【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザ加工方法に関し、特にレーザビームを加工対象物に入射させて穴を形成するレーザ加工方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
特許文献１に、光源としてＱスイッチレーザを用いて加工対象物に穴を形成するレーザ加工方法が開示されている。加工に用いられるパルスレーザビームの好ましいパルス幅は約４０〜９０ｎｓ又はそれ以下であると説明されている（第１０頁第７〜９行参照）。このような短いパルス幅のレーザビームを用いることにより、熱損傷効果を回避することができる。
【０００３】
【特許文献１】
特表平１０−５０８７９８号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
Ｑスイッチレーザを用いてパルスレーザを発生させる場合、その典型的なパルス幅は１００ｎｓであり、高いピークパワーを得ることが困難である。例えば、パルスの繰り返し周波数５０ｋＨｚ、出力５Ｗ、パルス幅１００ｎｓのＱスイッチレーザ発振器のピークパワーは１ｋＷである。
【０００５】
熱の影響による穴の品質劣化を防止するために、加工時の熱影響を、より軽減する方法が求められている。
【０００６】
本発明の目的は、加工時の熱影響を軽減し、穴の品質劣化を防止することが可能なレーザ加工方法を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の一観点によると、（ａ）モードロックレーザ発振器から、モードロックしたレーザビームを出射する工程と、（ｂ）前記モードロックレーザ発振器から出射したレーザビームを、加工対象物に入射させ、該加工対象物に穴を形成する工程とを有するレーザ加工方法が提供される。
【０００８】
モードロックレーザ発振器を用いることにより、パルス幅がピコ秒オーダのパルスレーザビームを得ることができる。このレーザビームで加工を行うことにより、熱の影響を軽減することが可能になる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１に、実施例によるレーザ加工方法で使用されるレーザ加工装置の概略図を示す。レーザ光源１が、モードロックレーザ発振器を含んで構成される。モードロックレーザ発振器は、非常に接近した波長を持つ振動のいくつかのモードを同期させることによって、ピコ秒のパルス幅を持つレーザビームを発生する。例えば、レーザ媒質としてＮｄ：ＹＡＧを用い、変調周波数を１００ＭＨｚとした場合、パルス幅が約１０ｐｓ、パルス間隔が約１０ｎｓのレーザビームを得ることができる。出力が１０Ｗである場合、パルスエネルギは１００ｎＪ／パルスとなり、ピークパワーは約１０ｋＷになる。なお、変調周波数を３０ＭＨｚ〜５ＧＨｚとしてもよい。
【００１０】
レーザ光源１から出射されたレーザビームが、マスク２に入射する。マスク２には所定の大きさの貫通孔が形成されており、レーザビームの断面を整形する。マスク２の貫通孔を通過したレーザビームが、光スイッチング素子３に入射する。光スイッチング素子３は、入射したレーザビームを所定の期間だけ通過させる。
【００１１】
光スイッチング素子３は、例えば偏光板と電気光学素子と偏光ビームスプリッタとで構成することができる。マスク２を通過したレーザビームが、偏光板により、偏光ビームスプリッタに対してＰ波になる。Ｐ波が電気光学素子に入射する。電気光学素子は、外部から与えられる信号により、偏光方向をπ／２だけ旋回させ、Ｐ波をＳ波に変換する。偏光ビームスプリッタは、Ｐ波を透過させ、Ｓ波を反射する。偏光ビームスプリッタで反射したＳ波は、ビームダンパに入射する。このように、光スイッチング素子３は、レーザビームを所定の期間だけ透過させることができる。光スイッチング素子３がレーザビームを透過させる状態を「透過状態」と呼び、透過させない状態を「非透過状態」と呼ぶこととする。
【００１２】
なお、光スイッチング素子３を、音響光学素子で構成してもよい。音響光学素子は、外部から与えられリ信号により、レーザビームの進行方向を変化させることができる。
【００１３】
光スイッチング素子３を通過したレーザビームが、光機能素子４に入射する。光機能素子４は、例えば光増幅器である。光増幅器は、入射したレーザビームを増幅する。光機能素子４を波長変換素子で構成してもよい。波長変換素子は、入射したレーザビームの高調波を発生する。また、光機能素子４を、光増幅器と波長変換素子とで構成してもよい。
【００１４】
光機能素子４を通過したレーザビームが折り返しミラー５で反射し、ガルバノスキャナ６に入射する。ガルバノスキャナ６は、レーザビームを２次元方向に走査する。ガルバノスキャナ６で走査されたレーザビームが、ｆθレンズ７により収束され、ＸＹステージ８に保持された加工対象物９に入射する。ｆθレンズ７は、マスク２の貫通孔を加工対象物９の表面上に結像させる。加工対象物９は、例えばプリント配線基板、パッケージインターポーザ等である。
【００１５】
レーザ光源１、光スイッチング素子３、及びガルバノスキャナ６は、制御装置１０により制御される。
【００１６】
次に、実施例によるレーザ加工方法について説明する。まず、加工対象物をＸＹステージ８に載置する。光スイッチング素子３を非透過状態にしておき、レーザ光源１から、モードロックしたレーザビームを出射する。レーザビームが加工対象物９の所望の位置に入射するように、ガルバノスキャナ６を制御する。所望の時間だけ、光スイッチング素子３を透過状態にする。これにより、加工対象物９の所望の位置に所望の深さの穴を形成することができる。
【００１７】
ガルバノスキャナ６の制御と、光スイッチング素子３の制御とを繰り返すことにより、複数の穴を形成することができる。
【００１８】
上記実施例では、加工対象物９に入射するレーザビームのパルス幅は１０ｐｓ程度と非常に短い。このため、レーザビームの入射による熱影響を回避することができ、熱影響による穴の品質低下を防止することができる。なお、熱影響を回避するために、パルス幅を１ｐｓ〜３００ｐｓとすることが好ましい。
【００１９】
上記実施例では、レーザ光源１としてモードロックレーザ発振器を使用しているため、パルス幅の非常に短いレーザビームを得ることができる。パルス幅が短いため、ピークパワーが大きくなる。通常、光増幅器の増幅率や波長変換素子の変換効率は、入射するレーザビームのピークパワーが大きいほど高くなる。このため、光機能素子４を構成する光増幅器の増幅率を高くし、波長変換素子の変換効率を高くすることができる。
【００２０】
上記実施例では、モードロックレーザ発振器のレーザ媒質としてＮｄ：ＹＡＧを用いたが、その他にＮｄ：ＹＬＦ、Ｎｄ：ＹＶＯ４、Ｔｉ：サファイヤ等を用いてもよい。これらのレーザ媒質を用いた場合の発振波長は赤外領域であるが、光機能素子４を波長変換素子で構成することにより、可視域や紫外域のレーザビームを得ることができる。
【００２１】
上記実施例では、モードロックレーザ発振器を連続で発振させ、光スイッチング素子３でレーザビームの透過状態を制御することにより、ピコ秒パルスが一定の周期で並んだレーザビームから、多数のピコ秒パルスを含むパルス群を切り出した。モードロックレーザ発振器の励起光源として、パルス動作する半導体レーザ発振器を使用してもよい。所望の時間だけモードロックレーザ発振器を励起することにより、光スイッチング素子を使用することなく、所望の期間だけ、加工対象物にレーザビームを入射させることができる。
【００２２】
以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。
【００２３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、レーザ光源としてモードロックレーザ発振器を使用することにより、パルス幅がピコ秒オーダのパルスレーザビームを用いて穴あけ加工を行うことができる。これにより、熱影響による加工品質の低下を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例によるレーザ加工方法で用いられるレーザ加工装置の概略図である。
【符号の説明】
１ レーザ光源
２ マスク
３ 光スイッチング素子
４ 光機能素子
５ 折り返しミラー
６ ガルバノスキャナ
７ ｆθレンズ
８ ＸＹステージ
９ 加工対象物
１０ 制御装置[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a laser processing method, and more particularly to a laser processing method for forming a hole by making a laser beam incident on an object to be processed.
[0002]
[Prior art]
Patent Document 1 discloses a laser processing method for forming a hole in a processing object using a Q-switched laser as a light source. The preferred pulse width of the pulsed laser beam used for processing is described to be about 40-90 ns or less (see page 10, lines 7-9). By using such a short pulse width laser beam, the thermal damage effect can be avoided.
[0003]
[Patent Document 1]
JP 10-508798 Gazette [0004]
[Problems to be solved by the invention]
When a pulse laser is generated using a Q-switched laser, the typical pulse width is 100 ns, and it is difficult to obtain a high peak power. For example, the peak power of a Q-switch laser oscillator having a pulse repetition frequency of 50 kHz, an output of 5 W, and a pulse width of 100 ns is 1 kW.
[0005]
In order to prevent deterioration of hole quality due to the influence of heat, a method for further reducing the influence of heat during processing is required.
[0006]
An object of the present invention is to provide a laser processing method capable of reducing the influence of heat during processing and preventing deterioration of hole quality.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
According to one aspect of the present invention, (a) a step of emitting a mode-locked laser beam from a mode-locked laser oscillator, and (b) a laser beam emitted from the mode-locked laser oscillator is incident on a workpiece. And a step of forming a hole in the workpiece.
[0008]
By using a mode-locked laser oscillator, a pulse laser beam having a pulse width on the order of picoseconds can be obtained. By performing processing with this laser beam, it is possible to reduce the influence of heat.
[0009]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 is a schematic view of a laser processing apparatus used in the laser processing method according to the embodiment. The laser light source 1 includes a mode-locked laser oscillator. Mode-locked laser oscillators generate a laser beam with a picosecond pulse width by synchronizing several modes of vibration with very close wavelengths. For example, when Nd: YAG is used as the laser medium and the modulation frequency is 100 MHz, a laser beam having a pulse width of about 10 ps and a pulse interval of about 10 ns can be obtained. When the output is 10 W, the pulse energy is 100 nJ / pulse and the peak power is about 10 kW. The modulation frequency may be 30 MHz to 5 GHz.
[0010]
A laser beam emitted from the laser light source 1 enters the mask 2. A through hole having a predetermined size is formed in the mask 2 and shapes the cross section of the laser beam. The laser beam that has passed through the through hole of the mask 2 enters the optical switching element 3. The optical switching element 3 passes the incident laser beam only for a predetermined period.
[0011]
The optical switching element 3 can be composed of, for example, a polarizing plate, an electro-optical element, and a polarizing beam splitter. The laser beam that has passed through the mask 2 becomes a P wave with respect to the polarizing beam splitter by the polarizing plate. P wave enters the electro-optic element. The electro-optic element turns the polarization direction by π / 2 according to a signal given from the outside, and converts the P wave into an S wave. The polarization beam splitter transmits the P wave and reflects the S wave. The S wave reflected by the polarization beam splitter enters the beam damper. Thus, the optical switching element 3 can transmit the laser beam only for a predetermined period. A state in which the optical switching element 3 transmits the laser beam is referred to as a “transmission state”, and a state in which the optical switching element 3 does not transmit the laser beam is referred to as a “non-transmission state”.
[0012]
In addition, you may comprise the optical switching element 3 with an acousto-optic element. The acoustooptic device can change the traveling direction of the laser beam by a re-signal given from the outside.
[0013]
The laser beam that has passed through the optical switching element 3 enters the optical functional element 4. The optical functional element 4 is, for example, an optical amplifier. The optical amplifier amplifies the incident laser beam. The optical functional element 4 may be composed of a wavelength conversion element. The wavelength conversion element generates harmonics of the incident laser beam. The optical functional element 4 may be composed of an optical amplifier and a wavelength conversion element.
[0014]
The laser beam that has passed through the optical functional element 4 is reflected by the folding mirror 5 and enters the galvano scanner 6. The galvano scanner 6 scans the laser beam in a two-dimensional direction. The laser beam scanned by the galvano scanner 6 is converged by the fθ lens 7 and is incident on the workpiece 9 held on the XY stage 8. The fθ lens 7 forms an image of the through hole of the mask 2 on the surface of the workpiece 9. The workpiece 9 is, for example, a printed wiring board or a package interposer.
[0015]
The laser light source 1, the optical switching element 3, and the galvano scanner 6 are controlled by the control device 10.
[0016]
Next, the laser processing method according to the embodiment will be described. First, the workpiece is placed on the XY stage 8. The optical switching element 3 is set in a non-transmissive state, and a mode-locked laser beam is emitted from the laser light source 1. The galvano scanner 6 is controlled so that the laser beam is incident on a desired position of the workpiece 9. The optical switching element 3 is set in a transmissive state for a desired time. Thereby, a hole with a desired depth can be formed at a desired position of the workpiece 9.
[0017]
A plurality of holes can be formed by repeating control of the galvano scanner 6 and control of the optical switching element 3.
[0018]
In the above embodiment, the pulse width of the laser beam incident on the workpiece 9 is as short as about 10 ps. For this reason, it is possible to avoid the thermal influence due to the incidence of the laser beam, and it is possible to prevent the deterioration of the hole quality due to the thermal influence. In order to avoid a thermal effect, the pulse width is preferably set to 1 ps to 300 ps.
[0019]
In the above embodiment, since a mode-locked laser oscillator is used as the laser light source 1, a laser beam having a very short pulse width can be obtained. Since the pulse width is short, the peak power increases. Usually, the amplification factor of the optical amplifier and the conversion efficiency of the wavelength conversion element increase as the peak power of the incident laser beam increases. For this reason, the amplification factor of the optical amplifier constituting the optical functional element 4 can be increased, and the conversion efficiency of the wavelength conversion element can be increased.
[0020]
In the above embodiment, Nd: YAG is used as the laser medium of the mode-locked laser oscillator, but Nd: YLF, Nd: YVO 4 , Ti: sapphire, or the like may be used. When these laser media are used, the oscillation wavelength is in the infrared region, but by forming the optical functional element 4 with a wavelength conversion element, a laser beam in the visible region or the ultraviolet region can be obtained.
[0021]
In the above embodiment, the mode-locked laser oscillator is continuously oscillated, and the transmission state of the laser beam is controlled by the optical switching element 3, so that a large number of picosecond pulses are generated from a laser beam in which picosecond pulses are arranged at a constant period. The pulse group containing was cut out. A semiconductor laser oscillator that operates in pulses may be used as an excitation light source for the mode-locked laser oscillator. By exciting the mode-locked laser oscillator for a desired time, the laser beam can be incident on the workpiece for a desired period without using an optical switching element.
[0022]
Although the present invention has been described with reference to the embodiments, the present invention is not limited thereto. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications, improvements, combinations, and the like can be made.
[0023]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, by using a mode-locked laser oscillator as a laser light source, drilling can be performed using a pulse laser beam having a pulse width on the order of picoseconds. Thereby, the degradation of the processing quality due to the heat effect can be prevented.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic view of a laser processing apparatus used in a laser processing method according to an embodiment.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Laser light source 2 Mask 3 Optical switching element 4 Optical functional element 5 Folding mirror 6 Galvano scanner 7 f (theta) lens 8 XY stage 9 Work target 10 Control apparatus
