JPH03131005A - レーザトリミング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明はレーザ加工機に関し、特にレーザ光により基板
上の抵抗膜などの一部を切り欠いて所望抵抗値になるよ
う調整するレーザトリミング装置に関する。

［従来の技術］ 一般に、基板上の抵抗体のレーザトリミングを行う場合
には、抵抗測定器を使用して披加工抵抗体の抵抗値を測
定しつつ、レーザビームの集光位置を抵抗膜（抵抗体）
の外部から順次内側に移動させながら、レーザショット
を繰り返すことにより抵抗膜に切り込みを入れていき、
測定抵抗値がトリミング目標値を越えた時点でレーザシ
ョットを停止するようにしている。

この際に、加工性などの点からレーザ光としては一定周
期のパルス状のビーム出力光により行われるので、バイ
トサイズ、即ち、直前のレーザショット位置と次のレー
ザショット位置との距離の分ずつ不連続にトリミングが
進行することになる。

従って、抵抗値も１シヨツト毎にバイトサイズに相当す
る分ずつ階段状に不連続に変化するので。

トリミング終了時点においても、必然的に１ショット相
当分の抵抗値変化量がばらつきとして残り。

これによってトリミング精度の限界が決定される。

この１シヨツト当たりの抵抗値変化量は切り込みの深さ
が深くなると急激に増加する傾向にあり。

それに応じてばらつき量も急激に増大してトリミング精
度が悪くなり、所望の抵抗値精度が得られない場合が多
い。

［発明が解決しようとする問題点］ 従来、この様な場合のトリミング精度の改善策として以
下の２つの方策がとられている。

第１の改善策はバイトサイズを小さくするものであるが
、バイトサイズを小さく設定した場合には、ショット回
数が増加して、過剰なレーザパワーが抵抗膜に印加され
る。この熱的影響の増加により、バイトサイズに比例す
る程には加工精度が改善されない難点がある。その為に
、より以上にバイトサイズを小さくする必要があるが、
その場合に加工性との関係もあって、加工速度も同時に
遅くする必要が生じて、処理能力が大幅に低下する欠点
がある。

第２の改善策はカット形状の変更によるもので。

単純な直線状のカットの代わりに、バイトサイズ当たり
の抵抗値変化が小さくできるＬ字状のカットや、微調整
用としての第２のカットを追加するなどの方法であり、
加工精度の向上が可能である。

しかし、一般にカット長さが長くなり、演算制御も複雑
になることから、その分だけ加工時間がかかることにな
る。

このように、どちらの方策を用いた場合にも処理能力の
低下は避けられないという問題点がある。

さらに、レーザトリミング終了時点にΔＮ定された抵抗
値と１時間が経過した後の最終抵抗値とが異なると言う
問題点がある。この現象はオーバートリミングないしは
ドリフトと呼ばれているが。

トリミング時の熱加工の影響の残留に因る物性変化やマ
イクロクラックの発生、あるいは抵抗測定器の応答の遅
れなどに因るものであるが、高抵抗のトリミングを行お
うとした際には特に顕著にあられれる傾向があり、トリ
ミング精度の確保の上で大きな障害になっている。

このオーバートリミング量は抵抗毎にかなりばらつきが
あり、かつ高速応答を有する測定器を使用しても除去で
きない部分が多いことから、主原因は物性変化やマイク
ロクラックの発生など、熱的影響の残留に因るものであ
ると考えられる。即ち、レーザショットによりビーム中
心部では抵抗物質が昇化ないしは飛散してなくなるが、
その周囲では加工エネルギー不足の為に一旦溶融あるい
は加熱された後に徐々に常温にもどることになる。

高抵抗用の抵抗物質の場合には、この溶融部の物性変化
が大きくて、トリミングが高速で行われる場合には、レ
ーザショット後に充分に冷却されて定常状態にもどらな
い内に次のレーザショットが行われることになり、熱影
響が積算されてオーバトリミング量が大きくなるためと
考えられる。

このように、従来、所要トリミング精度に応じてバイト
サイズを小さくするとか、カット形状の変更とかいった
方法が取られているが、いずれの方法でも加工時間が長
くなり、トリミング装置の処理能力の劣化を招いている
。

ところで、高速度で高精度のトリミングが可能なレーザ
トリミング装置の実現要求は年々強くなってきており１
例えば毎秒数十個を超える様な高速度での高精度のトリ
ミングの要求も有り、従来の方法のレーザトリミング装
置ではこの要求を満たせなくなっている。

それゆえ１本発明の目的はトリミング処理能力を低下さ
せることなしに高速、高精度のレーザトリミングが可能
なレーザトリミング装置を実現することにある。

［問題点を解決するための手段］ 本発明によるトリミング装置は、レーザ発振器からのレ
ーザ出射光を集光するとともに予め定められた周期でス
キャンするスキャン光学手段と。

レーザ発振器を予め定められた周期に同期して駆動制御
する制御手段とを有し、被加工基板上の抵抗体に複数の
カット軌跡を形成するようにしたことを特徴としている
。

さらに、スキャン光学手段は、レーザ出射光を受け、所
定の方向に予め定められた周期でスキャンする第１のス
キャン手段と、第１のスキャン手段からの出射光を受け
、該出射光を偏向するとともに集光する集光手段とを有
している。

上記のスキャン光学手段は、レーザ出射光を受け、所定
の円周に沿って予め定められた周期でスキャンする第１
のスキャン手段と、第１のスキャン手段からの出射光を
受け、この出射光を偏向するとともに集光する集光手段
とを備えてもよい。

［作　用］ 本発明のレーザトリミング装置によれば、複数のカット
軌跡について交互にショットしなから９並行的に複数カ
ットのトリミングを行っており。

この複線カットによるトリミングでは次の点で加工速度
を犠牲にすることなしに、高精度のトリミングが可能と
なる。

第２図は抵抗膜に対してのカットの軌跡を示したもので
１点線が従来−船釣に使用されている直線型カットの軌
跡を、実線が本発明による複線カットの軌跡を示してい
る。また、第３図にはカット軌跡に対応してカット深さ
と抵抗値の関係を解析的に求めて示したもので１点線が
従来の単線カットによる抵抗値の変化を、実線が本発明
による複線カットによる抵抗値の変化を示している。

従来の単線カットのトリミングでは第２図に点線で示し
た軌跡でトリミングがおこなわれ、その時の抵抗値の変
化は第３図に点線で示したようになり、トリミング終了
時点に急激に抵抗値が上昇する傾向になっている。従っ
て、前述したように加工精度のばらつきが大きくなり、
かつ安定性が悪くなる。これに対して本発明の複線カッ
トでは。

複数のカット軌跡について、交互にレーザショットを行
いながら、並行的に第２図に実線で示した軌跡のトリミ
ングを行う。これによって、第３図に実線で示すような
抵抗値変化となる。第３図に示すように、同じ抵抗値Ｒ
ｔを得ようとすると。

切り込み深さはａ点とｂ点のごとくなり、複線カットの
方が浅くて良いことになる。従って熱影響の残留に因る
物性変化やマイクロクラックの発生による影響も小さく
なり、その分だけばらつきの低減と、安定性の改善がで
きる。

また、トリミング終了時点での切り込み長さに対する抵
抗値変化率を比べると、第３図のａ点とｂ点における曲
線の傾斜で示されるように両者はほぼ同じである。しか
しバイトサイズが同じなら。

本発明の複線カットでは２シヨツトで同じ抵抗値変化を
得ているので、１シヨツト当たりの抵抗値変化は半分で
、それに対応してばらつきも改善される。逆に、抵抗値
のばらつきを同じだけ許容する条件で比較すると２本発
明の複線カットではバイトサイズを２倍にしてトリミン
グしても良いことを意味しており、この様にバイトサイ
ズが大きくとれるから、レーザショツト時の余分な加熱
が少なくなる分だけ加工精度が改善される。また加工時
間もカット長が短かい分だけ早くなる。

さらに、同じショット時間間隔でも交互にレーザショッ
トが行われるので、各切り込みについて見ればショット
時間間隔は２倍に長くなっており。

従って少なくとも一方のカットについては、レーザ加工
された部分が冷却されてより安定な状態になってから抵
抗値を測定できることになるので。

結果的にオーバートリミング量を小さくでき、より高精
度のトリミングが可能になる。

この抵抗を実際に回路中で使用する場合について比較す
ると１本発明の複線カットでは、２箇所に分散されてい
て各々のカット先端部に生じる電力集中はかなり低くな
り１局部的発熱が少なくなるので、使用時の長期的な安
定度も向上できる利点がある。

［実施例］ 次に１本発明について実施例によって説明する。

第１図を参照して、レーザトリミング装置は。

レーザ発振器１と、スキャン光学系２と、抵抗測定器５
と、コントローラ６とを備えている。

レーザ発振器１は小型で高ピーク出力が得られるＮｄ：
ＹＡＧ（ネオジューム・イットリューム・アルミニュー
ム・ガーネット）結晶を使用した固体レーザで、コント
ローラ６からのパルス信号によりパルス状光ビームを出
射する。

スキャン光学系２は、２軸方向のビームスキャン２１と
、ｆ−θレンズ２２とを備えており、ビームスキャナ２
１はコントローラ６から送られてくる位置座標信号１１
に応じて、そのミラーを回転させて入射レーザビームの
方向を偏向し、ついでｆ−θレンズ２２では、入射ビー
ムを被加工基板３上の偏向角に対応した位置に集光させ
る。

被加工基板３上の抵抗膜４の両端の電極には抵抗測定器
５が接続されており、これによって抵抗膜４の抵抗値の
測定が行われる。さらに、抵抗測定器５では、トリミン
グの進行に伴って抵抗値が変化してトリミング目標値を
越えた時点で、トリミングの終了を示す終了信号１２を
コントローラ６に送出する。

レーザ発振器１から出射されたレーザビームは。

スキャン光学系２に入射し、ビームスキャナ２１及びｆ
−θレンズ２２を経て被加工基板３上の抵抗膜４の近辺
に集光される。実際に、レーザトリミングが行われる際
には、抵抗測定器５で被加工抵抗の抵抗値を測定してト
リミング目標値を越えたかどうか監視しながら、コント
ローラ６からの位置座標信号１１でビーム位置を動かし
てレーザショットを行い抵抗膜の外側から順に切り込み
を入れて行く。そして、被加工抵抗膜の抵抗値がトリミ
ング目標値を越えた時点でレーザ発振を停止することに
よりトリミングを終了する。

上述のトリミング動作は従来から行われているものであ
り１本発明では、スキャン光学系に、第三の走査手段と
して、所定振幅、所定周期でビームを走査する共振型の
ガルバノメータスキャナを付加して、複数のカット軌跡
について１交互にレーザショットを行うようにしている
。

第４図を参照して１本発明で用いられるスキャン光学系
２は、２軸方向のガルバノメータ型のビームスキャナ２
３と２４の他に、第三の走査手段として、一定振幅、一
定周期で高速にビームを走査できる共振型ガルバノメー
タスキャナ２５が付加されている。

第４図に示すスキャン光学系２では、２つのビームスキ
ャナ２３と２４で位置の移動を行いながら（偏光を行い
ながら）、共振型ガルバノメータスキャナ２５の周期に
同期して、１周期に２回。

すなわち最大振れ角になる時に、レーザショットを行え
ば、２本のカット軌跡のトリミングを同時に進めること
ができる。

具体的には、共振型ガルバノメータ２５のミラーの振れ
角を±θ、ｆ−θレンズ２２の焦点距離をｆで表わすと
２カツト軌跡の間隔りは（１）式のごとくなる。

Ｄ−４・ｆ・θ　　　　　　　　・・・（１）従って、
必要な間隔をＤ＝０．５ｍｍとすると、ｆ＝　２００　
ａｍの場合では、必要な振れ角±０．０３６度となり、
従って±０．０３６度の振れ角で、かつレーザショット
周期の２倍の共振型ガルバノメータスキャナ２５を動作
させれば１間隔０，５關の２本のカット軌跡について、
交互にレーザショットを行いながら、並行的に複線カッ
トのトリミングを進めることができる。その結果、前述
のように、加工速度を犠牲にすることなしに、より高精
度のトリミングが可能になる。

なおこの程度の微小な振り角に対しては、共振型のガル
バノメータでは１０ｋｌｌｚ程度までの走査も可能であ
り、従って２０　ｋｌｌｚのレーザショットにも対応で
きて１本発明の目的とする高速性を充分に満足している
。

また、この実施例の構成では、共振型ガルバノメータ２
５によるビームの振れ方向が固定であることから、その
振れ方向がトリミング方向にほぼ直交する様に配置する
必要がある。従って、他の方向や任意方向のトリミング
を行う場合には、この実施例の変形として、共振型ガル
バノメータ２５の取り付は方向を変更できる構造にした
り。

あるいは、第四の走査手段として、同様な共振型ガルバ
ノメータを付加する必要がある。

本発明による第２の実施例のレーザトリミング装置では
、そのスキャン光学系２に共振型ガルバノメータの代わ
りに回転機型ビームスキャナを用いている。

第５図を参照して１回転機型ビームスキャナ２６は１回
転軸に対して直角かられずかに傾けてミラーを取り付け
たモータで構成され、モータを回転することによりビー
ムの集光位置を小円を描く様に移動することができる。

具体例を示すと、第１の実施例と同様のパラメータでは
、ミラーの取り付は角を０．０３６度傾ければ、加工面
上で直径０．５ｍｍの円となる。この構成で、他の２つ
のビームスキャナ２３と２４で位置の移動を行いながら
１回転機型ビームスキャナ２６の回転周期に同期して、
１周期に２回、すなわちビームがトリミング方向に直交
方向に振れている時にレーザショットを行えば、２本の
カット軌跡のトリミングを同時に進めることができて。

第１の実施例と同様に加工速度を犠牲にすることなしに
、より高精度のトリミングが可能になる。

なお、この構成ではビームがトリミング方向に直交方向
に振れている時にレーザショットを行えば良いので、ト
リミング方向が変わった場合でも。

単にモータの回転に対するレーザショットの位相関係、
すなわち時間関係を変えればよいので、任意方向のトリ
ミングが可能なレーザトリミング装置を構成できる。

ところで１本発明では、高速のトリミングを実現してい
るが、低速のトリミングであっても良い場合には、第１
及び第２の実施例のように第３の走査手段を付加しない
で、単に２軸のビームスキャナ２３および２４において
、トリミング方向でない方にビームスキャナを振動的に
動くよう制御することによっても、同様な作用効果を得
ることが可能である。

以上の各実施例において、レーザ発振器１としてＮｄ：
ＹＡＧレーザを使用しているが、それ以外でも同程度以
上のピーク出力のものであれば使用可能である。

また、スキャン光学系２に関しても、２軸方向のビーム
スキャナとｆ−θレンズの組合せ以外でも良く１例えば
、２軸のりニアモータと普通の集光レンズの組合せでも
可能である。

コントローラ６はマイクロコンピュータを使用すれば、
ビームの位置制御や測定器の制御など。

容易に必要な制御機能を実現できる。またこの制御機能
は電子回路のみで論理回路を組んで構成することも可能
である。

［発明の効果］ 以上説明したように１本発明のレーザトリミング装置で
は、複数の切り込みに対して交互にショットしながら、
並行的に複線カットのトリミングを進めており、このた
め、切り込み深さが従来よりも浅く熱影響の残留に因る
物性変化やマイクロクラックの発生による影響が小さく
なり、さらに。

バイトサイズを大きくとれるためにレーザショツト時の
余分な加熱が少なくなる。また、各切り込みについて見
ればショット時間間隔は２倍になっており、より安定な
状態で抵抗値を測定できる。

従って、直線単カットでトリミングする場合と比べて、
加工速度を犠ｊ生にすることなしに、より高精度のトリ
ミングが可能である。

また１本発明による複線カットを用いた場合。

カット先端部に生じる電力集中がかなり低く９局部的発
熱が小さくなるので、使用時の長期的な安定度も向上で
きる利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のレーザトリミング装置を示
すブロック図、第２図はトリミングの軌跡を示す図、第
３図はカット長さと抵抗値の変化の関係を示す図、第４
図及び第５図はそれぞれ本発明による第１及び第２の実
施例で用いられるスキャン光学系の構成図である。 １・・・レーザ発振器、２・・・スキャン光学系、５・
・・抵抗測定器、６・・・コントローラ、２５・・・共
振型ガルバノメータスキャナ、２６・・・回転機型ビー
ムスキャナ。 第１図 カット深さ 全幅

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. １．レーザ発振器からのレーザ出射光を被加工基板上に
   集光して，前記被加工基板上の抵抗体をトリミングし，
   該抵抗体の抵抗値を予め定められた抵抗値に調整するレ
   ーザトリミング装置において，前記レーザ出射光を集光
   するとともに予め定められた同期でスキャンするスキャ
   ン光学手段と，前記レーザ発振器を前記周期に同期して
   駆動制御する制御手段とを有し，前記抵抗体に複数のカ
   ット軌跡を形成するようにしたことを特徴とするレーザ
   トリミング装置。
2. ２．特許請求の範囲第１項において，前記スキャン光学
   手段は，前記レーザ出射光を受け，所定の方向に前記予
   め定められた周期でスキャンする第１のスキャン手段と
   ，該第１のスキャン手段からの出射光を受け，該出射光
   を偏向するとともに集光する集光手段とを有することを
   特徴とするレーザトリミング装置。
3. ３．特許請求の範囲第１項において，前記スキャン光学
   手段は，前記レーザ出射光を受け，所定の円周に沿って
   前記予め定められた周期でスキャンする第１のスキャン
   手段と，該第１のスキャン手段からの出射光を受け，該
   出射光を偏向するとともに集光する集光手段とを有する
   ことを特徴とするレーザトリミング装置。