KR102176899B1

KR102176899B1 - Laser machining apparatus and laser machining method

Info

Publication number: KR102176899B1
Application number: KR1020160073130A
Authority: KR
Inventors: 다이 사이토; 미츠우라 마수다
Original assignee: 비아 메카닉스 가부시키가이샤
Priority date: 2015-09-03
Filing date: 2016-06-13
Publication date: 2020-11-10
Also published as: JP2017047471A; TW201834776A; JP2018167327A; TW201722604A; KR20170028244A; KR20180089896A; CN106493476B; TWI692384B; CN106493476A; JP6817716B2; TWI675714B; CN108890153A

Abstract

본 발명은 기판에 가공을 행할 경우, 가공 시간을 단축하는 것을 목적으로 한다. 레이저 발진기로부터 출력된 레이저 펄스를 가공 방향과 비가공 방향으로 분기시키는 음향 광학 변조기를 가지는 레이저 가공 장치에 있어서, 상기 음향 광학 변조기의 분기 동작을 제어하는 분기 동작 제어 신호를 출력하는 음향 광학 변조기 제어부를 구비하고, 해당 음향 광학 변조기 제어부는 상기 레이저 펄스의 감쇠 개시 전의 제 1 특정 기간과 해당 레이저 펄스의 감쇠 개시 후의 제 2 특정 기간에 상기 레이저 펄스를 상기 가공 방향으로 분기시키는 분기 동작 제어 신호를 출력하는 것을 특징으로 한다. The present invention aims to shorten the processing time when processing a substrate. A laser processing apparatus having an acousto-optic modulator for diverging a laser pulse output from a laser oscillator in a processing direction and a non-processing direction, comprising: an acousto-optic modulator control unit for outputting a branching operation control signal for controlling a branching operation of the acousto-optic modulator. And the acousto-optic modulator control unit for outputting a branching operation control signal for branching the laser pulse in the processing direction in a first specific period before starting attenuation of the laser pulse and a second specific period after starting attenuation of the laser pulse. It features.

Description

Laser machining apparatus and laser machining method {Laser machining apparatus and laser machining method}

본 발명은 레이저를 사용하여 기판에 가공을 행하기 위한 레이저 가공 장치 및 레이저 가공 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a laser processing apparatus and a laser processing method for processing a substrate using a laser.

예를 들면, 수지층 상에 금속층이 적층된 기판에 천공을 행할 경우, 예를 들면 특허문헌 1에 개시되어 있는 바와 같이, 레이저 발진기에서의 선행하는 레이저 펄스에 의해 금속층에 천공하고, 후속하는 레이저 펄스에 의해 천공된 금속층 아래의 수지층에 천공하는 방법이 채용되고 있다. For example, when drilling is performed on a substrate on which a metal layer is laminated on a resin layer, for example, as disclosed in Patent Document 1, a metal layer is drilled by a preceding laser pulse in a laser oscillator, and a subsequent laser A method of punching the resin layer under the metal layer punched by pulses has been adopted.

그러나, 이 방법에서는, 금속층과 수지층에서, 개별의 레이저 펄스를 사용하므로, 가공 시간이 길어지는 결점이 있다. However, in this method, since separate laser pulses are used in the metal layer and the resin layer, there is a disadvantage that the processing time is lengthened.

이에 대하여, 레이저 발진기에서 발진되는 하나의 레이저 펄스로부터 금속층 가공용과 수지층 가공용의 2개의 가공용 레이저 펄스를 인출하는 방법도 있으나, 레이저 펄스의 감쇠 개시 전 기간에서 2개의 가공용 레이저 펄스를 인출하는 것이다. 이 방법에서는, 레이저 펄스의 감쇠 개시까지의 기간을 길게 할 필요가 있고, 이는, 레이저 발진기의 특성상, 레이저 발진기의 주기를 길게 하지 않으면 안되며, 결국 가공 시간이 길어지는 결점이 있다. On the other hand, there is a method of extracting two processing laser pulses for metal layer processing and resin layer processing from one laser pulse oscillated by the laser oscillator, but two processing laser pulses are extracted in the period before the start of attenuation of the laser pulse. In this method, it is necessary to lengthen the period until the start of attenuation of the laser pulse, which, due to the characteristics of the laser oscillator, must lengthen the period of the laser oscillator.

특허문헌 1 : 일본 특허 공개 2001-313471호 공보Patent Document 1: Japanese Patent Laid-Open No. 2001-313471

그래서 본 발명은, 기판에 가공을 행할 경우, 가공 시간을 단축하는 것을 목적으로 한다. Therefore, the present invention aims to shorten the processing time when processing a substrate.

본 출원에 있어서 개시되는 발명 중, 대표적인 레이저 가공 장치는, 레이저 펄스를 발진시키는 레이저 발진기와, 해당 레이저 발진기로부터 출력된 상기 레이저 펄스를 가공 방향과 비가공 방향으로 분기시키는 음향 광학 변조기를 가지는 레이저 가공 장치에 있어서, 상기 음향 광학 변조기의 분기 동작을 제어하는 분기 동작 제어 신호를 출력하는 음향 광학 변조기 제어부를 구비하고, 상기 음향 광학 변조기 제어부는 상기 레이저 펄스의 감쇠 개시 전의 제 1 특정 기간과 해당 레이저 펄스의 감쇠 개시 후의 제2 특정 기간에 상기 레이저 펄스를 상기 가공 방향으로 분기시키는 분기 동작 제어 신호를 출력하는 것을 특징으로 한다. Among the inventions disclosed in the present application, a typical laser processing apparatus includes a laser oscillator that oscillates a laser pulse, and an acousto-optic modulator that diverges the laser pulse output from the laser oscillator in a processing direction and a non-processing direction. An apparatus, comprising: an acousto-optic modulator control unit for outputting a branch operation control signal for controlling a branch operation of the acousto-optic modulator, wherein the acousto-optic modulator control unit includes a first specific period before starting attenuation of the laser pulse and a corresponding laser pulse And outputting a branching operation control signal for branching the laser pulse in the processing direction in a second specific period after the start of attenuation of.

또, 본 출원에서 개시되는 발명 중, 대표적인 레이저 가공 방법은, 레이저 발진기에서 발진된 레이저 펄스를 가공 방향과 비가공 방향으로 분기시키는 음향 광학 변조기에 입력하고, 해당 음향 광학 변조기에 있어서 상기 가공 방향으로 분기시키는 레이저 펄스에 의해 가공을 행하는 레이저 가공 방법에 있어서, 상기 레이저 펄스의 감쇠 개시 전의 제 1 특정 기간에서 가공하는 제 1 공정과, 상기 제 1 공정에서 가공을 행한 가공 위치에 대하여 상기 레이저 펄스의 감쇠 개시 후 제 2 특정 기간에서 가공하는 제 2의 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다. In addition, among the inventions disclosed in the present application, a representative laser processing method is input to an acousto-optic modulator that diverges the laser pulse oscillated from the laser oscillator in a processing direction and a non-processing direction, and in the acousto-optic modulator, A laser processing method in which processing is performed using a laser pulse to be diverged, wherein a first step of processing in a first specific period before attenuation of the laser pulse starts, and a processing position processed in the first step of the laser pulse It characterized in that it comprises a second process of processing in a second specific period after the start of attenuation.

본 발명에 의하면, 감쇠 개시 후의 레이저 펄스로부터 가공용 펄스를 인출함으로써, 레이저 펄스의 감쇠 개시까지의 기간을 길게 하지 않고, 하나의 레이저 펄스로부터 복수의 가공 펄스를 인출하므로, 기판에 가공을 행할 경우, 가공 시간을 단축하는 것이 가능해진다. According to the present invention, by extracting the processing pulse from the laser pulse after the start of attenuation, the period until the start of attenuation of the laser pulse is not prolonged, and a plurality of processing pulses are extracted from one laser pulse. When processing a substrate, It becomes possible to shorten the processing time.

도 1은 본 발명의 일 실시예인 레이저 천공 장치의 타이밍 차트.
도 2는 본 발명의 일 실시예인 레이저 천공 장치의 블럭도.
도 3은 본 발명의 일 실시예인 레이저 천공 장치에 의한 가공 경과를 설명하기 위한 단면도. 1 is a timing chart of a laser drilling apparatus according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is a block diagram of a laser drilling apparatus according to an embodiment of the present invention.
3 is a cross-sectional view for explaining the process of processing by the laser drilling apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 2는 본 발명의 일 실시예인 레이저 천공 장치의 블록도 이다. 도 2에 있어서, 천공을 행해야 할 기판(1)은 도시하지 않은 테이블 상에 탑재되어 있다. (2)는 레이저 펄스(L1)를 발진하는 레이저 발진기, (3)은 레이저 발진기(2)로부터 출력된 레이저 펄스(L1)를 가공 방향과 비가공 방향으로 분기시키는 음향 광학 변조기(이하 “AOM”이라고 약칭함), (4)는 AOM(3)에 있어서 가공 방향으로 분기된 레이저 펄스(L2)를 기판(1)의 천공 위치에 조사하는 갈바노 스캐너이다. 이 갈바노 스캐너(4)는 회전함으로써 레이저 펄스(L2)를 주사하도록 되어 있다. (5)는 AOM(3)에 있어서 비가공 방향으로 분기된 레이저 펄스(L3)를 흡수하는 댐퍼이다. 2 is a block diagram of a laser drilling apparatus according to an embodiment of the present invention. In Fig. 2, the substrate 1 to be drilled is mounted on a table (not shown). (2) refers to a laser oscillator that oscillates a laser pulse (L1), and (3) refers to an acousto-optic modulator (hereinafter referred to as “AOM”) that diverges the laser pulse (L1) output from the laser oscillator (2) in the processing and non-processing directions. Abbreviated as) and (4) are galvano scanners that irradiate the laser pulse L2 diverged in the processing direction in the AOM 3 to the drilling position of the substrate 1. This galvano scanner 4 scans the laser pulse L2 by rotating. Reference numeral 5 denotes a damper that absorbs the laser pulse L3 branched in the non-processing direction in the AOM 3.

(6)은 장치 전체의 동작을 제어하는 전체 제어부로, 예를 들면 프로그램 제어의 처리 장치에 의해 실현되고, 몇 가지의 요소가 포함된다. (7)은 레이저 발진기(2)에서의 각각의 레이저 펄스(L1)의 발진을 지시하는 레이저 발진 지령 신호(S)를 출력하는 레이저 발진 제어부, (8)은 AOM(3)의 분기 동작을 제어하는 AOM 구동 신호(D)를 출력하는 AOM 제어부, (9)는 갈바노 스캐너(4)의 동작을 지시하는 갈바노 동작 제어 신호(G)를 출력하는 갈바노 제어부이다. 이들 제어부 중 일부 또는 전부는 전체 제어부(6)와 별개로 설치되어 있어도 된다. (6) is an overall control unit that controls the operation of the entire device, and is realized by, for example, a program control processing unit, and includes several elements. (7) is a laser oscillation control unit that outputs a laser oscillation command signal (S) instructing the oscillation of each laser pulse (L1) in the laser oscillator (2), and (8) controls the branching operation of the AOM (3). The AOM control unit 9 is a galvano control unit that outputs a galvano operation control signal G instructing the operation of the galvano scanner 4. Some or all of these control units may be provided separately from the entire control unit 6.

또한, 도 2에 있어서, 각 구성 요소나 접속선은, 주로 본 실시예를 설명하기 위하여 필요하다고 할 수 있는 것을 나타내고 있으며, 레이저 천공 장치로서 필요한 모든 것을 나타내고 있는 것은 아니다. In addition, in FIG. 2, each constituent element or connection line indicates what can be said to be necessary mainly for describing the present embodiment, and does not indicate everything necessary as a laser drilling apparatus.

도 1은 도 2에 나타낸 레이저 천공 장치의 타이밍 차트를 나타낸다. 1 shows a timing chart of the laser drilling apparatus shown in FIG. 2.

갈바노 동작 제어 신호(G)는, 새로운 위치의 구멍 가공을 행함에 있어서 온으로 되어 갈바노 스캐너(4)를 회전시키고, 오프에서 갈바노 스캐너(4)를 정지시킨다. 갈바노 동작 제어 신호(G)가 오프가 되면 레이저 발진 지령 신호(S)가 소정 시간 온으로 되어 레이저 발진기(2)로부터의 레이저 펄스(L1)가 오르기 시작하고, 레이저 발진 지령 신호(S)가 오프가 되면, 레이저 발진기(2)는 레이저 펄스(L1)의 감쇠를 개시한다. The galvano motion control signal G is turned on in performing hole processing at a new position, rotates the galvano scanner 4, and stops the galvano scanner 4 when it is turned off. When the galvano operation control signal (G) is turned off, the laser oscillation command signal (S) is turned on for a predetermined time and the laser pulse (L1) from the laser oscillator (2) starts to rise, and the laser oscillation command signal (S) is When turned off, the laser oscillator 2 starts attenuation of the laser pulse L1.

레이저 발진 지령 신호(S)가 온이 되면, 그 t1 시간 후에 AOM 구동 신호(D)를 t2 시간만 온으로 하고, 또 레이저 발진 지령 신호(S)가 오프가 되면, 그 t3 시간 후에 AOM 구동 신호(D)를 t4 시간만 온으로 한다. AOM 구동 신호(D)가 온의 시간대에서는, AOM(3)에 입력된 레이저 펄스(L1)는 가공 방향으로 분기하고, 레이저 펄스(L2)로서 갈바노 스캐너(4)에 부여된다. 또, AOM 구동 신호(D)가 오프의 시간대에서는, AOM(3)에 입력된 레이저 펄스(L1)는 비가공 방향으로 분기되고, 레이저 펄스(L3)로서 댐퍼(5)에 부여된다. When the laser oscillation command signal (S) is turned on, the AOM drive signal (D) is turned on for only t2 hours after the t1 time, and if the laser oscillation command signal (S) is turned off, the AOM drive signal after the t3 time (D) is turned on only for t4 hours. In the time zone when the AOM drive signal D is on, the laser pulse L1 input to the AOM 3 diverges in the processing direction, and is applied to the galvano scanner 4 as a laser pulse L2. Further, in the time period when the AOM drive signal D is off, the laser pulse L1 input to the AOM 3 is branched in the non-processing direction, and is applied to the damper 5 as a laser pulse L3.

다시 말해, 본 실시예에서는, 하나의 구멍을 가공하기 위하여 레이저 발진기(2)로부터 레이저 펄스(L1)가 1회 출력되는 기간에 있어서, 레이저 펄스(L1)의 에너지가 피크로 되기 전, 즉 레이저 펄스(L1)의 감쇠 개시 전에서의 특정 시간대(t2)와, 레이저 펄스(L1)의 에너지가 피크를 지나고 나서, 즉 레이저 펄스(L1)의 감쇠 개시 후에서의 특정 시간대(t4)에, 합계 2회의 AOM 구동 신호(D)를 전후해서 출력하게 한다. In other words, in this embodiment, in the period in which the laser pulse L1 is output once from the laser oscillator 2 in order to process a hole, before the energy of the laser pulse L1 peaks, that is, the laser The sum of the specific time period t2 before the start of attenuation of the pulse L1 and the specific time period t4 after the energy of the laser pulse L1 passes the peak, that is, after the start of attenuation of the laser pulse L1 The two AOM driving signals (D) are output before and after.

또한, 2회째의 AOM 구동 신호(D)가 오프가 되면 갈바노 동작 제어 신호(G)는 온이 되고, 새로운 위치의 구멍 가공을 행하기 위하여 갈바노 스캐너(4)는 회전을 개시한다. Further, when the second AOM driving signal D is turned off, the galvano motion control signal G is turned on, and the galvano scanner 4 starts rotating in order to perform hole processing at a new position.

도 3은 이상 설명한 레이저 천공 장치에 의해, 수지층 상에 금속층이 적층된 기판에 천공을 행할 경우의 가공 경과를 설명하기 위한 단면도로, 도 3(a)는 가공전의 상태, 도 3(b)는 가공 도중의 상태, 도 3(c)는 가공 후의 상태를 나타낸다. 도 3에 있어서, (22)는 천공을 행할 기판(1)의 표면측에 있는 예를 들면 동박으로 이루어진 금속층, (23)은 금속층(22) 아래에 있는 수지층, (24)는 수지층(23) 아래에 있는 예를 들면 동박으로 이루어진 금속층이다. Fig. 3 is a cross-sectional view for explaining the processing process when drilling is performed on a substrate having a metal layer on a resin layer laminated by the laser drilling device described above, and Fig. 3(a) is a state before processing, Fig. 3(b) Denotes a state in the middle of machining, and Fig. 3(c) shows a state after machining. In Fig. 3, (22) is a metal layer made of, for example, copper foil on the surface side of the substrate 1 to be drilled, 23 is a resin layer under the metal layer 22, and 24 is a resin layer ( 23) The example below is a metal layer made of copper foil.

이상의 레이저 천공 장치에 의하면, 도 1에 나타낸 바와 같이 AOM(3)에서 감쇠 개시 전 기간의 특정 시간대(t2)에서 에너지의 스레시홀드가 큰 레이저 펄스(2)가 출력되고, 이에 따라, 도 3(b)에 나타낸 바와 같이 기판(1)의 표면측에 있는 가공 에너지의 스레시홀드가 높은 금속층(22)이 주로 가공된다. 그리고 그 후, 도 3(c)에 나타낸 바와 같이 다음의 감쇠 개시 후 기간의 특정 시간대(t4)에 가공 에너지의 스레시홀드가 낮은 수지층(23)이 주로 가공되고, 최종적으로 금속층(24)에 도달하는 구멍(25)이 형성된다. According to the above laser drilling apparatus, as shown in FIG. 1, the laser pulse 2 having a large energy threshold is output in a specific time period t2 in the period before the start of attenuation in the AOM 3, and accordingly, FIG. As shown in (b), the metal layer 22 on the surface side of the substrate 1 having a high threshold of processing energy is mainly processed. Then, as shown in Fig. 3(c), the resin layer 23 having a low processing energy threshold is mainly processed at a specific time t4 of the next period after the start of attenuation, and finally the metal layer 24 A hole 25 to reach the is formed.

이상 실시예에 의하면, 수지층(23) 상에 금속층(22)이 적층된 기판(1)에 천공을 행할 경우, 레이저 발진기(2)로부터 발진되는 레이저 펄스(L1)의 감쇠 개시 전 기간에서 금속층(22)을, 감쇠 개시 후의 기간에서 수지층(23)을 가공하므로, 레이저 펄스(L1)의 감쇠 개시까지의 기간을 특별히 길게 하지 않고, 하나의 레이저 펄스에 의해 금속층(22)과 수지층(23) 양쪽을 가공할 수 있다. According to the above embodiment, when drilling is performed on the substrate 1 on which the metal layer 22 is laminated on the resin layer 23, the metal layer in the period before the start of attenuation of the laser pulse L1 oscillated from the laser oscillator 2 Since the resin layer 23 is processed in the period after the start of attenuation (22), the period until the start of attenuation of the laser pulse L1 is not particularly long, and the metal layer 22 and the resin layer ( 23) Both sides can be processed.

또한, 가공 에너지의 스레시홀드가 낮은 수지층(23)에는 감쇠 개시 후의 에너지가 작은 기간에서 인출한 가공용 레이저 펄스를 사용하므로, 에너지가 지나치게 커서 수지층(23)에서의 구멍의 형상이 나빠지는 일도 없어진다. In addition, the resin layer 23 having a low processing energy threshold uses a laser pulse for processing extracted during a period of low energy after the start of attenuation, so that the energy is too large and the shape of the hole in the resin layer 23 deteriorates. Work goes away.

따라서, 고속으로 고품질의 구멍 가공이 실현된다. Thus, high-quality hole processing is realized at high speed.

이상, 본 발명을 실시예를 주체로 설명하였으나, 실시예는 본 발명을 이해하기 쉽게 하기 위한 예이며, 실시예에 있어서의 구성 요소를 여러 가지 치환하거나, 다른 요소를 부가함으로써, 각종 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명은 실시예에 한정되지 않는다. In the above, the present invention has been described mainly by examples, but the examples are examples for making the present invention easier to understand, and various modifications can be made by substituting various elements or adding other elements in the embodiments. Do. Therefore, the present invention is not limited to the examples.

예를 들면, 이상의 실시예에서는, 감쇠 개시 후의 기간에 있어서 1회만 AOM 구동 신호(D)를 온으로 하고 있으나, 이 기간에서는 예를 들면 2회 등의 복수 회 AOM 구동 신호(D)를 온으로 함으로써, 가공을 복수 회 행하도록 할 수도 있다. 이 방법이, 수지층(23)에의 충격을 완화하여 이 영역에 품질좋은 구멍을 뚫을 수 있다. 또 금속층(24)에의 충격을 억제할 수 있다. For example, in the above embodiment, the AOM driving signal D is turned on only once in the period after the start of attenuation, but in this period, the AOM driving signal D is turned on a plurality of times, for example, twice. By doing so, it is also possible to perform processing a plurality of times. In this method, the impact on the resin layer 23 can be alleviated, and high-quality holes can be made in this area. Further, the impact to the metal layer 24 can be suppressed.

또, 이상의 실시예에서는, 수지층(23)의 상하에 각각 금속층(22), (24)이 적층된 기판에 천공을 행할 경우를 설명하였으나, 가공 에너지의 스레시홀드가 다른 이외의 재질의 적층 기판이라도 된다. 예를 들면, 수지층(23) 대신에 세라믹층이라도 된다. In addition, in the above embodiment, the case where drilling is performed on the substrate on which the metal layers 22 and 24 are stacked, respectively, above and below the resin layer 23 is described, but the stacking of materials other than those having different processing energy thresholds It may be a substrate. For example, a ceramic layer may be used instead of the resin layer 23.

(1) 기판
(2) 레이저 발진기
(3) AOM
(4) 갈바노 스캐너
(5) 댐퍼
(6) 전체 제어부
(7) 레이저 발진 제어부
(8) AOM 제어부
(9) 갈바노 제어부
(22), (24) 금속층
(23) 수지층
(25) 구멍
(D) AOM 구동 신호
(G) 갈바노 동작 제어 신호
(L1)∼(L3) 레이저 펄스
(S) 레이저 발진 지령 신호 (1) substrate
(2) laser oscillator
(3) AOM
(4) Galvano scanner
(5) damper
(6) Overall control unit
(7) Laser oscillation control unit
(8) AOM control unit
(9) Galvano control unit
(22), (24) metal layer
(23) resin layer
(25) hole
(D) AOM drive signal
(G) Galvano motion control signal
(L1) to (L3) laser pulse
(S) Laser oscillation command signal

Claims

A laser processing apparatus having a laser oscillator for oscillating a laser pulse, and an acousto-optic modulator for diverging the laser pulse output from the laser oscillator in a processing direction and a non-processing direction,
When turned on, the laser pulse rises, and when turned off, the laser oscillation control unit outputs a laser oscillation command signal attenuated by the laser pulse;
And an acousto-optic modulator control unit for outputting a branching operation control signal for controlling a branching operation of the acousto-optic modulator,
The acousto-optic modulator control unit includes a first specific period before the start of attenuation of the laser pulse that has been raised by turning the laser oscillation command signal on, and after the start of attenuation of the laser pulse that has started attenuation when the laser oscillation command signal is turned off. A laser processing apparatus comprising: outputting a branching operation control signal for branching the laser pulse in the processing direction in a second specific period.

The laser processing apparatus according to claim 1, wherein the acousto-optic modulator control unit outputs the branch operation control signal a plurality of times in the second specific period.

In response to the laser oscillation command signal from the laser oscillation control unit, the laser pulse oscillated by the laser oscillator is input to an acousto-optic modulator that diverges in the processing direction and the non-processing direction, and in the corresponding acousto-optic modulator, the laser pulse diverges in the processing direction. In the laser processing method for processing by,
A first step of processing in a first specific period before the start of attenuation of the laser pulses raised by turning on the laser power generation command signal;
A laser comprising a second step of processing in a second specific period after the start of attenuation of the laser pulse at which the laser oscillation command signal has been turned off to start attenuation with respect to the processing position performed in the first step. Processing method.

The method of claim 3, wherein in the first step, the metal layer or a part of the metal layer and the resin layer of the substrate on which the metal layer is laminated on the resin layer is processed, and the resin layer is processed in the second step. Laser processing method.

The laser processing method according to claim 3 or 4, wherein processing is performed by dividing into a plurality of times in the second specific period.