KR102830817B1 - Laser processing method for printed circuit board and laser processing machine for printed circuit board - Google Patents
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Abstract
[과제]
레이저 발진기를 유효하게 사용하여, 가공능률이 우수하고 품질이 우수한 프린트 기판의 레이저 가공 방법 및 프린트 기판의 레이저 가공기를 제공하는 것.
[해결 수단]
RF 펄스를 인가함으로써 레이저를 발진하는 레이저 발진기(1)를 이용하여 레이저 가공을 하는 프린트 기판의 레이저 가공 방법에 있어서,
상기 RF 펄스의 인가를 종료한 후의 레이저가 출력되고 있는 동안 상기 RF 펄스의 인가를 재개시킴으로써 레이저 발진을 계속시키고, 연속적으로 발진되는 레이저(2)를 원하는 시간 동안 잘라내어 프린트 기판의 레이저 가공을 실시한다.[assignment]
To provide a method for laser processing a printed circuit board and a laser processing machine for a printed circuit board, which have excellent processing efficiency and quality, by effectively using a laser generator.
[Solution]
In a laser processing method of a printed circuit board, laser processing is performed using a laser generator (1) that oscillates a laser by applying an RF pulse.
By resuming the application of the RF pulse while the laser is being output after the application of the RF pulse has ended, the laser oscillation is continued, and the continuously oscillating laser (2) is cut off for a desired period of time to perform laser processing of the printed circuit board.
Description
[0001][0001]
본 발명은, 패키지 기판의 제조 공정에 있어서, 구리층 위에 빌드업된 ABF재 혹은 PET 부착 ABF재로 이루어지는 절연층에 블라인드 홀(막힌 구멍. 이하, 단순히 구멍 또는 BH라고 한다)을 형성하기에 적합한 프린트 기판의 레이저 가공 방법 및 프린트 기판의 레이저 가공기에 관한 것이다.The present invention relates to a method for laser processing of a printed circuit board, and a laser processing machine for a printed circuit board, which is suitable for forming a blind hole (a blind hole; hereinafter, simply referred to as a hole or BH) in an insulating layer made of an ABF material or a PET-attached ABF material built up on a copper layer in a manufacturing process of a package substrate.
[0002][0002]
종래의 빌드업식의 프린트 기판은 구리층 위에, 유리 섬유나 필러를 함유하는 수지로 형성된 절연층(이하, 단순히 「절연층」이라고 한다)과 구리층을 일체로 한 것을 절연층을 사이에 두고 적층하고, 표면의 구리층과 하층의 구리층을 도금으로 접속하는 층간 접속용으로서 40∼120㎛의 구멍을 레이저에 의해 가공하고 있었다.A conventional build-up type printed circuit board laminates a copper layer and an insulating layer (hereinafter simply referred to as an "insulating layer") formed of a resin containing glass fibers or fillers on top of a copper layer, with the insulating layer interposed between them, and uses a laser to process holes of 40 to 120 ㎛ for interlayer connection by plating the copper layer on the surface and the copper layer on the lower layer.
[0003][0003]
우선, 종래의 레이저 가공기의 구성에 대하여 설명한다.First, the configuration of a conventional laser processing machine is explained.
도 9는 종래의 2 헤드식 레이저 가공기의 구성도이다.Figure 9 is a configuration diagram of a conventional two-head type laser processing machine.
탄산 가스 레이저 발진기(1)(이하, 레이저 발진기(1)라고 함)는 펄스상 직선 편광의 레이저(2)를 출력한다. 레이저 발진기(1)와 빔 스플리터(4) 사이에 배치된 빔 직경 조정 장치(3)는 레이저(2)의 에너지 밀도를 조정하기 위한 장치이며, 레이저 발진기(1)로부터 출력되는 레이저(2)의 외경을 변경함으로써 레이저(2)의 에너지 밀도를 조정한다. 즉, 빔 직경 조정 장치(3)의 전후에 있어서 레이저(2)의 에너지는 변화하지 않는다. 따라서, 빔 직경 조정 장치(3)로부터 출력된 레이저(2)는 레이저 발진기(1)로부터 출력된 레이저(2)로 볼 수 있으므로, 이하, 레이저 발진기(1)와 빔 직경 조정 장치(3)를 조합하여 레이저 출력 장치(1A)라고 한다. 또한, 빔 직경 조정 장치(3)는 사용되지 않는 경우도 있다.A carbon dioxide laser generator (1) (hereinafter referred to as a laser generator (1)) outputs a pulsed linearly polarized laser (2). A beam diameter adjustment device (3) arranged between the laser generator (1) and the beam splitter (4) is a device for adjusting the energy density of the laser (2), and adjusts the energy density of the laser (2) by changing the outer diameter of the laser (2) output from the laser generator (1). That is, the energy of the laser (2) does not change before and after the beam diameter adjustment device (3). Therefore, the laser (2) output from the beam diameter adjustment device (3) can be regarded as the laser (2) output from the laser generator (1), and therefore, hereinafter, the laser generator (1) and the beam diameter adjustment device (3) are combined and referred to as a laser output device (1A). In addition, the beam diameter adjustment device (3) is not used in some cases.
빔 직경 조정 장치(3)와 편광 변환 장치(5A) 사이에는 빔 스플리터(4)가 배치되어 있다. 빔 스플리터(4)는 레이저(2)를 직각인 2방향의 레이저(2A)와 레이저(2B)로 분할한다. 레이저(2A)는 도시를 생략하는 제1 가공 헤드(A)에, 또 레이저(2B)는 도시를 생략하는 제2 가공 헤드(B)에 공급된다. 여기서, 제1 가공 헤드(A)와 제2 가공 헤드(B)는 동일한 구성이므로, 이하, 구성이 동일한 것(부호 5 내지 부호 12)은 첨자 A, B를 붙여 구별하고, 제1 가공 헤드(A)의 경우에 대해서만 설명한다.A beam splitter (4) is arranged between the beam diameter adjustment device (3) and the polarization conversion device (5A). The beam splitter (4) splits the laser (2) into two orthogonal lasers (2A) and (2B). The laser (2A) is supplied to a first processing head (A) not shown, and the laser (2B) is supplied to a second processing head (B) not shown. Here, since the first processing head (A) and the second processing head (B) have the same configuration, hereinafter, those having the same configuration (symbols 5 to 12) are distinguished by adding suffixes A and B, and only the case of the first processing head (A) is described.
편광 변환 장치(5A)는 직선 편광 레이저(2A)를 원 편광 레이저(6A)로 변환한다. 또한, 편광 변환 장치(5A)는 가공 중에 가공부에서 반사된 레이저(6A)를 차단하는 반사광 차단 기구(상세한 것은 생략한다)를 구비하고 있어, 가공부에서 반사된 레이저(6A)에 의한 레이저 발진기(1)의 손상을 예방하는 기능을 갖추고 있다. 편광 변환 장치(5A)와 갈바노 미러(10Aa) 사이에 배치된 플레이트(7A)는 레이저(6A)를 투과시키지 않는 재질(예를 들어, 구리)로 형성되어 있어, 소정의 위치에 어퍼쳐(창이며, 이 경우는 원형의 관통 구멍)(8A)가 복수 개이고 선택 가능하게 형성되어 있다. 플레이트(7A)는 도시를 생략하는 구동 장치에 의해 구동되고, 선택된 어퍼쳐(8A)의 축선을 레이저(6A)의 축선과 동축에 위치시킨다. 갈바노 장치(9A)는 한 쌍의 갈바노 미러(10Aa, 10Ab)로 구성되며, 도면 중 화살표로 나타낸 바와 같이 회전축 주위에 회전 자재이며, 반사면을 임의의 각도로 위치 결정할 수 있다. fθ렌즈(집광 렌즈)(11A)는 도시를 생략하는 가공 헤드(A)에 유지되어 있다. 갈바노 미러(10Aa, 10Ab)와 fθ렌즈(11A)로 레이저(6A)의 광축을 프린트 기판(12A)의 원하는 위치에 위치 결정하는 광축 위치 결정 장치를 구성하였으며, 갈바노 미러(10Aa, 10Ab)의 회전 각도와 fθ 렌즈(11A)의 직경으로 정해지는 스캔 영역(즉, 가공 영역)(12A)은 50㎜×50㎜ 정도의 크기이다. 워크 인 구리 층과 절연 층으로 이루어지는 프린트 기판(13)은 X-Y 테이블(14)에 고정되어 있다. 또한, 제1 가공 헤드(A)와 제2 가공 헤드(B)는 동일한 패턴의 프린트 기판(13)을 가공하는 경우도 있고, 다른 패턴의 프린트 기판(13)을 가공하는 경우도 있다. 제어 장치(20)는 입력된 제어 프로그램에 따라 레이저 발진기(1), 빔 직경 조정 장치(3), 플레이트(7A, 7B)의 구동 장치, 갈바노 미러(10Aa, 10Ab, 10Ba, 10Bb) 및 XY 테이블(14A) (경우에 따라 X-Y 테이블(14B)도 포함한다)을 제어한다.The polarization conversion device (5A) converts a linearly polarized laser (2A) into a circularly polarized laser (6A). In addition, the polarization conversion device (5A) has a reflection blocking mechanism (details are omitted) that blocks the laser (6A) reflected from the processing section during processing, and has a function of preventing damage to the laser generator (1) caused by the laser (6A) reflected from the processing section. The plate (7A) arranged between the polarization conversion device (5A) and the galvano mirror (10Aa) is formed of a material (e.g., copper) that does not transmit the laser (6A), and has a plurality of apertures (windows, in this case, circular through holes) (8A) that are selectably formed at predetermined positions. The plate (7A) is driven by a driving device (not shown) and positions the axis of the selected aperture (8A) coaxially with the axis of the laser (6A). The galvano device (9A) is composed of a pair of galvano mirrors (10Aa, 10Ab), and is a rotating material around a rotation axis as indicated by an arrow in the drawing, and a reflective surface can be positioned at an arbitrary angle. An fθ lens (condenser lens) (11A) is held in a processing head (A), which is not shown. An optical axis positioning device is configured by the galvano mirrors (10Aa, 10Ab) and the fθ lens (11A), which positions the optical axis of the laser (6A) to a desired position on the printed circuit board (12A), and the scan area (i.e., processing area) (12A) determined by the rotation angle of the galvano mirrors (10Aa, 10Ab) and the diameter of the fθ lens (11A) has a size of about 50 mm × 50 mm. A printed circuit board (13) composed of a work-in copper layer and an insulating layer is fixed to an X-Y table (14). In addition, the first processing head (A) and the second processing head (B) sometimes process a printed circuit board (13) having the same pattern, and sometimes process printed circuit boards (13) having different patterns. The control device (20) controls the laser generator (1), the beam diameter adjustment device (3), the driving device of the plates (7A, 7B), the galvano mirrors (10Aa, 10Ab, 10Ba, 10Bb), and the XY table (14A) (and sometimes includes an X-Y table (14B)) according to the input control program.
[0004][0004]
그리고, 구멍을 가공하는 경우, X-Y 테이블(14A, 14B)을 이동시켜 지정된 가공 영역(12A, 12B)을 fθ렌즈(11A, 11B)에 각각 대향시킨 후, 먼저 해당 가공 영역(12A, 12B) 내의 모든 구리 층을 1회의 빔 조사(즉, 1 펄스의 조사)에 의해 구멍을 가공한 후, 1 내지 복수 회의 펄스 조사에 의해 절연 층을 가공하여, 해당 가공 영역(12A, 12B)의 구멍을 완성한다.And, when processing a hole, the X-Y table (14A, 14B) is moved to place the designated processing area (12A, 12B) against the fθ lens (11A, 11B), and then first, all copper layers within the processing area (12A, 12B) are processed with one beam irradiation (i.e., irradiation with one pulse) to form a hole, and then the insulating layer is processed with one or more pulse irradiations to complete the hole in the processing area (12A, 12B).
[0005][0005]
도 10은 갈바노 미러의 설정 시간과 레이저 조사 시간을 나타내는 도면이며, 도면 중의 가로축은 시간이고, (a)는 가공 헤드(A)의 경우, (b)는 가공 헤드(B)의 경우이다.Figure 10 is a drawing showing the setting time of the galvano mirror and the laser irradiation time. The horizontal axis in the drawing represents time, and (a) is for the processing head (A), and (b) is for the processing head (B).
헤드(A)의 갈바노 미러(10Aa와 10Ab) 중, 어느 가공 개소에 있어서의 위치 결정 시간이 길어지는 쪽의 시간을 헤드(A)의 갈바노 시간(GA)이라고 하고, 헤드(B)의 갈바노 미러(10Ba와 10Bb) 중, 어느 가공 개소에 있어서의 위치 결정 시간이 길어지는 쪽의 시간을 헤드(B)의 갈바노 시간(GB)라고 한다. L1은 1회의 레이저 조사 시간이다.Among the galvano mirrors (10Aa and 10Ab) of the head (A), the time for which the positioning time at which processing location is longer is called the galvano time (GA) of the head (A), and among the galvano mirrors (10Ba and 10Bb) of the head (B), the time for which the positioning time at which processing location is longer is called the galvano time (GB) of the head (B). L1 is the time for one laser irradiation.
가공 헤드(A)와 가공 헤드(B)가 가공하는 프린트 기판(13A)과 프린트 기판(13B)의 가공 내용이 동일하고 갈바노 시간(GA와 GB)가 동일한 경우, 2개의 가공 헤드에 동시에 레이저(2)를 동시에 공급할 수 있다. 그러나, 가공 헤드(A)와 가공 헤드(B)의 가공 내용이 다르고, 갈바노 시간(GA와 GB)가 다른 경우, 가공 헤드(A)와 가공 헤드(B)에 레이저(2)를 동시에 공급하기 위해서는, 갈바노 시간의 긴 쪽에 맞춰야 한다. 즉, GA1<GB1, GA2>GB2로 하면, 가공 헤드(A)에는 (GB1-GA1)의 대기 시간이 발생하고, 가공 헤드(B)에는 (GA2-GB2)의 대기 시간이 발생한다. 이로 인해, 전체로서의 가공능률이 저하된다.If the processing contents of the printed circuit board (13A) and the printed circuit board (13B) processed by the processing head (A) and the processing head (B) are the same and the galvano times (GA and GB) are the same, the laser (2) can be supplied to the two processing heads simultaneously. However, if the processing contents of the processing head (A) and the processing head (B) are different and the galvano times (GA and GB) are different, in order to supply the laser (2) to the processing head (A) and the processing head (B) simultaneously, the longer galvano time must be matched. That is, if GA1<GB1, GA2>GB2, a waiting time of (GB1-GA1) occurs in the processing head (A) and a waiting time of (GA2-GB2) occurs in the processing head (B). As a result, the processing efficiency as a whole decreases.
[0006][0006]
최근, 기판의 박판화가 진행됨에 따라, 패키지용 기판으로서 표면에 구리층이 없는 절연층에 구멍을 가공하는 경우가 증가하고 있다. 이러한 경우에 가공하는 구멍의 직경은 60㎛ 이하이며, 가공하는 경우에 필요한 출력은 20W 정도이다.Recently, as substrates become thinner, cases of forming holes in insulating layers without copper layers on the surface as substrates for packaging are increasing. In such cases, the diameter of the hole to be formed is 60㎛ or less, and the power required for forming is about 20W.
다음으로, 실제 가공예에 대하여 설명한다.Next, we will explain an actual processing example.
도 11은 종래의 레이저 조사 예를 설명하는 도면이며, 세로축은 출력, 가로축은 시간이다. 또한, 상단은 레이저 발진기(1)의 레이저 매체를 여기시키는 RF 펄스(이하, 단순히 RF라고 함)의 온·오프를 나타낸다.Fig. 11 is a drawing explaining an example of a conventional laser irradiation, where the vertical axis represents output and the horizontal axis represents time. In addition, the upper part represents the on/off of an RF pulse (hereinafter simply referred to as RF) that excites the laser medium of the laser generator (1).
예컨대, 절연층에 60㎛의 구멍을 가공하는 경우, RF 인가 시간 20μs에 있어서의 출력이 20W인 출력 곡선(A1)에 의해 레이저를 조사하여 가공한 후, 다음 펄스 주기에 동일 조건의 레이저를 다시 조사한다. 즉, 이 경우의 가공 시간은, 갈바노 미러 위치 결정 후에 조사하는 제1 펄스의 펄스 주기 100μs에, 제1 펄스에 이어지는 제2 펄스 주기 100μs 내의 레이저가 계속되는 80μs(RF 정지 후의 레이저가 소멸되기까지의 시간 60μs를 포함한다.)를 더한 180μs이다. 여기서, 레이저를 연속해서 2회 조사할 수 있는 것은, 가공 임계값이 높은 구리층의 가공 혹은 구리층 가공 후의 두께가 60㎛를 초과하는 절연층을 가공하는 경우와 달리, 가공 임계값이 낮고, 두께가 30㎛ 정도인 절연층으로, 가공부에 축적되는 열량이 작기 때문이다.For example, when processing a 60 μm hole in an insulating layer, the laser is irradiated and processed by an output curve (A1) in which the output is 20 W at an RF application time of 20 μs, and then the laser is irradiated again under the same conditions at the next pulse cycle. That is, the processing time in this case is 180 μs, which is the pulse cycle of the first pulse irradiated after the galvano mirror positioning, 100 μs, plus 80 μs (including 60 μs for the time until the laser is extinguished after the RF is stopped) during the second pulse cycle of 100 μs following the first pulse. Here, the reason why the laser can be irradiated consecutively twice is because, unlike the case of processing a copper layer with a high processing threshold or processing an insulating layer whose thickness after processing the copper layer exceeds 60 μm, the processing threshold is low and the amount of heat accumulated in the processing portion is small in the insulating layer with a thickness of about 30 μm.
또한 이 도면과 같이, 출력 곡선(A1)은 RF 인가 직후에 제1 피크 출력(출력의 계속 시간은 단시간이다)을 갖는다. 이 제1 피크 출력은 정격 RF 인가 시간(이 경우 20μs)에서의 제2 피크 출력의 1/2 정도이다. 또한, RF 인가가 정지된 후에는, 레이저 발진기 내의 레이저 매체에 축적된 에너지가 레이저로서 출력된다. 도면의 경우, 레이저 발진기 내의 레이저 매체에 기초한 레이저의 계속 시간은 60μs 정도이다.Also, as shown in this drawing, the output curve (A1) has a first peak output (the duration of the output is short) immediately after RF application. This first peak output is about half of the second peak output at the rated RF application time (20 μs in this case). In addition, after the RF application is stopped, the energy accumulated in the laser medium in the laser generator is output as a laser. In the case of the drawing, the duration of the laser based on the laser medium in the laser generator is about 60 μs.
[0007][0007]
그러나, 상기의 가공에서는 이하와 같은 불편함이 발생한다.However, the above processing causes the following inconveniences.
(1) 제1 피크 출력의 영향에 의해, 가공한 구멍의 입구부의 직경이 2∼3㎛ 커져 버리는 경우가 있다.(1) Due to the influence of the first peak output, the diameter of the entrance of the machined hole may increase by 2 to 3 μm.
(2) 레이저의 출력 변동에 수반해, 가공된 구멍의 직경이 변동한다.(2) The diameter of the processed hole fluctuates as the laser output fluctuates.
여기서, 상기 레이저의 출력 변동을 도면을 참조하여 설명한다.Here, the output variation of the laser is explained with reference to the drawing.
도 12는 제2 피크 출력의 출력 변동을 나타내는 도면이며, (a)는 펄스 주파수가 1~5kHz의 경우를, (b)는 펄스 주파수가 1~10kHz의 경우를 각각 나타내고 있다. 예를 들어, 가공하는 구멍의 간격이 거의 동일한 경우, 제2 피크 출력은 거의 변동하지 않는다. 그러나, 가공하는 구멍의 간격은, 프린트 기판에 실장하는 실장품의 간격이나 하층의 구리층에 접속하는 구멍 위치에 의해 정해지기 때문에, 동일하지 않다. 그 결과, 레이저 여기 간격(즉, 듀티)이 변화함으로써, 레이저 매체에 축적되는 출력이 변화한다. 그리고, 이 도면 (a)에 나타낸 바와 같이, 주파수가 1~5kHz인 경우는 출력이 ±3% 정도, 또한 이 도면 (b)에 나타내는 바와 같이, 주파수가 1~10kHz인 경우는 출력이 ±5% 정도 변화한다. 따라서 가공한 구멍의 직경이 변한다.Fig. 12 is a diagram showing the output variation of the second peak output, where (a) shows the case where the pulse frequency is 1 to 5 kHz, and (b) shows the case where the pulse frequency is 1 to 10 kHz. For example, when the spacing of the holes to be machined is almost the same, the second peak output hardly varies. However, the spacing of the holes to be machined is not the same because it is determined by the spacing of the components to be mounted on the printed circuit board or the position of the holes connected to the lower copper layer. As a result, the output accumulated in the laser medium varies as the laser excitation interval (i.e., duty) varies. As shown in this drawing (a), when the frequency is 1 to 5 kHz, the output varies by about ±3%, and as shown in this drawing (b), when the frequency is 1 to 10 kHz, the output varies by about ±5%. Therefore, the diameter of the machined hole varies.
(3) RF 인가 시간 20㎲에 이어지는 RF 정지 기간에 있어서도, RF가 정지된 후 60㎲ 정도의 기간 동안, 레이저 매체에 축적된 에너지가 가공부에 조사되기 때문에, 가공부의 온도는 상승한다. 가공부의 온도 상승값이 절연층의 가공 임계값보다 낮은 경우라도, 이 기간이 10㎲ 이상 계속하면, 구멍 바닥과 구멍 벽면의 절연층이 탄화되기 쉬워져, 구멍의 가공 품질이 저하된다.(3) Even in the RF stop period following the RF application time of 20 μs, the temperature of the processing portion increases because the energy accumulated in the laser medium is irradiated to the processing portion for a period of about 60 μs after the RF is stopped. Even if the temperature rise value of the processing portion is lower than the processing threshold of the insulating layer, if this period continues for 10 μs or more, the insulating layer of the hole bottom and the hole wall is likely to carbonize, thereby deteriorating the processing quality of the hole.
이상 설명한 바와 같이, 가공하는 구멍 직경의 균일화 및 절연층의 품질 저하를 방지하는 것이 바람직하다.As described above, it is desirable to uniformize the diameter of the hole being processed and prevent deterioration of the quality of the insulating layer.
[0008][0008]
본 발명의 목적은, 레이저 발진기를 유효하게 활용함으로써, 가공능률이 우수하고, 품질이 우수한 프린트 기판의 레이저 가공 방법 및 프린트 기판의 레이저 가공기를 제공하는 것이다.The purpose of the present invention is to provide a method for laser processing a printed circuit board and a laser processing machine for a printed circuit board having excellent processing efficiency and quality by effectively utilizing a laser generator.
[0009][0009]
이상의 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 제1 수단은,To solve the above problem, the first means of the present invention is,
RF 펄스를 인가함으로써 레이저를 발진하는 탄산 가스 레이저 발진기를 이용하여 레이저 가공을 하는 프린트 기판의 레이저 가공 방법에 있어서,In a laser processing method of a printed circuit board, laser processing is performed using a carbon dioxide laser generator that oscillates a laser by applying RF pulses.
상기 RF 펄스의 인가를 종료한 후의 레이저가 출력되고 있는 동안 상기 RF 펄스의 인가를 재개시킴으로써 레이저 발진을 계속시키고, 연속해서 발진되는 레이저를 원하는 시간 동안 잘라내어 프린트 기판의 레이저 가공을 하는 것을 특징으로 한다.The invention is characterized in that the laser is continuously oscillated by resuming the application of the RF pulse while the laser is being output after the application of the RF pulse is terminated, and the laser that is continuously oscillated is cut off for a desired period of time to perform laser processing of a printed circuit board.
[0010][0010]
본 발명의 제2 수단은 청구항 1에 기재된 프린트 기판의 레이저 가공 방법에 있어서The second means of the present invention is a method for laser processing a printed circuit board as described in claim 1.
상기 RF 펄스의 인가 시간과 RF 펄스의 오프 시간을 제어함으로써 톱니 모양의 펄스를 생성하고 생성한 톱니 모양의 펄스로 가공하는 것을 특징으로 한다.It is characterized by generating a sawtooth-shaped pulse and processing the generated sawtooth-shaped pulse by controlling the application time of the RF pulse and the off time of the RF pulse.
[0011][0011]
본 발명의 제3 수단은, 청구항 2에 기재된 프린트 기판의 레이저 가공 방법에 있어서,The third means of the present invention is a method for laser processing a printed circuit board as described in claim 2,
상기 RF 펄스의 인가 시간과 상기 RF 펄스의 오프 시간의 합, 또는 상기 RF 펄스의 인가 시간과 상기 RF 펄스의 오프 시간의 비율의 적어도 하나를 제어하는 것을 특징으로 한다.It is characterized by controlling at least one of the sum of the application time of the RF pulse and the off time of the RF pulse, or the ratio of the application time of the RF pulse and the off time of the RF pulse.
[0012][0012]
본 발명의 제4 수단은, 상기 RF 펄스를 인가함으로써 레이저를 발진하는 탄산 가스 레이저 발진기를 이용하여 레이저 가공을 행하는 프린트 기판의 레이저 가공 장치에 있어서,The fourth means of the present invention is a laser processing device for a printed circuit board that performs laser processing using a carbon dioxide gas laser generator that oscillates a laser by applying the RF pulse.
상기 RF 펄스의 인가를 종료한 후의 레이저가 출력되고 있는 동안 상기 RF 펄스의 인가를 재개시킴으로써 레이저 발진을 계속시키고, 연속적으로 발진되는 레이저를 원하는 시간 동안 잘라내어 가공부에 공급하도록 제어하는 제어 장치를 구비하는 것을 특징으로 한다.It is characterized by having a control device that controls to continue laser oscillation by resuming the application of the RF pulse while the laser is being output after the application of the RF pulse is terminated, and to supply the continuously oscillated laser to a processing section by cutting it for a desired period of time.
[0013][0013]
본 발명의 제5 수단은, 청구항 4에 기재된 프린트 기판의 레이저 가공 장치에 있어서,The fifth means of the present invention is a laser processing device for a printed circuit board as described in claim 4,
복수의 가공 헤드를 갖추어, 1개의 레이저 발진기로부터 상기 복수의 가공 헤드 각각에 레이저를 분배하도록 구성해 두고, 어느 하나의 가공 헤드의 위치 결정이 완료된 경우에는, 다른 가공 헤드의 위치 결정 상태를 고려하지 않고 해당 가공 헤드에 레이저를 공급하는 제어 장치를 구비하는 것을 특징으로 한다.The present invention is characterized by comprising a control device configured to distribute a laser from a single laser generator to each of the plurality of processing heads, and supplying a laser to the processing head without considering the positioning status of another processing head when the positioning of one processing head is completed.
[0014][0014]
가공하는 구멍의 구멍 직경을 균일하게 함과 동시에, 구멍 벽면의 품질을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 가공 능률을 향상시킬 수 있다. 또한, 안정된 레이저를 연속적으로 발진하도록 하였으므로, 복수의 헤드에 레이저를 공급하는 경우, 어느 헤드에 대해서도 다른 헤드와는 무관하게 필요한 레이저를 공급할 수 있으므로, 레이저 가공 기계로서의 가공능률을 향상시킬 수 있다.It is possible to make the hole diameter of the hole being processed uniform, and at the same time improve the quality of the hole wall surface, and also improve the processing efficiency. In addition, since a stable laser is continuously oscillated, when supplying lasers to multiple heads, the necessary laser can be supplied to any head independently of the other heads, and thus the processing efficiency as a laser processing machine can be improved.
[0015]
도 1은 본 발명에 관련된 톱니 모양 파의 요소를 설명하는 도면이다.
도 2는 출력 파형의 예이다.
도 3은 본 발명에 관련된 톱니 모양 파의 생성 순서를 설명하는 도면이다.
도 4는 톱니 n의 직사각형파 펄스에 의한 가공 예를 설명하는 도면이다.
도 5는 출력의 에너지 공간 분포를 설명하는 도면이다.
도 6은 본 발명에 관련된 2 헤드식 레이저 가공기의 구성도이다.
도 7은 갈바노 미러의 설정 시간과 레이저 조사 시간을 나타내는 도면이다.
도 8은 필러가 들어간 절연 층을 가공하는 경우의 직사각형파 펄스의 설명도이다.
도 9는 종래의 2 헤드식 레이저 가공기의 구성도이다.
도 10은 갈바노 미러의 설정 시간과 레이저 조사 시간을 나타내는 도면이다.
도 11은 종래의 레이저 조사 예를 설명하는 도면이다.
도 12는 제2 피크 출력의 출력 변동을 나타내는 도면이다.[0015]
FIG. 1 is a drawing illustrating elements of a sawtooth wave related to the present invention.
Figure 2 is an example of an output waveform.
Figure 3 is a drawing explaining the generation sequence of a sawtooth wave related to the present invention.
Figure 4 is a drawing explaining an example of processing by a rectangular wave pulse of a saw tooth n.
Figure 5 is a diagram explaining the energy spatial distribution of the output.
Figure 6 is a configuration diagram of a two-head laser processing machine related to the present invention.
Figure 7 is a drawing showing the setting time of the galvano mirror and the laser irradiation time.
Figure 8 is an explanatory diagram of a rectangular wave pulse when processing an insulating layer containing filler.
Figure 9 is a configuration diagram of a conventional two-head type laser processing machine.
Figure 10 is a drawing showing the setting time of the galvano mirror and the laser irradiation time.
Figure 11 is a drawing explaining an example of a conventional laser irradiation.
Figure 12 is a diagram showing the output fluctuation of the second peak output.
[0016][0016]
도 1은 본 발명에 관련된 톱니 모양 파의 구성 요소를 설명하는 도면이다. 또한, 이 도면에 있어서의 출력 곡선(C)(기본 파 펄스 파형)는, 정격 듀티 60%(RF 인가 시간/펄스 주기이다. 이하, 「정격 듀티」를 단순히 「Dty」라고 표기한다.), 펄스 주파수 10KHz, 최대 출력 250W의 출력 곡선이며, 세로축은 발진되는 레이저의 출력, 가로축은 시간이다. 또한, 상단은 레이저 발진기(1)의 레이저 매체를 여기시키는 RF의 온/오프를 나타낸다.FIG. 1 is a drawing explaining components of a sawtooth wave related to the present invention. In addition, an output curve (C) (basic wave pulse waveform) in this drawing is an output curve of rated duty 60% (RF application time/pulse period. Hereinafter, “rated duty” is simply expressed as “Dty”), pulse frequency 10 kHz, and maximum output 250 W, and the vertical axis represents the output of the oscillating laser, and the horizontal axis represents time. In addition, the upper part represents the on/off of RF for exciting the laser medium of the laser oscillator (1).
우선, 출력 곡선(C)에 대하여 설명한다. 시각 T0에서 RF를 온하면, 시각 T1에서 레이저가 폭발적으로 출력되고, 시각 Tj에서 제1 피크 출력 Wj에 도달한 후, 시각 Td까지 감쇠하고, 그 후 다시 증가로 전환되고, 시각 T0부터 RF 인가 시간 60μs 경과한 시각 T2에서 제2 피크 출력(250W)에 도달한다. 여기서, RF 인가 기간의 실선에서 나타내는 출력은, RF에 의해 레이저 매체인 N2 가스를 매개로 CO2 가스로 천이한 출력(이 도면에서는 60 μs 부근에 점선으로 나타내는 출력)과, CO2 가스가 RF에 의해 직접 여기된 출력 (즉, 점선으로 표시된 출력과 실선으로 표시된 출력 사이에 끼워진 출력)의 합이다. 따라서, RF 인가가 정지되면, RF에 의해 CO2 가스가 직접 여기되는 출력은 0이 되고, 시각 T2 이후에는, 레이저 발진기 내의 레이저 매체인 N2 가스에 축적된 에너지가 레이저로서 출력된다. 덧붙여, 레이저 매체에 축적된 에너지는 시간 T2 이후 60μs 정도 출력된다.First, the output curve (C) will be described. When RF is turned on at time T0, the laser is output explosively at time T1, reaches the first peak output Wj at time Tj, then decays until time Td, then switches to increasing again, and reaches the second peak output (250 W) at time T2, 60 μs after the RF application time from time T0. Here, the output indicated by the solid line during the RF application period is the sum of the output transferred from the N 2 gas, which is a laser medium, to the CO 2 gas by RF (the output indicated by the dotted line around 60 μs in this figure) and the output in which the CO 2 gas is directly excited by the RF (i.e., the output sandwiched between the output indicated by the dotted line and the output indicated by the solid line). Therefore, when the RF application is stopped, the output in which the CO 2 gas is directly excited by the RF becomes 0, and after time T2, the energy accumulated in the N 2 gas, which is a laser medium in the laser generator, is output as a laser. Additionally, the energy accumulated in the laser medium is output approximately 60 μs after time T2.
[0017][0017]
본 발명자는, 실험 및 시뮬레이션에 의해, 이하의 요건을 확인하였다.The inventors have confirmed the following requirements through experiments and simulations.
1. 요건 11. Requirement 1
예를 들어, Dty 60%(펄스 폭 60μs), 펄스 주파수 10kHz로 RF를 인가한 경우, 출력 곡선(C)에 나타낸 바와 같이, 발진된 레이저의 출력은 점차 증가하여 펄스 폭 60μs에서 최대가 된다. 그리고, RF 인가를 정지하면, 출력이 감쇠된다. 그리고, 레이저 발진기의 Dty 범위 내에서 레이저를 발진시켰을 경우, RF 인가 시간이 바뀌어도 출력은 동일한 출력 곡선(도시된 출력 곡선(C))을 따라 상승한다. 즉, Dty 40%(펄스 폭 40㎲), 10㎑로 발진시켰을 경우, 출력은 출력 곡선(C)을 따라 상승하고, 펄스 폭 40㎲에서 최대가 되며, 상기의 경우와 마찬가지로 감쇠한다. 또한, Dty 20%(펄스 폭 20㎲), 10㎑로 발진시킨 경우에도, 출력 곡선(C)를 따라 상승하고, 펄스 폭 20㎲에서 최대가 되며, 상기의 경우와 마찬가지로 감쇠한다.For example, when RF is applied with Dty 60% (pulse width 60 μs) and pulse frequency 10 kHz, the output of the oscillated laser gradually increases and reaches a maximum at a pulse width of 60 μs, as shown in the output curve (C). And, when the RF application is stopped, the output is attenuated. And, when the laser is oscillated within the Dty range of the laser oscillator, even if the RF application time changes, the output rises along the same output curve (the output curve (C) shown). That is, when oscillation is performed with Dty 40% (pulse width 40 μs) and 10 kHz, the output rises along the output curve (C), reaches a maximum at a pulse width of 40 μs, and attenuates as in the case above. Also, when oscillating at 10 kHz with Dty 20% (pulse width 20 μs), it rises along the output curve (C), reaches a maximum at a pulse width of 20 μs, and attenuates as in the above case.
[0018][0018]
2. 요건 22. Requirement 2
CO2 레이저의 경우, 시각 T0에서 RF의 인가를 개시하면, 시각 T1에서 레이저 매체에 축적된 여기 출력에 의해 레이저의 발진이 개시되고, 출력이 급증하여 시각 Tj에서 제1 피크 출력 Wj가 된 후, 일단 감쇠되어(시각 Td) 이후에는 출력이 다시 증가하여 RF 인가 정지 시에 제2 피크 출력이 된다.In the case of a CO2 laser, when RF application is initiated at time T0, laser oscillation is initiated by the excited output accumulated in the laser medium at time T1, and the output rapidly increases to become the first peak output Wj at time Tj, then decays once (time Td), and after that, the output increases again to become the second peak output when RF application is stopped.
이 경우, 시각 Td는 시각 T0로부터 0.4 ~ 0.5μs이며, Dty, 펄스 폭이 바뀌어도, 시각 Td에 있어서의 출력 응답(단위 시간당 출력 변화)(Ws)는 거의 일정하다는 것을 발견했다.In this case, the time Td is 0.4 to 0.5 μs from the time T0, and it was found that the output response (output change per unit time) (Ws) at the time Td is almost constant even if Dty and pulse width change.
[0019][0019]
3. 요건 33. Requirement 3
RF 인가를 정지하면, 출력은 250W에서 레이저 매체에 축적된 잔류 출력으로 전환된다. 전환 시간은 0.4 ~ 0.5μs이며, 출력은 일단 내려간 후 약간 상승하고 그 후 감쇠한다. 이하, 출력 전환 시의 출력 응답을 출력 응답(Wc), 약간 상승할 때의 출력 응답을 출력 응답(Wd)라 한다.When the RF input is stopped, the output switches from 250 W to the residual output accumulated in the laser medium. The switching time is 0.4 to 0.5 μs, and the output first drops and then slightly increases and then decays. Hereinafter, the output response when the output switches is called the output response (Wc), and the output response when it slightly increases is called the output response (Wd).
그리고, 상기 출력 응답(Wc)는 Dty, 펄스 폭이 변화해도 거의 변하지 않는 값이 되는 것을 발견했다. 또한, 출력 응답(Wc)와 상기 출력 응답(Ws)는 출력 방향이 서로 다르지만, 출력 성분의 크기는 거의 같다.And, it was found that the output response (Wc) has a value that hardly changes even when Dty and pulse width change. In addition, although the output response (Wc) and the output response (Ws) have different output directions, the sizes of the output components are almost the same.
[0020][0020]
4. 요건 44. Requirement 4
도 2는 출력 파형 예이며, 레이저 매체에 축적된 에너지가 펄스 주기의 종점에서 RF 인가를 재개했을 경우의 출력 파형이다. 이 도면에 도시된 바와 같이, RF 인가 개시 시에 레이저 매체에 축적된 잔류 출력(도면에서 사선으로 표시한 Δz이며, RF 인가 개시 시의 출력은 ΔW이다. 여기서, ΔW>0 이다.)이 존재할 경우, 다음(2번째)의 펄스 주기의 여기가 개시되면, 여기된 출력은 잔류 출력에 중첩되어, 0.4 ~ 0.5μs 후에 출력 응답(Ws)에서 출력이 증가하는데, 이 때, 제1 피크 출력(Wj)는 발생하지 않는다. 여기서, 제1 펄스 주기와 제2 펄스 주기의 접속부에 대하여 설명했지만, 제n 펄스 주기까지 반복하면, 출력 응답(Ws)가 발생하는 출력의 레벨이 서서히 높아지는 반면, 제2 피크 출력은 서서히 저하되지만, 1초 정도면 안정된다.Fig. 2 is an example of an output waveform, which is an output waveform when the energy accumulated in the laser medium resumes RF application at the end point of the pulse cycle. As shown in the figure, when there is a residual output (Δz indicated by an oblique line in the figure, and the output at the start of RF application is ΔW. Here, ΔW>0) accumulated in the laser medium at the start of RF application, when the excitation of the next (second) pulse cycle is initiated, the excited output is superimposed on the residual output, and the output increases in the output response (Ws) after 0.4 to 0.5 μs, but at this time, the first peak output (Wj) does not occur. Although the connection between the first pulse cycle and the second pulse cycle has been described here, when repeating up to the nth pulse cycle, the level of the output at which the output response (Ws) occurs gradually increases, whereas the second peak output gradually decreases, but becomes stable in about 1 second.
여기서, 상기 도 11의 경우는, 두 번째 펄스 주기가 시작되기 전에 레이저 매체에 축적된 잔류 에너지가 0으로 되어 있기 때문에, 두 번째 펄스 주기의 출력 곡선은 첫 번째 펄스 주기와 동일한 출력 곡선이 된다.Here, in the case of the above Fig. 11, since the residual energy accumulated in the laser medium is 0 before the start of the second pulse cycle, the output curve of the second pulse cycle becomes the same output curve as that of the first pulse cycle.
[0021][0021]
여기서, 출력 곡선(C)에 있어서 Dty 60%로 연속 발진시킨 출력의 적분값(즉, 펄스 주기인 0 ~ 100㎲로 출력된 전체 출력)을 펄스 주기 100㎲으로 나눈 값을 평균 출력(Wav)라고 부른다.Here, the integral value of the output continuously oscillated at Dty 60% on the output curve (C) (i.e., the total output output with a pulse period of 0 to 100 μs) divided by the pulse period of 100 μs is called the average output (Wav).
또한, Dty를 일정하게 한 경우, 펄스 주기가 20 ~ 200KHz의 범위에서 도 1에 나타낸 평균 출력(Wav)는 거의 변하지 않는다. 한편, 펄스 주파수를 일정하게 하면, 평균 출력(Wav)Dty에 비례하여 증가한다. 또한, 출력 곡선(C)의 RF 온 기간의 평균 출력에서의 접선 방향의 출력 응답(Wr)과, 출력 곡선(C)의 RF 오프 기간의 평균 출력에서의 접선 방향의 출력 응답(Wf)는 평균 출력에 고유한 값이 된다.In addition, when Dty is made constant, the average output (Wav) shown in Fig. 1 hardly changes in the range of the pulse cycle of 20 to 200 KHz. On the other hand, when the pulse frequency is made constant, the average output (Wav) increases in proportion to Dty. In addition, the tangential output response (Wr) in the average output of the RF on period of the output curve (C) and the tangential output response (Wf) in the average output of the RF off period of the output curve (C) become values unique to the average output.
또, 도 1에는 100kHz 및 200kHz의 톱니 모양 파가 기재되어 있지만, 자세한 내용은 도 3을 이용하여 설명한다.Also, although sawtooth waves of 100 kHz and 200 kHz are described in Fig. 1, details are explained using Fig. 3.
[0022][0022]
도 3은 본 발명에 관련된 톱니 모양 파의 생성 순서를 설명하는 도면이다.Figure 3 is a drawing explaining the generation sequence of a sawtooth wave related to the present invention.
출력 곡선(C)에서 Dty = Trf1/tm (단, tm은 펄스 주기이며, RF 인가 기간(Trf1) 및 RF 인가 정지 기간(Trf0)으로 이루어진다)을 설정하면 평균 출력(Wav)가 결정된다. 펄스 주기(tm)를 짧게 해도, RF 인가 시간(trf1)과 RF 인가 정지 시간(trf0)의 비율이 동일하면, Dty는 동일하고, 평균 출력(Wav)도 거의 변하지 않는다. 따라서, 본 발명에 관련된 톱니 모양 파는 기본 파 펄스 파형(상기 출력 곡선(C)) 및 상기 요건 1 내지 4에 기초하여 생성된다.When Dty = Trf1/tm (wherein tm is a pulse period and is composed of an RF application period (Trf1) and an RF application stop period (Trf0)) is set in the output curve (C), the average output (Wav) is determined. Even if the pulse period (tm) is shortened, if the ratio of the RF application time (trf1) and the RF application stop time (trf0) is the same, Dty is the same and the average output (Wav) hardly changes. Therefore, the sawtooth wave related to the present invention is generated based on the basic wave pulse waveform (the output curve (C)) and the requirements 1 to 4.
[0023][0023]
톱니 모양 파의 생성 순서는 다음과 같다.The sequence of generation of sawtooth waves is as follows:
순서 1) 세로축을 출력축으로 하여 Dty, 펄스 주기(tm), 평균 출력(Wav), 상한 출력(Wp) 및 하한 출력(Wv)를 설정한다. 여기서, 상한 출력(Wp)은 조사한 펄스에 의해 목적으로 하는 구멍 직경을 얻을 수 있는 출력 레벨[J/s]이며, 재료의 임계값에 따른 값으로 설정된다. 하한 출력(Wv)는 연속 발진이 안정된 톱니 펄스에서 RF 온 시의 출력 응답(Ws)의 상승 시각에서의 출력 레벨이다.Step 1) Set Dty, pulse period (tm), average output (Wav), upper limit output (Wp), and lower limit output (Wv) with the vertical axis as the output axis. Here, the upper limit output (Wp) is the output level [J/s] that can obtain the target hole diameter by the investigated pulse, and is set to a value according to the threshold value of the material. The lower limit output (Wv) is the output level at the rising time of the output response (Ws) when RF is on in a sawtooth pulse with stable continuous oscillation.
순서 2) 가로축을 시간축으로 하여, 시각 t0에서의 하한 출력(Wv) 상의 점을 Q1, 펄스 주기인 시각 t2에서의 하한 출력(Wv) 상의 점을 Q6으로 한다. 그리고, 점 Q1을 시작점으로 하는 출력 응답(Ws)를 플롯(plot)하고, 출력 응답(Ws)의 종점을 점 Q2로 한다.Step 2) Using the horizontal axis as the time axis, the point on the lower limit output (Wv) at time t0 is designated as Q1, and the point on the lower limit output (Wv) at time t2, which is the pulse period, is designated as Q6. Then, plot the output response (Ws) with point Q1 as the starting point, and the end point of the output response (Ws) is designated as point Q2.
순서 3) 점 Q2와 시각 t1에서의 상한 출력(Wp) 상의 점 Q3을 출력 응답(Wr)로 연결한다. 또한, 시각 t1은 Trf1의 종점(Trf0의 시작점)이다.Step 3) Connect point Q3 on the upper limit output (Wp) at point Q2 and time t1 to the output response (Wr). Also, time t1 is the end point of Trf1 (the start point of Trf0).
순서 4) 점 Q3을 시작점으로 출력 응답(Wc)를 플롯하고, 출력 응답(Wc)의 종점을 점 Q4로 한다.Step 4) Plot the output response (Wc) with point Q3 as the starting point, and set the end point of the output response (Wc) as point Q4.
순서 5) 점 Q1과 Q4를 연결하는 연장선 상에 작은 출력 응답(Wd)를 플롯하고 종점을 Q5로 한다.Step 5) Plot the small output response (Wd) on the extension line connecting points Q1 and Q4, and set the endpoint as Q5.
순서 6) 점 Q5와 Q6을 출력 선분(Wf)로 연결한다. 즉, 점 Q5는 점 Q1과 점 Q4를 연결하는 연장선과 점 Q6을 종점으로 하는 출력 응답(Wf)과의 교점이다.Step 6) Connect points Q5 and Q6 with an output line segment (Wf). That is, point Q5 is the intersection of the extension connecting points Q1 and Q4 and the output response (Wf) that ends at point Q6.
이상의 순서에 의해, 하한 출력(Wv)에 추가한 톱니 모양 파가 완성된다.By the above sequence, a sawtooth wave added to the lower output (Wv) is completed.
이하, 하한 출력(Wv)에 상기 순서로 형성된 다각형을 중첩한 톱니 모양의 펄스를 「톱니 모양 펄스」라고 한다.Hereinafter, a sawtooth-shaped pulse formed by superimposing a polygon in the above order on the lower limit output (Wv) is called a “sawtooth pulse.”
단락 0024에서 설명한 바와 같이, 레이저 발진기의 출력은 1초를 넘으면 안정 상태가 되고, 레이저 발진기가 가동 상태에 있는 한 평균 출력(Wav) 및 상한 출력(Wp)의 변동폭은 ±1% 정도가 된다.As described in paragraph 0024, the output of the laser generator becomes stable after 1 second, and the fluctuation range of the average output (Wav) and the upper limit output (Wp) is approximately ±1% as long as the laser generator is in operation.
또한, 이 도면에 나타내는 바와 같이, 점 Q1과 점 Q4를 점선으로 연결한다고 하면, 사각형 Q1Q2Q3Q4에 둘러싸인 출력이 단락 0016에서 설명한 RF에 의해 CO2 가스가 직접 여기된 출력에 상당한다.In addition, as shown in this drawing, if points Q1 and Q4 are connected by a dotted line, the output enclosed in the square Q1Q2Q3Q4 corresponds to the output in which CO2 gas is directly excited by RF as described in paragraph 0016.
여기서, 도 1에는 상기 순서로 작성한 100KHz의 톱니 모양 펄스와 200KHz 톱니 모양 펄스가 각각 1개 기재되어 있다.Here, Fig. 1 shows one 100 KHz sawtooth pulse and one 200 KHz sawtooth pulse each written in the above order.
[0024][0024]
여기서, Dty가 일정하고 펄스 주기(tm)을 변경하면 출력 응답(Ws, Wc)는 변하지 않는다. 한편, 출력 응답(Wr, Wd, Wf)는 펄스 주기(tm)에 따라 변하지만, 평균 출력(Wav)는 거의 변하지 않는다. 또한, 펄스주기(tm)가 일정하고, Dty를 변경하면, 출력 응답(Ws, Wc)는 거의 변하지 않고, 출력 응답(Wr, Wd, Wf)가 변화한다. 이 경우, Dty가 작아지면 출력 응답(Wr, Wd)의 증가 비율(상승)이 가파르게 되고, 출력 응답(Wf)의 감소 비율(하강)이 완만해진다. 한편, Dty가 커지면 출력 응답(Wr, Wd)의 증가 비율(상승)이 완만해지고, 출력 응답(Wf)의 감소 비율(하강)이 가파르게 된다. 그리고 평균 출력은 Dty에 따라 달라지는데, 각각 고유 값으로서 정해진다.Here, when Dty is constant and the pulse period (tm) is changed, the output response (Ws, Wc) does not change. On the other hand, the output response (Wr, Wd, Wf) changes with the pulse period (tm), but the average output (Wav) hardly changes. In addition, when the pulse period (tm) is constant and Dty is changed, the output response (Ws, Wc) hardly changes, but the output response (Wr, Wd, Wf) changes. In this case, when Dty decreases, the increase rate (rise) of the output response (Wr, Wd) becomes steeper, and the decrease rate (decrease) of the output response (Wf) becomes gradual. On the other hand, when Dty increases, the increase rate (rise) of the output response (Wr, Wd) becomes gradual, and the decrease rate (decrease) of the output response (Wf) becomes steeper. And the average output varies with Dty, each of which is determined as a unique value.
따라서, Dty 범위 내에서 펄스 주기(tm), RF 인가 시간(trf1), RF 인가 정지 시간(trf0)을 설정함으로써, 톱니 모양 펄스의 파형 및 출력을 제어할 수 있다. 실제 가공에서는, 전술한 파형 생성 프로세스가 연속적으로 수행되어 n개의 톱니 모양 펄스 (n은 1 이상의 정수)를 형성한다. 이후, 가공 시에 공급되는 n개의 톱니 모양 펄스로 이루어진 펄스를 일괄하여 「톱니 n의 직사각형파 펄스」라고 한다.Therefore, by setting the pulse period (tm), RF application time (trf1), and RF application stop time (trf0) within the Dty range, the waveform and output of the sawtooth pulse can be controlled. In actual processing, the waveform generation process described above is performed continuously to form n sawtooth pulses (n is an integer greater than or equal to 1). Hereinafter, a pulse composed of n sawtooth pulses supplied during processing is collectively referred to as a "rectangular wave pulse of sawtooth n."
[0025][0025]
도 4는 톱니 n의 직사각형파 펄스에 의한 가공 예를 설명하는 도면으로, 세로축은 출력, 가로축은 시간이다.Figure 4 is a drawing explaining an example of processing by a rectangular wave pulse of sawtooth n, where the vertical axis represents output and the horizontal axis represents time.
여기서, 가공하는 구멍이 상기 도 11에서 설명한 것과 동일한 구멍이라고 하면, 종래 기술의 경우는 펄스 주파수 10kHz의 2펄스로 가공했기 때문에, 레이저 조사 시간은 20μs가 2회, 가공 시간은 1 펄스째의 펄스주기 100㎲과 2펄스째의 RF 인가 시간 20㎲과 비 여기 시간 60㎲을 더한 180㎲이었다. 한편, 본원의 경우, 종래와 동등한 펄스 에너지를 얻을 수 있는 펄스 주파수 100kHz의 톱니 2의 직사각형파 펄스를 2회 조사하여 가공하는 경우, 펄스 주기의 영향을 받지 않으므로, 2개의 직사각형 펄스의 간격을 임의로 설정할 수 있으며, 만일 2개의 톱니 2의 직사각형파 펄스의 간격을 60μs로 하면, 가공 시간은 100μs이다. 따라서, 본원에 의하면 종래보다 80㎲만큼 가공 시간을 단축할 수 있다.Here, if the hole to be processed is the same hole as described in the above Fig. 11, in the case of the prior art, since processing was performed with 2 pulses at a pulse frequency of 10 kHz, the laser irradiation time was 20 μs twice, and the processing time was 180 μs, which is the pulse period of the first pulse of 100 μs, the RF application time of the second pulse of 20 μs, and the non-excitation time of 60 μs added. On the other hand, in the case of the present invention, if processing is performed by irradiating twice a rectangular wave pulse of sawtooth 2 with a pulse frequency of 100 kHz, which can obtain pulse energy equivalent to the prior art, the pulse period is not affected, so the interval between the two rectangular pulses can be arbitrarily set, and if the interval between the two rectangular wave pulses of sawtooth 2 is 60 μs, the processing time is 100 μs. Therefore, according to the present invention, the processing time can be shortened by 80 μs compared to the prior art.
[0026][0026]
다음에, 가공한 구멍의 형상을 참조하면서 본원과 종래 기술을 설명한다.Next, the present invention and prior art will be described with reference to the shape of the machined hole.
도 5는 출력의 에너지 공간 분포를 설명하는 도면으로, (a)는 본원의 경우, (b)는 종래 기술의 경우이며, 세로축은 규격화한 에너지 레벨과 가공 깊이를, 가로축은 구멍의 직경 방향이다. 이 도면에서 Ds는 가공부의 빔 스폿 직경을, DR은 목적으로 하는 구멍 직경을, DR1, DR'은 DR보다 소경의 구멍 직경을, DB, DB'는 구멍 바닥 직경을, 각각 나타내고 있다. 또, Lv0은 에너지 레벨 0의 위치를, Lv1은 절연층의 표면 위치를, Lv2는 절연층의 저면 위치를, k는 절연층의 가공 임계값을 나타낸다.FIG. 5 is a drawing explaining the energy spatial distribution of the output, where (a) is the case of the present invention and (b) is the case of the prior art, where the vertical axis represents a standardized energy level and processing depth, and the horizontal axis represents the diameter direction of the hole. In this drawing, Ds represents the beam spot diameter of the processing section, DR represents the target hole diameter, DR1 and DR' represent hole diameters smaller than DR, and DB and DB' represent the hole bottom diameters, respectively. In addition, Lv0 represents the position of energy level 0, Lv1 represents the surface position of the insulating layer, Lv2 represents the bottom position of the insulating layer, and k represents the processing threshold value of the insulating layer.
또한, ep은 출력(Wp) 시의 에너지 분포를, ev는 출력(Wv) 시의 에너지 분포를, ev는 평균 출력(Wav) 시의 에너지 분포를, 1e는 제1 펄스의 에너지 분포를, 2e는 제2 펄스의 에너지 분포를 각각 나타낸다. 출력(Wp), 출력(Wv) 및 평균 출력(Wav)은 도 3에 도시된 바와 같다.In addition, ep represents the energy distribution at the time of output (Wp), ev represents the energy distribution at the time of output (Wv), ev represents the energy distribution at the time of average output (Wav), 1e represents the energy distribution of the first pulse, and 2e represents the energy distribution of the second pulse, respectively. The output (Wp), the output (Wv), and the average output (Wav) are as shown in Fig. 3.
본원의 가공 프로세스를 가공한 구멍의 직경 방향에 대응시켜, 이하에서 설명한다. 또한, RF 인가 기간(trf1)에 있어서의 가공 직경이 증가할 때의 에너지 분포를 직경 증가 에너지 분포라고 부르고, RF 인가 정지 기간(trf0)의 가공 직경이 감소하는 에너지 분포를 직경 감소 에너지 분포라고 부른다. RF 인가와 동시에 출력(Wv)에 중첩된 출력 상승 약 0.4μs의 출력 응답(Ws)으로 가공이 개시되고, 이어서 출력 응답(Ws)의 가공 직경 증가 에너지 분포로 가공되어 시간(trf1)이 경과하면 목적으로 하는 구멍 구경이 형성된다. Rf 인가 정지와 동시에, 가공 직경 감소 에너지 분포의 출력 응답(Wc), 가공 직경 미세 증가 출력 응답(Wd), 가공 직경 감소 에너지 분포 출력 응답(Wf)에 의해 추가 가공이 행해진다.The machining process of the present invention is explained below in accordance with the diameter direction of the machined hole. In addition, the energy distribution when the machining diameter increases during the RF application period (trf1) is called the diameter increase energy distribution, and the energy distribution when the machining diameter decreases during the RF application stop period (trf0) is called the diameter decrease energy distribution. At the same time as the RF application, machining is started with an output response (Ws) of approximately 0.4 μs of output increase superimposed on the output (Wv), and then machining is performed with the machining diameter increase energy distribution of the output response (Ws), and after the elapse of time (trf1), the target hole diameter is formed. At the same time as the RF application is stopped, additional machining is performed by the output response (Wc) of the machining diameter decrease energy distribution, the machining diameter fine increase output response (Wd), and the machining diameter decrease energy distribution output response (Wf).
상기 가공 공정에 있어서, 스폿(spot) 직경 DR과 DB 및 DR'과 DB'로 교대로 가공이 행해진다. 가공 개시 시의 출력 상승이 종래 펄스보다 급격하고 조사 시간은 짧다. 또한, RF 인가 정지 후의 에너지 분포 직경이 작아져, 구멍 입구, 구멍 측벽으로부터 멀어지기 때문에, 절연층 가공 시의 구멍 입구와 구멍 측벽면으로의 열전도가 감소된다. 그 결과, 구멍 벽면의 절연층의 열 영향이 경감되어 구멍 품질이 향상된다. 또한, 연속적인 톱니 모양 펄스로 가공하기 때문에, 종래 기술과 같이 가공에 관여하지 않는 RF 인가 정지 후의 레이저 조사는 이루어지지 않는다. 따라서, 구멍 입구 및 구멍 측벽면의 품질이 저하되지 않는다. 또한, 제1 피크 출력의 영향을 받지 않기 때문에, 구멍의 입구 직경이 넓어지지도 않는다.In the above processing step, processing is performed alternately with spot diameters DR and DB and DR' and DB'. The output increase at the start of processing is more rapid than with a conventional pulse, and the irradiation time is shorter. In addition, the energy distribution diameter after the RF application is stopped becomes smaller and moves away from the hole entrance and the hole side wall, so that the heat conduction to the hole entrance and the hole side wall surface during the insulating layer processing is reduced. As a result, the heat influence of the insulating layer on the hole wall surface is reduced, and the hole quality is improved. In addition, since processing is performed with continuous sawtooth pulses, laser irradiation after the RF application is stopped, which does not participate in the processing as in the conventional technology, is not performed. Therefore, the quality of the hole entrance and the hole side wall surface is not deteriorated. In addition, since it is not affected by the first peak output, the hole entrance diameter does not widen.
[0027][0027]
도 6은 본 발명에 관련된 2 헤드식 레이저 가공기의 구성도이며, 도 8과 동일한 물체 또는 동일한 기능의 물건에는 동일한 부호를 붙이고 상세한 설명을 생략한다.FIG. 6 is a configuration diagram of a two-head type laser processing machine related to the present invention. Objects identical to those in FIG. 8 or objects having the same function are given the same reference numerals and detailed descriptions are omitted.
레이저 발진기(1)는, 레이저 발진을 구동하는 고주파 RF의 인가 시간과 휴지 시간을 설정함으로써, 주파수 50kHz 이상의 연속한 직선 편광 톱니 모양의 레이저(2)를 출력한다. 레이저 발진기(1)와 빔 스플리터(4) 사이에 배치된 빔 직경 조정 장치(3)는 레이저(2)의 에너지 밀도를 조정하기 위한 장치이며, 레이저 발진기(1)로부터 출력되는 레이저(2)의 외경을 변경함으로써 레이저(2)의 에너지 밀도를 조정한다. 즉, 빔 직경 조정 장치(3)의 전후에서 레이저(2)의 에너지는 변화하지 않는다. 따라서, 빔 직경 조정 장치(3)로부터 출력된 레이저(2)는 레이저 발진기(1)로부터 출력된 레이저(2)로 간주될 수 있으므로, 이하, 레이저 발진기(1)와 빔 직경 조정 장치(3)를 조합하여 레이저 출력 장치(1A)라고 한다. 빔 직경 조정 장치(3)는 사용되지 않는 경우도 있다.The laser generator (1) outputs a continuous linearly polarized sawtooth laser (2) having a frequency of 50 kHz or more by setting the application time and the pause time of high-frequency RF that drives laser oscillation. The beam diameter adjustment device (3) arranged between the laser generator (1) and the beam splitter (4) is a device for adjusting the energy density of the laser (2), and adjusts the energy density of the laser (2) by changing the outer diameter of the laser (2) output from the laser generator (1). That is, the energy of the laser (2) does not change before and after the beam diameter adjustment device (3). Therefore, the laser (2) output from the beam diameter adjustment device (3) can be regarded as the laser (2) output from the laser generator (1), and therefore, hereinafter, the laser generator (1) and the beam diameter adjustment device (3) are referred to in combination as a laser output device (1A). The beam diameter adjustment device (3) is not always used.
빔 스플리터(4)와 편광 변환 장치(5A) 사이에는 드라이버(61A)에 의해 구동되는 AOM(50A)이 배치되어 있다. AOM(50A)은 레이저(2A)를 1차광 레이저(2A1K)와 0차광 레이저(2A0)로 분기하고, 분기하는 비율(개도)을 변화시킴으로써, 가공에 사용하는 레이저(2A1K)의 출력을 조정한다. 가공에 사용되지 않는 레이저(2A0)는 주변으로 확산되지 않도록 도시를 생략하는 댐퍼로 폐기된다.An AOM (50A) driven by a driver (61A) is placed between the beam splitter (4) and the polarization converter (5A). The AOM (50A) branches the laser (2A) into a first-order laser (2A1K) and a zero-order laser (2A0), and adjusts the output of the laser (2A1K) used for processing by changing the branching ratio (opening degree). The laser (2A0) not used for processing is discarded by a damper that does not diffuse to the surroundings.
[0028][0028]
이 레이저 가공기는, 제2 헤드(B)가 도시를 생략한 제2 헤드(B) 이동 장치에 의해, 고정의 제1 헤드(A)에 대하여 X 방향으로 위치 결정할 수 있도록 구성되어 있으며, 제2 헤드(B)의 위치를 제1 헤드(A)에 대해 최대 S만큼 넓힐 수 있도록 구성된다. 미러(31) 및 미러(34)는 소정의 위치에 고정되고, 미러(32, 33)는 도시를 생략하는 미러 이동 장치에 지지되고 있으며 X 방향으로 위치 결정 자유자재이다. 미러(31~34)는 미러(32, 33)가 X 방향의 어느 위치에 있어도 어퍼쳐(8B)의 축선이 갈바노 미러(10Ba)의 중심과 일치하도록 배치되어 있다. 제어 장치(20)는 레이저 발진기(1), 빔 직경 조정 장치(3), AOM 드라이버(61A, 61B), 플레이트(7A, 7B)의 구동 장치, 갈바노 미러(10Aa, 10Ab, 10Ba, 10Bb) 및 X-Y 테이블(14A) (경우에 따라 X-Y 테이블(14B)을 포함한다), 도시를 생략하는 제2 헤드(B)의 이동 장치 및 미러 이동 장치를 제어한다.This laser processing machine is configured so that the second head (B) can be positioned in the X direction with respect to the fixed first head (A) by a second head (B) moving device, not shown, and so that the position of the second head (B) can be expanded by a maximum of S with respect to the first head (A). The mirrors (31) and (34) are fixed at predetermined positions, and the mirrors (32, 33) are supported by a mirror moving device, not shown, and are free to be positioned in the X direction. The mirrors (31 to 34) are arranged so that the axis of the aperture (8B) coincides with the center of the galvano mirror (10Ba) regardless of the position of the mirrors (32, 33) in the X direction. The control device (20) controls the laser generator (1), the beam diameter adjustment device (3), the AOM driver (61A, 61B), the driving device of the plates (7A, 7B), the galvano mirrors (10Aa, 10Ab, 10Ba, 10Bb) and the X-Y table (14A) (including the X-Y table (14B) as the case may be), the moving device of the second head (B) not shown, and the mirror moving device.
[0029][0029]
이하, 가공 순서를 설명한다. 또한, 가공 내용은 헤드마다 다르지만, 동작으로서는 실질적으로 동일하기 때문에, 제1 헤드(A)의 경우에 대해 설명한다.Below, the processing sequence is explained. Also, although the processing content is different for each head, since the operation is substantially the same, the case of the first head (A) is explained.
가공 개시가 지시되면, 제어 장치(20)는 제2 헤드(B)의 이동 장치를 구동하여, 제2 헤드(B)를 지정된 위치로 이동시킨다. 다음으로, X-Y 테이블을 제어하여 제1 헤드(A)를 가공 위치에 위치시키는 동시에, 갈바노 미러(10Aa, 10Ab)를 제1 가공 위치에 위치 결정하고 대기한다. 또한, 도시를 생략하는 제2 헤드(B)의 이동 장치를 동작시켜 제2 헤드(B)를 제1 헤드(A)에 대하여 거리 s만큼 이동시킨다. 그 후, 도시를 생략하는 미러 이동 장치를 동작시켜 미러(32)의 위치를 거리 s/2만큼 헤드(2)의 이동 방향으로 이동시킨다. 그 결과, 어퍼쳐(8)와 갈바노 미러(10Ba)와의 거리는 항상 일정해지므로, 제2 헤드(B)의 위치에 관계없이, 어퍼쳐(8)의 상의 크기를 항상 일정하게 유지할 수 있다.When the start of processing is instructed, the control device (20) drives the moving device of the second head (B) to move the second head (B) to a designated position. Next, the X-Y table is controlled to position the first head (A) at the processing position, and at the same time, the galvano mirrors (10Aa, 10Ab) are positioned at the first processing position and standby. In addition, the moving device of the second head (B), not shown, is operated to move the second head (B) with respect to the first head (A) by a distance s. Thereafter, the mirror moving device, not shown, is operated to move the position of the mirror (32) by a distance s/2 in the moving direction of the head (2). As a result, since the distance between the aperture (8) and the galvano mirror (10Ba) always becomes constant, the image size of the aperture (8) can always be maintained constant regardless of the position of the second head (B).
[0030][0030]
그리고, 우선, 레이저 발진기(1)를 동작시켜, 소정의 대기 시간 경과 후에 가공 프로그램을 스타트(start)시켜 가공을 개시한다. 여기서, 대기 시간을 두는 이유는 레이저 발진기(1)의 출력이 열적 평형 상태에 도달할 때까지는 불안정하기 때문이며, 시간으로는 1 ~ 2 초 정도이다.And, first, the laser generator (1) is operated, and after a predetermined waiting time has elapsed, the processing program is started to initiate processing. Here, the reason for the waiting time is that the output of the laser generator (1) is unstable until it reaches a state of thermal equilibrium, and the time is approximately 1 to 2 seconds.
그리고, 대기 시간이 경과하면, 제어 장치(20)는 미리 입력된 가공 프로그램에 따라 레이저 발진기(1)로부터 톱니 모양으로 성형된 레이저(2)(이하, 단순히 레이저(2)라고 함)를 출력시킨다. 레이저(2)는 빔 직경 조정 장치(3)에 의해 직경이 변경되며, 빔 스플리터(4)에 의해 레이저(2A)로 분할되어 AOM(50)에 입사한다. AOM(50)은, 제어 장치(20)로부터 동작 지령을 받을 때까지는 레이저(2A)를 댐퍼로 폐기한다. 제어 장치(20)는, 갈바노 미러(10Aa, 10Ab) 중, 늦게 위치 결정된 쪽의 위치 결정 완료 신호를 받으면, 드라이버(61A)를 통해 AOM(50A)을 동작시켜, 레이저(2A)를 미리 지정된 출력으로 감쇠시킨 n개 톱니 펄스로 이루어진 직사각형파 펄스(2A1K)로 출력시킨다. 직사각형파 펄스(2A1K)는 갈바노 미러(10Aa, 10Ab)에 의해 위치 결정되고, 프린트 기판(13A)의 지정된 위치에 입사하여 프린트 기판(13A)에 구멍을 낸다. 이하, 종래의 경우와 마찬가지로, 지정된 가공이 완료될 때까지 상기 구멍 뚫기 동작을 반복한다. 또한, 상기 가공에 있어서, 레이저 발진기(1)는, 미리 지정된 주기 및 펄스 주기로 RF를 온·오프함으로써, 레이저(2)를 가공의 개시부터 종료까지 연속하여 출력시킨다.Then, when the waiting time has elapsed, the control device (20) outputs a sawtooth-shaped laser (2) (hereinafter, simply referred to as laser (2)) from the laser generator (1) according to a pre-input processing program. The laser (2) has its diameter changed by the beam diameter adjustment device (3), is split into lasers (2A) by the beam splitter (4), and is incident on the AOM (50). The AOM (50) discards the laser (2A) with a damper until it receives an operation command from the control device (20). When the control device (20) receives a positioning completion signal of the galvano mirror (10Aa, 10Ab) whose positioning has been determined later, it operates the AOM (50A) through the driver (61A) to output the laser (2A) as a rectangular wave pulse (2A1K) composed of n sawtooth pulses that have been attenuated to a pre-designated output. A rectangular wave pulse (2A1K) is positioned by a galvanometer mirror (10Aa, 10Ab) and is incident on a designated position of a printed circuit board (13A) to create a hole in the printed circuit board (13A). Hereinafter, as in the conventional case, the hole-punching operation is repeated until the designated processing is completed. In addition, in the processing, the laser generator (1) continuously outputs the laser (2) from the start to the end of the processing by turning RF on and off at a predetermined cycle and pulse cycle.
[0031][0031]
도 7은 본 발명에 있어서의 갈바노 미러의 설정 시간과 레이저의 조사 시간을 설명하는 도면이며, (a)는 가공 헤드(A)의 경우를, (b)는 가공 헤드(B)의 경우를 각각 나타낸다. 또한, 도면 중의 가로축은 시간이다.Figure 7 is a drawing explaining the setting time of the galvano mirror and the irradiation time of the laser in the present invention, (a) shows the case of the processing head (A), and (b) shows the case of the processing head (B). Also, the horizontal axis in the drawing represents time.
이 도면에 도시된 바와 같이, 톱니 펄스로 구성된 레이저(2A, 2B)는 가공 중에 항상 출력되고 있으며, 제1 헤드(A)의 경우 갈바노 시간(GA1 또는 GA2)가 완료되면 AOM(50)에 의해 필요한 n개의 톱니 펄스로 이루어진 직사각형파 펄스(2A1K)가 가공부에 조사되어 구멍을 낸다. 이 경우, 제1 헤드(A)는 제2 헤드(B)의 갈바노 시간(GB1, GB2)을 고려하지 않고 작업을 계속한다. 마찬가지로, 제2 헤드(B)는 제1 헤드(A)의 갈바노 시간(GA1, GA2)을 고려하지 않고 작업을 계속한다. 그 결과, 각 헤드에 대기 시간이 발생하지 않고, 가공 능률을 종래보다 20 ~ 30% 향상시킬 수 있다. 또한, 도시를 생략하는 장치의 클록(clock)에 따라 갈바노 미러의 위치 결정이 종료되면, AOM(50)은 가공부에 공급되는 톱니 n의 직사각형파 펄스에 결손 또는 누락이 발생하지 않도록 출력이 최초의 톱니 펄스의 RF 인가 개시 시각에 맞도록 제어된다.As shown in this drawing, the laser (2A, 2B) composed of sawtooth pulses is always output during processing, and in the case of the first head (A), when the galvano time (GA1 or GA2) is completed, a rectangular wave pulse (2A1K) composed of n required sawtooth pulses is irradiated to the processing part by the AOM (50) to create a hole. In this case, the first head (A) continues the work without considering the galvano time (GB1, GB2) of the second head (B). Similarly, the second head (B) continues the work without considering the galvano time (GA1, GA2) of the first head (A). As a result, no waiting time occurs in each head, and the processing efficiency can be improved by 20 to 30% compared to the conventional one. In addition, when the positioning of the galvano mirror is completed according to the clock of the device that omits the city, the AOM (50) is controlled so that the output matches the RF application start time of the first sawtooth pulse so that no loss or omission occurs in the rectangular wave pulse of the sawtooth n supplied to the processing section.
[0032][0032]
다음으로, 본 발명에 기초한 톱니의 구성에 대해 더욱 상세하게 설명한다.Next, the configuration of the gear according to the present invention will be described in more detail.
도 8은 필러(강화재) 들어간 절연층을 가공하는 경우의 직사각형파 펄스의 설명도이며, 가로축은 시간이고, t는 t0을 기준으로 하는 시각이다.Figure 8 is an explanatory diagram of a rectangular wave pulse when processing an insulating layer containing filler (reinforcing material). The horizontal axis represents time, and t is the time based on t0.
여기서, 상단은 AOM의 동작을 나타내고 있으며, A는 AOM의 개도 100%, mA는 AOM의 개도 m%이다. 또한, 중단은 RF의 온 오프를 나타내고, tm은 펄스 주기, trf1은 RF의 온 시간, trf0은 RF의 오프 시간이다. 또한, 하단은 출력으로, 도면 중 Wpf는 절연층의 필러를 가공할 수 있는 상한 출력, Wpr은 절연층의 수지를 가공할 수 있는 상한 출력이다.Here, the upper part represents the operation of the AOM, A is the opening degree of the AOM 100%, and mA is the opening degree of the AOM m%. In addition, the middle part represents the on/off of the RF, tm is the pulse cycle, trf1 is the on time of the RF, and trf0 is the off time of the RF. In addition, the lower part represents the output, and in the drawing, Wpf is the upper limit output that can process the filler of the insulating layer, and Wpr is the upper limit output that can process the resin of the insulating layer.
이 도면 (a)의 경우, RF 온 기간은 레이저 직경을 크게 하여 주로 필러를 가공하고, RF 오프 기간은 레이저 직경을 줄임으로써 가공에 의해 발생하는 가스나 가공 부스러기를 가공부로부터 신속하게 제거할 수 있으므로, 구멍 벽면 및 구멍 바닥의 가공 품질이 향상된다. 또한, 이 도면 (b)의 경우, 이 도면 (a)의 경우와 마찬가지로, 가공에 의해 발생하는 가스나 가공 부스러기를 가공부로부터 신속하게 제거할 수 있으므로, 구멍 벽면 및 구멍 바닥의 가공 품질이 향상된다.In the case of this drawing (a), the RF on period mainly processes the filler by increasing the laser diameter, and the RF off period reduces the laser diameter, so that gas and processing debris generated by processing can be quickly removed from the processing area, thereby improving the processing quality of the hole wall surface and the hole bottom. In addition, in the case of this drawing (b), similarly to the case of this drawing (a), gas and processing debris generated by processing can be quickly removed from the processing area, thereby improving the processing quality of the hole wall surface and the hole bottom.
또한, 이 도면 (c)는, 이 도면 (a)의 점선으로 둘러싸인 부분의 변형 예이며, 이 도면 (a)에서의 RM 온 기간의 출력 상승 도중(도면 중의 시각 td1)으로부터 시간 ta만 AOM을 온 하도록 한 파형 제어의 예이다. 이와 같이 하면, 출력 상승부의 높은 평균 출력(Wavh)으로 가공한 결과, 구멍 입구부와 구멍 측벽이 균일해지고 구멍 품질이 향상된다. tg는 AOM 오프 시간이다. 이 도면 (d)는, 예를 들어 구멍의 깊이 방향으로 경사를 만들고 싶은 경우에 사용된다.In addition, this drawing (c) is a modified example of the part surrounded by the dotted line in this drawing (a), and is an example of waveform control that turns on the AOM only from the time ta during the output rise (time td1 in the drawing) of the RM on period in this drawing (a). In this way, as a result of processing with the high average output (Wavh) of the output rise section, the hole entrance and the hole side wall become uniform, and the hole quality is improved. tg is the AOM off time. This drawing (d) is used, for example, when it is desired to create a slope in the depth direction of the hole.
[0033][0033]
다음으로, 가공 예에 대하여 설명한다.Next, we will explain a processing example.
도 8(a)(b)(c)에 나타내는 톱니 n의 직사각형파 펄스, 또 도 4(b)의 종래 펄스를 적용하여, 패키지용 필러들이 절연층(아지노모토사 ABF재 두께 약 30㎛)에 동일한 직경의 가공 스폿 60㎛에서 가공을 행한 결과는 이하와 같다. 또한, 이 도면은 톱니 펄스의 형상을 나타내는 것으로, 가공에 사용하는 톱니 n의 직사각형파 펄스를 나타내지는 않는다.The results of processing the packaging fillers at a processing spot of 60 ㎛ with the same diameter on the insulating layer (ABF material of Ajinomoto Co., Ltd., thickness of approximately 30 ㎛) by applying the rectangular wave pulse of sawtooth n shown in Figs. 8(a)(b)(c) and the conventional pulse of Fig. 4(b) are as follows. In addition, this drawing shows the shape of the sawtooth pulse and does not show the rectangular wave pulse of sawtooth n used for processing.
· 이 도면 (a)의 경우, 주파수 100kHz의 2개의 톱니 3의 직사각형파 펄스, Dty 60%(trf1=6μs, trf0=4μs), Wpf=20W, 기간 trf1은 AOM 개도 100%, 기간 trf0은 AOM 개도 0%로 한 경우, 구멍 입구 직경은 약 62㎛, 구멍(바닥 직경/입구 직경)비는 약 80%였다. 또한, AOM 개도 0%인 경우, 도 8(a)에 사선을 붙여 나타내는 부분의 출력은 0이다.· In the case of this drawing (a), when two sawtooth 3 rectangular wave pulses with a frequency of 100 kHz, Dty 60% (trf1 = 6 μs, trf0 = 4 μs), Wpf = 20 W, the period trf1 is when the AOM opening is 100%, and the period trf0 is when the AOM opening is 0%, the hole inlet diameter is approximately 62 μm, and the hole (bottom diameter/inlet diameter) ratio is approximately 80%. In addition, when the AOM opening is 0%, the output of the part indicated by the diagonal line in Fig. 8 (a) is 0.
· 이 도면 (b)의 경우, 주파수 100KHz의 2개의 톱니 3의 직사각형파 펄스, Dty 60%(trf1=6μs, trf0=4μs), Wpf=20W, 첫번째 톱니는 AOM 개도 100%, 두 번째 톱니는 AOM 개도 0%, 세 번째 톱니는 AOM 개도 100%로 한 경우, 구멍 입구 직경은 약 60㎛, 구멍(바닥 직경/입구 직경)비는 약 80%였다.· For this drawing (b), when two 3-tooth rectangular wave pulses with a frequency of 100 kHz, Dty 60% (trf1 = 6 μs, trf0 = 4 μs), Wpf = 20 W, the first tooth has 100% AOM opening, the second tooth has 0% AOM opening, and the third tooth has 100% AOM opening, the hole entrance diameter was approximately 60 μm, and the hole (bottom diameter/entrance diameter) ratio was approximately 80%.
· 이 도면 (c)의 경우, 주파수 100KHz의 2개의 톱니 3의 직사각형파 펄스, Dty 60%, td1=6μs는 AOM 개도 0%, ta=4μs는 AOM 개도 100%인 경우, 구멍 입구 직경은 약 60㎛, 구멍(바닥 직경/입구 직경)비는 약 81%였다.· For this drawing (c), when two sawtooth 3 rectangular wave pulses with a frequency of 100 kHz, Dty 60%, td1 = 6 μs when AOM opening is 0%, and ta = 4 μs when AOM opening is 100%, the hole entrance diameter was approximately 60 μm, and the hole (bottom diameter/entrance diameter) ratio was approximately 81%.
그리고, 이 도면 (a), (b), (c)의 경우, 구멍 바닥의 구리층 표면에 수지의 탄화는 거의 없었다.And, in the case of these drawings (a), (b), and (c), there was almost no carbonization of the resin on the surface of the copper layer at the bottom of the hole.
참고로, 도 11에 나타낸 종래 기술에 의해, 펄스 폭 20μs, 펄스 주파수 10kHz, 펄스 수 4로 가공한 경우, 구멍 입구 직경은 약 63㎛, 구멍(바닥 직경/입구 직경)비는 약 78%였다. 또한 구멍 바닥의 구리 표면에 탄화한 수지의 부착을 볼 수 있었다. 또한, 제1 피크 출력(Wj)이 제2 피크 출력(WP)보다 높은 펄스에 있어서, 출력을 증가시켜 가공한 경우, 제1 피크 출력(Wj)의 회절광에 의해, 구멍 입구 직경이 약 65㎛가 되어, 구멍 입구 주변이 링 모양으로 손상되는 일이 있었다.For reference, when processing was performed with a pulse width of 20 μs, a pulse frequency of 10 kHz, and a pulse number of 4 by the prior art technique shown in Fig. 11, the hole entrance diameter was approximately 63 μm, and the hole (bottom diameter/entrance diameter) ratio was approximately 78%. In addition, the attachment of carbonized resin to the copper surface of the hole bottom could be observed. In addition, when processing was performed by increasing the output in a pulse in which the first peak output (Wj) was higher than the second peak output (WP), the hole entrance diameter became approximately 65 μm due to the diffracted light of the first peak output (Wj), and there were cases in which the area around the hole entrance was damaged in a ring shape.
[0034][0034]
또한, 워크의 재질에 따라 최적의 출력 응답 Ws, Wc, Wr, Wd, Wf의 값은 다르다. 따라서, 출력 응답 Ws, Wc, Wr, Wd, Wf의 값을 워크의 재질에 따른 최적의 값으로 함으로써 가공 품질 및 가공 속도를 향상시킬 수 있다.In addition, the values of the optimal output responses Ws, Wc, Wr, Wd, and Wf are different depending on the material of the workpiece. Therefore, by setting the values of the output responses Ws, Wc, Wr, Wd, and Wf to the optimal values depending on the material of the workpiece, the processing quality and processing speed can be improved.
[0035][0035]
또한, 실제의 가공에 있어서는, 워크마다 출력 레벨 Wp, Wv의 값 및 출력 응답 Ws, Wc, Wr, Wd, Wf의 값은 미리 알려져 있다. 또한, 정격 듀티, 펄스 주기를 정한 경우의 레이저 발진기의 최대 출력도 미리 알려져 있다. 또한, 가공할 구멍 직경에 적합한 어퍼쳐의 직경도 알려져 있다.In addition, in actual processing, the values of output levels Wp and Wv and the values of output responses Ws, Wc, Wr, Wd and Wf for each work are known in advance. In addition, the maximum output of the laser generator when the rated duty and pulse cycle are determined is also known in advance. In addition, the diameter of the aperture suitable for the diameter of the hole to be processed is also known.
그래서, 최초의 재료를 가공하는 경우에는, 예를 들면, 먼저 종래의 데이터를 참조하여 레벨 Wp, Wv의 값을 임시로 정하고, 시험에 의해 가공한 구멍 직경과 목적으로 하는 구멍 직경을 비교하여 출력 레벨 Wp를 증감하여 정한다. 다음으로, 톱니 펄스 n으로 가공하고, 가공된 구멍의 깊이에 따라 n의 값을 정한다. 이 때, n이 커지면 절연층의 열에 의한 품질 열화가 발생하기 때문에, n의 수가 커지는 경우에는, n을 분할하여 복수의 톱니 m의 직사각형파 펄스를 채용함과 동시에, 각 직사각형파 펄스 간에 가공부 냉각을 위한 기간을 마련한다.Therefore, in the case of processing the first material, for example, first, the values of levels Wp and Wv are temporarily determined by referring to the conventional data, and the output level Wp is increased or decreased by comparing the hole diameter processed by the test with the target hole diameter. Next, processing is performed with a sawtooth pulse n, and the value of n is determined according to the depth of the processed hole. At this time, since quality deterioration due to heat of the insulating layer occurs when n increases, when the number of n increases, n is divided to employ a plurality of sawtooth m rectangular wave pulses, and a period for cooling the processed part is provided between each rectangular wave pulse.
[0036][0036]
또한, 도 6에 도시된 2 헤드식 레이저 가공기에서, 레이저 발진기(1)의 출력이 250W인 경우, 평균 출력은 125W이므로, 빔 스플리터(4)로 분할되어, 각 헤드에는 62.5W가 공급된다. 따라서, 단락 0033에서 설명한 바와 같이 Wpf = 20W인 경우는 헤드(A, B) 중 어느 것도 가공 가능하다. 그러나, 예를 들면, 캐리어 PET 필름 부착 수지를 가공하는 경우는 Wpf = 70W로 할 필요가 있다. 따라서, Wpf = 70W로 할 필요가 있는 경우는, 도 6의 레이저 발진기(1)의 출력을, 예를 들면 500W로 할 필요가 있다.Also, in the two-head type laser processing machine illustrated in Fig. 6, when the output of the laser generator (1) is 250 W, the average output is 125 W, so it is split by the beam splitter (4) and 62.5 W is supplied to each head. Therefore, as described in paragraph 0033, when Wpf = 20 W, either head (A, B) can be processed. However, for example, when processing a carrier PET film-attached resin, Wpf needs to be 70 W. Therefore, when it is necessary to set Wpf = 70 W, the output of the laser generator (1) of Fig. 6 needs to be, for example, 500 W.
[0037][0037]
또한, 이상에서는 RF 인가 직후에 출력되는 제1 피크 출력이 RF 인가 정지 시의 제2 피크 출력보다 작은 기본파 펄스 파형(출력 곡선(C), 출력 곡선 (A1))의 출력 특성을 갖는 레이저 발진기를 예로 들어 설명하였으나, 본원은 RF 인가 직후에 출력되는 제1 피크 출력이 RF 인가 정지 시의 제2 피크 출력보다 큰 기본파 펄스 파형의 출력 특성을 가지는 레이저 발진기에도 적용할 수 있다.In addition, although the above description has been made using as an example a laser generator having output characteristics of a fundamental pulse waveform (output curve (C), output curve (A1)) in which the first peak output output immediately after RF application is smaller than the second peak output when RF application is stopped, the present invention can also be applied to a laser generator having output characteristics of a fundamental pulse waveform in which the first peak output output immediately after RF application is larger than the second peak output when RF application is stopped.
[0038]
1: 레이저 발진기
2: 레이저[0038]
1: Laser generator
2: Laser
Claims (5)
상기 탄산 가스 레이저 발진기에 대한 상기 RF 펄스의 인가를 종료한 후의 상기 탄산 가스 레이저 발진기에 의한 레이저가 출력되고 있는 동안 상기 탄산 가스 레이저 발진기에 대하여 상기 RF 펄스의 인가를 재개시킴으로써 레이저 발진을 계속시키고, 연속적으로 발진되는 레이저를 원하는 시간 동안 잘라내어 프린트 기판의 레이저 가공을 하는 것을 특징으로 하는 프린트 기판의 레이저 가공 방법.A method for laser processing a printed circuit board, wherein laser processing is performed using a single carbon dioxide gas laser generator that oscillates a laser by applying an RF pulse.
A method for laser processing of a printed circuit board, characterized in that the laser oscillation is continued by resuming the application of the RF pulse to the carbon dioxide gas laser generator while the laser is being output by the carbon dioxide gas laser generator after the application of the RF pulse to the carbon dioxide gas laser generator is terminated, and the laser oscillation is continuously cut off for a desired period of time to perform laser processing of the printed circuit board.
상기 RF 펄스의 인가 시간과 상기 RF 펄스의 오프 시간을 제어함으로써 톱니 모양 펄스를 생성하고, 생성된 상기 톱니 모양 펄스로 가공하는 것을 특징으로 하는 프린트 기판의 레이저 가공 방법.In the first paragraph,
A laser processing method for a printed circuit board, characterized in that a sawtooth pulse is generated by controlling the application time of the RF pulse and the off time of the RF pulse, and processing is performed using the generated sawtooth pulse.
상기 RF 펄스의 인가 시간과 상기 RF 펄스의 오프 시간의 합, 또는 상기 RF 펄스의 인가 시간과 상기 RF 펄스의 오프 시간의 비율 중 적어도 하나를 제어하는 것을 특징으로 하는 프린트 기판의 레이저 가공 방법.In the second paragraph,
A method for laser processing a printed circuit board, characterized in that at least one of the sum of the application time of the RF pulse and the off time of the RF pulse or the ratio of the application time of the RF pulse and the off time of the RF pulse is controlled.
상기 탄산 가스 레이저 발진기에 대한 상기 RF 펄스의 인가를 종료한 후의 상기 탄산 가스 레이저 발진기에 의한 레이저가 출력되고 있는 동안 상기 탄산 가스 레이저 발진기에 대하여 상기 RF 펄스의 인가를 재개시킴으로써 레이저 발진을 계속시키고, 연속적으로 발진되는 레이저를 원하는 시간 동안 잘라내어 가공부에 공급하도록 제어하는 제어 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 프린트 기판의 레이저 가공 장치.In a laser processing device for a printed circuit board that performs laser processing using a single carbon dioxide gas laser generator that oscillates a laser by applying an RF pulse,
A laser processing device for a printed circuit board, characterized by including a control device that controls to continue laser oscillation by resuming the application of the RF pulse to the carbon dioxide gas laser generator while the laser is being output by the carbon dioxide gas laser generator after the application of the RF pulse to the carbon dioxide gas laser generator has been terminated, and to supply the continuously oscillated laser to a processing section by cutting it for a desired period of time.
복수의 가공 헤드를 구비하고, 상기 탄산 가스 레이저 발진기로부터 상기 복수의 가공 헤드 각각에 레이저를 분배하도록 구성해 두고, 어느 하나의 가공 헤드의 위치 결정이 완료된 경우는, 다른 가공 헤드의 위치 결정 상태를 고려하지 않고 상기 가공 헤드에 레이저를 공급하는 제어 장치를 구비한 것을 특징으로 하는 프린트 기판의 레이저 가공 장치.In paragraph 4,
A laser processing device for a printed circuit board, characterized in that it comprises a plurality of processing heads, and is configured to distribute a laser from the carbon dioxide laser generator to each of the plurality of processing heads, and has a control device that supplies a laser to the processing head without considering the positioning state of another processing head when the positioning of one processing head is completed.
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