DE10296639B4

DE10296639B4 - Laserbearbeitungsgerät

Info

Publication number: DE10296639B4
Application number: DE10296639T
Authority: DE
Inventors: Kenichi Ijima; Tadashi Kuroiwa
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2002-03-28
Filing date: 2002-03-28
Publication date: 2007-06-21
Anticipated expiration: 2022-03-29
Also published as: DE10296639T5; US20040104208A1; JPWO2003082510A1; CN1474730A; JP4093183B2; TW540194B; WO2003082510A1; CN1232380C; KR20030091940A; KR100508329B1

Abstract

Laserbearbeitungsgerät, bei dem ein Laserstrahl (2) in zwei Laserstrahlen (7, 8) durch eine erste Polarisierungsvorrichtung (6) aufgeteilt wird, wobei einer der Laserstrahlen (7) sich mittels zumindest eines Spiegels (5) ausbreitet, ein anderer Laserstrahl (8) durch zwei Galvanospiegel eines ersten Galvanoscanners (11) entlang zweier Axialrichtungen gescannt wird, und die zwei Laserstrahlen (7, 8) zu einer zweiten Polarisierungsvorrichtung (9) geführt und dann durch einen zweiten Galvanoscanner (12) zum Bearbeiten eines Werkstücks (13) gescannt werden, wobei ein optischer Pfad so konfiguriert ist, dass der durch die erste Polarisierungsvorrichtung (6) übertragene Laserstrahl (7) von der zweiten Polarisierungsvorrichtung (9) reflektiert wird, und der von der ersten Polarisierungsvorrichtung (6) reflektierte Laserstrahl (8) durch die zweite Polarisierungsvorrichtung (9) übertragen wird, und wobei eine dritte Polarisierungswinkelangleich-Polarisierungsvorrichtung (15) mit angleichbarem Winkel vor der ersten Polarisierungsvorrichtung (6) platziert ist.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Laserbearbeitungsgerät mit der primären Absicht zum Ausführen eines Bohrprozesses an einem Werkstück wie einer gedruckten Leiterplatte, sowie der Verbesserung der Produktivität bei einem derartigen Prozess.
Technischer Hintergrund
Die 6 zeigt ein schematisches Diagramm eines üblichen Laserbearbeitungsgeräts für einen Bohrprozess bei einem üblichen Stand der Technik.
In der Figur bezeichnet 31 ein Werkstück für eine gedruckte Leiterplatte, 32 bezeichnet einen Laserstrahl, der zum Ausführen eines Prozesses zum Bilden eines Lochs verwendet wird, beispielsweise einer Durchkontaktierung oder eines Durchgangslochs in einem Werkstück 31, 33 bezeichnet einen Laseroszillator zum Erzeugen des Laserstrahls 32, 34 bezeichnet eine Vielzahl von Spiegeln zum Reflektieren des Laserstrahls 32 zum Führen des Strahls entlang einem optischen Pfad, 35 und 36 bezeichnen Galvano-Scanner zum Scannen des Laserstrahls 32, 37 bezeichnet eine fθ Linse zum Konvergieren des Laserstrahls 32 auf dem Werkstück 31, und 38 bezeichnet einen XY-Tisch zum Bewegen des Werkstücks 31.
Bei dem üblichen Laserbearbeitungsgerät für einen Bohrprozess wird der Laserstrahl 32, der von dem Laseroszillator 33 oszilliert wird, zu den Galvanoscannern 35, 36 über eine erforderliche Maske und die Spiegel 34 geführt. Der Laserstrahl 32 wird bei einer vorgegebenen Position des Werkstücks 31 über die fθ Linse 37 konvergiert, durch Steuern der Schwenkwinkel der Galvanoscanner 35, 36.
Der Schwenkwinkel der Galvanoscanner 35, 36 über die fθ Linse 37 ist beispielsweise beschränkt auf ein 50 mm Quadrat. Im Rahmen der Steuerung der Konvergenz des Laserstrahls 32 auf eine vorgegebene Position des Werkstücks 31 wird demnach ebenso der XY-Tisch 38 so gesteuert, dass sich das Werkstück 31 in einem größeren Bereich verarbeiten lässt.
Üblicherweise steht die Produktivität eines Laserbearbeitungsgeräts in engem Zusammenhang mit den Antriebsgeschwindigkeiten der Galvanoscanner 35, 36 und des Prozessbereichs der fθ Linsen 37.
Eine Konfiguration mit verringertem Schwenkwinkel eines Galvanoscanners unter Beibehaltung des Prozessbereichs lässt sich ausführen, indem eine Änderung bei dem optischen Entwurf ausgeführt wird, beispielsweise einer Änderung der Positionsbeziehung zwischen einer fθ Linse und dem Galvanoscanner. Jedoch betrifft dies eine Änderung der Spezifikation der fθ Linse, was die längste Zeit beim Entwurf erfordert, und was sehr teuer ist, und ebenso derjenigen des Entwurfs des gesamten optischen Systems. Im Ergebnis ist es schwierig, wirtschaftlich und einfach die Produktivität eines einzigen Strahlsystems zu verbessern.

Als ein Laserbearbeitungsgerät mit der Absicht zum Verbessern der Produktivität des oben erwähnten Systems ist beispielsweise eines in JP-A-11-314188 offenbart.

Die 7 zeigt ein schematisches Diagramm eines in JP-A-11-314188 gezeigten Laserbearbeitungsgeräts.

In der Figur bezeichnet 39 ein Werkstück, 40 bezeichnet eine Maske, 41 bezeichnet einen Halbspiegel zum Splitten eines Laserstrahls, 42 bezeichnet einen dichroitischen Spiegel, 43a bezeichnet einen Laserstrahl, der durch den Halbspiegel reflektiert wird, 43b bezeichnet einen Laserstrahl, der durch den Halbspiegel übertragen wird und dann durch den dichroitischen Spiegel reflektiert wird, 44 und 45 bezeichnen Spiegel, 46 bezeichnet eine fθ Linse zum Konvergieren der Laserstrahlen, 43a, 43b auf dem Werkstück 39, 47 und 48 bezeichnen Galvanoscanner zum Führen des Laserstrahls 43a zu dem Prozessbereich A1, 49 und 50 bezeichnen Galvanoscanner zum Führen des Laserstrahls 43b zu einem Prozessbereich A2, und 51 bezeichnet einen XY-Tisch zum Bewegen der Positionen des Werkstücks zu dem Prozessbereich A1 oder A2.

Bei dem in 7 gezeigten Laserbearbeitungsgerät wird der durch die Maske 40 übertragene Laserstrahl in mehrere Strahlen mittels dem Halbspiegel 41 aufgeteilt, und die aufgeteilten Laserstrahlen 43a, 43b werden zu mehreren Galvanoscannersystemen geführt, die jeweils an der Einfallsseite der fθ Linse 46 platziert sind, und durch die vielen Galvanoscannersysteme gescannt, wodurch ein Auftreffen der in aufgespaltener Weise festgelegten Strahlen auf die Prozessbereiche A1, A2 erlaubt wird.

Der geteilte Laserstrahl 43a wird auf ein Halbgebiet der fθ Linse 46 mittels dem ersten Galvanoscannersystem 47, 48 geführt.

Der andere geteilte Laserstrahl 43b wird auf das andere Halbgebiet der fθ Linse 46 mittels dem zweiten Galvanoscannersystem 49, 50 geführt, und das erste und zweite Galvanoscannersystem werden symmetrisch im Hinblick auf die Mittenachse der fθ Linse 46 platziert, wodurch die zwei Hälften der fθ Linse 46 gleichzeitig zum Verbessern der Produktivität verwendet werden.

Jedoch hat die in JP-A-11-314188 offenbarte Maschine eine derartige Konfiguration, dass die mehreren Laserstrahlen, die mittels des Halbspiegels 41 aufgeteilt wurden, jeweils durch das erste Galvanoscannersystem 47, 48 und das zweite Galvanoscannersystem 49, 50 gescannt werden und auf die Prozessbereiche A1, A2 auftreffen, die in geteilter Weise festgelegt sind. Demnach tritt bei den Laserstrahlen 43a, 43b, die durch den Halbspiegel 41 aufgeteilt sind, einfach eine Streuung der Laserstrahlqualität aufgrund einer Differenz zwischen der Reflexion durch und der Übertragung über den Halbspiegel 41 auf. In dem Fall, in dem sich als Ergebnis der Strahlaufteilung die Energien voneinander unterscheiden, sind weitere teure optische Komponenten zum Ausgleichen bzw. Entzerren der Energien erforderlich.

Die in 7 gezeigte Konfiguration des optischen Pfads führt zu einem weiteren Problem dahingehend, dass sich die optischen Pfadlängen, die sich ausgehend von dem Passieren der Maske 40 der geteilten Laserstrahlen 43a, 43b zu dem Auffallen auf das Werkstück 39 erstrecken, voneinander unterscheiden, und ebenso unterscheiden sich die genauen Durchmesser der Strahlbildpunkte bzw. Spots auf dem Werkstück 39 voneinander.

Die fθ Linse 46 ist gleichmäßig aufgeteilt, und die Prozessbereiche A1, A2, die in geteilter Weise festgelegt sind, werden gleichzeitig bearbeitet. In einem Fall wie demjenigen, wo Löcher jeweils in den Prozessbereichen A1, A2 zu bilden sind und sich im Hinblick auf die Zahl voneinander in großem Umfang unterscheiden, oder wie einer der Prozessbereiche A1, A2 beispielsweise ein Endabschnitt des Werkstücks ist und kein zu bildendes Loch in dem Prozessbereich existiert, wird demnach eine Verbesserung der Produktivität nicht erwartet.

Die WO 02/18090 A1 beschreibt eine Laserbearbeitungsvorrichtung, bei der ein Laserstrahl durch einen Splitter in zwei Laserstrahlen aufgeteilt wird. Einer der Laserstrahlen breitet sich mittels eines Spiegels aus, während der andere Laserstrahl durch einen Galvano-Spiegel abgelenkt wird. Beide Laserstrahlen werden durch eine Polarisierungsvorrichtung geführt und dann durch einen weiteren Galvano-Spiegel zum Bearbeiten eines Werkstücks abgelenkt. Der optische Pfad ist so konfiguriert, dass der durch den Splitter übertragene Laserstrahl von der Polarisierungsvorrichtung reflektiert wird, und umgekehrt.

Die nachveröffentlichte DE 102 97 451 T5 zeigt eine Laser-Materialverarbeitungsvorrichtung zum Bearbeiten eines Werkstücks. Bei dieser Vorrichtung wird ein Laserlicht in zwei Laserstrahlen über eine erste Polarisationseinrichtung getrennt. Ein Laserstrahl wird über Spiegel geleitet und der andere Laserstrahl wird biaxial von einem ersten Galvanoscanner gescannt. Die zwei Laserstrahlen werden dann zu einer zweiten Polarisationseinrichtung geführt, um über einen zweiten Galvano-Scanner zu scannen. Ein optischer Pfad ist derart ausgelegt, dass der Laserstrahl, der durch die erste Polarisationseinrichtung transmittiert wird, von der zweiten Polarisationseinrichtung reflektiert wird, und umgekehrt.

Offenbarung der Erfindung

Die Erfindung wurde zum Lösen der Probleme ausgeführt. Eine Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung eines Laserbearbeitungsgeräts, bei dem Differenzen der Energie und der Qualität aufgeteilter Laserstrahlen minimiert sind, die Strahlbildpunktdurchmesser gleich zueinander ausgebildet werden, durch Ausgleichen der optischen Pfadlängen der Strahlen, und die Produktivität wirtschaftlich verbessert ist, indem bewirkt wird, dass die aufgeteilten Laserstrahlen auf demselben Gebiet auftreffen.

Eine Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung eines Laserbearbeitungsgeräts, bei dem die Energien geteilter Laserstrahlen durch einen einfachen Angleichvorgang vereinheitlicht werden können, und indem der Prozessleistungsumfang ferner stabilisiert ist.

Zum Lösen der Aufgabe wird in einem Laserbearbeitungsgerät, bei dem ein Laserstrahl in zwei Laserstrahlen durch eine erste Polarisierungsvorrichtung geteilt wird, sich einer der Laserstrahlen mittels einem Spiegel ausbreitet, ein anderer Laserstrahl entlang zweier Achsenrichtungen durch einen ersten Galvanoscanner abgetastet wird, und die zwei Laserstrahlen zu der zweiten Polarisierungsvorrichtung geführt und dann durch einen zweiten Galvanoscanner abgetastet wird, zum Bearbeiten eines Werkstücks, ein optischer Pfad so konfiguriert, dass der Laserstrahl, der durch die erste Polarisierungsvorrichtung übertragen wird, durch die zweite Polarisierungsvorrichtung reflektiert ist, und dass der Laserstrahl, der durch die erste Polarisierungsvorrichtung reflektiert ist, über die zweite Polarisierungsvorrichtung übertragen ist. Es wird eine dritte Polarisierungswinkelangleich-Polarisierungsvorrichtung mit angleichbarem Winkel vor der ersten Polarisierungsvorrichtung platziert.

Reflektive Oberflächen der zwei Polarisierungsvorrichtungen sind einander gegenüberliegend platziert, und es werden optische Pfade gebildet, bei denen optische Pfadlängen der geteilten Laserstrahlen gleich zueinander sind.

Es wird ein Sensor zum Messen einer Energie eines Laserstrahls, d.h. der Strahlleistung des Laserstrahls, angeordnet, und Energien der zwei Laserstrahlen, d.h. die Leistung, werden gemessen, und der Winkel der dritten Ablenkwinkelangleich-Änderungsvorrichtung wird so angeglichen, dass die Ausgabe der zwei Laserstrahlen mit Energien bei einem vorgegebenen Verhältnis zugelassen wird.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt eine Ansicht zum Darstellen einer schematischen Konfiguration eines Laserbearbeitungsgeräts der Ausführungsform.
2 zeigt ein Strahlaufteildiagramm eines Polarisierungsstrahlsplitters.
3 zeigt eine Ansicht zum schematischen Darstellen einer optischen Pfadkonfiguration eines Laserbearbeitungsgeräts einer anderen Ausführungsform.
4 zeigt eine vergrößerte Ansicht eines Abschnitts eines Polarisierungsstrahlsplitters zum Angleichen eines Polarisierungswinkels.
5 zeigt ein Flussdiagramm eines automatischen Angleichprogramms für den Polarisierungsstrahlsplitter zum Angleichen eines Polarisierungswinkels.
6 zeigt eine Ansicht zum Darstellen einer schematischen Konfiguration des üblichen Laserbearbeitungsgeräts für einen Bohrprozess in einem üblichen Stand der Technik.
7 zeigt eine Ansicht zum Darstellen einer schematischen Konfiguration eines Laserbearbeitungsgeräts für einen Bohrprozess in einem üblichen Stand der Technik mit der Absicht zum Verbessern der Produktivität.
Bester Ausführungsmodus der Erfindung
Ausführungsform 1.
Die 1, die eine nicht zur Erfindung gehörende Ausführungsform betrifft, zeigt ein schematisches Diagramm zum Darstellen eines Laserbearbeitungsgeräts für einen Bohrprozess, bei dem ein Laserstrahl in zwei Laserstrahlen durch einen Aufteilpolarisierungsstrahlsplitter aufgeteilt wird, und die zwei Laserstrahlen werden unabhängig gescannt, wodurch zwei Stellen gleichzeitig bearbeitet werden können.
In der Figur bezeichnet 1 einen Laseroszillator, 2 bezeichnet einen Laserstrahl, 2a bezeichnet die Polarisierungsrichtung des Laserstrahls, der noch nicht bei einem Verzögerer bzw. Retarder 3 eingefallen ist, 2b bezeichnet die Polarisierungsrichtung des Laserstrahls 2, der durch den Retarder 3 reflektiert wurde, 3 bezeichnet den Retarder zum Umsetzen eines linear polarisierten Laserstrahls in einen zirkular polarisierten Laserstrahl, 4 bezeichnet eine Maske zum Wegschneiden eines erforderlichen Abschnitts des einfallenden Laserstrahls zum Erhalten eines bearbeiteten Lochs einer gewünschten Größe und einer gewünschten Form, 5 bezeichnet eine Vielzahl von Spiegeln zum Reflektieren des Laserstrahls 2 zum Führen des Strahls entlang einem optischen Pfad, 6 bezeichnet einen ersten Polarisierungsstrahlsplitter zum Splitten des Laserstrahls 2 in zwei Laserstrahlen, 7 bezeichnet einen der Laserstrahlen, die in dem ersten Polarisierungsstrahlsplitter 6 aufgeteilt werden, 7a bezeichnet die Polarisierungsrichtung des Laserstrahls 7, 8 bezeichnet den anderen der Laserstrahlen, die in dem ersten Polarisierungsstrahlsplitter aufgeteilt werden, 8a bezeichnet die Polarisierungsrichtung des Laserstrahls 8, 9 bezeichnet einen zweiten Polarisierungsstrahlsplitter zum Führen des Laserstrahls 7 und des Laserstrahls 8 zu einem Galvanoscanner 12, 10 bezeichnet eine fθ Linse zum Konvergieren der Laserstrahlen 7, 8 auf einem Werkstück 13, 11 bezeichnet einen ersten Galvanoscanner zum Scannen des Laserstrahls 8 in zwei Axialrichtungen zum Führen des Strahls zu dem zweiten Polarisierungsstrahlsplitter, 12 bezeichnet den zweiten Galvanoscanner zum Scannen des Laserstrahls 7 und des Laserstrahls 8 in zwei Axialrichtungen zum Führen des Strahls zu dem Werkstück 13, 13 bezeichnet das Werkstück, und 14 bezeichnet einen XY-Tisch zum Bewegen des Werkstücks 13.
Als nächstes wird der detaillierte Betrieb der Ausführungsform beschrieben.
Wie in der Ausführungsform gezeigt, wird in dem Laserbearbeitungsgerät für einen Bohrprozess, in dem ein Laserstrahl in zwei Laserstrahlen durch den aufteilenden Polarisierungsstrahlsplitter aufgeteilt wird und die zwei Laserstrahlen unabhängig gescannt werden, zum Ermöglichen des gleichzeitigen Bearbeitens zweier Stellen, der durch den Laseroszillator 1 in Form eines linear polarisierten Lichts oszillierte Laserstrahl 2 durch den Retarder 3, der in der Mitte des optischen Pfads platziert ist, in einen zirkular polarisierten Laserstrahl umgesetzt. Der Laserstrahl wird dann zu dem ersten Polarisierungsstrahlsplitter 6 über die Maske 4 und die Spiegel 5 geführt. Von dem Laserstrahl 2, der an den ersten Polarisierungsstrahlsplitter 6 in der Form eines zirkular polarisierten Lichts einfällt, wird die P-Wellenkomponente über den Polarisierungsstrahlsplitter 6, auszubilden als der Laserstrahl 7, übertragen, und die S-Wellenkomponente wird durch den Polarisierungsstrahlsplitter 6 reflektiert, für ein Abtrennen in den Laserstrahl 8.
Da zirkular polarisiertes Licht einheitlich polarisierte Komponenten entlang aller Richtungen aufweist, werden der Laserstrahl 7 und der Laserstrahl 8 so aufgeteilt, dass sie dieselbe Energie haben.
Der durch den ersten Polarisierungsstrahlsplitter 6 übertragene Laserstrahl 7 wird zu dem zweiten Polarisierungsstrahlsplitter 9 über die Spiegel 5 geführt.
Andererseits wird der durch den ersten Polarisierungsstrahlsplitter 6 reflektierte Laserstrahl 8 entlang zweier Axialrichtungen durch den ersten Galvanoscanner 11 gescannt, und dann zu dem zweiten Polarisierungsstrahlsplitter 9 geführt.
Obgleich der Laserstrahl 7 immer bei derselben Position zu dem zweiten Polarisierungsstrahlsplitter 9 geführt wird, lässt sich die Position und der Winkel, gemäß der der Laserstrahl 8 an dem zweiten Polarisierungsstrahlsplitter 9 einfällt, durch Steuern des Schwenkwinkels des ersten Galvanoscanners 11 steuern.
Hiernach werden die Laserstrahlen 7, 8 in zwei Axialrichtungen durch den zweiten Galvanoscanner 12 gescannt, und dann zu der fθ Linse 10 geführt, um jeweils bei vorgegebenen Positionen auf dem Werkstück 9 konvergiert zu werden.
Zu diesem Zeitpunkt kann dann, wenn der erste Galvanoscanner 11 gescannt ist, der Laserstrahl 8 an derselben Position auf dem Werkstück 13 wie der Laserstrahl 7 einfallen.
Wird beispielsweise der Galvanoscanner 11 zu einer beliebigen Position im Hinblick auf den Laserstrahl 7 in einem vorgegebenen Bereich gescannt, so lässt sich der Laserstrahl 8 in einem 4 mm Quadratbereich um den Laserstrahl 7 scannen, unter Berücksichtigung der Charakteristiken des Fensters des Strahlsplitters, und die Laserstrahlen können an unterschiedlichen beliebigen zwei Punkten auf dem Werkstück 13 über den zweiten Galvanoscanner 12 einfallen, der in einem bearbeitbaren Bereich wie beispielsweise einem 40 mm Quadrat schwingt.
Die Ausführungsform ist so konfiguriert, dass der durch den ersten Polarisierungsstrahlsplitter 6 reflektierte Laserstrahl 8 über den zweiten Polarisierungsstrahlsplitter 9 übertragen wird, und der über den ersten Polarisierungsstrahlsplitter 6 übertragene Laserstrahl 7 durch den zweiten Polarisierungsstrahlsplitter 9 reflektiert wird.
Demnach durchläuft jeder der aufgeteilten zwei Laserstrahlen sowohl die Prozesse der Reflexion als auch der Übertragung, und somit können sich die Dispersionen bzw. Streuungen der Qualität der Laserstrahlen und nicht ausgeglichene Energien aufgrund der Differenz zwischen der Reflexion und der Übertragung gegeneinander aufgehoben werden.
Die Qualität jedes der bearbeiteten Löcher, die in dem Werkstück 13 durch den Laserstrahl 7 und den Laserstrahl 8 bearbeitet werden, hängen im großen Umfang von den Energien der Laserstrahlen ab.
Sind Löcher derselben Qualität in dem Werkstück 13 durch den Laserstrahl 7 und den Laserstrahl 8 zu bearbeiten, so müssen der Laserstrahl 7 und der Laserstrahl 8 dieselben Energien haben.
Bei der Ausführungsform wird unter Verwendung des ersten Polarisierungsstrahlsplitters 6 zum Aufteilen des Laserstrahls 2 in den Laserstrahl 7 und den Laserstrahl 8 demnach die P-Welle übertragen, und die S-Welle wird reflektiert, wodurch der Laserstrahl in zwei Laserstrahlen aufgeteilt wird.
Ein Laserstrahl mit einheitlichen P-Wellen- und S-Wellen-Komponenten muss an dem ersten Polarisierungsstrahlsplitter 6 einfallen.
In der 2 liegt eine Vorderansicht des ersten Polarisierungsstrahlsplitters 6 in der Mitte, Seitenansichten liegen bei der rechten und linken Seite der Vorderansicht, und eine Draufsicht liegt bei der oberen Seite.
In der Figur bezeichnet 61 einen Fensterabschnitt des Polarisierungsstrahlsplitters. In dem Fall eines Kohlendioxidlasers wird Zn, Se oder Ge in dem Abschnitt verwendet. Das Bezugszeichen 62 bezeichnet einen Spiegel für ein Drehen um 90° des Laserstrahls, reflektiert durch den Fensterabschnitt 61.
Ein an dem Laserstrahlsplitter 6 einfallender Laserstrahl hat Charakteristiken dahingehend, dass die Komponente entlang der Polarisierungsrichtung 7a, d.h. die P-Wellenkomponente, übertragen wird, und dass die Komponente in der Polarisierungsrichtung 8a, d.h. die S-Wellenkomponente, reflektiert wird.
Die Polarisierungsrichtungen der P-Wellen und der S-Welle sind rechtwinklig zueinander.
Ist die Polarisierungsrichtung des einfallenden Laserstrahls identisch mit der Polarisierungsrichtung 7a (der P-Wellenkomponente), so wird demnach der gesamte Laserstrahl übertragen, und ist die Polarisierungsrichtung identisch zu der Polarisierungsrichtung 8a (der S-Wellenkomponente), so wird der gesamte Laserstrahl reflektiert.
In dem Fall eines zirkular polarisierten Lichts, bei dem alle Polarisierungsrichtungen einheitlich existieren, oder eine Polarisierungsrichtung, die 45° im Hinblick auf die P-Welle und die S-Welle bildet, wird der Laserstrahl gleich aufgeteilt, und der Laserstrahl 7 und der Laserstrahl 8 haben dieselbe Energie.
Gemäß der Ausführungsform sind die zwei Polarisierungsstrahlsplitter so, wie in 1 gezeigt, platziert, wodurch die optischen Pfadlängen für die Laserstrahlen 8 und 7 zwischen dem ersten Polarisierungsstrahlsplitter 6 und dem zweiten Polarisierungsstrahlsplitter 9 identisch zueinander ausgebildet sind. Demnach lassen sich die Strahlbildpunktdurchmesser der zwei geteilten Laserstrahlen identisch zueinander ausbilden.
Bei der Ausführungsform werden beispielsweise selbst dann, wenn der optische Pfad in die X-, Y- und Z-Richtungen aufgelöst wird, dieselben optischen Pfadlängen entlang sämtlicher Richtungen erhalten. Selbst wenn der Größenentwurf der Komponenten zum Bilden des optischen Pfads geändert wird, lässt sich demnach der optische Pfad entlang der X-, Y- und Z-Richtungen erweitern bzw. kontrahieren, und demnach können die optischen Pfadlängen der Laserstrahlen 8 und 7 identisch zueinander beibehalten werden.
Ausführungsform 2.
Bei der oben beschriebenen, nicht zur Erfindung gehörenden Ausführungsform 1 muss der von dem Laseroszillator 1 oszillierte Laserstrahl 2 bei einem Winkel einfallen, bei dem das einfallende Licht und das reflektierte Licht 90° in dem Retarder 3 bilden, und die Polarisierungsrichtung 2a des Laserstrahls 2 muss in dem Retarder 3 bei einem Winkel von 45° einfallen, im Hinblick auf die Linie des Schnitts einer Ebene, bei der die optische Einfallsachse und die optische Reflexionsachse zwei Ränder bilden, und der reflektierenden Oberfläche des Retarders 3.
Wird angenommen, dass die Einfalls-Polarisierungsrichtung des Laserstrahls 2 im Hinblick auf den Retarder 3 und der optische Achsenwinkel unzureichend angeglichen sind, so wird der zirkulare Polarisierungsumfang abgesenkt, und die Balance zwischen der P-Wellenkomponente und der S-Wellenkomponente des bei dem ersten Polarisierungsstrahlsplitter einfallenden Laserstrahls 2 geht verloren, so dass die Energien des Laserstrahls 7 und des Laserstrahls 8 nicht einheitlich sind. Die Polarisierungsrichtung lässt sich nicht visuell erkennen, und in dem Fall eines unsichtbaren Lichts wie bei einem Kohlendioxidlaser lässt sich ebenso der optische Achsenwinkel nicht visuell erkennen. Bei dem Angleichen der Polarisierungsrichtung und des optischen Achsenwinkels bei Einfallen des Laserstrahls 2 an dem Retarder 3 muss demnach ein Schritt zum Messen des zirkularen Polarisierungsumfangs und derjenige, wenn dieser unzureichend ist, zum Angleichen des Winkels wiederholt ausgeführt werden. Demnach erfordert das Angleichen manchmal sehr mühsame Arbeitsschritte.
Zwischen dem Prozess, bei dem der Laserstrahl 2 in zirkular polarisiertes Licht 2b umgesetzt wird, und demjenigen, bei dem der zirkular polarisierte Laserstrahl dann an dem ersten Polarisierungsstrahlsplitter 6 einfällt, wird der Laserstrahl durch eine Vielzahl von Spiegeln reflektiert. Wird der Laserstrahl durch die Spiegel 5 reflektiert, so wird der zirkulare Polarisierungsumfang manchmal abgesenkt.
Für die Ausführungsform wird demnach der Fall beschrieben, wo zirkular polarisiertes Licht nicht verwendet wird und ein Laserstrahl, der in Form eines linear polarisierten Lichts oszilliert wird, verwendet wird.
Die 3 zeigt ein schematisches Diagramm zum Darstellen eines Laserbearbeitungsgeräts der Ausführungsform der Erfindung.
In der Figur bezeichnet 2c die Polarisierungsrichtung des Laserstrahls 2, der noch nicht bei einem dritten Polarisierungsstrahlsplitter 15 eingefallen ist, 2d bezeichnet die Polarisierungsrichtung des Laserstrahls 2 der über den dritten Polarisierungsstrahlsplitter 15 übertragen wurde, 15 bezeichnet den dritten Polarisierungsstrahlsplitter, der die Polarisierungsrichtung des Laserstrahls 2 angleicht, und 16 bezeichnet einen Energiesensor zum Messen der Energie des von der fθ Linse 10 emittieren Laserstrahls, 17 bezeichnet einen ersten Verschluss zum Abfangen des Laserstrahls 7, und 18 bezeichnet einen zweiten Verschluss zum Abfangen des Laserstrahls 8.
Der Energiesensor 16 ist an dem XY-Tisch 14 fixiert. Ist die Energie eines Laserstrahls zu messen, so lässt sich der Energiesensor 16 zu einer Position bewegen, wo der Laserstrahl auf einen Lichtempfangsabschnitt des Energiesensors 16 trifft.
Die anderen Bezugszeichen sind identisch zu denjenigen nach 1, die im Zusammenhang mit der Ausführungsform 1 beschrieben wurden, und demnach wird die Beschreibung hier weggelassen.
Die 4 zeigt eine detaillierte Ansicht des in 3 gezeigten dritten Polarisierungsstrahlsplitters 15.
In der Figur bezeichnet 20 einen Servomotor, 21 bezeichnet eine Träger zum Fixieren des dritten Polarisierungsstrahlsplitters 15 und des Servomotors 20, 22 bezeichnet einen Synchronisierriemen zum Übertragen der Energie des Servomotors 20, 23 bezeichnet eine erste Riemenscheibe, die an dem Servomotor 20 angebracht ist, zum Übertragen der Energie des Servomotors 20 zu dem Synchronisierriemen 22, 24 bezeichnet eine zweite Riemenscheibe, die an dem dritten Polarisierungsstrahlsplitter 15 angebracht ist, und die durch den Synchronisierriemen 22 gedreht wird, und 25 bezeichnet eine Dämpfer zum Empfangen der S-Wellenkomponente des Laserstrahls 2, der durch den dritten Polarisierungsstrahlsplitter 15 reflektiert wird.
Der Laserstrahl 2 wird durch den Laseroszillator 1 in der Form linear polarisierten Lichts 2c oszilliert, durch die Spiegel 5 reflektiert, und dann zu dem dritten Polarisierungsstrahlsplitter 15 geführt.
Die P-Wellenkomponente des Laserstrahls 2 wird über den dritten Polarisierungsstrahlsplitter 15 übertragen, zum Ändern der Polarisierungsrichtung zu dem linear polarisierten Licht 2d, das sich im Hinblick auf einen Winkel gegenüber dem linear polarisierten Licht 2c unterscheidet, und dann zu der Maske 4 geführt.
Die S-Wellenkomponente des Laserstrahls 2 wird durch den dritten Polarisierungsstrahlsplitter 15 reflektiert, und dann durch den Dämpfer 25 absorbiert.
Der Laserstrahl 2, in dem lediglich ein gewünschter Abschnitt durch die Maske 4 übertragen wird, wird durch die Spiegel 5 reflektiert, und dann zu dem ersten Polarisierungsstrahlsplitter 6 geführt.
In dem ersten Polarisierungsstrahlsplitter 6 wird die P-Wellenkomponente des Laserstrahls über den ersten Polarisierungsstrahlsplitter 6 übertragen (der Laserstrahl 7), und die S-Wellenkomponente wird durch den ersten Polarisierungsstrahlsplitter 6 reflektiert (der Laserstrahl 8).
Der Laserstrahl 7 wird durch die Spiegel 5 reflektiert, zu dem zweiten Polarisierungsstrahlsplitter 9 geführt, zu dem zweiten Galvanoscanner 12 für ein Abtasten bzw. Scannen in der X-Richtung und der Y-Richtung geführt, und durch die fθ Linse 10 zum Bearbeiten des Werkstücks 13, montiert an dem XY-Tisch 14, konvergiert.
Andererseits wird der Laserstrahl 8 entlang der X-Richtung und der Y-Richtung durch den ersten Galvanoscanner 11 gescannt, und dann zu dem zweiten Polarisierungsstrahlsplitter 9 geführt.
Hiernach wird der Laserstrahl erneut entlang der X-Richtung und der Y-Richtung durch den zweiten Galvanoscanner 12 gescannt, und durch die fθ Linse 10 zum Bearbeiten des an dem XY-Tisch 14 montierten Werkstücks 13 konvergiert.
Die Balance der Energien des Laserstrahls 7 und des Laserstrahls 8 lässt sich durch Verändern des Verhältnis der P-Wellenkomponente und der S-Wellenkomponente, die an dem ersten Polarisierungsstrahlsplitter 6 einfallen, ändern. Ein linear polarisierter Laserstrahl kann einfallend an dem ersten Polarisierungsstrahlsplitter 6 ausgebildet werden, durch Ändern des Polarisierungswinkels 2d des einfallenden Laserstrahls. Unter Nichtberücksichtigung des Verlustes, des Produktionsfehlers und dergleichen in dem ersten Polarisierungsstrahlsplitter 6 wird dann, wenn der Laserstrahl 2 mit derselben Polarisierungsrichtung wie der P-Welle einfällt, der gesamte Laserstrahl als der Laserstrahl 7 übertragen, und wenn der Laserstrahl 2 mit derselben Polarisierungsrichtung wie die S-Welle einfällt, der gesamte Laserstrahl als der Laserstrahl 8 reflektiert.
Zum Ausführen des Aufteilbetriebs unter Festlegung des Laserstrahls 7 und des Laserstrahls 8 mit derselben Energie, fällt der Laserstrahl 2 bei einem Polarisierungswinkel von 45° im Hinblick auf die P-Welle und die S-Welle ein.
Der Polarisierungswinkel 2c des Laserstrahls 2 bei der Oszillation von dem Laseroszillator 1 wird durch die optische Struktur des Laseroszillators 1 bestimmt. Demnach lässt sich der Polarisierungswinkel nicht einfach ändern.
Wird der Laserstrahl 2 durch den dritten Polarisierungsstrahlsplitter 15 geführt, so wird jedoch lediglich die P-Wellenkomponente übertragen, und die S-Wellenkomponente wird reflektiert. Demnach lässt sich der Polarisierungswinkel 2c des Laserstrahls 2 einfach durch Ändern des Winkels des dritten Polarisierungsstrahlsplitters 15 ändern.
Insbesondere dann, wenn der Aufteilbetrieb unter Festlegung des Laserstrahls 7 und des Laserstrahls 8 unter Ausbildung mit derselben Energie auszuführen ist, wird der Winkel des dritten Polarisierungsstrahlsplitters 15 so angeglichen, dass der Laserstrahl 2 mit dem Polarisierungswinkel 2d von 45° im Hinblick auf die P-Welle und die S-Welle von dem ersten Polarisierungsstrahlsplitter 6 einfällt.
Ein Winkelangleichmechanismus des dritten Polarisierungsstrahlsplitters 15 ist in 4 gezeigt.
Der dritte Polarisierungsstrahlsplitter 15 ist an dem Träger 21 so fixiert, dass er um die optische Achse des Laserstrahls 2 rotierbar ist. Die zweite Riemenscheibe 24 ist so fixiert, dass sie sich zusammen mit dem dritten Polarisierungsstrahlsplitter 15 dreht.
Ebenso ist der Servomotor 20, an dem die erste Riemenscheibe angebracht ist, an dem Träger 21 fixiert. Die an dem dritten Polarisierungsstrahlsplitter 15 fixierte zweite Riemenscheibe 24 und die an dem Servomotor 20 fixierte erste Riemenscheibe 23 sind miteinander durch den Synchronisierriemen 22 gekoppelt.
Dreht sich der Servomotor 20 in Ansprechen auf ein Signal von einem Steuergerät, das in den Figuren nicht gezeigt ist, so wird Energie zu dem dritten Polarisierungsstrahlsplitter 15 über den Synchronisierriemen 22 übertragen, und der Winkel des dritten Polarisierungsstrahlsplitters 15 wird geändert. Die S-Wellenkomponente des Laserstrahls 2, die durch den dritten Polarisierungsstrahlsplitter 15 reflektiert wird, wird durch den Dämpfer 25 empfangen.
Wird der Winkel der Peripherieschaltung in dem dritten Polarisierungsstrahlsplitter 15 angeglichen, so wird die S-Wellenkomponente nicht übertragen, sondern sie geht verloren. Zum wirksamen Verwenden eines Laserstrahls wird demnach das Einfallen so ausgeführt, dass der Polarisierungswinkel 2A des Laserstrahls 1 vor dem dritten Polarisierungsstrahlsplitter 15 soweit wie möglich mit dem Polarisierungswinkel 2d des Laserstrahls 2 an der Rückseite des dritten Polarisierungsstrahlsplitters 15 identisch ist.
Das Winkelangleichen in dem dritten Polarisierungsstrahlsplitter 15 spielt eine Rolle für das Feinangleichen des Polarisierungswinkels 2d zum Ermöglichen, dass der Laserstrahl 2 an dem ersten Polarisierungsstrahlsplitter 6 mit einem korrekten Polarisierungswinkel einfällt.
Die 5 zeigt den Ablauf eines automatischen Angleichens des Winkels eines Polarisierungsstrahlsplitters zum Angleichen eines Polarisierungswinkels zum Ermöglichen, dass zwei Laserstrahlen mit Energien eines gewünschten Verhältnis gemäß der Ausführungsform der Erfindung ausgegeben werden.
Nun erfolgt eine Beschreibung unter Bezug auf die 3 und 5. Aus Gründen der Einfachheit der Beschreibung, wird der Fall beschrieben, wo zwei Energien miteinander auszugleichen sind.
Ebenso wie in dem Fall, in dem Energien zweier Laserstrahlen bei unterschiedlichen Verhältnissen vorliegen, kann dann, wenn die anfängliche Einstellung modifiziert ist, das automatische Angleichen in derselben Weise ausgeführt werden.
Eine zulässige Energiedifferenz zwischen dem Laserstrahl 7 und dem Laserstrahl 8 wird bestimmt, und bei dem Steuergerät eingegeben, das in den Figuren nicht gezeigt ist, und es wird ein automatisches Winkelangleichprogramm für den dritten Polarisierungsstrahlsplitter 15 implementiert.
Zunächst wird der Energiesensor 16, fixiert an dem XY-Tisch 14, zu einer Position bewegt, wo der Lichtempfangsabschnitt des Energiesensors 16 den von der fθ Linse 10 emittierten Laserstrahl empfangen kann.
Hiernach wird der zweite Verschluss 18 geschlossen, und der Laseroszillator 1 oszilliert einen Laserstrahl.
Da der zweite Verschluss 18 geschlossen ist, wird der zweite Laserstrahl 8 durch den Abschnitt blockiert, und lediglich der Laserstrahl 7 wird von der fθ Linse 10 emittiert, und der Energiesensor 16 misst die Energie des Laserstrahls 7.
Nach der Energiemessung wird die Laserstrahloszillation einmal gestoppt, der erste Verschluss 17 wird geschlossen, und der zweite Verschluss 18 wird geöffnet, und der Laserstrahl wird erneut oszilliert. Zu diesem Zeitpunkt wird aufgrund der Tatsache, dass der erste Verschluss 17 geschlossen ist, der Laserstrahl 7 durch den Abschnitt blockiert, und lediglich der Laserstrahl 8 wird von der fθ Linse 10 emittiert, und der Energiesensor 16 misst die Energie des Laserstrahls 8. Nach der Energiemessung wird die Laserstrahloszillation gestoppt, und der zweite Verschluss wird geöffnet.
In dem Steuergerät wird die Energiedifferenz zwischen den zwei gemessenen Laserstrahlen berechnet, und dann mit dem zulässigen Wert verglichen, der anfänglich eingegeben wird.
Liegt die Differenz in dem zulässigen Wertebereich, so endet das Programm. Liegt die Differenz nicht bei dem zulässigen Wert, so wird der Winkel des dritten Polarisierungsstrahlsplitters 15 angeglichen, die Energiemessung der zwei Laserstrahlen wird erneut ausgeführt, und die oben erwähnten Betriebsschritte werden solange wiederholt, bis die Grenze innerhalb des zulässigen Werts liegt. Der Angleichumfang des Winkels des dritten Polarisierungsstrahlsplitters 15 hängt von der Polarisierungsrichtung 2d des einfallenden Laserstrahls 2 und dem Befestigungswinkel des ersten Polarisierungsstrahlsplitters 6 ab. In dem Fall, wo der Polarisierungswinkel 2d des einfallenden Laserstrahls 2, der über den dritten Polarisierungsstrahlsplitter 15 übertragen wurde, um mehrere Grad ausgehend von dem Polarisierungswinkel 2c des Laserstrahls 2 geändert wird, der noch nicht über den dritten Polarisierungsstrahlsplitter 15 übertragen wurde, wird theoretisch abgeleitet, dass die Energiedifferenz um ungefähr 7% pro 1° des Winkels des dritten Polarisierungsstrahlsplitters 15 angeglichen werden kann.
Auf diese Weise lässt sich die Beziehung zwischen dem Angleichwinkel des dritten Polarisierungsstrahlsplitters 15 und der Energiedifferenz der zwei Laserstrahlen theoretisch anhand des Polarisierungswinkels 2d des einfallenden Laserstrahls 2 und dem Befestigungswinkel des ersten Polarisierungsstrahlsplitters 6 ableiten. Obgleich abhängig von dem zulässigen Wert der Energiedifferenz, wird dann, wenn der zulässige Wert ungefähr 5% beträgt, das Angleich(programm) durch zweimaliges Ausführen der oben erwähnten Angleichschleife abgeschlossen. demnach lässt sich das Angleichen einfach während einer kurze Zeitperiode ausführen.
Gemäß der Ausführungsform wird in einem Laserbearbeitungsgerät, bei dem ein Laserstrahl in zwei Laserstrahlen durch einen aufteilenden Polarisierungsstrahlsplitter aufgeteilt wird und die zwei Laserstrahlen unabhängig zum Ermöglichen des gleichzeitigen Verarbeitens von zwei Stellen gescannt werden, ein Polarisierungsstrahlsplitter zum Angleichen eines Polarisierungswinkels vor dem Aufteilen des Polarisierungsstrahlsplitters so festgelegt, dass eine Änderung des Polarisierungswinkels eines Laserstrahls an der P-Welle (übertragene Welle) und der S-Welle (reflektierte Welle) des aufteilenden Polarisierungsstrahlsplitters ausgeführt werden kann, und es ist der Mechanismus zum Angleichen eines Winkels in dem Polarisierungsstrahlsplitter zum Angleichen eines Polarisierungswinkels angeglichen, und die Winkelangleichung wird in Ansprechen auf einen Befehl von einem Steuergerät ermöglicht. Demnach lässt sich die Energiebalance zwischen den aufgeteilten Laserstrahlen einfach angleichen, und der Prozessleistungsumfang lässt sich durch Vereinheitlichen der Energien stabilisieren, es lässt sich ein Verkürzen der Einstellzeit realisieren, und es lässt sich eine stabilisierte Produktion realisieren.
Ferner ist ein Sensor zum Messen der Energie eines Laserstrahls angeordnet, und die Energien zweier Laserstrahlen werden gemessen, und der Winkel des Polarisierungsstrahlsplitters zum Angleichen eines Polarisierungswinkels lässt sich automatisch so angleichen, dass die zwei Laserstrahlen bei Energien eines gewünschten Verhältnis ausgegeben werden können, wodurch die Einstellzeit weiter verkürzt werden kann. Weiterhin eliminiert das einfache Angleichen die Anforderung an die Fähigkeiten eines Arbeiters, und es lässt sich ein stabilisierter Prozess realisieren.
Wie oben beschrieben, lässt sich gemäß der Erfindung die Qualität und die Energiedifferenz aufgeteilter Laserstrahlen vereinheitlichen, und die Produktivität kann verbessert werden.
Die optischen Pfadlängen der zwei aufgeteilten Laserstrahlen werden identisch zueinander ausgebildet, wodurch die Strahlbildpunktdurchmesser der zwei aufgeteilten Laserstrahlen identisch zueinander ausgebildet sein können.
Die Energiebalance zwischen aufgeteilter Laserstrahlen lässt sich einfach angleichen, ein Verkürzen der Einstellzeit lässt sich realisieren, und eine stabilisierte Produktion kann realisiert werden.
Ein Sensor zum Messen der Energie eines Laserstrahls ist angeordnet, und die Energien der zwei Laserstrahlen werden gemessen, und der Winkel des Polarisierungsstrahlsplitters zum Angleichen eines Polarisierungswinkels kann automatisch so angeglichen werden, dass sich die zwei Laserstrahlen mit Energien eines gewünschten Verhältnis ausgeben lassen, wodurch sich die Einstellzeit weiter verkürzen lässt. Weiterhin eliminiert das einfache Angleichen die Anforderung an die Fähigkeiten eines Arbeiters, und es lässt sich ein Stabilisierprozess realisieren.
Gewerbliche Anwendbarkeit
Wie oben beschrieben, eignet sich das Laserbearbeitungsgerät der Erfindung als Laserbearbeitungsgerät mit der primären Zielsetzung zum Ausführen eines Bohrprozesses an einem Werkstück, beispielsweise einer gedruckten Leiterplatte.

Claims

Laserbearbeitungsgerät, bei dem ein Laserstrahl (2) in zwei Laserstrahlen (7, 8) durch eine erste Polarisierungsvorrichtung (6) aufgeteilt wird, wobei einer der Laserstrahlen (7) sich mittels zumindest eines Spiegels (5) ausbreitet, ein anderer Laserstrahl (8) durch zwei Galvanospiegel eines ersten Galvanoscanners (11) entlang zweier Axialrichtungen gescannt wird, und die zwei Laserstrahlen (7, 8) zu einer zweiten Polarisierungsvorrichtung (9) geführt und dann durch einen zweiten Galvanoscanner (12) zum Bearbeiten eines Werkstücks (13) gescannt werden, wobei ein optischer Pfad so konfiguriert ist, dass der durch die erste Polarisierungsvorrichtung (6) übertragene Laserstrahl (7) von der zweiten Polarisierungsvorrichtung (9) reflektiert wird, und der von der ersten Polarisierungsvorrichtung (6) reflektierte Laserstrahl (8) durch die zweite Polarisierungsvorrichtung (9) übertragen wird, und wobei eine dritte Polarisierungswinkelangleich-Polarisierungsvorrichtung (15) mit angleichbarem Winkel vor der ersten Polarisierungsvorrichtung (6) platziert ist.
Laserbearbeitungsgerät nach Anspruch 1, wobei reflektierende Oberflächen (62) der zwei Polarisierungsvorrichtungen (6, 9) einander gegenüberliegend platziert sind, und optische Pfade gebildet sind, bei denen optische Pfadlängen der aufgeteilten Laserstrahlen (7, 8) gleich zueinander sind.
Laserbearbeitungsgerät nach Anspruch 1 oder 2, wobei ein Sensor (16) zum Messen einer Energie eines Laserstrahls angeordnet ist, Energien der zwei Laserstrahlen (7, 8) gemessen werden, und der Winkel der dritten Ablenkwinkelangleich-Änderungsvorrichtung (15) so angeglichen ist, dass sich die zwei Laserstrahlen (7, 8) mit Energien eines vorgegebenen Verhältnis ausgeben lassen.