KR20180013675A

KR20180013675A - 레이저 가공 장치 및 레이저 가공 방법

Info

Publication number: KR20180013675A
Application number: KR1020170032075A
Authority: KR
Inventors: 타케시 이케다; 미노리 아라카와; 모모카 하시모토; 코지 야마모토
Original assignee: 미쓰보시 다이야몬도 고교 가부시키가이샤
Priority date: 2016-07-28
Filing date: 2017-03-14
Publication date: 2018-02-07
Also published as: JP6762024B2; CN107662050B; JP2018015783A; TWI722162B; TW201811479A; CN107662050A

Abstract

[과제] 레이저 가공 장치에 의해서 복층 수지 기판을 풀 커팅 가공할 때에, 표면 측의 층의 가공 시에 안쪽의 수지층이 가공되기 어렵게 한다.
[해결 수단] 레이저 가공 장치(1)는, 표면 측에서부터 제1 수지층(L1)과 제2 수지층(L2)을 가진 복층 수지 기판(P)을 절단하기 위한 장치로서, 제1 레이저 발진기(9A)와, 제2 레이저 발진기(9B)를 구비하고 있다. 제1 레이저 발진기(9A)는, 제1 수지층(L1)을 절단하기 위한 제1 레이저광(R1)을 발생하는 장치이다. 제1 레이저광(R1)은, 제1 수지층(L1)에 대해서보다도 제2 수지층(L2)에 대해서 흡수율이 낮다. 제2 레이저 발진기(9B)는 제2 수지층(L2)을 절단하기 위한 제2 레이저광(R2)을 발생하는 장치이다. 제2 레이저광(R2)은 제1 수지층(L1)에 대해서보다도 제2 수지층(L2)에 대해서 흡수율이 높다.

Description

레이저 가공 장치 및 레이저 가공 방법{LASER PROCESSING APPARATUS AND LASER PROCESSING METHOD}

본 발명은, 레이저 가공 장치 및 레이저 가공 방법, 특히, 레이저광을 조사함으로써 수지 기판을 절단하는 장치 및 방법에 관한 것이다.

수지 기판의 종류는, 단층 수지 기판과, 복층 수지 기판으로 나뉜다. 복층 수지 기판은, 다른 재료의 복수의 수지층을 포함한다. 또, 제품에 따라서 기능성 막(무기·금속·유기)을 적층하는 일이 있다.

복층 수지 기판을 절단하는 장치로서, 레이저 가공 장치가 이용된다(예를 들면, 특허문헌 1 참조). 복층 수지 기판은, 레이저 가공 장치에 의해서, 위쪽의 층만 절단되거나(하프(half) 커팅 가공), 모든 층이 절단되거나 한다(풀(full) 커팅 가공).

JP

2014-8511

A

복층 수지 기판을 풀 커팅 가공할 때에, 표면층보다 아래쪽의 층(예를 들면, 중간층)이 레이저광에 대해서 흡수율이 높은 재료로 이루어진 경우에는, 표면층보다 먼저 중간층이 가공되는 일이 있다. 이 경우에는, 표면층의 안쪽에서 발생한 부스러기(debris)가 표면층에 의해서 배출이 방해된다. 그 때문에, 부스러기가, 수지층의 경계에 진입하거나, 내부에 퇴적되거나, 발열되어 주변부분을 변질시키거나 한다.

본 발명의 목적은, 레이저 가공 장치에 의해서 복층 수지 기판을 풀 커팅 가공할 때에, 표면 측의 층의 가공 시에 안쪽의 수지층이 가공되기 어렵게 하는 것에 있다.

이하에, 과제를 해결하기 위한 수단으로서 복수의 양상을 설명한다. 이들 양상은, 필요에 따라서 임의로 조합시킬 수 있다.

본 발명의 일 견지에 따른 레이저 가공 장치는, 표면 측에서부터 제1 수지층과 제2 수지층을 가진 복층 수지 기판을 절단하기 위한 장치로서, 제1 레이저 장치와, 제2 레이저 장치를 구비하고 있다.

제1 레이저 장치는, 제1 수지층을 절단하기 위한 제1 레이저광을 발생하는 장치이다. 제1 레이저광은, 제1 수지층에 대해서보다도 제2 수지층에 대해서 흡수율이 낮다.

제2 레이저 장치는, 제2 수지층을 절단하기 위한 제2 레이저광을 발생하는 장치이다. 제2 레이저광은, 제1 수지층에 대해서보다도 제2 수지층에 대해서 흡수율이 높다.

이 장치에서는, 제1 레이저광에 의해서 제1 수지층이 절단될 때에, 제2 수지층은 가공되지 않는 조건(레이저 파워 등)이 선정된다. 왜냐하면, 제1 레이저광은 제1 수지층에 대해서보다도 제2 수지층에 대해서 흡수율이 낮기 때문이다. 그 결과, 제1 수지층의 절단 시에, 제2 수지층이 가공되기 어렵다.

제1 수지층이 절단된 후에, 제2 레이저광에 의해서 제2 수지층이 절단된다. 이때에 발생하는 부스러기는, 제1 수지층의 절단 부분으로부터 외부로 나간다. 따라서, 제2 수지층 가공 시에 발생하는 부스러기가 제1 수지층 내에 머무르는 일이 없다.

제1 레이저광의 제2 수지층에 대한 흡수율은 30% 이하, 바람직하게는 20% 이하이어도 된다.

제2 레이저광의 제2 수지층에 대한 흡수율은 70% 이상, 바람직하게는 80% 이상이어도 된다.

제2 수지층은 PI를 포함하고, 제1 레이저 장치는 CO₂ 레이저이며, 제2 레이저 장치는 UV 레이저이어도 된다.

본 발명의 다른 견지에 따른 레이저 가공 방법은, 표면 측에서부터 제1 수지층과 제2 수지층을 가진 복층 수지 기판을 절단하는 방법으로서, 하기의 단계를 구비하고 있다:

◎ 제1 수지층에 대해서보다도 제2 수지층에 대해서 흡수율이 낮은 제1 레이저광을 발생함으로써, 제1 수지층을 절단하는 제1 절단 단계; 및

◎ 제1 절단 단계 후에, 제1 수지층에 대해서보다도 제2 수지층에 대해서 흡수율이 높은 제2 레이저광을 발생해서 제1 수지층의 절단 부분에 조사함으로써, 제2 수지층을 절단하는 제2 절단 단계.

이 방법에서는, 제1 레이저광에 의해서 제1 수지층이 절단될 때에, 제2 수지층은 가공되지 않는다. 왜냐하면, 제1 레이저광은 제1 수지층에 대해서보다도 제2 수지층에 대해서 흡수율이 낮기 때문이다. 그 결과, 제1 수지층의 절단 시에, 제2 수지층의 가공에 기인하는 불량이 생기기 어렵다.

제1 수지층이 절단된 후에, 제2 레이저광에 의해서 제2 수지층이 절단된다. 이때 발생하는 부스러기는, 제1 수지층의 절단 부분으로부터 외부로 나간다. 따라서, 제2 수지층 가공 시에 발생하는 부스러기가 제1 수지층 내에 머무르는 일이 없다.

본 발명에 따른 레이저 가공 장치 및 레이저 가공 방법에서는, 복층 수지 기판을 풀 커팅 가공할 때에, 표면 측의 수지층의 가공 시에 안쪽의 수지층이 가공되기 어렵다.

도 1은 본 발명의 제1 실시형태의 레이저 가공 장치의 모식도;
도 2는 풀 커팅 가공의 제어 동작을 나타낸 순서도;
도 3은 수지 기판의 구조를 나타낸 모식적 단면도;
도 4는 수지 기판의 가공 상태를 나타낸 모식적 단면도;
도 5는 본 발명의 실시예에 있어서의 절단 부분의 상태를 나타낸 평면도;
도 6은 비교예에 있어서의 절단 부분의 상태를 나타낸 평면도.

1. 제1 실시형태

(1) 전체 구성

도 1에, 본 발명의 일 실시형태에 의한 수지 기판절단용의 레이저 가공 장치(1)의 전체 구성을 나타낸다. 도 1은 본 발명의 제1 실시형태의 레이저 가공 장치의 모식도이다.

레이저 가공 장치(1)는, 수지 기판(P)을 풀 커팅 가공하는 장치이다. 수지 기판이란, 수지 시트, 수지 필름이라고도 지칭되는 것이다.

레이저 가공 장치(1)는, 레이저 장치(3)를 구비하고 있다. 레이저 장치(3)는, 수지 기판(P)에 레이저광을 조사하기 위한 제1 레이저 발진기(9A)를 갖고 있다. 제1 레이저 발진기(9A)는, 예를 들면, CO₂ 레이저이다. 레이저 장치(3)는, 수지 기판(P)에 레이저광을 조사하기 위한 제2 레이저 발진기(9B)를 가지고 있다. 제2 레이저 발진기(9B)는, 예를 들면, UV 레이저이다.

레이저 장치(3)는, 레이저광을 후술하는 기계구동계에 전송하는 전송 광학계(11)를 가지고 있다. 전송 광학계(11)는, 예를 들면, 도시하고 있지 않지만, 집광 렌즈, 복수의 미러(mirror), 프리즘(prism), 빔 익스팬더(beam expander) 등을 구비한다. 또한, 전송 광학계(11)는, 예를 들면, 제1 레이저 발진기(9A), 제2 레이저 발진기(9B) 및 다른 광학계가 편입된 레이저 조사 헤드(도시 생략)를 X축방향으로 이동시키기 위한 X축방향 이동기구(도시 생략)를 가지고 있다.

전송 광학계(11)는, 제1 레이저 발진기(9A)와 제2 레이저 발진기(9B)에서 각각 별도의 광학기구를 구비하고 있어도 되고, 공유의 광학기구를 전환하여 사용 가능해도 된다.

레이저 가공 장치(1)는, 기계구동계(5)를 구비하고 있다. 기계구동계(5)는, 베드(13)와, 수지 기판(P)이 놓이는 가공 테이블(15)과, 가공 테이블(15)을 베드(13)에 대해서 수평방향으로 이동시키는 이동 장치(17)를 가지고 있다. 이동 장치(17)는, 가이드 레일, 이동 테이블, 모터 등을 구비하는 공지의 기구이다.

레이저 가공 장치(1)는 제어부(7)를 구비하고 있다. 제어부(7)는, 프로세서(예를 들면, CPU)와, 기억장치(예를 들면, ROM, RAM, HDD, SSD 등)와, 각종 인터페이스(예를 들면, A/D컨버터, D/A 컨버터, 통신 인터페이스 등)를 가진 컴퓨터 시스템이다. 제어부(7)는, 기억부(기억장치의 기억 영역의 일부 또는 전부에 대응)에 보존된 프로그램을 실행함으로써, 각종 제어 동작을 행한다.

제어부(7)는, 단일의 프로세서로 구성되어 있어도 되지만, 각각의 제어를 위하여 독립적인 복수의 프로세서로 구성되어 있어도 된다.

제어부(7)에는, 도시하고 있지 않지만, 수지 기판(P)의 크기, 형상 및 위치를 검출하는 센서, 각 장치의 상태를 검출하기 위한 센서 및 스위치, 및 정보입력장치가 접속되어 있다.

이 실시형태에서는, 제어부(7)는 제1 레이저 발진기(9A) 및 제2 레이저 발진기(9B)를 제어할 수 있다. 또, 제어부(7)는 이동 장치(17)를 제어할 수 있다. 또한, 제어부(7)는 전송 광학계(11)를 제어할 수 있다.

수지 기판(P)은, 도 3에 나타낸 바와 같이, 복층의 수지로 이루어진 복층 수지 기판이다. 도 3은 수지 기판의 구조를 나타낸 모식적 단면도이다. 구체적으로는, 수지 기판(P)은, 3층 구조이며, 표면 측에서부터, 제1 수지층(L1)과, 제2 수지층(L2)과, 제3 수지층(L3)을 가지고 있다.

일례로서, 제1 수지층(L1)은 PET를 포함한다. 제2 수지층(L2)은 PI를 포함한다. 제3 수지층(L3)은 PET를 포함한다.

일례로서, 각 수지층은 접착층에 의해 서로 접착되어 있다.

일례로서, 제2 수지층(L2)의 상부면에는, 회로가 형성되어 있다.

(2) 동작

도 2 내지 도 4를 이용해서, 레이저광에 의한 수지 기판(P)의 가공 동작을 설명한다. 도 2는 풀 커팅 가공의 제어 동작을 나타낸 순서도이다. 도 4는 수지 기판의 가공 상태를 나타낸 모식적 단면도이다.

제어부(7)가, 레이저 발진기(9)를 구동하고, 수지 기판(P)의 절단을 실행한다. 이하, 절단 동작을 구체적으로 설명한다.

단계 S1에서는, 제1 수지층(L1)을 절단한다. 구체적으로는, 제어부(7)는, 제1 레이저 발진기(9A)를 구동함으로써, 레이저광을 절단 라인(C)을 따라서 이동시킨다. 도 3에 나타낸 바와 같이, 제1 레이저광(R1)에 의해서, 제1 수지층(L1)이 절단된다. 레이저광의 주사 횟수는 1회여도 되고, 복수회여도 된다.

제1 레이저광(R1)에 의해서 제1 수지층(L1)이 절단될 때에, 제2 수지층(L2)은 가공되지 않는다. 왜냐하면, 제1 레이저광(R1)은, 제1 수지층(L1)에 대해서보다도 제2 수지층(L2)에 대해서 흡수율이 낮기 때문이다. 그 결과, 제1 수지층(L1)의 절단 시에, 제2 수지층(L2)의 가공에 의한 불량이 생기기 어렵다.

구체예로서, CO₂ 레이저의 PI에 대한 흡수율은, 9.4μ 파장대의 경우에는 30% 정도이다.

단계 S2에서는 제2 수지층(L2)을 절단한다. 구체적으로는, 제어부(7)는, 제2 레이저 발진기(9B)를 구동함으로써, 레이저광을 절단 라인(C)을 따라서 이동시킨다. 레이저광의 주사 횟수는 1회여도 되고, 복수회여도 된다. 도 4에 나타낸 바와 같이, 제2 레이저광(R2)에 의해서, 제2 수지층(L2)이 절단된다. 이때 발생하는 부스러기는, 제1 수지층(L1)의 절단부(19)로부터 외부로 나간다. 또, 제2 레이저광(R2)은 제1 수지층(L1)에 대해서보다도 제2 수지층(L2)에 대해서 흡수율이 높으므로, 제2 수지층(L2)은 효과적으로 절단된다.

구체예로서, UV 레이저의 PI에 대한 흡수율은 90% 정도이다.

단계 S3에서는 제3 수지층(L3)을 절단한다. 이때, 제2 레이저 발진기(9B), 즉, UV 레이저가 이용된다.

다음에, 도 5 및 도 6을 이용해서, 실시예와 비교예를 설명한다. 도 5는 본 발명의 실시예에 있어서의 절단 부분의 상태를 나타낸 평면도이다. 도 6은 비교예에 있어서의 절단 부분의 상태를 나타낸 평면도이다.

실시예: 제1 수지층이 PET, 제2 수지층이 PI, 레이저 장치는 CO₂ 레이저이다.

비교예: 제1 수지층이 PET, 제2 수지층이 PI, 레이저 장치는 UV 레이저이다.

어느 쪽의 경우도, 제1 수지층만을 절단해서, 그 상태에서 관찰을 행하였다.

도 5에 나타낸 바와 같이, 실시예에서는, 절단부(19)에 대해서, 부스러기가 퍼져 있는 영역의 폭(Z)은 근소하다.

도 6에 나타낸 바와 같이, 비교예(예를 들면, 제1층을 절단하기 위해서 UV 레이저를 이용한 경우)에서는, 절단부(19)에 대해서 부스러기가 퍼져 있는 바와 같은 영역의 폭(Z)이 극단적으로 길게 되어 있다.

2. 기타 실시형태

이상, 본 발명의 일 실시형태에 대해서 설명했지만, 본 발명은 상기 실시형태로 한정되는 것은 아니고, 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 각종 변경이 가능하다.

상기 수지 기판은 수지층이 3층이었지만, 수지층은 2층이어도 되고, 4층 이상이어도 된다.

상기 기판은 모두 수지층으로 구성되어 있었지만, 2층의 수지층 밑에 다른 층(예를 들면, 금속층, 세라믹층)이 형성되어 있어도 된다.

레이저 장치, 기계구동계의 구체적인 구성은, 상기 실시형태로 한정되지 않는다.

수지 기판의 형상, 절단부의 형상은 특별히 한정되지 않는다.

본 발명은, 레이저광을 조사함으로써 수지 기판을 절단하는 레이저 가공 장치 및 레이저 가공 방법에 널리 적용할 수 있다.

1: 레이저 가공 장치 3: 레이저 장치
5: 기계구동계 7: 제어부
9: 레이저 발진기 9A: 제1 레이저 발진기
9B: 제2 레이저 발진기 11: 전송 광학계
13: 베드 15: 가공 테이블
17: 이동 장치 19: 절단부
L1: 제1 수지층 L2: 제2 수지층
L3: 제3수지층 P: 수지 기판

Claims

표면 측에서부터 제1 수지층과 제2 수지층을 가진 복층 수지 기판을 절단하기 위한 레이저 가공 장치로서,
상기 제1 수지층을 절단하기 위한 제1 레이저광을 발생하는 제1 레이저 장치로서, 상기 제1 레이저광은 상기 제1 수지층에 대해서보다도 상기 제2 수지층에 대해서 흡수율이 낮은, 상기 제1 레이저 장치; 및
상기 제2 수지층을 절단하기 위한 제2 레이저광을 발생하는 제2 레이저 장치로서, 상기 제2 레이저광은 제1 수지층에 대해서보다도 상기 제2 수지층에 대해서 흡수율이 높은, 상기 제2 레이저 장치를 포함하는, 레이저 가공 장치.
제1항에 있어서, 상기 제1 레이저광의 상기 제2 수지층에 대한 흡수율은 30% 이하인, 레이저 가공 장치.
제1항에 있어서, 상기 제2 레이저광의 상기 제2 수지층에 대한 흡수율은 70% 이상인, 레이저 가공 장치.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제2 수지층은 PI를 포함하고,
상기 제1 레이저 장치는 CO₂ 레이저이며,
상기 제2 레이저 장치는 UV 레이저인, 레이저 가공 장치.
표면 측에서부터 제1 수지층과 제2 수지층을 가진 복층 수지 기판을 절단하는 레이저 가공 방법으로서,
상기 제1 수지층에 대해서보다도 상기 제2 수지층에 대해서 흡수율이 낮은 제1 레이저광을 발생함으로써, 상기 제1 수지층을 절단하는 제1 절단 단계; 및
상기 제1 절단 단계 후에, 상기 제1 수지층에 대해서보다도 상기 제2 수지층에 대해서 흡수율이 높은 제2 레이저광을 발생해서 상기 제1 수지층의 절단 부분에 조사함으로써, 상기 제2 수지층을 절단하는 제2 절단 단계를 포함하는, 레이저 가공 방법.