JP7251904B2 - レーザ加工方法及レーザ加工装置 - Google Patents

Description

本発明は、特にガラス基板にレーザで穴をあける場合において、穴が貫通したことを検知することができるレーザ加工方法及びレーザ加工装置に関するものである。

レーザで穴をあける場合において、穴が貫通したことを確実に検出したい場合がある。
加工動作が正常に行われたかどうかを検証するものとして、例えば特許文献１に開示されているように加工エネルギーを穴毎に累積しそれぞれを所定値と比較するものや、特許文献２に開示されているようにレーザ照射時の反射強度を穴毎に測定し、それぞれを所定値と比較するものがある。

特開平9-308977号公報 特開2004-9074号公報

これらの方法においては、レーザが正常に照射されたかどうかを判定するものにすぎず、穴があいたこと、まして穴が貫通したことを検出するためのものではない。
そこで本発明は、特にガラス基板にレーザで穴をあける場合において、穴が貫通したことを検知できるように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、レーザ照射により基板に貫通穴をあけるレーザ加工方法において、加工動作時での前記基板の端面での光検出レベルを検出し、当該光検出レベルが所定のレベルまで下がったことを検出することにより、穴が貫通したことを検知することを特徴とする。

本発明によれば、ガラス基板にレーザで穴をあける場合において、穴が貫通したことを検知できるようにすることができる。

本発明の一実施例における貫通判定動作を説明するための図である。 本発明の一実施例で用いるレーザ加工装置の概略ブロック図である。 トレパニング加工の例を説明するための図である。 本発明の一実施例において加工される穴の形状を示す断面図である。

本発明の一実施例について説明する。
図２は本発明の一実施例で用いるレーザ加工装置の概略ブロック図である。各構成要素や接続線は、主に本実施例を説明するために必要と考えられるものを示してあり、レーザ加工装置として必要な全てを示している訳ではない。
図２において、ガラス基板１はレーザ加工装置のテーブル２の上に吸着治具３を介して載置され、装置各部の動作を制御する制御部４の制御の下で、レーザ照射系５によりＵＶレーザ６が照射されることにより多数の穴があけられるようになっている。
吸着治具３は、これに設けられた吸着孔７によりガラス基板１を下から吸引し、浮上がりを防止する役目をするものである。制御部４はプログラム制御の処理装置を中心にして構成され、ここで説明するもの以外の制御機能を有し、図示されていないブロックにも接続されているものとする。

ここまでの構成はこの分野ではよく知られたものである。８はガラス基板１の端面９に接して配置され、端面９に屈折された光の大小を検出する光学センサであり、本発明の従い設けられるものである。この場合の光学センサ８は、複数の光検出素子をガラス基板１の端面９に沿って並べ、感度を向上させたものでもよい。
制御部４は後述するように、光学センサ８からの検出信号により穴の貫通状態を判別できるようになっている。

制御部４は、装置各部の動作を制御することにより、穴あけすべき位置を中心にして複数箇所へのレーザ照射を連続して行い、貫通穴をあけることができるようになっている（以下、一つの穴位置の複数箇所へ連続して照射を行って加工することをトレパニング加工と呼ぶ）。
トレパニング加工の方法としては、渦巻状（螺旋状）の軌跡を描かせるように位置を変えていくものや、図３に示すようにレーザ照射Ｓを穴あけすべき位置の中心Ｐを中心にして円を描かせるように繰返した後、円の径を変えて同様に繰返ていくものがある。

図４は、本発明の一実施例において加工される穴の形状を示す断面図である。
ＵＶレーザ６がガラス基板１に照射されると、ＵＶレーザ６がガラス基板１の内部で屈折されてガラス基板１の端面９に入射される。ガラス基板１への照射開始時を図４の（ａ）に示すが、この時期でのガラス基板１の端面９への屈折光は強い。しかし、その後、加工が進むと穴あけ位置でのガラス部分が徐々に減っていくので、端面９への屈折光も減っていく。図４の（ｂ）は穴１０が貫通時の状態を示している。

ガラス基板１の端面９への屈折光は、照射開始時と貫通時とで変わるだけではなく、穴あけ位置やすでに貫通した穴の位置や数が異なれば変わってしまう。
そこで本実施例では、穴あけを行うガラス基板に対し、全ての穴あけ位置毎に貫通した状態での光学センサ８の出力レベル（以下、貫通レベルと呼ぶ）を予め実験等により検出し、その中で最も低くなる出力レベル（以下、最低貫通レベルと呼ぶ）を把握しておくことにより、トレパニング加工の進行に伴って出力レベルが徐々に下がって最低貫通出力レベルに達したら貫通したものと判定するようにする。
貫通レベルは穴あけ位置やすでに貫通した穴の位置や数が異なれば変わるので、上記のように最低貫通レベルとなった時に貫通したものと判定するようにすれば、いずれの穴位置においても確実に貫通したことを検知できる。

図１は制御部４における貫通判定動作を説明するための図である。
図１（ａ）は、ガラス基板１におけるある一つの穴あけ位置での様子を示す。制御部４は、ＵＶレーザ６の照射開始時での光学センサ８の出力レベルＶを監視し、トレパニング加工の進行に伴って出力レベルが徐々に下がって最低貫通レベルとなるＬに達したら貫通したものと判定する。
制御部４は穴が貫通したものと判定したら、その穴あけ位置へのレーザ照射系５によるレーザ照射を止め、次の穴位置へのレーザ照射を開始する。

また図１（ｂ）は、ガラス基板１における別の穴あけ位置での様子を示す。ここでの制御部４は、ＵＶレーザ６の照射開始時での光学センサ８の出力レベルＶを監視し、トレパニング加工の進行に伴って出力レベルが徐々に下がって最低貫通レベルとなるＬに達したら貫通したものと判定する。
制御部４は穴が貫通したものと判定したら、上記と同様にして、その穴あけ位置へのレーザ照射系５によるレーザ照射を止め、次の穴位置へのレーザ照射を開始する。

以上の実施例においては、最低貫通出力レベルを予め把握しておくことにより、トレパニング加工の進行に伴って出力レベルが徐々に下がって最低貫通出力レベルに達したら貫通したものと判定するようにしているが、他の方法で貫通したことを判定するようにしてもよい。
例えば、貫通時における光学センサ８の出力レベルがレーザ照射開始時における光学センサ８の出力レベルに対してどのくらい下がるかの比率（以下、貫通比率と呼ぶ）を予め実験等により検出し、その中で最も低くなる比率（以下、最低貫通比率と呼ぶ）を把握しておくことにより、トレパニング加工の進行に伴って出力レベルが徐々に下がって最低貫通出力レベルに達したら貫通したものと判定してもよい。この方法においても、いずれの穴位置においても確実に貫通したことを検知するため、最低貫通比率となった時に貫通したものと判定する。
なお、この方法の場合、レーザ照射開始時における光学センサ８の出力レベルの代わりにレーザ照射開始直後の光学センサ８の出力レベルを採用してもよい。さらに、貫通時の出力レベルが貫通前に比べて圧倒的に小さいならば、レーザ照射開始直後よりも後の時期での光学センサ８の出力レベルを採用してもよい。

なお、以上の実施例において、ガラス基板の寸法、穴あけ位置、穴寸法、穴あけ順序及びガラス材料の仕様が変わらなければ、最低貫通出力レベルあるいは最低貫通比率は同じになるはずである。従って、穴あけするガラス基板毎に最低貫通出力レベルあるいは最低貫通比率を予め把握する必要はなく、上記仕様が変わらない範囲で一つのガラス基板について把握すればよい。
しかしながら、ガラス基板毎の微妙な変化を避けたいならば、例えばロット毎に最低貫通出力レベルあるいは最低貫通比率を予め把握するようにしてもよい。

さらに、以上の実施例においては、ＵＶレーザによるトレパニング加工を行う場合について説明したが、本発明においては、ＵＶレーザの代わりにＣＯ２レーザを使用しても、また一つの穴位置に対して１回あるいは同一箇所へ複数回の照射を行って加工する、いやゆるパンチング加工でもよい。

１：ガラス基板、２：テーブル、４：制御部、５：レーザ照射系、６：ＵＶレーザ、
８：光センサ、９：端面、１０：穴

Claims (6)

1. レーザ照射により基板に貫通穴をあけるレーザ加工方法において、加工動作時での前記基板の端面での光検出レベルを検出し、当該光検出レベルが所定のレベルまで下がったことを検出することにより穴が貫通したことを検知することを特徴とするレーザ加工方法。
2. レーザ照射により基板に貫通穴をあけるレーザ加工方法において、加工動作時での前記基板の端面での光検出レベルを検出し、前記光検出レベルが穴の貫通前でのものに対し所定の比率まで下がったことを検出することにより穴が貫通したことを検知することを特徴とするレーザ加工方法。
3. 請求項２に記載のレーザ加工方法において、前記貫通前としてレーザ照射開始時としたことを特徴とするレーザ加工方法。
4. 加工すべき基板が載置されるテーブルと、前記基板にレーザを照射するレーザ照射系と、加工動作を行うために装置各部を制御する制御部とを有するレーザ加工装置において、前記制御部は加工動作時での前記基板の端面での光検出レベルが所定のレベルまで下がったことを検出することにより穴が貫通したことを検知することを特徴とするレーザ加工装置。
5. 加工すべき基板が載置されるテーブルと、前記基板にレーザを照射するレーザ照射系と、加工動作を行うために装置各部を制御する制御部とを有するレーザ加工装置において、前記制御部は加工動作時での前記基板の端面での光検出レベルが穴の貫通前でのものに対し所定の比率まで下がったことを検出することにより穴が貫通したことを検知することを特徴とするレーザ加工装置。
6. 請求項５に記載のレーザ加工装置において、前記貫通前としてレーザ照射開始時としたことを特徴とするレーザ加工装置。
   

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