JP2009125777A

JP2009125777A - Laser beam machining apparatus

Info

Publication number: JP2009125777A
Application number: JP2007304260A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Sugawara; 弘之菅原; Fumio Watanabe; 文雄渡辺
Original assignee: Hitachi Via Mechanics Ltd
Current assignee: Via Mechanics Ltd
Priority date: 2007-11-26
Filing date: 2007-11-26
Publication date: 2009-06-11
Anticipated expiration: 2027-11-26
Also published as: JP5133033B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a laser beam machining apparatus that facilitates maintenance inspection and improves machining efficiency. <P>SOLUTION: The optical path of a laser beam 2 outputted from a laser oscillator 1 is made switchable to a first and a second directions by an optical path converter 4. In the second direction, the laser beam is split into a first space division beam 5a and a second space division beam 5b each having a different optical path by a beam splitter 9, with each supplied to irradiation heads 100, 101 respectively. Also, with two optical path deflectors 6a, 6b arranged in the first direction, either a first time division beam 7a or a second time division beam 7b can be outputted each having a different optical path. Then, an arrangement is made so that the optical axis of the time division beam 7a passing through a polarizing beam splitter 26 becomes co-axial with the optical axis of the space division beam 5a, and that the optical axis of the time division beam 7b passing through a polarizing beam splitter 27 becomes co-axial with the optical axis of the space division beam 5b. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明はレーザ光を用いて穴の加工や、切断等を行うレーザ加工装置に関する。 The present invention relates to a laser processing apparatus that performs processing or cutting of holes using laser light.

電子機器の小型化、高密度実装化に伴い、プリント配線基板は、複数の基板を積層した多層配線基板が主流となっている。多層配線基板では、上下に積層された基板間の導電層を電気的に接続する必要がある。そこで、多層配線基板の絶縁層に下層の導電層に達するビアホール(穴)を形成し、ビアホールの内部に導電性メッキを施すことにより、上下に積層された基板間の導電層を電気的に接続している。 Along with the downsizing and high-density mounting of electronic devices, printed wiring boards are mainly multilayer wiring boards in which a plurality of boards are stacked. In a multilayer wiring board, it is necessary to electrically connect conductive layers between substrates stacked one above the other. Therefore, via holes (holes) reaching the lower conductive layer are formed in the insulating layer of the multilayer wiring board, and conductive plating is applied to the inside of the via holes, so that the conductive layers between the stacked substrates are electrically connected. is doing.

ビアホールの形成には、ビアホールの微細化に伴い、高出力のＣ０_２レーザやＹＡＧの高調波を利用したＵＶレーザが使用される。また、ガルバノミラーとｆθレンズを組み合せたビームスキャン光学系を用いることにより、レーザ光を走査させることにより高速加工を実現している。さらに、加工する穴径を選択するためマスクとして円形アパーチャを用いて、その像をｆθレンズを用いて基板上に転写する結像光学系を採用している。また、１つのビアホールに対してレーザ光を複数回に分けて照射することにより、ビアホールの形状品質を向上させている。 The formation of the via hole, with the miniaturization of the via hole, UV lasers using C0 ₂ laser and YAG harmonic high output is used. Further, by using a beam scanning optical system in which a galvanometer mirror and an fθ lens are combined, high-speed processing is realized by scanning a laser beam. Further, an imaging optical system is employed in which a circular aperture is used as a mask to select a hole diameter to be processed, and the image is transferred onto a substrate using an fθ lens. In addition, the shape quality of the via hole is improved by irradiating one via hole with laser light in a plurality of times.

しかし、プリント基板製造における穴あけ加工に対するスループット向上の要求は、高密度化による穴数の増加に伴い、益々厳しくなってきている。また、穴径の小径化に伴い位置精度に対する要求も同様に厳しくなってきている。 However, the demand for improved throughput for drilling in printed circuit board manufacturing has become increasingly severe as the number of holes has increased due to higher density. In addition, as the hole diameter is reduced, the requirements for positional accuracy are becoming stricter as well.

以上のような要求に応えるため、加工ビームをマルチ化したレーザ加工装置が複数提案されている。マルチ化の方法としては、例えばハーフミラーを用いることによりレーザ光のエネルギーを空間的に分割してマルチビーム化するレーザ加工装置やレーザ光を時間的に切替えてマルチビーム化するレーザ加工装置が代表的である。 In order to meet the above requirements, a plurality of laser processing apparatuses having multiple processing beams have been proposed. As a method of multi-sizing, for example, a laser processing device that spatially divides the energy of laser light by using a half mirror to make a multi-beam, and a laser processing device that changes laser light temporally to make a multi-beam Is.

しかし、レーザ光のエネルギーを空間的に分割してマルチビーム化する場合、加工に必要な１ヘッド当たりのピーク値がＷＰである２本の分割ビームを得るためには、ピーク値が２ＷＰの容量が大きいレーザ発振器を準備する必要がある。また、ハーフミラーによりレーザビームを分割する場合、透過ビームと反射ビームが同時に発生するため、２つのスキャン領域の加工個所は同数でなければならず、加工できるプリント基板の種類が限定される。また、ヘッドの数を奇数にすることは困難である。 However, when the energy of the laser beam is spatially divided into multi-beams, in order to obtain two split beams having a peak value of WP per head necessary for processing, the capacity of the peak value of 2 WP It is necessary to prepare a large laser oscillator. Further, when the laser beam is divided by the half mirror, the transmitted beam and the reflected beam are generated at the same time. Therefore, the number of processed portions in the two scan regions must be the same, and the types of printed circuit boards that can be processed are limited. Also, it is difficult to make the number of heads odd.

一方、レーザ光を時間的に切替えてマルチビーム化するレーザ加工装置では、例えば２個のヘッドがそれぞれ同一のワークを加工する場合、レーザ光のエネルギーを空間的に分割するレーザ加工機に比べて加工速度が遅くなる。 On the other hand, in a laser processing apparatus that changes the laser light in time to form a multi-beam, for example, when two heads process the same workpiece, compared to a laser processing machine that spatially divides the energy of the laser light. Machining speed becomes slow.

そこで、入射するレーザを、光軸が入射するレーザの光軸と同軸の第１の分岐レーザと、光軸が入射するレーザの光軸と交差する第２の分岐レーザとに分岐して出射させるビームスプリッタと、このビームスプリッタを、レーザ発振器と光路偏向器との間で、レーザ発振器から出力されるレーザの光軸に対して出し入れ可能に構成すると共に、レーザの光軸に位置決めされたビームスプリッタから分岐される第２の分岐レーザを第１の分岐レーザが供給されない方のレーザ照射部に導く第３の光学系と、を設け、レーザを、２個のレーザ照射部のいずれか一方または両方に供給することを選択できるようにしたレーザ加工装置がある（特許文献１）。 Therefore, the incident laser is branched and emitted to a first branch laser that is coaxial with the optical axis of the laser on which the optical axis is incident, and a second branch laser that intersects the optical axis of the laser on which the optical axis is incident. A beam splitter and a beam splitter which is configured to be able to be inserted into and extracted from the optical axis of the laser output from the laser oscillator between the laser oscillator and the optical path deflector and which is positioned on the optical axis of the laser And a third optical system for guiding the second branch laser branched from the laser beam to the laser irradiation unit to which the first branch laser is not supplied, and the laser is either one or both of the two laser irradiation units There is a laser processing apparatus that can be selected to supply to (Patent Document 1).

特許文献１の技術に依れば、レーザ発振器を有効に活用することができ、かつ種々のワークを加工することができた。 According to the technique of Patent Document 1, the laser oscillator can be used effectively and various workpieces can be processed.

特開２００６−２８１２６８号公報JP 2006-281268 A

しかし、特許文献１のレーザ加工装置は、加工内容に応じてビームスプリッタとミラーとを動作位置と待機位置との間で移動させるための移動装置が必要となり、装置が大がかりになるだけでなく、ビームスプリッタおよびミラーの位置がずれる場合があった。このため、定期的な保守点検を必要とした。また、１つの穴をピーク強度の異なるパルスで加工する場合、ビームスプリッタとミラーの移動に時間を要し、作業能率が低下した。 However, the laser processing apparatus of Patent Document 1 requires a moving device for moving the beam splitter and the mirror between the operating position and the standby position according to the processing content, and the apparatus becomes a large scale, The beam splitter and mirror could be misaligned. For this reason, regular maintenance inspections were required. Further, when processing one hole with pulses having different peak intensities, it takes time to move the beam splitter and the mirror, and the work efficiency is lowered.

本発明の目的は、上記した課題を解決し、保守点検が容易でかつ加工能率を向上させることができるレーザ加工装置を提供するにある。 An object of the present invention is to provide a laser processing apparatus that solves the above-described problems, can be easily maintained and inspected, and can improve processing efficiency.

上記課題を解決するために、本発明のレーザ加工装置は、レーザ発振器（１）から出力されたレーザ（２）を時分割ビーム（７ａ，７ｂ）と空間分割ビーム（５ａ，５ｂ）とにそれぞれ分割して第１および第２のレーザ照射部（１００，１０１）のいずれかに供給するようにしたレーザ加工装置において、
前記レーザ発振器（１）から出力されたレーザ（２）の光軸上に順次配置されて、入射する前記レーザ発振器からのレーザを第１の方向または前記第１の方向に対して所定の角度偏向した第２の方向に出射する第１の光路偏向器（４）、入射する前記第１の光路偏向器（４）からのレーザを前記第１の方向または前記第１の方向に対して所定の角度偏向した第３の方向に出射する第２の光路偏向器（６ａ）と、入射する前記第２の光路偏向器（６ａ）からの前記第１の方向のレーザを前記第２のレーザ照射部（１０１）への第４の方向に向かわせる光学器（６ｂ）と、
前記第１の光路偏向器（４）から前記第２の方向に出射されたレーザを分割して、第１の空間分割ビーム（５ａ）として前記第１のレーザ照射部（１００）に導き、第２の空間分割ビーム（５ｂ）として前記第２のレーザ照射部（１０１）に導く第１および第２の光学系（２８，９，１０，２６、および２８，９，１１，２７）と、
前記第２の光路偏向器（６ａ）から前記第３の方向に出射されたレーザを第１の時分割ビーム（７ａ）として前記第１のレーザ照射部（１００）に導く第３の光学系（１２，１３，１４）と、
前記光学器（６ｂ）から前記第４の方向に出射されたレーザを第２の時分割ビーム（７ｂ）として前記第２のレーザ照射部（１０１）に導く第４の光学系（１５，１６）と、
前記レーザを、前記２個のレーザ照射部（１００，１０１）のいずれか一方または両方に供給することを選択できるようにしたことを特徴とする。 In order to solve the above-described problems, the laser processing apparatus of the present invention converts the laser (2) output from the laser oscillator (1) into a time division beam (7a, 7b) and a space division beam (5a, 5b), respectively. In the laser processing apparatus divided and supplied to one of the first and second laser irradiation units (100, 101),
Sequentially arranged on the optical axis of the laser (2) output from the laser oscillator (1), the incident laser from the laser oscillator is deflected at a predetermined angle with respect to the first direction or the first direction. A first optical path deflector (4) that emits in the second direction, and a laser beam from the incident first optical path deflector (4) is given in a predetermined direction with respect to the first direction or the first direction. A second optical path deflector (6a) that emits in an angularly deflected third direction and a laser in the first direction from the incident second optical path deflector (6a) as the second laser irradiation unit An optical device (6b) directed in a fourth direction to (101);
The laser beam emitted from the first optical path deflector (4) in the second direction is divided and guided to the first laser irradiation unit (100) as a first space-divided beam (5a). First and second optical systems (28, 9, 10, 26, and 28, 9, 11, 27) that lead to the second laser irradiation unit (101) as two spatially divided beams (5b);
A third optical system for guiding the laser beam emitted from the second optical path deflector (6a) in the third direction to the first laser irradiation section (100) as a first time-division beam (7a) ( 12, 13, 14),
A fourth optical system (15, 16) for guiding the laser emitted from the optical unit (6b) in the fourth direction to the second laser irradiation unit (101) as a second time-division beam (7b). When,
It is possible to select to supply the laser to one or both of the two laser irradiation units (100, 101).

また、前記光学器は、入射する前記第２の光路偏向器（６ａ）からのレーザを前記第１の方向または前記第１の方向に対して所定の角度偏向した前記第４の方向に出射する第３の光路偏向器（６ｂ）であることが好ましい。 The optical device emits the incident laser beam from the second optical path deflector (6a) in the first direction or the fourth direction deflected by a predetermined angle with respect to the first direction. A third optical path deflector (6b) is preferred.

さらに、前記第１および第２の光学系は、前記第２の方向に出射されたレーザの光路上に配置されて、入射するレーザの偏光方向を変える１／２波長板（２８）、および前記１／２波長板を透過したレーザを空間的に２分する第１のビームスプリッタ（９）を含むことが好ましい。 Furthermore, the first and second optical systems are arranged on the optical path of the laser emitted in the second direction, and change the polarization direction of the incident laser, and the half-wave plate (28), It is preferable to include a first beam splitter (9) that spatially divides the laser that has passed through the half-wave plate.

また、前記第１の光学系は、前記第１の空間分割ビーム（５ａ）の光軸と前記第１の時分割ビーム（７ａ）の光軸とを一致させて前記第１のレーザ照射部（１００）に入射する第１の偏光ビームスプリッタ（２６）を含み、前記第２の光学系は、前記第２の空間分割ビーム（５ｂ）の光軸と前記第２の時分割ビーム（７ｂ）の光軸とを一致させて前記第２のレーザ照射部（１０１）に入射する第２の偏光ビームスプリッタ（２７）を含むことが好ましい。 In addition, the first optical system is configured such that the optical axis of the first space-divided beam (5a) and the optical axis of the first time-divided beam (7a) coincide with each other, and the first laser irradiation unit ( 100), and the second optical system includes an optical axis of the second space division beam (5b) and the second time division beam (7b). It is preferable to include a second polarization beam splitter (27) that is incident on the second laser irradiation unit (101) so as to coincide with the optical axis.

なお、上記カッコ内の符号は、図面と対照するためのものであるが、これは、発明の理解を容易にするための便宜的なものであり、特許請求の範囲の記載に何等影響を及ぼすものではない。 Note that the reference numerals in the parentheses are for comparison with the drawings, but this is for convenience to facilitate understanding of the invention and has no influence on the description of the claims. It is not a thing.

本発明によると、従来のようにビームスプリッタおよびミラーを機械的に移動させることでレーザ加工を行うのではなく、第１および第２の光路偏向器のオン／オフ切替えによってレーザの光路を偏向しながらレーザ加工を行うので、ビームスプリッタとミラーの位置ずれを定期的に保守点検する必要がなく、保守点検が容易になる。さらに、従来のようにビームスプリッタとミラーの移動に時間を要することがないので、迅速なレーザ加工を行うことができ、加工能率を向上させることができる。 According to the present invention, the optical path of the laser is deflected by switching on / off the first and second optical path deflectors, instead of performing laser processing by mechanically moving the beam splitter and mirror as in the prior art. However, since the laser processing is performed, it is not necessary to periodically inspect the beam splitter and the mirror for positional deviation, and the maintenance inspection becomes easy. Furthermore, since it does not take time to move the beam splitter and the mirror as in the prior art, rapid laser processing can be performed, and the processing efficiency can be improved.

以下、本発明に係る実施の形態について説明する。図１は、本発明に係るレーザ加工装置の構成図である。 Embodiments according to the present invention will be described below. FIG. 1 is a configuration diagram of a laser processing apparatus according to the present invention.

始めに、第１と第２の照射ヘッドの構成について説明する。 First, the configuration of the first and second irradiation heads will be described.

図１において、第１の照射ヘッド（第１のレーザ照射部）１００は、第１の２軸スキャナ１８とｆθレンズ２０とで構成され、第２の照射ヘッド（第２のレーザ照射部）１０１は、第２の２軸スキャナ１９とｆθレンズ２１とで構成されている。第１の２軸スキャナ１８は、ＸＹステージ２２上における基板２４の被加工領域に対してＸ軸方向に振るためのミラー１８ａが取り付けられたガルバノスキャナ１８ｂと、Ｙ軸方向に振るためのミラー１８ｃが取り付けられたガルバノスキャナ１８ｄとから構成されている。また、第２の２軸スキャナ１９は、ＸＹステージ２２上における基板２５の被加工領域に対してＸ軸方向に振るためのミラー１９ａが取り付けられたガルバノスキャナ１９ｂと、Ｙ軸方向に振るためのミラー１９ｃが取り付けられたガルバノスキャナ１９ｄとから構成されている。第１の２軸スキャナ１８と第２の２軸スキャナ１９とによる加工エリアは、５０×５０ｍｍ角程度である。 In FIG. 1, a first irradiation head (first laser irradiation unit) 100 includes a first biaxial scanner 18 and an fθ lens 20, and a second irradiation head (second laser irradiation unit) 101. Consists of a second biaxial scanner 19 and an fθ lens 21. The first two-axis scanner 18 includes a galvano scanner 18b to which a mirror 18a for swinging in the X-axis direction with respect to the processing area of the substrate 24 on the XY stage 22 and a mirror 18c for swinging in the Y-axis direction. And a galvano scanner 18d to which is attached. The second biaxial scanner 19 includes a galvano scanner 19b to which a mirror 19a for oscillating in the X axis direction with respect to the processing area of the substrate 25 on the XY stage 22 and a galvano scanner 19b for oscillating in the Y axis direction. And a galvano scanner 19d to which a mirror 19c is attached. The processing area by the first biaxial scanner 18 and the second biaxial scanner 19 is about 50 × 50 mm square.

次に、レーザ光の光路について説明する。 Next, the optical path of laser light will be described.

すなわち、本レーザ加工装置は、レーザ発振器１から出力されたレーザ光２の光軸上に順次配置されて、入射するレーザ発振器１からのレーザ光２を第１の方向または第１の方向に対して所定の角度偏向した第２の方向に出射する光路切替え器（第１の光路偏向器）４と、入射する光路切替え器４からのレーザ光２を第１の方向または第１の方向に対して所定の角度偏向した第３の方向に出射するビーム分配整形器（第２の光路偏向器）６ａと、入射するビーム分配整形器６ａからの第１の方向のレーザ光２を第１の方向または第１の方向に対して所定の角度偏向した第４の方向に出射するビーム分配整形器（光学器、第３の光路偏向器）６ｂとを有し、レーザ光２を、照射ヘッド１００，１０１のいずれか一方または両方に供給することを選択できるように構成されている。 That is, this laser processing apparatus is sequentially arranged on the optical axis of the laser beam 2 output from the laser oscillator 1, and the incident laser beam 2 from the laser oscillator 1 is directed to the first direction or the first direction. The optical path switch (first optical path deflector) 4 that emits in a second direction deflected by a predetermined angle and the laser light 2 from the incident optical path switch 4 with respect to the first direction or the first direction The beam distribution shaper (second optical path deflector) 6a that emits in a third direction deflected by a predetermined angle and the laser beam 2 in the first direction from the incident beam distribution shaper 6a in the first direction Or a beam distribution / shaping device (optical device, third optical path deflector) 6b that emits in a fourth direction deflected by a predetermined angle with respect to the first direction. To supply either or both of 101 And is configured so that it can be-option.

Ｐ偏光のレーザ光２は、レーザ加工機の上位制御装置（図示せず）の指令によりレーザ発振器１から出射され、マスク３を介して光路切替え器４に入射する。光路切替え器４は、音響光学素子で構成され、レーザ加工機の上位制御装置（図示せず）の指令により、ＯＮ状態でレーザ光２の方向を偏向する機能とパルス波形を矩形状に整形する機能とを備えている。 The P-polarized laser light 2 is emitted from the laser oscillator 1 in response to a command from a host controller (not shown) of the laser processing machine, and enters the optical path switch 4 through the mask 3. The optical path switch 4 is composed of an acousto-optic device, and shapes the function of deflecting the direction of the laser beam 2 in the ON state and the pulse waveform into a rectangular shape in response to a command from a host control device (not shown) of the laser processing machine. With functionality.

光路切替え器４がＯＮの場合、レーザ光２は、進行方向を変えて１／２波長板２８に入射する。１／２波長板２８を透過したレーザ光２は、Ｓ偏光のレーザ光２としてビームスプリッタ９に入射し、５０％は反射して第１の空間分割ビーム５ａに、残りの５０％は透過して第２の空間分割ビーム５ｂになる。第１の空間分割ビーム５ａは、固定ミラー１０、第１の偏光ビームスプリッタ２６で反射され、第１の２軸スキャナ１８でｆθレンズ２０へ入射する角度が制御されてＸＹステージ２２上に設置された基板２４の所定の位置に照射する。また、第２の空間分割ビーム５ｂは、固定ミラー１１、第２の偏光ビームスプリッタ２７で反射され、第２の２軸スキャナ１９でｆθレンズ２１へ入射する角度が制御されてＸＹステージ２２上に設置された基板２５の所定の位置に照射する。なお、偏光ビームスプリッタ２６、２７は、Ｐ偏光(振動方向が紙面に対して平行な光)を透過させて、Ｓ偏光(振動方向が紙面に対して垂直な光)を反射する特性を備えている。 When the optical path switch 4 is ON, the laser beam 2 is incident on the half-wave plate 28 while changing the traveling direction. The laser light 2 transmitted through the half-wave plate 28 enters the beam splitter 9 as S-polarized laser light 2, 50% is reflected, and the remaining 50% is transmitted to the first space split beam 5 a. Thus, the second space split beam 5b is obtained. The first space-divided beam 5a is reflected by the fixed mirror 10 and the first polarization beam splitter 26, and is incident on the fθ lens 20 by the first biaxial scanner 18 so as to be installed on the XY stage 22. Irradiate a predetermined position of the substrate 24. The second space split beam 5 b is reflected by the fixed mirror 11 and the second polarization beam splitter 27, and the incident angle to the fθ lens 21 is controlled by the second biaxial scanner 19, so that it is placed on the XY stage 22. Irradiate a predetermined position of the installed substrate 25. The polarization beam splitters 26 and 27 have characteristics of transmitting P-polarized light (light whose vibration direction is parallel to the paper surface) and reflecting S-polarized light (light whose vibration direction is perpendicular to the paper surface). Yes.

上記第１の偏光ビームスプリッタ２６は、第１の空間分割ビーム５ａの光軸と第１の時分割ビーム７ａの光軸とを一致させて第１の照射ヘッド１００に入射するように機能し、上記第２の偏光ビームスプリッタ２７は、第２の空間分割ビーム５ｂの光軸と第２の時分割ビーム７ｂの光軸とを一致させて第２の照射ヘッド１０１に入射するように機能する。 The first polarization beam splitter 26 functions to make the optical axis of the first space-divided beam 5a coincide with the optical axis of the first time-divided beam 7a and to enter the first irradiation head 100, The second polarization beam splitter 27 functions to make the optical axis of the second space-divided beam 5b coincide with the optical axis of the second time-divided beam 7b so as to enter the second irradiation head 101.

一方、光路切替え器４がＯＦＦの場合、そのまま直進してビーム分配整形器６ａとビーム分配整形器６ｂに入射する。ビーム分配整形器６ａ、６ｂは、音響光学素子で構成され、光路切替え器４と同じようにレーザ加工機の上位制御装置（図示せず）の指令により、レーザ光２の方向を偏向する機能とパルス波形を矩形状に整形する機能とを備えている。 On the other hand, when the optical path switch 4 is OFF, the light travels straight and enters the beam distribution shaper 6a and the beam distribution shaper 6b. The beam distribution shapers 6a and 6b are composed of acousto-optic elements and have a function of deflecting the direction of the laser light 2 in accordance with a command from a higher-level control device (not shown) of the laser processing machine, like the optical path switching device 4. And a function of shaping the pulse waveform into a rectangular shape.

レーザ光２は、ビーム分配整形器６ａがＯＮの場合には第１の時分割ビーム７ａとして進行方向を変え、ＯＦＦの場合には直進してビーム分配整形器６ｂに入射する。レーザ光２は、ビーム分配整形器６ｂがＯＮの場合に、第２の時分割ビーム７ｂとして第４の方向に進行方向を変える。またレーザ光２は、ビーム分配整形器６ｂがＯＦＦの場合、そのまま直進して遮光体８に入射し、熱に変換される。したがって、ビーム分配整形器６ａ、６ｂのＯＮ／ＯＦＦを切替えることで、第１の時分割ビーム７ａと第２の時分割ビーム７ｂとに切替えることができる。 The laser beam 2 changes its traveling direction as the first time-division beam 7a when the beam distribution shaper 6a is ON, and goes straight when entering the beam distribution shaper 6b when it is OFF. When the beam distribution / shaping device 6b is ON, the laser light 2 changes its traveling direction in the fourth direction as the second time-division beam 7b. Further, when the beam distribution / shaping device 6b is OFF, the laser light 2 goes straight as it is and enters the light shielding body 8, and is converted into heat. Therefore, it is possible to switch between the first time-division beam 7a and the second time-division beam 7b by switching ON / OFF of the beam distribution shapers 6a and 6b.

なお、本実施の形態では、ビーム分配整形器６ｂのＯＮ／ＯＦＦを切替えることで、ビーム分配整形器６ａから入射したレーザ光２の出射方向を、遮光体８への第１の方向と、第１の方向に対して所定の角度偏向した固定ミラー１５、１６への第４の方向とに偏向しているが、ビーム分配整形器６ａは、必ずしも光路偏向器のように射出方向を切替えるものでなくても良く、例えば、入射するビーム分配整形器６ａからのレーザを第２の照射ヘッド１０１への方向に向かわせる機能を持った光学器（光学素子）であれば本発明は成立する。 In the present embodiment, by switching ON / OFF of the beam distribution shaper 6b, the emission direction of the laser light 2 incident from the beam distribution shaper 6a is changed to the first direction to the light shield 8 and the first direction. Although the beam is deflected in the fourth direction toward the fixed mirrors 15 and 16 deflected by a predetermined angle with respect to the direction 1, the beam distribution shaper 6a does not necessarily switch the emission direction like an optical path deflector. For example, the present invention is established as long as it is an optical device (optical element) having a function of directing the laser beam from the incident beam distribution / shaping device 6 a toward the second irradiation head 101.

第１の時分割ビーム７ａは、固定ミラー１２、１３、１４で反射された後、第１の偏光ビームスプリッタ２６を透過して、第１の２軸スキャナ１８に入射する。その後、第１の空間分割ビーム５ａと同じ光路を経て基板２４に照射される。また、第２の時分割ビーム７ｂは、固定ミラー１５、１６で反射された後、第２の偏光ビームスプリッタ２７を透過して、第２の２軸スキャナ１９に入射する。その後、第２の空間分割ビーム５ｂと同じ光路を経て基板２５に照射される。すなわち、固定ミラー１４は反射される第１の時分割ビーム７ａの光軸が第１の空間分割ビーム５ａの光軸と同軸となるように、また、固定ミラー１６は反射される第２の時分割ビーム７ｂの光軸が第１の空間分割ビーム５ｂの光軸と同軸となるように、それぞれ位置決めされている。 The first time-division beam 7 a is reflected by the fixed mirrors 12, 13, and 14, then passes through the first polarization beam splitter 26 and enters the first biaxial scanner 18. Thereafter, the substrate 24 is irradiated through the same optical path as that of the first space-divided beam 5a. The second time-division beam 7 b is reflected by the fixed mirrors 15 and 16, then passes through the second polarization beam splitter 27 and enters the second biaxial scanner 19. Thereafter, the substrate 25 is irradiated through the same optical path as the second space-divided beam 5b. That is, the fixed mirror 14 is reflected so that the optical axis of the first time-division beam 7a is coaxial with the optical axis of the first space-division beam 5a, and the fixed mirror 16 is reflected in the second time. The split beam 7b is positioned so that the optical axis of the split beam 7b is coaxial with the optical axis of the first space split beam 5b.

第１の偏光ビームスプリッタ２６において、第１の空間分割ビーム５ａは１００％反射され、第１の時分割ビーム７ａは１００％透過するので、別な光路を経由してきた２つの光を同じ光路にロスなく重畳させることができる。同様に、第２の偏光ビームスプリッタ２７において、第２の空間分割ビーム５ｂは１００％反射され、第２の時分割ビーム７ｂは１００％透過するので、別な光路を経由してきた２つの光を同じ光路にロスなく重畳させることができる。 In the first polarization beam splitter 26, the first space-divided beam 5a is reflected by 100% and the first time-divided beam 7a is transmitted by 100%, so that two lights that have passed through different optical paths are put in the same optical path. Can be superimposed without loss. Similarly, in the second polarization beam splitter 27, the second space-divided beam 5b is reflected by 100%, and the second time-divided beam 7b is transmitted by 100%, so that the two lights that have passed through different optical paths are separated. It can be superimposed on the same optical path without loss.

ＸＹステージ２２は、図２に示すように、基板２４、２５の寸法２９に対して第１の２軸スキャナ１８および第２の２軸スキャナ１９による被加工領域３０での加工が終了すると、第１の２軸スキャナ１８および第２の２軸スキャナ１９による走査域に基板２４、２５の次の被加工領域が来るように移動させて位置決めする。 As shown in FIG. 2, the XY stage 22, when the processing in the processing region 30 by the first biaxial scanner 18 and the second biaxial scanner 19 is completed with respect to the dimension 29 of the substrates 24 and 25, Positioning is performed such that the next work area of the substrates 24 and 25 comes to the scanning area by the first biaxial scanner 18 and the second biaxial scanner 19.

ところで、１つのビアホールに対してパルス状のレーザ光（以下、「レーザパルス」という。）を複数回照射する方法には、バースト加工法とサイクル加工法とがある。バースト加工法の場合は１つの穴に所定数のレーザパルスを連続して照射し、サイクル加工法の場合はガルバノスキャナの稼動範囲にある複数のビアホールに対してレーザパルスを１パルスずつ順番に照射し、所定の回数だけ繰り返す。加工時間を短縮するためには、ガルバノスキャナの移動回数が少ないバースト加工法が有利であるが、レーザパルスの照射間隔が短い場合には熱影響による加工品質の低下が発生するため、サイクル加工法が採用される基板も多い。 By the way, there are a burst processing method and a cycle processing method as a method of irradiating one via hole with a pulsed laser beam (hereinafter referred to as “laser pulse”) a plurality of times. In the case of the burst processing method, a predetermined number of laser pulses are continuously irradiated to one hole, and in the case of the cycle processing method, laser pulses are sequentially irradiated to a plurality of via holes in the operating range of the galvano scanner one by one. And repeat a predetermined number of times. In order to shorten the processing time, the burst processing method with a small number of movements of the galvano scanner is advantageous. However, if the laser pulse irradiation interval is short, the processing quality deteriorates due to thermal effects. There are many substrates that are used.

なお、１／２波長板２８、ビームスプリッタ９、固定ミラー１０および第１の偏光ビームスプリッタ２６により、光路切替え器４から第２の方向に出射されたレーザ光２を分割して、第１の空間分割ビーム５ａとして第１の照射ヘッド１００に導く第１の光学系が構成される。また、１／２波長板２８、ビームスプリッタ９、固定ミラー１１および第２の偏光ビームスプリッタ２７により、光路切替え器４から第２の方向に出射されたレーザ光２を分割して、第２の空間分割ビーム５ｂとして第２の照射ヘッド１０１に導く第２の光学系が構成される。また、固定ミラー１２、１３、１４により、ビーム分配整形器６ａから第３の方向に出射されたレーザ光２を第１の時分割ビーム７ａとして第１の照射ヘッド１００に導く第３の光学系が構成され、固定ミラー１５、１６により、ビーム分配整形器６ｂから第４の方向に出射されたレーザ光２を第２の時分割ビーム７ｂとして第２の照射ヘッド１０１に導く第４の光学系が構成される。 The half-wave plate 28, the beam splitter 9, the fixed mirror 10, and the first polarizing beam splitter 26 divide the laser light 2 emitted in the second direction from the optical path switch 4 to obtain the first A first optical system that leads to the first irradiation head 100 as the space-divided beam 5a is configured. In addition, the half-wave plate 28, the beam splitter 9, the fixed mirror 11, and the second polarizing beam splitter 27 divide the laser light 2 emitted from the optical path switch 4 in the second direction, so that the second A second optical system that leads to the second irradiation head 101 as the spatially divided beam 5b is configured. A third optical system that guides the laser light 2 emitted from the beam distribution / shaping device 6a in the third direction to the first irradiation head 100 as the first time-division beam 7a by the fixed mirrors 12, 13, and 14. And a fourth optical system that guides the laser light 2 emitted from the beam distribution / shaping device 6b in the fourth direction to the second irradiation head 101 as the second time-division beam 7b by the fixed mirrors 15 and 16. Is configured.

つぎに、本発明のレーザ加工装置の動作について、図１、図３および図４を用いて説明する。 Next, the operation of the laser processing apparatus of the present invention will be described with reference to FIGS.

図３はサイクル加工法の一例を示したもので、（ａ）はガルバノスキャナの走査を示し、(ｂ)は照射するレーザパルスの大きさと加工順序を示している。また、図４はレーザ発振器１、光路切替え器４、ビーム分配整形器６ａ、６ｂおよび、２軸スキャナ１８、１９の動作を示すタイムチャートである。 FIG. 3 shows an example of the cycle processing method. FIG. 3A shows scanning by a galvano scanner, and FIG. 3B shows the size of laser pulses to be irradiated and the processing sequence. FIG. 4 is a time chart showing operations of the laser oscillator 1, the optical path switching unit 4, the beam distribution shapers 6a and 6b, and the biaxial scanners 18 and 19.

いま、図３（ａ）に示す２軸スキャナ１８、１９の走査領域３０内にある穴（以下、加工位置ともいう）３１ａ、３１ｂ、３１ｃをこの順序で加工するものとする。また、図３(ｂ)に示すように、１つの穴に対して３つのレーザパルスを照射する。そして、３つのレーザパルスのうち、１サイクル目のレーザパルスは絶縁層内部のガラス繊維を加工するため高いピーク強度のレーザパルス、２サイクル目と３サイクル目は樹脂残りのみを加工するため低いピーク強度のレーザパルスとする。１サイクル目は高いピーク強度のレーザパルスが必要なため時分割ビームで、２サイクル目と３サイクル目は低いピーク強度のレーザパルスでよいので空間分割ビームで加工するものとする。 Now, holes (hereinafter also referred to as processing positions) 31a, 31b, and 31c in the scanning region 30 of the biaxial scanners 18 and 19 shown in FIG. 3A are processed in this order. Further, as shown in FIG. 3B, three laser pulses are irradiated to one hole. Of the three laser pulses, the first laser pulse is a high-peak intensity laser pulse for processing the glass fiber inside the insulating layer, and the second and third cycles are low peaks for processing only the resin residue. Intense laser pulse. Since the first cycle requires a laser pulse with a high peak intensity, a time-division beam is required, and the second and third cycles may be a laser pulse with a low peak intensity.

まず、１サイクル目の動作について述べる。レーザ光２の光強度およびビームプロファイルの安定化を図るため、光路切替え器４、ビーム分配整形器６ａ、６ｂのすべてをＯＦＦにした状態で、レーザ発振器１を繰返し周波数（１／Ｔ₁）でパルス発振させておく。この場合、レーザ光２は、光路切替え器４、ビーム分配整形器６ａ、６ｂをほぼ１００％透過して遮光体８に人射した後、遮光体８に吸収されて熱に変換される。 First, the operation in the first cycle will be described. In order to stabilize the light intensity and beam profile of the laser beam 2, the laser oscillator 1 is operated at a repetition frequency (1 / T ₁ ) with all of the optical path switch 4 and the beam distribution shapers 6a and 6b turned off. Use pulse oscillation. In this case, the laser light 2 passes through the optical path switching device 4 and the beam distribution shapers 6a and 6b almost 100% and radiates to the light shielding body 8, and then is absorbed by the light shielding body 8 and converted into heat.

つぎに、ビーム分配整形器６ａだけを上位制御装置（図示せず）の指令により、レーザ発振器１のパルス信号に同期させて、時間ｔ₁だけＯＮして第１の時分割ビーム７ａを選択し、基板２４の加工位置３１ａに対して１パルス照射する。続いて、レーザ発振器１のパルス信号に同期させて、ビーム分配整形器６ｂを時間ｔ₁だけＯＮして、第２の時分割ビーム７ｂを選択し、基板２５の加工位置３１ａに対して１パルス照射する。この動作と並行して第１の２軸スキャナ１８は、加工ビームを基板２４の加工位置３１ｂに照射できるように位置決めさせておく。 Then, only the beam distributor shaper 6a by commands host controller (not shown), in synchronization with the pulse signal of the laser oscillator 1, to select the first time division beam 7a to ON by a time t ₁ Then, one pulse is irradiated to the processing position 31a of the substrate 24. Subsequently, in synchronization with the pulse signal of the laser oscillator 1, and ON the beam distributor shaper 6b by a time t _1, select the second time division beams 7b, 1 pulse to the machining position 31a of the substrate 25 Irradiate. In parallel with this operation, the first biaxial scanner 18 is positioned so that the processing beam can be irradiated onto the processing position 31 b of the substrate 24.

つぎに、ビーム分配整形器６ａをレーザ発振器１のパルス信号に同期させて、時間ｔ₁だけＯＮして第１の時分割ビーム７ａを選択し、基板２４の加工位置３１ｂに対して１パルス照射する。この動作と並行して第２の２軸スキャナ１９は、加工ビームを基板２５の加工位置３１ｂに照射できるように位置決めさせておく。 Then, by synchronizing the beam distributor shaper 6a into a pulse signal of the laser oscillator 1, to select the first time division beam 7a to ON by a time t _1, 1 pulse irradiated to the processing position 31b of the substrate 24 To do. In parallel with this operation, the second biaxial scanner 19 is positioned so that the processing beam can be irradiated onto the processing position 31 b of the substrate 25.

つぎに、ビーム分配整形器６ｂをレーザ発振器１のパルス信号に同期させて、時間ｔ₁だけＯＮして第２の時分割ビーム７ｂを選択し、基板２５の加工位置３１ｂに対して１パルス照射する。この動作と並行して第１の２軸スキャナ１８は、加工ビームを基板２４の加工位置３１ｃに照射できるように位置決めさせておく。 Then, by synchronizing the beam distributor shaper 6b into a pulse signal of the laser oscillator 1, select the second time division beams 7b and ON by a time t _1, 1 pulse irradiated to the processing position 31b of the substrate 25 To do. In parallel with this operation, the first biaxial scanner 18 is positioned so that the processing beam can be irradiated onto the processing position 31 c of the substrate 24.

つぎに、ビーム分配整形器６ａをレーザ発振器１のパルス信号に同期させて、時間ｔ₁だけＯＮして第１の時分割ビーム７ａを選択し、基板２４の加工位置３１ｃに対して１パルス照射する。この動作と並行して第２の２軸スキャナ１９は、加工ビームを基板２５の加工位置３１ｃに照射できるように位置決めさせておく。 Next, the beam distribution shaper 6 a is synchronized with the pulse signal of the laser oscillator 1, and is turned on for a time t ₁ to select the first time-division beam 7 a and irradiate the processing position 31 c of the substrate 24 with one pulse. To do. In parallel with this operation, the second biaxial scanner 19 is positioned so that the processing beam can be irradiated onto the processing position 31 c of the substrate 25.

つぎに、ビーム分配整形器６ｂをレーザ発振器１のパルス信号に同期させて、時間ｔ₁だけＯＮして第１の時分割ビーム７ｂを選択し、基板２５の加工位置３１ｃに対して１パルス照射する。この動作と並行して第１の２軸スキャナ１９は、加工ビームを基板２４の加工位置３１ａに照射できるように位置決めさせておく。さらに、第２の２軸スキャナ１９は、基板２５の加工位置３１ｃに対するパルス照射が終了すると同時に、加工ビームを基板２５の加工位置３１ａに照射できるように位置決めする。 Then, by synchronizing the beam distributor shaper 6b into a pulse signal of the laser oscillator 1, to select the first time division beams 7b and ON by a time t _1, 1 pulse irradiated to the processing position 31c of the substrate 25 To do. In parallel with this operation, the first biaxial scanner 19 is positioned so that the processing beam can be irradiated onto the processing position 31 a of the substrate 24. Further, the second biaxial scanner 19 positions so that the processing beam 31 can be irradiated to the processing position 31a of the substrate 25 at the same time as the pulse irradiation to the processing position 31c of the substrate 25 is completed.

つぎに、２サイクル目の動作について述べる。まず、上位制御装置（図示せず）の指令により、レーザ発振器１の繰返し周波数（１／Ｔ₂）を２軸スキャナの応答周波数（１／ｔ_g2）と同じ値に変更する。 Next, the operation in the second cycle will be described. First, the repetition frequency (1 / T ₂ ) of the laser oscillator 1 is changed to the same value as the response frequency (1 / t _g2 ) of the biaxial scanner according to a command from a host controller (not shown).

つぎに、光路切替え器４だけを上位制御装置（図示せず）の指令により、レーザ発振器１のパルス信号に同期させて時間ｔ₂だけＯＮして、第１および第２の空間分割ビーム５ａ、５ｂを、それぞれ基板２４、２５の加工位置３１ａに対して１パルス照射する。その後に、加工ビームを基板２４、２５の加工位置３１ｂに対して照射できるように、第１および第２の２軸スキャナ１８、１９の位置決め動作を行う。この動作を加工位置３１ｂ、３１ｃに対して繰返し行うことで２サイクル目の加工が終了する。 Next, only the optical path switch 4 is turned on for a time t ₂ in synchronization with the pulse signal of the laser oscillator 1 according to a command from a host controller (not shown), and the first and second spatially divided beams 5a, 5b is irradiated to the processing positions 31a of the substrates 24 and 25, respectively, by one pulse. Thereafter, the first and second biaxial scanners 18 and 19 are positioned so that the processing beam can be irradiated onto the processing positions 31b of the substrates 24 and 25. By repeating this operation for the machining positions 31b and 31c, the machining for the second cycle is completed.

３サイクル目の動作は２サイクル目の動作と同じであるので説明を省略する。３サイクル目の加工が終了すると、ＸＹテーブルでつぎの走査へ移動して、同じサイクル加工を繰り返し行うことで基板２４、２５の全面の加工が完了する。 Since the operation in the third cycle is the same as the operation in the second cycle, description thereof is omitted. When the third cycle of processing is completed, the process moves to the next scan on the XY table, and the same cycle processing is repeated to complete the processing of the entire surfaces of the substrates 24 and 25.

なお、上記実施の形態では、光路切替え器４、ビーム分配整形器６ａ、６ｂとして音響光学素子を用いたが電気光学素子を採用しても良い。さらに、２軸スキャナ１８、１９としてガルバノスキャナを用いたが、音響光学素子、電気光学素子を採用しても良い。 In the above embodiment, an acousto-optic element is used as the optical path switch 4 and the beam distribution shapers 6a and 6b, but an electro-optic element may be adopted. Further, although the galvano scanner is used as the biaxial scanners 18 and 19, an acousto-optic element or an electro-optic element may be adopted.

以上、説明したように本発明のレーザ加工装置によれば、従来のようにビームスプリッタおよびミラーを機械的に移動させることでレーザ加工を行うのではなく、光路切替え器４、ビーム分配整形器６ａ、６ｂのオン／オフ切替えによってレーザ光２の光路を偏向しながらレーザ加工を行うので、ビームスプリッタとミラーの位置ずれを定期的に保守点検する必要がなく、保守点検が容易になる。さらに、従来のようにビームスプリッタとミラーの移動に時間を要することがないので、迅速なレーザ加工を行うことができ、加工能率を向上させることができる。そして、高ピーク強度が必要な加工と、ガルバノスキャナの高応答性を最大限に活用した高スループット加工とが可能なレーザ加工機を提供することができる。 As described above, according to the laser processing apparatus of the present invention, laser processing is not performed by mechanically moving the beam splitter and the mirror as in the prior art, but the optical path switching unit 4 and the beam distribution / shaping unit 6a. Since the laser processing is performed while deflecting the optical path of the laser beam 2 by switching on / off of 6b, it is not necessary to periodically inspect and maintain the positional deviation between the beam splitter and the mirror, and the maintenance inspection becomes easy. Furthermore, since it does not take time to move the beam splitter and the mirror as in the prior art, rapid laser processing can be performed, and the processing efficiency can be improved. In addition, it is possible to provide a laser processing machine capable of processing that requires high peak intensity and high-throughput processing that makes the best use of the high responsiveness of the galvano scanner.

本発明の実施の形態に係るレーザ加工装置の構成図である。It is a block diagram of the laser processing apparatus which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施の形態に係る加工エリアの説明図である。It is explanatory drawing of the processing area which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施の形態に係るサイクル加工法の説明図である。It is explanatory drawing of the cycle processing method which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施の形態に係るタイムチャートの説明図である。It is explanatory drawing of the time chart which concerns on embodiment of this invention.

Explanation of symbols

１レーザ発振器
２レーザ（レーザ光）
４第１の光路偏向器（光路切替え器）
５ａ第１の空間分割ビーム
５ｂ第２の空間分割ビーム
６ａ第２の光路偏向器（ビーム分配整形器）
６ｂ光学器、第３の光路偏向器（ビーム分配整形器）
７ａ第１の時分割ビーム
７ｂ第２の時分割ビーム
９ビームスプリッタ
１２、１３、１４、１５、１６固定ミラー
２６第１の偏光ビームスプリッタ
２７第２の偏光ビームスプリッタ
２８１／２波長板
１００第１のレーザ照射部（第１の照射ヘッド）
１０１第２のレーザ照射部（第２の照射ヘッド） 1 Laser oscillator 2 Laser (laser light)
4 First optical path deflector (optical path switcher)
5a 1st space division beam 5b 2nd space division beam 6a 2nd optical path deflector (beam distribution shaper)
6b Optical unit, third optical path deflector (beam distribution shaper)
7a First time division beam 7b Second time division beam 9 Beam splitter 12, 13, 14, 15, 16 Fixed mirror 26 First polarization beam splitter 27 Second polarization beam splitter 28 1/2 wavelength plate 100 First 1 laser irradiation section (first irradiation head)
101 2nd laser irradiation part (2nd irradiation head)

Claims

In a laser processing apparatus in which a laser output from a laser oscillator is divided into a time-division beam and a space-division beam and supplied to one of the first and second laser irradiation units,
Sequentially arranged on the optical axis of the laser outputted from the laser oscillator, the incident laser from the laser oscillator is deflected in a first direction or a second direction deflected by a predetermined angle with respect to the first direction. The first optical path deflector that emits, and the second laser that emits the laser from the incident first optical path deflector in the first direction or a third direction deflected by a predetermined angle with respect to the first direction. And an optical device for directing the laser in the first direction from the incident second optical path deflector in the fourth direction toward the second laser irradiation unit,
The laser beam emitted from the first optical path deflector in the second direction is divided, guided to the first laser irradiation unit as a first space-divided beam, and the second space-divided beam as the second space-divided beam. First and second optical systems that lead to the laser irradiation section of
A third optical system that guides the laser emitted from the second optical path deflector in the third direction to the first laser irradiation unit as a first time-division beam;
A fourth optical system that guides the laser emitted from the optical device in the fourth direction to the second laser irradiation unit as a second time-division beam;
A laser processing apparatus, wherein the laser can be selected to be supplied to one or both of the two laser irradiation units.

The optical unit emits a third optical path deflecting the laser from the incident second optical path deflector in the first direction or the fourth direction deflected by a predetermined angle with respect to the first direction. Is a vessel,
The laser processing apparatus according to claim 1.

The first and second optical systems are arranged on the optical path of the laser emitted in the second direction, and change the polarization direction of the incident laser, and the half-wave plate Comprising a first beam splitter that spatially divides the laser transmitted through
The laser processing apparatus according to claim 1 or 2.

The first optical system includes a first polarization beam splitter that is incident on the first laser irradiation unit with an optical axis of the first space-divided beam and an optical axis of the first time-divided beam coincident with each other. Including
The second optical system includes a second polarization beam splitter that is incident on the second laser irradiation unit with the optical axis of the second space-divided beam and the optical axis of the second time-divided beam coincident with each other. Comprising
The laser processing apparatus according to any one of claims 1 to 3.