KR102302028B1 - Apparatus and method for laser processing - Google Patents

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KR102302028B1 KR1020170115115A KR20170115115A KR102302028B1 KR 102302028 B1 KR102302028 B1 KR 102302028B1 KR 1020170115115 A KR1020170115115 A KR 1020170115115A KR 20170115115 A KR20170115115 A KR 20170115115A KR 102302028 B1 KR102302028 B1 KR 102302028B1
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Abstract

집광가공을 행할 때의 가공품질의 열화를 억제할 수 있는 레이저가공장치를 제공한다.
레이저빔의 경로에 가변애퍼처가 배치되어 있다. 가변애퍼처를 투과한 레이저빔이, 가공대상물의 표면에 있어서 빔웨이스트를 형성하도록 집광된다. 레이저광원과 가변애퍼처 사이의 레이저빔의 경로에, 레이저빔의 발산수렴각을 변화시키는 기능을 갖는 빔익스팬더가 배치되어 있다. 제어장치가, 가변애퍼처의 개구부의 크기를 제1 크기로 했을 때와, 제2 크기로 했을 때의 레이저빔의 파워의 계측값을 취득하고, 계측값의 관계의 적합 부적합을 판정조건에 근거하여 판정한다. 부적합으로 판정한 경우에, 레이저빔의 파워의 계측값의 관계가 적합으로 판정되도록 빔익스팬더를 제어하여 레이저빔의 발산수렴각을 변화시킨다.
A laser processing apparatus capable of suppressing deterioration of processing quality during light-converging processing is provided.
A variable aperture is arranged in the path of the laser beam. The laser beam passing through the variable aperture is focused to form a beam waist on the surface of the object to be processed. In the path of the laser beam between the laser light source and the variable aperture, a beam expander having a function of changing the divergent convergence angle of the laser beam is arranged. The control device acquires the measured value of the laser beam power when the size of the opening of the variable aperture is set to the first size and the second size, and determines whether the relationship between the measured values is appropriate or not based on the judgment condition to judge When it is judged as non-conforming, the beam expander is controlled to change the divergent convergence angle of the laser beam so that the relationship between the measured values of the laser beam power is judged to be acceptable.

Figure R1020170115115
Figure R1020170115115

Description

레이저가공장치 및 레이저가공방법{Apparatus and method for laser processing}Laser processing apparatus and laser processing method {Apparatus and method for laser processing}

본 출원은, 2016년 9월 26일에 출원된 일본 특허출원 제2016-186850호에 근거하여 우선권을 주장한다. 그 출원의 전체 내용은 이 명세서 중에 참고로 원용되어 있다.This application claims priority based on Japanese Patent Application No. 2016-186850 for which it applied on September 26, 2016. The entire contents of the application are incorporated herein by reference.

본 발명은, 빔웨이스트로 가공을 행하는 레이저가공장치 및 레이저가공방법에 관한 것이다.The present invention relates to a laser processing apparatus and a laser processing method for processing with a beam waist.

가공대상물에 천공가공을 행하는 경우, 광학마스크의 개구부를 가공대상물의 표면에 축소투영하여 가공을 행하는 방법(이하, 축소투영가공이라고 함)과, 빔웨이스트의 위치에서 가공을 행하는 방법(이하, 집광가공이라고 함)이 알려져 있다. 축소투영가공에서는, 일반적으로 광학마스크의 위치의 빔프로파일을 균일화함으로써, 가공대상물의 표면에 있어서의 빔프로파일을 톱플랫형상으로 하여 가공을 행한다(특허문헌 1 참조).When drilling is performed on the object to be processed, a method of performing processing by reducing the opening of the optical mask on the surface of the object to be processed (hereinafter referred to as reduction projection processing), and a method of processing at the position of the beam waist (hereinafter, condensing light) processing) is known. In the reduction projection processing, in general, the beam profile at the position of the optical mask is equalized, so that the beam profile on the surface of the object to be processed is processed into a top flat shape (refer to Patent Document 1).

가공대상물은, 예를 들면 수지기판에 구리박이 접착된 복합기판이다. 축소투영가공을 행하는 경우에는, 통상, 레이저에너지의 흡수효율을 높이기 위하여 구리박 표면의 흑화처리, 조면화처리를 행한다. 구리박 표면의 흑화처리, 조면화처리를 행하지 않고, 경면상태인 채 레이저가공을 행하는 경우에는, 보다 큰 파워밀도가 필요하게 된다. 흑화처리 등이 행해지지 않은 구리박의 가공, 예를 들면 패키지기판의 구리박의 천공가공에서는, 레이저빔의 파워밀도를 높이기 위하여 집광가공이 이용된다.The object to be processed is, for example, a composite substrate in which copper foil is adhered to a resin substrate. In the case of performing the reduction projection processing, a blackening treatment and a roughening treatment of the surface of the copper foil are usually performed in order to increase the laser energy absorption efficiency. When laser processing is performed in a mirror-finished state without performing blackening treatment and roughening treatment on the surface of the copper foil, higher power density is required. In processing of copper foil to which blackening treatment has not been performed, for example, perforation processing of copper foil of a package substrate, condensing processing is used in order to increase the power density of a laser beam.

집광가공에 의하여 천공가공을 행하는 경우, 가공구멍의 형상이나 치수는, 빔웨이스트의 빔직경(최소 스폿직경)에 의존한다.In the case of drilling by means of condensing processing, the shape and size of the processing hole depend on the beam diameter (minimum spot diameter) of the beam waist.

특허문헌 1: 일본 공개특허공보 2015-188890호Patent Document 1: Japanese Patent Application Laid-Open No. 2015-188890

레이저빔을 집광렌즈로 집광했을 때의 최소 스폿직경은 회절한계에 의하여 결정된다. 그러나, 집광렌즈에 입사하는 레이저빔의 프로파일이 흐트러져 있는 경우에는, 회절한계까지 빔스폿의 초점을 맞출 수 없다. 레이저발진기의 특성의 경시변화나 광학부품의 열화 등에 의하여, 집광렌즈에 입사하는 레이저빔의 프로파일이 흐트러지면, 목표로 하는 치수까지 빔스폿의 초점을 맞출 수 없게 되어 버린다. 최소 빔직경이 목표로 하는 치수까지 작아지지 않은 상태로 가공을 행하면, 가공품질이 열화되어 버린다. 예를 들면, 구멍의 형상이나 깊이가 허용범위로부터 벗어나 버린다.The minimum spot diameter when the laser beam is condensed with a condensing lens is determined by the diffraction limit. However, when the profile of the laser beam incident on the condensing lens is disturbed, the beam spot cannot be focused up to the diffraction limit. If the profile of the laser beam incident on the condensing lens is disturbed due to changes in characteristics of the laser oscillator over time or deterioration of optical components, the beam spot cannot be focused to a target dimension. If machining is performed in a state where the minimum beam diameter is not reduced to the target dimension, the machining quality will deteriorate. For example, the shape or depth of the hole deviates from the allowable range.

본 발명의 목적은, 집광가공을 행할 때의 가공품질의 열화를 억제할 수 있는 레이저가공장치를 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a laser processing apparatus capable of suppressing deterioration of processing quality during light-converging processing.

본 발명의 일 관점에 의하면,According to one aspect of the present invention,

레이저빔을 출력하는 레이저광원과,A laser light source for outputting a laser beam;

상기 레이저광원으로부터 출력된 레이저빔의 경로에 배치되어, 개구부의 크기를 변화시킬 수 있는 가변애퍼처와,a variable aperture which is disposed in the path of the laser beam output from the laser light source and can change the size of the opening;

상기 가변애퍼처를 투과한 레이저빔을 가공대상물의 표면에 있어서 빔웨이스트를 형성하도록 집광하는 집광렌즈와,a condensing lens for condensing the laser beam passing through the variable aperture to form a beam waist on the surface of the object to be processed;

상기 레이저광원과 상기 가변애퍼처 사이의 레이저빔의 경로에 배치되어, 레이저빔의 발산수렴각을 변화시키는 기능을 갖는 빔익스팬더와, a beam expander disposed in the path of the laser beam between the laser light source and the variable aperture and having a function of changing the divergent convergence angle of the laser beam;

상기 집광렌즈로 집광된 레이저빔의 파워를 계측하는 계측기와, a measuring instrument for measuring the power of the laser beam condensed by the condenser lens;

상기 가변애퍼처 및 상기 빔익스팬더를 제어하는 제어장치를 갖고, and a control device for controlling the variable aperture and the beam expander,

상기 제어장치는, The control device is

상기 가변애퍼처의 개구부의 크기를 제1 크기로 했을 때와, 제2 크기로 했을 때의 레이저빔의 파워의 계측값을 상기 계측기로부터 취득하며, Obtaining a measured value of the power of the laser beam from the measuring instrument when the size of the opening of the variable aperture is set to a first size and when set to a second size,

상기 가변애퍼처의 개구부의 크기를 상기 제1 크기와 상기 제2 크기로 했을 때의 레이저빔의 파워의 계측값의 관계의 적합 부적합을 판정조건에 근거하여 판정하고,determining whether the relationship between the measured value of the laser beam power when the size of the opening of the variable aperture is the first size and the second size based on a determination condition;

레이저빔의 파워의 계측값의 관계가 부적합으로 판정된 경우에, 레이저빔의 파워의 계측값의 관계가 적합으로 판정되도록 상기 빔익스팬더를 제어하여 레이저빔의 발산수렴각을 변화시키는 레이저가공장치가 제공된다. When the relationship between the measured values of the laser beam power is judged to be inconsistent, the laser processing apparatus controls the beam expander to change the divergent convergence angle of the laser beam so that the relationship between the measured values of the laser beam power is judged to be acceptable. is provided

본 발명의 다른 관점에 의하면, According to another aspect of the present invention,

레이저빔을, 개구부의 크기를 변화시킬 수 있는 가변애퍼처를 경유시킨 후, 가공대상물의 표면에 있어서 빔웨이스트를 형성하도록 레이저빔을 집광시켜 레이저가공을 행하는 방법으로서, A method of performing laser processing by passing a laser beam through a variable aperture capable of changing the size of an opening and then condensing the laser beam to form a beam waist on the surface of an object to be processed,

상기 가변애퍼처의 개구부의 크기를 제1 크기로 했을 때에 상기 가변애퍼처를 투과한 레이저빔의 파워와, 상기 가변애퍼처의 개구부의 크기를 제2 크기로 했을 때에 상기 가변애퍼처를 투과한 레이저빔의 파워의 비율을 조정함으로써, 상기 가공대상물의 표면에 있어서의 빔프로파일을 제어하고, When the size of the opening of the variable aperture is set to the first size, the power of the laser beam transmitted through the variable aperture, and when the size of the opening of the variable aperture is set to the second size By adjusting the ratio of the power of the laser beam, the beam profile on the surface of the object to be processed is controlled,

상기 빔프로파일을 제어한 후, 상기 가변애퍼처의 개구부의 크기를 가공 시에 적용되는 크기로 설정하여 레이저가공을 행하는 레이저가공방법이 제공된다.After controlling the beam profile, there is provided a laser processing method for performing laser processing by setting the size of the opening of the variable aperture to a size applied during processing.

레이저빔의 파워의 계측값의 관계를 부적합으로 판정한 경우, 빔익스팬더를 조정함으로써, 바람직한 조건으로 레이저가공을 계속할 수 있다. 이로써, 집광가공을 행할 때의 가공품질의 열화를 억제할 수 있다. 또, 가공대상물의 표면에 있어서의 빔프로파일을 제어함으로써, 원하는 가공을 행하는 것이 가능하게 된다.When the relationship between the measured values of the laser beam power is judged to be inconsistent, laser processing can be continued under favorable conditions by adjusting the beam expander. Accordingly, it is possible to suppress deterioration of the processing quality during the light-converging processing. Further, by controlling the beam profile on the surface of the object to be processed, it becomes possible to perform desired processing.

도 1에 있어서, 도 1의 (a) 및 도 1의 (b)는, 실시예에 의한 레이저가공장치의 개략도이다.
도 2는, 실시예에 의한 레이저가공장치의 제어장치가 실행하는 처리의 플로차트이다.
도 3은, 평가비율 A와 가공면 프로파일의 관계를 나타내는 도표이다.
도 4는, 다른 실시예에 의한 레이저가공장치의 개략도이다.
도 5에 있어서, 도 5의 (a)~도 5의 (c)는, 각각 평가비율 A가 30%, 50%, 및 70%인 상태로 가공한 구멍의 단면사진이다.
도 6은, 평가비율 A, 가공된 구멍의 개구부의 직경, 및 가공된 구멍의 깊이의 관계를 나타내는 그래프이다.
In Fig. 1, Fig. 1 (a) and Fig. 1 (b) are schematic views of a laser processing apparatus according to an embodiment.
Fig. 2 is a flowchart of processing executed by the control apparatus of the laser processing apparatus according to the embodiment.
3 is a chart showing the relationship between the evaluation ratio A and the machining surface profile.
4 is a schematic diagram of a laser processing apparatus according to another embodiment.
In Fig. 5, Figs. 5(a) to 5(c) are cross-sectional photographs of holes processed in the state where the evaluation ratio A is 30%, 50%, and 70%, respectively.
6 is a graph showing the relationship between the evaluation ratio A, the diameter of the opening of the processed hole, and the depth of the processed hole.

도 1의 (a)~도 4를 참조하여, 실시예에 의한 레이저가공장치에 대하여 설명한다.A laser processing apparatus according to an embodiment will be described with reference to FIGS. 1A to 4 .

도 1의 (a) 및 도 1의 (b)는, 본 실시예에 의한 레이저가공장치의 개략도이다. 레이저광원(10)이 펄스레이저빔을 출력한다. 레이저광원(10)으로서, 예를 들면 탄산가스레이저발진기를 이용할 수 있다.1(a) and 1(b) are schematic views of the laser processing apparatus according to the present embodiment. The laser light source 10 outputs a pulsed laser beam. As the laser light source 10, for example, a carbon dioxide laser oscillator can be used.

레이저광원(10)으로부터 출력된 펄스레이저빔이 빔익스팬더(11), 가변애퍼처(12), 빔주사기(13), 및 집광렌즈(14)를 경유하여 계측기(15)에 입사한다. 빔익스팬더(11)는, 예를 들면 3매의 렌즈로 구성되어 있고, 3매의 렌즈의 상대위치를 변화시킴으로써, 레이저빔의 빔직경 및 발산수렴각을 변화시킬 수 있다. 이와 같은 기능을 갖는 렌즈광학계는, "빔익스팬더 텔레스코프"라고 하는 경우가 있다.The pulsed laser beam output from the laser light source 10 is incident on the measuring instrument 15 via the beam expander 11 , the variable aperture 12 , the beam scanner 13 , and the condensing lens 14 . The beam expander 11 is composed of, for example, three lenses, and by changing the relative positions of the three lenses, the beam diameter and divergent convergence angle of the laser beam can be changed. A lens optical system having such a function is sometimes referred to as a "beam expander telescope".

가변애퍼처(12)는, 크기가 가변인 원형의 개구부를 갖는다. 가변애퍼처(12)로서, 예를 들면 다양한 크기의 개구부가 마련된 회전원반을 이용할 수 있다. 가변애퍼처(12)의 개구부의 중심은 레이저빔의 중심축과 일치한다. 개구부를 레이저빔의 빔단면보다 크게 하면, 도 1의 (a)에 나타내는 바와 같이 레이저빔의 모든 성분이 가변애퍼처(12)를 투과한다. 개구부를 레이저빔의 빔단면보다 작게 하면, 도 1의 (b)에 나타내는 바와 같이 레이저빔의 중심축 및 그 주위 일부의 성분만이 가변애퍼처(12)를 투과한다. 가변애퍼처(12)의 개구부를 투과한 레이저빔이 빔주사기(13)에 입사한다.The variable aperture 12 has a circular opening having a variable size. As the variable aperture 12, for example, a rotating disk provided with openings of various sizes may be used. The center of the opening of the variable aperture 12 coincides with the central axis of the laser beam. When the opening is made larger than the cross-section of the laser beam, all components of the laser beam pass through the variable aperture 12 as shown in FIG. 1A. When the opening is made smaller than the cross-section of the laser beam, only the central axis of the laser beam and a part of its surrounding components pass through the variable aperture 12 as shown in FIG. 1B. The laser beam passing through the opening of the variable aperture 12 is incident on the beam scanner 13 .

빔주사기(13)는, 레이저빔을 2차원방향으로 주사한다. 빔주사기(13)에는, 예를 들면 한 쌍의 갈바노미러를 포함하는 갈바노스캐너를 이용할 수 있다. 빔주사기(13)에서 주사된 레이저빔이 집광렌즈(14)에 의하여 가공대상물(30)의 표면에 집광된다. 집광렌즈(14)에는, 예를 들면 fθ렌즈를 이용할 수 있다. 집광렌즈(14)와 가공대상물(30)의 상대위치는, 가공대상물(30)의 표면에 있어서 빔웨이스트를 형성하도록 조정되어 있다. 가공대상물(30)은, 예를 들면 복수의 패키지기판이 다면취(多面取)되는 구리피복적층판이다.The beam scanner 13 scans a laser beam in a two-dimensional direction. For the beam scanner 13, for example, a galvanoscanner including a pair of galvanometer mirrors can be used. The laser beam scanned by the beam scanner 13 is focused on the surface of the object 30 by the condensing lens 14 . For the condensing lens 14, for example, an fθ lens can be used. The relative positions of the condensing lens 14 and the object 30 are adjusted so as to form a beam waist on the surface of the object 30 . The object to be processed 30 is, for example, a copper-clad laminate on which a plurality of package substrates are multi-faceted.

도 1의 (a) 및 도 1의 (b)에서는, 레이저빔의 집광위치에 계측기(15)가 배치되어 있는 상태를 나타내고 있다. 계측기(15)는 입사하는 레이저빔의 평균파워를 계측한다. 계측기(15)로는, 예를 들면 레이저빔의 파워를 계측하는 광파워미터를 이용할 수 있다. 집광위치에 계측기(15)를 배치함으로써, 펄스레이저빔의 평균파워를 계측할 수 있다.1(a) and 1(b) show a state in which the measuring instrument 15 is disposed at the converging position of the laser beam. The measuring instrument 15 measures the average power of the incident laser beam. As the measuring instrument 15, for example, an optical power meter for measuring the power of a laser beam can be used. By disposing the measuring instrument 15 at the condensing position, it is possible to measure the average power of the pulsed laser beam.

계측기(15)에 의하여 계측된 계측값이 제어장치(20)에 입력된다. 제어장치(20)는, 레이저광원(10)에 펄스레이저빔의 출력지령을 송신한다. 또한, 제어장치(20)는, 빔익스팬더(11)를 제어함으로써, 레이저빔의 발산수렴각 및 빔직경을 변화시켜, 가변애퍼처(12)를 제어함으로써 그 개구부의 크기를 변화시킨다. 또한, 제어장치(20)는, 계측기(15)를 레이저빔의 집광위치까지 이동시켜, 집광위치로부터 대피시킨다.The measured value measured by the measuring instrument 15 is input to the control device 20 . The control device 20 transmits an output command of the pulsed laser beam to the laser light source 10 . In addition, the control device 20 controls the beam expander 11 to change the divergent convergence angle and the beam diameter of the laser beam, and controls the variable aperture 12 to change the size of the opening. In addition, the control device 20 moves the measuring instrument 15 to the condensing position of the laser beam to evacuate from the converging position.

입력장치(21)로부터 제어장치(20)에, 레이저가공에 필요한 다양한 데이터나 지령을 입력할 수 있다. 입력장치(21)에는, 예를 들면 키보드, 터치패널, 표시장치와 포인팅디바이스 등을 이용할 수 있다.Various data and commands required for laser processing can be input from the input device 21 to the control device 20 . As the input device 21, for example, a keyboard, a touch panel, a display device, a pointing device, and the like can be used.

다음으로, 도 2를 참조하여, 실시예에 의한 레이저가공장치를 이용한 레이저가공방법에 대하여 설명한다.Next, a laser processing method using a laser processing apparatus according to an embodiment will be described with reference to FIG. 2 .

도 2는, 실시예에 의한 레이저가공장치의 제어장치(20)(도 1의 (a))가 실행하는 처리의 플로차트이다.Fig. 2 is a flowchart of processing executed by the control device 20 (Fig. 1(a)) of the laser processing apparatus according to the embodiment.

가공대상물(30)(도 1의 (a))의 레이저가공을 행하기 전에, 스텝 S01에 있어서 제어장치(20)가 빔프로파일의 조정을 행하는지 여부를 판정한다. 예를 들면 제어장치(20)는, 레이저가공장치의 시동 직후, 및 미리 설정된 일정시간이 경과할 때마다 빔프로파일의 조정을 행하는 처리를 실행한다. 빔프로파일의 조정을 행하지 않는 경우에는, 스텝 S09에 있어서 레이저빔의 집광위치에 가공대상물(30)을 배치한다.Before laser processing of the object 30 (FIG. 1(a)), it is determined in step S01 whether or not the control device 20 adjusts the beam profile. For example, the control device 20 executes a process of adjusting the beam profile immediately after the laser processing apparatus is started, and whenever a predetermined period of time elapses in advance. When the beam profile is not adjusted, the object 30 is arranged at the converging position of the laser beam in step S09.

다음으로, 빔프로파일의 조정을 행하는 경우에 대하여 설명한다. 먼저, 스텝 S02에 있어서 계측기(15)(도 1의 (a))를 레이저빔의 집광위치에 배치한다. 그 후, 스텝 S03에 있어서 가변애퍼처(12)의 개구부의 크기를 제1 크기로 조정한다. 스텝 S04에 있어서 레이저광원(10)으로부터 펄스레이저빔을 출력시켜, 계측기(15)로 계측된 펄스레이저빔의 평균파워의 계측값을 취득한다.Next, the case where the beam profile is adjusted will be described. First, in step S02, the measuring instrument 15 (FIG. 1(a)) is arranged at the converging position of the laser beam. Thereafter, in step S03, the size of the opening of the variable aperture 12 is adjusted to the first size. In step S04, a pulsed laser beam is output from the laser light source 10, and the measured value of the average power of the pulsed laser beam measured by the measuring instrument 15 is acquired.

그 후, 스텝 S05에 있어서 가변애퍼처(12)의 개구부의 크기를 제2 크기로 조정한다. 스텝 S06에 있어서 레이저광원(10)으로부터 펄스레이저빔을 출력시켜, 계측기(15)로 계측된 펄스레이저빔의 평균파워의 계측값을 취득한다.Thereafter, in step S05, the size of the opening of the variable aperture 12 is adjusted to the second size. In step S06, a pulsed laser beam is output from the laser light source 10, and the measured value of the average power of the pulsed laser beam measured by the measuring instrument 15 is acquired.

스텝 S07에 있어서, 가변애퍼처(12)의 개구부를 제1 크기로 했을 때의 평균파워의 계측값과, 가변애퍼처(12)의 개구부를 제2 크기로 했을 때의 평균파워의 계측값의 관계의 적합 부적합을 소정의 판정조건에 근거하여 판정한다. 판정조건에 대해서는 후에 설명한다. 판정 결과가 "부적합"인 경우에는, 스텝 S08에 있어서 빔익스팬더(11)(도 1의 (a))를 조정함으로써, 판정 결과가 "적합"이 되도록 레이저빔의 발산수렴각을 변화시킨다. 그 후, 스텝 S03으로부터 스텝 S07까지의 처리를 재차 실행한다.In step S07, the measured value of the average power when the opening of the variable aperture 12 is set to the first size and the measured value of the average power when the opening of the variable aperture 12 is set to the second size Conformity or nonconformity of the relationship is judged based on a predetermined judgment condition. The judgment conditions will be described later. When the determination result is "inconsistent", by adjusting the beam expander 11 (Fig. 1(a)) in step S08, the divergent convergence angle of the laser beam is changed so that the determination result becomes "conformity". Thereafter, the processes from step S03 to step S07 are executed again.

스텝 S07에서의 판정 결과가 "적합"인 경우에는, 스텝 S09에 있어서 레이저빔의 집광위치에 가공대상물(30)을 배치한다. 또한, 가변애퍼처(12)의 개구부의 크기를, 소정의 가공 시의 크기로 조정한다. 그 후, 스텝 S10에 있어서 레이저가공을 실시한다. 스텝 S10에서는, 제어장치(20)가 빔주사기(13)를 작동시킴으로써, 가공대상물(30)의 표면 내의 구멍을 형성해야 할 위치에 레이저빔을 입사시킨다. 이로써, 미리 결정된 위치에 구멍이 형성된다.If the determination result in step S07 is "suitable", in step S09, the object 30 is arranged at the converging position of the laser beam. In addition, the size of the opening of the variable aperture 12 is adjusted to the size at the time of predetermined processing. Thereafter, laser processing is performed in step S10. In step S10 , the control device 20 operates the beam scanner 13 to cause the laser beam to be incident on a position where a hole is to be formed in the surface of the object 30 . Thereby, a hole is formed at a predetermined position.

다음으로, 스텝 S07의 판정에서 적용되는 판정조건에 대하여 설명한다. 본 실시예에 있어서는, 가변애퍼처(12)의 개구부의 제1 크기(스텝 S03)를 제2 크기(스텝 S05)보다 크게 한다. 가변애퍼처(12)의 개구부를 제1 크기 및 제2 크기로 했을 때의 평균파워의 계측값을 각각 P1 및 P2로 나타낸다. P2/P1를 평가비율 A라고 정의한다. 평가비율 A가 허용범위 내일 때, 판정 결과가 "적합"이 되고, 평가비율 A가 허용범위로부터 벗어나 있을 때, 판정 결과가 "부적합"이 된다.Next, the determination conditions applied in the determination of step S07 will be described. In this embodiment, the first size (step S03) of the opening of the variable aperture 12 is made larger than the second size (step S05). The measured values of the average power when the openings of the variable aperture 12 have the first size and the second size are denoted by P1 and P2, respectively. Define P2/P1 as the evaluation ratio A. When the evaluation ratio A is within the allowable range, the judgment result becomes "acceptable";

다음으로, 도 3을 참조하여, 평가비율 A의 허용범위에 대하여 설명한다.Next, with reference to FIG. 3, the allowable range of the evaluation ratio A will be described.

도 3은, 평가비율 A와 가공면 프로파일의 관계를 나타내는 도표이다. 평가비율 A가 클(1에 가까울)수록, 가변애퍼처(12)의 위치에 있어서의 광강도분포가 레이저빔의 중심축의 근방에 국재하고 있다고 할 수 있다. 즉, 평가비율 A가 커지는 것은, 집광렌즈(14)(도 1의 (a))에 입사하는 레이저빔의 빔직경이 작아지는 것을 의미한다. 입사하는 레이저빔의 빔직경이 작아지면, 집광렌즈(14)로 집광된 레이저빔의 빔웨이스트의 빔직경(가공면에 있어서의 빔직경)은 커진다. 레이저빔의 파워가 일정하면, 빔웨이스트의 빔직경이 커지고, 가공면에 있어서의 피크파워는 작아진다.3 is a chart showing the relationship between the evaluation ratio A and the machining surface profile. As the evaluation ratio A is larger (closer to 1), it can be said that the light intensity distribution at the position of the variable aperture 12 is localized in the vicinity of the central axis of the laser beam. That is, the increase in the evaluation ratio A means that the beam diameter of the laser beam incident on the condensing lens 14 (Fig. 1(a)) becomes small. As the beam diameter of the incident laser beam decreases, the beam diameter (beam diameter in the processing surface) of the beam waist of the laser beam focused by the condensing lens 14 increases. When the power of the laser beam is constant, the beam diameter of the beam waist becomes large, and the peak power at the processing surface becomes small.

반대로, 평가비율 A가 작아지면, 집광렌즈(14)로 집광된 레이저빔의 빔웨이스트의 빔직경(가공면에 있어서의 빔직경)은 작아진다. 레이저빔의 파워가 일정하면, 빔웨이스트의 빔직경이 작아지고, 가공면에 있어서의 피크파워는 커진다. 이와 같이, 평가비율 A는 가공면의 빔프로파일과 일정한 관계를 갖는다. 즉, 평가비율 A가 가공품질에 영향을 주는 것을 알 수 있다.Conversely, when the evaluation ratio A becomes small, the beam diameter of the beam waist of the laser beam focused by the condensing lens 14 (beam diameter in the processing surface) becomes small. When the power of the laser beam is constant, the beam diameter of the beam waist becomes small, and the peak power at the processing surface becomes large. In this way, the evaluation ratio A has a certain relationship with the beam profile of the machining surface. That is, it can be seen that the evaluation ratio A affects the processing quality.

평가비율 A의 값이 다른 다양한 조건에서 실제로 레이저가공을 행하고, 가공결과를 평가함으로써, 평가비율 A의 허용범위를 결정할 수 있다.The allowable range of the evaluation ratio A can be determined by actually performing laser processing under various conditions in which the value of the evaluation ratio A is different and evaluating the processing results.

다음으로, 상기 실시예에 의한 레이저가공장치의 우수한 효과에 대하여 설명한다.Next, the excellent effect of the laser processing apparatus according to the above embodiment will be described.

가공대상물(30)의 재료, 형성해야 할 구멍의 형상이나 가공종별(근접천공가공, 스루홀가공 등)에 따라, 최적의 빔프로파일은 상이하다. 실시예에 의한 레이저가공장치에 있어서, 평가비율 A를 변화시킴으로써, 가공면에 있어서의 빔프로파일을 제어할 수 있다. 가공대상물(30)의 재료, 형성해야 할 구멍의 형상이나 가공종별마다 적합한 빔프로파일이 얻어지도록, 평가비율 A의 허용범위를 설정해 둠으로써, 적합한 조건에서 천공가공을 행할 수 있다.The optimal beam profile differs according to the material of the object 30, the shape of the hole to be formed, or the type of processing (close drilling, through-hole processing, etc.). In the laser processing apparatus according to the embodiment, the beam profile on the processing surface can be controlled by changing the evaluation ratio A. By setting the allowable range of the evaluation ratio A so as to obtain a beam profile suitable for each material of the object 30, the shape of the hole to be formed, and the type of processing, drilling can be performed under suitable conditions.

또, 본 실시예에서는, 일정한 시간이 경과할 때마다 도 2에 나타낸 스텝 S02로부터 스텝 S07, S08까지의 빔프로파일의 조정처리가 자동적으로 실행되기 때문에, 가공품질의 안정성이 향상된다.Moreover, in this embodiment, since the beam profile adjustment process from step S02 to step S07, S08 shown in Fig. 2 is automatically executed whenever a certain time elapses, the stability of the machining quality is improved.

다음으로, 도 4~도 6을 참조하여 다른 실시예에 의한 레이저가공장치에 대하여 설명한다. 이하, 도 1의 (a)~도 3에 나타낸 실시예와의 상이점에 대하여 설명하고, 공통의 구성에 대해서는 설명을 생략한다.Next, a laser processing apparatus according to another embodiment will be described with reference to FIGS. 4 to 6 . Hereinafter, differences from the embodiment shown in Figs. 1A to 3 will be described, and descriptions of common configurations will be omitted.

도 4는, 본 실시예에 의한 레이저가공장치의 개략도이다. 본 실시예에 의한 레이저가공장치에서는, 빔익스팬더(11)와 가변애퍼처(12) 사이의 레이저빔의 경로에 광학마스크(17), 폴딩미러(18), 및 콜리메이트렌즈(19)가 배치되어 있다. 가공대상물(30)이 스테이지(31)에 보유되고 있다. 계측기(15)가 스테이지(31)에 장착되어 있다. 계측기(15)는 스테이지(31)와 함께 제어장치(20)로부터의 지령에 의하여 이동한다. 레이저광원(10)과 빔익스팬더(11) 사이의 레이저빔의 경로에 릴레이렌즈(35)가 배치되어 있다. 릴레이렌즈(35)는, 예를 들면 2매의 볼록렌즈로 구성된다.Fig. 4 is a schematic diagram of a laser processing apparatus according to the present embodiment. In the laser processing apparatus according to this embodiment, the optical mask 17, the folding mirror 18, and the collimating lens 19 are arranged in the path of the laser beam between the beam expander 11 and the variable aperture 12. has been The object to be processed 30 is held on the stage 31 . A measuring instrument 15 is mounted on the stage 31 . The measuring instrument 15 moves together with the stage 31 according to a command from the control device 20 . A relay lens 35 is disposed in the path of the laser beam between the laser light source 10 and the beam expander 11 . The relay lens 35 is composed of, for example, two convex lenses.

광학마스크(17)는, 빔익스팬더(11)를 투과한 레이저빔의 빔단면의 외연부의 성분을 차광함으로써 빔단면을 정형한다. 폴딩미러(18)는, 광학마스크(17)를 투과한 레이저빔을 가변애퍼처(12)를 향해 반사한다. 예를 들면, 가변애퍼처(12)는 폴딩미러(18)의 하방에 배치되어 있고, 폴딩미러(18)는 레이저빔을 하방을 향해 반사한다. 빔익스팬더(11)를 투과한 레이저빔이 광학마스크(17)에서 회절됨으로써, 광학마스크(17)를 투과한 레이저빔은 발산빔이 된다. 콜리메이트렌즈(19)는 발산빔을 콜리메이트한다. 콜리메이트된 레이저빔이 가변애퍼처(12)에 입사한다. 스테이지(31)는, 가공대상물(30) 및 계측기(15)를 수평면내 방향으로 이동시킨다.The optical mask 17 shapes the beam cross-section by shielding the component of the outer edge of the beam cross-section of the laser beam that has passed through the beam expander 11 . The folding mirror 18 reflects the laser beam passing through the optical mask 17 toward the variable aperture 12 . For example, the variable aperture 12 is disposed below the folding mirror 18, and the folding mirror 18 reflects the laser beam downward. As the laser beam transmitted through the beam expander 11 is diffracted by the optical mask 17, the laser beam transmitted through the optical mask 17 becomes a divergent beam. The collimating lens 19 collimates the diverging beam. The collimated laser beam is incident on the variable aperture 12 . The stage 31 moves the object 30 and the measuring instrument 15 in the horizontal direction.

빔익스팬더(11)는, 광학마스크(17)의 위치에 있어서의 입사측의 레이저빔의 발산수렴각 및 빔직경을 변화시킬 수 있다.The beam expander 11 can change the divergent convergence angle and the beam diameter of the laser beam on the incident side at the position of the optical mask 17 .

본 실시예에 있어서의 빔프로파일을 조정하는 순서는, 도 2에 나타낸 플로차트의 순서와 동일하다.The procedure for adjusting the beam profile in this embodiment is the same as that of the flowchart shown in FIG.

다음으로, 도 5의 (a)~도 5의 (c), 및 도 6을 참조하여, 도 4에 나타낸 레이저가공장치를 이용하여 레이저가공을 행하는 평가실험의 결과에 대하여 설명한다. 레이저가공은, 평가비율 A가 상이한 복수의 조건에서 행했다. 가공대상물(30)로서 아크릴제의 기판을 이용했다.Next, with reference to FIGS. 5(a) to 5(c) and FIG. 6, the results of an evaluation experiment in which laser processing is performed using the laser processing apparatus shown in FIG. 4 will be described. Laser processing was performed under a plurality of conditions in which the evaluation ratio A was different. As the object 30 to be processed, an acrylic substrate was used.

평가실험에 있어서, 광학마스크(17)의 원형의 개구부의 직경을 4.8mm로 했다. 가변애퍼처(12)의 위치에 있어서의 레이저빔의 빔직경은 약 25mm이다. 여기에서, 빔직경은, 광강도가 피크강도의 1/e2가 되는 위치를 잇는 폐곡선의 직경으로 정의된다. 스텝 S03(도 2)에 있어서의 가변애퍼처(12)의 개구부의 제1 크기는, 직경 40mm의 크기로 하고, 스텝 S05(도 2)에 있어서의 가변애퍼처(12)의 개구부의 제2 크기는, 직경 12mm의 크기로 했다.In the evaluation experiment, the diameter of the circular opening of the optical mask 17 was set to 4.8 mm. The beam diameter of the laser beam at the position of the variable aperture 12 is about 25 mm. Here, the beam diameter is defined as the diameter of the closed curve connecting the positions where the light intensity becomes 1/e 2 of the peak intensity. The first size of the opening of the variable aperture 12 in step S03 (FIG. 2) is set to a size of 40 mm in diameter, and the second size of the opening of the variable aperture 12 in step S05 (FIG. 2). The size was set to a size of 12 mm in diameter.

즉 제1 크기는, 가변애퍼처(12)의 위치에 있어서의 레이저빔의 빔단면을 내포하는 크기이며, 제2 크기는, 가변애퍼처(12)의 위치에 있어서의 레이저빔의 빔단면보다 작다. 가변애퍼처(12)의 개구부가 제1 크기일 때(스텝 S03), 가변애퍼처(12)까지 전반(傳搬)한 레이저빔의 거의 모든 성분이 가변애퍼처(12)를 투과한다. 가변애퍼처(12)의 개구부가 제2 크기일 때(스텝 S05), 가변애퍼처(12)까지 전반한 레이저빔의 중심축의 근방의 성분만이 가변애퍼처(12)를 투과한다. 평가비율 A가 30%, 50%, 및 70%인 3개의 조건에서 레이저가공을 행했다.That is, the first size is a size that includes the beam cross-section of the laser beam at the position of the variable aperture 12 , and the second size is larger than the cross-section of the laser beam at the position of the variable aperture 12 . small. When the opening of the variable aperture 12 is of the first size (step S03), almost all components of the laser beam propagating up to the variable aperture 12 pass through the variable aperture 12 . When the opening of the variable aperture 12 is of the second size (step S05 ), only a component near the central axis of the laser beam propagating up to the variable aperture 12 passes through the variable aperture 12 . The laser processing was performed under three conditions in which the evaluation ratio A was 30%, 50%, and 70%.

도 5의 (a)~도 5의 (c)는, 각각 평가비율 A가 30%, 50%, 및 70%인 상태로 가공한 구멍의 단면사진이다. 평가비율 A에 의하여 구멍의 단면형상, 개구부의 크기, 구멍의 깊이가 상이한 것을 알 수 있다.5(a) to 5(c) are cross-sectional photographs of holes processed in a state where the evaluation ratio A is 30%, 50%, and 70%, respectively. It can be seen that the cross-sectional shape of the hole, the size of the opening, and the depth of the hole are different according to the evaluation ratio A.

도 6은, 평가비율 A, 가공된 구멍의 개구부의 직경, 및 가공된 구멍의 깊이의 관계를 나타내는 그래프이다. 가로축은 평가비율 A를 단위 "%"로 나타내고, 왼쪽 세로축은 가공된 구멍의 개구부의 직경을 단위 "μm"로 나타내며, 오른쪽 세로축은 가공된 구멍의 깊이를 단위 "μm"로 나타낸다. 도 6의 삼각기호 및 원기호는, 각각 가공된 구멍의 개구부의 직경 및 가공된 구멍의 깊이를 나타낸다.6 is a graph showing the relationship between the evaluation ratio A, the diameter of the opening of the processed hole, and the depth of the processed hole. The horizontal axis represents the evaluation ratio A in unit "%", the left vertical axis represents the diameter of the opening of the machined hole in unit "μm", and the right vertical axis represents the machined hole depth in the unit "μm". The triangular symbol and the circular symbol in FIG. 6 indicate the diameter of the opening of the processed hole and the depth of the processed hole, respectively.

평가비율 A가 커짐에 따라, 구멍의 개구부의 직경이 커지고, 깊이가 얕아지는 것을 알 수 있다. 이는, 도 3에 나타낸 바와 같이, 평가비율 A가 커짐에 따라 가공면에 있어서의 빔직경이 커지고, 피크강도가 작아지는 것에 대응한다.It turns out that the diameter of the opening part of a hole becomes large and the depth becomes shallow as the evaluation ratio A becomes large. As shown in Fig. 3, as the evaluation ratio A increases, the beam diameter at the processing surface increases and the peak intensity decreases.

도 6에 나타낸 실험결과에 근거하여, 형성하고자 하는 구멍의 크기와 깊이로부터 평가비율 A의 허용범위를 결정할 수 있다. 평가비율 A의 허용범위는, 오퍼레이터가 입력장치(21)로부터 제어장치(20)에 입력한다. 예를 들면, 제어장치(20)가 표시장치에 평가비율 A의 허용범위를, 형성하고자 하는 구멍의 크기 및 깊이마다 표시하고, 오퍼레이터가 복수의 허용범위로부터 1개를 선택하도록 해도 된다.Based on the experimental results shown in Fig. 6, it is possible to determine the allowable range of the evaluation ratio A from the size and depth of the hole to be formed. The allowable range of the evaluation ratio A is input to the control device 20 from the input device 21 by the operator. For example, the control device 20 may display the allowable range of the evaluation ratio A on the display device for each size and depth of the hole to be formed, and the operator may select one from a plurality of allowable ranges.

도 2의 스텝 S07에서 계측값의 관계의 적합 부적합을 판정할 때에, 측정된 평가비율 A의 값이 미리 결정된 허용범위에 들어가 있는 경우에, 계측값의 관계를 "적합"으로 판정하고, 측정된 평가비율 A의 값이 허용범위로부터 벗어나 있는 경우에, 계측값의 관계를 "부적합"으로 판정하면 된다.When judging conformity/nonconformity of the relationship between the measured values in step S07 of Fig. 2, if the measured value of the evaluation ratio A falls within a predetermined allowable range, the relationship between the measured values is determined as "conformity", When the value of the evaluation ratio A is out of the allowable range, the relationship between the measured values may be judged as "nonconforming".

다음으로, 도 2에 나타낸 스텝 S08에 있어서 빔익스팬더(11)를 조정하는 방법에 대하여 설명한다.Next, the method of adjusting the beam expander 11 in step S08 shown in FIG. 2 is demonstrated.

빔익스팬더(11)는, 3매의 렌즈의 상대위치를 변화시킴으로써, 광학마스크(17)(도 4)의 위치에 있어서의 빔사이즈를 거의 일정하게 유지한 상태로 레이저빔의 발산수렴각을 변화시킬 수 있다. 레이저빔의 발산수렴각이 변화하면, 가변애퍼처(12)의 위치에 있어서의 빔프로파일이 변화한다. 그 결과, 평가비율 A가 변화한다.The beam expander 11 changes the divergent convergence angle of the laser beam while maintaining the beam size at the position of the optical mask 17 (FIG. 4) substantially constant by changing the relative positions of the three lenses. can do it When the divergent convergence angle of the laser beam changes, the beam profile at the position of the variable aperture 12 changes. As a result, the evaluation ratio A changes.

통상은, 빔익스팬더(11)를 투과한 레이저빔이 약간 수렴빔이 되도록 조정된다. 수렴빔의 축소각을 변화시키면, 평가비율 A가 변화한다. 본 실시예에 의한 레이저가공장치에 있어서는, 수렴빔의 축소각을 크게 하면, 즉 수렴의 정도를 강하게 하면, 평가비율 A가 작아지는 것이 실험에 의하여 확인되고 있다. 또한, 축소각의 변동폭과 평가비율 A의 변동폭의 관계는, 실제로 평가실험을 행함으로써 결정할 수 있다. 이들 관계는, 미리 제어장치(20)에 기억되어 있다.Usually, it is adjusted so that the laser beam which has passed through the beam expander 11 may become a slightly converging beam. If the reduction angle of the converging beam is changed, the evaluation ratio A is changed. In the laser processing apparatus according to this embodiment, it has been confirmed by experiments that when the reduction angle of the converging beam is increased, that is, when the degree of convergence is increased, the evaluation ratio A is decreased. In addition, the relationship between the fluctuation range of the reduction angle and the fluctuation range of the evaluation ratio A can be determined by actually conducting an evaluation experiment. These relationships are stored in the control device 20 in advance.

제어장치(20)는, 평가비율 A의 측정값과 그 허용범위의 차로부터, 수렴빔의 축소각을 어느 방향으로 어느 정도 변화시키면 되는지를 결정할 수 있다.The control device 20 can determine in which direction and to what extent the reduction angle of the converging beam needs to be changed from the difference between the measured value of the evaluation ratio A and the allowable range.

다음으로, 본 실시예에 의한 레이저가공장치의 우수한 효과에 대하여 설명한다.Next, the excellent effect of the laser processing apparatus according to this embodiment will be described.

본 실시예에 있어서도, 도 1의 (a)~도 4에 나타낸 실시예와 마찬가지로, 평가비율 A의 허용범위를 설정해 둠으로써, 적합한 조건에서 천공가공을 행할 수 있다. 또한, 일정한 시간이 경과할 때마다 도 2에 나타낸 스텝 S02로부터 스텝 S07, S08까지의 빔프로파일의 조정처리가 자동적으로 실행되기 때문에, 가공품질의 안정성이 향상되는 효과가 얻어진다.Also in this embodiment, similarly to the embodiment shown in Figs. 1(a) to 4, by setting the allowable range of the evaluation ratio A, drilling can be performed under suitable conditions. In addition, since the beam profile adjustment processing from step S02 to step S07, S08 shown in Fig. 2 is automatically executed whenever a predetermined time elapses, the effect of improving the stability of the machining quality is obtained.

또한, 본 실시예에서는 가변애퍼처(12) 앞에 광학마스크(17)가 배치되어 있다. 광학마스크(17)로 빔단면의 외연부의 성분(확산각이 큰 성분)을 차광함으로써, 가공형상을 안정화시킬 수 있다. 광학마스크(17)에 의하여 레이저빔이 회절되고, 회절의 영향이 가변애퍼처(12)의 위치에 있어서의 빔프로파일에 반영된다. 예를 들면, 가변애퍼처(12)의 위치에 있어서의 빔프로파일은, 광학마스크(17)에 의한 회절의 영향을 받아, 중심위치로부터 직경 방향으로 멀어짐에 따라 주기적으로 극댓값을 취한다. 이로 인하여, 빔단면의 주연부에 광강도가 극댓값을 나타내는 영역이 나타난다. 이 빔단면의 주연부를 차광하면, 가우시안빔의 주연부를 차광한 경우와 비교하여 평균파워의 저하량이 커진다. 따라서, 레이저발진기의 특성의 경시변화나 광학부품의 열화 등에 기인하는 평가비율 A의 변화량이 커진다. 그 결과, 스텝 S07(도 2)에 있어서의 계측값의 적합 부적합의 판정정밀도를 향상시킬 수 있다.In addition, in this embodiment, the optical mask 17 is disposed in front of the variable aperture 12 . By shielding the component (component with a large diffusion angle) of the outer edge of the beam cross section with the optical mask 17, the processed shape can be stabilized. The laser beam is diffracted by the optical mask 17 , and the effect of the diffraction is reflected in the beam profile at the position of the variable aperture 12 . For example, the beam profile at the position of the variable aperture 12 is influenced by the diffraction by the optical mask 17, and takes a local maximum periodically as it moves away from the central position in the radial direction. For this reason, a region in which the light intensity exhibits a maximum value appears at the periphery of the cross section of the beam. When the periphery of this beam cross-section is shaded, compared with the case where the periphery of the Gaussian beam is shielded, the decrease in average power becomes larger. Accordingly, the amount of change in the evaluation ratio A due to the temporal change of the characteristics of the laser oscillator or the deterioration of the optical component becomes large. As a result, it is possible to improve the accuracy of determination of nonconformity of the measured value in step S07 (FIG. 2).

다음으로, 도 2의 스텝 S03 및 스텝 S05의 처리에서 적용된 가변애퍼처(12)의 개구부의 제1 크기 및 제2 크기에 대하여 설명한다.Next, the first size and the second size of the opening of the variable aperture 12 applied in the processing of steps S03 and S05 in FIG. 2 will be described.

실제로 레이저가공을 행할 때에는, 레이저에너지를 유효하게 이용하기 위하여 가변애퍼처(12)의 개구부를, 그 위치에 있어서의 빔사이즈보다 크게 한다. 실제의 가공에서 이용되는 레이저빔의 빔프로파일을 추정하기 위하여, 제1 크기로서 실제로 레이저가공을 행할 때의 가변애퍼처(12)의 개구부의 크기와 동일하거나, 그보다 크게 하는 것이 바람직하다. 즉 제1 크기는, 가변애퍼처(12)의 위치에 있어서의 레이저빔의 빔단면을 내포하는 크기로 하는 것이 바람직하다.In actual laser processing, the opening of the variable aperture 12 is made larger than the beam size at the position in order to effectively use laser energy. In order to estimate the beam profile of the laser beam used in actual processing, it is preferable that the first size be equal to or larger than the size of the opening of the variable aperture 12 when actually laser processing is performed. That is, it is preferable that the first size be such that the cross-section of the laser beam at the position of the variable aperture 12 is included.

제2 크기는, 제1 크기보다 작게 설정한다. 단, 제2 크기와 제1 크기의 차가 너무 작으면, 가변애퍼처(12)의 위치에 있어서의 빔프로파일이 변화해도 평가비율 A의 변화량이 작아진다. 이로 인하여, 평가비율 A에 근거하는 빔프로파일의 적합 부적합의 판정정밀도가 저하되어 버린다. 판정정밀도의 저하를 회피하기 위하여, 제2 크기의 직경을, 가변애퍼처(12)의 위치에 있어서의 빔직경의 2/3 이하로 하는 것이 바람직하고, 1/2 이하로 하는 것이 보다 바람직하다. 여기에서, "빔직경"은, 레이저가공장치가 가공에 최적인 상태로 조정되어 있을 때의 빔직경을 의미한다.The second size is set smaller than the first size. However, if the difference between the second size and the first size is too small, even if the beam profile at the position of the variable aperture 12 changes, the amount of change in the evaluation ratio A becomes small. For this reason, the determination precision of the conformity/nonconformity of the beam profile based on the evaluation ratio A will fall. In order to avoid a decrease in determination accuracy, the diameter of the second size is preferably 2/3 or less of the beam diameter at the position of the variable aperture 12, and more preferably 1/2 or less. . Here, "beam diameter" means a beam diameter when the laser processing apparatus is adjusted to the optimal state for processing.

다음으로, 상기 실시예의 다양한 변형예에 대하여 설명한다.Next, various modifications of the above embodiment will be described.

도 2에 나타낸 실시예에서는, 먼저, 가변애퍼처(12)의 개구부를 제1 크기로 하여(스텝 S03) 광강도를 계측하며(스텝 S04), 그 후 가변애퍼처(12)의 개구부를 제1 크기보다 작은 제2 크기로 하여(스텝 S05) 광강도를 계측했지만(스텝 S06), 순서를 반대로 하여, 스텝 S05 및 S06를 스텝 S03 및 S04 전에 실행해도 된다.In the embodiment shown in Fig. 2, first, the opening of the variable aperture 12 is set to a first size (step S03) and the light intensity is measured (step S04), and then the opening of the variable aperture 12 is removed. Although the light intensity was measured with the second size smaller than one size (step S05) (step S06), the order may be reversed and steps S05 and S06 may be performed before steps S03 and S04.

상기 실시예에서는, 레이저빔의 빔웨이스트의 높이에 가공대상물(30)의 표면을 일치시켰지만, 실질적으로 동일한 정도의 품질의 가공을 할 수 있는 범위에서, 가공대상물(30)의 표면을 빔웨이스트의 위치에서 상하로 어긋나게 해도 된다. 예를 들면, 가공대상물(30)의 표면을 초점심도의 범위 내에서 빔웨이스트의 위치로부터 상하로 어긋나게 해도 된다.In the above embodiment, the surface of the object 30 is matched to the height of the beam waist of the laser beam, but within a range that can perform processing of substantially the same level of quality, the surface of the object 30 is adjusted to the height of the beam waist. The position may be shifted up and down. For example, the surface of the object 30 may be shifted up and down from the position of the beam waist within the range of the depth of focus.

상술한 각 실시예는 예시이며, 다른 실시예로 나타낸 구성의 부분적인 치환 또는 조합이 가능한 것은 말할 필요도 없다. 복수의 실시예의 동일한 구성에 의한 동일한 작용효과에 대해서는 실시예마다 순차 언급하지는 않는다. 또한, 본 발명은 상기의 실시예에 제한되는 것은 아니다. 예를 들면, 다양한 변경, 개량, 조합 등이 가능한 것은 당업자에게 자명하다고 할 수 있다.Each of the above-described embodiments is an example, and it cannot be overemphasized that partial substitutions or combinations of configurations shown in other embodiments are possible. The same operation and effect by the same configuration of a plurality of embodiments will not be sequentially mentioned for each embodiment. In addition, the present invention is not limited to the above examples. For example, it can be said that it is obvious to those skilled in the art that various changes, improvements, combinations, etc. are possible.

10 레이저광원
11 빔익스팬더
12 가변애퍼처
13 빔주사기
14 집광렌즈
15 계측기
17 광학마스크
18 폴딩미러
19 콜리메이트렌즈
20 제어장치
21 입력장치
30 가공대상물
31 스테이지
35 릴레이렌즈
10 Laser light source
11 Beam Expander
12 Variable Aperture
13 beam syringe
14 condensing lens
15 instrument
17 Optical Mask
18 folding mirror
19 collimated lens
20 control
21 input device
30 object to be processed
31 stage
35 relay lens

Claims (6)

레이저빔을 출력하는 레이저광원과,
상기 레이저광원으로부터 출력된 레이저빔의 경로에 배치되어, 개구부의 크기를 변화시킬 수 있는 가변애퍼처와,
상기 가변애퍼처를 투과한 레이저빔을 가공대상물의 표면에 있어서 빔웨이스트를 형성하도록 집광하는 집광렌즈와,
상기 레이저광원과 상기 가변애퍼처 사이의 레이저빔의 경로에 배치되어, 레이저빔의 발산수렴각을 변화시키는 기능을 갖는 빔익스팬더와,
상기 집광렌즈로 집광된 레이저빔의 파워를 계측하는 계측기와,
상기 가변애퍼처 및 상기 빔익스팬더를 제어하는 제어장치를 갖고,
상기 제어장치는,
상기 가변애퍼처의 개구부의 크기를 제1 크기로 했을 때와, 제2 크기로 했을 때의 레이저빔의 파워의 계측값을 상기 계측기로부터 취득하며,
상기 가변애퍼처의 개구부의 크기를 상기 제1 크기와 상기 제2 크기로 했을 때의 레이저빔의 파워의 계측값의 관계의 적합 부적합을 판정조건에 근거하여 판정하고,
레이저빔의 파워의 계측값의 관계가 부적합으로 판정된 경우에, 레이저빔의 파워의 계측값의 관계가 적합으로 판정되도록 상기 빔익스팬더를 제어하여 레이저빔의 발산수렴각을 변화시키는 레이저가공장치.
A laser light source for outputting a laser beam;
a variable aperture which is disposed in the path of the laser beam output from the laser light source and can change the size of the opening;
a condensing lens for condensing the laser beam passing through the variable aperture to form a beam waist on the surface of the object;
a beam expander disposed in the path of the laser beam between the laser light source and the variable aperture, and having a function of changing the divergent convergence angle of the laser beam;
a measuring instrument for measuring the power of the laser beam condensed by the condenser lens;
and a control device for controlling the variable aperture and the beam expander,
The control device is
Obtaining a measured value of the power of the laser beam from the measuring instrument when the size of the opening of the variable aperture is set to a first size and a second size,
determining whether the relationship between the measured value of the laser beam power when the size of the opening of the variable aperture is the first size and the second size based on a determination condition;
A laser processing apparatus for changing a divergent convergence angle of a laser beam by controlling the beam expander so that the relationship between the measured values of the laser beam power is judged to be satisfactory, when the relationship between the measured values of the laser beam power is determined to be satisfactory.
제 1 항에 있어서,
상기 빔익스팬더와 상기 가변애퍼처 사이의 레이저빔의 경로에 배치되어, 레이저빔의 빔단면을 정형하는 광학마스크를 더 가지며,
상기 빔익스팬더는, 상기 광학마스크에 입사하는 레이저빔의 발산수렴각을 변화시키는 기능을 갖는 레이저가공장치.
The method of claim 1,
It further has an optical mask disposed in the path of the laser beam between the beam expander and the variable aperture to shape the beam cross-section of the laser beam,
The beam expander is a laser processing apparatus having a function of changing a diverging and converging angle of a laser beam incident on the optical mask.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 제1 크기는, 상기 가변애퍼처의 위치에 있어서의 레이저빔의 빔단면을 내포하는 크기이고, 상기 제2 크기는, 상기 가변애퍼처의 위치에 있어서의 레이저빔의 빔단면보다 작은 레이저가공장치.
3. The method according to claim 1 or 2,
The first size is a size that includes a cross-section of the laser beam at the position of the variable aperture, and the second size is smaller than the cross-section of the laser beam at the position of the variable aperture. Device.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 판정조건이 입력되는 입력장치를 더 갖고,
상기 제어장치는, 상기 입력장치로부터 입력된 상기 판정조건에 근거하여 레이저빔의 파워의 계측값의 관계의 적합 부적합을 판정하는 레이저가공장치.
3. The method according to claim 1 or 2,
Further comprising an input device to which the determination condition is input,
The control device is a laser processing device that determines whether or not the relationship between the measured values of the laser beam power is suitable or not based on the determination condition input from the input device.
레이저빔을, 개구부의 크기를 변화시킬 수 있는 가변애퍼처를 경유시킨 후, 가공대상물의 표면에 있어서 빔웨이스트를 형성하도록 레이저빔을 집광시켜 레이저가공을 행하는 방법으로서,
상기 가변애퍼처의 개구부의 크기를 제1 크기로 했을 때에 상기 가변애퍼처를 투과한 레이저빔의 파워와, 상기 가변애퍼처의 개구부의 크기를 제2 크기로 했을 때에 상기 가변애퍼처를 투과한 레이저빔의 파워의 비율을 조정함으로써, 상기 가공대상물의 표면에 있어서의 빔프로파일을 제어하고,
상기 빔프로파일을 제어한 후, 상기 가변애퍼처의 개구부의 크기를 가공 시에 적용되는 크기로 설정하여 레이저가공을 행하는 레이저가공방법.
A method of performing laser processing by passing a laser beam through a variable aperture capable of changing the size of an opening and then condensing the laser beam to form a beam waist on the surface of an object to be processed,
When the size of the opening of the variable aperture is set to the first size, the power of the laser beam transmitted through the variable aperture, and when the size of the opening of the variable aperture is set to the second size, the amount of light transmitted through the variable aperture By adjusting the ratio of the power of the laser beam, the beam profile on the surface of the object to be processed is controlled,
After controlling the beam profile, laser processing is performed by setting the size of the opening of the variable aperture to a size applied during processing.
제 5 항에 있어서,
상기 가변애퍼처보다 레이저광원측의 경로에 있어서의 레이저빔의 발산수렴각을 변화시킴으로써, 상기 비율을 조정하는 레이저가공방법.
6. The method of claim 5,
The laser processing method of adjusting the said ratio by changing the divergent convergence angle of the laser beam in the path|route on the side of a laser light source rather than the said variable aperture.
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