JP2017069243A - 積層体のレーザ除去加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】異種材料からなる複数層（例えば３層）構造の積層体を、最上層の表面にレーザ光を照射して直線状に切断等するレーザ除去加工方法で、単一のレーザ発振器で、１回の送りで、熱的影響の小さい高品質の除去加工を実現する。
【解決手段】１つのレーザ光（例えば、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ（基本波長：1064nm））を３の分岐レーザ光に分岐し、これらの集光照射による集光点が一直線上に位置する設定とし、積層体（例えば、上からＡｕ、鉄系合金、ガラスの３層）１００の表層面１０１ａの加工予定直線上に、一直線上の複数の集光点を移動させ、先頭の分岐レーザ光Ｌ１で最上層１０１を、後続の分岐レーザ光Ｌ２，Ｌ３で、順次、下の第２層１０２、第３層１０３を除去加工するにあたり、第１層と第３層の切断を受け持つ各分岐レーザ光Ｌ１，Ｌ３の波長を、第２高調波、第３高調波に変換しておく。これにより１回の送りで、材料に応じた波長による切断ができる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、層をなす材料が層間方向において、金属層、ガラス層、樹脂層、又はガラス繊維と樹脂との複合層など、異なる材料（材料層）からなる少なくとも２つの層を有する積層基板等の積層体を、その最上層の表面にレーザ光を集光照射して、直線状に、連続して、或いは不連続に、切断、穴あけ、或いは溝入れなどの層をなす材料の除去加工を行う、積層体のレーザ除去加工方法に関する。

レーザ加工により、電子部品搭載用の配線基板集合体（多数個取用基板）のような積層体（積層基板）を、基板固片（個別）に分割するための切断方法として、異種材料の層ごと、吸収率（吸収効率）に優れた波長（基本波長、高調波の波長）のレーザ光を照射して切断する方法が提案されている（特許文献１）。この文献に開示の第１の方法は、積層数に応じた複数（例えば２台）のレーザ発振器（ヘッド）を設けると共に、各レーザ光は、層の材料に応じた（適した）吸収率の波長（基本波長）と第２高調波とし、両レーザ光をミラー、集光レンズ等の光学系を介して１つの同位置（１軸位置）において集光照射できるようにしたレーザ光照射手段（切断装置）を用い、積層体をなす層ごと波長の異なるレーザ光で切断するというものである。すなわち、この切断方法では、最上層（表層）を切断するのに適した波長（例えば、第２高調波）のレーザ光を集光照射しつつ、基板を切断方向に相対的に移動し、まず、その最上層をその切断予定線（ダイシングライン）に沿って除去加工（切断）する。そして、次の層を切断するのに適した波長（基本波長）のレーザ光を、前の第２高調波と同位置で集光照射しつつ、基板を切断方向に相対的に移動し、その下の層を切断するというものである。

また、特許文献１には、レーザ発振器は１台で、発振されるレーザ光をビームスプリッタを用い、透過光（基本波長）と反射光とに分割し、集光照射は同位置（同軸位置）であるが、分割された反射光を波長変換素子（非線形光学結晶）にて第２高調波に波長変換して２種の波長とし、それぞれが各層の材料の吸収率に適したレーザ光となるものとして切断する技術も第２の方法として開示されている。さらに、この変形例として、第２高調波に加えて、第３高調波、第４高調波にも波長変換して、多層の積層体を同位置で集光照射して切断する技術も開示されている。

特開２００５−２３８２４６号公報

上記のレーザ除去加工による切断方法においてレーザ発振器を複数用いる場合には、切断装置が大型化、複雑化するし、同装置のコストも増大する。また、レーザ発振器は１台として、ビームスプリッタで層数に応じたレーザ光に分割（分岐）し、第２高調波等を得て、集光照射して切断する場合でも、各レーザ光は同じ位置（１軸）で照射する配置の切断装置を用いることとされている。このため、各層に応じた波長のレーザでの切断をできるとしても、波長の種類の数分、切断のためのレーザ光の走査（例えば、積層体を載置した切断送り用のステージの移動）回数が必要となり、切断終了までの工程数（時間）が多くなるという課題がある。しかも、複数回、繰り返し移動を要することに基づき、その移動（送り）ごと、ステージ等の駆動のための機械精度に基づく集光照射位置の微妙なバラツキが生じる。すなわち、波長の種類の数分、切断のためのレーザ光の走査を繰り返す必要があることから、層ごと切断線の位置に微妙なバラツキが生じる結果、積層体の切断における熱的影響の変化も生じがちとなり、切断線（切断面）精度が低下するなど、品質が不安定化するといった課題があった。

さらに、このような課題は、切断だけでなく、例えば、加工予定直線に沿って、間隔をおいて複数の貫通穴をあけたり、又は複数のスリットを形成するような除去加工（穿孔加工）の場合でも同様にある。そして、このような課題は被切断材（除去加工対象）である積層体の積層数が増大するほど顕在化する。また、このような課題は、切断や貫通させる穿孔ではなく、例えば、３層の積層体において、上の２層だけ材料を除去するような除去加工（溝入れ加工）においても同様にある。

本発明は、層をなす材料が層間方向において、金属層、ガラス層、樹脂層、又はガラス繊維と樹脂との複合層などのように異なる材料（材料層）からなる少なくとも２つの層を有する積層体を、その最上層の表面にレーザ光を集光照射して直線状に切断等するレーザ除去加工における上記課題に鑑みてなされたもので、単一のレーザ発振器の使用で、しかも、１回の送り（レーザ発振器又は積層体の送り）にて、各層をなす材料に応じた波長のレーザ光の集光照射により、効率的で熱的影響の小さい高品質の除去加工のできる方法を提供することをその目的とする。

請求項１に記載の本発明は、異なる材料からなる少なくとも２つの層を有する積層体を、その最上層の表面にレーザ光を集光照射してレーザ除去加工する積層体のレーザ除去加工方法であって、
１台のレーザ発振器から発振されるレーザ光が複数の分岐レーザ光に分岐され、この各分岐レーザ光の集光照射による複数の集光点が一直線上に相互に間隔をおいて位置する設定とされたレーザ光照射手段を用い、
前記積層体の前記最上層の表面における加工予定直線の一端側から他端側に向けて、前記一直線上に位置する前記複数の集光点を、前記間隔を保持した状態で、該加工予定直線上において相対的に移動させ、
先頭の分岐レーザ光の集光照射によって該積層体における最上層の除去加工を行った後、後続の１又は複数の分岐レーザ光の集光照射によって、その下の層、又は順次、下の層の除去加工を行って、前記加工予定直線上において該積層体のレーザ除去加工をするにあたり、
前記複数の分岐レーザ光のうち、１又は複数のものの波長を、該分岐レーザ光が除去加工対象をなす前記各層の材料に応じ、適度の倍波の高調波に波長変換しておくことを特徴とする。

請求項２に記載の本発明は、前記複数の集光点相互の間隔を同じとすることを特徴とする請求項１に記載の積層体のレーザ除去加工方法である。
請求項３に記載の本発明は、前記各分岐レーザ光の集光照射による各集光点が、除去加工対象をなす前記層の表面又はその近傍に位置するように、各集光点の位置を前記積層体の層間方向において異ならせることを特徴とする請求項１又は２のいずれか１項に記載の積層体のレーザ除去加工方法１に記載の積層体のレーザ除去加工方法である。
請求項４に記載の本発明は、前記各分岐レーザ光の集光照射による除去加工対象をなす前記層の材料の融点、又は該層の厚みに応じ、前記複数の分岐レーザ光のうち、１又は複数のものの出力を、他のものの出力と異ならせることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の積層体のレーザ除去加工方法である。

本発明において、レーザ光の分岐（分割）は、回析光学素子（ＤＯＥ）やビームスプリッタを用いればよい。本発明の加工対象をなす積層体について、その層の数に限定はないが、ビームスプリッタは積層数（層数）が少なく、レーザ光の分岐数が少なくてすむ積層体の加工に適する。層数が多く、分岐数が多くなる積層体の加工においては回析光学素子を用いるのがよい。なお、高調波への波長変換（以下、単に変換ともいう）は、波長変換素子（非線形光学結晶）に基本波長のレーザ光を透過させることで得られる。分岐させるべき数は、積層体の層の数となるのが原則であるが、連続して重なる複数の層をなす材料が、特定のレーザ光の吸収率に同一性ないし近似性がある場合には、その複数の層の除去加工を１つの分岐レーザ光で受け持たせてもよい。例えば、三層構造で、吸収率が同一又は近似している２つの層が連続して重なっている（接合されている）場合には、例えば、基本波長と、第２高調波の２種とし、その一方で、該２つの層の除去加工を同時に受け持たせてもよい。

また、波長変換により、分岐した各分岐レーザ光については、それぞれ別の倍波の高調波の波長を選択できる。一方、その選択により、却って、層をなす材料の吸収率に適さず、或いは熱的影響（ダメージ）が大きくなるか、加工効率が低下するような一部の分岐レーザ光については、基本波長のままとしてもよい。なお、レーザ媒体（基本波長）は、適度の倍波に波長変換した後に、除去加工対象の各層をなす材料固有の吸収率に適するものを選択すればよい。また、各分岐レーザ光の出力は、層をなす材料の融点、層の厚み（加工深さ）等の材料特性や、集光におけるスポット径、送り速度等を考慮して設定すればよい。レーザ発振器（レーザ媒体）は、基本波長のほか、１又は複数の分岐レーザ光が得られる出力で、材料に応じ、連続発振又はパルス発振（パルス幅）等を選択すればよい。積層体が、最上層から、例えば、鉄系合金、金（Ａｕ）、ガラスの３層である場合には、レーザ媒体はＮｄ：ＹＡＧが適する。因みに、その基本波長は１０６４ｎｍであり、第２高調波は、５３２ｎｍ、第３高調波は、３５５ｎｍとなるから、各材料の吸収率に応じるとすると、先頭の分岐レーザ光は、基本波長で、第２高調波、第３高調波の順で下の層の除去加工を行わせるのがよい。

請求項１に記載の積層体のレーザ除去加工方法では、１台のレーザ発振器から発振されるレーザ光が複数の分岐レーザ光に分岐され、この各分岐レーザ光の集光照射による複数の集光点が一直線上に相互に間隔をおいて位置する設定とされており、しかも、前記複数の集光点を、前記間隔を保持した状態で、該加工予定直線上において相対的に移動させ、先頭の分岐レーザ光の集光照射によって該積層体における最上層の除去加工を行った後、後続の１又は複数の分岐レーザ光の集光照射によって、その下の層、又は順次、下の層の除去加工を行って、前記加工予定直線（レーザ走査線）上において該積層体をレーザ除去加工することとしている。そして、この加工にあたり、前記分岐レーザ光のうち、１又は複数のものの波長を、該分岐レーザ光が除去加工対象をなす前記層の材料に応じた、適度の倍波の高調波に波長変換しておくこととしている。このような本発明では、該積層体の前記最上層から下の層をなす各層（除去加工対象）の材料の吸収率の高低差に応じ、当該層の除去加工を行う分岐レーザ光の波長を、適度の倍波の高調波に波長変換しておくこととしているから、１回の送り（レーザ光照射手段又は積層体の少なくとも一方の相対的な移動）にて、熱的影響の小さい高品質の除去加工ができる。

すなわち、本発明では、各層（材料）の除去加工を受け持つべき、１又は複数の分岐レーザ光を、各層の吸収率に応じた高調波に変換するものであるため、当該層（材料）の高品質の除去加工を得ることができるだけでなく、複数の分岐レーザ光を従来技術におけるような同位置（１軸）での照射とするのではなく、集光点が、一直線上に、相互に間隔をおいて照射するものとされている。これにより、その直線方向への相対的な一回の送りにより、積層体における加工予定直線においてその除去加工ができる。結果、熱的影響も少なく、精度、品質の高い切断等の除去加工が効率よく行える。なお、除去加工が、切断又は連続する溝である場合には、切断長（又は溝長）の全長にわたって照射を続ければよい。なお、直線に沿って連続して切断する除去加工においては、複数の集光点相互の前記間隔は同じでなくともよい。

一方、複数の集光点相互の前記間隔は、請求項２に記載の本発明のように同じとしておくとよい。このようにしておくことで、加工予定直線上において、等間隔で穴あけ加工、又は等間隔で、同一長さのスリット状の穴あけ加工をすることができるためである。すなわち、前記間隔を、加工すべき複数の穴のピッチに応じた寸法としておき、照射、送りを間欠的に行うように調節することで等間隔の穴あけ等ができる。例えば、２層の積層体において、集光点（スポット径）形状の単純な穴あけならば、先頭の分岐レーザ光で、最上層の穴あけ箇所で照射を行うことで、その層の穴あけができ、その後、穴相互のピッチに応じた送りを行い、最上層において、次の穴あけ箇所での照射を行う。同時に、後続の分岐レーザ光の照射で、その下の層の穴あけを行い、これを繰り返すように進行すれば、等間隔での穴あけ加工ができる。この場合、穴がスリット状の長穴であれば、長穴の開始端から終端まで、照射を続ければよい。なお、積層体のうち、例えば最下層には貫通させないような穴あけ加工、又は溝加工でも同様にその除去加工ができる。

請求項３に記載の本発明によれば、エネルギ効率が高められるので、より効率的な除去加工が得られる。また、請求項４に記載の本発明のように、レーザのエネルギ出力に差をつけることで、層の融点、厚み等に応じ、より効率的な除去加工が行える。分岐レーザ光のエネルギ出力（強度）は、ＤＯＥ又はビームスプリッタにおいて差をつければよい。なお、レーザの種類は、積層体をなす層（材料）全体の種類を考慮して、基本波長と、それから得られる倍波の高調波にて、材料に応じ、吸収率が高められるものを選択すればよいのは上記したとおりである。

本発明のレーザ除去加工方法の実施の形態例を説明するもので、レーザ光照射手段（装置）等の全体と、積層体とを概念的に示した説明用の斜視図（模式的斜視図）。 図１において、３層構造の積層体の除去過程（切断過程）を説明する図であって、Ａは最上層の除去加工途中、Ｂは下層（２層目）の除去加工途中、Ｃは下層（３層目）の除去加工途中の説明用概念図。 図２の３層構造の積層体において、第２層の厚みを２倍とした別例−１の積層体の除去過程（切断過程）を説明する図であって、Ａは最上層の除去加工途中、Ｂは下層（２層目）の除去加工途中、Ｃは下層（３層目）の除去加工途中の説明用概念図。 図２の３層構造の積層体において、第３層の厚みを２倍とした別例−２の積層体の除去過程（切断過程）を説明する図であって、Ａは最上層の除去加工途中、Ｂは下層（２層目）の除去加工途中、Ｃは下層（３層目）の除去加工途中の説明用概念図。 積層体が４層構造からなるものの除去過程（切断過程）を説明する説明用概念図。 ４層構造の別例の積層体の除去過程（切断過程）を説明する説明用概念図。 ３層構造の積層体に等間隔で穴をあける穴あけ加工の除去過程の説明用概念図。

本発明を具体化した実施の形態例について、図１、図２に基づき、除去加工対象をなす積層体１００が３層構造の積層基板（最上層から、例えば、金（Ａｕ）、鉄系合金、ガラス）で、これを切断する場合で説明する。レーザ光照射手段（照射装置）２００は、図示しないベース上に設けられたレーザ発振器２１０、レーザ光（基本波長）の分岐手段２２０、集光レンズ２３０等の光学系などからなり、除去加工対象の積層体１００を載置（搭載）、固定するためのステージ（テーブル）２４０の図示上方に設けられている。なお、分岐手段２２０は、ビームスプリッタでもよいが、本例では、回析光学素子（ＤＯＥ）とする。また、本例で用いるレーザ（媒体）は、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ（基本波長：１０６４ｎｍ）とする。

本例では、１つのレーザ発振器２１０から照射されるレーザ光Ｌａは、積層体１００の３層１０１，１０２，１０３に対応し、ＤＯＥにより３つの分岐レーザ光Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３に分岐される設定とされている。この３の分岐レーザ光は、それぞれ集光レンズ２３０を介して積層体１００の最上層（第１層）１０１の表面（表層面）１０１ａに垂直に照射され、その集光照射による３つの集光点が、一直線上において適寸の間隔（本例では、等間隔）をおいて位置し、１列をなして照射されるように設けられている。本例では、３つの分岐レーザ光Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３は、積層体１００に対し、図示、右から左に向けて相対的に移動するものとされ、先頭（図示左端）と、最後尾（図示右端）の２つの分岐レーザ光Ｌ１，Ｌ３について、分岐手段（ＤＯＥ）２２０と集光レンズ２３０との間に、それぞれ波長変換素子（非線形光学結晶）２５０が配置されており、それぞれ、各分岐レーザ光の透過により、先頭の分岐レーザ光Ｌ１が第２高調波（波長：５３２ｎｍ）に、最後尾（図示右端）の分岐レーザ光Ｌ３が第３高調波（波長：３５５ｎｍ）に変換される設定とされている。すなわち、本例の除去加工対象は、上記したように、上から、金、鉄系合金、ガラスの積層体１００のため、この各層（材料）１０１，１０２，１０３の吸収率に応じるように、先頭の第２高調波で最上層１０１をなす金（Ａｕ）の層を、無変換の基本波長で第２層１０２をなす鉄系合金の層を、そして、第３高調波で第３層１０３をなすガラスの層をそれぞれ除去加工する設定とされている。

レーザ光の集光照射による切断のための走査（移動）は、積層体１００に対し、照射されるレーザ光の集光点が相対的に移動するものであればよいので、例えば、積層体１００を載置、固定するステージ２４０、又は、レーザ光照射手段２００のいずれかを移動すればよい。本例では、３つの分岐レーザ光Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３の集光照射による集光点が、相互の間隔を一定に保持した状態で、その列方向（一直線方向）に、図示しない移動用の駆動手段により、レーザ光照射手段２００ごと、その全体が一体となって所定の速度（等速）で移動（往復動）、停止の制御がされる設定とされている。すなわち本例では、レーザ光照射手段２００の図示、右から左への移動により、図示１番左の分岐レーザ光（第２高調波ともいう）Ｌ１が、先頭で最上層（金）１０１を除去加工し、続く分岐レーザ光（基本波長ともいう）Ｌ２が第２層（鉄系合金）１０２を除去加工し、そして最後尾の分岐レーザ光（第３高調波ともいう）Ｌ３が第３層（ガラス）１０３を除去加工する設定とされている。

このような除去加工の開始に際しては、ステージ２４０の上面に対して、積層体１００を載置、固定し、その最上層１０１の表面１０１ａに設定された加工予定直線（切断予定線）ＫＬの図示右方の延長線上に、３つの分岐レーザ光Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３の集光照射による集光点が位置するように、平面における位置決めをする。また、例えば、ステージ２４０の高さ調節等により焦点位置の調節を行う。本例では、各分岐レーザ光の集光照射による集光点が、切断加工対象をなす各層１０１、１０２、１０３の表面又はその近傍に位置するように、積層体１００の層間方向において異なる設定とされている。なお、集光点のスポット径（切断幅）は、レーザの出力、加工精度、熱的影響等を考慮して適度に設定される。

本例では、このように段取り、調節をした後、レーザ光発振器２１０を駆動してレーザ光Ｌａを発振させ分岐手段（ＤＯＥ）２２０に入射させる。これにより３つに分岐された各分岐レーザ光Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３は、それぞれ集光レンズ２３０を介して積層体１００の最上層１０１の表面１０１ａに向けて照射される。ただし、分岐レーザ光Ｌ１，Ｌ３は、それぞれ波長変換素子（非線形光学結晶）２５０を透過することで波長変換されている。このような各分岐レーザ光Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３による照射状態においては、レーザ光照射手段２００を図１、図２中に矢印で示したように右から左に向けて移動する。この移動により、図２−Ａに示したように、先ず、図示左端（先頭）の分岐レーザ光（第２高調波）Ｌ１が、積層体１００の最上層１０１の表面１０１ａに設定された切断予定線ＫＬに沿い、その右端から集光照射が開始され、最上層１０１を右から左に向けてライン状に除去加工する。この除去加工の進行に伴い、第２層１０２（２層目）が露出し、続く左から二番目の分岐レーザ光（基本波長）Ｌ２が、その切断予定線ＫＬ（最上層１０１の除去加工ライン）を辿るように、第２層１０２（２層目）の表面に、その右端から集光照射が開始され、第２層１０２を右から左に向けてライン状に除去加工する（図２−Ｂ参照）。

そして、この除去加工の進行に伴い、図２−Ｃに示したように、続く最後尾の分岐レーザ光（第３高調波）Ｌ３が、その切断予定線ＫＬ（最上層１０１と第２層１０２の除去加工ライン）を辿るように、第３層１０３の表面に、その右端から集光照射が開始され、第３層１０３を右から左に向けてライン状に除去加工する。すなわち、先頭の分岐レーザ光Ｌ１による最上層１０１の切断に続いて、後続の２つの分岐レーザ光Ｌ２，Ｌ３による第２層１０２、第３層１０３の切断が後を追うようにして行われる。そして、最後尾の分岐レーザ光（第３高調波）Ｌ３が、積層体１００における切断予定線ＫＬの左端を超えることで、積層体１００は右端から左端に向けて切断される。すなわち、本例ではレーザ光照射手段２００を、積層体１００に対し、右端から左端に向けての一回の移動で、切断を終えることができる。なお、この切断後は、レーザ光照射手段２００を元位置に戻し、次の切断を行い、或いは、その切断線に対して直角方向等、必要に応じて適宜の切断予定線ＫＬに沿って切断等すればよい。

このように、本例では、媒体が、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ（基本波長：１０６４ｎｍ）である一方、積層体１００は、上から、金、鉄系合金、ガラスの３層構造のため、吸収率に応じ、先頭の第２高調波（波長：５３２ｎｍ）Ｌ１で最上層１０１の金（Ａｕ）からなる層を、続く無変換の基本波長Ｌ２で第２層１０２の鉄系合金からなる層を、そして第３高調波（波長：３５５ｎｍ）Ｌ３で第３層１０３のガラスの層を切断加工するのであるが、この切断のための積層体１００の相対的な移動は一回ですむ。このため、従来技術のように、複数のレーザ光を同じ位置で照射する配置とされた切断装置を用い、各層に応じ、各波長のレーザで繰り返し照射し、切断する場合のように、その層の数の分（波長の種類数の分）の積層体の相対的な移動を要しない。結果、繰り返し移動を要することに起因する位置精度の低下もないから、切断面精度も高く、高品質の除去加工（切断）が効率よくできる。なお、各分岐レーザ光の出力は、各層（材料）の融点、厚みに応じた安定した除去加工ができるエネルギが得られるように分岐手段２２０によって調整しておけばよい。

例えば、本例（図２参照）の３層構造の積層体１００のように、最上層（第１層）１０１が金（Ａｕ）からなる層、第２層１０２が鉄系合金からなる層、そして第３層１０３がガラスの層であるときにおいて、その第２層（鉄系合金）１０２の厚みが、図３に示した別例−１の積層体１００のように、図２の第２層１０２の厚みの例えば２倍である場合には、その第２層１０２の切断を受け持つ無変換の分岐レーザ光（基本波長）Ｌ２の出力が、その厚みに対応して２倍となるように分岐手段２２０によって調整しておけばよい。なお、図３（Ａ，Ｂ，Ｃ）に示した別例−１の切断においては、第２層１０２の厚みと、その切断を受け持つ無変換の分岐レーザ光（基本波長）Ｌ２の出力のみが、前例と異なるだけで、レーザ光照射手段２００を移動しながら、照射する等の工程は前例と同一である。このため、図２（Ａ，Ｂ，Ｃ）と同一又は対応する箇所にはそれと同一の符号を付すに止め、その工程等の詳細な説明は省略する（以下、同様とする）。なお、レーザ発振器から照射されるレーザ光Ｌａの強度は、各分岐レーザ光Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３の合計強度が得られるように、その出力を設定すればよい。

また、図２の３層構造の積層体において、第３層（ガラス）１０３の厚みが、図４（Ａ，Ｂ，Ｃ）に示した別例−２の積層体１００のように、図２の積層体１００におけるものの例えば２倍である場合には、その第３層（ガラス）１０３の切断を受け持つ第３高調波（波長：３５５ｎｍ）Ｌ３の出力が、その厚みに対応して２倍となるように分岐手段２２０によって調整しておけばよい。逆に、図２の３層構造の積層体において、第２層（鉄系合金）１０２又は第３層（ガラス）１０３の厚みが半分（０．５倍）となれば、それぞれの層の切断を受け持つ分岐レーザ光の出力を半分とすればよい。すなわち、各層の厚みが異なれば、それに応じ、各層の安定した除去加工ができるように、各分岐レーザ光Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３の出力の割合を加減すればよい。

上記例における材料構成の積層体でも、その積層順が異なり、例えば上から、鉄系合金、金、ガラスの順であれば、先頭の分岐レーザ光Ｌ１を基本波長とし、続く分岐レーザ光Ｌ２を第２高調波、最後尾の分岐レーザ光Ｌ３を第３高調波に変換しておけばよいことは明らかである。すなわち、波長は、当該分岐レーザ光が除去加工対象をなす層の材料に応じた、適度の倍波の高調波になるように変換しておけばよい。そして、このような３層構造において、上の２層（上から、鉄系合金、金）のみを除去加工するような溝入れ加工をする場合には、分岐レーザ光の数（分岐数）は２とし、先頭の分岐レーザ光を基本波長のものとし、続く２番目の分岐レーザ光を第２高調波に変換し、それぞれ、最上層、下の層の除去加工を受け持たせればよい。すなわち、このような上の２層のみからなる２層構造の積層体を切断する場合もこれと同様にすることでよい。なお、このように積層数が少ない場合には、レーザ光の分岐手段には、ビームスプリッタが適する。

以上は、異なる材料からなる３層構造、又は２層構造の積層体をレーザ除去加工する場合で説明したが、例えば、図５に示したように、積層体１００が４層で、その各層（４層）１０１〜１０４が上から下に、Ａ材料＋Ｂ材料＋Ａ材料＋Ｂ材料のように、同材料が繰り返す積層構造であり、Ａ材料が特定レーザ光の基本波長の吸収率において優れ、Ｂ材料が第２高調波の吸収率において優れている場合には、次のようにすればよい。すなわち、この場合には、４つの分岐レーザ光Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４に分岐するレーザ光照射手段を用いることになるが、先頭から後方に順に、基本波長、第２高調波、基本波長、第２高調波となるように、先頭から２番目と４番目の２つの分岐レーザ光Ｌ２、Ｌ４の波長を第２高調波に変換して、集光照射し、図５−Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄに示したように、レーザ光照射手段２００を、図示右から左に移動すればよい。このようにすれば、先頭の分岐レーザ光Ｌ１が最上層の除去加工を行った後、後続の複数の分岐レーザ光Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４が、順次、下の層の除去加工を行うことになる。もちろん、Ｂ材料が第２高調波よりも第３高調波の吸収率において優れている場合には、４つの分岐レーザ光Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４は、先頭から後方に順に、基本波長、第３高調波、基本波長、第３高調波の順となるように、２つの分岐レーザ光Ｌ２、Ｌ４を波長変換しておけばよい。

さらに積層体１００が４層でも、それが上から下に、Ａ材料＋Ｂ材料＋Ａ´材料＋Ｂ´材料のように４つの異なる材料からなる積層構造であるが、Ａ材料、Ａ´材料が特定レーザ光の基本波長の吸収率において優れ、Ｂ材料、Ｂ´材料が第２高調波（又は他の倍波の高調波）の吸収率において優れている場合にも、４つの分岐レーザ光Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４について、前記したのと同様に、そのうちの先頭から２番目と４番目の２つの分岐レーザ光Ｌ２，Ｌ４の波長を第２高調波（又は他の倍波の高調波）に変換しておけばよい。すなわち、高調波は、材料の吸収率に応じたものが得られるように、層をなす材料に応じ、その倍波を設定すればよい。

一方、このように４つの異なる材料からなる積層体１００でも、図６に示したように、それが上から下に、Ａ材料＋Ａ´材料＋Ｂ材料＋Ｂ´材料のような積層構造である場合には、２つの分岐レーザ光Ｌ１，Ｌ２に分岐し、そのうちの後続の分岐レーザ光Ｌ２を、Ｂ、Ｂ´材料の吸収率に応じ、例えば第２高調波に変換し、上の２層１０１，１０２を分岐レーザ光Ｌ１で同時に除去加工し（図６−Ａ参照）、そして、下の２層１０３，１０４を分岐レーザ光Ｌ２で同時に除去加工することとしてもよい（図６−Ｂ参照）。すなわち、本発明では、複数の分岐レーザ光のうち、１又は複数のものの波長を、該１つの分岐レーザ光が除去加工対象をなす層の材料に応じ、適度の倍波の高調波に変換しておけばよいのであり、１つの分岐レーザ光が除去加工対象をなす層の数は、１だけでなく、複数の場合も含まれる。

なお、加工対象である積層体は、切断又は溝入れ加工でも、その層の数に関係なく適用できる。そして、溝入れ加工では、最上層を含めた溝を入れる層の数分の切断加工と同じである。また、上記例におけるように、積層体の最上層の表面における加工予定直線に沿って、連続して材料を除去加工する切断加工又は溝入れ加工においては、複数の集光点相互の間隔は同じでなくともよい。

一方、上記例に用いたレーザ光照射手段２００におけるように、複数の集光点相互の間隔を同じとした場合には、加工予定直線ＫＬ上において、等間隔の穴あけ加工をすることができる。例えば、図２に示した３層構造の積層体１００ように、各層１０１，１０２，１０３が上から下に、Ａ材料（金）＋Ｂ材料（鉄系合金）＋Ｃ材料（ガラス）であり、それらの材料の吸収率に応じるように、第２高調波で金（Ａｕ）からなる最上層１０１を、無変換の基本波長で鉄系合金からなる第２層１０２を、そして、第３高調波でガラスからなる第３層１０３の積層体１００に穴あけ加工する場合には、次のようにすればよい。

すなわち、この場合には、図７に示したように、３つの分岐レーザ光Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３に分岐したレーザ光照射手段２００を用いることになるが、先頭から後方に順に、第２高調波、基本波長、第３高調波となるように、先頭と３番目の２つの分岐レーザ光Ｌ１，Ｌ３の波長を変換しておき、次のように、レーザ光照射手段２００の移動、停止、そして照射、照射停止を繰り返せばよい。前記間隔Ｐは、加工すべき複数の穴の間隔（ピッチ）と同じとなるから、加工すべき穴のピッチ（寸法）に応じ、その間隔Ｐを設定しておく。

図７−Ａに示したように、先頭の分岐レーザ光Ｌ１による集光点を加工予定直線ＫＬ上の最初の穴あけ位置（穴位置）Ｈ１に位置決めするように、図示右から左に移動して停止し、その位置Ｈ１で集光照射して最上層１０１の除去加工（穴あけ加工）をする。そして、この穴あけ終了後、集光照射を停止し、穴のピッチ、すなわち、前記間隔Ｐに応じた分、レーザ光照射手段２００を加工予定直線ＫＬに沿って移動し、先頭の分岐レーザ光Ｌ１による集光点が最上層１０１における次の穴あけ位置Ｈ２にくるようにして位置決め、停止し、その位置で集光照射して、最上層１０１に次の穴あけ加工をする（図７−Ｂ参照）。このとき、後続（２番目）の分岐レーザ光Ｌ２は、先頭の分岐レーザ光Ｌ１によって穴あけされた最初の穴位置Ｈ１においてその下の層１０２を同時に集光照射し、その層（第２層）１０２の除去加工（穴あけ加工）をする。

そして、この穴あけ終了後、集光照射を停止し、穴のピッチに応じた分、レーザ光照射手段２００を加工予定直線ＫＬに沿って移動し、先頭の分岐レーザ光Ｌ１による集光点が最上層１０１における次の穴あけ位置Ｈ３にくるようにして位置決め、停止し、その位置で集光照射して、最上層１０１に、次の穴あけ加工をする（図７−Ｃ参照）。このとき、後続（２番目）の分岐レーザ光Ｌ２は、先頭の分岐レーザ光Ｌ１によって穴あけされた２つ目の穴位置Ｈ２においてその下の層１０２を同時に集光照射することになり、その下の層（第２層）１０２の除去加工（穴あけ加工）が行われる。同時に、その後続（３番目）の分岐レーザ光Ｌ３は、２番目の分岐レーザ光Ｌ２によって穴あけされた最初の穴位置Ｈ１においてその下の層（第３層１０３）を集光照射し、その層１０３に穴あけをする。これにより、最初の穴位置Ｈ１においては、その３つの層１０１，１０２，１０３について穴があけられ、貫通した穴が得られる。以後、この移動、移動停止、そして照射、照射停止の工程を最後の穴位置において、第３層１０３に穴あけ加工がされるまで繰り返す。かくして、その積層体１００には、加工予定直線ＫＬ上において等間隔で多数の穴があけられる。

なお、照射スポット径、形状は、穴の直径、形状に応じて設定すればよい。また、前例では貫通穴の穴あけ加工の場合で説明したが、貫通穴でない場合には、穴あけ（除去加工）対象をなす最上層１０１を含む下の１又は複数の層についてのみ、除去加工すればよい。すなわち、前例において上の２層のみ、穴あけ加工する場合には、２つの分岐レーザ光とし、先頭から後方に、第２高調波、基本波長となるように、先頭の分岐レーザ光Ｌ１の波長を変換しておき、２つの照射による集光点の間隔Ｐで、レーザ光照射手段２００によるその移動、移動停止、そして照射、照射停止の工程を最後の穴位置において、下の層に穴あけ加工がされるまで繰り返せばよい。なお、穴が加工予定直線に沿って延びるスリット状の長穴である場合には、各長穴において、その長穴の開始端から終端まで照射を続ければよい。

上記例ではレーザ発振器（レーザ媒体）は、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ（基本波長：１０６４ｎｍ）を用いた場合で説明したが、本発明においてレーザ発振器は、積層体の層の構成材料（材質）、厚み、数等に基づき、分岐レーザ光を適度の倍波とした第ｎ高調波が加工対象をなす層（材料）に応じ、総合的にみて、基本波長、又はその適度の倍波の高調波にて、好ましい吸収率が得られるものを選択すればよい。すなわち、レーザは、加工対象をなす積層体の層の材料、層数等に基づいて、ＹＡＧレーザ、半導体レーザ、ＣＯ２レーザ等から適宜選択すればよいし、連続発振又はパルス発振（パルス幅）といった発振モードもそれらに応じて選択すればよい。

本発明において、レーザ発振器から発振されるレーザ光の分岐手段は、積層体をなす層（材料）の数、或いは適度の倍波となるべき高調波の種類の数に基づき、そして分岐すべき数等を考慮して選択すればよい。分岐数が少ない場合にはビームスプリッタを用いればよい。一方、多い場合には回析光学素子（ＤＯＥ）を用いるのが好ましい。ＤＯＥは、レーザ光の分岐数、分岐されたレーザ光の照射方向（分岐パターン、配置）、レーザ光強度（出力）の大小等の要求される仕様に容易に適合させることができるためである。なお、レーザ発振器から照射されるレーザ光の強度は、分岐されるレーザ光の合計強度（除去加工対象をなす積層体の層の数、融点、厚み等）に基づき、設定すればよい。また、本発明の除去加工対象をなす積層体は、広く積層構造を有するものに適用できる。

１００ 積層体
１０１，１０２，１０３，１０４ 積層体をなす層
１０１ 積層体の最上層
１０１ａ 最上層の表面
２００ レーザ光照射手段
２１０ レーザ発振器
Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４ 分岐レーザ光
Ｌ１ 先頭の分岐レーザ光
ＫＬ 加工予定直線
Ｐ 複数の集光点相互の間隔

Claims (4)

1. 異なる材料からなる少なくとも２つの層を有する積層体を、その最上層の表面にレーザ光を集光照射してレーザ除去加工する積層体のレーザ除去加工方法であって、
   １台のレーザ発振器から発振されるレーザ光が複数の分岐レーザ光に分岐され、この各分岐レーザ光の集光照射による複数の集光点が一直線上に相互に間隔をおいて位置する設定とされたレーザ光照射手段を用い、
   前記積層体の前記最上層の表面における加工予定直線の一端側から他端側に向けて、前記一直線上に位置する前記複数の集光点を、前記間隔を保持した状態で、該加工予定直線上において相対的に移動させ、
   先頭の分岐レーザ光の集光照射によって該積層体における最上層の除去加工を行った後、後続の１又は複数の分岐レーザ光の集光照射によって、その下の層、又は順次、下の層の除去加工を行って、前記加工予定直線上において該積層体のレーザ除去加工をするにあたり、
   前記複数の分岐レーザ光のうち、１又は複数のものの波長を、該分岐レーザ光が除去加工対象をなす前記各層の材料に応じ、適度の倍波の高調波に波長変換しておくことを特徴とする、積層体のレーザ除去加工方法。
2. 前記複数の集光点相互の間隔を同じとすることを特徴とする請求項１に記載の積層体のレーザ除去加工方法。
3. 前記各分岐レーザ光の集光照射による各集光点が、除去加工対象をなす前記層の表面又はその近傍に位置するように、各集光点の位置を前記積層体の層間方向において異ならせることを特徴とする請求項１又は２のいずれか１項に記載の積層体のレーザ除去加工方法１に記載の積層体のレーザ除去加工方法。
4. 前記各分岐レーザ光の集光照射による除去加工対象をなす前記層の材料の融点、又は該層の厚みに応じ、前記複数の分岐レーザ光のうち、１又は複数のものの出力を、他のものの出力と異ならせることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の積層体のレーザ除去加工方法。

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