特許 6301219 レーザ加工装置及びレーザ加工方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6301219

(24)【登録日】2018年3月9日

(45)【発行日】2018年3月28日

(54)【発明の名称】レーザ加工装置及びレーザ加工方法

(51)【国際特許分類】

   B23K 26/064 20140101AFI20180319BHJP

   B23K 26/00 20140101ALI20180319BHJP

【ＦＩ】

   B23K26/064 A

   B23K26/00 N

【請求項の数】2

【全頁数】7

(21)【出願番号】特願2014-166854(P2014-166854)

(22)【出願日】2014年8月19日

(65)【公開番号】特開2016-43358(P2016-43358A)

(43)【公開日】2016年4月4日

【審査請求日】2017年3月23日

(73)【特許権者】

【識別番号】000233332

【氏名又は名称】ビアメカニクス株式会社

(72)【発明者】

【氏名】大谷 宣嘉

(72)【発明者】

【氏名】松本 和也

(72)【発明者】

【氏名】大前 吾一

【審査官】 竹下 和志

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００４−３５８５０７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−２５２９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−４８０９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１４−５２４０４７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２３Ｋ ２６／００ − ２６／７０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

レーザ発振器からのレーザパルスを音響光学変調器に入力させ、当該音響光学変調器は入力されたレーザパルスを必要な期間だけ加工物方向に分岐させるレーザ加工装置において、過去からの特定の期間、前記音響光学変調器への入力レーザパルスのレーザエネルギー値の総和が所定値に達しているかどうかを一定の時間間隔毎に判定し、所定値に達していない場合、加工に用いられるレーザパルスよりレーザエネルギーの小さい追加のレーザパルスを前記レーザ発振器に発振させて前記音響光学変調器へ入力させるよう制御するレーザ発振制御部と、前記音響光学変調器への入力レーザパルスを、前記加工物方向分岐期間を除く期間、前記追加レーザパルスの期間も含めて非加工物方向に分岐させるよう制御する音響光学変調器制御部とを備えことを特徴とするレーザ加工装置。

【請求項2】

レーザ発振器からのレーザパルスを音響光学変調器に入力させ、当該音響光学変調器は入力されたレーザパルスを必要な期間だけ加工物方向に分岐させるレーザ加工方法において、過去からの特定の期間、前記音響光学変調器への入力レーザパルスのレーザエネルギー値の総和が所定値に達しているかどうかを一定の時間間隔毎に判定し、所定値に達していない場合、加工に用いられるレーザパルスよりレーザエネルギーの小さい追加のレーザパルスを前記レーザ発振器に発振させて前記音響光学変調器へ入力させ、当該音響光学変調器への入力レーザパルスを、前記加工物方向分岐期間を除く期間、前記追加レーザパルスの期間も含めて非加工物方向に分岐させることを特徴とするレーザ加工方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、例えばプリント基板のような被加工物にレーザを使用して加工を行うためのレーザ加工装置及びレーザ加工方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、例えば炭酸ガスレーザ発振器の如きガスレーザ発振器を用いたレーザ加工装置においては、レーザ発振器から出力されたレーザパルスのスイッチングに、超音波による回折格子を発生させるゲルマニウム等の結晶体を用いた音響光学変調器（以下ＡＯＭと略す）が用いられている。

【0003】

ＡＯＭの結晶体として、例えばゲルマニウムを用いた場合、レーザパルスが結晶内部を通過する際に光吸収による発熱が発生し、レーザパルスに対してレンズとしての作用（熱レンズ効果）を起こす。この熱レンズ作用は結晶体内部の温度分布によって影響される。
特許文献１には、次のレーザ照射までの時間に対するレーザパルス幅の占める割合（デユーティ）が所定の割合になるようにレーザパルス幅を制御することにより、ＡＯＭに照射されるレーザエネルギーを略一定にすることで、ＡＯＭの熱レンズ作用を小さくする技術が開示されている。
しかしながら、この従来技術においては、次のレーザ照射のタイミングが判っていないと、レーザパルス幅を決定できない。そのため、加工位置データに基づき、各加工位置へのレーザ照射タイミングを予測する手段が必要である。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開2004-358507号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

そこで本発明は、レーザ照射タイミングを予測する手段を必要とせずに、ＡＯＭでの熱レンズ作用を低減できるレーザ加工装置及びレーザ加工方法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】

【0006】

上記課題を解決するため、請求項１に記載のレーザ加工装置においては、レーザ発振器からのレーザパルスを音響光学変調器に入力させ、当該音響光学変調器は入力されたレーザパルスを必要な期間だけ加工物方向に分岐させるレーザ加工装置において、過去からの特定の期間、音響光学変調器への入力レーザパルスのレーザエネルギー値の総和が所定値に達しているかどうかを一定の時間間隔毎に判定し、所定値に達していない場合、加工に用いられるレーザパルスよりレーザエネルギーの小さい追加のレーザパルスを前記レーザ発振器に発振させて前記音響光学変調器へ入力させるよう制御するレーザ発振制御部と、前記音響光学変調器への入力レーザパルスを、前記加工物方向分岐期間を除く期間、前記追加レーザパルスの期間も含めて非加工物方向に分岐させるよう制御する音響光学変調器制御部とを備えことを特徴とする。

【0007】

また、請求項２に記載のレーザ加工法においては、レーザ発振器からのレーザパルスを音響光学変調器に入力させ、当該音響光学変調器は入力されたレーザパルスを必要な期間だけ加工物方向に分岐させるレーザ加工方法において、過去からの特定の期間、音響光学変調器への入力レーザパルスのレーザエネルギー値の総和が所定値に達しているかどうかを一定の時間間隔毎に判定し、所定値に達していない場合、加工に用いられるレーザパルスよりレーザエネルギーの小さい追加のレーザパルスを前記レーザ発振器に発振させて前記音響光学変調器へ入力させ、当該音響光学変調器への入力レーザパルスを、前記加工物方向分岐期間を除く期間、前記追加レーザパルスの期間も含めて非加工物方向に分岐させることを特徴とする。

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、ＡＯＭでの熱勾配の問題を改善することにより、ＡＯＭの熱レンズ作用をさらに抑制することができるレーザ加工装置及びレーザ加工方法を提供することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本発明の一実施例となるレーザ加工装置の部分タイミング図である。

【図2】本発明の一実施例となるレーザ加工装置のブロック図である。

【図3】図２におけるレーザ発振制御部の構成を示す図である。

【図4】図３におけるダミー指令制御部の構成と動作を説明するための図である。

【発明を実施するための形態】

【実施例】

【0010】

本発明の一実施例について説明する。

【0011】

図２は、本発明の一実施例を説明するためのブロック図である。図２において、１はレーザパルスＬ及び後述する追加のレーザパルスＤＬを発生するレーザ発振器、２はレーザ発振器１から出力されたレーザパルスＬ及び追加レーザパルスＤＬを特定の方向へ分岐させるＡＯＭ、３はＡＯＭ２の動作を制御するＡＯＭ制御部、４はＡＯＭ２から加工物方向に分岐されたレーザパルスＬ１をプリント基板の如き加工物５に照射する光学系である。６はＡＯＭ２から非加工物方向に分岐されたレーザパルスＬ２を吸収するダンパである。

【0012】

７は装置全体の動作を制御する、例えばプログラム制御の処理装置によって実現される全体制御部で、加工に用いるためのレーザパルスＬの発振をレーザ発振器１に指令するレーザ発振指令信号Ｂ、レーザ発振器１に追加レーザパルスＤＬの出力を指令するダミー指令信号Ｄ、ＡＯＭ制御部３の動作を制御するＡＯＭ制御信号Ｍを出力する。
ＡＯＭ駆動部３は、全体制御部７からのＡＯＭ制御信号Ｍに基づき、ＡＯＭ２を制御するＡＯＭ駆動信号Ｎを出力する。ＡＯＭ駆動信号Ｎは、それがオンの時間帯でのみＡＯＭ２に入力されたレーザパルスＬを加工方向の光学系４に分岐させ、それ以外の時間帯ではダンパ６の方向に分岐させる。すなわち、追加レーザパルスＤＬもダンパ６の方向に分岐させる。

【0013】

図３は、レーザ発振指令信号Ｂとダミー指令信号Ｄを出力するレーザ発振制御部８の構成を示す図である。光学系４の動きに同期してレーザパルスＬの発振を指令するレーザ発振指令信号Ｂが、全体制御部７の内部で生成され、レーザ発振制御部８はレーザ発振指令信号Ｂをそのままレーザ発振器１に出力する。ダミー指令制御部９は、レーザ発振指令信号Ｂの生成状況を監視し、ＡＯＭ２に熱レンズ作用の影響が出るほどの期間、レーザパルスＬが発振されない場合、熱レンズ作用を低減するための追加レーザパルスＤＬの発振を指令するダミー指令信号Ｄを出力する。

【0014】

ここで、追加レーザパルスＤＬのエネルギーであるが、これはレーザパルスＬよりも低く設定しておく。その理由は、追加レーザパルスＤＬを発振させた直後でもレーザパルスＬを発振させやすくするためである。追加レーザパルスＤＬの低エネルギー化は、追加レーザパルスのパルス幅を短くする、ないしはレーザ発振器１がダミー指令信号Ｄを受けた時、ＲＦ電源のパワーを下げることにより実現する。

【0015】

ＡＯＭ２を通過するレーザエネルギーが変動した際に発生する熱レンズ作用の変化時定数は約0.8秒程度であり、熱レンズ作用の変化はパワー変動後0.01秒で約１％発生し、パワー変動後２秒で約９２％に達する。このことから、熱レンズ作用に対して過去２秒より前のレーザエネルギーの影響は約８％残るに留まる。
従って、過去約２秒分のレーザエネルギー値の総和を求め、それが所定のレベルに達していない場合、ＡＯＭ２に熱レンズ作用の影響が出ると看做し、追加レーザパルスＤＬを発振させるようにする。なお、レーザエネルギー値の総和を求めるために、あらかじめレーザパルスＬと追加レーザパルスＤＬのレーザエネルギー値をそれぞれ把握しておく。

【0016】

図３におけるダミー指令制御部９は、以下のようにソフト的に実現する。
図４はダミー指令制御部９の構成と動作を説明するための図である。
ここでは、複数のレジスタが用いられ、このようなレジスタは、ＩＣメモリ内の一つのアドレス位置を一つのレジスタとして用いるものであり、このようなレジスタは良く知られている。各レジスタは初期状態でリセットされているものとする。

【0017】

連続する加工に用いるためのレーザパルスＬの最小間隔は100μS、そのパルス幅は20μS、追加レーザパルスＤＬのパルス幅は7μSとする。そして、レーザエネルギー値の総和をとらえる２秒間を、レーザパルスＬや追加レーザパルスＤＬのパルス幅よりも長い時間である例えば25μSの時間帯の8,000個に分割する。

【0018】

最初の２秒間での、それぞれの時間帯ｔ１、ｔ２、ｔ３・・・ｔm（m＝8,000）において、レーザ発振指令信号Ｂあるいはダミー指令信号Ｄが発生したら、それぞれレーザパルスＬ、追加レーザパルスＤＬのエネルギー値をレジスタＲ１、Ｒ２、Ｒ３・・・Ｒmに累積していく。各時間帯ｔ１、ｔ２、ｔ３・・・ｔmが経過すると、レジスタＲ１、Ｒ２、Ｒ３・・・Ｒmには、それぞれ各時間帯ｔ１、ｔ２、ｔ３・・・ｔmでのレーザエネルギー値の累積値Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３・・・Ｓmが格納される。最初の２秒間の最後の時間帯ｔmが経過すると、各レジスタＲ１、Ｒ２、Ｒ３・・・Ｒmに格納された累積値Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３・・・Ｓmの総和Ｆ１（＝Ｓ１＋Ｓ２＋Ｓ３＋・・・＋Ｓm）が計算され、レジスタＲ０に格納される。ここでＦ１が所定のレベルにあるかどうかを判定し、所定のレベルに達していない場合、ダミー指令信号Ｄを出力し、追加レーザパルスＤＬを発振させる。

【0019】

最初の２秒間の次の時間帯ｔm+1においては、レーザパルスＬあるいは追加レーザパルスＤＬが発生したら、前と同様にして、そのエネルギー値をレジスタＲm+1に累積していく。この結果、時間帯ｔm+1が経過すると、レジスタＲm+1には時間帯ｔm+1でのレーザエネルギーの累積値Ｓm+1が格納される。
そこで、レジスタＲ０の内容からレジスタＲ１に記憶している時間帯ｔ１でのレーザエネルギー値の累積値Ｓ１を減算するとともに、レジスタＲm+1に記憶している時間帯ｔm+1において発生したレーザパルスＬあるいは追加レーザパルスＤＬのエネルギー値Ｓm+1を加算する。
こうして、時間帯ｔm+1が経過すると、レジスタＲ０には、最初の２秒間から一定時間25μSが経過した新たな２秒間におけるレーザエネルギー値の総和Ｆ２（＝Ｓ２＋Ｓ３＋・・・Ｓm＋Ｓm+1）が格納される。ここで、Ｆ２が所定のレベルにあるかどうかを判定し、所定のレベルに達していない場合、ダミー指令信号Ｄを出力し、追加レーザパルスＤＬを発振させる。
なお、Ｆ２の計算が完了したら、レジスタＲ１に記憶している時間帯ｔ１でのレーザエネルギー値の累積値Ｓ１をクリアし、新たな時間帯ｔm+3用のレジスタとして使用できるようにしておく。

【0020】

最初の２秒間の次の次の時間帯ｔm+2においては、レーザパルスＬあるいは追加レーザパルスＤＬが発生したら、前と同様にして、そのレーザエネルギー値をレジスタＲm+2に累積していく。この結果、時間帯ｔm+2が経過すると、レジスタＲm+2には時間帯ｔm+2におけるレーザエネルギー値の累積値Ｓm+2が格納される。
そこで、レジスタＲ０の内容からレジスタＲ２に記憶している時間帯ｔ２でのレーザエネルギー値の累積値Ｓ２を減算するとともに、レジスタＲm+2に記憶している時間帯ｔm+2において発生したレーザパルスＬあるいは追加レーザパルスＤＬのエネルギー値Ｓm+2を加算する。
こうして、時間帯ｔm+2が経過すると、レジスタＲ０には、最初の２秒間から一定時間25μSの２倍が経過した新たな２秒間におけるレーザエネルギー値の総和Ｆ３（＝Ｓ３＋・・・Ｓm＋Ｓm+1＋Ｓm+2）が格納される。ここで、Ｆ３が所定のレベルにあるかどうかを判定し、所定のレベルに達していない場合、ダミー指令信号Ｄを出力し、追加レーザパルスＤＬを発振させる。
なお、Ｆ３の計算が完了したら、レジスタＲ２に記憶している時間帯ｔ２でのレーザエネルギー値の累積値Ｓ２をクリアし、新たな時間帯ｔm+4用のレジスタとして使用できるようにしておく。

【0021】

以後、上記と同様にして、一定時間25μS毎に、過去からの２秒間、ＡＯＭ２への入力レーザパルスのレーザエネルギー値の総和を判定し、所定値に達していない場合、追加レーザパルスＤＬをＡＯＭ２へ入力させる。

【0022】

図１は、図２のレーザ加工装置の部分タイミング図である。最初の２秒間において、レジスタＲ０に格納されたレーザエネルギー値の総和Ｆ１が所定のレベルになく、追加レーザパルスＤＬを発振させた場合を示している。

【0023】

以上において、レジスタは約8,000個必要となるが、このために必要なメモリ容量は、レジスタ１個あたり２バイトとしてもわずか16Ｋバイトである。また、レジスタのアクセス処理であるが、同時に全てのレジスタへアクセスする訳でなく、一時には少数にしかアクセスしないので、データ処理するうえでの問題点はない。

【0024】

以上の実施例においては、ダミー指令制御部９は、レーザパルスＬと追加レーザパルスＤＬの発生をそれぞれレーザ発振指令信号Ｂ、ダミー指令信号Ｄで把握しているが、レーザパルスＬ、追加レーザパルスＤＬを直接検知する検出器を設け、これらの検出器の出力でレーザパルスＬと追加レーザパルスＤＬの発生を把握するようにしても良い。

【符号の説明】

【0025】

１：レーザ発振器 ２：ＡＯＭ ３：ＡＯＭ制御部 ４：光学系 ５：加工物
６：ダンパ ７：全体制御部 ８：レーザ発信制御部 ９：ダミー指令制御部
Ｂ：レーザ発振指令信号 Ｄ：ダミー指令信号
Ｌ、Ｌ１、Ｌ２：レーザパルス ＤＬ：追加レーザパルス
Ｍ：ＡＯＭ駆動制御信号 Ｎ：ＡＯＭ駆動信号

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】