TWI689366B - 雷射開孔加工條件之設定方法及雷射加工機 - Google Patents

雷射開孔加工條件之設定方法及雷射加工機 Download PDF

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Abstract

本發明之目的在於提供減少需要經驗與熟練度之參數變更、無需卸下基板即能確認孔形狀、且不必手動輸入最佳條件之各參數之雷射開孔加工條件之設定方法及雷射加工機。

至少於前述加工區域之中心部、四角部之5處設測試區域，於各測試區域加工加工條件相異之16個以上之孔之組，將各測試區域之以相同之加工條件形成之孔之孔徑、孔形狀、孔位置與以其他加工條件形成之孔之上述參數比較後選定最佳之開孔加工條件。

Description

雷射開孔加工條件之設定方法及雷射加工機
本發明係關於雷射開孔加工之最佳條件之決定方法及設定方法，及具有實行上述方法之裝置之雷射加工機。
近年來，大量使用於智慧型手機等電子機器之印刷基板之層間連接之密度、電流負荷增大，因此，不僅是形成於印刷基板之孔(via)之位置精度，連孔徑、孔之真圓度等對於孔形狀精度亦必須提升。亦即，孔雖在之後之步驟被以電鍍等填滿銅等金屬，但若其孔徑不固定則電流容量亦會不均，此外若真圓度差則電鍍等之效果會變差。
圖9係顯示一直以來被使用之雷射開孔加工機之基本之光學系統。從雷射振盪器1輸出之雷射光2被以光束整形單元30形成為高帽形之能量空間分布，被以準直器3將直徑擴大或縮小，並以光圈4整形為適於加工之直徑。經整形後之雷射光被以轉角鏡5、加工頭Z內之鏡14、被未圖示之兩個馬達分別旋轉驅動之第1與第2之2個檢流鏡15a、15b偏向後射入fθ 透鏡16，藉由檢流鏡15a(X方向偏向用)、檢流鏡15b(Y方向偏向用)而被定位，從fθ透鏡16垂直射入基板17之加工面之既定位置。加工是對對應於fθ透鏡16之M個加工區域100分別進行，藉由省略圖示之XY台如圖中之1001、1002…100L般移動加工區域。
如上述之雷射開孔加工方法中，一般雖是將以作為高速光束掃描器之檢流鏡15a、15b加工之加工區域100取的較大(50×50mm2以上)，但在此場合會變得必須使用fθ透鏡16等聚光透鏡之外緣部附近。然而，聚光透鏡之外緣部附近有因歪曲像差等而有容易發生位置偏移或孔形狀之變形等問題。對於此問題，以往，已知重視孔位置之精度並揭示於例如專利文獻1之孔位置之補正方法。甚至，目前孔位置之補正已可自動進行，故孔位置精度較少成為問題。
然而，如上所述，最近針對孔形狀之精度提升日趨必要，此點雖只要將由雷射光束之光束徑、脈衝高度、脈衝寬度等構成之雷射開孔加工條件最佳化即可達成，但問題是此最佳條件會在數月至數週間超出容許值。
使用圖10與圖11說明關於以往之雷射開孔加工之最佳條件之決定與設定方法。圖10係以往之雷射加工條件之設定方法之流程圖。圖11係顯示以往方法之對測試區域之分割與測試孔之排列之示意圖。將加工區域100分割為測試區域200(在圖中是11×11=121個)，對各該測試區域200先以一個條件(Ta)對基板17(測試用)加工出測試孔210(步驟300)。在此，記 載於各測試區域200之號碼是測試區域之號碼。另外，亦有不由作業者對所有測試區域200加工出測試孔210，而僅於主要位置(中心部、四角落部、四邊之中央部之9處)加工出測試孔210之情形。這是因為根據至今為止之經驗，已經知道只要確認此9處即可確認孔形狀之精度。但是，與對全測試區域200加工出測試孔210之情形相比，評價時間差異不大。接著，將測試基板17從加工機卸下(步驟301)。以顯微鏡測定、確認孔之形狀(步驟302)。當在步驟S303判斷孔形狀為不良時，即變更開孔加工條件(參數)(步驟304)。返回步驟S300後重複將開孔加工條件之組變更為Tb、Tc，直到在步驟S303被判斷為孔形狀良好。在步驟S303被判斷為孔形狀良好時，則是將當時之開孔加工條件之各參數由作業者手動輸入。
此方法之第一問題點是步驟S304中參數之變更需要經驗與熟練。為了在看到孔形狀變形後，決定接下來應變更哪一個參數必須要使用者累積經驗且熟練。且加工機可儲存之開孔加工條件之組數通常約為10組，故要在其中找出最佳條件相當困難。第二問題點是為了在步驟S301確認孔形狀會浪費卸下基板之時間與勞力。第三問題點是用來在步驟S305將發現之最佳條件之各參數手動輸入時間之浪費與誤輸入。
【先前技術文獻】
【專利文獻】
【專利文獻1】日本特開2000-071087號公報
本發明之目的在於提供減少需要經驗與熟練度之參數變更、無需卸下基板即能確認孔形狀、且不必手動輸入最佳條件之各參數之雷射開孔加工條件之設定方法及雷射加工機。
為了解決上述問題，基於本發明之具代表性之雷射開孔加工條件之設定方法中，一種以掃描器使從雷射振盪器射出之雷射光束偏向，並聚光在以fθ透鏡決定之矩形區域內以對工件進行開孔加工之雷射加工機之雷射開孔加工條件之設定方法，其特徵在於：包含第一步驟，事先於加工程式中準備不同之複數個加工條件，並且將前述區域中之包含中心部之範圍作為一個測試區域而對整體設定複數個測試區域，於複數個前述測試區域之各個，共通地適用已準備之複數個前述加工條件而對前述工件進行開孔且拍攝該孔之影像並儲存於記憶手段；第二步驟，將在該第一步驟開出之前述測試區域中之與前述加工條件之各個對應之孔之影像針對前述測試區域之各個同時顯示。
再者，基於本發明之具代表性之雷射加工機中，一種雷射加工機，其特徵在於：具有掃描器，使從雷射振盪器射出之雷射光束偏向；fθ透鏡，使因該掃描器而偏向之雷射光束聚光在矩形區域內；控制部，為了進行加工動作而控制前述雷射振盪器與前述掃描器之動作，其特徵在於：前述控 制部以進行第一動作，事先於加工程式中準備不同之複數個加工條件，並且將前述區域中之包含中心部之範圍作為一個測試區域而對整體設定複數個測試區域，於複數個前述測試區域之各個，共通地適用已準備之複數個前述加工條件而對工件進行開孔且拍攝該孔之影像並儲存於記憶手段；第二動作，將在該第一動作開出之前述測試區域中之與前述加工條件之各個對應之孔之影像針對前述測試區域之各個同時顯示；之方式進行控制。
藉由以本發明之雷射開孔加工條件之設定方法及雷射加工機來開孔，可減少需要經驗與熟練度之參數變更、不卸下基板即確認孔形狀、且不必手動輸入最佳條件之各參數。
1:雷射振盪器
2:雷射光束
15a:檢流鏡(X方向偏向用)
15b:檢流鏡(Y方向偏向用)
16:fθ透鏡
17:基板
100(1001、1002…100L):加工區域
200:測試區域
210:測試孔
400:NC裝置
401:加工程式
402:影像處理裝置
403:攝影機
404:HDD
405:照明控制器
406:照明
圖1係本發明之雷射加工條件之設定方法之流程圖。
圖2係顯示本發明之對測試區域之分割與測試孔之排列之示意圖。
圖3係適合本發明之雷射加工條件之設定方法之雷射加工機之概略圖。
圖4係於本發明之測試孔加工後拍攝之測試孔排列之影像、將其中一個測試區域之影像擴大者、顯示對應於各測試孔之加工條件號碼之顯示之圖式代用照片。
圖5係顯示本發明之觀察區域之影像之限定方法之圖式代用照片。
圖6係顯示將觀察區域限定為加工區域50×50mm2用時之抽出顯示之圖 式代用照片。
圖7係顯示本發明之對N×M之測試區域時之示意圖。
圖8係顯示本發明之相同加工條件之孔影像一覽顯示之圖式代用照片。
圖9係雷射加工機之光學系統之示意圖。
圖10係以往之雷射加工條件之設定方法之流程圖。
圖11係顯示以往方法之對測試區域之分割與測試孔之排列之示意圖。
以下，說明本發明之雷射開孔加工條件之設定方法之實施形態。
【實施例1】
使用圖1與圖2說明本發明之雷射開孔加工之最佳條件之決定與設定方法。圖1係本發明之雷射加工條件之設定方法之流程圖。圖2係顯示本發明之對測試區域之分割與測試孔之排列之示意圖。將正方形之加工區域100分割為正方形之測試區域200(在圖中係11×11=121個)對該各測試區域200以81組之開孔加工條件之組T1、T2~T81於基板17(測試用)加工出81個測試孔210(步驟310)。在此，本發明係使以往為10個程度之開孔加工條件之組數增加到81個。藉此，即使是經驗少者亦可藉由使條件廣範圍變化而容易找到最佳條件。
圖3係適合本發明之雷射加工條件之設定方法之雷射加工機之概略 圖。在根據NC裝置400儲存之開孔加工條件輸出用之加工程式401之記載，以上述方式進行開孔加工後，根據同樣記載於加工程式401之影像拍攝指令，對影像處理裝置402送出指令。影像處理裝置402透過攝影機403與照明控制器405驅動LED照明406，拍攝形成於基板17上之孔，儲存於NC裝置400中之硬碟(HDD)404(步驟311)。在此，攝影機403係使用以往之對準用者，活用該攝影機403於測試孔加工後，無需如以往般卸下基板17，且不只觀察孔影像亦能加以儲存。
圖4係於本發明之測試孔加工後拍攝之測試孔排列之影像、將其中一個測試區域之影像擴大者、顯示對應於各測試孔之加工條件號碼之顯示之圖式代用照片。測試孔排列之影像中，以對應於各測試區域之方式編有影像號碼。將其中1個測試區域之影像(在圖中係「影像號碼35」)放大者為中央之影像。而於其右方可以對應測試加工孔之方式顯示加工條件組之號碼T1、T2~T81，將對應於各加工條件組之孔針對對應於各測試區域之影像號碼之全部加以量測、確認，在點選對應於孔形狀最良好之孔之加工條件組之號碼後，該條件即自動被讀入實際加工用之加工程式(步驟312)。藉此，不必如以往般在找出最佳條件組後將所有條件參數以手動輸入。
【實施例2】
然而，針對上述圖2之所有影像號碼進行孔之測量、確認，需要時間與勞力。針對此問題，由於從目前為止之經驗已知只要確認中心部、四角部、四邊之中央部之9處即可確保孔形狀之精度，故作成了將中心部、四 角部、四邊之中央部之9處抽出顯示之程式。顯示該抽出之測試區域之狀態者為圖5。此圖中，記載於測試區域之號碼，是以50表示選擇加工區域為50×50mm2之情形，以40表示選擇加工區域為40×40mm2之情形，以30表示選擇加工區域為30×30mm2之情形，以20表示選擇加工區域為20×20mm2之情形，以10表示選擇加工區域為10×10mm2之情形。其抽出者為圖6。本例中，由影像號碼可知係選擇加工區域為50×50mm2之情形。如此一來測試孔之確認數變少，即使以目測亦可進行孔形狀之比較、檢討。
【實施例3】
圖1係正方形之加工區域之例，圖7則是顯示將加工區域設為矩形，分割為N×M之大致正方形之測試區域之情形。此處，由於測試區域200之尺寸就是加工區域100之評價尺寸，故盡可能小到以相同開孔加工條件進行在區域內之加工時沒有孔形狀之變化之程度較理想，另一方面，由於測試孔之數量越多越好，故又需要一定程度以上之尺寸，因此，測試區域200之尺寸為4×4mm2~7×7mm2之程度較理想。因此，加工區域為50×40mm2之情形時，N為7以上13以下，M為5以上11以下較理想。例如，在設N=7、M=5之情形時，測試區域約為7.1×8mm2，雖不是正方形但沒有問題。然而，若測試孔之位置過度變化會不適於加工區域之評價，故盡可能接近正方形較理想。此外，於進行如實施例2之影像抽出時，將N與M設為奇數較理想。
在上述實施例雖係將全加工區域分割為測試區域，但如上所述，當然 亦可僅於加工區域之中心部、四角部、四邊之中央部之9處設適當之尺寸之測試區域，如圖6般加以顯示。
此外，圖6雖係將加工區域之中心部、四角部、四邊之中央部之9處測試區域抽出並加以顯示者，但此抽出，亦可以是將相同開孔加工條件之孔之影像從各測試區域抽出並加以顯示。此時，可目視由開孔加工條件導致之孔形狀之分布。進而，亦可從加工區域之中心部、四角部、四邊之中央部之9處測試區域抽出相同開孔加工條件之孔之影像並加以顯示。藉此可更快地進行該開孔加工條件之好壞之判定。此外，此種以較少測試區域判定之方法，若能自動進行孔形狀之好壞判定，則好壞之判定會更快。
另外，圖6雖係將加工區域之中心部、四角部、四邊之中央部之9處抽出並加以顯示者，但得知即使進一步減少而僅抽出加工區域之中心部、四角部之5處測試區域並加以顯示，亦可決定最佳加工條件。此場合，使例如圖6之顯示為將四邊之中央部之4處變更為空白而僅使顯示加工區域之中心部、四角部之5處即可。此外，亦可僅於加工區域之中心部、四角部之5處設置適當尺寸之測試區域。此外，亦可從加工區域之中心部、四角部之5處測試區域抽出相同開孔加工條件之孔之影像並加以顯示。
【實施例4】
圖8係顯示抽出對應於所有測試區域之相同加工條件之孔影像，並加以一覽顯示者。由於本例係對應於實施例2，故係從11×11=121個之測試區 域顯示對應於相同開孔加工條件之孔之影像。另外，表1係對圖8之孔之影像進行公知影像處理以測定孔形狀，將統計量之計算結果加以顯示者。在此，長徑係表示從孔之邊緣到邊緣之距離中最長之尺寸，短徑係表示垂直於長徑之方向之尺寸，真圓度係其比(=短徑/長徑)。平均係各自之平均值，3σ係標本標準差(不偏分散之正平方根)的3倍。做為孔形狀數值，除此之外，亦可計算並顯示等價圓徑(相同面積之圓之直徑)、費雷特直徑(平行於(裝置)座標軸測定時之Y方向之長度(垂直費雷特直徑)與X方向之長度(水平費雷特直徑))，做為統計量，除此之外，亦可計算並顯示最大值、最小值、中央值、眾數、標本之標準差(標本之分散之正平方根)等基本之統計量。
在此，為使應著眼之統計量(例如3σ)更明確，省略如實施例2般以目視進行之條件選擇，以在各開孔加工條件下之該統計量之計算結果選擇最佳條件。根據此實施例，可將最佳條件以電腦自動選擇。
另外，本實施例之圖8與表1可於上述實施例2或3中，進行如段落0019~段落0023之揭示選擇被認為最佳之開孔加工條件後，將對應於該開孔加工條件之孔之影像抽出並一覽顯示(圖8)，計算基本統計量後顯示(表1)，確認所選擇之開孔加工條件為最佳，亦即可做為實施例2或3之輔助手段。
(表1)
Figure 105100376-A0305-02-0013-1
100‧‧‧加工區域
200‧‧‧測試區域
210‧‧‧測試孔

Claims (8)

  1. 一種以掃描器使從雷射振盪器射出之雷射光束偏向並聚光在以fθ透鏡決定之矩形區域內以對工件進行開孔加工之雷射加工機之雷射開孔加工條件之設定方法，其特徵在於：包含第一步驟，事先於加工程式中準備不同之複數個加工條件，並且將前述區域中之包含中心部之範圍作為一個測試區域而對整體設定複數個測試區域，於複數個前述測試區域之各個，共通地適用已準備之複數個前述加工條件而對前述工件進行開孔且拍攝該孔之影像並儲存於記憶手段；第二步驟，將在該第一步驟開出之前述測試區域中之與前述加工條件之各個對應之孔之影像針對前述測試區域之各個同時顯示。
  2. 一種以掃描器使從雷射振盪器射出之雷射光束偏向並聚光在以fθ透鏡決定之矩形區域內以對工件進行開孔加工之雷射加工機之雷射開孔加工條件之設定方法，其特徵在於：包含第一步驟，事先於加工程式中準備不同之複數個加工條件，並且將前述區域中之包含中心部之範圍作為一個測試區域而對整體設定複數個測試區域，於複數個前述測試區域之各個，共通地適用已準備之複數個前述加工條件而對前述工件進行開孔且拍攝該孔之影像並儲存於記憶手段；第二步驟，將在該第一步驟開出之於複數個前述測試區域之各個之孔中之以相同加工條件開出之孔之影像同時顯示。
  3. 一種以掃描器使從雷射振盪器射出之雷射光束偏向並聚光在以f θ透鏡決定之矩形區域內以對工件進行開孔加工之雷射加工機之雷射開孔加工條件之設定方法，其特徵在於：包含第一步驟，事先於加工程式中準備不同之複數個加工條件，並且將前述區域中之包含中心部之範圍作為一個測試區域而對整體設定複數個測試區域，於複數個前述測試區域之各個，共通地適用已準備之複數個前述加工條件而對前述工件進行開孔且拍攝該孔之影像並儲存於記憶手段；第二步驟，自在該第一步驟開出之孔之影像自動地測定孔之尺寸；第三步驟，針對在前述第一步驟開出之於複數個前述測試區域之各個之孔中之以相同加工條件開出之孔，將在前述第二步驟之尺寸測定結果同時顯示。
  4. 一種以掃描器使從雷射振盪器射出之雷射光束偏向並聚光在以fθ透鏡決定之矩形區域內以對工件進行開孔加工之雷射加工機之雷射開孔加工條件之設定方法，其特徵在於：包含第一步驟，事先於加工程式中準備不同之複數個加工條件，並且將前述區域中之包含中心部之範圍作為一個測試區域而對整體設定複數個測試區域，於複數個前述測試區域之各個，共通地適用已準備之複數個前述加工條件而對前述工件進行開孔且拍攝該孔之影像並儲存於記憶手段；第二步驟，自在該第一步驟開出之孔之影像自動地測定孔之尺寸；第三步驟，基於在前述第二步驟之測定結果，將孔之真圓度自動算出；第四步驟，針對在該第一步驟開出之於複數個前述測試區域之各個之 孔中之以相同加工條件開出之孔，將在前述第三步驟之真圓度算出結果同時顯示。
  5. 一種雷射加工機，具有掃描器，使從雷射振盪器射出之雷射光束偏向；fθ透鏡，使因該掃描器而偏向之雷射光束聚光在矩形區域內；控制部，為了進行加工動作而控制前述雷射振盪器與前述掃描器之動作，其特徵在於：前述控制部以進行第一動作，事先於加工程式中準備不同之複數個加工條件，並且將前述區域中之包含中心部之範圍作為一個測試區域而對整體設定複數個測試區域，於複數個前述測試區域之各個，共通地適用已準備之複數個前述加工條件而對工件進行開孔且拍攝該孔之影像並儲存於記憶手段；第二動作，將在該第一動作開出之前述測試區域中之與前述加工條件之各個對應之孔之影像針對前述測試區域之各個同時顯示；之方式進行控制。
  6. 一種雷射加工機，具有掃描器，使從雷射振盪器射出之雷射光束偏向；fθ透鏡，使因該掃描器而偏向之雷射光束聚光在矩形區域內；控制部，為了進行加工動作而控制前述雷射振盪器與前述掃描器之動作，其特徵在於： 前述控制部以進行第一動作，事先於加工程式中準備不同之複數個加工條件，並且將前述區域中之包含中心部之範圍作為一個測試區域而對整體設定複數個測試區域，於複數個前述測試區域之各個，共通地適用已準備之複數個前述加工條件而對工件進行開孔且拍攝該孔之影像並儲存於記憶手段；第二動作，將在該第一動作開出之於複數個前述測試區域之各個之孔中之以相同加工條件開出之孔之影像同時顯示；之方式進行控制。
  7. 一種雷射加工機，具有掃描器，使從雷射振盪器射出之雷射光束偏向；fθ透鏡，使因該掃描器而偏向之雷射光束聚光在矩形區域內；控制部，為了進行加工動作而控制前述雷射振盪器與前述掃描器之動作，其特徵在於：前述控制部以進行第一動作，事先於加工程式中準備不同之複數個加工條件，並且將前述區域中之包含中心部之範圍作為一個測試區域而對整體設定複數個測試區域，於複數個前述測試區域之各個，共通地適用已準備之複數個前述加工條件而對工件進行開孔且拍攝該孔之影像並儲存於記憶手段；第二動作，自在該第一動作開出之孔之影像自動地測定孔之尺寸；第三動作，針對在前述第一動作開出之於複數個前述測試區域之各個之孔中之以相同加工條件開出之孔，將在前述第二動作之尺寸測定結果同 時顯示；之方式進行控制。
  8. 一種雷射加工機，具有掃描器，使從雷射振盪器射出之雷射光束偏向；fθ透鏡，使因該掃描器而偏向之雷射光束聚光在矩形區域內；控制部，為了進行加工動作而控制前述雷射振盪器與前述掃描器之動作，其特徵在於：前述控制部以進行第一動作，事先於加工程式中準備不同之複數個加工條件，並且將前述區域中之包含中心部之範圍作為一個測試區域而對整體設定複數個測試區域，於複數個前述測試區域之各個，共通地適用已準備之複數個前述加工條件而對工件進行開孔且拍攝該孔之影像並儲存於記憶手段；第二動作，自在該第一動作開出之孔之影像自動地測定孔之尺寸；第三動作，基於在前述第二動作之測定結果，將孔之真圓度自動算出；第四動作，針對在該第一動作開出之於複數個前述測試區域之各個之孔中之以相同加工條件開出之孔，將在前述第三動作之真圓度算出結果同時顯示；之方式進行控制。
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