KR102518883B1 - 레이저제어장치 및 레이저가공방법 - Google Patents

레이저제어장치 및 레이저가공방법 Download PDF

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Abstract

사이클가공을 행할 때에도, 펄스에너지가 목푯값으로 유지되는 피드백제어를 행할 수 있는 레이저제어장치를 제공한다.
레이저발진기로부터 펄스레이저빔을 출력시키고, 가공대상물의 복수의 피가공점에 펄스레이저빔을 1쇼트씩 차례로 입사시키는 절차를 하나의 사이클로 하며, 복수의 피가공점에 대하여 복수의 사이클을 반복하여 레이저가공을 행하는 레이저가공장치에, 레이저제어장치가 포함된다. 레이저제어장치는, 펄스레이저빔의 펄스에너지의 측정값인 에너지측정값이, 사이클마다 설정된 펄스에너지의 목푯값인 에너지목푯값으로 유지되도록 레이저발진기의 제어를 행한다.

Description

레이저제어장치 및 레이저가공방법{Laser control apparatus and Laser processing method}
본 출원은 2018년 1월 31일에 출원된 일본 특허출원 제2018-014916호에 근거하여 우선권을 주장한다. 그 출원의 전체 내용은 이 명세서 중에 참고로 원용되어 있다.
본 발명은, 레이저제어장치 및 레이저가공방법에 관한 것이다.
수지층의 상면 및 바닥면에 금속막이 배치된 기판에 레이저빔을 입사시키고, 상면의 금속막과 수지층에 펀칭을 행하는 레이저가공기술이 알려져 있다(특허문헌 1). 특허문헌 1에 개시된 레이저가공에서는, 레이저발진기로부터 출력된 하나의 레이저펄스 중, 광강도가 상대적으로 높은 부분을 잘라내어 상면의 금속막에 펀칭가공을 행하고, 감쇠(減衰)개시 후의 광강도가 낮은 부분을 잘라내어 수지층에 펀칭가공을 행한다. 이와 같이, 하나의 피가공점의 펀칭이 완료된 후 다음의 피가공점의 가공을 행하는 가공을, 버스트가공이라고 한다.
버스트가공에 대하여, 가공대상물의 복수의 피가공점에 펄스레이저빔을 1쇼트씩 차례로 입사시키는 절차를 하나의 사이클로 하고, 공통의 복수의 상기 피가공점에 대하여 복수의 사이클을 반복하는 가공을, 사이클가공이라고 한다. 사이클가공에서는, 하나의 피가공점에 입사하는 복수의 레이저펄스의 시간간격이 길어지기 때문에, 레이저펄스의 입사에 의한 축열의 영향을 받기 어렵다는 이점이 있다.
사이클가공에서는, 첫번째 사이클에 금속막에 펀칭을 행하고, 두번째 사이클 이후에 수지막에 펀칭을 행한다. 합계의 사이클수는, 가공품질의 요구사양, 수지막의 두께 등에 의하여 결정된다.
특허문헌 1: 일본 공개특허공보 2017-47471호
펄스레이저빔을 이용한 가공에 있어서는, 가공에 최적인 펄스에너지가 선택된다. 금속막에 펀칭을 행할 때의 펄스에너지는, 수지막에 펀칭을 행할 때의 펄스에너지보다 크다. 사이클가공을 행하는 경우에는, 첫번째 사이클의 펄스에너지가, 두번째 사이클 이후의 펄스에너지보다 커진다. 일반적으로, 펄스폭을 변화시킴으로써, 펄스에너지를 조정한다.
레이저가공 시에는, 펄스에너지가 목푯값으로 유지되도록, 레이저발진기에 대하여 피드백제어가 행해진다. 그런데, 사이클가공을 행하는 경우에는, 사이클마다 펄스에너지의 목푯값이 바뀐다. 이로 인하여, 종래 사이클가공 시에는 피드백제어가 행해지지 않았다.
본 발명의 목적은, 사이클가공을 행할 때에도, 펄스에너지가 목푯값으로 유지되는 피드백제어를 행하는 것이 가능한 레이저제어장치를 제공하는 것이다. 본 발명의 다른 목적은, 펄스에너지가 목푯값으로 유지되는 피드백제어를 행하면서 사이클가공을 행하는 것이 가능한 레이저가공방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 관점에 의하면,
레이저발진기로부터 펄스레이저빔을 출력시키고, 가공대상물의 복수의 피가공점에 펄스레이저빔을 1쇼트씩 차례로 입사시키는 절차를 하나의 사이클로 하며, 복수의 상기 피가공점에 대하여 복수의 사이클을 반복하여 레이저가공을 행하는 레이저가공장치에 포함되는 레이저제어장치로서,
펄스레이저빔의 펄스에너지의 측정값인 에너지측정값이, 사이클마다 설정된 펄스에너지의 목푯값인 에너지목푯값으로 유지되도록 상기 레이저발진기의 제어를 행하는 레이저제어장치가 제공된다.
본 발명의 다른 관점에 의하면,
가공대상물의 복수의 피가공점에 펄스레이저빔을 1쇼트씩 차례로 입사시키는 절차를 하나의 사이클로 하고, 복수의 상기 피가공점에 대하여 복수의 사이클을 반복하여 레이저가공을 행하는 방법으로서,
펄스레이저빔을 출력하는 레이저발진기에 대하여, 펄스에너지가, 펄스에너지의 목푯값인 에너지목푯값으로 유지되도록 피드백제어를 행하면서 복수의 사이클을 실행할 때에, 적어도 2개의 다른 사이클에 있어서 상기 에너지목푯값으로서 다른 값을 이용하는 레이저가공방법이 제공된다.
펄스에너지의 목푯값이 사이클마다 설정되어 있기 때문에, 사이클마다 펄스에너지의 목푯값이 다른 경우여도, 피드백제어를 행할 수 있다.
도 1은, 실시예에 의한 레이저제어장치를 포함한 레이저가공장치의 개략도이다.
도 2에 있어서 (a) 및 (b)는, 각각 가공대상물의 평면도 및 단면도이고, (c)~(e)의 좌측의 도는, 각각 하나의 블록 중 첫번째~세번째 사이클에 있어서의 피가공점의 가공순서를 나타내는 평면도이며, 우측의 도는, 각각 첫번째~세번째 사이클이 종료되었을 때의 하나의 피가공점의 단면도이다.
도 3은, 본 실시예에 의한 레이저제어장치의 블록도이다.
도 4는, 발진조건파라미터의 일례를 나타내는 도표이다.
도 5는, 에너지목푯값(Er)으로부터 에너지측정값(Em)까지의 편차(에너지편차)와, 전압지령값(Vc)의 증감량과의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 6은, 레이저제어장치가 행하는 처리의 플로차트이다.
도 7은, 실시예에 의한 레이저제어장치를 탑재한 레이저가공장치로 가공할 때의 발진지령신호(S0), 사이클지정신호(S3), 에너지목푯값(Er), 에너지측정값(Em), 및 피드백게인(G)의 시간변화의 일례를 나타내는 그래프이다.
도 8은, 변형예에 의한 레이저제어장치를 탑재한 레이저가공장치로 가공할 때의 발진지령신호(S0), 사이클지정신호(S3), 에너지목푯값(Er), 에너지측정값(Em), 및 피드백게인(G)의 시간변화의 일례를 나타내는 그래프이다.
도 1~도 7을 참조하여, 실시예에 의한 레이저제어장치 및 레이저가공방법에 대하여 설명한다.
도 1은, 실시예에 의한 레이저제어장치를 포함한 레이저가공장치의 개략도이다. 레이저발진기(10)가, 레이저제어장치(30)로부터 제어를 받아 펄스레이저빔을 출력한다. 레이저발진기(10)로서, 펄스레이저빔을 출력하는 레이저발진기, 예를 들면 탄산가스레이저발진기 등의 가스레이저발진기를 이용할 수 있다. 레이저발진기(10)는, 레이저매질가스, 여기용의 방전전극, 방전전극에 고주파전력을 공급하는 전원 등을 포함한다.
레이저발진기(10)로부터 출력된 펄스레이저빔이, 빔익스팬더 등을 포함하는 광학계(11)를 통과하고, 벤딩미러(12)에서 반사되며, 애퍼처(13)를 통과하여 분기광학계(15)에 입사한다. 분기광학계(15)는, 입사한 펄스레이저빔을 2개의 경로로 분기시킨다. 분기광학계(15)로서, 하프미러, 편광빔스플리터, 음향광학소자(AOM) 등을 이용할 수 있다.
분기광학계(15)에서 분기되어 일방의 경로를 전반하는 펄스레이저빔은, 빔주사기(16A) 및 렌즈(17A)를 경유하여, 가공대상물(20A)에 입사한다. 타방의 경로를 전반하는 펄스레이저빔은, 빔주사기(16B) 및 렌즈(17B)를 경유하여, 가공대상물(20B)에 입사한다. 빔주사기(16A, 16B)는, 예를 들면 한 쌍의 갈바노미러를 포함하고, 펄스레이저빔을 2차원방향으로 주사하는 기능을 갖는다. 렌즈(17A, 17B)는, 각각 펄스레이저빔을 가공대상물(20A, 20B)의 표면에 집광한다. 다만, 애퍼처(13)를 가공대상물(20A, 20B)의 표면에 결상시키는 구성으로 해도 된다.
가공대상물(20A, 20B)은, 예를 들면 프린트배선기판이며, 스테이지(18)의 유지면으로 유지되어 있다. 프린트배선기판에 펄스레이저빔을 입사시킴으로써, 펀칭가공이 행해진다. 스테이지(18)의 유지면은, 예를 들면 수평이다. 스테이지(18)는, 가공대상물(20A, 20B)을 수평면 내의 2방향으로 이동시킬 수 있다. 스테이지(18)로서, 예를 들면 XY스테이지를 이용할 수 있다.
벤딩미러(12)에 입사하는 펄스레이저빔의 일부는 벤딩미러(12)를 투과하여 광검출기(19)에 입사한다. 광검출기(19)는, 입사하는 펄스레이저빔의 광강도에 대응하는 전기신호(검출신호(S1))를 출력한다. 광검출기(19)로서, 레이저펄스파형의 변화를 추종하는 것이 가능한 응답속도를 갖는 적외선센서, 예를 들면 MCT센서 등을 이용할 수 있다. 검출신호(S1)는, 레이저제어장치(30)에 입력된다.
상위제어장치(40)가, 빔주사기(16A, 16B), 스테이지(18)를 제어한다. 또한, 상위제어장치(40)는, 레이저제어장치(30)에 레이저펄스의 출력의 개시 및 정지를 지령하는 발진지령신호(S0)를 송신한다. 레이저제어장치(30)는, 상위제어장치(40)로부터 레이저펄스의 출력개시가 지령되면, 레이저발진기(10)의 여기를 개시하고, 출력정지가 지령되면, 레이저발진기(10)의 여기를 정지시킨다.
도 2의 (a)는, 가공대상물(20)의 평면도이다. 가공대상물(20)의 표면이 복수의 블록(21)으로 구분되어 있고, 블록(21)의 각각에 복수의 피가공점(22)이 획정(劃定)되어 있다. 블록(21)의 각각은, 빔주사기(16A, 16B)로 펄스레이저빔을 주사할 수 있는 범위보다 작다. 이로 인하여, 스테이지(18)에서 가공대상물(20)을 이동시키지 않고, 빔주사기(16A, 16B)를 구동함으로써, 하나의 블록(21) 내의 가공을 행할 수 있다.
도 2의 (b)는, 가공대상물(20)의 단면도이다. 수지층(23)의 상면 및 하면에, 각각 금속막(24, 25)이 첩부되어 있다. 금속막(24, 25)에는, 예를 들면 구리박이 이용된다. 본 실시예에 있어서는, 가공대상물(20)의 피가공점(22)(도 2의 (a))에 펄스레이저빔을 입사시킴으로써, 상면의 금속막(24) 및 수지층(23)에 펀칭하여, 구멍의 바닥에 하면의 금속막(25)을 노출시키는 가공을 행한다.
본 실시예에서는 사이클가공이 적용된다. 레이저발진기(10)(도 1)로부터 펄스레이저빔을 출력시키고, 하나의 블록(21) 내의 모든 피가공점(22)(도 2의 (a))에 펄스레이저빔을 1쇼트씩 차례로 입사시키는 절차를 하나의 사이클로 한다. 복수의 피가공점(22)에 대하여 복수의 사이클을 반복함으로써, 하나의 블록(21) 내의 모든 피가공점(22)에 복수의 레이저펄스를 입사시키고 펀칭가공을 행한다. 각 사이클에서 펄스레이저빔이 입사하는 복수의 피가공점(22)은 공통이다. 즉, 두번째 사이클 이후의 각 사이클에서 펄스레이저빔이 입사하는 복수의 피가공점(22)은, 첫번째 사이클에서 펄스레이저빔이 입사한 복수의 피가공점(22)과 동일하다. 다만, 펄스레이저빔을 입사시키는 피가공점(22)의 차례는, 사이클간에서 반드시 동일할 필요는 없다.
다음으로, 도 2의 (c)~(e)를 참조하여, 가공대상물(20)에 펀칭가공을 행하는 절차에 대하여 설명한다. 도 2의 (c)의 좌측의 도는, 하나의 블록(21) 내의 첫번째 사이클에 있어서의 피가공점(22)의 가공순서를 나타내는 평면도이고, 우측의 도는, 첫번째 사이클이 종료되었을 때의 하나의 피가공점(22)의 단면도이다. 도 2의 (d) 및 (e)는, 각각 두번째 사이클 및 세번째 사이클에 있어서의 동일한 평면도 및 단면도이다.
도 2의 (c)~(e)의 좌측의 도에 나타내는 바와 같이, 블록(21)의 표면에, 복수의 피가공점(22)이 획정되어 있다. 첫번째 사이클, 두번째 사이클, 및 세번째 사이클 중 어느 것에 있어서도, 복수의 피가공점(22)의 가공순서는 동일하다.
도 2의 (c)의 우측의 도에 나타내는 바와 같이, 첫번째 사이클에서 레이저펄스(26)가 피가공점(22)에 입사함으로써, 구멍(29)이 형성된다. 레이저펄스(26)를 나타내는 도형의 가로폭은 빔사이즈에 대응하고, 면적은 펄스에너지에 대응한다. 첫번째 사이클에서 형성되는 구멍(29)은, 상면의 금속막(24)을 관통하고, 수지층(23)의 두께방향의 도중까지 도달하지만, 하면의 금속막(25)까지는 도달하지 않는다.
도 2의 (d)의 우측의 도에 나타내는 바와 같이, 두번째 사이클에서 피가공점(22)에 레이저펄스(27)가 입사하고, 구멍(29)이 깊어진다. 도 2의 (e)의 우측의 도에 나타내는 바와 같이, 세번째 사이클에서 피가공점(22)에 레이저펄스(28)가 입사하고, 구멍(29)이 하면의 금속막(25)까지 도달한다. 3회의 사이클로 레이저가공이 종료된다. 두번째 사이클의 레이저펄스(27) 및 세번째 사이클의 레이저펄스(28)의 펄스에너지는, 첫번째 사이클의 레이저펄스(26)의 펄스에너지보다 작다.
도 3은, 본 실시예에 의한 레이저제어장치(30)의 블록도이다. 레이저제어장치(30)는, 구동신호송신부(31), 피드백제어부(32), 파라미터설정부(33), 사이클지정정보설정부(34), 및 펄스에너지산출부(35)를 포함한다. 이들 각부의 기능은, 예를 들면 컴퓨터가 어플리케이션 프로그램을 실행함으로써 실현된다.
구동신호송신부(31)는, 상위제어장치(40)로부터 발진의 개시 및 정지를 지령하는 발진지령신호(S0)를 수신하고, 발진지령신호(S0)에 근거하여 레이저발진기(10)에 구동신호(S2)를 송신한다. 예를 들면, 발진지령신호(S0)의 기동 및 종료가, 각각 발진개시 및 발진정지의 지령을 의미한다. 구동신호송신부(31)는, 발진개시의 지령을 받으면, 레이저발진기(10)로의 구동신호(S2)의 송신을 개시하고, 발진정지의 지령을 받으면, 레이저발진기(10)로의 구동신호(S2)의 송신을 정지한다. 레이저발진기(10)는, 구동신호송신부(31)로부터 구동신호(S2)를 수신하고 있는 기간, 방전전극에 고주파의 방전전압을 인가한다. 방전전극에 방전전압이 인가됨으로써, 레이저발진기(10)로부터 레이저펄스가 출력된다.
파라미터설정부(33)는, 상위제어장치(40)로부터 발진조건파라미터 설정신호(S4)를 수신하고, 발진조건파라미터를 기억한다.
도 4는, 발진조건파라미터의 일례를 나타내는 도표이다. 발진조건파라미터에는, 에너지목푯값(Er), 전압초깃값(Vo), 및 피드백게인(G)이 포함된다. 이들 발진조건파라미터는, 사이클마다 설정되어 있다. 예를 들면, n번째 사이클의 사이클을 지정하는 정보를 사이클번호 n으로 나타낸다. 발진조건파라미터는, 피드백제어부(32)가 실행하는 피드백제어로 이용된다.
도 3에 나타내는 사이클지정정보설정부(34)는, 첫번째 사이클로부터 세번째 사이클까지 중 하나의 사이클을 지정하는 사이클지정신호(S3)를, 상위제어장치(40)로부터 취득하고, 사이클지정신호(S3)로 지정된 사이클지정정보(Cy), 예를 들면 사이클번호를 기억한다. 상위제어장치(40)는, 현재 실행 중인 사이클을 지정하는 사이클지정신호(S3)를 사이클지정정보설정부(34)에 송신한다.
펄스에너지산출부(35)는, 광검출기(19)로부터 검출신호(S1)를 수신하고, 검출신호(S1)에 근거하여 펄스에너지를 산출한다. 예를 들면, 검출신호(S1)의 펄스 파형을 적분함으로써, 펄스에너지를 산출한다. 또한 펄스에너지의 산출값을 복수의 레이저펄스에 걸쳐 평균함으로써 에너지측정값(Em)을 구한다.
피드백제어부(32)는, 펄스에너지산출부(35)에서 구해진 에너지측정값(Em)이, 파라미터설정부(33)에 기억되어 있는 에너지목푯값(Er)으로 유지되도록, 레이저발진기(10)에 대하여 피드백제어를 행한다. 예를 들면, 에너지목푯값(Er)으로부터 에너지측정값(Em)까지의 편차 및 피드백게인(G)에 근거하여, 레이저발진기(10)에 부여하는 전압지령값(Vc)을 증감시킨다. 레이저발진기(10)는, 전압지령값(Vc)에서 지령된 전압을 방전전극에 인가하여 펄스레이저발진을 행한다.
이 피드백제어를 행할 때에, 피드백제어부(32)는, 현재 실행 중인 사이클에 대응하는 에너지목푯값(Er) 및 피드백게인(G)을 이용한다. 현재 실행 중인 사이클은, 사이클지정정보설정부(34)에 기억되어 있는 사이클지정정보(Cy)에 근거하여 특정할 수 있다.
다음으로, 도 5를 참조하여 피드백제어부(32)가 행하는 피드백제어에 대하여 설명한다.
도 5는, 에너지목푯값(Er)으로부터 에너지측정값(Em)까지의 편차(에너지편차)와, 전압지령값(Vc)의 증감량과의 관계를 나타내는 그래프이다. 에너지편차와 전압지령값(Vc)의 증감량과의 관계는, 피드백게인(G)마다 정의되어 있다. 피드백게인(G)에 관계없이, 편차가 0이면, 전압지령값(Vc)의 증감량은 0이다. 에너지측정값(Em)이 에너지목푯값(Er) 이상일 때(에너지편차가 정(正)일 때), 에너지편차가 커짐에 따라 전압지령값(Vc)을 낮춘다. 에너지측정값(Em)이 에너지목푯값(Er) 이하일 때(에너지편차가 부(負)일 때), 편차의 절댓값이 커짐에 따라 전압지령값(Vc)을 높인다. 피드백게인(G)은, 에너지편차에 대한 전압지령값(Vc)의 증감량의 비율(도 5의 그래프의 기울기)이다. 피드백게인(G)이 커질수록, 그래프의 기울기가 부의 방향으로 커진다.
피드백제어부(32)는, 도 5에 나타낸 에너지편차와 전압지령값(Vc)의 증감량과의 관계에 근거하여, 전압지령값(Vc)의 증감량을 결정한다. 전압지령값(Vc)에 대한 피드백제어는, 예를 들면 하나의 블록(21)(도 2의 (a))을 가공하고 있는 기간에, 미리 결정된 소정의 쇼트수마다(예를 들면 1000쇼트마다) 실행한다.
도 6은, 레이저제어장치(30)를 탑재한 레이저가공장치를 이용한 레이저가공의 플로차트이다. 먼저, 레이저제어장치(30)가, 상위제어장치(40)로부터 발진조건파라미터 설정신호(S4)(도 3)를 수신하여, 발진조건파라미터(도 4)를 기억한다(스텝 ST0). 또한, 레이저제어장치(30)는, 상위제어장치(40)로부터 사이클지정신호(S3)를 수신한다. 처음은, 사이클지정신호(S3)에 의하여 사이클번호 1이 지정되어 있고, 사이클번호가 초기설정된다(스텝 ST1).
레이저제어장치(30)의 피드백제어부(32)가, 사이클지정정보설정부(34)로부터 사이클지정정보(Cy)를 취득한다. 또한, 사이클지정정보(Cy)로 지정된 사이클의 에너지목푯값(Er) 및 피드백게인(G)(도 4)을, 파라미터설정부(33)로부터 취득한다(스텝 ST2).
레이저제어장치(30)는, 직전에 가공한 블록(21)(도 2의 (a))의 동일사이클 실행 중인 레이저에너지의 측정결과에 근거하여, 피드백게인(G)을 갱신한다(스텝 ST3). 앞으로 가공할 블록(21)이 최초의 블록인 경우에는, 피드백게인(G)으로서, 파라미터설정부(33)로부터 취득한 값을 사용한다. 예를 들면, 직전에 가공한 블록(21)의 동일사이클의 에너지측정값(Em)이 에너지목푯값에 대하여 과도하게 큰 경우에는, 피드백게인(G)을 작게 하는 방향으로 피드백게인(G)을 갱신하면 된다. 이와 같이, 에너지측정값(Em)과 에너지목푯값의 차에 근거하여, 피드백게인(G)을 증감시키면 된다.
에너지측정값(Em)이 에너지목푯값(Er)으로 유지되도록, 전압지령값(Vc)을 주기적(소정의 쇼트수마다)으로 갱신하면서 1사이클의 가공을 실행한다(스텝 ST4). 전압지령값(Vc)의 초깃값에는, 파라미터설정부(33)에 기억되어 있는 전압초깃값(Vo)(도 4)을 사용한다.
하나의 블록(21)(도 2의 (a))의 가공이 종료될 때까지, 사이클번호를 갱신하여(스텝 ST6), 스텝 ST2부터 스텝 ST4까지의 처리를 반복한다(스텝 ST5). 1블록의 가공이 종료되었는지 여부의 판단은, 상위제어장치(40)가 행한다. 사이클번호의 갱신은, 상위제어장치(40)가 레이저제어장치(30)의 사이클지정정보설정부(34)에 사이클지정신호(S3)를 송신함으로써 행한다.
하나의 블록(21)의 가공이 종료되면, 모든 블록(21)의 가공이 종료되었는지 여부를 판정한다(스텝 ST7). 이 판정은, 상위제어장치(40)가 실행한다. 미가공의 블록(21)이 남아있는 경우에는, 상위제어장치(40)는, 다음으로 가공할 블록(21)을 레이저주사가능범위 내로 이동시키고(스텝 ST8), 사이클번호를 초기설정(스텝 ST9)한다. 그 후, 스텝 ST2부터 스텝 ST5까지의 처리를 반복한다. 모든 블록(21)의 가공이 종료된 경우에는, 가공대상물(20)에 대한 레이저가공처리를 종료한다.
도 7은, 발진지령신호(S0), 사이클지정신호(S3), 에너지목푯값(Er), 에너지측정값(Em), 및 피드백게인(G)의 시간변화의 일례를 나타내는 그래프이다. 시각 t0부터 t5까지의 기간에, 하나의 블록(21)(도 2의 (a))의 가공이 행해지고, 시각 t6부터 t11까지의 기간에, 다음 블록(21)의 가공이 행해진다. 시각 t0부터 t1까지, 및 시각 t6부터 t7까지의 기간에, 첫번째 사이클의 가공이 행해지고, 시각 t2부터 t3까지, 및 시각 t8부터 t9까지의 기간에, 두번째 사이클의 가공이 행해지며, 시각 t4부터 t5까지, 및 시각 t10부터 t11까지의 기간에, 세번째 사이클의 가공이 행해진다.
첫번째 사이클의 가공을 행하는 기간에는, 상위제어장치(40)로부터 레이저제어장치(30)에, 첫번째 사이클을 지정하는 사이클지정신호(S3)가 송신된다. 두번째 사이클의 가공을 행하는 기간에는, 상위제어장치(40)로부터 레이저제어장치(30)에, 두번째 사이클을 지정하는 사이클지정신호(S3)가 송신된다. 세번째 사이클의 가공을 행하는 기간에는, 상위제어장치(40)로부터 레이저제어장치(30)에, 세번째 사이클을 지정하는 사이클지정신호(S3)가 송신된다.
첫번째 사이클의 가공기간 중에는, 에너지목푯값(Er) 및 피드백게인(G)이, 각각 첫번째 사이클의 에너지목푯값(Er(1)) 및 피드백게인(G(1))으로 설정된다. 두번째 사이클의 가공기간 중에는, 에너지목푯값(Er) 및 피드백게인(G)이, 각각 두번째 사이클의 에너지목푯값(Er(2)) 및 피드백게인(G(2))으로 설정된다. 세번째 사이클의 가공기간 중에는, 에너지목푯값(Er) 및 피드백게인(G)이, 각각 세번째 사이클의 에너지목푯값(Er(3)) 및 피드백게인(G(3))으로 설정된다.
각 사이클에 있어서, 에너지측정값(Em)과 에너지목푯값(Er)과의 편차에 근거하여 전압지령값(Vc)을 주기적으로 갱신하면서 가공이 행해진다(도 6의 스텝 ST4).
시각 t6부터 t7까지의 첫번째 사이클의 가공을 행할 때에, 직전에 가공한 블록(21)의 동일사이클의 에너지측정값(Em)(시각 t0부터 t1까지)을, 피드백게인(G)에 피드백한다. 마찬가지로, 시각 t8부터 t9까지의 두번째 사이클, 및 시각 t10부터 t11까지의 세번째 사이클의 가공을 행할 때는, 각각 시각 t2부터 t3까지 에너지측정값(Em), 및 시각 t4부터 t5까지 에너지측정값(Em)을, 피드백게인(G)에 피드백한다. 예를 들면, 에너지측정값(Em)의 변동의 대소에 근거하여, 피드백게인(G)을 증감시킨다.
다음으로, 상기 실시예에 의한 레이저가공장치에 레이저제어장치(30)(도 1, 도 3)를 탑재함으로써 얻어지는 우수한 효과에 대하여 설명한다.
상기 실시예에서는, 사이클마다 다른 에너지목푯값(Er)(도 4)을 설정할 수 있다. 또한 사이클지정신호(S3)에 의하여, 상위제어장치(40)로부터 레이저제어장치(30)에, 현재 실행 중인 가공이 몇 번째 사이클인지가 통지된다. 이로 인하여, 목표로 하는 펄스에너지가 사이클마다 다른 경우여도, 레이저제어장치(30)는, 에너지측정값(Em)을 에너지목푯값(Er)으로 유지하는 피드백제어를 행할 수 있다.
특히, 탄산가스레이저 등의 가스레이저에 있어서는, 펄스폭을 변경하면 챔버 내의 가스온도 등이 바뀌기 때문에, 안정된 출력을 얻기 위해서는, 펄스폭에 따라 방전전압이나 피드백게인(G)을 변경하는 것이 바람직하다. 상기 실시예에서는, 사이클마다, 전압초깃값(Vo) 및 피드백게인(G)(도 4)이 설정되기 때문에, 안정된 출력을 얻는 것이 가능해진다.
하나의 블록이 있는 사이클을 실행할 때에, 직전의 사이클이 아닌, 직전에 가공한 블록(21)의 동일사이클의 에너지측정값(Em)에 근거하여, 다음으로 가공하는 사이클의 피드백게인(G)에 피드백된다. 예를 들면 도 7에 나타낸 예에서는, 시각 t6부터 t7까지의 사이클의 가공에 대하여, 3회 전의 사이클에 있어서의 측정결과를 피드백하고 있다. 이와 같이, 동일사이클의 측정결과를 피드백함으로써, 적절한 피드백제어를 행할 수 있다.
다음으로, 상기 실시예의 다양한 변형예에 대하여 설명한다.
상기 실시예에서는, 하나의 블록(21)(도 2의 (a))의 가공에 3회의 사이클을 실행했지만, 그 외의 사이클수로 해도 된다. 예를 들면, 첫번째 사이클에서 상면의 금속막(24)(도 2의 (b))을 관통시키고, 수지층(23)(도 2의 (b))의 가공에 1회의 사이클, 또는 3회 이상의 사이클을 실행해도 된다. 두번째 사이클 이후의 복수의 사이클에 있어서, 에너지목푯값(Er)을 동일하게 해도 되고, 다르게 해도 된다. 예를 들면, 하면의 금속막(25)(도 2의 (b))에 대한 대미지를 저감시키기 위하여, 나중에 실행하는 사이클의 에너지목푯값(Er)을, 먼저 실행한 사이클의 에너지목푯값(Er)보다 작게 하면 된다.
또한, 상기 실시예에서는, 사이클마다 발진조건파라미터가 레이저제어장치(30)에 기억되기 때문에, 사이클의 전환마다, 발진조건파라미터를 상위제어장치(40)로부터 레이저제어장치(30)에 통지할 필요가 없다. 사이클의 전환 시에는, 상위제어장치(40)로부터 레이저제어장치(30)에 사이클번호를 통지하면 된다. 이로 인하여, 사이클의 전환처리의 고속화를 도모할 수 있다.
다만, 상위제어장치(40)와 레이저제어장치(30)의 사이의 각종정보의 전송에 필요로 하는 시간이 충분히 짧은 경우에는, 사이클의 전환마다, 상위제어장치(40)로부터 레이저제어장치(30)에 발진조건파라미터를 송신하도록 해도 된다.
상기 실시예에서는, 프린트배선기판의 펀칭가공을 행했지만, 그 외에 실시예에 의한 레이저제어장치(30)(도 1)는, 펄스레이저를 이용하여 사이클가공을 행하는 레이저가공장치에 적용할 수 있다.
다음으로, 도 8을 참조하여, 또 다른 변형예에 대하여 설명한다.
도 8은, 본 변형예에 의한 레이저제어장치(30)를 탑재한 레이저가공장치로 가공을 행할 때의 발진지령신호(S0), 사이클지정신호(S3), 에너지목푯값(Er), 에너지측정값(Em), 및 피드백게인(G)의 시간변화의 일례를 나타내는 그래프이다.
도 7에 나타낸 실시예에서는, 직전에 가공한 블록(21)(도 2의 (a))의 동일사이클의 측정결과를, 피드백게인(G)에 피드백했다. 이에 대하여, 도 8에 나타낸 변형예에서는, 첫번째 사이클의 처리에 있어서, 직전에 가공한 블록(21)(도 2의 (a))의 첫번째 사이클의 측정결과를 피드백게인(G)에 피드백한다. 두번째 사이클 이후의 사이클의 피드백게인(G)에 대한 피드백에도, 첫번째 사이클의 피드백 조건과 동일한 조건을 적용한다.
전압지령값(Vc)의 증감량과 에너지측정값(Em)의 증감량과의 상관관계의 변동은, 어느 사이클에 있어서도 동일한 경향을 나타낸다. 이로 인하여, 도 8에 나타낸 변형예에 있어서도, 유효한 피드백제어를 행할 수 있다.
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 실시예별로 따로 언급하지 않는다. 또한 본 발명은 상술한 실시예에 제한되는 것은 아니다. 예를 들면, 다양한 변경, 개량, 조합 등이 가능한 것은 당업자에게 자명할 것이다.
10 레이저발진기
11 광학계
12 벤딩미러
13 애퍼처
15 분기광학계
16A, 16B 빔주사기
17A, 17B 렌즈
18 스테이지
19 광검출기
20, 20A, 20B 가공대상물
21 블록
22 피가공점
23 수지층
24 상면의 금속막
25 하면의 금속막
26 첫번째의 사이클의 레이저펄스
27 두번째의 사이클의 레이저펄스
28 세번째의 사이클의 레이저펄스
29 구멍
30 레이저제어장치
31 구동신호송신부
32 피드백제어부
33 파라미터설정부
34 사이클지정정보설정부
35 펄스에너지산출부
40 상위제어장치

Claims (6)

  1. 레이저매질을 여기시키기 위한 방전전극을 갖는 레이저발진기로부터 펄스레이저빔을 출력시키고, 가공대상물의 복수의 피가공점에 펄스레이저빔을 1쇼트씩 차례로 입사시키는 절차를 하나의 사이클로 하며, 복수의 상기 피가공점에 대하여 복수의 사이클을 반복하여 레이저가공을 행하는 레이저가공장치에 포함되는 레이저제어장치로서,
    펄스레이저빔의 펄스에너지의 측정값인 에너지측정값이, 사이클마다 설정된 펄스에너지의 목푯값인 에너지목푯값으로 유지되도록 상기 방전전극에 인가하는 방전전압을 변화시키는 피드백제어를 행하는 레이저제어장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 방전전압을 변화시키는 제어는, 상기 에너지목푯값으로부터 상기 에너지측정값까지의 편차에 따라, 상기 레이저발진기에 부여하는 상기 방전전압의 지령값인 전압지령값을 증감시키는 제어를 포함하고, 상기 에너지목푯값으로부터 상기 에너지측정값까지의 편차에 대한 상기 전압지령값의 증감량의 비율인 피드백게인이, 사이클마다 설정되어 있는 레이저제어장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 가공대상물의 표면이 복수의 블록으로 구분되어 있고, 복수의 상기 블록의 각각에 복수의 상기 피가공점이 획정되어 있으며, 상기 레이저가공장치는, 상기 블록마다 복수의 사이클을 반복하여 레이저가공을 행하고,
    직전에 가공을 행한 상기 블록의 가공 시의, 동일사이클에 있어서의 상기 에너지측정값에 근거하여, 상기 피드백게인을 갱신하는 레이저제어장치.
  5. 제1항에 있어서,
    또한, 사이클마다 상기 에너지목푯값을 기억하고 있고,
    상기 레이저가공장치의 상위제어장치로부터, 복수의 사이클 중 하나의 사이클을 지정하는 신호를 수신하면, 지정된 사이클에 대응하여 기억되어 있는 상기 에너지목푯값을 이용하여 상기 레이저발진기를 제어하는 레이저제어장치.
  6. 가공대상물의 복수의 피가공점에 펄스레이저빔을 1쇼트씩 차례로 입사시키는 절차를 하나의 사이클로 하고, 복수의 상기 피가공점에 대하여 복수의 사이클을 반복하여 레이저가공을 행하는 방법으로서,
    레이저매질을 여기시키기 위한 방전전극을 갖고, 펄스레이저빔을 출력하는 레이저발진기에 대하여, 펄스에너지가, 펄스에너지의 목푯값인 에너지목푯값으로 유지되도록, 상기 방전전극에 인가하는 방전전압을 변화시키는 피드백제어를 행하면서 복수의 사이클을 실행할 때에, 적어도 2개의 다른 사이클에 있어서 상기 에너지목푯값으로서 다른 값을 이용하는 레이저가공방법.
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