DE69935943T2

DE69935943T2 - Verfahren zum Erzeugen von Durchgangslöchern

Info

Publication number: DE69935943T2
Application number: DE69935943T
Authority: DE
Inventors: Toshinori Ohta-ku Hasegawa; Shin Ohta-ku Ishimatsu; Jun Ohta-ku Koide
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1998-05-20
Filing date: 1999-05-19
Publication date: 2007-12-06
Anticipated expiration: 2019-05-20
Also published as: DE69935943D1; EP0958882A2; JP3880242B2; JP2000077824A; EP0958882A3; US6423934B2; US20010008234A1; EP0958882B1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Bildung von Durchgangslöchern gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Stand der Technik
Konventionell wird das Verfahren zur Bildung von Durchgangslöchern hauptsächlich die Bearbeitung unter Verwendung von Bohrern oder ähnlichem praktiziert. Jedoch ist es schwierig, mit einer derartigen Methode ein Loch mit einem Durchmesser von beispielsweise nur 100 μm oder weniger zu erzeugen. Des Weiteren war es in den letzten Jahren im Zuge der Entwicklung der elektronischen Hochleistungsgeräte erforderlich, deren Leitungen in höherer Dichte anzuordnen. In Folge dessen besteht zunehmend Bedarf an der Herstellung feiner Löcher in kleinen Abständen, wie bei einer Leiterplatine, die ein typisches Beispiel für Dinge darstellt, für die eine größere Anzahl von Bohrvorgängen benötigt wird.
Ein diesem Bedarf entsprechendes Herstellungsverfahren ist ein Verfahren zur lokalen Bearbeitung des Objekts durch einen auf das Werkstück über eine Maske, versehen mit teilweise angeordneten Öffnungen, eingestrahlten kohärenten Strahl. Beispielsweise wird, wie in der Beschreibung der JP Nr. 60-13449 A beschrieben, wenn Durchgangslöcher auf einer Leiterplatine bearbeitet werden, bei der eine metallische Schicht auf die Oberfläche eines organischen Substrates, wie Polyimid, Polyester, Glasfaser-Epoxid gebondet ist, so vorgegangen, dass zuerst die metallische Schicht auf der Oberfläche selektiv mit dem zu erzeugenden Muster geätzt wird. Dann wird mit dieser metallischen Schicht als Maske der gebündelte Laserstrahl auf das Substrat gerichtet, um die Durchgangslöcher herauszuarbeiten. Des Weiteren wird, wie in der Beschreibung der JP Nr. 61-48582 A beschrieben, ein Präzisions-Bearbeitungsverfahren, bei dem das Ätzen und das Einstrahlen des kohärenten Laserstrahls in Kombination erfolgen, angegeben. Bei diesem Verfahren wird eine Fotoresistschicht durch das selbe Muster in der selben Position auf beiden Flächen eines Werkstückes gebildet, und dann wird der Ätzvorgang unterbrochen, bevor das Loch hindurchgeht. Danach, wenn die Fotoresistschicht entfernt wurde, wird die Gesamtzahl oder eine vorgegebene Anzahl derart gebildeter Brücken mit Hilfe des kohärenten Laserstrahls entfernt, der längs der selben Stelle verläuft wie das Fotoresistmuster.
Jedoch gibt es, wenn ein Werkstück unter Verwendung des kohärenten Laserstrahls unter Einsatz dieser Technik bearbeitet wird, das Problem, dass nur das Loch, dessen vorderes Ende enger werden kann, gebildet werden kann, aber keine anderen. Der Grund hierfür ist, dass der konvergente kohärente Laserstrahl aufgrund des Verjüngungswinkels, der gebildet wird, wenn der Laserprozess durchgeführt wird, die geneigten Flächen bestrahlt. Dann ist denkbar, dass, verglichen mit der Energiekonzentration des auf die Oberfläche eingestrahlten kohärenten Laserstrahls, die Energie des eingestrahlten kohärenten Laserstrahls in diesem Vorgang so geschwächt wird, dass sie niedriger als die Grenze der Energiekonzentration (der Schwellenwert) wird.
Da jedes der Durchgangslöcher so konfiguriert wird, dass es an einem vorderen Ende verjüngt ist (so genannte verjüngte Konfiguration), wird unvermeidlich die Differenz zwischen dem Durchmesser der Öffnung des Durchgangsloches an der Seite, an der der Laserstrahl eingefallen ist (der Eintrittsseite), und der Austrittsseite größer.
Beispielsweise wird, wenn die Leiterplatine mit leitfähigen Schichten auf und unter der Isolationsschicht versehen ist, die elektrisch miteinander verbunden sind durch die leitfähige Substanz, die in das auf der Isolationsschicht gebildete Durchgangsloch gefüllt ist, vorzugsweise die Fläche für jede Öffnung an den Kanten des Durchgangsloches vergrößert. In diesem Fall kann es, wenn die Differenz zwischen den Durchmessern der Öffnungen an den Kanten des Durchgangslochs groß ist, wie vorstehend beschrieben, in einigen Fällen schwierig sein, den ausreichenden Durchmesser der Öffnung auf der Austrittsseite zu sichern. Sollte versucht werden, den ausreichenden Durchmesser der Öffnung an der Austrittsseite zu sichern, sollte der Durchmesser der Öffnung an der Eintrittsseite größer als tatsächlich benötigt gestaltet werden. Sonach wird die Struktur für die Bildung von Durchgangslöchern, die in höherer Dichte angeordnet werden sollen, ungeeignet.
Auch wird, wenn derartige Durchgangslöcher für die Austragöffnungen eines Tintenstrahlkopfes angewandt werden, die Dicke der Austrittskanten jedes Durchgangsloches (Austragöffnung) lokal geringer, abhängig vom Verjüngungswinkel. Dadurch besteht die Gefahr, dass das Austrittsende jedes Durchgangsloches (Austragöffnung) aufgrund des wiederholten Reinigens unter Verwendung einer Klinge oder ähnlichem aufgeraut wird.
EP-A-0 719 638 beschreibt ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zur Bildung eines Durchgangsloches in einem Werkstück durch Laserabtragung, wobei eine rückseitige Oberfläche des genannten Objektes an einer Arbeitsplatte angebracht ist, die den Laserstrahl – unter Bildung des Durchgangsloches – zurück in den Wandungsabschnitt des Objektes reflektiert und dabei des Durchgangsloch an der Austrittsseite weitet und abrundet.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung ist in Anbetracht der oben diskutierten technischen Probleme entstanden. Eine Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Bildung von Durchgangslöchern bereitzustellen, um die Bildung eines jeden dieser Durchgangslöcher mit einer kleinen Differenz zwischen den Öffnungsdurchmessern zu erleichtern, und zwar unter Verwendung eines kohärenten Laserstrahls, der von einem Werkstück während der Laserabtragung reflektiert wird.
Die Erfinder richteten, um die Ziele der vorliegenden Erfindung zu erreichen, das Augenmerk auf den vom Werkstück bei der Laserabtrag-Bearbeitung reflektierten Strahl, wenn der Laserstrahl zur Abtrag-Bearbeitung über die Fotomaske auf das Werkstück projiziert wird.
Diese Ziele werden erreicht durch ein Verfahren zur Bildung eines Durchgangsloches gemäß Anspruch 1. Die abhängigen Ansprüche beziehen sich auf weitere Entwicklungen.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Bildung von Durchgangslöchern unter Einsatz eines Laserstrahls als Lichtquelle, wobei der Laserstrahl unter Verwendung eines optischen Systems über eine Fotomaske zur Bildung von Durchgangslöchern im Werkstück durch Abtrag-Bearbeitung auf letzteres projiziert wird, umfasst die Schritte zum Erhöhen der Konzentration der optischen Bearbeitungsenergie, welche zum Prozess beiträgt, unter Ausnutzung des vom Werkstück bei der Laserabtrag-Bearbeitung erzeugten reflektierten Strahls, ferner zum Erzeugen eines jeden der Durchgangslöcher durch Ausbilden einer sich verjüngend geneigten Fläche, welche den einfallenden Laserstrahl zu einer zweiten Fläche des Werkstücks reflektiert, und zum Abtragen besagter zweiter Fläche, wodurch das Durchgangsloch auf der Austrittsseite des Laserstrahls aufgeweitet wird.
Des Weiteren wird das erfindungsgemäße Verfahren zur Bildung von Durchgangslöchern mit einem Laserstrahl als Lichtquelle bereitgestellt, wobei der Laserstrahl unter Verwendung eines optischen Systems über eine Fotomaske zum Werkstück zur Bildung von Durchgangslöchern im Werkstück durch abtragende Bearbeitung projiziert wird. Für dieses Verfahren ist vorgesehen, dass die Fotomaske einen Lichtabschirmabschnitt zur Bildung des unbelichteten Abschnitts im Inneren des Durchgangsloches, welches auf dem Werkstück gebildet wird, und einen lichtdurchlässigen Abschnitt zur Bildung jedes der Durchgangslöcher umfasst.
Mit der derart ausgebildeten Struktur wird des möglich, die Energiekonzentration, welche zum Prozess beiträgt, verglichen mit der üblichen Abtrag-Bearbeitung, zu erhöhen, da der bei der Abtrag-Bearbeitung erzeugte reflektierte Strahl für die optische Bearbeitung wieder verwendet werden kann. In Folge dessen kann jedes der Durchgangslöcher leicht in der Konfiguration gebildet werden, in der das engere Ende zum weiteren Ende in der Einfallrichtung des Laserstrahls wird, in der das engere Ende zum weiteren Ende in der Einfallrichtung des Laserstrahls wird, was nicht einfach durch Anwendung der üblichen Abtrag-Bearbeitung erreicht werden kann. Gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung wird die Differenz zwischen den Öffnungsdurchmessern verkleinert, und dadurch wird ermöglicht, das Verfahren vorteilhaft zur Bildung von Durchgangslöchern anzuwenden, die in höherer Dichte angeordnet sind. Des Weiteren weist der Bereich des im Inneren des Endabschnitts des Durchgangsloches gebildeten Kantenabschnitts für die Durchgangslöcher mit dem minimalen Durchmesser keinen spitzen Winkel auf. In Folge dessen wird es, wenn die derart gebildeten Durchgangslöcher auf die vorstehend beschriebenen Austrittsöffnungen eines Tintenstrahlkopfes angewendet werden, möglich, das Aufrauen von deren Kantenabschnitten signifikant zu reduzieren.
Des Weiteren wird die Dosis der auf das Werkstück eingestrahlten Laserstrahlung mit der Struktur der derart angeordneten Fotomaske niedriger als beim konventionellen Verfahren. In Folge dessen wird es möglich, die Ausdehnung des Werkstücks aufgrund von in der Laserbearbeitung entwickelter Wärme signifikant zu reduzieren. Des Weiteren wird es möglich, mit dem unbearbeiteten Abschnitt, der im Inneren jedes Durchgangsloches verbleibt, jedes der Durchgangslöcher mit einer geringeren Strahlungsdosis zu bilden.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Ansicht, die ein Beispiel der in vorliegende Erfindung verwendeten optischen Bearbeitungsvorrichtung darstellt.
2 ist eine Ansicht, die die konventionelle optische Bearbeitungsmethode darstellt.
3 ist eine Ansicht, die die optische Bearbeitungsmethode unter Verwendung des reflektierten Strahls darstellt.
4 ist eine Ansicht, die das Koordinatensystem für die geometrische Darstellung der optischen Bearbeitungsmethode zeigt, die den reflektierten Strahl nutzt.
5 ist eine Ansicht, die die Bearbeitung zur Bildung der Durchgangslöcher unter Verwendung des durch die Verjüngungswinkel erzeugten reflektierten Strahls gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
6 ist eine schematische Ansicht, die eine Maske gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
7A und 7B sind Ansichten, die den Zustand einer Laserbearbeitung gemäß der zweiten Ausführungsform und dem konventionellen Beispiel zeigen.
8 ist eine Ansicht, die das optische Bearbeitungsverfahren unter Verwendung des reflektierten Strahls gemäß der zweiten Ausführungsform zeigt.
9 ist eine Ansicht, die das Koordinatensystem für die geometrische Darstellung des optischen Bearbeitungsverfahrens unter Verwendung des reflektierten Strahls gemäß der zweiten Ausführungsform zeigt.
10A und 10B sind Ansichten, die den Unterschied in den bearbeiteten Konfigurationen des Durchgangsloches abhängig von den Laserleistungen darstellen.
11A, 11B und 11C sind schematische Ansichten, die einen Tintenstrahlkopf gemäß einer dritten Ausführungsform zeigen.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben.
(Erste Ausführungsform)
Zuerst wird, der Beschreibung der vorliegenden Erfindung vorausgehend, das konventionelle Verfahren der optischen Bearbeitung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen beschrieben.
2 ist eine Ansicht, die das konventionelle Verfahren der optischen Bearbeitung darstellt. In 2 bezeichnet das Bezugszeichen 111 ein Werkstück; 112 den zur optischen Bearbeitung verwendeten kohärenten Laserstrahl; 113 den Verjüngungswinkel des Prozesses und 114 den reflektierten kohärenten Laserstrahl 112, erzeugt durch Reflexion aufgrund der Verjüngung des Werkstücks 111.
Wenn der Laserabtrag-Prozess durch das Einstrahlen des kohärenten Laserstrahls 112 auf das Werkstück 111 durchgeführt wird, wird ein Verjüngungswinkel 113 zuerst an der äußeren Umrisslinie des Abschnittes (dem Bearbeitungsprofil) des Werkstücks erzeugt, auf den der Laser gerichtet wird. Charakteristisch ist, dass dieser Verjüngungswinkel 113 durch die Energie des bestrahlten kohärenten Laserstrahls beeinflusst wird. Je höher die eingestrahlte Energie, desto kleiner ist der Verjüngungswinkel 113. Je niedriger die Energie des eingestrahlten kohärenten Laserstrahls, desto größer ist der Verjüngungswinkel 113. Dann, wenn ein derartiger Verjüngungswinkel vorliegt, fällt der kohärente Strahl 112 diagonal auf die Bearbeitungsfläche des Werkstücks 111. In Folge dessen wird der Laserstrahl 112 teilweise, wie bei 114 in 2, reflektiert, was es unmöglich macht, die ausreichende Energiekonzentration des Laserstrahls in dessen Einfallrichtung zu sichern. Der resultierende Prozess schreitet nahezu entlang des anfangs gebildeten Verjüngungswinkels 113 voran, und das Durchgangsloch mit dem verjüngteren vorderen Ende wird schließlich in der Verjüngungskonfiguration gebildet.
Im Gegensatz hierzu wird bei der vorliegenden Erfindung das Augenmerk auf den von dem Ziel-Werkstück während des Verfahrens reflektierten Strahl gerichtet. Dann wird das Durchgangsloch unter Verwendung dieses reflektierten Strahls derart gebildet, dass dessen Konfiguration sich von dem engeren Ende zu dem weiteren ändert.
3 ist eine Ansicht, die das Verfahren zur Bildung von Durchgangslöchern gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt. In 3 bezeichnet das Bezugszeichen 111 das Werkstück; 112 den kohärenten Laserstrahl zur Verwendung in der optischen Bearbeitung; 113 den Verjüngungswinkel des Prozesses; 114 den vom kohärenten Laserstrahl 112 erzeugten reflektierten Laserstrahl zur Verwendung bei der optischen Bearbeitung, wenn dieser von dem Verjüngungsabschnitt des Werkstücks 111 reflektiert wird.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Aspekt- bzw. Öffnungsverhältnis des Durchgangsloches höher wird, verglichen mit dem vorstehend beschriebenen konventionellen Beispiel (d.h. das Verhältnis der Tiefe d des Durchgangsloches ist größer als dessen Durchmesser w), und dass der reflektierte kohärente Laserstrahl, der in der konventionellen Durchgangslochbearbeitung nie mitgewirkt hat, wieder auf das Werkstück eingestrahlt wird.
Auch gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird das Durchgangsloch 120 mit dem engeren Ende im Ausgangszustand des Abtrag-Prozesses wie mit dem konventionellen Verfahren gebildet. Jedoch beginnt der von der Bearbeitungsoberfläche auf das Werkstück 11 reflektierte Laserstrahl 114, nachdem die Tiefe des Durchgangsloches fast die Distanz h überschreitet, auf die gegenüberliegende Seitenfläche 116 des Durchgangsloches 120 zu strahlen. An dieser Seitenfläche 116 wird der Laserstrahl 112 ebenfalls von oberhalb des Durchgangslochs eingestrahlt. Daher wird die Konzentration der Laserenergie in diesem Abschnitt gesteigert, so dass der Durchmesser des Durchgangsloches allmählich in der Bearbeitung erweitert (zum Ende hin erweitert) wird.
In dieser Beziehung wird die Seitenfläche an der gegenüberliegenden Seite des Durchgangsloches in der selben Weise bearbeitet. Daher wird die aktuelle Konfiguration schließlich so wie in 5 gezeigt.
Hier wird bevorzugt der Excimer-Laserstrahl als der in der vorliegenden Erfindung verwendete Laserstrahl verwendet.
Nun wird die Strecke h, bei der die Einstrahlung des reflektierten Strahls anfängt, nahezu von dem Durchmesser in der Öffnung des Durchgangsloches an der Einfallseite des Laserstrahls (dem Durchmesser der Maskenöffnung) und vom Verjüngungswinkel Θ bestimmt, der im Anfangszustand der Laserbearbeitung erzeugt wird. Nachfolgend wird die Beschreibung des Verhältnisses zwischen der Strecke h und w und Θ unter Bezugnahme auf 4 gegeben.
Für die Beschreibung wird der Einfachheit halber in 4 definiert, 0 an der rechten Seite der Anfangsseite des Durchgangsloches 120 für die zweidimensionale Koordinatenachse (X-Y) zu setzen. Der zur Abtrag-Bearbeitung eingestrahlte kohärente Laserstrahl 112 wird durch den Verjüngungswinkel 113 bei der Bearbeitung des Werkstücks 111 reflektiert. Der reflektierte Strahl 114 verläuft in der Richtung eines Winkels von –2Θ zur Achse Y. Daher wird dieser reflektierte Strahl im Koordinatensystem in 4 durch die folgende lineare Gleichung ausgedrückt: y = –x·tan(90° – 2Θ) (1)
Des weiteren wird die Verjüngung, die bei der Distanz w weg vom Schnittpunkt der X und Y-Achse positioniert ist und unter Θ zur Außenfläche des Werkstücks 115 ausgerichtet ist, durch die folgende quadratische Gleichung ausgedrückt: y = (x – w)·tan(90° – Θ) (2)
Es ist möglich, hieraus die Koordinate der Position bei 116, in der der reflektierte Strahl 114 wieder auf die Bearbeitungsoberfläche des Werkstücks 115 eingestrahlt wird als den Schnittpunkt der geraden Linien, die durch die Gleichungen (1) und (2) ausgedrückt, werden, zu erhalten.
Nun wird die Distanz h wie folgt als Funktion von w und Θ ausgedrückt: h = w·tan(90° – Θ)·tan(90° – 2Θ)/{tan(90° – 2Θ) + tan(90° – Θ)} (3)
Des Weiteren ist das Bezugszeichen t in 4: t = d – haus der Beziehung zwischen der Dicke d des Werkstücks 115 und der Distanz h.
Daher kann unter Anwendung des Ausdruckes (3) Folgendes ausgedrückt werden: t = d – w·tan(90° – Θ)·tan(90° – 2Θ)/{tan(90° – 2Θ) + tan(90° – Θ)} (4)
Dieser Wert t bezeichnet die innere Lage weg vom unteren Ende (dem Ausgangsseitenende des Durchgangslochs) des Werkstücks 115, in der der reflektierte Strahl 114 eine Änderung des Verjüngungswinkels verursacht.
Mit anderen Worten,
wenn t ≥ 0 ist, wird der reflektierte Strahl wieder auf die Außenfläche des Werkstücks 115 gestrahlt.
Wenn t < 0 ist, wird der reflektierte Strahl nicht wieder auf die Außenfläche des Werkstücks 115 gestrahlt und passiert die Werkstücke.
Daher wird es, wenn der Verjüngungswinkel Θ 113 oder der Öffnungsdurchmesser w des Durchgangslochs der Bedingung t > 0 genügen, möglich, die optische Bearbeitung unter Verwendung des reflektierten Strahls 114 durchzuführen.
Dann wird es, wenn der reflektierte Strahl verwendet werden kann, möglich, den gleichen Effekt zu erzielen, der durch die erhöhte Lichtstärke der Bestrahlung erreicht werden kann.
Des Weiteren ist es mit der oben beschriebenen Struktur notwendig, das Aspektverhältnis für die Struktur des Durchgangslochs zu erhöhen. Aber wenn die vorliegende Erfindung auf das Durchgangsloch mit dem niedrigeren Aspektverhältnis angewendet wird, kann es möglich sein, die gewünschte Tiefe des Durchgangslochs durch die Ausbildung der Struktur derart, dass das Werkstück in Dickenrichtung von der Seite des Einfalls des Laserstrahls nach dem Laserbestrahlungsschritt geschnitten wird, oder durch die Ausbildung der Struktur derart zu erzielen, dass die selbe Art des Materials wie das Werkstück vorher auf das Werkstück auf der Laserstrahleinfallseite aufgebunden wird, und dann, nach dem Laserbestrahlungsschritt, dieses aufgebundene Material abgelöst wird.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird das Werkstück mit Kunstharz in einer Dicke von 0,1 mm präpariert und zugleich wird die Laserleistung des Excimer-Lasers derart festgelegt, das bei der Bearbeitung der Verjüngungswinkel Θ 10° ist. Dann wird der Laserabtrag-Prozess unter Verwendung der Maske mit den Mustern verschiedener Öffnungsdurchmesser auf dem Werkstück durchgeführt, um die Durchgangslöcher zu bilden. Dabei wird jede Konfiguration der Durchgangslöcher beobachtet, und die Werte h und t werden ebenfalls gemessen und sind in Tabelle 1 gezeigt.
Tabelle 1
Wie in der Tabelle gezeigt, gibt es keine Änderung in den Verjüngungswinkeln des Durchgangslochs, wenn dessen Öffnungsdurchmesser 0.08 mm oder mehr auf der Laserstrahleinfallsseite beträgt. Grund hierfür ist, dass der vorgenannte t-Wert negativ wird, und, denkbar, der bei der optischen Bearbeitung erzeugte reflektierte Strahl nicht auf das zugewandte Werkstück gestrahlt wird. Auf der anderen Seite sollte der vorgenannte Wert t positiv werden, wenn das Loch im Werkstück kleiner als 0.06 mm ist. Hier wird in dem tatsächlichen Durchgangsloch ebenfalls kein Abschnitt beobachtet, bei dem der Verjüngungswinkel sich aufgrund des reflektierten Strahls ändert.
Wie in 1 gezeigt, umfasst die Vorrichtung, die die Abtrag-Bearbeitung unter Verwendung des vorgenannten reflektierten Strahls durchführt, den Kohärenten-Strahl-Oszillator 101 als die Lichtquelle, um den kohärenten Strahl L zu erzeugen; die Steuerung 102, welche die oszillierenden Spannungen und die oszillierenden Frequenzen des vom Oszillator ausgestrahlten kohärenten Strahls ändert; die Maske 103 mit dem Öffnungsmuster einer gewünschten Bearbeitungskonfiguration; die Verschiebe-Antriebseinrichtung 104, die die Maske frei vor- und rückwärts in axialer Richtung des kohärenten Strahls L bewegt, und die Steuerung 105, die diese Einrichtung steuert, und das optische Projektionssystem 106 zum Projizieren der Öffnungsmuster auf das Rohstück 10, die Dreh-Antriebseinrichtung 107, um das optische Projektionssystem 106 um die optische Achse des kohärenten Strahls L zu drehen, und die Steuerung 108, die diese Vorrichtung steuert. Das Rohstück 10 wird durch den beweglichen Tisch 109, der von der Steuerung 110 innerhalb der Ebene (YZ-Ebene) senkrecht zur optischen Achse (Achse X) des kohärenten Strahls L gesteuert wird, positioniert.
Die Verschiebe-Antriebseinrichtung 104 ist mit einem Antriebmechanismus ausgestattet, der einen Motor (beispielsweise einen Schritt- oder einen Servomotor) benutzt, und durch die Verwendung der Steuerung 105 wird die Maske 103 mit einer Genauigkeit von Mikrometern in beliebigen Richtungen frei beweglich gemacht, wie auf der optische Achse des kohärenten Strahls L, der Anordnungsrichtung (entlang der Achse Y in 4) des Öffnungsmusters zur Verwendung der Rillen-Bearbeitung, des Bohrens oder von beidem, oder rund um das Zentrum der optischen Achse des kohärenten Strahls L. Des weiteren ist es hinsichtlich der Bewegung der Maske an sich möglich, die stufenlose Bewegung mit einer konstanten Geschwindigkeit oder die intermittierenden Verschiebungen auszuwählen.
Des Weiteren kann es, unter Verwendung eines Computers oder ähnlichem, möglich sein, die Steuerungen 102, 105, 108 und 110 alle zusammen zu steuern, um den Kohärenten-Strahl-Oszillator 101 und jede der Antriebseinrichtungen 104, 107 und 109 zu steuern.
(Zweite Ausführungsform)
Eines der Merkmale der Struktur gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist die Maske, die vorzugsweise anwendbar ist für die Laserbearbeitung, die den vorgenannten Laserstrahl verwendet.
6 ist eine schematische Ansicht, die das Maskenmuster der vorliegenden Ausführungsform zeigt. In 6 bezeichnet das Bezugszeichen 1 die Maske. Bei dieser Maske ist der lichtdurchlässige Abschnitt 2 vorgesehen, um den Strahl hindurchzulassen. Der äußere Durchmesser dieses lichtdurchlässigen Abschnitts 2 bestimmt die Konfiguration des Durchgangslochs. In 6 bezeichnet das Bezugszeichen α die Dimension des Rahmenabschnitts und Φ den äußeren Durchmesser.
Im Inneren des lichtdurchlässigen Abschnitts 2 ist der Lichtabschirmabschnitt 3 derart angeordnet, dass er von dem lichtdurchlässigen Abschnitt 2 umrahmt ist.
Wenn dieses Maskenmuster (nachfolgend ist die Maske, die dieses Maskenmuster hat, als „gerahmte Maske" bezeichnet) für die Laserabtrag-Bearbeitung verwendet wird, verbleibt auf dem Werkstück der noch zu verarbeitende Abschnitt im Durchgangsloch entsprechend dem vorgenannten Lichtabschirmabschnitt 3. Dieser unbearbeitete Abschnitt wird vom umgebenden Werkstück separiert, wenn die Laserbearbeitung auf dem lichtdurchlässigen Abschnitt 2 durchgeführt wird. Daher wird dieser unbearbeitete Abschnitt, wenn das Durchgangsloch eingebracht wird, vom Durchgangsloch durch die Anwendung der Laserenergie abgebaut. In Folge dessen wird das Durchgangsloch wie in dem Fall gebildet, in dem der Lichtabschirmabschnitt 3 für das Innere des lichtdurchlässigen Abschnitts 2 der konventionellen Maske nicht vorgesehen ist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Laserenergie durch das Vorhandensein des vorgenannten unbearbeiteten Abschnitts verkleinert, wenn sie entsprechend auf das Werkstück gestrahlt wird. Daher wird die Ausdehnung des Werkstücks, verglichen mit dem konventionellen Verfahren, signifikant unterdrückt und es ermöglicht, eine gewünschte Bearbeitung durchzuführen, auch wenn die Durchgangslöcher in höherer Dichte gebildet werden sollten. Weiter haftet, wenn die Laserabtrag-Bearbeitung durchgeführt wird, ein Nebenprodukt bzw. Rückstand an der Peripherie einer Öffnung. Jedoch wird gemäß der vorliegenden Erfindung die Anzahl solcher Haftpartikel im Vergleich zu dem konventionellen Verfahren signifikant reduziert. Insbesondere wenn die Austragöffnungen eines Tintenstrahlkopfes durch Abtragen bearbeitet werden, können die anhaftenden Partikel dieser Art die Drehung der Tintenfließrichtung bewirken. Daher ist es konventionell notwendig, einen extra Schritt zum Entfernen solcher Haftpartikel anzuordnen. Mit der Struktur der vorliegenden Erfindung wird dieser Schritt zum Entfernen der Haftpartikel unnötig oder vereinfacht.
Des Weiteren wird es gemäß der vorliegenden Erfindung möglich, die Strahlung zu vermindern, die im Durchgangsloch nahe dem Endabschnitt der Laserstrahlaustrittsseite erzeugt werden kann.
Nun wird die Beschreibung des Mechanismus gegeben, mit dem der Grat am Durchgangsloch mittels der Struktur der vorliegenden Erfindung reduziert wird.
7A ist eine Ansicht, die den Zustand der konventionellen Laserbearbeitung darstellt. 7B ist eine Ansicht, die den Zustand der Laserbearbeitung der vorliegenden Erfindung darstellt.
In 7A bezeichnet das Bezugszeichen 300 ein Werkstück, 303 ein Durchgangsloch, und 304 einen Laserstrahl.
Wenn das Werkstück 300 durch Laserabtrag-Bearbeitung bearbeitet wird, wird eine Struktur gebildet, als ob eine flächige Abdeckung 301 auf der Oberfläche des Werkstücks angeordnet wird, unmittelbar bevor das Durchgangslochs eingebracht wird.
Dann wird der Laserstrahl 304 aus diesem Zustand weiter eingestrahlt, um diese Abdeckung 301 mehr zu bearbeiten, und bringt dabei das Durchgangsloch 303 ein. Wenn der Laserstrahl 304 imstande ist, das Innere des Durchgangslochs 303 bei gleichmäßiger Geschwindigkeit zu bearbeiten, fliegt die Abdeckung gerade in der Bearbeitungsrichtung heraus. Wenn die Bearbeitungsgeschwindigkeit des Laserstrahls 304 im Inneren des Durchgangslochs variiert wird, wird der Abschnitt, wo die Bearbeitungsgeschwindigkeit langsamer ist, ein Scharnier 302. Als Ergebnis bewegt sich die Abdeckung 302 wie das Öffnen einer Tür. Dann wird der Scharnierabschnitt 302 durch den von der Bewegung der Abdeckung 301 ausgeübten Stoß abgetrennt. Dann wird an diesem Abschnitt ein Grat erzeugt.
Im Gegensatz hierzu ermöglicht die in der vorliegenden Erfindung ausgebildete Struktur, dass der unbearbeitete Abschnitt 305 noch am Abdeckungsabschnitt verbleibt, unmittelbar bevor das Durchgangsloch eingebracht wird, wie in 7B gezeigt. Verglichen mit der Abdeckung ist das Volumen dieses unbearbeiteten Abschnittes 305 weitaus größer. Folglich kann der Abdeckungsabschnitt 305 nicht herausfliegen, bis dessen Verbindungsabschnitt 306 vollständig durch den Laserstahl 304 entfernt ist, auch wenn die Bearbeitungsgeschwindigkeit des Laserstrahls 304 im Inneren des Durchgangslochs 303 variiert wird. Als Ergebnis wird der unbearbeitete Abschnitt 305 nicht scharnierartig abgelenkt, um die Erzeugung jeglichen Grats an diesem Abschnitt zu erschweren.
In dieser Hinsicht sind, wenn die Austragöffnungen eines Tintenstrahlkopfes mit dem vorgenannten Verfahren gebildet werden, konventionell kleine Grate teilweise an den Austrittskanten von Durchgangslöchern (Austragöffnungen) erzeugt worden, und es ist zu befürchten, dass, abhängig von der Konfiguration des Grates, die Tintenaustragrichtung schließlich gedreht wird. Mit der oben beschriebenen Struktur wird die Erzeugung kleiner Grate erschwert. Dann werden die Tintenstrahlköpfe mit ausgezeichneter Tintenaustragsrichtung mit einer besseren Produktionsausbeute hergestellt.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform werden 140 Durchgangslöcher auf einem Werkstück gebildet durch die Einstrahlung eines Excimer-Lasers mit der Laserleistung von 750 mj/cm²·Impuls auf ein Polysulfonmaterial von 60 μm Dicke unter Verwendung der Maske, die den Öffnungsdurchmesser (Einfallseite) jedes Durchgangslochs mit 40 μm, den Durchmesser jedes unbearbeiteten Anteils mit 20 μm und die Anordnungsdichte der Durchgangslöcher mit 600 dpi erzeugen kann. Des weiteren, als vergleichbares Beispiel, werden die Durchgangslöcher im gleichen Zustand gebildet, aber unter Verwendung einer Maske mit dem gleichen Öffnungsdurchmesser jedes Durchgangslochs, ohne Lichtabschirmabschnitte: mit dem Ergebnis, dass alle mit dem Verfahren der vorliegenden Erfindung zur Bildung von Durchgangslöchern gebildeten Durchgangslöcher in ihrer Konfiguration auf der Laserstrahlaustrittsseite gleichmäßig werden, einige der Durchgangslöcher des Vergleichsbeispiels Grate aufweisen und dass das Anhaften eines Rückstandes in großem Umfang bewirkt wird. Des weiteren wird das Werkstück mit 12 mm Breite verwendet: mit dem Ergebnis, dass das gemäß der vorliegenden Ausführungsform bearbeitete Werkstück eine Ausdehnung von 2 μm in dessen Breite aufweist, das Vergleichsbeispiel aber ungefähr eine Ausdehnung von 6 μm. Somit werden gemäß der vorliegenden Erfindung die Durchgangslöcher nicht nur gleichmäßig in ihrer Konfiguration gebildet, sondern die Ausdehnung des Werkstücks kann auch signifikant reduziert werden.
Nun wird die Beschreibung der Struktur unter Nutzung der vorher beschriebenen gerahmten Maske gegeben, die auf das Verfahren zur Änderung der Verjüngungswinkel bei der optischen Bearbeitung unter Nutzung des reflektierten Strahls angewandt ist.
Nachfolgend wird in Verbindung mit 8 ein Verfahren zur Erzeugung des reflektierten Strahls beschrieben, um die Verjüngungswinkel eines Werkstücks unter Verwendung des vorgenannten reflektierten Strahls zu ändern. In 8 bezeichnet das Bezugszeichen 111 ein Werkstück, 112 den kohärenten Laserstrahl zur Verwendung des optischen Prozesses, 114 den reflektierten kohärenten Strahl, welcher erzeugt wird, wenn der kohärente Strahl 112 zur Verwendung des optischen Prozesses von dem Verjüngungswinkelabschnitt des Werkstücks 111 reflektiert wird; 117 den unbearbeiteten Abschnitt, wo kein kohärenter Strahl auf das Werkstück 111 eingestrahlt wird; 120 ein Durchgangsloch; W das Außenmaß der auf dem Werkstück 111 durch Anwendung des optischen Prozesses gebildeten Konfiguration. Dieses Bezugszeichen W entspricht dem Durchmesser des vorstehend beschriebenen lichtdurchlässigen Abschnitts. Des Weiteren bezeichnet das Bezugszeichen Wm die Breite des unbearbeiteten Abschnitts 117 auf der Seite des Werkstücks, wo der Strahl eingestrahlt wird. Diese Wm entspricht dem Durchmesser des vorstehend beschriebenen Lichtabschirmabschnitts. Das Bezugszeichen Wt bezeichnet die Distanz zwischen dem unbearbeiteten Abschnitt 117 und dem Werksstück 111 an der Einfallseite des Laserstrahls.
Wenn die Abtrag-Bearbeitung durch Einstrahlen des kohärenten Laserstrahls 112 auf das Werkstück 111 durchgeführt wird, erscheint der Verjüngungswinkel 113 zuerst an der äußeren Kontur des Abschnitts des Werkstücks, wo der Laser bestrahlt (der bearbeiteten Konfiguration). Dieser Verjüngungswinkel 113 wird durch die Energie des so eingestrahlten kohärenten Laserstrahls 112 beeinflusst. Charakteristisch ist, dass, je höher die eingestrahlte Energie ist, desto kleiner der Verjüngungswinkel 113 und dass, je niedriger die Energie des bestrahlten kohärenten Laserstrahls 112 ist, desto größer der Verjüngungswinkel 113 wird. Dann fällt, wenn ein solcher Verjüngungswinkel auftritt, der kohärente Laserstrahl 112 diagonal auf die Bearbeitungsoberfläche des Werkstücks 111 ein. In Folge dessen wird der Laserstrahl 112 bei 114 in 8 teilweise reflektiert, was es unmöglich macht, die ausreichende Energiekonzentration in der Einfallrichtung des Laserstrahls 112 zu sichern, und die Bearbeitung verläuft nahezu entlang des Verjüngungswinkels 113, der anfänglich gebildet wird.
Danach, wenn die Tiefe des Durchgangslochs 120 die Distanz h überschreitet, beginnt der von der Bearbeitungsoberfläche auf das Werkstück 111 reflektierte Laserstrahl 114 auf den unbearbeiteten Abschnitt 117 einzustrahlen. Ebenso beginnt der von der Bearbeitungsoberfläche des unbearbeiteten Abschnitts 117 reflektierte Laserstrahl, auf die gegenüberliegende Seitenfläche 116 des Durchgangslochs 120 einzustrahlen. In diesen Abschnitten wird der Laserstrahl 112 auch aus dem obigen Durchgangsloch eingestrahlt. Daher wird die Konzentration der Laserenergie erhöht und somit der Durchmesser des Durchgangslochs allmählich erweitert (größer zum Ende hin).
Nun, wenn es beabsichtigt ist, den reflektierten Strahl für die Laserbearbeitung unter Verwendung der üblichen Maske anzuwenden, besteht die Notwendigkeit, das Aspektverhältnis des Durchgangslochs zu erhöhen (d.h. das Verhältnis der Tiefe d des Durchgangslochs größer zu machen als dessen Durchmesser w). Im Gegensatz dazu liegt infolge die Struktur der vorliegenden Ausführungsform der reflektierte Strahl von der Bearbeitungsoberfläche des unbearbeiteten Abschnitts zusätzlich zu jenem von der Bearbeitungsoberfläche des Durchgangslochs vor. Daher besteht kein Bedarf, das Aspektverhältnis zu erhöhen, verglichen mit dem Fall, wo der reflektierte Strahl für die Laserbearbeitung unter Verwendung der üblichen Maske eingesetzt wird.
Nun wird die Prüfung des Zustandes durchgeführt, der die Anwendung des reflektierten Strahls gestatten kann, wenn die gerahmte Maske verwendet wird.
Jeder der auf das Werkstück 111 und den unbearbeiteten Abschnitt 112 reflektierten Strahlen 114 des kohärenten Strahls 112 ist um die Distanz Wt voneinander weg positioniert, und es zeigt sich, dass der reflektierte Strahl wieder zum Punkt 116 am Verjüngungswinkel der Außenfläche des Werkstücks 111 mit der Dicke d eingestrahlt wird. Die Position, wo der reflektierte Strahl wieder eingestrahlt wird, beginnt mit der Position mit dem Abstand h vom oberen Ende des Werkstücks 111. Nun, in Verbindung mit 9, wird beschrieben, wie sich die Distanz h als Funktion von Wt und Θ ausdrücken lässt.
Zur Erleichterung der Beschreibung wird die Achse der zweidimensionalen Koordinate (X-Y) definiert, wie in 9 gezeigt. Hier wird der Schnittpunkt der X-Achse und der Y-Achse am oberen Endabschnitt des Durchgangslochs auf der linken Seite in 9 gesetzt.
Der zur Ausführung der Abtrag-Bearbeitung eingestrahlte kohörente Strahl wird am Verjüngungswinkelabschnitt Θ des Werkstücks reflektiert, und der reflektierte Strahl 114 verläuft in Richtung des Winkels 20. Daher wird der reflektierte Strahl im Koordinatensystem in 9 wie folgt ausgedrückt: y = –x·tan(90° – 2Θ) (5)
Des Weiteren wird der um die Distanz Wt weg positionierte Verjüngungswinkelabschnitt mit dem Winkel Θ des gegenüberliegenden unbearbeiteten Abschnitts 117 im Koordinatensystem in 9 wie folgt ausgedrückt: y = (x – Wt)·tan(90° – 2Θ) (6)
Hieraus ist die Koordinate des Abschnitts 116, wo der reflektierte Strahl 114 am Verjüngungswinkelabschnitt des entgegentretenden unbearbeiteten Abschnitts 117 reflektiert wird, bestimmbar als der Schnitt-Abschnitt der geraden Linien, dargestellt durch die Ausdrücke (5) und (6).
Nun wird der absolute Betrag h durch folgende Funktion von Wt und Θ ausgedrückt: h = (Wt/2)·tan(90° – 2Θ) (7)
Daher wird der reflektierte Strahl, wenn die Tiefe (die Dicke des Werkstücks) d des Durchgangslochs größer ist als h, wieder eingestrahlt. Also ist das Verhältnis, das es ermöglichen kann, dass der reflektierte Strahl eingestrahlt wird, wie folgt: d > (Wt/2)·tan(90° – 2Θ) (8)
Jedoch wird, da Wt als die Dimension des Werkstücks definiert ist, die Distanz WT zwischen dem lichtdurchlässigen Abschnitt und dem Lichtabschirmabschnitt auf der tatsächlichen Maske, betrachtet als: d > (K·WT/2)·tan·(90° – 2Θ) (9)worin der Kontraktionskoeffizient des optischen Systems als K gegeben ist. Daher wird es möglich, die optische Bearbeitung unter Verwendung des reflektierten Strahls 114 auszuführen, wenn die Distanz WT zwischen dem lichtdurchlässigen Abschnitt und dem Lichtabschirmabschnitt der vorgenannten Bedingung entspricht.
Des Weiteren ändert sich der Verjüngungswinkel Θ abhängig von den Laserleistungen, wie vorher beschrieben. Jedoch ist üblicherweise dessen Bereich zwischen 3° und 20°. Im Ergebnis könnte es möglich werden, wenn der Θ = 3° ist, den reflektierten Strahl in den meisten Fällen zu verwenden, wenn die folgende Beziehung gilt: d > (K·WT/2)·tan(90° – 2·3°)04.76·K·WT (10)
Daher ist klar, dass unter Bezugnahme auf die vorliegende Ausführungsform, wenn nur die Dimension der Distanz WT zwischen dem lichtdurchlässigen Abschnitt und dem Lichtabschirmabschnitt auf der Maske und die Dicke d des Werkstücks der Funktion (6) entsprechen kann, der Verjüngungswinkel durch Nutzung des vom Verjüngungswinkelabschnitt der Außenfläche des Werkstücks reflektierten kohärenten Strahls verkleinert werden kann.
Auch wird, wenn die Größe des unbearbeiteten Abschnitts kleiner als die Auflösung des bestrahlten kohärenten Strahls gemacht wird, der unbearbeitete Abschnitt eliminiert, während die Bearbeitung zur Erzielung der gewünschten Konfiguration fortschreitet.
Mit der so ausgebildeten Struktur, wie oben beschrieben, werden die Verjüngungswinkel unter Verwendung des reflektierten Strahls änderbar gemacht, auch wenn das Durchgangsloch nicht mit einem höheren Aspekt konfiguriert wird. Ebenso ist festzustellen, dass diese Struktur einen unerwarteten Effekt erbringen kann. Mit anderen Worten wird der Bereich des offenen Lochs nicht einfach durch Laserleistung beeinflusst, wenn der Laserabtrag-Prozess unter Verwendung des reflektierten Strahls und Nutzung der vorgenannten Maske durchgeführt wird.
Nachfolgend wird dieser Abtragprozess detailliert in Verbindung mit den 10A und 10B beschrieben.
Wenn die übliche Maske für die Bearbeitung verwendet wird, werden die Verjüngungswinkel (bei 1103 im niedrigeren Leistungsbereich der Bearbeitung und bei 1113 im höheren Leistungsbereich der Bearbeitung), durch die gestrichelten Linien in den 10A und 10B dargestellt, gebildet, wobei die Verjüngungswinkel proportional zu den Bearbeitungsleistungen (bei 1106 im niedrigeren Leistungsbereich der Bearbeitung und bei 1114 im höheren Leistungsbereich der Bearbeitung) sind.
In diesem Fall wird, wenn die gerahmte Maske 1201 verwendet wird, ein unbearbeiteter Abschnitt am zentralen Teil entsprechend dem Lichtabschirmabschnitt 1202 an der gerahmten Maske gebildet. Am unbearbeiteten Abschnitt hat der Verjüngungswinkelabschnitt (bei 1103 im niedrigeren Leistungsbereich der Bearbeitung und bei 1113 im höheren Leistungsbereich der Bearbeitung), dargestellt durch die gestrichelten Linien in den 10A und 10B, Verjüngungswinkel proportional zu den Bearbeitungsleistungen (bei 1106 im niedrigeren Leistungsbereich der Bearbeitung und bei 1114 im höheren Leistungsbereich der Bearbeitung).
Wenn die Bearbeitungsenergie niedrig ist, ist der Verjüngungswinkel Θ1 1106, der in der üblichen Bearbeitung erzielbar ist, groß, wie in 10A gezeigt. Unter diesen Umständen ist der unter Verwendung der gerahmten Maske 1201 auf dem unbearbeiteten Abschnitt 1104 im Inneren der bearbeiteten Konfiguration gebildete Verjüngungswinkel entsprechend dem Winkel Θ1 bei 1106. Da dieser Winkel Θ1 bei 1106 groß ist, wird der von dem unbearbeiteten Abschnitt 1104 reflektierte Laserstrahl 1105 wieder oberhalb der Verjüngungswinkelfläche 1103 (dem durch eine gestrichelte Linie dargestellten Abschnitt) in den Prozess eingestrahlt. Der Laserstrahl 1105 wird wieder von oberhalb eingestrahlt, um die Strahlungsenergie an diesem Abschnitt zu steigern. Daher wird der Verjüngungswinkel im Prozess (dargestellt durch durchgehende Linien) kleiner.
Wenn die Bearbeitungsenergie hoch ist, ist der Verjüngungswinkel Θ2 1114, der bei der üblichen Bearbeitung erzielbar ist, klein, wie in 10B gezeigt. Unter diesen Umständen ist der unter Verwendung der gerahmten Maske 1201 am unbearbeiteten Abschnitt 1104 im Inneren der bearbeiteten Konfiguration gebildete Verjüngungswinkel entsprechend dem Winkel Θ2 bei 1114. Da dieser Winkel Θ2 bei 1114 klein ist, wird der von dem unbearbeiteten Abschnitt 1104 reflektierte Laserstrahl 1105 wieder unterhalb des zugewandten Verjüngungswinkels 1113 (dem durch eine unterbrochene Linie dargestellten Abschnitt) in den Prozess eingestrahlt. Der Laserstrahl 1105 wird wieder eingestrahlt, um die Bestrahlungsenergie an diesem Abschnitt zu steigern. Als Ergebnis wird der Verjüngungswinkel im Prozess (dargestellt durch durchgehende Linien) kaum kleiner gemacht. Daher wird der kleinere Verjüngungswinkel Θ2 bei 1114, der grundsätzlich durch die höhere Energiebearbeitung erzeugt wird, vorherrschend, um die Bearbeitung der Austragöffnungen zu bewirken, die jeweils einen größeren Öffnungsbereich haben.
Hier ist es gemäß der vorliegenden Ausführungsform möglich, aus den vorgenannten Gründen die durch die Änderungen der Laserleistungen ausgeübten Einflüsse aufzunehmen. Daher kann die Variation der Öffnungsflächen der Durchgangslöcher signifikant verringert werden.
Die Erfinder haben die folgenden Experimente durchgeführt, um die Wirkungen der vorliegenden Erfindung zu bestätigen.
Zuerst wird ein Polysulfon-Kunstharz von 60 μm Dicke als Werkstück vorbereitet. Dann wird der Durchmesser des lichtdurchlässigen Abschnitts der Maske derart mit dem optischen Kontraktionssystem definiert, dass der Öffnungsbereich des Durchgangslochs auf der Einfallseite 1,385 μm wird. Danach wird durch Veränderung der Größe des im Inneren des lichtdurchlässigen Abschnitts angeordneten Lichtabschirmabschnitts die Prüfung der Veränderungsbedingung des Öffnungsbereiches des Durchgangslochs an der Ausgangsseite durchgeführt.
Hinsichtlich der Laserleistungen werden dementsprechend zwei Varianten angenommen, nämlich 652 mj/cm²·Impuls bei hoher Leistung und 895 mj/cm²·Impuls bei niedrigerer Leistung. Die Ergebnisse werden in Tabelle 2 gezeigt. In der Tabelle ist die Größe des Lichtabschirmabschnitts durch dessen Verhältnis zum lichtdurchlässigen Abschnitt dargestellt (nachfolgend bezieht sich dieses Verhältnis auf das Rahmenmaß und wird definiert als Rahmenmaß = Außendurchmesser des lichtdurchlässigen Abschnitts/Außendurchmesser des Lichtabschirmabschnitts (%)).
Der Tabelle 2 ist zu entnehmen, dass, je höher das Rahmenmaß, desto größer der Öffnungsbereich des Durchgangslochs an der Ausgangsseite wird, und gleichzeitig werden die Änderungen des Öffnungsbereiches in Abhängigkeit von den Laserleistungen kleiner. Jedoch wird es unmöglich, ein Objekt mit dem Rahmenmaß von 90% oder mehr zu bearbeiten, da das Abschirmverhältnis zu hoch wird. Des Weiteren geht klar aus der Graphik hervor, dass die Wirkung des Rahmens unmerklich wird, wenn das Rahmenmaß ungefähr 30% oder mehr beträgt. Daher wird das Rahmenmaß der Maske vorzugsweise bei 30 bis 80% festgelegt.
Tabelle 2
Tabelle 2 (fortgesetzt)
In dieser Hinsicht zeigt die gerahmte Maske der vorliegenden Ausführungsform ausgezeichnete Wirkung, insbesondere wenn sie in dem Verfahren zur Bildung von Durchgangslöchern unter Verwendung des reflektierten Strahls angewandt wird.
Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht zwangsläufig auf dieses Verfahren beschränkt. Die Erfindung zeigt ebenso die vorgenannte Wirkung, wenn sie bei der üblichen Laserbearbeitung ohne Nutzung des reflektierten Strahls angewandt wird.
(Dritte Ausführungsform)
Nun wird das Beispiel beschrieben, in dem dieses Verfahren zur Bildung von Durchgangslöchern bei der Bildung der Austragsöffnungen eines Tintenstrahlkopfes angewandt wird.
Die Druckqualität eines Tintenstrahldruckers hängt zum großen Teil von den Eigenschaften der aus den Austragöffnungen, die als Öffnungen dienen, aus denen Tinte entsprechend ausgetragen wird, ausgetragenen Tinte ab. Die Tintenaustrageigenschaften werden im Wesentlichen durch die Konfiguration und den Durchmesser jeder Austragöffnung bestimmt. Als Verfahren zur Bildung der Austragöffnungen gibt es, vereinfacht dargestellt, zwei Verfahren. Es wurde das Elektroforming unter Einsatz von Metallplatten oder eine Bildung durch eine Funkenerosions-Bearbeitung vorgeschlagen, und ein Verfahren zur Bearbeitung eines Materials, wie organischem Polymer-Kunstharz, durch Sublimierung (Abtragung) unter Verwendung von Ultraviolettlasern oder Hochenergielasern, die üblicherweise durch den Excimer-Laser repräsentiert werden. Derzeit wird hauptsächlich jedoch das Präzisions-Bearbeitungsverfahren praktiziert, das den Ultraviolettlaser verwendet. Wenn das Material, wie organisches Polymer-Kunstharz, durch Abtragung unter Verwendung des Ultraviolettlasers mit der für den Sublimierungsprozess geeigneten Energiekonzentration gemäß der konventionellen Technik bearbeitetet wird, wird die Bearbeitungsfläche allmählich von der Eintrittsseite des Lasers zu dessen Austrittsseite reduziert. Die bearbeitete Konfiguration wird die so genannte verjüngte Form. Hier wird die Austragöffnungskonfiguration, die zur Erhöhung der Druckqualität eines Tintenstrahlkopfes benötigt wird, verjüngt, um schließlich an der Tintenaustragseite enger zu werden. Daher sollte das Laserbearbeitungsverfahren derart ausgebildet sein, dass der Laser von der Tintenzufuhrseite (der Tintenflussweg-Seite der Austragöffnungsplatte) eingestrahlt wird, wie beispielsweise in der Beschreibung der JP Nr. 02-187346 A beschrieben.
Jedoch ist in einem derartigen Fall der Laserbearbeitung bekannt geworden, dass der Grad der Verjüngung abhängig von den verwendeten Laserleistungen verändert wird. Weiter wird, im Hinblick auf die Druckqualität, die Länge der Tintenaustragöffnung in etwa von 10 μm bis 100 μm benötigt. Natürlich ist dementsprechend die gleiche Dicke für die Platte der Austragöffnungen erforderlich. Als Ergebnis kann, wenn die Austragöffnungen durch das oben beschriebene Verfahren gebildet werden, der Durchmesser jeder Austragöffnung an der Tintenaustragseite (der Laseraustrittsseite) variiert werden, abhängig von jedem der Köpfe. Wenn der Durchmesser jeder Austragöffnung variiert, muss der Kopf die Information, die Austragseigenschaften zu korrigieren, liefern, nachdem eine Austrag-Überprüfung durchgeführt wurde, die auf die Fertigstellung jedes Kopfes folgt. Dies gilt insbesondere für einen Tintenstrahlkopf, der mit einer Vielzahl von Austragöffnungsgruppen versehen ist, oder einen Tintenstrahldrucker mit einer Mehrzahl daran montierter Tintenstrahlköpfe.
Im Gegensatz dazu wird, wenn der Laserstrahl von der Tintenaustragseite eingestrahlt wird, der Durchmesser jeder Austragöffnung kaum durch die Veränderung der Laserleistung beeinflusst. Jedoch ist die Konfiguration jeder Austragöffnung zwangsläufig derart gestaltet, dass sie an der Tintenaustragseite weiter wird.
Daher wird es, wenn die Laserbearbeitung unter Verwendung des reflektierten Strahls, zur Bildung der Austragöffnungen eines Tintenstrahlkopfes angewandt wird, möglich, jede Austragöffnung in der verjüngten Form zu bilden, die zur Tintenaustragseite enger wird, auch wenn der Laserstrahl von der Tintenaustragseite eingestrahlt wird.
Hierzu sind die 11A und 11C Ansichten, die einen Tintenstrahlkopf darstellen, auf den das vorgenannte Verfahren zur Bildung von Austragöffnungen angewendet wird.
In den 11A und 11C bezeichnet das Bezugszeichen 33 ein Substrat. Auf diesem Substrat sind die Tintenaustrags-Druckerzeugungselemente 34, wie elektrothermische Wandlerelemente oder elektromechanische Wandlerelemente, angeordnet. Die Tintenaustrags-Druckerzeugungselemente 34 sind in den Tintenflusswegen 31 jeweils in Verbindung mit den Austragöffnungen 21 angeordnet. Jede der Tintenflusswege 31 ist verbunden mit der gemeinsamen Flüssigkeitskammer 32. An die Flüssigkeitskammer 32 ist ein Tintenzufuhrrohr (nicht gezeigt) angeschlossen, um Tinte vom Tintentank durch dieses Tintenzufuhrrohr zu befördern. Des Weiteren bezeichnet das Bezugszeichen 35 die Deckplatte mit zurückgesetzten Abschnitten, die die Tintenflusswege 31 und die gemeinsame Flüssigkeitskammer 32 bilden. Wenn diese Deckplatte mit dem Substrat 33 verbunden wird, werden die Tintenflusswege 31 und die gemeinsame Flüssigkeitskammer 32 gebildet. Des weiteren ist die Austragöffnungsplatte 20 mit den daran angeordneten Austragöffnungen 21 an dem Endabschnitt des verbundenen Körpers des Substrats 33 und der Deckplatte 35 an der Tintenflussweg-Kantenseite vorgesehen. Der derart strukturierte Tintenstrahlkopf wird auf folgende Weise hergestellt.
Es wird zuerst das Substrat 33 durch Strukturieren der Heizer 34, die die Wärmeerzeugungs-Widerstandelemente zur Verwendung der Erzeugung des Tintenausstrahldrucks sind, und der integrierten Schaltungen, wie Schieberegister und andere, sowie der elektrischen Leitungen am Siliziumsubstrat erzeugt. Zur gleichen Zeit wird auf der Siliziumplatte die Deckplatte 35 durch chemisches Ätzen der zurückgesetzten Abschnitte, die die Tintenflusswege 31 und die Tintenflüssigkeitskammer 32 werden, sowie Tintenzuführöffnung hergestellt. Danach werden das Substrat 33 und die Deckplatte 35 derart ausgerichtet, dass die Endfläche auf der Tintenaustragöffnungs-Seite und die Anordnungen der Tintenflusswege 31 und der Heizer 34 in Ausrichtung miteinander stehen. Dann wird die Austragöffnungsplatte 20 vor der Bildung der Austragöffnungen an der Kantenfläche des integrierten Körpers aus der Deckplatte 35 und dem Substrat 33 an der Tintenaustragöffnungs-Seite befestigt. In diesem Zustand werden die Austragöffnungen unter Verwendung der Laserbearbeitungsapparatur gebildet, in 1 gezeigt ist und die einen Excimer-Laser auf die Austragöffnungsseite von der Tintenaustragseite durch die gerahmte Maske der zweiten Ausführungsform einstrahlen lässt. Danach wird die Leiterplatine mit den Anschlüssen zur Nutzung der Wärme-Ansteuerung (nicht gezeigt) befestigt, und zugleich wird die Aluminiumbasisplatte an dem Substrat 33 befestigt. Dann werden der Halter, der jedes Teil hält, und der Tintentank zur Aufnahme der Tinte miteinander verbunden, um einen Tintenstrahlkopf zusammenzusetzen. Der so erhaltene Tintenstrahlkopf zeigt die Konfiguration mit dem verengten vorderen Ende an der Eintrittsseite des Laserstrahls, und es werden an keiner der Öffnungskonfigurationen Grate beobachtet.
In dieser Hinsicht kann es möglich sein, dass die Zusammensetzung des Substrats 33 mit einem integrierten Schaltkreischip, beinhaltend den strukturierten Heizer 34 mit der Struktur, beinhaltend die Deckplatte, die mit Nuten, die zu Tintenflusswegen 31 werden, versehen ist, den abgesetzten Abschnitt, der zur Tintenkammer 32 wird und die Tintenzuführöffnung, sowie die Tintenaustragöffnung 200, bevor die Austragöffnungen vollständig durch Polysulfon oder einigen anderen Kunststoffen mittels Spritzverfahren gebildet werden, einzustellen und zu befestigen, und dann die Austragöffnungen 21 unter Verwendung des oben beschriebenen Austragöffnungs-Bearbeitungsverfahrens zu bilden. Danach wird die Leiterplatine mit den Schaltungen zur Nutzung der thermischen Ansteuerung (nicht gezeigt) befestigt und zur gleichen Zeit wird die Aluminiumbasisplatte am Substrat 33 befestigt. Danach werden der Halter, der jedes Teil hält, und der Tintentank zum Zuführen von Tinte verbunden, um einen Tintenstrahlkopf zusammenzusetzen.
Hier sollte, unabhängig von der Struktur eines Tintenstrahlkopfes, die Austragöffnungs-Bearbeitung der vorliegenden Erfindung in einem Bearbeitungsschritt vorzugsweise nach dem Schritt durchgeführt werden, in dem die Austragöffnungsplatte, für welche Austragöffnungen noch zu erzeugen sind, an dem Teil (Kopfgrundkörper), das diese Platte hält, befestigt wird. Mit dem so hergestellten Tintenstrahlkopf wird es möglich, die Verformung der Austragöffnungen in deren Zusammensetzung sowie die Verformung der Austragöffnungsplatte, die stattfinden kann, wenn sie an deren Halter befestigt wird, zu verhindern, oder die Verformung der Austragöffnungen so zu verhindern, dass die Richtung der Anordnung der Austragöffnungen nicht unregelmäßig wird – woraus ansonsten Positionsverschiebungen der ausgetragenen Tinte resultieren könnten.

Claims

Verfahren zur Bildung eines Durchgangslochs in einem Werkstück (111) unter Einsatz eines Laserstrahls (112) als Lichtquelle, wobei der Laserstrahl unter Einsatz eines optischen Systems über eine Fotomaske zur Bildung eines Durchgangslochs auf dem Werkstück durch abtragende Bearbeitung gerichtet wird, umfassend die folgenden Schritte: Erhöhen der Konzentration der optischen Bearbeitungsenergie, welche zu dem Prozess beiträgt, unter Einsatz des reflektierten Strahls (114), welcher durch das Werkstück bei der Laserabtrags-Bearbeitung erzeugt wird, und Bilden des Durchgangsloches durch Ausbilden einer sich verjüngend geneigten ersten Fläche, welche den einfallenden Laserstrahl auf eine zweite Fläche (116) des Werkstücks reflektiert, und Abtragen der zweiten Fläche, dadurch gekennzeichnet, dass die Laserstrahlenergie des einfallenden Laserstrahls und folglich der Verjüngungswinkel (θ) der ersten Fläche sowie die Breite des Öffnungsmusters der Fotomaske so gewählt sind, dass der an der ersten Fläche reflektierte und die zweite Fläche abtragende Laserstrahl das Durchgangsloch auf der Austrittsseite des Laserstrahls aufweitet.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Tiefe (d) des Durchgangsloches durch Schneiden des Werkstücks in Dickenrichtung des Werkstücks von der Seite des Einfalls des Laserstrahls nach dem Laserbestrahlungsschritt nach Wunsch ausgebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 2, bei dem die Dicke des Werkstücks durch Bonden von Material der gleichen Art auf das Werkstück auf der Laserstrahleinfallseite gesichert wird und das gebondete Material nach dem Laserbestrahlungsschritt abgelöst wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1–3, bei dem das Durchgangsloch ein auf einem Isolierschichtabschnitt angeordnetes Durchgangsloch ist, das mit einer leitfähigen Substanz gefüllt wird, um leitende Schichten eines Substrats oberhalb und unterhalb der Isolierschicht zu verbinden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1–4, bei dem der Laserstrahl ein Excimerlaserstrahl ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1–5, bei dem die Fotomaske versehen wird mit einem Lichtabschirmabschnitt (3) zur Bildung eines unbelichteten Abschnitts im Inneren des Durchgangslochs, welches auf dem Werkstück gebildet wird, und einem lichtdurchlässigen Abschnitt (1), der den Lichtabschirmabschnitt zur Bildung des Durchgangslochs umgibt.
Verfahren nach Anspruch 6, bei dem der vom Werkstück reflektierte Strahl (114), der bei der Laserabtragsbearbeitung erzeugt wird, der vom unbearbeiteten Abschnitt reflektierte Strahl infolge der optischen Bearbeitung ist und innerhalb der Bearbeitungskonfiguration liegt.
Verfahren nach Anspruch 6 oder Anspruch 7, bei dem das Verhältnis zwischen Außendurchmesser des lichtdurchlässigen Abschnitts und Außendurchmesser des Lichtabschirmabschnittes der Maske 30% oder mehr und 80% oder weniger beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6–8, bei dem die Dicke (d) des Werkstücks der Bedingung d > 4,76KWTgenügt, wobei K der Kontraktionskoeffizient des optischen Systems ist, und WT der Abstand zwischen lichtdurchlässigem Abschnitt und Lichtabschirmabschnitt der Maske.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1–9, bei dem das Durchgangsloch eine Austragöffnung eines Tintenstrahlkopfes ist.
Verfahren nach Anspruch 10, bei dem mit dem Laserstrahl von der Tintenaustragseite her der Tintenaustragöffnung bestrahlt wird.
Verfahren nach Anspruch 11, bei dem die Laserstrahl-Bestrahlung des Werkstückes im am Hauptkörper eines Tintenstrahlkopfes gebondeten Zustand ausgeführt wird.