TWI761828B - 脈衝雷射振盪器及脈衝雷射輸出方法 - Google Patents

脈衝雷射振盪器及脈衝雷射輸出方法 Download PDF

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Abstract

[課題] 提供一種不對脈衝波形進行高速採樣而能夠降低脈衝波形的偏差之脈衝雷射振盪器。 [解決手段] 在腔室內填充有含有二氧化碳及氦之雷射氣體。一對放電電極彼此隔著間隔配置，且在腔室內產生放電。上述脈衝雷射振盪器以滿足雷射輸出為370W以上之第1條件、雷射脈衝波形的除了尾部以外的部分的面積相對於所輸出之雷射脈衝波形的各個面積的比例為90%以上之第2條件及多個雷射脈衝的脈衝能量的標準偏差相對於平均值的比例為3%以下之第3條件之方式，設定有雷射氣體的壓力、雷射氣體中的氦氣的濃度及一對放電電極的間隔。

Description

脈衝雷射振盪器及脈衝雷射輸出方法
本發明係有關一種脈衝雷射振盪器及脈衝雷射輸出方法。
在利用從二氧化碳氣體(CO2 )雷射振盪器輸出之脈衝雷射光束進行鑽孔加工的情況下，為了降低孔形狀等加工品質的偏差，要求降低每個脈衝的能量(以下，稱為脈衝能量。)的偏差。又，從二氧化碳氣體雷射振盪器輸出之雷射脈衝波形通常具有從停止放電電力的供給之時刻開始下降，然後隨著時間的經過而緩慢地下降之尾部。
在下述專利文獻1中揭示了一種降低脈衝能量的偏差之雷射振盪方法。在專利文獻1中揭示之方法中，在一次脈衝激勵中，多次測量從雷射振盪器輸出之雷射光的能量值，依據測量結果來控制激勵時間。藉此，能夠使脈衝能量穩定。 [先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1] 日本特開2002-299736號專利公報
[發明欲解決之課題]
在專利文獻1中揭示之雷射振盪方法中，需要在一個雷射脈衝的輸出中對脈衝波形進行時間積分。因此，必須設置高速採樣脈衝波形，並幾乎實時地對採樣結果進行累計之電路。又，為了提高脈衝波形的積分值的精度，亦需要校正用於檢測雷射脈衝的光感測器的接地電平的變動。如此，在專利文獻1中揭示之雷射振盪方法中，為了降低脈衝能量的偏差而需要複雜的控制電路。
本發明的目的為提供一種不對脈衝波形進行高速採樣而能夠降低脈衝波形的偏差之脈衝雷射振盪器及脈衝雷射輸出方法。 [解決課題之手段]
依本發明的一觀點，提供一種脈衝雷射振盪器，具備一對放電電極，該一對放電電極係彼此隔著間隔配置，且在填充有含有二氧化碳及氦之雷射氣體之腔室內產生放電；其特徵為： 前述脈衝雷射振盪器以滿足雷射輸出為370W以上之第1條件、雷射脈衝波形的除了尾部以外的部分的面積相對於所輸出之雷射脈衝波形的各個面積的比例為90%以上之第2條件及多個雷射脈衝的脈衝能量的標準偏差相對於平均值的比例為3%以下之第3條件之方式，設定有前述雷射氣體的壓力、前述雷射氣體中的氦氣的濃度及前述一對放電電極的間隔。
依本發明的另一觀點，提供一種脈衝雷射輸出方法，係在具備彼此隔著間隔配置之一對放電電極之脈衝雷射振盪器的腔室內，填充含有二氧化碳及氦之雷射氣體， 藉由向前述一對放電電極施加電壓而在前述一對放電電極之間產生放電來輸出脈衝雷射光束；其特徵為，在前述脈衝雷射輸出方法中， 以滿足雷射輸出為370W以上之第1條件、雷射脈衝波形的除了尾部以外的部分的面積相對於所輸出之雷射脈衝波形的各個面積的比例為90%以上之第2條件及多個雷射脈衝的脈衝能量的標準偏差相對於平均值的比例為3%以下之第3條件之方式，設定填充於前述腔室內之前述雷射氣體的壓力、前述雷射氣體中的氦氣的濃度及前述一對放電電極的間隔。 [發明效果]
可知，當將一對放電電極的間隔設定為某個值而使二氧化碳氣體雷射進行動作時，脈衝能量的偏差程度或除了尾部以外的部分的面積相對於雷射脈衝波形的面積的比例依賴於雷射氣體的壓力及氦氣的濃度。藉由以滿足上述第1條件、第2條件及第3條件之方式設定雷射氣體的壓力、雷射氣體中的氦氣的濃度及一對放電電極的間隔，能夠進行高品質的雷射加工，並且能夠提高雷射能量的利用效率。
參閱圖1~圖6，對基於實施例之脈衝雷射振盪器進行說明。 圖1為基於實施例之脈衝雷射振盪器的包含光軸之垂直剖面圖。在此，定義將光共振器的光軸方向設為z軸方向且將垂直上方設為x軸方向之xyz正交坐標系。基於實施例之脈衝雷射振盪器為二氧化碳氣體雷射振盪器。
雷射氣體收容於腔室10中。雷射氣體例如包含二氧化碳及氮，進而包含氦氣作為緩衝氣體。藉由輝光放電產生之高速電子激勵氮分子。被激勵之氮分子與二氧化碳分子碰撞而激勵二氧化碳分子。此時，氮分子的能階下降。當被激勵之二氧化碳分子的能量分布成為反轉分布時，在光共振器內發生誘導發射並輸出雷射光。氦氣發揮抑制雷射氣體的溫度上升，並且使與雷射振盪無關的下位水平的二氧化碳分子返回到基態。
腔室10的內部空間被劃分為相對位於上側之光學室11及相對位於下側之送風機室12。光學室11與送風機室12被上下隔板13隔開。另外，在上下隔板13設置有使雷射氣體在光學室11與送風機室12之間流通之開口。光學室11的底板14從送風機室12的側壁向z軸方向上的兩側突出，且光學室11的z軸方向上的長度比送風機室12的z軸方向上的長度更長。腔室10在光學室11的底板14處被腔室支撐構件16支撐於光學基座。
在光學室11內配置有在z軸方向上較長的一對放電電極21。一對放電電極21分別經由放電電極支撐構件22、23支撐於底板14。一對放電電極21在x軸方向上隔著間隔配置，從而在兩者之間劃定放電區域24。放電電極21在放電區域24產生放電，從而激勵雷射氣體。如後面參閱圖2進行之說明，雷射氣體沿與圖1的紙面垂直的方向流過放電區域24。
在配置於光學室11內之共同支撐構件26上支撐有光共振器25。光共振器25例如由一對鏡片25M構成。光共振器25的光軸通過放電區域24內，光共振器25封閉雷射光。其中一個鏡片25M為全鏡片，另一個鏡片25M為部分鏡片。共同支撐構件26經由光共振器支撐構件27支撐於底板14。在將光共振器25的光軸向作為部分鏡片之鏡片25M(圖1中左側的鏡片)側延伸之延長線與光學室11的壁面的交叉部位，安裝有使雷射光束透過之透光窗28。在光共振器25內被激勵之雷射光束透過透光窗28向外部放射。
在送風機室12配置有送風機50。送風機50使雷射氣體在光學室11與送風機室12之間循環。
在光學室11的壁面設置有用於將雷射氣體導入到腔室10內之導入埠31。導入埠31經由導入閥32與雷射氣體供給源33連接。若開啟導入閥32，則雷射氣體從導入埠31導入到腔室10內。雷射氣體供給源33包含填充有雷射氣體中所含之多個氣體，例如將二氧化碳、氮及氦以規定的混合比進行混合而成之氣體之氣瓶及填充有任意一個氣體，例如氦氣之氣瓶等。藉由調整從各氣瓶導入到腔室10內之氣體的分壓比，能夠調整腔室10內的雷射氣體的混合比。
在送風機室12的壁面設置有用於從腔室10內排出雷射氣體之排氣埠35。排氣埠35透過排氣閥36與真空泵37連接。若開啟排氣閥36並使真空泵37進行動作，則腔室10內被真空排氣。
圖2為與基於本實施例之脈衝雷射振盪器的光軸(z軸)垂直的剖面圖。腔室10的內部空間被上下隔板13劃分為上方光學室11及下方送風機室12。在光學室11內配置有一對放電電極21及支撐光共振器25之共同支撐構件26。在放電電極21之間劃定有放電區域24。在與放電區域24重疊之位置配置有光共振器25的鏡片25M(圖1)。
在光學室11內配置有隔板15。隔板15劃定從設置於上下隔板13之開口13A到放電區域24為止的第1氣體流路51及從放電區域24到設置有上下隔板13之另一開口13B為止的第2氣體流路52。雷射氣體沿與光軸正交之方向(y軸方向)流過放電區域24。放電方向(x軸方向)與雷射氣體流過之方向(y軸方向)及光軸方向(z軸方向)這兩個方向正交。由送風機室12、第1氣體流路51、放電區域24及第2氣體流路52構成雷射氣體進行循環之循環路徑。送風機50產生雷射氣體流，以使雷射氣體在該循環路徑中循環。
在送風機室12內的循環路徑收容有熱交換器56。在放電區域24被加熱之雷射氣體通過熱交換器56而被冷却，被冷却之雷射氣體重新供給至放電區域24。
在光學室11的壁面設置有導入埠31，在送風機室12的壁面設置有排氣埠35。
圖3為表示輸入到基於實施例之脈衝雷射振盪器的驅動器之振盪指令訊號和從脈衝雷射振盪器輸出之雷射脈衝波形之曲線圖。雷射脈衝波形的縱軸表示光強度(功率)。在時刻t0 ，當振盪指令訊號上升時，驅動器開始向放電電極21(圖1、圖2)的供電。振盪指令訊號的上升與雷射振盪的開始指令對應。在從開始向放電電極21供電起經過了一定延遲時間之時刻t1 ，雷射脈衝上升。
在雷射脈衝的上升之後立即出現尖峰。在出現尖峰之後，雷射脈衝的光強度逐漸增加。在時刻t2 ，當雷射振盪指令訊號下降時，驅動器停止向放電電極21的供電。雷射振盪指令訊號的下降與雷射振盪的停止指令對應。藉此，雷射脈衝的光強度開始下降。光強度相對於經過時間的斜率隨著時間的經過變得平緩。以雷射振盪的停止指令時刻t2 為起點，將經過了與從雷射脈衝的上升時刻t1 到雷射振盪的停止指令時刻t2 為止的經過時間t2 -t1 相等的時間之時刻t3 以後的雷射脈衝的部分稱為尾部LPt。將雷射脈衝中的除了尾部LPt以外的部分稱為主部LPm。
在對印刷基板進行鑽孔等雷射加工的情況下，光強度低的尾部LPt對加工幾乎沒有貢獻。亦即，與尾部LPt的面積相當之能量對加工幾乎沒有貢獻。若一個雷射脈衝所具有之能量中的尾部LPt的能量的比例增大，則導致能量的利用效率下降。為了抑制能量的利用效率下降，盡可能增大主部LPm的面積相對於雷射脈衝波形整體的面積的比例(以下，稱為主部的面積比。)為較佳。
又，為了減小加工品質的偏差，減小多個雷射脈衝的脈衝能量的偏差為較佳。
以往，未認識到脈衝能量的偏差或雷射脈衝的主部的面積比依賴於雷射氣體的壓力或緩衝氣體的濃度。本申請的發明人等新發現，雷射氣體的壓力或緩衝氣體的濃度對脈衝能量的偏差或雷射脈衝的主部的面積比產生影響。接下來，對雷射氣體的壓力或緩衝氣體的濃度與脈衝能量的偏差或雷射脈衝的主部的面積比之間的關係進行說明。
圖4A為表示對將雷射氣體的壓力設為恆定，使作為緩衝氣體的氦氣的濃度變化時的脈衝能量的偏差程度進行測量之結果之曲線圖。橫軸以單位「體積%」表示雷射氣體中的氦氣的濃度，縱軸以單位「%」表示脈衝能量的偏差程度。在此，在將多個雷射脈衝的脈衝能量的平均值標記為PEm，將脈衝能量的標準偏差標記為σPE 時，將脈衝能量的偏差程度定義為σPE /PEm。雷射氣體的壓力設為260torr(34.7kPa)。放電電極21的間隔設為12mm。所輸出之脈衝雷射的脈衝的重複頻率設為5.5kHz。又，對1000個雷射脈衝計算了脈衝能量的偏差程度。
可知，隨著氦氣的濃度變高，脈衝能量的偏差程度下降。為了確保充分的加工品質，滿足脈衝能量的偏差程度為3%以下之條件(第3條件)為較佳。在圖4A所示之例子中，藉由將氦氣的濃度設為70體積%以上，能夠滿足該條件。
圖4A示出將雷射氣體的壓力設為260torr而進行評價實驗之結果，當改變雷射氣體的壓力進行相同的評價實驗時，可知若雷射氣體的壓力不同，則用於將脈衝能量的偏差程度設為3%以下之氦氣的濃度的下限值亦發生變化。藉由在改變了雷射氣體的壓力之多個條件下進行評價實驗，能夠按照雷射氣體的每一個壓力求出用於將脈衝能量的偏差程度設為3%以下之氦氣的濃度的下限值。
圖4B為表示將氦氣的濃度設為恆定，使雷射氣體的壓力變化時的雷射脈衝的主部的面積比的測量結果之曲線圖。橫軸以單位「torr」表示雷射氣體的壓力，縱軸以單位「%」表示雷射脈衝的主部的面積比。氦氣的濃度設為76.3體積%。放電電極21的間隔及脈衝的重複頻率與圖4A中示出結果之評價實驗的情況相同。
可知，隨著雷射氣體的壓力變高，雷射脈衝的主部的面積比增大。為了充分提高能量的利用效率，將雷射脈衝的主部的面積比設為90%以上為較佳。在圖4B所示之例子中，藉由將雷射氣體的壓力設為360torr(48.0kPa)以上，能夠滿足該條件。
當改變氦氣的濃度進行相同的評價實驗時，可知用於將雷射脈衝的主部的面積比設為90%以上之雷射氣體的壓力的下限值依賴於氦氣的濃度。藉由在改變了氦氣的濃度之多個條件下進行評價實驗，能夠按照氦氣的每一個濃度求出用於將雷射脈衝的主部的面積比設為90%以上之雷射氣體的壓力的下限值。
圖5為表示雷射氣體的壓力與氦氣的濃度的較佳範圍之曲線圖。橫軸表示雷射氣體的壓力，縱軸表示氦氣的濃度。在圖5中，對脈衝能量的偏差程度成為3%以下之範圍附加向左下斜的陰影線，對雷射脈衝的主部的面積比成為90%以上之範圍附加向右下斜的陰影線。
與脈衝能量的偏差程度成為3%以下之範圍的氦氣的濃度的下限值L相當之邊界成為大致直線。換言之，在將氦氣的濃度設為恆定之條件下，雷射脈衝的主部的面積比成為90%以上之範圍的雷射氣體的壓力的下限值係在將雷射氣體的壓力設為恆定之條件下，雷射脈衝的主部的面積比成為90%以上之範圍的氦氣的濃度的上限值U。與該上限值U相當之邊界亦成為大致直線。下限值L及上限值U均為右上斜的直線，與上限值U相當之直線的斜率大於與下限值L相當之直線的斜率。雷射氣體的壓力比兩者交叉之位置高的區域內，存在滿足脈衝能量的偏差程度成為3%以下，且雷射脈衝的主部的面積比成為90%以上之條件之範圍。另外，由於雷射氣體需要含有穩定的雷射振盪所需的量的二氧化碳及氮，因此作為緩衝氣體的氦氣的濃度設為95體積%以下為較佳。
在將雷射氣體的壓力表示為x[torr]、將氦氣的濃度表示為y[%]時，在放電電極21的間隔為12mm、脈衝的重複頻率為3kHz的條件下，與下限值L對應的直線近似於y=0.042x+58.6，與上限值U對應的直線近似於y= 0.132x+28.6。此時，滿足脈衝能量的偏差程度成為3%以下，且雷射脈衝的主部的面積比成為90%以上之條件之範圍能夠表示為0.042x+58.6≦y≦0.132x+28.6。
接下來，對放電電極21(圖1、圖2)的間隔與下限值L及上限值U之間的關係進行說明。能夠採用放電電極21的間隔與雷射氣體的壓力的乘積作為是否產生穩定的放電的參數。例如，若使放電電極21的間隔變窄，則藉由提高雷射氣體的壓力，能夠維持較佳的放電條件。若使放電電極21的間隔變窄，則與下限值L及上限值U對應的直線向雷射氣體的壓力下降之方向移動。相反，若擴大放電電極21的間隔，則與下限值L及上限值U對應的直線向雷射氣體的壓力變高之方向移動。
接下來，對脈衝雷射振盪器的輸出與下限值L之間的關係進行說明。在恆定地保持供給至放電電極21之電力及雷射脈衝的脈衝寬度之條件下，脈衝雷射振盪器的雷射輸出(平均輸出)與脈衝的重複頻率成比例。若提高脈衝的重複頻率，亦即若提高脈衝雷射振盪器的輸出，則示出脈衝能量的偏差程度變大之傾向。因此，若提高脈衝雷射振盪器的輸出(脈衝雷射的功率)，則脈衝能量的偏差程度成為3%以下之範圍的下限值L向氦氣的濃度變高之方向移動。
接下來，參閱圖6，對確定滿足脈衝能量的偏差程度成為3%以下，且雷射脈衝的主部的面積比成為90%以上之條件之範圍之方法進行說明。
圖6為表示確定滿足脈衝能量的偏差程度成為3%以下，且雷射脈衝的主部的面積比成為90%以上之條件之範圍之步驟之流程圖。首先，確定放電電極21的間隔(步驟S1)。將脈衝雷射振盪器的放電電極21的間隔設定為在步驟S1中確定之間隔，並且在雷射氣體的壓力及氦氣的濃度不同的多個條件下使脈衝雷射振盪器進行動作。脈衝的重複頻率與進行使用脈衝雷射振盪器之雷射加工等時的頻率相同。此時，檢測雷射脈衝波形，並且計算各雷射脈衝的脈衝能量。
依據雷射脈衝波形的檢測結果，求出雷射脈衝的主部的面積比(步驟S2)。例如，求出多個雷射脈衝的主部的面積比的平均值，並且將該平均值用作雷射脈衝的主部的面積比。而且，求出多個雷射脈衝的脈衝能量的偏差程度(步驟S2)。
依據在步驟S2中求出之結果，按照雷射氣體的每一個壓力條件，計算脈衝能量的偏差程度成為3%以下之氦氣的濃度的下限值(步驟S3)。例如，按照雷射氣體的每一個壓力條件製作圖4A所示之曲線圖，求出滿足脈衝能量的偏差程度成為3%以下之條件之氦氣的濃度的下限值。依據按照雷射氣體的每一個壓力條件求出之氦氣的濃度的下限值，求出與圖5所示之下限值L對應的直線。
接下來，依據在步驟S2中求出之結果，按照雷射氣體的每一個壓力條件，計算雷射脈衝的主部的面積比成為90%以上之氦氣的濃度的上限值(步驟S4)。例如，按照氦氣的每一個濃度條件製作圖4B所示之曲線圖，求出滿足雷射脈衝的主部的面積比成為90%以上之條件之雷射氣體的壓力的下限值。換言之，雷射氣體的壓力的下限值和此時的氦氣的濃度的組合相當於雷射氣體的壓力條件和此時的氦氣的濃度的上限值的組合。依據按照雷射氣體的每一個壓力條件求出之氦氣的濃度的上限值，求出與圖5所示之上限值U對應的直線。
依據由步驟S3及步驟S4計算之結果，製作圖5所示之曲線圖。依據該曲線圖，確定滿足脈衝能量的偏差程度為3%以下，且雷射脈衝的主部的面積比為90%以上之條件之雷射氣體的壓力和氦氣的濃度的範圍(步驟S5)。
接下來，對上述實施例的優異之效果進行說明。 在上述實施例中，依據放電電極21的間隔，能夠容易地確定雷射氣體的壓力及氦氣的濃度的較佳範圍。藉由在該較佳範圍內使脈衝雷射振盪器進行動作，不對雷射脈衝的各個光強度高速採樣而能夠降低脈衝能量的偏差程度。而且，藉由將雷射脈衝的主部的面積比維持得較高，能夠提高雷射脈衝的能量的利用效率。
若藉由使脈衝的重複頻率上升而增大脈衝雷射光束的功率，則圖5所示之脈衝能量的偏差程度成為3%以下之範圍的氦氣的濃度的下限值L示出上升之傾向。又，若增大脈衝雷射光束的功率，則雷射脈衝的主部的面積比成為90%以上之範圍的氦氣的濃度的上限值U亦示出上升之傾向，上限值U的上升幅度小於下限值L的上升幅度。其結果，若增大脈衝雷射光束的功率，則滿足脈衝能量的偏差程度為3%以下，且雷射脈衝的主部的面積比為90%以上之條件之範圍變窄。
因此，若增大脈衝雷射光束的功率，則雷射氣體的壓力和氦氣的濃度容易偏離較佳範圍。在脈衝雷射光束的功率大的條件下使脈衝雷射振盪器進行動作的情況下，藉由按照圖6所示之步驟確定雷射氣體的壓力和氦氣的濃度的較佳範圍，即使在雷射氣體的壓力和氦氣的濃度的較佳範圍變窄的情況下，亦能夠容易地發現較佳的雷射氣體的壓力和氦氣的濃度的組合。尤其，在滿足脈衝雷射振盪器的輸出為370W以上之條件(第1條件)的情況下，藉由應用上述實施例能夠獲得特別顯著的效果。在滿足該第1條件的情況下，進而，如上所述以滿足雷射脈衝的主部的面積比為90%以上之條件(第2條件)及脈衝能量的偏差程度為3%以下之條件(第3條件)之方式，設定雷射氣體的壓力、雷射氣體中的氦氣的濃度及一對放電電極21的間隔為較佳。藉由滿足第1條件、第2條件及第3條件，能夠進行高品質的雷射加工，並且能夠抑制能量的利用效率的下降。
在上述實施例中，作為雷射氣體，使用了二氧化碳、氮及氦的混合氣體，但亦可以追加混合一氧化碳、氫氣等。
在上述實施例中，將滿足圖3的t1 -t2 =t3 -t2 之時刻t3 以後的範圍定義為尾部LPt。此外，亦可以將比對雷射加工幾乎沒有貢獻之光強度更低的光強度的部分定義為尾部。例如，亦可以以從時刻t1 到時刻t2 為止的期間的雷射脈衝的光強度的平均值、時刻t2 的光強度等為基準，將光強度下降到基準的光強度的10%之時刻以後的部分定義為尾部。
接下來，參閱圖7，對基於實施例之雷射鑽孔裝置進行說明。
圖7為基於實施例之鑽孔加工裝置的概略圖。鑽孔加工裝置包含脈衝雷射振盪器60、光束整形掃描光學系統61、XY工作臺62、部分鏡片63、光感測器64及控制裝置65。在XY工作臺62上保持進行鑽孔加工之加工對象物70，例如在玻璃環氧樹脂基板的兩面貼合銅箔之覆銅積層板。
脈衝雷射振盪器60使用基於上述實施例之脈衝雷射振盪器，並且放電電極21(圖1)的間隔、雷射氣體的壓力、氦氣的濃度調整為圖5所示之較佳範圍內。
脈衝雷射振盪器60從控制裝置65接收振盪指令訊號(圖3)，並輸出脈衝雷射光束。從脈衝雷射振盪器60輸出之脈衝雷射光束的一部分透過部分鏡片63，經由光束整形掃描光學系統61，入射到保持在XY工作臺62上之加工對象物70。光束整形掃描光學系統61將脈衝雷射光束的光束剖面整形為適於加工之形狀，並且依據來自控制裝置65的指令，在加工對象物70的表面使脈衝雷射光束的入射位置移動。
被部分鏡片63反射之脈衝雷射光束入射到光感測器64。光感測器64高速檢測光強度(功率)的時間變化。光感測器64的檢測結果被輸入到控制裝置65。控制裝置65依據所檢測之雷射脈衝波形計算脈衝能量，求出其偏差程度。而且，計算雷射脈衝的主部LPm(圖3)的面積比。
使用從脈衝雷射振盪器60輸出之脈衝雷射光束，能夠形成貫通覆銅積層板的正面側的銅箔和樹脂基板，到達背面側的銅箔之孔。通常，藉由脈衝雷射光束的一次照射，形成到達背面側的銅箔之孔。然後，為了調整孔的形狀，亦可以降低脈衝能量而使其他雷射脈衝入射。
若使用基於上述實施例之脈衝雷射振盪器作為脈衝雷射振盪器60，則脈衝能量的偏差程度成為3%以下，因此能夠抑制加工後的多個孔的加工品質的偏差。若雷射脈衝的尾部LPt(圖3)的能量的比例高，則由雷射脈衝的主部LPm形成之孔的樹脂基板的部分的形狀有時會因尾部LPt的入射而破壞。若脈衝雷射振盪器60使用基於上述實施例之脈衝雷射振盪器，則尾部LPt的能量的比例降低，因此能夠抑制由尾部LPt引起的加工品質的下降。
用於覆銅積層板的鑽孔加工之脈衝雷射光束的功率依據銅箔及樹脂基板的厚度進行調整為較佳。在加工銅箔及樹脂基板較厚的覆銅積層板的情況下，只要提高脈衝雷射光束的功率即可。在加工通常的覆銅積層板中比較厚的覆銅積層板的情況下，將脈衝雷射光束的功率設為400W以上為較佳。若提高脈衝雷射振盪器的輸出，則示出脈衝能量的偏差程度變大之傾向，但藉由使用基於上述實施例之脈衝雷射振盪器，尤其即使在輸出為400W以上的高輸出的情況下，亦能夠抑制脈衝能量的偏差的增大。如此，基於上述實施例之脈衝雷射振盪器在將輸出設為400W以上而進行覆銅積層板的鑽孔加工時，能夠獲得尤其優異之效果。
上述實施例僅為例示，能夠進行不同的實施例所示之結構的局部替換或組合是不言而喻的。對基於多個實施例的相同的結構之相同的作用效果，未在每一個實施例中一一說明。而且，本發明並不限制於上述實施例。例如，能夠進行各種變更、改良、組合等，這對本案發明所屬技術領域中具有通常知識者來講是顯而易見的。
10:腔室 11:光學室 12送風機室 13:上下隔板 13A,13B:開口 14:光學室的底板 15:光學室內的隔板 16:腔室支撐構件 21:放電電極 22,23:放電電極支撐構件 24:放電空間 25:光共振器 25M:鏡片 26:共同支撐構件 27:光共振器支撐構件 28:透光窗 31:導入埠 32:導入閥 33:雷射氣體供給源 35:排氣埠 36:排氣閥 37:真空泵 50:送風機 51:第1氣體流路 52:第2氣體流路 56:熱交換器 60:脈衝雷射振盪器 61:光束整形掃描光學系統 62:XY工作臺 63:部分鏡片 64:光感測器 65:控制裝置 70:加工對象物 LPm:雷射脈衝的主部 LPt:雷射脈衝的尾部
[圖1]圖1為基於實施例之脈衝雷射裝置的包含光軸之垂直剖面圖。 [圖2]圖2為與基於實施例之脈衝雷射振盪器的光軸(z軸)垂直的剖面圖。 [圖3]圖3為表示輸入到基於實施例之脈衝雷射振盪器的驅動器之振盪指令訊號和從脈衝雷射振盪器輸出之雷射脈衝波形之曲線圖。 [圖4]圖4A為表示對將雷射氣體的壓力設為恆定，使作為緩衝氣體的氦氣的濃度變化時的脈衝能量的偏差程度進行測量之結果之曲線圖，圖4B為表示將氦氣的濃度設為恆定，使雷射氣體的壓力變化時的雷射脈衝的主部LPm(圖3)的面積比的測量結果之曲線圖。 [圖5]圖5為表示雷射氣體的壓力與氦氣的濃度的較佳範圍之曲線圖。 [圖6]圖6為表示確定滿足脈衝能量的偏差程度為3%以下之條件(第3條件)及雷射脈衝的主部的面積比為90%以上之條件(第2條件)之範圍之步驟之流程圖。 [圖7]圖7為組裝有基於上述實施例之脈衝雷射振盪器之鑽孔加工裝置的概略圖。
10:腔室
11:光學室
12:送風機室
13:上下隔板
14:光學室的底板
16:腔室支撐構件
21:放電電極
22,23:放電電極支撐構件
24:放電空間
25:光共振器
25M:鏡片
26:共同支撐構件
27:光共振器支撐構件
28:透光窗
31:導入埠
32:導入閥
33:雷射氣體供給源
35:排氣埠
36:排氣閥
37:真空泵
50:送風機
x,y,z:軸方向

Claims (4)

  1. 一種脈衝雷射振盪器，具備一對放電電極，該一對放電電極係彼此隔著間隔配置，且在填充有含有二氧化碳及氦之雷射氣體之腔室內產生放電；其特徵為： 前述脈衝雷射振盪器以滿足雷射輸出為370W以上之第1條件、雷射脈衝波形的除了尾部以外的部分的面積相對於所輸出之雷射脈衝波形的各個面積的比例為90%以上之第2條件及多個雷射脈衝的脈衝能量的標準偏差相對於平均值的比例為3%以下之第3條件之方式，設定有前述雷射氣體的壓力、前述雷射氣體中的氦氣的濃度及前述一對放電電極的間隔。
  2. 如請求項1之脈衝雷射振盪器，其中， 在將前述雷射氣體的壓力標記為x[torr]，將前述雷射氣體中的氦氣的體積濃度標記為y[%]時，前述雷射氣體的壓力x及氦氣的體積濃度y滿足0.042x+58.6≦y≦0.132x+ 28.6。
  3. 如請求項1或請求項2之脈衝雷射振盪器，其中， 前述雷射脈衝波形的前述尾部乃是從停止向前述一對放電電極供給之電力之時刻起的經過時間與從前述雷射脈衝波形的上升時刻到停止向前述一對放電電極供給之電力之時刻為止的經過時間相等之時刻以後的部分。
  4. 一種脈衝雷射輸出方法，係在具備彼此隔著間隔配置之一對放電電極之脈衝雷射振盪器的腔室內，填充含有二氧化碳及氦之雷射氣體， 藉由向前述一對放電電極施加電壓而在前述一對放電電極之間產生放電來輸出脈衝雷射光束；其特徵為，在前述脈衝雷射輸出方法中， 以滿足雷射輸出為370W以上之第1條件、雷射脈衝波形的除了尾部以外的部分的面積相對於所輸出之雷射脈衝波形的各個面積的比例為90%以上之第2條件及多個雷射脈衝的脈衝能量的標準偏差相對於平均值的比例為3%以下之第3條件之方式，設定填充於前述腔室內之前述雷射氣體的壓力、前述雷射氣體中的氦氣的濃度及前述一對放電電極的間隔。
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