JP6402895B2 - Laser processing method and laser processing apparatus - Google Patents

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Description

本発明はレーザ加工方法およびレーザ加工装置に係り、特にプリント基板等のワークに貫通穴を加工するのに好適なレーザ加工方法およびレーザ加工装置に関する。  The present invention relates to a laser processing method and a laser processing apparatus, and more particularly to a laser processing method and a laser processing apparatus suitable for processing a through hole in a work such as a printed board.

例えばプリント基板では、表面パターンと裏面パターンを接続するための貫通穴を多数加工する必要がある。パターンの細線化に伴い、貫通穴の直径を０．１２ｍｍ以下の小径にすることが望まれている。ドリルでも直径０．１ｍｍの貫通穴を加工することはできるが、加工コストが高価になった。また、直径０．１ｍｍ未満の貫通穴を加工することは困難である。そこで、レーザ光を用いて貫通穴を加工するようになっている。
図１２はレーザ光を用いて加工した貫通穴の断面図であり、（ａ）はレーザ光を片側（例えば、表面パターンＰａ側）から照射して加工した貫通穴の場合、（ｂ）は表面パターンＰａ側からレーザ光を照射して貫通穴を途中まで加工した後、ワークｗを反転させて裏面パターンＰｂ側からレーザ光を照射して穴を貫通させた貫通穴の場合である。
同図（ａ）に示すように、レーザ光を片側から照射した場合、穴の深さが０．２ｍｍ以上になると分解物や蒸発物が穴内部に留まるようになるため、穴形状が円錐台形になり、穴壁面に溶融した付着物が多くなる。また、板厚が０．４ｍｍ以上になると、穴底コーナ部の樹脂Ｉｓが反射光によって分解されて抉られることによる空洞部Ｈａが形成されるとともにガラス繊維が突出してしまう。このため、めっき液が入り難くなり、表面パターンＰａと裏面パターンＰｂの接続信頼性が低下した。
また、同図（ｂ）に示すように、表面パターンＰａ側からレーザ光を照射して途中まで穴を加工した後、ワークｗを反転させて裏面パターンＰｂ側からレーザ光を照射して貫通穴とした場合、表面パターンＰａ側から加工した穴と裏面パターンＰｂ側から加工した穴の軸線がずれてしまう場合がある。表面パターンＰａ側から加工した穴の軸線と裏面パターンＰｂ側から加工した穴の軸線とがずれていると、貫通穴の内面のめっきが不完全になる場合がある。表面パターンＰａ側から加工した穴の軸線と裏面パターンＰｂ側から加工した穴の軸線がずれるのは、ワークｗを反転させることによるワークｗの位置決め誤差に起因することが多い。For example, in a printed board, it is necessary to process a large number of through holes for connecting the front surface pattern and the back surface pattern. As the pattern becomes thinner, it is desired that the diameter of the through hole be made smaller than 0.12 mm. Although it is possible to process a through-hole having a diameter of 0.1 mm even with a drill, the processing cost becomes expensive. Moreover, it is difficult to process a through hole having a diameter of less than 0.1 mm. Therefore, the through hole is processed using laser light.
FIG. 12 is a cross-sectional view of a through hole processed using a laser beam. (A) is a through hole processed by irradiating a laser beam from one side (for example, the surface pattern Pa side), and (b) is a surface. This is a case of a through hole in which a laser beam is irradiated from the pattern Pa side to process the through hole halfway, and then the workpiece w is reversed and a laser beam is irradiated from the back pattern Pb side to penetrate the hole.
As shown in FIG. 5A, when the laser beam is irradiated from one side, when the hole depth is 0.2 mm or more, decomposed products and evaporated products remain inside the hole, so the hole shape is a truncated cone. As a result, the amount of deposits melted on the hole wall surface increases. Further, when the plate thickness is 0.4 mm or more, the hollow portion Ha is formed by the resin Is at the hole bottom corner portion being decomposed and reflected by the reflected light, and the glass fiber protrudes. For this reason, it became difficult for the plating solution to enter, and the connection reliability between the front surface pattern Pa and the back surface pattern Pb was lowered.
Further, as shown in FIG. 5B, after a hole is processed halfway by irradiating the laser beam from the surface pattern Pa side, the workpiece w is reversed and the laser beam is irradiated from the back surface pattern Pb side to pierce the hole. In this case, the axis of the hole processed from the front surface pattern Pa side and the hole processed from the back surface pattern Pb side may be displaced. If the axial line of the hole processed from the front surface pattern Pa side and the axial line of the hole processed from the back surface pattern Pb side are shifted, plating of the inner surface of the through hole may be incomplete. The axis of the hole processed from the surface pattern Pa side and the axis of the hole processed from the back pattern Pb side often deviate from a positioning error of the workpiece w caused by reversing the workpiece w.

そこで、一対の位置決め光学系をワークの板厚方向の両側に配置し、ワークを反転させることなくワークに貫通穴を加工するようにした装置が知られている（特許文献１）。この技術に依れば、品質に優れる貫通穴を加工することができた。また、ワーク板厚方向の両側に配置した一対の位置決め光学系の光軸をずらせて配置することにより、一方の光学系から出力されたレーザ光が他方の光学系に入射して他方のレーザ発振器を損傷させることを予防できた。  Therefore, an apparatus is known in which a pair of positioning optical systems are arranged on both sides in the plate thickness direction of a workpiece so that a through hole is processed in the workpiece without inverting the workpiece (Patent Document 1). According to this technology, it was possible to machine through holes with excellent quality. Also, by arranging the optical axes of the pair of positioning optical systems arranged on both sides in the workpiece thickness direction, the laser light output from one optical system is incident on the other optical system and the other laser oscillator It was possible to prevent damage.

特開２０１０−８２６３１号公報JP 2010-82631 A

加工が進むにつれて、ワークには加工に伴う熱が蓄積され、ワークは変形する。特許文献１では一方からの加工と他方からの加工に時間差があるため、表面から加工した穴と裏面から加工した穴の軸線がずれてしまう場合があった。  As machining progresses, heat associated with machining is accumulated in the workpiece, and the workpiece is deformed. In Patent Document 1, since there is a time difference between processing from one side and processing from the other side, the axis line of the hole processed from the front surface and the hole processed from the back surface may shift.

本発明の目的は、表面から加工した穴と裏面から加工した穴の軸線を同軸とし、めっきの信頼性すなわりプリント基板の信頼性を向上させることができるレーザ加工方法および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 method and a laser processing apparatus in which the axis of a hole processed from the front surface and the axis of the hole processed from the back surface are coaxial, and the reliability of plating, that is, the reliability of a printed circuit board can be improved. There is.

上記した課題を解決するため、本発明の第１の手段は、スキャナとｆθレンズとにより前記ｆθレンズの大きさで定まる加工領域にレーザ光を照射してワークに貫通穴を形成するようにしたレーザ加工方法において、スキャナとｆθレンズを２組設け、ワークを挟み２個の前記ｆθレンズの軸線を同軸にしておき、一方のレーザ光を当該レーザ光の進行方向に関して時計回りの円偏光レーザ、他方のレーザ光を当該レーザ光の進行方向に関して反時計回りの円偏光レーザとしてワークの両側から貫通穴を加工することを特徴とする。In order to solve the above-described problems, the first means of the present invention is to form a through hole in a workpiece by irradiating a laser beam to a processing region determined by the size of the fθ lens by a scanner and an fθ lens. In the laser processing method, two sets of a scanner and an fθ lens are provided, a work is sandwiched between the axes of the two fθ lenses, and one of the laser beams is a circularly polarized laser that is clockwise with respect to the traveling direction of the laser beam. The other laser beam is processed as a through-hole from both sides of the workpiece as a circularly polarized laser beam counterclockwise with respect to the traveling direction of the laser beam .

また、本発明の第２の手段は、スキャナとｆθレンズとからなるレーザ光位置決め装置を備え、前記ｆθレンズの大きさで定まる加工領域毎にワークを加工するようにしたレーザ加工装置において、前記レーザ光位置決め装置を２組設けると共に、直線偏光のレーザ光を円偏光に変換する手段を設け、ワークを挟み前記レーザ光位置決め装置の２個の前記ｆθレンズの軸線を同軸に配置し、前記レーザ光位置決め装置の一方に入射させるレーザ光を当該レーザ光の進行方向に関して時計回りの円偏光レーザとし、前記レーザ光位置決め装置の他方に入射させるレーザ光を当該レーザ光の進行方向に関して反時計回りの円偏光レーザとすることを特徴とする。According to a second means of the present invention, there is provided a laser beam positioning device comprising a scanner and an fθ lens, wherein the workpiece is processed for each processing region determined by the size of the fθ lens. laser beam positioning device two sets provided Rutotomoni, means for converting the circularly polarized light linearly polarized laser beam is provided, arranged on the axis of two of the fθ lens of the scissors work laser beam positioning device coaxially, the A laser beam incident on one side of the laser beam positioning device is a circularly polarized laser that is clockwise with respect to the traveling direction of the laser beam, and a laser beam incident on the other side of the laser beam positioning device is counterclockwise with respect to the traveling direction of the laser beam. It is characterized by using a circularly polarized laser .

本発明に依れば、表面から加工した穴と裏面から加工した穴の軸線を同軸とすることができるので、めっきの信頼性すなわりプリント基板の信頼性を向上させることができる。  According to the present invention, since the hole processed from the front surface and the axis of the hole processed from the back surface can be made coaxial, the reliability of plating, that is, the reliability of the printed circuit board can be improved.

本発明を説明する図である。It is a figure explaining this invention. 本発明を説明する図である。It is a figure explaining this invention. 本発明を説明する図である。It is a figure explaining this invention. 本発明を説明する図である。It is a figure explaining this invention. 本発明を説明する図である。It is a figure explaining this invention. 本発明を説明する図である。It is a figure explaining this invention. 本発明を説明する図である。It is a figure explaining this invention. 本発明を説明する図である。It is a figure explaining this invention. 本発明を説明する図である。It is a figure explaining this invention. 本発明を説明する図である。It is a figure explaining this invention. 本発明を説明する図である。It is a figure explaining this invention. 従来技術の説明図である。It is explanatory drawing of a prior art.

以下、図面を参照しながら、本発明を説明する。  Hereinafter, the present invention will be described with reference to the drawings.

図１は本発明に係るレーザ加工機Ｍの全体模式図である。架台Ｃは床面上に載置されている。フレームＤは架台Ｃ上に固定されている。フレームＤは上部フレーム１と、下部フレーム３と、上部フレーム１と下部フレーム３とを接続する２本のコラム２と、から構成され、中央部に方形の開口Ｇ１を備える枠状である。
上部フレーム１の側面には直動駆動機構４が床面と平行なＸ方向に配置されている。下部フレーム３の側面には直線支持機構５がＸ方向に配置されている。一方を直動駆動機構４に支持され、他方を直線支持機構５に支持されたＸテーブル６は、フレームＤ上をＸ方向に位置決め自在である。Ｘテーブル６は中央部に方形の開口Ｈを備える枠状である。開口ＨのＸ方向の幅は、Ｘテーブル６が加工時に移動するとき後述する加工ヘッドと干渉しない大きさである。FIG. 1 is an overall schematic view of a laser beam machine M according to the present invention. The gantry C is placed on the floor surface. The frame D is fixed on the gantry C. The frame D is composed of an upper frame 1, a lower frame 3, and two columns 2 that connect the upper frame 1 and the lower frame 3, and has a frame shape with a square opening G1 at the center.
On the side surface of the upper frame 1, a linear drive mechanism 4 is arranged in the X direction parallel to the floor surface. A linear support mechanism 5 is arranged on the side surface of the lower frame 3 in the X direction. The X table 6, one of which is supported by the linear drive mechanism 4 and the other supported by the linear support mechanism 5, can be positioned on the frame D in the X direction. The X table 6 has a frame shape with a square opening H at the center. The width in the X direction of the opening H is a size that does not interfere with a machining head described later when the X table 6 moves during machining.

Ｘテーブル６側面のＸ方向の一方には、直動駆動機構７が床面に垂直なＹ方向に配置され、他方には直線支持機構８がＹ方向に配置されている。一方を直動駆動機構７に支持され、他方を直線支持機構８に支持されたＹテーブル９は、Ｘテーブル６上をＹ方向に位置決め自在である。Ｙテーブル９は中央部に方形の開口Ｊを備える枠状である。開口ＪのＹ方向の２つの側面はＹ軸と平行である。開口Ｊ内の右側面側にはサブプレート６０がＸ方向移動自在かつ位置決め自在に嵌合している。サブプレート６０の左側面は対向する開口Ｊの左側面と平行である。サブプレート６０の表面（ワークｗを載置する面）はＹテーブル９の表面（ワークｗを載置する面）と同一面になるように構成されている。  A linear drive mechanism 7 is arranged in the Y direction perpendicular to the floor surface on one side of the X table 6 in the X direction, and a linear support mechanism 8 is arranged in the Y direction on the other side. The Y table 9, one of which is supported by the linear drive mechanism 7 and the other supported by the linear support mechanism 8, can be positioned on the X table 6 in the Y direction. The Y table 9 has a frame shape with a square opening J at the center. Two side surfaces of the opening J in the Y direction are parallel to the Y axis. A sub-plate 60 is fitted on the right side in the opening J so as to be movable in the X direction and positioned. The left side surface of the sub plate 60 is parallel to the left side surface of the opening J that faces the sub plate 60. The surface of the sub-plate 60 (the surface on which the workpiece w is placed) is configured to be flush with the surface of the Y table 9 (the surface on which the workpiece w is placed).

開口ＪのＸ方向の幅は、サブプレート６０の右側面を開口Ｊの右側面に当接させたとき、開口Ｊの左側面とサブプレート６０の左側面との距離が被加工物であるワークｗ（ここではプリント基板）のＸ方向の加工領域の最大値以上となる大きさである。
ここで、Ｙテーブル９の移動範囲の中心のＹ座標は、後述するｆθレンズ１３の軸心のＹ座標と同じである。The width of the opening J in the X direction is a workpiece in which the distance between the left side surface of the opening J and the left side surface of the sub plate 60 is a workpiece when the right side surface of the sub plate 60 is brought into contact with the right side surface of the opening J. The size is greater than or equal to the maximum value of the processing region in the X direction of w (here, the printed circuit board).
Here, the Y coordinate of the center of the movement range of the Y table 9 is the same as the Y coordinate of the axis of the fθ lens 13 described later.

主クランプ機構１０ａは、開口Ｊの左側面と平行に配置されている。サブクランプ機構１０ｂはサブプレート６０上開口Ｊの左側面と平行に配置されている。主クランプ機構１０ａとサブクランプ機構１０ｂの詳細については後述する。  The main clamp mechanism 10a is disposed in parallel with the left side surface of the opening J. The sub-clamp mechanism 10b is disposed in parallel with the left side surface of the opening J on the sub-plate 60. Details of the main clamp mechanism 10a and the sub clamp mechanism 10b will be described later.

架台Ｃ上には表面加工ヘッドＢＦと裏面加工ヘッドＢＲとが配置されている。表面加工ヘッドＢＦはＹテーブル９の前側（図における右側）に、表面加工ヘッドＢＦと構成が同じである裏面加工ヘッドＢＲはＹテーブル９の後側（図における左側）にそれぞれ配置されている。なお、装置構成を分かりやすくするため、同図では表面加工ヘッドＢＦ、裏面加工ヘッドＢＲを展開した位置で示しているが、例えば、表面加工ヘッドＢＦのスタンド１９Ｆは架台Ｃ上の破線で示す位置Ｅに配置されている。  On the gantry C, a surface processing head BF and a back surface processing head BR are arranged. The surface processing head BF is disposed on the front side (right side in the drawing) of the Y table 9, and the back surface processing head BR having the same configuration as the surface processing head BF is disposed on the rear side (left side in the drawing). In addition, in order to make the device configuration easy to understand, the front surface processing head BF and the back surface processing head BR are shown in a developed position in FIG. E is arranged.

スタンド１９Ｆの上部には直動駆動機構１１Ｆが配置されている。直動駆動機構１１Ｆはレーザ光をＸＹ方向にスキャニングするＸＹスキャナ１２Ｆ、ｆθレンズ１３Ｆおよび光学面清掃機構１６ＦをＸＹ方向に垂直なＺ方向に位置決めする。後述するように、ｆθレンズ１３Ｆのワークｗと対向する面側にはウィンドセルが配置されている。
スタンド１９Ｒの上部には直動駆動機構１１Ｒが配置されている。直動駆動機構１１Ｒはレーザ光をＸＹ方向にスキャニングするＸＹスキャナ１２Ｒ、ｆθレンズ１３Ｒおよび光学面清掃機構１６ＲをＸＹ方向に垂直なＺ方向に位置決めする。ここで、ｆθレンズ１３Ｆとｆθレンズ１３Ｒの光軸は同軸となるように構成されている。A linear drive mechanism 11F is disposed on the top of the stand 19F. The linear motion drive mechanism 11F positions the XY scanner 12F that scans laser light in the XY direction, the fθ lens 13F, and the optical surface cleaning mechanism 16F in the Z direction perpendicular to the XY direction. As will be described later, a wind cell is disposed on the surface of the fθ lens 13F facing the work w.
A linear drive mechanism 11R is disposed on the top of the stand 19R. The linear motion drive mechanism 11R positions the XY scanner 12R that scans laser light in the XY direction, the fθ lens 13R, and the optical surface cleaning mechanism 16R in the Z direction perpendicular to the XY direction. Here, the optical axes of the fθ lens 13F and the fθ lens 13R are configured to be coaxial.

架台Ｃ上には表面加工用のレーザ発振器ＦＦと、裏面加工用のレーザ発振器ＦＲ（同図では図示を省略されている）が配置されている。また、ワークｗの表面上に設けられたアライメントマーク（位置決めマーク）を検出するためのカメラ１７Ｆ、１７Ｒが予め定める位置に配置されている。また、同図では図示を省略しているが、光学面清掃機構１６Ｆ、１６Ｒの近傍には集塵装置１８が配置されている。  On the gantry C, a laser oscillator FF for front surface processing and a laser oscillator FR for back surface processing (not shown in the figure) are arranged. In addition, cameras 17F and 17R for detecting alignment marks (positioning marks) provided on the surface of the workpiece w are arranged at predetermined positions. Although not shown in the drawing, a dust collector 18 is disposed in the vicinity of the optical surface cleaning mechanisms 16F and 16R.

次に、加工ヘッドＢＦについてさらに説明する。
図２は加工ヘッドＢＦの正面図、図３は加工ヘッドＢＦの平面図である。
スタンド１９Ｆ上部のＸ方向の中央部には直動駆動機構１１Ｆが配置されている。直動駆動機構１１ＦのＸ方向の両側には移動部と固定部とからなる直動機構３１Ｆと直動機構３２Ｆがそれぞれ配置されている。直動機構３１Ｆ、３２Ｆの固定部はスタンド１９Ｆの上部に固定されている。
直動機構３１Ｆ、直動機構３２Ｆの移動部は図示を省略する駆動手段によりＺ方向に位置決め自在である。直動機構３１Ｆの移動部にはワークガイド１４１を支持する支持具３４１が固定されている。また、直動機構３２Ｆ２移動部にはワークガイド１４２を支持する支持具３４２が固定されている。ここで、ワークガイド１４１のワークガイド１４２と対向する面（ＹＺ方向の面である）、およびワークガイド１４２のワークガイド１４１と対向する面は同一面となるように構成されている。
光学面清掃機構１６Ｆとワークガイド１４１、１４２との間には空間Ｋｏが形成されている。光学面清掃機構１６Ｆの詳細については後述する。
なお、ワークガイド１４１、１４２に対向する後述のワークガイド１５１、１５２を除き、加工ヘッドＢＲは加工ヘッドＢＦと実質的に構成が同じである。したがって、加工ヘッドＢＦの説明における各構成要素の添え字Ｆを添え字Ｒに置き換えると加工ヘッドＢＲの説明になるので、加工ヘッドＢＲの詳細な説明は省略する。ワークガイド１５１、１５２については後述する。Next, the processing head BF will be further described.
FIG. 2 is a front view of the machining head BF, and FIG. 3 is a plan view of the machining head BF.
A linear drive mechanism 11F is disposed at the center of the stand 19F in the X direction. A linear motion mechanism 31F and a linear motion mechanism 32F each having a moving portion and a fixed portion are disposed on both sides in the X direction of the linear motion drive mechanism 11F. The fixed parts of the linear motion mechanisms 31F and 32F are fixed to the upper part of the stand 19F.
The moving parts of the linear motion mechanism 31F and the linear motion mechanism 32F can be positioned in the Z direction by driving means (not shown). A support 341 that supports the work guide 141 is fixed to the moving portion of the linear motion mechanism 31F. A support 342 that supports the work guide 142 is fixed to the linear motion mechanism 32F2 moving portion. Here, the surface of the work guide 141 facing the work guide 142 (the surface in the YZ direction) and the surface of the work guide 142 facing the work guide 141 are configured to be the same surface.
A space Ko is formed between the optical surface cleaning mechanism 16F and the work guides 141 and 142. Details of the optical surface cleaning mechanism 16F will be described later.
The processing head BR has substantially the same configuration as the processing head BF except for work guides 151 and 152 described later that face the work guides 141 and 142. Therefore, if the subscript F of each component in the description of the processing head BF is replaced with the subscript R, the processing head BR will be described, and thus the detailed description of the processing head BR will be omitted. The work guides 151 and 152 will be described later.

図４は図２のＰ矢視図である。
ワークガイド１４１、１４２のワークｗと対向する面には二重丸で示す小径の穴３５が配置されている。穴３５は圧縮空気源に接続されている。ワークガイド１４１、１４２の中央部には、ワークガイド１４１、１４２のワークｗ対向面を同一面（ＸＹ方向の面）に位置決めしたときにｆθレンズ１３に向かって断面積が小さくなる正四角錐台の穴３７を形成する溝３７ａ，３７ｂがそれぞれ形成されている。なお、穴３７のｆθレンズ１３に対向する辺の長さはｆθレンズ１３の径で定まる加工領域Ｋ（図中に１点鎖線で示す）の辺の長さよりも長い。4 is a view taken in the direction of arrow P in FIG.
A small-diameter hole 35 indicated by a double circle is arranged on the surface of the work guides 141 and 142 facing the work w. The hole 35 is connected to a compressed air source. At the center of the work guides 141 and 142, there is a regular quadrangular truncated pyramid whose cross-sectional area decreases toward the fθ lens 13 when the work w facing surface of the work guides 141 and 142 is positioned on the same surface (surface in the XY direction). Grooves 37a and 37b for forming the holes 37 are respectively formed. Note that the length of the side of the hole 37 facing the fθ lens 13 is longer than the length of the side of the processing region K (indicated by a one-dot chain line in the figure) determined by the diameter of the fθ lens 13.

図５は図２のＱ矢視図である
ワークガイド１５１、１５２のワークｗと対向する面には二重丸で示す小径の穴３５と丸で示す小径の穴３６とが配置されている。穴３５は圧縮空気源に、穴３６はエア吸引源にそれぞれ接続されている。ワークガイド１５１、１５２の中央部には、ワークガイド１５１、１５２のワークｗ対向面を同一面（ＸＹ方向の面）に位置決めしたときにｆθレンズ１３に向かって断面積が小さくなる正四角錐台の穴３７を形成する溝３７ａ，３７ｂがそれぞれ形成されている。なお、穴３７のｆθレンズ１３に対向する辺の長さはｆθレンズ１３の径で定まる加工領域Ｋ（図中に１点鎖線で示す）の辺の長さよりも長い。FIG. 5 is a view taken in the direction of the arrow Q in FIG. 2. A small-diameter hole 35 indicated by a double circle and a small-diameter hole 36 indicated by a circle are arranged on the surfaces of the work guides 151 and 152 facing the work w. The hole 35 is connected to a compressed air source, and the hole 36 is connected to an air suction source. At the center of the work guides 151 and 152, a regular quadrangular pyramid with a cross-sectional area that decreases toward the fθ lens 13 when the work w-opposing surfaces of the work guides 151 and 152 are positioned on the same surface (surface in the XY direction). Grooves 37a and 37b for forming the holes 37 are respectively formed. Note that the length of the side of the hole 37 facing the fθ lens 13 is longer than the length of the side of the processing region K (indicated by a one-dot chain line in the figure) determined by the diameter of the fθ lens 13.

次に、主クランプ機構１０ａとサブクランプ機構１０ｂについて説明する。
図６はＹテーブル９の正面図、図７は図６の側面図である。
主クランプ機構１０ａは、ロータリーシリンダ５１と、ロータリーシリンダ５１により回転駆動されるロータリーシャフト５３ａと、ロータリーシャフト５３ａに固定されたクランプアーム６１と、ロータリーシャフト５３ａを回転自在に支持する軸受け５６と、軸受け５６を支持するクランプベース５４と、から構成されている。クランプベース５４はＹテーブル９の表面に固定されている。
サブクランプ機構１０ｂは、ロータリーシリンダ５２と、ロータリーシリンダ５２により回転駆動されるロータリーシャフト５３ｂと、ロータリーシャフト５３ｂに固定されたクランプアーム６１と、ロータリーシャフト５３ｂを回転自在に支持する軸受け５６と、軸受け５６を支持するクランプベース５５と、から構成されている。クランプベース５５はサブプレート６０の表面に固定されている。
なお、クランプアーム６１が待機位置にあるとき、クランプアーム６１のロータリーシャフト５３ａ、５３ｂに固定されていないワークｗに当接する側の端部６１ａは、Ｙテーブル９およびサブプレート６０の表面から十分離れている。また、クランプアーム６１が動作位置にあるとき、端部６１ａはワークｗをＹテーブル９およびサブプレート６０の表面に付勢するように構成されている。なお、ロータリーシリンダ５１の回転力はロータリーシリンダ５２の回転力よりも大きい。Next, the main clamp mechanism 10a and the sub clamp mechanism 10b will be described.
6 is a front view of the Y table 9, and FIG. 7 is a side view of FIG.
The main clamp mechanism 10a includes a rotary cylinder 51, a rotary shaft 53a rotated by the rotary cylinder 51, a clamp arm 61 fixed to the rotary shaft 53a, a bearing 56 that rotatably supports the rotary shaft 53a, and a bearing. And a clamp base 54 that supports 56. The clamp base 54 is fixed to the surface of the Y table 9.
The sub-clamp mechanism 10b includes a rotary cylinder 52, a rotary shaft 53b rotated by the rotary cylinder 52, a clamp arm 61 fixed to the rotary shaft 53b, a bearing 56 that rotatably supports the rotary shaft 53b, and a bearing. And a clamp base 55 that supports 56. The clamp base 55 is fixed to the surface of the sub plate 60.
When the clamp arm 61 is in the standby position, the end 61a of the clamp arm 61 on the side contacting the workpiece w not fixed to the rotary shafts 53a and 53b is sufficiently separated from the surfaces of the Y table 9 and the sub plate 60. ing. Further, when the clamp arm 61 is in the operating position, the end portion 61 a is configured to urge the workpiece w against the surfaces of the Y table 9 and the sub plate 60. Note that the rotational force of the rotary cylinder 51 is larger than the rotational force of the rotary cylinder 52.

位置検出器６２は固定側位置検出器６２ａと移動側位置検出器６２ｂとから構成されている。固定側位置検出器６２ａはＸテーブル６に固定されており、移動側位置検出器６２ｂはＹテーブル９に固定されている。Ｙテーブル９の移動範囲の中心のＹ座標は、ｆθレンズ１３の軸心のＹ座標と同じである。そして、Ｙテーブル９の基準位置は、ワークｗ載置面のＹ方向の中心がｆθレンズ１３の軸心のＹ座標と一致する位置である。
位置検出器６３は固定側位置検出器６３ａと移動側位置検出器６３ｂとから構成されている。固定側位置検出器６３ａは直動駆動機構４に固定されており、移動側位置検出器６３ｂはＸテーブル６に固定されている。Ｘテーブル６の移動範囲の中心のＸ座標は、ｆθレンズ１３の軸心のＸ座標と同じである。そして、Ｘテーブル６の基準位置は、開口Ｊの左側面がｆθレンズ１３の軸心からＸ方向の幅が最大のワークｗの１／２に一致するときである。開口Ｊの左側面からロータリーシャフト５２ａの軸心までの距離は変わらないので、ここでは、開口Ｊの左側面の位置に代えてロータリーシャフト５３ａの軸心のＸ座標を管理する。The position detector 62 includes a fixed position detector 62a and a moving position detector 62b. The fixed side position detector 62 a is fixed to the X table 6, and the moving side position detector 62 b is fixed to the Y table 9. The Y coordinate of the center of the moving range of the Y table 9 is the same as the Y coordinate of the axis of the fθ lens 13. The reference position of the Y table 9 is a position where the center of the workpiece w placement surface in the Y direction coincides with the Y coordinate of the axis of the fθ lens 13.
The position detector 63 is composed of a fixed position detector 63a and a moving position detector 63b. The fixed position detector 63 a is fixed to the linear drive mechanism 4, and the moving position detector 63 b is fixed to the X table 6. The X coordinate of the center of the movement range of the X table 6 is the same as the X coordinate of the axis of the fθ lens 13. The reference position of the X table 6 is when the left side surface of the opening J coincides with ½ of the workpiece w having the maximum width in the X direction from the axis of the fθ lens 13. Since the distance from the left side surface of the opening J to the axis of the rotary shaft 52a does not change, the X coordinate of the axis of the rotary shaft 53a is managed here instead of the position of the left side surface of the opening J.

次に、光学面清掃機構１６について説明する。
図８は光学面清掃機構１６の正面図、図９は光学面清掃機構１６の側面図である。
点線で示すｆθレンズ１３の加工面側（ワークｗと対向する面側）にはウインドケース６６が配置されている。ウインドケース６６に対して着脱自在のウインドセル６７はゲルマニウムを素材として形成され、一方の表面は表面硬度を超硬度とするためのＤＬＣコーテイングが施されている。ウインドセル６７はＤＬＣコーテイングが施された側がワークｗになるようにしてウインドケース６６に固定されている。なお、ウインドセル６７はレーザ光の透過性に優れており、加工により発生するワークｗの溶融飛散物がウインドセル６７の表面に溶着することはほとんど無い。Next, the optical surface cleaning mechanism 16 will be described.
FIG. 8 is a front view of the optical surface cleaning mechanism 16, and FIG. 9 is a side view of the optical surface cleaning mechanism 16.
A window case 66 is disposed on the processing surface side (surface side facing the workpiece w) of the fθ lens 13 indicated by a dotted line. A wind cell 67 detachably attached to the wind case 66 is made of germanium, and one surface thereof is subjected to DLC coating to make the surface hardness super hard. The wind cell 67 is fixed to the wind case 66 such that the side on which the DLC coating is applied becomes the work w. Note that the wind cell 67 is excellent in laser beam transmission, and the melted and scattered matter of the workpiece w generated by processing hardly adheres to the surface of the wind cell 67.

ウインドセル６７の両側には軌道６８ａとベアリング６８ｂとからなる直線案内装置６８が配置されている。２個の軌道６８ａはＸ方向に平行になるようにしてウインドケース６６上に固定されている。また、ベアリング６８ｂは清掃プレート６９に固定されている。したがって、清掃プレート６９は図示を省略するエアシリンダによりＸ方向移動自在である。なお、清掃プレート６９の移動範囲はｆθレンズ１３で定まる加工領域よりも広くなるようにしてある。清掃プレート６９の下面とウインドセル６７との距離は１ｍｎ程度である。清掃プレート６９の下面には、清掃プレート６９の下面に開口する多数の穴７０が配置されている。穴７０は直径が０．３〜０．４ｍｍであり、清掃プレート６９の移動方向と直角のＹ方向に１ｍｍ間隔、かつ、ｆθレンズ１３で定まる加工領域よりも長い範囲に配置されている。穴７０の他端は、図示を省略する圧縮空気源に接続されている。また、清掃プレート６９の下面にはブラシ７１が着脱自在に固定されている。ブラシ７１には、直径が０．２ｍｍのナイロン７１ａが、Ｘ方向は３ｍｍ、Ｙ方向はｆθレンズ１３で定まる加工領域よりも長い範囲にわたり固定部７１ｂに密植されており、ナイロン７１ａ先端の固定部７１ｂからの長さは５ｍｍである。ブラシ７１は図示を省略する手段によりウインドセル６７に対して０．２ｋｇ／１ｃｍ２程度の力で付勢されている。清掃プレート６９の待機位置は、集塵装置１８の開口部と反対側のｆθレンズ１３で定まる加工領域から外れる位置である。  On both sides of the wind cell 67, a linear guide device 68 comprising a track 68a and a bearing 68b is arranged. The two tracks 68a are fixed on the window case 66 so as to be parallel to the X direction. The bearing 68b is fixed to the cleaning plate 69. Therefore, the cleaning plate 69 is movable in the X direction by an air cylinder (not shown). The moving range of the cleaning plate 69 is made wider than the processing area determined by the fθ lens 13. The distance between the lower surface of the cleaning plate 69 and the wind cell 67 is about 1 mn. On the lower surface of the cleaning plate 69, a large number of holes 70 opened on the lower surface of the cleaning plate 69 are arranged. The holes 70 have a diameter of 0.3 to 0.4 mm, and are arranged in a range longer than a processing region determined by the fθ lens 13 at an interval of 1 mm in the Y direction perpendicular to the moving direction of the cleaning plate 69. The other end of the hole 70 is connected to a compressed air source (not shown). A brush 71 is detachably fixed to the lower surface of the cleaning plate 69. Nylon 71a having a diameter of 0.2 mm is densely planted on the brush 71 over the fixed portion 71b over a range longer than the processing region determined by the fθ lens 13 in the X direction and 3 mm in the Y direction. The length from 71b is 5 mm. The brush 71 is urged against the wind cell 67 with a force of about 0.2 kg / 1 cm 2 by means not shown. The standby position of the cleaning plate 69 is a position that deviates from the processing region determined by the fθ lens 13 on the side opposite to the opening of the dust collector 18.

次に、光学系について説明する。
図１０は本発明に係る光学系を模式的に示す展開図である。
レーザ発振器ＦＦから発振されるレーザ光５０の光路上には、レーザ光の出力を調整や時間分岐するためのＡＯ（音響光学素子）２６と、偏光ユニット２０と、表面加工ヘッドＢＦとが配置されている。レーザ発振器ＦＦから発振されるレーザ光５０は直線偏光であり、偏光ユニット２０により円偏光（ここでは反時計回り）のレーザ光２２に変換されて、表面加工ヘッドＢＦに入射する。
レーザ発振器ＦＲから発振されるレーザ光５０の光路上には、レーザ光の出力を調整や時間分岐するためのＡＯ２６と、偏光ユニット２０と、表面加工ヘッドＢＦとが配置されている。レーザ発振器ＦＲから発振されるレーザ光５０は直線偏光であり、偏光ユニット２０により円偏光（ここでは時計回り）のレーザ光２３に変換されて、表面加工ヘッドＢＲに入射する。Next, the optical system will be described.
FIG. 10 is a developed view schematically showing an optical system according to the present invention.
On the optical path of the laser beam 50 oscillated from the laser oscillator FF, an AO (acousto-optic element) 26 for adjusting the output of the laser beam and branching in time, a polarization unit 20, and a surface processing head BF are arranged. ing. The laser beam 50 oscillated from the laser oscillator FF is linearly polarized light, is converted into circularly polarized laser light 22 (here counterclockwise) by the polarization unit 20, and is incident on the surface processing head BF.
On the optical path of the laser beam 50 oscillated from the laser oscillator FR, an AO 26 for adjusting the output of the laser beam and time branching, the polarization unit 20, and the surface processing head BF are arranged. The laser beam 50 oscillated from the laser oscillator FR is linearly polarized light, and is converted into circularly polarized (here, clockwise) laser beam 23 by the polarization unit 20 and is incident on the surface processing head BR.

次に、この実施形態の動作を説明する。
加工に先立ち、サブプレート６０を、サブプレート６０の左側面が開口Ｊの左側面からワークｗの加工領域のＸ方向の幅に一致する位置に位置決めしておく。
次に、Ｘテーブル６とＹテーブル９を基準位置に位置決めし、ワークｗをＹテーブル９に固定する。このとき、Ｙ方向に関してはワークｗの加工領域のＹ方向の中心のＹ座標がｆθレンズ１３の軸心のＹ座標に一致するように、また、Ｘ方向に関してはワークｗの加工領域の左端が開口Ｊの左側面と一致するようにしてワークｗを固定する。Next, the operation of this embodiment will be described.
Prior to processing, the sub-plate 60 is positioned at a position where the left side surface of the sub-plate 60 matches the width in the X direction of the processing region of the workpiece w from the left side surface of the opening J.
Next, the X table 6 and the Y table 9 are positioned at the reference position, and the work w is fixed to the Y table 9. At this time, with respect to the Y direction, the Y coordinate of the center in the Y direction of the machining area of the workpiece w coincides with the Y coordinate of the axis of the fθ lens 13, and the left edge of the machining area of the workpiece w is related to the X direction. The workpiece w is fixed so as to coincide with the left side surface of the opening J.

この実施例では、クランプアーム６１を回転させるようにしたので、端部６１ａによりワークｗをＸ方向に引き込む力が発生し、ワークｗにたるみが無い状態でワークｗをＹテーブル９およびサブプレート６０に固定することができる。
また、ロータリシリンダ５１の回転力をロータリシリンダ５２の回転力よりも大きくしたので、ワークｗを固定する際、主クランプ側におけるワークｗのＸ方向のずれを小さくすることができる。
次に、カメラ１７によりワークｗに設けられたアライメントマークを読み取り、ワークｗが傾いて固定されている場合には、加工位置を座標変換する。In this embodiment, since the clamp arm 61 is rotated, a force for pulling the workpiece w in the X direction is generated by the end portion 61a, and the workpiece w is moved to the Y table 9 and the sub plate 60 in a state where there is no slack in the workpiece w. Can be fixed to.
Further, since the rotational force of the rotary cylinder 51 is made larger than the rotational force of the rotary cylinder 52, when the workpiece w is fixed, the displacement of the workpiece w in the X direction on the main clamp side can be reduced.
Next, the alignment mark provided on the workpiece w is read by the camera 17, and when the workpiece w is fixed while being tilted, the machining position is coordinate-converted.

次に、ワークガイド１４１、１４２およびワークガイド１５１、１５２の位置とワークｗとの関係を説明する図である図１１に示すようにワークガイド１４１、１４２のワークｗ対向面をワークｗから距離ｇ１（例えば、０．０５ｍｍ）となるように、また、ワークガイド１５１、１５２のワークｗ対向面をワークｗから距離ｇ２（例えば、０．１ｍｍ）となるように位置決めした後、圧縮空気源を動作させ、穴３５から圧縮空気を噴出させる。また、エア吸引源を動作させ、穴３６から空気吸引する。穴３５から噴出する圧縮空気と穴３６からエアを吸引することにより、距離ｇ１、ｇ２は一定に保たれ、加工領域Ｋのワークｗを平坦に維持することができる。なお、距離ｇ１、ｇ２は同じ値であってもよい。
以下、加工領域Ｋをワークｗに対してＸＹ方向に位置決めし、レーザ発振器ＦＦ、ＦＲおよびスキャナ１２を動作させてワークｗの指定された位置に貫通穴を加工する。
なお、 図１１に点線で示すように、ワークガイド１４１、ワークガイド１５１の左端が開口Ｊの左側面に近づいたときには、ワークガイド１４１、ワークガイド１５１をワークｗから遠ざけ、ワークガイド１４１、ワークガイド１５１がＹテーブル９および主クランプ機構１０ａに干渉することを予防する。
また、同図に１点鎖線で示すように、ワークガイド１４２、ワークガイド１５２の右端がサブテーブル６０の左側面に近づいたときには、ワークガイド１４２、ワークガイド１５２をワークｗから遠ざけ、ワークガイド１４２、ワークガイド１５２がサブテーブル６０およびサブクランプ機構１０ｂに干渉することを予防する。Next, as shown in FIG. 11 which is a diagram for explaining the relationship between the positions of the work guides 141 and 142 and the work guides 151 and 152 and the work w, the work w facing surface of the work guides 141 and 142 is a distance g1 from the work w. (For example, 0.05 mm), and after positioning the work w opposing surface of the work guides 151 and 152 to be a distance g2 (for example, 0.1 mm) from the work w, the compressed air source is operated. And compressed air is ejected from the hole 35. Further, the air suction source is operated to suck air from the hole 36. By sucking the compressed air ejected from the hole 35 and the air from the hole 36, the distances g1 and g2 are kept constant, and the workpiece w in the processing region K can be kept flat. The distances g1 and g2 may be the same value.
Thereafter, the machining area K is positioned in the XY direction with respect to the workpiece w, and the laser oscillators FF and FR and the scanner 12 are operated to machine a through hole at a specified position of the workpiece w.
11, when the left ends of the work guide 141 and the work guide 151 approach the left side of the opening J, the work guide 141 and the work guide 151 are moved away from the work w, and the work guide 141 and the work guide 151 prevents the Y table 9 and the main clamp mechanism 10a from interfering with each other.
Further, as indicated by a one-dot chain line in the drawing, when the right ends of the work guide 142 and the work guide 152 approach the left side surface of the sub-table 60, the work guide 142 and the work guide 152 are moved away from the work w, and the work guide 142 The work guide 152 is prevented from interfering with the sub-table 60 and the sub-clamp mechanism 10b.

ワークｗに貫通穴が加工されるまでの間、表面加工ヘッドＢＦから出射されるレーザ光２２の一部はワークｗに反射されて入射経路を戻る。しかし、ワークｗに反射された反射光としてのレーザ光は時計回りの円偏光であるため、偏光ユニット２０で反射され、レーザ発振器ＦＦに入射することはない。同様に、裏面加工ヘッドＢＲから出射されるレーザ光２３の一部はワークｗに反射されて入射経路を戻る。しかし、ワークｗに反射された反射光としてのレーザ光は反時計回りの円偏光であ  Until the through hole is machined in the workpiece w, a part of the laser beam 22 emitted from the surface machining head BF is reflected by the workpiece w and returns through the incident path. However, since the laser light reflected by the workpiece w is clockwise circularly polarized light, it is reflected by the polarization unit 20 and does not enter the laser oscillator FF. Similarly, part of the laser beam 23 emitted from the back surface processing head BR is reflected by the workpiece w and returns to the incident path. However, the laser beam as the reflected light reflected by the workpiece w is counterclockwise circularly polarized light.

Claims (2)

スキャナとｆθレンズとにより前記ｆθレンズの大きさで定まる加工領域にレーザ光を照射してワークに貫通穴を形成するようにしたレーザ加工方法において、
スキャナとｆθレンズを２組設け、
ワークを挟み２個の前記ｆθレンズの軸線を同軸にしておき、
一方のレーザ光を当該レーザ光の進行方向に関して時計回りの円偏光レーザ、他方のレーザ光を当該レーザ光の進行方向に関して反時計回りの円偏光レーザとしてワークの両側から貫通穴を加工する
ことを特徴とするレーザ加工方法。In a laser processing method in which a through hole is formed in a workpiece by irradiating a laser beam onto a processing region determined by the size of the fθ lens by a scanner and an fθ lens.
Two sets of scanner and fθ lens are provided.
The axes of the two fθ lenses are made coaxial with the work in between,
Processing one through-hole from both sides of the workpiece with one laser beam as a circularly polarized laser that is clockwise with respect to the direction of travel of the laser light and the other laser light as a circularly polarized laser that is counterclockwise with respect to the direction of travel of the laser light. A featured laser processing method. スキャナとｆθレンズとからなるレーザ光位置決め装置を備え、前記ｆθレンズの大きさで定まる加工領域毎にワークを加工するようにしたレーザ加工装置において、
前記レーザ光位置決め装置を２組設けると共に、直線偏光のレーザ光を円偏光に変換する手段を設け、
ワークを挟み前記レーザ光位置決め装置の２個の前記ｆθレンズの軸線を同軸に配置し、
前記レーザ光位置決め装置の一方に入射させるレーザ光を当該レーザ光の進行方向に関して時計回りの円偏光レーザとし、前記レーザ光位置決め装置の他方に入射させるレーザ光を当該レーザ光の進行方向に関して反時計回りの円偏光レーザとする
ことを特徴とするレーザ加工装置。In a laser processing apparatus comprising a laser beam positioning device comprising a scanner and an fθ lens, and processing a workpiece for each processing region determined by the size of the fθ lens,
While providing two sets of the laser beam positioning device, providing means for converting linearly polarized laser beam into circularly polarized light,
The axes of the two fθ lenses of the laser beam positioning device are arranged coaxially with the workpiece interposed therebetween,
The laser beam incident on one side of the laser beam positioning device is a circularly polarized laser that rotates clockwise with respect to the traveling direction of the laser beam, and the laser beam incident on the other side of the laser beam positioning device is counterclockwise with respect to the traveling direction of the laser beam. A laser processing apparatus characterized by being a circularly polarized laser around.
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