JPS63160775A - 金属薄膜のレ−ザ加工方法及び装置 - 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 本発明は有機フィルム上に形成された金属薄膜をレーザ
ビームにより除去加工する加工技術に関する。

従来の技術 従来、有機フィルム上の金属薄膜をレーザを用いて線状
に加工する方法としては、例えば特開昭５６−ｅｓＯＯ
ｌ　５６号公報、特開昭５７−１１８６２２号公報に示
されているように、Ｑスイッチによるパルスレーザビー
ムを用いて加工するのが一般的である。Ｑスイッチのパ
ルスレーザビームが用いられるのは、有機フィルムが受
ける熱損傷が小さいことによる。

以下図面を参照しながら、上述した従来のレーザ加工方
法の一例について説明する。

第６図、第７図は従来の加工方法で、Ｑスイフチによる
パルスレーザビームを用いて、有機フィルム上の金属薄
膜を線状に除去加工する方法を示す。第６図において、
１ｂはパルスレーザビーム、２は有機フィルム上に形成
された金属薄膜、３は金属薄膜が除去加工された加工線
である。

パルスレーザビームにより金属薄膜を除去加工する場合
、金属薄膜は溶融→蒸発、あるいは昇華させねばならな
いので、金属薄膜からの熱が有機フィルムに伝わり、有
機フィルムは熱損傷を受ける。勿論、有機フィルムその
ものがレーザビームを比較的大きく吸収する場合は、金
属薄膜からの伝熱がなくても有機フィルムの熱損傷は大
きくなる。しかしレーザ加工によく用いられているＹＡ
Ｇレーザ等の比較的波長の短いレーザは、ポリスチレン
、ポリ塩化ビニル等の透明フィルムに対してはほとんど
透過するので、レーザそのものが有機フ、ｆルムに与え
る熱損傷はほとんどなくすことができる。そのため、有
機フィルムの熱損傷を極力小さくするためには、上述の
金属薄膜からの伝熱を最小にすることが重要となる。こ
れを実現できるのがＱスイッチによるパルスレーザビー
ムを用いた加工法である。

発明が解決しようとする間阻点 しかし上記のパルスレーザビームによる加工法では、加
工速度が小さいという欠点を有している。

すなわちパルスレーザビームを用いて、できるだけ高速
で線状に加工したい場合、パルスレーザビーム同志のオ
ーバーラツプの割合がｓｏ％以上となるようにすればよ
いが、Ｑスイッチの周波数は、安定して用いることがで
きるのは高々３０ＫＨｚである。ビーム径を１００μｍ
としても加工速度は高々９０　ｍ／ｙｔｉｔｒである。

またオーバーラツプ率を小さくするほど１図４の３に示
すように加工線のうねりが極端になるという欠点を有す
る。

加工線のうねりをごく小さくするためには、連続発振の
レーザビームを用いればよいが、通常の方法ではフィル
ムが熱による損傷を受け、実用に耐えない。前述のよう
に、Ｑスイッチによるパルスレーザビームではフィルム
の損傷がほとんどなく、連続発振のレーザビームでは損
傷が大きい理由に対しては従来から説明はなされていな
い。パルスレーザビームも連続発振レーザビームも金属
薄膜を溶融→蒸発あるいは昇華という同じ現象であるに
もかかわらず、フィルム損傷に対して非常に大きな差が
でる原因を追求するため実験検討した結果、次のような
結論に至った。

第７図は、従来のＱスイッチパルスレーザビームによる
加工が、フィルムに損傷を与えないことを説明するため
の図である。

第７図において、ｔｌはレーザビームのパルス幅、ｔ２
はレーザビームの休止時間、１７は斜線面積は１回のパ
ルスレーザビームのエネルギである。Ｑスイッチ４の加
工に用いられるレーザーの強度はＫＷオーダーと非常に
大きくパルス幅ｔ１は通常１００〜３００　ｎ５ｅｃと
短時間である。そのため金属薄膜は１０　　ｓｅｃのオ
ーダーで除去され、金属薄膜からの伝熱もごく小さくな
り、有機フィルムの熱損傷をほとんどなくすことができ
る。

また休止時間ｔ２は１〜ｏ、ｏｌｍｓｅｃであるので。

Ｑスイッチのパルスレーザビーム加工では、加工時間の
うちのわずか０．０１〜３チしかレーザビームは照射さ
れず、レーザが照射された部分の冷却という点からも有
利である。

一方、連続発振レーザビームの場合、小さな強度で金属
薄膜を除去加工できるが、レーザを連続して照射するた
め金属薄膜からの伝熱が大きくなり、そのためフィルム
の損傷が大きくなる。

以上のように従来の加工法の問題点を追求することから
得られた本発明は、加工線のうねりが小さく、加工速度
が大きく、かつ有機フィルムの損傷も小さいレーザ加工
方法を提供するものである。

問題点を解決するための手段 上記問題点を解決するための本発明の金属薄膜のレーザ
加工方法は以下の通りである。厚さ１゜７１ｍ以下の有
機フィルム上に形成された厚さ２０００Å以下の金属薄
膜に対して、波長が０．６〜１．２μｍの固体レーザの
連続発振ビームを、３００ｍ／１！ｔｉＲ以上の高速走
査により照射することにより金属薄膜を除去加工する。

また有機フィルムの両面に金属薄膜を形成したものに対
しては、上記の連続発振レーザビームを照射し、照射側
の金属薄膜の加工幅より反対側の金属薄膜の加工幅が小
さくなる条件で、金属薄膜を除去加工する。

そのための加工光学系は種々考えられるが、レーザビー
ムの拡大光学系と、互いに平行でない回転軸をもつ２個
のガルバノメータと、それぞれの回転軸に取り付けられ
て回転する２個のガルバノミラ−と、前記２個のガルバ
ノメータの間に位置する反射ミラーと、集光光学系を有
する構成が望ましい。

作　　用 本発明は上記した方法および装置構成を用いて。

連続発振レーザビームの微小スポットを金属薄膜に高速
で照射するととＫより、金属薄膜を瞬時に除去加工し、
それによりフィルムの損傷もごく小さく、また安定した
加工幅が得られるものである。

実施例 以下本発明の一実施例のレーザ加工方法と装置について
図面を参照しながら説明する。

第１図は本発明の第１の実施例の金属薄膜のレーザ加工
方法を示す。１ａは集光レンズ通過後の連続発振レーザ
ビーム、２はフィルム上に形成された金属薄膜、３は加
工線である。第２図と第３図は本実施例の作用を説明す
るための、金属薄膜上におけるレーザビームの横モード
を示す。第２図において縦軸は強度横軸はレーザビーム
中心からの距離を示す。レーザビーム中心の強度を１と
したとき、１／ｅ２の強度となるビーム径ｄ、は、スポ
ット径と呼ばれるＯ ｐｔは、金属膜がこれ以上の強度で加工されるしきい値
を示す。したがってＷｌ　で示した直径が、金属薄膜が
加工される加工幅に等しくなる。ｐｔ以下の強度では金
属薄膜は加工されず、したがって６ａの斜線は金属薄膜
を加熱するだけのエネルギを示す＠６ａの斜線部のエネ
ルギによりフィルムは損傷を受けるので、この部分のエ
ネルギは小さいほど望ましい・しきい値ｐｔは、金属に
より一定なのでスポット径ｄ１が小さいほど、斜線部６
ａのエネルギが小さくなり、フィルム損傷が小さくなる
。この状態を説明したものが第３図である。レーザビー
ムの単位時間あたりのエネルギが同じでも、スポット径
が小さいときは加工幅Ｗ２、斜視部６ｂともに小さく、
スポット径が大きいときは、加工幅ＶＩ３　、斜線部６
Ｃともに大きくなる口したがってスポット径が小さい＃
１ど、金属薄膜を加熱するだけのエネルギが大きくなり
、フィルムの損傷が大きくなる。実験検討した結果によ
ると、フィルム厚さが１０μｍ以下ではスポット径は３
６０μｍ以下、加工幅は２００μｍ以下、かつレーザビ
ームの走査速度が３００ｍ／ｍｍ以上で初めて実用的に
フィルムの損傷程度が小さくなることが判明した＠ 以上のように本実施例によれば、厚さ１０μｍ以下の有
機フィルム上に形成された厚さ２０００Ａ以下の金属薄
膜に対して固体レーザの連続発振ビームを３００ｍ／ｍ
ｍ以上の高速照射により照射し、加工幅が２００μｍ以
下となるように金属薄膜を瞬時に除去加工することによ
シ、フィルムの損傷もごく小さく、また安定した加工幅
を得ることができる。

以下本発明の第２の実施例について説明する。

第４図は有機フィルム７の両面に金属薄膜２が形成され
たものに、固体レーザの連続発振ビーム１ａを照射する
レーザ加工方法を示す断面図である。

８ａはレーザビームの照射側の除去加工部、８ｂは反対
側の除去加工部である。この場合も加工幅が２ｏＯ／ｊ
ｍ以下、レーザビーム走査速度３００ｍ／−以上が必要
条件である。しかし本実施例の場合は、金属薄膜２がフ
ィルムの両面にあるため、金属薄膜からフィルムへの伝
熱が実施例１に比し大きくなり、フィルムの損傷が生じ
易くなる。この損傷を実用レベルまで小さくするには、
レーザ照射側加工部８ａの加工幅より、反対側加工部８
ｂの加工幅が小さくなるようなレーザ条件を設定するこ
とが必要となる。両方の加工幅が等しくなるようなレー
ザ強度では、金属薄膜を除去加工するのに必要な強度よ
り大きいというととＫなるので、金属薄膜が加熱される
温度も高くなり、フィルムの損傷も大きくなる。なお除
去加工部８ｂの加工部が必要でない場合は、レーザ強度
を適度に小さ〈設定すれば、除去加工部８ａのみを形成
することも可能となる。

以上のように有機フィルムの両面に金属薄膜を形成した
ものについては、レーザビームの照射速度３００　ｍ／
ｍ１ｔｔ以上、加工幅２００μｍ以下となる条件で、か
つレーザ照射側の加工幅より反対側の加工幅が少さくな
るように金属薄膜を除去加工することにより、フィルム
の損傷もごく小さく、安定したレーザ加工が可能となる
。

以下本発明の第３の実施例について説明する。

第６図は本発明の第３の実施例におけるレーザ加工装置
を示す斜視図である。同図において９は固体レーザ発振
器、１０はビーム拡大光学系、　１１　ａ。

１１ｂはガルバノメータ、１２ａ、１２ｂはガルバノミ
ラ−１１３は反射ミラー、１４は集光光学系である。発
振器９から出たレーザビームは拡大光学系で６〜１２倍
に拡大され、ガルバノミラ−１２ａ１反射ミラー１３、
ガルバノミラ−１２ｂ１集光元学系１４を経て、金属薄
膜２に照射され。

加工線３が形成される。ガルバノミラ−１１ａ。

１１ｂの回転軸は互いに直交するよう配置する。

実施例１と２で述べたように、有機フィルムに損傷を与
えないためには、加工幅が２００μｍ以下、ビーム走査
速度３００ｍ／ｍ以上が必要である。レーザビームのス
ポット径はビーム広がり角をθ、集光光学系の焦点距離
をｆとしてｆ・θとなる。またθは、拡大光学系の倍率
だけ小すくなるので、スポット径を小さくするには拡大
光学系の倍率は大きい方が有利である。一方、高速走査
のためには、ガルバノミラ−を小さくして、ミラーの慣
性力と空気抵抗を小さくせねばならない。

これらの制約からガルバノミラ−は所定の応答特性が得
られる範囲で、できるだけ有効面積の大きいものが有用
である。また、ガルバノミラ−に入射するビームは通常
はぼ４５°　の角度で入れられる。そのため、入射ビー
ムの径をＤとすれば、ガルバノミラ−の長さはう・Ｄ以
上が必要である。

そこで本発明は入射ビームのガルバノミラ−との角度を
大ぎくして、ガルバノミラ−の長さをできるだけ小さく
することを目的とするものである。

具体的には直交するガルバノミラ−の間に反射ミラーを
おくことにより、入射ビームとガルバノミラ−の中心角
度とのなす角を１０〜２６００大きくし、これによりガ
ルバノミラ−の長さを１．１〜１．２Ｄ程度まで小さく
することができた。またガルバノミラ−の回転中心に正
確にレーザビームの中心を合わせることも、金属薄膜を
安定して加工するために重要である。本発明の反射ミラ
ーの角度を微調整することにより、簡単にレーザビーム
の中心をガルバノミラ−中心に設定することも可能とな
った。

発明の効果 以上のように本発明の第１の発明によれば、固体レーザ
の連続発振ビームの送り速さ等の加工条件を適当に選ぶ
ことにより、フィルムに熱損傷を与えることなく高速で
金属薄膜の除去加工を行うことができる。

また本発明の第２の発明によれば、互いに直交する回転
軸をもつ２個のガルバノメータの各回転軸に取り付けた
２＠のガルバノミラ−の間に、角度調整が可能な反射ミ
ラーを設置することにより、ガルバノミラ−の小型化お
よび、本発明の第１の発明の方法を実現するためのレー
ザーの高速走査が可能となり、金属薄膜の安定した加工
を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例のレーザ加工方法を示す
斜視図、第２図、第３図は本発明の詳細な説明する図、
第４図は本発明の第２の実施例のレーザ加工方法を示す
断面図、第６図は本発明の第３の実施例のレーザ加工装
置を示す斜視図、第６図は従来のレーザ加工方法の斜視
図、第７図は第６図のレーザ加工方法におけるパルスを
説明する図である。 １ａ・・・・・・レーザビーム、２・・・・・・金属薄
膜、３・・・・・・加工線、７・・・・・・有機フィル
ム、８ａ、８ｂ・・・・・・除去加工部、９・・・・・
・固体レーザ発振器、１ｏ・・・・・・拡大光学系、１
１・・・・・・ガルバノメータ、１２ａ。 １２ｂ・・・・・・ガルバノミラ−１１３・・・・・・
反射ミラー、１４°・・・・・・集光光学系。 第１図 第２図 ｓｒｇｉ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）厚さ１０μｍ以下の有機フィルム上に形成された
   厚さ２０００Å以下の金属薄膜に対して、波長が０．６
   〜１．２μｍの固体レーザの連続発振ビームを３００ｍ
   ／ｍｍ以上の高速走査により照射し、加工幅が２００μ
   ｍ以下となるように金属薄膜を除去加工する金属薄膜の
   レーザ加工方法。
2. （２）有機フィルムの両面に形成された金属薄膜に連続
   発振レーザビームを照射し、照射側の金属薄膜の加工幅
   より、反対側の金属薄膜の加工幅が小さくなるように金
   属薄膜を除去加工する特許請求の範囲第１項記載の金属
   薄膜のレーザ加工方法。
3. （３）連続発振の固体レーザ発振器と、レーザビームの
   拡大光学系と、互いに平行でない回転軸を持つ２個のガ
   ルバノメータと、前記ガルバノメータの各々の回転軸に
   取り付けられて回転する２個のガルバノミラーと、前記
   ２個のガルバノミラーの間に位置し角度調整が可能な反
   射ミラーと、集光光学系と、フィルム走行系からなる金
   属薄膜のレーザ加工装置。