JP2007021527A - レーザ加工方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】複合材料が表層の脆性材料部分に比較して充分に厚い場合切断するためには大きなパルスエネルギーおよびパルスピークが必要となり、表層の脆性材料内部および脆性材料とベース基材の境界部にマイクロクラックや応力による材料剥離が発生するという課題があった。
【解決手段】本発明のレーザ加工方法は、脆性部材を設けた被加工物の表面へレーザ光を照射するステップを有し、その後脆性部材を除去した後のベース基材へレーザ光を再度照射することで被加工物を切断する手段を備えることにより、表層の剥離やマイクロクラックない加工品質の確保ができる。
【選択図】 図１
【解決手段】本発明のレーザ加工方法は、脆性部材を設けた被加工物の表面へレーザ光を照射するステップを有し、その後脆性部材を除去した後のベース基材へレーザ光を再度照射することで被加工物を切断する手段を備えることにより、表層の剥離やマイクロクラックない加工品質の確保ができる。
【選択図】 図１
Description
本発明は、脆性材料含む複合材料をレーザ切断するレーザ加工方法に関するものである。
近年、複合材料に対し加工時に機械応力のかからないレーザ加工が注目されている。特に、複合材料が脆性材料である場合、機械加工ではマイクロクラックや応力による材料剥離が入り大きな問題となっている（例えば特許文献１参照）。
図４には、このような表層に脆性材料２０１を有する複合材料に対して、レーザ光による切断加工を実施するレーザ加工装置の構成について記載した。図４において、１０１はレーザ発振器、１０２はコリメータユニット、１０３はベンドミラー、１０４は集光レンズ、１０５はＸ−Ｙテーブルの移動軸、１０６は被加工物を固定する手段を有する加工テーブル、１０７は脆性材料を表層に有する複合材料を含む被加工物である。それでは、図４を用いて、従来の切断加工技術について説明する。レーザ発振器１０１から出力されたレーザ光は、コリメータユニット１０２で所定の集光径になるようにレーザビーム径を変換され、ベンドミラー１０３を通して集光レンズ１０４に導かれる。集光レンズ１０４は加工テーブル１０６に固定されたレーザ光を被加工物１０７上に集光し、加熱除去加工を実施する。その時、Ｘ−Ｙ移動軸１０５により、レーザ照射中被加工物１０７は移動される。
この時、特に脆性材料がある場合、材料表面にかかる熱応力をさけるため一般にパルスレーザが使用される。パルスレーザを使用することで、単位面積にかかる入熱をきめ細かく制御することが可能であり、被加工物にかかる熱応力を必要最小限にすることができる。
しかしながら、複合材料が表層の脆性材料部分に比較して充分に厚い場合切断するためには大きなパルスエネルギーおよびパルスピークが必要となる。そこで、切断に必要なパルスエネルギーおよびバルスピークを複合材料に照射すると、表層の脆性材料部（脆性材料内部および脆性材料とベース基材の境界部）にマイクロクラックや応力による材料剥離が発生する。
特開２００５−８１７１５号公報
しかし、複合材料が表層の脆性材料部分に比較して充分に厚い場合切断するためには大きなパルスエネルギーおよびパルスピークが必要となり、表層の脆性材料内部および脆性材料とベース基材の境界部にマイクロクラックや応力による材料剥離が発生するという課題があった。
本発明は、脆性部材を設けた被加工物の表面へレーザ光を照射するステップを有し、その後脆性部材を除去した後の基材へレーザ光を再度照射することで被加工物を切断する手段をとることで、表層の脆性材料内部および脆性材料とベース基材の境界部にマイクロクラックや応力による材料剥離が発生するという加工品質の問題を解決することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明のレーザ加工方法は、脆性部材を設けた被加工物の表面へレーザ光を照射するステップを有し、その後脆性部材を除去した後のベース基材へレーザ光を再度照射することで被加工物を切断する。
以上のように、本発明は脆性部材を設けた被加工物の表面へレーザ光を照射するステップを有し、その後脆性部材を除去した後のベース基材へレーザ光を再度照射することで被加工物を切断する手段をとることにより、表層の剥離やマイクロクラックない加工品質を確保することができる。
以下、本発明の実施の形態例について、図１から図３を用いて説明する。
（実施の形態１）
図１に、本発明の実施の形態１を示した。図１において、１は電子デバイスなどのチップ、２は表層にある脆性材料、３はベース基材、４はグルービング加工に適したレーザ光、５はベース基材の切断に用いるレーザ光である。それでは、図１を用いて、本発明のレーザ加工技術について説明する。本実施例の加工プロセスは２ステップからなり、最初は表層にある脆性材料２をグルービング加工に適したレーザ光４により除去加工を実施する。その結果、加工溝の表面にベース基材３が露出する。次に、脆性材料２を除去する際のレーザ光４のエネルギーに比べてレーザ光のエネルギーを高くし、ベース機材３を切断する。この時、ベース基材に照射されるレーザ光５はグルービングに適したレーザ光４より高集光性を有することが多い。
（実施の形態２）
図２には、本発明の実施の形態２を示した。図２において、１は電子デバイスなどのチップ、２は表層にある脆性材料、３はベース基材、４はグルービング加工に適したレーザ光、１１はベース基材をさらに負荷彫りするレーザ光である。それでは、図２を用いて、本発明のレーザ加工技術について説明する。本実施例の加工プロセスは３ステップからなり、最初は表層にある脆性材料２をグルービング加工に適したレーザ光４により除去加工を実施する。その結果、加工溝の表面にベース基材３が露出する。次に、脆性材料２を除去する際のレーザ光４のエネルギーに比べてレーザ光のエネルギーを高くし、ベース基材３を途中まで加工溝を深彫りする。この時、ベース基材に照射されるレーザ光１１はグルービングに適したレーザ光４より高集光性を有することが多い。最後に、被加工物を上下反転し、深堀り溝加工の底に届くまでバックサイドから研磨により削り取り、個片化する。この工法はベース基材３がレーザ光による切断限界厚さより厚い場合に有効な工法である。
（実施の形態３）
図３には、本発明の実施の形態３を示した。図３において、１は電子デバイスなどのチップ、２は表層にある脆性材料、３はベース基材、４はグルービング加工に適したレーザ光、２１はベース基材を割断するために内部応力を発生させるレーザ光、２２はレーザ光により発生した亀裂である。それでは、図３を用いて、本発明のレーザ加工技術について説明する。本実施例の加工プロセスは２ステップからなり、最初は表層にある脆性材料２をグルービング加工に適したレーザ光４により除去加工を実施する。その結果、加工溝の表面にベース基材３が露出する。次に、被加工物を上下反転し、脆性材料２を除去する際のレーザ光４のエネルギー密度に比べてレーザ光のエネルギー密度を著しく低下させ、ベース基材３の内部に局所的な熱応力を発生させる。この熱応力が破壊強度を超えると亀裂２２が発生する。この割断するために内部応力を発生させるレーザ２１を被加工物上を走査することにより、割断による亀裂２２の方向を制御して個片化する。
以上のように、本実施の各形態によれば脆性部材を設けた被加工物の表面へレーザ光を照射するステップを有し、その後脆性部材を除去した後のベース基材へレーザ光を再度照射することで被加工物を切断する手段を備えることにより、脆性材料を含む複合材料のレーザ加工技術においてマイクロクラックや応力による材料剥離などの問題を解消でき加工品質を確保することができる。
（実施の形態１）
図１に、本発明の実施の形態１を示した。図１において、１は電子デバイスなどのチップ、２は表層にある脆性材料、３はベース基材、４はグルービング加工に適したレーザ光、５はベース基材の切断に用いるレーザ光である。それでは、図１を用いて、本発明のレーザ加工技術について説明する。本実施例の加工プロセスは２ステップからなり、最初は表層にある脆性材料２をグルービング加工に適したレーザ光４により除去加工を実施する。その結果、加工溝の表面にベース基材３が露出する。次に、脆性材料２を除去する際のレーザ光４のエネルギーに比べてレーザ光のエネルギーを高くし、ベース機材３を切断する。この時、ベース基材に照射されるレーザ光５はグルービングに適したレーザ光４より高集光性を有することが多い。
（実施の形態２）
図２には、本発明の実施の形態２を示した。図２において、１は電子デバイスなどのチップ、２は表層にある脆性材料、３はベース基材、４はグルービング加工に適したレーザ光、１１はベース基材をさらに負荷彫りするレーザ光である。それでは、図２を用いて、本発明のレーザ加工技術について説明する。本実施例の加工プロセスは３ステップからなり、最初は表層にある脆性材料２をグルービング加工に適したレーザ光４により除去加工を実施する。その結果、加工溝の表面にベース基材３が露出する。次に、脆性材料２を除去する際のレーザ光４のエネルギーに比べてレーザ光のエネルギーを高くし、ベース基材３を途中まで加工溝を深彫りする。この時、ベース基材に照射されるレーザ光１１はグルービングに適したレーザ光４より高集光性を有することが多い。最後に、被加工物を上下反転し、深堀り溝加工の底に届くまでバックサイドから研磨により削り取り、個片化する。この工法はベース基材３がレーザ光による切断限界厚さより厚い場合に有効な工法である。
（実施の形態３）
図３には、本発明の実施の形態３を示した。図３において、１は電子デバイスなどのチップ、２は表層にある脆性材料、３はベース基材、４はグルービング加工に適したレーザ光、２１はベース基材を割断するために内部応力を発生させるレーザ光、２２はレーザ光により発生した亀裂である。それでは、図３を用いて、本発明のレーザ加工技術について説明する。本実施例の加工プロセスは２ステップからなり、最初は表層にある脆性材料２をグルービング加工に適したレーザ光４により除去加工を実施する。その結果、加工溝の表面にベース基材３が露出する。次に、被加工物を上下反転し、脆性材料２を除去する際のレーザ光４のエネルギー密度に比べてレーザ光のエネルギー密度を著しく低下させ、ベース基材３の内部に局所的な熱応力を発生させる。この熱応力が破壊強度を超えると亀裂２２が発生する。この割断するために内部応力を発生させるレーザ２１を被加工物上を走査することにより、割断による亀裂２２の方向を制御して個片化する。
以上のように、本実施の各形態によれば脆性部材を設けた被加工物の表面へレーザ光を照射するステップを有し、その後脆性部材を除去した後のベース基材へレーザ光を再度照射することで被加工物を切断する手段を備えることにより、脆性材料を含む複合材料のレーザ加工技術においてマイクロクラックや応力による材料剥離などの問題を解消でき加工品質を確保することができる。
本発明のレーザ加工方法は、マイクロクラックや応力による材料剥離などの問題を解消でき、脆性材料を含む複合材料のレーザ加工方法として産業上有用である。
１ ・・・電子デバイスなどのチップ
２ ・・・表層にある脆性材料
３ ・・・ベース基材
４ ・・・グルービング加工に適したレーザ光
５ ・・・ベース基材の切断に用いるレーザ光
１１・・・ベース基材をさらに負荷彫りするレーザ光
２１・・・ベース基材を割断するために内部応力を発生させるレーザ光
２２・・・レーザ光により発生した亀裂
１０１・・レーザ発振器
１０２・・コリメータユニット
１０３・・ベンドミラー
１０４・・集光レンズ
１０５・・Ｘ−Ｙテーブルの移動軸
１０６・・被加工物を固定する手段を有する加工テーブル
１０７・・脆性材料を表層に有する複合材料を含む被加工物
２ ・・・表層にある脆性材料
３ ・・・ベース基材
４ ・・・グルービング加工に適したレーザ光
５ ・・・ベース基材の切断に用いるレーザ光
１１・・・ベース基材をさらに負荷彫りするレーザ光
２１・・・ベース基材を割断するために内部応力を発生させるレーザ光
２２・・・レーザ光により発生した亀裂
１０１・・レーザ発振器
１０２・・コリメータユニット
１０３・・ベンドミラー
１０４・・集光レンズ
１０５・・Ｘ−Ｙテーブルの移動軸
１０６・・被加工物を固定する手段を有する加工テーブル
１０７・・脆性材料を表層に有する複合材料を含む被加工物
Claims (7)
- 基材の表面の少なくとも一部に脆性部材を設けた被加工物の前記表面へレーザ光を照射するステップを有し、前記脆性部材を除去する際のレーザ光のエネルギーに比べて前記脆性部材を除去した後の基材へ照射するレーザ光のエネルギーを高くし、被加工物を切断するレーザ加工方法。
- 前記脆性部材を除去する際のレーザ光のエネルギーとして、前記脆性部材を基材から一度に除去できるエネルギー以下とした請求項１記載のレーザ加工方法。
- 基材の表面の少なくとも一部に脆性部材を設けた被加工物の前記表面へレーザ光を照射するステップを有し、前記脆性部材を除去する際のレーザ光のエネルギーに比べて前記脆性部材を除去した後の基材へ照射するレーザ光のエネルギーを高くし、前記基材の途中部分までレーザ光で除去した後、前記被加工物の裏面を切削して被加工物を切断するレーザ加工方法。
- 前記脆性部材を除去する際のレーザ光のエネルギーとして、前記脆性部材を基材から一度に除去できるエネルギー以下とした請求項３記載のレーザ加工方法。
- 基材の表面の少なくとも一部に脆性部材を設けた被加工物の前記表面へレーザ光を照射するステップを有し、前記脆性部材をレーザ光で除去した後、前記脆性部材を除去した位置と反対側の前記被加工物の裏面から熱エネルギーを与えた後、冷却して熱ストレスによって被加工物を切断するレーザ加工方法。
- 前記脆性部材を除去する際のレーザ光のエネルギーとして、前記脆性部材を基材から一度に除去できるエネルギー以下とした請求項５記載のレーザ加工方法。
- 前記被加工物の裏面から与える熱エネルギーとしてレーザ光を用いた請求項５又は６記載のレーザ加工方法。
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|---|---|---|---|
| JP2005206439A JP2007021527A (ja) | 2005-07-15 | 2005-07-15 | レーザ加工方法 |
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|---|---|
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN103071928A (zh) * | 2012-12-31 | 2013-05-01 | 江苏大学 | 一种环形脉冲激光加工碳纤维复合材料小孔的方法 |
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| WO2021100201A1 (ja) * | 2019-11-22 | 2021-05-27 | 三菱重工業株式会社 | レーザ加工方法及びレーザ加工装置 |
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-
2005
- 2005-07-15 JP JP2005206439A patent/JP2007021527A/ja active Pending
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