JP2011147943A

JP2011147943A - レーザ加工方法とその装置

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Publication number: JP2011147943A
Application number: JP2010009073A
Authority: JP
Inventors: Naoaki Fukuda; 直晃福田; Ryoichi Kubo; 亮一久保; Ichiro Sakai; 一郎坂井
Original assignee: Hitachi Zosen Corp
Current assignee: Hitachi Zosen Corp
Priority date: 2010-01-19
Filing date: 2010-01-19
Publication date: 2011-08-04
Anticipated expiration: 2030-01-19
Also published as: JP5461205B2

Abstract

【課題】レーザによる加工精度を維持しつつ加工時間を短くして、基板への熱的影響を抑制し得るようにする。
【解決手段】基板１にベッセルビーム４を照射して基板１の端面部１ａをレーザ加工する。レーザビーム５を照射するレーザ発振器と、このレーザ発振器より照射されたレーザビーム５をベッセルビーム４に形成する例えばプリズム３と、基板１の側面から照射した、プリズム３により形成されたベッセルビーム４と、基板１の上下面側の位置を検出するＣＣＤカメラ６ａ、６ｂと、このＣＣＤカメラ６ａ、６ｂにより検出したベッセルビーム４と、基板１の上下面側の位置に基づき、位置制御装置８で、基板１又はプリズム３の位置を制御して加工位置の補正を行う。
【効果】加工精度を維持しつつ効率良く加工することができる。また、加工時間が短くなって、基板への熱的影響が抑制される。
【選択図】図３

Description

本発明は、例えば太陽電池における周縁部の導電膜を除去するような、基板の端面部の加工を、ベッセルビームにより行う方法、及びその方法を実施する装置に関するものである。

従来から、液晶ディスプレイ、プラズマディスプレイ等の多くの電気製品の基板に対し、回路等のパターンが形成されている。このような回路等のパターン形成の方法としては、例えばレーザとＸＹテーブルスキャニングミラーを同期させる方法が用いられている。

また、これら基板上に形成された導電性薄膜の端面部の除去等においても、レーザによる加工が同様に行われている。

これらレーザを用いた加工として、例えば図６に示すように、円形または矩形状の加工スポット２を所定の重ね合せ率をもって移動させる方法が知られている（例えば特許文献１）。なお、図６中の１は基板、１ａは基板１の端面部を示す。

しかしながら、前記レーザ加工においては、微小な円形または矩形状の加工スポットを所定の重ね合せ率をもって移動させるので、加工に時間を要し、作業効率が悪いという問題がある。特に液晶パネルや太陽電池等の大型基板になると、前記問題は顕著である。

また、加工に時間を要するので、基板にレーザを長時間照射することになるため、基板上の加工範囲以外の部分にも熱的な影響（劣化）を与えるという問題があった。

特開２００６−３０５６０１号公報

本発明が解決しようとする問題点は、従来の微小な加工スポットを重ね合せて移動させる方法では、加工に時間を要して作業効率が悪く、また、加工に時間を要するので、基板上の加工範囲以外の部分にも熱的な影響を与えるという点である。

本発明のレーザ加工方法は、
レーザによる加工精度を維持しつつ加工時間を短くして、基板への熱的影響を抑制し得るようにするために、
基板にベッセルビームを照射して基板の端面部をレーザ加工する方法であって、
ベッセルビームの照射を前記基板の側面から行い、かつ、照射したベッセルビームと基板の加工位置との相対位置関係を検出しながら加工位置の補正を行いつつ、前記端面部の加工を行うことを最も主要な特徴としている。

前記本発明のレーザ加工方法は、
レーザビームを照射するレーザ発振器と、
このレーザ発振器より照射されたレーザビームをベッセルビームに形成する光学部材と、
基板側面から照射した、前記光学部材により形成されたベッセルビームと、基板の加工位置を検出する検出器と、
基板の傾きを検出する検出器と、
これら検出器により検出したベッセルビームと、基板の加工位置及び基板の傾きに基づき、基板、光学部材の少なくとも何れか一つの位置を制御してベッセルビームによる加工位置の補正を行う位置制御装置を備えた、本発明のレーザ加工装置を用いて実施することができる。

本発明では、基板の側面からベッセルビームを照射し、かつ、照射したベッセルビームと基板の加工位置と基板との相対位置関係を検出しながら加工位置の補正を行いつつ端面部の加工を行うので、加工精度を維持しつつ効率良く加工することができる。また、加工時間が短くなって、基板への熱的影響が抑制される。

本発明のレーザ加工に使用するベッセルビームを説明する図である。本発明のレーザ加工方法におけるベッセルビームの基板に対する照射状況を説明する図である。本発明のレーザ加工装置を使用した本発明のレーザ加工方法を説明する図で、（ａ）は基板の側面から見た図、（ｂ）は基板の上面から見た端面部の図である。本発明のレーザ加工装置を構成するＣＣＤカメラによるベッセルビームの基板上下面側の位置を示した画像を示した図で、（ａ）は上側に設置したＣＣＤカメラによる画像、（ｂ）は下側に設置したＣＣＤカメラによる画像である。本発明のレーザ加工方法の実施時における集塵ノズルによる集塵状態を説明する図である。円形の加工スポットを所定の重ね合せ率をもって移動させるレーザ加工方法により、基板の端部を加工する場合を説明した図である。

本発明では、加工精度を維持しつつ、加工時間を短くして基板への熱的影響を抑制するという目的を、基板の側面からベッセルビームを照射することで実現した。

以下、本発明について、図１〜図５を用いて詳細に説明する。
図１、図２は本発明のレーザ加工に使用するベッセルビームとベッセルビームの基板に対する照射状況を説明する図である。

レーザビームを照射する際、図１に示すように、プリズム３等の光学部材を用いて形成することができるベッセルビーム４は、焦点深度が深いことが特徴で、基板に対して垂直に照射することで、加工する基板がぶれた場合も精度良く加工できることが知られている。

このベッセルビーム４を、図２に示すように、基板１の側面から照射すると、焦点深度が深いことから加工面に対して線状の加工が可能となり、通常のピンポイントによる照射に比べて、加工効率が高く、基板１へのレーザビーム５の照射時間が抑えられる。従って、熱的な負担が低減できる。

しかしながら、基板１の側面からベッセルビーム４を照射した場合、ベッセルビーム４の加工位置の裕度が小さいため、ハンドリングが困難となる。

そこで、本発明では、レーザ発振器（図示省略）より照射されたレーザビーム５を、例えばプリズム３によりベッセルビーム４に形成して基板１の側面から照射する際に、図３に示すように、例えば基板１の上下位置にＣＣＤカメラ６ａ、６ｂを設置するのと共に、例えば基板１の下方位置に傾きセンサー７を設置し、基板１の傾きを検出するのである。

このＣＣＤカメラ６ａ、６ｂは、図４に示すように、前記照射したベッセルビーム４の基板１の上下面側の位置を映し出すことができるので、ベッセルビーム４の基板１の上下面側の位置を検出することができる。

レーザ加工時は、プリズム３の位置、ＣＣＤカメラ６ａ、６ｂの相対位置関係は変化しない。従って、前記検出したベッセルビーム４の基板１の上下面側の位置により、レーザビーム５とプリズム３との位置決め（プリズム３の中心とレーザビーム５の中心を一致させる）を行い、さらに、基板１の上下面側の位置と、基板１の傾きに基づき、位置制御装置８で例えば基板１を動かし、ベッセルビーム４の基板１の上下面側の位置を移動させて加工位置の補正を行いつつ、基板１の端面部１ａの加工を行うのである。

このように、本発明では、ベッセルビーム４を基板１の側面から照射するので、加工面に対して線状の加工が可能となって、通常のピンポイントによる照射に比べて、加工効率が高くなり、基板１へのビームの照射時間を抑えて、熱的な負担が低減できる。

そして、その際、ベッセルビーム４の基板１の上面側・下面側の位置と、基板１の位置関係を随時検出して加工位置を補正するので、ベッセルビーム４を基板１の側面から照射する際に、加工位置の裕度が小さいことにより、加工されない部分や加工むらの発生を防止することができる。

また、本発明では、図５に示すように、レーザ加工時に集塵装置９を基板１の表面近傍まで近づけて配置することができるので、パーティクル１０の除去を効率よく行うことができるという利点もある。

上記本発明では、ベッセルビーム４の特性上、ビームが透過しない基板１には適用することができない。よって、ガラス樹脂や樹脂基板（シート・フィルム）など透明なものに限定されることは言うまでもない。

具体的には、本発明の適用対象としては、例えば太陽電池や液晶パネルを把持もしくは封止するために、基板の端部の導電性部材を除去するものが考えられる。

また、ベッセルビーム４の基板１の上下面側の位置をＣＣＤカメラ６ａ、６ｂで検出する場合、ＣＣＤカメラ６ａ、６ｂに到達するビーム出力が大きい場合は、ＣＣＤカメラ６ａ、６ｂが損傷しないような手段を講じる必要がある。

例えば、ビーム出力を減衰するフィルター（減衰フィルター）をＣＣＤカメラ６ａ、６ｂの直前に設けたり、また、ＣＣＤカメラ６ａ、６ｂの直前に感光フィルム（ビーム照射位置のみ色が変わる）を設置し、この感光フィルムを撮像する等すれば良い。

本発明は、上記の例に限るものではなく、各請求項に記載の技術的思想の範疇において、適宜実施の形態を変更しても良いことは言うまでもない。

例えば上記の例では、ベッセルビーム４の基板１の上下面側の位置を、２台のＣＣＤカメラ６ａ、６ｂで検出しているが、１台のＣＣＤカメラで基板１の加工側のみを検出するものでも良い。

また、ベッセルビーム４の位置の検出は、ＣＣＤカメラ以外でも可能である。ベッセルビーム４の位置検出部におけるビームの大きさは、加工条件にもよるが５mm程度であるので、光センサーや熱センサーを単数又は複数設置し、所定位置にベッセルビーム４が存在するか否かを検出することでベッセルビーム４の位置の検出を行うものでも良い。

また、上記の例では基板１を動かし、ベッセルビーム４を移動させて加工位置の補正を行うものを示したが、プリズム３を移動させても良い。また、ベッセルビーム４を形成できる光学部材であれば、プリズム３に限らず、円錐レンズ（アキシコンレンズ）等、公知のものが使用できる。

本発明は、導電性部材の除去だけでなく、被加工物の端面部にビームを照射する必要のある加工であれば、微細加工等、どのようなレーザ加工にも適用が可能である。

１基板
１ａ端面部
３プリズム
４ベッセルビーム
５レーザビーム
６ａ、６ｂＣＣＤカメラ
７傾き検出センサー
８位置制御装置

Claims

基板にベッセルビームを照射して基板の端面部をレーザ加工する方法であって、
ベッセルビームの照射を前記基板の側面から行い、かつ、照射したベッセルビームと基板の加工位置との相対位置関係を検出しながら加工位置の補正を行いつつ、前記端面部の加工を行うことを特徴とするレーザ加工方法。
基板にベッセルビームを照射して基板の端面部をレーザ加工する装置であって、
レーザビームを照射するレーザ発振器と、
このレーザ発振器より照射されたレーザビームをベッセルビームに形成する光学部材と、
基板側面から照射した、前記光学部材により形成されたベッセルビームと、基板の加工位置を検出する検出器と、
基板の傾きを検出する検出器と、
これら検出器により検出したベッセルビームと、基板の加工位置及び基板の傾きに基づき、基板、光学部材の少なくとも何れか一つの位置を制御してベッセルビームによる加工位置の補正を行う位置制御装置を備えたことを特徴とするレーザ加工装置。