TWI734373B - 雷射控制裝置及脈衝雷射輸出裝置 - Google Patents

雷射控制裝置及脈衝雷射輸出裝置 Download PDF

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Abstract

本發明提供一種能夠減少雷射脈衝的強度偏差之雷射控制裝置。雷射控制裝置與從雷射振盪器輸出之雷射脈衝的上升時刻同步地，對從輸出自雷射振盪器之雷射脈衝切出一部分之切出光學系統下令開始切出。

Description

雷射控制裝置及脈衝雷射輸出裝置
本發明係關於一種雷射控制裝置及脈衝雷射輸出裝置。
已知有一種使用脈衝雷射束對印刷基板進行鑽孔加工之技術(專利文獻1)。在下述專利文獻1中所揭示之雷射加工裝置中，針對複數個雷射振盪指令，計測從雷射振盪指令時點到雷射脈衝的能量達到既定強度之時點為止的經過時間，以求出其平均值。將聲光調製器控制成如下：在從雷射振盪指令時點起經過了對該平均值追加了恆定時間之時間之後，使雷射脈衝開始向加工中所要使用之方向進行分叉(切出雷射脈衝)。 (先前技術文獻) (專利文獻)
專利文獻1：日本特開2018-99692號公報
(本發明所欲解決之課題)
從對雷射振盪器賦予開始振盪的指令到輸出雷射脈衝(雷射脈衝上升)為止的時間，在每個雷射脈衝中會產生偏差。又，通常，雷射脈衝的強度從雷射脈衝的上升時點起並不恆定，會隨著時間的經過而發生變動。若在從振盪開始的指令時點經過了恆定時間之時點開始雷射脈衝的切出，則致使從雷射脈衝的上升時點到切出開始時點為止的經過時間產生偏差。其結果，致使被切出之雷射脈衝的強度在雷射脈衝之間產生偏差。
本發明的目的在於提供一種能夠減少雷射脈衝的強度偏差之雷射控制裝置及脈衝雷射輸出裝置。 (用以解決課題之手段)
依本發明的一觀點， 提供一種雷射控制裝置，其與從雷射振盪器輸出之雷射脈衝的上升時刻同步地，對從輸出自前述雷射振盪器之雷射脈衝切出一部分之切出光學系統下令開始切出。
依本發明的另一觀點， 提供一種脈衝雷射輸出裝置，其具有： 雷射振盪器，輸出脈衝雷射束； 感測器，檢測從前述雷射振盪器輸出之脈衝雷射束的光強度； 切出光學系統，從輸出自前述雷射振盪器之脈衝雷射束的雷射脈衝切出一部分；及 控制裝置，從前述感測器獲取檢測結果，以檢測雷射脈衝的上升時點，並與雷射脈衝的上升時刻同步地，對前述切出光學系統下令開始切出雷射脈衝。 (發明之效果)
由於與雷射脈衝的上升時刻同步地從雷射脈衝切出一部分，因此能夠減少所切出之雷射脈衝的強度偏差。
參閱圖1及圖2，對基於實施例之脈衝雷射輸出裝置進行說明。 圖1係基於實施例之脈衝雷射輸出裝置的概略圖。基於實施例之脈衝雷射輸出裝置例如使用於印刷基板的鑽孔加工中。
雷射振盪器10依據來自控制裝置40的指令來輸出脈衝雷射束。作為雷射振盪器10，例如使用二氧化碳雷射振盪器等氣體雷射振盪器。從雷射振盪器10輸出之脈衝雷射束藉由分束鏡11分叉為兩個路徑。作為分束鏡11，例如使用部分反射鏡。
藉由分束鏡11而分叉之兩個脈衝雷射束中的一方，經由照射光學系統12、孔徑13而入射於切出光學系統14中，另一方入射於感測器20中。照射光學系統12改變脈衝雷射束的發散角及光束直徑中的至少一方。作為照射光學系統12，例如使用擴束器。孔徑13對脈衝雷射束的光束截面進行整形。
切出光學系統14從所入射之雷射脈衝LP1切出時間軸上的一部分，並產生加工中所要使用之雷射脈衝LP2。在雷射脈衝LP1中，除了雷射脈衝LP2以外的部分入射於射束阻尼器15中，所切出之雷射脈衝LP2沿著加工路徑而傳播。作為切出光學系統14，例如使用聲光調製器(AOM)。
從雷射脈衝LP1切出之雷射脈衝LP2經由折返鏡16、掃描光學系統17及透鏡19入射於加工對象物50中。掃描光學系統17使脈衝雷射束的行進方向在二維方向上擺動。作為掃描光學系統17，例如使用包括一對可動反射鏡18X、18Y之加爾瓦諾掃描儀(Galvo scanner)。透鏡19將藉由掃描光學系統17使行進方向擺動之脈衝雷射束聚光於加工對象物50的表面。作為透鏡19，例如使用fθ透鏡。藉由使掃描光學系統17進行動作，能夠使脈衝雷射束入射於加工對象物50的表面的一部分區域(掃描區域)內的任意的位置。
加工對象物50例如是印刷基板，並且水平地保持於載台30上。移動機構31使載台30在平行於水平面之彼此正交之兩個方向上移動。藉由使載台30移動，能夠將加工對象物50的表面內的任意的區域配置於能夠由掃描光學系統17進行掃描之掃描區域內。
感測器20檢測所入射之脈衝雷射束的光強度，並輸出與光強度對應之電訊號。作為感測器20，例如使用能夠高速響應之光電元件等。從感測器20輸出之電訊號輸入於控制裝置40中。
控制裝置40輸出觸發訊號trg，該觸發訊號trg對雷射振盪器10下令雷射脈衝的輸出開始及輸出結束。此外，控制裝置40輸出切出訊號chp，該切出訊號chp對切出光學系統14下令雷射脈衝LP2的切出開始及切出結束。又，控制裝置40控制掃描光學系統17及移動機構31的動作。
在輸入裝置41中輸入規定雷射輸出條件之各種參數。作為輸入裝置41，例如使用鍵盤、觸控面板、指向裝置、通訊裝置及可移動媒體的讀取裝置等。輸入到輸入裝置41中之各種參數值被輸入於控制裝置40中。
圖2係表示觸發訊號trg、雷射脈衝LP1、切出訊號chp及雷射脈衝LP2的波形之圖表。圖2表示兩個雷射脈衝LP1輸出之期間。
觸發訊號trg的上升相當於雷射脈衝的輸出開始的指令，下降相當於雷射脈衝的輸出停止的指令。切出訊號chp的上升相當於來自雷射脈衝LP1的切出開始的指令，下降相當於來自雷射脈衝LP1的切出結束的指令。
若控制裝置40(圖1)藉由使觸發訊號trg上升而對雷射振盪器10(圖1)下令開始輸出雷射脈衝LP1，則在從觸發訊號trg的上升時點t11僅經過了延遲時間td11之時點t12開始輸出雷射脈衝LP1(雷射脈衝LP1上升)。若控制裝置40藉由使觸發訊號trg下降而下令停止輸出雷射脈衝LP1，則雷射脈衝LP1從觸發訊號trg的下降時點t15下降(雷射脈衝LP1的波形下降)。從觸發訊號trg的上升時點t11到下降時點t15為止的經過時間，預先從輸入裝置41(圖1)被輸入，並儲存於控制裝置40。
雷射脈衝LP1的波形取決於雷射振盪器10(圖1)的特性，在從雷射脈衝LP1的上升時點t12到下降時點t15為止的期間，雷射脈衝LP1的光強度與時間的經過一同發生變動。例如，在雷射脈衝LP1的上升時點t12上波形急劇上升而形成尖峰之後，持續光強度大致恆定的期間，然後，光強度緩慢地降低。又，還有具有如下特性之雷射振盪器，亦即，從雷射脈衝LP1的上升時點t12起，光強度緩慢地上升，然後，輸出光強度可持續大致恆定的期間之雷射脈衝。
控制裝置40從感測器20獲取雷射脈衝LP1的光強度的檢測結果，以檢測雷射脈衝LP1的上升。例如，將雷射脈衝LP1的光強度達到既定的臨界值之時點，判定為雷射脈衝LP1的上升時點t12。該臨界值例如可以將在雷射脈衝剛上升之後出現之峰值的最大值、光強度成為大致恆定之期間的光強度的平均值等設定為基準。作為一例，可以將臨界值設定為峰值的最大值的10%。控制裝置40在從雷射脈衝LP1的上升時點t12起經過了恆定的待機時間tw11之時點t13，藉由使對切出光學系統14(圖1)的切出訊號chp上升而下令開始切出雷射脈衝LP2。恆定的待機時間tw11的值預先從輸入裝置41(圖1)被輸入，並儲存於控制裝置40中。
控制裝置40在從對切出光學系統14已下令開始切出雷射脈衝LP2之時點t13起經過了相當於既定的脈衝寬度之時間之時點t14，藉由使切出訊號chp下降而對切出光學系統14下令結束切出雷射脈衝LP2。從切出訊號chp的上升時點t13到下降時點t14為止的期間，從雷射脈衝LP1切出雷射脈衝LP2。
從下令開始切出之時點t13到下令結束切出之時點t14為止的期間，例如設定於雷射脈衝LP1的光強度大致恆定地變化之期間內。
從下令開始輸出第二發的雷射脈衝LP1之觸發訊號trg的上升時點t21到雷射脈衝LP1的上升時點t22為止的延遲時間td21，並不限定於與第一發的雷射脈衝LP1的延遲時間td11相等。控制裝置40在從檢測到開始輸出第二發的雷射脈衝LP1之時點t22起經過了恆定的待機時間tw21之時點t23，藉由使切出訊號chp上升而對切出光學系統14下令開始切出雷射脈衝LP2。第二發的待機時間tw21與第一發的待機時間tw11相等。
從已下令開始切出之時點t23到下令結束切出之時點t24為止的經過時間，與從第一發當中之下令開始切出之時點t13到已下令結束切出之時點t14為止的經過時間相等。從觸發訊號trg的上升時點t21到觸發訊號trg的下降時點t25為止的經過時間，與從第一發當中之觸發訊號trg的上升時點t11到下降時點t15為止的經過時間相等。
其次，一邊與圖3所示之比較例進行比較，一邊對上述實施例的優異之效果進行說明。 圖3係表示基於比較例之脈衝雷射輸出裝置中之觸發訊號trg、雷射脈衝LP1、切出訊號chp及雷射脈衝LP2的波形之圖表。觸發訊號trg及雷射脈衝LP1的時刻及波形與圖2所示之實施例的情況相同。
在比較例中，在從觸發訊號trg的上升時點t11經過了恆定的待機時間tw31之時點t13，藉由使切出訊號chp上升而下令開始切出。第二發當中亦同樣地，在從下令開始輸出雷射脈衝LP1之觸發訊號trg的上升時點t21起經過了恆定的待機時間tw41之時點t23，藉由使切出訊號chp上升而下令開始切出。第二發當中之待機時間tw41與第一發當中之待機時間tw31相等。
在第一發當中，從已下令開始切出之時點t13到已下令結束切出之時點t14為止的期間，落在雷射脈衝LP1的光強度大致恆定地變化之期間內。然而，在第二發當中，延遲時間td21比第一發的延遲時間td11更長，藉此下令開始切出之時點t23位於雷射脈衝LP1剛上升之後的峰值內。因此，致使第二發的雷射脈衝LP2的波形與第一發的雷射脈衝LP2的波形明顯不同。其結果，第二發的雷射脈衝LP2的脈衝能量(每1脈衝的能量)與第一發的雷射脈衝LP2的脈衝能量不同。這是因為儘管在從下令開始輸出雷射脈衝LP1之觸發訊號trg的上升時點t11、t21到雷射脈衝LP1實際上升之時點t12、t22為止的延遲時間td11、td21上存在偏差，仍與觸發訊號trg的上升時刻同步地發出切出開始的指令。
相對於此，在上述實施例中，與雷射脈衝LP1的實際的上升時點t12、t22同步地，控制裝置40對切出光學系統14發出切出開始的指令。因此，不會受到從觸發訊號trg的上升時點t11、t21到雷射脈衝LP1實際上升之時點t12、t22為止的延遲時間td11、td21的偏差的影響，而能夠從已確定雷射脈衝LP1的波形之位置切出雷射脈衝LP2。藉此，能夠抑制雷射脈衝LP2的脈衝能量的偏差。
其次，對待機時間tw11、tw21(圖2)的較佳長度進行說明。若將待機時間tw11、tw21設為過短，則致使雷射脈衝LP2的開頭部分覆蓋雷射脈衝LP1剛上升之後的峰值的一部分。若雷射脈衝LP2的開頭部分覆蓋雷射脈衝LP1的峰值的一部分，則致使雷射脈衝LP2的脈衝能量因雷射脈衝LP1的波形的微小變化，例如因峰值寬度的微小變化而大幅發生變動。為了抑制由雷射脈衝LP1的波形的變化引起之雷射脈衝LP2的脈衝能量的偏差，待機時間tw11、tw21設為比雷射脈衝LP1剛上升之後的峰值的時間寬度更長為較佳。
即使在雷射脈衝LP1的光強度大致恆定地變化之期間，光強度亦與雷射振盪器10的特性對應地緩慢地發生變化。以從雷射脈衝LP1的光強度的時間變化盡可能小的部分切出雷射脈衝LP2之方式來設定待機時間tw11、tw21為較佳。藉由如此設定待機時間tw11、tw21，即使雷射脈衝LP1的波形稍微發生變化，亦不易產生雷射脈衝LP2的脈衝能量的變動。
從而，關於基於上述實施例之脈衝雷射輸出裝置中之待機時間tw11、tw21(圖2)，以觀測實際的雷射脈衝LP1的波形，並從光強度維持大致恆定之期間起切出雷射脈衝LP2之方式進行設定為較佳。在上述實施例中，在雷射脈衝LP1顯示其他波形之情況下，亦能夠適用於例如光強度從輸出開始時點逐漸增大，此後成為大致恆定之情況。
其次，對上述實施例的變形例進行說明。 在上述實施例中，將脈衝雷射輸出裝置使用於印刷基板的鑽孔加工中。此外，基於實施例之脈衝雷射輸出裝置能夠使用於如下用途，亦即，使用藉由從輸出自雷射振盪器之雷射脈衝切出一部分而得到之雷射脈衝來進行雷射加工之用途。
其次，參閱圖4及圖5，對基於其他實施例之脈衝雷射輸出裝置進行說明。以下，關於與圖1及圖2所示之脈衝雷射輸出裝置通用的構成，省略說明。
圖4係基於本實施例之脈衝雷射輸出裝置的概略圖。在圖1所示之實施例中，藉由切出光學系統14從雷射脈衝LP1切出一個雷射脈衝LP2，並沿著一條加工路徑傳播。相對於此，在圖4所示之脈衝雷射輸出裝置中，藉由切出光學系統14從雷射脈衝LP1切出兩個雷射脈衝LP2、LP3，並沿著不同的加工路徑傳播雷射脈衝LP2、LP3。
在雷射脈衝LP2、LP3傳播之加工路徑上，分別與圖1所示之脈衝雷射輸出裝置的加工路徑同樣地，配置有折返鏡16、掃描光學系統17、透鏡19、載台30及移動機構31。藉由雷射脈衝LP2、LP3而能夠同時加工兩片加工對象物50。
圖5係表示觸發訊號trg、雷射脈衝LP1、切出訊號chp及雷射脈衝LP2、LP3的波形之圖表。圖5表示一個雷射脈衝LP1輸出之期間。
觸發訊號trg及雷射脈衝LP1的波形及輸出時刻，與圖2所示之實施例的情況相同。控制裝置40若檢測到雷射脈衝LP1的上升，則在從雷射脈衝LP1的上升時點t12起經過了恆定的待機時間tw11之時點t13，藉由使對切出光學系統14(圖4)的切出訊號chp上升而下令開始切出雷射脈衝LP2。在從對切出光學系統14已下令開始切出雷射脈衝LP2之時點t13起經過了相當於既定的脈衝寬度之時間之時點t14，藉由使切出訊號chp下降而對切出光學系統14下令結束切出雷射脈衝LP2。
此外，控制裝置40在從雷射脈衝LP1的上升時點t12起經過了恆定的待機時間tw12之時點t16，藉由使對切出光學系統14(圖4)的切出訊號chp上升而下令開始切出雷射脈衝LP3。待機時間tw12比待機時間tw11與脈衝寬度(t14-t13)之總和更長。關於雷射脈衝LP2的切出開始的指令和雷射脈衝LP3的切出開始的指令，可藉由使切出訊號chp的大小，例如電壓值不同來區分。在從對切出光學系統14已下令開始切出雷射脈衝LP3之時點t16起經過了相當於既定的脈衝寬度之時間之時點t17，藉由使切出訊號chp下降而對切出光學系統14下令結束切出雷射脈衝LP3。
從已下令開始切出雷射脈衝LP2之時點t13到已下令結束切出雷射脈衝LP3之時點t17為止的期間，設定於雷射脈衝LP1的光強度大致恆定地變化之期間內。
其次，對圖4及圖5所示之實施例的優異之效果進行說明。 在本實施例中，由於也是與雷射脈衝LP1的上升時點t12同步地發出雷射脈衝LP2、LP3的切出開始的指令，因此即使從觸發訊號trg的上升時點t11到雷射脈衝LP1的上升時點t12為止的延遲時間td11中存在偏差，亦能夠從雷射脈衝LP1的光強度維持大致恆定之期間起切出雷射脈衝LP2、LP3。
此外，在本實施例中，在兩個加工路徑中能夠同時進行兩片加工對象物50的加工。藉此，雷射加工的處理能力提高。
其次，對本實施例的變形例進行說明。在本實施例中，將直至發出開始切出雷射脈衝LP3之指令為止的待機時間tw12，以從雷射脈衝LP1的上升時點t12起所經過時間來進行指定，然而，亦能夠以從與雷射脈衝LP2對應之切出訊號chp的下降時點t14起所經過時間來進行指定。在該情況下，由於預先設定有待機時間tw11及雷射脈衝LP2的脈衝寬度值，因此可以說發出開始切出雷射脈衝LP3之指令之時刻與雷射脈衝LP1的上升時刻同步。
上述各實施例為示例，當然，不同實施例中所示出之構成能夠部分替換或組合。關於基於複數個實施例的相同構成之相同的作用效果，在各實施例中不逐一提及。此外，本發明並不限於上述實施例。例如，能夠進行各種變更、改進及組合等，這對本領域技術人員而言是顯而易見的。
10:雷射振盪器 11:分束鏡 12:照射光學系統 13:孔徑 14:切出光學系統 15:射束阻尼器 16:折返鏡 17:掃描光學系統 18X,18Y:可動反射鏡 19:透鏡 20:感測器 30:載台 31:移動機構 40:控制裝置 41:輸入裝置 50:加工對象物
[圖1]係基於實施例之脈衝雷射輸出裝置的概略圖。 [圖2]係表示基於實施例之脈衝雷射輸出裝置的觸發訊號trg、雷射脈衝LP1、切出訊號chp及雷射脈衝LP2的波形之圖表。 [圖3]係表示基於比較例之脈衝雷射輸出裝置的觸發訊號trg、雷射脈衝LP1、切出訊號chp及雷射脈衝LP2的波形之圖表。 [圖4]係基於另一實施例之脈衝雷射輸出裝置的概略圖。 [圖5]係表示基於另一實施例之脈衝雷射輸出裝置的觸發訊號trg、雷射脈衝LP1、切出訊號chp及雷射脈衝LP2的波形之圖表。
t11~t15:時點
t21~t25:時點
td11:延遲時間
td21:延遲時間
tw11:待機時間
tw21:待機時間
trg:觸發訊號
LP1:雷射脈衝
chp:切出訊號
LP2:雷射脈衝

Claims (6)

  1. 一種雷射控制裝置，係在從雷射脈衝的光強度到達了既定的臨界值之時點起，經過了恆定的待機時間之時點，對從自雷射振盪器輸出之雷射脈衝切出一部分之切出光學系統，下令開始切出前述雷射脈衝。
  2. 如請求項1所述之雷射控制裝置，其中，還對前述切出光學系統下令結束切出。
  3. 如請求項1或2所述之雷射控制裝置，其中，還獲取從雷射脈衝的上升時點到下令開始切出雷射脈衝之時點為止的待機時間值，在從檢測到雷射脈衝的上升之時點起經過了相當於所獲取之前述待機時間值之時間之時點，對前述切出光學系統下令開始切出雷射脈衝。
  4. 一種脈衝雷射輸出裝置，係具有：雷射振盪器，輸出脈衝雷射束；感測器，檢測從前述雷射振盪器輸出之脈衝雷射束的光強度；切出光學系統，從自前述雷射振盪器輸出之脈衝雷射束的雷射脈衝切出一部分；及控制裝置，在從雷射脈衝的光強度到達了既定的臨界值之時點起，經過了恆定的待機時間之時點，對前述切出光學系統下令開始切出雷射脈衝。
  5. 如請求項4所述之脈衝雷射輸出裝置，其中，前述控制裝置儲存有應該切出之雷射脈衝的脈衝寬度 值，在對前述切出光學系統下令開始切出雷射脈衝之後，經過了相當於應該切出之雷射脈衝的脈衝寬度之時間之時點，對前述切出光學系統下令結束切出。
  6. 如請求項4或5所述之脈衝雷射輸出裝置，其中，還具有輸入裝置，該輸入裝置被輸入從雷射脈衝的上升時點到下令開始切出雷射脈衝之時點為止的待機時間值，前述控制裝置在從檢測到雷射脈衝上升之時點起經過了相當於所獲取之前述待機時間值之時間之時點，對前述切出光學系統下令開始切出雷射脈衝。
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