CN111587161A - 复合材料的分断方法 - Google Patents

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Abstract

提供复合材料的分断方法，不会产生分断后的脆性材料层的端面的裂纹或分断后的树脂层的端面的严重热劣化而能够分断复合材料。本发明是将层积有脆性材料层(1)和树脂层(2)的复合材料(10)分断的方法，具有：将从CO2激光光源(20)振荡产生的激光(L1)沿着复合材料的分断预定线(DL)照射到树脂层，沿着分断预定线形成加工槽(24)的树脂去除工序；在树脂去除工序后，将从超短脉冲激光光源(30)振荡产生的激光(L2)沿着分断预定线照射到脆性材料层，形成沿着分断预定线的加工痕迹(11)的脆性材料去除工序；在脆性材料去除工序后，通过沿着分断预定线施加外力，而将复合材料分断的复合材料分断工序。在脆性材料去除工序中形成的加工痕迹是沿着分断预定线的针眼状的贯通孔，该贯通孔的间距在10μm以下。

Description

复合材料的分断方法
技术领域
本发明涉及将层积有脆性材料层和树脂层的复合材料分断的方法。特别地，本发明涉及不会产生分断后的脆性材料层的端面的裂纹、或分断后的树脂层的端面的严重热劣化而能够分断复合材料的方法。
背景技术
在电视或个人计算机中使用的图像显示装置的最表面侧，通常配置有用于保护图像显示装置的保护材料。作为保护材料，代表性地使用有玻璃板。
但是，像在智能手机、智能手表、车载显示器等中使用的图像显示装置那样，随着图像显示装置的小型化、薄型化、轻量化，对兼具保护功能和光学功能的薄型保护材料的要求也有所提高。作为这样的保护材料，例如可以举出层积有发挥保护功能的玻璃等脆性材料层和发挥光学功能的偏光膜等树脂层的复合材料。该复合材料需要分断成与用途对应的规定形状、规定尺寸。
以往，作为分断玻璃等脆性材料的方法，众所周知有水射流加工、激光加工、铣刀加工、冲裁加工等。这些分断方法需要端面的研磨处理、清洁处理和干燥处理(这些称为后处理)，以改善分断后脆性材料端面的品质，并且处理成本高。另外，在将这些分断方法应用于层积有脆性材料层和树脂层的复合材料的情况下，因研磨处理而使树脂层剥落，或因清洁处理使树脂层浸入清洁液中，从而有可能导致品质降低。
另一方面，已知一种通过将从与上述一般激光加工中使用的激光光源不同的超短脉冲激光光源振荡产生的激光(超短脉冲激光)照射到玻璃等脆性材料上，对脆性材料进行精密加工的技术(例如，参照专利文献1)。专利文献1所记载的使用超短脉冲激光的加工技术，生产性优良，加工后的端面不产生裂纹，品质也优良，因此根据品质要求水平，不需要端面的研磨处理等后处理，是划时代的技术。
使用超短脉冲激光的加工技术对于玻璃等脆性材料单体是有效的。然而，用于将层积有脆性材料层和树脂层的复合材料一并分断由于导致分断后端面的质量降低所以很难。例如，即使从复合材料的脆性材料层侧照射了超短脉冲激光，由于不会被形成脆性材料层的脆性材料的去除消耗而透过的超短脉冲激光，使得树脂层的端面热劣化。
另外，非专利文献1记载了在使用了超短脉冲激光的加工技术中，利用超短脉冲激光的成丝现象、将多焦点光学系统或贝塞尔光束光学系统应用于超短脉冲激光光源。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:(日本)特许第6239461号公報
非专利文献1：约翰洛佩斯(John Loopez)等，“使用超短脉冲贝塞尔光束的玻璃切割(GLASS CUTTING USING ULTRANSHORT PULSED BESSEL BEAMS)”、[online]、2015年10月、International Congerence on Applications of Lasers&Electro-Optics(ICALEO)、[平成29年12月20日检索]、网址(URL:https://www.researchgate.net/publication/284617626_GLA SS_CUTTING_USING_ULTRASHORT_PULSED_BESSEL_BEAMS)
发明内容
发明所要解决的课题
本发明是为了解决上述现有技术的问题而完成的，其课题在于提供不会产生分断后的脆性材料层的端面的裂纹、或分断后的树脂层的端面的严重热劣化而能够分断复合材料的方法。
为了解决上述课题，本发明的发明人经过了仔细研究发现了，在将从一般的激光加工中使用的激光光源振荡产生的激光照射到树脂层来去除形成树脂层的树脂后，将从超短脉冲激光光源振荡产生的激光照射到脆性材料层上将形成脆性材料层的脆性材料去除的话，则不会产生分断后的脆性材料层的端面的裂纹、或分断后的树脂层的端面的严重热劣化而能够可分断复合材料，从而完成了本发明。
即，为了解决上述课题，本发明第一方面提供一种复合材料的分断方法，将层积有脆性材料层和树脂层的复合材料进行分断，其特征在于，具有：树脂去除工序，通过将从激光光源振荡产生的激光沿着所述复合材料的分断预定线照射到所述树脂层而将形成所述树脂层的树脂去除，由此形成沿着所述分断预定线的加工槽；脆性材料去除工序，在所述树脂去除工序后，通过将从超短脉冲激光光源振荡产生的激光沿着所述分断预定线照射到所述脆性材料层而将形成所述脆性材料层的脆性材料去除，由此形成沿着所述分断预定线的加工痕迹；复合材料分断工序，在所述脆性材料去除工序后，通过沿所述分断预定线施加外力，由此将所述复合材料分断；在所述脆性材料去除工序中形成的加工痕迹是沿所述分断预定线的针眼状的贯通孔，该贯通孔的间距在10μm以下。
根据本发明的第一方法，在树脂去除工序中，通过去除形成树脂层的树脂，形成了沿着分断预定线的加工槽后，在脆性材料去除工序中，去除形成脆性材料层的脆性材料，由此形成沿着相同的分断预定线的加工痕迹。在脆性材料去除工序中形成的加工痕迹是沿着分断预定线的针眼状的贯通孔，由于该贯通孔的间距为10μm以下，所以在复合材料分断工序中，通过沿着分断预定线施加外力，能够相对容易地分断复合材料。
根据本发明第一方法，在脆性材料去除工序中，由于将从超短脉冲激光光源振荡产生的激光照射到脆性材料层而将形成脆性材料层的脆性材料去除，所以不会在分断后的脆性材料层的端面部产生裂纹。另外，根据本发明第一方法，由于在脆性材料去除工序前，在树脂去除工序中，将从激光光源振荡产生的激光向树脂层照射而去除形成树脂层的树脂，所以在分断后的树脂层的端面不会产生严重的热劣化。即，根据本发明的第一方法，能够不会产生分断后的脆性材料层的端面的裂纹、或分断后的树脂层的端面的严重热劣化而能够分断复合材料。
另外，在本发明的第一方法中，所谓“将激光沿着所述复合材料的分断预定线照射到所述树脂层”是指从复合材料的厚度方向(脆性材料层和树脂层的层叠方向)来看，沿着分断预定线将激光照射到树脂层上。另外，在本发明的第一方法中，“激光沿着所述分断预定线照射到所述脆性材料层”是指从复合材料的厚度方向(脆性材料层和树脂层的层叠方向)来看，沿着分断预定线将激光照射到脆性材料层上。关于后述的本发明的第二方法也同样。
另外，在本发明第一方法中，树脂去除工序中使用的激光光源的种类，只要能够利用振荡产生的激光去除形成树脂层的树脂，则不特别限定。但是，在能够提高激光相对于复合材料的相对移动速度(加工速度)这一点上，优选使用振荡产生红外线波长的激光的CO2激光光源或CO激光光源。关于后述的本发明第二方法也同样。
在本发明第一方法中，由于在脆性材料去除工序中形成的加工痕迹是针眼状的贯通孔，所以为了分断复合材料，在脆性材料去除工序之后，需要沿着分断预定线施加外力的复合材料分断工序。
然而，在脆性材料去除工序中，如果将从超短脉冲激光光源振荡产生的激光的相对于脆性材料层的沿着分断预定线的相对移动速度设定得小，或者将超短脉冲激光光源的脉冲振荡产生的重复频率设定得大，则沿着分断预定线形成一体连接的贯通孔(长孔)作为加工痕迹。因此，在去除脆性材料后，即使不施加沿着分断预定线的外力，复合材料也会被分断。
即，为了解决上述课题，本发明作为第二方法为一种复合材料的分断方法，将层积有脆性材料层和树脂层的复合材料分断，其特征在于，具有：树脂去除工序，通过将从激光光源振荡产生的激光沿着所述复合材料的分断预定线照射到所述树脂层，由此去除形成所述树脂层的树脂，形成沿着所述分断预定线的加工槽；脆性材料去除工序，在所述树脂去除工序后，通过将从超短脉冲激光光源振荡产生的激光沿着所述分断预定线照射到所述脆性材料层而将形成所述脆性材料层的脆性材料去除，由此分断所述复合材料。
根据本发明第二方法，不会产生分断后的脆性材料层的端面的裂纹或分断后的树脂层的端面的严重热劣化而能够分断复合材料。
在本发明第一和第二方法中，有时在去除树脂工序中将形成树脂层的树脂去除而形成的加工槽的底部产生树脂的残渣。在这种情况下，在脆性材料去除工序中，若从加工槽侧向脆性材料层照射从超短脉冲激光光源振荡产生的激光，则激光受树脂残渣的影响，有可能无法在脆性材料层形成适合分断的加工痕迹。另一方面，如果过度提高从激光光源振荡产生的激光的功率而可靠地去除树脂形成加工槽，则不容易避免脆性材料层的损坏。对于受到损伤而扭曲的脆性材料层，即使从加工槽侧照射由超短脉冲激光光源振荡产生的激光，也有可能无法形成适当的加工痕迹。
如上所述，为了避免在脆性材料层上不能形成适当的加工痕迹，在本发明第一方法和第二方法的所述脆性材料层去除工序中，将从所述超短脉冲激光光源振荡产生的激光从与通过所述树脂去除工序形成的所述加工槽相反的一侧照射到所述脆性材料层。
根据上述优选的方法，由于将从超短脉冲激光光源振荡产生的激光从与加工槽相反的一侧照射，所以即使在加工槽的底部产生树脂残渣，也不受残渣的影响，能够在脆性材料层上形成适当的加工痕迹。
或者，为了避免在脆性材料层上不能形成适当的加工痕迹的风险，在本发明的第一和第二方法中，优选还具有清洁工序，通过在所述脆性材料去除工序前清洁通过所述树脂去除工序形成的所述加工槽，由此去除形成所述树脂层的树脂的残渣，在所述脆性材料去除工序中，从所述加工槽侧向所述脆性材料层照射从所述超短脉冲激光光源振荡产生的激光。
根据上述的优选方法，由于在清洁工序中，去除形成树脂层的树脂残渣，即使在脆性材料去除工序中，从加工槽侧向脆性材料层照射从超短脉冲激光光源振荡产生的激光，激光也不受到树脂残渣的影响，从而在脆性材料层能够形成适当的加工痕迹。
在本发明的第一和第二方法中，在所述脆性材料去除工序中，优选通过利用从所述超短脉冲激光光源振荡产生的激光的成丝现象，或者将多焦点光学系统或贝塞尔光束光学系统应用于所述超短脉冲激光光源，由此去除形成所述脆性材料层的脆性材料。
根据上述的优选方法，能够在脆性材料层上形成尺寸精度良好的加工痕迹。
在本发明的第一和第二方法中，作为所述树脂层，可例举偏光膜等光学膜。
发明效果
根据本发明，不会产生分断后的脆性材料层的端面的裂纹或分断后的树脂层的端面的严重热劣化而能够分断复合材料。
附图说明
图1是示意性地说明本发明第一实施方式的复合材料的分断方法的顺序的说明图。
图2是示意性地说明本发明第一实施方式的复合材料的分断方法的顺序的说明图。
图3是示意性地说明本发明第三实施方式的复合材料的分断方法的顺序的说明图。
图4是示意性地说明有关实施例1的试验的概要的图。
具体实施方式
＜第一实施方式＞
以下，适当参照附图对本发明第一实施方式的复合材料的分断方法进行说明。
图1和图2是示意性地说明本发明第一实施方式的复合材料的分断方法的顺序的说明图。图1(a)是表示第一实施方式的分断方法的树脂去除工序的剖视图，图1(b)是表示第一实施方式的分断方法的脆性材料去除工序的剖视图，图1(c)是表示第一实施方式的分断方法的复合材料分断工序的剖视图。图2(a)是表示第一实施方式的分断方法的脆性材料去除工序的平面图，图2(b)是表示第一实施方式的分断方法的脆性材料去除工序的立体图。另外，在图2中，省略了超短脉冲激光光源30的图示。
第一实施方式的分断方法是将层积有脆性材料层1和树脂层2的复合材料10在厚度方向(脆性材料层1和树脂层2的层积方向、图1的上下方向、Z方向)上分断的方法。
脆性材料层1和树脂层2通过任意的适当方法层积。例如，脆性材料层1和树脂层2可通过所谓的辊对辊方式层积。也就是说，将长尺寸的脆性材料层1和长尺寸的树脂层2在长度方向上输送的同时，使彼此的长度方向一致而相互粘贴，能够将脆性材料层1和树脂层2层积。另外，将脆性材料层1和树脂层2分别切断成规定形状后，也可以层积。脆性材料层1和树脂层2代表性地隔着任意适当的粘着剂和粘接剂(未图示)而层积。
作为形成脆性材料层1的脆性材料，可例举玻璃和单晶硅或多晶硅。
作为玻璃，根据基于成分的分类，可例举钠石灰玻璃、硼酸玻璃、铝硅酸玻璃、石英玻璃及蓝宝石玻璃。另外，根据基于碱成分的分类，可例举无碱玻璃、低碱玻璃。玻璃的碱金属成分(例如Na2O、K2O、Li2O)的含量优选为15重量％以下，更优选为10重量％以下。
脆性材料层1的厚度优选为200μm以下，更优选为150μm以下，更优选为120μm以下，特别优选为100μm以下。另一方面，脆性材料层1的厚度优选为5μm以上，更优选为20μm以上。若脆性材料层1的厚度在这样的范围内，则可以通过辊对辊的方式与树脂层2层积。
在形成脆性材料层1的脆性材料是玻璃的情况下，脆性材料层1的波长550nm的光透射率优选为85％以上。在形成脆性材料层1的脆性材料是玻璃的情况下，脆性材料层1的波长550nm下的折射率优选为1.4～1.65。在形成脆性材料层1的脆性材料是玻璃的情况下，脆性材料层1的密度优选为2.3g/cm3～3.0g/cm3，更优选为2.3g/cm3～2.7g/cm3。
在形成脆性材料层1的脆性材料是玻璃的情况下，作为脆性材料层1，可以直接使用市场销售的玻璃板，也可以将市场销售的玻璃板磨成期望的厚度来使用。作为市场销售的玻璃板，例如可列举康宁公司生产的“7059”、“1737”或“EAGLE2000”、旭硝子公司生产的“AN100”、NH技术玻璃公司生产的“NA-35”、日本电气硝子公司生产的“OA-10”、Shot公司生产的“D263”或“AF 45”。
作为树脂层2，可例举由聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)等丙烯酸树脂、环状烯烃聚合物(COP)、环状烯烃共聚物(COC)、聚碳酸酯(PC)、聚氨酯树脂、聚乙烯醇(PVA)、聚酰亚胺(PI)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚氯乙烯(PVC)、聚苯乙烯(PS)、三醋酸纤维素(TAC)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、乙烯-醋酸乙烯(EVA)、聚酰胺(PA)、硅酮树脂、环氧树脂、液晶聚合物、各种树脂发泡体等塑料材料形成的单层膜、或由多个层构成的层叠膜。
在树脂层2是由多个层构成的层积膜时，也可以在层间夹着丙烯酸酯粘合剂、聚氨酯粘合剂、硅酮粘合剂等各种粘合剂和粘接剂。
另外，在树脂层2的表面，也可以形成氧化铟锡(ITO)、Ag、Au、Cu等导电性无机膜。
第一实施方式的分断方法，特别适合于树脂层2是用于显示器的偏光膜或相位差膜等各种光学膜时使用。
树脂层2的厚度优选为20～500μm。
另外，在图1所示的例子中，图示了树脂层2是偏光片21和剥离垫23经由粘接剂22层积而成的层积膜的例子。
第一实施方式的分断方法包括树脂去除工序、脆性材料去除工序、复合材料分断工序。以下，对各工序依次进行说明。
[树脂去除工序]
如图1(a)所示，在树脂去除工序中，通过将从激光光源20振荡产生的激光L1沿着复合材料10的分断预定线照射到树脂层2上而将形成树脂层2的树脂去除，由此形成沿着分断预定线的加工槽24。
在图1和图2所示的例子中，图示了在复合材料10的面内(XY二维平面内)正交的两个方向(X方向和Y方向)中沿Y方向延伸的直线DL是分断预定线的情况。分断预定线DL实际上也可以作为视觉上可识别的显示实际描绘在复合材料10上，也可以预先在控制激光L1和复合材料10在XY二维平面上的相对位置关系的控制装置(未图示)中输入其坐标。图1和图2所示的分断预定线DL是预先在控制装置中输入其坐标、实际上在复合材料10中未描绘的虚拟线。另外，分断预定线DL不限于直线，也可以是曲线。通过根据复合材料10的用途决定分断预定线DL，能够将复合材料10分断成与用途对应的任意形状。
在第一实施方式中，作为激光光源20，使用振荡产生的激光L1的波长为红外区域的9～11μm的CO2激光光源。
但是，本发明不限于此，作为激光光源20，也可以使用振荡产生的激光L1的波长为5μm的CO激光光源。
另外，作为激光光源20，也可以使用使可见光及/或紫外线(UV)振荡产生的脉冲激光光源。作为将可见光及/或UV振荡产生的脉冲激光光源，可例举振荡产生的激光L1的波长为532nm、355nm、349nm或266nm(Nd:YAG、Nd:YLF或以YVO4为介质的固态激光光源的高阶谐波)的激光光源、振荡产生的激光L1的波长为351nm、248nm、222nm、193nm或157nm的准分子激光光源、振荡产生的激光L1的波长为157nm的F2激光光源。
另外，作为激光光源20，也可使用振荡产生的激光L1的波长是紫外线区域以外，并且脉冲宽度为飞秒或皮秒级的脉冲激光光源。如果使用从该脉冲激光光源振荡产生的激光L1，则可诱发基于多光子吸收过程的消融加工。
另外，作为激光光源20，也可使用振荡产生的激光L1的波长为红外线区域的半导体激光光源和光纤激光光源。
如上所述，在本实施方式中，由于作为激光光源20使用CO2激光光源，所以以下将激光光源20称为“CO2激光光源20”。
作为沿着复合材料10的分断预定线照射激光L1的方式(扫描激光L1的方式)，例如可以考虑将片状的复合材料10载置在XY2轴工作台(未图示)上进行固定(例如，吸附固定)，根据来自控制装置的控制信号驱动XY2轴工作台，由此改变复合材料10相对于激光L1的XY二维平面上的相对位置。此外，还考虑通过固定复合材料10的位置、使用根据来自控制装置的控制信号驱动的Galbano反射镜或多边形反射镜使从CO2激光光源20振荡产生的激光L1偏转，来变更照射复合材料10的激光L1在XY二维平面上的位置。另外，也可以同时进行使用了上述的XY2轴工作台的复合材料10的扫描和使用了Galbano反射镜等的激光L1的扫描。
CO2激光光源20的振荡形式既可以是脉冲振荡也可以是连续振荡。激光L1的空间强度分布可以是高斯分布，并且为了抑制在脆性材料层1中的激光L1的去除对象以外的部分的损伤，可以使用衍射光学元件(未图示)等整形成平顶分布。也可以不受激光L1的偏振状态的限制，是线性偏振、圆偏振和随机偏振的任一形式。
通过将激光L1沿着复合材料10的分断预定线DL照射到树脂层2(由偏光膜21、粘接剂22及剥离辊23构成的层叠膜)，在形成树脂层2的树脂中，伴随着被照射了激光L1的树脂(偏光膜21、粘接剂22及剥离衬层23的被激光L1照射的部分)的红外线吸收而引起局部温度上升，该树脂飞散，由此该树脂从复合材料10中去除，在复合材料10中形成加工槽24。为了抑制从复合材料10去除的树脂的飞散物再附着于复合材料10上，优选在分断预定线DL附近设置集尘机构。为了抑制加工槽24的槽宽变大，优选以照射树脂层2的位置处的光点直径为300μm以下的方式将激光L1聚光，更优选以使光点直径在200μm以下的方式将激光L1聚光。
另外，根据本发明者的见解，在以伴随激光L1照射的树脂的红外光吸收而产生的局部温度上升为原理的树脂的去除方法的情况下，不管树脂的种类和树脂层2的层构造如何，都根据树脂层2的厚度，估计形成加工槽24所需的投入能量。具体而言，基于树脂层2的厚度，可根据以下式(2)来估计形成加工槽24所需的通过以下式(1)表示的投入能量。
投入能量[mJ/mm]＝激光L1的平均功率[mW]/加工速度[mm/sec]···(1)
投入能量[mJ/mm]＝0.5×树脂层2的厚度[μm]···(2)
实际设定的投入能量优选设定为上述式(2)中估计的投入能量的20％～180％，更优选设定为50％～150％。对于这样估计的投入能量设置余量是由于形成树脂层2的树脂的光吸收率(激光L1的波长的光吸收率)、树脂的熔点和分解点等热物性的不同，在形成加工槽24所需的投入能量中产生差异。具体而言，例如，准备适用第一实施方式的分断方法的复合材料10的样品，以上述优选范围内的多个投入能量进行在该样品的树脂层2上形成加工槽24的预备试验，从而决定适当的投入能量即可。
[脆性材料去除工序]
如图1(b)以及图2所示，在脆性材料去除工序中，通过将在树脂去除工序后，将从超短脉冲激光光源30振荡产生(脉冲振荡产生)的激光(超短脉冲激光)L2沿着分断预定线DL照射到脆性材料层1而将形成脆性材料层1的脆性材料去除，由此形成沿着分断预定线DL的加工痕迹11。
作为沿着分断预测线DL照射激光L2的方式(扫描激光L2的方式)，可采用与沿着分断预测线DL照射上述的激光L1的方式相同的方式，因此在此省略详细说明。
形成脆性材料层1的脆性材料通过利用从超短脉冲激光光源30振荡产生的激光L2的成丝现象、或者将多焦点光学系统(未图示)或贝塞尔光束光学系统(未图示)应用于超短脉冲激光光源30而被去除。
另外，在上述非专利文献1中记载了利用超短脉冲激光的成丝现象、将多焦点光学系统或贝塞尔光束光学系统应用于超短脉冲激光光源。另外，德国Trumpf公司还销售将多焦点光学系统应用于超短脉冲激光光源的玻璃加工产品。因此，利用超短脉冲激光的成丝现象、将多焦点光学系统或贝塞尔光束光学系统应用于超短脉冲激光光源为公知技术，因此在此省略详细说明。
在第一实施方式的脆性材料去除工序中形成的加工痕迹11是沿着分断预定线DL的针眼状的贯通孔。通孔的间距P由脉冲振荡产生的重复频率和激光L2相对于复合材料10的相对移动速度(加工速度)决定。为了简便且稳定地进行后述的复合材料分断工序，将贯通孔的间距P设定为10μm以下。更优选地，将贯通孔的间距P设定为5μm以下。贯通孔的直径大多情况下在5μm以下形成。
从超短脉冲激光光源30振荡产生的激光L2的波长优选为在形成脆性材料层1的脆性材料是玻璃的情况下表示高的光透射率的500nm～2500nm。由于有效地引起非线性光学现象(多光子吸收)，所以激光L2的脉冲宽度优选在100皮秒以下，更优选在50皮秒以下。激光L2的振荡方式可以是单脉冲振荡或突发模式的多脉冲振荡。
在第一实施方式的脆性材料去除工序中，将从超短脉冲激光光源30振荡产生的激光L2从与在树脂去除工序中形成的加工槽24相反的一侧照射到脆性材料层1。在图1(a)、(b)所示的例子中，以与树脂层2相对的方式，将CO2激光光源20相对于复合材料10配置在Z方向下侧，以与脆性材料层1相对的方式，将超短脉激光光源30相对于复合材料10配置在Z方向上侧。然后，在树脂去除工序中，利用从CO2激光光源20振荡产生的激光L1形成加工槽24后，停止激光L1的振荡，在脆性材料去除工序中利用从超短脉冲激光光源30振荡产生的激光L2形成加工痕迹11。
但是，本发明并不限于此，也可以将CO2激光光源20及超短脉冲激光光源30相对于复合材料10都配置在同一侧(Z方向上侧或下侧)，在树脂去除工序中使树脂层2与CO2激光光源20相对，在脆性材料去除工序中采用以脆性材料层1与超短脉冲激光光源30相对的方式使复合材料10的上下翻转的方法。
如果将从超短脉冲激光光源30振荡产生的激光L2从与加工槽24相反的一侧照射，即使在加工槽24的底部产生树脂的残渣，也不受残渣的影响，能够在脆性材料层1上形成适当的加工痕迹11。
但是，本发明并不限于此，也可以进一步包含通过在脆性材料去除工序之前清洁由树脂去除工序形成的加工槽24，从而去除形成树脂层2的树脂残渣的清洁工序。并且，在脆性材料去除工序中，也可以从加工槽24侧对脆性材料层1照射从超短脉冲激光光源30振荡产生的激光L2而形成加工痕迹11。
在清洁工序中，可适用各种湿式方式和干式方式的清洁方法。作为湿式方式的清洁方法，可例举药液浸渍、超声波清洁、干冰喷涂、微及纳米精细泡沫清洁。作为干式方式的清洁方法，可使用激光、等离子体、紫外线、臭氧等。
在清洁工序中，为了去除形成树脂层2的树脂残渣，在脆性材料去除工序中，即使从加工槽24侧向脆性材料层1照射从超短脉冲激光光源30振荡产生的激光L2，激光L2也不会受到树脂残渣的影响，能够在脆性材料层1上形成适当的加工痕迹11。
[复合材料分断工序]
如图1(c)所示，在复合材料分断工序中，在脆性材料去除工序后，通过沿着分断预定线DL施加外力，将复合材料10分断。在图1(c)所示的例子中，复合材料10被分断成复合材料片10a、10b。
作为向复合材料10施加外力的方法，可列举机械性分断(折成山状)、基于红外线激光的切断预定线DL附近部位的加热、基于超声波辊的振动附加、基于吸盘的吸附及拉起等。在通过峰折来分断复合材料10的情况下，为了使拉伸应力作用于脆性材料层1，优选将脆性材料层1作为峰侧(将树脂层2作为谷侧)地施加外力。
根据以上说明的第一实施方式的分断方法，在树脂去除工序中，通过去除形成树脂层2的树脂，在形成沿着分断预定线DL的加工槽24后，在脆性材料去除工序中，去除形成脆性材料层1的脆性材料，由此形成沿着相同的分断预定线DL的加工痕迹11。在脆性材料去除工序中形成的加工痕迹11是沿着分断预定线DL的针眼状的贯通孔，由于该贯通孔的间距为10μm以下，所以在复合材料分断工序中，通过沿着分断预定线DL施加外力，能够比较容易地分断复合材料10。
另外，根据第一实施方式的分断方法，在脆性材料去除工序中，由于将从超短脉冲激光光源30振荡产生的激光L2照射到脆性材料层1而去除形成脆性材料层1的脆性材料，所以在分断后的脆性材料层1的端面不产生裂纹。另外，根据第一实施方式的分断方法，在脆性材料去除工序之前，在树脂去除工序中，由于将从CO2激光光源20振荡产生的激光L1照射到树脂层2而去除形成树脂层2的树脂，所以在分断后的树脂层2的端面不会发生严重的热劣化。即，根据第一实施方式的分断方法，不会产生分断后的脆性材料层1的端面的裂纹、分断后的树脂层2的端面的严重的热劣化而能够分断复合材料10。
＜第二实施方式＞
在上述第一实施方式的分断方法中，由于在脆性材料去除工序中形成的加工痕迹11是针眼状的贯通孔，所以在分断复合材料10时，在脆性材料去除工序之后，需要沿着分断预定线DL施加外力的复合材料分断工序。
但是，在脆性材料去除工序中，如果将从超短脉冲激光光源30振荡产生的激光L2的相对于脆性材料层1的沿着分断预定线DL的相对移动速度设定得小，或者将超短脉冲激光光源30的脉冲振荡产生的重复频率设定得大，则形成沿着分断预定线DL一体连接的贯通孔(长孔)作为加工痕迹，因此即使在去除了脆性材料后不施加沿分断预定线DL的外力，复合材料10也被分断。
第二实施方式的分断方法是不需要施加沿着分断预定线DL的外力的方法。
即，第二实施方式的分断方法包括：树脂去除工序，通过将从CO2激光光源20振荡产生的激光L1沿着复合材料10的分断预定线DL照射到树脂层2上，由此去除形成树脂层2的树脂，形成沿着分断预定线DL的加工槽24；脆性材料去除工序，在树脂去除工序后，将从超短脉冲激光光源30振荡产生的激光L2沿着分断预定线DL照射到脆性材料层1上而去除形成脆性材料层1的脆性材料，由此分断复合材料10。
第二实施方式的分断方法与第一实施方式的分断方法的不同之处仅在于，通过在脆性材料去除工序中去除脆性材料的同时分断复合材料10而不需要第一实施方式的分断方法的复合材料分断工序，其他的步骤相同，因此，省略详细说明。
根据第二实施方式的分断方法，也可以不会产生分断后的脆性材料层1的端面的裂纹、分断后的树脂层2的端面的严重的热劣化而能够分断复合材料10。
＜第三实施方式＞
在上述的第一实施方式及第二实施方式中，说明了将脆性材料层1和树脂层2一层一层层积的复合材料10在厚度方向上分断的方法，但本发明不限于此，也可适用于将在脆性材料层两侧分别层积有树脂层的复合材料在厚度方向上分断的情况。
图3是示意性地说明本发明第三实施方式的复合材料的分断方法的顺序的说明图。另外，在图3中，省略了CO2激光光源20及激光L1以及超短脉冲激光光源30及激光L2的图示。另外，在图3中，省略了复合材料分断工序的图示。
如图3(a)所示，第三实施方式的分断方法是将在脆性材料层1的两侧分别层积有树脂层2a、2b的复合材料10A在厚度方向(Z方向)上分断的方法。脆性材料层1和树脂层2a、2b的层积方法、脆性材料层1和树脂层2a、2b的形成材料等与第一实施方式相同，因此省略详细说明。
第三实施方式的分断方法也与第一实施方式的分断方法相同，包括树脂去除工序、脆性材料去除工序、复合材料分断工序。以下，对于各工序，主要说明与第一实施方式不同的点。
[树脂去除工序]
如图3(b)以及(c)所示，在树脂去除工序中，与第一实施方式同样，通过将从CO2激光光源20振荡产生的激光L1沿着复合材料10A的分断预定线DL照射到树脂层而将形成树脂层的树脂去除，由此形成沿着分断预定线DL的加工槽。但是，在第三实施方式中，由于在脆性材料层1的两侧分别层积有树脂层2a、2b，如图3(b)所示，在任一个树脂层2a上形成加工槽24a的同时，如图3(c)所示，在另一个树脂层2b上形成加工槽24b。在图3(b)以及(c)所示的例子中，在形成了Z方向下侧的加工槽24a后，形成Z方向上侧的加工槽24b，显然也可以使形成顺序相反。
例如，将一对CO2激光光源20分别配置在与树脂层2a相对的一侧和与树脂层2b相对的一侧，使用配置在与树脂层2a相对的一侧的CO2激光光源20在树脂层2a上形成加工槽24a，使用配置在与树脂层2b相对的一侧的CO2激光光源20在树脂层2b上形成加工槽24b。在这种情况下，也可以不依次形成加工槽24a及加工槽24b，而同时形成加工槽24a及加工槽24b。
或者，在与树脂层2a及树脂层2b中的任一方相对的一侧配置单一的CO2激光光源20，使用该单一的CO2激光光源20在一方的树脂层2a上形成加工槽24a(或者在树脂层2b上形成加工槽24b)后，使复合材料10A的上下翻转，使用相同的CO2激光光源20在另一个树脂层2b上形成加工槽24b(或者在树脂层2a上形成加工槽24a)。
[脆性材料去除工序]
如图3(d)所示，在脆性材料去除工序中，与第一实施方式同样，通过在去除树脂去除工序后，将从超短脉冲激光光源30振荡产生的激光L2沿着分断预定线DL照射到脆性材料层1上而去除形成脆性材料层1的脆性材料，由此形成沿着分断预定线DL的加工痕迹。与第一实施方式同样，在脆性材料去除工序中形成的加工痕迹11是沿着分断预定线DL的针眼状的贯通孔，贯通孔的间距设定为10μm以下。
在第三实施方式中，在脆性材料层1的两侧形成加工槽24a、24b，因此，从加工槽24a、24b中的任一个加工槽侧对脆性材料层1照射从超短脉冲激光光源30振荡产生的激光L2而形成加工痕迹11。因此，例如，在从加工槽24a侧照射激光L2的情况下，优选还包含通过在脆性材料去除工序前清洁加工槽24a来去除形成树脂层2a的树脂的残渣的清洁工序。从加工槽24b侧照射激光L2的情况也同样，优选还包含通过在脆性材料去除工序前清洁加工槽24b来去除形成树脂层2b的树脂残渣的清洁工序。
[复合材料分断工序]
在复合材料分断工序中，与第一实施方式同样，通过在脆性材料去除工序后，沿着分断预定线DL施加外力，分断复合材料10A。
但是，与第二实施方式同样，在脆性材料去除工序中，如果形成沿着分断预定线DL一体连接的贯通孔(长孔)，则即使在去除了脆性材料后不施加沿着分断预定线DL的外力，复合材料10A也被分断。即，在脆性材料去除工序中，在去除脆性材料的同时，复合材料10A被分断，所以不需要沿着分断预定线DL施加外力的复合材料分断工序。
根据第三实施方式的分断方法，也可以不会产生分断后的脆性材料层1端面的裂纹、分断后的树脂层2a、2b端面的严重热劣化而能够分断复合材料10A。
以下，对进行了使用第一实施方式的分断方法(实施例)以及比较例的分断方法将复合材料10分断的试验的结果的一例进行说明。
<实施例1>
图4是示意性地说明有关实施例1的试验的概要的图。以下，在适当参照图1及图4的同时，对实施例1的测试的概要及结果进行说明。
在实施例1使用的复合材料10中，脆性材料层1由无碱玻璃形成，厚度为0.1mm。另外，树脂层2由偏光膜(由聚乙烯乙醇形成)21、粘接剂22以及剥离衬层23形成，偏光膜21和粘接剂22的总厚度为0.08mm，剥离衬层23的厚度为0.04mm(树脂层2的总厚度为0.12mm)。如图4所示，复合材料10是面内(XY二维平面内)尺寸为150mm×150mm的正方形。图4中虚线所示的直线是分断预定线。
在实施例1中，在树脂去除工序中，作为CO2激光光源20，使用霍尔公司制造的“E-400i”(振荡波长为9.4μm、脉冲振荡的重复频率为25kHz、激光L1的功率为18W、高斯光束)，使用聚光透镜将从CO2激光光源20振荡产生的激光L1聚光于光斑直径120μm，向复合材料10的树脂层2照射。将激光L1相对于复合材料10的相对移动速度(加工速度)设为400mm/sec，如图4所示，以能够分断成面内尺寸为110mm×60mm的复合材料片10c的方式沿着分断预定线扫描激光L1，形成槽宽150μm的加工槽24(参照图1)。
另外，在实施例1的树脂去除工序中，根据上述式(2)估计的投入能量为60mJ/mm。与此相对，实际的投入能量根据上述式(1)为45mJ/mm，是估计的投入能量的75％。
接着，在脆性材料去除工序中，作为超短脉冲激光光源30，使用振荡产生波长为1064nm、激光L2的脉冲宽度为10皮秒、脉冲振荡产生的重复频率为50kHz、平均功率为10W的激光光源，将从超短脉冲激光光源30振荡产生的激光L2经由多焦点光学系统，从加工槽24相反的一侧(脆性材料层1侧)照射到复合材料10的脆性材料层1。将激光L2相对于复合材料10的相对移动速度(加工速度)设为100mm/sec，沿着分断预定线扫描了激光L2，形成了间距为2μm的针眼状的贯通孔(直径1～2μm左右)作为加工痕迹11。
最后，在复合材料分断工序中，沿着分断预定线通过人手将复合材料10峰折，从而分断复合材料片10c。
通过光学显微镜观察和评价通过以上说明的实施例1获得的复合材料片10c的端面的品质，结果是在所有四个端面上，在脆性材料层1没有发生裂纹。另外，伴随树脂层2的热劣化所导致的变色区域，从端面到内侧100μm以下没有发生严重的热劣化。
而且，对复合材料片10c进行了2点弯曲试验。在2点弯曲试验中，首先如图4(b)所示，在具有固定部40、可动部50a、50b的单轴工作台的固定部40上载置复合材料片10c，在可动部50a、50b之间夹入复合材料片10c。接着，如图4(c)所示，固定可动部50a的位置，另一方面，以20mm/min的速度使可动部50b朝向可动部50a移动，在复合材料片10c作用弯曲应力。而且，根据复合材料片10c破坏时的可动部50a与可动部50b的间隔L的值，评价复合材料片10c的弯曲强度。
通过对复合材料片10c的上述两点弯曲试验得到的弯曲强度(间隔L)为75mm。由于优选的弯曲强度(间隔L)在85mm以下，所以复合材料片10c可以说具有足够的弯曲强度。
<实施例2>
在脆性材料去除工序中，除了将加工速度变更为150mm/sec(由此，作为加工痕迹11，形成了间距为3μm的针眼状的贯通孔(直径1～2μm左右)以外，在与实施例1相同的条件下进行试验，可得到与实施例1相同的复合材料片10c的端部品质及弯曲强度。
<实施例3>
在脆性材料去除工序中，除了将脉冲振荡产生的重复频率变更为30kHz，并且将加工速度变更为250mm/sec(由此，形成了间距为8.3μm的针眼状的贯通孔(直径1～2μm左右)作为加工痕迹11)以外，以与实施例1相同的条件进行了试验，得到了与实施例1相同的复合材料片10c的端面品质及弯曲强度。
<比较例1>
除了不执行树脂去除工序以外，在与实施例1相同的条件下进行试验，由于在树脂层2上未形成加工槽24，所以即使在复合材料分断工序中折成山状，也不能分断复合材料片10c。因此，强行撕扯树脂层2将复合材料片10c分断后，复合材料片10c的端面品质恶化。
<比较例2>
除了调换树脂去除工序和脆性材料去除工序的顺序以外，在与实施例1相同的条件下进行了试验，在先进行的脆性材料去除工序中，树脂层2的端面发生了热劣化。得到的复合材料片10c的弯曲强度与实施例1相同，但伴随着树脂层2的热劣化而产生的变色区域从端面到内侧为200μm，比实施例1大。另外，确认了脆性材料层1和树脂层2的界面局部的剥离。
<比较例3>
在树脂去除工序中，除了将从CO2激光光源20振荡产生的激光L1的功率变更为40W并不执行脆性材料去除工序以外，以与实施例1相同的条件进行了试验。在上述的树脂去除工序中，在树脂层2上形成加工槽24的同时，脆性材料层1也形成了浅筋。因此，在复合材料分断工序中，虽然沿着这条筋通过人手将复合材料10峰折，但无法按照切断预定线进行分断，复合材料片10c的尺寸精度变差。
<比较例4>
在脆性材料去除工序中，除了将加工速度变更为600mm/sec(由此，形成了间距为12μm的针眼状的贯通孔(直径1～2μm左右)作为加工痕迹11)以外，在与实施例1相同的条件下进行试验，在复合材料分断工序中，可分断复合材料片10c。但是，偏离切断预定线的部位随处可见，导致复合材料片10c的尺寸精度降低。
附图标记说明
1：脆性材料层
2：树脂层
10：复合材料
11：加工痕迹
20：CO2激光光源
24：加工槽
30：超短脉冲激光光源
DL：分断预定线
L1：激光
L2：激光

Claims (7)

1.一种复合材料的分断方法，将层积有脆性材料层和树脂层的复合材料进行分断，其特征在于，具有：
树脂去除工序，通过将从激光光源振荡产生的激光沿着所述复合材料的分断预定线照射到所述树脂层而将形成所述树脂层的树脂去除，由此形成沿着所述分断预定线的加工槽；
脆性材料去除工序，在所述树脂去除工序后，通过将从超短脉冲激光光源振荡产生的激光沿着所述分断预定线照射到所述脆性材料层而将形成所述脆性材料层的脆性材料去除，由此形成沿着所述分断预定线的加工痕迹；
复合材料分断工序，在所述脆性材料去除工序后，通过沿所述分断预定线施加外力，由此将所述复合材料分断；
在所述脆性材料去除工序中形成的加工痕迹是沿所述分断预定线的针眼状的贯通孔，该贯通孔的间距在10μm以下。
2.一种复合材料的分断方法，将层积有脆性材料层和树脂层的复合材料分断，其特征在于，具有：
树脂去除工序，通过将从激光光源振荡产生的激光沿着所述复合材料的分断预定线照射到所述树脂层，由此去除形成所述树脂层的树脂，形成沿着所述分断预定线的加工槽；
脆性材料去除工序，在所述树脂去除工序后，通过将从超短脉冲激光光源振荡产生的激光沿着所述分断预定线照射到所述脆性材料层而将形成所述脆性材料层的脆性材料去除，由此分断所述复合材料。
3.如权利要求1或2所述的复合材料的分断方法，其特征在于，
在所述脆性材料去除工序中，将从所述超短脉冲激光光源振荡产生的激光从与通过所述树脂去除工序形成的所述加工槽相反的一侧照射到所述脆性材料层。
4.如权利要求1或2所述的复合材料的分断方法，其特征在于，
还具有清洁工序，通过在所述脆性材料去除工序前清洁通过所述树脂去除工序形成的所述加工槽，由此去除形成所述树脂层的树脂的残渣，
在所述脆性材料去除工序中，从所述加工槽侧向所述脆性材料层照射从所述超短脉冲激光光源振荡产生的激光。
5.如权利要求1～4中任一项所述的复合材料的分断方法，其特征在于，
在所述脆性材料去除工序中，通过利用从所述超短脉冲激光光源振荡产生的激光的成丝现象，或者将多焦点光学系统或贝塞尔光束光学系统应用于所述超短脉冲激光光源，由此去除形成所述脆性材料层的脆性材料。
6.如权利要求1～5中任一项所述的复合材料的分断方法，其特征在于，
所述树脂去除工序中使用的所述激光光源是CO2激光光源。
7.如权利要求1～6中任一项所述的复合材料的分断方法，其特征在于，
所述树脂层是光学膜。
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