JPS608147B2 - 固体の加工方法 - Google Patents
固体の加工方法Info
- Publication number
- JPS608147B2 JPS608147B2 JP57104717A JP10471782A JPS608147B2 JP S608147 B2 JPS608147 B2 JP S608147B2 JP 57104717 A JP57104717 A JP 57104717A JP 10471782 A JP10471782 A JP 10471782A JP S608147 B2 JPS608147 B2 JP S608147B2
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- JP
- Japan
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- etchant
- workpiece
- laser
- processing
- laser beam
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Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/14—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring using a fluid stream, e.g. a jet of gas, in conjunction with the laser beam; Nozzles therefor
- B23K26/144—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring using a fluid stream, e.g. a jet of gas, in conjunction with the laser beam; Nozzles therefor the fluid stream containing particles, e.g. powder
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Laser Beam Processing (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、固体を高能率かつ高精度にマイクロ加工する
ことができる固体の加工方法に関するものである。
ことができる固体の加工方法に関するものである。
従来、固体をマイクロ加工する方法としては、マイクロ
ツール、例えばマイクロダイヤモンド砥石を先端につけ
た工具を高速回転させて固体の穴あげ、溝加工等を行う
方法が多く採用されていた。
ツール、例えばマイクロダイヤモンド砥石を先端につけ
た工具を高速回転させて固体の穴あげ、溝加工等を行う
方法が多く採用されていた。
しかしながら、このような方法においては、マイクロツ
ールの大きさに限界があるため、数１００山肌以下の形
状加工が困難である上に、能率が悪いという欠点があっ
た。一方、最近では、レーザ単独による加工方法も行わ
れ始めているが、熱損傷によるダメージ領域が生じると
ともに、加工によって生ずる蒸発粉の再付着などがある
ため、加工部が凹凸で、滑らかな形状となり得なかった
。
ールの大きさに限界があるため、数１００山肌以下の形
状加工が困難である上に、能率が悪いという欠点があっ
た。一方、最近では、レーザ単独による加工方法も行わ
れ始めているが、熱損傷によるダメージ領域が生じると
ともに、加工によって生ずる蒸発粉の再付着などがある
ため、加工部が凹凸で、滑らかな形状となり得なかった
。
滑らかな形状加工を行うためには、被加工物の表面を所
定のパタンでマスクして、いわゆるケミカルエッチング
を行っていた。
定のパタンでマスクして、いわゆるケミカルエッチング
を行っていた。
しかし、この場合は、能率が悪い上に厚さ寸法の大きい
ものに対してはアスペクト比が悪くなる欠点を有してい
た。本発明は、これらの欠点を除去するため、ケミカル
エッチング、レーザによる熱ェネルギ、および微粒子に
よるメカニカル作用を利用して高能率かつ高精度にマイ
クロ加工できるようにしたもので、以下図面につにて詳
細に説明する。第１図は、本発明および本発明の前提と
なる技術を説明するための説明図であって、１はしーザ
発振器、２はビーム絞り用のレンズ、３は方向変換用の
反射ミラー、４はしンズで絞られ方向変換されたレーザ
ピーム、５はエッチャント６に浸せきされた被加工物、
７は被加工物、エッチャントを入れた容器、８はＸＹス
テージである。
ものに対してはアスペクト比が悪くなる欠点を有してい
た。本発明は、これらの欠点を除去するため、ケミカル
エッチング、レーザによる熱ェネルギ、および微粒子に
よるメカニカル作用を利用して高能率かつ高精度にマイ
クロ加工できるようにしたもので、以下図面につにて詳
細に説明する。第１図は、本発明および本発明の前提と
なる技術を説明するための説明図であって、１はしーザ
発振器、２はビーム絞り用のレンズ、３は方向変換用の
反射ミラー、４はしンズで絞られ方向変換されたレーザ
ピーム、５はエッチャント６に浸せきされた被加工物、
７は被加工物、エッチャントを入れた容器、８はＸＹス
テージである。
まず、第１図を参照して本発明の前提となる技術につい
て説明する。固体の加工方法として、第１図に示すよう
し、エッチャント６を入れた容器７内に被加工物５を浸
せきし、この被加工物５にレーザ発振器１からしンズ２
、反射ミラー３を経て得られるレーザビーム４を照射し
た場合被加工物５のマイクロ加工を行うことができる。
こののような加工方法は、通常の浸せき式エッチング加
工法に比較して加工速度等を改善することができる。こ
の加工方法の優れた点は、具体的な実験によって確かめ
ることができる。すなわち、この方法で、エッチャント
としてＩＨｃ夕十ＩＨＮ０３十班２０を、レーザとして
前記エッチャントに対して減衰のない（減衰５％以下）
〜レーザ（入ニ５０００△、ＣＷ発振、出力〜３Ｗ）を
、被加工物としてＳＵＳ、Ｎｉ、Ｃｕ（２５０山肌〜０
．５側ｔ）をそれぞれ用いて実験を行った結果、レーザ
複合エッチングにおけるエッチング速度は、レーザを用
いない単なる浸せき式エッチング速度の場合に比較して
、１ぴ〜１び倍であり、また、加工形状も数１０仏の寸
法で滑らかな微細形状加工が実現できた。
て説明する。固体の加工方法として、第１図に示すよう
し、エッチャント６を入れた容器７内に被加工物５を浸
せきし、この被加工物５にレーザ発振器１からしンズ２
、反射ミラー３を経て得られるレーザビーム４を照射し
た場合被加工物５のマイクロ加工を行うことができる。
こののような加工方法は、通常の浸せき式エッチング加
工法に比較して加工速度等を改善することができる。こ
の加工方法の優れた点は、具体的な実験によって確かめ
ることができる。すなわち、この方法で、エッチャント
としてＩＨｃ夕十ＩＨＮ０３十班２０を、レーザとして
前記エッチャントに対して減衰のない（減衰５％以下）
〜レーザ（入ニ５０００△、ＣＷ発振、出力〜３Ｗ）を
、被加工物としてＳＵＳ、Ｎｉ、Ｃｕ（２５０山肌〜０
．５側ｔ）をそれぞれ用いて実験を行った結果、レーザ
複合エッチングにおけるエッチング速度は、レーザを用
いない単なる浸せき式エッチング速度の場合に比較して
、１ぴ〜１び倍であり、また、加工形状も数１０仏の寸
法で滑らかな微細形状加工が実現できた。
このときのアスペクト比は２．０以上で、従来のケミカ
ルエッチングの場合のアスペクト比（１．０前後）にく
らべ飛躍的に向上していた。同様に、エッチャントとし
てＦｅＣそ３の３冊ｔ％溶液を用いてエッチングを行っ
たところ、該エッチャントにレーザビームが７０％以上
吸収されてしまうために、エッチング速度が１０〜１ぴ
倍程度しか向上しないことがわかった。
ルエッチングの場合のアスペクト比（１．０前後）にく
らべ飛躍的に向上していた。同様に、エッチャントとし
てＦｅＣそ３の３冊ｔ％溶液を用いてエッチングを行っ
たところ、該エッチャントにレーザビームが７０％以上
吸収されてしまうために、エッチング速度が１０〜１ぴ
倍程度しか向上しないことがわかった。
各種エッチャントの検討を行ったところ、レーザ複合エ
ッチングにおけるエッチャントの選定条件として、■レ
ーザビームを吸収しないこと、■室温領域でエッチング
速度が小さく、１００〜１５０ｏｏ程度の液溢でエッチ
ング速度が大きいこと（換言すれば、活性化ェネルギが
大きいこと）、などがあげられる。
ッチングにおけるエッチャントの選定条件として、■レ
ーザビームを吸収しないこと、■室温領域でエッチング
速度が小さく、１００〜１５０ｏｏ程度の液溢でエッチ
ング速度が大きいこと（換言すれば、活性化ェネルギが
大きいこと）、などがあげられる。
なお、■の理由は、水中におけるしーザビーム照射面の
温度が、熱電対クロメルコンスタンタンによる測定によ
れば、１００〜１５０ｑｏ程度（Ａｒレーザ、ＣＷ発振
、出力０．５〜３Ｗ）であったことにもとづくものであ
る。レーザ複合エッチングの加工メカニズムを検討した
結果、被加工物のレーザ照射面の温度上昇によってエッ
チング速度が促進され、また局部的な温度上昇にともな
って生ずるエッチャントの加工局部のミクロ的な対流が
加工精度に影響を与えることが判明した。
温度が、熱電対クロメルコンスタンタンによる測定によ
れば、１００〜１５０ｑｏ程度（Ａｒレーザ、ＣＷ発振
、出力０．５〜３Ｗ）であったことにもとづくものであ
る。レーザ複合エッチングの加工メカニズムを検討した
結果、被加工物のレーザ照射面の温度上昇によってエッ
チング速度が促進され、また局部的な温度上昇にともな
って生ずるエッチャントの加工局部のミクロ的な対流が
加工精度に影響を与えることが判明した。
そこで、第１図に示す被加工物５とエッチャント６に超
音波振動をＸＹステージ８の下部の超音波振動子９から
与えて前述の実験例と同機にレーザ複合エッチングを試
みたところ、レーザ複合エッチング速度は前記実験例の
場合の数倍から数十倍向上し、また形状加工精度も大幅
に向上し得た（アスペクト比２．０〜２．７）。本発明
は、前述したような加工方法、すなわちエッチャント中
に被加工物を浸せきし、被加工物にレーザピームを照射
する加工方法において、更にエッチャント中に微粒子を
混合させたことを特徴とするものである。この場合、微
粒子をエッチヤントに混入するねらいは、■加工局部に
生ずる反応生成物の機械的除去効果、■微粒子衝突時に
被加工材に生ずるわずかな歪にもとづくメカノケミカル
作用による化学的作用の促進効果、■ビームが被加工材
に当たる局部の温度上昇による熱対流を助長するミクロ
的なエッチャソト濯梓効果、等を得ようとする点し・あ
る。
音波振動をＸＹステージ８の下部の超音波振動子９から
与えて前述の実験例と同機にレーザ複合エッチングを試
みたところ、レーザ複合エッチング速度は前記実験例の
場合の数倍から数十倍向上し、また形状加工精度も大幅
に向上し得た（アスペクト比２．０〜２．７）。本発明
は、前述したような加工方法、すなわちエッチャント中
に被加工物を浸せきし、被加工物にレーザピームを照射
する加工方法において、更にエッチャント中に微粒子を
混合させたことを特徴とするものである。この場合、微
粒子をエッチヤントに混入するねらいは、■加工局部に
生ずる反応生成物の機械的除去効果、■微粒子衝突時に
被加工材に生ずるわずかな歪にもとづくメカノケミカル
作用による化学的作用の促進効果、■ビームが被加工材
に当たる局部の温度上昇による熱対流を助長するミクロ
的なエッチャソト濯梓効果、等を得ようとする点し・あ
る。
そこで、具体的にエッチャントに１仏肌〜０．２ム肌の
Ｚｒ０２あるいはＡ〆２０３あるいはＳｉ０２などの微
粒子を混入（０．０５〜５Ｍ％）し、エッチャントを流
動させながら上記と同様にしてレーザ複合エッチングを
試みたところ、レーザ照射部近傍が局部的に温度上昇す
ることにより、その局部にある微粒子の運動が激しくな
り、その微粒子によって局所的なエッチャントの鷹梓効
果が細部にまでわたって得られ、また運動が活発化した
微粒子の衝突によって加工局部の不要生成物が効果的に
除去され、さらに衝突によるメカノケミカル作用によっ
て化学的作用が促進され、その結果、上記実験例以上の
高能率化と高精度化が確認された。エッチャントを流動
させる方法として超音波を与える方法、第１図の容器７
にドレィン１０を設けてモータポンプ１１によって循環
させる方法など、エッチャントの対流を実行できるなら
ば如何なる方法でも効果の大小はあるものの能率・精度
向上の効果はある。効果の大小があるという理由は、レ
ーザビームが当った加工局部近傍にあるエッチャントが
効率よく循環、蝿拝されるかどうかに依存するものであ
ろう。微粒子をエッチヤントに含ませないで対流を行っ
てもよいが、微粒子を含ませてエッチントを対流させる
と能率・精度向上の効果が絶大であるということである
。実験によれば、エッチャントもしくは被加工物に超音
波振動をさらに付加することにより、加工速度、加工精
度をより向上させることができる。次に、第２図に示す
如く、微粒子を混合したエッチャントを被加工物に対し
て噴射させるレーザ複合エッチングを試みた。
Ｚｒ０２あるいはＡ〆２０３あるいはＳｉ０２などの微
粒子を混入（０．０５〜５Ｍ％）し、エッチャントを流
動させながら上記と同様にしてレーザ複合エッチングを
試みたところ、レーザ照射部近傍が局部的に温度上昇す
ることにより、その局部にある微粒子の運動が激しくな
り、その微粒子によって局所的なエッチャントの鷹梓効
果が細部にまでわたって得られ、また運動が活発化した
微粒子の衝突によって加工局部の不要生成物が効果的に
除去され、さらに衝突によるメカノケミカル作用によっ
て化学的作用が促進され、その結果、上記実験例以上の
高能率化と高精度化が確認された。エッチャントを流動
させる方法として超音波を与える方法、第１図の容器７
にドレィン１０を設けてモータポンプ１１によって循環
させる方法など、エッチャントの対流を実行できるなら
ば如何なる方法でも効果の大小はあるものの能率・精度
向上の効果はある。効果の大小があるという理由は、レ
ーザビームが当った加工局部近傍にあるエッチャントが
効率よく循環、蝿拝されるかどうかに依存するものであ
ろう。微粒子をエッチヤントに含ませないで対流を行っ
てもよいが、微粒子を含ませてエッチントを対流させる
と能率・精度向上の効果が絶大であるということである
。実験によれば、エッチャントもしくは被加工物に超音
波振動をさらに付加することにより、加工速度、加工精
度をより向上させることができる。次に、第２図に示す
如く、微粒子を混合したエッチャントを被加工物に対し
て噴射させるレーザ複合エッチングを試みた。
この図において、５０は耐薬品性のノズルで、レーザ光
を絞るためのレンズ２を内蔵しており、ノズル先端径は
主として形状加工幅で決めるものであるが、大体加工幅
前後でよい。微粒子混合のエッチャント６′はポンプ１
１によって循環するとともにノズル５０の先端から数ｋ
９／鮒〜数１０ｋｇ／流の圧力で被加工物５に吹き付け
ると、微粒子によるメカニカル作用も重畳され、能率・
精度向上の効果がさらに発揮された。１００は再現性を
高めるためのエッチャントの冷却部である。
を絞るためのレンズ２を内蔵しており、ノズル先端径は
主として形状加工幅で決めるものであるが、大体加工幅
前後でよい。微粒子混合のエッチャント６′はポンプ１
１によって循環するとともにノズル５０の先端から数ｋ
９／鮒〜数１０ｋｇ／流の圧力で被加工物５に吹き付け
ると、微粒子によるメカニカル作用も重畳され、能率・
精度向上の効果がさらに発揮された。１００は再現性を
高めるためのエッチャントの冷却部である。
微粒子の混合割合、種類等はしーザビームが減衰しない
程度にすれば問題ないし、また任意曲線の形状加工をす
る場合は、被加工物を移動させたりレーザビームを動か
せば容易にできる。さらに、貫通孔・溝加工の場合、能
率を大きくするために、第３図のように２本の軸を合致
させたレーザピームを被加工物の表側と裏面側に同時に
照射してレーザ複合エッチングを試みたところ、エッチ
ング速度（能率）が２倍以上に向上することを確認した
。
程度にすれば問題ないし、また任意曲線の形状加工をす
る場合は、被加工物を移動させたりレーザビームを動か
せば容易にできる。さらに、貫通孔・溝加工の場合、能
率を大きくするために、第３図のように２本の軸を合致
させたレーザピームを被加工物の表側と裏面側に同時に
照射してレーザ複合エッチングを試みたところ、エッチ
ング速度（能率）が２倍以上に向上することを確認した
。
なお、第３図において、２０は容器を構成する石英ガラ
スである。以上説明したように、本発明によれば、ケミ
カルエッチング、レーザによる熱ェネルギ、微粒子によ
るメカニカル作用を利用して加工を行うので、高能率で
かつ高精度にマイクロ加工を行うことができる。
スである。以上説明したように、本発明によれば、ケミ
カルエッチング、レーザによる熱ェネルギ、微粒子によ
るメカニカル作用を利用して加工を行うので、高能率で
かつ高精度にマイクロ加工を行うことができる。
なお、実施例ではＡｒレーザを用いたが、被加工物に対
して反射係数が小さく、吸収係数が大きく、またエッチ
ャントによって減衰しないレーザで加工局部を温怒上昇
させることができるならば、どんなレーザでも本発明の
効果があることは言うまでもない。
して反射係数が小さく、吸収係数が大きく、またエッチ
ャントによって減衰しないレーザで加工局部を温怒上昇
させることができるならば、どんなレーザでも本発明の
効果があることは言うまでもない。
第１図は本発明および本発明の前提となる技術を説明す
るための説明図、第２図、第３図はいずれも本発明を説
明するための説明図である。 １…レーザ発振器、２…レンズ、３・・・反射ミラー、
４…レーザビーム、５…被加工物、６・・・エッチャン
ト、６′・・・微粒子を含ませたエッチャント、７・・
・容器、８・・・ＸＹステージ、９・・・超音波振動子
、１０・・・ドレィン、１１・・・モータポンプ、２０
・・・石英ガラス、５０・・・ノズル、１００…冷却部
。 第１図 第２図 第３図
るための説明図、第２図、第３図はいずれも本発明を説
明するための説明図である。 １…レーザ発振器、２…レンズ、３・・・反射ミラー、
４…レーザビーム、５…被加工物、６・・・エッチャン
ト、６′・・・微粒子を含ませたエッチャント、７・・
・容器、８・・・ＸＹステージ、９・・・超音波振動子
、１０・・・ドレィン、１１・・・モータポンプ、２０
・・・石英ガラス、５０・・・ノズル、１００…冷却部
。 第１図 第２図 第３図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 微粒子を混合したエツチヤント中に被加工物を浸せ
きし、前記被加工物表面にレーザービームを照射するこ
とを特徴とする固体の加工方法。 ２ 前記エツチヤントもしくは被加工物に超音波振動を
付加することを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
固体の加工方法。 ３ 前記エツチヤントを被加工物表面に噴射させながら
同時にレーザビームを照射することを特徴とする特許請
求の範囲第１項記載の固体の加工方法。 ４ 前記被加工物の両面側に、レーザビーム軸を合わせ
た２つのレーザビームを同時に照射することを特徴とす
る特許請求の範囲第１項記載の固体の加工方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57104717A JPS608147B2 (ja) | 1982-06-18 | 1982-06-18 | 固体の加工方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57104717A JPS608147B2 (ja) | 1982-06-18 | 1982-06-18 | 固体の加工方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS58221690A JPS58221690A (ja) | 1983-12-23 |
| JPS608147B2 true JPS608147B2 (ja) | 1985-03-01 |
Family
ID=14388232
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57104717A Expired JPS608147B2 (ja) | 1982-06-18 | 1982-06-18 | 固体の加工方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS608147B2 (ja) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59178189A (ja) * | 1983-03-29 | 1984-10-09 | Inoue Japax Res Inc | レ−ザ加工装置 |
| JPS6176689A (ja) * | 1984-09-21 | 1986-04-19 | Nec Corp | 浮動ヘツドスライダの製造方法 |
| JPS61251032A (ja) * | 1985-04-30 | 1986-11-08 | Toshiba Mach Co Ltd | レ−ザ描画装置 |
| JPS622590A (ja) * | 1985-06-27 | 1987-01-08 | 東芝機械株式会社 | レ−ザ描画装置 |
| JPS6310090A (ja) * | 1986-06-30 | 1988-01-16 | Agency Of Ind Science & Technol | セラミックス加工方法 |
| US9452495B1 (en) * | 2011-07-08 | 2016-09-27 | Sixpoint Materials, Inc. | Laser slicer of crystal ingots and a method of slicing gallium nitride ingots using a laser slicer |
| DE102011107982A1 (de) * | 2011-07-20 | 2013-01-24 | Rena Gmbh | Werkzeugkopf (LCP-Kopf) |
-
1982
- 1982-06-18 JP JP57104717A patent/JPS608147B2/ja not_active Expired
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS58221690A (ja) | 1983-12-23 |
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