CN109570782A - 刻划加工方法及刻划加工装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种刻划加工方法及刻划加工装置，即使是厚度大的玻璃基板也能够通过一次扫描的激光加工在玻璃基板上形成划线。刻划加工方法是对玻璃基板(G)进行刻划加工的方法，包括划线形成工序，通过在平面方向上间歇地进行照射激光所实施的玻璃基板(G)的内部加工来形成划线(31)。排列于激光的光轴上的多个聚光点位于玻璃基板(G)的内部。在多个聚光点中距离和被照射激光的面相反一侧的面最近的第一聚光点的光束强度比多个其他聚光点的光束强度高。

Description

刻划加工方法及刻划加工装置
技术领域
本发明涉及刻划加工方法及刻划加工装置，尤其是通过在平面方向上间歇地进行通过使用激光装置的脉冲来实施的玻璃基板的内部加工来形成划线的方法及装置。
背景技术
激光加工作为对玻璃基板进行刻划加工的方法广为人知。在激光加工中例如会使用红外线皮秒激光器。这种情况，公知的方法是在平面方向上间歇地进行通过激光脉冲实施的内部加工来形成多条激光光丝，进而由此形成划线(例如参考专利文献1)。
在专利文献1所公开的技术中，收敛激光光束在基板内引起自收敛，并由包括以制造光丝为目的而选择的能量和脉冲持续时间的脉冲构成。进而通过多条光丝形成用于解理基板的划线。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特表2013-536081号公报
在基于激光加工的光丝形成来进行划线加工时，一般将激光的光束腰部置于玻璃基板的上方或者下方，且激光进行自收敛的长度为数百μm左右。因此，无法通过一次扫描的激光加工在厚度大的玻璃基板(例如厚度为2.5mm以上)中加工遍及玻璃基板的整个厚度方向的划线。
发明内容
本发明的目的在于实现即使是厚度大的玻璃基板也能够通过一次扫描的激光加工形成遍及玻璃基板的整个厚度方向的划线。
以下对作为用于解决技术问题的手段的多种方式进行说明。这些方式可以根据需要进行任意组合。
一方面，本发明的刻划加工方法是对玻璃基板进行刻划加工的方法，包括下述工序。
◎划线形成工序，通过在平面方向上间断进行玻璃基板的内部加工来形成划线，所述玻璃基板的内部加工是通过照射激光来进行的。
在上述工序中，排列在激光的光轴上的多个聚光点位于玻璃基板的内部。并且，在多个聚光点中距离与被照射激光的面相反一侧的面最近的第一聚光点的光束强度比多个其他聚光点的光束强度高。
在该方法中，使距离玻璃基板G的底面最近的聚光点的峰强度比其他聚光点的峰强度高，由此即使在玻璃基板的底面附近也能够准确地形成加工痕迹，即使是厚度大的玻璃基板也能够进行遍及玻璃基板的整个厚度方向的内部加工。
多个其他聚光点的光束强度也可以是均匀的。
在该方法中，能够在玻璃基板的内部均匀地形成沿光轴排列的多个加工痕迹。
第一聚光点的光束强度也可以是多个其他聚光点的光束强度的1.8～2.8倍。
在划线形成工序中也可以使用非球面透镜形成多个聚光点。
在该方法中，通过简单的结构来实现上述加工方法。
在划线形成工序中，也可以使用空间光调制器和聚光透镜来形成多个聚光点。
另一方面，本发明的刻划加工方法具备激光装置和使激光装置实施上述刻划加工方法的控制部。
在本发明的刻划加工方法及刻划加工装置中，即使是厚度大的玻璃基板也能够通过一次扫描的激光加工在玻璃基板中形成遍及整个厚度方向的划线。
附图说明
图1是本发明的第一实施方式的激光加工装置的示意图。
图2是用于说明通过脉冲加工来实施的划线形成工序的玻璃基板的俯视图。
图3是图2的部分放大图。
图4是示出玻璃内部的峰强度相对于距离光束腰部的距离的分布的图表。
图5是第二实施方式的激光加工装置的示意图。
附图标记说明
1：激光加工装置；3：激光装置；5：传输光学系统；7：加工工作台；9：控制部；11：驱动机构；13：工作台驱动部；15：激光振荡器；17：激光控制部；19：聚光透镜；21：空间光调制器；22：聚光透镜；23：驱动部；31：划线。
具体实施方式
1.第一实施方式
(1)整体结构
图1中示出了本发明的一实施方式的用于玻璃基板切割的激光加工装置1的整体结构。图1是本发明的第一实施方式的激光加工装置的示意图。
激光加工装置1是用于对玻璃基板G进行全切割加工的装置。
玻璃基板G是钠玻璃，厚度例如是2.5mm以上。
激光加工装置1具备激光装置3。激光装置3具有用于向玻璃基板G照射激光的激光振荡器15和激光控制部17。激光振荡器15例如是波长为340～1100nm的皮秒激光器。激光控制部17能够控制激光振荡器15的驱动以及激光功率。并且，激光波长选择透射玻璃基板G的波长，激光功率选择在玻璃基板内的聚光点上非线性吸收激光的功率。
激光装置3具有将激光传输至后述的机械驱动系统的传输光学系统5。传输光学系统5例如具有聚光透镜19、多个反射镜(未图示)、棱镜(未图示)等。
聚光透镜19是非球面透镜，对透过透镜的入射光制造出分散的焦点图案。即，聚光透镜19作为生成多个不同焦点的分散焦点透镜而起作用。
激光加工装置1具有通过沿光轴方向移动透镜的位置来改变激光的聚光角度的驱动机构11。
激光加工装置1具有载置玻璃基板G的加工工作台7。加工工作台7通过工作台驱动部13移动。工作台驱动部13具有使加工工作台7在底座(未图示)上沿水平方向移动的移动装置(未图示)。移动装置具有导轨、电动机等公知机构。
激光加工装置1具备控制部9。控制部9是具有处理器(如CPU)、存储装置(如ROM、RAM、HDD、SSD等)以及各种接口(如A/D转换器、D/A转换器、通信接口等)的计算机系统。控制部9通过执行保存在存储部(与存储装置的存储区域的一部分或者全部相对应)中的程序来执行各种控制动作。
控制部9既可以由单一的处理器构成，也可以是为了进行各种控制而由多个独立的处理器构成。
控制部9能够控制激光控制部17。控制部9能够控制驱动机构11。控制部9能够控制工作台驱动部13。
控制部9连接有检测玻璃基板G的尺寸、形状以及位置的传感器、用于检测各个装置的状态的传感器和开关、以及信息输入装置，这些传感器及装置均未图示。
(2)刻划加工方法
使用图2～图5对激光加工装置1的刻划加工方法进行说明。图2是用于说明通过脉冲加工实施的划线形成工序的玻璃基板的俯视图。图3是图2的部分放大图。图4是示出玻璃内部的峰强度相对于距离光束腰部的距离的分布的图。
刻划加工方法包括下述工序。
◎划线形成工序：通过沿平面方向间歇地进行通过使用激光装置3的脉冲P来实施的玻璃基板G的内部加工来形成划线31。
并且，如图4所示，脉冲P的光束腰部BW位于玻璃基板的内部。
在该方法中，即使是在比较厚的玻璃基板G中，通过在平面方向上的不同位置上依次进行激光装置3的一次扫描也能够形成划线31。
图4中示出了光轴上排列的多个峰。这些峰与多个聚光点相对应。
在该方法中，通过在各聚光点处非线性吸收激光在玻璃基板的内部形成沿光轴排列的多个加工痕迹。
由此可见，通过在光轴上排列的多个聚光点能够遍及玻璃基板G的整个厚度方向吸收激光能量，并能够在各个点上在整个厚度方向上形成加工痕迹。由此，加工痕迹在玻璃基板G的表面之间延伸。即，玻璃基板G中的加工深度变长，玻璃基板G的加工効率高。
多个聚光点的强度是均匀的。所以，能够在玻璃基板G的内部均匀地形成沿光轴排列的多个加工痕迹。
虽然聚光点的数量无特别限定，但是优选以玻璃基板的厚度100～500μm为间隔来形成。并且，在形成于多个聚光点各自的加工痕迹彼此相互重叠的情况下，会形成相同的遍及玻璃基板G的整个厚度方向的加工痕迹。
图4中示出了当将光束腰部BW配置于玻璃基板G的底面(与被照射激光的面相反一侧的面)附近时峰强度沿激光的光轴(玻璃基板的厚度方向)的分布。此时，距离玻璃基板G的底面最近的聚光点上的峰强度与玻璃基板G内部的其他聚光点的峰强度相比，大约是它们的2倍。倍率的范围优选1.8～2.8倍。另外，此处的峰强度表示在各个测量位置的光束截面中的最高的光束强度，至少在聚光点处光轴上的光束强度是峰强度。
对划线31的加工条件的示例进行说明。
脉冲能量优选200μJ以上，如400μJ。
构成划线31的脉冲照射位置S1的间距D1的范围是1～5μm，如3μm。
即使在玻璃基板G的底面附近，通过使距离玻璃基板G的底面最近的聚光点的峰强度高于其他聚光点的峰强度也能够准确形成加工痕迹，即使是厚度大的玻璃基板也能够进行遍及玻璃基板的整个厚度方向的内部加工。
2.第二实施方式
图5是第二实施方式的激光加工装置的示意图。
激光加工装置1A具有调制从激光装置3射出的激光的空间光调制器21和聚光透镜22。空间光调制器21例如是反射型的，也可以是反射型液晶(LCOS(Liquid Crystal onSilicon)：硅基液晶)的空间光调制器(SLM(Spatial Light Modulator)：空间光调制器)。空间光调制器21在调制从水平方向射入的激光的同时向下方反射。
聚光透镜22对通过空间光调制器21调制的激光进行聚光进而使其照射玻璃基板G。聚光透镜22是使焦点形成为1个的透镜，例如是球面透镜。
激光加工装置1A具有驱动部23。驱动部23向空间光调制器21中的各个像素电极施加预定电压，并使预定的调制图案显示在液晶层上，由此使用空间光调制器21按照期望调制激光。在此，例如基于希望形成加工痕迹的位置、照射的激光的波长、加工对象的材料以及传输光学系统5、加工对象的折射率等提前导出显示于液晶层的调制图案并将其存储于控制部9。
根据空间光调制器21的调制图案任意调整通过空间光调制器21和聚光透镜22形成的聚光点的数量、位置以及光束强度。
通过空间光调制器21实现与第一实施方式相同的激光加工。
3.其他实施方式
虽然以上对本发明的一实施方式进行了说明，但是本发明并不限定于上述实施方式，且本发明能够在不脱离发明的宗旨的范围内进行各种变更。尤其是可以根据需要对本说明书中所记载的多个实施方式及变形例进行任意组合。
在所述实施方式中，虽然在玻璃基板G上划线31形成为环状，但是划线也可以是环状以外的形状。
产业上应用的可能性
本发明可以广泛应用于通过在平面方向上间歇地进行通过使用激光装置的脉冲所实施的遍及玻璃基板的整个厚度方向的内部加工来形成划线的方法及装置。

Claims (7)

1.一种刻划加工方法，对玻璃基板进行刻划加工，
所述刻划加工方法包括：划线形成工序，通过在平面方向上间歇地进行玻璃基板的内部加工来形成划线，所述玻璃基板的内部加工是通过照射激光来进行的，
排列于所述激光的光轴上的多个聚光点位于所述玻璃基板的内部，
在所述多个聚光点中距离与被照射激光的面相反一侧的面最近的第一聚光点的光束强度比多个其他聚光点的光束强度高。
2.根据权利要求1所述的刻划加工方法，其中，
所述多个其他聚光点的光束强度是均匀的。
3.根据权利要求1所述的刻划加工方法，其中，
所述第一聚光点的光束强度是所述多个其他聚光点的光束强度的1.8～2.8倍。
4.根据权利要求2所述的刻划加工方法，其中，
所述第一聚光点的光束强度是所述多个其他聚光点的光束强度的1.8～2.8倍。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的刻划加工方法，其中，
在所述划线形成工序中，使用非球面透镜形成所述多个聚光点。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的刻划加工方法，其中，
在所述划线形成工序中，使用空间光调制器和聚光透镜形成所述多个聚光点。
7.一种刻划加工装置，具备：
激光装置；以及
控制部，使所述激光装置执行权利要求1至6中任一项所述的刻划加工方法。
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