(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザー光を出射するレーザー発振器と、前記レーザー光を集光して被加工物上に照射するｆθレンズとを備えたレーザー加工装置において、レーザー発振器と被加工物との間に、レーザー光を波長ごとに分離させるプリズムと、前記プリズムを透過したレーザー光を集光させる集光レンズと、前記集光レンズにより集光したレーザー光の所定の波長のみを透過させる遮蔽手段とを備え、前記プリズムの両側に、前記プリズムからの出射光を再び前記プリズムに入射させる１対の反射鏡を備えたことを特徴とするレーザー加工装置。
【請求項２】
プリズムが複数個である請求項１記載のレーザー加工装置。
【請求項３】
レーザー発振器から出射されたレーザー光をｆθレンズにより集光して被加工物上に照射することにより、前記被加工物をレーザー加工するレーザー加工方法において、前記レーザー光をプリズムに入射させて透過してきたレーザー光を第１の反射鏡で反射し、再度前記プリズムに入射させて透過してきたレーザー光を第２の反射鏡で反射し、再々度前記プリズムに入射させて透過してきたレーザー光を集光させ、前記集光したレーザー光の所定の波長のみを透過させてレーザー加工を行うことを特徴とするレーザー加工方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子回路基板等の被加工物に穴開け加工等のレーザー加工を行う装置及び方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図７は、従来構成に係るレーザー加工装置の構成を示すもので、レーザー光Ｂにより被加工物Ｅ上に微細穴を穴開け加工できるように構成されている。レーザー発振器Ａから出射されたレーザー光ＢはガルバノメータＣに導かれ、ガルバノメータＣの回動により走査されながらｆθレンズＤに入射し、このｆθレンズＤにより集光して被加工物Ｅの所定位置に集光スポットＦを形成して穴開け加工を行っている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、一般的な加工用のレーザー発振器では、特に対策を施さない限り、強度の差があるものの異なる波長の光が発振している。通常のレーザー加工でこれらの波長が問題になることは少ないが、高加工精度を要求される場合、ｆθレンズのように色収差に対して敏感なものを集光手段として用いると、加工形状の変形が生じるという問題がある。
【０００４】
従来のレーザー加工装置、例えばＣＯ2 ガスレーザー加工装置では、レーザー光をガルバノメータなどを用いて走査させながらｆθレンズへ入射した場合に、レーザー発振器からのレーザー光に複数の波長（例えば波長λ１、λ２、λ３）のものが含まれていると、ｆθレンズによる屈折率が波長によって異なってくる色収差のために、集光スポットでは波長ごとに異なる集光スポット（図７に示すｆ１、ｆ２、ｆ３）となって現れてくることがある。特にｆθレンズへの入射位置がレンズ中心から離れたときにこの傾向が顕著にあらわれる。この複数の集光スポット（ｆ１、ｆ２、ｆ３）が発生すると、被加工物が加工される形状は、複数の集光スポットの重なりに応じて楕円形あるいは複数の穴となってしまう。
【０００５】
本発明は、上記の問題点に鑑み、複数あるいは楕円の集光スポットの発生を防止して、良好な加工形状を得ることが可能なレーザー加工装置及びその方法を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決するために、レーザー光を出射するレーザー発振器と、前記レーザー光を集光して被加工物上に照射するｆθレンズとを備えたレーザー加工装置において、レーザー発振器と被加工物との間に、レーザー光を波長ごとに分離させるプリズムと、前記プリズムを透過したレーザー光を集光させる集光レンズと、前記集光レンズにより集光したレーザー光の所定の波長のみを透過させる遮蔽手段とを備え、前記プリズムの両側に、前記プリズムからの出射光を再び前記プリズムに入射させる１対の反射鏡を備えたことを特徴とする。
【０００７】
本発明によれば、レーザー発振器と被加工物との間に、レーザー光に含まれる複数の波長の内、所定波長のみを選択し、これを透過させる波長選択手段を備えることにより、波長選択手段より出射されるレーザー光は、所定の単一波長のものとなり、集光スポットは単一のものとなる。このためｆθレンズの色収差による悪影響を抑えることができる。特に、レーザー光を波長ごとに分離させるプリズムの両側に、前記プリズムからの出射光を再び前記プリズムに入射させる１対の反射鏡を配置した波長選択手段を備えることによって、レーザー光が同一のプリズムに複数回入射されてより高い波長分離効果が発揮され、したがって複数あるいは楕円の集光スポットの発生を防止することができ、レーザー加工精度の向上を図ることができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施形態を図１〜図６に基づいて詳細に説明する。
【０００９】
図１は、電子回路基板（被加工物）７にレーザー光を走査しつつ照射して穴開け加工を行うＣＯ2 ガスレーザー加工装置を示している。図１に示すように、レーザー発振器１から出射された複数の波長（本実施形態ではλ１、λ２、λ３の三つの波長）を含むレーザー光２を、波長選択手段３に入射し、目的とする波長λ２のみを透過させる。これにより、ガルバノメータ４にてｆθレンズ５のレンズ周辺部に集光位置を移動した場合でも、集光スポット６の形状は波長λ２による集光スポット６２のみとなり、加工穴形状が楕円や複数になるといったことなく、真円形状となる。
【００１０】
以下、波長選択手段３の第１参考例〜第３参考例および第１〜第２実施形態を図２〜図６に基づいて説明する。
【００１１】
第１参考例の波長選択手段３は、図２に示すように構成されている。波長選択手段３は、プリズム３１と空間フィルタ３９から構成されており、空間フィルタ３９は集光レンズである凸レンズ３２、３３と、遮蔽手段であるピンホール３４と反射鏡８、８とからなっている。
【００１２】
レーザー光２は、プリズム３１に入射されると、含まれる波長（λ１、λ２、λ３）によって屈折率が異なるために、波長ごとに屈折角度が異なり、三つの異なる光軸を有する光２１、２２、２３に分散する。この光を反射鏡８を用いて反射させ、凸レンズ３２に入射させるとその集光点は三つに分かれて集光する。この集光点に目的の波長λ２のみが到達するようにピンホール３４を配置する。このピンホール３４を透過した波長λ２のみのレーザー光２２は凸レンズ３３によってガルバノメータ４に向け出射される。
【００１３】
なお上記プリズム３１を複数個配置して、レーザー光がこれらプリズム３１を透過するように構成すると、波長分離性能を高めることができる。
【００１４】
第２参考例の波長選択手段３は、図３に示すように、回折格子３５と、反射鏡８と、遮蔽手段である遮蔽板３６とから構成されている。
【００１５】
複数波長（λ１、λ２、λ３）を含むレーザー光２は、回折格子３５にて反射され、その反射角度は波長によって異なる。必要な波長がλ２とした場合、その波長の光２２のみが透過する位置に開口を持った遮蔽板３６を配置することにより、他の光２１、２３が透過しないように遮蔽する。これにより必要な波長の選択が可能となる。また、波長の近接などにより、遮蔽板３６だけでは十分にレーザー光２の波長による分散を行えない場合には、遮蔽板３６の代わりに上記第１実施形態の波長選択手段で説明した図２の中に示す凸レンズ３２、ピンホール３４、凸レンズ３３を配置した構成にしても良い。
【００１６】
第３参考例の波長選択手段３は、図４に示すように、レーザー光２の波長ごとに異なる位相シフトに偏光させる波長板３７と、所定波長に対応する位相シフトに偏光された光のみを透過させる偏光子３８とから構成されている。
【００１７】
レーザー光２が波長板３７を透過する際に、含まれる波長（λ１、λ２、λ３）によって位相シフト量が異なるために偏光子３８を透過する波長ごとの透過率が異なってくる。位相シフトは、マルチプルオーダーの波長板を用いた場合に特に顕著となる。このとき、波長板３７をレーザー光２の光軸を法線とする面内で回転させ、不要な波長λ１、λ３の光２１、２３が偏光子３８で反射されるように調整する。こうすることにより、目的とする波長λ２のみの光２２が偏光子３８を通過することが可能となる。
【００１８】
第１実施形態の波長選択手段３は、図５に示すように構成され、第１参考例の波長選択手段を改良し、レーザー光のプリズム透過回数を増やし、波長分離性能を高めたものである。波長選択手段３は、第１参考例と同一の空間フィルタ３９を備えると共に、１対の反射鏡５２、５３と、両反射鏡５２、５３の間に位置するプリズム５４とからなるプリズム式波長分離手段５１を備えている。
【００１９】
レーザー光２は、プリズム式波長分離手段５１のプリズム５４に入射され、次いでプリズム５４を透過してきたレーザー光は第１反射鏡５２によってプリズム５４に入射するように反射される。再びプリズム５４に入射し、ここを透過してきたレーザー光は、第２反射鏡５３によってプリズム５４に入射するように反射される。再々度プリズム５４に入射し、ここを透過してきたレーザー光はプリズム式波長分離手段５１から出射される。
【００２０】
プリズム式波長分離手段５１に入射されるレーザー光２は、含まれる波長（説明を簡単にするためλ1 、λ2 の２波長成分が含まれているとする。）によって屈折率が異なるため、上記のようにプリズム５４を３回通過することで、２つの異なる光軸を有する光２１、２２に分離される。
【００２１】
本実施形態では、レーザー光２がプリズム５４によって、屈折率の差異による波長分離作用を３回受けるので、第１参考例に比較して３倍の波長分離効果が発揮される。
【００２２】
プリズム式波長分離手段５１で分離された光２１、２２は、空間フィルタ３９の反射鏡８、８によって反射された後、凸レンズ３２に導かれ、ここで集光される。その集光点に配置されたピンホール３４によって、λ2の波長の光２２を選択して、この光２２のみを通過させる。ピンホール３４を通過した光２２は、凸レンズ３３によって再び平行光に戻され、ガルバノメータ４に向け出射される。
【００２３】
第２実施形態の波長選択手段３は、第１実施形態のプリズム式波長分離手段に代えて、図６に示すように、１対の反射鏡５２、５３の間に複数のプリズム５４ａ、５４ｂを有するプリズム式波長分離手段５１を備えていることを特徴とし、他の構成は第１実施形態と同様のものである。
【００２４】
本実施形態によると、図６に明らかなように、レーザー光２は、２つのプリズム５４ａ、５４ｂを計６回透過し、屈折率の差異による波長分離作用を６回受けるので、分離された光（λ1 、λ2 の２波長のものとする。）２１、２２の波長分離効果は、第１実施形態の場合に比較し、２倍となる。
【００２５】
【発明の効果】
本発明によれば、複数波長を含むレーザー光で穴開け等のレーザー加工を行った場合でも、ｆθレンズの色収差の悪影響を抑えることが可能となり、集光スポット形状の変形、複数化を防止して、高精度なレーザー加工を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施形態におけるレーザー加工装置の構成図。
【図２】  本発明の第１参考例に係る波長選択手段の構成図。
【図３】  本発明の第２参考例に係る波長選択手段の構成図。
【図４】  本発明の第３参考例に係る波長選択手段の構成図。
【図５】  本発明の第１実施形態に係る波長選択手段の構成図。
【図６】  本発明の第２実施形態に係る波長選択手段におけるプリズム式波長分離手段の構成図。
【図７】  従来例におけるレーザー加工装置の構成図。
【符号の説明】
１  レーザー発振器
２  レーザー光
３  波長選択手段
４  走査手段（ガルバノメータ）
５  ｆθレンズ
６  集光スポット
７  被加工物
３１  プリズム
３２  集光レンズ
３３  集光レンズ
３４  遮蔽手段（ピンホール）
３５  回折格子
３６  遮蔽手段（遮蔽板）
３７  波長板
３８  偏光子
３９  空間フィルタ
５１  プリズム式波長分離手段
５２  反射鏡
５３  反射鏡
５４  プリズム
５４ａ  プリズム
５４ｂ  プリズム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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