JP5901178B2 - レーザ光によるセラミック基板の加工方法 - Google Patents
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Description
厚さ0.53mmのセラミック基板(96質量%のAl2O3、4質量%は不可避不純物、波長1000nm以上1100nm以下の光の反射率(半球反射率)は89%)。
加工装置
レーザ発振装置には、出力400Wであり、エムスクエア値M2が1.07、波長1083nmのレーザ光を連続発振にて射出する光ファイバレーザを使用した。加工ヘッドの焦点レンズはf100mmを使用した。また、ガス出射用ノズルのノズル径が1mmである高圧ガス噴射機構を設置し、レーザ光に対して相対移動できるステージに被加工体を載置した。
セラミック基板表面とレーザ光射出口との距離を500μm、集光点の位置はセラミック基板表面よりもレーザ光射出口側とし、セラミック基板表面と集光点との距離を50μmとした。これにより、加工点におけるレーザ光のスポット径が23μm、加工点におけるパワー密度は9.5×107W/cm2となった。レーザ光の入射角度は、切断方向とセラミック基板表面に対して鉛直方向とを含む平面内でセラミック基板の表面に対して86°(セラミック基板表面の鉛直方向に対して4°)に設定した。高圧ガス種は窒素とし、ガス出射用ノズル(ノズル径1.0mm)の噴射口における圧力を1.0MPaとした。切断速度が200mm/s、切断方向が直線状となるよう、ステージの移動速度と移動方向を設定した。なお、実施例では、同一使用条件における反射戻り光のレベルが光ファイバレーザに対して問題ない程度であることを確認した上で、装置破損防止装置は停止させた。
切断面の粗さ:レーザ顕微鏡(キーエンス社製、VK‐9510)にて測定した。
ドロスの高さ:レーザ顕微鏡(キーエンス社製、VK‐9510)にて測定した。
切断速度200mm/sにて、上記セラミック基板を完全に切断して、セラミック基板を個片化できた。従って、従来技術である、厚さ0.5mmのセラミック基板の場合における数mm/sの切断速度よりも、切断速度が著しく向上して、個片化の加工効率が向上した。図4の切断面の写真に示すように、切断面のレーザ顕微鏡写真から照射面側表面の切断幅は82μmと、100μm以下に低減でき、従来よりも優れた切断幅が得られた。よって、セラミック基板の切断にともなう製造ロスを低減できた。また、図4に示すように、レーザ光の照射面側表面から厚み方向に20%の深さの部分における切断幅は66μm、レーザ光の照射面側表面から厚み方向に80%の深さの部分における切断幅は61μmと、20%〜80%の深さ領域における切断幅の差は5μmとなり、20μm以下に低減できた。よって、切断加工の寸法精度が良好であり、平坦かつセラミック基板表面に対して略垂直な切断面が得られた。また、切断面には段差部及び凹部は生じず、全面に渡って平坦な切断面が得られた。
L レーザ光
W セラミック基板
Claims (10)
- 波長1000nm以上1100nm以下の光の反射率が80%以上であるセラミック基板の表面に、連続発振のレーザ光を照射して前記セラミック基板を切断加工する、レーザ光によるセラミック基板の加工方法であって、
前記レーザ光の波長が1000nm以上1100nm以下、前記レーザ光のエムスクエア値M 2 が1.0〜2.0の範囲であり、
前記セラミック基板の加工点における前記レーザ光のパワー密度が、1.0×107W/cm2以上、前記レーザ光の集光点の位置が、前記加工点より20〜400μm前記レーザ光の出射側である加工方法。 - 波長1000nm以上1100nm以下の光の反射率が80%以上であるセラミック基板の表面に、連続発振のレーザ光を照射して前記セラミック基板に貫通孔を形成する、レーザ光によるセラミックス基板の加工方法であって、
前記レーザ光の波長が1000nm以上1100nm以下、前記レーザ光のエムスクエア値M 2 が1.0〜2.0の範囲であり、
前記セラミック基板の加工点における前記レーザ光のパワー密度が、1.0×107W/cm2以上、前記レーザ光の集光点の位置が、前記加工点より20〜400μm前記レーザ光の出射側である加工方法。 - 前記加工点における前記レーザ光のスポット径が10〜100μmである請求項1または2に記載の加工方法。
- 前記レーザ光の前記セラミック基板への入射角度が、前記セラミック基板の表面に対して85°超90°以下の範囲である請求項1または2に記載の加工方法。
- さらに、前記セラミック基板からの前記レーザ光の反射光によって前記レーザ発振装置が損傷するのを防ぐための機構が備えられている請求項1または2に記載の加工方法。
- 前記セラミック基板に、前記レーザ光の吸収率を向上させる処理が施されていない請求項1または2に記載の加工方法。
- 前記セラミック基板の切断加工における前記レーザ光の照射面側の切断幅が10〜100μm、切断面の表面粗さがRa1.0μm以下、前記セラミック基板の前記照射面側から20%〜80%の深さにおける切断幅の差が20μm以下である請求項1に記載の加工方法。
- 前記セラミック基板の貫通孔形成における貫通孔径が10〜100μm、前記セラミック基板の前記照射面側から20%〜80%の深さにおける貫通孔径の差が20μm以下である請求項2に記載の加工方法。
- 前記レーザ光が照射される前記セラミック基板の加工点に対して、前記レーザ光と同軸方向から、噴射口における圧力が0.6〜1.5MPaのガスを噴射する請求項1または2に記載の加工方法。
- 前記セラミック基板の25℃における熱伝導率が、20〜250W/(m・K)である請求項1に記載の加工方法。
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