(57)【要約】【課題】  高効率で加工を行う。【解決手段】  レーザ光源と、レーザ光源を出射したレーザパルスが入射する位置に配置され、回転中心の周囲に回転可能に保持され、入射したレーザパルスを回転位置に応じた方向に偏向して出射するビーム偏向器と、ビーム偏向器を回転中心を中心として回転させる回転駆動装置と、ビーム偏向器で第１方向に偏向して出射されたレーザパルスが入射する位置に配置され、入射したレーザパルスを出射する第１光学系と、ビーム偏向器で第２方向に偏向して出射されたレーザパルスが入射する位置に配置され、入射したレーザパルスを出射する第２光学系と、レーザ光源を出射するレーザパルスの出射タイミングと、ビーム偏向器の回転動作とを同期させて、ビーム偏向器に入射するレーザパルスを第１または第２方向に偏向して出射させる制御装置とを有するレーザ加工装置を提供する。【選択図】          図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザパルスを出射するレーザ光源と、
前記レーザ光源を出射したレーザパルスが入射する位置に配置され、回転中心の周囲に回転可能に保持され、入射したレーザパルスを回転位置に応じた方向に偏向して出射するビーム偏向器と、
前記ビーム偏向器を前記回転中心を中心として回転させる回転駆動装置と、
前記ビーム偏向器で第１の方向に偏向して出射されたレーザパルスが入射する位置に配置され、入射した該レーザパルスを出射する第１の光学系と、
前記ビーム偏向器で前記第１の方向とは異なる第２の方向に偏向して出射されたレーザパルスが入射する位置に配置され、入射した該レーザパルスを出射する第２の光学系と、
前記レーザ光源を出射するレーザパルスの出射タイミングと、前記ビーム偏向器の回転動作とを同期させて、前記ビーム偏向器に入射するレーザパルスを前記第１または第２の方向に偏向して出射させる制御装置と
を有するレーザ加工装置。
【請求項２】
前記回転駆動装置は、前記ビーム偏向器を前記回転中心を中心として回転させるサーボモータを含み、
前記制御装置は、前記レーザ光源を出射するレーザパルスの周波数と、前記サーボモータによって回転される前記ビーム偏向器の回転速度を同期させる制御を含む制御を行う請求項１に記載のレーザ加工装置。
【請求項３】
前記回転駆動装置は、前記ビーム偏向器に前記回転中心を中心とした回転動作を行わせるステッピングモータを含み、
前記制御装置は、静止した状態の前記ビーム偏向器にレーザパルスが入射するように、前記前記レーザ光源を出射するレーザパルスの周波数と、前記ステッピングモータによって回転される前記ビーム偏向器の動作を同期させる制御を含む制御を行う請求項１に記載のレーザ加工装置。
【請求項４】
前記第１及び第２の光学系は、入射したレーザパルスを走査して出射する走査器を含む請求項１〜３のいずれか１項に記載のレーザ加工装置。
【請求項５】
前記ビーム偏向器は、該ビーム偏向器に入射するレーザパルスの中心光線に対して斜めに配置された反射面を含み、前記ビーム偏向器の回転中心がレーザパルスの中心光線と一致する請求項１〜４のいずれか１項に記載のレーザ加工装置。
【請求項６】
（ａ）レーザパルスを、回転中心の周囲に回転動作を行うビーム偏向器に入射させる工程と、
（ｂ）前記ビーム偏向器に入射した第１のレーザパルスを、第１の方向に偏向し、第１の領域を加工する工程と、
（ｃ）前記ビーム偏向器に入射した前記第１のレーザパルスと異なる第２のレーザパルスを、前記第１の方向とは異なる第２の方向に偏向し、前記第１の領域とは異なる第２の領域を加工する工程と
を有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、加工対象物にレーザビームを照射して加工を行うレーザ加工装置、及び、レーザ加工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
出射されたレーザビームを複数軸に分岐し、分岐された各々の光軸のレーザビームをガルバノスキャナで走査して、樹脂基板の穴あけ加工を行う技術が公知である（たとえば、特許文献１参照）。
【０００３】
特許文献１に記載されたレーザ加工装置においては、レーザ光源から出射したレーザビームは、半波長板、ポッケルス効果を示す電気光学素子、及び偏光板を含んで構成される振り分け光学系により２分岐される。２分岐されたレーザビームのそれぞれは、更にハーフミラーで２分岐され、樹脂基板は４軸で加工される。
【０００４】
音響光学素子でレーザビームを偏向させて、多軸加工を行う技術も周知である。音響光学素子でレーザビームを偏向させる場合、その偏向角度を大きくすることができないという問題点がある。
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−１１５８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、高効率で加工を行うことのできるレーザ加工装置を提供することである。
【０００７】
また、高効率で加工を行うことのできるレーザ加工方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一観点によれば、レーザパルスを出射するレーザ光源と、前記レーザ光源を出射したレーザパルスが入射する位置に配置され、回転中心の周囲に回転可能に保持され、入射したレーザパルスを回転位置に応じた方向に偏向して出射するビーム偏向器と、前記ビーム偏向器を前記回転中心を中心として回転させる回転駆動装置と、前記ビーム偏向器で第１の方向に偏向して出射されたレーザパルスが入射する位置に配置され、入射した該レーザパルスを出射する第１の光学系と、前記ビーム偏向器で前記第１の方向とは異なる第２の方向に偏向して出射されたレーザパルスが入射する位置に配置され、入射した該レーザパルスを出射する第２の光学系と、前記レーザ光源を出射するレーザパルスの出射タイミングと、前記ビーム偏向器の回転動作とを同期させて、前記ビーム偏向器に入射するレーザパルスを前記第１または第２の方向に偏向して出射させる制御装置とを有するレーザ加工装置が提供される。
【０００９】
また、本発明の他の観点によれば、（ａ）レーザパルスを、回転中心の周囲に回転動作を行うビーム偏向器に入射させる工程と、（ｂ）前記ビーム偏向器に入射した第１のレーザパルスを、第１の方向に偏向し、第１の領域を加工する工程と、（ｃ）前記ビーム偏向器に入射した前記第１のレーザパルスと異なる第２のレーザパルスを、前記第１の方向とは異なる第２の方向に偏向し、前記第１の領域とは異なる第２の領域を加工する工程とを有するレーザ加工方法が提供される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、高効率での加工を実現可能なレーザ加工装置を提供することができる。
【００１１】
また、高効率での加工を実現可能なレーザ加工方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１（Ａ）は、実施例によるレーザ加工装置を示す概略図である。
【００１３】
実施例によるレーザ加工装置は、パルスレーザビームを出射するレーザ光源１０、折り返しミラー１１、１８ａ、透光領域と遮光領域を備え、透光領域を透過するレーザビームの断面形状を整形するマスク１２、入射するレーザビームを平行光として出射するコリメートレンズ１３、レーザビームを複数の方向に振り分けて出射するビーム振り分け機構１４、レーザビームを２次元方向に走査するガルバノメータ１９ａ、レーザビームを加工対象物に垂直方向から入射させるｆθレンズ２０ａ、制御装置２１、及びＸＹステージ３０を含んで構成される。
【００１４】
ビーム振り分け機構１４は、プリズム１５、及びモータ１６を含んで構成される。モータ１６は、たとえばサーボモータモータであり、回転軸１７を備える。プリズム１５は、回転軸１７に固定され、回転中心の周囲を自転することができる。ＸＹステージ３０は、加工対象物であるプリント基板４０ａを保持する。
【００１５】
制御装置２１から入力されるトリガ信号を受けて、レーザ光源１０からパルスレーザビーム５０が出射する。レーザ光源１０は、たとえばＮｄ：ＹＡＧレーザ発振器を含む。パルスレーザビーム５０は、たとえば繰り返し周波数４ｋＨｚ以上で出射される、波長１０６４ｎｍのＮｄ：ＹＡＧレーザの基本波である。
【００１６】
Ｎｄ：ＹＡＧレーザ以外の固体レーザの基本波、たとえばＮｄ：ＹＬＦレーザの基本波（波長１０４７ｎｍや１０５４ｎｍ）や、Ｎｄ：ＹＶＯ４レーザの基本波（波長１０６４ｎｍ）を用いてもよい。パルス幅は、たとえばすべて１μｓ以下である。
【００１７】
また、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ、Ｎｄ：ＹＬＦレーザ、Ｎｄ：ＹＶＯ４レーザ等固体レーザの高調波を使用することもできる。
【００１８】
更に、ＣＯ２レーザ発振器から出射された、波長９．３μｍや１０．６μｍのレーザビームの利用も可能である。パルス幅は、たとえば１０μｓ以下である。
【００１９】
繰り返し周波数は、いずれの場合もたとえば４ｋＨｚ以上である。
【００２０】
パルスレーザビーム５０は、折り返しミラー１１で反射されてマスク１２に入射する。マスク１２で断面形状を整形されたパルスレーザビーム５０は、コリメートレンズ１３で平行ビームとされ、ビーム振り分け機構１４のプリズム１５に入射する。
【００２１】
回転軸１７に回転可能に保持されたプリズム１５は、モータの駆動により回転軸１７を中心軸としてその周囲を自転している。プリズム１５は、パルスレーザビーム５０の中心光線に対して斜めに配置された反射面を含む。プリズム１５の回転中心とパルスレーザビーム５０の中心光線とは一致している。
【００２２】
パルスレーザビーム５０は、プリズム１５により、たとえば折り返しミラー１８ａの配置された方向へ反射される。折り返しミラー１８ａに入射し、反射されたパルスレーザビーム５０は、ガルバノメータ１９ａに入射する。パルスレーザビーム５０は、ガルバノメータ１９ａにより、２次元方向に出射方向を変化され、ｆθレンズ２０ａを経て、ＸＹステージ３０上に載置されたプリント基板４０ａに入射する。ｆθレンズ２０ａは、マスク１２の位置のパルスレーザビーム５０の断面をプリント基板４０ａ上に結像させる。プリント基板４０ａに入射したパルスレーザビーム５０により、プリント基板４０ａの穴あけ加工が行われる。
【００２３】
ガルバノメータ１９ａで加工できる範囲の穴あけ加工が終了したら、ＸＹステージ３０を駆動してプリント基板４０ａを移動させ、プリント基板４０ａ上の他の領域の穴あけ加工が実施される。
【００２４】
制御装置２１は、レーザ光源１０にトリガ信号を入力するほか、モータ１６によるプリズム１５の回転、ガルバノメータ１９ａによるパルスレーザビーム５０の走査、及びＸＹステージ３０によるプリント基板４０ａの移動を制御する。
【００２５】
図１（Ｂ）は、ビーム振り分け機構１４の平面図である。コリメートレンズ１３を透過したパルスレーザビーム５０は、図１（Ｂ）の紙面手前方向からプリズム１５に入射する。ビーム振り分け機構１４は出射ポートＰ１〜Ｐ４を備え、プリズム１５の反射面で反射されたパルスレーザビーム５０は、出射ポートＰ１〜Ｐ４から出射される。図１（Ａ）に示した、折り返しミラー１８ａに向かうパルスレーザビーム５０は、たとえば出射ポートＰ１を出射したレーザパルスである。
【００２６】
出射ポートＰ２〜Ｐ４を出射したレーザパルスの進行方向にも、出射ポートＰ１の場合と同様に、折り返しミラー１８ｂ〜１８ｄ、ガルバノメータ１９ｂ〜１９ｄ、ｆθレンズ２０ｂ〜２０ｄが配置され、それらを経由したレーザパルスによって、レーザ加工、たとえばプリント基板４０ｂ〜４０ｄの穴あけ加工が行われる。
【００２７】
図１（Ｂ）には、プリント基板４０ａとは異なるプリント基板４０ｂ〜４０ｄが１つのＸＹステージ３０上に載置された例を示したが、出射ポートＰ２〜Ｐ４を出射したレーザパルスで、プリント基板４０ａの異なる位置を加工してもよい。
【００２８】
また、図１（Ｃ）に示すように、プリント基板４０ａ〜４０ｄは、それぞれ異なるＸＹステージ３０ａ〜３０ｄに保持されていてもよい。
【００２９】
プリズム１５に入射する連続する４つのレーザパルスは、たとえばプリズム１５が１回転する間に、順に出射ポートＰ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４から出射する。制御装置２１は、レーザパルスが出射ポートＰ１〜Ｐ４から出射するように、レーザ光源１０を出射するレーザパルスの出射タイミングと、プリズム１５の回転とを同期させる制御を行う。この制御には、レーザの発振周波数（プリズム１５に入射するレーザパルスの入射間隔）とプリズム１５の回転速度を同期させる制御も含まれる。
【００３０】
レーザは発振周波数が一定でなければ出力エネルギの安定性が悪くなるため、制御においては、プリズムの回転にレーザの発振周波数を合わせるのではなく、レーザビームの発振周波数を基準にし、これにプリズムの回転を合わせるのが望ましい。
【００３１】
なお、レーザ光源１０と折り返しミラー１１との間のパルスレーザビーム５０の光路上に、たとえば音響光学素子を用い、パルスレーザビーム５０から一定の周期でレーザパルスを切り出すレーザパルス切り出し装置を配置し、レーザ発振器の発振周波数と異なる一定周波数でレーザパルスをプリズム１５に入射させる場合にも、同様にレーザパルスが出射ポートＰ１〜Ｐ４から出射するように、レーザパルス切り出し装置を出射するレーザパルスの出射タイミングと、プリズム１５の回転とを同期させる制御を行う。この制御には、プリズム１５に入射する当該レーザパルスの周波数と、プリズムの回転速度とを同期させる制御が含まれる。
【００３２】
実施例によるレーザ加工装置によれば、レーザビームを複数の方向に出射（多軸分岐）し、各軸で加工を行うことができるため、高効率でレーザ加工を行うことができる。
【００３３】
また、レーザを一定周波数で発振させるため、レーザパルスのエネルギを安定させることができる。このため良好な加工品質でレーザ加工を行うことができる。
【００３４】
以上、実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００３５】
たとえば、実施例においては、パルスレーザビームを出射するレーザ発振器を用いたが、連続波のレーザビームを出射するレーザ発振器を使用し、音響光学素子等を用いたレーザパルス切り出し装置で、一定周波数のレーザパルスをプリズム１５に入射させてもよい。
【００３６】
また、ビーム振り分け機構１４のビーム偏向器としてプリズムを用いたが、反射鏡等を用いてレーザビームを偏向することができる。
【００３７】
更に、実施例においては、レーザビームを４方向に分岐したが、たとえば８方向や、それより多い方向に分岐させることも可能である。そうした場合、一層高い効率でレーザ加工を行うことができる。
【００３８】
また、実施例においては、マスク１２によるビーム断面整形の後、プリズム１５でレーザビームを分岐させたが、プリズム１５で分岐したレーザビームの断面をマスクで整形してもよい。この場合、出射ポートごとに、たとえばプリズム１５とガルバノメータ１９ａ〜１９ｄとの間のレーザビームの光路上に、マスクを配置することになる。
【００３９】
更に、サーボモータではなく、ステッピングモータを使用してレーザ加工装置を構成することができる。ステッピングモータは、静止した状態のプリズム１５にレーザパルスが入射し、当該レーザパルスが出射ポートから出射するように、レーザ光源を出射するレーザパルスの出射タイミングとプリズム１５の回転が同期するように駆動される。
【００４０】
その他、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者には自明であろう。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
レーザ加工一般、たとえばプリント基板、パッケージ基板、グリーンシート等のレーザ穴あけ加工に好適に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】（Ａ）は、実施例によるレーザ加工装置を示す概略図であり、（Ｂ）及び（Ｃ）は、ビーム振り分け機構の平面図である。
【符号の説明】
【００４３】
１０  レーザ光源
１１  折り返しミラー
１２  マスク
１３  コリメートレンズ
１４  ビーム振り分け機構
１５  プリズム
１６  モータ
１７  回転軸
１８ａ〜１８ｄ  折り返しミラー
１９ａ〜１９ｄ  ガルバノメータ
２０ａ〜２０ｄ  ｆθレンズ
２１  制御装置
３０、３０ａ〜３０ｄ  ＸＹステージ
４０ａ〜４０ｄ  プリント基板
５０  パルスレーザビーム
Ｐ１〜Ｐ４  出射ポート
【図１】
2010023100.tif 000003