CN101347869A

CN101347869A - 激光加工方法

Info

Publication number: CN101347869A
Application number: CNA2008101265767A
Authority: CN
Inventors: 松尾直之; 西田干司; 日野敦司
Original assignee: Nitto Denko Corp
Current assignee: Nitto Denko Corp
Priority date: 2007-07-19
Filing date: 2008-07-18
Publication date: 2009-01-21
Anticipated expiration: 2028-07-18
Also published as: TWI464029B; KR20090009139A; TW200924893A; EP2017030A1; CN101347869B; JP5553397B2; KR101462689B1; JP2009022978A

Abstract

本发明的激光加工方法为一种利用激光对被加工物进行形状加工至规定的深度位置的激光加工方法，其特征在于，根据上述被加工物而进行最佳设定的对应于每单位长度被加工物的激光的能量，在由于激光振荡器的功率变动而使该激光功率增大的情况下，为了使该能量控制在不贯通上述被加工物的能量范围内，增大激光的激光功率以及被加工物与激光间的相对移动速度，并减少激光加工需要的照射次数。

Description

激光加工方法

技术领域

本发明涉及一种激光加工方法及激光加工品，其使用激光对例如各种片材、电路基板、半导体晶片、玻璃基板、陶瓷基板、金属基板、半导体激光等发光或受光元件基板、MEMS基板、半导体封装、布、皮、纸等的被加工物进行半切割加工等形状加工。

背景技术

近来随着电气/电子设备的小型化等，部件的小型化和高精密化不断发展，各种材料的外形加工也追求加工精度为±50μm或其以下的高精密/高精度化。然而，在以往的冲压加工等的冲孔加工中，精度充其量为±100μm左右，现状下已不能对应其精度要求。因此，利用激光的各种材料的加工方法作为可进行上述精密加工的方法引起了人们的关注。

随着激光光源的高输出化、低价格化的不断推进，利用激光的各种材料的切断技术在各种领域中得到产业上的广泛应用。例如，在日本特开2003-33389号公报中，公开了利用激光对在支持体上层叠有粘接剂层的叠层材料进行半切割的内容。但是，在利用激光进行半切割时，由于激光振荡器的输出稳定性、叠层材料中支持体片的加工性及厚度的影响，有时甚至会完全切断支持体片。

此外，即使在没有被完全切断的情况下，由于支持体片在搬运时所受到张力负荷，支持体片会产生以激光加工时对支持体造成的损伤为起点发生断裂的问题。

发明内容

本发明是鉴于上述以往的问题点而做出的，其目的在于提供一种激光加工方法以及由该方法所获得的激光加工品，即使是在激光振荡器的输出稳定性不稳定、激光功率增大的情况下，也可在规定的容许范围内进行被加工物的半切割加工，可抑制成品率的降低。

本发明的发明者们为了解决上述以往的问题点，对于激光加工方法以及激光加工品进行了研究。结果，发现了相对于被加工物的每单位长度的输入能量、蚀刻深度、以及功率变动影响度的关系性，由此，即使在激光振荡器的激光功率增大而变动的情况下，也可在容许范围内控制蚀刻深度，进行半切割加工，从而完成本发明。

即，为了解决上述课题，本发明所述的激光加工方法利用激光对被加工物进行形状加工至规定的深度位置，在该激光加工方法中，其特征在于，根据上述被加工物而进行最佳设定的对应于每单位长度被加工物的激光的能量，在由于激光振荡器的功率变动而使该激光功率增大的情况下，为了使该能量控制在不贯通上述被加工物的能量范围内，增大激光的激光功率以及被加工物与激光间的相对移动速度，并减少激光加工需要的照射次数。

在利用激光对被加工物进行形状加工至规定深度位置的情况下，为了形成所希望的蚀刻深度，根据被加工物的物理性能等，针对激光的激光功率或被加工物和激光之间的相对移动速度、照射次数等，设定最佳的加工条件。

但是，由于激光振荡器的输出稳定性不稳定，因该变动激光的激光功率有时会增大，这样，蚀刻出的深度有时比所期望的深度要深，而不能进行规定形状的加工。

在加工条件设定为照射次数较多的情况下，受上述功率增大的影响最大。因为即使是对应每单位长度的能量值相同、蚀刻量也相同的条件下，照射次数较多时，因激光的激光功率增大而增加的蚀刻量也在每次照射中累加。在本发明中，根据上述被加工物而进行最佳设定的对应于每单位长度被加工物的激光的能量，在由于激光振荡器的功率变动而使该激光功率增大的情况下，为了使该能量控制在不贯通上述被加工物的能量范围内，增大上述激光功率以及移动速度，并减少激光加工需要的照射次数。这样，即使上述激光功率增大，由于尽可能地降低了每次照射所累加的激光功率的增大量，因而可抑制蚀刻深度超出其容许的范围进行激光加工。

在上述方法中，上述激光加工优选为通过使激光对于同一区域多次扫描来进行。

此外，上述被加工物优选为包含高分子树脂层的叠层体。

优选采用二氧化碳激光作为上述激光的光源。

为了解决上述课题，本发明所述的激光加工品，其特征在于，通过上述记载的激光加工方法获得。

本发明通过如上所述的方法，可产生下述技术效果。

即，根据本发明所述，根据被加工物而进行最佳设定的对应于每单位长度被加工物的激光的能量，在由于激光振荡器的功率变动而使该激光功率增大的情况下，为了使该能量控制在不贯通上述被加工物的能量范围内，增大上述激光功率以及移动速度，并减少激光加工需要的照射次数，因此，即使激光振荡器的输出不稳定、激光功率增大，也可减少其变动对被加工物的激光加工带来的影响。这样，在提高了作业性的同时，也提高了成品率。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式的激光加工方法，对被加工物进行半切割加工的剖面示意图。

图2是表示用上述方法进行了半切割加工的被加工物的立体图。

图3(a)表示使每单位长度的输入能量同值，提高激光功率，并提高扫描速度进行加工时的蚀刻深度；图3(b)表示减小激光功率，并降低扫描速度进行加工时的蚀刻深度。

图4(a)表示使每单位长度的输入能量同值，提高激光功率，并提高扫描速度进行加工的情况下，激光功率增大时的蚀刻深度；图4(b)表示减小激光功率，并且降低扫描速度进行加工的情况下，激光功率增大时的蚀刻深度。

图5是表示作为上述被加工物的带隔板的偏振片的剖面示意图。

具体实施方式

以下参照图1～图5对本发明的实施方式进行说明。但是，说明中省略了不必要的部分，此外，还具有为了便于说明进行扩大或缩小同时图示的部分。

本实施方式所述的激光加工方法为，利用激光对被加工物进行高精度的形状加工直至规定的深度位置的方法，可适用于例如半切割加工、打标记、槽加工或划线加工等。

下面，以对被加工物进行半切割加工为例，说明本发明的加工原理。图1是表示利用激光对被加工物进行半切割加工的剖面示意图。图2是表示通过半切割加工形成半切割部分8的被加工物状况的立体图。在本实施方式中使用的被加工物1由被加工层1b层叠于支持体1a上的叠层体构成(详细结构如下述)。被加工物1的激光加工固定于例如吸附台的吸附板上进行，通过透镜使规定的激光振荡器输出的激光3聚光，并照射在被加工物1上。在照射的同时，使激光照射位置在沿着规定的加工线上移动，进行半切割加工。半切割加工为采用电流扫描或X-Y工作台扫描的激光加工方法、或掩膜成像方式激光加工等公知的方法。

对于激光3不做特别的限定，可使用例如ArF准分子激光、KrF准分子激光、XeCl准分子激光、YAG激光的第3高次谐波或第4高次谐波，YLF或YVO₄的固体激光的第3高次谐波或第4高次谐波，Ti:S激光、半导体激光、纤维激光或二氧化碳激光等。在这些激光中，由于二氧化碳激光的高输出功率带来生产率提高，因而本发明特别优选二氧化碳激光。

利用激光3对上述被加工物1进行半切割加工的情况下，蚀刻深度通过每单位长度输入的能量[J/mm]进行控制。上述每单位长度输入的能量为用扫描速度[mm/s]除激光功率[W]而得到的数值，这样，例如为了获得所期望的蚀刻深度而进行半切割加工时，通过变换激光功率或扫描速度的任一者即可调整每单位长度输入的能量。

若在规定的条件下(即，激光功率(W)、扫描速度(mm/s)、重复频率(MHz)、光斑直径(φμm)以及光束重叠数(脉冲)(表示在激光扫描中的某一点上，激光3照射几个脉冲的数值))对被加工物1进行加工，则在所期望的蚀刻深度可进行半切割加工的情况下，在本发明中，增大激光功率以及扫描速度，并减少光束重叠数，使每单位长度的输入能量同值，(参照图3(a))。另一方面，即使减小激光功率及扫描速度并增加光束重叠数，也可使每单位长度的输入能量同值(参照图3(b))。这样，在激光振荡器的输出稳定的情况下，两者的蚀刻深度相同，可以所期望的蚀刻深度进行半切割加工。然而，由于各个光束重叠数不同，因此即使最终的蚀刻量相同，每一个脉冲的蚀刻量也是不同的。例如，在前者的情况下，如图3(a)所示，通过一个脉冲所蚀刻的部分形成蚀刻部分5。此外，在后者的情况下，如图3(b)所示，通过一个脉冲所蚀刻的部分形成蚀刻部分6。

下面，对于振荡器的输出功率变动，激光的激光功率增大的情况进行说明。此时，即使在对应每单位长度的能量同值、蚀刻量相同的条件下，如图4所示，因激光功率增大而增加的蚀刻部分7在每次照射中被累加。因此，在本发明所述的光束重叠数较少的图4(a)的情况下，激光加工至支持体1a的一部分，或形成比所期望的蚀刻深度更深的深度，但被加工物1不会被完全切断。此外，在光束重叠数较多的图4(b)的情况下，功率变动的影响度增大，被加工物1被完全切断。

如上所述，本发明中，根据被加工物1而进行最佳设定的激光3的每单位长度的能量，在由于激光3的振荡器的功率变动而使该激光功率增大的情况下，为了使该能量控制在不贯通上述被加工物1的能量范围内，增大激光功率以及扫描速度，并减少激光加工需要的照射次数。最佳设定的激光3的每单位长度的能量，可根据被加工物1的光吸收特性以及厚度、热量特性等进行适当变更。因而，根据被加工物1的构成材料，激光加工条件需要每一次都进行最适化，但在可半切割的范围内，将激光3的激光功率及扫描速度同时设定为较大值，降低激光3的激光功率对于蚀刻深度的影响度，在激光功率增大的情况下也不会贯通被加工物，这对进行半切割加工很重要。

此外，其它的激光加工条件可根据被加工物1的种类等进行适当设定。例如，在将本发明的激光加工方法应用于半切割加工的情况下，激光3的重复频率没有做特别限定，通常，优选为1kHz～100kHz，通过设定在该范围内，可提高生产率。

激光3的聚光直径可根据施加于被加工物1的加工种类进行适当设定。在进行半切割加工的情况下，加工宽度与激光3的聚光直径(光斑直径)大致相同。因而，通过调节聚光直径，可控制加工宽度。聚光直径(加工宽度)通常优选为10～500μm，最好为100～300μm。若聚光直径不到10μm的话，加工速度会变小；此外，若聚光直径超过500μm的话，从被加工物的制品取出效率会降低。

此外，激光加工也可使激光3对于同一区域进行多次扫描。此时，也可对每次扫描变换各种加工条件，也可在同一条件下进行。

作为在本发明中加工的加工物1，例如可列举出图5中所示的带隔板的偏振片11。带隔板的偏振片11包括在聚乙烯醇(PVA)薄膜的两面粘接一对三乙酰纤维素(TAC)薄膜构成的偏振片(被加工物层)9。此外，在一侧的TAC薄膜侧设有通过丙烯类粘接剂层由PET薄膜组成的隔板(支持体)10；在另一侧的TAC薄膜侧可设置表面保护薄膜。该表面保护薄膜为在聚对苯二甲酸乙酯(PET)薄膜上设置丙烯类粘接剂层的结构，丙烯类粘接剂层形成为与另一侧的TAC薄膜的粘接面。

此外，作为被加工物1，除了上述带隔板的偏振片11，只要是可通过激光加工的物品，没有特殊的限制均可适用。具体而言，可列举出例如各种片材、电路基板、半导体晶片、玻璃基板、陶瓷基板、金属基板、半导体激光等发光或受光元件基板、MEMS(Micro Electro Mechanical System)基板、半导体封装、布、皮、纸、单层或多层的薄膜材料等。

作为各种片材，可以列举出例如聚酰亚胺类树脂、聚酯类树脂、环氧类树脂、尿烷类树脂、聚苯乙烯类树脂、聚酰胺类树脂、聚碳酸酯类树脂、或含有填充剂的聚乙烯类、聚丙烯树脂等高分子薄膜或无纺布、通过对这些树脂进行延展加工、浸渗加工等而增加物理的或光学功能的产物、铜、铝、不锈钢等金属片、或将上述聚合物片及/或金属片直接或通过粘接剂层叠的产物等。

此外，作为电路基板，可以列举出例如单面、双面或多层柔性印刷基板、由环氧玻璃或陶瓷、金属芯基板等组成的刚性基板、形成于玻璃或聚合物上的光电路或光-电混合电路基板等。

此外，作为单层或多层的薄膜材料，可列举出各种粘接薄膜、光学薄膜等。

下面，以本发明的较佳实施例为例进行详细说明。但是，在本实施例中记载的材料或混合量等，除非做出特别限定的描述，否则本发明的宗旨并不是将本发明的范围限定于此，而只是做一个简单的说明例。

(实施例1)

[被加工物]

在本实施例1中，作为被加工物采用如图5所示结构的带隔板的偏振片(总厚度270μm)，切断加工偏振片9，而不对作为支持体的隔板10(厚度：38μm)进行激光加工。

[激光照射装置]

使用的激光照射装置如下所述。

激光光源：二氧化碳激光

激光波长：10.6μm

最大输出功率：250W

[激光照射条件]

在下述的条件下，进行带隔板的偏振片的半切割加工。

激光功率：42W

光斑直径：φ120μm

重复频率：20kHz

扫描速度：400mm/s

扫描次数：1次

每单位长度输入能量：0.105J/mm

在上述加工条件下，进行带隔板的偏振片的半切割加工。这样，可只对偏振片9进行激光加工，可相对于带隔板的偏振片形成半切割形状。然后，有意地变换激光功率，确认可进行半切割加工的激光功率的范围。结果，相对于初始值42W，7W及其以下的增加量为可进行半切割加工的范围。

(比较例1)

在本比较例1中，如下述表1所示，除了变换激光功率、扫描速度以及光束重叠数以外，与上述实施例1相同，进行带隔板的偏振片的半切割加工。此外，有意地变换激光功率，确认可进行半切割加工的激光功率的范围。结果，认为相对于初始值21W，3.5W及其以下的增加量为可进行半切割加工的范围，在激光功率增大的情况下，通过激光进行激光加工直到隔板10，进行所期望的半切割加工很困难。

(比较例2)

在本比较例2中，如下述表1所示，除了变换激光功率、扫描速度以及光束重叠数以外，与上述实施例1相同，进行带隔板的偏振片的半切割加工。此外，有意地变换激光功率，确认可进行半切割加工的激光功率的范围。结果，认为相对于初始值10.5W，1.8W及其以下的增加量为可进行半切割加工的范围，在激光功率增大的情况下，通过激光进行激光加工至隔板10，进行所期望的半切割加工很困难。

(实施例2)

在本实施2中，作为被加工物采用如图5所示结构的带隔板的偏振片11(总厚度270μm)，切断加工偏振片9，而不对作为支持体的隔板10(厚度：38μm)进行激光加工。

激光照射装置采用与实施例1相同的装置，激光照射条件除下述表2所示之外，扫描次数为2次。此外，与实施例1相同，有意地变换激光功率，确认可进行半切割加工的激光功率的范围。结果，认为21W及其以下的增加量为可进行半切割加工的范围。

(比较例3)

在本比较例3中，如下述表2所示，除了变换激光功率、扫描速度以及光束重叠数以外，与上述实施例2相同，进行带隔板的偏振片的半切割加工。此外，有意地变换激光功率，确认可进行半切割加工的激光功率的范围。结果，认为14W及其以下的增加量为可进行半切割加工的范围，在激光功率增大的情况下，通过激光进行激光加工直到隔板10，进行所期望的半切割加工很困难。

(比较例4)

在本比较例4中，如下述表2所示，除了变换激光功率、扫描速度以及光束重叠数以外，与上述实施例1相同，进行带隔板的偏振片的半切割加工。此外，有意地变换激光功率，确认可进行半切割加工的激光功率的范围。结果，认为7W及其以下的增加量为可进行半切割加工的范围，在激光功率增大的情况下，通过激光进行激光加工直到隔板10，进行所期望的半切割加工很困难。

Claims

1.一种激光加工方法，该激光加工方法利用激光对被加工物进行形状加工至规定的深度位置，其特征在于，根据上述被加工物而进行最佳设定的对应于每单位长度被加工物的激光的能量，在由于激光振荡器的功率变动而使该激光功率增大的情况下，为了使该能量控制在不贯通上述被加工物的能量范围内，增大激光的激光功率以及被加工物与激光间的相对移动速度，并减少激光加工需要的照射次数。

2.根据权利要求1所述的激光加工方法，其特征在于，上述激光加工为通过使激光对于同一区域多次扫描来进行。

3.根据权利要求1所述的激光加工方法，其特征在于，上述被加工物为包含高分子树脂层的叠层体。

4.根据权利要求1所述的激光加工方法，其特征在于，采用二氧化碳激光作为上述激光的光源。

5.一种激光加工品，其特征在于，通过权利要求1所述的激光加工方法获得。