JPH0831776A - Pattern processing method and ceramic member having pattern - Google Patents

Pattern processing method and ceramic member having pattern

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JPH0831776A
JPH0831776A JP6166568A JP16656894A JPH0831776A JP H0831776 A JPH0831776 A JP H0831776A JP 6166568 A JP6166568 A JP 6166568A JP 16656894 A JP16656894 A JP 16656894A JP H0831776 A JPH0831776 A JP H0831776A
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groove
ceramic member
irradiation
depth
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Yasuki Yoshitomi
靖樹 吉富
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Abstract

PURPOSE:To ease a decrease in strength due to a pattern which is created by removing part of ceramic surface by heat processing by forming grooves without intrersecting or superimposing the radiated portions by an energy beam. CONSTITUTION:A predetermined of a ceramic member 6 is positioned in opposite to a beam scan equipment 3. Thereafter, a laser beam emitted from a laser oscillator 1 is condensed and applied by a beam scan equipment 3. The beam scan equipment scans the beam into an arbitrary pattern by a controller 5, and condenses the laser beam to arbitrary positions on the ceramic member. The pattern is formed by grooves created by apply the energy beam along straight lines or curves constituting the pattern. The groove is disassembled to elements such as longitudinal, lateral and diagonal ones, the energy beam is applied along respective elements, and the radiation portion of energy beam is fromed without intersecting or superimposing.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、セラミックス部材、例
えばSiウェハーのラッピングプレートの表面に文字、記
号、絵画、バーコード等の識別記号(パターン)を付与
する方法に関し、特にセラミックス部材の表面にパター
ンが付与されても強度低下の少ないパターン加工方法
と、その加工方法によって形成されたパターンを備える
セラミックス部材に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for imparting identification symbols (patterns) such as characters, symbols, pictures, and bar codes to the surface of a ceramic member, for example, a Si wafer lapping plate, and particularly to the surface of the ceramic member. The present invention relates to a pattern processing method in which the strength is less reduced even if a pattern is applied, and a ceramic member provided with a pattern formed by the processing method.

【0002】[0002]

【従来の技術】セラミックス部材の表面に識別用の刻印
あるいは印字などの記号(以下、これを総称して「パタ
ーン」と記載する。)を付与することが行われている。
その加工方法として、砥石やサンドブラストによる機械
的除去加工、レーザービーム等による熱的除去加工など
が広く知られている。
2. Description of the Related Art Symbols such as markings or prints for identification (hereinafter, collectively referred to as "pattern") are provided on the surface of a ceramic member.
As the processing method, mechanical removal processing using a grindstone or sandblast, thermal removal processing using a laser beam, etc. are widely known.

【0003】砥石による機械的除去加工では、溝の深さ
による識別のみであるから、識別が困難であり、また、
ハンドグラインダーによる手作業のため、寸法精度が悪
く効率が上がらないという問題があった。
In mechanical removal processing using a grindstone, identification is difficult because the identification is based only on the depth of the groove.
There was a problem that the dimensional accuracy was poor and the efficiency was not improved because of the manual work by the hand grinder.

【0004】サンドブラストによる機械的除去加工で
は、砥石による場合と同様に識別が困難で、また加工し
ない部分にパターンに合わせるためのマスクが新たに必
要になるので、パターン付け作業が煩雑になるという問
題があった。
In the mechanical removal processing by sandblasting, it is difficult to identify as in the case of using a grindstone, and a mask for adjusting the pattern to a part which is not processed is newly required, which makes the patterning work complicated. was there.

【0005】上述の機械的除去加工方法は、識別と寸法
精度を要する細い線の加工が難しいという問題があるの
に対し、レーザービームの照射による方法は、着色され
るので識別が容易であり、またパターンの拡大・縮小な
どの自由度が大きく、高出力のレーザービーム発振器が
開発されるなどして、セラミックスの加工に多用されて
いる。
The above-mentioned mechanical removal processing method has a problem that it is difficult to process a fine line which requires identification and dimensional accuracy, whereas the method using a laser beam is easy to identify because it is colored. In addition, it has a large degree of freedom in pattern enlargement / reduction, and has been widely used in ceramics processing, as a high-power laser beam oscillator was developed.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、レーザ
ービームによる熱的除去加工では、加工部に熱影響部が
発生するため部分的に強度低下をもたらし、さらにはパ
ターン形成時に破壊することがあった。
However, in the thermal removal processing using a laser beam, a heat-affected zone is generated in the processed section, which causes a partial decrease in strength and may be destroyed during pattern formation.

【0007】図2は、従来の方法によるレーザービーム
照射で形成されたパターン(数字「4」)を示す図であ
り、(a) は1回の照射で形成したパターンを示す図、
(b) および(c) は照射位置をずらせて複数回の照射で形
成したパターンを示す図である。同図に示すとおり、通
常のパターン形成方法では、ビームを照射する位置をプ
ログラミングされたパターンの線に沿って、1回もしく
は文字の線の幅を太くするため、ビームをずらしながら
(間隔 100μm以下)複数回加工する。このとき、照射
するパターンの線の重なり部A、BおよびCでは溝の深
さが深くなり、この部分の強度が低下し、高い強度を求
められる機械部品や電子部品に使用できなかったり、さ
らにはパターン形成時に破壊することがあった。
FIG. 2 is a diagram showing a pattern (numeral "4") formed by laser beam irradiation by a conventional method, and FIG. 2 (a) is a diagram showing a pattern formed by one irradiation,
(b) And (c) is a figure which shows the pattern formed by irradiating a plurality of times by shifting the irradiation position. As shown in the figure, in the normal pattern forming method, the beam irradiation position is increased along the line of the programmed pattern once or by widening the line width of the character, so that the beam is displaced (interval 100 μm or less). ) Process multiple times. At this time, in the overlapping portions A, B and C of the lines of the pattern to be irradiated, the depth of the groove becomes deep, and the strength of this portion decreases, so that it cannot be used for mechanical parts or electronic parts requiring high strength, or May be destroyed during pattern formation.

【0008】これはパターンの溝の重なり部にマスクを
して照射すれば重複照射が避けられるが、パターンが変
わるたびにマスクを交換する必要があり、煩雑であると
いう問題があった。
[0008] In this case, overlapping irradiation can be avoided by irradiating with a mask on the overlapping portion of the groove of the pattern, but there is a problem that the mask needs to be replaced every time the pattern changes, which is complicated.

【0009】本発明の目的は、セラミックス表面の一部
を熱的加工で除去して形成したパターンであっても、そ
れによる強度低下を軽減することのできる照射方法と、
その方法で形成されたパターンを表面に備えるセラミッ
クス部材を提供することにある。
An object of the present invention is to provide an irradiation method capable of reducing the strength reduction due to a pattern formed by removing a part of the ceramic surface by thermal processing.
It is to provide a ceramic member having a pattern formed on the surface by the method.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】本発明者は、セラミック
スの表面にレーザービームを種々の条件で照射し、パタ
ーンの溝深さを調査した結果、(イ) パターンを形成する
線に交差部があり、レーザービームが重複して照射さ
れ、その部分が他の部分よりも溝の深さが深くなる、
(ロ) パターンの線の幅を広くするためにレーザービーム
を僅かにずらして照射するので、線の屈曲部にはレーザ
ービームが重複して照射され、結果的にそれらの部分が
他の部分より溝の深さが深くなる、ことを確認し、本発
明を完成した。
As a result of investigating the groove depth of the pattern by irradiating the surface of the ceramics with a laser beam under various conditions, the present inventor has found that (a) the intersection of the pattern forming line Yes, the laser beams are overlapped and the groove depth is deeper in that part than in other parts.
(B) Since the laser beam is irradiated with a slight shift in order to widen the line width of the pattern, the laser beams are overlapped and irradiated on the bent part of the line, and as a result, those parts are irradiated more than other parts. It was confirmed that the depth of the groove was deep, and the present invention was completed.

【0011】本発明の要旨は、エネルギービームを照射
して形成される溝によって例えば図1に示すようなパタ
ーンを加工する方法()と、そのパターンを表面に備
えるセラミックス部材()にある。
The gist of the present invention is a method () for processing a pattern as shown in FIG. 1, for example, by a groove formed by irradiating an energy beam, and a ceramic member () having the pattern on its surface.

【0012】エネルギービームの照射によるセラミッ
クス表面へのパターン加工方法であって、エネルギービ
ームの照射部が交差または重複することなく溝を形成
し、パターンをセラミックス表面へ加工する方法。
A method of patterning a ceramic surface by irradiating an energy beam, wherein a groove is formed without intersecting or overlapping irradiation parts of the energy beam and a pattern is processed on the ceramic surface.

【0013】エネルギービームの照射部が交差または
重複することなく形成され、最大深さが 200μm以下、
その最大深さと最小深さの差が30μm以下である溝で形
成されたパターンを表面に備えるセラミックス部材。
The irradiation parts of the energy beam are formed without intersecting or overlapping, and the maximum depth is 200 μm or less,
A ceramic member having on its surface a pattern formed of grooves whose difference between the maximum depth and the minimum depth is 30 μm or less.

【0014】上記に記載する溝部にガラスあるいは樹
脂を含浸するのが望ましい。
It is desirable to impregnate the groove portion described above with glass or resin.

【0015】[0015]

【作用】本発明の方法で得られたパターンは、パターン
を構成する直線または曲線に沿ってエネルギービームを
照射し、創生された溝で形成される。その溝は、例えば
縦、横および斜等のエレメントに分解し、それぞれのエ
レメントに沿ってエネルギービームを照射し、エネルギ
ービームの照射部が交差または重複することなく形成す
るものである。
The pattern obtained by the method of the present invention is formed by a groove created by irradiating an energy beam along a straight line or a curved line forming the pattern. The groove is formed, for example, by disassembling it into vertical, horizontal and oblique elements and irradiating the energy beam along the respective elements so that the irradiation parts of the energy beam do not intersect or overlap.

【0016】また、本発明のセラミックス部材は、縦、
横および斜等の溝で形成され、最大深さが 200μm以
下、その最大深さと最小深さの差が30μm以下である溝
で形成されたパターンを表面に備え、必要により溝部に
ガラスあるいは樹脂を含浸するのが望ましい。
Further, the ceramic member of the present invention is
The surface is provided with a pattern formed by grooves such as lateral and oblique grooves with a maximum depth of 200 μm or less and a difference between the maximum depth and the minimum depth of 30 μm or less. If necessary, glass or resin may be added to the groove. Impregnation is desirable.

【0017】セラミックス表面にパターンを形成する溝
を加工するためのレーザーは、汎用されているYAG 、CO
2 、エキシマレーザー発振器の何れであってもよい。
Lasers for processing grooves for forming patterns on the surface of ceramics are commonly used YAG, CO
2. Any of the excimer laser oscillators may be used.

【0018】図3は、ビームスキャン方式のレーザービ
ーム加工機の構成を示す図である。
FIG. 3 is a view showing the arrangement of a beam scanning type laser beam processing machine.

【0019】1はレーザー発振器、2はレーザー発振電
源、3はビームスキャン装置、4は駆動装置、5は制御
装置、6はセラミックス部材である。
Reference numeral 1 is a laser oscillator, 2 is a laser oscillation power source, 3 is a beam scanning device, 4 is a driving device, 5 is a control device, and 6 is a ceramic member.

【0020】これを加工手順に従って説明すると、まず
セラミックス部材6の所定部分をビームスキャン装置3
に対向させて配置する。その後、レーザー発振器1から
放出されるレーザービームを、ビームスキャン装置3に
よって集光、照射する。ビームスキャン装置は、制御装
置5によって任意のパターンにビームを走査させ、セラ
ミックス部材上の任意の位置にレーザービームを集光さ
せ、得たい文字や記号をパターン通りに走査させること
でパターンを形成する。
This will be described according to the processing procedure. First, a predetermined portion of the ceramic member 6 is scanned by the beam scanning device 3.
It is placed facing to. After that, the laser beam emitted from the laser oscillator 1 is condensed and irradiated by the beam scanning device 3. The beam scanning device causes the control device 5 to scan the beam into an arbitrary pattern, focus the laser beam at an arbitrary position on the ceramic member, and scan a desired character or symbol according to the pattern to form a pattern. .

【0021】セラミックス部材は、アルミナ、ジルコニ
ア、窒化珪素、炭化珪素、ムライト、フォルステライ
ト、窒化アルミ等の従来公知の材料が使用される。
For the ceramic member, conventionally known materials such as alumina, zirconia, silicon nitride, silicon carbide, mullite, forsterite, and aluminum nitride are used.

【0022】セラミックス部材の強度を高めるために溝
に埋め込むガラスは、セラミックスに対して熱膨張係数
が0〜10×10-7/℃小さいものを使用するのが好まし
く、電気炉、ガス炉等で焼成される。同様に耐熱性に優
れたアクリル樹脂やテフロン等が用いられる。
It is preferable to use a glass having a coefficient of thermal expansion smaller than that of ceramics by 0 to 10 × 10 −7 / ° C. for the glass to be embedded in the groove in order to enhance the strength of the ceramic member. To be fired. Similarly, acrylic resin, Teflon, or the like having excellent heat resistance is used.

【0023】I.パターンの作成方法について:従来の
レーザービームによるパターン形成方法では、図3に示
す制御装置5に予めプログラミングされたパターンの線
に沿って1回照射乃至は複数回照射され、線の重なり部
や屈曲部では、溝深さが増大する。即ち、図2に示す数
字「4」を形成する場合、1回の照射加工でも縦線と横
線が交差する部分Aは、2回の照射を受け、溝の深さが
深くなり、複数回の照射加工では縦線と横線が交差する
部分Aおよび斜線が縦線・横線と屈曲して交わる部分
B,Cの溝の深さが深くなる。この深さの増加が約50%
以上になることがあり、局部的な強度低下を引き起こす
ことがわかった。
I. Regarding the pattern forming method: In the conventional pattern forming method using a laser beam, the control device 5 shown in FIG. 3 is irradiated once or a plurality of times along the lines of the pattern programmed in advance, and the overlapping portions and bending of the lines are performed. In the part, the groove depth increases. That is, in the case of forming the numeral "4" shown in FIG. 2, the portion A where the vertical line and the horizontal line intersect with each other is irradiated twice and the depth of the groove is deepened even if the irradiation processing is performed once. In the irradiation processing, the depth of the groove at the portion A where the vertical line and the horizontal line intersect and the portion B and C where the oblique line bends and intersects the vertical line and the horizontal line becomes deep. This depth increase is about 50%
In some cases, it was found that the local strength was reduced.

【0024】図1は、本発明の方法によるレーザービー
ム照射で形成されたパターンの一例を示す図であり、
(a) は1回の照射で形成されるパターンを示す図、(b)
および(c) は複数照射で形成されるパターンを示す図で
ある。本発明のパターン加工方法は、図1に示すように
溝深さの局部的に深くなることを回避するため、パター
ンを構成する線を縦線、横線および斜線のエレメントに
分解し、それぞれのエレメントを交差・重複することな
く組合せ、そのエレメントに沿ってエネルギービームを
照射して形成するものである。(b) および(c) は線の幅
を広くするためビームの間隔をあけて複数回照射するも
ので、文字の構成方法は(a) と同様である。
FIG. 1 is a view showing an example of a pattern formed by laser beam irradiation according to the method of the present invention,
(a) is a diagram showing a pattern formed by one irradiation, (b)
And (c) are diagrams showing patterns formed by multiple irradiations. In order to prevent the groove depth from becoming locally deep as shown in FIG. 1, the pattern processing method of the present invention decomposes the lines forming the pattern into vertical line, horizontal line and diagonal line elements, and Are combined without intersecting and overlapping, and an energy beam is irradiated along the element to form the element. In (b) and (c), the beam is radiated multiple times with a beam interval to widen the line width, and the method of character construction is the same as in (a).

【0025】溝部の最大深さを 200μm以下、その最大
深さと最小深さとの差を30μm以下とする理由は、レー
ザー照射で形成された溝のノッチ効果(切欠効果)によ
る強度低下を防ぐためである。
The reason why the maximum depth of the groove is 200 μm or less and the difference between the maximum depth and the minimum depth is 30 μm or less is to prevent the strength reduction due to the notch effect (notch effect) of the groove formed by laser irradiation. is there.

【0026】セラミックス部材の表面を熱的に除去する
加工を行うと、加工後の溝底部にはマイクロクラックな
どの熱影響層が発生し、特に抗折強度が低下する。その
抗折強度は、溝の深さと相関があり、例えば99%アルミ
ナでは深さ 200μmの溝によって50%程度の抗折強度の
低下をもたらすことが知られている。また、セラミック
スは脆性材料であるから、マイクロクラックが存在する
と、部材全体に引張応力が作用した場合、マイクロクラ
ックが開口し、割れにつながるクラックとなり、すばや
く伝播して破壊する。これらのことから、レーザー照射
加工により形成された溝深さを極力浅くすること、その
最大深さと最小深さとの差を小さくする(30μm以下)
ことが望ましい。
When the surface of the ceramic member is thermally removed, a heat-affected layer such as microcracks is generated at the bottom of the groove after processing, and the bending strength is particularly lowered. It is known that the bending strength has a correlation with the depth of the groove. For example, in 99% alumina, it is known that a groove having a depth of 200 μm causes a decrease in the bending strength of about 50%. Further, since ceramics is a brittle material, when microcracks are present, when tensile stress acts on the entire member, the microcracks open and become cracks that lead to cracks, which quickly propagate and break. From these things, make the groove depth formed by laser irradiation processing as shallow as possible, and reduce the difference between the maximum depth and the minimum depth (30 μm or less).
Is desirable.

【0027】しかし、この様なパターンは識別のために
付与されるので、使用中に摩耗などで消失することがあ
ってはならない。従って、機械的摩耗によってパターン
部が消失しないようにし、かつ抗折強度を確保するに
は、パターン凹溝の深さは少なくとも 200μm以下とす
るのが望ましい。
However, since such a pattern is provided for identification, it should not disappear due to wear during use. Therefore, in order to prevent the pattern portion from disappearing due to mechanical abrasion and to secure the bending strength, it is desirable that the depth of the pattern groove is at least 200 μm or less.

【0028】レーザービームの照射による溝深さのばら
つきは、セラミックス部材の密度のばらつき、レーザー
加工条件のばらつきによっても発生するが、ここではこ
れらを等しく調整し、無視できる程度であることを前提
とする。
Variations in groove depth due to laser beam irradiation also occur due to variations in density of ceramic members and variations in laser processing conditions, but here it is assumed that these are adjusted to the same level and can be ignored. To do.

【0029】複数回照射する場合、その回数は得たい線
幅の大きさによって任意に決定されるものであり、例え
ば 0.5mmの線幅であれば、間隔を0.05〜0.1mm として5
〜10回ずらし加工する。
When irradiation is performed a plurality of times, the number of times is arbitrarily determined according to the size of the line width desired to be obtained. For example, if the line width is 0.5 mm, the interval is 0.05 to 0.1 mm and 5
Stagger ~ 10 times.

【0030】II.ガラスまたは樹脂の埋め込みについ
て:本発明は、レーザービーム照射による熱影響部の強
度低下を軽減させるため、レーザービームの照射によっ
て形成された溝部にガラス、または樹脂を埋め込む。こ
れは溝底に存在するマイクロクラックの開口部をガラス
または樹脂で塞ぎ、引張り応力が負荷されても、マイク
ロクラック先端部に応力集中が発生しないようにして、
強度低下を軽減するものである。
II. Regarding embedding of glass or resin: In the present invention, glass or resin is embedded in the groove formed by the irradiation of the laser beam in order to reduce the decrease in strength of the heat-affected zone due to the irradiation of the laser beam. This is to block the opening of the microcracks existing in the groove bottom with glass or resin, so that even if tensile stress is applied, stress concentration does not occur at the tip of the microcracks,
It is intended to reduce the decrease in strength.

【0031】埋め込み後の埋込み材の表面形状は、母材
表面に対し凹状であっても、同一であっても、または凸
状であってもよい。また、埋込み材はマイクロクラック
先端部にまで入りこまなくてもよく、マイクロクラック
の開口部が埋込み材で塞がれておればよい。このような
状態で引張応力が負荷された場合、ガラスや樹脂に応力
が作用し、マイクロクラック先端部には応力集中が発生
しないため、強度低下を軽減できる。
The surface shape of the embedding material after embedding may be concave, identical or convex with respect to the surface of the base material. Further, the embedding material does not have to reach the tip of the microcracks, and the opening of the microcracks may be closed by the embedding material. When tensile stress is applied in such a state, stress acts on the glass or resin and stress concentration does not occur at the tip of the microcracks, so that the reduction in strength can be reduced.

【0032】溝底部のマイクロクラックは、かなりアス
ペクト比の大きいものもあるため、ガラスなどを埋込み
材として用いた場合、103dPa・s 以下の粘度となるよう
な作業温度で熱処理をしても、クラック先端部に残留し
ている気泡は抜けにくい。しかし、上述したようにマイ
クロクラックの開口部が埋込み材で塞がれておれば強度
低下を軽減できる。
Since some microcracks at the groove bottom have a considerably large aspect ratio, when glass or the like is used as an embedding material, even if heat treatment is performed at a working temperature such that the viscosity becomes 10 3 dPa · s or less. The bubbles remaining at the crack tip are difficult to escape. However, as described above, if the opening of the microcrack is closed by the embedding material, the strength reduction can be reduced.

【0033】ガラスや樹脂の埋込み方法は、塗布法が用
いられ、透明ガラスだけでなく、黒色、青色、赤色等の
顔料を混ぜたガラスを使用することによって、強度と視
認性を向上させることができる。
As a method of embedding glass or resin, a coating method is used, and strength and visibility can be improved by using not only transparent glass but also glass mixed with pigments such as black, blue and red. it can.

【0034】以上アルミナについてマイクロクラック存
在下の強度低下を説明したが、窒化珪素やジルコニアそ
の他のセラミックス部材についても同様である。
Although the strength reduction of alumina in the presence of microcracks has been described above, the same applies to silicon nitride, zirconia and other ceramic members.

【0035】[0035]

【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。Embodiments of the present invention will be described below.

【0036】図3に示したビームスキャン方式のレーザ
ー加工機(最大出力60WのQスイッチYAGレーザー加
工機)によって、図1および図2に示す数字の「4」を
種々のセラミックス表面にマーキングした。
Various ceramic surfaces were marked with the numeral "4" shown in FIGS. 1 and 2 by the beam scanning type laser processing machine shown in FIG. 3 (Q switch YAG laser processing machine having a maximum output of 60 W).

【0037】素材セラミックスには、99%アルミナ、窒
化珪素、ジルコニア焼結体を使用し、いずれも厚さ3m
m、横4mm、長さ40mmのJIS抗析試験片の形状とし
た。
As the material ceramics, 99% alumina, silicon nitride, and zirconia sintered body are used, and each has a thickness of 3 m.
The shape of the JIS analysis sample was m, width 4 mm, and length 40 mm.

【0038】埋込み材は、99%アルミナに対して PbO−
SiO2−B2O3ガラス、窒化珪素に対して ZnO−B2O3−SiO2
ガラス、ジルコニアに対してNa2O−BaO −SiO2ガラスを
用いた。塗布後、電気炉で PbO−SiO2−B2O3ガラスでは
800℃、 ZnO−B2O3−SiO2ガラスとNa2O−BaO −SiO2
ラスでは 700℃に加熱し、1時間保持したのち室温まで
冷却する処理を行った。
The embedding material is PbO-based on 99% alumina.
SiO 2 -B 2 O 3 glass, against the silicon nitride ZnO-B 2 O 3 -SiO 2
Na 2 O—BaO—SiO 2 glass was used for glass and zirconia. After coating, the PbO-SiO 2 -B 2 O 3 glass in an electric furnace
800 ° C., the ZnO-B 2 O 3 -SiO 2 glass and Na 2 O-BaO -SiO 2 glass was heated to 700 ° C., was treated to cool to room temperature after the one hour hold.

【0039】レーザービームの照射は、横4mm、長さ40
mmの表面の中央部に3mm×3mmの正方形の中に数字の
「4」のパターンを、1回および間隔50μmづつ5回ず
らして複数の照射を行った。Qスイッチ周波数、ランプ
電流値を設定し、溝深さはビームの走査速度を変化させ
ることで対応した。
The laser beam irradiation is 4 mm wide and 40 mm long.
A plurality of irradiations were performed by shifting the pattern of the numeral "4" in a 3 mm × 3 mm square in the central part of the surface of mm once, and shifting the pattern 5 times at intervals of 50 μm. The Q switch frequency and the lamp current value were set, and the groove depth was adjusted by changing the beam scanning speed.

【0040】溝深さの測定には、ピン先端径が50μm以
下の測定子を装着したデップスゲージを使用し、溝中央
部の深さを測定した。
For the measurement of the groove depth, a depth gauge equipped with a stylus having a pin tip diameter of 50 μm or less was used, and the depth of the groove central portion was measured.

【0041】本発明のパターンの形成は、図1(a) およ
び(b) に示す数字の「4」を、縦線と横線のエレメント
に分解し、3本の縦線エレメントと1本の横線エレメン
トの集合体とする。各エレメントの縦線1本の長さを
1.2mm、横線1本の長さを2mmとし、これらのエレメン
トが重なり合わないように照射のスキャン開始座標を定
めた。5回の複合照射は、照射間隔50μmづつずらして
照射し、エレメントを形成した。表1に文字形状として
図番を表示した。
To form the pattern of the present invention, the numeral "4" shown in FIGS. 1 (a) and 1 (b) is decomposed into vertical and horizontal line elements, and three vertical line elements and one horizontal line are used. It is a collection of elements. The length of one vertical line of each element
The scanning start coordinates of irradiation were set so that the length of each horizontal line was 1.2 mm and the length of each horizontal line was 2 mm. The composite irradiation of 5 times was performed by shifting the irradiation interval by 50 μm and forming elements. The figure numbers are shown in Table 1 as the character shapes.

【0042】[0042]

【表1】 [Table 1]

【0043】また、比較例のパターンの形成は、図2
(a) および(b) に示す数字の「4」を、それぞれ1本づ
つの縦線、横線および斜線のエレメントの集合体とし、
それぞれのエレメントの照射開始座標を定めた。表1に
文字形状として図番を表示した。
The formation of the pattern of the comparative example is shown in FIG.
The numbers “4” shown in (a) and (b) are each a group of vertical line, horizontal line and diagonal line elements,
The irradiation start coordinates of each element were defined. The figure numbers are shown in Table 1 as the character shapes.

【0044】レーザー加工条件は、Qスイッチパルス周
波数を2kHz 、パルス幅を100nsecとし、ランプ電流値
を99%Al2O3 に対して18A、Zr2O3 に対して17A、Si3N
4 に対して16Aとした。
The laser processing condition, 2 kHz Q-switched pulse frequency, the pulse width is 100 nsec, 18A lamp current value for 99% Al 2 O 3, 17A with respect to Zr 2 O 3, Si 3 N
It was set to 16A for 4 .

【0045】パターンを形成した試験片は、そのまま、
またはガラス等を埋込み焼成後、JIS 3点曲げ抗折試験
を行った。抗折試験は、パターン形成部に引張応力が作
用するように、パターン形成部の裏面に負荷した。それ
らの結果を表1に示した。なお、セラミックス素材の強
度は、99%アルミナは40kgf/mm2 、ジルコニア(Zr2O3)
は80kgf/mm2 、窒化珪素(Si3N4) は60kgf/mm2 であっ
た。
The test piece on which the pattern was formed was used as it was.
Alternatively, a JIS 3-point bending bending test was performed after embedding and baking glass or the like. In the bending test, a load was applied to the back surface of the pattern forming portion so that tensile stress acts on the pattern forming portion. The results are shown in Table 1. The strength of the ceramic material is 40 kgf / mm 2 for 99% alumina and zirconia (Zr 2 O 3 ).
Was 80 kgf / mm 2 , and silicon nitride (Si 3 N 4 ) was 60 kgf / mm 2 .

【0046】抗折強度の評価を元強度に対する抗折強度
の割合で示し、これが50%以上になるものを本発明の目
安とした。
The evaluation of the bending strength was shown by the ratio of the bending strength to the original strength, and the value of 50% or more was used as the standard of the present invention.

【0047】本発明例のNo.1からNo.11 は、パターンの
線をエレメントに分割し、そのエレメントに沿って照射
したので、溝深さの最大値は 200μm以下、その最大深
さと最小深さとの差は30μm以下であり、元強度に対す
る抗折強度の割合は50%以上であった。
In No. 1 to No. 11 of the examples of the present invention, the line of the pattern was divided into the elements and the irradiation was performed along the elements. Therefore, the maximum groove depth was 200 μm or less, and the maximum depth and the minimum depth. And the difference in bending strength to the original strength was 50% or more.

【0048】これに対し、比較例のNo.12 からNo.17
は、従来の照射方法でパターンを形成したので、溝深さ
の最大値は 245〜250 μmと深く、またその最大値特許
最小値との差も50〜150 μmと大きくなって、元強度に
対する抗折強度の割合は48.75%以下となった。
On the other hand, Comparative Examples No. 12 to No. 17
Since the pattern was formed by the conventional irradiation method, the maximum value of the groove depth was as deep as 245 to 250 μm, and the difference between the maximum value and the minimum value of the patent was as large as 50 to 150 μm, which was larger than the original strength. The bending strength ratio was 48.75% or less.

【0049】さらに、発明例のうちレーザー照射溝にガ
ラスを埋め込んだNo.3、4 、7 、8および10は、元強度
に対する抗折強度の割合が埋め込みなしと比較していず
れも高くなっている。
Further, among the invention examples, in Nos. 3, 4, 7, 8 and 10 in which the glass was embedded in the laser irradiation groove, the ratio of the bending strength to the original strength was higher than that in the case of no embedding. There is.

【0050】[0050]

【発明の効果】本発明によれば、レーザー照射の重なり
を完全に排除し、溝深さのばらつきが少なく、局部的な
強度低下を軽減することができる。また、パターンを形
成する溝部に、ガラスまたは樹脂を埋込むことでマイク
ロクラックの開口部を塞ぎ、強度低下をさらに軽減する
ことができる。さらに顔料を混ぜたガラスを使用するこ
とによって、視認性に優れたパターンを形成することが
できる。
According to the present invention, overlapping of laser irradiation can be completely eliminated, variation in groove depth is small, and local strength reduction can be reduced. Further, by embedding glass or resin in the groove forming the pattern, the opening of the microcrack can be closed, and the reduction in strength can be further reduced. Further, by using glass mixed with a pigment, a pattern having excellent visibility can be formed.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の方法によるレーザービーム照射で形成
されたパターンの一例を示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing an example of a pattern formed by laser beam irradiation according to the method of the present invention.

【図2】従来の方法によるレーザービーム照射で形成さ
れたパターンを示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing a pattern formed by laser beam irradiation by a conventional method.

【図3】ビームスキャン方式のレーザー加工機の構成を
示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing a configuration of a beam scanning type laser processing machine.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1.レーザー発振器 2.レーザー発振電源
3.ビームスキャン装置 4.駆動装置 5.制御装置
6.セラミックス部材
1. Laser oscillator 2. Laser oscillation power supply
3. Beam scanning device 4. Drive device 5. Control device
6. Ceramics member

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】エネルギービームの照射によるセラミック
ス表面へのパターン加工方法であって、エネルギービー
ムの照射部が交差または重複することなく溝を形成する
ことを特徴とするセラミックス表面へのパターン加工方
法。
1. A method of patterning a ceramic surface by irradiating an energy beam, wherein a groove is formed without intersecting or overlapping with the irradiation parts of the energy beam.
【請求項2】エネルギービームの照射部が交差または重
複することなく形成され、最大深さが 200μm以下、そ
の最大深さと最小深さとの差が30μm以下である溝で形
成されたパターンを表面に備えるセラミックス部材。
2. A pattern, which is formed by energy beam irradiation portions without intersecting or overlapping and has a maximum depth of 200 μm or less and a difference between the maximum depth and the minimum depth of 30 μm or less, on the surface. Ceramic member to be equipped.
【請求項3】上記パターンを構成する溝部にガラスある
いは樹脂を含浸させたことを特徴とする請求項2に記載
するパターンを表面に備えるセラミックス部材。
3. A ceramic member having a pattern according to claim 2, wherein a groove portion forming the pattern is impregnated with glass or resin.
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