WO2007026421A1

WO2007026421A1 - レーザ加工方法およびレーザ加工装置

Info

Publication number: WO2007026421A1
Application number: PCT/JP2005/015905
Authority: WO
Inventors: Michinobu Mizumura; Koichi Kajiyama
Original assignee: V Technology Co., Ltd.
Priority date: 2005-08-31
Filing date: 2005-08-31
Publication date: 2007-03-08

Abstract

　本発明のレーザ加工装置は、レーザ発振器３から出力されたレーザ光Ｒを、結像レンズと対物レンズ７を有する光学系８を通してワークＷである電子回路基盤の配線ｗ１の欠陥部（短絡部）ｗ１ａに照射して所定の被加工部を加工する。このレーザ加工装置は、前記対物レンズ７の光軸を、前記光学系８の光軸Ｌに垂直な面内において、制御コンピュータの指令で作動されるＸ，Ｙ軸サーボモータによってＸ，Ｙ軸方向ｘ，ｙに、加工開始光軸位置Ｓ１から加工終了光軸位置Ｓ２まで移動させることにより、前記対物レンズ７によって前記ワークＷに結像される前記レーザ光ＲのスポットＰの位置を加工開始位置ｐ１から加工終了位置ｐ２まで移動させて加工を行う。

Description

明細書

レーザ加工方法およびレーザ加工装置

技術分野

[0001] 本発明は、液晶パネル、半導体基板、プリント配線基盤等の電子回路基板上に生じた各種の欠陥部をレーザ光を照射して除去および修正する加工等を行うのに適するレーザ加工方法およびレーザ加工装置に関する。

背景技術

[0002] この種の従来のレーザ加工装置（レーザ照射装置）は、特許文献 1に記載されて、る。このレーザ加工装置は、レーザ光源から出力されたレーザ光を、外周に多面の反射面を有するポリゴンミラーで反射させる。レーザ加工装置は、その後、 f Θレンズによって反射光を集光して電子回路基板上に照射して所要の加工を行うに際し、前記ポリゴンミラーを回転させて前記電子回路基板に照射されるレーザ光を一定方向に走査すると共に、その走査方向に直交する方向に前記ポリゴンミラーの回転に同期させて電子回路基板を移動させる。この操作により、電子回路基板の一定範囲における所要の加工を行うことができる。

特許文献 1 :特開 2002— 86288号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0003] しかしながら、前記レーザカ卩ェ装置では、 f Θレンズの性能としてビームスポットサイズ 15 mが限界であるため、微細加工ができない。その上、前記ポリゴンミラーの連続回転によって各反射面の反射角度が繰り返して変化し、それによつてレーザ光の電子回路基板に照射される位置が常に一定の範囲で繰り返し変化する。そのため、前記レーザ光によって加工される最小加工範囲は、前記ポリゴンミラーの反射面の反射角度の変化によって定まる一定方向におけるレーザ光の走査範囲に対応する一定長さの直線状部分となる。したがって、複雑な形状や微細な加工部分に対しては、無用な部分にまでレーザ光が照射されてしまい、所定の加工部分を正確に加工することができな、と!/、う問題がある。 [0004] 本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、電子回路基板における複雑な形状や微細な加工部分を正確に加工することができるレーザ加工方法およびレーザ加工装置を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

[0005] 上記課題を解決するために、本発明のレーザ加工方法は、レーザ発振器から出力されたレーザ光を結像レンズと対物レンズとを有する光学系を通してワークに照射して所定の被力卩ェ部をカ卩ェするレーザカ卩ェ方法であって、前記光学系の光軸に垂直な面内において前記対物レンズを移動させることにより、この対物レンズを通して前記ワークに結像される前記レーザ光のスポット位置を移動させて加工を行う。

このレーザ加工方法においては、前記レーザ発振器から出力されたレーザ光が結像レンズと対物レンズとを有する光学系を通してワークに照射されているときに、前記対物レンズが前記光学系の光軸に対してそれを垂直に横切る方向に移動されることにより、対物レンズの光学系の光軸に対する移動位置に応じて、ワークに対するレーザ光のスポット位置が微小移動され、このレーザ光のスポット位置の微小移動によりヮークの所定の被加工部における細部の加工が行われる。

[0006] 本発明に係るレーザ加工装置は、レーザ発振器カゝら出力されたレーザ光を、結像レンズと対物レンズとを有する光学系を通してワークに照射して所定の被加工部をカロェするレーザ加工装置であって、前記対物レンズをその光軸が前記光学系の光軸に平行となるように支持した可動体と、この可動体を支持しかつ前記対物レンズが前記光学系の光軸を垂直に横切って少なくとも一方向に移動するように前記可動体を案内する支持体と、この支持体に対して前記可動体をその移動方向に移動させる移動手段と、この移動手段を作動させ前記対物レンズを通してワークに結像されるレーザ光のスポット位置の移動を制御する制御装置とを備えている。

制御装置を動作させて移動手段を作動させ、この移動手段によって前記支持体に対して可動体を前記光学系の光軸を垂直に横切る方向へ移動させることにより、前記可動体に支持した対物レンズを前記光学系の光軸に対して移動させ、前記レーザ発振器から出力され前記光学系を通してワークに照射されるレーザ光のスポット位置を微小移動させながら、ワークにおける所定の被加工部の加工を行う。 [0007] 本発明に係るレーザ加工装置において、前記支持体は、前記光学系の光軸に対しそれに垂直な方向に移動しな、ベース体と、このベース体に対して前記光学系の光軸を垂直に横切る一方向に移動する可動支持体とを備え、前記可動体が前記可動支持体にその移動方向に直角な方向に移動自在に支持されており、また、前記移動手段は、前記可動支持体を前記ベース体に対して移動させる第 1の移動手段と、前記可動支持体に対して前記可動体を移動させる第 2の移動手段とを備えていてもよい。

[0008] 本発明に係るレーザ加工装置において、前記制御装置は、前記光学系の光軸の位置を原点とし前記可動体と可動支持体の移動方向に平行な直角座標軸に関する前記対物レンズの待機位置における光軸の座標値を予め登録しておき、前記直角座標軸における対物レンズの光軸の座標値にもとづいて前記第 1、第 2の移動手段を作動させて前記対物レンズの移動を制御してもよ、。

[0009] 本発明に係るレーザ加工装置において、前記ベース体は前記光学系の光軸と平行な方向に前記制御装置によって作動を制御される第 3の移動手段により移動調節され、前記可動体は倍率の異なる複数個の対物レンズを支持してもよ、。

発明の効果

[0010] 本発明に係るレーザ加工方法によれば、対物レンズを光学系の光軸を垂直に横切る方向に移動させ、前記対物レンズの光学系の光軸に対する移動位置に応じて、ヮークに対するレーザ光のスポット位置を微小移動させることができる。したがって、このレーザ光のスポット位置の移動により、ワークの被加工部分が電子回路基板における複雑な形状や微細な加工部分であっても、正確に加工することができて、無用な部分の加工を確実に避けることができる。し力も、ワークの加工に際して、レーザ光のスポットに対してワーク側や前記光学系を支持するレーザ加工ヘッド側を微小移動させる必要がないので、ワークに対するレーザ光のスポットの微小移動が容易かつ円滑であり、ワークのレーザ力卩ェを円滑、迅速に行うことができる。また、 f Θレンズを用

Vヽな、ので、レーザ光のスポット径を小さくすることができる。

[0011] 本発明に係るレーザ加工装置によれば、制御装置により移動手段を作動させ、この移動手段によって支持体に対して可動体を光学系の光軸を垂直に横切る方向へ案内移動させることにより、前記可動体に支持した対物レンズを前記光学系の光軸に対して的確に移動させることができる。したがって、上記レーザ加工方法を適切に実施することができる。

[0012] 本発明の実施態様に係るレーザ加工装置によれば、第 1、第 2の移動手段によって光学系の光軸を垂直に横切る直角な二方向に個別に移動される可動支持体と可動体を介して対物レンズが移動される。したがって、対物レンズの前記光学系の光軸に対する移動位置の自由度を高めることができ、ワークの複雑な被加工部の形状に適切に対応してレーザ力卩ェを行うことができる。

[0013] 本発明の他の実施態様に係るレーザ加工装置によれば、光学系の光軸の位置を原点とし可動体と可動支持体の移動方向に平行な直角座標軸に関する対物レンズの光軸の座標値にもとづいて前記対物レンズの移動が制御される。したがって、前記光学系の光軸に対する対物レンズの移動、位置決めを正確に行うことができて、ヮークの微細な被加工部を精度良くレーザ加工することができる。

[0014] 本発明のさらに他の実施態様に係るレーザカ卩ェ装置によれば、可動体に支持した複数の倍率の異なる対物レンズを選択的に光学系の光軸の位置へ交換移動してレ一ザ加工を行うことができると共に、前記選択された対物レンズの倍率に応じて、第 3 の移動手段によりベース体を前記光学系の光軸方向へ移動調節することができる。したがって、選択された対物レンズによるレーザ光のスポットをワークに正確に結像させることができる。

図面の簡単な説明

[0015] [図 1]図 1は、本発明の一実施例に係るレーザ加工装置を示す系統図である。

[図 2]図 2は、本発明の一実施例に係るレーザ加工装置を示す側面図である。

[図 3]図 3は、本発明の一実施例に係るレーザ加工装置を示す正面図である。

[図 4]図 4は、図 3の A方向から見た本発明の一実施例を示す平面図である。

[図 5]図 5は、本発明の一実施例における対物レンズの待機位置座標のティーチング動作を説明するフロー図である。

[図 6]図 6は、本発明の一実施例における対物レンズの待機位置座標のティーチング動作 (つづき)を説明するフロー図である。 [図 7]図 7は、本発明の一実施例に係るレーザ加工装置における対物レンズの動作を説明するフロー図である。

[図 8]図 8は、本発明の一実施例におけるティーチング用十字マーク基板を示す平面図である。

[図 9]図 9は、本発明の一実施例に係るレーザ加工装置による加工方法を示す側面図（上図）および平面図（下図）である。

符号の説明

1 レーザ加工装置

2 レーザ電源

3 レーザ発振器

6 結像レンズ

7 対物レンズ

12 CCDカメラ (撮像手段）

19 テーブル

20 レーザ加工ヘッド

21 上部鏡胴 (鏡胴）

24 レンズ移動装置

25 下部鏡胴 (鏡胴）

35 Z軸案内レーノレ

36 スライドベース

37 Z軸スライダ

42 Z軸サーボモータ

43 案内板（ベース体）

44 X軸スライダ (可動支持体）

45 Y軸案内レール

46 Y軸スライダ (可動体）

47 X軸案内レーノレ

52 X軸サーボモータ 56 Y軸サーボモータ

57、 58, 59 X, Υ, Ζ軸移動手段 (第 1、第 2、第 3の移動手段）

60 モータドライノく

61 制御コンピュータ (制御装置）

61a レーザ Z対物レンズ移動制御部

61b 画像処理部

61c 表示部

6 Id 主制御部

L レーザ光軸

M ティーチング用マーク基板 (マーク基板）

ml 基準点

R レーザ光

W ワーク

発明を実施するための最良の形態

以下、本発明の一実施例に係るレーザ加工装置について、添付図面を参照して説明する。

図 1〜図 4において、 1は本発明の一実施例に係るレーザカ卩ェ装置を示す。このレ一ザ加工装置 1は、レーザ電源 2に接続されたレーザ発振器 3と、一対の反射鏡 4a, 4bを有するレーザ光軸調整ミラー 4と、レーザ発振器 3から出力され、レーザ光軸調整ミラー 4で光軸を調整されたレーザ光 Rのビーム形状を整形するアパーチャ一機構 5と、結像レンズ 6と対物レンズ 7を有し前記アパーチャ一機構 5を通過したレーザ光 Rを電子回路基板 (ワーク) W上に結像させる光学系 8とを備えている。前記ァパーチヤー機構 5は、特願 2003— 430071号明細書に記載されたアパーチャ一機構に示されるように、スリット 5c, 5dの間隔を調整自在とした一組のスリット板 5a, 5bをレーザ光軸 Lに直交させ、レーザ光軸 Lの方向（Z軸方向 z、図 1で上下方向）に位置をずらして配置すると共に、上下のスリット 5c, 5dの方向を交差角を調節可能に交差させて設けられる。上下のスリット 5c, 5dが重ね合わせて得られる合成スリットの形状によつて前記レーザ光 Rのビーム形状を整形する。 [0018] 前記レーザ光軸 L上に配置された光学系 8には、前記下側（レーザ光 Rの下流側）のスリット板 5bと前記結像レンズ 6との間、および結像レンズ 6と対物レンズ 7との間に位置して、それぞれ第 1、第 2ハーフミラー 9, 10が設けられる。第 1ハーフミラー 9に対向して設けた第 3ハーフミラー 11の光軸の上方位置には、 CCDカメラ (撮像手段） 12が配置され、前記第 3ハーフミラー 11の後方には CCD13が配置されている。さらに、レンズ 14を間にして前記第 2ハーフミラー 10に対向する反射ミラー 15が設けられる。照明器 18は、図示しない照明用投光器に連絡された照明用光ファイバ 16から発せられる照明光を、レンズ 17と前記反射ミラー 15と前記レンズ 14とを通して前記第 2 ハーフミラー 10に入射させる。また、テーブル 19が、前記対物レンズ 7の下方に配置され、かつ X, Y軸駆動手段（図示せず）によって、対物レンズ 7に対してレーザ光軸（光学系の光軸) Lの方向（Z軸方向 z)に垂直な面における互いに直角な X軸方向 Xと Y軸方向 yに相対的に移動されるようになっている。前記テーブル 19に載置され、前記照明器 18によって対物レンズ 7を通して照明されるワーク Wは、前記光学系 8と前記ハーフミラー 11を介して前記 CCDカメラ 12で撮像される。

[0019] 前記レーザ発振器 3、光学系 8、 CCDカメラ 13、照明器 18等はレーザ加工ヘッド 2 0として組み付けられて適宜の支持構造体 Mに支持されている。

すなわち、図 2〜図 4に示すように、前記結像レンズ 6とハーフミラー 10を設けた上部鏡胴 21の上方に、アパーチャ一機構 5を設けたビーム形状整形器 22とレーザ光軸調整ミラー 4を設けた光軸調節器 23とが下力順に配置される。前記上部鏡胴 21 の下部には、前記ハーフミラー 10が設けられ、下端に前記対物レンズ 7を支持したレンズ移動装置 24を設けた下部鏡胴 25が接続されている。また、前記上部鏡胴 21の X軸方向 Xの一側部に、前記第 3ハーフミラー 11と CCDカメラ 12と CCD 13とを設けた T字状の撮像鏡胴 26が接続される。前記下部鏡胴 25における前記撮像鏡胴 26と反対側の側部には、前記レンズ 14, 17、反射ミラー 15、照明用光ファイバ 16を設けた L字状の照明鏡月同 27が接続されている。

[0020] 前記支持構造体 Mは、前記テーブル 19を X, Y軸方向 X, yへ移動自在に支持した架台（図示せず)と、この架台の X軸方向 Xの両端部に固定した一対の支柱（図示せず）に両端を支持されて X軸方向 Xに延長されかつ前記テーブル 19の上方に設けられた X軸ビーム 28とを備えている。前記 X軸ビーム 28には、 X軸方向 Xに水平に延長して設けた上下一対の案内レール 29, 29が固定されている。この案内レール 29, 2 9に被案内部 30を支持案内させたサドル 31が、前記 X軸ビーム 28に対して X軸方向 Xに移動自在に設けられている。前記 X軸ビーム 28における案内レール 29, 29の上方には、リニアモータコイル 32aとリニアモータマグネット 32bからなるリニアモータ 32 が X軸方向 Xに沿って配置される。前記リニアモータコイル 32aは、前記サドル 31の上端部に X軸ビーム 28の上方に延長して取り付けた平板状の支持部材 33に固定され、前記リニアモータ 32の作動で前記サドル 31が X軸方向 Xに往復移動するようになっている。前記支持部材 33上に前記レーザ光軸調整器 23と連絡された前記レーザ発振器 3が支持されている。前記サドル 31の Y軸方向 yの前面（図 2の左側面）には前方に突き出して支持具 34が取り付けられ、この支持具 34によって前記上部鏡胴 21の上端が前記サドル 31に支持されて、る。

[0021] 前記サドル 31の前面下部には Z軸方向 zに沿つて設けた一対の Z軸案内レール 35 , 35 (図 4参照）を有するスライドベース 36が固定されている。このスライドベース 36 には Z軸スライダ 37が前記 Z軸案内レール 35, 35を介して Z軸方向 zに移動自在に支持されている。前記 Z軸スライダ 37の前面には支持片 38が前方に突き出して固定されている。この支持片 38に前記下部鏡胴 25の Y軸方向 yの後部が支持され、この支持片 38と前記支持具 34とにより、前記上、下部鏡胴 21, 25が前記光学系 8の光軸 Lを Z軸方向 zに一致させた状態にして前記サドル 31に支持されて、る。前記 Z軸スライダ 37は、その背面に固定されたボールナット 39が前記スライドベース 36の上、下部軸受部材 40a, 40bに回転自在に支持されたボールねじ軸 41に螺合され、前記上部軸受部材 40aに固定した Z軸サーボモータ 42によってこのボールねじ軸 41 が回転されることにより、 Z軸方向 zに移動する。前記下部鏡胴 25の上部 25aは上部鏡月同 21の下端部 21aに Z軸方向 z (図 1、図 2で上下方向）に相対移動可能に嵌合されており、前記 Z軸スライダ 37の前記サーボモータ 42による Z軸方向 zへの移動を許容している。また、結像レンズ 6は、上部鏡胴 21の下部に固定されており、下部鏡月同 25の Z軸方向 zへの相対移動によって下部鏡胴 25に当接しな、ようになって、る。

[0022] 前記レンズ移動装置 24は、前記下部鏡胴 25の下端に固定した X軸方向 Xに長い矩形の案内板 (ベース体) 43と、この案内板 43の下面に摺接されて X軸方向 Xに移動自在に設けた矩形平板状の X軸スライダ (可動支持体) 44と、この X軸スライダ 44 に一対の Y軸案内レール 45, 45に案内されて Y軸方向 yに移動自在に支持された Y 軸スライダ (可動体) 46とを備える。 Y軸スライダ 46は、 X軸スライダ 44よりやや小さい矩形平板状である。前記 X軸スライダ 44は、前記 Z軸スライダ 37に X軸方向 Xに沿つて設けた X軸案内レール 47に支持、案内された可動部材 (可動支持体) 48に取り付けられている。

前記 Z軸スライダ 37の下端には、 X軸方向 Xの両端側に位置して設けた軸受部材 4 9a, 49bにボールねじ軸 50が支持される。このボールねじ軸 50に前記可動体 48に固定したボールナット 51が螺合され、前記一方の軸受部材 49bに固定した X軸サーボモータ 52による前記ボールねじ軸 50の回転により、前記 X軸スライダ 44が X軸方向 Xに移動されるようになって!/、る。前記 X軸スライダ 44の X軸方向 Xの位置はリニアエンコーダー 62で検出される。また、前記 X軸スライダ 44の一端側（図 3、図 4で左端側）には、 Y軸方向 yの両端側（図 4で上、下端側）に位置して設けた軸受部材 53a, 53bにボールねじ軸 54が支持される。このボールねじ軸 54に前記 Y軸スライダ 46に固定したボールナット 55が螺合され、一方の軸受部材 53aに固定した Y軸サーボモータ 56による前記ボールねじ軸 54の回転により、前記 Y軸スライダ 46が Y軸方向 y に移動されるようになって、る。 Y軸スライダ 46の Y軸方向 yの位置はリニアェンコ一ダー 63で検出される。

前記対物レンズ 7として、複数のレンズを組み合わせて倍率を異ならせた複数個 ( 図の例では 4個）の対物レンズ 7a, 7b, 7c, 7dが用意される。対物レンズ 7a, 7b, 7c , 7dは、前記 Y軸スライダ 46に支持される。前記 X軸サーボモータ 52による X軸スライダ 44の X軸方向 Xの移動により、それらの対物レンズ 7a〜7dのうちの 1つを、選択的に前記光学系 8の光軸 Lの位置に移動させて対物レンズ 7の倍率の交換を行える。また、前記 X軸サーボモータ 52による X軸スライダ 44の X軸方向 Xへの微小移動と、前記 Y軸サーボモータ 56による Y軸スライダ 46の Y軸方向 yへの微小移動とにより、選択された対物レンズ 7の光軸の位置を前記光学系 8の光軸 Lの位置に対して、 X , Y軸方向 x、 yへ微小移動、位置決めを行わせることができる。前記 X軸スライダ 44には、前記対物レンズ 7a〜7dの各光軸に対応する位置に、レ一ザ光 Rを通過させる穴が開けられている。この穴は対物レンズ 7の口径よりやや大きい寸法を有する。この穴径は対物レンズ 7の口径の 2倍の寸法より大きくするのが望ましいが、これに限らない。前記案内板 43の中央部分には前記光学系 8の光軸 L の位置に一致させ、レーザ光 Rと照明光の光束を穴壁に干渉させずに通過させる所定大きさの貫通穴が開けられている。

なお、各対物レンズ 7a, 7b, 7c, 7dの倍率は、例えば、それぞれ、順に 5倍、 20倍、 50倍、 100倍に設定されている。

[0024] なお、前記案内レール 29と被案内部 30とからなる案内機構、前記 Z軸案内レール 35と Z軸スライダ 37とからなる案内機構、前記 Y軸案内レール 45と Y軸スライダ 46とからなる案内機構、前記 X軸案内レール 47と可動体 48とからなる案内機構は、それぞれ、摺動案内面によるものでもよいが、可動部の固定部に対する移動を円滑に案内するために、転動体を使用した直線案内機構とするのが好ましい。また、前記リニァモータ 32に代えて、サーボモータの回転により、ボールねじ軸にボールナットを螺合してなる直線運動機構を介して前記サドル 31を X軸ビーム 28に対して移動させてもよい。さらに、前記 X、 Y、 Ζ軸サーボモータ 52, 56, 42と、ボーノレねじ軸 50, 54, 4 1にボールナット 51, 55, 39に螺合してなるボールねじ機構とにより、前記 X、 Υ, Ζ 軸スライダ 44, 46、 37を、それぞれ、 X、 Υ, Ζ軸方向 x, y, zに往復移動させる X軸移動手段 (第 1の移動手段) 57、 Y軸移動手段 (第 2の移動手段) 58、 Z軸移動手段 ( 第 3の移動手段） 59を構成している。しかし、これに限らず、前記 X、 Y、 Ζ軸移動手段 57, 56, 59は、リニアモータによる移動機構、その他の移動機構による構造のものであってもよい。また、前記 X, Υ, Ζ軸サーボモータ 52, 56, 42をステッピングモータに代えてもよい。

[0025] 前記レーザ加工装置 1は、前記レーザ光源 2と、前記 CCDカメラ 12と、前記照明器 18と、前記 X、 Y、 Ζ軸サーボモータ 52, 56, 42や前記テーブル 19を X, Υ軸方向 χ , yへ移動させるテーブル駆動手段のサーボモータ（図示せず)を個別に作動させるモータドライバ 60等の動作を制御する制御コンピュータ (制御装置） 61とを備えている。前記制御コンピュータ 61は、図 1に示すように、レーザ Z対物レンズ移動制御部 61 aと、画像処理部 61bと、表示器 61cと、主制御部 61dと、キーボード等の入力手段 6 leと、主メモリ等（図示せず）とを備えている。レーザ Z対物レンズ移動制御部 6 laは、前記レーザ電源 2と前記モータドライバ 60とに接続される。画像処理部 61bは、前記 CCDカメラ 12に接続され、この CCDカメラ 12が前記ワーク Wからの反射光によつてワーク Wの表面における欠陥部等 (被加工部）の形状等を撮像して得られた画像を演算処理して所要の画像データを得る。表示器 61cは、前記画像処理部 6 lbで得られた画像データ等を表示する。主制御部 6 Idは、前記画像処理部 6 lbから得られた画像データにもとづいて所要の演算をして、その演算結果により前記レーザ Z対物レンズ移動制御部 61aに指令して前記モータドライバ 60によって前記 X、 Y、 Ζ軸サーボモータ 52, 56, 42、前記テーブル駆動手段に所要の動作を行わせる。さらに主制御部 61dは、前記画像処理部 6 lbから得られた画像データをメモリ（図示せず）に記憶させたり、前記表示部 61cに画像を表示させたりする。キーボード等の入力手段 61eは、必要な指令を設定入力するために設けられる。主メモリ等（図示せず）には、前記 CCDカメラ 12の動作プログラム、前記入力手段 61eで入力された各種設定数値や前記主制御部 61dで得られたデータ等が登録される。

次に、前記構成のレーザ加工装置 1の作用と共に本発明に一実施例に係るレーザ加工方法について、図 5〜図 9を参照しながら説明する。

レーザ加工装置 1の対物レンズ 7の倍率変換とレーザ光 Rのスポットの移動による加ェに際して、前記光軸 Lの位置を原点とし前記 X、 Y軸方向 x、 yに沿う直角座標軸（ X, Y座標軸）に関する前記待機位置における対物レンズ 7の光軸の座標値を採取するティーチング動作を行う。このティーチング動作は、各対物レンズ 7a〜7dを、それらの光軸が前記光学系 8の光軸 Lに正しく一致する位置と、そこから X, Y軸方向 X 、 yの一方へ離れた待機位置 (原位置)との間で正確に往復移動させ、位置決めさせるために行われる。

先ず、前記 X、 Y軸サーボモータ 52, 56を原点復帰させる（ステップ Sl)。次に、任意の対物レンズ (低倍率の対物レンズが望ましい） 7を前記 X、 Y軸サーボモータ 52, 56によって結像レンズ 6の光軸 Lの近辺に移動させ、前記テーブル 19の上に、ヮーク Wの代わりに、図 8に示すようなティーチング用十字マーク基板 (以下、単に「マーク基板」という） Mを載置する。照明器用投光器力も光ファイバ 16、レンズ 17、反射ミラー 15、レンズ 14、ハーフミラー 10および任意の対物レンズ (低倍率の対物レンズが望ましい） 7を介して照明光を前記マーク基板 Mに照射する。その反射光によってマーク基板 Mに記した十字マーク mの角部である基準点 m 1は前記 CCDカメラ 12で撮像される。測定者は、前記 CCDカメラ 12で撮像され表示させた像を見ながら、前記テーブル 19上の前記マーク基板 Mを、前記基準点 mlの像が最も良く見える光学系 8の光軸 L下 (結像レンズ 6の光軸下）の位置にセットする (ステップ S2)。

[0027] 次に、前記レーザ Z対物レンズ移動制御部 6 laのメモリに予め登録されていた、例えば、倍率 100倍の対物レンズ 7dに対する初期 X、 Y座標値が主制御部 6 Idにダウンロードされる (ステップ S3)。その後、前記モータドライバ 60に指令して (ステップ S4 )、 X、 Y軸サーボモータ 52, 56を、 X軸スライダ 44および Y軸スライダ 46に設けられたリニアエンコーダ (位置検出器) 62, 63の検出値にもとづく位置フィードバック制御により作動させ、前記対物レンズ 7dを、前記 X軸スライダ 44と Y軸スライダ 46を介して待機位置 (原位置)から X, Y軸方向 X, yへ移動させる (ステップ S5)。前記対物レンズ 7dが前記初期 X、 Y座標値だけ移動したところで、対物レンズ 7dを通して前記マーク基板 Mの十字マーク mを前記 CCDカメラ 12で撮像し、前記画像処理部 61bにより表示部 61cに表示された画像にもとづいて、前記十字マーク mの基準点 mlに対物レンズ 7dの焦点位置が一致するように前記 X軸スライダ 44、 Y軸スライダ 46をそれぞれ Y軸方向 X, yへ微移動させる（ステップ S6)。前記十字マーク mの基準点 mlに対物レンズ 7dの焦点位置が一致したところで、前記 X、 Y軸サーボモータ 52, 56のエンコーダ 52a, 56aによる各位置検出値を、前記光軸 Lに対する前記対物レンズ 7 dの待機位置における光軸の正しい X、 Y座標値として、前記初期 X、 Y座標値に代えて前記レーザ Z対物レンズ移動制御部 61aのメモリに登録させる (ステップ S7)。

[0028] 次!、で、例えば、倍率 50倍の対物レンズ 7cにつ!/、て、前記ステップ S3〜ステップ S7の動作と同様なステップ S8〜ステップ S12の動作を行って、前記光軸 Lに対する前記対物レンズ 7cの待機位置における光軸の正ヽ X、 Y座標値を前記レーザ Z対物レンズ移動制御部 6 lbのメモリに登録させる。続いて、例えば、倍率 20倍の対物レンズ 7bについて、前記ステップ S3〜ステップ S7の動作と同様なステップ SI 3〜ステップ S17の動作を行って、前記光軸 Lに対する前記対物レンズ 7bの待機位置における光軸の正しい X、Y座標値を前記レーザ Z対物レンズ移動制御部 6 laのメモリに登録させる。最後に、残りの倍率 5倍の対物レンズ 7aについて、前記ステップ S3〜ステップ S7の動作と同様なステップ S18〜ステップ S22の動作を行って、前記光軸しに対する前記対物レンズ 7aの待機位置における光軸の正、X、 Y座標値を前記レーザ Z対物レンズ移動制御部 6 laのメモリに登録させて、ティーチング動作を終了する

[0029] 上記のようにして、全ての対物レンズ 7a, 7b, 7c, 7dについて，前記 X, Y座標軸の原点に対する待機位置における光軸の正、X、 Y座標値が前記レーザ Z対物レンズ移動制御部 6 laのメモリに予め登録される。その後、前記テーブル 19に載置されたワーク Wの欠陥部等をカ卩ェする。

先ず、前記制御コンピュータ 61を動作させると、前記モータドライバ 60によって前記テーブル駆動手段（図示せず）が作動して、ワーク Wとレーザカ卩ェヘッド 20とが相対的に X, Y軸方向 x、 yへ移動する。レーザカ卩ェヘッド 20は、その光学系 8の光軸 L の位置が、予め検査装置によって発見されて測定された、例えば、図 9に示すように、ワーク Wの配線 wlの欠陥部（短絡部) wlaの中央位置まで移動される。次に、前記欠陥部 wlaの形状、大きさに応じてその加工に必要な倍率の対物レンズ 7が選択されて交換される。

[0030] この場合、例えば、図 3、図 4に示すように、前記光軸 Lの位置にある 5倍の対物レンズ 7bからその右側 2番目の位置にある 50倍の対物レンズ 7cに交換する場合は、図 7に示すように、前記レーザ Z対物レンズ移動制御部 61aのメモリに登録された対物レンズ 7cの X、 Y座標値が前記主制御部 6 Idにダウンロードされる（ステップ S101 ) oこの主制御部 61dから前記サーボドライバ 60に対し対物レンズ 7cの X、 Y座標値に対応する移動量だけ前記 X軸サーボモータ 52と Y軸サーボモータ 56とを同時に作動させる指令が出される (ステップ S102)。この指令により、 X軸サーボモータ 52と Y軸サーボモータ 56がリニアエンコーダ 62, 63の各検出値にもとづく位置フィードバック制御により作動して、前記 X軸スライダ 44と Y軸スライダ 46を X、 Y軸方向 X, yへそれぞれ X、 Y座標値に対応する移動量だけ移動させる (ステップ S 103)。これ〖こより、前記対物レンズ 7cが前記光軸 Lに向力つて、その待機位置における光軸の位置と光軸 Lとを結ぶ直線上に沿って移動し、対物レンズ 7cの光軸が前記光軸 Lの位置に一致したところで停止して位置決めされる。このようにして 20倍の対物レンズ 7bから 5 0倍の対物レンズ 7cへの対物レンズの交換が終了する。

[0031] 次に、前記検査装置によって測定された欠陥部 wlaの形状、寸法にもとづいて前記主制御部 61dが求めた前記 X, Y座標軸上の加工開始位置 (短絡部 wlaの切断開始位置の X, Y座標値) piへレーザ光 Rのスポット Pを位置させるために、前記レーザ Z対物レンズ移動制御部 61aの指令により前記 X軸サーボモータ 52と Y軸サーボモータ 56が作動される（ステップ S104)。これにより、前記 X, Y軸スライダ 44, 46が移動して Y軸スライダ 46に固定された対物レンズ 7cが X, Y軸方向 x、 yへ合成移動されて、前記選択された 50倍の対物レンズ 7cの光軸の位置が、前記光軸 Lの位置から図 9 (b)に示すように、 X, Y軸方向 X, yの一方（図 9で右方）に所定距離だけ移動した加工開始光軸位置 S1 (座標 Sxl, Syl)に着いた状態となる。したがって、この状態でレーザ光源 2を作動させると、前記レーザ発振器 3から出力されたレーザ光 Rは、前記対物レンズ 7cの光軸から X, Y軸方向 X, yに所定距離 Sxl, Sylだけずれた位置を通り、距離 Sxl, Sylに応じた対物レンズ 7cの屈折角の変化により前記レ一ザ光 Rのスポット Pが前記カ卩ェ開始位置 piに結像される。

[0032] そこで、前記カ卩ェ開始位置 piでワーク Wの欠陥部 wlaにレーザ光 Rを照射しながら、前記 X, Y軸サーボモータ 52, 56を作動させて、前記 X, Y軸スライダ 44, 46を介して対物レンズ 7cの光軸の位置をカ卩ェ終了位置 S2 (座標 Sx2, Sy2)へ移動させる。これにより、前記対物レンズ 7cの屈折角の変化により、レーザ光 Rのスポット Pの位置を前記カ卩ェ開始位置 piから X, Y軸方向 X, yの反対側へカ卩ェ終了位置 p2まで移動し、前記欠陥部である短絡部 wlaの切断加工が行われる (ステップ S 105)。以下、同様にして必要な倍率の対物レンズを光学系 8の光軸 Lの位置へ交換移動させた後に、ワーク Wの所定の欠陥部 wlaの加工を行うことができる。なお、対物レンズ 7の交換を行ったときのワーク Wの表面への焦点合わせは、前記 Z軸サーボモータ 42を作動させて Z軸スライダ 37をスライドベース 36に対して Z軸方向 zへ移動調節することにより行う。

[0033] 上記のように、本実施例に係るレーザ加工方法によれば、レーザ発振器 3から出力されたレーザ光 Rを、結像レンズ 6と対物レンズ 7を有する光学系 8を通してワーク W に照射して所定の被加工部を加工するレーザ加工方法であって、前記光学系 8の光軸 Lに垂直な面内において前記対物レンズ 7を移動させることにより、この対物レンズ 7を通して前記ワーク Wに結像される前記レーザ光 Rのスポット Pの位置を移動させて加工を行う構成とした。したがって、前記対物レンズ 7の光学系 8の光軸 Lに対する移動位置に応じて、ワーク Wに対するレーザ光 Rのスポット Pの位置を微小移動させることができる。このレーザ光 Rのスポット位置の移動により、ワーク Wの被加工部分が電子回路基板における複雑な形状や微細な加工部分であっても、正確に加工することができて、無用な部分の加工を確実に避けることができる。し力も、ワーク Wの加工に際して、レーザ光 Rのスポット Pに対してワーク W側や前記光学系 8を有するレーザカロェヘッド 20側の大きな構造物自体を微小移動させる必要がないので、ワーク Wに対するレーザ光 Rのスポット Pの微小移動が容易かつ円滑であり、ワーク Wのレーザカロェを円滑かつ迅速に行うことができる。また、従来のような ί θレンズを用いないため、レーザ光 Rのスポット Ρを小さくすることができ、微細加工が可能である。

[0034] また、上記実施例に係るレーザ加工装置 1は、レーザ発振器 3から出力されたレーザ光 Rを、結像レンズ 6と対物レンズ 7を有する光学系 8を通してワーク Wに照射して所定の被加工部を加工するレーザ加工装置 1であって、前記対物レンズ 7をその光軸が前記光学系 8の光軸 Lに平行となるように支持した Υ軸スライダ 46と、この Υ軸スライダ 46を支持し、かつ前記対物レンズ 7が前記光学系 8の光軸 Lを垂直に横切って Υ軸方向 yに移動するように前記 Y軸スライダ 46を案内する X軸スライダ 44と、この X 軸スライダ 44を Y軸方向 yに直角な X軸方向 Xへ案内する案内板 43と、この案内板 4 3に対して前記 X軸スライダ 44を X軸方向 Xに移動させる X軸移動手段 57と、前記 Y 軸スライダ 46を Y軸方向 yに移動させる Y軸移動手段 58と、前記 X、 Y移動手段 57, 58を作動させ前記対物レンズ 7を通してワーク Wに結像されるレーザ光 Rのスポット位置の移動を制御する制御装置 61とを備えて、る。

[0035] したがって、制御装置 61により X, Y軸移動手段 57, 58を作動させ、 X, Y軸移動手段 57, 58によって案内体 43に対して Y軸スライダ 46を光学系 8の光軸 Lを垂直に横切る X, Y軸方向 X, yの二方向へ案内移動させることにより、前記 Y軸スライダ 46 に支持した対物レンズ 7を前記光学系 8の光軸 Lに対して的確に移動させることができる。したがって、上記レーザカ卩ェ方法を適切に実施することができると共に、前記対物レンズ 7の前記光学系 8の光軸 Lに対する移動位置の自由度を高めることができる。この結果、ワーク Wの複雑な被加工部の形状に適切に対応してレーザ加工を効果的に行うことができる。

また、上記実施例に係るレーザ加工装置 1によれば、前記制御装置 61が、前記光学系 8の光軸 Lの位置を原点とし前記 X軸スライダ 44と Y軸スライダ 46の移動方向に平行な直角座標軸 (X, Y座標軸）に関する前記対物レンズ 7の待機位置における光軸の座標値を予め登録しておき、前記直角座標軸における対物レンズ 7の光軸の座標値にもとづいて前記第 1、第 2の移動手段 57, 58を作動させて前記対物レンズ 7の移動を制御する構成とした。したがって、前記光学系 8の光軸 Lに対する対物レンズ 7 の移動、位置決めを正確に行うことができて、ワークの微細な被加工部を精度良くレ一ザカ卩ェすることができる。

さらに、上記実施例に係るレーザ加工装置 1によれば、前記案内板 43が前記光学系 8の光軸 Lと平行な方向に前記制御装置 61によって作動を制御される第 3の移動手段 59により移動調節され、前記 Y軸スライダ 46が倍率の異なる複数個の対物レンズ 7を支持した構成とした。したがって、 Y軸スライダ 46に支持した複数の倍率の異なる対物レンズ 7の所要のものを選択的に光学系 8の光軸 Lの位置へ交換移動してレ一ザ加工を行うことができる。また、前記選択された対物レンズ 7の倍率に応じて、第 3の移動手段 59により案内板 43を前記光学系 8の光軸 L方向へ移動調節することにより、選択された対物レンズ 7に対応したレーザ光 Rのスポット径 (スポット P)をワーク Wに正確に結像させることができる。

また、前記第 1、第 2、第 3移動手段 57, 58, 59を、サーボモータ 52, 56, 42とこのサーボモータ 52, 56, 42によって駆動されるボールねじ機構と力もなる構成としたので、サーボモータ 52, 56, 42の回転をボールねじ機構を介して円滑に直線運動に変換して、 Y軸スライダ 46の移動を円滑に行うことができ、対物レンズ 7の移動、位置決めを一層正確に行うことができる。

[0037] なお、上記一実施例に係るレーザカ卩ェ装置 1にお、ては、前記 Y軸スライダ 46に倍率の異なる 4個の対物レンズ 7a〜7dを X軸方向 Xに沿う一直線上の位置に配置した例を示した。しかし、これに限らず、対物レンズ 7は 4個以外の複数個を設けてもよぐそれらの前記 Y軸スライダ 46への配置も任意である。また、前記 Z軸スライダ 37に X軸スライダ 44を X軸方向 Xへ移動自在に支持し、 X軸スライダ 44に Y軸スライダ 46 を Y軸方向 yへ移動自在に支持する例を示した。しかし、これに限らず、前記 Z軸スライダ 37または案内板 43に Y軸スライダ 46を Y軸方向 yへ移動自在に支持し、 Y軸スライダ 46に X軸スライダ 44を X軸方向 Xへ移動自在に支持し、 X軸スライダ 44に対物レンズ 7を設けるようにしてもよい。また、前記 X軸スライダ 44を、 X軸案内レール 47を介して Z軸スライダ 37に支持することにより、前記案内板 43に対して間接的に支持して案内移動させるようにした。これに代えて、前記案内板 43に X軸案内レール 47を設けて X軸スライダ 44を直接的に案内板 43に支持して案内移動させるようにしてもよい。

また、リニアエンコーダ 62, 63に代えて、図 1に破線で示すように、サーボモータ 52 , 56の軸端に取り付けられたロータリエンコーダ 52a, 56aを用いてもよい。

産業上の利用可能性

[0038] 本発明は、電子回路基板上に生じた各種の欠陥部をレーザ光を照射して除去および修正する加工等を行うレーザカ卩ェ方法およびレーザカ卩ェ装置レーザカ卩ェ装置に適用することができ、制御装置により移動手段を作動させ、この移動手段によって支持体に対して可動体を光学系の光軸を垂直に横切る方向へ案内移動させることにより、前記可動体に支持した対物レンズを前記光学系の光軸に対して的確に移動させることがでさる。

Claims

請求の範囲

[1] レーザ発振器から出力されたレーザ光を、結像レンズと対物レンズを有する光学系を通してワークに照射して所定の被加工部を加工するレーザ加工方法であって、前記光学系の光軸に垂直な面内において前記対物レンズを移動させることにより、前記対物レンズを通して前記ワークに結像される前記レーザ光のスポット位置を移動させて加工を行うことを特徴とするレーザ加工方法。

[2] レーザ発振器から出力されたレーザ光を、結像レンズと対物レンズを有する光学系を通してワークに照射して所定の被加工部を加工するレーザ加工装置であって、前記対物レンズをその光軸が前記光学系の光軸に平行となるように支持した可動体と、

前記可動体を支持しかつ前記対物レンズが前記光学系の光軸を垂直に横切って少なくとも一方向に移動するように前記可動体を案内する支持体と、

前記可動体を前記一方向に移動させる移動手段と、

前記移動手段を作動させ、前記対物レンズを通してワークに結像されるレーザ光のスポット位置の移動を制御する制御装置と

を備えるレーザ加工装置。

[3] 請求項 2記載のレーザ加工装置において、

前記支持体は、前記光学系の光軸方向のみに移動するベース体と、前記ベース体に対して前記光学系の光軸を垂直に横切る一方向に移動する可動支持体とを備え、前記可動体が前記可動支持体にその移動方向に直角な方向に移動自在に支持されており、

前記移動手段は、前記可動支持体を前記ベース体に対して移動させる第 1の移動手段と、前記可動支持体に対して前記可動体を移動させる第 2の移動手段とを備えるレーザ加工装置。

[4] 請求項 3に記載のレーザ加工装置において、前記制御装置は、前記光学系の光軸の位置を原点とし前記可動体と可動支持体の移動方向に平行な直角座標軸に関する前記対物レンズの待機位置における光軸の座標値を予め登録しておき、前記直角座標軸における対物レンズの光軸の座標値にもとづいて前記第 1および第 2の移動手段を作動させて前記対物レンズの移動を制御するレーザ加工装置。

請求項 3または 4に記載のレーザ加工装置において、前記固定部材は前記光学系の光軸と平行な方向に前記制御装置によって作動を制御される第 3の移動手段により移動調節され、前記可動体は倍率の異なる複数個の対物レンズを支持するレーザ加工装置。