JP2018015783A - レーザ加工装置及びレーザ加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】レーザ加工装置によって複層樹脂基板をフルカット加工する際に、表面側の層の加工時に内側の樹脂層が加工されにくくする。【解決手段】レーザ加工装置１は、表面側から第１樹脂層Ｌ１と第２樹脂層Ｌ２とを有する複層樹脂基板Ｐを切断するための装置であって、第１レーザ発振器９Ａと、第２レーザ発振器９Ｂとを備えている。第１レーザ発振器９Ａは、第１樹脂層Ｌ１を切断するための第１レーザ光Ｒ１を発生する装置である。第１レーザ光Ｒ１は、第１樹脂層Ｌ１に対するよりも第２樹脂層Ｌ２に対して吸収率が低い。第２レーザ発振器９Ｂは、第２樹脂層Ｌ２を切断するための第２レーザ光Ｒ２を発生する装置である。第２レーザ光Ｒ２は、第１樹脂層Ｌ１に対するよりも第２樹脂層Ｌ２に対して吸収率が高い。【選択図】図４

Description

本発明は、レーザ加工装置及びレーザ加工方法、特に、レーザ光を照射することで樹脂基板を切断する装置及び方法に関する。

樹脂基板の種類は、単層樹脂基板と、複層樹脂基板とに分かれる。複層樹脂基板は、異なる材料の複数の樹脂層を含む。また、製品によって機能性膜(無機・金属・有機)を積層することがある。
複層樹脂基板を切断する装置として、レーザ加工装置が用いられる（例えば、特許文献１を参照）。複層樹脂基板は、レーザ加工装置によって、上側の層だけが切断されたり（ハーフカット加工）、全ての層が切断されたりする（フルカット加工）。

特開２０１４−８５１１号公報

複層樹脂基板をフルカット加工するときに、表面層より下側の層（例えば、中間層）がレーザ光に対して吸収率の高い材料からなる場合は、表面層より先に中間層が加工されることがある。この場合は、表面層の内側で発生したデブリが表面層によって排出を妨げられる。そのため、デブリが、樹脂層の境界に進入したり、内部に堆積したり、発熱して周辺部分を変質したりする。

本発明の目的は、レーザ加工装置によって複層樹脂基板をフルカット加工する際に、表面側の層の加工時に内側の樹脂層が加工されにくくすることにある。

以下に、課題を解決するための手段として複数の態様を説明する。これら態様は、必要に応じて任意に組み合せることができる。

本発明の一見地に係るレーザ加工装置は、表面側から第１樹脂層と第２樹脂層とを有する複層樹脂基板を切断するための装置であって、第１レーザ装置と、第２レーザ装置とを備えている。
第１レーザ装置は、第１樹脂層を切断するための第１レーザ光を発生する装置である。第１レーザ光は、第１樹脂層に対するよりも第２樹脂層に対して吸収率が低い。
第２レーザ装置は、第２樹脂層を切断するための第２レーザ光を発生する装置である。第２レーザ光は、第１樹脂層に対するよりも第２樹脂層に対して吸収率が高い。

この装置では、第１レーザ光によって第１樹脂層が切断されるときに、第２樹脂層は加工されない条件（レーザパワー等）が選定される。なぜなら、第１レーザ光は第１樹脂層に対するよりも第２樹脂層に対して吸収率が低いからである。その結果、第１樹脂層の切断時に、第２樹脂層が加工されにくい。
第１樹脂層が切断された後に、第２レーザ光によって第２樹脂層が切断される。このときに発生するデブリは、第１樹脂層の切断部分から外部に出ていく。したがって、第２樹脂層加工時に発生するデブリが第１樹脂層内に止まることがない。

第１レーザ光の第２樹脂層に対する吸収率は３０％以下、好ましくは２０％以下であってもよい。

第２レーザ光の第２樹脂層に対する吸収率は７０％以上、好ましくは８０％以上であってもよい。

第２樹脂層はＰＩを含み、第１レーザ装置はＣＯ_２レーザであり、第２レーザ装置はＵＶレーザであってもよい。

本発明の他の見地に係るレーザ加工方法は、表面側から第１樹脂層と第２樹脂層とを有する複層樹脂基板を切断する方法であって、下記のステップを備えている。
◎第1樹脂層に対するよりも第２樹脂層に対して吸収率が低い第１レーザ光を発生することで、第１樹脂層を切断する第１切断ステップ
◎第１切断ステップの後に、第１樹脂層に対するよりも第２樹脂層に対して吸収率が高い第２レーザ光を発生して第１樹脂層の切断部分に照射することで、第２樹脂層を切断する第２切断ステップ

この方法では、第１レーザ光によって第１樹脂層が切断されるときに、第２樹脂層は加工されない。なぜなら、第１レーザ光は第１樹脂層に対するよりも第２樹脂層に対して吸収率が低いからである。その結果、第１樹脂層の切断時に、第２樹脂層の加工に起因する不具合が生じにくい。
第１樹脂層が切断された後に、第２レーザ光によって第２樹脂層が切断される。このときに発生するデブリは、第１樹脂層の切断部分から外部に出ていく。したがって、第２樹脂層加工時に発生するデブリが第１樹脂層内に止まることがない。

本発明に係るレーザ加工装置及びレーザ加工方法では、複層樹脂基板をフルカット加工する際に、表面側の樹脂層の加工時に内側の樹脂層が加工されにくい。

本発明の第１実施形態のレーザ加工装置の模式図。 フルカット加工の制御動作を示すフローチャート。 樹脂基板の構造を示す模式的断面図。 樹脂基板の加工状態を示す模式的断面図。 本発明の実施例における切断部分の状態を示した平面図。 比較例における切断部分の状態を示した平面図。

１．第１実施形態
（１）全体構成
図１に、本発明の一実施形態による樹脂基板切断用のレーザ加工装置１の全体構成を示す。図１は、本発明の第１実施形態のレーザ加工装置の模式図である。
レーザ加工装置１は、樹脂基板Ｐをフルカット加工する装置である。樹脂基板とは、樹脂シート、樹脂フィルムともいわれるものである。

レーザ加工装置１は、レーザ装置３を備えている。レーザ装置３は、樹脂基板Ｐにレーザ光を照射するための第１レーザ発振器９Ａを有している。第１レーザ発振器９Ａは、例えば、ＣＯ_２レーザである。レーザ装置３は、樹脂基板Ｐにレーザ光を照射するための第２レーザ発振器９Ｂを有している。第２レーザ発振器９Ｂは、例えば、ＵＶレーザである。
レーザ装置３は、レーザ光を後述する機械駆動系に伝送する伝送光学系１１を有している。伝送光学系１１は、例えば、図示しないが、集光レンズ、複数のミラー、プリズム、ビームエキスパンダ等を有する。また、伝送光学系１１は、例えば、第１レーザ発振器９Ａ、第２レーザ発振器９Ｂ及び他の光学系が組み込まれたレーザ照射ヘッド（図示せず）をＸ軸方向に移動させるためのＸ軸方向移動機構（図示せず）を有している。
伝送光学系１１は、第１レーザ発振器９Ａと第２レーザ発振器９Ｂでそれぞれ別の光学機構を有していてもよいし、共有の光学機構を切り換えて使用可能であってもよい。

レーザ加工装置１は、機械駆動系５を備えている。機械駆動系５は、ベッド１３と、樹脂基板Ｐが載置される加工テーブル１５と、加工テーブル１５をベッド１３に対して水平方向に移動させる移動装置１７とを有している。移動装置１７は、ガイドレール、移動テーブル、モータ等を有する公知の機構である。

レーザ加工装置１は、制御部７を備えている。制御部７は、プロセッサ（例えば、ＣＰＵ）と、記憶装置（例えば、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＨＤＤ、ＳＳＤなど）と、各種インターフェース（例えば、Ａ／Ｄコンバータ、Ｄ／Ａコンバータ、通信インターフェースなど）を有するコンピュータシステムである。制御部７は、記憶部（記憶装置の記憶領域の一部又は全部に対応）に保存されたプログラムを実行することで、各種制御動作を行う。
制御部７は、単一のプロセッサで構成されていてもよいが、各制御のために独立した複数のプロセッサから構成されていてもよい。

制御部７には、図示しないが、樹脂基板Ｐの大きさ、形状及び位置を検出するセンサ、各装置の状態を検出するためのセンサ及びスイッチ、並びに情報入力装置が接続されている。
この実施形態では、制御部７は、第１レーザ発振器９Ａ及び第２レーザ発振器９Ｂを制御できる。また、制御部７は、移動装置１７を制御できる。さらに、制御部７は、伝送光学系１１を制御できる。

樹脂基板Ｐは、図３に示すように、複層の樹脂からなる複層樹脂基板である。図３は、樹脂基板の構造を示す模式的断面図である。具体的には、樹脂基板Ｐは、三層構造であり、表側から、第１樹脂層Ｌ１と、第２樹脂層Ｌ２と、第３樹脂層Ｌ３とを有している。
一例として、第１樹脂層Ｌ１は、ＰＥＴを含む。第２樹脂層Ｌ２は、ＰＩを含む。第３樹脂層Ｌ３は、ＰＥＴを含む。
一例として、各樹脂層は接着層により互いに接着されている。
一例として、第２樹脂層Ｌ２の上面には、回路が形成されている。

（２）動作
図２〜図４を用いて、レーザ光による樹脂基板Ｐの加工動作を説明する。図２は、フルカット加工の制御動作を示すフローチャートである。図４は、樹脂基板の加工状態を示す模式的断面図である。
制御部７が、レーザ発振器９を駆動して、樹脂基板Ｐの切断を実行する。以下、切断動作を具体的に説明する。

ステップＳ１では、第１樹脂層Ｌ１を切断する。具体的には、制御部７は、第１レーザ発振器９Ａを駆動することで、レーザ光を切断ラインＣに沿って移動させる。図３に示すように、第１レーザ光Ｒ１によって、第１樹脂層Ｌ１が切断される。レーザ光の走査回数は１回でもよいし、複数回でもよい。
第１レーザ光Ｒ１によって第１樹脂層Ｌ１が切断されるときに、第２樹脂層Ｌ２は加工されない。なぜなら、第１レーザ光Ｒ１は、第１樹脂層Ｌ１に対するよりも第２樹脂層Ｌ２に対して吸収率が低いからである。その結果、第１樹脂層Ｌ１の切断時に、第２樹脂層Ｌ２の加工による不具合が生じにくい。
具体例として、ＣＯ_２レーザのＰＩに対する吸収率は、９．４μ波長帯の場合は３０％程度である。

ステップＳ２では、第２樹脂層Ｌ２を切断する。具体的には、制御部７は、第２レーザ発振器９Ｂを駆動することで、レーザ光を切断ラインＣに沿って移動させる。レーザ光の走査回数は１回でもよいし、複数回でもよい。図４に示すように、第２レーザ光Ｒ２によって、第２樹脂層Ｌ２が切断される。このときに発生するデブリは、第１樹脂層Ｌ１の切断部１９から外部に出ていく。なお、第２レーザ光Ｒ２は第１樹脂層Ｌ１に対するよりも第２樹脂層Ｌ２に対して吸収率が高いので、第２樹脂層Ｌ２は効果的に切断される。

具体例として、ＵＶレーザのＰＩに対する吸収率は、９０％程度である。
ステップＳ３では、第３樹脂層Ｌ３を切断する。このとき、第２レーザ発振器９ＢつまりＵＶレーザが用いられる。

次に、図５及び図６を用いて、実施例と比較例を説明する。図５は、本発明の実施例における切断部分の状態を示した平面図である。図６は、比較例における切断部分の状態を示した平面図である。
実施例：第１樹脂層がＰＥＴ、第２樹脂層がＰＩ、レーザ装置はＣＯ_２レーザである。
比較例：第１樹脂層がＰＥＴ、第２樹脂層がＰＩ、レーザ装置はＵＶレーザである。
いずれの場合も、第１樹脂層のみを切断して、その状態で観察を行った。

図５に示すように、実施例では、切断部１９に対して、デブリが広がっている領域の幅Ｚはわずかである。
図６に示すように、比較例（例えば、第１層を切断するためにＵＶレーザを用いた場合）では、切断部１９に対してデブリが広がっているよう領域の幅Ｚが極端に長くなっている。

２．他の実施形態
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

前記樹脂基板は樹脂層が３層であったが、樹脂層は、２層であってもよいし、４層以上であってもよい。
前記基板は全て樹脂層で構成されていたが、２層の樹脂層の下に他の層（例えば、金属層、セラミック層）が設けられていてもよい。
レーザ装置、機械駆動系の具体的な構成は、前記実施形態に限定されない。
樹脂基板の形状、切断部の形状は特に限定されない。

本発明は、レーザ光を照射することで樹脂基板を切断するレーザ加工装置及びレーザ加工方法に広く適用できる。

１ ：レーザ加工装置
３ ：レーザ装置
５ ：機械駆動系
７ ：制御部
９ ：レーザ発振器
９Ａ ：第１レーザ発振器
９Ｂ ：第２レーザ発振器
１１ ：伝送光学系
１３ ：ベッド
１５ ：加工テーブル
１７ ：移動装置
１９ ：切断部
Ｌ１ ：第１樹脂層
Ｌ２ ：第２樹脂層
Ｌ３ ：第３樹脂層
Ｐ ：樹脂基板

Claims (5)

1. 表面側から第１樹脂層と第２樹脂層とを有する複層樹脂基板を切断するためのレーザ加工装置であって、
   前記第１樹脂層を切断するための第１レーザ光を発生する装置であって、前記第１レーザ光は前記第１樹脂層に対するよりも前記第２樹脂層に対して吸収率が低い、第１レーザ装置と、
   前記第２樹脂層を切断するための第２レーザ光を発生する装置であって、前記第２レーザ光は第1樹脂層に対するよりも前記第２樹脂層に対して吸収率が高い、第２レーザ装置と、
   を備えたレーザ加工装置。
2. 前記第１レーザ光の前記第２樹脂層に対する吸収率は３０％以下である、請求項１に記載のレーザ加工装置。
3. 前記第２レーザ光の前記第２樹脂層に対する吸収率は７０％以上である、請求項１又は２に記載のレーザ加工装置。
4. 前記第２樹脂層はＰＩを含み、
   前記第１レーザ装置はＣＯ_２レーザであり、
   前記第２レーザ装置はＵＶレーザである、請求項１〜３のいずれかに記載のレーザ加工装置。
5. 表面側から第１樹脂層と第２樹脂層とを有する複層樹脂基板を切断するレーザ加工方法であって、
   前記第１樹脂層に対するよりも前記第２樹脂層に対して吸収率が低い第１レーザ光を発生することで、前記第１樹脂層を切断する第１切断ステップと、
   前記第１切断ステップの後に、前記第１樹脂層に対するよりも前記第２樹脂層に対して吸収率が高い第２レーザ光を発生して前記第１樹脂層の切断部分に照射することで、前記第２樹脂層を切断する第２切断ステップと、
   を備えたレーザ加工方法。

Images