JPH03291184A - セラミックスの加工方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

（産業上の利用分野〕 この発明は電子基板材料や構造部材として用いられるセ
ラミックスの加工方法に係り、特に、穴あけ、切断、溝
ぼり、その他の加工を被加工材に対して高能率で精密、
かつ微細に行う加工方法に関する。 〔従来の技術〕 従来、セラミックスの穴あけ、切断、溝はり加工として
は研削加工、超音波加工などが用いられていた。しかし
、セラミックスは硬脆材料であるため、このような機械
加工では割れが生じてしまい加工が困難である。また工
具摩耗や加工効率が低いなどの問題がある。 これを解消するセラミックスのＶ＆細加工方法として、
例えば特開昭６３−１９０７８９号公報に示されている
ようにフォトエツチングによる加工が行われている。第
９図および第１０図はこの加工方法を示し、第９図は表
面にレジストのパターン形成をしたセラミックス基材の
断面図、第１Ｏ図はレジストパターンを形成したものを
エンチング処理した後にレジストを剥離させたものの断
面図である。これらの図において、１はセラミックス基
材、２はレジスト膜、３はエツチングによる除去部であ
る。 この加工方法は、セラミックス基材１の表面に感光性耐
熱コーティング剤をフォトレジストとしてスクリーン印
刷するか、またはマスクを用いたフォトレジストの露光
等により、第９図に示しているようにパターン形威し、
これをリン酸水溶液（）ｌｊＰｏ、・Ｈ２Ｏ）等のエツ
チング液中に浸漬させ、このエツチング溶液をバーナー
等で加熱してエツチング処理を行った後、剥離剤を用い
てレジストの剥離を行うものである。 一方、最近では非接触で加工できるレーザ加工がセラミ
ックスの加工方法として注目されているが、レーザ加工
は溶融物や熱による分解性放物が完全に除去されずに加
工部に残留し、品質、機械特性が良くないといった問題
があった。 このレーザ加工の問題点を解決する方法として、特開昭
６４−７７５０６号公報に示されているように、レーザ
照射により穴あけや切断等の加工を行って加工部分を金
属化させ、次いでこのセラミックスの金属化された部分
をエツチング処理して除去することによりセラミックス
の加工を行う方法があった。 （発明が解決しようとする課題） しかしながら上記加工方法のうち、フォトエツチング加
工は加工精度が得られ、加工部に割れなどの欠陥を発生
させずに加工が行えるが、エツチングは加工部で等方的
に生しるためアスペクト比（加工深さ／加工幅）が１以
上の加工部を得ることは原理上不可能である。更に、現
在、セラミックスのフォトエツチングは耐食性の優れた
セラミックスをエツチングするため主として２５０℃以
上の高温の腐食性の極めて高いエツチング溶液中で行わ
れている。このため、高温の腐食溶液に対するエツチン
グ容器の耐久性の問題や、レジストの耐食性も問題とな
り、エツチング不良が発生しやすいことや、設備メンテ
ナンスコストが高いといった問題点があった。 一方、レーザ照射により加工を行い加工部を金属化させ
た後、その金属化した部分とバルク材との耐食性の大き
な相違を利用して金属部をエツチングにより除去する方
法では、高効率で高アスペクト比の加工も可能であるが
、加工部が金属化する窒化珪素（ＳｉｓＮａ）、窒化ア
ルミ（ＡＺＮ）など、窒化物系セラミックスに対しては
十分な効果があるが、加工部がほとんど金属化しないア
ルミナ（ＡＺ　ｔ　ｏ　ｘ　＞や炭化珪素（ＳＩＣ）な
どの酸化物系、炭化物系セラミックスでは加工部に生じ
た熱変質層とバルク材の耐食性がそれほど大きく違わな
いために熱変質層をエツチングしようとするとバルク材
もエツチングされてしまうという問題があった。 この発明は、上記従来法の加工方法欠点を解決し微細な
加工を効率良く行えるセラミックスの加工方法を提供す
ることを目的とする。 〔課題を解決するための手段〕 この発明に係るセラミックスの加工方法において、第１
，２の発明はセラミックス基材にエネルギビームを照射
してこの照射部に亀裂を発生させる工程と、基材に振動
または熱衝撃を与えて亀裂を伸長・拡大させ、この亀裂
部分を除去する工程とからなるものである。 〔作　用〕 第１，２の発明においては、エネルギビームの照射によ
り加工された基材の加工部の溶融再凝固層に振動や熱衝
撃が加わると、ビーム照射後の冷却過程で溶融再凝固層
内および溶融再凝固層と基材との境界に生じた微細な亀
裂から亀裂が伸長・拡大し、潜在していた微細な亀裂が
連結され、溶融再凝固層等の熱変質層が除去される。 〔実施例〕 本発明の第１の実施例として複酸化物系セラミックス、
フォルステライト（２ＭｇＯ・５ｔｏｔ）　の穴あけ加
工に適用した場合について説明する。第１図は電子ビー
ムで加速電圧：５ｏｋｖ、ビーム電流＝４０■Ａ、パル
ス幅：２００ａの条件で穴あけ加工を行った後、エチル
アルコール中で２０分間、４７ｋＨｚの超音波振動を加
えた加工穴の断面を示す図である。このように超音波振
動を加えることによって、はとんどの溶融再凝固層を除
去することができる。 次に本発明の第２の実施例として酸化物系セラミックス
、ジルコニア（ＺｒＯｘ）の穴あけ加工について説明す
る。ＹＡＧレーザでピーク出カニ２．４ｋｌ（、べ、ｌ
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芹ｊ　ノ、　ス烏材の墳男が立会に分利Ｉへれ、鵡柵ｆ
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、　ｌＦ４　順（、’１ｍ　ｉＱ　１９１　’ｊる。　
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筋）李１１の１稈１．′イ（で１、第１５１スｌ　！、
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：う〕・・〆クズ莫イイω門曲図、第７図はビーム照射
によりレジストパターンおよび溶融処理パターンを形成
したセラミックス基材の断面図、第８図はレジストパタ
ーンおよび溶融処理パターンを形成後溶液中でエツチン
グ処理し、レジスト膜を剥離させたセラミックス基材の
断面図である。 次に上記第５の実施例において、セラミックス基材とし
てアルミナを用いた場合について説明する。まず基材２
１表面にスピンコードやロールコートなどによりレジス
トを塗布した後、ブリベータ、露光、現像、リンス、ボ
ストベーク等の過程を経て厚さ５ｎのポリブタジェン系
ネガ型レジスト（日本ゴム製ＣＢＲ−Ｍ９０１）のｌ１
１２２を一様に形成させる。 次にレジスト！Ｉ２２の上から所望の部分にＣＯ！レー
ザビーム２３を１０’Ｗ／ｃｄ以上のパワー密度に集光
して照射する。このビーム照射により基材２１表面のレ
ジスト１Ｉ２２が除去され、レジストパターンが形成さ
れる。そしてこのレジストパターン形成と同時に、レジ
スト除去部直下の基材２１はビームにより加熱溶融また
は加熱分解され、マイクロクランクを含んだ溶融処理部
２４が形成される。 例えば、レーザ出カニ１００Ｗ、レーザ走査達度：　１
　ｍ　／ｓｉｎ　、走査ピッチ：　１００−程度の条件
でレーザビーム２３を照射することにより、Ｉａｍ程度
の深さが得られる。この時の幅は走査ピッチ（１００ｎ
）Ｘ走査回数＋ビーム径（約２００ｎ）となる。 次いで２００°Ｃ１８５％リン酸水溶液で４７ｋＨｚの
超音波振動を加えながら２０分間エツチング処理する。 その後、剥離液等により表面のレジストを剥離させると
第８図に示すような所望の加工部２５．２５ａを有する
基材２１が得られる。エツチング条件としては熱変質部
のエツチング特性が基材２１よりも向上しているので、
通常のフォトエツチングよりも緩やかな条件が採用でき
、またセラミックス基材２１の最表面はレジスト１ｌｌ
Ｉ２２によって保護されているため、上記実施例の処理
温度（１８０℃）よりも高い処理温度でもエツチングに
よって損傷をうけることは当然ない、このため、より短
い処理時間で処理が完了する。また、エツチング中に振
動を加える代わりに熱衝撃を加えることによっても同じ
効果が得られることは言うまでもない。 なお、溶融熱変質部の形状や深さはビーム出力やビーム
走査速度、走査ピンチや走査回数によって任意に制御で
きるため、段差状溶融処理部２４ａのように段差状の溶
融熱変質部を形成させることも可能であり、深い穴加工
や溝加工等が容易にできる。 以上、上記各実施例ではフォルステライトの穴あけ加工
、アルミナの溝ぼり加工、穴あけ加工について述べたが
これら以外の各種セラミックスの溝はり加工、穴あけ加
工、切断等の加工においても同様の効果を奏する。また
、加工熱源としてレーザビーム、電子ビームを利用する
場合について述べたが、その他のエネルギビーム、例え
ばイオンビーム等も利用できる。更に、エツチング液と
してリン酸を用いる場合について述べたが、その他のエ
ンチング溶液、例えば塩酸、硫酸などの酸性溶液、水酸
化カリウム、水酸化ナトリウムなどの塩基性溶液なども
利用できることは言うまでもなく、それらにより上記各
実施例と全く同様の効果が得られる。 〔発明の効果〕 以上のように、第１．２の発明によれば、セラミックス
基材に対してエネルギビームを照射してこの照射部に亀
裂を発生させ、この亀裂を振動、または熱衝撃を与えて
伸長・拡大させ、亀裂部分を除去するようにしたので、
エネルギビーム照射後の加工部がほとんど金属化しない
アルミナや炭化珪素などの酸化物系、炭化物系セラミッ
クスでも、加工部が金属化する窒化珪素や窒化アルξな
どの窒化物系セラミックスと同様に基材表面に損傷を与
えず、高効能率かつ精確に溶融再凝固層などの熱変質層
を除去できる等の効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の第１の実施例によるフォルステライ
トの大断面を示す図、第２図はこの発明の第３の実施例
によるアルミナの溝はり加工後の状態の断面図、第３図
は同アルミナの溶融再凝固層の反射電子像を示す図、第
４図は同アルミナの加工後の断面図、第５図はこの発明
の第４の実施例によるアルミナの加工後の大断面を示す
図、第６図〜第８図はこの発明の第５の実施例によるセ
ラミックスの加工方法におけるセラミックスの工程断面
図、第９図および第１０図は従来のセラミックスの加工
方法の工程断面図である。 Ｉｆ、２１・・・セラミックス基材、１２．２３・・・
エネルギビーム、１３・・・溶融再凝固層、１４・・・
溶融再凝固部、１５，２５，２５ａ・・・加工部、２２
・・・レジスト膜、２４，２４ａ・・・溶融処理部。 なお、図中、同一符号は同一または相当部分を示す。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）セラミックス基材に対してエネルギビームを照射
   し、該基材の照射部に多数の微細な亀裂を発生させる工
   程と、上記基材に振動を与えて上記亀裂を伸長・拡大さ
   せ、その亀裂部分を除去する工程とからなるセラミック
   スの加工方法。
2. （２）セラミックス基材に対してエネルギビームを照射
   し、該基材の照射部に多数の微細な亀裂を発生させる工
   程と、上記基材に熱衝撃を与えて上記亀裂を伸長・拡大
   させ、その亀裂部分を除去する工程とからなるセラミッ
   クスの加工方法。