JP6744624B2 - Method and apparatus for cutting tubular brittle member - Google Patents

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本発明は、短パルスレーザ光を用いたガラス管やサファイア管等の管状脆性部材の分断方法並びに分断装置に関する。特に、本発明は当該材料に対して透過性を有する波長のレーザを用いた分断方法並びにその装置に関する。 The present invention relates to a method and an apparatus for cutting a tubular brittle member such as a glass tube or a sapphire tube using a short pulse laser beam. In particular, the present invention relates to a cutting method and apparatus using a laser having a wavelength that is transparent to the material.

基板に対して透過性を有する(透明な)パルスレーザ光を照射して内部改質層を形成する「ステルスダイシング」と称されるレーザ加工技術が利用されている(特許文献1参照)。このレーザ加工技術では、分断すべき領域の基板内部に焦点を合わせてパルスレーザ光を照射して改質し、これをストリート(分断予定ライン)に沿って連続的に行うことで改質層を形成する。そして、強度が低下した改質層に沿って外力を加えることにより分断している。 A laser processing technique called “stealth dicing” is used in which a substrate is irradiated with a transparent (transparent) pulsed laser beam to form an internal modified layer (see Patent Document 1). In this laser processing technology, the inside of the substrate in the region to be divided is focused and irradiated with pulsed laser light for modification, and this is continuously performed along the streets (planned dividing lines) to form the modified layer. Form. Then, it is divided by applying an external force along the modified layer whose strength has been lowered.

また、近年、パルス幅(パルス持続時間)がナノ秒(ns)、ピコ秒(ps)の短パルスレーザ光の研究および開発が進んだ結果、個々のパルスが分割されたバースト列(バーストパルス光)として発振される「バーストモード」と称される短パルスレーザ光を照射して基板の内部改質を行うレーザ加工技術も利用されている(特許文献2参照)。
すなわち、基板に対し透過性を有する波長のレーザを用いて、そのパルスレーザ光の繰り返し周波数やパルス幅が加工に適した短パルスレーザ光となるように調整し、基板内部に集光点を合わせて照射することでアブレーションを生じさせることなく改質層を形成することができる。このレーザ加工技術では、調整されたパルス幅を有する短パルスレーザ光をそのまま照射するのではなく、個々のパルスを複数(例えば2〜10個)の微細パルス幅からなるバーストパルス光(バースト列)に分割された状態で発振させて照射するようにしている。
Further, in recent years, as a result of research and development of a short pulse laser light having a pulse width (pulse duration) of nanosecond (ns) and picosecond (ps), a burst train (burst pulse light) in which individual pulses are divided ), a laser processing technique of irradiating a short pulse laser beam called "burst mode" to internally modify the substrate is also used (see Patent Document 2).
That is, using a laser with a wavelength that is transparent to the substrate, adjust the repetition frequency and pulse width of the pulsed laser light so that it becomes a short pulsed laser light suitable for processing, and adjust the focus point inside the substrate. It is possible to form the modified layer without causing ablation by irradiating the modified layer. In this laser processing technology, short pulse laser light having an adjusted pulse width is not directly irradiated, but individual pulse is a burst pulse light (burst train) having a plurality (for example, 2 to 10) fine pulse widths. It is made to oscillate and irradiate in the state divided into.

例えば、パルス光生成手段によって、繰り返し周波数100kHz(10μ秒(μs)周期でパルスを生成)かつパルス幅200nsの短パルスレーザ光が、パルス光エネルギー10μJで生成される際に、バーストパルス光形成手段によりこの短パルスレーザ光を微細パルス幅が1nsの10個のバーストパルス光(バースト列)に分割された状態で発振させる。この場合、バーストパルス光のピークパワーは、理論的には平均で(10μJ/10個)/1ns=1kWとなるが、各バーストパルス光のピークパワーは相互に同等にすることも、相互に異ならせること(例えば、各バーストパルス光のピークパワーを順次大きくしていくこと、順次小さくしていくこと等)もできる。
そして、シリコン基板に対し透過性を有する波長(例えば1064nm)であって改質に適したパルス幅のパルスレーザ光を、このような複数の微細パルス幅からなるバーストパルス光として発振させ、集光器によりバーストパルス光の集光点を基板の厚み方向中央部に合わせ、シリコン基板に「バーストモード」として照射を行う。これにより、被加工物におけるレーザ入射面と反対面側への抜け光が反対面へ与えるダメージを抑制することができるようになり、この反対面上に予め形成されているデバイスへのダメージを抑制できることが開示されている。
For example, when the pulsed light generation means generates short pulsed laser light having a repetition frequency of 100 kHz (pulses are generated at a cycle of 10 μs (μs)) and a pulse width of 200 ns with pulsed light energy of 10 μJ, burst pulsed light formation means Thus, the short pulse laser light is oscillated in a state of being divided into 10 burst pulse lights (burst trains) having a fine pulse width of 1 ns. In this case, the peak power of the burst pulse light is theoretically (10 μJ/10)/1 ns=1 kW on average, but the peak powers of the burst pulse lights may be equal to each other or different from each other. (For example, the peak power of each burst pulsed light can be sequentially increased or decreased sequentially).
Then, pulse laser light having a wavelength (for example, 1064 nm) that is transparent to the silicon substrate and having a pulse width suitable for modification is oscillated as burst pulse light having a plurality of such fine pulse widths, and is condensed. The focus point of the burst pulse light is aligned with the central portion in the thickness direction of the substrate by the instrument, and the silicon substrate is irradiated in "burst mode". As a result, it is possible to suppress damage to the opposite surface by light that escapes from the laser incident surface and the opposite surface of the workpiece, and suppresses damage to the device previously formed on the opposite surface. It is disclosed that this can be done.

また、短パルスレーザ光のバースト列(バーストパルス光)を利用して基板を劈開する加工方法として、他の文献では基板内に「フィラメント」を形成して加工するレーザ加工技術が開示されている。すなわち、対物レンズにより集束された集束レーザビームを基板に照射して、長さが数百ミクロンまたは数ミリメートルの「レーザフィラメント」(以下「フィラメント」と略す)と称する、レーザエネルギーを蓄積させた長く狭いチャネルを基板内に形成し、基板を並進して直線状あるいは曲線状にレーザフィラメントを移動することでフィラメントトラックを刻んで加工することが特許文献3に開示されている(特に0035、0039欄)。同文献ではこの加工方法が適用可能な基板材料として、ガラス、半導体、透明セラミックス、ポリマ、透明導体、広バンドギャップガラス、水晶、結晶石英、ダイヤモンド、およびサファイアが記載されている。 Further, as a processing method for cleaving a substrate using a burst train of short pulsed laser light (burst pulsed light), another document discloses a laser processing technique in which a “filament” is formed in the substrate for processing. .. That is, by irradiating a substrate with a focused laser beam focused by an objective lens, which is called a “laser filament” (hereinafter abbreviated as “filament”) having a length of hundreds of microns or millimeters, a long laser energy is accumulated. It is disclosed in Patent Document 3 that a narrow channel is formed in a substrate, and a laser beam is moved in translation to move the laser filament in a straight line or a curved line so that a filament track is cut and processed (in particular, columns 0035 and 0039). ). In this document, glass, semiconductors, transparent ceramics, polymers, transparent conductors, wide band gap glass, quartz, crystalline quartz, diamond, and sapphire are described as substrate materials to which this processing method can be applied.

また、上記特許文献3に記載の「レーザフィラメント」をさらに空間的に拡張し、空間的に同質なフィラメントを長く形成する改良方法が特許文献4に開示されている。
同文献によれば、特許文献3では超高速パルスレーザ光のバーストからなる入射レーザビームが「集束レンズ」によって基板内部で集束されて、基板内部で数百ミクロン程度のフィラメントを形成できることが開示されているとしている。そして、「集束レンズ」に代えて、「分散集束要素」(例えば分散焦点を生成するように形成された1つまたは複数のレンズ)を使用することで、入射レーザビームは集束レーザビームが初期外部ウエスト(すなわち基板の外側)に集束され、かつ、加工対象基板の内部で弱く集束(0040、0041欄)され、この分散集束構成により、制御された形状特性とミリメートル規模の長さとを有する「フィラメント」が形成できることが記載されている。
Further, Patent Document 4 discloses an improved method in which the “laser filament” described in Patent Document 3 is further expanded spatially to form a spatially homogeneous filament for a long time.
According to the document, Patent Document 3 discloses that an incident laser beam composed of a burst of ultrafast pulsed laser light is focused inside a substrate by a “focusing lens”, and a filament of about several hundreds of microns can be formed inside the substrate. I am going to. Then, instead of a "focusing lens", a "dispersive focusing element" (eg, one or more lenses formed to create a divergent focus) is used so that the incident laser beam is initially focused externally. Focused on the waist (ie outside the substrate) and weakly inside the substrate to be processed (columns 0040, 0041), this distributed focusing configuration results in a "filament" with controlled shape characteristics and millimeter scale lengths. Is formed.

特許第3408805号公報Japanese Patent No. 3408805 特開2014−104484号公報JP, 2014-104484, A 特表2013−536081号公報Japanese Patent Publication No. 2013-536081 特開2015−037808号公報Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2015-037808

上記特許文献3、4で示されている「フィラメント」を利用したレーザ加工技術において、加工対象として具体的に示されている基板はいずれも平板形状のものである。平らなガラス基板では、レーザビームを平面上で平行移動させることにより、フィラメントの位置を一定の深さ位置にして簡単にスキャンすることができる。
一方、特許文献4には、複雑なスプライン表面を備える材料の加工に際し、回転ステージとZ位置との制御を組み合わせた複雑な制御を行うことが開示されている。
ところで、フィラメントを利用した同様の加工で加工対象がガラス管(管状脆性部材)の場合に、フィラメントの位置を一定の深さにして照射するには、ガラス管を回転させながら全周面をスキャンする必要がある。そのため装置が複雑になるとともに、肉薄で細管のガラス管の場合には熱変形等の不具合が発生しやすいといった問題点があった。
In the laser processing technology using the “filament” shown in Patent Documents 3 and 4, the substrates specifically shown as the processing targets are all flat plates. With a flat glass substrate, the filament can be easily scanned by moving the laser beam in parallel on the plane so that the filament position is at a constant depth position.
On the other hand, Patent Document 4 discloses performing complicated control by combining control of a rotary stage and a Z position when processing a material having a complicated spline surface.
By the way, in the case of a glass tube (tubular brittle member) to be processed by similar processing using a filament, in order to irradiate with the filament at a certain depth, scan the entire circumference while rotating the glass tube. There is a need to. Therefore, there is a problem that the apparatus becomes complicated and a problem such as thermal deformation easily occurs in the case of a thin and thin glass tube.

そこで本発明は、パルスレーザ光のバーストを含むレーザビームを利用した簡単な管状脆性部材の分断方法並びに分断装置を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a simple method for cutting a tubular brittle member and a cutting device using a laser beam including a burst of pulsed laser light.

上記目的を達成するためになされた本発明の管状脆性部材の分断方法は、パルスレーザ光のバーストを含むレーザビームを、収差を生じさせる収差付集光光学部材を透過させて収差レーザビームを生成し、前記収差レーザビームが前記管状脆性部材の周面の一部を横断するように、前記管状脆性部材の軸心と交差する方向にスキャンして周面の一部に一部がフルカットとなるクラックを生じさせ、前記管状脆性部材を前記クラックに沿って外力を加えて分断するようにしている。
本発明の分断方法においては、前記収差レーザビームの最も集束する最集束部が前記管状脆性部材の管壁の内部に位置するようにスキャンすることが好ましい。
ここで、収差レーザビームの最集束部は、収差レーザビームの照射方向に沿って、ビームプロファイル(強度分布)を測定したときに、ビームプロファイルのピークパワーが最も高くなる位置(収差レーザビームの照射方向に沿った位置)を意味する。
The method of cutting a tubular brittle member of the present invention made to achieve the above object is to generate an aberrated laser beam by transmitting a laser beam including a burst of pulsed laser light through an aberrated converging optical member that causes aberration. Then, so that the aberrated laser beam traverses a part of the peripheral surface of the tubular brittle member, scans in a direction intersecting with the axis of the tubular brittle member and partially cuts part of the peripheral surface. The tubular brittle member is divided by applying an external force along the crack.
In the dividing method of the present invention, it is preferable to perform scanning so that the most focused portion of the aberration laser beam that is most focused is located inside the tube wall of the tubular brittle member.
Here, the most converging part of the aberration laser beam is located at the position where the peak power of the beam profile becomes highest when the beam profile (intensity distribution) is measured along the irradiation direction of the aberration laser beam (irradiation of the aberration laser beam. Position along the direction).

また、別の観点からなされた本発明の管状脆性部材の分断装置は、管状脆性部材を載置するステージと、パルスレーザ光のバーストを含んだレーザビームを出射するレーザ出力装置と、前記レーザ出力装置からのレーザビームを、収差を生じさせる収差付集光光学部材を介して収差レーザビームを生成する収差付集光光学系と、前記収差レーザビームを、前記管状脆性部材の軸心と交差する方向に相対的に移動させて前記管状脆性部材の周面の一部に一部がフルカットとなるクラックを生じさせる移動機構と、前記管状脆性部材を前記クラックに沿って分断するブレイク部材とからなるようにしている。
本発明の分断装置においては、前記収差付集光光学系が、前記収差レーザビームの最も集束する最集束部が前記管状脆性部材の集光光学系側の管壁の内部に位置する光学系であることが好ましい。
Further, the tubular brittle member cutting device of the present invention made from another viewpoint, a stage for mounting the tubular brittle member, a laser output device for emitting a laser beam containing a burst of pulsed laser light, and the laser output. An aberrating condensing optical system that generates an aberrated laser beam from an apparatus through an aberrating condensing optical member that causes an aberration, and the aberrating laser beam intersects the axis of the tubular brittle member. From a moving mechanism that relatively moves in a direction to cause a crack that is a full cut in a part of the peripheral surface of the tubular brittle member, and a break member that divides the tubular brittle member along the crack. I am trying to.
In the disruption device of the present invention, the aforesaid focusing optical system is an optical system in which the most focused portion of the aberrated laser beam is located inside the tube wall of the tubular brittle member on the focusing optical system side. Preferably.

本発明は上記のごとく構成されているので、一度の直線移動の走査(ワンスキャン)で、管状脆性部材の周面の一部に分断用のクラックを形成することができる。これにより、次工程でクラックに沿って完全分断する際に、このクラックがトリガとなって亀裂が円周方向に容易に進展し、端面品質が優れた分断面で管状脆性部材を輪切り状に分断することができる。特に、部分的なクラックを形成するだけでよいため管状脆性部材の回転機構が不要になり、また全周面を回転スキャンする場合に比べてスキャン時間が短縮され、作業の効率化を図ることができるといった効果がある。 Since the present invention is configured as described above, a splitting crack can be formed on a part of the peripheral surface of the tubular brittle member by a single linear movement scanning (one scan). As a result, when completely splitting along the crack in the next step, this crack triggers and the crack easily progresses in the circumferential direction, and the tubular brittle member is split into round slices with a split surface with excellent end face quality. can do. In particular, since it is only necessary to form a partial crack, the rotating mechanism of the tubular brittle member is unnecessary, and the scanning time is shortened compared to the case where the entire peripheral surface is rotationally scanned, and the work efficiency can be improved. There is an effect that you can.

本発明において、前記管状脆性部材のスキャン時に、前記管状脆性部材の内面近傍を内面に対して接線方向に引いた仮想直線に沿って、前記収差レーザビームの最集束部を直線移動させるようにしてもよい。
また、本発明において、前記収差付集光光学部材は、平凸レンズとしてもよい。この場合、レーザビームを前記平凸レンズの平面側から入射させることにより、凸面側から収差レーザビームを出射させることができる。
さらに、本発明において、前記管状脆性部材がガラス管またはサファイア管であり、前記パルスレーザ光のレーザ光源が波長0.7〜2.5μm(例えば、Nd:YAGレーザの基本波)の近赤外レーザであり、かつ、パルス幅が100ピコ秒以下の超短パルスレーザ光のバーストを用いるようにしてもよい。
In the present invention, at the time of scanning the tubular brittle member, along a virtual straight line drawn in the tangential direction to the inner surface of the tubular brittle member in the vicinity of the inner surface, the most focused portion of the aberration laser beam is moved linearly. Good.
Further, in the present invention, the aberration-improving condensing optical member may be a plano-convex lens. In this case, by inputting the laser beam from the plane side of the plano-convex lens, the aberration laser beam can be emitted from the convex side.
Further, in the present invention, the tubular brittle member is a glass tube or a sapphire tube, and the laser light source of the pulsed laser light has a wavelength of 0.7 to 2.5 μm (for example, a fundamental wave of an Nd:YAG laser) in the near infrared. A burst of ultrashort pulsed laser light which is a laser and has a pulse width of 100 picoseconds or less may be used.

本発明で利用する収差レーザビームを形成するための光学系を示すブロック図。FIG. 3 is a block diagram showing an optical system for forming an aberrated laser beam used in the present invention. 収差レーザビームの集束状態を示す拡大説明図。FIG. 6 is an enlarged explanatory view showing a focused state of an aberrated laser beam. パルスレーザ光のバーストのプロファイルを示す概念図。The conceptual diagram which shows the profile of the burst of pulsed laser light. 本発明におけるクラック形成の第一段階を示す説明図。Explanatory drawing which shows the 1st step of crack formation in this invention. 収差レーザビームの最集束部が通過する軌跡範囲を示す説明図。Explanatory drawing which shows the locus|trajectory range which the most converging part of an aberration laser beam passes. 本発明における分断加工工程を示す断面図。Sectional drawing which shows the cutting process in this invention.

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
本発明は、図1に示すように、レーザ出力装置1からパルスレーザ光のバースト列を含むレーザビームL1を出射し、このレーザビームL1を、収差付集光光学部材(具体的には後述する平凸レンズ2)を透過させて(焦点が分散する)収差レーザビームL2を生成させる収差付集光光学系を備える。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
In the present invention, as shown in FIG. 1, a laser output device 1 emits a laser beam L1 including a burst train of pulsed laser light, and this laser beam L1 is used as an aberrated converging optical member (specifically described later). An aberrating condensing optical system that transmits the plano-convex lens 2) and generates an aberrated laser beam L2 (where the focus is dispersed) is provided.

レーザ出力装置1は、パルス幅(パルス持続時間)が100ピコ秒以下、好ましくは50ピコ秒以下(通常は1ピコ秒以上)、ここでは15ピコ秒のパルスレーザ光のレーザビームを出射するレーザ光源1aと、このレーザ光源1aから発振されたパルスレーザ光を分割されたバースト列の集合として出射させる光変調器1bとを備える。なお、レーザ光源1aには1064nmの波長を有する近赤外レーザを使用する。
パルスレーザ光のバースト列を出射可能なレーザ出力装置1については、例えば特表2012−515450号公報に開示されており、ここでは公知のレーザ出力装置を利用してパルスレーザ光のバースト列を出射するものとし、詳細については説明を省略する。
The laser output device 1 is a laser that emits a pulsed laser beam having a pulse width (pulse duration) of 100 picoseconds or less, preferably 50 picoseconds or less (usually 1 picosecond or more), here 15 picoseconds. A light source 1a and an optical modulator 1b for emitting the pulsed laser light oscillated from the laser light source 1a as a set of divided burst trains are provided. A near infrared laser having a wavelength of 1064 nm is used as the laser light source 1a.
A laser output device 1 capable of emitting a burst train of pulsed laser light is disclosed in, for example, Japanese Patent Publication No. 2012-515450, and here, a known laser output device is used to emit a burst train of pulsed laser light. However, the detailed description is omitted.

レーザ出力装置1から出射されたレーザビームL1に収差を生じさせるために用いる収差付集光光学部材は、特に限定されるものではないが、ここでは焦点を光軸方向に分散させ、通過したレーザビームL1を軸方向にぼやけた焦点を結ぶように集束させて収差を生じさせる平凸レンズ2を利用している。この平凸レンズ2を通過したレーザビームL1は、焦点が分散した収差レーザビームL2となる。レーザビームL1を平凸レンズ2の平面側から入射させることによって、凸面側から収差レーザビームL2を出射させることができる。 The aberration-imparting condensing optical member used for producing the aberration in the laser beam L1 emitted from the laser output device 1 is not particularly limited, but here, the focus is dispersed in the optical axis direction and the passed laser beam is passed. A plano-convex lens 2 is used that focuses the beam L1 so as to form a blurry focal point in the axial direction to generate aberration. The laser beam L1 that has passed through the plano-convex lens 2 becomes an aberrated laser beam L2 having a dispersed focus. By inputting the laser beam L1 from the plane side of the plano-convex lens 2, the aberration laser beam L2 can be emitted from the convex side.

パルスレーザ光のバースト列から生成された収差レーザビームL2は、図2(a)に示すように、平凸レンズ2で集束させることによりレーザエネルギーを蓄積させた狭くて長い高エネルギー分布領域Fを形成することができる。この高エネルギー分布領域Fを模式的に拡大した図を図2(b)に示す。このような高エネルギー分布領域Fの形成によって、加工対象物の表面に照射されたときに、加工対象物の被照射面から内部深くまで加工することができる。 The aberration laser beam L2 generated from the burst train of pulsed laser light forms a narrow and long high energy distribution region F in which laser energy is accumulated by being focused by the plano-convex lens 2 as shown in FIG. 2(a). can do. A schematic enlarged view of the high energy distribution region F is shown in FIG. By forming such a high-energy distribution region F, when the surface of the object to be processed is irradiated, the object to be processed can be processed from the irradiated surface to a deep inside.

次に、本発明に係る収差レーザビームを利用した管状脆性部材の分断加工実験について、ガラス管を例にして以下に説明する。
本実験で用いたレーザ(パルスレーザ光のバースト列)の条件は次の通りである。

レーザ出力 : 19.4W
繰り返し周波数 : 32.5kHz
パルス幅 : 15ピコ秒
パルス間隔(レーザパルスの基板上での照射スポットの照射間隔): 4μm
バースト : 4パルス
パルスエネルギー: 155μJ/1バースト
走査速度 : 130mm/s

上記の加工条件で照射した結果、加工対象物の被照射面から内部深くまで加工することができた。加工深さや加工状態は、上記したレーザ出力、繰り返し周波数、パルス幅、バースト数やパルス間隔、収差等の調整により容易にコントロールすることができる。
Next, a cutting processing experiment of a tubular brittle member using an aberrated laser beam according to the present invention will be described below by taking a glass tube as an example.
The conditions of the laser (burst train of pulsed laser light) used in this experiment are as follows.

Laser output: 19.4W
Repetition frequency: 32.5 kHz
Pulse width: 15 picoseconds Pulse interval (irradiation interval of irradiation spot of laser pulse on substrate): 4 μm
Burst: 4 pulses Pulse energy: 155 μJ/1 burst Scanning speed: 130 mm/s

As a result of irradiation under the above-mentioned processing conditions, it was possible to process the object to be processed from the irradiated surface to a deep inside. The processing depth and the processing state can be easily controlled by adjusting the laser output, the repetition frequency, the pulse width, the number of bursts, the pulse interval, and the aberration described above.

図3はパルスレーザ光のバースト列を示す模式図である。1つ1つのパルスレーザ光が分割された4つの微細パルスPが形成され、これが繰り返し周波数ごとに間欠的に照射される。 FIG. 3 is a schematic diagram showing a burst train of pulsed laser light. Four fine pulses P are formed by dividing each pulsed laser beam, and this is intermittently irradiated for each repetition frequency.

このようにして生成されたレーザビームを用いたガラス管の分断方法を図4〜6に基づいて説明する。分断対象となるガラス管(管状脆性部材)Aとして、ソーダガラスで作成された直径11.4mm、厚み0.9mmのガラス管を用いた。 A method of cutting a glass tube using the laser beam thus generated will be described with reference to FIGS. As a glass tube (tubular brittle member) A to be cut, a glass tube made of soda glass and having a diameter of 11.4 mm and a thickness of 0.9 mm was used.

ステージ3上に載置されたガラス管Aに対し、収差レーザビームL2の最集束部をガラス管Aの軸心と直交する方向にスキャンして、ガラス管Aの周面の一部に円周方向に沿ったクラックKを加工する。スキャンする際は、ガラス管Aの内面近傍を内面に対して接線方向に引いた仮想直線B(本実施形態では、仮想直線Bはステージ3と平行になる)に沿って、最集束部を仮想直線Bの位置に合わせた状態で直線移動させる。これにより、ガラス管Aの周面の一部にクラックKが形成される。クラックKは一部がフルカットとなる場合もあるが、ガラス管A全体はフルカットとはならない。
なお、ここでいう「フルカット」とは、クラックKがガラス管A外面から厚み方向に貫通して内面に到達した状態をいう。
With respect to the glass tube A placed on the stage 3, the most converging part of the aberration laser beam L2 is scanned in a direction orthogonal to the axis of the glass tube A, and a part of the peripheral surface of the glass tube A is circled. The crack K along the direction is processed. When scanning, the most converging part is virtual along a virtual straight line B (in the present embodiment, the virtual straight line B is parallel to the stage 3) drawn tangentially to the inner surface near the inner surface of the glass tube A. The line is moved linearly while being aligned with the position of the line B. As a result, a crack K is formed on a part of the peripheral surface of the glass tube A. The crack K may be partially full-cut, but the glass tube A as a whole is not full-cut.
The "full cut" referred to here means a state in which the crack K penetrates from the outer surface of the glass tube A in the thickness direction and reaches the inner surface.

収差レーザビームL2によるガラス管Aのスキャンは、移動機構(図示略)を介して収差レーザビームL2またはステージ3を相対的に移動させることにより行うことができる。 The scanning of the glass tube A with the aberration laser beam L2 can be performed by relatively moving the aberration laser beam L2 or the stage 3 via a moving mechanism (not shown).

最集束部の通過軌跡となる仮想直線Bの位置について、ガラス管Aの「内面近傍」と表現したが、本発明でいう「内面近傍」とは、図4で示した位置を含めて、図5に示すようなガラス管Aの内面に接する位置から管壁厚さの略5分の1程度だけ管壁内に離隔した位置までの間隔Sを包含する。
なお、収差レーザビームL2の最集束部を、ガラス管A内面の接線上または接線のわずかに上側に位置合わせしてスキャンした際に、次工程での分断に要する外力が最も小さくなり、容易に分断することができた。発明者による実験では、最集束部のスキャン位置に、他の部分との分断面の状態の違いが確認された。
The position of the virtual straight line B, which is the locus of passage of the most converging portion, is expressed as "in the vicinity of the inner surface" of the glass tube A, but "the vicinity of the inner surface" in the present invention includes the positions shown in FIG. A space S from a position in contact with the inner surface of the glass tube A as shown in FIG. 5 to a position separated in the tube wall by about 1/5 of the tube wall thickness is included.
When the most converging part of the aberration laser beam L2 is aligned and scanned on the tangent line of the inner surface of the glass tube A or slightly above the tangent line, the external force required for the division in the next step becomes the smallest and can be easily obtained. I was able to divide it. In the experiment conducted by the inventor, it was confirmed that the scan position of the most converging part has a difference in the state of the sectional surface from the other part.

上記のようにしてガラス管AにクラックKを加工後、図6に示すように、分断すべきクラックKがステージ3の端から突き出た位置までガラス管Aを移動させ、ガラス管Aをステージ3と押さえ部材4とで保持した状態でブレイク部材5を押し付けてガラス管Aを折り曲げることにより、ガラス管AをクラックKから分断する。この際、クラックKが最上部で厚み方向に貫通してフルカットされているので、折り曲げによってクラックKがトリガとなって亀裂が円周方向両側に容易に進展し、ガラス管Aをきれいに輪切り状で分断することができる。
本実施形態では直径5〜100mm、厚み0.3〜2mmのガラス管を問題なく分断できることが確認された。
なお、ブレイク部材5は、チャック部材によりガラス管Aの端部を掴んで下方に折り曲げるような構成としてもよい。
After processing the crack K in the glass tube A as described above, the glass tube A is moved to a position where the crack K to be divided protrudes from the end of the stage 3 as shown in FIG. The glass tube A is separated from the crack K by pressing the break member 5 while bending the glass tube A while holding the glass tube A with the pressing member 4. At this time, since the crack K penetrates in the thickness direction at the uppermost portion and is fully cut, the crack K triggers by bending and the crack easily propagates to both sides in the circumferential direction, so that the glass tube A can be cut into a round slice shape. Can be divided by.
In this embodiment, it was confirmed that a glass tube having a diameter of 5 to 100 mm and a thickness of 0.3 to 2 mm can be divided without any problem.
The breaking member 5 may be configured such that a chuck member grips the end of the glass tube A and bends it downward.

以上、本発明の代表的な実施形態について説明したが、本発明は必ずしも上記の実施形態のみに特定されるものでなく、その目的を達成し、請求の範囲を逸脱しない範囲内で適宜修正および変更することが可能である。
例えば、上記の実施形態ではガラス管を例にして説明したが、例えば、1064nmの近赤外レーザ光源を用いた場合にはサファイア管についても同様に分断することができる。また、加工対象物の材料に応じて、その材料に対し透過性を有するレーザ光源を用いるようにすれば、これら以外の材料についても本発明を適用することができる。
Although the representative embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not necessarily limited to only the above-mentioned embodiments, achieves the object thereof, and appropriately modifies within the scope not departing from the claims and It is possible to change.
For example, although the glass tube has been described as an example in the above embodiment, when a near-infrared laser light source of 1064 nm is used, the sapphire tube can be similarly divided. Further, according to the material of the object to be processed, the present invention can be applied to materials other than these materials by using a laser light source having a transparency to the material.

本発明は、ガラス管等の管状脆性部材を分断する際に利用することができる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be used when cutting a tubular brittle member such as a glass tube.

A ガラス管(管状脆性部材)
B 仮想直線
F 高エネルギー分布領域
K クラック
L1 レーザビーム
L2 収差レーザビーム
1 レーザ出力装置
2 平凸レンズ(収差付集光光学部材)
3 ステージ
4 押さえ部材
5 ブレイク部材
A glass tube (tubular brittle member)
B Virtual straight line F High energy distribution region K Crack L1 Laser beam L2 Aberration laser beam 1 Laser output device 2 Plano-convex lens (Aberration focusing optical member)
3 Stage 4 Holding member 5 Breaking member

Claims (5)

管状脆性部材の分断方法であって、
パルスレーザ光のバーストを含むレーザビームを、収差を生じさせる収差付集光光学部材を透過させて収差レーザビームを生成し、
前記収差レーザビームが前記管状脆性部材の周面の一部を横断するように、前記管状脆性部材の軸心と交差する方向にスキャンして周面の一部に一部がフルカットとなるクラックを生じさせ、
前記管状脆性部材を前記クラックに沿って外力を加えて分断する管状脆性部材の分断方法。
A method for cutting a tubular brittle member,
A laser beam containing a burst of pulsed laser light is transmitted through an aberrated converging optical member that produces aberration, and an aberrated laser beam is generated.
As the aberrated laser beam traverses a part of the circumferential surface of the tubular brittle member, a crack that scans in a direction intersecting the axial center of the tubular brittle member and partially cuts the circumferential surface partially Causes
A method for dividing a tubular brittle member, which divides the tubular brittle member by applying an external force along the crack.
前記管状脆性部材のスキャン時に、前記管状脆性部材の内面近傍を内面に対して接線方向に引いた仮想直線に沿って、前記収差レーザビームの最集束部を直線移動させるようにした請求項1に記載の管状脆性部材の分断方法。 When scanning the tubular brittle member, the most converging part of the aberrated laser beam is linearly moved along an imaginary straight line drawn tangentially to the inner surface near the inner surface of the tubular brittle member. The method for dividing the tubular brittle member described. 前記収差付集光光学部材が、平凸レンズである請求項1または請求項2に記載の管状脆性部材の分断方法。 The method for dividing a tubular brittle member according to claim 1 or 2, wherein the aberration-improving condensing optical member is a plano-convex lens. 前記管状脆性部材がガラス管またはサファイア管であり、前記パルスレーザ光のレーザ光源が波長0.7〜2.5μmの近赤外レーザであり、かつ、パルス幅が100ピコ秒以下の超短パルスレーザ光のバーストを用いる請求項1〜3のいずれかに記載の管状脆性部材の分断方法。 The tubular brittle member is a glass tube or a sapphire tube, the laser light source of the pulsed laser light is a near-infrared laser having a wavelength of 0.7 to 2.5 μm, and the pulse width is an ultrashort pulse of 100 picoseconds or less. The method for dividing a tubular brittle member according to claim 1, wherein a burst of laser light is used. 管状脆性部材を載置するステージと、
パルスレーザ光のバーストを含んだレーザビームを出射するレーザ出力装置と、
前記レーザ出力装置からのレーザビームを、収差を生じさせる収差付集光光学部材を介して収差レーザビームを生成する収差付集光光学系と、
前記収差レーザビームを、前記管状脆性部材の軸心と交差する方向に相対的に移動させて前記管状脆性部材の周面の一部に一部がフルカットとなるクラックを生じさせる移動機構と、
前記管状脆性部材を前記クラックに沿って分断するブレイク部材とからなる管状脆性部材の分断装置。
A stage for mounting the tubular brittle member,
A laser output device that emits a laser beam containing a burst of pulsed laser light,
An aberrating condensing optical system that generates an aberrated laser beam from a laser beam from the laser output device via an aberrating condensing optical member that causes an aberration;
A moving mechanism that relatively moves the aberrated laser beam in a direction intersecting with the axis of the tubular brittle member to cause a crack, which is a partial full cut, in a part of the peripheral surface of the tubular brittle member,
A device for cutting a tubular brittle member, which comprises a break member that divides the tubular brittle member along the crack.
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