CN101314196B

CN101314196B - 激光加工装置

Info

Publication number: CN101314196B
Application number: CN2008101001805A
Authority: CN
Inventors: 岩下美隆; 井岛健一; 成濑正史; 金田充弘; 小林信高; 岩田高明
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2007-05-28
Filing date: 2008-05-28
Publication date: 2012-06-27
Anticipated expiration: 2028-05-28
Also published as: CN101314196A; JP4297952B2; JP2008290137A; TW200902207A; KR20080104993A; KR100955149B1; TWI343850B

Abstract

本发明得到一种激光加工装置，其可以在同时多点照射型激光加工装置中，使2束激光加工品质的差异变小，实现加工品质的提高。该激光加工装置具有：第1偏振单元，其将1束激光分光为光路不同的2束激光(Lα、Lβ)；电扫描器，其配置在激光(Lα)的光路上，使激光(Lα)沿XY工作台上的第1方向进行扫描；电扫描器，其配置在激光(Lβ)的光路上，使激光(Lβ)沿XY工作台上与第1方向不同的第2方向进行扫描；第2偏振单元，其将2束激光混合；一对主电扫描器，其使激光(Lα、Lβ)沿XY工作台上互不相同的第3和第4方向进行扫描；以及fθ透镜，其使来自主电扫描器的激光(Lα、Lβ)分别在被加工物的规定位置上聚光。

Description

激光加工装置

技术领域

本发明涉及一种以对印刷基板等被加工物进行开孔加工为主要目的的激光加工装置，特别涉及一种以提高生产率为目的的同时多点照射型激光加工装置。

背景技术

当前提出了一种激光加工装置，其为了提高生产率而将来自激光光源的1束激光分光为2束，可以同时加工2个孔(例如，参照专利文献1)。在该激光加工装置中，将1束激光由第1偏振单元分光为2束激光，然后引导至第2偏振单元，其中，该第2偏振单元用于使这2束激光的光路大致一致。此时，由第1偏振单元分光出的激光中的一束激光(下面称为主光束)，经由1组反射镜(偏折镜)引导至第2偏振单元。另外，另一束激光(下面称为副光束)借助一对第1电扫描器(galvano-scanner)组在互不平行的2个轴向上进行扫描后，引导至第2偏振单元进行混合。通过第2偏振单元的2束激光，借助一对第2电扫描器组在互不平行的2个轴向上进行扫描后，入射至fθ透镜，照射至工作台上的被加工物。在这里，副光束通过第1电扫描器组进行扫描，从而与通过1组反射镜的主光束相比，其角度存在一定偏差，所以通过fθ透镜后的主光束和副光束分别照射在工作台上的不同位置上。由此，可以利用1个fθ透镜同时加工2个孔，生产率提高。

另外，还提出了如下激光加工装置，其将1束激光由第1偏振单元分光为2束激光，使各束激光通过一对电扫描器在2个轴向上进行扫描，并将2束激光引导至第2偏振单元后，利用1个fθ透镜进行2孔同时加工，从而提高生产率(例如，参照专利文献2)。

另外，对于专利文献1所示的激光加工装置，还已知生成用于在目的位置上进行开孔的各电扫描器角度指令值的技术(例如，参照专利文献3)。

专利文献1：国际公开第03/041904号文集

专利文献2：特开2005-230872号公报

专利文献3：国际公开第03/080283号文集

发明内容

但是，在专利文献1记载的激光加工装置中，在分光后的副光束侧经过共计2组(即4台)电扫描器，与主光束侧的1组(2台)相比更多。由于电扫描器是使反射镜部旋转而进行使用的，与经由固定反射镜的情况相比不稳定，所以经由较多的上述电扫描器的副光束无论如何也存在加工品质容易变差的问题。

并且，对于副光束，是通过设置在远离fθ透镜的前焦点位置(fθ透镜前的光束扫描理想位置)的位置上的第1电扫描器组而使光束进行扫描的。因此，存在从fθ透镜的前焦点位置至第1电扫描器组的距离越远，则在fθ透镜的特性上如加工孔圆度或焦点余量这样的加工孔品质就越差的趋势，其结果，存在被加工物上的加工孔品质也变差的问题。

另外，专利文献2记载的激光加工装置构成为，由第1偏振单元分光为2束的激光，都不经由固定反射镜，而是经由电扫描器进行扫描，这样，由于在fθ透镜和电扫描器之间需要用于设置第2偏振单元的空间，所以各束激光都是在远离fθ透镜的前焦点位置的位置上进行扫描。其结果，存在各束激光的加工孔品质都变差的问题。

此外，在专利文献1记载的激光加工装置这样的结构中，由于光学系统复杂，所以在专利文献3记载的为了控制光束位置而必需的各电扫描器的角度指令值等的校准作业中，存在试加工需要较多的点数因而耗费时间的问题。

本发明就是鉴于上述问题而提出的，其目的在于得到一种激光加工装置，其可以在同时多点照射型激光加工装置中，使2束激光的加工品质之间的差异变小，实现加工品质的提高。另外，其目的在于得到一种激光加工装置，其可以使对照射激光的加工位置进行控制所必需的校准作业变容易。

为了实现上述目的，本发明所涉及的激光加工装置，其在配置于工作台上的被加工物的大于或等于2个点上同时照射激光而进行加工，其特征在于，具有：第1偏振单元，其将1束激光分光为光路不同的第1和第2激光；第1电扫描器，其配置在上述第1激光的光路上，使上述第1激光沿上述工作台上的第1方向进行扫描；第2电扫描器，其配置在上述第2激光的光路上，使上述第2激光沿上述工作台上与第1方向不同的第2方向进行扫描；第2偏振单元，其将上述第1及第2激光混合；主电扫描器，其由一对第3和第4电扫描器构成，它们使混合后的上述第1及第2激光沿上述工作台上互不相同的第3和第4方向进行扫描；以及fθ透镜，其使来自上述主电扫描器的上述第1及第2激光分别在上述被加工物上的规定位置处聚光。

发明的效果

根据本发明，由于构成为使由第1偏振单元分光得到的任意一束激光都经由3台电扫描器，所以具有可以在维持同时多点照射的生产率的同时提高加工品质的效果。

附图说明

图1是表示本发明所涉及的激光加工装置的实施方式1的结构的图。

图2是表示图1的激光加工装置的fθ透镜前焦点位置附近的电扫描器的配置关系的图。

图3-1是示意地表示加工孔品质良好的状态的图。

图3-2是示意地表示加工孔品质较差的状态的图。

图4是表示加工孔品质的评价方法的一个例子的图。

图5-1是表示现有激光加工装置中判断主光束和副光束的加工孔品质为良好的范围的一个例子的图。

图5-2是表示本实施方式1的激光加工装置中判断α光束和β光束的加工孔品质为良好的范围的一个例子的图。

图6是表示本发明所涉及的激光加工装置的实施方式2的结构的图。

图7-1是表示从X轴方向观察时的图6的激光加工装置的副电扫描器和主电扫描器的配置关系的图。

图7-2是表示图6的激光加工装置的fθ透镜前焦点位置附近的电扫描器的配置关系的图。

图8是表示本发明所涉及的激光加工装置的实施方式3的结构的图。

图9是表示现有的同时多点照射型激光加工装置中的各电扫描器的反射镜角度和所加工的孔的坐标之间关系的框图。

图10是表示本发明所涉及的激光加工装置中的各电扫描器的反射镜角度和所加工的孔的坐标之间关系的框图。

图11是表示使用现有的同时多点照射型激光加工装置的情况下加工孔位置的图。

图12是表示使用本发明所涉及的激光加工装置的情况下加工孔位置的图。

图13是表示校准所需的加工孔数量的图。

图14是表示同时多点照射型激光加工装置的构造的现有例的图。

具体实施方式

下面，参照附图详细说明本发明所涉及的激光加工装置的优选实施方式。另外，本发明不限定于这些实施方式。

实施方式1

在说明本发明所涉及的激光加工装置之前，说明现有激光加工装置的概略结构。图14是表示同时多点照射型激光加工装置的构造的现有例的图。激光加工装置具有：XY工作台211，其载置印刷基板等被加工物212，可以在水平面(XY平面)内移动；以及光学系统，其用于使从未图示的激光起振器射出的激光L照射在XY工作台211上的被加工物212上。另外，在该图中，使载置被加工物212的XY工作台211的平面为水平面，使在该水平面内相互正交的2个轴为X轴和Y轴，使与上述X轴和Y轴这两者垂直的轴为Z轴。

光学系统具有：第1偏振单元222，其由偏振分光器等构成，该偏振分光器用于将从未图示的激光起振器射出的激光L分光为2束激光La、Lb；第2偏振单元223，其由偏振分光器等构成，该偏振分光器用于将由第1偏振单元222分光而在不同光路上行进的2束激光La、Lb进行混合，并引导至大致相同的光路上；以及fθ透镜228，其使来自第2偏振单元223的混合后的激光La、Lb在被加工物212上聚光。另外，在第1偏振单元222和第2偏振单元223之间被分光的2束激光La、Lb的光路长度相同。另外，由上述第2偏振单元223将2束激光La、Lb进行混合的理由是为了使用1个fθ透镜228同时加工2个孔。

为了简单起见，针对下述情况进行说明，即，在激光L、La、Lb的光路上设置反射镜221a～221d和电扫描器224a、224b、226a、226b，使激光L、La、Lb的光路与上述设定的X轴、Y轴、Z轴的其中一个大致平行。在此情况下，配置在光路上的反射镜221a～221d，为了使激光L的光路以90度的角度弯折(反射)，例如相对于图示的XYZ坐标系的某一个轴以45度的角度配置。另外，在由第1偏振单元222反射的激光Lb的光路上设置一对电扫描器224a、224b，它们用于使激光Lb在2个轴向上进行扫描并引导至第2偏振单元223。电扫描器224a配置为反射镜225a的旋转轴沿X轴方向，电扫描器224b配置为反射镜225b的旋转轴沿Y轴方向。通过电扫描器224a进行扫描，可以使激光Lb在XY工作台211的X轴方向上进行扫描，通过电扫描器224b进行扫描，可以使激光Lb在XY工作台211的Y轴方向上进行扫描。

另外，在第2偏振单元223和fθ透镜228之间设置一对电扫描器226a、226b，它们用于使来自第2偏振单元223的混合后的激光La、Lb在2个轴向上进行扫描并引导至被加工物212上。电扫描器226a配置为反射镜227a的旋转轴沿Z轴方向，电扫描器226b配置为反射镜227b的旋转轴沿X轴方向。通过电扫描器226a进行扫描，可以使激光La、Lb在XY工作台211的X轴方向上进行扫描，通过电扫描器226b进行扫描，可以使激光La、Lb在XY工作台211的Y轴方向上进行扫描。

在这里，说明具有上述结构的激光加工装置的动作。从未图示的激光起振器射出的激光L，其偏振方向被调整为45度这一方向，由2个反射镜221a、221b反射而入射至第1偏振单元222。由第1偏振单元222分光为偏振方向与入射面垂直的P波的激光和偏振方向与入射面平行的S波的激光。

透过第1偏振单元222的激光(下面称为主光束)La，经由2个反射镜221c、221d引导至第2偏振单元223。另一方面，由第1偏振单元222反射的激光(下面称为副光束)Lb，通过电扫描器224a、224b在2个轴向上进行扫描后，引导至第2偏光单元223。在这里，主光束La始终以相同位置引导至第2偏振单元223，副光束Lb则可以通过控制电扫描器224a、224b的摆动角，从而调整入射至第2偏振单元223的位置及角度。

然后，主光束La被第2偏振单元223反射，副光束Lb透过第2偏振单元223，由此使2束激光La、Lb以大致相同的光路引导至电扫描器226a、226b。然后，通过电扫描器226a、226b而在2个轴向上进行扫描后，引导至fθ透镜228，分别在被加工物212的规定位置上聚光，进行加工。此时，通过使电扫描器224a、224b、226a、226b进行扫描，可以使主光束La和副光束Lb照射在被加工物212上的任意不同的2点上。在扫描区域内的开孔加工全部结束后，通过使XY工作台211沿图中的XY方向移动，可以进行下一扫描区域的加工。

在这里，如果使第1组电扫描器224a、224b分别成为某角度，则分光出的激光Lb在第2偏振单元223之后以相同轨迹行进，在相同位置上进行加工。现在，如果具有十分接近的2个要加工的孔位置a、b，则首先只要通过第2组电扫描器226a、226b在2个轴向上进行扫描以能够对某一个(例如为a)孔位置进行加工，就可以由主光束La在该位置a上进行开孔。然后，只要通过第1组电扫描器226a、226b进一步在2个轴向上从孔位置a向另一孔位置b的方向扫描，就可以使副光束Lb加工另一个孔位置b。

这样，在具有图14的结构的激光加工装置中，可以认为第2组电扫描器226a、226b的作用是进行主扫描，第1组电扫描器224a、224b的作用是进行从上述孔位置a至孔位置b的差量的扫描，容易直观地理解其结构。另外，实际上如上述作用那样，第1组电扫描器224a、224b扫描的摆动角比第2组电扫描器226a、226b扫描的摆动角小。

但是，在上述激光加工装置中，分光出的副光束Lb经由较多的共计2组(即4台)电扫描器224a、224b、226a、226b。由于电扫描器是使反射镜部旋转而进行使用的，所以与经由固定反射镜的情况相比不稳定，利用副光束Lb进行的加工无论如何都存在加工品质(这里所谓的加工品质是指扫描区域内的孔的圆度·焦点余量这样的加工孔品质和加工位置精度偏差这2种)都容易变差的问题。另外，从fθ透镜228的前焦点位置至光束扫描距离最远的电扫描器224a为止的距离较长，也成为加工品质(特别是加工孔品质)变差的一个原因。

所以，在本发明中提供一种激光加工装置，其可以使2束激光的加工品质虽然与现有激光加工装置的主光束加工品质相比较差，但与副光束的加工品质相比较好。下面，说明本发明所涉及的激光加工装置。

图1是表示本发明所涉及的激光加工装置的实施方式1的结构的图，图2是表示图1的激光加工装置的fθ透镜前焦点位置附近的电扫描器的配置关系的图。该激光加工装置具有：XY工作台11，其载置印刷基板等被加工物12，可以在水平面(XY平面)内移动；激光起振器20，其射出激光L；光学系统，其用于将从激光起振器20射出的激光L照射至XY工作台11上的被加工物12上；CCD(Charge-Coupled Device)照相机等摄像单元29，其对试加工时的XY工作台11上的加工位置进行拍摄；以及控制部30，其控制激光起振器20、构成光学系统的后述电扫描器23a、23b、26a、26b的反射镜角度、以及摄像单元29。另外，在该图中，使载置被加工物12的XY工作台11的平面为水平面，使在该水平面内相互正交的2个轴为X轴和Y轴，使与上述X轴和Y轴这两者垂直的轴为Z轴。

光学系统具有：第1偏振单元21，其包括将从激光起振器20射出的激光L分光的偏振分光器等；多个反射镜22a～22f，它们将分光出的激光Lα、Lβ反射而按光路进行引导；电扫描器23a、23b(下面，上述电扫描器23a、23b也称为副电扫描器23a、23b)，它们使各个光路的激光Lα、Lβ在XY工作台11上沿彼此不同的方向进行扫描；第2偏振单元25，其由下述偏振分光器等构成，该偏振分光器将由第1偏振单元21分光而在不同的光路中行进的2束激光Lα、Lβ混合，引导至大致相同的光路上；电扫描器26a、26b(下面，上述电扫描器26a、26b也称为主电扫描器26)，其使来自第2偏振单元25的混合后的激光Lα、Lβ在XY工作台11上沿彼此不同的方向进行扫描；以及fθ透镜28，其使混合后的激光Lα、Lβ在被加工物12上聚光。在这里，副电扫描器23a、23b与权利要求书中的第1和第2电扫描器对应，主电扫描器26a、26b与第3和第4电扫描器对应。

另外，为了简单起见，针对下述情况进行说明，即，配置在光路上的反射镜22a～22f和电扫描器23a、23b、26a、26b，例如相对于图示的XYZ坐标系的某一轴成45度的角度地配置，以将激光L、Lα、Lβ以90度的角度弯折(反射)，从而使激光L、Lα、Lβ的光路与X轴、Y轴及Z轴的其中一个大致平行。另外，光路构成为使透过第1偏振单元21的那一束激光Lα由第2偏振单元25反射，由第1偏振单元21反射的那一束激光Lβ透过第2偏振单元25。使在第1偏振单元21和第2偏振单元25之间被分光的各束激光Lα、Lβ的光路长度相同。

在该实施方式1中，在由第1偏振单元21分光出的2束激光Lα、Lβ的光路上，所配置的反射镜22a～22f的数量在2个光路上相等，所配置的电扫描器23a、23b的数量在2个光路上也相等。另外，还对电扫描器的配置方法进行设计，以使2束激光Lα、Lβ的特性没有差别。即，从fθ透镜至电扫描器23a、23b的配置位置为止的光路长度，设计为在2个光路中相等。

即，在透过第1偏振单元21的激光(下面称为α光束)Lα到达第2偏振单元25的光路上，设置n(n为自然数)枚反射镜(22a～22c)和1台电扫描器23a。另外，在由第1偏振单元21反射的激光(下面称为β光束)Lβ到达第2偏振单元25的光路上，设置n枚反射镜(22d～22f)和1台电扫描器23b。另外，在该图1的情况下，n＝3枚。由于通过上述结构，在2个光路上配置相同数量的反射镜和电扫描器，所以通过2个光路的激光的品质相同。

另外，在本实施方式1中，例如图1和图2所示，考虑将主电扫描器26a配置为反射镜27a的旋转轴沿Z轴方向，主电扫描器26b配置为反射镜27b的旋转轴沿X轴方向。

优选使激光进行扫描的上述电扫描器26a、26b的反射镜27a、27b都位于fθ透镜28的前焦点位置F上。但是，由于实际上不可能将多个反射镜配置在相同位置上，所以考虑尽可能接近该状况。即，将主电扫描器26a、26b配置为，使电扫描器26a的反射镜27a和电扫描器26b的反射镜27b位于尽可能靠近fθ透镜28的前焦点位置F的位置，使连结电扫描器26a的反射镜27a的中心位置和电扫描器26b的反射镜27b的中心位置的连线的中点位于fθ透镜28的前焦点位置F。但此时，考虑到主电扫描器26a、26b的各个反射镜27a、27b的旋转，所以必须选择2个反射镜27a、27b(电扫描器26a、26b)之间的距离2Y，以使上述反射镜27a、27b之间不发生干涉。

在这里，在图2所示的例子中，如果考虑使电扫描器26a的反射镜27a的旋转位置固定，并使电扫描器26b旋转的情况，则激光Lα、Lβ向fθ透镜28的入射位置沿Y轴方向变化。相反，如果考虑使电扫描器26b的反射镜27b的旋转位置固定，并使电扫描器26a旋转的情况，则激光Lα、Lβ向fθ透镜28的入射位置沿X轴方向变化。由此，通过使电扫描器26a、26b进行扫描，可以改变激光Lα、Lβ向fθ透镜28的入射位置(入射角度)。

另外，光学系统如图1所示，使α光束Lα用的电扫描器23a和β光束Lβ用的电扫描器23b的扫描方向不同。在该图1的例子中，将电扫描器23a配置为反射镜24a的旋转轴沿Z轴方向，以使(假设为理想的fθ透镜时)α光束Lα用的电扫描器23a的扫描方向，在正下游为X方向，在XY工作台11上为X方向。另外，将电扫描器23b配置为反射镜24b的旋转轴沿Y轴方向，以使β光束Lβ用的电扫描器23b的扫描方向，在正下游为Z方向，在XY工作台11上为Y方向。即，通过使电扫描器23a进行扫描，可以使激光Lα在XY工作台11的X轴方向上进行扫描，通过使电扫描器23b进行扫描，可以使激光Lβ在XY工作台11上的Y轴方向上进行扫描。

控制部30具有下述功能：求出主电扫描器26a、26b、副电扫描器23a、23b的反射镜角度与加工孔位置间的关系，进行校准作业，进而控制主电扫描器26和副电扫描器23a、23b的反射镜角度，以向加工孔的位置上照射激光Lα、Lβ。另外，在实施方式4中说明由该控制部30进行的校准作业和加工控制作业。

下面，说明具有上述结构的激光加工装置的动作。由激光起振器20起振形成的激光L，由第1偏振单元21分光为透射侧的激光Lα和反射侧的激光Lβ。透射侧的激光(即α光束)Lα经由多个固定反射镜22a～22c和1台α光束用电扫描器23a而引导至第2偏振单元25。相同地，反射侧的激光(即β光束)Lβ也经由另外的多个固定反射镜22d～22f和1台β光束用电扫描器23b而引导至第2偏振单元25。经过第2偏振单元25后的各束激光Lα、Lβ，通过主电扫描器26a、26b进行扫描，并通过fθ透镜28，从而照射在被加工物12的2个点上。由此，对被加工物12进行加工。此时，副电扫描器23a、23b和主电扫描器26a、26b都由控制部30基于预先设定的加工信息而控制反射镜角度。

在这里，说明可以通过本实施方式1所涉及的激光加工装置提高加工品质的理由。由于通过相同数量的反射镜和电扫描器，因此第1偏振单元21和第2偏振单元25之间被分光的2束激光Lα、Lβ的品质相同。由此，可以改善加工点位置精度偏差和加工孔品质这2方面。

加工点位置精度偏差是在加工点处的位置偏差，是相对于理想位置的误差偏差。该加工点位置精度偏差的主要原因是电扫描器扫描时的角度偏差，1束激光所经过的电扫描器的台数越少，就越可以改善该偏差。根据本实施方式1，由于α光束Lα和β光束Lβ分别经由3台电扫描器，与现有例子的副光束Lb经由的4台相比较少，所以可以改善加工位置精度的偏差。

另一方面，加工孔品质表示在Z轴高度变化的同时电扫描器在扫描区域中扫描而进行加工时的加工孔圆度。通常，如果孔的圆度大于或等于规定值，则判断为加工孔品质良好，判断为该加工孔品质良好的Z轴范围越大，则焦点余量越大，加工孔品质越好。在这里，Z轴是包含副电扫描器23a、23b、第2偏振单元25、主电扫描器26a、26b以及fθ透镜28而构成的，是具有在与垂直于XY工作台11上表面方向(Z轴方向)平行的方向上移动的机构的部件组。

通常具有下述趋势，即，至加工点为止的光路中插入的反射镜的数量越多，则传递的激光的品质(圆度)越差，加工点处的光束品质越差。其结果，加工孔品质也变差。这是由于，反射镜的平面严格地说大多在纵横方向上凹凸情况不同，经由多枚上述反射镜而传递来的激光，光束的扩散角度及聚光点的Z轴位置在纵横方向上具有较大差异。特别地，由于电扫描器的反射镜是具有特殊形状的反射镜，并且有的平面度相对较差，所以在光路上存在多台电扫描器的情况下，加工点处的光束品质恶化非常显著。

图3-1是示意地表示加工孔品质良好的状态的图，图3-2是示意地表示加工孔品质较差的状态的图。如图3-1所示，在激光L经过的反射镜或电扫描器反射镜的枚数较少的情况下，将激光L在以图示的坐标轴为基准的XZ平面和YZ平面上切断时的形状一致，所以焦点高度相等，光束始终为正圆，无论在焦点位置附近的Z轴的任意位置上切断，激光L都为正圆。但是，如图3-2所示，在激光L经过的反射镜或电扫描器反射镜的枚数较多的情况下，将激光L在以图示的坐标轴为基准的XZ平面和YZ平面上切断时的形状不一致。即，焦点高度(Z轴)不同。其结果，如果在焦点位置附近以与Z轴垂直的方向切断激光L，则成为椭圆形状。在图3-2中，示出由于激光L的纵横方向上光束的扩散或聚光位置不同而从横椭圆变化为纵椭圆的情况。

图4是表示加工孔品质的评价方法的一个例子的图。加工孔品质的评价方法是通过求出下述Z轴范围而进行评价的，在该Z轴范围中，使Z轴高度变化而形成孔时的加工孔形状的圆度大于或等于规定的百分率。即，该Z轴范围为加工孔品质良好的范围。另外，该Z轴范围越大，越容易进行加工。

图5-1是表示现有的图14的激光加工装置中判断主光束和副光束的加工孔品质为良好的范围的一个例子的图，图5-2是表示本实施方式1中的激光加工装置中判断α光束和β光束的加工孔品质为良好的范围的一个例子的图。首先，如图5-1所示，对于主光束La，激光通过的电扫描器226a、226b的个数较少为2个，但对于副光束Lb，激光通过的电扫描器224a、224b、226a、226b的数量较多为4个。因此，仅通过2个电扫描器226a、226b的主光束La的加工孔品质较高，但经过4个电扫描器224a、224b、226a、226b的副光束Lb的加工孔品质非常低。与其相对，如图5-2所示，对于α光束Lα和β光束Lβ，激光通过的电扫描器的数量为3个，加工孔品质都比图5-1所示的现有激光加工装置的副光束Lb的加工孔品质好。这样，2束激光的加工孔品质判定为良好的范围大致相同，两者重合的范围、即由2束激光加工的加工孔的品质良好的Z轴范围，与图5-1的现有激光加工装置的情况相比变大。即，通过改善光束品质较差那束激光的光束品质，可以改善激光加工装置整体的加工孔品质。另外，图1所示的副电扫描器23a、23b与fθ透镜28的前焦点位置F之间的配置距离越短，则加工孔品质越好。即，如图1所示，根据本实施方式1的结构，由于可以在α光束Lα和β光束Lβ所通过的各个光路上分别配置1台副电扫描器23a、23b，使其配置位置接近前焦点位置F，所以可以改善加工孔品质。在此基础上，由于各个副电扫描器23a、23b相对于前焦点位置F的设置距离相等，所以2束激光Lα、Lβ的加工孔品质相同。

根据本实施方式1，通过使分光出的任意一束激光Lα、Lβ都仅经由3台电扫描器，使从fθ透镜28的前焦点位置F至光束扫描距离最远的副电扫描器23a、23b为止的距离变短，从而可以维持与现有的同时多点照射型激光加工装置相同的生产率，同时解决现有的副光束加工品质劣化的问题。另外，由于2束激光Lα、Lβ的加工品质相同，所以具有下述效果：可以扩大能够进行加工品质良好的加工的Z轴高度范围，可以在与现有激光加工装置相比更宽的条件范围内进行加工。

实施方式2

图6是表示本发明所涉及的激光加工装置的实施方式2的结构的图，图7-1是表示从X轴方向观察时的图6的激光加工装置的副电扫描器和主电扫描器的配置关系的图，图7-2是表示图6的激光加工装置的fθ透镜前焦点位置附近的电扫描器的配置关系的图。该激光加工装置的特征在于，相对于实施方式1的图1，电扫描器26a的反射镜27a的旋转轴配置为相对于Z轴以角度θ倾斜。与此相伴，副电扫描器23a、23b也分别配置为相对于实施方式1的情况的位置以角度θ倾斜。上述电扫描器23a、23b、26a的反射镜24a、24b、27a的旋转轴分别构成同一正交坐标系。并且，在实施方式1的2个光路内，在反射镜22b和副电扫描器23a之间、及在反射镜22d和副电扫描器23b之间，在各光路上分别配置反射镜22g～22j中的2个，该反射镜22g～22j用于将图中所示的XYZ坐标系变更为相对于该XYZ坐标系以角度θ倾斜的正交坐标系。另外，比反射镜22g、22i更靠近激光起振器20侧的光路，构成为与以XY工作台11为基准设置的XYZ正交坐标的X轴、Y轴及Z轴的其中一个平行。这是由于为了调整加工点高度，需要相对于XY平面成直角。

在该实施方式2的情况下，其特征在于，电扫描器26a以向电扫描器26b的斜下方侧倾斜的状态配置。具体地说，如图7-1～图7-2所示，电扫描器26a配置为，与图2所示的实施方式1的配置位置相比，以角度θ在YZ平面内向Y轴正方向倾斜。通过这样倾斜，如果根据反射镜27a、27b的可动范围考虑两者不会干扰的距离，则可以使2个反射镜27a、27b之间的距离与实施方式1的情况相比更窄。其结果，可以使fθ透镜28的前焦点位置(fθ透镜28前的光束扫描理想位置)和2个反射镜27a、27b之间的距离Y，与实施方式1的图2的情况相比更短，可以提高激光的加工孔品质。另外，伴随着电扫描器26a以角度θ倾斜，电扫描器23a、23b与图2所示的实施方式1的配置位置相比，以角度θ在YZ平面内向Z轴正方向倾斜。

在上述使电扫描器23a、23b、26a倾斜的情况下，在各电扫描器23a、23b、26a、26b进行扫描的情况下，XY工作台11上的激光Lα、Lβ的扫描方向为与X轴和Y轴平行的方向。

根据本实施方式2，由于在实施方式1的效果的基础上，使电扫描器26a、26b配置为更接近fθ透镜28的前焦点位置F，所以与实施方式1相比，具有可以使加工孔品质进一步提高的效果。

实施方式3

在实施方式2中，为了不会由于Z轴的上下调整机构(通过使加工头部分动作而进行焦点位置调整的构造)进行的动作而使光束位置变化，所以需要在光路途中设置与Z轴平行的光轴，从而产生下述问题：第1分光(第1偏振单元21)之后的反射镜枚数与实施方式1相比，1个光路中多出大于或等于2枚。所以，在本实施方式3中，说明使第1分光之后的反射镜枚数与实施方式1相同的情况。

图8是表示本发明所涉及的激光加工装置的实施方式3的结构的图。该激光加工装置的特征在于，相对于实施方式1的图1，仅将电扫描器26a以向电扫描器26b的斜下方侧倾斜的状态配置。由于该电扫描器26a的配置位置与实施方式2的图7-2所示的位置相同，所以省略其说明。

另外，在本实施方式3中，仅将电扫描器26a以角度θ倾斜地配置，其他副电扫描器23a、23b及反射镜22g～22j与实施方式1相同，配置为光路与以XY工作台11为基准的XYZ坐标系的X轴、Y轴及Z轴的某一个平行。由此，不会由于Z轴的上下调整机构进行的动作而使光束位置变化。

在本实施方式3的情况下，使各电扫描器23a、23b、26a、26b进行扫描时，XY工作台11上的激光Lα、Lβ的扫描方向并不是与X轴和Y轴平行的方向，而是与以并非直角的规定角度相交的2根轴平行的方向。

根据本实施方式3，第2偏振单元25以后的主电扫描器26a、26b的扫描坐标系为以XY工作台11为基准的正交坐标系，副偏振电扫描器23a、23b的扫描坐标系则并非正交，而是具有某一角度θ，但由于第1分光(第1偏振单元21)之后的反射镜枚数具有与实施方式1相同的较少的结构即可，所以与实施方式2相比，具有可以抑制加工孔品质劣化的效果。

实施方式4

在实施方式1～3中，说明了激光加工装置中的电扫描器和反射镜的配置。如上述所示，例如在实施方式1的光学系统中，如图1所示使α光束Lα用的电扫描器23a和β光束Lβ用的电扫描器23b之间扫描方向正交，则直观上容易理解，可以使扫描面积最大。例如在实施方式1(图1)中，假设是理想的fθ透镜28，则α光束Lα用的电扫描器23a的扫描方向在正下游为X轴方向，在XY工作台11上为X轴方向，β光束Lβ用的电扫描器23b的扫描方向在正下游为Z轴方向，在XY工作台11上为Y轴方向。但是，由于实际上难以制造理想的fθ透镜28，以及反射镜安装精度的限制，所以1台电扫描器的扫描方向在XY工作台11上无法成为直线。另外，由于可以利用电扫描器的扫描方法(控制方法)而控制加工孔位置，所以如实施方式2、3所示，可以构成为使α光束Lα用的电扫描器23a和β光束Lβ用的电扫描器23b的扫描方向不正交。由此，在上述任意一种情况下，为了在目标孔坐标上进行开孔加工，都必须决定各电扫描器23a、23b、26a、26b的角度。所以，在本实施方式4中，说明用于在目标孔坐标上进行开孔加工的电扫描器的控制方法。

如图1、图6、图8所示，进行上述激光加工装置的控制的是控制部30。该控制部30具有：校准功能31，其用于求出电扫描器23a、23b、26a、26b的反射镜角度和形成在XY工作台11上的加工孔位置之间的关系；模型存储功能32，其用于存储由校准功能31求出的模型，上述模型用于求出为了在作为目标的位置上进行开孔加工所需的电扫描器23a、23b、26a、26b的反射镜角度；加工信息存储功能33，其用于存储对被加工物12进行开孔加工的位置等加工信息；以及加工控制功能34，其使用存储在加工信息存储功能33中的加工信息，利用模型存储功能32的模型，进行电扫描器23a、23b、26a、26b及激光起振器20的控制。

下面，首先说明激光加工装置中的控制方法的概要，然后说明用于进行控制的校准方法。

激光加工装置需要具有下述功能，即，针对要加工的XY工作台11上的孔坐标(目标孔坐标)，求出为了实现该加工所需的电扫描器23a、23b、26a、26b的角度(角度指令值)。

图9是表示图14所示现有的同时多点照射型激光加工装置中的各电扫描器的反射镜角度和所加工的孔的坐标之间关系的框图。如该图9所示，在现有的同时多点照射型激光加工装置中，采用下述方法：求出主光束La的加工孔坐标(a_x，a_y)，然后根据与该主光束La的加工孔坐标(a_x，a_y)之间的差量求出副光束Lb的加工孔坐标(b_x，b_y)。即，主光束La的加工孔坐标(a_x，a_y)由第2组电扫描器226a、226b的反射镜角度决定。另一侧的副光束Lb的加工孔坐标(b_x，b_y)，在第2组电扫描器226a、226b的反射镜角度的基础上，还由第1组电扫描器224a、224b的反射镜角度决定。但是，上述主光束La和副光束Lb总体来说，则具有4输入4输出的关系，即，如果决定4个电扫描器224a、224b、226a、226b的反射镜角度，则决定了2个加工孔的坐标(4个坐标分量)。由此，可以将上述关系视作映射关系(详细内容参照专利文献2)。

但是，由于在本发明所涉及的激光加工装置中，如上述所示，由第1偏振单元21分光得到的2束激光都通过相同数量的电扫描器，从而使光束品质没有优劣之分，所以没有主光束和副光束这样的分类，是同等的。即，由于在本发明所涉及的激光加工装置中，无法应用下述方法，即，利用上述现有的图9所示的映射关系而求出4台电扫描器的反射镜角度，以决定2个加工孔的坐标，所以需要新的用于确定加工孔坐标的控制方法。

图10是表示本发明所涉及的激光加工装置中的各电扫描器的反射镜角度和所加工的孔的坐标之间关系的框图。如该图10所示，在本发明所涉及的激光加工装置中，对于α光束Lα，在主电扫描器26a、26b的反射镜角度的基础上，还根据配置在α光束Lα的光路上的副电扫描器23a的反射镜角度，而决定加工孔的位置坐标(α_x，α_y)。另外，对于β光束Lβ，在主电扫描器26a、26b的反射镜角度的基础上，还根据配置在β光束Lβ的光路上的副电扫描器23b的反射镜角度，而决定加工孔的位置坐标(β_x，β_y)。所以，综合来看，则可知具有下述映射关系，即，如果决定4台电扫描器23a、23b、26a、26b的反射镜角度，则决定了4个加工孔坐标α_x、α_y、β_x、β_y(由于2个孔分别具有X坐标和Y坐标，所以为4个变量)。

由此，在本实施方式4中，其特征在于，使用由图10的框图表示的映射的逆映射模型，以求出2个加工孔的坐标(4个加工孔坐标分量)。另外，根据图10可以看出其特征为4输入4输出，即，相对于2个加工孔的目标位置坐标α_x、α_y、β_x、β_y这4个输入，输出为了在该孔坐标α_x、α_y、β_x、β_y实现加工所需的4台电扫描器23a、23b、26a、26b的反射镜角度的推定值g_a ^e、g_b ^e、g_c ^e、g_d ^e这4个变量。这样，在该实施方式4中使用的逆映射模型，使用包括4输入4输出多项式的多项式模型，实现根据4台电扫描器23a、23b、26a、26b的反射镜角度求出4个加工孔坐标α_x、α_y、β_x、β_y的功能。在这里，多项式是指仅由常数和变量的四则运算进行计算的算式，可以是任何种类。

如果将该实施方式4中使用的逆映射模型由使用行列式的算式表示，则成为下述式(1)。在这里，B^e为表示4台电扫描器23a、23b、26a、26b的反射镜角度的推定值的矩阵，A是表示由n次(n为自然数)多项式模型代表的目标孔坐标的矩阵，X是矩阵A的系数矩阵(或者为未知参数矩阵)。

B^e＝AX …(1)

例如，在1次多项式模型的情况下，成为项数为5项的下述式(2)的形式，在2次多项式模型的情况下，成为项数为15项的下述式(3)的形式，在3次多项式模型的情况下，成为项数为35项的下述式(4)的形式。另外，除了在这里示出的多项式之外，例如使用式(4)的一部分的多项式模型也包括在内。

在上述式中，系数矩阵X的分量k_1-1、k_1-2、…为多项式的系数，与光学系统的特性配合而由下面进行说明的校准方法决定。如上述式(2)～式(4)所示，矩阵X是仅由多项式的系数组成的矩阵。例如在1次多项式模型的情况下，系数矩阵X为5×4的矩阵，在2次多项式模型的情况下，系数矩阵为15×4的矩阵，在3次多项式模型的情况下，系数矩阵为35×4的矩阵。

如果使多项式的次数变高而增加项数，则可以进行更高精度的加工孔的位置控制，但为了求出该多项式模型的系数矩阵需要更多的数据。可以使用任意次数的多项式，但根据试验的结果可知，在印刷基板等的开孔用激光加工装置的情况下，如果使用由次数小于或等于3的所有项构成的多项式模型(项数＝35)，则可以生成精度满足所要求规格的逆映射模型。

为了求出上述多项式模型的系数(未知参数)，需要进行校准处理。该校准处理由控制部30的校准功能31实现。在校准处理中，将各电扫描器23a、23b、26a、26b的反射镜角度摆动至多个值而进行试加工，由CCD照相机等摄像单元29测定实际进行了加工的孔坐标。根据各电扫描器23a、23b、26a、26b的角度数据g_a、g_b、g_c、g_d和此时所加工的孔坐标数据α_x、α_y、β_x、β_y，使用最小二乘法或加权最小二乘法等方法决定上述多项式模型的系数(未知参数)。将利用校准功能31如上述所示计算出的下述映射的逆映射模型(多项式模型)，存储在模型存储功能32中，上述映射是指从各电扫描器的反射镜角度映射至所加工的2个孔坐标。

在该校准处理中，本发明所涉及的激光加工装置也具有与现有的同时多点照射型激光加工装置相比可以缩短作业时间这一显著效果。通过以下述的简单例子进行比较来示出该效果。

针对本发明和现有的校准处理，基于下述情况进行比较，即，第1组电扫描器23a、23b(或224a、224b)使反射镜角度分别摆动至4种值，第2组的电扫描器26a、26b(或226a、226b)使反射镜角度分别摆动至3种值，而进行试加工。图11是表示使用现有的同时多点照射型激光加工装置的情况下的加工孔位置的图，图12表示使用本发明所涉及的激光加工装置的情况下的加工孔位置。另外，为了简单起见，在这里假设fθ透镜28、228为理想fθ透镜，在XY工作台11、211上以直线进行扫描。在上述图中，横轴表示XY工作台11、211上的X轴，纵轴表示XY工作台11、211上的Y轴。另外，“○”标记示出由主光束La或α光束Lα形成的加工孔的位置，“×”标记示出由副光束Lb或β光束Lβ形成的加工孔的位置。

图13是表示校准所需的加工孔数量的图。在利用现有的激光加工装置(图14)进行试加工的情况下，电扫描器的反射镜角度的组合为3×3×4×4＝144种，但由于激光La、Lb为2束，所以需要进行确认的为288种。但是，根据光学系统的特性，存在在相同位置上加工的重复部分。例如根据图9的框图可知，在现有技术中的同时多点照射型激光加工装置中，由于主光束La的光学系统不依赖于电扫描器224a、224b的反射镜位置，所以需要进行确认的为3×3＝9种即可。即，由于位置相同的情况不需要重复进行加工，所以需要确认的孔数比288个少，为153个。

另一方面，在利用本发明所涉及的激光加工装置进行试加工的情况下，电扫描器的反射镜角度的组合为3×3×4＝36种，由于激光Lα、Lβ为2束，所以需要确认的为72种。

即使在该简单的例子中，在本发明所涉及的激光加工装置的情况下与现有技术相比，也可以使校准时的进行试加工的孔数减少81个。在实际的校准处理中，由于需要使电扫描器的反射镜角度更加精细地摆动，所以与现有技术之间孔数的差值变得显著。在校准处理中，该试加工形成的孔的坐标由摄像单元29测定，孔数越多，该测定作业就越耗时。

通过上述说明的校准处理求出系数矩阵，决定多项式模型的系数。然后，在实际加工中，控制部30的加工控制功能34从加工信息存储功能33作为要在被加工物12上开孔的位置而取得XY工作台11上的坐标(α_x，α_y)、(β_x，β_y)，向存储在模型存储功能32中的多项式模型内输入所取得的要开孔的位置坐标，控制电扫描器23a、23b、26a、26b的反射镜角度，以使其成为运算后得到的电扫描器的反射镜角度g_a、g_b、g_c、g_d。由此，可以在作为目标的被加工物12上的位置处开孔。

另外，在上述说明中，以实施方式1的激光加工装置的情况为例，但实施方式2、3的情况下也同样可以通过使用多项式模型来控制电扫描器23a、23b、26a、26b的反射镜位置，而控制加工孔的位置。

根据本实施方式4，由于由第1偏振单元21分光出的2个光路上配置相同数量的电扫描器，所以具有下述显著效果：可以减少校准处理所需的加工孔数，可以大幅缩短校准处理时间。另外，对于具有上述光学系统的激光加工装置，可以通过下述映射的逆映射模型，控制加工孔的位置，上述映射是指从4台电扫描器的反射镜角度映射至所加工的2个孔坐标。

另外，在上述实施方式1～4中，示出在分光为2束的激光的各自光路上配置3个电扫描器的例子，但只要在各个光路上为相同数量即可，可以配置任意数量的电扫描器。另外，也可以应用本构思，利用将分光为2束后的激光进一步分光为2束的方法，或者准备多台激光起振器，由此增加同时加工的孔数。

工业实用性

如上述所示，本发明所涉及的激光加工装置适用于同时高精度地进行多个开孔加工的情况。

Claims

1.一种激光加工装置，其在配置于工作台上的被加工物的大于或等于2个点上同时照射激光而进行加工，

其特征在于，具有：

第1偏振单元，其将1束激光分光为光路不同的第1和第2激光；

第1电扫描器，其配置在上述第1激光的光路上，使上述第1激光沿上述工作台上的第1方向进行扫描；

第2电扫描器，其配置在上述第2激光的光路上，使上述第2激光沿上述工作台上与第1方向不同的第2方向进行扫描；

第2偏振单元，其将上述第1及第2激光混合；

主电扫描器，其由一对第3和第4电扫描器构成，它们使混合后的上述第1及第2激光沿上述工作台上互不相同的第3和第4方向进行扫描；以及

fθ透镜，其使来自上述主电扫描器的上述第1及第2激光分别在上述被加工物上的规定位置处聚光。

2.根据权利要求1所述的激光加工装置，其特征在于，

上述第1及第2电扫描器分别配置在下述位置上，该位置位于上述第1及第2激光各自的传播光路上，并且从上述fθ透镜的前焦点位置至该位置间的光路长度相等。

3.根据权利要求1所述的激光加工装置，其特征在于，

在上述第1及第2偏振单元之间的2个光路上所配置的电扫描器的数量以及将上述第1及第2激光向规定方向引导的反射镜的数量相同。

4.根据权利要求1所述的激光加工装置，其特征在于，

还具有控制单元，其基于运算模型，与上述被加工物的目的加工位置对应而运算上述第1至第4电扫描器的反射镜角度，并且控制上述第1至第4电扫描器的反射镜角度，该运算模型表示上述第1至第4电扫描器的反射镜角度和在该反射镜角度时由照射至上述工作台上的上述第1及第2激光进行加工的孔的坐标之间的关系。

5.根据权利要求4所述的激光加工装置，其特征在于，

上述运算模型为下述映射的逆映射模型，上述映射是从上述第1至第4电扫描器的反射镜角度映射至上述第1及第2激光在上述工作台上的照射坐标。

6.根据权利要求5所述的激光加工装置，其特征在于，

上述逆映射模型由包含4输入4输出多项式的多项式模型表示，其中，以构成上述照射坐标的4个分量作为输入，以上述第1至第4电扫描器的反射镜角度作为输出。

7.根据权利要求6所述的激光加工装置，其特征在于，

上述多项式模型由下述多项式表示，该多项式包含上述照射坐标的4个分量的小于或等于3次的项。

8.根据权利要求4所述的激光加工装置，其特征在于，

上述控制单元还具有下述功能：在使上述第1至第4电扫描器各自的反射镜角度摆动至任意值时，测定上述第1及第2激光在上述工作台上的照射坐标的4个分量，计算表示上述第1至第4电扫描器的反射镜角度和上述照射坐标的4个分量之间关系的运算模型。