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JP2009006369A - Laser beam machining apparatus and laser beam machining method - Google Patents

Laser beam machining apparatus and laser beam machining method Download PDF

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JP2009006369A
JP2009006369A JP2007170571A JP2007170571A JP2009006369A JP 2009006369 A JP2009006369 A JP 2009006369A JP 2007170571 A JP2007170571 A JP 2007170571A JP 2007170571 A JP2007170571 A JP 2007170571A JP 2009006369 A JP2009006369 A JP 2009006369A
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JP
Japan
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laser
laser beam
light intensity
path
emission efficiency
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JP2007170571A
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Inventor
Katsuyuki Kobayashi
克行 小林
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Sumitomo Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Heavy Industries Ltd
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Publication date
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a laser beam machining apparatus and a laser beam machining method which can perform high quality machining. <P>SOLUTION: (a) With all energy of an incident laser beam directed to a first route by a beam deflector, a laser pulse is emitted from a laser beam source and made incident on the beam deflector. (b) A relationship between the lapse of time from the rising point of time of the laser pulse and the light intensity is acquired during the transient period of the light intensity reaching a stationary state. (c) On the basis of the acquired relationship, an emission efficiency is determined and, after the light intensity of the laser pulse reaches the stationary state, the beam deflector is caused to emit the laser beam of the energy of the determined emission efficiency portion along a second route, and to emit the laser beam of the residual energy along the first route. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

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。   The present invention relates to a laser processing apparatus that performs processing by irradiating a workpiece with a laser beam, and a laser processing method.

加工品質の安定化、及び、加工不良の防止を図ることの可能なレーザ加工装置、及びレーザ加工方法の発明が開示されている(たとえば、特許文献1参照)。   An invention of a laser processing apparatus and a laser processing method capable of stabilizing processing quality and preventing processing defects has been disclosed (for example, see Patent Document 1).

特許文献1に記載されているレーザ加工においては、レーザ発振器から出射されたレーザ光の最初の部分について、検知器を用いてエネルギを検知し、所定のエネルギ範囲にあるかどうかを判定装置で判定する。判定後、所定のエネルギの範囲内にある場合には、光路偏向手段を作動させてレーザ光を加工部に照射する。所定のエネルギの範囲内にない場合は、光路偏向手段を動作させず、レーザ光を加工部に照射しない。   In the laser processing described in Patent Document 1, energy is detected using a detector for the first part of laser light emitted from a laser oscillator, and it is determined by a determination device whether the energy is within a predetermined energy range. To do. After the determination, when the energy is within a predetermined energy range, the optical path deflecting unit is operated to irradiate the processing unit with the laser beam. If it is not within the predetermined energy range, the optical path deflecting means is not operated and the laser beam is not irradiated onto the processing portion.

しかしこのレーザ加工においては、当該所定範囲内におけるエネルギのばらつきを制御することはできない。   However, in this laser processing, the energy variation within the predetermined range cannot be controlled.

また、音響光学偏向器(Acousto-Optic Deflector:AOD)の透過率を制御してレーザビームのエネルギの安定化を図り、一定の加工品質で加工を行うレーザ加工に関する発明が開示されている(たとえば、特許文献2参照)。   Further, an invention relating to laser processing that performs processing with a constant processing quality by controlling the transmittance of an acousto-optic deflector (AOD) to stabilize the energy of the laser beam is disclosed (for example, , See Patent Document 2).

特開2004−25292号公報JP 2004-25292 A 特開2005−161329号公報JP 2005-161329 A

本発明の目的は、高品質の加工を実現するレーザ加工装置を提供することである。   An object of the present invention is to provide a laser processing apparatus that realizes high-quality processing.

また、高品質の加工を実現するレーザ加工方法を提供することである。   Moreover, it is providing the laser processing method which implement | achieves a high quality process.

本発明の一観点によれば、パルスレーザビームを出射するレーザ光源と、外部から出射効率が指令されると、入射するレーザビームのエネルギのうち、指令された出射効率分のエネルギのレーザビームを第1の経路に沿って出射させ、残余のエネルギのレーザビームを第2の経路に沿って出射させるビーム偏向器と、前記第2の経路に沿って出射されたレーザビームの光強度を検出する検出器と、前記第1の経路に沿って出射されたレーザビームを第1の加工領域に入射させる第1の光学系と、前記検出器で検出された光強度を示す信号が入力され、前記レーザ光源及びビーム偏向器を制御する制御装置とを有し、該制御装置は、(a)前記ビーム偏向器が、入射するレーザビームの全エネルギを前記第2の経路に振り向ける状態にして、前記レーザ光源からレーザパルスを出射させる工程と、(b)光強度が定常状態に達するまでの過渡期間中に、前記レーザパルスの立ち上がり時点からの経過時間と、光強度との関係を取得する工程と、(c)取得された前記関係に基づいて、前記出射効率を決定し、前記レーザパルスの光強度が定常状態に達した後に、決定された出射効率を前記ビーム偏向器に指令する工程とを実行するレーザ加工装置が提供される。   According to an aspect of the present invention, when a laser light source that emits a pulsed laser beam and an emission efficiency is commanded from outside, a laser beam having an energy corresponding to the commanded emission efficiency is included in the energy of the incident laser beam. A beam deflector that emits the laser beam of the remaining energy along the second path and detects the light intensity of the laser beam emitted along the second path. A detector, a first optical system that causes the laser beam emitted along the first path to enter the first processing region, and a signal indicating the light intensity detected by the detector are input, A control device for controlling a laser light source and a beam deflector, wherein the control device is in a state in which (a) the beam deflector directs the total energy of the incident laser beam to the second path, in front A step of emitting a laser pulse from a laser light source; and (b) a step of acquiring a relationship between a light intensity and an elapsed time from a rising point of the laser pulse during a transient period until the light intensity reaches a steady state. (C) determining the emission efficiency based on the acquired relationship, and instructing the beam deflector on the determined emission efficiency after the light intensity of the laser pulse has reached a steady state; A laser processing apparatus for performing is provided.

また、本発明の他の観点によると、(a)ビーム偏向器が入射するレーザビームの全エネルギを第1の経路に振り向ける状態にして、レーザ光源からレーザパルスを出射し、前記ビーム偏向器に入射させる工程と、(b)前記レーザパルスの立ち上がり時点からの経過時間と光強度との関係を、光強度が定常状態に達するまでの過渡期間中に取得する工程と、(c)取得された前記関係に基づいて出射効率を決定し、前記レーザパルスの光強度が定常状態に達した後に、前記ビーム偏向器に、決定された出射効率分のエネルギのレーザビームを前記第1の経路とは異なる第2の経路に沿って出射させ、残余のエネルギのレーザビームを前記第1の経路に沿って出射させる工程とを有するレーザ加工方法が提供される。   According to another aspect of the present invention, (a) a laser pulse is emitted from a laser light source in a state in which all energy of a laser beam incident on the beam deflector is directed to the first path, and the beam deflector And (b) acquiring the relationship between the elapsed time from the rising point of the laser pulse and the light intensity during a transient period until the light intensity reaches a steady state, and (c) Based on the relationship, the emission efficiency is determined, and after the light intensity of the laser pulse reaches a steady state, the laser beam having the energy corresponding to the determined emission efficiency is sent to the beam deflector as the first path. And a step of emitting a laser beam of the remaining energy along the first path, and a step of emitting the laser beam along the first path.

本発明によれば、高品質の加工を実現するレーザ加工装置を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the laser processing apparatus which implement | achieves a high quality process can be provided.

また、高品質の加工を実現するレーザ加工方法を提供することができる。   In addition, a laser processing method that realizes high-quality processing can be provided.

図1は、実施例によるレーザ加工装置を示す概略図である。実施例によるレーザ加工装置は、レーザ光源10、AOD11、部分反射ミラー12、ビームブロック13、検出器14、折り返しミラー15、制御装置17、トリガ信号発生器18、及びAOD制御信号発生器19を含んで構成される。制御装置は、記憶装置17a、たとえばメモリを備える。   FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a laser processing apparatus according to an embodiment. The laser processing apparatus according to the embodiment includes a laser light source 10, an AOD 11, a partial reflection mirror 12, a beam block 13, a detector 14, a folding mirror 15, a control device 17, a trigger signal generator 18, and an AOD control signal generator 19. Consists of. The control device includes a storage device 17a, for example, a memory.

外部からの制御信号(トリガ信号)を受けて、レーザ光源10から、たとえばパルス幅100μsecのパルスレーザビームLbが出射する。パルスレーザビームLbは、AOD11に入射する。AOD11は、外部から与えられる高周波の電気信号(交流電圧)を受けて、パルスレーザビームLbを偏向して出射することができる。   In response to an external control signal (trigger signal), for example, a pulse laser beam Lb having a pulse width of 100 μsec is emitted from the laser light source 10. The pulse laser beam Lb is incident on the AOD 11. The AOD 11 can receive a high-frequency electric signal (AC voltage) given from the outside and deflect and emit the pulsed laser beam Lb.

AOD11に高周波の電気信号(交流電圧)が印加されると、AOD11内に電気信号に同期した超音波の粗密波が発生する。この粗密波が回折格子として作用することで、パルスレーザビームLbは偏向(回折)される。   When a high-frequency electrical signal (AC voltage) is applied to the AOD 11, an ultrasonic coarse / fine wave synchronized with the electrical signal is generated in the AOD 11. The pulsed laser beam Lb is deflected (diffracted) by the action of the dense wave as a diffraction grating.

パルスレーザビームLbの回折角は粗密波の周波数に依存する。粗密波の周波数を連続的に変えることで、回折角を連続的に変化させることができる。粗密波の周波数は、電気信号の周波数を変えることで制御できる。なお、AOD11に電気信号が印加されない場合は、パルスレーザビームLbは回折されず、AOD11を直進して出射する。   The diffraction angle of the pulse laser beam Lb depends on the frequency of the dense wave. The diffraction angle can be continuously changed by continuously changing the frequency of the dense wave. The frequency of the dense wave can be controlled by changing the frequency of the electric signal. When no electrical signal is applied to the AOD 11, the pulsed laser beam Lb is not diffracted and goes straight through the AOD 11.

また、印加する高周波電気信号の振幅を変えることで、AOD11の回折効率を変化させ、AOD11を出射するパルスレーザビームLbのレーザ強度(エネルギ)を変化させることができる。   Further, by changing the amplitude of the applied high frequency electrical signal, the diffraction efficiency of the AOD 11 can be changed, and the laser intensity (energy) of the pulse laser beam Lb emitted from the AOD 11 can be changed.

たとえば回折効率0.7で入射するレーザビームを回折(偏向)させた場合、入射するレーザビームのエネルギのうち、7割のエネルギのレーザビームが偏向して出射し、3割のエネルギのレーザビームが直進して出射する。   For example, when an incident laser beam is diffracted (deflected) with a diffraction efficiency of 0.7, 70% of the incident laser beam energy is deflected and emitted, and the laser beam has 30% energy. Goes straight ahead.

AOD11に所定周波数の電気信号が印加され、所定方向に偏向されてAOD11を出射するパルスレーザビームLbを、本図においてはパルスレーザビームLbaと示した。パルスレーザビームLbaは、折り返しミラー15で反射され、加工領域16に入射する。加工領域16に入射したパルスレーザビームLbaにより、レーザ加工、たとえば基板穴開け加工が行われる。   A pulsed laser beam Lb that is applied with an electric signal of a predetermined frequency to the AOD 11 and is deflected in a predetermined direction and emitted from the AOD 11 is indicated as a pulsed laser beam Lba in this drawing. The pulse laser beam Lba is reflected by the folding mirror 15 and enters the processing region 16. Laser processing such as substrate drilling is performed by the pulse laser beam Lba incident on the processing region 16.

AOD11を直進するパルスレーザビームLbを、本図においてはパルスレーザビームLbbと示した。パルスレーザビームLbbは、部分反射ミラー12に入射する。   The pulse laser beam Lb that travels straight through the AOD 11 is shown as a pulse laser beam Lbb in this drawing. The pulse laser beam Lbb is incident on the partial reflection mirror 12.

部分反射ミラー12は入射するパルスレーザビームLbbの大部分を透過し、残余の部分を反射する。部分反射ミラー12を透過するパルスレーザビームLbbを、本図においては、パルスレーザビームLbcと示した。パルスレーザビームLbcは、ビームブロック13に入射し、これに吸収される。   The partial reflection mirror 12 transmits most of the incident pulse laser beam Lbb and reflects the remaining part. The pulse laser beam Lbb transmitted through the partial reflection mirror 12 is shown as a pulse laser beam Lbc in this drawing. The pulsed laser beam Lbc enters the beam block 13 and is absorbed by it.

部分反射ミラー12で反射されるパルスレーザビームLbbを、本図においては、パルスレーザビームLbdと示した。パルスレーザビームLbdは、検出器14に入射する。   The pulse laser beam Lbb reflected by the partial reflection mirror 12 is shown as a pulse laser beam Lbd in this drawing. The pulsed laser beam Lbd is incident on the detector 14.

検出器14は、入射するパルスレーザビームLbdのレーザ強度(光強度)を検出する。検出されたレーザ強度に関するデータは、制御装置17に送信される。制御装置17は、検出器14から送信されたレーザ強度のデータに基づき、AOD11の回折効率を決定し、AOD制御信号発生器19に高周波の電気信号(交流電圧)発生の指令を出す。AOD制御信号発生器19は、制御装置17からの指令に基づいた電気信号を発生し、これをAOD11に印加する。AOD11は印加された電気信号に基づき、指定された回折効率でパルスレーザビームLbを回折する。   The detector 14 detects the laser intensity (light intensity) of the incident pulse laser beam Lbd. Data on the detected laser intensity is transmitted to the control device 17. The control device 17 determines the diffraction efficiency of the AOD 11 based on the laser intensity data transmitted from the detector 14, and issues a high frequency electrical signal (AC voltage) generation command to the AOD control signal generator 19. The AOD control signal generator 19 generates an electrical signal based on a command from the control device 17 and applies it to the AOD 11. The AOD 11 diffracts the pulsed laser beam Lb with a designated diffraction efficiency based on the applied electrical signal.

また、制御装置17は、トリガ信号発生器18にトリガ信号を発生させる指令を出す。発生したトリガ信号は、レーザ光源10に送られ、レーザ光源10からパルスレーザビームLbが出射する。パルスレーザビームLbの出射時においては、AOD11は、入射するレーザビームの全エネルギを直進させ、部分反射ミラー12に入射させる状態(回折効率0%)にされる。   In addition, the control device 17 issues a command for causing the trigger signal generator 18 to generate a trigger signal. The generated trigger signal is sent to the laser light source 10 and the pulsed laser beam Lb is emitted from the laser light source 10. At the time of emission of the pulse laser beam Lb, the AOD 11 is brought into a state (diffraction efficiency of 0%) in which the entire energy of the incident laser beam advances straight and enters the partial reflection mirror 12.

図2(A)及び(B)を参照して、実施例によるレーザ加工装置を用いて行うレーザ加工方法について説明する。図2(A)、(B)はそれぞれ、第1、第2の実施例によるレーザ加工方法について説明するための図である。   With reference to FIG. 2 (A) and (B), the laser processing method performed using the laser processing apparatus by an Example is demonstrated. FIGS. 2A and 2B are diagrams for explaining laser processing methods according to the first and second embodiments, respectively.

図2(A)に、トリガ信号入力後の時間と、レーザ光源10を出射するパルスレーザビームのレーザ強度との関係の一例を示す。   FIG. 2A shows an example of the relationship between the time after the trigger signal is input and the laser intensity of the pulse laser beam emitted from the laser light source 10.

時刻0において、制御装置17からの出力指令を受け、トリガ信号発生器18で発生されたトリガ信号がレーザ光源10に入力される。トリガ信号の入力により、時刻τにおいて、レーザ光源10からパルスレーザビームの出射が開始される。パルスレーザビームのレーザ強度は次第に大きくなり、時刻τにおいてほぼ一定の強度(I(τ))となる。パルスレーザビームのレーザ強度は、時刻τ以降に減少し、時刻τにレーザ強度が0となる。 At time 0, the trigger signal generated by the trigger signal generator 18 in response to an output command from the control device 17 is input to the laser light source 10. By inputting the trigger signal, the laser light source 10 starts emitting a pulse laser beam at time τ 1 . The laser intensity of the pulse laser beam gradually increases and becomes substantially constant (I (τ 3 )) at time τ 3 . The laser intensity of the pulse laser beam decreases after time τ 4 and becomes 0 at time τ 5 .

たとえばレーザ強度が一定(定常状態)となる時刻(τ)やその一定強度(I(τ))は、時刻τ〜τ(定常状態に至るまでの過渡状態)におけるパルスレーザビームの立ち上がり具合と相関関係があり、立ち上がり具合によってある程度判断しうる。立ち上がり具合が急であれば、τの値は小さく、I(τ)の値は大きくなる傾向がある。また、立ち上がり具合が緩やかであれば、τの値は大きく、I(τ)の値は小さくなる傾向が見られる。 For example, the time (τ 3 ) at which the laser intensity becomes constant (steady state) and the constant intensity (I (τ 3 )) are obtained from the pulse laser beam at time τ 1 to τ 3 (transient state up to the steady state). There is a correlation with the rising condition, and it can be determined to some extent by the rising condition. If steep rise condition, the value of tau 3 is small, the value of I (τ 3) tends to increase. Further, if the gradual rise condition, the value of tau 3 is large, the value of I (τ 3) is tends to be small is observed.

一方、レーザ強度I(τ)が不適切に大きい、または小さいパルスレーザビームが、加工領域16に入射すると、高い加工品質で加工を行うことが困難となる。 On the other hand, when a pulsed laser beam having an inappropriately large or small laser intensity I (τ 3 ) is incident on the processing region 16, it becomes difficult to perform processing with high processing quality.

そこで、第1の実施例によるレーザ加工方法においては、レーザ光源10から出射するレーザパルスにつき、レーザ強度I(τ)が、加工領域16に入射した場合に高い加工品質で加工を行うことが困難なレーザ強度となるか否かの判定基準を、レーザパルスの立ち上がり期間(τ〜τ)内の時刻τにおけるレーザ強度によって、あらかじめ定めておく。たとえば時刻τにおけるレーザ強度I(τ)が、Imin以上Imax以下であるレーザパルスであれば、加工領域16に入射させても高品質の加工が可能であるImin及びImaxの値を、加工に先立って実験的に求め、制御装置17の記憶装置17aに記憶させておく。 Therefore, in the laser processing method according to the first embodiment, when the laser intensity I (τ 3 ) is incident on the processing region 16 for the laser pulse emitted from the laser light source 10, the processing is performed with high processing quality. A criterion for determining whether or not the laser intensity is difficult is determined in advance by the laser intensity at time τ 2 within the rising period (τ 1 to τ 3 ) of the laser pulse. For example time tau laser intensity I (tau 2) at 2, if the laser pulse is less than I min or more I max, be caused to enter the machining area 16 is capable of processing high quality I min and I max The value is obtained experimentally prior to machining and is stored in the storage device 17a of the control device 17.

更に、時刻τにおけるレーザ強度I(τ)に応じて、たとえばその値ごとに、加工領域16に入射する各レーザパルスのエネルギを、加工が適当に行われる許容範囲内(たとえば加工が最適に行われる一定値)とするような回折効率、またはその回折効率を実現するAOD制御信号の振幅値を実験的に求め、制御装置17の記憶装置17aに記憶させておく。その一例を図3に示した。なお、たとえばτは10μsecである。 Further, according to the laser intensity I (τ 2 ) at the time τ 2 , for example, for each value, the energy of each laser pulse incident on the processing region 16 is within an allowable range where processing is appropriately performed (for example, processing is optimal). The diffraction efficiency, such as a constant value performed in step (3), or the amplitude value of the AOD control signal for realizing the diffraction efficiency is experimentally obtained and stored in the storage device 17a of the control device 17. An example is shown in FIG. For example, τ 2 is 10 μsec.

制御装置17からの指令によりトリガ信号発生器18で発生されたトリガ信号が、レーザ光源10に印加され、レーザ光源10からレーザパルスが出射される。出射されたレーザパルスは、AOD11を透過し、その一部が部分反射ミラー12で反射されて検出器14に入射し、レーザ強度が経時的に検出される。検出されたレーザ強度のデータは、制御装置17に送信される。   A trigger signal generated by the trigger signal generator 18 in response to a command from the control device 17 is applied to the laser light source 10, and a laser pulse is emitted from the laser light source 10. The emitted laser pulse passes through the AOD 11, a part of which is reflected by the partial reflection mirror 12 and enters the detector 14, and the laser intensity is detected over time. The detected laser intensity data is transmitted to the control device 17.

制御装置17は、送信されたレーザ強度のデータに基づいて、光強度が定常状態に達するまでの過渡期間中に、トリガ信号出力時点からの経過時間と光強度との関係を得る。制御装置17は、レーザパルスの立ち上がり時点からの経過時間と光強度との関係を算出することもできる。   Based on the transmitted laser intensity data, the control device 17 obtains the relationship between the elapsed time from the trigger signal output time and the light intensity during the transient period until the light intensity reaches a steady state. The control device 17 can also calculate the relationship between the elapsed time from the rising point of the laser pulse and the light intensity.

トリガ信号出力からレーザパルスの立ち上がりまでには、一定のディレイ時間差があるだけなので、トリガ信号出力時点からの経過時間と光強度との関係と、レーザパルスの立ち上がり時点からの経過時間と光強度との関係とは等価であるといえる。制御装置17は、送信されたレーザ強度のデータから、直接、レーザパルスの立ち上がり時点からの経過時間と光強度との関係を求めてもよい。   There is only a certain delay time difference from the trigger signal output to the rise of the laser pulse, so the relationship between the elapsed time from the trigger signal output time and the light intensity, the elapsed time from the rise time of the laser pulse and the light intensity It can be said that this relationship is equivalent. The control device 17 may directly obtain the relationship between the elapsed time from the rising point of the laser pulse and the light intensity from the transmitted laser intensity data.

制御装置17は、この関係に基づいて、時刻τにおけるレーザ強度I(τ)が、Imin以上Imax以下であるか否かを判定する。 Based on this relationship, the control device 17 determines whether or not the laser intensity I (τ 2 ) at time τ 2 is not less than I min and not more than I max .

レーザ強度I(τ)が、Imin以上Imax以下であった場合、制御装置17は、レーザパルスの光強度が定常状態に達した後に、AOD制御信号発生器19に高周波電気信号発生の指令を出し、指令した回折効率で、レーザパルスをAOD11によって偏向させ、加工領域16に入射させる。加工領域16に入射するエネルギが、たとえば最適な一定値となるように、AOD11の回折効率は、レーザ強度I(τ)に応じてレーザパルスごとに制御される。AOD11は、たとえばレーザパルスの立ち上がり時刻(時刻τ)から20μsec後に動作させればよい。 When the laser intensity I (τ 2 ) is greater than or equal to I min and less than or equal to I max , the controller 17 causes the AOD control signal generator 19 to generate a high-frequency electric signal after the light intensity of the laser pulse reaches a steady state. A command is issued, the laser pulse is deflected by the AOD 11 with the commanded diffraction efficiency, and is incident on the processing region 16. The diffraction efficiency of the AOD 11 is controlled for each laser pulse in accordance with the laser intensity I (τ 2 ) so that the energy incident on the processing region 16 becomes an optimum constant value, for example. The AOD 11 may be operated, for example, 20 μsec after the rise time (time τ 1 ) of the laser pulse.

時刻τにおけるレーザ強度I(τ)が、Iminより小さいと判定された場合、及び、Imaxより大きいと判定された場合には、制御装置17は、AOD11にレーザパルスを偏向させる信号を入力しない。このためこのレーザパルスは加工領域16には入射せず(回折効率0%)、同レーザパルスによっては、たとえば基板穴開け加工は行われない。 When it is determined that the laser intensity I (τ 2 ) at time τ 2 is smaller than I min and larger than I max , the control device 17 causes the AOD 11 to deflect the laser pulse. Do not enter. For this reason, this laser pulse does not enter the processing region 16 (diffraction efficiency 0%), and, for example, substrate drilling is not performed by the laser pulse.

図2(B)を参照して、第2の実施例によるレーザ加工方法を説明する。   With reference to FIG. 2 (B), the laser processing method by the 2nd Example is demonstrated.

第2の実施例によるレーザ加工方法においては、レーザ光源10から出射するレーザパルスにつき、レーザ強度I(τ)が、加工領域16に入射した場合に高い加工品質で加工を行うことが困難なレーザ強度となるか否かの判定基準を、レーザ強度がIthとなる時間によって、あらかじめ定めておく。Ithは、たとえばI(τ)の1/2程度のレーザ強度値である。 In the laser processing method according to the second embodiment, it is difficult to perform processing with high processing quality when the laser intensity I (τ 3 ) is incident on the processing region 16 for the laser pulse emitted from the laser light source 10. the criterion for determining whether the laser intensity, by the time the laser intensity is I th, determined in advance. I th is, for example, a laser intensity value about 1/2 of I (τ 3 ).

たとえばレーザ強度がIthとなる時刻t(レーザ光源10にトリガ信号が入力された時刻を0とする。)が、tmin以上tmax以下であるレーザパルスであれば、加工領域16に入射させても高品質の加工が可能であるtmin及びtmaxの値を、加工に先立って実験的に求め、制御装置17の記憶装置17aに記憶させておく。 For example, if the time t when the laser intensity becomes I th (the time when the trigger signal is input to the laser light source 10 is 0) is a laser pulse that is t min or more and t max or less, the laser beam is made incident on the processing region 16. However, the values of t min and t max at which high quality processing is possible are obtained experimentally prior to processing and stored in the storage device 17a of the control device 17.

更に、レーザ強度がIthとなる時刻tに応じて、たとえばその値ごとに、加工領域16に入射する各レーザパルスのエネルギを、加工が適当に行われる許容範囲内(たとえば加工が最適に行われる一定値)とするような回折効率、またはその回折効率を実現するAOD制御信号の振幅値を実験的に求め、制御装置17の記憶装置17aに記憶させておく。その一例を図4に示した。 Further, according to the time t at which the laser intensity becomes I th , for example, for each value, the energy of each laser pulse incident on the processing region 16 is within an allowable range in which processing is appropriately performed (for example, processing is performed optimally). A diffraction efficiency such as a constant value) or an amplitude value of an AOD control signal that realizes the diffraction efficiency is experimentally obtained and stored in the storage device 17a of the control device 17. An example is shown in FIG.

制御装置17からの指令によりトリガ信号発生器18で発生されたトリガ信号が、レーザ光源10に印加され、レーザ光源10からレーザパルスが出射される。出射されたレーザパルスは、AOD11を透過し、その一部が部分反射ミラー12で反射されて検出器14に入射し、レーザ強度が経時的に検出される。検出されたレーザ強度のデータは、制御装置17に送信される。   A trigger signal generated by the trigger signal generator 18 in response to a command from the control device 17 is applied to the laser light source 10, and a laser pulse is emitted from the laser light source 10. The emitted laser pulse passes through the AOD 11, a part of which is reflected by the partial reflection mirror 12 and enters the detector 14, and the laser intensity is detected over time. The detected laser intensity data is transmitted to the control device 17.

レーザ強度がIthとなる時刻tの測定は、たとえば次のような方法で行うことができる。制御装置17はクロック信号を有し、当該クロック信号の1クロックの立ち上がりのタイミングでトリガ信号発生器18にトリガ信号発生を指令し、その指令からレーザ強度がIthとなるまでの間のクロック数をカウントすることで時刻tを測定する。 The measurement at time t when the laser intensity becomes I th can be performed, for example, by the following method. The control device 17 has a clock signal, commands the trigger signal generator 18 to generate a trigger signal at the rising timing of one clock of the clock signal, and the number of clocks from the command until the laser intensity becomes I th. The time t is measured by counting.

tがtminより小さい値であった場合、及び、時刻tmaxになってもレーザ強度がIthに到達しない場合には、制御装置17は、AOD11にレーザパルスを偏向させる信号を入力しない。したがって、このレーザパルスは加工領域16には入射せず、同レーザパルスによっては、たとえば基板穴開け加工は行われない。 If t is a value smaller than t min , and if the laser intensity does not reach I th even at time t max , the control device 17 does not input a signal for deflecting the laser pulse to the AOD 11. Therefore, this laser pulse does not enter the processing region 16 and, for example, substrate drilling is not performed by the laser pulse.

tがtmin以上tmax以下の値であった場合には、制御装置17は、レーザパルスの光強度が定常状態に達した後に、AOD制御信号発生器19に高周波電気信号発生の指令を出し、指令した回折効率で、レーザパルスをAOD11によって偏向させ、加工領域16に入射させる。加工領域16に入射するエネルギが、たとえば最適な一定値となるように、AOD11の回折効率は、検出されたtの値に応じてレーザパルスごとに制御される。AOD11は、たとえばレーザパルスの立ち上がり時刻(時刻τ)から20μsec後に動作させればよい。 When t is a value not less than t min and not more than t max , the control device 17 issues a high frequency electrical signal generation command to the AOD control signal generator 19 after the light intensity of the laser pulse reaches a steady state. The laser pulse is deflected by the AOD 11 with the commanded diffraction efficiency and is incident on the processing region 16. The diffraction efficiency of the AOD 11 is controlled for each laser pulse in accordance with the detected value of t so that the energy incident on the processing region 16 becomes an optimal constant value, for example. The AOD 11 may be operated, for example, 20 μsec after the rise time (time τ 1 ) of the laser pulse.

第1の実施例によるレーザ加工方法においては、時刻τにおけるレーザ強度I(τ)がImaxを超えるレーザパルスは、AOD11で偏向させず、加工に利用しなかった。 In the laser processing method according to the first example, the laser pulse with the laser intensity I (τ 2 ) at time τ 2 exceeding I max was not deflected by the AOD 11 and was not used for processing.

maxを超えるI(τ)についても、I(τ)に応じて、たとえばその値ごとに、加工領域16に入射する各レーザパルスのエネルギを一定とするような回折効率、またはその回折効率を実現するAOD制御信号の振幅値を実験的に求め、制御装置17の記憶装置17aに記憶させておいてもよい。 For I (τ 2 ) exceeding I max , the diffraction efficiency that makes the energy of each laser pulse incident on the processing region 16 constant, for example, for each value according to I (τ 2 ), or diffraction thereof The amplitude value of the AOD control signal for realizing the efficiency may be obtained experimentally and stored in the storage device 17a of the control device 17.

そしてI(τ)がImaxを超えるレーザパルスであっても、制御装置17は、AOD制御信号発生器19に高周波電気信号発生の指令を出し、指令した回折効率でレーザパルスをAOD11によって偏向させ、加工領域16に入射させる。 Even if the laser pulse I (τ 2 ) exceeds I max , the controller 17 issues a high-frequency electrical signal generation command to the AOD control signal generator 19 and deflects the laser pulse with the commanded diffraction efficiency by the AOD 11. And enter the processing region 16.

また、第2の実施例によるレーザ加工方法においては、tがtminより小さい値であった場合には、制御装置17は、AOD11にレーザパルスを偏向させる信号を入力せず、同レーザパルスによっては、たとえば基板穴開け加工は行われなかった。 In the laser processing method according to the second embodiment, when t is smaller than t min , the control device 17 does not input a signal for deflecting the laser pulse to the AOD 11, For example, the substrate drilling process was not performed.

minより小さいtについても、tの値に応じて、たとえばその値ごとに、加工領域16に入射する各レーザパルスのエネルギを一定とするような回折効率、またはその回折効率を実現するAOD制御信号の振幅値を実験的に求め、制御装置17の記憶装置17aに記憶させておいてもよい。 For t smaller than t min , depending on the value of t, for example, for each value, diffraction efficiency that makes the energy of each laser pulse incident on the processing region 16 constant, or AOD control that realizes the diffraction efficiency The amplitude value of the signal may be obtained experimentally and stored in the storage device 17a of the control device 17.

そしてtがtminより小さいレーザパルスであっても、制御装置17は、AOD制御信号発生器19に高周波電気信号発生の指令を出し、指令した回折効率でレーザパルスをAOD11によって偏向させ、加工領域16に入射させる。 Even if t is a laser pulse smaller than t min , the control device 17 issues a command to generate a high-frequency electric signal to the AOD control signal generator 19, deflects the laser pulse with the commanded diffraction efficiency by the AOD 11, and processing region 16 is incident.

以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。   Although the present invention has been described with reference to the embodiments, the present invention is not limited thereto.

たとえば、図1に示したレーザ加工装置は、AOD11のビーム偏向方向を所定の一方向とした1軸加工機であったが、AOD制御信号発生器19を通じて、周波数の異なる2種類の電気信号をAOD11に入力することにより、図5に示すように、2軸加工機とすることもできる。   For example, the laser processing apparatus shown in FIG. 1 is a single-axis processing machine in which the beam deflection direction of the AOD 11 is a predetermined one direction, but two types of electrical signals having different frequencies are transmitted through the AOD control signal generator 19. By inputting to AOD11, as shown in FIG. 5, it can also be set as a biaxial processing machine.

その場合、たとえば、一方軸の加工領域に入射させるレーザパルスごとのエネルギを相互に等しくし、また、他方軸の加工領域に入射させるレーザパルスごとのエネルギも相互に等しくする。   In this case, for example, the energy for each laser pulse incident on the machining area on one axis is made equal to each other, and the energy for each laser pulse incident on the machining area on the other axis is also made equal to each other.

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自明であろう。   It will be apparent to those skilled in the art that other various modifications, improvements, combinations, and the like can be made.

レーザ加工一般に利用することができる。   It can be used for laser processing in general.

実施例によるレーザ加工装置を示す概略図である。It is the schematic which shows the laser processing apparatus by an Example. (A)、(B)はそれぞれ、第1、第2の実施例によるレーザ加工方法について説明するための図である。(A), (B) is a figure for demonstrating the laser processing method by the 1st, 2nd Example, respectively. I(τ)と回折効率との関係の一例を示すグラフである。Is a graph showing an example of the relationship between I (τ 2) and the diffraction efficiency. 光強度がIthとなる時間と回折効率との関係の一例を示すグラフである。Light intensity is a graph showing an example of the relationship between time and the diffraction efficiency to be the I th. 変形例によるレーザ加工装置を示す概略図である。It is the schematic which shows the laser processing apparatus by a modification.

符号の説明Explanation of symbols

10 レーザ光源
11 AOD
12 部分反射ミラー
13 ビームブロック
14 検出器
15、15a、15b 折り返しミラー
16、16a、16b 加工領域
17 制御装置
17a 記憶装置
18 トリガ信号発生器
19 AOD制御信号発生器
Lb、Lba〜Lbe パルスレーザビーム
10 Laser light source 11 AOD
12 Partial reflection mirror 13 Beam block 14 Detector 15, 15a, 15b Folding mirror 16, 16a, 16b Processing area 17 Control device 17a Storage device 18 Trigger signal generator 19 AOD control signal generator Lb, Lba-Lbe Pulse laser beam

Claims (8)

パルスレーザビームを出射するレーザ光源と、
外部から出射効率が指令されると、入射するレーザビームのエネルギのうち、指令された出射効率分のエネルギのレーザビームを第1の経路に沿って出射させ、残余のエネルギのレーザビームを第2の経路に沿って出射させるビーム偏向器と、
前記第2の経路に沿って出射されたレーザビームの光強度を検出する検出器と、
前記第1の経路に沿って出射されたレーザビームを第1の加工領域に入射させる第1の光学系と、
前記検出器で検出された光強度を示す信号が入力され、前記レーザ光源及びビーム偏向器を制御する制御装置と
を有し、該制御装置は、
(a)前記ビーム偏向器が、入射するレーザビームの全エネルギを前記第2の経路に振り向ける状態にして、前記レーザ光源からレーザパルスを出射させる工程と、
(b)光強度が定常状態に達するまでの過渡期間中に、前記レーザパルスの立ち上がり時点からの経過時間と、光強度との関係を取得する工程と、
(c)取得された前記関係に基づいて、前記出射効率を決定し、前記レーザパルスの光強度が定常状態に達した後に、決定された出射効率を前記ビーム偏向器に指令する工程と
を実行するレーザ加工装置。
A laser light source for emitting a pulsed laser beam;
When the emission efficiency is commanded from the outside, the laser beam having the energy of the commanded emission efficiency out of the energy of the incident laser beam is emitted along the first path, and the laser beam having the remaining energy is secondly emitted. A beam deflector that emits along the path of
A detector for detecting the light intensity of the laser beam emitted along the second path;
A first optical system for causing a laser beam emitted along the first path to enter a first processing region;
A signal indicating the light intensity detected by the detector is input, and the control device controls the laser light source and the beam deflector.
(A) the beam deflector directing all energy of the incident laser beam to the second path and emitting a laser pulse from the laser light source;
(B) obtaining a relationship between the light intensity and the elapsed time from the rising point of the laser pulse during the transient period until the light intensity reaches a steady state;
(C) executing the step of determining the emission efficiency based on the acquired relationship and instructing the beam deflector on the determined emission efficiency after the light intensity of the laser pulse has reached a steady state. Laser processing equipment.
前記制御装置は、前記工程(c)において、前記第1の経路に振り向けられたレーザパルスのパルスエネルギが許容範囲に収まるように、前記出射効率を決定する請求項1に記載のレーザ加工装置。   2. The laser processing apparatus according to claim 1, wherein in the step (c), the control device determines the emission efficiency so that a pulse energy of a laser pulse directed to the first path falls within an allowable range. 前記制御装置は、前記工程(b)において、レーザパルスの立ち上がりから判定時間経過後の光強度を取得し、前記工程(c)において、前記工程(b)で取得された光強度に基づいて前記出射効率を決定する請求項1に記載のレーザ加工装置。   In the step (b), the control device acquires the light intensity after the elapse of the determination time from the rise of the laser pulse, and in the step (c), based on the light intensity acquired in the step (b). The laser processing apparatus according to claim 1, wherein the emission efficiency is determined. 前記制御装置は、前記判定時間経過後の光強度の許容下限値を記憶する記憶手段を含み、前記工程(c)において、前記工程(b)で取得された光強度が前記許容下限値未満である場合、前記出射効率を0%とする請求項3に記載のレーザ加工装置。   The control device includes a storage unit that stores an allowable lower limit value of the light intensity after the determination time has elapsed. In the step (c), the light intensity acquired in the step (b) is less than the allowable lower limit value. The laser processing apparatus according to claim 3, wherein in some cases, the emission efficiency is set to 0%. 前記制御装置は、前記工程(b)において、レーザパルスの光強度が判定基準強度に達するまでの立ち上がりからの経過時間を取得し、前記工程(c)において、前記工程(b)で取得された経過時間に基づいて前記出射効率を決定する請求項1に記載のレーザ加工装置。   In the step (b), the control device acquires an elapsed time from the rise until the light intensity of the laser pulse reaches the determination reference strength. In the step (c), the control device acquired in the step (b). The laser processing apparatus according to claim 1, wherein the emission efficiency is determined based on an elapsed time. 前記制御装置は、レーザパルスの光強度が判定基準強度に達するまでの経過時間の許容上限値を記憶する記憶手段を含み、前記工程(c)において、前記工程(b)で取得された経過時間が前記許容上限値を超える場合に、前記出射効率を0%とする請求項5に記載のレーザ加工装置。   The control device includes storage means for storing an allowable upper limit value of the elapsed time until the light intensity of the laser pulse reaches the determination reference intensity, and the elapsed time acquired in the step (b) in the step (c). The laser processing apparatus according to claim 5, wherein when the value exceeds the allowable upper limit, the emission efficiency is set to 0%. 前記制御装置は、前記ビーム偏向器に、前記第1及び第2の経路とは異なる第3の経路、または前記第1の経路を出射経路として指令し、
前記ビーム偏向器は、前記制御装置から出射効率及び出射経路が指令されると、入射するレーザビームのエネルギのうち、指令された出射効率分のエネルギのレーザビームを、指令された出射経路に沿って出射させ、残余のエネルギのレーザビームを前記第2の経路に沿って出射させ、
更に、前記ビーム偏向器によって、前記第3の経路に沿って出射されたレーザビームを、前記第1の加工領域とは異なる第2の加工領域に入射させる前記第1の光学系とは異なる第2の光学系を含む請求項1〜6のいずれか1項に記載のレーザ加工装置。
The control device instructs the beam deflector as a third path different from the first and second paths, or the first path as an output path,
When the emission efficiency and the emission path are commanded from the control device, the beam deflector emits a laser beam having an energy equivalent to the commanded emission efficiency along the commanded emission path. Emitting a laser beam of the remaining energy along the second path,
Further, the beam deflector causes the laser beam emitted along the third path to be incident on a second processing region different from the first processing region. The laser processing apparatus according to claim 1, comprising two optical systems.
(a)ビーム偏向器が入射するレーザビームの全エネルギを第1の経路に振り向ける状態にして、レーザ光源からレーザパルスを出射し、前記ビーム偏向器に入射させる工程と、
(b)前記レーザパルスの立ち上がり時点からの経過時間と光強度との関係を、光強度が定常状態に達するまでの過渡期間中に取得する工程と、
(c)取得された前記関係に基づいて出射効率を決定し、前記レーザパルスの光強度が定常状態に達した後に、前記ビーム偏向器に、決定された出射効率分のエネルギのレーザビームを前記第1の経路とは異なる第2の経路に沿って出射させ、残余のエネルギのレーザビームを前記第1の経路に沿って出射させる工程と
を有するレーザ加工方法。
(A) a step of directing all the energy of the laser beam incident by the beam deflector to the first path, emitting a laser pulse from the laser light source, and entering the beam deflector;
(B) obtaining a relationship between the elapsed time from the rising point of the laser pulse and the light intensity during a transient period until the light intensity reaches a steady state;
(C) determining the emission efficiency based on the acquired relationship, and after the light intensity of the laser pulse has reached a steady state, the beam deflector is supplied with a laser beam having an energy equivalent to the determined emission efficiency; And a step of emitting a laser beam of the remaining energy along the first route, the step being emitted along a second route different from the first route.
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