JP2009221046A - Laser-processed object - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、レーザー光の照射部位が高強度に加工されたレーザー加工物に関する。 The present invention relates to a laser processed product in which a laser beam irradiation site is processed with high intensity.
近年、高画質の動映像を表現するディスプレイパネル用のデバイスとして、液晶パネルや有機EL(エレクトロルミネッセンス;Electro luminescence)パネル等のアクティブマトリクスタイプの画像表示装置の開発が進められている。
液晶パネルは、薄膜トランジスタ(Thin Film Transistor、以下「TFT」と略称する)等のスイッチング素子を配置した基板と、これに対向して、所定画素ごとに赤色(R)、緑色(G)及び青色(B)のカラーフィルタ層を配置した基板とを有し、この2つの基板がスペーサーを介して所定の間隔に保たれ、この間に液晶層が保持された構造となっている。
有機ELパネルは、TFTを配置したTFT基板と、陰極と陽極との間に、有機正孔輸送層、有機電子輸送層、有機発光層等を積層した多層構造を有する有機EL基板と、カラーフィルタ層を配置した基板とが積層された構造となっている。
In recent years, active matrix type image display devices such as liquid crystal panels and organic EL (Electroluminescence) panels have been developed as devices for display panels that express high-quality moving images.
A liquid crystal panel has a substrate on which a switching element such as a thin film transistor (hereinafter referred to as “TFT”) is disposed, and a red (R), green (G), and blue (G) for each predetermined pixel facing the substrate. B) a substrate on which the color filter layer is arranged, and the two substrates are held at a predetermined interval via a spacer, and the liquid crystal layer is held between them.
The organic EL panel includes a TFT substrate on which a TFT is disposed, an organic EL substrate having a multilayer structure in which an organic hole transport layer, an organic electron transport layer, an organic light emitting layer, etc. are laminated between a cathode and an anode, and a color filter. It has a structure in which a substrate on which layers are arranged is laminated.
液晶パネルや有機ELパネルは、生産効率を向上させるために、例えば縦600mm×横700mmの大面積の基板上に、携帯電話等の各デバイスの画面を構成する表示要素が複数個形成され、この大面積の基板から、各デバイスの画面を構成する小型の基板に分断されて用いられる。
液晶パネルや有機ELパネルに用いる、TFTやカラーフィルタ層が配置される基板の材料としては、一般的に光を透過する石英ガラスや無機ガラス等のガラス材料が用いられる。
In order to improve the production efficiency of liquid crystal panels and organic EL panels, for example, a plurality of display elements constituting the screen of each device such as a mobile phone are formed on a large area substrate of 600 mm length × 700 mm width. A large-area substrate is divided into small substrates that constitute the screen of each device.
As a material for a substrate on which a TFT and a color filter layer are disposed, which is used for a liquid crystal panel and an organic EL panel, a glass material such as quartz glass or inorganic glass that generally transmits light is used.
大型の基板から小型の基板に分割(ブレークダウン)する方法として、例えばガラス基板等の基板表面に溝(スクライブ)を形成し、これを起点にして基板を分断(ブレーク)する方法が一般的である。
例えば、超鋼製のカッターやダイヤモンドカッター等のメカニカルな刃(工具)を利用して適当な深さのスクライブを形成し、このスクライブを起点とした垂直なクラックの形成により基板を分断する方法が挙げられる。しかし、メカニカルな方法では、基板の表面近傍に水平方向にマイクロクラックが発生し、加工物の曲げ強度が低下するという問題がある。
As a method of dividing (breaking down) a large substrate into a small substrate, for example, a method is generally used in which a groove (scribe) is formed on the surface of a substrate such as a glass substrate, and the substrate is divided (breaked) using this as a starting point. is there.
For example, there is a method in which a scribing of an appropriate depth is formed using a mechanical blade (tool) such as a super steel cutter or a diamond cutter, and the substrate is divided by forming a vertical crack starting from the scribe. Can be mentioned. However, the mechanical method has a problem that microcracks are generated in the horizontal direction in the vicinity of the surface of the substrate, and the bending strength of the workpiece is lowered.
メカニカルな方法の他に、炭酸(CO2)ガスレーザー等の加熱レーザーを使用し、500℃程度のレーザー光をガラス基板に照射して、ガラス基板を分断する方法が挙げられる。
この方法の一例を挙げると、先ず、波長が1060nm、集光スポット径(直径)が2〜3mmの連続波又はパルス波のCO2ガスレーザーのレーザー光を、予めメカニカルな刃でイニシャルクラックを形成しておいたガラス基板の加工予定ラインに照射する。ガラス基板は、CO2ガスレーザーの照射により溶融し、照射部位が熱膨張する。
次いで、冷却水等を噴霧し、ガラス基板を急激に冷却して、ガラス基板を熱収縮させ、予めメカニカルな刃で形成しておいたイニシャルクラックを進展させて、ガラス基板を分断する。
In addition to the mechanical method, there is a method of using a heating laser such as a carbon dioxide (CO 2 ) gas laser and irradiating the glass substrate with a laser beam of about 500 ° C. to divide the glass substrate.
As an example of this method, first, an initial crack is formed with a mechanical blade in advance using a continuous wave or pulsed CO 2 gas laser with a wavelength of 1060 nm and a focused spot diameter (diameter) of 2 to 3 mm. Irradiate the planned processing line of the glass substrate. The glass substrate is melted by the irradiation of the CO 2 gas laser, and the irradiated portion is thermally expanded.
Then, cooling water or the like is sprayed, the glass substrate is rapidly cooled, the glass substrate is thermally contracted, and initial cracks previously formed with a mechanical blade are developed to divide the glass substrate.
レーザー光を使用する方法として、Nd;YAGレーザー等を使用して、レーザービームをガラス基板に照射してガラス基板を加熱する加熱工程と、ガラス基板の切断部を急冷させてマイクロクラックを形成する冷却工程を備えたガラス基板の切断方法が開示されている(特許文献1)。
この方法は、縦長形を成す均一なエネルギ密度のレーザービームを照射することによって、エネルギ密度の違いにより生じる自然な冷却を抑制し、冷却工程における熱衝撃を大きくすることによって、ガラス基板の表面及び内部にマイクロクラックを生成させてガラス基板の切断速度を早めている。
As a method of using laser light, using a Nd: YAG laser or the like, a glass substrate is irradiated with a laser beam to heat the glass substrate, and a cut portion of the glass substrate is rapidly cooled to form a microcrack. A method for cutting a glass substrate provided with a cooling step is disclosed (Patent Document 1).
This method irradiates a laser beam having a uniform energy density in a vertically long shape, thereby suppressing natural cooling caused by the difference in energy density and increasing the thermal shock in the cooling process, thereby increasing the surface of the glass substrate and Microcracks are generated inside to increase the cutting speed of the glass substrate.
また、高長波のYAGレーザー等を使用して、加工対象物の内部の所定位置に集光点を合わせるフォーカス手段と、加工対象物の割断予定ラインに沿って集光点を相対的に移動させる移動手段とを備えたレーザー加工装置が開示されている(特許文献2)。
このレーザー加工装置は、紫外線領域の波長のパルスレーザー光を加工対象物に照射し、加工対象物の内部に多光子吸収現象を生じさせ、加工対象物の表面近傍の内部に改質部を形成して、小さい力で割断予定ラインに沿って、加工対象物を割断する。
Also, using a long wave YAG laser or the like, the focusing means for aligning the focal point with a predetermined position inside the object to be processed, and the focal point is relatively moved along the planned cutting line of the object to be processed. A laser processing apparatus including a moving unit is disclosed (Patent Document 2).
This laser processing device irradiates a workpiece with pulsed laser light having a wavelength in the ultraviolet region, causes a multiphoton absorption phenomenon inside the workpiece, and forms a modified portion in the vicinity of the surface of the workpiece. Then, the workpiece is cleaved along the planned cleaving line with a small force.
また、Nd:YAG(波長:1064nm)やTi:Sapphire(波長:800nm)等の赤外波長の光源を1倍波で用い、パルス幅が100ピコ秒以下の短パルスレーザー光をガラス表面に掃引照射することにより、ガラス表面に切断用の溝を形成する方法も開示されている(特許文献3)。
この方法は、短パルスレーザー光のパルス幅を100ピコ秒以下とすることによって、熱振動の影響を少なくし、熱過程によるボンドの切断ではなく、ガラス分子の結合自体が熱を介さずに直接切断される過程を支配的にして、加工対象物(ガラス基板)を割断する。
Also, using a light source with an infrared wavelength such as Nd: YAG (wavelength: 1064 nm) or Ti: Sapphire (wavelength: 800 nm) at a first harmonic, a short pulse laser beam with a pulse width of 100 picoseconds or less is swept onto the glass surface. A method of forming a cutting groove on the glass surface by irradiation is also disclosed (Patent Document 3).
This method reduces the influence of thermal vibration by setting the pulse width of the short pulse laser beam to 100 picoseconds or less, and does not cut the bond by a thermal process, but directly bonds glass molecules without heat. The object to be processed (glass substrate) is cleaved by making the process of cutting dominant.
CO2ガスレーザーを用いてガラス基板を切断する方法は、急激な熱変換によりガラス基板を割断しているため、ガラス基板の体積が大きい程、即ち、該基板の厚さが大きい程、精度よく割断される。
近年、携帯電話等は小型化、薄型化への傾向が強く、液晶パネル等も薄型で、曲げ強度の大きいものが望まれている。そのため、例えば200μm以下の薄い基板の割断方法としては、従来のCO2ガスレーザーを用いる方法は適していない。また、薄い基板をCO2ガスレーザーで割断すると、急激な熱変換により割断された小型の基板に熱歪みが残留するおそれがある。
更に、CO2ガスレーザーを用いて基板を割断する方法は、急激な熱変換により、液晶パネル等のカラーフィルタ材料や、液晶材料、封止樹脂等に熱ダメージを与え、これらの表示素子が破壊するおそれもある。
In the method of cutting a glass substrate using a CO 2 gas laser, since the glass substrate is cleaved by rapid thermal conversion, the larger the volume of the glass substrate, that is, the greater the thickness of the substrate, the higher the accuracy. It is cleaved.
In recent years, mobile phones and the like have a strong tendency to be reduced in size and thickness, and liquid crystal panels and the like are desired to be thin and have high bending strength. Therefore, for example, a conventional method using a CO 2 gas laser is not suitable as a method for cleaving a thin substrate of 200 μm or less. Further, when a thin substrate is cleaved with a CO 2 gas laser, thermal strain may remain on a small substrate cleaved by rapid thermal conversion.
Furthermore, the method of cleaving a substrate using a CO 2 gas laser is a method of causing thermal damage to a color filter material such as a liquid crystal panel, a liquid crystal material, a sealing resin, and the like due to rapid thermal conversion, and these display elements are destroyed. There is also a risk.
引用文献1のガラス基板の切断方法は、レーザービームを照射してガラス基板を加熱し切断した後に、切断部を急冷させてマイクロクラックを生成させているので、このマイクロクラックの存在により切断されたガラス基板の曲げ強度が低下するという問題がある。
In the method of cutting a glass substrate of
引用文献2のレーザー加工装置や引用文献3のスクライブ方法を用いると、急激な熱変換を伴わずに基板を割断することが可能であるため、割断された小型の基板に残留する熱歪みや熱的ダメージを避けることができる。しかし、急激な熱変換を伴わずに基板を分断するために、基板内部に圧縮応力が生成されず、例えば強化ガラスのように、割断された基板(特にガラス基板)の強度(例えば破壊応力、曲げ強度)を大きくすることができない。
If the laser processing apparatus of cited
本発明は、上記した従来の課題に着目してなされたものであり、加工対象物にレーザー光を照射することにより、破壊応力及び/又は曲げ強度を大きくして、高強度なレーザー加工物を提供することを目的とする。 The present invention has been made paying attention to the above-described conventional problems, and by irradiating a laser beam onto a workpiece, the fracture stress and / or bending strength is increased, and a high-strength laser workpiece is obtained. The purpose is to provide.
本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意検討した結果、加工対象物に集光したレーザー光を照射することによって、レーザー光の照射部位に、圧縮応力が生成された熱変質層を形成することができ、破壊応力及び/又は曲げ強度を大きくした高強度のレーザー加工物が得られることを見出し、本発明を完成させるに至った。 As a result of intensive studies to achieve the above object, the inventors of the present invention formed a thermally deteriorated layer in which compressive stress was generated at the irradiated portion of the laser beam by irradiating the focused laser beam on the workpiece. It has been found that a high-strength laser processed product with increased fracture stress and / or bending strength can be obtained, and the present invention has been completed.
本発明のレーザー加工物は、集光したレーザー光を加工対象物に照射することにより圧縮応力が生成された熱変質層を有することを特徴とする。 The laser processed product of the present invention is characterized by having a thermally altered layer in which a compressive stress is generated by irradiating a processed laser beam with a focused laser beam.
本発明のレーザー加工物は、集光したレーザー光を照射することにより、加工対象物を構成する材料の軟化点又は融点以上に上記加工対象物が局所的に加熱され冷却されて、圧縮応力が生成された熱変質層を有することを特徴とする。 In the laser processed product of the present invention, by irradiating the focused laser beam, the processed object is locally heated and cooled above the softening point or melting point of the material constituting the processed object, and the compressive stress is increased. It has the produced | generated heat-altered layer, It is characterized by the above-mentioned.
本発明のレーザー加工物は、加工対象物に集光したレーザー光を照射することにより、レーザー光の照射部位に圧縮応力が生成された熱変質層が形成される。本発明のレーザー加工物は、圧縮応力が生成された熱変質層を有するので、破壊応力及び/又は曲げ強度が大きく、高強度なレーザー加工物を提供することができる。 The laser-processed product of the present invention irradiates a focused laser beam on a workpiece, thereby forming a thermally deteriorated layer in which a compressive stress is generated at the laser beam irradiation site. Since the laser-processed product of the present invention has a thermally deteriorated layer in which a compressive stress is generated, a high-strength laser-processed product having high fracture stress and / or bending strength can be provided.
以下、本発明について詳細に説明する。
本発明のレーザー加工物は、集光したレーザー光を加工対象物に照射することにより圧縮応力が生成された熱変質層を有する。
ガラス基板等の加工対象物に、所定の波長領域の集光されたレーザー光を照射すると、加工対象物のレーザー光の照射部位(加工部位)、即ち、レーザースポット部分が局所的に加工対象物の軟化点以上又は融点以上の温度に昇温されて軟化又は溶融し、熱膨張する。
レーザー光の照射部位(加工部位)は局所的であるので、レーザースポット部分が均一に加熱されて軟化又は溶融し、軟化又は溶融した照射部位(加工部位)が直ぐに均一に冷却され、加工物の熱膨張した部位に略均一な圧縮応力が生成された熱変質層が形成される。
本明細書において、レーザー加工物の熱変質層とは、略均一な圧縮応力が生成されている部位をいう。略均一な圧縮応力は、加工対象物を構成する材料の軟化点又は融点以上に加工対象物が加熱され、その後冷却されることによって生成される。
熱変質層を有するレーザー加工物は、メカニカルな方法により形成されたスクライブのように、単に破壊の起点となるマイクロクラックが形成されていないだけではなく、熱変質層内に圧縮応力が生成されているので、破壊応力及び/又は曲げ強度が著しく大きくなる。
また、所定の波長領域の集光されたレーザー光が、加工対象物に局所的に照射されるため、レーザー加工物の熱歪みの発生が抑制され、レーザー加工物が受ける熱ダメージを少なくすることができる。
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
The laser processed product of the present invention has a thermally deteriorated layer in which a compressive stress is generated by irradiating the processing target with a focused laser beam.
When an object to be processed such as a glass substrate is irradiated with a focused laser beam in a predetermined wavelength region, a laser beam irradiation site (processing site) of the object to be processed (that is, a laser spot portion) is locally processed. It is heated to a temperature above the softening point or above the melting point, softened or melted, and thermally expanded.
Since the laser beam irradiation part (processing part) is local, the laser spot part is uniformly heated and softened or melted, and the softened or melted irradiation part (processing part) is immediately and uniformly cooled, A thermally deteriorated layer in which a substantially uniform compressive stress is generated is formed at the thermally expanded portion.
In the present specification, the thermally deteriorated layer of the laser processed product refers to a portion where a substantially uniform compressive stress is generated. The substantially uniform compressive stress is generated by heating the workpiece to a temperature equal to or higher than the softening point or melting point of the material constituting the workpiece, and then cooling the workpiece.
The laser-processed product having a thermally deteriorated layer is not only formed with a microcrack that is the starting point of fracture, like a scribe formed by a mechanical method, but also has a compressive stress generated in the thermally affected layer. Therefore, the fracture stress and / or the bending strength is remarkably increased.
In addition, since the focused laser beam in a predetermined wavelength region is irradiated locally on the workpiece, the thermal distortion of the laser workpiece is suppressed, and the thermal damage that the laser workpiece receives is reduced. Can do.
本発明のレーザー加工物は、特定の波長領域のレーザー光を高効率で吸収し、且つ、液晶パネル又は有機ELパネル等のTFT基板やカラーフィルタ層の基板として用いられる、無アルカリガラス、石英ガラス等のガラス材料から成るものであることが好ましい。 The laser processed product of the present invention absorbs laser light in a specific wavelength region with high efficiency, and is used as a TFT substrate or a color filter layer substrate such as a liquid crystal panel or an organic EL panel. It is preferable that it consists of glass materials, such as.
加工対象物に照射するレーザー光は、加工対象物の光吸収特性に適した波長領域であり、光学レンズで容易に集光して照射できる波長領域が好ましい。そのため、レーザー光は、これらの要件を満たす200〜2000nm(0.2〜2.0μm)の波長領域であることが好ましい。
液晶パネル等の基板として用いられる透明な基板、例えばガラス材料から成る基板が加工対象物である場合は、レーザースポット部分のみを局所的に昇温させるために、正確な焦点制御が必要となる。このような正確な焦点制御を可能とするために、透明なガラスに対して透過率の高い波長領域のレーザー光を用いることが望ましい。
そのため、加工対象物がガラス材料から成る透明な基板である場合は、透過率の高い266〜532nmの波長領域のレーザー光を用いることがより好ましい。
The laser beam applied to the object to be processed is a wavelength region suitable for the light absorption characteristics of the object to be processed, and is preferably a wavelength region that can be easily condensed and irradiated with an optical lens. Therefore, it is preferable that a laser beam is a wavelength range of 200-2000 nm (0.2-2.0 micrometers) which satisfy | fills these requirements.
When a transparent substrate used as a substrate for a liquid crystal panel or the like, for example, a substrate made of a glass material, is a processing target, accurate focus control is required to locally raise the temperature of only the laser spot portion. In order to enable such precise focus control, it is desirable to use laser light in a wavelength region having a high transmittance with respect to transparent glass.
Therefore, when the object to be processed is a transparent substrate made of a glass material, it is more preferable to use laser light having a wavelength range of 266 to 532 nm with high transmittance.
特定の波長領域のレーザー光を発振するレーザー光源の駆動周波数は、加工速度等よって適切な駆動周波数が選択される。加工速度を高速化する観点から、レーザー光源の駆動周波数は、1Hz〜500MHzが好ましい。より安定した加工特性を確保するためには、レーザー光源の駆動周波数は、20KHz〜200KHzが好ましい。 An appropriate driving frequency is selected as the driving frequency of the laser light source that oscillates the laser light in a specific wavelength region depending on the processing speed and the like. From the viewpoint of increasing the processing speed, the driving frequency of the laser light source is preferably 1 Hz to 500 MHz. In order to ensure more stable processing characteristics, the driving frequency of the laser light source is preferably 20 KHz to 200 KHz.
レーザー光源は、200〜2000nm(0.2〜2.0μm)の波長領域のレーザー光を発振するものであればよく、断続的なレーザー光を発振するパルスレーザー、連続的なレーザー光を発振するCW(continuous wave)レーザー、媒体が気体のエキシマレーザー、媒体が固体であり高調波を利用する固体レーザー、短波長を利用する半導体レーザー等を用いることができる。 The laser light source only needs to oscillate a laser beam having a wavelength region of 200 to 2000 nm (0.2 to 2.0 μm), and oscillates a pulse laser that oscillates intermittent laser light and a continuous laser beam. A CW (continuous wave) laser, an excimer laser in which the medium is a gas, a solid laser in which the medium is solid and using harmonics, a semiconductor laser using a short wavelength, or the like can be used.
次に、レーザー加工装置を用いて、加工対象物を加工する方法について説明する。
図1は、本例のレーザー加工物を形成するために好適に用いられるレーザー加工装置の一例を示し、レーザー加工装置10の概略構成を説明する図である。なお、図1には、加工対象物が大型液晶パネル4である例を示している。
図1に示すように、レーザー加工装置10は、波長領域が200〜2000nmのレーザー光を発振するレーザー光源2と、レーザー光を集光する対物レンズ3を備えたレーザー加工手段と、対物レンズ3と加工対象物となる大型液晶パネル4の表面との距離を測定する2個以上のレーザー変位計5と、レーザー変位計5の測定結果に基づいて、対物レンズ3で集光されたレーザー光の焦点が、大型液晶パネル4を構成する基板表面から基板内部の所定範囲に含まれるように、対物レンズ3を駆動して焦点距離を調節する調節手段(図示略)を備えている。
Next, a method for processing an object to be processed using a laser processing apparatus will be described.
FIG. 1 shows an example of a laser processing apparatus suitably used for forming the laser processed product of this example, and is a diagram illustrating a schematic configuration of the
As shown in FIG. 1, the
レーザー変位計5は、大型液晶パネル4の平行に複数本設定された加工予定ライン(切り出しピッチ)4dと対向するように、対物レンズ3を設置した直線状のアーム6上に等間隔のアレイ状に設置されている。
The
図1に示すように、大型液晶パネル4は、水平方向に移動可能な可動ステージ7上に固定される。
大型液晶パネル4は、TFT(図示略)のスイッチング素子が配置された上側の基板4aと、これに対向して、所定画素ごとにR,G,Bのカラーフィルタ層(図示略)が配置された下側の基板4bとを備えている。この上側の基板4aと下側の基板4bは、スペーサー4cを介して所定の間隔が保たれ、この間隔に液晶層(図示略)が保持されて、スペーサー4cとスペーサー4cの間が一つの表示要素を構成している。スペーサー4cが配置されている部分が、加工予定ライン(切り出しピッチ)4dとなる。
図2は、図1に示すレーザー加工装置10の概略構成を説明する平面図である。
図2に示すように、大型液晶パネル4上に設けられた四角枠は、一つの表示要素を示し、小型液晶パネル4eに分断される大きさを示している。小型液晶パネル4e,4eの間隔が加工予定ライン(切り出しピッチ)4dとなる。
As shown in FIG. 1, the large
The large
FIG. 2 is a plan view for explaining a schematic configuration of the
As shown in FIG. 2, the square frame provided on the large-sized
本例のレーザー加工装置10は、レーザー変位計5によって、対物レンズ3と、大型液晶パネル4の上側又は下側のどちらか一方の基板表面との距離を、加工予定ライン4dに沿って正確に測定する。本例においては、対物レンズ3と、大型液晶パネル4の下側の基板4bの表面(下面)との距離を測定する。
この測定結果に基づいて、レーザー光の焦点が所定の位置となるように、調節手段(図示略)によって対物レンズ3を駆動して、基板4bと対物レンズ3との焦点距離を調節する。
調節手段としては、例えばピエゾ素子を用いることができる。また、レーザー変位計としては、例えばヘテロダイン方式や三角測量方式等の非接触式のレーザー変位計を用いることができる。
焦点距離は、レーザー変位計5の測定結果に基づいてピエゾ素子への電圧をコントロールすることによって、対物レンズ3を垂直方向(Z軸方向)に微動させて調節することができる。
The
Based on this measurement result, the
As the adjusting means, for example, a piezo element can be used. Further, as the laser displacement meter, for example, a non-contact type laser displacement meter such as a heterodyne method or a triangulation method can be used.
The focal length can be adjusted by finely moving the
図1及び図2に示すように、レーザー光源2から発振されたレーザー光は、ミラー8を経由して、水平方向に長距離伝送され、ミラー9で大型液晶パネル4の方向に変換されて、対物レンズ3で集光され、大型液晶パネル4に照射される。
As shown in FIGS. 1 and 2, the laser light oscillated from the
レーザー光の焦点は、加工対象物の厚さ100%に対して、好ましくは加工対象物表面から加工対象物内部の5%以上、より好ましくは加工対象物表面から加工対象物内部の10%以上、更に好ましくは加工対象物表面から加工対象物内部の30%以上の位置に設定する。また、レーザー光の焦点は、加工精度を向上する観点から、加工対象物である基板の厚さ100%に対して、基板内部の50%以下の位置に設定することが好ましい。
The focal point of the laser beam is preferably 5% or more inside the processing object from the surface of the processing object, more preferably 10% or more inside the processing object from the surface of the processing object, with respect to the thickness of the
レーザー光の焦点を上記範囲内に設定して、レーザー光を照射すると、基板がレーザー光を吸収して、基板内部のレーザースポット部分が局所的に基板を構成する材料の軟化点以上又は融点以上に昇温されて軟化又は溶融し、熱膨張する。
レーザー光の照射部位(加工部位)は局所的であるので、照射部位(加工部位)が均一に加熱されて軟化又は溶融し、軟化又は溶融した照射部位(加工部位)が直ぐに均一に冷却され、熱膨張した部位に略均一な圧縮応力が生成された熱変質層が形成される。
即ち、レーザー加工物の熱変質層は、レーザー光の照射により加工対象物を構成する材料の軟化点又は融点以上に局所的に、且つ均一に加熱され冷却されることで形成される。
レーザー加工物の熱変質層は、例えばパルスレーザー光の照射により加工対象物内に多光子吸収現象を生じさせて形成した改質部のように、加熱が不均一ではなく、加熱が均一であるので、熱変質層内に水平方向のマイクロクラックが生成されない。
When the laser beam focus is set within the above range and the laser beam is irradiated, the substrate absorbs the laser beam, and the laser spot portion inside the substrate locally exceeds the softening point or the melting point of the material constituting the substrate. Is softened or melted and thermally expanded.
Since the irradiation site (processing site) of the laser beam is local, the irradiation site (processing site) is uniformly heated and softened or melted, and the softened or melted irradiation site (processing site) is immediately and uniformly cooled. A thermally deteriorated layer in which a substantially uniform compressive stress is generated is formed at the thermally expanded portion.
That is, the thermally deteriorated layer of the laser processed product is formed by being heated and cooled locally and uniformly above the softening point or melting point of the material constituting the processing target by irradiation with laser light.
The heat-affected layer of the laser processed product is not heated unevenly, such as a modified part formed by causing a multiphoton absorption phenomenon in the processed object by irradiation with pulsed laser light. Therefore, horizontal microcracks are not generated in the thermally deteriorated layer.
基板内部に設定された焦点と、レーザー加工後のスクライブの深さ(Depth profile)とは相関関係にあり、両者はほぼ一致する。また、スクライブ深さとレーザー加工物に形成される熱変質層の厚さもほぼ一致する。
レーザー加工物に形成される熱変質層の厚さが大きい方が、レーザー加工物の破壊応力及び曲げ強度は大きくなるので、基板内部に設定される焦点及び焦点深度は大きい方が好ましい。
しかし、基板内部に設定される焦点が大きすぎると、高精度な加工が難しくなる。
そのため、レーザー光の焦点は、加工対象物の厚さ100%に対して、好ましくは加工対象物表面から加工対象物内部の5〜50%の位置に設定する。
レーザー光の焦点が、加工対象物の厚さ100%に対して、加工対象物表面から加工対象物内部の5%未満の位置に設定されると、スクライブが浅すぎて基板を分断できない場合があり、加工精度が低下しチッピング等が生じる場合があり、形成される熱変質層の厚さも小さくなるため好ましくない。
レーザー光の焦点が、加工対象物表面から加工対象物内部の50%を超える位置に設定されると、熱変質層の厚さは大きくなるものの、加工精度が低下しチッピング等が生じる場合があるので好ましくない。
The focal point set inside the substrate is correlated with the depth of scribe after laser processing (Depth profile). In addition, the scribe depth and the thickness of the thermally altered layer formed on the laser processed product are almost the same.
The greater the thickness of the thermally affected layer formed on the laser processed product, the greater the fracture stress and bending strength of the laser processed product, so that the focal point and depth of focus set inside the substrate are preferably large.
However, if the focal point set inside the substrate is too large, high-precision processing becomes difficult.
Therefore, the focal point of the laser beam is preferably set at a position of 5 to 50% inside the processing object from the processing object surface with respect to the thickness of the processing object of 100%.
If the focus of the laser beam is set at a position of less than 5% from the surface of the workpiece to the inside of the workpiece with respect to the thickness of the workpiece, the scribe is too shallow to divide the substrate. In addition, the processing accuracy may be reduced and chipping may occur, which is not preferable because the thickness of the heat-affected layer formed becomes small.
If the focal point of the laser beam is set at a position exceeding 50% of the inside of the object to be processed from the surface of the object to be processed, although the thickness of the thermally deteriorated layer is increased, the processing accuracy is lowered and chipping may occur. Therefore, it is not preferable.
レーザー加工物に形成される熱変質層は、加工対象物の厚さ100%に対して、レーザー光の照射部位から加工対象物の内部に向けて10%以上の範囲に形成されていることが好ましい。
図3は、加工対象物である基板1の所定の位置に焦点を設定して、レーザー光を照射し、スクライブ1aを形成した場合に、基板1に形成される熱変質層1bの範囲を模式的に示す(a)断面図及び(b)平面図である。
即ち、加工対象物が厚さ100μmの基板1である場合は、この基板1に形成される熱変質層1bは、Y(垂直)方向に、スクライブ1aの深さ10μmと略一致する深さ約10μmの範囲に形成される。また、熱変質層1bは、X(水平)方向に、スクライブ1aの深さ10μmと同程度の幅約10μmの範囲に形成される。
レーザー加工物の熱変質層を、加工対象物の厚さ100%に対して、レーザー光の照射部位から加工対象物の内部に向けて10%の範囲に形成する場合には、加工対象物の材質、照射するレーザー光の波長領域にもよるが、レーザー光の焦点を、加工対象物の厚さ100%に対して、加工対象物表面から加工対象物内部の約10%の位置に設定することが好ましい。
The heat-affected layer formed on the laser workpiece may be formed in a range of 10% or more from the laser light irradiation portion toward the inside of the workpiece with respect to the thickness of the
FIG. 3 schematically shows the range of the thermally altered
That is, when the object to be processed is the
When the heat-affected layer of the laser workpiece is formed in a range of 10% from the laser beam irradiation site to the inside of the workpiece with respect to the thickness of the
レーザー加工物に形成される熱変質層は、加工対象物の厚さ100%に対して、レーザー光の照射部位から加工対象物の内部に向けて30%以上の範囲に形成されていることがより好ましい。
加工対象物が厚さ100μmの基板である場合は、深さ30μm以上のスクライブが形成されるように、レーザー光の焦点を基板の厚さ100%に対して、基板表面から基板内部の30%以上の位置に設定することが好ましい。
厚さ100μmの基板に形成されるスクライブ深さが30μm以上であると、基板には、基板表面からY(垂直)方向に30μm以上の厚さ、スクライブからX(水平)方向に30μm以上の幅の熱変質層が形成される。
The thermally deteriorated layer formed on the laser workpiece may be formed in a range of 30% or more from the laser light irradiation portion toward the inside of the workpiece with respect to the thickness of the
When the workpiece is a substrate having a thickness of 100 μm, the laser beam is focused from the substrate surface to 30% from the substrate surface to the substrate thickness so that a scribe with a depth of 30 μm or more is formed. It is preferable to set to the above positions.
When the scribe depth formed on a substrate having a thickness of 100 μm is 30 μm or more, the substrate has a thickness of 30 μm or more in the Y (vertical) direction from the substrate surface and a width of 30 μm or more in the X (horizontal) direction from the scribe. The heat-affected layer is formed.
レーザー光の焦点深度(D.F.;Depth of Focus)は、次の(1)式で表される数値である。(1)式中、kはプロセス定数であり、λはレーザー光の波長、N.A.は対物レンズの開口率(N.A.;Numerical Aperture)である。焦点深度は、光軸方向(Z軸方向)の長さで表される。
±D(μm)=kλ/(N.A.)2 ・・・(1)
レーザー光の焦点深度は、加工対象物の厚さ100%に対して、加工対象物表面から加工対象物内部の5〜50%の範囲に含まれるように設定することが好ましい。
The depth of focus (DF) of the laser beam is a numerical value represented by the following equation (1). In the equation (1), k is a process constant, λ is the wavelength of the laser beam, and N.I. A. Is the numerical aperture (NA) of the objective lens. The depth of focus is represented by the length in the optical axis direction (Z-axis direction).
± D (μm) = kλ / (NA) 2 (1)
The depth of focus of the laser light is preferably set so as to fall within a range of 5 to 50% from the surface of the workpiece to the inside of the workpiece with respect to the thickness of the workpiece.
対物レンズ3の開口率(N.A.)は、0.01〜0.5であることが好ましい。
対物レンズの開口率(N.A.)が0.01未満であると、焦点距離が長くなり、工学系の加工機に搭載するには実用的でなく、更にレーザースポット径を50μm以下にすることが難しく、高精度な加工ができない場合がある。
一方、対物レンズの開口率(N.A.)が0.5を超えると、焦点距離が短くなり、レーザー光を照射して基板を加工する際に、飛散した被加工物が対物レンズに付着してレンズの光透過性を著しく低下させる。
対物レンズの開口率(N.A.)は、次の(2)式で表される数値である。(2)式中、nは対物レンズと加工対象物の間の媒質が有する屈折率であり、媒質が空気の場合は、n=1.0になる。また、(2)式中、θは、対物レンズの一番外側を通る光線と対物レンズの中心(光軸)との成す角度である。
N.A.=n・sinθ ・・・(2)
The aperture ratio (NA) of the
When the aperture ratio (NA) of the objective lens is less than 0.01, the focal length becomes long, which is not practical for mounting on an engineering processing machine, and further the laser spot diameter is set to 50 μm or less. It is difficult to perform high-precision processing.
On the other hand, when the numerical aperture (NA) of the objective lens exceeds 0.5, the focal length is shortened, and scattered workpieces adhere to the objective lens when the substrate is processed by irradiating laser light. Thus, the light transmittance of the lens is significantly reduced.
The numerical aperture (NA) of the objective lens is a numerical value represented by the following equation (2). In the formula (2), n is the refractive index of the medium between the objective lens and the object to be processed. When the medium is air, n = 1.0. In the equation (2), θ is an angle formed between a light beam passing through the outermost side of the objective lens and the center (optical axis) of the objective lens.
N. A. = N · sin θ (2)
図1及び図2に示すレーザー加工装置で、加工対象物である大型液晶パネル4を加工する方法を次に説明する。
図2に示すように、可動ステージ7に固定された大型液晶パネル4をW方向に移動させて、大型液晶パネル4の加工予定ライン(切り出しピッチ)4dに沿って、アレイ状に設置されたレーザー変位計5で、対物レンズ3と大型液晶パネル4の下側の基板4bの表面(大型液晶パネル4の下面)との距離を正確に測定する。この測定結果を対物レンズ3の移動経路、即ち、加工予定経路に従って、シーケンシャルデータとして電子制御部品(図示略)にストレージする。
なお、図1及び図2に示すレーザー加工装置1は、大型液晶パネル4の加工予定ライン4dに対応してアレイ状に設置された複数のレーザー変位計5を備えている。そのため、可動ステージを一方向に一回移動させるだけで、対物レンズ3と大型液晶パネル4との距離情報を得ることができ、計測時間を大幅に短縮することができるという利点を有する。
Next, a method of processing the large
As shown in FIG. 2, the large
The
次に、シーケンシャルデータに従って、調節手段(例えばピエゾ素子)で対物レンズ3の位置を調節して、焦点距離を正確に制御しつつ、大型液晶パネル4の下側の基板4bの表面(大型液晶パネル4の下面)から基板内部の所定の位置にレーザー光を照射する。
レーザー光の照射により、基板(下側の基板)4bは、レーザースポット部分が局所的に昇温され、加工予定ライン(切り出しピッチ)4dに沿って、スクライブが形成される。
このスクライブの形成と共に、基板(下側の基板)4bのレーザー照射部位、即ち、スクライブが形成された加工部位は、レーザースポット部分の局所的な昇温、冷却により圧縮応力が生成され、基板4b内部の所定領域に熱変質層が形成される。
Next, according to the sequential data, the position of the
By laser beam irradiation, the laser spot portion of the substrate (lower substrate) 4b is locally heated, and a scribe is formed along the planned processing line (cutting pitch) 4d.
Along with the formation of the scribe, the laser irradiation portion of the substrate (lower substrate) 4b, that is, the processed portion where the scribe is formed, generates compressive stress due to local temperature rise and cooling of the laser spot portion, and the
次に、大型液晶パネル4の上下面を反転することなく、再び、レーザー変位計5で、対物レンズ3と大型液晶パネル4の上側の基板4aの表面(大型液晶パネル4の上面)との距離を正確に測定する。この測定結果を対物レンズ3の移動経路、即ち、加工予定経路に従って、シーケンシャルデータとして電子制御部品(図示略)にストレージする。
Next, the distance between the
そして、シーケンシャルデータに従って、調節手段(例えばピエゾ素子)で対物レンズ3の位置を調節して、焦点距離を正確に制御しつつ、大型液晶パネル4の上側の基板4aの表面(大型液晶パネル4の上面)から基板内部の所定の位置にレーザー光を照射する。
レーザー光の照射により、上側の基板4aは、レーザースポット部分が局所的に昇温されてスクライブが形成され、このスクライブの底部から下側の基板4bのスクライブまでクラックが進展して、大型液晶パネル4が加工予定ライン(切り出しピッチ)4dに沿って分断される。
大型液晶パネル4の分断と共に、上側の基板4aのレーザー照射部位、即ち、スクライブが形成された加工部位は、レーザースポット部分の局所的な昇温、冷却により圧縮応力が生成され、基板4a内部の所定領域に熱変質層が形成される。
Then, according to the sequential data, the position of the
By irradiating the laser beam, the
Along with the division of the large
本例の大型液晶パネル4のように、加工対象物が上側と下側の2枚の基板を貼り合わせた基板である場合は、先に下側の基板を加工し、次に上側の基板を加工することが好ましい。先に上側の基板にレーザー光を照射してしまうと、上側の基板に形成されたスクライブにより、下側の基板にレーザー光を正確に集光することが難しくなり、加工の信頼性が低下する。
なお、加工対象物が上側と下側の2枚の基板を貼り合わせた基板である場合は、先に下側と下側の両方の基板の表面と対物レンズの距離を測定し、下側の基板の測定結果と上側の基板の測定結果をこの順序でストレージして、ストレージした順序に従って、下側の基板にレーザー光を照射し、次いで、上側の基板にレーザー光を照射してもよい。
When the object to be processed is a substrate obtained by bonding the upper and lower substrates together like the large
When the object to be processed is a substrate obtained by bonding the upper and lower substrates together, first measure the distance between the surface of both the lower and lower substrates and the objective lens, The measurement result of the substrate and the measurement result of the upper substrate may be stored in this order, the lower substrate may be irradiated with laser light in accordance with the stored order, and then the upper substrate may be irradiated with laser light.
図4は、本例のレーザー加工物を形成するために好適に用いられるレーザー加工装置の他の例を示し、レーザー加工装置10の概略構成を説明する図である。図5は、図4に示すレーザー加工装置の一部を示す平面図である。なお、図4及び図5において、図1及び図2と同様の部材には、同一の符号を付した。
FIG. 4 is a diagram illustrating a schematic configuration of the
図4及び図5に示すように、本例のレーザー加工装置1は、波長領域が200〜2000nmのレーザー光を発振するレーザー光源2と、対物レンズ3を備えたレーザー加工手段と、対物レンズ3と加工対象物となる大型液晶パネル4の表面との距離を測定する2個以上のレーザー変位計5と、レーザー変位計5の測定結果に基づいて、対物レンズ3で集光されたレーザー光の焦点及び焦点深度が、大型液晶パネル4の基板表面から基板内部の所定範囲に含まれるように、対物レンズ3を駆動して焦点距離を調節する調節手段(例えば、ピエゾ素子、図示略)を備えている。
As shown in FIGS. 4 and 5, the
図6は、本例のレーザー加工装置1に設置したレーザー変位計5を示す平面図である。
レーザー変位計5は、対物レンズ3を備えたレーザー加工手段を中心として、水平方向の対称位置に設置している。本例のレーザー加工装置1においては、対物レンズ3を中心として、X軸及びY軸上の対称位置に4つのレーザー変位計5を設置している。
本例のレーザー変位計5は、対物レンズ3を中心としてX軸及びY軸上の対称位置に設置されているので、基板表面と対物レンズ3の間隔を正確に測定することができる。
FIG. 6 is a plan view showing the
The
Since the
図4〜6に示すレーザー加工装置10で、加工対象物である大型液晶パネル4を加工する工程を次に説明する。
図5に示すように、可動ステージ7に固定された大型液晶パネル4をW方向に移動させて、大型液晶パネル4の加工予定ライン(切り出しピッチ)4dに沿って、4つのレーザー変位計5で大型液晶パネル4の下側の基板4bの表面(大型液晶パネル4の下面)と対物レンズ3との距離を正確に測定する。
この測定結果に基づいて、調節手段(例えばピエゾ素子)で対物レンズ3の位置を調節して、焦点距離を正確に制御しつつ、大型液晶パネル4の下側の基板4aの表面(大型液晶パネル4の下面)から基板内部の所定の位置にレーザー光を照射する。
レーザー光の照射により、下側の基板4bは、レーザースポット部分が局所的に昇温され、加工予定ライン(切り出しピッチ)4dに沿って、スクライブが形成される。
このスクライブの形成と共に、下側の基板4bのレーザー照射部位、即ち、スクライブが形成された加工部位は、レーザースポット部分の局所的な昇温、冷却により圧縮応力が生成され、基板4b内部の所定領域に熱変質層が形成される。
Next, a process of processing the large
As shown in FIG. 5, the large
Based on the measurement result, the position of the
As a result of the laser light irradiation, the laser spot portion of the
Along with the formation of the scribe, the laser irradiation portion of the
次に、可動ステージ7に固定された大型液晶パネル4を上下反転させることなく、可動ステージを移動させて、大型液晶パネル4の加工予定ライン(切り出しピッチ)4dに沿って、レーザー変位計5によって、大型液晶パネル4の上側の基板4aの表面(大型液晶パネル4の上面)と対物レンズ3との距離を正確に測定する。
この測定結果に基づいて、調節手段(例えばピエゾ素子)で対物レンズ3の位置を調節して、焦点距離を正確に制御しつつ、大型液晶パネル4の上側の基板4aの表面(大型液晶パネル4の上面)から基板内部の所定の位置にレーザー光を照射する。
レーザー光の照射により、上側の基板4aは、レーザースポット部分が局所的に昇温されてスクライブが形成され、このスクライブの底部から下側の基板4bのスクライブまでクラックが進展して、大型液晶パネル4が加工予定ライン(切り出しピッチ)4dに沿って分断される。
大型液晶パネル4の分断と共に、基板(上側の基板)4aのレーザー照射部位、即ち、スクライブが形成された加工部位は、レーザースポット部分の局所的な昇温、冷却により圧縮応力が生成され、基板4a内部の所定領域に熱変質層が形成される。
Next, without moving the large
Based on the measurement result, the position of the
By irradiating the laser beam, the
Along with the division of the large
図4〜6に示すレーザー加工装置10は、可動ステージ7の移動と共に、レーザー変位計5により対物レンズ3と大型液晶パネル4との距離を測定しつつ、この測定結果に基づいて、可動ステージ7の移動に合わせてリアルタイムで、焦点距離を調節して、レーザー光を照射することができるので、加工時間を著しく短縮することができる。
The
本発明のレーザー加工物は、レーザー光の照射部位(加工部位)に圧縮応力が生成された熱変質層を有するものであり、この熱変質層を有するレーザー加工物は、破壊応力及び/又は曲げ強度が大きくなる。
例えば大型の液晶パネルにレーザー光を照射することにより分断された小型の液晶パネルは、レーザー光の照射部位(加工部位)に圧縮応力が生成された熱変質層を有するため、高強度であり、携帯電話等のデバイスの画面を構成する表示要素として好適に用いることができる。
The laser processed product of the present invention has a thermally altered layer in which a compressive stress is generated at a laser beam irradiation site (worked site), and the laser processed product having this thermally altered layer has a fracture stress and / or bending. Strength increases.
For example, a small liquid crystal panel divided by irradiating a large liquid crystal panel with laser light has a heat-affected layer in which compressive stress is generated at the laser light irradiation part (processed part), and thus has high strength. It can be suitably used as a display element constituting the screen of a device such as a mobile phone.
以下、本発明を実施例に基づき説明する。なお、本発明は次の実施例に限定されるものではない。
(実施例1)
図1に示すレーザー加工装置で、縦300mm×横350mm、厚さが200μmの無アルカリガラスの基板を次の条件で加工した。
レーザー光源として、波長が355nmのUV−YAGレーザーを用いた。このレーザー光源は、レーザー出力が5.0W、駆動周波数が40KHzである。また、対物レンズの開口率(N.A.)は0.1である。
レーザー光の焦点は、基板の厚さ100%(200μm)に対して、基板表面から基板内部の15%(30μm)の位置に設定した。
レーザー光の焦点深度は、基板の厚さ100%(200μm)に対して、基板表面から基板内部の5〜25%(30μm±20μm)の範囲に含まれる位置に設定した。
レーザー変位計の測定結果に基づいて、対物レンズの位置を調節し、集光したレーザー光を、速度50mm/sec(mm/秒)、レーザースポット直径2.3μmで、加工予定ライン(切り出しピッチの幅15μm)に沿って基板に照射し、基板を縦35mm×横50mmの12個の小型基板(レーザー加工物)に分断した。
図7に分断した小型基板のレーザー照射部位(加工部位)の光学顕微鏡写真(a:平面図、b:断面図)を示す。
また、分断した12個の小型基板の各々について、図13に示す4点曲げ強度評価方法により、破壊応力を測定した。結果を図8に示す。なお、図13中、1は加工対象物である基板であり、11は支点である。
Hereinafter, the present invention will be described based on examples. The present invention is not limited to the following examples.
Example 1
With the laser processing apparatus shown in FIG. 1, a non-alkali glass substrate having a length of 300 mm × width of 350 mm and a thickness of 200 μm was processed under the following conditions.
A UV-YAG laser having a wavelength of 355 nm was used as the laser light source. This laser light source has a laser output of 5.0 W and a drive frequency of 40 KHz. The numerical aperture (NA) of the objective lens is 0.1.
The focal point of the laser beam was set at a position of 15% (30 μm) from the substrate surface to the inside of the substrate with respect to the substrate thickness of 100% (200 μm).
The depth of focus of the laser beam was set at a position included in a range of 5 to 25% (30 μm ± 20 μm) from the substrate surface to the inside of the substrate with respect to the substrate thickness of 100% (200 μm).
Based on the measurement result of the laser displacement meter, the position of the objective lens is adjusted, and the focused laser beam is processed at a speed of 50 mm / sec (mm / sec), a laser spot diameter of 2.3 μm, and a processing line (cutting pitch). The substrate was irradiated along a width of 15 μm, and the substrate was divided into 12 small substrates (laser processed products) of 35 mm length × 50 mm width.
FIG. 7 shows an optical micrograph (a: plan view, b: cross-sectional view) of a laser irradiation site (processed site) of a small substrate cut.
Further, the fracture stress was measured for each of the 12 divided small substrates by the four-point bending strength evaluation method shown in FIG. The results are shown in FIG. In FIG. 13,
(比較例1)
ホイール形状の超鋼製のメカニカルな刃を用いて、実施例1と同様の無アルカリガラスの基板を、切り出しピッチの幅50μmで、縦35mm×横50mmの12個の小型基板に分断した。
図9に分断した小型基板の加工部位の光学顕微鏡写真(平面図)を示す。
また、分断した12個の小型基板の各々について、実施例1と同様に図13に示4点曲げ強度評価方法により、破壊応力を測定した。結果を図10に示す。
(Comparative Example 1)
Using a wheel-shaped super steel mechanical blade, an alkali-free glass substrate similar to that of Example 1 was divided into 12 small substrates having a cutting pitch width of 50 μm and a length of 35 mm and a width of 50 mm.
FIG. 9 shows an optical micrograph (plan view) of a processed portion of a small substrate cut.
For each of the 12 divided small substrates, the fracture stress was measured by the 4-point bending strength evaluation method shown in FIG. The results are shown in FIG.
(比較例2)
CO2ガスレーザーを用いて、実施例1と同様の無アルカリガラスの基板に、次の条件でレーザー光を照射して、基板を縦35mm×横50mmの12個の小型基板に分断した。
レーザー光源として、波長1060nm(10.6μm)のCO2ガスレーザーを用いた。このレーザー光源は、レーザー出力が120W、駆動周波数10KHzである。
レーザー光を速度50mm/sec(mm/秒)、レーザースポット直径2〜3mmで、加工予定ライン(切り出しピッチの幅50μm)に沿って基板に照射し、基板を縦35mm×横50mmの12個の小型基板に分断した。
図11に、分断した小型基板のレーザー照射部位(加工部位)の光学顕微鏡写真(平面図)を示す。
また、分断した12個の小型基板の各々について、実施例1と同様に図13に示す4点曲げ強度評価方法により、破壊応力を測定した。結果を図12に示す。
(Comparative Example 2)
Using a CO 2 gas laser, the same alkali-free glass substrate as in Example 1 was irradiated with laser light under the following conditions to divide the substrate into 12 small substrates of 35 mm length × 50 mm width.
A CO 2 gas laser having a wavelength of 1060 nm (10.6 μm) was used as the laser light source. This laser light source has a laser output of 120 W and a drive frequency of 10 KHz.
The substrate was irradiated with a laser beam at a speed of 50 mm / sec (mm / sec) and a laser spot diameter of 2 to 3 mm along a planned processing line (cutting
FIG. 11 shows an optical microscope photograph (plan view) of a laser irradiation site (processed site) of a divided small substrate.
Further, for each of the 12 divided small substrates, the breaking stress was measured by the 4-point bending strength evaluation method shown in FIG. The results are shown in FIG.
図7(a:平面図、表面観察像)に示すように、実施例1の小型基板(レーザー加工物)は、加工部位はチッピング等を生じることなく、直線状に精度よく加工されていた。また、図7(a)及び(b)に示すように、実施例1の小型基板(レーザー加工物)には、レーザー光の照射部位(加工部位)に明らかに干渉色が異なる部位が認められ、圧縮応力が生成された熱変質層が形成されていることが確認できた。
また、図7(a)及び(b)により、小型基板に形成されたスクライブの深さと、熱変質層の厚さはほぼ一致していることが確認できた。
また、図8に示すように、加工された12個の小型基板のうち、5個以上の基板の破壊応力が250MPa以上であり、小型基板(レーザー加工物)の強度が向上されていることが確認できた。
As shown in FIG. 7 (a: plan view, surface observation image), the small substrate (laser processed product) of Example 1 was processed in a straight line with high accuracy without causing chipping or the like at the processing site. Further, as shown in FIGS. 7A and 7B, in the small substrate (laser processed product) of Example 1, a portion having a clearly different interference color is observed in the irradiated portion (processed portion) of the laser beam. It was confirmed that a thermally altered layer in which compressive stress was generated was formed.
Further, from FIGS. 7A and 7B, it was confirmed that the depth of the scribe formed on the small substrate and the thickness of the thermally deteriorated layer almost coincided with each other.
In addition, as shown in FIG. 8, among the 12 processed small substrates, the breaking stress of 5 or more substrates is 250 MPa or more, and the strength of the small substrate (laser processed product) is improved. It could be confirmed.
一方、図9に示すように、メカニカルな刃を用いて分断した比較例1の小型基板は、加工部位にチッピングが生じていた。また、図10に示すように、加工された12個の小型基板は、全て破壊応力が50MPaと小さかった。
また、図11に示すように、CO2ガスレーザーによって分断した比較例2の小型基板は、加工部位にややチッピングが生じていた。また、図12に示すように、加工された12個の小型基板は、全て破壊応力が150MPa以下と小さかった。CO2ガスレーザーのレーザースポット部分は、ガラスの軟化点(約700〜800℃)以下の温度(500℃程度)までしか昇温されず、加工された小型基板の破壊応力も150MPa以下と低いことから、比較例2の加工物には圧縮応力がほとんど生成されておらず、圧縮応力が生成された熱変質層を有していないことが推測できた。
On the other hand, as shown in FIG. 9, the small substrate of Comparative Example 1 that was divided using a mechanical blade had chipping at the processing site. Moreover, as shown in FIG. 10, all the 12 processed small substrates had a small fracture stress of 50 MPa.
Further, as shown in FIG. 11, the small substrate of Comparative Example 2 divided by the CO 2 gas laser had a slight chipping at the processing site. Moreover, as shown in FIG. 12, all the 12 processed small substrates had a small fracture stress of 150 MPa or less. The laser spot portion of the CO 2 gas laser can only be heated to a temperature below the softening point of glass (about 700 to 800 ° C.) (about 500 ° C.), and the fracture stress of the processed small substrate is as low as 150 MPa or less. From the results, it was estimated that the workpiece of Comparative Example 2 generated almost no compressive stress and did not have a heat-affected layer in which compressive stress was generated.
(実施例2〜5)
レーザー光の焦点を基板表面から基板内部の(A)約55μm(実施例2)、(B)約65μm(実施例3)、(C)約70μm(実施例4)、(D)約75μm(実施例5)の4つの位置に設定し、各焦点(A〜D)ごとに実施例1と同様の1枚の無アルカリガラスの基板から、実施例1と同様にして12個の小型基板に分断した。
各レーザー光の焦点は、基板の厚さ100%(200μm)に対して、基板表面から基板内部の(A)約28%、(B)約33%、(C)約35%、(D)約38%の位置である。
各レーザー光の焦点深度は、基板の厚さ100%に対して、(A)約23〜33%、(B)28〜38%、(C)32〜38%、(D)35〜41%の範囲に含まれる位置である。
各焦点(A〜D)に設定されたレーザー光の照射によって、分断された12個の小型基板(合計48個)は、基板表面から基板内部の焦点の距離と、基板に形成されたスクライブ深さと、熱変質層の厚さとがほぼ一致していた。
各焦点(A〜D)で分断された12個の小型基板について、図13に示す4点曲げ強度評価方法により、曲げ強度を測定し、各スクライブ深さ(Depth Profile)ごとに12個の小型基板の平均値を算出した。結果を図14に示す。
(Examples 2 to 5)
(A) About 55 μm (Example 2), (B) About 65 μm (Example 3), (C) About 70 μm (Example 4), (D) About 75 μm (D) The four positions in Example 5) are set to 12 small substrates in the same manner as Example 1 from one alkali-free glass substrate similar to Example 1 for each focal point (A to D). It was divided.
The focal point of each laser beam is (A) about 28%, (B) about 33%, (C) about 35%, (D) from the substrate surface to the inside of the substrate with respect to the substrate thickness of 100% (200 μm). The position is about 38%.
The depth of focus of each laser beam is (A) about 23 to 33%, (B) 28 to 38%, (C) 32 to 38%, and (D) 35 to 41% with respect to the substrate thickness of 100%. It is a position included in the range.
Twelve small substrates (48 in total) separated by the laser light set at each focal point (A to D) are the distance between the focal point inside the substrate from the substrate surface and the scribe depth formed on the substrate. And the thickness of the heat-affected layer almost coincided.
The 12 small substrates divided at each focal point (A to D) were measured for bending strength by the four-point bending strength evaluation method shown in FIG. 13, and 12 small substrates for each scribe depth (Depth Profile). The average value of the substrate was calculated. The results are shown in FIG.
図14に示すように、レーザー加工物は、スクライブの深さ、即ち、焦点を基板表面から基板内部の30%近傍の位置に設定した場合(A,B)と、35%以上の位置に設定した場合(C,D)とでは、曲げ強度の平均値が異なる。スクライブ深さ、即ち、焦点を基板表面から基板内部の35%以上の位置に設定(C,D)すると、レーザー加工物(基板)の曲げ強度が急激に大きくなった。
焦点を基板内部の35%以上の位置に設定すると、熱変質層が厚くなり、これに伴い曲げ強度も大きくなることから、熱変質層の存在がガラス基板の曲げ強度の向上に明らかに寄与していることが分かった。
As shown in FIG. 14, the laser processed product is set at a position of 35% or more when the scribe depth, that is, the focal point is set at a position near 30% from the substrate surface to the inside of the substrate (A, B). In the case of (C, D), the average value of the bending strength is different. When the scribe depth, that is, the focal point was set at a position of 35% or more from the substrate surface to the inside of the substrate (C, D), the bending strength of the laser processed product (substrate) suddenly increased.
When the focal point is set at a position of 35% or more inside the substrate, the thermally deteriorated layer becomes thick and the bending strength increases accordingly. Therefore, the presence of the thermally affected layer clearly contributes to the improvement of the bending strength of the glass substrate. I found out.
(実施例6)
レーザー加工物(ガラス基板)に形成された熱変質層の内部応力を昇温、溶融、昇華、冷却、クリープの各効果を考慮して、次の条件で有限要素法によりシュミレーションした。
縦300mm×横350mm、厚さが200μmの無アルカリガラスの基板を次の条件で加工した。ガラス基板のガラス密度2.51g/cm3、比熱837J/Kg・K、熱伝導率1.089W/m・℃、熱膨張係数3.8×10−60C−1、熱拡散係数1.21×10−6m2/s、ヤング率6.75×104N/mm2、ポアソン比0.22、溶融温度950℃に設定した。
レーザー光源として、波長が355nmのUV−YAGレーザーを用いた。このレーザー光源は、レーザー出力が5.0W、駆動周波数が40KHz、レーザースポット直径2.3μmである。また、対物レンズ3の開口率(N.A.)は0.15である。
レーザー光の焦点は、基板の厚さ100%(200μm)に対して、基板表面から基板内部の15%(30μm)の位置に設定した。
(Example 6)
The internal stress of the thermally altered layer formed on the laser processed product (glass substrate) was simulated by the finite element method under the following conditions in consideration of the effects of temperature rising, melting, sublimation, cooling, and creep.
A non-alkali glass substrate having a length of 300 mm × width of 350 mm and a thickness of 200 μm was processed under the following conditions. Glass density of glass substrate 2.51 g / cm 3 , specific heat 837 J / Kg · K, thermal conductivity 1.089 W / m · ° C., thermal expansion coefficient 3.8 × 10 −60 C −1 , thermal diffusion coefficient 1.21 × 10 −6 m 2 / s, Young's modulus 6.75 × 10 4 N / mm 2 , Poisson's ratio 0.22 and melting temperature 950 ° C. were set.
A UV-YAG laser having a wavelength of 355 nm was used as the laser light source. This laser light source has a laser output of 5.0 W, a drive frequency of 40 KHz, and a laser spot diameter of 2.3 μm. The aperture ratio (NA) of the
The focal point of the laser beam was set at a position of 15% (30 μm) from the substrate surface to the inside of the substrate with respect to the substrate thickness of 100% (200 μm).
図15(a)及び(b)に示すように、有限要素法による計算の結果から、レーザー加工物の熱変質層内には、X(水平)方向成分の圧縮応力と、Y(垂直)方向成分の圧縮応力が生成されており、この圧縮応力が強化ガラスと同様の原理により、大きな破壊応力及び曲げ強度を示す要因であることが判明した。
内部応力のY(垂直)方向成分の計算結果に関しては、最表面部分は、引っ張り応力を示しているが、この部分は体積成分に換算しても熱変質層全体の5%以下であった。
以上のシュミレーションの結果から、特定の波長領域のレーザー光を照射し、加工対象物の軟化点以上又は融点以上の温度まで、レーザースポット部分を局所的に昇温し、冷却することによって、圧縮応力が生成された熱変質層を形成することができ、破壊応力及び/又は曲げ強度が著しく大きいレーザー加工物が得られることが確認できた。
As shown in FIGS. 15 (a) and 15 (b), from the result of calculation by the finite element method, in the thermally altered layer of the laser processed product, the compressive stress in the X (horizontal) direction component and the Y (vertical) direction The component compressive stress was generated, and it was found that this compressive stress is a factor showing a large fracture stress and bending strength by the same principle as that of the tempered glass.
Regarding the calculation result of the Y (vertical) direction component of the internal stress, the outermost surface portion showed tensile stress, but this portion was 5% or less of the entire thermally deteriorated layer even when converted into a volume component.
From the above simulation results, compressive stress can be obtained by irradiating laser light in a specific wavelength region, locally raising the temperature of the laser spot to a temperature above the softening point of the workpiece or above the melting point, and cooling it. It was confirmed that a laser-processed layer in which fracture strength and / or bending strength was significantly obtained can be obtained.
(実施例7)
図1に示すレーザー加工装置で、縦300mm×横350mm、厚さが100μmの無アルカリガラスの基板を次の条件で加工した。
レーザー光源2として、波長が355nmのUV−YAGレーザーを用いた。このレーザー光源2は、レーザー出力が3.0W、駆動周波数が40KHzである。また、対物レンズ3の開口率(N.A.)は0.1である。
レーザー光の焦点は、基板の厚さ100%(100μm)に対して、基板表面から基板内部の15%(30μm)の位置に設定した。
レーザー変位計の測定結果に基づいて、対物レンズの位置を調節し、集光したレーザー光を、速度50mm/sec(mm/秒)、レーザースポット直径2.3μmで、加工予定ライン(切り出しピッチの幅10μm)に沿って基板に照射し、該基板を縦250μm×250μmの正方形の小型基板(レーザー加工物)に分断した。図16に分断した小型基板(実施例7)の光学顕微鏡写真(平面図)を示す。
(Example 7)
With the laser processing apparatus shown in FIG. 1, a non-alkali glass substrate having a length of 300 mm × width of 350 mm and a thickness of 100 μm was processed under the following conditions.
As the
The focal point of the laser beam was set at a position of 15% (30 μm) from the substrate surface to the inside of the substrate with respect to the substrate thickness of 100% (100 μm).
Based on the measurement result of the laser displacement meter, the position of the objective lens is adjusted, and the focused laser beam is processed at a speed of 50 mm / sec (mm / sec), a laser spot diameter of 2.3 μm, and a processing line (cutting pitch). The substrate was irradiated along a width of 10 μm, and the substrate was divided into a square small substrate (laser processed product) having a length of 250 μm × 250 μm. FIG. 16 shows an optical micrograph (plan view) of a small substrate (Example 7) divided.
(実施例8)
実施例7と同様にして、無アルカリガラスの基板に100μの間隔を空けて、レーザー光を照射し、2本のスクライブを形成した。図17に100μmの間隔で2本のスクライブを形成した基板(実施例8)の光学顕微鏡写真(平面図)を示す。
(Example 8)
In the same manner as in Example 7, two scribes were formed by irradiating a laser beam to a non-alkali glass substrate with an interval of 100 μ. FIG. 17 shows an optical microscope photograph (plan view) of a substrate (Example 8) on which two scribes are formed at intervals of 100 μm.
図16及び図17に示すように、圧縮応力が生成された熱変質層を有する小型基板(実施例7)又は基板(実施例8)は、250μm×250μmや100μmの微小な部位でも精度よく、且つ、再現性良く加工された。
このように、圧縮応力が生成された熱変質層を有するレーザー加工物は、従来のレーザービーム直径が2〜3mmのCO2ガスレーザーで加工された加工物よりも高精度であり、かつ、強度も向上されていることが確認できた。
As shown in FIGS. 16 and 17, the small substrate (Example 7) or the substrate (Example 8) having the thermally altered layer in which the compressive stress is generated can be accurately obtained even in a minute part of 250 μm × 250 μm or 100 μm, And it was processed with good reproducibility.
As described above, the laser processed product having the thermally deteriorated layer in which the compressive stress is generated has higher accuracy and the strength than the processed product processed by the conventional CO 2 gas laser having a laser beam diameter of 2 to 3 mm. It was also confirmed that
1…レーザー加工物、1a…スクライブ、1b…熱変質層、2…レーザー光源、3…対物レンズ、4…大型液晶パネル、4a…上側の基板、4b…下側の基板、4c…スペーサー,4d…加工予定ライン(切り出しピッチ),4e…小型液晶パネル、5…レーザー変位計、5a…レーザー変位計の検出位置、6…アーム、7…可動ステージ、8,9…ミラー、10…レーザー加工装置、11…支点
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