JP7076182B2 - レーザ加工方法 - Google Patents

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Description

本発明は、炭酸ガスレーザを用いてガラス基板に穴あけ加工する場合に好適なレーザ加工方法に係るものである。
近年、レーザによるガラス基板への穴あけ加工が検討されているが、高出力で生産性が期待できる炭酸ガスレーザでは、クラックが入りやすい等の問題点がある。
クラックが発生することなく穴あけするレーザ加工方法として、例えば、特許文献１には、保護シートが貼られたガラス基板の穴あけ位置に保護シート側から炭酸ガスレーザを照射して未貫通穴を形成し、ガラス基板から保護シートを除去してアニーリング処理を行い、ガラス基板のレーザの非照射側を研磨処理して前記未貫通穴を貫通穴に変えるレーザ加工方法が開示されている。
この加工方法においては、レーザ加工を行う段階では貫通穴をいきなり形成しないので、ガラス基板へ与える残留応力を小さくでき、レーザ加工時でのクラックの発生を抑えることができる。
しかしながら、最終的な貫通穴の径はレーザの非照射側で小さくなり、穴に導電メッキする場合、この部分でのメッキ付着特性が悪くなる欠点がある。
特開2016-222485号公報
そこで本発明は、炭酸ガスレーザを用いてガラス基板に穴あけ加工する場合に、クラックが入りにくく、しかも貫通穴に導電メッキする場合、メッキ付着特性を改善できるレーザ加工方法を提供することを目的とする。
本願において開示される代表的なレーザ加工方法は、炭酸ガスレーザを用いてガラス基板に穴あけするレーザ加工方法において、保護シートが貼られたガラス基板の前記穴あけ位置に前記保護シート側から前記レーザを照射して未貫通穴を形成する工程と、前記ガラス基板から前記保護シートを除去してアニーリング処理を行う工程と、前記ガラス基板の前記レーザの非照射側を湿式エッチング処理して前記未貫通穴を貫通穴に変える工程とを有することを特徴とする。
本発明によれば、炭酸ガスレーザを用いてガラス基板に穴あけ加工する場合に、クラックが入りにくく、しかも貫通穴に導電メッキする場合、メッキ付着特性を改善できるレーザ加工方法を提供することができる。
本発明の一実施例となるレーザ加工方法を説明するための工程図で、（ａ）～（ｅ）はガラス基板の様子をとらえた断面図である。 本発明の一実施例で用いるレーザ加工装置の構成図である。
本発明の一実施例となるレーザ加工方法について説明する。
先ず第１の工程として、図１（ａ）に示すように穴あけを行うべきガラス基板１の表面に保護シート２を貼ったワーク基板３を用意する。ガラス基板１は例えば無アルカリガラスを材料とするものであり、保護シート２は接着剤をガラス基板１側に残さずに容易に剥がせるものである。
次に、第２の工程として、図１（ｂ）に示すように、ワーク基板３の穴あけ位置に炭酸ガスレーザを照射して未貫通穴４を形成する。この場合、保護シート２は穴あけ加工により発生する溶融ガラス成分がガラス基板１の表面に付着するのを防ぐ働きをする。
ここで用いるレーザ加工装置の構成図を図２に示すが、ここでの構成は一般的なものである。図２において、２２はレーザパルスＬ１を発振する炭酸ガスレーザ発振器、２３は炭酸ガスレーザ発振器２２から出力されたレーザパルスＬ１を加工方向と非加工方向の二通りに分岐させる音響光学変調器（以下ＡＯＭと略す）、２４はＡＯＭ２３において加工方向へ分岐されたレーザパルスＬ２を順次ワーク基板３の穴あけ位置に照射するガルバノスキャナである。このガルバノスキャナ２４は回転することによりレーザパルスＬ２を走査するようになっている。２５はＡＯＭ２３において非加工方向へ分岐されたレーザパルスＬ３を吸収するダンパである。
２６は装置全体の動作を制御する全体制御部で、炭酸ガスレーザ発振器２２での個々のレーザパルスＬ１の発振を指示するレーザ発振指令信号Ｓを出力するレーザ発振制御部２７、ＡＯＭ２３の分岐動作を制御するＡＯＭ駆動信号Ｄを出力するＡＯＭ制御部２８、ガルバノスキャナ２４の動作を指示するガルバノ動作制御信号Ｇを出力するガルバノ制御部２９を含む。
ＡＯＭ駆動信号Ｄは、それがオンの時間帯でのみＡＯＭ２３に入力されたレーザパルスＬ１を加工方向に分岐させてレーザパルスＬ２とし、それ以外の時間帯では非加工方向のレーザパルスＬ３としてダンパ２５の方向に分岐させる。
ガルバノ動作制御信号Ｇは、オフの時間帯でガルバノスキャナ２４を静止させ、オンの時間帯でガルバノスキャナ２４を回転させる。ガルバノスキャナ２４が静止した状態で一つの穴位置にレーザが照射され、ガルバノスキャナ２４が回転することによってレーザパルスＬ２を次の穴位置に照射させるようになる。
図２のレーザ加工装置において、ワーク基板３への未貫通穴４の形成は、サイクル加工によって行う。サイクル加工とは、各穴位置毎にレーザパルスを１個ずつ照射しながら穴位置を移動させ、全ての穴位置について完了したら、必要な回数だけ同じ動作を繰り返すものである。
次に、第３の工程として、未貫通穴４を形成したワーク基板３から保護シート２を剥がして図１（ｃ）に示すようにし、この状態に対してガラス基板１のアニーリング処理を行う。その温度はガラス基板１の材料が無アルカリガラスの場合、その歪点である６５０℃であり、時間は１０分間が望ましいが、ホウ珪酸ガラスやソーダライムガラス等の場合、温度と時間を変える必要がある。このアニーリング処理により、第２の工程でのレーザ加工で発生した未貫通穴４の周りの残留応力が緩和される。
次に、第４の工程として、図１（ｄ）に示すようにガラス基板１の表面に湿式エッチングのためのフッ酸に耐性のある保護シート５を貼り、その後フッ酸による湿式エッチングを施す。この場合のエッチングによる浸食厚みＡは、図１（ｄ）から理解されるように、少なくとも未貫通穴４が貫通穴となれるような寸法にする必要があり、エッチング処理の条件を変えることにより、この寸法を制御することができる。
このエッチング処理を行ってから保護シート５を剥がした後の様子を図１（ｅ）に示すが、レーザの非照射側がエッチングされ、穴あけ位置に貫通穴６が形成されたガラス基板１が完成する。
以上の実施例によれば、レーザ加工を行う段階では貫通穴をいきなり形成しないで未貫通穴とすることで、ガラス基板１へ与える残留応力を小さくできる。また、各穴位置毎にレーザパルスを１個ずつ照射しながら穴位置を移動させ、全ての穴位置について完了したら、必要な回数だけ同じ動作を繰り返すサイクル加工で行うので、各穴位置毎に連続して複数のレーザパルスを照射するバースト加工と違って、ガラス基板１に与える残留応力を小さくでき、レーザ加工時でのクラックの発生を抑えることができる。
さらにアニーリング処理を行うことで、レーザ加工によってガラス基板１に与えた残留応力を緩和するので、クラックの発生を抑えることができる。またさらに、エッチング処理することにより貫通穴を完成させるので、レーザの非照射側での穴の径は拡大されて、穴の縦断面形状をＸ形に近いものとすることができ、穴に導電メッキする場合、この部分でのメッキ付着特性を従来技術より改善させることができる。
しかも、研磨処理を行わないので、ガラス基板１の最大面積が制限されたり、研磨粉による悪影響を起こすことがない。また、ガラス基板１の最終厚みはエッチング処理の過程で決まるので、厚みの精度は、研磨処理によって決まる場合よりも向上させることができる。
なお、以上の実施例においては、フッ酸を使って湿式エッチングを行っている。しかしながら、湿式エッチング液としては必ずしもフッ酸である必要はなく、他の湿式エッチング液でもよい。
また、以上の実施例においては、フッ酸に耐性のある保護シート５をレーザの照射側に貼ってから湿式エッチングを施している。しかしながら、レーザの非照射側だけをエッチングできる方法の場合には、レーザの照射側へ保護シート５を貼る必要はない。
また、以上の実施例においては、未貫通穴４を形成する工程では、各穴位置毎にレーザパルスを１個ずつ照射しながら穴位置を移動させ、全ての穴位置について完了したら、必要な回数だけ同じ動作を繰り返すサイクル加工で行うようにしたが、未貫通穴４の大きさによっては、２回以上同じ動作を繰り返す必要がないことはいうまでもない。
１：ガラス基板、２、５：保護シート、３：ワーク基板、４：未貫通穴、
６：貫通穴、２２：炭酸ガスレーザ発振器、２３：ＡＯＭ、２４：ガルバノスキャナ、２５：ダンパ、２６：全体制御部、２７：レーザ発振制御部、２８：ＡＯＭ制御部、２９：ガルバノ制御部、」Ｌ１～Ｌ３：レーザパルス、Ｓ：レーザ発振指令信号、
Ｇ：ガルバノ動作制御信号、Ｄ：ＡＯＭ駆動信号

Claims (2)

  1. 炭酸ガスレーザを用いてガラス基板に穴あけするレーザ加工方法において、前記ガラス基板のレーザ加工に対する第１保護シートが貼られた片方の面側から前記レーザを照射して未貫通穴を形成する工程と、前記ガラス基板から前記第１保護シートを除去してアニーリング処理を行う工程と、前記ガラス基板のレーザ照射面側に湿式エッチング処理に対する第２保護シートを貼って前記未貫通穴が形成された前記ガラス基板の前記レーザの非照射面側だけを穴の断面形状がＸ形になるまで湿式エッチング処理して前記未貫通穴を貫通穴に変える工程と、を有し、
    前記貫通穴は、前記レーザ加工が施された部分と、前記湿式エッチング処理が施された部分と、を含むことを特徴するレーザ加工方法。
  2. 請求項１に記載のレーザ加工方法において、前記未貫通穴の形成工程においては、各穴位置毎にレーザパルスを１個ずつ照射しながら穴位置を移動させ、全ての穴位置について完了したら、必要な回数だけ同じ動作を繰り返すサイクル加工で行うことを特徴とするレーザ加工方法。
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