用脉冲激光辐射加工工件的激光源和方法技术

本发明专利技术提供了一种包括激光谐振器的激光源（１１０），激光谐振器的长度可以用光束切换单元（１１３）改变，使得所发射的激光辐射的脉冲持续时间可以根据相应设置的谐振器长度调整。光束切换单元（１１３）可以用机械式反光镜系统（２１３）实现。光束切换单元（１１３）还可以用光电或声光调制器实现，使得光束切换可以很快执行。这使得谐振器长度的切换甚至在高脉冲重复频率的情况下也可以在两个连续的激光脉冲之间完成。此外，本发明专利技术还提供了一种用脉冲激光辐射加工工件（１５０）的方法，激光束用偏转单元（１３０）二维偏转后通过成像光学系统（１４０）投射到工件（１５０）上。特别是，激光脉冲的脉冲持续时间通过选择在激光谐振器内的光径调整成可以保证对材料的最佳烧蚀。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及激光源，特别是涉及在用脉冲激光辐射对电子电路载体进行钻孔和/或构造电子电路载体的激光加工设备内使用的激光源。此外，本专利技术还涉及用所述激光源通过脉冲激光辐射对工件进行加工的方法。现在，以紧凑形态实现的电子组件通常构成在多层电路载体特别是多层印刷电路板上。为此，必须使电路板的一些特定的导电层接触。通常，这是通过在这些要接触的层上钻盲孔或通孔再以已知的方式用导电材料对孔金属化形成镀层来实现的。这样，所形成的电路通路不仅可以是二维的而且还可以是三维的，从而可以大大减小安装电子组件所需的空间。通常，电子电路的基片通过专用于电子领域的激光加工设备的脉冲激光辐射钻孔。例如，用CO2或固态激光器作为激光源，通过以已知方式执行的频率倍增发射具有可见或近紫外光谱范围内的激光辐射。紫外光谱范围内的激光辐射特别适合精确烧蚀多层印刷电路板的金属层。取决于需加工的相应材料，钻出的孔的质量主要由所用激光源的激光束的脉冲能量、脉冲宽度、重复频率、横向强度分布这些特性参数确定。因此，对于每个钻孔操作就有大量可能的激光参数组合。为了能以最佳方式，即以高的加工速度和尽可能高的质量，对材料进行加工，在每种情况下有一组具体的参数是最为适合的。因此，对于不同的材料最好考虑不同的参数组，而通常一个激光源达不到使所有的参数都满足最佳钻孔操作的要求。这个问题可以通过在激光加工设备内按照需加工的相应材料安装不同的激光源来解决。然而，这样改造激光加工设备或使用包括几个不同类型的激光器的激光加工设备是很费时间和不经济的。本专利技术的目的是提供一种发射激光脉冲和确保对多种不同材料的最佳材料烧蚀的激光源。此外，本专利技术的目的是提供用脉冲激光辐射加工工件的对多种不同的材料都可产生最佳材料烧蚀的方法。涉及设备的目的是用具有独立权利要求1的特征的激光源来实现的。按照本专利技术设计的激光源包括具有部分反射输出镜和端镜的激光谐振器。此外，该激光源还包括都配置在激光谐振器内的有效激光媒质和光束切换单元。光束切换单元和激光谐振器设置成使得在激光谐振器内所引导的激光束可以在通过第一光径和通过长度与第一光径不同的第二光径之间切换。本专利技术基于这样一种认识，可以通过改变谐振器的长度以简单的方式改变所产生的激光脉冲的脉冲宽度和脉冲持续时间，从而可以使脉冲宽度和脉冲持续时间适合各种不同的材料，达到最佳材料烧蚀，即既快又精确。精确材料烧蚀的特征为在经烧蚀的材料的区域与未烧蚀的材料的区域之间有陡峭的空间边界。脉冲持续时间取决于谐振器长度的物理原因可以简单地解释为光脉冲需要通过有效激光媒质指定次数以降低在有效激光媒质内的反转的行进时间在较大的谐振器长度的情况下相应具有较大的长度。因此，激光脉冲的长度取决于在激光谐振器内部的行进时间。虽然优选的是本专利技术的激光源的端镜是反射率尽可能高的反光镜，但应注意的是，端镜也可以是部分反射镜，以便用本专利技术的激光源产生两个激光束，其中一个激光束从输出镜射出而另一个激光束从部分反射的端镜射出。此外，应注意的是本专利技术当然不局限于激光谐振器内部只有两个不同的光径。原则上，按照光束切换单元切换位置的数目，可以存在任意多个长度不同的光径。可以串联地安排几个各具有多个切换位置的光束偏转单元来代替一个具有多个不同的切换位置的光束切换单元。在按照权利要求2所述的激光源内，为两个光径各设置一个端镜，可以用光束切换单元有选择地激活该端镜。这意味着激光谐振器内部在光束切换单元与输出镜之间的光径不取决于光束切换单元的位置被确定。对于光束切换单元与端镜之间的光径，提供了两个取决于光束切换单元的位置的光径，由光束切换单元相应确定沿这两个光径中究竟哪个光径引导激光谐振器内的激光束。在这种情况下，不仅可以使用两个端镜而且可以使用几个端镜，从而基本上可以由一个具备相应数目的切换位置的光束切换单元激活任意多个不同的光径。此外，光径的确切长度从而也就是所得到的脉冲持续时间可以通过改变相应端镜的终端位置予以调整。通过移动输出镜，可以类似地改变所有光径的长度。按照权利要求3所述的激光源包括两个配置在激光谐振器内的光束切换单元。在两个光束切换单元之间配置有光束引导器，光束引导器与两个光束切换单元配合使当前的光径偏移，从而与所谓的零光束的光径相比当前光径被延长。在这里，零光束定义为在激光谐振器内从光束切换单元的特定初始位置而得到的光径。因此，这样的使激光谐振器的部分区域内的光径偏离零光束的“旁路解决方案”导致使所发射的激光脉冲的脉冲持续时间延长，所延长的脉冲持续时间取决于光束引导器的附加长度。甚至在这种情况下，基本上也可能做到有任意多个“旁路光径”，因此所得到的脉冲持续时间可最佳地适于要加工的多种不同的材料。在按照权利要求4所述的实施例中，光束引导器包括至少一个反射镜，用来帮助引导偏离零光束的光径的激光束再回到零光束的光径。在这个过程期间，反射镜的空间配置确定了光径的延长程度，使所得到的脉冲持续时间可以通过相应的反射镜空间配置以简单的方式被适配。在按照权利要求5所述的实施例中，通过两个光束切换单元中的第一光束切换单元，使得在激光谐振器内引导的激光束偏离零光束，并耦合入光波导的第一端。通过光波导后光束从光波导的另一端离开，在两个切换单元处在对称的切换位置时通过两个切换单元中的第二切换单元再传送入零光束的光径。在这里，光波导的长度确定了激光谐振器的光径的延长程度，因此通过比较少的调整就可以获得所需的“旁路光径”。按照权利要求6，光束切换单元分别包括被可转动支持的反光镜和截光器。用这些器件，就可以通过传统的光学器件的机械运动改变激光谐振器内的光径。通常，对于这种在激光谐振器内各个光径之间的机械切换至少在高重复频率的情况下需要比两个连续激光脉冲之间的时间间隔还要长的时间。因此，不能逐个而只能隔连续多个激光脉冲改变所得到的各个激光脉冲的脉冲持续时间。然而，使用这种机械光束切换单元容易实现，而且对于许多应用来说完全足够，因为材料通常是要用多个连续的脉冲持续时间不变的激光脉冲加工的。例如，将交替包括透明和反射区域的配置在光径内从而交替地引起透射和反射的被可转动支持的玻璃板作为截光器是适当的。如果使用被可转动支持的反光镜，用可以使反光镜在各个精确限定的角位置之间切换的转动机构是特别合适的。按照权利要求7所述的实施例包括光电调制器或声光调制器，作为光束切换单元。在光束用光电调制器切换时，调制器实现光束的偏振转动。然后用例如所谓Brewster(布鲁斯特角)窗那样的对偏振灵敏的反射镜执行对经不同偏振的激光束的空间分离。声光调制器例如为CdTe晶体，其通过频率在兆赫范围的机械振荡激励。晶体内在这个过程期间形成的驻波构成投射激光束的衍射光栅。用光电调制器或声光调制器的光束切换是有益的，因为切换操作可以很快执行，基本上使激光谐振器甚至在激光脉冲重复频率在几千赫的范围内的情况下也可以在两个连续的激光脉冲之间完成在各个光径之间的切换。对一单个激光脉冲这样有效的改变使材料的最佳加工有许多新的可能。例如，可以用多个连续的激光脉冲投射到同一个部位执行材料加工，而每个激光脉冲的脉冲持续时间可以与上一个投射到同一个部位上的激光脉冲的脉冲持续时间不同。在这里，应注意的是在激光谐振器内所引导的激光束还可以有选择地用串联的几个本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种激光源，特别是用于用脉冲激光辐射对电子电路载体钻孔和／或构造电子电路载体的激光加工设备的激光源，所述激光源包括.包括部分反射的输出镜（１１２）和端镜（１１４ａ，１１４ｂ，１１４ｃ）的激光谐振器，.配置在所述激光谐振器内的 有效激光媒质（１１１），以及.也配置在所述激光谐振器内的光束切换单元（１１３），其中所述光束切换单元（１１３）和所述激光谐振器被设置，使得在所述激光谐振器内所引导的激光束可以在第一光径（１１５ａ）和第二光径（１１５ｂ）之间转 接，与所述第一光径（１１５ａ）相比所述第二光径（１１５ｂ）的长度不同。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：汉斯J梅尔，乌韦梅特卡，
申请(专利权)人：日立比亚机械股份有限公司，
类型：发明
国别省市：JP[日本]