TW200422131A - Laser processing device - Google Patents

Description

200422131 玖、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明’係關於使用雷射光來進行孔加工或切斷之雷 射加工裝置，特別係關於將從雷射光源射出之雷射光分為 光路不同之複數個分光後，射入於丨個加工透鏡而分別聚 光’俾將工件上之不同位置同時加工的雷射加工裝置。 【先前技術】 例如，在曰本專利特開平11-58〇55號公報，揭示·· 將從雷射光源射出之雷射光分為光路不同之複數個分光， 错由依各分光準備之2維掃描光學系統與加工透鏡將分光 分別聚光，然後在載置於χγ台上之印刷電路基板的不同 位置進行孔加工。 在此情形，因光學上能掃描之區域有限，故首先以共 同之XY 口將印刷電路基板定位，藉由光學掃描加工某限 疋之區域，然後將XY台移動而加工下一個區域，重覆上 述動作至加工結束為止。 但是，若使用此技術，則需要將高價之加工透鏡設成 與分光相同數目。又，因能掃描之區域受到限制，故需要 以藉由複數個分光能同時開孔之方式來分配加工區域。並 且’依加工模型有些加工區域之分配困難。 ^ ^在專利文獻1或專利文獻2，係使2個掃描光 予系統對應1個加工透鏡來提高加工速度。在此情形，因 不而要加工區域之分配，故能提高作業性。 (專利文獻1) 200422131 特開平11-314188號公報 (專利文獻2) 特開2000 - 1 90087號公報 【發明内容】 然而’因不能將2個光學掃描機構對加工透鏡配置於 最適當位置，故會有加工光束對印刷電路基板之表面從垂 直偏離相當之角度射入，造成所加工之孔之軸線傾斜的問 遞。再者’使至少3個光束射入於1個加工透鏡，俾更提 南加工速度並且謀求裝置之低價格化的方法，則沒有言及 〇 本發明之目的，在於解決上述習知技術之問題，藉由 使至少3個分光射入於1個加工透鏡，以提供能高速加工 、且加工品質優異（加工孔之形狀、大小、精度及真直度） 的雷射加工裝置。 為了要達成上述目的，本發明的雷射加工裝置，係具 備：分光機構、偏向機構、光束合成機構、及加工透鏡； 藉由分光機構將雷射光分為不同光路之複數個分光，藉由 該光束合成機構使該分光之光路大致成同一方向而射入於 1個加工透鏡，其特徵在於·· 該光束合成機構係具備：全反射/透過型之光束合成機 構與偏光型之光束合成機構； 藉由該全反射/透過型之光束合成機構使2個分光之光 路大致成同-方向後，藉由該偏光型之光束合成機構使該 2個分光與其他分光之光路大致成同一方向。 200422131 【實施方式】 以下，依圖示之實施形態說明本發明。 圖1係本發明之實施形態之雷射加工機的構成圖，圖 2係本發明之實施形態之全反射/透過型之光束合成機構的 構成圖。 首先，說明全反射/透過型之光束合成機構。又，在本 貝施形悲’採用3個構造相同的全反射/透過型之光束合 成機構。 如圖2所示，全反射/透過型之光束合成機構 31 (3la〜31c)，係具備三角稜鏡81與三角稜鏡82。三角稜 鏡81與三角稜鏡82，係以隔一定之距離使斜面與斜面 84相對向之方式配置。在使光通過之斜面83、84及面85 、8 6施以反射防止塗層。 如圖2所不’入射光L1 (從面85射入，對斜面83之 入射角比由三角稜鏡之折射率決定之臨界角大）在斜面 83反射，而成為反射以"肖圖2之下方前進。又，入射 光L2(從面85射入，對斜面83之入射角比臨界角 '小） 透過斜面83、84及面86,而成為透過光L2i直進。 另-方面，與透過光L21光路相反而從面㈣入之光 ，則透過三角稜鏡81與三角稜锫 牙文鏡82逆進入射光L2之光路 ，與反射光L11光路相反而從 疋面87射入之光，則在斜面 83反射後逆進入射光li之光路。 ’ It由施加於斜面8 3 、84之反射塗層，透過斜面 丄处曰 由83、84之光能量則與全反射 之光旎夏大致相等。 200422131

31，能使從一 其次’依圖1， 呈直角之二方向射出，亦能使從大致 之光向一方向射出。以下，藉由光束 •向射入之光向大致直角之二方向射出 別型使用」，從大致直角之二方向射 ^情形，稱為「以合成型使用」。 說明本發明之雷射加工機的構成要件 Α0Μ」）3 、 配置·· 1 / 2波長板2、音響 、4、1/2波長板61、光

在雷射振盪器1之光路上， 光學偏向器（以下，稱為「A0M 束合成機構31 a、31 b、及加工光學系統6、8。 …雷射振盪器1係使偏光面（電場向量之振動方向）與紙 面平行的直線偏光脈衝振盪。1/2波長板2、61，係將射入 之雷射光之偏光面旋轉90度，使射出之雷射光之偏光面 分別對紙面垂直、平行。 A0M3 ’當開（on)之情形，使具有垂直於紙面之偏光面 的入射光束在紙面内以微小之角度往上方偏向，當關（〇FF) 之情形，使入射光束透過。A0M4，當開之情形，使具有垂 直於紙面之偏光面的入射光束在紙面内以微小之角度往下 方偏向，當關之情形，使入射光束透過。 光束合成機構31a係以選別型使用，當A0M3與A0M4 關之情形使入射光束透過而導至光束合成機構3丨b，當 A0M3關且A0M4開之情形使入射光束反射後，再透過鏡7 導至後述之加工光學系統8。 200422131 光束合成機構31 b係以選別型使用，如圖1所示對光 束合成機構31a設置成相反之位置關係。並且，當A0M3與 A0M4關之情形使入射光束透過，當a〇M3開且A0M4關之情 形使入射光束反射後，再透過反射鏡1〇2將入射光束導至 加工光學系統6。 其次，說明加工光學系統6。 在反射鏡1 02所反射之雷射光之光路上配置：開口 1 j 、分光機構（以下稱為「BS」）12、BS13、1/2波長板62、 反射鏡33、反射鏡35、反射鏡34、透鏡36、反射鏡38、 透鏡37、虛擬元件39、偏光光束分束器32、1/4波長板 40、反射鏡42、反射鏡41、加工透鏡45、加工對象46。 在BS12之反射側配置：反射鏡15、反射鏡14、透鏡 18、透鏡19、光束合成機構31c。 在BS13之反射側配置··反射鏡25、反射鏡24、透鏡 28、反射鏡30、透鏡29。 開口 11係用來將雷射光之外徑整形為適合加工之大小 。BS12將入射光束以1 : 2之比例反射/透過。BS13將入射 光束以1 :1之比例反射/透過。因此，BS12之反射光強度 ’與BS1 3之反射光及透過光之強度彼此相等。即，通過開 口 11之雷射光藉由BS12、13分為3個強度相等之光束。 以下，將藉由BS12反射之雷射光稱為「光束a」，藉由 BS13反射之雷射光稱為「光束b」，透過bs 13之雷射光稱 為「光束C」。 配置於光束A之光路上的反射鏡14，係藉由馬達16 10 以紙面内橫方向為輛 係藉由馬ϋ η以紙：任意角度。又’反射鏡15, 藉由反射鏡“、二縱方向為軸而能旋轉任意角度。 51。 馬達16、17 ’而構成2維偏向機構 透鏡18與透鏡】q w “、、點距離相同，隔焦點距離之2 ^ , 0 于糸、、先53。中繼光學系統53，係分 別以使透鏡18之外側之隹赴4 $仏 “、、點和連結反射鏡U與反射鏡15 之先路的大致中心一致、 ^ ^ 逯鏡19之外側之焦點和連結反 射鏡41與反射鏡之光路& + 尤路的大致中心一致之方式定位。 7果，2維偏向機構51藉由中繼光學系統^而成像於2 、准偏向機構56之位置（加工透鏡45之前焦點位置附近）。 光束合成機構31c，係以合成型使用，以使從圖1之 左方射入之光Μ透過’使從圖i之下方射入之光束6向 圖1之右方反射之方式定位。 配置於光束B之光路上的反射鏡25，係藉由馬達27 以紙面内縱方向為軸而能旋轉任意角度，反射鏡24係藉 由馬達26以紙面内橫方向為軸而能旋轉任意角度。藉由 鏡25、24及馬達26、27，而構成2維偏向機構52。 透鏡28與透鏡29之焦點距離係相同，隔焦點距離之 2倍設置’而構成中繼光學系統54。中繼光學系統54，係 分別以使透鏡28之外側之焦點和連結反射鏡24與反射鏡 25之光路的大致中心一致、透鏡29之外側之焦點和連結 反射鏡41與反射鏡42之光路的大致中心一致之方式定位 。其結果，2維偏向機構52藉由中繼光學系統54而成像 200422131 於2維偏向機構56之位置（即加工透鏡45之前焦點位置附 近）〇 配置於光束C之光路上的透鏡36與透鏡37之焦點距 離係相同，透過反射鏡38隔焦點距離之2倍設置，而構成 中繼光學系統55。虛擬元件39，係與光束合成機構31c相 同材質且形成同一形狀。又，中繼光學系統55與虛擬元 件39，係以使從光束C之開口 n至後述之加工透鏡45的 光學距離與光束A、B的光學距離相等為主要目的而設置

偏光光束分束器32，係使從圖丨下方射入的光束c(具 有與紙面平行之雷射光）透過，使從圖丨之左方入 束A、B(具有與紙面垂直之偏光面之雷射光）反射。 1/4波長板40,係將直線偏光轉換為圓偏光。 反射鏡4卜係藉由馬達43…氏面内橫方向為轴而能 旋轉任意角度，反射鏡42藉由馬達44以紙面内縱方向為 軸能旋轉任意角度。藉由反射鏡4卜42及馬達43、44， 而構成2維偏向機構56。 加

對象46，係載置於χγ台47。 又加工光學系統8雖未將構成要件圖示，但是將病 加工光學系統6相同之構成要件與加卫光學系統6 ^ 要件成對稱配置。 其次’說明光學系統6之動作。 ,…光束A受到2維偏向機構51之2維偏向後，透 光學糸統5 3射入於光|人赤她搂q〗 初八瓦尤采口成機構31C，再透過光束合成機 12 200422131 構31 c後，而射入於偏光光束分束器32。 又，光束B，受到2維偏向機構52之2維偏向後，透 過中繼光學系統54射入於光束合成機構31c，再藉由光束 合成機構31 c反射後，而射入於偏光光束分束器3 2。 即’若藉由2維偏向機構51適當設定光束A之偏向量 ’則光束A會透過光束合成機構31c;若藉由反射鏡30之 角度及2維偏向機構52適當設定光束b之偏向量，則光束 B會全反射。其結果，能使光束a與光束B之光路合成大 致相同方向（合成）。 另一方面，光束C，透過1/2波長板62、反射鏡33、 反射鏡35、反射鏡34、透鏡36、反射鏡38、透鏡37、虛 擬元件39而射入於偏光光束分束器32。 光束A之振動面藉由2維偏向機構51(反射鏡15與反 射鏡14)、光束B之振動面藉由2維偏向機構52 (鏡25與 鏡24)、以及光束C之振動面藉由反射鏡35與反射鏡34， 分別偏向時旋轉90度。因此，光束A與光束B藉由偏光光 束分束盗32反射’而光束c則透過偏光光束分束器32。 其結果，能使光束A、光束B與光束C之光路合成大致同 一方向（合成）。 將此等光束以1 /4波長板40轉換圓偏光後，因以2維 偏向機構5 6偏向’然後射入於加工透鏡4 $，故能將加工 對象物之所要的3處同時加工。 在此，從光束合成機構31 c之動作原理，光束a與光 束B之進行方向係不會一致。另一方面，光束。之進行方 13 200422131 向則能與光束A或光束B之進行方向一致。因此，如圖3 所示，能設定使光束A或光束B之加工區域91、92及光束 C之加工區域93重疊。 在本實施形態’因將2維偏向機構51、5 2之像，藉由 中繼光學系統53、54而成像於加工透鏡45之前焦點附近 ’故能使光束A與光束B大致垂直射入於加工對象46。因 此，能提高之真直度及形狀精度。

又，因利用入射角與偏光之差異來合成分光，故不會 產生分光之能量損失。 又，因將射入於加工透鏡45之光設成圓偏光，故就算 加工對象46之加工性取決於偏光方向之情形，亦能提高 所加工之孔之真圓度。

又，因設置中繼光學系統55與虛擬元件39，故光束 、B與光束C之能量大致相等，而使加工品質均勻。 …再者，因設置_3、4及光束合成機構Wam， 能藉此等將從雷射振盪器】輸出之雷射光加以時分判而 ::至加工光學系統6、Η’例如要在加工對…; η:光學系統6進行開孔加工，並且在此期f 统：σ學糸統8之加工位置定位。然後與加工光學〗

心=工結束同時，將雷射光供應至加工光學系統8 J 幻開始加工。然後，以 光學系統6之加工位置定位域8加工期間進行加」 ^ ^ , 置疋位1由交互重覆該動作，能# 刀先之加工位置定位時間抑制在最小限度。 又，在本實施形態，雖使光束Α之加工區域91與光身 14 200422131 C之加工區域93重疊，但是依加工模型，如圖4所示，藉 由以光束A與光束B之加工區域91、92及光束C之加工區 域9 3不重疊之方式設定，亦能使加工速度加快。 又，雖將反射鏡34、35固定，但若使各反射鏡藉由馬 達旋轉而構成2維掃描，如圖5所示，亦能使光束a與光 束B之加工區域91、92及光束C之加工區域93重疊。夢 此，因能擴大重疊區域，故對各種加工模型能高速加工。 再者，各光束之加工區域之配置，可藉由全反射/透過 型光束合成機構31或偏光光束分束器3 2之特性及加工模 型作各種組合。 又’雖將開口 11之通過光使用BS12、13而分為3個 分光’但替代BS12、13能使用繞射光學元件（hoe等）。 又’替代1/2波長板2、61、62，能使用法拉第 (Faraday )元件或水晶旋光子等之旋光子（使偏光面旋轉之 元件）。 又，若在加工透鏡45之加工區域内開1個或2個孔之 情形，例如，能藉由將2維偏向機構51、52之反射鏡加以 較大旋轉，使光不供應至由此以後之光學系統來對應。 再者，依本發明’因利用入射角之全反射/透過特性， 即使具有相同之偏光面之光亦能大致重疊，故再將光束C2 分光，將所分光之光束分別作2維微掃描後，藉由偏光光 束为束器32’亦犯與光束A、光束B重疊，藉此，因能將 4光束大致重疊而射入於加工透鏡，故能同時加工4點。 如以上所述，依本發明，因能使至少3束之雷射光射 15 200422131 入於1個加工透鏡，故能提高加工效率。又，因藉由中繼 光學系統能使雷射光垂直射入於工件，故可提高加工精度

明 說 單 簡 式 圖 rL (一） 圖式部分 圖1係本發明之雷射加工機的構成圖。 圖2係本發明之全反射/透過型之光束合成機構的構成 圖3係本發明之加工區域的配置例。 圖4係本發明之加工區域的另一配置例。 圖5係本發明之加工區域的另一配置例。 (二） 元件代表符號 31c 全反射/透過型之光束合成機構 32 偏光型之光束合成機構 45 加工透鏡 81、82三角稜鏡 A 光束（分光） B 光束（分光） C 光束（分光）

16

Claims (1)

1. 200422131 拾、申請專利範圍·· 1. 一種雷射加工裝置，係具備：分光機構、偏向機構 、光束合成機構、及加工透鏡；藉由分光機構將雷射光分 為不同光路之複數個分光，藉由該光束合成機構使該分光 之光路大致成同一方向而射入於1個加工透鏡，其特徵在 於： 遠光束合成機構係具備：全反射/透過型之光束合成機 構與偏光型之光束合成機構； 藉由該全反射/透過型之光束合成機構使2個分光之光 路大致成同一方向後，藉由該偏光型之光束合成機構使該 2個分光與其他分光之光路大致成同一方向。 2·如申請專利範圍第丨項之雷射加工裝置，其中，該 2個分光係分別藉由2維偏向機構偏向後，藉由該全反射/ 透過型之光束合成機構使光路大致成同一方向，並且使兮 偏光型之光束合成機構之出射光進行2維偏向。 3·如申請專利範圍第2項之雷射加工裝置，其係在配 置於該偏光型之光束合成機構之入射側的2維偏二: 配置於射出側的2維偏向機構之間，配置中繼光學系统：、 拾壹、圖式·· 如次頁 17