DE102004030607A1 - Method and device for measuring the beam profile of a laser beam, laser processing machine - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung schafft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Vermessen des Strahlprofils eines Laserstrahls (111) innerhalb einer Laserbearbeitungsmaschine (100). Der Laserstrahl (111) wird auf einen Detektor (130) gerichtet und die auftreffende Strahlungsleistung gemessen. Ein Abschattungselement (140), welches eine Vorderkante (141) aufweist, wird mittels einer Positioniereinrichtung (138) in den Strahlengang des Laserstrahls (111) bewegt, so dass im Verlauf der Bewegung die Vorderkante (141) den Laserstrahl (111) in seiner gesamten transversalen Ausdehnung durchdringt und somit die von dem Detektor (130) gemessene Strahlungsleistung von der Position des Abschattungselements (140) abhängt. Mittels einer Auswerteeinheit (160a) wird die von dem Detektor (130) gemessene Strahlungsleistung in Abhängigkeit von der Position des Abschattungselements (140) erfasst. Durch ein Ableiten der erfassten Messkurve (480) erhält man eine Auswertekurve (481), welche das Strahlprofil widerspiegelt. Durch eine Verfahrbewegung des Abschattungselements (140) entlang verschiedener Bewegungsrichtungen in Verbindung mit einer zu der jeweiligen Bewegungsrichtung senkrechten Orientierung einer Kante (141) des Abschattungselements kann das Strahlprofil des Laserstrahls (111) zweidimensional ermittelt werden.The invention provides a method and an apparatus for measuring the beam profile of a laser beam (111) within a laser processing machine (100). The laser beam (111) is directed to a detector (130) and the incident radiation power is measured. A shading element (140) which has a front edge (141) is moved by means of a positioning device (138) in the beam path of the laser beam (111), so that in the course of movement, the leading edge (141) the laser beam (111) in its entirety penetrates transverse expansion and thus the radiation power measured by the detector (130) depends on the position of the shading element (140). By means of an evaluation unit (160a), the radiation power measured by the detector (130) is detected as a function of the position of the shading element (140). By deriving the detected measurement curve (480), an evaluation curve (481) is obtained, which reflects the beam profile. The beam profile of the laser beam (111) can be determined two-dimensionally by a movement of the shading element (140) along different directions of movement in conjunction with an orientation of an edge (141) of the shading element that is perpendicular to the respective movement direction.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Vermessen des Strahlprofils eines Laserstrahls, insbesondere eines Laserstrahls zum Bohren und/oder Strukturieren von elektronischen Schaltungssubstraten.The The invention relates to a method and a device for measuring the beam profile of a laser beam, in particular a laser beam for drilling and / or structuring electronic circuit substrates.
Elektronische Baugruppen, welche in einer kompakten Bauform realisiert werden sollen, werden heutzutage häufig auf mehrschichtigen Schaltungsträgern, insbesondere auf mehrschichtigen Leiterplatten aufgebaut. Dabei ist es erforderlich, dass bestimmte leitfähige Schichten der Leiterplatte miteinander kontaktiert werden. Dies geschieht in der Regel dadurch, dass in die miteinander zu kontaktierenden Schichten ein Blind- oder ein Durchgangsloch gebohrt wird und das Loch nachfolgend mittels einer elektrisch leitenden Metallisierung versehen wird. Auf diese Weise können Leiterbahnen nicht nur zweidimensional, sondern auch in der dritten Dimension ausgebildet und somit der Platzbedarf von elektronischen Baugruppen erheblich reduziert werden.electronic Assemblies, which are realized in a compact design should become common nowadays on multilayer circuit boards, especially constructed on multilayer printed circuit boards. there It is required that certain conductive layers of the circuit board be contacted with each other. This is usually done by that a blind or a through hole is drilled in the layers to be contacted with each other is and the hole subsequently by means of an electrically conductive Metallization is provided. In this way, tracks can not only two-dimensional, but also formed in the third dimension and thus the space requirement of electronic assemblies considerably be reduced.
Das Bohren von elektronischen Schaltungssubstraten erfolgt üblicherweise mittels gepulster Laserstrahlung in speziellen Laserbearbeitungsmaschinen für den Elektronikbereich. Als Laserquellen werden beispielsweise CO2-Laser mit einer Wellenlänge von ungefähr 10 μm oder Festkörperlaser, wie beispielsweise ein Nd:YAG-Laser verwendet. Letzterer erlaubt neben der Emission einer Grundwellenlänge von 1064 nm abhängig von der Art der Frequenzvervielfachung in einem nichtlinearen Kristall auch eine Laseremission bei 532 nm, 355 nm oder 266 nm. Aufgrund der stetig zunehmenden Miniaturisierung von elektronischen Baugruppen ist für eine wettbewerbsfähige Laserbearbeitungsmaschine insbesondere die Strahlqualität, d.h. die in einem Fokusbereich des bearbeitenden Laserstrahls vorhandene transversale Intensitätsverteilung, welche auch als Strahlprofil bezeichnet wird, von großer Bedeutung.The drilling of electronic circuit substrates is usually carried out by means of pulsed laser radiation in special laser processing machines for the electronics sector. As laser sources, for example, CO 2 lasers having a wavelength of about 10 μm or solid-state lasers such as an Nd: YAG laser are used. The latter, in addition to the emission of a fundamental wavelength of 1064 nm, also permits laser emission at 532 nm, 355 nm or 266 nm, depending on the type of frequency multiplication in a nonlinear crystal. Due to the ever-increasing miniaturization of electronic components, the beam quality, in particular, for a competitive laser processing machine, that is, the existing in a focus region of the laser beam processing transverse intensity distribution, which is also referred to as beam profile, of great importance.
Da sich während des Betriebs einer Laserlichtquelle die Strahlqualität des bearbeitenden Laserstrahls ändern kann, ist es wünschenswert, das Strahlprofil von Zeit zu Zeit durch eine entsprechende Messung zu überprüfen. So gibt es beispielsweise für CO2-Laser die Möglichkeit, mit entsprechenden Messgeräten das Strahlprofil auch im Fokus zu messen. Derartige Messungen können jedoch nur außerhalb des Betriebs der Laserbearbeitungsmaschine durchgeführt werden, da für eine entsprechende Messung das Messgerät mit einer exakten Justierung in der Laserbearbeitungsmaschine montiert werden muss.Since during operation of a laser light source, the beam quality of the processing laser beam may change, it is desirable to check the beam profile from time to time by a corresponding measurement. For CO 2 lasers, for example, it is possible to measure the beam profile in the focus with appropriate measuring devices. However, such measurements can only be carried out outside the operation of the laser processing machine, since for a corresponding measurement, the measuring device must be mounted with an exact adjustment in the laser processing machine.
Die Vermessung des Strahlprofils von Laserlichtquellen, welche Laserstrahlung im sichtbaren oder im nahen ultravioletten Spektralbereich emittieren, ist ferner aufgrund der kürzeren Wellenlänge insbesondere im Strahlfokus wesentlich schwieriger. Die kürzere Wellenlänge erlaubt nämlich eine Fokussierung mit deutlich kleinerem Fokusdurchmesser, so dass bei einer bestimmten Laserleistung eine im Vergleich zu infraroter Laserstrahlung wesentlich größere Energiedichte vermessen werden muss. Bei der Strahlprofilvermessung von sichtbarer oder nah-ultravioletter Laserstrahlung tritt zudem das Problem der exakten Positionierung eines entsprechenden Messgerätes im Fokus des Laserstrahls verstärkt auf, so dass die Vermessung nur mit einem erheblichen Aufwand für die erforderliche Feinjustierung des Messgeräts erfolgen kann.The Measurement of the beam profile of laser light sources, which laser radiation emit in the visible or near ultraviolet spectral region, is also due to the shorter wavelength especially in the beam focus much more difficult. The shorter wavelength allows namely a focusing with a much smaller focus diameter, so that at a given laser power one compared to infrared Laser radiation significantly greater energy density must be measured. In the beam profile measurement of visible or near-ultraviolet laser radiation also occurs the problem of exact positioning of a corresponding measuring device in focus the laser beam is amplified, so that surveying only with a considerable effort for the required Fine adjustment of the meter can be done.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Vermessen des Strahlprofils eines Laserstrahls zu schaffen, welche in einer Laserbearbeitungsmaschine eingesetzt werden können und welche eine einfache und zügig durchführbare Strahlprofilvermessung ermöglichen. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Laserbearbeitungsmaschine zu schaffen, welche eine einfache und zügig durchführbare Strahlprofilvermessung ermöglicht.Of the Invention is based on the object, a method and a device for measuring the beam profile of a laser beam, which can be used in a laser processing machine and which is a simple and timely feasible Enable beam profile measurement. Another object of the invention is a laser processing machine to provide a simple and quickly feasible beam profile measurement allows.
Die verfahrensbezogene Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Vermessen des Strahlprofils eines Laserstrahls in einer Laserbearbeitungsmaschine mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1. Erfindungsgemäß wird der Laserstrahl auf einen Detektor gerichtet und die auf den Detektor auftreffende Strahlungsleistung gemessen. Während der Messung der auftreffenden Strahlungsleistung wird ein Abschattungselement, welches eine Vorderkante aufweist, mittels einer Positioniereinrichtung relativ zu dem Laserstrahl entlang einer ersten Bewegungsrichtung derart bewegt, dass im Verlauf der Bewegung die Vorderkante den Laserstrahl in seiner gesamten transversalen Ausdehnung durchdringt. Die von dem Detektor gemessene Strahlungsleistung wird in Abhängigkeit von der Position des Abschattungselements von einer Auswerteeinheit erfasst.The procedural task is solved by a method for Measuring the beam profile of a laser beam in a laser processing machine with the characteristics of the independent Claim 1. According to the invention is the Laser beam directed at a detector and the incident on the detector Radiation power measured. During the Measurement of the incident radiation power becomes a shading element, which has a front edge, by means of a positioning relative to the laser beam along a first direction of movement moves that during the movement the leading edge of the laser beam penetrates in its entire transverse extent. The of The radiation power measured by the detector becomes dependent from the position of the shading element of an evaluation unit detected.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass das Strahlprofil durch eine einfach zu realisierende Leistungsmessung des Laserstrahls innerhalb einer Laserbearbeitungsmaschine dadurch realisiert werden kann, dass das Abschattungselement sukzessive in den Strahlengang des Laserstrahls bewegt wird und somit abhängig von der jeweiligen Position des Abschattungselements ein bestimmter Teil des Laserstrahls von dem Detektor abgeschattet wird. Die Genauigkeit der Vermessung des Strahlprofils hängt vor allem von der mechanischen Präzision der Positioniereinrichtung sowie von dem Kantenverlauf des Abschattungselements ab, welches insbesondere bei der Vermessung von Laserstrahlen im sichtbaren und im nahen ultravioletten Spektralbereich mit einer genau definierten geradlinigen Kantenverlauf präzise gefertigt sein sollte.The invention is based on the finding that the beam profile can be realized by a simply to be realized power measurement of the laser beam within a laser processing machine, that the shading element is successively moved in the beam path of the laser beam and thus depending on the respective position of the shading a certain part of the Laser beam is shadowed by the detector. The accuracy of the measurement of the beam profile depends primarily on the mechanical precision of the positioning and the Kantenver Run from the shading element, which should be precisely made especially with the measurement of laser beams in the visible and in the near ultraviolet spectral range with a well-defined straight edge course.
Als Abschattungselement kann jedes Objekt mit einer scharfen und bevorzugt dünnen Kante verwendet werden, welches aus einem Material, wie beispielsweise Metall gefertigt ist, welches durch den zu vermessenden Laserstrahl nicht abgetragen wird. Als Abschattungselement kann somit beispielsweise eine herkömmliche Rasierklinge verwendet werden. Die Kante der Rasierklinge wird dann in sehr kleinen Schritten oder kontinuierlich durch den Laserstrahl bewegt und die Laserleistung, die noch an der Rasierklinge vorbei auf den Detektor trifft, wird positionsabhängig vermessen. Die üblicherweise hohe Positioniergenauigkeit von Positioniereinrichtungen von im Elektronikbereich verwendeten Laserbearbeitungsmaschinen ermöglicht nicht nur für Laserstrahlen im infraroten, sondern auch für Laserstrahlen im sichtbaren oder im nahen ultravioletten Spektralbereich eine genaue Vermessung des jeweiligen Strahlprofils.When Shading element can be any object with a sharp and preferred thin Edge can be used, which consists of a material such as Metal is made, which by the laser beam to be measured is not removed. As shading element can thus, for example, a conventional Razor blade to be used. The edge of the razor blade then becomes in very small steps or continuously moved by the laser beam and the laser power that is still past the razor blade on the Detector hits, is measured position-dependent. The usual high positioning accuracy of positioning devices of the Electronics used laser processing machines does not allow only for Laser beams in the infrared, but also for visible laser beams or in the near ultraviolet spectral range, accurate measurement of the respective beam profile.
Als Abschattungselement kann ferner auch eine Spalt oder eine bevorzugt kreisförmige Blende verwendet werden. In diesen Fällen sind jedoch geänderte Auswertealgorithmen erforderlich, da der zu vermessende Laserstrahl während einer Bewegung des Abschattungselements zunächst abgeschattet, danach freigegeben und am Ende der Bewegung wieder abgeschattet ist.When Shading element may also be a gap or a preferred circular Aperture can be used. In these cases, however, are changed evaluation algorithms required because the laser beam to be measured during a Movement of the shading element initially shaded, then released and at the end of the movement is shadowed again.
Das Verfahren nach Anspruch 2, bei dem die Bewegungsrichtung des Abschattungselements senkrecht zu der Vorderkante verläuft und/oder die Bewegungsrichtung des Abschattungselements senkrecht zu dem Strahlengang des Laserstrahls verläuft, ermöglicht eine hohe Genauigkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens. An dieser Stelle wird darauf hingewiesen, dass die Relativbewegung zwischen Abschattungselement und Laserstrahl auch durch eine entsprechende Ablenkung des Laserstrahls mittels einer Ablenkeinheit bei gleichzeitig feststehendem Abschattungselement realisiert werden kann. Selbstverständlich wäre auch eine Kombination aus einer Bewegung des Abschattungselements und einer Ablenkung des Laserstrahls möglich.The Method according to Claim 2, in which the direction of movement of the shading element is vertical runs to the front edge and / or the direction of movement of the shading element perpendicular to the beam path of the laser beam allows high accuracy the method according to the invention. At this point it should be noted that the relative movement between shading element and laser beam also by a corresponding Distraction of the laser beam by means of a deflection unit with fixed at the same time Shading element can be realized. Of course, too a combination of a movement of the shading element and a deflection of the laser beam possible.
Gemäß Anspruch 3 wird aus der aufgezeichneten Messkurve durch einfaches Differenzieren nach der Position des Abschattungselements eine Auswertekurve ermittelt, anhand welcher der Verlauf des Strahlprofils unmittelbar abgelesen werden kann.According to claim 3 becomes out of the recorded trace by simply differentiating the position of the shading element determines an evaluation curve, on the basis of which the course of the beam profile is read off directly can be.
Die Ausführungsform nach Anspruch 4, bei der die Position des Laserstrahls bestimmt wird, wird am einfachsten dadurch realisiert, dass das Maximum der o.g. Auswertekurve als direktes Maß für die Position des Laserstrahls entlang der Bewegungsrichtung des Abschattungselements herangezogen wird. Die Genauigkeit der Positionsbestimmung des Laserstrahls kann jedoch dadurch erhöht werden, dass die Flanken der Auswertekurve vermessen werden und bei einem symmetrischen Verlauf der Auswertekurve das Maximum und damit die exakte Position des Laserstrahls dadurch bestimmt wird, dass die exakte Lage des Maximums genau in der Mitte zwischen zwei Messwerten mit gleicher Laserleistung liegt, welche Messwerte auf unterschiedlichen Flanken der Auswertekurve liegen. Auf vorteilhafte Weise kann somit nach einer einmaligen Kalibrierung die Position des Laserstrahls jederzeit ohne aufwendige Umbauten einer entsprechenden Laserbearbeitungsmaschine und ohne den Einsatz von Verbrauchsmaterial wie beispielsweise Glasplatten oder kupferkaschierte Leiterplatten gemessen werden.The embodiment according to claim 4, wherein the position of the laser beam is determined The simplest way to realize this is to realize that the maximum of the above-mentioned Evaluation curve as a direct measure of the position of the laser beam is used along the direction of movement of the shading element. However, the accuracy of the position determination of the laser beam can thereby increased be measured that the edges of the evaluation curve and in a symmetrical course of the evaluation curve the maximum and so that the exact position of the laser beam is determined by that the exact location of the maximum is exactly in the middle between two Measured values with the same laser power are available, which measured values different edges of the evaluation curve lie. In an advantageous manner Thus, after a single calibration, the position of the laser beam at any time without costly modifications of a corresponding laser processing machine and without the use of consumables such as glass plates or copper-clad circuit boards are measured.
Das Verfahren nach Anspruch 5 hat den Vorteil, dass das Strahlprofil genau in dem Fokusbereich des Laserstrahls vermessen wird, welcher Bereich für die räumliche Auflösung von kleinen Bearbeitungsstrukturen, wie beispielsweise dem Bohren von Löchern, relevant ist. Bei der Verwendung eines Abschattungselements mit einer genau definierten Vorderkante sowie bei der Verwendung einer hochwertigen Positioniereinrichtung kann auch das Strahlprofil eines sichtbaren oder nahen ultravioletten Laserstrahls im Fokus vermessen werden.The Method according to claim 5 has the advantage that the beam profile exactly in the focus area of the laser beam is measured, which Area for the spatial resolution of small machining structures, such as drilling of holes, is relevant. When using a shading element with a well-defined leading edge and when using a high-quality positioning can also the beam profile of a Measure the visible or near ultraviolet laser beam in focus become.
Es wird darauf hingewiesen, dass bei der Strahlprofilvermessung von Laserstrahlung mit einer hohen Energie- bzw. Leistungsdichte, welche beispielsweise zum Laserbohren von mehrschichtigen Leiterplatten verwendet wird, das Material des Abschattungselements abgetragen werden kann. Dieser unerwünschte Effekt kann jedoch auf einfache Weise dadurch eliminiert werden, dass zur Strahlprofilvermessung die Aus gangsleistung der Laserlichtquelle reduziert und/oder ein Lichtabsorber in den Strahlengang eingebracht wird. Ein Lichtabsorber, welcher beispielsweise mittels einer Schwenkbewegung in den Strahlengang des zu vermessenden Laserstrahls eingebracht werden kann, kann auch in Verbindung mit einem Spalt oder einer Blende als Abschattungselement eingesetzt werden.It is noted that in the beam profile measurement of Laser radiation with a high energy or power density, which For example, for laser drilling of multilayer printed circuit boards is used, the material of the shading element removed can be. This undesirable However, this effect can be easily eliminated by that for beam profile measurement from the output power of the laser light source reduced and / or a light absorber introduced into the beam path becomes. A light absorber which, for example, by means of a pivoting movement introduced into the beam path of the laser beam to be measured Can also be used in conjunction with a gap or a Aperture can be used as a shading element.
Das Verfahren nach Anspruch 6 ermöglicht die Vermessung des Strahlprofils eines Laserstrahls entlang zweier unterschiedlicher Bewegungsrichtungen, so dass das Strahlprofil im Vergleich zu einer lediglich eindimensionalen Strahlprofilvermessung genauer bestimmt werden kann. Es wird darauf hingewiesen, dass im Prinzip Strahlprofilvermessungen aus beliebigen unterschiedlichen Richtungen möglich sind, so dass eine genaue Strahlcharakterisierung auf einfache Weise realisierbar ist. Bei der Verwendung von herkömmlichen xy-Flächenpositioniereinrichtungen kann durch eine entsprechende Überlagerung einer x- und einer y-Bewegung ohne zusätzlichem apparativen Aufwand jede mögliche Bewegungsrichtung des Abschattungselements realisiert werden. Die Strahlprofilvermessung aus unterschiedlichen Richtungen ist insbesondere relevant für Laserstrahlen, welche mit sog. Strahlformungselementen beispielsweise zu einem Strahlprofil geformt wurden, welches innerhalb eines bestimmten Bereichs nahe der Strahlachse eine nahezu konstante Intensitätsverteilung und außerhalb dieses Bereichs eine nahezu verschwindende Strahlintensität aufweist. Als Strahlformungselement kann ein diffraktives oder refraktives optisches Element verwendet werden.The method according to claim 6 enables the measurement of the beam profile of a laser beam along two different directions of movement, so that the beam profile can be determined more accurately in comparison to a merely one-dimensional beam profile measurement. It should be noted that in principle beam profile measurements from any different directions are possible, so that an accurate beam characterization is easily feasible. At the Ver The use of conventional xy-area positioning devices can be realized by a suitable superposition of an x and a y-movement without additional expenditure on equipment any possible direction of movement of the shading element. The beam profile measurement from different directions is particularly relevant for laser beams which have been shaped with so-called. Beam shaping elements, for example, to a beam profile having a nearly constant intensity distribution within a certain range near the beam axis and a nearly vanishing beam intensity outside this range. As the beam-shaping element, a diffractive or refractive optical element can be used.
Bei dem Verfahren nach Anspruch 7 wird das Strahlprofil des Laserstrahls an unterschiedlichen Stellen im Strahlengang des Laserstrahls vermessen. Dies ermöglicht eine dreidimensionale Vermessung des Strahlprofils und, da mit der Vermessung des Strahlprofils stets auch der Strahldurchmesser bestimmt wird, eine präzise Bestimmung der Fokusebene. Aus einer derartigen dreidimensionalen Vermessung des Strahlprofils lässt sich der in der Lasertechnik bekannte Wert M2 bestimmen, in welchem unter anderem die Divergenz und die Rundheit des Strahlprofils eingeht und welcher ein gutes Maß für die Strahlqualität darstellt. Bei einem perfekt gausförmigen Strahlprofil ist der Wert von M2 genau 1. In der Praxis erreicht man für einen qualitativ hochwertigen frequenzvervielfachten Strahl mit einer Wellenlänge von 355 nm für M2 Werte von ungefähr 1,2 bis 1,4. Für längere Wellenlängen, d.h. mit geringerer oder ohne Frequenzvervielfachung kann eine noch bessere Strahlqualität erreicht werden.In the method according to claim 7, the beam profile of the laser beam is measured at different locations in the beam path of the laser beam. This allows a three-dimensional measurement of the beam profile and, since the beam diameter is always determined with the measurement of the beam profile, a precise determination of the focal plane. From such a three-dimensional measurement of the beam profile, the value known in laser technology M 2 can be determined, in which inter alia the divergence and the roundness of the beam profile is received and which represents a good measure of the beam quality. In the case of a perfectly gaussian beam profile, the value of M 2 is exactly 1. In practice, for a high-quality, frequency-multiplied beam with a wavelength of 355 nm, M 2 values of approximately 1.2 to 1.4 are achieved. For longer wavelengths, ie with less or no frequency multiplication, an even better beam quality can be achieved.
Die erste vorrichtungsbezogene Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch eine Vorrichtung zum Vermessen des Strahlprofils eines Laserstrahls innerhalb einer Laserbereitungsmaschine mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 8. Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst ein Abschattungselement mit einer Vorderkante, eine Positioniereinrichtung, mittels welcher das Abschattungselement relativ zu dem Laserstrahl entlang einer ersten Bewegungsrichtung derart bewegbar ist, dass im Verlauf der Bewegung die Vorderkante den zu vermessenden Laserstrahl in seiner gesamten transversalen Ausdehnung durchdringt. Die Vorrichtung umfasst ferner einen Detektor zum Messen der auftreffenden Strahlungsleistung des Laserstrahls und eine Auswerteeinheit, mittels welcher die von dem Detektor gemessene Strahlungsleistung in Abhängigkeit von der Position des Abschattungselements erfassbar ist.The first device-related object of the invention is achieved by a device for measuring the beam profile of a laser beam within a laser preparation machine having the features of the independent claim 8. The device according to the invention comprises a shading element with a front edge, a positioning device, by means of which the shading element relative to the laser beam along a first direction of movement is movable such that in the course of the movement, the front edge of the laser beam to be measured penetrates in its entire transverse extent. The device further comprises a detector for measuring the incident radiation power the laser beam and an evaluation unit, by means of which the of radiant power measured by the detector as a function of the position of the Shading element is detected.
Die Vorrichtung nach Anspruch 9, bei welcher der Detektor an der Positioniereinrichtung befestigt ist, ist besonders einfach in herkömmliche Laserbearbeitungsmaschinen zu implementieren. Dabei ist erforderlich, dass die aktive Detektorfläche des Detektors eine Längenausdehnung aufweist, welche größer ist als der Verfahrweg des Abschattungselements. Die Verwendung eines Detektors mit einer vergleichsweise großen aktiven Detektorfläche hat den Vorteil, dass insbesondere bei einer Anordnung des Detektors in räumlicher Nähe zu dem Abschattungselement Beugungseffekte an der Vorderkante des Abschattungselements keine Rolle spielen, da sämtliche Beugungsmaxima mit nennenswerter Intensität auf die vergleichsweise große Detektorfläche auftreffen.The Apparatus according to claim 9, wherein the detector is at the positioning means Attached is particularly easy in conventional laser processing machines to implement. It is necessary that the active detector surface of the detector a length extension which is larger as the travel path of the shading element. The use of a Detector with a comparatively large active detector surface has the Advantage that in particular in an arrangement of the detector in spatial Close to the shading element diffraction effects on the front edge of the shading element do not matter because all Diffraction maxima impinge with appreciable intensity on the comparatively large detector surface.
Die Vorrichtung nach Anspruch 11, bei der das Abschattungselement mehrere Kanten aufweist und bei der eine Flächen-Positioniereinrichtung eine beliebige Bewegung des Abschattungselements innerhalb einer xy-Ebene ermöglicht, erlaubt durch ein geschicktes Anordnen der Kanten und der Bewegungsrichtungen des Abschattungselements, welche bevorzugt senkrecht zu den Kanten verlaufen, eine Strahlprofilvermessung aus verschiedenen Richtungen. Somit ist eine zweidimensionale Auftragung des gemessenen Strahlprofils möglich. Je größer die Anzahl der Kanten und der entsprechenden durchgeführten Verfahrbewegungen des Abschattungselements ist, um so genauer kann das transversale Strahlprofil des Laserstrahls vermessen werden.The Apparatus according to claim 11, wherein the shading element comprises a plurality Has edges and in which a surface positioning any Allows movement of the shading element within an xy plane, allowed by a clever arrangement of the edges and the directions of movement of the shading element, which preferably perpendicular to the edges run, a beam profile measurement from different directions. Thus, a two-dimensional plot of the measured beam profile possible. The bigger the Number of edges and the corresponding traversing movements of the shading element, the more accurate the transverse beam profile of the laser beam are measured.
Die Vorrichtung nach Anspruch 12, bei der das Abschattungselement relativ zu der Positioniereinrichtung drehbar gelagert ist, ermöglicht eine Vielzahl von Strahlprofilvermessungen entlang beliebiger Richtungen und somit eine besonders genaue Vermessung des zweidimensionalen Strahlprofils.The Apparatus according to claim 12, wherein the shading element is relative is rotatably mounted to the positioning device, allows a Variety of beam profile measurements along any direction and thus a particularly accurate measurement of the two-dimensional Beam profile.
Die Vorrichtung nach Anspruch 13, bei der das Abschattungselement zusätzlich entlang des Laserstrahls verschoben werden kann, ermöglicht die Vermessung des Strahlprofils entlang einer weiteren Dimension, so dass wichtige Kenngrößen für die Strahlqualität wie beispielsweise der Wert M2 genau bestimmt werden können. Da mit der Vermessung des Strahlprofils stets auch der Durchmesser des Laserstrahls gemessen wird, kann durch eine Vermessung des Strahlprofils an unterschiedlichen Stellen entlang des Strahlengangs des Laserstrahls auf einfache Weise und mit hoher Präzision die genaue Lage der Fokusebene des Laserstrahls bestimmt werden.The apparatus of claim 13, wherein the shading element can be additionally displaced along the laser beam, allows the measurement of the beam profile along a further dimension, so that important parameters for the beam quality such as the value M 2 can be accurately determined. Since the diameter of the laser beam is always measured with the measurement of the beam profile, the exact position of the focal plane of the laser beam can be determined by measuring the beam profile at different points along the beam path of the laser beam in a simple manner and with high precision.
Die zweite vorrichtungsbezogene Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch eine Laserbearbeitungsmaschine zum Bearbeiten eines Werkstücks, insbesondere zum Bohren und/oder Strukturieren von elektronischen Schaltungssubstraten mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 14. Die erfindungsgemäße Laserbearbeitungsmaschine umfasst eine Laserquelle, eine Ablenkungseinheit und eine Abbildungsoptik, um einen von der Laserquelle emittierten Laserstrahl auf eine jeweilige Bearbeitungsposition des Werkstücks zu lenken. Die Laserbearbeitungsmaschine umfasst ferner eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 13.The second device-related object of the invention is achieved by a laser processing machine for processing a workpiece, in particular for drilling and / or structuring of electronic circuit substrates having the features of independent claim 14. The laser processing machine according to the invention Includes a laser source, a deflection unit and an imaging optics to direct a laser beam emitted from the laser source to a respective processing position of the workpiece. The laser processing machine further comprises a device according to one of claims 8 to 13.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die oben beschriebene Vorrichtung zum Vermessen des Strahlprofils eines Laserstrahls auf einfache Weise in eine Laserbearbeitungsmaschine implementiert werden kann, so dass zur Strahlprofilvermessung der Betrieb der Laserbearbeitungsmaschine ohne große apparative Umbauten lediglich für kurze Zeit unterbrochen werden muss.Of the The invention is based on the finding that the above-described Device for measuring the beam profile of a laser beam easy way to be implemented in a laser processing machine can, so that for beam profile measurement, the operation of the laser processing machine without big ones Apparatus modifications only for short time must be interrupted.
Die Laserbearbeitungsmaschine nach Anspruch 15 hat den Vorteil, dass zur Bewegung des Abschattungselements eine Positioniereinrichtung verwendet wird, welche bei bekannten Laserbearbeitungsmaschinen zur Positionierung des Werkstücks relativ zu einem Bearbeitungsfeld ohnehin vorhanden ist.The Laser processing machine according to claim 15 has the advantage that used to move the shading element positioning which is used in known laser processing machines for positioning of the workpiece relative to an edit field anyway exists.
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 the following exemplary description of presently preferred embodiments.
In der Zeichnung zeigenIn show the drawing
An dieser Stelle bleibt anzumerken, dass sich in der Zeichnung die Bezugszeichen einander entsprechender Komponenten lediglich in ihrer ersten Ziffer unterscheiden.At It should be noted that in the drawing the Reference numerals of corresponding components only in their distinguish first digit.
Zur
Vermessung des Strahlprofils ist ein Abschattungselement
Die
Laserbearbeitungsmaschine
Die
Auswerteeinheit
Die
Positioniereinrichtung
Es
wird darauf hingewiesen, dass anstelle des Positioniertisches
Die
Auswertung der von dem Detektor
Es
wird darauf hingewiesen, dass in
Die
Es wird darauf hingewiesen, dass ebenso ein drehbar an der Positioniereinrichtung befestigtes Abschattungselement verwendet werden kann, so dass durch eine entsprechende Drehung im Prinzip das Strahlprofil aus beliebig vielen verschiedenen Richtungen durch eine Kombination von einer Bewegung der Positioniereinrichtung in x- und einer Bewegung in y-Richtung vermessen werden kann.It It should be noted that also rotatable on the positioning attached shading element can be used, so that a corresponding rotation in principle the beam profile from any many different directions through a combination of one Movement of the positioning in x- and a movement in y-direction can be measured.
Die
Messkurve
Zusammenfassend
bleibt festzustellen:
Die Erfindung schafft ein Verfahren und
eine Vorrichtung zum Vermessen des Strahlprofils eines Laserstrahls
The invention provides a method and an apparatus for measuring the beam profile of a laser beam
Claims (15)
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