激光照射装置和激光加工方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供激光加工中使用的激光照射装置、以及使用该激光照射装置的激光加工方法。本发明专利技术的激光照射装置和激光加工方法中，激光照射装置包括：光源，射出激光光线；以及照射光学系统，具有一个或多个透镜，将光源射出的激光光线引导并聚光到对象物上，该照射光学系统的至少一个透镜使用双折射材料作为原料。该照射光学系统包括光束扩展器，该光束扩展器在激光光线的行进方向上依次具有作为凹透镜或凸透镜的第一透镜、以及作为凸透镜的第二透镜，并且该光束扩展器能改变该第一透镜和第二透镜的间隔，且使用双折射材料作为该第一透镜和/或第二透镜的原料。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及陶瓷等的激光加工中使用的激光照射装置和使用该激光照射装置的激光加工方法。背景技術搭载有电子元件的电路基板等通常使用陶瓷材料、玻璃材料、硅材料等硬脆性材料。为了切断由上述硬脆性材料形成的基板，需要在基板的表面上形成槽，或者在基板的内部形成细微的孔。其形成方法广泛采用激光加工。激光加工是指使用透镜等照射光学系统对从光源射出的激光光线进行聚光，并对基板的表面或内部照射高能量密度的激光聚光光斑(光束腰)，来进行加工。近年来，为了实现电子元件的细微化、或减少加工部位以提高基板的成品率，需要在基板上形成细微且较深的槽或孔。此外，在加工孔时，要求形成的孔细小且锥度小。为达到上述要求，优选利用聚光的激光光线的光束腰的特性，在光轴方向上形成多个焦点。而所述光束腰的特性以激光光线的波长和光束品质为基础，并由其后的照射光学系统(特别是聚光透镜)的性质来决定。在光轴方向上形成多个激光光线焦点的方法可以例举如下(A)使用双焦点透镜将激光光线聚光在多个焦点上(专利文献1 日本专利公开公报特开2006-192503号)；(B) 使用分光器对激光光线进行空间分离，并在改变一方的光束发散角而进行再合成后，通过同一聚光透镜在加工面上聚光(专利文献2 国际申请说明书日文译本特表2006-525874 号)；(C)在以机械方式切换焦点距离不同的多个透镜的同时，重复多次加工等(专利文献 3 日本专利公开公报特开2007-290932号)。然而，上述(A)的方法需要特殊形状的透镜等聚光装置。此外，上述(B)的方法中，由于难以使合成的两个激光光线的光轴一致，而且必须准备大曲率半径的反射面，所以在制作和调整方面都存在问题。并且，在上述(C)的方法中，存在处理效率低和各加工间的位置精度低等问题。
技术实现思路
鉴于上述问题，本专利技术的目的在于提供激光照射装置和使用该激光照射装置的激光加工方法，可以通过结构简单的照射光学系统形成多个光束腰，并能够在激光光线的光轴上容易地变更和调节多个光束腰的间隔。为解决上述问题，本专利技术的激光照射装置包括光源，射出激光光线；以及照射光学系统，具有一个或多个透镜，将光源射出的激光光线引导并聚光到对象物上，所述激光照射装置的特征在于，所述照射光学系统的至少一个透镜使用双折射材料作为原料。照射光学系统的至少一个透镜使用双折射材料作为原料，所述激光照射装置采用上述简洁且简单的结构。这样，通过使照射光学系统的至少一个透镜使用双折射材料作为原料，从光源射出的激光光线的成分不会发生空间分离，而是分离为常光和非常光，利用所述常光和非常光之间的折射率差，可以在照射光学系统的光轴上形成略微分离的多个光束腰。该激光照射装置通过采用简洁且简单的结构，可以确保容易地形成多个光束腰。优选的是，所述照射光学系统包括光束扩展器，所述光束扩展器在激光光线的行进方向上依次具有作为凹透镜或凸透镜的第一透镜、以及作为凸透镜的第二透镜，并且所述第一透镜和第二透镜的间隔能够改变，使用双折射材料作为所述第一透镜和/或第二透镜的原料。由此，通过采用改变透镜间隔这样的简单操作，就可以容易地调节多个光束腰之间的相对位置(间隔)。优选的是，所述照射光学系统还包括聚光透镜，所述聚光透镜设置在激光光线的行进方向最后方，使用双折射材料作为所述聚光透镜的原料。由此，照射光学系统中的聚光透镜具有了双折射性，不必另外准备或设置使用双折射材料作为原料的透镜，可以实现照射光学系统的简单化。优选的是，以所述双折射材料为原料的透镜的晶轴方向与照射光学系统的光轴方向垂直相交。这样，通过使以双折射材料为原料的透镜的晶轴方向与照射光学系统的光轴方向垂直相交，可以将光源射出的激光光线的成分可靠且高效地分离为常光和非常光。优选的是，所述双折射材料的原料为光学水晶。这样，通过以光学水晶作为双折射材料的原料，在形成上述多个光束腰的同时，可以对光源射出的激光光线具有高耐光强度， 并且可以对较宽波长范围具有高透射率。优选的是，所述激光照射装置还包括相对移动装置，所述相对移动装置使对象物相对于所述照射光学系统的位置，能在与照射光学系统的光轴垂直的平面内的两个垂直相交方向上相对移动，并且能在光轴方向上相对移动。由此，能够快速地对对象物进行连续的槽加工或孔加工，并且可以调节加工部位的焦深，可以提高陶瓷等的切断加工的精密性和成品率。优选的是，所述照射光学系统还包括1/2波长板，所述1/2波长板能以光轴为中心进行转动，所述1/2波长板以激光光线的行进方向为基准，设置在以所述双折射材料为原料的透镜的前方。由此，可以连续且容易地改变多个光束腰的强度比。此外，优选的是，所述照射光学系统还包括1/4波长板，所述1/4波长板以激光光线的行进方向为基准，设置在以所述双折射材料为原料的透镜的后方。由此，通过使激光光线的直线偏振光变换为圆偏振光，从多个光束腰中除去偏振光的影响，从而可以实现加工特性的稳定化。优选的是，所述激光光线的波长在200nm以上、且在11 μ m以下。通过使所述激光光线的波长在上述范围内，能够实现适合陶瓷等为主的激光加工的激光输出，可以提高陶瓷等的激光加工的可靠性和高效性。优选的是，所述激光光线的激发方式为连续激发或脉冲激发。由此，通过使激光光线的激发方式为连续激发或脉冲激发，可以对应加工材料的种类和性质调节加工内容，可以实现各种变化的加工。此外，为解决上述问题，本专利技术还提供一种使用上述激光照射装置的激光加工方法。通过采用这种激光加工方法，可以在陶瓷等基板上形成细小且较深的槽或孔。优选的是，所述激光加工方法将由所述激光照射装置形成的多个光束腰的间隔调节为瑞利长度的0. 5倍至10倍。通过使所述光束腰的间隔在上述范围内，可以在维持小光束腰直径的状态下，实现大的焦深。此处，“照射光学系统的光轴”是指作为所述光轴的对比对象的透镜或照射对象物部分的光轴。“光束腰”是指被聚光的激光光线的聚光光斑。如上所述，本专利技术的可以确保容易地形成多个光束腰，其结果，可以迅速实现针对对象物的细微且较大焦深的加工。此外，通过调节多个光束腰的位置，可以对应加工对象(例如陶瓷、玻璃、蓝宝石等)的种类进行最佳加工。另外，在印制电路基板等基板的开孔加工中，可以实现细微且小锥度的加工。附图说明图1是表示本专利技术一个实施方式的激光照射装置的简要结构图。图2是说明图1的激光照射装置形成两个光束腰的机构的简要结构图。图3是表示与图1的激光照射装置不同实施方式的激光照射装置的简要结构图。图4是表示改变图3激光照射装置的光束扩展器的透镜间隔(双折射性凸透镜的相对移动距离)时，估算两个光束腰的间隔和光束腰的直径变化情况的结果的曲线图。图5是表示与图1和图3的激光照射装置不同实施方式的激光照射装置的简要结构图。图6是表示比较例1的通过一个光斑照射在硼硅酸盐玻璃上形成的加工槽的断面观察图像。图7是表示实施例1的通过两个光斑照射在硼硅酸盐玻璃上形成的加工槽的断面观察图像。图8是表示实施例2中减小两个光斑的间隔后在硼硅酸盐玻璃上形成的加工槽的断面观察图像。图9是表示实施例3中通过将能量集中在一个光斑上而在硼硅酸盐玻璃上形成的加工槽的断面观察图像。图10是表示实施例4中通过改变两个光斑的能量比而在硼硅酸盐玻璃上形成的加工槽的断面观察图像。图11是表示实本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种激光照射装置，其包括：光源，射出激光光线；以及照射光学系统，具有一个或多个透镜，将光源射出的激光光线引导并聚光到对象物上，所述激光照射装置的特征在于，所述照射光学系统的至少一个透镜使用双折射材料作为原料。

【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：梶川敏和，
申请(专利权)人：西进商事株式会社，
类型：发明
国别省市：JP