, 광선 방향의 코사인 성분, 사인 성분을 구하는 도면과, 광선 방향의 코사인 성분, 사인 성분 및 탄젠트 성분을 구하는 도면.FIG. 18 shows the relationship between the light beam direction and the scan angles η, ξ and elevation angle Φ in FIG. 17, and a diagram for obtaining cosine and sinusoidal components in the light beam direction, and a diagram for obtaining cosine, sinusoidal and tangent components in the light beam direction. .
도 19는 도 17에 나타내는 화면상에서의 일그러짐과 앙각 Φ와의 관계를 나타내는 도면.FIG. 19 is a diagram illustrating a relationship between distortion and an elevation angle Φ on the screen shown in FIG. 17. FIG.
도 20은 스캔 영역의 각부(角部)에서의 HOE 분광 패턴의 일그러짐 발생을 설명하는 모식도.20 is a schematic diagram illustrating distortion occurrence of a HOE spectral pattern in each portion of a scan region.
도 21은 HOE를 사용하지 않고 타원이나 사각형 등의 긴 구멍을 내는 가공을 실시하는 경우에 있어서의 스캔 영역의 각부에서의 긴 구멍 패턴의 일그러짐 발생을 설명하는 모식도.Fig. 21 is a schematic diagram illustrating the occurrence of distortion of a long hole pattern in each portion of a scan area in a case where a long hole such as an ellipse or a rectangle is performed without using the HOE.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명** Description of the symbols for the main parts of the drawings *
1: 레이저광 1: laser light
2a: 갈바노 스캔 미러(제 1 갈바노 스캔 미러)2a: galvano scan mirror (first galvano scan mirror)
2b: 갈바노 스캔 미러(제 2 갈바노 스캔 미러)2b: galvano scan mirror (second galvano scan mirror)
3a: 갈바노 스캐너(제 1 갈바노 스캐너)3a: galvano scanner (first galvano scanner)
3b: 갈바노 스캐너(제 2 갈바노 스캐너)3b: galvano scanner (second galvano scanner)
9a, 9b: 레이저 헤드 12: HOE 분광 패턴9a, 9b: laser head 12: HOE spectral pattern
13: 긴 구멍 패턴 16: 긴 구멍 패턴13: long hole pattern 16: long hole pattern
η, ξ: 편차각(주사각)η, ξ: deviation angle (scanning angle)
본 발명은 프린트 기판 재료나 세라믹 그린시트 등의 전자 재료에 걸림 구멍이나 관통 구멍을 내는 레이저 가공 장치에 관한 것이다.TECHNICAL FIELD This invention relates to the laser processing apparatus which makes a fastening hole or a through hole in electronic materials, such as a printed circuit board material and a ceramic green sheet.
프린트 기판 재료나 세라믹 그린시트 등의 가공 대상물은 평면 형상을 하고 있으므로, 종래의 레이저 가공 장치에서는, 예를 들면 도 14에 나타낸 바와 같이 2개의 갈바노 스캐너를 사용하여 레이저광을 2차원적으로 주사(走査)하여 가공 대상물에 조사(照射)하여, 구멍 내기 가공을 실시하도록 하고 있다(예를 들면, 특허문헌 1 등). 여기서는, 본 발명의 이해를 용이하게 하기 위해, 도 14를 참조하여 그 개요를 설명한다.Since the object to be processed, such as a printed circuit board material or a ceramic green sheet, has a planar shape, in the conventional laser processing apparatus, for example, two laser beams are scanned two-dimensionally using two galvano scanners as shown in FIG. (Iv) and irradiate the object to be processed to perform perforation processing (for example, Patent Document 1). Here, the outline is demonstrated with reference to FIG. 14 in order to make understanding of this invention easy.
도 14는, 레이저 가공 장치의 일반적인 구성과 동작을 설명하는 개념도이다. 도 14에 나타내는 레이저 가공 장치는 갈바노 스캔 미러(2a, 2b)와, 갈바노 스캐너(3a, 3b)와, fθ 렌즈(4)와, 가공 워크(5)를 얹어 놓는 테이블을 구비하고 있다.14 is a conceptual diagram illustrating a general configuration and operation of a laser processing apparatus. The laser processing apparatus shown in FIG. 14 is provided with the
갈바노 스캔 미러(2a)는 도시 생략한 레이저 발진기가 출력하는 레이저광(1)을 최초로 받는 제 1 갈바노 스캔 미러로서, 그 미러 면이 갈바노 스캐너(3a)의 구동축의 회전에 수반하여 변위하고, 입사하는 레이저광(1)의 광축을 한 방향(예를 들면, X축 방향)으로 편향 주사하고, 그것을 제 2 갈바노 스캔 미러(2b)에 송출한다. 2번째로 레이저광을 받는 갈바노 스캔 미러(2b)는, 그 미러 면이 갈바노 스캐너(3b)의 구동축의 회전에 수반하여 변위하고, 입사하는 레이저광(1)의 광축을 대 략 직교하는 다른 한 방향(지금의 예에서는 Y축 방향)으로 편향 주사하여 fθ 렌즈(4)에 송출한다. fθ 렌즈(4)는, 이상과 같이 XY면내에서 2차원 주사된 레이저광을 가공 워크(5)상에 집광 조사한다. 이에 의해, 갈바노 스캐너(3a, 3b)에 의해 레이저광(1)을 2차원 주사할 수 있는 범위인 스캔 영역(7) 내의 가공 워크(5)에 다수의 가공 구멍(6)이 형성된다.The
그러나, 레이저 가공의 생산성은 이상의 설명으로부터 이해할 수 있듯이, 2 개의 갈바노 스캐너의 위치 결정 속도에 크게 의존한다. 그렇기 때문에, 갈바노 스캐너의 위치 결정 속도는 해마다 향상을 계속하고 있지만, 기계적인 동작이므로 진동이나 발열 등의 문제로부터 스스로 한계가 있다. 위치 결정 속도가 한계로 된 경우에 대비하여, 생산성을 향상시키는 방법으로서 동시에 조사할 수 있는 빔 개수를 증가시키는 방법이 검토되어 실용화되고 있다. 이것에는, 2개의 방법이 있다. 하나는, 도 15에 나타내는 바와 같이 다축화(多軸化)하는 방법이며, 다른 하나는 도 16에 나타내는 바와 같이 홀로그래픽 광학 소자(Holographic Optical Element : HOE)를 이용하는 방법이다.However, the productivity of laser processing greatly depends on the positioning speeds of the two galvano scanners as can be understood from the above description. Therefore, although the positioning speed of a galvano scanner continues to improve year by year, since it is a mechanical operation, it limits itself from problems, such as a vibration and heat generation. In preparation for the case where the positioning speed has become a limit, a method of increasing the number of beams that can be irradiated at the same time as a method of improving productivity has been studied and put into practical use. There are two ways to this. One is a method of multiaxializing as shown in FIG. 15, and the other is a method of using a holographic optical element (HOE) as shown in FIG.
도 15는, 다축화한 레이저 가공 장치의 구성 예를 나타내는 개념도이다. 도 15에 있어서, 레이저 헤드(9a, 9b)는 각각 갈바노 스캔 미러(2a, 2b), 갈바노 스캐너(3a, 3b) 및 fθ 렌즈(4)를 세트로 한 것으로, 분광기(8)에 의해 분광된 레이저광(1)이 동시에 공급되어 각각의 가공 워크(5)에 구멍 내기 가공을 동시에 실시하도록 구성된다.It is a conceptual diagram which shows the structural example of the laser processing apparatus which multiaxialized. In Fig. 15, the
도 15는, 2 헤드의 구성 예이나, 현재는 4 헤드로 증가시킴으로써 생산성을 향상시키는 시도가 이루어지고 있다. 그러나, 이 경우에는 갈바노 스캐너 및 갈바노 스캔 미러도 1세트에서, 2세트, 4세트로 늘리고, 고가의 fθ 렌즈도 2개, 4개로 늘려야 하며, 메인터넌스성 및 가격면에서 보더라도 문제가 많다.15 is an example of the configuration of two heads, but an attempt has been made to improve productivity by increasing the number to four heads at present. In this case, however, the galvano scanner and the galvano scan mirror should be increased from one set to two sets and four sets, and the expensive fθ lenses should be increased to two or four, too, and there are many problems in terms of maintenance and price.
도 16은, 도 14에 나타내는 레이저 가공 장치에 적용하는 HOE에 의한 분광(分光)을 설명하는 개념도이다. 도 16에 나타내는 바와 같이, HOE(10)는 레이저광(1)을 복수의 방향으로 분광할 수 있으므로, HOE(10)를 사용한 레이저 가공 장치에서는, 가공 패턴이 둥근 구멍을 복수개 조합한 어느 형상의 가공 패턴으로 한정되는 제한은 있으나, 레이저 헤드를 늘리지 않더라도 레이저광의 개수를 증가시킬 수 있으므로, 상기의 문제를 회피하여 확실히 속도 업을 도모할 수 있다.FIG. 16 is a conceptual diagram illustrating spectroscopy by HOE applied to the laser processing apparatus shown in FIG. 14. As shown in FIG. 16, since the
HOE(10)를 이용한 레이저 가공 장치에서의 가공 방법을 설명하면, HOE(10)는, 제 1 갈바노 스캔 미러(2a)의 입력단에 설치되어 레이저의 가간섭성(可干涉性)을 이용하여 통과하는 빔을 소편(小片)으로 나누고, 각각에 위상차를 갖게 하여 간섭시켜서 어느 곳에서는 서로 강하게 하고, 그 밖의 곳에서는 서로 약하게 하도록 설계되어 있다. 서로 강하게 하는 간섭무늬의 곳에 HOE 입사 전(前)의 정보가 전달되므로 1개의 빔이 복수로 나누어진 것처럼 가공된다.The processing method in the laser processing apparatus using the
이와 같이 가공 패턴이 한정되는 제한은 있으나, 동일 패턴 가공을 반복 실시하기에는 HOE를 이용한 가공 방법(이후, 「HOE 가공」이라고 약칭함)이 생산성에 있어서 매우 유리함으로, 제품의 가격을 억제하지 않으면 안 되는 전자 부품 업계를 중심으로 HOE 가공의 사용예가 증가되어 오고 있다.Although there is a limitation that the processing pattern is limited in this way, in order to repeat the same pattern processing, a processing method using HOE (hereinafter, abbreviated as "HOE processing") is very advantageous in productivity, and the price of the product must be suppressed. The use of HOE processing has been increasing mainly in the electronic component industry.
[특허문헌 1] 특개 2002-66769호 공보 [Patent Document 1] Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-66769
그러나, 가공 대상물에 형성하는 막힌 구멍(blind hole)이나 관통 구멍은 매우 작기 때문에, 가공시의 위치 정밀도도 매우 중요한 요소가 되나, 종래의 HOE 가공이나 HOE를 이용하지 않는 가공에서도 구멍 형상이 타원이나 사각형 등을 실시하는 종래의 긴 구멍 가공에서는 이 가공 구멍의 위치 정밀도를 향상시키는 것이 곤란하다.However, since the blind holes and through holes formed in the object to be processed are very small, the positional accuracy at the time of processing is also very important. However, even in the conventional HOE processing or the processing without using the HOE, the hole shape is elliptical. It is difficult to improve the positional accuracy of this processing hole in the conventional long hole processing which performs a square etc.
구체적으로는, 종래의 HOE 가공에서는 스캔 영역의 중심부에서는 일그러짐도 적고 양호한 가공 상태이나, 이하에 설명하는 바와 같이(도 17~도 19), 갈바노 스캔 미러를 기울이고, 레이저광의 조사 위치를 fθ 렌즈의 주변부(즉, 스캔 영역 주변부)에 가지고 가면, 일그러짐이나 형상의 기울기가 발생한다(도 2O 참조). 이 점은, HOE를 사용하지 않는 단일의 구멍 가공에서도 상기의 긴 구멍 가공을 실시하는 경우는 동일하다(도 21 참조). 이것이 HOE 가공시나 HOE를 사용하지 않는 단일 구멍 가공에서의 긴 구멍 가공시의 위치 정밀도 악화의 주요 요인이며, 가능한 한 저감하는 것이 필요하다.Specifically, in the conventional HOE processing, there is less distortion at the center of the scan area and is in a good processing state, but as described below (FIGS. 17 to 19), the galvano scan mirror is tilted and the irradiation position of the laser light is changed to the fθ lens. If it is taken to the periphery of the (i.e., the periphery of the scan area), distortion and inclination of the shape occur (see Fig. 20). This point is the same when the above-mentioned long hole processing is performed even in single hole processing without using HOE (see Fig. 21). This is a major factor in the deterioration of the positional accuracy at the time of the HOE processing or the long hole processing in the single hole processing without using the HOE, and it is necessary to reduce it as much as possible.
이하, 도 17~도 19를 참조하여 스캔 영역 주변부에서 일그러짐이나 형상의 기울기가 발생하는 현상에 대해 설명한다. 또한, 도 17은, 도 14에 나타내는 레이저 가공 장치에 있어서 2개의 갈바노 스캐너 및 2개의 갈바노 스캔 미러에 의한 2차원 주사를 설명하는 광선 추적도이다. 도 18은, 도 17에 있어서 광선 방향과 주사각 η, ξ 및 앙각(仰角) Φ과의 관계를 나타내고, (1)는 광선 방향의 코사인 성분, 사인 성분을 구하는 도면이며, (2) 광선 방향의 코사인 성분, 사인 성분 및 탄 젠트 성분을 구하는 도면이다. 도 19는, 도 17에 나타내는 화면상에서의 일그러짐과 앙각 φ과의 관계를 나타내는 도면이다.17 to 19, a phenomenon in which distortion and inclination of a shape occur in the periphery of the scan area will be described. FIG. 17 is a ray tracing diagram for explaining two-dimensional scanning by two galvano scanners and two galvano scan mirrors in the laser processing apparatus shown in FIG. 14. FIG. 18 shows the relationship between the light beam direction, the scan angles η, ξ and elevation angle Φ in FIG. 17, (1) is a diagram for obtaining a cosine component and a sinusoidal component in the light beam direction, and (2) a light beam direction. It is a figure which calculates the cosine component, the sinusoidal component, and the tangent component. FIG. 19 is a diagram showing a relationship between the distortion and the elevation angle φ on the screen shown in FIG. 17.
도 17에 있어서, A점은 제 1 갈바노 스캔 미러(2a)의 미러 면 위치를 나타내며, B점 및 그 바로 위에 나타내는 B’점은 제 2 갈바노 스캔 미러(2b)의 미러 면 위치를 나타낸다. 지금, B점을 원점으로 하고, 도면 중 화살표로 나타내는 바와 같이 X, Y, Z의 직교 3축을 정의하면, A점에 있어서의 제 1 갈바노 스캔 미러(2a)에서 최초의 반사가 실시된다. A점에 있어서의 제 1 갈바노 스캔 미러(2a)에서는, 입사하는 레이저광을 Y축 방향으로 각도 η 편향하여 반사한다. 이 반사 레이저광은, B점에 있어서의 제 2 갈바노 스캔 미러(2b)의 미러 면 위치 B’에 입사하고, 따라서 XZ면내에서의 편향 조작을 받아 반사되며, fθ 렌즈(4)를 향한다고 하는 경로를 취한다. 도 17에서는, 렌즈 면이 XY면에 평행한 fθ 렌즈(4)는 4분할한 제 1 상한(象限)이 나타나 있다.In FIG. 17, the point A represents the mirror plane position of the first
이 때, B점에 있어서의 제 2 갈바노 스캔 미러(2b)에서의 Z축으로부터 X축을 향하는 편차각을 ξ로 하면, 도시하지 않은 레이저 발진기를 나온 레이저광은 Y축 방향, X축 방향의 주사각이 각각 η, ξ인 광로 R을 따라서 fθ 렌즈(4)의 제 1 상한 내의 Y축 방향으로부터 X축 방향으로 떨어진 위쪽 위치에 입사하고, 도 14에 나타낸 바로 아래의 스캔 영역(7)인 화면(11)의 각부에 집광된다.At this time, if the deviation angle from the Z-axis to the X-axis in the second
이 때의 광로 R의 방향 코사인 L, M, N은 도 18에 나타내는 바와 같이,Direction cosines L, M, and N of the optical path R at this time are as shown in FIG.
L=COSη· Sinξ …(1)L = COS eta Sinξ... (One)
M=Sinη(2) …(2)M = Sin (2)... (2)
N=COSη· COSξ(3) …(3)N = COS η COSξ (3). (3)
이 된다.Becomes
그리고, 광로 R이 충돌하는 fθ 렌즈(4)의 제 1 상한 내의 위쪽 위치는 XY 면내에 있어서 원점을 기점으로 하여 X축 방향으로부터 Y축 방향을 향하는 앙각 φ로 나타나므로,Since the upper position within the first upper limit of the
TanΦ = M/L = tanη / sinξ … (4)TanΦ = M / L = tanη / sinξ. (4)
가 된다.Becomes
이와 같은 주사 편향각을 가지므로, 광축 회전 대칭의 fθ 렌즈(4)로 2차원 화상을 만들 때, 화면(11)의 주변부에서는 필연적으로 화상 일그러짐이 발생한다. 즉, 편차각 ξ, η가 각각 등각 속도의 편향이며, 또한 최대 편향각이 동일한 경우를 고려하여 이상적인 fθ 렌즈를 사용하면, 화면 중심을 통과하는 수평 수직 방향(즉, 제 1 상한에 있어서의 X 축상, Y 축상)에서의 일그러짐의 발생은 없다. 그러나, 편차각 η과 편차각 ξ를 같게 변화시켰을 경우, 앙각 Φ는 식(4)으로부터 45도로는 되지 않으며, 상면(像面)상의 도형의 각부는 도 19에 실선으로 나타내는 바와 같은 일그러짐을 갖는 것이 된다. Since such a scanning deflection angle is used, when a two-dimensional image is produced by the
이 일그러짐의 보정은 fθ 렌즈(4)로 실시하는 것은 어려우므로, 종래의 기술에서는, 2개의 갈바노 스캐너(3a, 3b)에서의 편차각 ξ, η의 진동 방법을, 식 (4)으로부터 tanη = sinξ가 되도록 변화시킬 뿐만 아니라, fθ 렌즈(4)의 장소에 의한 특성 등을 근거로 하여 미(微)조정· 제어함으로써 대처하게 된다.Since it is difficult to correct this distortion with the
그러나, 갈바노 스캐너(3a, 3b)에서의 편차각 제어에 의해, 도 19에 실선으 로 나타내는 일그러짐을 갖는 각부(角部)의 위치가 점선으로 나타내는 바른 위치에 오도록 할 수 있으나, 원래의 일그러진 위치에 HOE(10)으로 분광된 패턴이 형성된다.However, by controlling the deviation angles in the
도 20은, 스캔 영역의 각부(角部)에서의 HOE 분광 패턴의 일그러짐 발생을 설명하는 모식도이다. 즉, 상기와 같이 갈바노 스캐너(3a, 3b)에서의 편차각 제어에 의해 이 각부에서의 일그러짐을 보정하면, 도 20에 나타내는 바와 같이, HOE 분광 패턴(12) 자체에 회전이 발생해 버리므로, 복수의 둥근 구멍이 기울어져 형성되는 일이 일어난다.It is a schematic diagram explaining the distortion generation of HOE spectral pattern in each part of a scan area | region. That is, if the distortion in these corner parts is corrected by the deviation angle control in the
또, 도 21은, HOE를 사용하지 않으므로 타원이나 사각형 등의 긴 구멍을 내는 가공을 실시하는 경우에 있어서 스캔 영역의 각부에서의 긴 구멍 패턴의 일그러짐 발생을 설명하는 모식도이다. HOE를 사용하지 않는 구멍 내기 가공에서는 마스크의 개구 형상에 따른 형상의 구멍 가공이 실시된다. 그 중에서, 둥근 형상의 가공의 경우는, 동그라미는 각도를 붙여도 둥근 형상인 채이므로 기울기는 전혀 문제가 되지 않는다. 그러나, 타원이나 사각형과 같은 긴 구멍 형상의 경우는, 도 19에 나타내는 현상이 동일하게 일어나며, 도 21에 나타내는 바와 같이 긴 구멍 패턴(13)이 회전해 버리므로 가공 구멍이 기울어져 버린다.21 is a schematic diagram explaining the generation of distortion of the long hole pattern in each part of the scan area in the case where a long hole such as an ellipse or a quadrangle is performed since the HOE is not used. In the punching process which does not use HOE, the hole processing of the shape according to the opening shape of a mask is performed. Among them, in the case of round machining, the inclination does not become a problem at all since the circle remains round even if an angle is applied. However, in the case of an elongated hole shape such as an ellipse or a square, the phenomenon shown in FIG. 19 occurs in the same manner, and as shown in FIG. 21, the
이상과 같이, HOE를 사용하여 둥근 구멍을 복수개 조합한 어느 HOE 분광 패턴으로서 조사하는 경우나, HOE를 사용하지 않는 단일 구멍 가공으로도 구멍 형상이 타원이나 사각형 등의 긴 구멍 가공에서는, 가공 형상에 기울기가 발생하고, 이 기울기가 위치 이탈을 일으켜 버리므로, 종래에서는 가공 구멍의 위치 정밀도를 향 상시키는 것이 어려웠었다. 가공 구멍의 위치 정밀도를 좋게 하기 위해서는, 이상 설명한 가공 패턴의 회전 각도를 최소화할 필요가 있으나, 어떻게 하여 실현할 지가 문제이다.As described above, in the case of irradiating as a HOE spectral pattern in which a plurality of round holes are combined using a HOE, or even in single hole processing without using the HOE, the hole shape is formed in a long hole such as an ellipse or a square. Since the inclination occurs and this inclination causes the positional deviation, it has been difficult to improve the positional accuracy of the processing hole in the past. In order to improve the positional accuracy of the processing hole, it is necessary to minimize the rotation angle of the processing pattern described above, but the problem is how to realize it.
본 발명은 상기를 감안하여 이루어진 것으로, HOE를 사용하여 복수 구멍을 동시에 가공하는 경우나 HOE를 사용하지 않는 단일의 긴 구멍 가공을 실시하는 경우에 간단히 그 가공 구멍의 위치 정밀도의 향상이나 발생하는 일그러짐의 저감을 도모할 수 있는 레이저 가공 장치를 얻는 것을 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above, and in the case of simultaneously processing a plurality of holes using a HOE or when performing a single long hole processing without using a HOE, the positional accuracy of the processing hole is simply improved or distorted. An object of the present invention is to obtain a laser processing apparatus that can reduce the number of.
상술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 레이저광을 출사(出射)하는 레이저 발진기와, 상기 레이저 발진기로부터 출사된 레이저광을 2차원 주사하는 1세트의 갈바노 스캐너와, 상기 1세트의 갈바노 스캐너에 의해 2차원 주사된 레이저광을 피가공 물상에 집광하여 조사하는 fθ 렌즈를 구비하며, 상기 1세트의 갈바노 스캐너 중 레이저 광축상에 있어서 상기 발진기측에 배치되는 제 1 갈바노 스캐너에 입사하는 레이저광은, 그 조사 패턴에 존재하는 긴 축 및 짧은 축 중의 긴 축 방향측이 상기 제 1 갈바노 스캐너의 구동축의 축선 방향측을 향하도록 설정되어 있는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a laser oscillator for emitting laser light, a set of galvano scanners for two-dimensional scanning of the laser light emitted from the laser oscillator, and the set of galvano And a f? Lens for focusing and irradiating the laser light scanned by the scanner on the object to be processed, and entering the first galvano scanner disposed on the oscillator side on the laser optical axis of the set of galvano scanners. The laser beam is set so that the long axis direction side among the long axis and short axis which exist in the irradiation pattern is directed to the axial direction side of the drive shaft of a said 1st galvano scanner.
본 발명에 의하면, 구멍 내기 가공을 하는 피가공물(워크)에 조사하는 2차원 주사 레이저광을 생성하는 광학 주사계에 입사하는 레이저광에 있어서의 조사 패턴의 방향을 결정한다. 구체적으로는, 최초로 레이저광을 받는 제 1 갈바노 스캐너에 입사하는 레이저광의 조사 패턴에 존재하는 긴 축 및 짧은 축 중 긴 축 방향측 을 구동축과 직교하는 방향이 아닌, 그 구동축의 축선 방향측을 향하도록, 바람직하게는 평행한 방향으로 향하도록 조정 설정한다, 고 하는 간단한 조치를 강구하는 것만으로 스캔 영역 각부(角部)에서의 조사 패턴 회전각이 작아지므로, HOE를 사용하여 복수 구멍을 동시에 가공하는 경우에 위치 정밀도를 향상시킬 수 있으며, HOE를 사용하지 않고 단일한 긴 구멍 가공을 실시하는 경우에 일그러짐의 발생을 낮게 억제할 수 있다.According to this invention, the direction of the irradiation pattern in the laser beam which injects into the optical scanning system which produces | generates the two-dimensional scanning laser beam irradiated to the to-be-processed workpiece (workpiece) is determined. Specifically, the long axis direction side of the long axis and the short axis present in the irradiation pattern of the laser beam incident on the first galvano scanner receiving the laser light is not the direction orthogonal to the drive axis, but the axis direction side of the drive shaft. The rotation pattern of the irradiation pattern in the scan area is reduced only by taking a simple measure, so that a plurality of holes can be used simultaneously by using the HOE. In the case of machining, the positional accuracy can be improved, and the occurrence of distortion can be suppressed low when a single long hole machining is performed without using the HOE.
본 발명에 의하면, HOE를 사용하여 복수 구멍을 동시에 가공하는 경우나 HO E를 사용하지 않고 단일한 긴 구멍 가공을 실시하는 경우에, 간단하게 그 가공 구멍의 위치 정밀도의 향상이나 발생하는 일그러짐의 저감을 도모할 수 있다고 하는 효과를 나타낸다.According to the present invention, in the case of simultaneously processing a plurality of holes using the HOE or in the case of performing a single long hole processing without using the HO E, the positional accuracy of the processing hole is easily improved and the distortion is generated. The effect that can be planned is shown.
이하에 도면을 참조하여, 본 발명에 관련된 레이저 가공 장치 및 레이저 가공 방법의 바람직한 실시형태를 상세하게 설명한다.EMBODIMENT OF THE INVENTION Below, with reference to drawings, preferred embodiment of the laser processing apparatus and laser processing method which concern on this invention is described in detail.
실시형태 1.
도 1은, 본 발명의 실시형태 1에 의한 HOE를 사용한 레이저 가공 장치로 실시되는 레이저 가공 방법의 원리를 설명하는 광선 추적도이다. 도 2는, 도 1에 있어서 HOE의 배치 위치 H에 가까운 쪽의 제 1 갈바노 스캐너 미러의 미러 면내에서의 광선 추적 확대도이다. 도 3은, 도 2에 나타내는 제 1 갈바노 스캐너 미러면의 법선 방향에서의 광선 추적 확대도이다. 도 4는, 도 1에 있어서 제 1 갈바노 스캐너 미러에서의 반사광을 받는 제 2 갈바노 스캐너 미러의 미러 면내에서의 광선 추적 확대도이다. 도 5는, 도 1에 있어서 제 2 갈바노 스캐너 미러에서의 반사광을 받는 fθ 렌즈의 수광면 내에서의 HOE 분광 패턴의 회전각을 설명하는 도면이다. 또한, 구성 요소의 명칭·부호는, 설명의 편의에서 도 14 등의 종래 기술에서 사용한 명칭· 부호를 그대로 사용한다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a ray tracing diagram explaining the principle of the laser processing method implemented with the laser processing apparatus using HOE by
도 1에서는, HOE의 배치 위치 H와, 제 1 및 제 2 갈바노 스캔 미러(2a, 2b)와, fθ 렌즈(4)가 나타나고 있다. 갈바노 스캔 미러(2b)의 미러 면 중앙을 좌표 원점(O, O, O)으로 하여 도면중 화살표로 나타내는 바와 같이 X, Y, Z의 직교 3축을 정의하면, HOE의 배치 위치 H는 (X, Y, Z) = (-1, -k, O)의 좌표 위치에 있다. 이 위치 H로부터 Y축 방향으로 광학 거리 k만큼 떨어진 위치에 갈바노 스캔 미러(2a)가 배치되고, 갈비노 스캔 미러(2a)로부터 X축 방향으로 광학 거리 1만큼 떨어진 위치에 갈바노 스캔 미러(2b)가 배치되며, 갈바노 스캔 미러(2b)로부터 Z축 방향으로 광학 거리 s만큼 떨어진 위치에 fθ 렌즈(4)가 배치되어 있다.In FIG. 1, the arrangement position H of the HOE, the first and second galvano scan mirrors 2a and 2b, and the
도 14에서 설명한 바와 같이, 갈바노 스캔 미러(2a)는 그 미러 면이 갈바노 스캐너(3a)의 구동축의 회전에 수반하여 변위한다. 갈바노 스캐너(3a)의 구동축은 Z축 방향을 향하고 있다. 또, 갈바노 스캔 미러(2b)는, 그 미러 면이 갈바노 스캐너(3b)의 구동축의 회전에 수반하여 변위한다. 갈바노 스캐너(3b)의 구동축은 Y축 방향을 향하고 있다.As described in Fig. 14, the
그런데, HOE에 의한 분광 패턴은 규칙성을 가지고 반복되므로, 선상(線狀)뿐만 아니라 격자 모양으로 할 수 있다. 어쨌든, HOE에 의한 분광 패턴은 둥근 구멍을 복수개 조합한 어느 형상의 가공 패턴으로서 긴 쪽 방향을 갖는다. 따라서, 여기서는 패턴 형상을 사각형으로 치환하여 간략화하고, 사각형 패턴을 갈바노 스캔 미러(2a, 2b)로 반사 편향 시킨후, fθ 렌즈(4)를 통하여 도 14에 나타낸 바로 아래의 스캔 영역(7)인 화면(11) 상에 전사 한 경우에, 그 사각형의 주위가 어떻게 회전하는지를 조사하였다. 또한, 여기서 설명하는 사항은 HOE를 마스크에 옮겨놓고 단일의 타원이나 사각형 등 둥근 형상 이외의 긴 구멍 형상을 내는 경우에도 그대로 적용할 수 있다.By the way, since the spectral pattern by HOE repeats with regularity, it can be made not only linear but also a lattice shape. Anyway, the spectral pattern by HOE has a longitudinal direction as a process pattern of the shape which combined several plural round holes. Therefore, here, the pattern shape is replaced with a rectangle to simplify the reflection, and the square pattern is reflected and deflected by the galvano scan mirrors 2a and 2b, and then the
도 1에 있어서, 위치 H로부터 3개의 광선 A1, A2, A3을 발생시키고, 그것들을 최초로 받는 갈바노 스캔 미러(2a)상의 위치{A(X, Y, Z) = (-l, 0, 0)}를 포함하고 Y축에 수직인 평면(XZ면) 상에, 도 2에 자세하게 나타내는 바와 같이, 한 쪽의 변이 2n과 2m이 되는 사각형을 그리며, 그 정점을 3개의 광선 A1, A2, A3이 통과하도록 한다. 이 3개의 광선 A1, A2, A3은 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다.In FIG. 1, the position {A (X, Y, Z) on the
또, 도 3에 나타내는 바와 같이, 갈바노 스캔 미러(2a)의 미러 면이, 입사·반사의 각도가 45도인 파선으로 나타내는 상태로부터 입사 각도가 「45도 + η」인 실선으로 나타내는 상태에서 각도 η만큼 기울였을 때에, 이들 3개의 광선 A1, A2, A3가 갈바노 스캔 미러(2a) 상의 점 P1, P2, P3에서 반사된다고 하면, 갈바노 스캔 미러(2a) 상의 점 P1, P2, P3은 수학식2와 같이 나타낼 수 있다.In addition, as shown in FIG. 3, the mirror surface of the
단, only,
갈바노 스캔 미러(2a)의 미러 면은 크기를 한정하지 않는다고 하면, α(x+l) + βy = 0 되는 방정식으로 나타낼 수 있으므로, 3개의 광선 A1, A2, A3이 갈바노 스캔 미러(2a)의 미러 면에서 상기와 같이 반사된 광선을 B1, B2, B3으로 하면, 이 3개의 반사 광선 B1, B2, B3은 수학식 3과 같이 나타낼 수 있다.Since the mirror plane of the
다음으로, 좌표 원점(0, 0, 0)을 포함한 YZ 면을 미러 면으로 하는 갈바노 스캔 미러(2b)에서는, 도 4에 자세히 나타낸 바와 같이, 그 미러 면은 Y축을 회전 중심으로 하고, -X축측으로부터 +Z축측을 향하여 회전 변위한다. 도 4에서는, -X축측으로부터 +Z축측을 향하여 45도 기울인 상태로부터 +Z축측을 향하여 다시 각도 ξ만큼 변위하는 경우가 나타나 있다. 이와 같이 편차각 ξ를 갖는 갈바노 스캔 미러(2b)의 미러 면은, γ = sin ξ - cos ξ, δ = cos ξ + sin ξ으로 한 γ, δ을 사용하여, γx + δy = 0 되는 방정식으로 나타낼 수 있다.Next, in the
상기한 3개의 반사 광선 B1, B2, B3은, 이와 같은 편차각 ξ를 갖는 갈바노 스캔 미러(2b)의 미러 면에 있어서의 점 Q1, Q2, Q3에서 반사된다고 하면, 그 점 Q1, Q2, Q3은 수학식 4와 같이 나타낼 수 있다.The three reflected light beams B1, B2, B3 are reflected at points Q1, Q2, Q3 on the mirror surface of the
단, only,
또, 반사후의 광선을 C1, C2, C3을 하면, 이 3개의 반사 광선 C1, C2, C3은 수학식 5와 같이 나타낼 수 있다.When the reflected light beams are C1, C2, and C3, these three reflected light beams C1, C2, and C3 can be expressed as in Equation (5).
그리고, 이 3개의 반사 광선 C1, C2, C3이 fθ 렌즈(4)의 표면과 교차하는 점을 Rl, R2, R3으로 하면, R1, R2, R3은 장방형의 정점이 되며, 이 정점 R1, R2, R3은 수학식 6과 같이 나타낼 수 있다.When the points at which these three reflected light beams C1, C2, C3 intersect the surface of the
여기서, 도 5에 나타내는 바와 같이, 정점 R1과 정점 R2를 연결하는 선이 수직 방향(Y축 방향)에 대해 이루는 각을 θ12로 하고, 정점 R2와 정점 R3을 연결하 는 선이 수평 방향(X축 방향)에 대해 이루는 각을 θ23으로 하면, θ12, θ23은 각각 HOE 분광 패턴의 회전의 정도를 나타내는 파라미터이다.Here, as shown in Fig. 5, the angle formed by the line connecting the vertex R1 and the vertex R2 with respect to the vertical direction (Y-axis direction) is θ12, and the line connecting the vertex R2 and the vertex R3 is the horizontal direction (X Θ12 and θ23 are parameters representing degrees of rotation of the HOE spectral pattern, respectively.
따라서, 이 각도 θ12, θ23을 한쪽의 편차각 η의 변화에 대해 플롯하고, HOE 분광 패턴의 회전각의 변화(즉, 도 19에 나타낸 스캔 영역의 4각부에서의 위치 이탈의 정도)를 조사한 결과, 도 6 및 도 7에 나타낸 특성을 얻을 수 있었다. 도 6은, 도 2에 나타낸 m, n이 m>n인 경우에 편차각 η과 도 5에 나타낸 바와 같이 정의한 각도 θ12, θ23과의 관계를 나타내는 도면이다. 도 7은, 도 2에 나타낸 m, n이 m<n인 경우에 편차각 η과 도 5에 나타낸 바와 같이 정의한 각도 θ12, θ23과의 관계를 나타내는 도면이다.Therefore, the angles θ12 and θ23 are plotted against a change in one deviation angle η, and the change in the rotation angle of the HOE spectral pattern (that is, the degree of positional deviation at four corners of the scan area shown in FIG. 19) is examined. 6 and 7 were obtained. FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the deviation angles η and the angles θ12 and θ23 defined as shown in FIG. 5 when m and n shown in FIG. 2 are m> n. FIG. 7: is a figure which shows the relationship between the deviation angle (eta) and the angles (theta) 12 and (theta) 23 defined as shown in FIG. 5, when m and n shown in FIG. 2 are m <n.
단, 이 계산에서는 다른 쪽 편차각 ξ는, 식 (4)에 나타내는 앙각이 45도가 되도록 변화시켰다. 구체적으로는, tanη=sinξ으로 하고, Tanφ=1이 되도록 하였다. 그리고, 광학 거리 l, k, s는 실제의 광학계의 값을 넣고, 나머지의 파라미터 m, n은 m>n의 예로 하여 m=12, n=6인 경우(도 6)와, m<n의 예로서 m=6, n=12인 경우(도 7)를 채용하였다.However, in this calculation, the other deviation angle ξ was changed so that the elevation angle shown in equation (4) was 45 degrees. Specifically, tan? = Sin ξ and Tan? The optical distances l, k, s are values of actual optical systems, and the remaining parameters m, n are m = n and m = n as an example of m> n (Fig. 6), and m <n As an example, the case where m = 6 and n = 12 (FIG. 7) was employ | adopted.
이 계산 결과로부터 편차각 η의 증가에 수반하여, 각도 θ12는 m>n의 경우도 m<n의 경우도 큰 증대 경향을 나타내므로, 회전각이 증대하여 위치 이탈의 정도가 악화되지만, 각도 θ23은, 근소한 증대 경향을 나타내므로 이에 따른 회전각의 증가는 극히 작다. 그리고, 각도 θ23에 의한 회전각은 m>n의 경우보다 m<n의 경우의 쪽이 증가하지만, 편차각 η의 증가에 대한 각도 θ12, θ23의 전체적으로의 회전각의 증가는 계산상 작아지는 것이 판명되었다.From the calculation result, with the increase in the deviation angle η, the angle θ12 shows a large tendency to increase in the case of m> n and m <n. Therefore, the rotation angle increases and the degree of positional deviation deteriorates, but the angle θ23 Has a slight tendency to increase, so that the increase in rotation angle is extremely small. The angle of rotation by the angle θ23 increases in the case of m <n than in the case of m> n, but the increase in the angle of rotation of the angles θ12 and θ23 with respect to the increase in the deviation angle η is smaller in calculation. It turned out.
그리고, 도 8은 도 2에 나타낸 m, n의 대소 관계와 도 5에 나타내는 바와 같이 정의한 각도 θ12, θ23에 의한 회전각 최대치와의 관계를 나타내는 도면이다. 도 8에 나타내는 바와 같이, 회전각 최대치는 각도 θ12에 의하는 쪽이 각도 θ23에 의한 쪽보다 큰 값을 나타내고 있으나, 분명하게 n이 m보다 큰 경우의 쪽이 각도 θ12와 각도 θ23과의 전체로서의 회전각 최대치는 작아진다.8 is a figure which shows the relationship between the magnitude relationship of m and n shown in FIG. 2, and the rotation angle maximum value by angle (theta) 12 and (theta) 23 defined as shown in FIG. As shown in Fig. 8, the maximum value of the rotation angle indicates that the value of the angle θ12 is larger than that of the angle θ23, but it is clear that the case where n is larger than m is the whole of the angle θ12 and the angle θ23. The maximum rotation angle becomes smaller.
이것은, HOE가 출력하는 레이저광을 최초로 받는 제 1 갈바노 스캔 미러(2a)의 미러 면에의 입사 형태로서, HOE가 출력하는 HOE 분광 패턴의 긴 쪽 방향측이, 갈바노 스캔 미러(2a)의 회전축인 Z축의 방향을 향하도록, 바람직하게는 평행 방향이 되는 입사 형태로 설정해 두면, 워크로의 가공 형상의 전사시의 회전각이 낮게 억제되는, 즉 스캔 영역의 4각부에서의 위치 이탈이 작아지는 것을 의미하고 있다. 이 조치는, HOE와 갈바노 스캔 미러(2a)와의 사이에 광학계가 없는 경우는, HOE 자체의 설치 형태를 결정함으로써 실현할 수 있으며, 광학계가 존재하는 경우는, HOE와 그 광학계를 포함한 전체에 있어서 상기한 입사 형태가 되도록 함으로써 실현될 수 있다.This is an incident form of the first
다음으로, 이상과 같이 계산 결과로부터 판명된 「제 1 갈바노 스캔 미러(2a)의 미러 면에의 입사 형태」의 타당성을 실기(實機)에 의해 구체적으로 검증했으므로, 그 검증 내용을 도 9-도 12 및 표 1을 참조하여 설명한다. 또한, 실기실기(도 11, 도 12)에서는, HOE와 제 1 갈바노 스캔 미러(2a)와의 사이에는 광학계는 존재하지 않는다고 하고 있다. HOE와 제 1 갈바노 스캔 미러(2a)와의 사이에, HOE를 투과한 레이저광을, 단수 혹은 복수의 렌즈나 미러 등의 광학 소자를 투과 또는 반사시킨 후에 갈바노 스캔 미러(2b)에 유도하는 것과 같은 광학계가 존재하는 경우는, 그 광학계 등으로 상기한 「제 1 갈바노 스캔 미러(2a)의 미러 면에의 입사 형태」의 조치를 강구하면 된다.Next, since the validity of the "incident form of the 1st
도 9는, 스캔 영역의 4각부에서의 HOE 분광 패턴을 개념적으로 나타낸다. 도 9에 나타내는 바와 같이, HOE를 (1) 그 HOE 분광 패턴(14a)의 긴 쪽 방향측을 제 1 갈바노 스캔(3a)의 구동축 방향(도 9중에서는 X축 방향)과 평행한 방향으로 설정한 경우(이것을 「세로 놓기」라고 칭하고 있다)와, (2) HOE 분광 패턴(14b)의 긴 쪽 방향측을 제 1 갈바노 스캐너의 구동축 방향(도 9 중에서는 X축 방향)으로 직교하는 방향(Y축 방향)과 평행한 방향으로 설정한 경우(이것을 「가로 놓기」라고 칭하고 있다)를 준비하였다.9 conceptually shows a HOE spectral pattern at each corner of the scan area. As shown in FIG. 9, HOE is (1) the longitudinal direction side of the HOE
그리고, HOE를 사용한 레이저 가공 장치는 도 11과 도 12에 나타낸 바와 같이, 도 14에 나타낸 구성에 있어서, HOE(10)를 제 1 갈바노 스캔 미러(2a)의 입력단에 설치한 구성이다. HOE(10)는, 도시하지 않은 레이저 발진기가 출력하는 레이저광(1)을 도 3에 나타낸 바와 같이 분광하여, 최초의 갈바노 스캔 미러(2a)에 부여한다. 도 11, 도 12에서는 도시를 생략하였으나, 도 14에 나타낸 바와 같이, 제 1 갈바노 스캔 미러(2a)는 제 1 갈바노 스캐너(3a)의 구동축에 접속된다. 또, 제 2 갈바노 스캔 미러(2b)는 제 2 갈바노 스캐너(3b)의 구동축에 접속된다.And the laser processing apparatus using HOE is a structure which provided the
이와 같은 HOE를 사용한 레이저 가공 장치에 있어서, HOE(10)를 도 9의 (1)에 나타내는 세로 두기로 하여 레이저 가공을 실시하고(도 11), 또 도 9의 (2)에 나타낸 가로 두기로 하여 레이저 가공을 실시하고(도 12), 양자간에서의 스캔 영 역(7)의 4각부에서의 회전각의 크기(즉, 위치 이탈 정도)를 비교하였다.In the laser processing apparatus using such a HOE, the laser processing is performed by setting the
이 경우에, 도 10에 나타내는 바와 같이 스캔 영역의 4각부에 있어서의, (1) 도 9의 (1)에 나타내는 세로 두기시에서의 HOE 분광 패턴(14a)의 긴 쪽 방향측의 제 1 갈바노 스캐너의 구동축 방향(도 1O 중에서는 X축 방향)으로부터의 회전각 θ1, θ2와, (2) 도 9의 (2)에 나타내는 가로 두기시의 HOE 분광 패턴(14b)의 긴 쪽 방향측의 제 1 갈바노 스캐너의 구동축 방향(도 10 중에서는 X축 방향)과 직교하는 방향(Y축 방향)으로부터의 회전각 θ1, θ2를 스캔 영역의 면적을 바꾸어 구하였다(표 1 참조).In this case, as shown in FIG. 10, (1) the 1st galva of the longitudinal direction side of HOE
표 1에서는, 스캔 영역의 면적을 26 mm, 33 mm, 43 mm, 65 mm로 크게 했을 경우의 세로 두기시와 가로 두기시에 있어서의 회전각 θ1, θ2의 변화가 나타나 있다. 표 1에서 이해할 수 있는 바와 같이, 스캔 영역이 커지면 그 패턴 회전 각도도 커지지만, 분명하게 세로 두기시가 회전 각도가 작게 억제되는 것을 알 수 있다. 즉, HOE 분광 패턴의 긴 쪽 방향측을 제 1 갈바노 스캐너의 구동축 방향과 평행한 방향으로 맞춘 쪽(도 11에 나타낸 경우)이, 구동축에 수직인 방향과 평행한 방향에 맞춘 경우(도 12에 나타낸 경우)보다, 회전 각도가 작게 억제된다고 하는 상기한 검토 결과의 올바름이 나타나 있다.In Table 1, the change of the rotation angles (theta) 1 and (theta) 2 at the time of the vertical position and the horizontal position when the area of a scanning area is enlarged to 26 mm, 33 mm, 43 mm, 65 mm is shown. As can be understood from Table 1, the larger the scan area is, the larger the pattern rotation angle is, but it can be seen that the rotation angle is clearly suppressed at the time of vertical positioning. That is, when the side (shown in FIG. 11) which aligned the longitudinal direction side of a HOE spectral pattern in the direction parallel to the drive shaft direction of a 1st galvano scanner is aligned to the direction parallel to the direction perpendicular to a drive shaft (FIG. 12). Correctness of the above-mentioned examination result that the rotation angle is suppressed rather than the case shown in () is shown.
이렇게 하여, 본 실시형태 1에 의하면, HOE를 사용하여 복수 구멍을 동시에 가공하는 레이저 가공 장치에 있어서, HOE 분광 패턴의 긴 쪽 방향측을 제 1 갈바노 스캐너의 구동축과 직교하는 방향을 향하는 것이 아니라, 제 1 갈바노 스캐너의 구동축 방향을 향하도록, 바람직하게는 평행한 방향에 맞춘다고 하는 간단한 조치로, 그 가공 구멍의 위치 정밀도의 향상을 도모할 수 있게 된다. 이 조치는, HOE의 배치 위치(광학계가 존재하는 경우는 그것을 포함함)를 조정하여 실현하는 것이 실제적이나, 제 1 갈바노 스캐너의 구동축 방향을 조정하는 것으로도 실현할 수 있다.Thus, according to this
실시형태 2.
도 13은, 본 발명의 실시형태 2에 의한 HOE를 사용하지 않는 레이저 가공 장치에서 실시되는 레이저 가공 방법의 원리를 설명하는 개념도이다. HOE를 사용하지 않고 단일의 구멍 가공을 실시하는 레이저 가공 장치는, 도 13에 나타내는 바와 같이, 도 14에 나타낸 구성에 있어서, 마스크(15)를 제 1 갈바노 스캔 미러(2a)의 입력단에 설치하고, 그 마스크 형상을 전사 가공하는 것이 실시된다. 또한, 도 13에서는 도시를 생략하였으나, 도 14에 나타낸 바와 같이, 제 1 갈바노 스캔 미러(2a)는, 제 1 갈바노 스캐너(3a)의 구동축에 접속된다. 또, 제 2 갈바노 스캔 미러(2b)는 제 2 갈바노 스캐너(3b)의 구동축에 접속된다.It is a conceptual diagram explaining the principle of the laser processing method implemented in the laser processing apparatus which does not use HOE by
이 경우에, 특히 가공 구멍 형상이 타원이나 사각형 등의 긴 쪽 방향과 짧은 쪽 방향을 갖는 형상의 경우는, 전술한 바와 같이 스캔 영역의 각부에서 기울기가 발생하여 그 전사 형상 자체에 일그러짐이 발생해 버린다.In this case, especially in the case where the shape of the processing hole has a long direction and a short direction such as an ellipse or a square, the inclination occurs in each part of the scan area as described above, causing distortion in the transfer shape itself. Throw it away.
따라서, 실시형태 1과 동일하게, 마스크(15) 또는 제 1 갈바노 스캐너(3a)의 배치 형태로서, 그 마스크 전사 형상 패턴의 긴 쪽 방향(최대 길이가 되는 방향)측이 제 1 갈바노 스캐너(3a)의 구동축 방향을 향하도록, 바람직하게는 평행한 방향이 되도록 마스크(15) 또는 제 1 갈바노 스캐너(3a)를 설치하면, 이 기울기에 기인하여 긴 구멍 패턴(16)에 발생하는 일그러짐을 최소한으로 억제할 수 있다.Therefore, similarly to the first embodiment, as the arrangement form of the
또한, 마스크(15)와 갈바노 스캔 미러(2a)와의 사이에는, 도 13에서는 특별한 광학계는 존재하지 않는 것처럼 나타내고 있으나, 마스크(15)와 갈바노 스캔 미러(2a)와의 사이에 광학 소자를 배치하더라도, 제 1 갈바노 스캔 미러(2a)에 입사하는 레이저광에 있어서의 가공 구멍 형상의 긴 쪽 방향측이, 제 1 갈바노 스캐너의 구동축 방향을 향하도록, 바람직하게는 평행한 방향이 되도록, 마스크(15) 또는 제 1 갈바노 스캐너가 배치되어 있으면, 동일한 일그러짐 저감 효과를 얻을 수 있다.In addition, although there is no special optical system in FIG. 13 between the
이렇게 하여, 이 실시형태 2에 의하면, HOE를 사용하지 않고 단일한 긴 구멍 가공을 실시하는 레이저 가공 장치에 있어서, 마스크의 마스크 전사 형상 패턴의 긴 쪽 방향측이 제 1 갈바노 스캐너의 구동축 방향측을 향하도록, 바람직하게는 평행한 방향이 되도록 맞춘다고 하는 간단한 조치로, 타원이나 사각형 등 둥근 구멍 형상 이외의 긴 구멍 형상의 가공을 실시하는 경우에 발생하는 형상의 일그러짐을 경감할 수 있다.In this way, according to this
이상의 실시형태 1, 2에서의 설명으로부터 이해할 수 있는 바와 같이, 구멍 내기 가공을 하는 워크에 조사하는 2차원 주사 레이저광을 레이저 광축상에 소정의 광학 거리를 두고 배치한 2개의 갈바노 스캐너를 사용하여 생성하는 레이저 가공에 있어서는, 복수 구멍의 동시 가공 혹은 단일한 긴 구멍 가공을 실시하는 경우에는, 워크에의 조사 패턴에 긴 축 및 짧은 축이 존재하므로, 상기 2개의 갈바노 스캐너 중 레이저 광축상에 있어서 레이저광 발생원측에 배치되는 제 1 갈바노 스캐너가 회전 구동하는 미러 면에 입사하는 레이저광을, 그 조사 패턴에 있어서의 긴 축 방향측이 상기 제 1 갈바노 스캐너의 구동축의 축선 방향측을 향하도록, 바람직하게는 평행한 방향을 향하도록 설정하면, 동시에 가공하는 복수의 가공 구멍의 위치 정밀도를 향상시킬 수 있으며, 또 단일한 가공 긴 구멍에 발생하는 일그러짐을 낮게 억제할 수 있다.As can be understood from the above descriptions in the first and second embodiments, two galvano scanners in which a two-dimensional scanning laser beam irradiated to a workpiece for punching processing are arranged at a predetermined optical distance on a laser optical axis are used. In the laser processing to be produced, when the simultaneous processing of a plurality of holes or a single long hole processing are performed, the long axis and the short axis exist in the irradiation pattern to the work, so that the two laser beams of the two galvano scanners The laser beam incident on the mirror surface on which the first galvano scanner disposed on the laser light generating source side rotates is rotated, and the long axis direction in the irradiation pattern is the axial direction side of the drive shaft of the first galvano scanner. In order to improve the positioning accuracy of a plurality of processing holes to be processed simultaneously. , And it can be also suppressed low distortion generated in the elongated hole machining one days.
이상과 같이, 본 발명에 관련된 레이저 가공 장치는, HOE를 사용하여 복수 구멍을 동시에 가공하는 경우나 HOE를 사용하지 않고 단일한 긴 구멍 가공을 실시 하는 경우에, 그 가공 구멍의 위치 정밀도의 향상이나 발생 일그러짐의 저감을 도모하는데 유용하다.As mentioned above, the laser processing apparatus which concerns on this invention improves the positional precision of the process hole, when processing a several hole simultaneously using HOE, or performing a single long hole process without using HOE. It is useful for reducing occurrence distortion.
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