JP7125254B2 - LASER PROCESSING APPARATUS AND LASER PROCESSING METHOD - Google Patents
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Description
本発明は、レーザを使用して基板に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。 The present invention relates to a laser processing apparatus and laser processing method for processing a substrate using a laser.
例えば、樹脂層の上に銅箔層の如き金属層が積層された基板に穴あけを行う場合、例えば特許文献1に開示されているように、レーザ発振器から発振される一つのレーザパルスから金属層加工用と樹脂層加工用とに分けて複数の加工用レーザパルスを取出すことによって、加工時間を短縮するようにするものがある。
異なる材質の複数の層から成るこの種の基板においては、金属層や樹脂層の材質、厚みには色々な種類があり、穴あけを行うためには、適切なエネルギーの加工用レーザパルスを適切なタイミングで取出さないと、余分な層まで穴あけ加工してしまったり、あるいは穴のあけ方が不充分になったりする問題点がある。
For example, when drilling a substrate in which a metal layer such as a copper foil layer is laminated on a resin layer, as disclosed in
In this type of substrate, which consists of multiple layers of different materials, there are various kinds of materials and thicknesses of the metal layer and the resin layer. If it is not taken out at the right time, there is a problem that holes are drilled to an extra layer or the method of drilling holes is insufficient.
そこで本発明は、異なる材質の複数の層から成る基板に加工を行う場合、レーザ発振器から発振される一つのレーザパルスから適切なエネルギーの加工用レーザパルスを適切なタイミングで取出すことを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, it is an object of the present invention to extract, at appropriate timing, a processing laser pulse having appropriate energy from a single laser pulse emitted from a laser oscillator when processing a substrate composed of multiple layers of different materials. .
本願において開示される発明のうち、代表的なレーザ加工装置は、レーザパルスを発振させるレーザ発振器と、当該レーザ発振器から出力された前記レーザパルスを加工方向と非加工方向に分岐させる音響光学変調器と、当該音響光学変調器での分岐動作を制御する分岐動作制御部とを備えるレーザ加工装置において、前記分岐動作制御部は前記音響光学変調器が受光した前記レーザ発振器からの一つのレーザパルスを複数回に分けて加工方向に分岐させるように前記音響光学変調器を制御するものであって各分岐時期とそれぞれの分岐出力のレベルを決めるための分岐制御情報が登録される記憶部を備え、前記分岐動作制御部は前記分岐制御情報に基づき前記音響光学変調器の分岐動作を制御することを特徴とする。 Among the inventions disclosed in the present application, a typical laser processing apparatus includes a laser oscillator that oscillates a laser pulse, and an acousto-optic modulator that splits the laser pulse output from the laser oscillator into a processing direction and a non-processing direction. and a branching operation controller for controlling the branching operation in the acoustooptic modulator, wherein the branching operation controller receives one laser pulse from the laser oscillator received by the acoustooptic modulator. A storage unit that controls the acousto-optic modulator so as to branch in the processing direction in a plurality of times, and registers branch control information for determining each branch timing and each branch output level, The branch operation control section is characterized by controlling the branch operation of the acousto-optic modulator based on the branch control information.
また、本願において開示される発明のうち、代表的なレーザ加工方法は、レーザ発振器で発振させたレーザパルスを加工方向と非加工方向に分岐させる音響光学変調器に入力し、当該音響光学変調器において前記加工方向に分岐させたレーザパルスにより加工を行うレーザ加工方法において、前記音響光学変調器が受光した前記レーザ発振器からの一つのレーザパルスを複数回に分けて加工方向に分岐させるために各分岐時期とそれぞれの分岐出力のレベルを決めるための分岐制御情報を記憶部しておき、当該分岐制御情報に基づき前記音響光学変調器の分岐動作を制御することを特徴とする。 Further, among the inventions disclosed in the present application, a typical laser processing method includes inputting a laser pulse oscillated by a laser oscillator into an acousto-optic modulator for branching into a processing direction and a non-processing direction, In the laser processing method in which processing is performed by laser pulses branched in the processing direction, one laser pulse from the laser oscillator received by the acousto-optic modulator is divided into a plurality of times and branched in the processing direction. It is characterized in that branching control information for determining the branching timing and level of each branching output is stored in a storage unit, and the branching operation of the acousto-optic modulator is controlled based on the branching control information.
本発明によれば、異なる材質の複数の層から成る基板に加工を行う場合、レーザ発振器から発振される一つのレーザパルスから適切なエネルギーの加工用レーザパルスを適切なタイミングで複数回取出すことが可能となり、高速で高品質な加工が実現できる。 According to the present invention, when processing a substrate composed of a plurality of layers of different materials, it is possible to take out a plurality of processing laser pulses with appropriate energy at appropriate timing from one laser pulse emitted from a laser oscillator. This enables high-speed, high-quality processing.
図2は本発明の一実施例となるレーザ穴あけ装置のブロック図である。各構成要素や接続線は、主に本実施例を説明するために必要と考えられるものを示してあり、レーザ穴あけ装置として必要な全てを示している訳ではない。
図2において、穴あけを行うべき基板1は図示しないテーブル上に載置されている。2はレーザパルスL1を発振するレーザ発振器、3はレーザ発振器2から出力されたレーザパルスL1を加工方向と非加工方向に分岐させる音響光学変調器(以下AOMと略す)、4はAOM3において加工方向へ分岐されたレーザパルスL2を基板1の穴あけ位置に照射するガルバノスキャナである。このガルバノスキャナ4は回転することによりレーザパルスL2を走査するようになっている。5はAOM3において非加工方向へ分岐されたレーザパルスL3を吸収するダンパである。
FIG. 2 is a block diagram of a laser drilling device according to one embodiment of the present invention. Each component and connection line are shown as necessary mainly for explaining this embodiment, and do not show all necessary as a laser drilling device.
In FIG. 2, a
6は装置全体の動作を制御する全体制御部で、いくつかの要素が含まれる。7はレーザ発振器2での個々のレーザパルスL1の発振を指示するレーザ発振指令信号Sを出力するレーザ発振制御部、8はAOM3の動作を後述のAOM駆動部9を介して制御するAOM制御部、9はAOM制御部8からの制御を受けてAOM3へのAOM駆動信号Dを出力するAOM駆動部、10はガルバノスキャナ4の動作を指示するガルバノ動作制御信号Gを出力するガルバノ制御部である。これらの制御部のうちの一部または全部は全体制御部6と別個に設けられていてもよい。
AOM駆動部9から出力されるAOM駆動信号Dは超音波電圧信号から成り、AOM3のオン、オフはこの超音波電圧信号を与えるか否かによって切り替え、またAOM3のエネルギーを示す出力レベルは超音波電圧信号の振幅レベルによって変化させるようになっている。
The AOM driving signal D output from the
全体制御部6はここで説明するもの以外の制御機能を有し、図示されていないブロックにも接続されている。全体制御部6は、例えばプログラム制御の処理装置を中心にして構成され、その中の各構成要素や接続線は、論理的なものも含むものとする。また各構成要素の一部は全体制御部6と別個に設けられていてもよい。
The
図1は図2に示したレーザ穴あけ装置のタイミングチャートを示す。
ガルバノ動作制御信号Gは、新たな位置の穴加工を行うにあたりオンとなってガルバノスキャナ4を回転させ、オフでガルバノスキャナ4を静止させる。ガルバノ動作制御信号Gがオフになるとレーザ発振指令信号Sが所定時間オンとなり、そのt0時間後にレーザ発振器2からのレーザパルスL1が立上がり始め、またレーザ発振指令信号Sがオフとなると、レーザ発振器2はレーザパルスL1の減衰を開始する。
レーザ発振指令信号Sがオンになると、そのt1時間後にAOM駆動信号DをT1時間だけオン、レーザ発振指令信号Sがオンからt2時間後にAOM駆動信号DをT2時間だけオンにする。AOM駆動信号がオンの時間帯においては、AOM3に入力されたレーザパルスL1は加工方向に分岐し、レーザパルスL2としてガルバノスキャナ4に与えられる。また、AOM駆動信号Dがオフの時間帯においては、AOM3に入力されたレーザパルスL1は非加工方向に分岐し、レーザパルスL3としてダンパ5に与えられる。
FIG. 1 shows a timing chart of the laser drilling apparatus shown in FIG.
The galvano-operation control signal G is turned on to rotate the galvano-
When the laser oscillation command signal S is turned on, the AOM drive signal D is turned on for T1 time after t1 time, and the AOM drive signal D is turned on for T2 time after t2 time after the laser oscillation command signal S is turned on. During the time period when the AOM drive signal is on, the laser pulse L1 input to the
図3は、AOM制御部8内の記憶部11に予め登録されているAOM駆動部9を制御するための制御情報の内容を示すものである。AOM制御部8はこの制御情報に従って、レーザ発振指令信号Sのオンからt1時間後に始まる区間A1においては、T1なる時間だけV1なる振幅レベルV1の超音波電圧信号を、またレーザ発振指令信号Sのオンからt2時間後に始まる区間A2においては、T2なる時間だけV2なる振幅レベルV2の超音波電圧信号を、それぞれAOM駆動部9から出力させる。ここで、 区間A2において出力される超音波電圧信号は、区間A1において出力されるそれよりも、出力時間が短く、また振幅レベルが低く設定されている。
なお、記憶部11に制御情報として登録すべき各データは、加工すべき基板に対して最適なタイミングの最適なエネルギーになるように、予め実験的に求めておくものとする。
FIG. 3 shows the contents of control information for controlling the
Each data to be registered as control information in the
図4は以上説明したレーザ穴あけ装置により、樹脂層の上に金属層が積層された基板に穴あけを行う場合の加工経過を説明するための断面図であり、(a)は加工前の状態、(b)は加工途中の状態、(c)は加工後の状態を示す。図3において、22は穴あけを行うべき基板1の表面側にある例えば銅箔からなる金属層、23は金属層22の下にある樹脂層、24は樹脂層23の下にある例えば銅箔からなる金属層である。
FIGS. 4A and 4B are cross-sectional views for explaining the process of drilling holes in a substrate in which a metal layer is laminated on a resin layer, using the laser drilling apparatus described above. (b) shows the state during processing, and (c) shows the state after processing. In FIG. 3, 22 is a metal layer made of, for example, copper foil on the surface side of the
以上のレーザ穴あけ装置によると、図1に示すようにAOM3から区間A1においてエネルギーの大きいレーザパルス2が出力され、次の区間A2においてエネルギーの低いレーザパルス2が出力される。これにより、区間A1において図3(b)に示すように基板1の表面側にある加工エネルギーの閾値の高い金属層22が主に加工され、次の区間A2において図3(c)に示すように加工エネルギーの閾値の低い樹脂層23が主に加工され、最終的に金属層24に到達する穴25が形成される。
According to the laser drilling apparatus described above, as shown in FIG. 1, the
以上の実施例によれば、樹脂層23の上に金属層22が積層された基板1に穴あけを行う場合、レーザ発振器2から発振される一つのレーザパルスにより金属層22と樹脂層23の両方を一度に加工できる。
さらに、金属層22と樹脂層23を加工するためのエネルギーが最適なものになるように調整されているので、エネルギーが大き過ぎて金属層24まで加工してしまったり、あるいは、エネルギーが小さ過ぎて樹脂層23の穴があけ方が不充分であったりすることがなくなる。
従って、高速で高品質な穴の加工が実現できる。
According to the above embodiment, when the
Furthermore, since the energy for processing the
Therefore, high-speed and high-quality hole machining can be realized.
以上、本発明を実施例を主体に説明したが、実施例は本発明を理解しやすくするための例であり、実施例における構成要素を種々置換したり、別の要素を付加することにより、各種の変形が可能である。従って、本発明は実施例に限定されるものではない。 As described above, the present invention has been described mainly with reference to the examples, but the examples are examples for facilitating understanding of the present invention. Various modifications are possible. Accordingly, the invention is not limited to the examples.
例えば、以上の実施例においては、基板1での穴あけする層数は2で、AOM駆動信号Dをオンにする区間を各層に対応させて1つ、計2つとしたが、必ずしも層に対応させなくてもよく、区間数はそれ以上の数にしてもよい。この方が、樹脂層23への衝撃を和らげてこの領域に品質の良い穴をあけることができる。さらに金属層24への衝撃を抑えることができる。
また、以上の実施例においては、樹脂層23の上下にそれぞれ金属層22、24が積層された基板に穴あけを行う場合を説明したが、他の材質の積層基板でもよい。例えば、樹脂層23は代わりにセラミック層でもよい。
For example, in the above embodiment, the number of layers to be drilled in the
Also, in the above embodiment, the case of drilling holes in a board in which the metal layers 22 and 24 are laminated on the upper and lower sides of the
1:基板、2:レーザ発振器、3:AOM、4:ガルバノスキャナ、5:ダンパ、
6:全体制御部、7:レーザ発振制御部、8:AOM制御部、9:AOM駆動部、
10:ガルバノ制御部、11:記憶部、22、24:金属層、23:樹脂層、
25:穴、D:AOM駆動信号、G:ガルバノ動作制御信号、
L1~L3:レーザパルス、S:レーザ発振指令信号
1: substrate, 2: laser oscillator, 3: AOM, 4: galvanometer scanner, 5: damper,
6: overall control unit, 7: laser oscillation control unit, 8: AOM control unit, 9: AOM driving unit,
10: Galvano control unit, 11: storage unit, 22, 24: metal layer, 23: resin layer,
25: hole, D: AOM drive signal, G: galvano operation control signal,
L1 to L3: laser pulse, S: laser oscillation command signal
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