JP2013082563A - セラミックス基板のアブレーション加工方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】 エネルギーの拡散及びレーザビームの反射を抑制可能なセラミックス基板のアブレーション加工方法を提供することである。
【解決手段】 セラミックス基板にレーザビームを照射してアブレーション加工を施すセラミックス基板のアブレーション加工方法であって、少なくともアブレーション加工すべきセラミックス基板の領域にレーザビームの波長に対して吸収性を有する酸化物の微粉末を混入した液状樹脂を塗布して該微粉末入り保護膜を形成する保護膜形成工程と、該保護膜形成工程を実施した後、該保護膜が形成されたセラミックス基板の領域にレーザビームを照射してアブレーション加工を施すレーザ加工工程と、を具備したことを特徴とする。
【選択図】図4
【解決手段】 セラミックス基板にレーザビームを照射してアブレーション加工を施すセラミックス基板のアブレーション加工方法であって、少なくともアブレーション加工すべきセラミックス基板の領域にレーザビームの波長に対して吸収性を有する酸化物の微粉末を混入した液状樹脂を塗布して該微粉末入り保護膜を形成する保護膜形成工程と、該保護膜形成工程を実施した後、該保護膜が形成されたセラミックス基板の領域にレーザビームを照射してアブレーション加工を施すレーザ加工工程と、を具備したことを特徴とする。
【選択図】図4
Description
本発明は、セラミックス基板にレーザビームを照射してアブレーション加工を施すセラミックス基板のアブレーション加工方法に関する。
IC、LSI、LED等の複数のデバイスが分割予定ラインによって区画され表面に形成されたシリコンウエーハ、サファイアウエーハ等のウエーハは、例えばレーザ加工装置によるアブレーション加工によって個々のデバイスに分割され、分割されたデバイスは携帯電話、パソコン等の各種電気機器に広く利用されている。
レーザ加工装置によるアブレーション加工方法では、ウエーハに対して吸収性を有する波長のパルスレーザビームをウエーハに照射してアブレーション加工によりレーザ加工溝を形成する。そして、このレーザ加工溝に沿ってブレーキング装置でウエーハを割断して個々のデバイスへと分割する(例えば、特開平10−305420号公報参照)。
一方、複数のセラミックスコンデンサが分割予定ラインによって区画されたセラミックス基板を個々のセラミックスコンデンサに分割するには、焼結する前の比較的軟らかい状態のセラミックス基板を切削ブレードで切断して個々のセラミックスコンデンサに分割している(例えば、特開2003−142334号公報参照)。
焼結する前のセラミックス基板は比較的軟らかいため、取扱いが難しいという問題がある。そこで、セラミックス基板を焼結した後、分割予定ラインにレーザビームを照射してアブレーション加工によって個々のセラミックスコンデンサに分割できれば、取扱いが容易になり生産性が向上すると期待される。
しかし、セラミックス基板にレーザビームを照射すると、セラミックス基板の上面でレーザビームのエネルギーの拡散及びレーザビームの反射が起こり、レーザビームのエネルギーがアブレーション加工に十分使用されずエネルギー損失が大きいという問題がある。
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、エネルギーの拡散及びレーザビームの反射を抑制可能なセラミックス基板のアブレーション加工方法を提供することである。
本発明によると、セラミックス基板にレーザビームを照射してアブレーション加工を施すセラミックス基板のアブレーション加工方法であって、少なくともアブレーション加工すべきセラミックス基板の領域にレーザビームの波長に対して吸収性を有する酸化物の微粉末を混入した液状樹脂を塗布して該微粉末入り保護膜を形成する保護膜形成工程と、該保護膜形成工程を実施した後、該保護膜が形成されたセラミックス基板の領域にレーザビームを照射してアブレーション加工を施すレーザ加工工程と、を具備したことを特徴とするセラミックス基板のアブレーション加工方法が提供される。
好ましくは、酸化物の微粉末の平均粒径はレーザビームのスポット径より小さい。好ましくは、レーザビームの波長は355nm以下であり、酸化物の微粉末は、Fe2O3、ZnO、TiO2、CeO2、CuO、Cu2O及びMgOからなる群から選択された金属酸化物を含み、液状樹脂はポリビニルアルコールを含む。
本発明のセラミックス基板のアブレーション加工方法は、少なくともアブレーション加工をすべきセラミックス基板の領域にレーザビームの波長に対して吸収性を有する酸化物の微粉末を混入した液状樹脂を塗布して保護膜を形成するので、レーザビームが酸化物の微粉末に吸収されてバンドギャップエネルギーに達して原子の結合力が破壊されることによって連鎖的にセラミックス基板のバンドギャップエネルギーに達してアブレーション加工が施され、エネルギーの拡散及びレーザビームの反射が抑制されてセラミックス基板のアブレーション加工が効率的に円滑に遂行される。
以下、本発明の実施形態を図面を参照して詳細に説明する。図1は、本発明のセラミックス基板のアブレーション加工方法を実施するのに適したレーザ加工装置の概略構成図を示している。
レーザ加工装置2は、静止基台4上にX軸方向に移動可能に搭載された第1スライドブロック6を含んでいる。第1スライドブロック6は、ボールねじ8及びパルスモータ10から構成される加工送り手段12により一対のガイドレール14に沿って加工送り方向、すなわちX軸方向に移動される。
第1スライドブロック6上には第2スライドブロック16がY軸方向に移動可能に搭載されている。すなわち、第2スライドブロック16はボールねじ18及びパルスモータ20から構成される割り出し送り手段22により一対のガイドレール24に沿って割り出し方向、すなわちY軸方向に移動される。
第2スライドブロック16上には円筒支持部材26を介してチャックテーブル28が搭載されており、チャックテーブル28は加工送り手段12及び割り出し送り手段22によりX軸方向及びY軸方向に移動可能である。チャックテーブル28には、チャックテーブル28に吸引保持された半導体ウエーハをクランプするクランプ30が設けられている。
静止基台4にはコラム32が立設されており、このコラム32にはレーザビーム照射ユニット34を収容するケーシング35が取り付けられている。レーザビーム照射ユニット34は、図2に示すように、YAGレーザ又はYVO4レーザを発振するレーザ発振器62と、繰り返し周波数設定手段64と、パルス幅調整手段66と、パワー調整手段68とを含んでいる。
レーザビーム照射ユニット34のパワー調整手段68により所定パワーに調整されたパルスレーザビームは、ケーシング35の先端に取り付けられた集光器36のミラー70で反射され、更に集光用対物レンズ72によって集光されてチャックテーブル28に保持されているセラミックス基板に照射される。
ケーシング35の先端部には、集光器36とX軸方向に整列してレーザ加工すべき加工領域を検出する撮像ユニット38が配設されている。撮像ユニット38は、可視光によってセラミックス基板の加工領域を撮像する通常のCCD等の撮像素子を含んでいる。
撮像ユニット38は更に、セラミックス基板に赤外線を照射する赤外線照射器と、赤外線照射器によって照射された赤外線を捕らえる光学系と、この光学系によって捕らえられた赤外線に対応した電気信号を出力する赤外線CCD等の赤外線撮像素子から構成される赤外線撮像ユニットを含んでおり、撮像した画像信号はコントローラ(制御手段)40に送信される。
コントローラ40はコンピュータによって構成されており、制御プログラムに従って演算処理する中央処理装置(CPU)42と、制御プログラム等を格納するリードオンリーメモリ(ROM)44と、演算結果等を格納する読み書き可能なランダムアクセスメモリ(RAM)46と、カウンタ48と、入力インターフェイス50と、出力インターフェイス52とを備えている。
56は案内レール14に沿って配設されたリニアスケール54と、第1スライドブロック6に配設された図示しない読み取りヘッドとから構成される加工送り量検出手段であり、加工送り量検出手段56の検出信号はコントローラ40の入力エンターフェイス50に入力される。
60はガイドレール24に沿って配設されたリニアスケール58と第2スライドブロック16に配設された図示しない読み取りヘッドとから構成される割り出し送り量検出手段であり、割り出し送り量検出手段60の検出信号はコントローラ40の入力インターフェイス50に入力される。
撮像ユニット38で撮像した画像信号もコントローラ40の入力インターフェイス50に入力される。一方、コントローラ40の出力インターフェイス52からはパルスモータ10、パルスモータ20、レーザビーム照射ユニット34等に制御信号が出力される。
図3に示すように、レーザ加工装置2の加工対象であるセラミックス基板11の表面においては、第1のストリートS1と第2のストリートS2とが直交して形成されており、第1のストリートS1と第2のストリートS2とによって区画された領域に多数のセラミックスコンデンサ13が形成されている。
セラミックス基板11は粘着テープであるダイシングテープTに貼着され、ダイシングテープTの外周部は環状フレームFに貼着されている。これにより、セラミックス基板11はダイシングテープTを介して環状フレームFに支持された状態となり、図1に示すクランプ30により環状フレームFをクランプすることによりチャックテーブル28上に支持固定される。
本発明のセラミックス基板のアブレーション加工方法では、まず、セラミックス基板11のアブレーション加工すべき領域にレーザビームの波長に対して吸収性を有する酸化物の微粉末を混入した液状樹脂を塗布する液状樹脂塗布工程を実施する。
例えば、図4に示すように、液状樹脂供給源76にはレーザビームの波長(例えば355nm)に対して吸収性を有する酸化物の微粉末(例えばTiO2)を混入したPVA(ポリビニルアルコール)等の液状樹脂80が貯蔵されている。
ポンプ78を駆動することにより、液状樹脂供給源76に貯蔵されている液状樹脂80を供給ノズル74からセラミックス基板11の表面に供給し、液状樹脂80をセラミックス基板11の表面に塗布する。そして、この液状樹脂80を硬化させてレーザビームの波長に対して吸収性を有する酸化物の微粉末が混入された保護膜82を形成する。
セラミックス基板11の表面上への液状樹脂80の塗布方法は、例えばセラミックス基板11を回転させながら塗布するスピンコート法を採用可能である。PVA(ポリビニルアルコール)、PEG(ポリエチレングリコール)等の液状樹脂中に混入される酸化物の微粉末として、本実施形態ではTiO2を採用した。
図4に示す実施形態では酸化物の微粉末を含有する液状樹脂80をセラミックス基板11の全面に塗布して保護膜82を形成しているが、液状樹脂80をアブレーション加工すべき領域、即ち第1のストリートS1及び第2のストリートS2のみに塗布して保護膜を形成するようにしてもよい。液状樹脂に混入する酸化物の微粉末の平均粒径はレーザビームのスポット径より小さいのが好ましく、例えば10μmより小さいのが好ましい。
図5を参照すると、ZnO、TiO2、CeO2、Fe2O3の分光透過率が示されている。このグラフから、アブレーション加工に使用するレーザビームの波長を、355nm以下に設定すると、レーザビームがこれらの金属酸化物の微粉末に殆ど吸収されることが理解される。
図5に示した金属酸化物以外にも、CuO、Cu2O及びMgOも同様な傾向の分光透過率を有しているため、液状樹脂に混入する微粉末として採用することができる。よって、液状樹脂に混入する酸化物の微粉末としては、TiO2、Fe2O3、ZnO、CeO2、CuO、Cu2O、MgOの何れかを採用することができる。
表1にこれらの金属酸化物の消光係数(消衰係数)k及び融点を示す。ちなみに、消光係数kと吸収係数αとの間にはα=4πk/λの関係がある。ここで、λは使用する光の波長である。
液状樹脂塗布工程を実施してセラミックス基板11の表面に保護膜82を形成後、アブレーション加工によるレーザ加工工程を実施する。このレーザ加工工程では、図6に示すように、セラミックス基板11及び保護膜82中の酸化物の微粉末に対して吸収性を有する波長(例えば355nm)のパルスレーザビーム37を集光器36で集光してセラミックス基板11の表面に照射しつつ、チャックテーブル28を図6で矢印X1方向に所定の加工送り速度で移動して、第1のストリートS1に沿ってアブレーション加工によりレーザ加工溝84を形成する。
セラミックス基板11を保持したチャックテーブル28をY軸方向に割り出し送りしながら、全ての第1のストリートに沿ってアブレーション加工により同様なレーザ加工溝84を形成する。
次いで、チャックテーブル28を90度回転してから、第1のストリートS1と直交する方向に伸長する全ての第2のストリートS2に沿ってアブレーション加工により同様なレーザ加工溝84を形成する。全てのストリートS1,S2に沿ってレーザ加工溝84を形成した状態の斜視図が図7に示されている。
本実施形態のレーザ加工条件は、例えば以下のように設定されている。
光源 :YAGパルスレーザ
波長 :355nm(YAGレーザの第3高調波)
平均出力 :0.5〜10W
繰り返し周波数 :10〜200kHz
スポット径 :φ1〜10μm
送り速度 :10〜100mm/秒
波長 :355nm(YAGレーザの第3高調波)
平均出力 :0.5〜10W
繰り返し周波数 :10〜200kHz
スポット径 :φ1〜10μm
送り速度 :10〜100mm/秒
尚、本発明の加工対象となるセラミックス基板は、コンデンサセラミックス基板、圧電素子セラミックス基板、小型モジュールセラミックス基板、高周波モジュールセラミックス基板、部品内蔵セラミックス基板、インターポーザーセラミックス基板、ICパッケージセラミックス基板を含む。また、セラミックス基板の素材は、アルミナセラミックス、PZT、LTCC、アルチックを含む。
本実施形態のセラミックス基板のアブレーション加工方法によると、レーザビームの波長に対して吸収性を有する酸化物の微粉末を混入した液状樹脂80をセラミックス基板11の表面に塗布して保護膜82を形成してから、アブレーション加工を実施するので、レーザビームのエネルギーが酸化物の微粉末に吸収されてバンドギャップエネルギーに達し原子の結合力が破壊されることによって連鎖的にセラミックス基板11のバンドギャップエネルギーに達してアブレーション加工が施される。
よって、エネルギーの拡散及びレーザビームの反射が抑制されてアブレーション加工が効率的に円滑に遂行される。液状樹脂中に混入される酸化物の微粉末は、加工促進剤としての作用を成すことになる。
全てのストリートS1,S2に沿ってレーザ加工溝84を形成後、良く知られたブレーキング装置を使用して、ダイシングテープTを半径方向に拡張してセラミックス基板11に外力を付与し、この外力によりセラミックス基板11をレーザ加工溝84に沿って個々のセラミックスコンデンサ13に分割する。
T 粘着テープ(ダイシングテープ)
F 環状フレーム
2 レーザ加工装置
11 セラミックス基板
13 セラミックスコンデンサ
28 チャックテーブル
34 レーザビーム照射ユニット
36 集光器
80 微粉末含有液状樹脂
82 保護膜
84 レーザ加工溝
F 環状フレーム
2 レーザ加工装置
11 セラミックス基板
13 セラミックスコンデンサ
28 チャックテーブル
34 レーザビーム照射ユニット
36 集光器
80 微粉末含有液状樹脂
82 保護膜
84 レーザ加工溝
Claims (3)
- セラミックス基板にレーザビームを照射してアブレーション加工を施すセラミックス基板のアブレーション加工方法であって、
少なくともアブレーション加工すべきセラミックス基板の領域にレーザビームの波長に対して吸収性を有する酸化物の微粉末を混入した液状樹脂を塗布して該微粉末入り保護膜を形成する保護膜形成工程と、
該保護膜形成工程を実施した後、該保護膜が形成されたセラミックス基板の領域にレーザビームを照射してアブレーション加工を施すレーザ加工工程と、
を具備したことを特徴とするセラミックス基板のアブレーション加工方法。 - 前記酸化物の微粉末の平均粒径はレーザビームのスポット径より小さいことを特徴とする請求項1記載のセラミックス基板のアブレーション加工方法。
- 前記レーザビームの波長は355nm以下であり、前記酸化物の微粉末は、Fe2O3、ZnO、TiO2、CeO2、CuO、Cu2O及びMgOからなる群から選択された金属酸化物を含み、前記液状樹脂はポリビニルアルコールを含むことを特徴とする請求項1又は2の何れかに記載のセラミックス基板のアブレーション加工方法。
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