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WO2006000549A1 - Laser machining device for drilling holes into a workpiece comprising an optical deflecting device and a diverting unit - Google Patents

Laser machining device for drilling holes into a workpiece comprising an optical deflecting device and a diverting unit Download PDF

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WO2006000549A1
WO2006000549A1 PCT/EP2005/052866 EP2005052866W WO2006000549A1 WO 2006000549 A1 WO2006000549 A1 WO 2006000549A1 EP 2005052866 W EP2005052866 W EP 2005052866W WO 2006000549 A1 WO2006000549 A1 WO 2006000549A1
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WO
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laser beam
optical element
deflection
rotation
laser
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PCT/EP2005/052866
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Inventor
Hans Jürgen Mayer
Uwe Metka
Original Assignee
Hitachi Via Mechanics, Ltd.
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Publication date
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    • H05K3/0026Etching of the substrate by chemical or physical means by laser ablation

Definitions

  • the invention relates to a laser processing machine for drilling holes in a workpiece, in particular in electronic circuit substrates, wherein a laser beam generated by a Laserlicht ⁇ source via a deflection and a 10 imaging optics on the respective drilling position of the Workpiece is steered.
  • deflecting units two rotatably mounted mirrors are usually used, which are each pivotable about an axis by means of a so-called galvo drive.
  • the two axes are usually arranged perpendicular to each other.
  • the laser beam can be arbitrarily aligned within a Wegdimensiona ⁇ len edit field.
  • the use of conventional deflection units for traversing a circular movement has the disadvantage that as a result of the inertia of the mechanical system of mirror and galvo motor, the resulting path movement has significant deviations from the ideal circular path, depending on the speed and the radius of the circular motion.
  • the object of the present invention is to provide a laser processing machine for drilling holes in a workpiece, which on the one hand enables a high quality of drilled holes and on the other hand a high drilling performance.
  • the object is achieved by a laser processing device having the features of independent claim 1.
  • the laser processing machine for drilling holes in a workpiece, in particular in an electronic circuit substrate, comprises a laser source configured to emit a laser beam, a deflection unit for directing the laser beam to a particular drilling position (154) on the circuit substrate and imaging optics to Focusing the laser beam on the circuit substrate.
  • the laser processing machine further comprises an optical Aus ⁇ steering device arranged between the laser source and the deflection unit for the periodic two-dimensional deflection of a laser beam having an optical element and a rotary drive.
  • the optical element is rotatably mounted about a rotation axis and has a plane boundary surface whose surface normal is oriented at an angle to the axis of rotation and which is such that it deflects it from its original direction when the laser beam hits it.
  • the rotary drive is set up for continuously rotating the optical element about the axis of rotation.
  • the invention is based on the finding that a circular movement within a working surface can be achieved not only by the combination of two pivoting movements of deflecting mirrors, but that a continuous rotational movement of an optical element can be generated, which is the direction of an input laser beam, for example by Reflection or by refraction in a Aus ⁇ gangslaserstrahl directs. Its variable beam path thus runs on a cone sheath, which is arranged symmetrically about a zero position.
  • the invention has the advantage that only a simple rotational movement is required for beam deflection, so that, when an imbalance of the optical element is avoided, a significantly increased circular velocity of the deflected laser beam is possible in comparison to conventional deflection units.
  • the laser processing machine wherein the imaging optics is an F-theta optic, ensures a direct relationship between the resulting deflection angle and the distance between a respective processing position and the so-called zero beam, which without the influence of inventive device or arrangement would hit the workpiece.
  • the proportionality factor is given by the design of the F-theta optics, ie one in the F Theta optic entering beam with a defined Ein ⁇ case angle corresponds to a position on the finests ⁇ surface, which is spaced correspondingly from the zero position of the F-theta optics.
  • For the proportionality factor between see deflection angle and deflection from the zero position results from a simple rule of three the following relationship:
  • W ⁇ pt is the angular range in which the laser beam strikes F-theta optics and which leads to a field length of F, ie to a maximum distance between the laser beams which impinge perpendicularly on the processing surface.
  • W a is the deflection angle of the Device or arrangement according to the invention, which upon rotation of the optical element leads to a circle radius K.
  • V is the speed at which the machining laser beam is moved on the circular path and B is the length of the circular path.
  • B is the length of the circular path.
  • the deflection of the input laser beam by refraction which takes place as a result of the Brechungsgeset ⁇ zes of Snellius at least one of the two boundary surfaces of the optical element.
  • the interface rotates in an angular position relative to the direction of the incident input laser beam.
  • the input interface of the optical element is arranged perpendicular to the axis of rotation and the Dreh ⁇ axis is aligned parallel to the direction of incidence of the mattersslaser ⁇ beam.
  • the interface is a mirror surface.
  • a reflection geometry has the advantage that the modulating of the circular motion can be combined with a beam deflection, for example by 90 °, so that the specular interface serves both as an inventive optical element and as a reflector for beam deflection within a laser processing machine.
  • the rotary drive can be easily arranged behind the mirror surface, so that a disturbance of the beam path is excluded.
  • the mirror surface can also be arranged on a wedge-shaped optical element, so that the opening angle of the conical surface on which the beam paths of the deflected laser beams are determined only by the corresponding wedge angle.
  • the wedge angle is the angle which is defined by the mirror surface and a plane perpendicular to the axis of rotation.
  • the laser processing machine on two optical deflection devices for the periodic saudimensio ⁇ nal deflection of a laser beam. These are oriented relative to one another in such a way that when a laser beam deflected by the optical element of the deflection device impinges on it, it is again deflected by the further optical element of the further deflection devices.
  • the deflection angle can be adjusted within a relatively wide range by a corresponding series connection of several optical deflection devices in a simple manner.
  • the arrangement according to claim 7 comprises a control device, by means of which the two rotary drives can be controlled in such a way that the optical element and the further optical element rotate at the same rotational speed and thus with a fixed phase position with respect to the rotational movement.
  • the relative phase position between the two optical elements thus determines the effective deflection angle, so that the deflection angle and thus the radius of the resulting circular path of a deflected laser beam can be set in a simple manner by varying the relative phase position.
  • the parallel offset is then determined by the wedge angle and the distance between the two wedge-shaped optical elements, so that the parallel offset of the laser beam can be adjusted by varying the distance between the two optical elements in a simple manner. It should be noted that such a parallel offset can also be achieved with two optical elements in reflection geometry.
  • the two rotary actuators can be controlled such that the optical element and the further optical element rotate at different rotational speeds.
  • This causes a temporally variable phase position with respect to the rotational movement, so that at least when using two identical optical elements, the resulting beam deflection with different deflection angle in the range of 0, ie the second optical element just compensates the beam deflection by the first optical element , up to a maximum beam deflection can take place, in which the second optical element additionally increases the beam deflection caused by the first optical element.
  • the rotational movements of the two optical elements are not synchronized, laser processing takes place within a certain period of time within a planar circular area or at least to the zero position concentric region.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a laser processing machine according to the invention for drilling holes
  • FIG. 2 shows the beam deflection by a rotating wedge-shaped optical element in transmission geometry
  • FIG. 3 shows the beam deflection by a rotating wedge-shaped mirror element in reflection geometry
  • FIG. 4 shows the beam deflection 5 shows the beam deflection through an arrangement of two rotating wedge-shaped mirror elements in reflection geometry
  • FIG. 6 shows the beam deflection through an arrangement of a rotating wedge-shaped optical element in transmission geometry and a rotating wedge-shaped Mirror element in reflection geometry.
  • the laser processing machine 100 shown in FIG. 1 comprises a laser source 110 which emits an input laser beam 111 which enters a deflection device 120.
  • the deflection device 120 comprises a device or arrangement according to the invention for the periodic two-dimensional deflection of a laser beam, which is described below will be explained with reference to Figures 2 to 6.
  • the Auslenkein ⁇ direction 120 generates an output laser beam 121 which has a beam path which is periodically moved about the axis of the so-called. Null beam, which extends on an extension of the input laser beam 111 on the lateral surface of a cone.
  • the output laser beam 121 strikes a conventional deflection unit 130, which can be constructed in a conventional manner with galvo mirrors, and is subsequently directed onto the substrate 150 to be processed as processing laser beam 141 by way of imaging optics 140, for example an F-theta optic.
  • the substrate 150 consists of a dielectric layer 151, which is covered by a metallic layer 152 on the upper side and underside, respectively.
  • the metallic layers 152 are structured in a manner not shown to form interconnects.
  • microholes 153 are drilled, the walls of which are subsequently metallized in a known manner.
  • the processing laser beam 141 is centered in each case by means of a jump movement 155 on a drilling position 154 and then moved in a circular motion with a focus variable F set via the imaging optics 140 in the region of the drilling position 154 so that a microhole is generated in each case becomes.
  • the processing laser beam 141 is thereby moved in one revolution or in several successive revolutions.
  • the so-called trephining is frequently used. In this case, the laser beam 141 is guided only along the edge of the hole and the inner core is cut out. In the production of microholes, it may also be necessary to perform several rotations of the laser beam 141 with different radii.
  • the conventional deflection unit 130 only has the jump movement 155 of the bearing. processing laser beam 141 with the respective setting to a drilling position 154, while the required circular motion is modulated by the deflection device 120, which is the deflection unit 130 upstream.
  • the laser source 110 is preferably switched off during jump movement 155 and switched on again after reaching the new drilling position 154.
  • FIG. 2 shows a deflection device 220, by means of which an input laser beam 211 in transmission geometry as a result of refraction through a wedge-shaped optical element 260 is deflected by a deflection angle ⁇ into an output laser beam 221.
  • the wedge-shaped optical element 260 is rotatable about an axis of rotation 261, so that the beam path of the output laser beam 221 moves on the lateral surface of a cone and describes a circular movement on a processing field, not shown, which is perpendicular to the axis of rotation 261.
  • the wedge-shaped optical element has an input interface 262 which, according to the exemplary embodiment illustrated here, is arranged perpendicular to the beam path of the input laser beam 211.
  • the input interface 262 is perpendicular to the input laser beam 211 in each phase of rotation of the wedge-shaped optical element 260. Thus, no change in direction takes place when the input laser beam 211 enters the input interface 262.
  • the laser beam exits through the opposite output interface 263, which differs by a defined wedge angle a. is inclined to the entrance boundary surface 262, a change in direction of the laser beam due to Snell's law of refraction occurs, so that the output laser beam 221 is inclined by a deflection angle ⁇ with respect to the direction of the input laser beam 211.
  • the change in direction is dependent on the wedge angle a and the refractive index of the optically transparent material from which the wedge-shaped optical element 260 is made.
  • a circular movement is thus modulated onto the laser beam at the resulting angle ⁇ .
  • the deflection device 220 can be combined with an F-theta optics, not shown, which deflects the output laser beam 221 into a machining position dependent on the deflection angle ⁇ on the machining surface of a workpiece not shown, the respective machining position being at a distance of the zero position of the laser beam, which depends on the design of the F-theta optics.
  • different wedge-shaped optical elements 260 are selected with different wedge angles ⁇ .
  • the speed at which a circular path on the workpiece is traversed is determined by the radius of the circular path and by the rotational frequency xs of the optical element 260.
  • the deflection device 320 shown in FIG. 3 differs from the deflection device 220 in that the deflection device 320 is operated in reflection geometry.
  • the optical element 360 is rotatable about a rotation axis 361 at a rotational speed ⁇ by means of a rotary drive 361a.
  • the wedge-shaped optical element 360 has a mirror surface 364, which is inclined by a wedge angle a relative to a plane oriented perpendicular to the axis of rotation 361.
  • the input laser beam 311 is reflected at the mirror surface 364, the reflected output laser beam 321 being deflected by an angle ⁇ with respect to a null beam which would be generated by reflection at a mirror surface perpendicular to the rotation axis 361.
  • FIG. 4 shows a deflection arrangement 420, in which two wedge-shaped optical elements, a first optical element 460 and a second optical element 465, both of which are operated in transmission geometry, are connected in series.
  • the first wedge-shaped optical element 460 leads, as in FIG
  • the first optical element 460 has an input interface 462 and an output interface 463 inclined by a wedge angle a ⁇ with respect to the input interface 462.
  • the input interface 462 is aligned perpendicular to the axis of rotation 461, which is arranged parallel to the incident etcsla ⁇ serstrahl 411.
  • the output laser beam 421 describes a circular movement 422.
  • the output laser beam 421 impinges as input laser beam 421 on the second wedge-shaped optical element, which has an input interface 467 and an output interface 468.
  • the second wedge-shaped optical element 465 is likewise rotatable about a rotation axis 466 by means of a rotary drive, not shown, wherein the rotation axis 466 runs parallel to the rotation axis 461.
  • the output interface 468 is oriented perpendicular to the axis of rotation 466, the input interface 467 is a wedge angle ⁇ ? inclined to the output interface 468.
  • the input laser beam 421 experiences a further deflection both at the input interface 467 and at the output interface 468 as a result of the optical refraction, so that the output laser beam 469 generated thereby is altogether deflected at an angle ⁇ with respect to the input laser beam 411.
  • the second wedge-shaped optical element 465 With a speed of rotation ee> 2 , which equals the rotational speed ⁇ > i This results in a resulting circular motion 472 of the output laser beam on a correspondingly arranged processing surface (not shown).
  • the resulting deflection angle ⁇ can thus be adjusted precisely by selecting the relative phase position of both rotational movements such that the machining laser beam is circular on a workpiece, not shown departs with a fixed vorgege ⁇ circle diameter.
  • the two optical elements 460 and 465 can also be arranged rotated by 180 ° from the point of view of the incident input laser beam 411, ie that the laser beam 411 is initially an inclined interface and / or the output laser beam 421 is initially perpendicular penetrates to the axis of rotation 466 arranged interface. It is further pointed out that the two wedge-shaped optical elements 460 and 465 can also be operated with different rotational speeds »i and ⁇ 2 . In the case of an unsynchronized rotary movement, a material processing thus results within a processing range concentric about the zero beam in the course of a certain processing time.
  • FIG. 5 shows a deflection arrangement 520, by means of which an input laser beam 511 is reflected by a reflection at two wedge-shaped optical elements 560 and 565 into an output laser beam 569.
  • the deflection arrangement 520 differs from the deflection arrangement 420 in that the beam deflection does not take place in transmission geometry but in reflection geometry.
  • the principles of the two two-stage beam deflections are therefore identical except for the difference that the beam deflection by means of refraction takes place in the deflection arrangement 420 and the beam deflection by reflection takes place in the deflection arrangement 520.
  • the first wedge-shaped optical element 560 is rotatable around a rotation axis 561 by means of a rotary drive (not shown).
  • the first optical element 560 has a mirror surface 564, which is inclined by a wedge angle a. ⁇ with respect to a base surface of the first optical element that is perpendicular to the axis of rotation 561.
  • the input laser beam 511 is thus reflected at the mirror surface 564, so that the resulting output laser beam 521 experiences a deflection from a null beam, which would be generated in the case of reflection at a mirror surface perpendicular to the axis of rotation 561.
  • Upon rotation of the first optical element with the rotational speed O 1 describes the output laser beam 521 a circular motion on a cone sheath.
  • the output laser beam 521 strikes the second wedge-shaped optical element 565 which has a mirror surface 564a which, with a plane perpendicular to the axis of rotation 566, has a wedge angle ⁇ ? includes.
  • the second wedge-shaped optical element 565 is rotated about the axis of rotation 566 at the speed of rotation ⁇ Ü 2 .
  • the reflection at the mirror surface 564a leads to a further beam deflection, so that the output laser beam 569 is deflected overall by an angle ⁇ with respect to the input laser beam 511.
  • G h (O 2 is described by the time-varying beam path of the output laser beam 569, with a Paral ⁇ lelversatz parallel to the beam path of the workedslaser ⁇
  • FIG. 6 shows a deflection arrangement 620 in which an input laser beam 611 is deflected into an output laser beam 669 by means of a two-stage deflection process.
  • the first stage of the beam deflection takes place by means of a first wedge-shaped optical element 660 in transmission geometry.
  • the optical element 660 which has an input boundary surface 662 and an output boundary surface 663, which are opposite to one another. is tilted about the input interface 662 by a wedge angle ⁇ i is rotatable about a rotational axis 661 by means of a rotary drive, not shown, with a rotational speed ooi.
  • a rotation of the first wedge-shaped optical element 660 generates a time-variable optical path of the output laser beam 621 lying on a conical surface.
  • the output laser beam 621 serves as an input laser beam 621 for the second wedge-shaped optical element 665 which is rotatable about an axis of rotation 666 by means of a rotary drive, not shown, and has a mirror surface 664a which is inclined relative to a surface perpendicular to the axis of rotation 666 by a wedge angle a ⁇ is.

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Abstract

The invention relates to a laser machining device (100) for drilling holes into a workpiece, particularly into an electronic circuit substrate (150), which comprises: a laser source (110) provided for emitting a laser beam (111); a diverting unit (130) for directing the laser beam (121) to a defined drilling position (154) on the circuit substrate (150), and; a projection lens (140) for focussing the laser beam (141) on the circuit substrate (150). The laser machining device also comprises an optical deflecting device (120), which is situated between the laser source and the diverting unit, serves to carry out the periodic two-dimensional diversion of a laser beam, and which has an optical element and a rotary actuator. The optical element is mounted in a manner that enables it to rotate about a rotation axis and has a planar boundary surface whose normal to the surface is oriented at an angle to the rotation axis and which is such that, when a laser beam impinges thereupon, it deflects this laser beam from its original direction. The rotary actuator is designed for continuously rotating the optical element about the rotation axis.

Description

LASERBEARBEITXMGSMACHINE ZUM BOHREN VON LÖCHERN IN EIN WERKSTÜCK MIT EINER OPTISCHEN AUSLENKVORRICHTUNG UND EINER ABLENKEINHEITLASER PROCESSING MACHINE FOR DRILLING HOLES IN A WORKPIECE WITH AN OPTICAL LIFTING DEVICE AND A DEFLECTION UNIT
Beschreibungdescription
Laserbearbeitungsmaschine zum Bohren von Löchern in ein Werkstück 5 Die Erfindung betrifft eine Laserbearbeitungsmaschine zum Bohren von Löchern in ein Werkstück, insbesondere in elektro¬ nische Schaltungssubstrate, wobei ein von einer Laserlicht¬ quelle erzeugter Laserstrahl über eine Ablenkeinheit und eine 10 Abbildungsoptik auf die jeweilige Bohrposition des Werkstücks gelenkt wird.The invention relates to a laser processing machine for drilling holes in a workpiece, in particular in electronic circuit substrates, wherein a laser beam generated by a Laserlicht¬ source via a deflection and a 10 imaging optics on the respective drilling position of the Workpiece is steered.
Aus der US 5,593,606 ist ein Laserbohrverfahren sowie eine entsprechende Laserbohrvorrichtung bekannt, wobei Löcher mit 15 einem größeren Durchmesser als der Strahldurchmesser des Laserstrahls dadurch erzeugt werden, dass der Laserstrahl entweder in Spiralbahnen oder in konzentrischen Kreisen innerhalb des Lochbereiches von innen nach außen oder von außen nach innen bewegt wird. 20 Beim Bohren von elektronischen Schaltungsträgern werden gemäß den herkömmlichen Verfahren jeweils die Positionen der Bohr¬ löcher nacheinander mit der jeweils verwendeten Ablenkeinheit angefahren. Dabei wird der Laserstrahl von einer Ausgangspo- 25 sition, beispielsweise einem vorhergehenden Bohrloch, in einer Sprungbewegung auf die Mitte des neu zu bohrenden Loches gebracht, dann auf die Kreisbahn mit dem vorgegebenen Radius bewegt und schließlich auf einer vorgegebenen Kreis¬ bahn oder Spiralbahn einmal oder mehrmals verfahren, bis das 30 gewünschte Loch erzeugt ist. Darauf folgt dann wieder eine Sprungbewegung hin zur nächsten Lochposition.From US 5,593,606 a laser drilling method and a corresponding laser drilling apparatus is known, wherein holes having a diameter greater than the beam diameter of the laser beam are generated by the laser beam either in spiral tracks or in concentric circles within the hole area from the inside to the outside or from the outside is moved inside. When drilling electronic circuit carriers, according to the conventional methods, the positions of the drill holes are approached one after the other with the respectively used deflection unit. In this case, the laser beam is brought from an initial position, for example a preceding borehole, in a jumping motion onto the center of the hole to be drilled, then moved onto the circular path with the predetermined radius and finally once or on a predetermined circular path or spiral path Move several times until the desired 30 hole is created. This is followed by a jump movement back to the next hole position.
Als Ablenkeinheiten werden üblicherweise zwei drehbar gela¬ gerte Spiegel verwendet, welche jeweils mittels eines sog. 35 Galvoantriebs um eine Achse schwenkbar sind. Die beiden Achsen sind in der Regel senkrecht zueinander angeordnet. Durch eine Kombination von Schwenkbewegungen der beiden Spiegel kann der Laserstrahl innerhalb eines zweidimensiona¬ len Bearbeitungsfeld beliebig ausgerichtet werden. Die Ver¬ wendung von herkömmlichen Ablenkeinheiten zum Abfahren einer Kreisbewegung hat den Nachteil, dass infolge der Trägheit des mechanischen Systems aus Spiegel und Galvomotor die resultie¬ rende Bahnbewegung abhängig von der Geschwindigkeit und dem Radius der Kreisbewegung deutliche Abweichungen zur idealen Kreisbahn aufweist. Die Folge ist, dass bei hoher Geschwin¬ digkeit insbesondere die Rundheit eines gebohrten Lochs, welche als maßgebende Qualitätskriterien eines Bohrloches angesehen wird, nicht mehr in dem Maße erreicht werden kann, wie es für die Herstellung von qualitativ hochwertigen elekt¬ ronischen Schaltungsträgern erforderlich wäre. Da die Rund¬ heit von entsprechenden Bohrlöchern somit um so schlechter wird, je schneller die Kreisbewegung ausgeführt wird, kann eine entsprechende Laserbearbeitungsmaschine zum Bohren von Löchern nur mit einer begrenzten Bearbeitungsgeschwindigkeit betrieben werden, so dass die Bohrleistung, d.h. die pro Zeiteinheit maximale Anzahl an mit einer bestimmten Lochqua- lität gebohrten Löcher, reduziert ist. In der Praxis muss somit immer ein Kompromiss zwischen einer hohen Bohrleistung und einer hohen Lochqualität gefunden werden.As deflecting units, two rotatably mounted mirrors are usually used, which are each pivotable about an axis by means of a so-called galvo drive. The two axes are usually arranged perpendicular to each other. Through a combination of pivotal movements of the two Mirror, the laser beam can be arbitrarily aligned within a zweidimensiona¬ len edit field. The use of conventional deflection units for traversing a circular movement has the disadvantage that as a result of the inertia of the mechanical system of mirror and galvo motor, the resulting path movement has significant deviations from the ideal circular path, depending on the speed and the radius of the circular motion. The consequence is that at high speed, in particular, the roundness of a drilled hole, which is regarded as the authoritative quality criteria of a borehole, can no longer be achieved to the extent required for the production of high-quality electronic circuit boards. Since the roundness of corresponding boreholes thus becomes worse, the faster the circular movement is carried out, a corresponding laser machining machine for drilling holes can only be operated with a limited machining speed, so that the drilling power, ie the maximum number of units per unit of time holes drilled to a certain hole quality is reduced. In practice, a compromise must always be found between high drilling performance and high hole quality.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Laserbearbeitungsmaschine zum Bohren von Löchern in ein Werkstück zu schaffen, welche zum einen eine hohe Qualität an gebohrten Löchern und zum anderen eine hohe Bohrleistung ermöglicht.The object of the present invention is to provide a laser processing machine for drilling holes in a workpiece, which on the one hand enables a high quality of drilled holes and on the other hand a high drilling performance.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Laserbearbeitungsvorrich¬ tung mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1. Die erfindungsgemäße Laserbearbeitungsmaschine zum Bohren von Löchern in ein Werkstück, insbesondere in ein elektronisches Schaltungssubstrat, umfasst eine Laserquelle, eingerichtet zum Emittieren eines Laserstrahls, eine Ablenkeinheit zum Lenken des Laserstrahls auf eine bestimmte Bohrposition (154) auf dem Schaltungssubstrat und eine Abbildungsoptik zum Fokussieren des Laserstrahls auf dem Schaltungssubstrat. Die Laserbearbeitungsmaschine umfasst ferner eine zwischen der Laserquelle und der Ablenkeinheit angeordnete optische Aus¬ lenkvorrichtung zum periodischen zweidimensionalen Auslenken eines Laserstrahls, welche ein optisches Element und einen Drehantrieb aufweist. Das optische Element ist um eine Dreh¬ achse herum drehbar gelagert und weist eine plane Grenzfläche auf, deren Flächennormale winklig zu der Drehachse orientiert ist und die derart beschaffen ist, dass sie bei einem Auf- treffen des Laserstrahls diesen aus seiner Ursprungsrichtung auslenkt. Der Drehantrieb ist zum kontinuierlichen Drehen des optischen Elements um die Drehachse eingerichtet.The object is achieved by a laser processing device having the features of independent claim 1. The laser processing machine according to the invention for drilling holes in a workpiece, in particular in an electronic circuit substrate, comprises a laser source configured to emit a laser beam, a deflection unit for directing the laser beam to a particular drilling position (154) on the circuit substrate and imaging optics to Focusing the laser beam on the circuit substrate. The laser processing machine further comprises an optical Aus¬ steering device arranged between the laser source and the deflection unit for the periodic two-dimensional deflection of a laser beam having an optical element and a rotary drive. The optical element is rotatably mounted about a rotation axis and has a plane boundary surface whose surface normal is oriented at an angle to the axis of rotation and which is such that it deflects it from its original direction when the laser beam hits it. The rotary drive is set up for continuously rotating the optical element about the axis of rotation.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass eine Kreis- bewegung innerhalb einer Bearbeitungsfläche nicht nur durch die Kombination zweier Schwenkbewegungen von Ablenkspiegeln erreicht werden kann, sondern dass eine kontinuierliche Drehbewegung eines optischen Elements erzeugt werden kann, welches die Richtung eines Eingangslaserstrahls, beispiels— weise durch Reflexion oder durch Refraktion in einen Aus¬ gangslaserstrahl lenkt. Dessen veränderlicher Strahlengang verläuft somit auf einem Kegelmantel, welcher symmetrisch um eine Nullposition angeordnet ist. Die Erfindung hat den Vorteil, dass lediglich eine einfache Drehbewegung zur Strahlablenkung erforderlich ist, so dass bei Vermeidung einer Unwucht des optischen Elements eine im Vergleich zu herkömmlichen Ablenkeinheiten erheblich erhöhte Kreisge¬ schwindigkeit des abgelenkten Laserstrahls möglich ist.The invention is based on the finding that a circular movement within a working surface can be achieved not only by the combination of two pivoting movements of deflecting mirrors, but that a continuous rotational movement of an optical element can be generated, which is the direction of an input laser beam, for example by Reflection or by refraction in a Aus¬ gangslaserstrahl directs. Its variable beam path thus runs on a cone sheath, which is arranged symmetrically about a zero position. The invention has the advantage that only a simple rotational movement is required for beam deflection, so that, when an imbalance of the optical element is avoided, a significantly increased circular velocity of the deflected laser beam is possible in comparison to conventional deflection units.
Die Laserbearbeitungsmaschine nach Anspruch 2, bei der die Abbildungsoptik eine F-Theta-Optik ist, gewährleistet einen direkten Zusammenhang zwischen dem resultierenden Ablenkwin- kel und dem Abstand zwischen einer jeweiligen Bearbeitungspo¬ sition und dem sog. Null—Strahl, welcher ohne den Einfluss der erfindungsgemäßen Vorrichtung bzw. Anordnung auf das Werkstück treffen würde. Der Proportionalitätsfaktor ergibt sich durch das Design der F-Theta-Optik, d.h. ein in die F- Theta-Optik eintretender Strahl mit einem definierten Ein¬ fallswinkel entspricht einer Position auf der Bearbeitungs¬ fläche, die entsprechend von der Nullposition der F-Theta- Optik beabstandet ist. Für den Proportionalitätsfaktor zwi- sehen Ablenkwinkel und Auslenkung von der Nullposition ergibt sich aus einem einfachen Dreisatz folgender Zusammenhang:The laser processing machine according to claim 2, wherein the imaging optics is an F-theta optic, ensures a direct relationship between the resulting deflection angle and the distance between a respective processing position and the so-called zero beam, which without the influence of inventive device or arrangement would hit the workpiece. The proportionality factor is given by the design of the F-theta optics, ie one in the F Theta optic entering beam with a defined Ein¬ case angle corresponds to a position on the Bearbeitungs¬ surface, which is spaced correspondingly from the zero position of the F-theta optics. For the proportionality factor between see deflection angle and deflection from the zero position results from a simple rule of three the following relationship:
K FK F
Dabei ist Wπpt der Winkelbereich, in dem der Laserstrahl auf F-Theta-Optik trifft und der zu einer Feldlänge von F, d.h. zu einem maximalen Abstand zwischen den auf die Bearbeitungs¬ fläche senkrecht auftreffenden Laserstrahlen, führt. Wein ist der Ablenkwinkel der erfindungsgemäßen Vorrichtung bzw. Anordnung, welcher bei einer Drehung des optischen Elements zu einem Kreisradius K führt.In this case, W πpt is the angular range in which the laser beam strikes F-theta optics and which leads to a field length of F, ie to a maximum distance between the laser beams which impinge perpendicularly on the processing surface. W a is the deflection angle of the Device or arrangement according to the invention, which upon rotation of the optical element leads to a circle radius K.
So ergibt sich beispielsweise bei einem optischen Winkelbe¬ reich Wnpt = ±20°, welcher zu einem Auslenkungsbereich von F = 50 mm führt, bei einem gewünschten Kreisradius von 50 μm ein erforderlicher Ablenkwinkel durch die erfindungsgemäße Vorrichtung bzw. Anordnung von 0,02°.Thus, for example, at an optical angle range W npt = ± 20 °, which leads to a deflection range of F = 50 mm, with a desired circle radius of 50 μm, a required deflection angle is achieved by the device or arrangement of 0.02 ° ,
Für die erforderliche Rotationsfrequenz des optischen EIe- ments gilt folgender Zusammenhang:The following relationship applies to the required rotational frequency of the optical element:
Figure imgf000006_0001
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V ist dabei die Geschwindigkeit, mit welcher der bearbeitende Laserstrahl auf der Kreisbahn bewegt wird und B ist die Länge der Kreisbahn. Für das oben genannte Beispiel von einem Kreisradius K von 50 μm, bei dem sich eine Kreisbahnlänge von B = 2πK = 314 μm ergibt, und einer gewünschten Bearbeitungs¬ geschwindigkeit B auf der Kreisbahn von 200 mm/s, ergibt sich eine Rotationsfrequenz von 637 Hz. Dies entspricht 38217 Umdrehungen pro Minute. Derartig hohe Umdrehungen können bei Vermeidung einer Unwucht des optischen Elements mit gewöhnli¬ cher Antriebsmechanik realisiert werden.V is the speed at which the machining laser beam is moved on the circular path and B is the length of the circular path. For the above example of a circle radius K of 50 .mu.m, in which a circular path length of B = 2πK = 314 microns results, and a desired machining speed B on the circular path of 200 mm / s, there is a rotation frequency of 637 Hz This corresponds to 38217 revolutions per minute. Such high revolutions can at Avoidance of imbalance of the optical element can be realized with ordinary drive mechanism.
Gemäß Anspruch 3 erfolgt die Ablenkung des Eingangslaser- Strahls durch Refraktion, welche infolge des Brechungsgeset¬ zes von Snellius an zumindest einer der beiden Grenzflächen des optischen Elements erfolgt. Die Grenzfläche rotiert in einer winkligen Stellung relativ zu der Richtung des einfal¬ lenden Eingangslaserstrahls. Diese Transmissionsgeometrie hat den Vorteil, dass auf den einfallenden Laserstrahl ohne komplizierte Strahlengänge ein schnelles Aufmodulieren einer Kreisbahn möglich ist.According to claim 3, the deflection of the input laser beam by refraction, which takes place as a result of the Brechungsgeset¬ zes of Snellius at least one of the two boundary surfaces of the optical element. The interface rotates in an angular position relative to the direction of the incident input laser beam. This transmission geometry has the advantage that a fast modulating of a circular path is possible on the incident laser beam without complicated beam paths.
Gemäß Anspruch 4 ist die Eingangsgrenzfläche des optischen Elements senkrecht zu der Drehachse angeordnet und die Dreh¬ achse ist parallel zu der Einfallsrichtung des Eingangslaser¬ strahls ausgerichtet. Dies hat den Vorteil, dass die Auslen¬ kung des Laserstrahls mit einem einfachen Strahlengang reali¬ siert werden kann, bei dem durch die Eingangsgrenzfläche des optischen Elements keine Brechung erfolgt. Der Auslenkwinkel hängt somit lediglich von dem Brechungsindex und dem Keilwin¬ kel des optischen Elements ab. Durch die Verwendung eines Drehantriebs, welcher von außen an das keilförmige optische Element angreift, wird sichergestellt, dass weder der Strahl- gang des Eingangslaserstrahls noch der Strahlengang des Ausgangslaserstrahls durch den Drehantrieb oder andere mit dem Drehantrieb gekoppelte Komponenten gestört wird.According to claim 4, the input interface of the optical element is arranged perpendicular to the axis of rotation and the Dreh¬ axis is aligned parallel to the direction of incidence of the Eingangslaser¬ beam. This has the advantage that the deflection of the laser beam can be realized with a simple beam path in which no refraction takes place through the input interface of the optical element. The deflection angle thus depends only on the refractive index and the Keilwin¬ angle of the optical element. By using a rotary drive which engages from the outside to the wedge-shaped optical element, it is ensured that neither the beam path of the input laser beam nor the beam path of the output laser beam is disturbed by the rotary drive or other coupled with the rotary drive components.
Gemäß Anspruch 5 ist die Grenzfläche eine Spiegelfläche. Eine derartige Reflexionsgeometrie hat den Vorteil, dass das Aufmodulieren der Kreisbewegung mit einer Strahlumlenkung, beispielsweise um 90°, kombiniert werden kann, so dass die spiegelnde Grenzfläche sowohl als erfindungsgemäßes optisches Element als auch als Reflektor zur Strahlumlenkung innerhalb einer Laserbearbeitungsmaschine dient. Ein weiterer Vorteil der Reflexionsgeometrie besteht darin, dass der Drehantrieb einfach hinter der Spiegelfläche angeordnet werden kann, so dass eine Störung des Strahlengangs ausgeschlossen ist. Die Spiegelfläche kann ebenso auf einem keilförmigen optischen Element angeordnet sein, so dass der Öffnungswinkel des Kegelmantels, auf welchem die Strahlgänge der abgelenkten Laserstrahlen liegen, lediglich durch den entsprechenden Keilwinkel bestimmt ist. Der Keilwinkel ist dabei der Winkel, der durch die Spiegelfläche und eine zu der Drehachse senk¬ rechte Ebene definiert ist.According to claim 5, the interface is a mirror surface. Such a reflection geometry has the advantage that the modulating of the circular motion can be combined with a beam deflection, for example by 90 °, so that the specular interface serves both as an inventive optical element and as a reflector for beam deflection within a laser processing machine. Another advantage of the reflection geometry is that the rotary drive can be easily arranged behind the mirror surface, so that a disturbance of the beam path is excluded. The mirror surface can also be arranged on a wedge-shaped optical element, so that the opening angle of the conical surface on which the beam paths of the deflected laser beams are determined only by the corresponding wedge angle. The wedge angle is the angle which is defined by the mirror surface and a plane perpendicular to the axis of rotation.
Gemäß Anspruch 6 weist die Laserbearbeitungsmaschine zwei optische Auslenkvorrichtungen zum periodischen zweidimensio¬ nalen Auslenken eines Laserstrahls auf. Diese sind derart relativ zueinander orientiert, dass bei einem Auftreffen eines von dem optischen Element der Auslenkvorrichtung ausge— lenkten Laserstrahls dieser durch das weitere optische Ele¬ ment der weiteren Auslenkvorrichtungen erneut ausgelenkt wird. Somit kann durch ein entsprechendes Hintereinander- schalten von mehreren optischen Auslenkvorrichtungen auf einfache Weise der Auslenkwinkel in einem größeren Bereich verstellt werden kann.According to claim 6, the laser processing machine on two optical deflection devices for the periodic zweidimensio¬ nal deflection of a laser beam. These are oriented relative to one another in such a way that when a laser beam deflected by the optical element of the deflection device impinges on it, it is again deflected by the further optical element of the further deflection devices. Thus, the deflection angle can be adjusted within a relatively wide range by a corresponding series connection of several optical deflection devices in a simple manner.
Die Anordnung nach Anspruch 7 umfasst eine Steuerungseinrich- tung, mittels welcher die beiden Drehantriebe derart ansteu¬ erbar sind, dass sich das optische Element und das weitere optischen Element mit der gleichen Drehgeschwindigkeit und somit mit einer festen Phasenlage bezüglich der Drehbewegung drehen. Die relative Phasenlage zwischen den beiden optischen Elementen bestimmt somit den effektiven Auslenkwinkel, so dass durch eine Variation der relativen Phasenlage der Aus- lenkwinkel und somit der Radius der resultierenden Kreisbahn eines ausgelenkten Laserstrahls auf einfache Weise einge¬ stellt werden kann.The arrangement according to claim 7 comprises a control device, by means of which the two rotary drives can be controlled in such a way that the optical element and the further optical element rotate at the same rotational speed and thus with a fixed phase position with respect to the rotational movement. The relative phase position between the two optical elements thus determines the effective deflection angle, so that the deflection angle and thus the radius of the resulting circular path of a deflected laser beam can be set in a simple manner by varying the relative phase position.
An dieser Stelle wird auf einen Spezialfall hingewiesen, bei dem zwei identische optische Elemente mit gleichem Keilwinkel verwendet werden und stets eine relative Phasenlage der beiden Drehbewegungen von 180° eingehalten wird, d.h. dass die Strahlablenkung des ersten optischen Elements durch die Strahlablenkung des zweiten optischen Elements gerade kompen¬ siert wird. In diesem Fall ergibt sich für die resultierende Strahlauslenkung nicht etwa eine Ablenkung um einen bestimm- ten Winkel sondern ein Parallelversatz des Ausgangslaser- strahls im Vergleich zum Ξingangslaserstrahl. Ein derartiger Parallelversatz wird am einfachsten durch die Verwendung zweier keilförmiger optischer Elemente in Transmissionsgeo¬ metrie erreicht, wobei die Eingangsgrenzfläche des ersten optischen Elements senkrecht zum Eingangslaserstrahl und die Ausgangsgrenzfläche des zweiten optischen Elements senkrecht zum Ausgangslaserstrahl angeordnet sind- Der Parallelversatz bestimmt sich dann durch den Keilwinkel und den Abstand der beiden keilförmigen optischen Elemente, so dass der Parallel— versatz des Laserstrahls durch eine Variation des Abstandes beider optischer Elemente auf einfache Weise eingestellt werden kann. Es wird darauf hingewiesen, dass ein derartiger Parallelversatz auch mit zwei optischen Elementen in Reflexi¬ onsgeometrie erzielt werden kann.At this point, reference is made to a special case in which two identical optical elements are used with the same wedge angle and always a relative phase of the two rotational movements of 180 ° is maintained, ie that the beam deflection of the first optical element is just compensated by the beam deflection of the second optical element. In this case, the resulting beam deflection does not result in a deflection by a certain angle but in a parallel offset of the output laser beam in comparison to the input laser beam. Such a parallel offset is most easily achieved by the use of two wedge-shaped optical elements in transmission geometry, the input interface of the first optical element being perpendicular to the input laser beam and the output interface of the second optical element being perpendicular to the output laser beam. The parallel offset is then determined by the wedge angle and the distance between the two wedge-shaped optical elements, so that the parallel offset of the laser beam can be adjusted by varying the distance between the two optical elements in a simple manner. It should be noted that such a parallel offset can also be achieved with two optical elements in reflection geometry.
Gemäß Anspruch 8 sind die beiden Drehantriebe derart ansteu¬ erbar, dass sich das optische Element und das weitere opti¬ sche Element mit unterschiedlicher Drehgeschwindigkeit dre¬ hen. Dies bewirkt eine zeitlich veränderliche Phasenlage bezüglich der Drehbewegung, so dass zumindest bei der Verwen¬ dung von zwei identischen optischen Elementen die resultie¬ rende Strahlauslenkung mit unterschiedlichem Ablenkwinkel im Bereich von 0, d.h. das zweite optische Element kompensiert gerade die Strahlablenkung durch das erste optische Element, bis hin zu einer maximalen Strahlablenkung erfolgen kann, bei der das zweite optische Element die durch das erste optische Element verursachte Strahlablenkung zusätzlich erhöht. Sofern die Drehbewegungen der beiden optischen Elemente nicht syn¬ chronisiert sind, erfolgt somit innerhalb einer bestimmten Zeitspanne eine Laserbearbeitung innerhalb eines flächigen kreisförmigen oder zumindest zu der Nullposition konzentri¬ schen Bereiches. Bei einer Synchronisation der unterschiedli- chen Drehgeschwindigkeiten kann der abgelenkte Laserstrahl auf dem Zielobjekt eine definierte Kurvenform, beispielsweise eine nach außen oder nach innen verlaufende Spiralbahn, beschreiben.According to claim 8, the two rotary actuators can be controlled such that the optical element and the further optical element rotate at different rotational speeds. This causes a temporally variable phase position with respect to the rotational movement, so that at least when using two identical optical elements, the resulting beam deflection with different deflection angle in the range of 0, ie the second optical element just compensates the beam deflection by the first optical element , up to a maximum beam deflection can take place, in which the second optical element additionally increases the beam deflection caused by the first optical element. If the rotational movements of the two optical elements are not synchronized, laser processing takes place within a certain period of time within a planar circular area or at least to the zero position concentric region. When synchronizing the different Chen chen speeds, the deflected laser beam on the target object a defined waveform, for example, an outwardly or inwardly extending spiral path describe.
Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden beispielhaften Beschreibung derzeit bevorzugter Ausführungsformen.Further advantages and features of the present invention will become apparent from the following exemplary description of presently preferred embodiments.
In der Zeichnung zeigen Figur 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Laserbearbeitungsmaschine zum Bohren von Löchern, Figur 2 die Strahlauslenkung durch ein rotierendes keilförmi¬ ges optisches Element in Transmissionsgeometrie, Figur 3 die Strahlauslenkung durch ein rotierendes keilförmi¬ ges Spiegelelement in Reflexionsgeometrie, Figur 4 die Strahlauslenkung durch eine Anordnung aus zwei rotierenden keilförmigen optischen Elementen in Transmissionsgeometrie, Figur 5 die Strahlauslenkung durch eine Anordnung aus zwei rotierenden keilförmigen Spiegelelementen in Reflexi¬ onsgeometrie und Figur 6 die Strahlauslenkung durch eine Anordnung aus einem rotierenden keilförmigen optischen Element in Trans- missionsgeometrie und einem rotierenden keilförmigen Spiegelelement in Reflexionsgeometrie.1 shows a schematic representation of a laser processing machine according to the invention for drilling holes, FIG. 2 shows the beam deflection by a rotating wedge-shaped optical element in transmission geometry, FIG. 3 shows the beam deflection by a rotating wedge-shaped mirror element in reflection geometry, FIG. 4 shows the beam deflection 5 shows the beam deflection through an arrangement of two rotating wedge-shaped mirror elements in reflection geometry and FIG. 6 shows the beam deflection through an arrangement of a rotating wedge-shaped optical element in transmission geometry and a rotating wedge-shaped Mirror element in reflection geometry.
An dieser Stelle bleibt anzumerken, dass sich in der Zeich¬ nung die Bezugszeichen einander entsprechender Komponenten lediglich in ihrer ersten Ziffer unterscheiden.It should be noted at this point that in the drawing, the reference symbols of corresponding components differ only in their first digit.
Die in Figur 1 dargestellte Laserbearbeitungsmaschine 100 umfasst eine Laserquelle 110, welche einen Eingangslaser¬ strahl 111 emittiert, der in eine Auslenkeinrichtung 120 tritt. Die Auslenkeinrichtung 120 umfasst eine erfindungsge¬ mäße Vorrichtung bzw. Anordnung zum periodischen zweidimensi¬ onalen Auslenken eines Laserstrahls, welche nachfolgend anhand der Figuren 2 bis 6 erläutert wird. Die Auslenkein¬ richtung 120 erzeugt einen Ausgangslaserstrahl 121, welcher einen Strahlengang aufweist, der periodisch um die Achse des sog. Nullstrahls, welcher auf einer Verlängerung des Ein— gangslaserstrahls 111 verläuft, auf der Mantelfläche eines Kegels bewegt wird. Der Ausgangslaserstrahl 121 trifft auf eine herkömmliche Ablenkungseinheit 130, die in herkömmlicher Weise mit Galvospiegeln aufgebaut sein kann und wird nachfol¬ gend über eine Abbildungsoptik 140, beispielsweise eine F- Theta-Optik, als Bearbeitungslaserstrahl 141 auf das zu bearbeitende Substrat 150 gelenkt. Das Substrat 150 besteht im gezeigten Beispiel aus einer dielektrischen Schicht 151, die oberseitig und unterseitig jeweils von einer metallischen Schicht 152 bedeckt ist. Die metallischen Schichten 152 sind in nicht gezeigter Weise zur Bildung von Leiterbahnen struk¬ turiert. Zur Erzeugung von elektronischen Verbindungen zwi¬ schen den beiden Metallschichten 152 werden Mikrolöcher 153 gebohrt, deren Wände nachfolgend in bekannter Weise metalli¬ siert werden. Zur Erzeugung der Mikrolöcher 153 wird der Bearbeitungslaserstrahl 141 jeweils mittels einer Sprungbewe¬ gung 155 auf eine Bohrposition 154 zentriert und dann mit einer über die Abbildungsoptik 140 eingestellten Fokusgröße F im Bereich der Bohrposition 154 in einer Kreisbewegung ver¬ fahren, so dass jeweils ein Mikroloch erzeugt wird. Je nach den gegebenen Bedingungen (Substratmaterial, Lochtiefe, Laserleistung, etc.) wird dabei der Bearbeitungslaserstrahl 141 in einem Umlauf oder in mehreren aufeinander folgenden Umläufen bewegt. Zum Bohren von Löchern mit einem Durchmes¬ ser, der größer ist als der Fokusdurchmesser, wählt man häufig das sog. Trepanieren. Dabei wird der Laserstrahl 141 lediglich am Lochrand entlang geführt und der innere Kern herausgeschnitten. Bei der Erzeugung von Mikrolöchern kann es auch notwendig sein mehrere Umläufe des Laserstrahls 141 mit unterschiedlichen Radien durchzuführen.The laser processing machine 100 shown in FIG. 1 comprises a laser source 110 which emits an input laser beam 111 which enters a deflection device 120. The deflection device 120 comprises a device or arrangement according to the invention for the periodic two-dimensional deflection of a laser beam, which is described below will be explained with reference to Figures 2 to 6. The Auslenkein¬ direction 120 generates an output laser beam 121 which has a beam path which is periodically moved about the axis of the so-called. Null beam, which extends on an extension of the input laser beam 111 on the lateral surface of a cone. The output laser beam 121 strikes a conventional deflection unit 130, which can be constructed in a conventional manner with galvo mirrors, and is subsequently directed onto the substrate 150 to be processed as processing laser beam 141 by way of imaging optics 140, for example an F-theta optic. In the example shown, the substrate 150 consists of a dielectric layer 151, which is covered by a metallic layer 152 on the upper side and underside, respectively. The metallic layers 152 are structured in a manner not shown to form interconnects. To produce electronic connections between the two metal layers 152, microholes 153 are drilled, the walls of which are subsequently metallized in a known manner. In order to generate the microholes 153, the processing laser beam 141 is centered in each case by means of a jump movement 155 on a drilling position 154 and then moved in a circular motion with a focus variable F set via the imaging optics 140 in the region of the drilling position 154 so that a microhole is generated in each case becomes. Depending on the given conditions (substrate material, hole depth, laser power, etc.), the processing laser beam 141 is thereby moved in one revolution or in several successive revolutions. For drilling holes with a diameter which is greater than the focal diameter, the so-called trephining is frequently used. In this case, the laser beam 141 is guided only along the edge of the hole and the inner core is cut out. In the production of microholes, it may also be necessary to perform several rotations of the laser beam 141 with different radii.
Erfindungsgemäß ist nunmehr vorgesehen, dass die herkömmliche Ablenkeinheit 130 lediglich die Sprungbewegung 155 des Bear- beitungslaserstrahls 141 mit der jeweiligen Einstellung auf eine Bohrposition 154 ausführt, während die erforderliche Kreisbewegung durch die Auslenkungseinrichtung 120, welche der Ablenkungseinheit 130 vorgeschaltet ist, aufmoduliert wird. Bevorzugt wird die Laserquelle 110 während der Sprung¬ bewegung 155 abgeschaltet und nach Erreichen der neuen Bohr¬ position 154 wieder angeschaltet.According to the invention, it is now provided that the conventional deflection unit 130 only has the jump movement 155 of the bearing. processing laser beam 141 with the respective setting to a drilling position 154, while the required circular motion is modulated by the deflection device 120, which is the deflection unit 130 upstream. The laser source 110 is preferably switched off during jump movement 155 and switched on again after reaching the new drilling position 154.
Figur 2 zeigt eine Auslenkvorrichtung 220, mittels welcher ein Eingangslaserstrahl 211 in Transmissionsgeometrie infolge von Refraktion durch ein keilförmiges optisches Element 260 um einen Auslenkwinkel ß in einen Ausgangslaserstrahl 221 abgelenkt wird. Das keilförmige optische Element 260 ist um eine Drehachse 261 drehbar, so dass sich der Strahlengang des Ausgangslaserstrahls 221 auf der Mantelfläche eines Kegels bewegt und auf einem nicht dargestellten Bearbeitungsfeld, welches senkrecht zur Drehachse 261 angeordnet ist, eine Kreisbewegung beschreibt. Das keilförmige optische Element weist eine Eingangsgrenzfläche 262 auf, welche gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel senkrecht zu dem Strahlen¬ gang des Eingangslaserstrahls 211 angeordnet ist. Da die Drehachse 261 parallel zu dem Eingangslaserstrahl 211 ausge¬ richtet ist, steht die Eingangsgrenzfläche 262 in jeder Phase der Drehung des keilförmigen optischen Elements 260 senkrecht zu dem Eingangslaserstrahl 211. Damit findet beim Eindringen des .Eingangslaserstrahls 211 in die Eingangsgrenzfläche 262 keine Richtungsänderung statt. Beim Austreten des Laser¬ strahls durch die gegenüberliegende Ausgangsgrenzfläche 263, welche um einen definierten Keilwinkel a. zur Eingangsgrenz- fläche 262 geneigt ist, findet eine durch das Brechungsgesetz von Snellius gegebene Richtungsänderung des Laserstrahls statt, so dass der Ausgangslaserstrahl 221 um einen Ablenk— Winkel ß gegenüber der Richtung des Eingangslaserstrahls 211 geneigt ist. Die Richtungsänderung ist abhängig von dem Keilwinkel a und dem Brechungsindex des optisch transparen¬ ten Materials, aus dem das keilförmige optische Element 260 hergestellt ist. Bei einer Drehung des keilförmigen optischen Elements 260 um die Drehachse 261 wird somit dem Laserstrahl eine Kreisbewe¬ gung unter dem resultierenden Winkel ß aufmoduliert. Die Auslenkvorrichtung 220 kann mit einer nicht dargestellten F- Theta-Optik kombiniert werden, welche den Ausgangslaserstrahl 221 in eine von dem Auslenkwinkel ß abhängige Bearbeitungs¬ position auf der Bearbeitungsoberfläche eines nicht darge¬ stellten Werkstücks lenkt, wobei die jeweilige Bearbeitungs- Position einen Abstand von der Nullposition des Laserstrahls aufweist, welcher von dem Design der F-Theta-Optik abhängt. Für unterschiedliche Kreisdurchmesser werden unterschiedliche keilförmige optische Elemente 260 mit unterschiedlichen Keilwinkeln α gewählt. Die Geschwindigkeit, mit der eine Kreisbahn auf dem Werkstück abgefahren wird, wird durch den Radius der Kreisbahn und durch die Rotationsfrequenz xs des optischen Elements 260 bestimmt.FIG. 2 shows a deflection device 220, by means of which an input laser beam 211 in transmission geometry as a result of refraction through a wedge-shaped optical element 260 is deflected by a deflection angle β into an output laser beam 221. The wedge-shaped optical element 260 is rotatable about an axis of rotation 261, so that the beam path of the output laser beam 221 moves on the lateral surface of a cone and describes a circular movement on a processing field, not shown, which is perpendicular to the axis of rotation 261. The wedge-shaped optical element has an input interface 262 which, according to the exemplary embodiment illustrated here, is arranged perpendicular to the beam path of the input laser beam 211. Since the axis of rotation 261 is aligned parallel to the input laser beam 211, the input interface 262 is perpendicular to the input laser beam 211 in each phase of rotation of the wedge-shaped optical element 260. Thus, no change in direction takes place when the input laser beam 211 enters the input interface 262. When the laser beam exits through the opposite output interface 263, which differs by a defined wedge angle a. is inclined to the entrance boundary surface 262, a change in direction of the laser beam due to Snell's law of refraction occurs, so that the output laser beam 221 is inclined by a deflection angle β with respect to the direction of the input laser beam 211. The change in direction is dependent on the wedge angle a and the refractive index of the optically transparent material from which the wedge-shaped optical element 260 is made. Upon rotation of the wedge-shaped optical element 260 about the axis of rotation 261, a circular movement is thus modulated onto the laser beam at the resulting angle β. The deflection device 220 can be combined with an F-theta optics, not shown, which deflects the output laser beam 221 into a machining position dependent on the deflection angle β on the machining surface of a workpiece not shown, the respective machining position being at a distance of the zero position of the laser beam, which depends on the design of the F-theta optics. For different circular diameters different wedge-shaped optical elements 260 are selected with different wedge angles α. The speed at which a circular path on the workpiece is traversed is determined by the radius of the circular path and by the rotational frequency xs of the optical element 260.
Die in Figur 3 dargestellte Auslenkvorrichtung 320 unter- scheidet sich von der Auslenkvorrichtung 220 dadurch, dass die Auslenkvorrichtung 320 in Reflexionsgeometrie betrieben wird- Das optische Element 360 ist mittels eines Drehantriebs 361a um eine Drehachse 361 mit einer Drehgeschwindigkeit ω drehbar. Das keilförmige optische Element 360 weist eine Spiegelfläche 364 auf, welche um einen Keilwinkel a gegen¬ über einer zu der Drehachse 361 senkrecht ausgerichteten Ebene geneigt ist. Bei einer Drehung des optischen Elements 360 wird der Eingangslaserstrahl 311 an der Spiegelfläche 364 reflektiert, wobei der reflektierte Ausgangslaserstrahl 321 um einen Winkel ß gegenüber einem Nullstrahl ausgelenkt ist, welcher durch eine Reflexion an einer auf der Drehachse 361 senkrecht stehenden Spiegelfläche erzeugt werden würde. Die bei einer Drehung des optischen Elements 360 erzeugten Aus¬ gangslaserstrahlen 321 liegen somit ebenso auf einem Kegel— mantel mit einem Öffnungswinkel 2/3 und beschreiben auf einer senkrecht zum Nullstrahl orientierten Bearbeitungsfläche (nicht dargestellt) eine Kreisbewegung 322. Figur 4 zeigt eine Auslenkanordnung 420, bei der zwei keil¬ förmige optische Elemente, ein erstes optisches Element 460 und ein zweites optisches Element 465, welche beide in Trans— missionsgeometrie betrieben werden, hintereinander geschaltet sind- Das erste keilförmige optische Element 460 führt, wie bereits in Figur 2 beschrieben, zu einer Auslenkung des Eingangslaserstrahls 411 zu einem Ausgangslaserstrahl 421, Das erste optische Element 460 weist eine Eingangsgrenzfläche 462 und eine um einen Keilwinkel a± gegenüber der Eingangs¬ grenzfläche 462 geneigte Ausgangsgrenzfläche 463 auf. Die Eingangsgrenzfläche 462 ist senkrecht zu der Drehachse 461 ausgerichtet, welche parallel zu dem einfallenden Eingangsla¬ serstrahl 411 angeordnet ist. Bei einer Drehung des optischen Elements 460 um die Drehachse 461 mit der Drehgeschwindigkeit α>ι beschreibt der Ausgangslaserstrahl 421 eine Kreisbewegung 422.The deflection device 320 shown in FIG. 3 differs from the deflection device 220 in that the deflection device 320 is operated in reflection geometry. The optical element 360 is rotatable about a rotation axis 361 at a rotational speed ω by means of a rotary drive 361a. The wedge-shaped optical element 360 has a mirror surface 364, which is inclined by a wedge angle a relative to a plane oriented perpendicular to the axis of rotation 361. Upon rotation of the optical element 360, the input laser beam 311 is reflected at the mirror surface 364, the reflected output laser beam 321 being deflected by an angle β with respect to a null beam which would be generated by reflection at a mirror surface perpendicular to the rotation axis 361. The output laser beams 321 generated during a rotation of the optical element 360 thus likewise lie on a conical surface with an aperture angle 2/3 and describe a circular movement 322 on a processing surface (not shown) oriented perpendicular to the zero beam. FIG. 4 shows a deflection arrangement 420, in which two wedge-shaped optical elements, a first optical element 460 and a second optical element 465, both of which are operated in transmission geometry, are connected in series. The first wedge-shaped optical element 460 leads, as in FIG The first optical element 460 has an input interface 462 and an output interface 463 inclined by a wedge angle a ± with respect to the input interface 462. The input interface 462 is aligned perpendicular to the axis of rotation 461, which is arranged parallel to the incident Eingangsla¬ serstrahl 411. Upon rotation of the optical element 460 about the axis of rotation 461 with the rotational speed α> 1, the output laser beam 421 describes a circular movement 422.
Der Ausgangslaserstrahl 421 trifft als Eingangslaserstrahl 421 auf das zweite keilförmige optische Element, welches eine Eingangsgrenzfläche 467 sowie eine Ausgangsgrenzfläche 468 aufweist. Das zweite keilförmige optische Element 465 ist um eine Drehachse 466 ebenfalls mittels eines nicht dargestell¬ ten Drehantriebs drehbar, wobei die Drehachse 466 parallel zu der Drehachse 461 verläuft. Die Ausgangsgrenzfläche 468 ist senkrecht zu der Drehachse 466 orientiert, die Eingangsgrenz— fläche 467 ist um einen Keilwinkel α? gegenüber der Ausgangs— grenzflache 468 geneigt.The output laser beam 421 impinges as input laser beam 421 on the second wedge-shaped optical element, which has an input interface 467 and an output interface 468. The second wedge-shaped optical element 465 is likewise rotatable about a rotation axis 466 by means of a rotary drive, not shown, wherein the rotation axis 466 runs parallel to the rotation axis 461. The output interface 468 is oriented perpendicular to the axis of rotation 466, the input interface 467 is a wedge angle α? inclined to the output interface 468.
Wie aus Figur 4 ersichtlich, erfährt der Eingangslaserstrahl 421 sowohl an der Eingangsgrenzfläche 467 als auch an der Ausgangsgrenzfläche 468 infolge der optischen Brechung eine weitere Auslenkung, so dass der dadurch generierte Ausgangs¬ laserstrahl 469 insgesamt um einen Winkel ß gegenüber dem Eingangslaserstrahl 411 ausgelenJct ist. Bei einer Drehung des zweiten keilförmigen optischen Elements 465 mit einer Drehge¬ schwindigkeit ee>2, welche gleich der Drehgeschwindigkeit ß>i ist, führt dies zu einer resultierenden Kreisbewegung 472 des Ausgangslaserstrahls auf einer entsprechend angeordneten Bearbeitungsfläche (nicht dargestellt) .As can be seen from FIG. 4, the input laser beam 421 experiences a further deflection both at the input interface 467 and at the output interface 468 as a result of the optical refraction, so that the output laser beam 469 generated thereby is altogether deflected at an angle β with respect to the input laser beam 411. Upon rotation of the second wedge-shaped optical element 465 with a speed of rotation ee> 2 , which equals the rotational speed β> i This results in a resulting circular motion 472 of the output laser beam on a correspondingly arranged processing surface (not shown).
Bei gleicher relativer Phasenlage der beiden Drehbewegungen α>i und 002 addieren sich die beiden Ablenkwirkungen der beiden optischen Element 460 und 465. Durch ein Einstellen der relativen Phasenlage zwischen zwei gleich großen Drehbewegun¬ gen α>i und (H2 kann somit der resultierende Auslenkwinkel ß zwischen einem Minimalwert und einem Maximalwert eingestellt werden. Im Spezialfall der Verwendung zweier identischer keilförmiger optischer Elemente, welche mit ihrer abgeschräg¬ ten Fläche einander gegenüberliegend angeordnet sind und welche bezüglich der Phasenlage ihrer Drehbewegung derart eingestellt sind, dass die beiden geneigten Grenzflächen stets parallel zueinander angeordnet sind, kompensiert das zweite keilförmige optische Element 465 gerade die Auslenkung durch das erste keilförmige optische Element 460. Allerdings entsteht auf diese Weise ein Parallelversatz des aus der Ausgangsgrenzfläche 468 austretenden Laserstrahls gegenüber dem in die Eingangsgrenzfläche 462 eintretenden Laserstrahl.With the same relative phase angle of the two rotational movements α> i and 00 2 , the two deflection effects of the two optical elements 460 and 465 add up. By setting the relative phase angle between two identically large rotational motions α> i and (H 2 , the resulting In the special case, the use of two identical wedge-shaped optical elements, which are arranged opposite each other with their beveled surface and which are adjusted with respect to the phase position of their rotational movement such that the two inclined boundary surfaces always parallel The second wedge-shaped optical element 465 just compensates for the deflection through the first wedge-shaped optical element 460. However, this results in a parallel offset of the laser beam emerging from the output interface 468 compared to the input boundary che 462 entering laser beam.
Bei gleicher Drehgeschwindigkeit coi und ω2 der beiden opti¬ schen Elemente 460 und 465 kann somit durch die Wahl der relativen Phasenlage beider Drehbewegungen der resultierende Ablenkwinkel ß gerade so eingestellt werden, dass auf einem zu bearbeitenden nicht dargestellten Werkstück der bearbei¬ tende Laserstrahl eine Kreisbewegung mit einem fest vorgege¬ benen Kreisdurchmesser abfährt.With the same rotational speed coi and ω 2 of the two optical elements 460 and 465, the resulting deflection angle β can thus be adjusted precisely by selecting the relative phase position of both rotational movements such that the machining laser beam is circular on a workpiece, not shown departs with a fixed vorgege¬ circle diameter.
Es wird darauf hingewiesen, dass die beiden optischen Elemen¬ te 460 und 465 auch aus Sicht des einfallenden Eingangslaser¬ strahls 411 um 180° verdreht angeordnet sein können, d.h. dass der Laserstrahl 411 zunächst eine geneigte Grenzfläche und/oder der Ausgangslaserstrahl 421 zunächst eine senkrecht zu der Drehachse 466 angeordnete Grenzfläche durchringt. Es wird ferner darauf hingewiesen, dass die beiden keilförmi¬ gen optischen Elemente 460 und 465 auch mit unterschiedlicher Drehgeschwindigkeit <»i und ω2 betrieben werden können. Bei einer unsynchronisierten Drehbewegung entsteht somit im Verlauf einer bestimmten Bearbeitungsdauer eine Materialbear¬ beitung innerhalb eines um den Nullstrahl konzentrischen Bearbeitungsbereiches. Bei einer vorbestimmten zeitlichen veränderlichen Phasenlage zwischen beiden Drehbewegungen kann anstelle einer Kreisbewegung auch eine andere Kurvenform auf dem Bearbeitungsfeld erzeugt werden, welche von einer Kreis¬ bahn abweicht. Als bevorzugte Beispiele für eine von einer Kreisbahn abweichenden Kurvenform sei an dieser Stelle eine nach innen oder nach außen beschriebene Spiralform erwähnt.It should be noted that the two optical elements 460 and 465 can also be arranged rotated by 180 ° from the point of view of the incident input laser beam 411, ie that the laser beam 411 is initially an inclined interface and / or the output laser beam 421 is initially perpendicular penetrates to the axis of rotation 466 arranged interface. It is further pointed out that the two wedge-shaped optical elements 460 and 465 can also be operated with different rotational speeds »i and ω 2 . In the case of an unsynchronized rotary movement, a material processing thus results within a processing range concentric about the zero beam in the course of a certain processing time. In the case of a predetermined time-varying phase position between the two rotary movements, instead of a circular movement, another curve shape can also be generated on the processing field which deviates from a circular path. As preferred examples of a curve shape deviating from a circular path, mention may be made here of a spiral shape described inwardly or outwardly.
Figur 5 zeigt eine Auslenkanordnung 520, mittels welcher ein Eingangslaserstrahl 511 über eine Reflexion an zwei keilför¬ migen optischen Elementen 560 und 565 in einen Ausgangslaser¬ strahl 569 reflektiert wird. Die Auslenkanordnung 520 unter¬ scheidet sich von der Auslenkanordnung 420 dadurch, dass die Strahlablenkung nicht in Transmissionsgeometrie, sondern in Reflexionsgeometrie erfolgt. Die Prinzipien der beiden zwei¬ stufigen Strahlablenkungen sind somit bis auf den Unterschied identisch, dass bei der Auslenkanordnung 420 die Strahlablen¬ kung mittels Refraktion und bei der Auslenkanordnung 520 die Strahlablenkung mittels Reflexion erfolgt. Das erste keilför¬ mige optische Element 560 ist mittels eines nicht dargestell¬ ten Drehantriebs um eine Drehachse 561 herum drehbar. Das erste optische Element 560 weist eine Spiegelfläche 564 auf, welche um einen Keilwinkel a.χ gegenüber einer zu der Drehach- se 561 senkrechten Grundfläche des ersten optischen Elements geneigt ist. Der Eingangslaserstrahl 511 wird somit an der Spiegelfläche 564 reflektiert, so dass der daraus resultie¬ rende Ausgangslaserstrahl 521 eine Auslenkung von einem Nullstrahl erfährt, welcher bei einer Reflexion bei einer zu der Drehachse 561 senkrechten Spiegelfläche erzeugt werden würde. Bei einer Drehung des ersten optischen Elements mit der Drehgeschwindigkeit O1 beschreibt der Ausgangslaserstrahl 521 eine Kreisbewegung auf einem Kegelmantel. Der Ausgangsla¬ serstrahl 521 trifft als Eingangslaserstrahl 521 auf das zweite keilförmige optische Element 565, welches eine Spie¬ gelfläche 564a aufweist, die mit einer zu der Drehachse 566 senkrechten Ebene einen Keilwinkel α? einschließt. Das zweite keilförmige optische Element 565 wird mit der Drehgeschwin¬ digkeit <Ü2 um die Drehachse 566 gedreht. Die Reflexion an der Spiegelfläche 564a führt zu einer weiteren Strahlablenkung, so dass der Ausgangslaserstrahl 569 insgesamt um einen Winkel ß gegenüber dem Eingangslaserstrahl 511 ausgelenkt ist.FIG. 5 shows a deflection arrangement 520, by means of which an input laser beam 511 is reflected by a reflection at two wedge-shaped optical elements 560 and 565 into an output laser beam 569. The deflection arrangement 520 differs from the deflection arrangement 420 in that the beam deflection does not take place in transmission geometry but in reflection geometry. The principles of the two two-stage beam deflections are therefore identical except for the difference that the beam deflection by means of refraction takes place in the deflection arrangement 420 and the beam deflection by reflection takes place in the deflection arrangement 520. The first wedge-shaped optical element 560 is rotatable around a rotation axis 561 by means of a rotary drive (not shown). The first optical element 560 has a mirror surface 564, which is inclined by a wedge angle a.χ with respect to a base surface of the first optical element that is perpendicular to the axis of rotation 561. The input laser beam 511 is thus reflected at the mirror surface 564, so that the resulting output laser beam 521 experiences a deflection from a null beam, which would be generated in the case of reflection at a mirror surface perpendicular to the axis of rotation 561. Upon rotation of the first optical element with the rotational speed O 1 describes the output laser beam 521 a circular motion on a cone sheath. The output laser beam 521, as the input laser beam 521, strikes the second wedge-shaped optical element 565 which has a mirror surface 564a which, with a plane perpendicular to the axis of rotation 566, has a wedge angle α? includes. The second wedge-shaped optical element 565 is rotated about the axis of rotation 566 at the speed of rotation <Ü 2 . The reflection at the mirror surface 564a leads to a further beam deflection, so that the output laser beam 569 is deflected overall by an angle β with respect to the input laser beam 511.
Hinsichtlich des Verhältnisses zwischen den beiden Drehge¬ schwindigkeiten Oi und (ύ2 und der relativen Phasenlage zwi¬ schen beiden Drehbewegungen gelten die gleichen Ausführungen, die bereits zuvor im Zusammenhang mit der Auslenkanordnung 420 erläutert worden sind. Es wird darauf hingewiesen, dass die beiden keilförmigen optischen Elemente 560 und 565 derart zueinander angeordnet sein können, dass die Längsachse des Kegelmantels, welcher bei gleicher Drehgeschwindigkeit Gh = (O2 durch den zeitlich veränderlichen Strahlengang des Ausgangslaserstrahls 569 beschrieben wird, mit einem Paral¬ lelversatz parallel zu dem Strahlengang des Eingangslaser¬ strahls 511 verläuft. Dies ist genau dann der Fall, wenn die beiden Drehachsen 561 und 566 parallel zueinander orientiert sind. Dies hat den Vorteil, dass der resultierende Strahlen¬ gang nicht winklig, sondern lediglich mit einem Parallelver¬ satz versehen ist und somit eine Justierung der Ausienkanord- nung 520 innerhalb einer Laserbearbeitungsmaschine erleich¬ tert.With regard to the relationship between the two rotational speeds Oi and (ύ 2 and the relative phase angle between the two rotational movements, the same explanations apply, which have already been explained above in connection with the deflection arrangement 420. It should be noted that the two wedge-shaped optical elements 560 and 565 may be arranged to each other such that the longitudinal axis of the cone shroud, which at the same rotational speed G h = (O 2 is described by the time-varying beam path of the output laser beam 569, with a Paral¬ lelversatz parallel to the beam path of the Eingangslaser¬ This is precisely the case when the two axes of rotation 561 and 566 are oriented parallel to one another, which has the advantage that the resulting beam path is not provided at an angle but only with a parallel offset and thus an adjustment the Ausienkanordung 520 within e Iner laser processing machine erleich¬ tert.
Figur 6 zeigt eine Auslenkanordnung 620, bei der ein Ein¬ gangslaserstrahl 611 mittels eines zweistufigen Umlenkprozes¬ ses in einen Ausgangslaserstrahl 669 abgelenkt wird. Die erste Stufe der Strahlablenkung erfolgt mittels eines ersten keilförmigen optischen Elements 660 in Transmissionsgeomet¬ rie. Das optische Element 660, welches eine Eingangsgrenzflä¬ che 662 und eine Ausgangsgrenzfläche 663 aufweist, die gegen- über der Eingangsgrenzfläche 662 um einen Keilwinkel αi ge¬ neigt ist, ist um eine Drehachse 661 mittels eines nicht dargestellten Drehantriebs mit einer Drehgeschwindigkeit ooi drehbar. Wie bereits im Zusammenhang mit Figur 2 beschrieben, erzeugt ein Drehen des ersten keilförmigen optischen Elements 660 einen auf einem Kegelmantel liegenden zeitlich veränder¬ lichen Strahlengang des Ausgangslaserstrahl 621.FIG. 6 shows a deflection arrangement 620 in which an input laser beam 611 is deflected into an output laser beam 669 by means of a two-stage deflection process. The first stage of the beam deflection takes place by means of a first wedge-shaped optical element 660 in transmission geometry. The optical element 660, which has an input boundary surface 662 and an output boundary surface 663, which are opposite to one another. is tilted about the input interface 662 by a wedge angle αi is rotatable about a rotational axis 661 by means of a rotary drive, not shown, with a rotational speed ooi. As already described in connection with FIG. 2, a rotation of the first wedge-shaped optical element 660 generates a time-variable optical path of the output laser beam 621 lying on a conical surface.
Der Ausgangslaserstrahl 621 dient als Eingangslaserstrahl 621 für das zweite keilförmige optische Element 665, welches um eine Drehachse 666 mittels eines nicht dargestellten Drehan¬ triebs drehbar ist und eine Spiegelfläche 664a aufweist, welche gegenüber einer zu der Drehachse 666 senkrechten Fläche um einen Keilwinkel a geneigt ist. Bei gleicher Dreh- geschwindigkeit e>i = ωz beschreibt der Ausgangslaserstrahl 669 auf einem nicht dargestellten Werkstück eine Kreisbewe¬ gung 672, deren Kreisdurchmesser von dem resultierenden . Auslenkwinkel ß und deren Kreisgeschwindigkeit von der Dreh¬ geschwindigkeit CO1 = CO2 abhängt.The output laser beam 621 serves as an input laser beam 621 for the second wedge-shaped optical element 665 which is rotatable about an axis of rotation 666 by means of a rotary drive, not shown, and has a mirror surface 664a which is inclined relative to a surface perpendicular to the axis of rotation 666 by a wedge angle a Σ is. At the same rotational speed e> i = ω z , the output laser beam 669 on a workpiece (not shown) describes a circular movement 672, whose circle diameter depends on the resulting. Deflection angle ß and their circular velocity of the Dreh¬ speed CO 1 = CO 2 depends.
Hinsichtlich des Zusammenhangs zwischen den beiden Drehge¬ schwindigkeiten β)i und G>2 sowie der relativen Phasenlage zwischen den beiden Drehbewegungen gelten die gleichen Prin¬ zipien, die zuvor anhand der in Figur 4 dargestellten Aus- lenkanordnung 420 beschrieben sind. With regard to the relationship between the two rotational speeds β) i and G> 2 and the relative phase position between the two rotational movements, the same principles apply, which have previously been described with reference to the articulation arrangement 420 illustrated in FIG.

Claims

Patentansprüche claims
1. Laserbearbeitungsmaschine zum Bohren von Löchern in ein Werkstück, insbesondere in ein elektronisches Schaltungssub- strat (150), mit • einer Laserquelle (110) , eingerichtet zum Emittieren eines Laserstrahls (111) , • einer optischen Auslenkvorrichtung (120) zum periodischen zweidimensionalen Auslenken eines Laserstrahls, welche - ein optisches Element (260, 360) und - einen Drehantrieb (361a) aufweist, - wobei das optisches Element (260, 360) um eine Drehachse (211, 311) herum drehbar gelagert ist und eine plane Grenzfläche (263, 364) aufweist, deren Flächennormale winklig zu der Drehachse (261, 361) orientiert ist und die derart beschaffen ist, dass sie bei einem Auftreffen des Laserstrahls (211, 311) diesen aus seiner Ursprungs¬ richtung auslenkt, und - wobei der Drehantrieb (361a) zum kontinuierlichen Drehen des optischen Elements (260, 360) um die Drehachse (261, 361) eingerichtet ist, • einer Ablenkeinheit (130) zum Lenken des Laserstrahls (121) auf eine bestimmte Bohrposition (154) auf dem Schaltungs¬ substrat (150) , wobei die Ablenkeinheit (130) zwei drehbar gelagerte Galvospiegel aufweist, und • einer Abbildungsoptik (140) zum Fokussieren des Laser¬ strahls (141) auf dem SchaltungsSubstrat (150).1. A laser processing machine for drilling holes in a workpiece, in particular in an electronic circuit substrate (150), comprising • a laser source (110) arranged to emit a laser beam (111), • an optical deflection device (120) for periodic two-dimensional deflection a laser beam comprising - an optical element (260, 360) and - a rotary drive (361a), - wherein the optical element (260, 360) is rotatably mounted about an axis of rotation (211, 311) and a plane boundary surface (263 , 364) whose surface normal is oriented at an angle to the axis of rotation (261, 361) and which is such that it deflects it from its origin when the laser beam (211, 311) strikes, and - wherein the rotary drive ( 361a) for continuously rotating the optical element (260, 360) about the rotation axis (261, 361), • a deflection unit (130) for directing the laser beam (121) to a specific one Drilling position (154) on the Schaltungs¬ substrate (150), wherein the deflection unit (130) has two rotatably mounted Galvo mirror, and • an imaging optics (140) for focusing the Laser¬ beam (141) on the circuit substrate (150).
2. Laserbearbeitungsmaschine nach Anspruch 1, bei der die Abbildungsoptik eine F-Theta-Optik (140) ist.2. A laser processing machine according to claim 1, wherein the imaging optics is an F-theta optic (140).
3. Laserbearbeitungsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 2, bei der das optische Element ein keilförmiges Element (260) ist, welches • aus einem optisch transparenten Material hergestellt ist und • eine Eingangsgrenzfläche (262) und eine Ausgangsgrenzfläche (263) aufweist.3. A laser processing machine according to any one of claims 1 to 2, wherein the optical element is a wedge-shaped element (260) which • is made of an optically transparent material and • an input interface (262) and an output interface (263).
4. Laserbearbeitungsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der die Ξingangsgrenzflache (262) senkrecht zu der Drehachse (261) angeordnet ist und die Drehachse (261) derart im Raum orientierbar ist, dass diese parallel zu dem Laserstrahl (211) ausgerichtet ist.4. Laser processing machine according to one of claims 1 to 3, wherein the grenzinangsgrenzflache (262) perpendicular to the axis of rotation (261) is arranged and the axis of rotation (261) is orientable in space so that it is aligned parallel to the laser beam (211) ,
5. Laserbearbeitungsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der die Grenzfläche eine Spiegelfläche (364) ist.5. A laser processing machine according to any one of claims 1 to 4, wherein the interface is a mirror surface (364).
6. Laserbearbeitungsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, zusätzlich mit • einer weiteren optischen Auslenkvorrichtung zum periodi¬ schen zweidimensionalen Auslenken eines Laserstrahls, wel¬ che - ein weiteres optisches Element (465, 565) und - einen weiteren Drehantrieb aufweist, - wobei das weitere optisches Element (465, 565) um eine weitere Drehachse (466, 566) herum drehbar gelagert ist und eine weitere plane Grenzfläche (467, 564a) aufweist, deren Flächennormale winklig zu der weiteren Drehachse (466, 566) orientiert ist und die derart beschaffen ist, dass sie bei einem Auftreffen des Laserstrahls (421, 521) diesen aus seiner Ursprungsrichtung auslenkt, und - wobei der weitere Drehantrieb zum kontinuierlichen Drehen des weiteren optischen Elements (465, 565) um die weitere Drehachse (466, 566) eingerichtet ist, wobei die optische Auslenkvorrichtung und die weitere optische Auslenkvorrichtung derart relativ zueinander angeordnet sind, dass bei einem Auftreffen eines von dem optischen Element (460, 560) ausgelenkten Laserstrahls (421, 521) dieser durch das weitere optische Element (465, 565) erneut ausgelenkt wird.6. Laser processing machine according to one of claims 1 to 5, in addition to • another optical deflection device for periodi¬'s two-dimensional deflection of a laser beam, wel¬ che - another optical element (465, 565) and - has a further rotary drive, - another optical element (465, 565) is rotatably mounted about a further axis of rotation (466, 566) and has a further plane boundary surface (467, 564a) whose surface normal is oriented at an angle to the further axis of rotation (466, 566) and such is arranged to deflect it out of its direction of origin when the laser beam (421, 521) strikes it, and - wherein the further rotary drive is arranged for continuously rotating the further optical element (465, 565) about the further axis of rotation (466, 566) , wherein the optical deflection device and the further optical deflection device are arranged relative to each other such that upon impact of a v on the optical element (460, 560) deflected laser beam (421, 521) through this the further optical element (465, 565) is deflected again.
7. Laserbearbeitungsmaschine nach Anspruch 6, zusätzlich mit einer Steuerungseinrichtung, mittels welcher der Drehantrieb (361a) und der weitere Drehantrieb derart ansteuerbar sind, dass sich die beiden optischen Elemente (460, 465, 560, 565) mit der gleichen Drehgeschwindigkeit drehen.7. Laser processing machine according to claim 6, additionally comprising a control device, by means of which the rotary drive (361a) and the further rotary drive can be controlled such that the two optical elements (460, 465, 560, 565) rotate at the same rotational speed.
8. Laserbearbeitungsmaschine nach Anspruch 6, zusätzlich mit einer Steuerungseinrichtung, mittels welcher der Drehantrieb (361a) und der weitere Drehantrieb derart ansteuerbar sind, dass sich die beiden optischen Elemente (460, 465, 560, 565) mit unterschiedlicher Drehgeschwindigkeit drehen. 8. Laser processing machine according to claim 6, additionally comprising a control device, by means of which the rotary drive (361a) and the further rotary drive can be controlled such that the two optical elements (460, 465, 560, 565) rotate at different rotational speed.
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