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CN1330996A - 激光加工装置及方法 - Google Patents

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Abstract

一种能防止发生多个聚焦点、获得良好加工形状的激光加工装置。该激光加工装置将从激光器1射出的激光2经fθ透镜5聚焦后照射到工件7上,以此在工件7的特定位置进行开孔加工,在激光器1与工件7之间,设有仅选择激光2的特定波长让其透过的波长选择手段3。

Description

激光加工装置及方法
本发明涉及在电路基板等工件上进行开孔加工等激光加工的装置及方法。
图7所示为现有结构的激光加工装置的构成图，利用激光B能在工件E上开孔加工出微细孔。从激光器A射出的激光B被引导至检流计(扫描手段)C，由于检流计C的转动，边进行扫描边入射到fθ透镜D，由该fθ透镜D聚焦后在工件E的规定位置形成聚焦点F，进行开孔加工。
但是，一般加工用的激光器，只要不采取特别措施，就发出不同强度的不同波长的激光。在普通的激光加工中，这些波长不成为问题，但在要求高精度的情况下，如果将fθ透镜那样对色差很敏感的装置用作聚焦手段，则存在加工形状会发生变形的问题。
传统的激光加工装置例如二氧化碳气体激光加工装置，当使用检流计等边扫描激光边入射到fθ透镜时，来自激光器的激光中如果包括有多种波长(例如波长λ1、λ2、λ3)的激光，则由于fθ透镜的折射率因波长而异的色差，在聚焦点有时对每一波长会出现不同的聚焦点(图7所示的f1、f2、f3)。尤其是当入射到fθ透镜的入射位置偏离透镜中心时，该倾向更显著。如果发生该多个聚焦点(f1、f2、f3)，则工件的加工形状随着多个聚焦点的重叠情况而相应变为椭圆形或多个孔。
鉴于上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于，提供一种能防止发生多个或椭圆形的聚焦点、能获得良好加工形状的激光加工装置及其方法。
为了解决上述问题，本发明的激光加工装置，是将从激光器射出的激光经fθ透镜聚焦后照射到工件上，以此对工件进行激光加工，其特征在于，在激光器与工件之间，具有仅选择激光的特定波长使其通过的波长选择手段。
若采用本发明，因为在激光器与工件之间，具有从激光所含多种波长之中仅选择特定波长使其通过的波长选择手段，所以从波长选择手段射出的激光变为特定的单一波长的激光，聚光点变为单一的聚焦点。因此，可以抑制因fθ透镜的色差带来的不良影响。即，由于具有波长选择手段，故能防止产生多个或椭圆形的聚焦点，能提高激光加工的精度。
附图简介。
图1所示为本发明实施形态中的激光加工装置的构成图。
图2所示为本发明第1实施形态的波长选择手段的构成图。
图3所示为本发明第2实施形态的波长选择手段的构成图。
图4所示为本发明第3实施形态的波长选择手段的构成图。
图5所示为本发明第4实施形态的波长选择手段的构成图。
图6所示为本发明第5实施形态的波长选择手段中的棱镜式波长分离手段的构成图。
图7所示为传统例子中的激光加工装置的构成图。
下面根据图1—图6，详细说明本发明的实施形态。
图1所示为对电路基板(工件)7边进行激光扫描边照射进行开孔加工的二氧化碳激光加工装置。如图1所示，从激光器1射出的含有多种波长(在本实施形态中为λ1、λ2、λ3三种波长)的激光2入射到波长选择手段3，仅使作为目标的波长λ2穿过。因此，即使通过检流计4使聚焦位置移动至fθ透镜5的透镜边缘部分，聚焦点6的形状也仅是波长λ2形成的聚焦点62的形状，加工孔的形状不会是椭圆形或多个点，而是标准的圆形。
下面根据图2—图6，说明波长选择手段3的第1实施形态—第5实施形态。
第1实施形态的波长选择手段3的构成如图2所示。波长选择手段3由棱镜31和空间滤光器39构成，空间滤光器39由聚焦透镜即凸透镜32、33和遮光手段即针孔34和反射镜8、8构成。
激光2一旦入射棱镜31，即因所含波长(λ1、λ2、λ3)不同而折射率相异，故每一波长折射角度不相同，分散成具有三个不同光轴的光21、22、23。用反射镜8反射该光后，使其入射凸透镜32，其聚焦点就分成三个进行聚焦。配置针孔34，以仅使目标波长λ2到达该聚焦点。穿过该针孔34后的仅波长λ2的激光22穿过凸透镜33后射向检流计4。
此外，若配置多个上述棱镜31，使激光穿过这些棱镜31，则能提高波长分离性能。
第2实施形态的波长选择手段3如图3所示，由衍射光栅35、反射镜8及遮光手段(遮光板)36构成。
含有多种波长(λ1、λ2、λ3)的激光2被衍射光栅35反射，其反射角度因波长而异。设必需的波长为λ2时，配置的遮光板36在仅透过该波长的光22的位置有开口，通过这样来遮蔽其它波长的光21、23，使其不透过。这样就能选择必要的波长。此外，由于波长非常靠近等原因，仅用遮光板36不能使激光2充分按波长分散时，也可以不使用遮光板36，代之以配置上述第1实施形态的波长选择手段中说明过的、图2中所示的凸透镜32、针孔34及凸透镜33。
第3实施形态的波长选择手段3如图4所示，具有使激光2按每一波长产生不同相位移偏振的波片37，以及仅让产生与特定波长对应的相位移偏振的光透过的起偏镜38。
激光2透过波片37时，因所含波长(λ1、λ2、λ3)不同，相位移量也不同，故透过起偏镜38的每一波长的透过率不相同。相位移在使用多阶(multiple order)波片时特别显著。此时，使波片37在以激光2的光轴为法线的面内旋转进行调整，以使不需要的波长λ1、λ3的光21、23被起偏镜38反射。这样做，就能使仅作为目标的波长λ2的光22通过起偏镜38。
第4实施形态的波长选择手段3的构成如图5所示，其改进了第1实施形态的波长选择手段，增加了激光透过棱镜的次数，提高了波长分离性能。波长选择手段3具有与第1实施形态一样的空间滤光器39，并具有由一对反射镜52、53和位于两反射镜之间的棱镜54构成的棱镜式波长分离手段51。
激光2入射到棱镜式波长分离手段51的棱镜54，然后透过棱镜54后的激光被第1反射镜52反射而入射棱镜54，再次入射棱镜54并透过棱镜54后的激光被第2反射镜53反射而入射棱镜54。又再次入射棱镜54并透过棱镜54的激光从棱镜式波长分离手段51射出。
入射到棱镜式波长分离手段51的激光2因所含波长(为了简化说明，设含有λ1、λ2的两个波长分量)不同，折射率不同，故如上所述3次通过棱镜54，就分离成具有两个不同光轴的光21、22。
在本实施形态中，因为激光2经棱镜54受到3次利用折射率差异产生的波长分离作用，所以与第1实施形态相比较，能发挥3倍的波长分离作用。
被棱镜式波长分离手段51分离后的光21、22被空间滤光器39的反射镜8、8反射后，被引导至凸透镜32，在此进行聚焦。利用配置在其聚焦点的针孔34，选择λ2波长的光22，仅使该光22通过。通过针孔34后的光22由凸透镜33再次恢复成平行光，向检流计4射出。
第5实施形态的波长选择手段3的特点在于，不使用第4实施形态的棱镜式波长分离手段，代之以如图6所示，设有在一对反射镜52、53之间有多个棱镜54a、54b的棱镜式波长分离手段51。其它构成与第4实施形态的相同。
若采用本实施形态，则从图6可知，共计6次透过两个棱镜54a、54b，受到6次利用折射率差异产生的波长分离作用，所以，分离后的光(设为λ1、λ2这样两个波长的光)21、22的波长分离效果与第4实施形态的相比为2倍。
若采用本发明，即使利用含有多种波长的激光进行开孔等激光加工时，也能抑制fθ透镜的色差的不良影响，能防止聚焦点形状发生变形或变成多个点，能进行高精度的激光加工。

Claims (11)

1.一种激光加工装置，该装置将从激光器射出的激光经fθ透镜聚焦后照射到工件上，以此对工件进行激光加工，其特征在于，在激光器与工件之间，具有仅选择激光的特定波长使其通过的波长选择手段。
2.根据权利要求1所述的激光加工装置，其特征在于，所述波长选择手段具有：配置在激光光轴上的棱镜；以及将配置在棱镜后的光轴上的聚焦透镜与仅让特定波长透过的遮光手段组合而成的空间滤光器。
3.根据权利要求2所述的激光加工装置，其特征在于，使激光多次透过棱镜。
4.根据权利要求3所述的激光加工装置，其特征在于，具有多个棱镜，激光透过这些棱镜。
5.根据权利要求3所述的激光加工装置，其特征在于，在棱镜的两侧分别配置有使来自棱镜的出射光反射后再次入射该棱镜的一对反射镜。
6.根据权利要求1所述的激光加工装置，其特征在于，波长选择手段具有：配置在激光光轴上的衍射光栅；以及配置在衍射光栅之后的光轴上、仅让特定波长透过的遮光手段。
7.根据权利要求1所述的激光加工装置，其特征在于，波长选择手段具有：配置在激光光轴上的、使激光按每一波长产生不同相位移偏振的波片；以及配置在所述波片之后的所述激光光轴上的、仅让产生与特定波长对应的相位移偏振的光透过的起偏镜。
8.一种激光孔加工装置，该装置将从激光器射出的激光经扫描手段和fθ透镜进行扫描和聚焦后照射到工件上，以此在工件上进行开孔加工，其特征在于，在激光器与工件之间，具有仅选择激光的特定波长使其通过的波长选择手段。
9.根据权利要求9所述的激光孔加工装置，其特征在于，所述扫描手段是检流计。
10.一种激光孔加工方法，该方法将从激光器射出的激光经fθ透镜聚焦后照射到工件上，以此对工件进行激光加工，其特征在于，在激光器与工件之间配置波长选择手段，仅选择激光的特定波长让其透过，仅利用该被选择波长的激光进行激光加工。
11.根据权利要求10所述的激光加工装置，其特征在于，所述波长选择手段具有配置在激光光轴上的棱镜，以及由在其后的光轴上配置的聚焦透镜与仅让特定波长透过的遮光手段组合成的空间滤光器，使从激光器发出的激光入射到棱镜，透过该棱镜后的激光被第1反射镜反射后再次入射棱镜，透过该棱镜后的激光再次被第2反射镜反射又再次入射所述棱镜，透过该棱镜后的激光被引导至所述空间滤光器。
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