TWI579090B - Laser processing device and laser processing method - Google Patents

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Yusuke Takegawa
Tatsuya NISHIBE
Hidenori Tateishi
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Description

雷射加工裝置及雷射加工方法
本發明關於使用雷射光束對如印刷基板之被加工物進行槽加工等之雷射加工裝置及雷射加工方法。
一直以來，已知將脈衝輸出之雷射光束照射於印刷基板、且使印刷基板移動於與雷射光束的光軸正交之方向，構成為可進行槽加工之雷射加工裝置。
在上述雷射加工裝置，沿著加工線並移動印刷基板之情況，在加工開始時產生加速，在加工結束時產生減速。且，在使直線彎曲之折曲部、曲率較大的曲線部，移動方向會較大地變化，因此與直線部、曲率較小的曲線部相比，有減速之必要。
然而，在此等加減速區域，雷射脈衝的間距不固定，因雷射脈衝之熱過多，槽的寬度及深度不均，而有加工品質惡化之問題。
作為解決上述問題的技術，例如在專利文獻1、2、3及4所揭示，檢測被加工物的移動速度等，按照檢測到之移動速度等控制雷射脈衝的輸出時序之技術。
[先行技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1]日本專利第3854822號公報
[專利文獻2]日本特開2003-53563號公報
[專利文獻3]日本特開2010-184289號公報
[專利文獻4]日本特開2012-130959號公報
然而，此等之習知技術，在加減速區域均會使雷射振盪器的頻率變化，因此，依然有在雷射振盪器產生能量變動而使光束徑變化、槽寬度、槽深度改變等加工品質惡化之缺點。
另一方面，為了使能量變動變小，亦考慮連續地輸出雷射並由此取出雷射脈衝之方法，但若為此方式，有難以獲得高能量之雷射脈衝、無法對被加工物進行必要之加工、必須具備大容量之雷射振盪器之缺點。
因此，本發明之目的為提供即便不具備大容量的雷射振盪器，在雷射加工之加減速區域，不使雷射脈衝的間距與徑變化，可謀求加工品質之提升的雷射加工裝置及雷射加工方法。
為了解決上述課題，在請求項1所記載之雷射加工裝置的特徵為包含：雷射脈衝振盪手段，振盪固定週期的雷射脈衝列；光指向手段，接收由該雷射脈衝振盪手段輸出之雷射脈衝列並使該雷射脈衝列中的雷射脈衝選擇性地指向用於加工的方向；光學系，接收來自該光指向手段的雷射脈衝並照射至被加工物；驅動手段，驅動載置上述被加工物之載台；既定移動量檢測手段，週期性地檢測上述載台的既定量之移動；控制手段， 當該既定移動量檢測手段檢測到既定之移動量時，對上述光指向手段進行控制使由上述雷射脈衝振盪手段輸出之雷射脈衝列中的雷射脈衝指向上述加工方向。
且，在請求項1所記載之雷射加工裝置，在請求項2所記載之雷射加工裝置的特徵為，上述控制手段將上述光指向手段控制為避開由上述雷射脈衝振盪手段所輸出之雷射脈衝的過度期部，並使其指向上述加工方向。
且，如在請求項1或2的任一項所記載之雷射加工裝置，在請求項3所記載之雷射加工裝置的特徵為，上述既定移動量檢測手段檢測2維方向之移動量的合成值。
且，在請求項4所記載之雷射加工方法為，將雷射光束照射至被加工物而對被加工物進行加工，以振盪固定週期的雷射脈衝列，當檢測到載置上述被加工物之載台已移動既定量時，使上述雷射脈衝列中的雷射脈衝選擇性地指向用於加工的方向為特徵。
且，如在請求項4所記載之雷射加工方法，在請求項5所記載之雷射加工方法的特徵為，在使上述雷射脈衝列的雷射脈衝指向上述加工方向之情況，避開該雷射脈衝的過渡期部並使其指向。
且，如在請求項4或5的任一項所記載之雷射加工方法，在請求項6所記載之雷射加工方法，以上述載台的移動檢測是依據2維方向之移動量的合成值為特徵。
根據本發明，可獲得如下雷射加工裝置及雷射加工方法：因 使用振盪固定週期的雷射脈衝之雷射脈衝振盪手段，故即便不具備大容量的雷射振盪器，亦能獲得高能量、且不易起能量變動的雷射脈衝，在雷射加工的加減速區域，雷射脈衝的間距與徑不會變化，貫徹加工區域整體獲得一樣的加工品質。
1‧‧‧雷射振盪器
2‧‧‧雷射振盪控制部
3‧‧‧雷射脈衝振盪手段
4‧‧‧聲光調變器(AOM)
5‧‧‧AOM控制部
6‧‧‧光學系
7‧‧‧被加工物
8‧‧‧載台
9‧‧‧載台驅動部
10‧‧‧X軸標尺
11‧‧‧Y軸標尺
12‧‧‧既定移動量檢測部
S1‧‧‧雷射振盪指令訊號
S2‧‧‧AOM控制訊號
S3‧‧‧既定移動量檢測訊號
L1、L2‧‧‧雷射脈衝
圖1為作為本發明之一實施例的雷射加工裝置之方塊圖。
圖2為在圖1所示之雷射加工裝置的各部之訊號等的時序圖。
圖3為在圖1之既定移動量檢測部的構成圖。
圖4為在圖1之AOM控制訊號輸出電路的構成圖。
圖5為用於說明本發明之效果的圖。
[實施例]
針對本發明之一實施例進行說明。圖1為作為本發明之一實施例之雷射加工裝置的方塊圖，圖2為在圖1所示之雷射加工裝置的各部之訊號等的時序圖。
在圖1，1為產生雷射脈衝L1之雷射振盪器，2為向雷射振盪器1輸出固定週期的雷射振盪指令訊號S1的雷射振盪控制部。雷射振盪器1僅於已由雷射振盪控制部2給予雷射振盪指令訊號S1時，輸出雷射脈衝L1，且藉由該兩者構成產生固定週期的雷射脈衝列之雷射脈衝振盪手段3。雷射振盪器1，雷射振盪指令訊號S1的上升時、下降時之雷射脈衝L1具有曲線狀變化的特性。4為可選擇性地就各別雷射脈衝進行由雷射振盪器 1輸出之雷射脈衝L1之分歧方向的控制之聲光調變器(acousto optic modulator，以下略稱為AOM)，5為向AOM4輸出AOM控制訊號S2並控制其動作的AOM控制部，6為將由AOM4分歧的雷射脈衝L2照射至被加工物的光學系。
AOM4為AOM控制訊號S2被給予時，使來自雷射振盪器1的雷射脈衝L1分歧於成為加工方向之光學系6(ON狀態)，另一方面，當AOM控制訊號S2未被給予時，使來自雷射振盪器1的雷射脈衝L1分歧於不朝向光學系6、未圖示之阻尼器(damper)方向(OFF狀態)。
7為如印刷基板之被加工物，8為載置被加工物7的載台，9為將載台8向X方向及Y方向驅動之載台驅動部，10為每當載台8向X方向移動既定量時，輸出脈衝的X軸標尺(scale)，11為每當載台8向Y方向移動既定量時，輸出脈衝的Y軸標尺。12為週期性地檢測載台8的既定量之移動的既定移動量檢測部，每當移動既定量時將既定移動量檢測訊號S3輸出至AOM控制部5。
圖3為上述既定移動量檢測部12的構成圖。既定移動量檢測部12包含：X軸移動方向檢測電路13，藉由來自X軸標尺10的脈衝偵測移動方向；Y軸移動方向檢測電路14，藉由來自Y軸標尺11的脈衝偵測移動方向；計數器15~18，其分別對X軸的正、負、Y軸的正、負方向脈衝進行計數。
既定移動量檢測部12進而包含：合成計數量運算電路19，以計數器15~18的計數值為基礎藉由以下式子求出X軸與Y軸的合成計數量Z；特定值檢測電路20，將此合成計數量Z設為既定值、例如在本實施 例為5，當達到此既定值時輸出既定移動量檢測訊號S3。在此，Xup為計數器15的值，Xdn為計數器16的值，Yup為計數器17的值，Ydn為計數器18的值。
(數1)Z=((Xup-Xdn)2+(Yup-Ydn)2)1/2
在AOM控制部5輸入來自雷射振盪控制部2的固定週期的雷射振盪指令訊號S1，當既定移動量檢測部12輸出既定移動量檢測訊號S3時，對AOM4輸出用以使來自雷射振盪器1的雷射脈衝L1分歧於光學系6(ON狀態)之AOM控制訊號S2。
圖4為上述AOM控制部5的構成圖。若由雷射振盪控制部2輸入雷射振盪指令訊號S1，則藉由延遲電路21將該雷射振盪指令訊號S1延遲時間t，並藉由及(AND)電路22與來自既定移動量檢測部12的既定移動量檢測訊號S3進行及運算(AND operation)。
及電路22的輸出訊號觸發(trigger)產生既定時間之脈衝的單發(one shot)電路23，其輸出訊號成為AOM控制訊號S2。單發電路23之輸出訊號的下降為藉由下降檢測電路24檢測，且成為往既定移動量檢測部12的控制訊號S4，重置計數器15~18的計數值。若計數器15~18的計數值被重置，則在合成計數量運算電路19之合成計數量Z變為零。
在此，單發電路23的脈衝寬度為TA，若將雷射振盪指令訊號S1的脈衝寬度設為TB，則設定為滿足TBt+TA。以固定週期振盪雷射脈衝之情況，其上升、下降部分的過渡期部在各週期未必始終穩定，因此，若如上述設定，則由AOM4輸出的雷射脈衝L2成為除去由雷射振盪器1輸 出的雷射脈衝L1的不穩定區域之上升、下降部分後所得者。
根據上述實施形態，將不易起能量變動之固定週期的雷射脈衝，透過AOM4就載台8之既定移動量且選擇性地給予被加工物7，因此，如圖5所示，在雷射加工的加速區域A、減速區域C，成為與定速區域B的雷射脈衝相同之間距P與徑D，此等貫徹加工區域整體成為固定，因此可謀求加工品質之提升。
且根據上述實施形態，以雷射脈衝的不穩定區域之上升、下降部分不使用於加工的方式避免，因此能更進一步地謀求加工品質之提升。
此外，在上述實施形態，藉由以AOM進行由雷射振盪器1輸出的雷射脈衝L1之分歧，使雷射脈衝L1指向加工方向，但不限於此，只要是能藉由電訊號控制雷射脈衝之指向方向，使用其他手段亦可。
且，在上述實施形態，既定移動量檢測部12以來自X軸標尺10、Y軸標尺11的脈衝為基礎檢測移動量，但藉由設置檢測X軸方向、Y軸方向之移動速度的手段，檢測移動時間並運算移動量，檢測X軸方向、Y軸方向之移動量的方法亦可。
1‧‧‧雷射振盪器
2‧‧‧雷射振盪控制部
3‧‧‧雷射脈衝振盪手段
4‧‧‧聲光調變器(AOM)
5‧‧‧AOM控制部
6‧‧‧光學系
7‧‧‧被加工物
8‧‧‧載台
9‧‧‧載台驅動部
10‧‧‧X軸標尺
11‧‧‧Y軸標尺
12‧‧‧既定移動量檢測部
L1、L2‧‧‧雷射脈衝
S1‧‧‧雷射振盪指令訊號
S2‧‧‧AOM控制訊號
S3‧‧‧既定移動量檢測訊號
S4‧‧‧控制訊號

Claims (6)

  1. 一種雷射加工裝置，其特徵為包含：雷射脈衝振盪手段，振盪固定週期的雷射脈衝；光指向手段，可就每個上述雷射脈衝，使其指向用於被加工物之加工的加工方向或不用於被加工物之加工的非加工方向的一方；光學系，接收在該光指向手段中指向上述加工方向的雷射脈衝並照射至被加工物；驅動手段，驅動載置上述被加工物之載台；既定移動量檢測手段，週期性地檢測上述載台的既定量之移動；以及控制手段，以在該既定移動量檢測手段檢測到既定之移動量之時點，使從上述雷射脈衝振盪手段輸出之雷射脈衝指向上述加工方向，在該既定移動量檢測手段不檢測既定之移動量的期間，使從上述雷射脈衝振盪手段輸出之雷射脈衝指向上述非加工方向的方式，控制上述光指向手段。
  2. 如申請專利範圍第1項之雷射加工裝置，其中，上述控制手段在上述光指向手段使雷射脈衝指向上述加工方向的情形時，以避開該雷射脈衝之過渡期部使其指向之方式進行控制。
  3. 如申請專利範圍第1或2項之雷射加工裝置，其中，上述既定移動量檢測手段檢測2維方向之移動量的合成值。
  4. 一種雷射加工方法，將雷射脈衝照射至被加工物並對被加工物進行加工，其特徵為：可就每個從振盪固定週期之雷射脈衝的雷射脈衝振盪手段輸出之雷射脈衝，使其指向用於被加工物之加工的加工方向或不用於被加工物之加工的非加工方向的一方，並在檢測到載置上述被加工物之載台已移動既定量之時點，使從上述雷射脈衝振盪手段發出之雷射脈衝指向用於上述加工之方向，在不檢測載置上述被加工物之載台已移動既定量的期 間，使從上述雷射脈衝振盪手段發出之雷射脈衝指向上述非加工方向。
  5. 如申請專利範圍第4項之雷射加工方法，其中，在使上述雷射脈衝指向上述加工方向的情形時，避開該雷射脈衝的過渡期部使其指向。
  6. 如申請專利範圍第4或5項之雷射加工方法，其中，上述載台的移動檢測是根據2維方向之移動量的合成值。
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