CN103846554A - 激光加工方法及激光加工装置 - Google Patents

Abstract

本发明是有关于一种激光加工方法及激光加工装置，其能够利用简单步骤，于不产生分断不良的情形下确实地分断基板。本发明的激光加工方法是沿脆性材料基板表面交叉的第1及第2加工预定线照射激光，而于脆性材料基板表面形成多条沟槽的方法，且包含第1步骤及第2步骤。第1步骤为沿第1加工预定线照射脉冲激光而于脆性材料基板形成第1方向的沟槽。第2步骤为沿第2加工预定线照射脉冲激光，并且于与第1方向的沟槽交叉的部分停止脉冲激光的照射，而形成脆性材料基板的第2方向的沟槽。

Description

激光加工方法及激光加工装置

技术领域

本发明是关于一种激光加工方法及激光加工装置，特别是关于一种沿脆性材料基板表面交叉的第1及第2加工预定线照射激光，而于脆性材料基板表面形成多条沟槽的激光加工方法及用于实施该方法的激光加工装置。

背景技术

作为电子零件材料而使用的矩形玻璃是借由沿相互正交的方向分断作为母材的一片较大的基板（玻璃板）而获得。作为分断方法，广泛进行有如下方法：使刀轮等压接滚动而形成沟槽后，自垂直方向沿形成的沟槽对基板施加外力，从而分断基板。

再者，于专利文献1中，亦提出有如下方法：沿相互正交的加工预定线对基板表面照射激光，沿各加工预定线形成沟槽后，对基板施加外力从而进行分断。

而且，于专利文献2中，揭示有另一激光加工方法。于该方法中，借由沿加工预定线照射脉冲激光而对基板表面进行烧蚀加工，与此同时，使利用烧蚀加工而形成的沟槽的表面熔融，从而减少因烧蚀加工而产生的微龟裂。利用这种方法，于基板形成沟槽。

[先行技术文献]

[专利文献]

[专利文献1]日本特开2012-31035号公报

[专利文献2]日本特开2010-274328号公报

发明内容

于专利文献1所示的方法中，需要于两条加工预定线交叉部分的四个角部分别设置反射构件，导致加工步骤变得繁杂。

再者，亦可使用专利文献2所示的方法形成两条正交的沟槽（以下记为“交叉刻划”）。然而，于该情形时，当形成第1方向的沟槽后，形成第2方向的沟槽时，容易于沟槽交叉部分附近产生加工不良。

具体而言，当形成第2方向的沟槽时，存在由于激光的照射所产生的热影响，而于第1方向的沟槽中产生龟裂，或于交点部基板（玻璃）固着而产生分断不良的情形。再者，于第2方向的沟槽的分断面的角部容易产生碎屑（凹凸）。

因此，例如，需要将作为后续步骤的第2方向的沟槽形成时的激光的输出设定为比第1方向的沟槽形成时低等控制。然而，根据基板的种类，存在若使激光的输出降低至不会产生缺陷或分断不良的程度，则会无法分断等问题。因此，交叉刻划时激光的条件设定非常困难。

本发明的目的在于提供一种新的激光加工方法及激光加工装置，其能够利用简单步骤于不产生分断不良的情形时确实地分断基板。

本发明第1方面中的激光加工方法是沿脆性材料基板表面交叉的第1及第2加工预定线照射激光，而于脆性材料基板表面形成多条沟槽的方法，且包含第1步骤及第2步骤。第1步骤为沿第1加工预定线照射脉冲激光而于脆性材料基板形成第1方向的沟槽。第2步骤为沿第2加工预定线照射脉冲激光，并且于与第1方向的沟槽交叉的部分停止脉冲激光的照射，而于脆性材料基板形成第2方向的沟槽。

此处，当形成第2方向的沟槽时，于与先形成的第1方向的沟槽交叉的部分停止脉冲激光的照射。因此，于交叉部分及其附近不易产生因热影响而造成的龟裂或碎屑等缺陷。再者，能够于相同的激光照射条件下加工第1及第2方向的沟槽，使加工变得容易。而且可形成适当深度的沟槽，而于后续步骤中可容易地分断基板。

本发明第2方面中激光加工方法是于第1方面的方法中，于第2步骤中，于第1方向的沟槽宽度内实施脉冲激光的照射停止及照射重新开始。

此处，当形成第2方向的沟槽时，若于未形成有第1方向的沟槽的未加工部分进行脉冲激光的照射停止及照射重新开始，则停止脉冲激光照射的位置及重新开始的位置附近容易产生龟裂，导致制品的不良率变高。

因此，于该第2方面的方法中，于已经形成的第1方向的沟槽宽度内停止及重新开始脉冲激光的照射。由此，可抑制于制品部分产生龟裂等缺陷。

本发明第3方面中的激光加工方法是于第2方面的方法中，于第2步骤中，隔着第1方向的沟槽的中心而于第1方向的沟槽宽度的62%以上94%以下范围内停止激光的照射。

此处，可进一步抑制两方向的沟槽的交叉部分附近的缺陷。

本发明第4方面中的激光加工方法是于第1至第3方面中任一项的方法中，于第1步骤及第2步骤中，利用脉冲激光对脆性材料基板进行烧蚀加工，同时使加工部熔融而形成第1及第2方向的沟槽。

此处，利用脉冲激光而对基板进行烧蚀加工，同时使加工部熔融而于基板表面形成第1及第2方向的沟槽。于这种加工方法中，由于对沟槽附近进行加热，因此容易产生因热影响而造成的缺陷。

因此，于这种加工方法中，借由采用本发明的方法，而可有效地抑制因热影响而产生的缺陷。

本发明第5方面中的激光加工装置是沿脆性材料基板表面交叉的第1及第2加工预定线照射激光，而于脆性材料基板表面形成多条沟槽的装置。该加工装置具备激光照射机构、移动机构及加工控制部。激光照射机构具有使脉冲激光振荡的激光振荡器、及使经振荡的脉冲激光聚光并进行照射的光学系统。移动机构使激光照射机构沿脆性材料基板表面的加工预定线相对移动。加工控制部控制激光照射机构及移动机构而于脆性材料基板形成交叉的沟槽。再者，加工控制部具有第1功能与第2功能。第1功能沿第1加工预定线照射脉冲激光而于脆性材料基板形成第1方向的沟槽。第2功能沿第2加工预定线照射脉冲激光，并且于与第1方向的沟槽交叉部分停止脉冲激光的照射，而形成脆性材料基板的第2方向的沟槽。

借由上述技术方案，本发明至少具有下列优点及有益效果：能够利用简单步骤于不产生分断不良的情形下确实地分断基板。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图,详细说明如下。

附图说明

图1用于实施本发明加工方法的激光加工装置的概略构成图。

图2((a)-(d))示意地表示本发明一实施例中的烧蚀加工图。

图3(a)及图3(b)表示脉冲激光的控制的时序图例的图。

图4(a)-图4(d)表示利用现有的激光加工方法来进行交叉刻划情形时基板表面及分断面的照片。

图5(a)及图5(b)表示利用现有及本发明一实施形态中的激光加工方法来进行交叉刻划情形时基板表面的照片。

图6(a)及图6(b)表示利用现有及本发明一实施形态中的激光加工方法来进行交叉刻划情形时分断面的照片。

图7(a)-图7(d)表示于最佳条件下进行交叉刻划情形时基板表面及分断面的照片。

图8表示脉冲激光的控制例的示意图。

【符号说明】

1：激光振荡器

2：反射镜机构

3：透镜机构

4：XY平台

5：基板

10：控制部

11：激光控制部

12：移动控制部

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效,以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的激光加工方法及激光加工装置其具体实施方式、方法、步骤、结构、特征及其功效，详细说明如后。

[激光加工装置]

将本发明一实施形态中的激光加工装置示于图1。该激光加工装置具备激光振荡器1、反射镜机构2、透镜机构3、及XY平台4。由激光振荡器1、反射镜机构2及透镜机构3而构成激光照射机构，再者，由XY平台而构成移动机构。再者，该激光加工装置具有包含激光控制部11及移动控制部12的控制部10。激光控制部11控制激光的照射及输出等加工条件。移动控制部12控制XY平台4的移动。

激光振荡器1使脉冲激光振荡。该激光振荡器1若为YAG激光、IR激光等众所周知的脉冲激光的振荡器，则并无特别限定。根据加工的脆性材料基板（以下仅称为“基板”）5的材质，适当选择可进行烧蚀加工的波长的激光即可。

反射镜机构2与透镜机构3共同形成聚光光学机构，以可自大致铅垂方向对基板5照射脉冲激光的方式，变更脉冲激光的行进方向。作为反射镜机构2，可使用一个或多个镜面，亦可利用棱镜、绕射光栅等。

透镜机构3使脉冲激光聚光。更详细而言，该透镜机构3根据基板5的厚度，调整使脉冲激光聚光的位置即焦点位置的上下方向的位置。该焦点位置的调整可借由交换透镜机构3的透镜来进行调整，亦可利用未图示的致动器变更透镜机构3的上下方向的位置来进行调整。

XY平台4是载置成为分断对象的玻璃基板等应加工的基板5的载台，可沿相互正交的X方向及Y方向移动。利用移动控制部12来控制该XY平台4以规定的沿速度X方向及Y方向移动，由此可自如地变更载置于XY平台4上的基板5与脉冲激光的相对位置。通常为使XY平台4移动，从而使脉冲激光沿形成于基板5的表面的刻划沟槽6的加工预定线移动。再者，加工时XY平台4的移动速度由移动控制部12控制。

[关于烧蚀加工]

图2((a)-(d))表示利用脉冲激光进行烧蚀加工的一例。如该图所示，自激光振荡器1出射的脉冲激光利用透镜机构3而于基板5的上表面附近聚光。当脉冲激光被吸收时，如图2（a）所示，基板5的焦点位置附近被加热。

在基板5的焦点位置附近的温度超过基板5的沸点的情形时，如图2（b）所示，于超过沸点的部分成分蒸发。另一方面，于稍微离开焦点位置的部分，存在未到达基板5的沸点但超过熔点的部分。当该部分如图2（c）所示表面熔融，且因该后散热而使温度降低时，如图2（d）所示，借由固着而形成熔融痕。

当利用如上的加工方法来形成刻划沟槽时，若于未于刻划沟槽形成熔融痕的条件下、即于抑制热影响的条件下使用脉冲激光进行烧蚀加工，则容易沿刻划沟槽产生缺陷。再者，于成为熔融过多的情形时，会自刻划沟槽产生龟裂。因此，需要设定脉冲激光的输出或扫描速度等适当的条件而进行加工。

[激光加工方法]

在对基板5沿相互正交的X方向及Y方向形成刻划沟槽的情形时，首先，使脉冲激光聚光而照射于基板5的表面。然后，沿X方向的加工预定线扫描该脉冲激光（以下将该步骤记为“1st刻划”）。由此，沿X方向的加工预定线形成刻划沟槽。其次，在与X方向的加工相同的条件下，沿Y方向的加工预定线扫描脉冲激光（以下将该步骤记为“2nd刻划”）。此时，于形成有X方向的刻划沟槽的沟槽宽度内，以规定期间使脉冲激光的照射停止。如图3的时序图所示，于每个两方向的沟槽的交点部分进行该脉冲激光的暂时性照射停止。图3（a）为脉冲激光的驱动用信号的波形，“H”表示脉冲激光的断开（照射停止），“L”表示脉冲激光的接通（照射）。再者，图3（b）表示于每个交点激光输出为规定期间“0”。

又，在进行X方向及Y方向的沟槽加工的情形时，对基板5使用脉冲激光进行烧蚀加工，同时对基板5施加热影响而使加工部熔融，而形成沟槽。

[实验例]

—实验1—

于图4(a)-图(d)中表示未进行脉冲激光的控制（照射停止及重新开始）而进行交叉刻划情形时的基板表面及分断面的情形。脉冲激光的波长为266nm，平均输出为7W，基板是厚度为0.3mm的OA-10（日本电气玻璃公司制造）。再者，自图中的2nd侧起进行加工，加工宽度为34μm，加工深度为44μm。

图4（a）表示分断前的基板表面，图4（b）表示分断后的基板表面，图4（c）表示1st刻划侧的分断面，图4（d）表示2nd刻划侧的分断面。

根据该实验1，在未进行脉冲激光的控制情形时成为如下结果。

·于1st侧的沟槽（刻划）产生龟裂。

·存在基板（玻璃）于交点部固着而产生分断不良的情形。

·于2nd刻划侧的分断面的角部产生碎屑。

—实验2—

图5(a)及图5(b)分别表示未进行脉冲激光的暂时性照射停止的控制（以下仅记为“控制”）的情形与进行控制的情形下的基板表面的加工状态。此处，自1st刻划侧起进行加工，在2nd刻划时于交点部进行脉冲激光的控制。关于脉冲激光的条件、基板、加工宽度及深度，与实验1相同。

又，于各图中，所谓“指令值”系指于控制部10中指示的停止脉冲激光的照射的距离。该指令值所对应的实际的照射停止距离为使照射停止位置及照射开始位置分别变短脉冲聚光径的1/2，结果成为较指令值变短相当于大致脉冲的聚光径的距离。

根据图5（b）可知，借由进行脉冲激光的控制，于1st刻划未产生龟裂。再者，当以指令值为50μm以上、即于未于1st刻划上形成沟槽的未加工区域中进行脉冲激光的照射停止及重新开始时，加工线中断，于2nd刻划侧产生碎片。

由以上可知，在沟槽的加工宽度为34μm的情形时，作为指令值需要设为40μm（实际的距离为32μm（实测））以下。

再者，图6(a)及图6(b)分别表示实验2中未进行脉冲激光的控制的情形与进行控制的情形下的分断面的加工状态。此处，比较地表示2nd刻划侧的分断面。

根据图6（b），在进行脉冲激光的控制的情形时，当以指令值为20μm以下进行加工时，于2nd刻划侧分断面的角部产生碎屑。

由以上可知，在沟槽的加工宽度为34μm的情形时，作为指令值需要设为30μm（实际的距离为21μm（实测））以上。

—实验3—

于图7(a)-图7(d)中表示在最佳条件下执行脉冲激光的控制而进行加工的情形。

脉冲激光的波长为266nm，平均输出为7W，脉冲激光的控制指令值（照射停止距离）为40μm（实际的距离为32μm）。基板是厚度为0.3mm的OA-10（日本电气玻璃公司制造）。再者，自图中的1st侧起进行加工，加工宽度为34μm，加工深度为44μm。

图7（a）表示分断前的基板表面，图7（b）表示分断后的基板表面，图7（c）表示1st刻划侧的分断面，图7（d）表示2nd刻划侧的分断面。

根据该等图明显可知，未观察到因基板（玻璃）的固着或热影响而产生的缺陷。

[总结]

总结以上的实验结果，可知以下情形。

（1）当于经加工的刻划沟槽以外的部分（未加工部分）停止或重新开始脉冲激光的照射时，会产生龟裂。

（2）若指令值为50μm（实际的距离为45μm）以上，则于基板表面会产生碎片。再者，若指令值为20μm（实际距离为9μm）以下，则于分断面的角部会产生碎屑。因此，当1st刻划的加工宽度（沟槽宽度）为34μm的情形时，需要将2nd刻划侧交点部的脉冲断开的指令值设定为30μm以上40μm以下（实际距离为21μm以上32μm以下）。

将以上一般化，最佳为如图8中示意地表示，停止2nd侧的脉冲激光的照射的区域于1st侧的刻划沟槽的沟槽宽度内，隔着沟槽的中心而设为1st侧的加工宽度（沟槽宽度）的62%以上94%以下。

[其它实施例]

本发明并不限定于以上的实施例，于不脱离本发明的范围的情形时可进行各种变形或修正。

成为对象的基板并不限定于实验例中所示的基板，对各种玻璃基板或其它脆性材料基板均可应用本发明。

Claims (5)

1.一种激光加工方法，其是沿脆性材料基板表面交叉的第1及第2加工预定线照射激光，而于脆性材料基板表面形成多条沟槽，其特征在于包含：

第1步骤，其是沿该第1加工预定线照射脉冲激光而于脆性材料基板形成第1方向的沟槽；及

第2步骤，其是沿该第2加工预定线照射脉冲激光，并且于与该第1方向的沟槽交叉的部分停止脉冲激光的照射，而于脆性材料基板形成第2方向的沟槽。

2.如权利要求1所述的激光加工方法，其特征在于，于该第2步骤中，于该第1方向的沟槽宽度内实施脉冲激光的照射停止及照射重新开始。

3.如权利要求2所述的激光加工方法，其特征在于，于该第2步骤中，隔着该第1方向的沟槽的中心而于该第1方向的沟槽宽度的62%以上94%以下范围内停止激光的照射。

4.如权利要求1至3任一项权利要求所述的激光加工方法，其特征在于，于该第1步骤及该第2步骤中，利用脉冲激光对脆性材料基板进行烧蚀加工，同时使加工部熔融而形成该第1及第2方向的沟槽。

5.一种激光加工装置，其是沿脆性材料基板表面交叉的第1及第2加工预定线照射激光，而于脆性材料基板表面形成多条沟槽，其特征在于具备：

激光照射机构，其具有使脉冲激光振荡的激光振荡器、及使经振荡的脉冲激光聚光而进行照射的光学系统；

移动机构，其用于使该激光照射机构沿脆性材料基板表面的加工预定线相对移动；及

加工控制部，其控制该激光照射机构及该移动机构，于该脆性材料基板形成交叉的沟槽；

该加工控制部具有：

第1功能，其是沿该第1加工预定线照射脉冲激光而于脆性材料基板形成第1方向的沟槽；及

第2功能，其是沿该第2加工预定线照射脉冲激光，并且于与该第1方向的沟槽交叉的部分停止脉冲激光的照射，而形成脆性材料基板的第2方向的沟槽。

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