本发明专利技术揭示一种激光加工装置，包括变化由激光振荡器输出的激光的方向的偏转装置，以及使由前述偏转装置射入的激光折射而在加工对象工件上成像的聚焦透镜。在这种激光加工装置中，组入根据聚焦透镜温度、使由多片的透镜组成的聚焦透镜的透镜间的相对位置变化的透镜位置调整装置，根据聚焦透镜温度、使多片的透镜间的相对位置变化、以便根据透镜位置调整装置、消除透镜的折射率的温度变化。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及激光加工装置，特别涉及对于印刷电路基板，半导体基片(chip)等树脂材料或瓷质(ceramic)材料等，施行钻孔，截断，加标志(marking)等的激光加工装置。
技术介绍
作为施行钻孔加工，截断加工，加标志等激光加工装置，已知以往的图46所示的结构。这种激光加工装置，作为光学系统包括激光L的发生源的激光振荡器1，以及调整激光的发散角的准直仪透镜(collimate lens)2，以及对应于旋转角度将激光L的方向向任意的方向偏转的Y轴检流镜(galvanomirror)3，X轴检流镜4，以及依据加工程序调整Y轴检流镜3，X轴检流镜4的旋转角度的Y轴检流扫描器(galvano scanner)5，X轴检流扫描器6，以及射入由Y轴检流镜3，X轴检流镜4偏转的激光L而施行激光的聚焦的聚焦透镜7等。由激光振荡器1产生的激光L的波长为由于加工的工件(work)W的材质，所需要的激光的波长不相同，但多半使用二氧化碳激光作为激光振荡器1。聚焦透镜7为依据射入角度决定聚焦位置的光学透镜，对应于Y轴检流镜3，X轴检流镜4的偏转控制所决定的射入角度而使聚焦位置变化。激光加工装置，搭载成为加工对象的工件W施行位置决定移动的XY工作台(table)装置8，经由XY工作台装置8的轴移动改变工件W与聚焦透镜7的相对位置。由聚焦透镜7聚焦的激光L向XY工作台装置8上的工件W照射。在XY工作台装置8的附近，作为观察光学系统，设置检测由激光L照射加工的工件W的加工位置的视觉感测器(vision sensor)9。激光加工装置连接有用以将激光振荡器1，Y轴检流扫描器5，X轴检流扫描器6，等驱动控制的XY工作台装置8的数值控制装置等的控制装置10。控制装置10为，多半为用户界面(user interface)具有个人电脑的PC-NC，将记载加工的位置或其条件等内容的加工程序预先记忆于个人电脑。在激光加工装置中，作为所要求的加工，有直径为50μm～200μm程度的细小的孔加工，而这种微细加工中，必须将激光束(laser beam)对于作为加工对象的工件W的表面上的50μm～200μm程度的非常小的点(sopt)聚焦。因此，使用激光向工件W上聚焦的聚焦透镜7。激光振荡器1所输出的激光向工件W引导的光路为，具有某一程度的距离，因此在传播途中激光发散，在Y轴检流镜3，X轴检流镜4上光束的直径散开。设如欲使其成为必需的光束直径，必须调整激光的发散角。因此，光路的途中放置准直仪透镜3由此设定光束的直径。工件W上的必要的部分欲照射激光L时，驱动Y轴检流扫描器5，X轴检流扫描器6，由此改变Y轴检流镜3，X轴检流镜4的旋转角度而使激光向需要的方向位置偏转。偏转的激光向聚焦透镜7射入的角度θ，使工件W上的座标值明确地决定。控制装置10为，经由作业者的起动指令或外部的主机(host)送来的起动信号，依据所选择的加工程序实施加工。这种加工程序为，预先将必要的加工位置的资料(data)变换为XY工作台装置8的座标与检流扫描器3，4的座标(旋转角度)。控制装置10在施行加工程序时，大的移动由可以取得多的移动冲程的XY工作台装置8的移动实施，小的移动由移动速度快速的Y轴检流镜3，X轴检流镜4的扫描移动实施的方式依据加工程序输出驱动信号。通常，Y轴检流扫描器5，X轴检流扫描器6使用DC伺服马达，多半使用具备位置检测器的伺服控制的方法。此外，XY工作台装置8也多半使用球螺栓(ball screw)伺服马达施行驱动控制。Y轴检流扫描器5，X轴检流扫描器6，可以有500孔/秒程度的高速位置决定，XY工作台装置8能由30m/秒的移动速度驱动。此外，Y轴检流扫描器5，X轴检流扫描器6与XY工作台装置8的位置决定精确度，综合可以送出±20μm程度的性能为目前的状况。通常，这种聚焦透镜7，分频为变换透镜，多半使用称为fθ透镜的组合透镜。图47是表示fθ透镜使用为聚焦透镜7的情况的聚焦位置。fθ透镜，关于通过焦点位置射入的激光，具有可以获得比例于该fθ透镜的射入角度θ的像高(操作距离)ω的性质。此时，可知有下式的关系ω=f·θ式中，f为fθ透镜的焦点距离，θ为射入角度。聚焦透镜7与一般的光学玻璃透镜相同，具有收差，因此难于保持ω=f·θ的完全关系。因此，测试理想与实际的偏差多半使用偏差预先计算而校正Y轴检流镜5，X轴检流镜6的偏转角度的指令值。该校正为，对于每一加工位置(x，y)施行对于聚焦透镜的校正，由此决定对于偏转装置(Y轴检流扫描器5，X轴检流扫描器6)的指令值(X’，Y’)。关于校正，多半由使用矩阵的变换式实施，在该变换式的决定中将校正的变换式更新为不同于一般的加工步骤的步骤，由此消除该时间点的透镜的收差。图48是表示聚焦透镜的收差校正变换式的更新步骤。施行聚焦透镜7的收差校正的情况为由图49所示的结构，经由图50所示格子状的图案(pattern)的加工位置的指令施行校正用钻孔加工(步骤S611)。但是，由于聚焦透镜7有收差，实际加工的位置如第51图所示，大半为由加工指令的格子点偏离的位置。校正用钻孔加工完了时，所加工的孔的位置由视觉感测器9观测，由此检测加工的孔的座标值(步骤S612)。因此，求出聚焦透镜7理想与实际的偏差值，因此依据此，施行欲加工的位置校正的座标变换。座标变换为，多半由使用矩阵的变换式施行，依据聚焦透镜的理想与实际的偏差，施行最小自乘法等的符合动作(fitting)，由校正矩阵计算求出矩阵的要素(步骤S613)。聚焦透镜7，对于激光的波长要求高值透光率(反射率低)，尤其在常使用的二氧化碳激光的情况，透镜材质受到限定，一般使用锗(Germanium-Ge)等半导体结晶材料。此等材质为，关于决定光学特性的折射率n的温度系数dn/dT非常大，明了锗(Ge)具有dn/dT=277(℃)的温度依存性。因为以往的激光加工装置系由以上所述的结构，经由周围温度或激光加工装置本身的发热，聚焦透镜7的温度变动的情况，引起大约比例于温度变动产生加工位置的偏移的问题，温度每1℃产生10～15μm的加工位置的偏移的现象，由此成为加工不良的问题。起因于聚焦透镜7的收差的加工位置的偏移，可以由前所述的座标变换的聚焦透镜收差校正而补偿，但是实施收差校正时的聚焦透镜7的温度变动时，聚焦透镜7的光学时性变化，温度升高时，如图52所示，引起施行实际加工的格子点全面收缩的加工的缺点。此外，聚焦透镜6的温度变动，不仅成为加工位置的变偏移，也引起焦点距离的变动，聚焦点由工作W表面离开，由此引起发生加工位置不良的问题。如图53所示，聚焦透镜7的温度为T时射入于聚焦透镜7的激光，由激光束La的方式聚焦，聚焦点Pa为在工件W的表面上，可以良好加工，但是聚焦透镜7的温度仅变动δT的情况下，对于相同射入角的激光，由于由激光束Lb的方式聚焦，因此加工位置发生δX的位置偏离，而且，也产生聚焦点Pb的高度上升δf的现象。这种加工位置的偏离，如非在加工後实施检查以确认其精确度否则无法辨识，在大量引起位置偏移的状态下继续加工，由此引起大量生产加工不良的基板的问题。此外，频繁实施聚焦透镜收差校正时，可以消除加工位置的偏移，但实际上在自动加工时，实施聚焦透镜的校正时，必须停止运转，由此成为降低本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种激光加工装置，包括使激光振荡器输出的激光方向改变的偏转装置，和使由所述偏转装置射入的激光折射而在加工对象工件上成像的聚焦透镜， 其特征在于， 所述聚焦透镜，由多片透镜组成，具有根据聚焦透镜温度使多片透镜间的相对位置变化、以便抵消透镜折射率随温度变化的透镜位置调整装置，所述聚焦透镜的聚焦特性与所述聚焦透镜的温度变化无关。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：鉾馆俊之，祝靖彦，黑泽满树，西前顺一，田中健太郎，
申请(专利权)人：三菱电机株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]
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