KR20180122605A

KR20180122605A - 레이저가공장치

Info

Publication number: KR20180122605A
Application number: KR1020187023175A
Authority: KR
Inventors: 야스유키 오쿠다이라
Original assignee: 스미도모쥬기가이고교 가부시키가이샤
Priority date: 2016-03-09
Filing date: 2017-03-06
Publication date: 2018-11-13
Also published as: JP2017159317A; TW201731617A; CN108698165A; WO2017154800A1; TWI658892B; CN108698165B

Abstract

음향광학편향기가, 레이저빔을, 댐퍼경로, 제1, 제2 가공경로 중 어느 하나로 전환한다. 제1, 제2 가공경로에 각각 빔편향기가 배치되어 있다. 제어장치가, 빔편향기를 동작시키는 순서, 음향광학편향기를 제어하여 원초레이저펄스로부터 제1 가공경로에 레이저펄스를 잘라내고, 그 후, 제2 가공경로에 레이저펄스를 잘라내는 순서를 반복한다. 이 순서의 반복 중에 있어서, 레이저광원에 발진개시를 지령한 시점부터, 제1 가공경로에 레이저펄스를 잘라내는 시점까지의 경과시간이 불변이다. 제1 가공경로에 잘라내어진 레이저펄스의 펄스폭을 변화시켜도, 음향광학편향기에 제1 가공경로에 대한 커팅신호를 송출한 후, 제2 가공경로에 대한 커팅신호를 송출할 때까지의 경과시간은 변화시키지 않는다.

Description

레이저가공장치

본 발명은, 1개의 레이저펄스로부터 시간축 상에서 적어도 2개의 레이저펄스를 잘라내어, 적어도 2축으로 레이저가공을 행하는 레이저가공장치에 관한 것이다.

하기의 특허문헌 1에, 레이저빔에 의하여 천공가공을 행하는 레이저가공장치가 개시되어 있다. 이 레이저가공장치는, 레이저광원과 음향광학소자(음향광학편향기)를 포함한다. 음향광학소자는, 레이저광원으로부터 출력된 펄스레이저빔을, 빔댐퍼로 향하는 경로, 가공대상물로 향하는 제1 가공경로 및 제2 가공경로 중 어느 하나로 전환한다. 제1 가공경로 또는 제2 가공경로로 전환된 펄스레이저빔은, 갈바노스캐너로 편향된 후, 가공대상물의 목표위치에 입사한다.

1개의 레이저펄스의 펄스폭 내의 소정 기간은, 레이저빔이 제1 가공경로로 전환되고, 다른 소정 기간은 제2 가공경로로 전환되며, 나머지 기간은 댐퍼경로로 전환된다. 이로써, 1개의 레이저펄스로부터 2개의 레이저펄스를 잘라내어, 2축으로 레이저가공을 행할 수 있다.

특허문헌 1: 일본 공개특허공보 2015-186822호

탄산가스레이저 등으로부터 출력되는 레이저펄스의 광강도는, 통상, 상승시점부터 시간의 경과와 함께 저하된다. 1개의 레이저펄스로부터, 시간적으로 복수의 레이저펄스를 잘라내는 경우, 시간적으로 상대적으로 나중에 잘라내어진 레이저펄스의 광강도가, 상대적으로 먼저 잘라내어진 레이저펄스의 광강도보다 약해진다. 이로 인하여, 복수의 가공축의 각각에 있어서의 가공품질을 균일하게 하는 것이 곤란하다.

본 발명의 목적은, 복수의 가공축으로 레이저가공을 행하는 경우에, 각각의 가공축에서의 가공품질을 균일하게 하는 것이 가능한 레이저가공장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 일 관점에 의하면,

레이저빔을 출력하는 레이저광원과,

상기 레이저광원으로부터 출력된 레이저빔의 경로에 배치되어, 입사한 레이저빔을, 빔댐퍼로 향하는 댐퍼경로, 제1 가공경로, 및 제2 가공경로 중 어느 하나로 전환하는 음향광학편향기와,

상기 제1 가공경로로 전환된 제1 레이저펄스가 입사하는 위치, 및 상기 제2 가공경로로 전환된 제2 레이저펄스가 입사하는 위치에 가공대상물을 지지하는 스테이지와,

상기 제1 가공경로 및 상기 제2 가공경로에 각각 배치되어, 상기 스테이지에 지지된 가공대상물에 대한 입사위치를 변화시키는 제1 빔편향기 및 제2 빔편향기와,

상기 레이저광원, 상기 음향광학편향기, 제1 빔편향기, 및 상기 제2 빔편향기를 제어하는 제어장치를 갖고,

상기 제어장치는,

상기 제1 빔편향기 및 상기 제2 빔편향기를 동작시켜, 상기 제1 레이저펄스 및 상기 제2 레이저펄스의 입사위치를 목표위치로 이동시키는 순서,

상기 레이저광원에, 발진개시를 지령하는 순서,

상기 음향광학편향기를 제어하여, 상기 레이저광원으로부터 출력된 원초레이저펄스로부터 상기 제1 가공경로에 상기 제1 레이저펄스를 잘라내고, 그 후, 동일한 원초레이저펄스로부터 상기 제2 가공경로에 상기 제2 레이저펄스를 잘라내는 순서,

및, 상기 레이저광원에, 발진정지를 지령하는 순서를 반복하고,

상기 순서의 반복 중에 있어서,

상기 레이저광원에 발진개시를 지령한 시점부터, 상기 레이저광원으로부터 출력된 원초레이저펄스로부터 상기 제1 가공경로에 상기 제1 레이저펄스를 잘라내는 시점까지의 경과시간이 불변이며,

상기 제1 가공경로에 잘라내어진 상기 제1 레이저펄스의 펄스폭을 변화시키고, 또한 상기 음향광학편향기에 상기 제1 가공경로에 대한 상기 제1 레이저펄스의 커팅신호를 송출한 후, 상기 제2 가공경로에 대한 상기 제2 레이저펄스의 커팅신호를 송출할 때까지의 경과시간은 변화시키지 않는 레이저가공장치가 제공된다.

제1 레이저펄스의 펄스폭이 변화해도, 제1 레이저펄스의 커팅부터 제2 레이저펄스의 커팅까지의 경과시간이 변동하지 않는다. 이로 인하여, 제1 레이저펄스의 커팅시점의 원초레이저펄스의 광강도와, 제2 레이저펄스의 커팅시점의 원초레이저펄스의 광강도의 비가 대략 일정해진다. 제1 레이저펄스의 펄스폭이 변화해도, 제1 가공경로에 대한 회절효율과 제2 가공경로에 대한 회절효율을 조정해 둠으로써, 제1 레이저펄스의 광강도와 제2 레이저펄스의 광강도를, 대략 동일하게 할 수 있다. 그 결과, 제1 레이저펄스에 의한 가공과, 제2 레이저펄스에 의한 가공의 품질을 균일하게 할 수 있다.

도 1은, 본 발명의 실시예, 및 참고예에 의한 레이저가공장치의 개략도이다.
도 2에 있어서, 도 2의 (a)는 가공대상물의 일례로서 나타나는 프린트기판의 개략평면도이고, 도 2의 (b)는 프린트기판의 부분단면도이며, 도 2의 (c)는 펄스레이저빔을 입사시켜 천공가공을 행할 때의 형성과정에 있어서의 구멍의 형상을 나타내는 단면도이다.
도 3은, 빔편향기의 동작상태, 발진지령신호, 경로선택신호, 및 커팅신호의, 첫 번째 숏 및 두 번째 숏의 일부분의 타이밍차트이다.
도 4에 있어서, 도 4의 (a)는, 참고예에 의한 레이저가공장치로 가공할 때의 첫 번째 숏의 레이저펄스의 커팅 시의 발진지령신호, 경로선택신호, 커팅신호의 타이밍차트, 및 레이저펄스의 파형을 나타내는 그래프이며, 도 4의 (b)는, 두 번째 숏 및 세 번째 숏의 레이저펄스의 커팅 시의 발진지령신호, 경로선택신호, 커팅신호의 타이밍차트, 및 레이저펄스의 파형을 나타내는 그래프이다.
도 5에 있어서, 도 5의 (a)는, 실시예에 의한 레이저가공장치로 가공할 때의 첫 번째 숏의 레이저펄스의 커팅 시의 발진지령신호, 경로선택신호, 커팅신호의 타이밍차트, 및 레이저펄스의 파형을 나타내는 그래프이며, 도 5의 (b)는, 두 번째 숏 및 세 번째 숏의 레이저펄스의 커팅 시의 발진지령신호, 경로선택신호, 커팅신호의 타이밍차트, 및 레이저펄스의 파형을 나타내는 그래프이다.
도 6에 있어서, 도 6의 (a)~도 6의 (c)는, 다른 실시예에 의한 레이저가공장치에 있어서의 발진지령신호, 빔편향기의 동작상태, 경로선택신호, 및 커팅신호의 타이밍차트이다.
도 7은 또 다른 실시예에 의한 레이저가공장치에 있어서의 발진지령신호, 빔편향기의 동작상태, 경로선택신호, 및 커팅신호의 타이밍차트이다.

도 1에, 본 발명의 실시예, 및 참고예에 의한 레이저가공장치의 개략도를 나타낸다. 레이저광원(10)이, 제어장치(55)로부터 발진지령신호(S0)을 받아 레이저발진하고, 펄스레이저빔(PLB)를 출력한다. 레이저광원(10)에는, 예를 들면 탄산가스레이저가 이용된다. 예를 들면, 발진지령신호(S0)의 상승에 의하여, 발진개시가 지령되고, 발진지령신호(S0)의 하강에 의하여, 발진정지가 지령된다.

레이저광원(10)으로부터 출력되어, 광학계(11)을 경유한 펄스레이저빔(PLB)의 경로에, 음향광학편향기(AOD)(20)이 배치되어 있다. 광학계(11)은, 예를 들면 빔익스팬더, 애퍼처 등을 포함한다. AOD(20)은, 입사한 레이저빔을, 빔댐퍼(13)으로 향하는 댐퍼경로(PD), 제1 가공경로(MP1), 및 제2 가공경로(MP2) 중 어느 하나로 전환한다. AOD(20)은, 음향광학결정(21), 트랜스듀서(22), 및 드라이버(23)을 포함한다. 트랜스듀서(22)는, 드라이버(23)에 의하여 구동됨으로써, 음향광학결정(21) 내에 탄성파를 발생시킨다.

드라이버(23)에, 경로전환단자(24), 커팅단자(25), 제1 회절효율조정노브(26), 및 제2 회절효율조정노브(27)이 마련되어 있다. 경로전환단자(24)에, 제어장치(55)로부터 경로선택신호(S1)이 입력된다. 경로선택신호(S1)에 의하여, 제1 가공경로(MP1) 및 제2 가공경로(MP2) 중 일방의 경로가 선택된다. 커팅단자(25)에, 제어장치(55)로부터 커팅신호(S2)가 입력된다. 커팅신호(S2)가 입력되어 있지 않은 기간, AOD(20)은, 입사한 레이저빔을 댐퍼경로(PD)로 전환한다. 커팅신호(S2)가 입력되어 있는 기간, AOD(20)은, 제1 가공경로(MP1) 및 제2 가공경로(MP2) 중 경로선택신호(S1)에 의하여 선택되어 있는 쪽의 경로로 레이저빔을 전환한다.

제1 회절효율조정노브(26)에 의하여, 입력된 레이저빔을 제1 가공경로(MP1)로 전환할 때의 회절효율을 조정할 수 있다. 제2 회절효율조정노브(27)에 의하여, 입력된 레이저빔을 제2 가공경로(MP2)로 전환할 때의 회절효율을 조정할 수 있다. 이와 같이, AOD(20)은, 제1 가공경로(MP1)에 대한 회절효율과, 제2 가공경로(MP2)에 대한 회절효율을, 독립적으로 조정하는 기능을 갖는다. 회절효율을 조정함으로써, 제1 가공경로(MP1) 및 제2 가공경로(MP2)로 전환되는 레이저빔의 광강도를 조정할 수 있다. 제1 회절효율조정노브(26) 및 제2 회절효율조정노브(27)로 회절효율을 조정하는 방법 대신에, 제어장치(55)로부터 회절효율의 지령값을 드라이버(23)에 입력하는 구성으로 해도 된다.

제1 가공경로(MP1)에 출력된 레이저빔은, 미러(30)에서 반사되어 빔편향기(31)에 입사한다. 빔편향기(31)은, 레이저빔의 진행방향을 이차원방향으로 변화시킨다. 빔편향기(31)에는, 예를 들면 한 쌍의 갈바노스캐너를 이용할 수 있다. 빔편향기(31)에서 편향된 레이저빔이, fθ렌즈(32)에서 수렴된 후, 가공대상물(33)에 입사한다. 마찬가지로, 제2 가공경로(MP2)에 출력된 레이저빔은, 미러(40), 빔편향기(41), fθ렌즈(42)를 경유하여 가공대상물(43)에 입사한다. 가공대상물(33, 43)은, 스테이지(50)에 지지되어 있다.

빔편향기(31, 41)은, 각각 제어장치(55)로부터 제어신호(G1, G2)를 받아, 레이저빔이 지령된 목표위치에 입사하도록 동작한다. 레이저빔의 입사위치가 지령된 목표위치에 정정(整定)되면, 정정완료를 제어장치(55)에 통지한다.

도 2의 (a)에 가공대상물(33, 43)의 일례로서 프린트기판(60)의 개략평면도를 나타낸다. 프린트기판(60)의 표면이, 복수의 블록(61)로 구분되어 있다. 각 블록(61)은, 빔편향기(31, 41)(도 1)의 동작에 의하여 빔입사위치를 이동시킬 수 있는 크기로 설정되어 있다.

프린트기판(60)의 표면에, 형성해야 하는 구멍의 복수의 목표위치(62)가 정의되어 있다. 복수의 목표위치(62)의 좌표, 및 가공순서가, 제어장치(55)(도 1)에 미리 기억되어 있다. 1개의 블록(61) 내의 모든 목표위치(62)에 구멍이 형성된 후, 제어장치(55)가 스테이지(50)을 이동시킴으로써, 미가공의 블록(61)을, 빔편향기(31, 41)(도 1)의 주사가능영역에 배치한다. 그 후, 동일한 순서로 미가공의 블록(61)의 가공을 행한다.

도 2의 (b)에, 프린트기판(60)의 부분단면도를 나타낸다. 코어기판(65)의 표면에 내층의 도체패턴(66)이 배치되어 있다. 코어기판(65) 및 도체패턴(66) 위에 절연층(67)이 배치되고, 그 표면에 도체패턴(68)이 배치되어 있다. 코어기판(65) 및 절연층(67)에는, 예를 들면 에폭시 등의 수지가 이용된다. 도체패턴(66, 68)에는, 예를 들면 구리가 이용된다.

도 2의 (c)에, 펄스레이저빔을 입사시켜 천공가공을 행할 때의 형성과정에 있어서의 구멍의 형상을 나타낸다. 도 2의 (c)에서는, 3숏의 레이저펄스로 1개의 천공가공이 완료되는 예를 나타내고 있다. 첫 번째 숏의 레이저펄스에 의하여, 표면의 도체패턴(68)에 구멍(68A)가 형성된다. 이때, 구멍(68A)의 바닥면의 절연층(67)의 표층부도 제거됨으로써, 오목부(67A)가 형성된다.

두 번째 숏의 레이저펄스에 의하여, 절연층(67)에 형성되어 있는 오목부(67A)가 깊어짐으로써, 오목부(67B)가 형성된다. 세 번째 숏의 레이저펄스에 의하여, 오목부(67B)가 더 깊어져, 내층의 도체패턴(66)까지 달하는 구멍(67C)가 형성된다. 레이저펄스의 적합한 펄스폭은, 가공대상물의 재료에 따라 다르다. 예를 들면, 두 번째 숏 및 세 번째 숏의 레이저펄스의 펄스폭은, 첫 번째 숏의 레이저펄스의 펄스폭보다 짧다.

다음으로, 1개의 블록(61)(도 2의 (a)) 내의 가공을 행하는 순서에 대하여 설명한다. 1개의 목표위치(62)에 첫 번째 숏의 레이저펄스를 입사시킨 후, 레이저빔의 입사위치를 다음 목표위치(62)까지 이동시켜, 새로운 목표위치(62)에 첫 번째 숏의 레이저펄스를 입사시킨다. 1개의 블록(61) 내의 모든 목표위치(62)에 대한 첫 번째 숏의 레이저펄스의 입사가 완료되면, 모든 목표위치(62)에 대하여 차례로, 두 번째 숏의 레이저펄스를 입사시킨다. 그 후, 모든 목표위치(62)에 대하여 차례로, 세 번째 숏의 레이저펄스를 입사시킨다.

다만, 1개의 목표위치(62)에 대하여, 레이저빔의 입사위치를 이동시키지 않고, 두 번째 숏의 레이저펄스와 세 번째 숏의 레이저펄스를, 미소(微小)한 시간간격을 두고 계속 입사해도 된다.

도 3에, 빔편향기(31, 41)(도 1)의 동작상태, 발진지령신호(S0), 경로선택신호(S1), 및 커팅신호(S2)의, 첫 번째 숏 및 두 번째 숏의 일부분의 타이밍차트를 나타낸다. 빔편향기(31, 41)이 동작하고 있는 기간을, 상하로 나눠진 2개의 선으로 나타내고, 정정되어 있는 기간을 1개의 선으로 나타낸다.

1개의 목표위치(62)(도 2의 (a))에 대한 첫 번째 숏의 레이저펄스의 입사가 완료되면, 제어장치(55)가, 빔편향기(31, 41)을 동작시켜, 레이저빔의 입사위치를, 다음에 가공해야 하는 목표위치(62)로 이동시킨다. 2개의 빔편향기(31, 41)의 양쪽 모두의 동작이 완료되면, 바꾸어 말하면 제1 가공경로(MP1) 및 제2 가공경로(MP2)의 양쪽 모두의 레이저빔의 입사위치가 정정되면(시각(t1)), 제어장치(55)가 레이저광원(10)에 대하여, 발진지령신호(S0)의 송출을 개시한다(시각(t2)). 이로써, 레이저광원(10)으로부터 출력되는 펄스레이저빔(PLB)의 레이저펄스의 출력이 개시된다. 발진지령신호(S0)의 상승이, 레이저광원(10)에 대한 발진개시의 지령에 대응한다. 이 시점에서, 경로선택신호(S1)에 의하여 제1 가공경로(MP1)이 선택되어 있다.

제1 가공경로(MP1)이 선택되어 있는 상태에서, 제어장치(55)가, 미리 정해진 펄스폭(PW1)의 커팅신호(S2)를 송출한다(시각(t3)). 이로써, 제1 가공경로(MP1)에, 1개의 레이저펄스가 잘라내어진다. 그 후, 제어장치(55)가, 제2 가공경로(MP2)를 선택하는 경로선택신호(S1)을 송출한다(시각(t4)). 제2 가공경로(MP2)가 선택되어 있는 상태에서, 제어장치(55)가, 미리 정해진 펄스폭(PW1)의 커팅신호(S2)를 송출한다(시각(t5)). 이로써, 제2 가공경로(MP2)에, 1개의 레이저펄스가 잘라내어진다.

그 후, 제어장치(55)는, 발진지령신호(S0)의 송출을 정지하고, 경로선택신호(S1)에서 선택되는 경로를 제1 가공경로(MP1)로 되돌린다(시각(t7)). 발진지령신호(S0)의 하강이, 레이저광원(10)에 대한 발진정지의 지령에 대응한다. 또한, 빔편향기(31, 41)에, 제어신호(G1, G2)를 송출하여, 레이저빔의 입사위치를 다음의 목표위치(62)(도 2의 (a))까지 이동시킨다. 두 번째 숏 및 세 번째 숏의 레이저펄스를 입사시킬 때도, 첫 번째 숏의 경우와 기본적으로 동일한 순서가 반복된다. 도 3에서는, 두 번째 숏의 레이저펄스를 잘라내는 커팅신호(S2)의 펄스폭이, 첫 번째 숏의 레이저펄스를 잘라낼 때의 커팅신호(S2)의 펄스폭보다 짧은 예를 나타내고 있다.

실시예에 의한 레이저가공장치에 대하여 설명하기 전에, 도 4의 (a) 및 도 4의 (b)를 참조하여, 참고예에 의한 레이저가공장치에 대하여 설명한다.

도 4의 (a)에, 첫 번째 숏의 레이저펄스의 커팅 시의 발진지령신호(S0), 경로선택신호(S1), 커팅신호(S2)의 타이밍차트, 및 레이저펄스의 파형을 나타낸다. 발진지령신호(S0)이 상승하면(시각(t2)), 레이저광원(10)(도 1)으로부터 원초레이저펄스(LP0)이 출력된다. 레이저광원(10)은, 원초레이저펄스(LP0)의 광강도가 시간의 경과와 함께 저하되는 특성을 갖는다. 발진지령신호(S0)이 하강하면(시각(t6)), 원초레이저펄스(LP0)도 하강한다.

경로선택신호(S1)로 제1 가공경로(MP1)이 선택되어 있는 상태에서, 커팅신호(S2)의 펄스가 송출되면(시각(t3)), 원초레이저펄스(LP0)으로부터, 제1 가공경로(MP1)에 제1 레이저펄스(LP1)이 잘라내어진다. 경로선택신호(S1)로 제2 가공경로(MP2)가 선택되어 있는 상태에서, 커팅신호(S2)의 펄스가 송출되면(시각(t5)), 원초레이저펄스(LP0)으로부터, 제2 가공경로(MP2)에 제2 레이저펄스(LP2)가 잘라내어진다. 제1 레이저펄스(LP1)의 펄스폭과, 제2 레이저펄스(LP2)의 펄스폭은 동일하다.

원초레이저펄스(LP0)에 대한 제1 레이저펄스(LP1)의 광강도의 비는, 제1 회절효율조정노브(26)의 설정에 의하여 결정된다. 마찬가지로, 원초레이저펄스(LP0)에 대한 제2 레이저펄스(LP2)의 광강도의 비는, 제2 회절효율조정노브(27)의 설정에 의하여 결정된다. 경로선택신호(S1)로 제1 가공경로(MP1)이 선택되어 있을 때의 원초레이저펄스(LP0)의 광강도는, 경로선택신호(S1)로 제2 가공경로(MP2)가 선택되어 있을 때의 원초레이저펄스(LP0)의 광강도보다 강하다. 이 강도의 차가 해소되도록, 제1 가공경로(MP1)에 대한 회절효율이, 제2 가공경로(MP2)에 대한 회절효율보다 낮아지도록, 제1 회절효율조정노브(26) 및 제2 회절효율조정노브(27)에 의하여 회절효율이 설정되어 있다.

이로 인하여, 원초레이저펄스(LP0)으로부터 제1 레이저펄스(LP1)이 잘라내어질 때의 광강도의 감쇠량이, 원초레이저펄스(LP0)으로부터 제2 레이저펄스(LP2)가 잘라내어질 때의 광강도의 감쇠량보다 크다. 그 결과, 제1 레이저펄스(LP1)의 펄스에너지와, 제2 레이저펄스(LP2)의 펄스에너지가, 대략 동일해진다. 바꾸어 말하면, 제1 레이저펄스(LP1)의 펄스에너지와, 제2 레이저펄스(LP2)의 펄스에너지가, 대략 동일해지도록, 제1 가공경로(MP1)에 대한 회절효율과 제2 가공경로(MP2)에 대한 회절효율이 조정되어 있다.

도 4의 (b)에, 두 번째 숏의 레이저펄스의 커팅 시의 발진지령신호(S0), 경로선택신호(S1), 커팅신호(S2)의 타이밍차트, 및 레이저펄스의 파형을 나타낸다. 다만, 세 번째 숏의 레이저펄스의 커팅의 타이밍은, 두 번째 숏의 레이저펄스의 커팅의 타이밍과 동일하다. 커팅신호(S2)의 펄스폭(PW2)가, 첫 번째 숏의 레이저펄스를 잘라낼 때의 커팅신호(S2)의 펄스폭(PW1)보다 짧다. 이에 대응하여, 원초레이저펄스(LP0)의 펄스폭도, 첫 번째 숏의 원초레이저펄스(LP0)의 펄스폭보다 짧다.

원초레이저펄스(LP0)의 펄스폭이 짧아도, 그 상승부터 하강까지의 파형은, 첫 번째 숏의 원초레이저펄스(LP0)의 해당부분의 파형과 대략 동일하다. 제1 레이저펄스(LP1)이 잘라내어진 시점(시각(t3))부터, 제2 레이저펄스(LP2)가 잘라내어진 시점(시각(t5))까지의 경과시간은, 두 번째 숏일 때가, 첫 번째 숏일 때보다 짧다. 이로 인하여, 제1 레이저펄스(LP1)이 잘라내어진 후, 제2 레이저펄스(LP2)가 잘라내어질 때까지의 원초레이저펄스(LP0)의 광강도의 저하량은, 두 번째 숏일 때가, 첫 번째 숏일 때보다 적다.

그런데, 제1 가공경로(MP1)에 대한 회절효율과, 제2 가공경로(MP2)에 대한 회절효율은, 두 번째 숏일 때와, 첫 번째 숏일 때가 동일하다. 그 결과, 두 번째 숏의 제1 레이저펄스(LP1)의 펄스에너지가, 제2 레이저펄스(LP2)의 펄스에너지보다 작아지게 된다.

도 4의 (a) 및 도 4의 (b)에 나타낸 참고예에서는, 첫 번째 숏, 두 번째 숏, 및 세 번째 숏 모두에 있어서, 제1 가공경로(MP1)에 출력되는 제1 레이저펄스(LP1)의 펄스에너지와, 제2 가공경로(MP2)에 출력되는 제2 레이저펄스(LP2)의 펄스에너지를 대략 동일하게 하는 것은 곤란하다.

다음으로, 도 5의 (a) 및 도 5의 (b)를 참조하여, 실시예에 의한 레이저가공장치에 대하여 설명한다. 이하, 도 4의 (a) 및 도 4의 (b)에 나타낸 참고예와의 상이점에 대하여 설명하며, 공통의 구성에 대해서는 설명을 생략한다.

도 5의 (a)에, 첫 번째 숏의 레이저펄스의 커팅 시의 발진지령신호(S0), 경로선택신호(S1), 커팅신호(S2)의 타이밍차트, 및 레이저펄스의 파형을 나타낸다. 이 타이밍차트는, 도 4의 (a)에 나타낸 참고예의 타이밍차트와 동일하다.

도 5의 (b)에, 두 번째 숏의 레이저펄스의 커팅 시의 발진지령신호(S0), 경로선택신호(S1), 커팅신호(S2)의 타이밍차트, 및 레이저펄스의 파형을 나타낸다. 다만, 세 번째 숏의 레이저펄스의 커팅타이밍은, 두 번째 숏의 레이저펄스의 커팅타이밍과 동일하다. 제어장치(55)가 레이저광원(10)을 제어하여 원초레이저펄스(LP0)의 출력을 개시시킨 시점(시각(t2))부터, 제1 가공경로(MP1)에 제1 레이저펄스(LP1)을 출력시키는 시점(시각(t3))까지의 경과시간은, 참고예의 경우와 마찬가지로, 첫 번째 숏부터 세 번째 숏까지 불변이다.

첫 번째 숏의 가공이 종료된 후, 두 번째 숏의 가공을 행할 때에, 제1 가공경로(MP1)에 출력되는 제1 레이저펄스(LP1)의 펄스폭(PW2)를, 첫 번째 숏일 때의 펄스폭(PW1)로부터 변화시킨다. 구체적으로는, 펄스폭(PW2)를 펄스폭(PW1)보다 짧게 한다. 펄스폭을 짧게 한 경우이더라도, 제1 레이저펄스(LP1)의 커팅을 지령한 시점(시각(t3))부터, 제2 가공경로(MP2)에 대한 제2 레이저펄스(LP2)의 커팅을 지령하는 시점(시각(t5))까지의 경과시간은, 첫 번째 숏일 때와, 두 번째 숏일 때에 변화시키지 않는다.

제1 가공경로(MP1)에 대한 회절효율과, 제2 가공경로(MP2)에 대한 회절효율은, 참고예의 경우와 마찬가지로, 첫 번째 숏의 제1 레이저펄스(LP1)(도 5의 (a))의 펄스에너지와 제2 레이저펄스(LP2)(도 5의 (a))의 펄스에너지가 대략 동일해지도록 설정되어 있다. 실시예에 있어서는, 원초레이저펄스(LP0)의 펄스폭 중에서, 제2 가공경로(MP2)에 제2 레이저펄스(LP2)가 잘라내어진 개소는, 첫 번째 숏일 때와, 두 번째 숏일 때가 동일하다. 이로 인하여, 두 번째 숏에 있어서, 제1 레이저펄스(LP1)의 펄스에너지와 제2 레이저펄스(LP2)의 펄스에너지의 차를, 참고예와 비교하여 작게 할 수 있다.

제1 가공경로(MP1)에 잘라내어진 제1 레이저펄스(LP1)의 펄스에너지와, 제2 가공경로(MP2)에 잘라내어진 제2 레이저펄스(LP2)의 펄스에너지의 차가 작아지기 때문에, 제1 가공경로(MP1)과 제2 가공경로(MP2)의 가공품질이 균일해질 수 있다. 제1 레이저펄스(LP1)의 펄스에너지와, 제2 레이저펄스(LP2)의 펄스에너지의 차를 작게 하는 효과를 높이기 위하여, 원초레이저펄스(LP0)의 펄스폭을 일정하게 하는 것이 바람직하다. 바꾸어 말하면, 레이저광원(10)에 대한 발진개시의 지령의 송출부터, 발진정지의 지령의 송출까지의 경과시간을 불변으로 하는 것이 바람직하다.

상기 실시예에서는, 1개의 가공점에 3숏의 레이저펄스를 입사시켰지만, 입사시키는 레이저펄스의 숏수는, 3숏에 한정되지 않는다. 1개의 가공점에 입사시키는 레이저펄스는, 2숏이어도 되고, 4숏 이상이어도 된다. 4숏 이상의 레이저펄스로 가공을 행하는 경우, 세 번째 숏 이후의 레이저펄스의 커팅타이밍은, 두 번째 숏의 레이저펄스의 커팅타이밍과 동일하게 하면 된다.

다음으로, 도 6의 (a)~도 6의 (c)를 참조하여, 다른 실시예에 의한 레이저가공장치에 대하여 설명한다. 이하, 도 1~도 3, 도 5의 (a) 및 도 5의 (b)에 나타낸 실시예와의 상이점에 대하여 설명하며, 공통의 구성에 대해서는 설명을 생략한다. 도 1~도 3, 도 5의 (a) 및 도 5의 (b)에 나타낸 실시예에서는, 빔편향기(31, 41)(도 1)이 정정된 시점(도 3의 시각(t1))의 직후에, 제어장치(55)가 발진지령신호(S0)의 송출을 개시했다(시각(t2)). 이하에 설명하는 실시예에서는, 제어장치(55)가 발진지령신호(S0)의 송출을 개시하는 시각이, 소정 범위 내로 제한된다.

도 6의 (a)에, 본 실시예에 의한 레이저가공장치에 있어서의 발진지령신호(S0), 빔편향기(31, 41)의 동작상태, 경로선택신호(S1), 및 커팅신호(S2)의 타이밍차트를 나타낸다. 도 6의 (a)에서는, 2개의 빔편향기(31, 41)의 동작상태를 중첩시켜 나타내고 있다.

본 실시예에서는, 레이저광원(10)(도 1)으로부터 출력되는 레이저펄스의 반복주기의 하한값(RPL)과 상한값(RPU)가, 제어장치(55)에 기억되어 있다. 레이저펄스의 반복주기가, 그 하한값(RPL)과 상한값(RPU)의 범위 내에 들어가도록, 제어장치(55)가 발진지령신호(S0)을 송출한다.

도 6의 (a)에 나타내는 바와 같이, 빔편향기(31, 41)의 동작완료시점(시각(t11))에서, 레이저광원(10)(도 1)에 대하여 발진개시의 지령을 송출한 시점(시각(t10))으로부터의 경과시간이 하한값(RPL)과 상한값(RPU)의 범위 내인 경우, 빔편향기(31, 41)의 동작완료시점(시각(t11))의 직후에, 제어장치(55)가 발진지령신호(S0)의 송출을 개시한다(시각(t12)). 경로선택신호(S1) 및 커팅신호(S2)의 타이밍차트는, 도 5의 (a) 및 도 5의 (b)에 나타낸 실시예와 공통된다.

도 6의 (b)에 나타내는 바와 같이, 빔편향기(31, 41)의 동작완료시점(시각(t13))에서, 발진지령신호(S0)의 상승시점(시각(t10))으로부터의 경과시간이 하한값(RPL)보다 짧은 경우, 제어장치(55)는, 하한값(RPL)에 상당하는 시간이 경과할 때까지, 레이저광원(10)에 대한 발진지령신호(S0)의 송출을 대기한다. 전주기의 발진지령신호(S0)의 상승시점(시각(t10))으로부터, 하한값(RPL)에 상당하는 시간이 경과한 시점(시각(t14))에, 제어장치(55)가 발진지령신호(S0)의 송출을 개시한다.

도 6의 (c)에 나타내는 바와 같이, 전주기의 발진지령신호(S0)의 상승시점(시각(t10))으로부터의 경과시간이 상한값(RPU)에 달한 시점(시각(t15))에서, 빔편향기(31, 41)의 동작이 완료되어 있지 않은 경우, 제어장치(55)는, 그 시점에서 레이저광원(10)에 발진지령신호(S0)의 송출을 개시한다. 단, 제어장치(55)는, 커팅신호(S2)의 펄스는 송출하지 않는다. 이로 인하여, 레이저광원(10)으로부터 출력된 원초레이저펄스는, 그 펄스폭 내의 전체 시간대에 있어서 댐퍼경로(PD)(도 1)로 전환된다.

빔편향기(31, 41)이 정정되면(시각(t16)), 전주기의 발진지령신호(S0)의 상승시점(시각(t15))으로부터의 경과시간이 하한값(RPL)과 상한값(RPU)의 범위 내에 들어가도록, 다음 발진지령신호(S0)의 송출의 타이밍을 결정한다. 예를 들면, 전주기의 발진지령신호(S0)의 상승시점(시각(t15))으로부터 하한값(RPL)에 상당하는 시간이 경과한 시점(시각(t17))에서, 빔편향기(31, 41)이 정정되어 있는 경우에는, 시각(t17)에 있어서 제어장치(55)가 발진지령신호(S0)의 송출을 개시한다.

다음으로, 도 6의 (a)~도 6의 (c)에 나타낸 실시예의 우수한 효과에 대하여 설명한다. 레이저광원(10)으로부터 출력되는 펄스레이저빔의 펄스폭이 불변이더라도, 펄스의 반복주파수(반복주기)가 변화하면, 광강도가 변동하여 펄스에너지도 변화한다. 도 6의 (a)~도 6의 (c)에 나타낸 실시예에서는, 펄스의 반복주기의 변화가 하한값(RPL)과 상한값(RPU)의 범위 내에 들어간다. 이로 인하여, 원초레이저펄스(LP0)(도 5의 (a), 도 5의 (b))의 펄스에너지의 변동을 억제할 수 있다. 그 결과, 제1 가공경로(MP1) 및 제2 가공경로(MP2)로 전환된 제1 레이저펄스(LP1) 및 제2 레이저펄스(LP2)의 펄스에너지의 변동을 억제할 수 있다.

다음으로, 도 7을 참조하여, 또 다른 실시예에 의한 레이저가공장치에 대하여 설명한다. 이하, 도 6의 (a)~도 6의 (c)에 나타낸 실시예와의 상이점에 대하여 설명하며, 공통의 구성에 대해서는 설명을 생략한다.

도 7에 나타낸 실시예에서는, 도 6의 (a)~도 6의 (c)에 나타낸 실시예의 펄스의 반복주기의 하한값(RPL)과 상한값(RPU)가 동일한 값으로 설정된다. 이로 인하여, 레이저광원(10)은, 빔편향기(31, 41)의 동작과는 관계없이, 일정한 반복주파수로 원초레이저펄스(LP0)(도 5의 (a), 도 5의 (b))을 출력한다.

원초레이저펄스(LP0)이 상승한 시점에서 빔편향기(31, 41)이 정정되어 있는 경우에는(시각(t21)), 당해 원초레이저펄스(LP0)으로부터, 제1 가공경로(MP1) 및 제2 가공경로(MP2)에, 각각 제1 레이저펄스(LP1) 및 제2 레이저펄스(LP2)를 잘라내는 커팅신호(S2)의 펄스를 송출한다(시각(t22, t23)). 원초레이저펄스(LP0)이 상승한 시점에서 빔편향기(31, 41)이 정정되어 있지 않는 경우에는(시각(t24)), 당해 원초레이저펄스(LP0)으로부터 제1 가공경로(MP1) 및 제2 가공경로(MP2)에 레이저펄스를 잘라내는 커팅신호(S2)의 펄스는 송출되지 않는다. 이로 인하여, 당해 원초레이저펄스(LP0)은, 댐퍼경로(PD)(도 1)로 전환된다.

도 7에 나타낸 실시예에서는, 레이저광원(10)으로부터 출력되는 펄스레이저빔의 펄스의 반복주파수가 일정하기 때문에, 원초레이저펄스(LP0)의 펄스에너지의 안정성을 보다 높일 수 있다. 그 결과, 제1 가공경로(MP1) 및 제2 가공경로(MP2)로 전환되는 제1 레이저펄스(LP1) 및 제2 레이저펄스(LP2)의 펄스에너지도 안정적이다.

이상 실시예를 따라 본 발명을 설명했지만, 본 발명은 이들에 제한되는 것은 아니다. 예를 들면, 다양한 변경, 개량, 조합 등이 가능한 것은 당업자에게 자명할 것이다.

10 레이저광원
11 광학계
13 빔댐퍼
20 음향광학편향기(AOD)
21 음향광학결정
22 트랜스듀서
23 드라이버
24 경로전환단자
25 커팅단자
26 제1 회절효율조정노브
27 제2 회절효율조정노브
30 미러
31 빔편향기
32 fθ렌즈
33 가공대상물
40 미러
41 빔편향기
42 fθ렌즈
43 가공대상물
50 스테이지
55 제어장치
60 프린트기판
61 블록
62 목표위치
65 코어기판
66 내층의 도체패턴
67 절연층
67A, 67B 오목부
67C 구멍
68 표면의 도체패턴
68A 구멍
G1, G2 제어신호
LP0 원초레이저펄스
LP1 제1 레이저펄스
LP2 제2 레이저펄스
MP1 제1 가공경로
MP2 제2 가공경로
PD 댐퍼경로
PLB 펄스레이저빔
PW1, PW2 펄스폭
RPL 반복주기의 하한값
RPU 반복주기의 상한값
S0 발진지령신호
S1 경로선택신호
S2 커팅신호

Claims

레이저빔을 출력하는 레이저광원과,
상기 레이저광원으로부터 출력된 레이저빔의 경로에 배치되어, 입사한 레이저빔을, 빔댐퍼로 향하는 댐퍼경로, 제1 가공경로, 및 제2 가공경로 중 어느 하나로 전환하는 음향광학편향기와,
상기 제1 가공경로로 전환된 제1 레이저펄스가 입사하는 위치, 및 상기 제2 가공경로로 전환된 제2 레이저펄스가 입사하는 위치에 가공대상물을 지지하는 스테이지와,
상기 제1 가공경로 및 상기 제2 가공경로에 각각 배치되어, 상기 스테이지에 지지된 가공대상물에 대한 입사위치를 변화시키는 제1 빔편향기 및 제2 빔편향기와,
상기 레이저광원, 상기 음향광학편향기, 제1 빔편향기, 및 상기 제2 빔편향기를 제어하는 제어장치를 갖고,
상기 제어장치는,
상기 제1 빔편향기 및 상기 제2 빔편향기를 동작시켜, 상기 제1 레이저펄스 및 상기 제2 레이저펄스의 입사위치를 목표위치로 이동시키는 순서,
상기 레이저광원에, 발진개시를 지령하는 순서,
상기 음향광학편향기를 제어하여, 상기 레이저광원으로부터 출력된 원초레이저펄스로부터 상기 제1 가공경로에 상기 제1 레이저펄스를 잘라내며, 그 후, 동일한 원초레이저펄스로부터 상기 제2 가공경로에 상기 제2 레이저펄스를 잘라내는 순서,
및, 상기 레이저광원에, 발진정지를 지령하는 순서를 반복하고,
상기 순서의 반복 중에 있어서,
상기 레이저광원에 발진개시를 지령한 시점부터, 상기 레이저광원으로부터 출력된 원초레이저펄스로부터 상기 제1 가공경로에 상기 제1 레이저펄스를 잘라내는 시점까지의 경과시간이 불변이며,
상기 제1 가공경로에 잘라내어진 상기 제1 레이저펄스의 펄스폭을 변화시키고, 또한 상기 음향광학편향기에 상기 제1 가공경로에 대한 상기 제1 레이저펄스의 커팅신호를 송출한 후, 상기 제2 가공경로에 대한 상기 제2 레이저펄스의 커팅신호를 송출할 때까지의 경과시간은 변화시키지 않는 레이저가공장치.
제 1 항에 있어서,
상기 레이저광원은, 출력하는 1개의 원초레이저펄스 내에서 시간의 경과와 함께 광강도가 저하되는 특성을 갖고,
상기 음향광학편향기는, 상기 제1 가공경로에 대한 회절효율과, 상기 제2 가공경로에 대한 회절효율을 독립적으로 조정하는 기능을 갖고 있으며, 상기 제1 가공경로에 대한 회절효율이 상기 제2 가공경로에 대한 회절효율보다 낮아지도록 조정되어 있는 레이저가공장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 제어장치는, 상기 순서의 반복 중에 있어서, 상기 레이저광원에 대한 발진개시의 지령의 송출부터, 발진정지의 지령의 송출까지의 경과시간이 불변인 레이저가공장치.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제어장치는,
상기 레이저광원의 펄스의 반복주기의 하한값과 상한값을 기억하고 있고,
상기 제1 빔편향기 및 상기 제2 빔편향기의 동작완료시점에서, 상기 레이저광원에 대한 발진개시의 지령의 송출시점으로부터의 경과시간이 상기 하한값보다 짧을 때, 상기 하한값에 상당하는 시간이 경과할 때까지, 상기 레이저광원에 대한 발진개시의 지령의 송출을 대기하며,
상기 제1 빔편향기 및 상기 제2 빔편향기의 동작완료까지, 상기 레이저광원에 대한 발진개시의 지령의 송출로부터의 경과시간이 상기 상한값에 달했을 때, 상기 레이저광원에 발진개시의 지령을 송출함과 함께, 출력된 원초레이저펄스를 상기 댐퍼경로로 전환하도록 상기 음향광학편향기를 제어하는 레이저가공장치.
제 4 항에 있어서,
반복주기의 상기 하한값과 상기 상한값이 동일한 레이저가공장치.