KR20200105827A - 복합재의 분단 방법 - Google Patents
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Abstract
분단 후의 취성 재료층의 단면의 크랙이나, 분단 후의 수지층의 단면의 심각한 열 열화를 생기게 하지 않고, 복합재를 분단 가능한 방법을 제공한다.
본 발명은 취성 재료층(1)과 수지층(2)이 적층된 복합재(10)를 분단하는 방법으로서, CO2 레이저 광원(20)으로부터 발진한 레이저 광(L1)을 복합재의 분단 예정선(DL)을 따라 수지층에 조사하여, 분단 예정선을 따라 가공구(24)를 형성하는 수지 제거 공정과, 수지 제거 공정 후, 초단 펄스 레이저 광원(30)으로부터 발진한 레이저 광(L2)을 분단 예정선을 따라 취성 재료층에 조사하여, 분단 예정선을 따라 가공흔(11)을 형성하는 취성 재료 제거 공정과, 취성 재료 제거 공정 후, 분단 예정선을 따라 외력을 가함으로써, 복합재를 분단하는 복합재 분단 공정을 포함한다. 취성 재료 제거 공정에서 형성하는 가공흔은, 분단 예정선을 따라 점선 형상인 관통공이고, 해당 관통공의 피치가 10㎛ 이하인 것을 특징으로 한다.
본 발명은 취성 재료층(1)과 수지층(2)이 적층된 복합재(10)를 분단하는 방법으로서, CO2 레이저 광원(20)으로부터 발진한 레이저 광(L1)을 복합재의 분단 예정선(DL)을 따라 수지층에 조사하여, 분단 예정선을 따라 가공구(24)를 형성하는 수지 제거 공정과, 수지 제거 공정 후, 초단 펄스 레이저 광원(30)으로부터 발진한 레이저 광(L2)을 분단 예정선을 따라 취성 재료층에 조사하여, 분단 예정선을 따라 가공흔(11)을 형성하는 취성 재료 제거 공정과, 취성 재료 제거 공정 후, 분단 예정선을 따라 외력을 가함으로써, 복합재를 분단하는 복합재 분단 공정을 포함한다. 취성 재료 제거 공정에서 형성하는 가공흔은, 분단 예정선을 따라 점선 형상인 관통공이고, 해당 관통공의 피치가 10㎛ 이하인 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 취성 재료층과 수지층이 적층된 복합재를 분단하는 방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 분단 후의 취성 재료층의 단면의 크랙이나, 분단 후의 수지층의 단면의 심각한 열 열화를 생기게 하지 않고, 복합재를 분단 가능한 방법에 관한 것이다.
텔레비전이나 퍼스널 컴퓨터에 이용되는 화상 표시 장치의 최표면 측에는, 대부분의 경우 화상 표시 장치를 보호하기 위한 보호재가 배치되어 있다. 보호재로서, 대표적으로는 유리판이 사용되고 있다.
그러나, 스마트 폰, 스마트 워치, 차량 탑재용 디스플레이 등에 이용되는 화상 표시 장치와 같이, 화상 표시 장치의 소형화, 박형화, 경량화에 따라, 보호 기능과 광학 기능을 겸비한 박형의 보호재에 대한 요망이 높아지고 있다. 이와 같은 보호재로서는, 예컨대 보호 기능을 발휘하는 유리 등의 취성 재료층과, 광학 기능을 발휘하는 편광 필름 등의 수지층이 적층된 복합재를 들 수 있다. 이 복합재는 용도에 따른 소정 형상·소정 치수로 분단할 필요가 있다.
종래, 유리 등의 취성 재료를 분단하는 방법으로서, 워터 제트 가공, 레이저 가공, 엔드 밀 가공, 펀칭 가공 등이 알려져 있다. 이들 분단 방법은 분단 후의 취성 재료의 단면의 품질을 개선하기 위하여, 단면의 연마 처리, 세정 처리 및 건조 처리(이들을 포스트 처리라고 한다)를 필요로 하고, 가공 비용이 높다. 또한, 이들 분단 방법을 취성 재료층과 수지층이 적층된 복합재에 적용한 경우에는, 연마 처리에 의해 수지층이 벗겨지거나, 세정 처리로 수지층이 세정액에 잠김으로써 품질 저하를 초래할 우려가 있다.
한편, 전술한 일반적인 레이저 가공에서 이용되는 레이저 광원과는 상이한 초단(超短) 펄스 레이저 광원으로부터 발진(發振)한 레이저 광(초단 펄스 레이저 광)을 유리 등의 취성 재료에 조사함으로써, 취성 재료를 정밀 가공하는 기술이 알려져 있다(예컨대, 특허문헌 1 참조). 특허문헌 1에 기재된 바와 같은 초단 펄스 레이저 광을 이용한 가공 기술은 생산성이 우수하고, 가공 후의 단면에 크랙을 생기게 하지 않고 품질도 우수하기 때문에, 품질 요구 레벨에 따라서는 단면의 연마 처리 등의 포스트 처리가 불필요하게 될 수 있는 획기적인 기술이다.
초단 펄스 레이저 광을 이용한 가공 기술은, 유리 등의 취성 재료 단체에는 유효하다. 그러나, 취성 재료층과 수지층이 적층된 복합재를 일괄하여 분단하는 데에 이용하는 것은, 분단 후의 단면의 품질 저하를 초래하기 때문에 곤란하다. 예컨대, 복합재의 취성 재료층 측으로부터 초단 펄스 레이저 광을 조사하였다고 하더라도, 취성 재료층을 형성하는 취성 재료의 제거에 소비되지 않고 투과한 초단 펄스 레이저 광에 의해 수지층의 단면이 열 열화하여 버린다.
또한, 비특허문헌 1에는, 초단 펄스 레이저 광을 이용한 가공 기술에서, 초단 펄스 레이저 광의 필라멘테이션 현상을 이용하는 것이나, 초단 펄스 레이저 광원에 멀티 초점 광학계 또는 베셀 빔 광학계를 적용하는 것이 기재되어 있다.
존 로페즈(John Lopez) 외, "초단 펄스 베셀 빔을 이용한 유리 절단(GLASS CUTTING USING ULTRASHORT PULSED BESSEL BEAMS)", [online], 2015년 10월, International Congress on Applications of Lasers & Electro-Optics(ICALEO), [2017년 12월 20일 검색], 인터넷(URL: https://www.researchgate.net/publication/284617626_GLASS_CUTTING_USING_ULTRASHORT_PULSED_BESSEL_BEAMS)
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 이루어진 것으로, 분단 후의 취성 재료층의 단면의 크랙이나, 분단 후의 수지층의 단면의 심각한 열 열화를 생기게 하지 않고, 복합재를 분단 가능한 방법을 제공하는 것을 과제로 한다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명자들은 예의 검토한 결과, 일반적인 레이저 가공에서 이용되는 레이저 광원으로부터 발진한 레이저 광을 수지층에 조사하여 수지층을 형성하는 수지를 제거한 후에, 초단 펄스 레이저 광원으로부터 발진한 레이저 광을 취성 재료층에 조사하여 취성 재료층을 형성하는 취성 재료를 제거하면, 분단 후의 취성 재료층의 단면의 크랙이나, 분단 후의 수지층의 단면의 심각한 열 열화를 생기게 하지 않고 복합재를 분단 가능하다는 것을 발견하고, 본 발명을 완성하였다.
즉, 상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 제1 방법으로, 취성 재료층과 수지층이 적층된 복합재를 분단하는 방법으로서, 레이저 광원으로부터 발진한 레이저 광을 상기 복합재의 분단 예정선을 따르는 상기 수지층에 조사하여 상기 수지층을 형성하는 수지를 제거함으로써, 상기 분단 예정선을 따라 가공구(加工溝)를 형성하는 수지 제거 공정과, 상기 수지 제거 공정 후, 초단 펄스 레이저 광원으로부터 발진한 레이저 광을 상기 분단 예정선을 따라 상기 취성 재료층에 조사하여 상기 취성 재료층을 형성하는 취성 재료를 제거함으로써, 상기 분단 예정선을 따라 가공흔(加工痕)을 형성하는 취성 재료 제거 공정과, 상기 취성 재료 제거 공정 후, 상기 분단 예정선을 따라 외력을 가함으로써, 상기 복합재를 분단하는 복합재 분단 공정을 포함하고, 상기 취성 재료 제거 공정에서 형성하는 가공흔은, 상기 분단 예정선을 따른 점선 형상의 관통공(貫通孔)이며, 해당 관통공의 피치가 10㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 복합재의 분단 방법을 제공한다.
본 발명에 따른 제1 방법에 의하면, 수지 제거 공정에서, 수지층을 형성하는 수지를 제거함으로써 분단 예정선을 따라 가공구를 형성한 후, 취성 재료 제거 공정에서, 취성 재료층을 형성하는 취성 재료를 제거함으로써 동일한 분단 예정선을 따라 가공흔을 형성한다. 취성 재료 제거 공정에서 형성하는 가공흔은 분단 예정선을 따른 점선 형상의 관통공이고, 해당 관통공의 피치가 10㎛ 이하로 작기 때문에 복합재 분단 공정에서 분단 예정선을 따라 외력을 가함으로써, 복합재를 비교적 용이하게 분단 가능하다.
본 발명에 따른 제1 방법에 의하면, 취성 재료 제거 공정에서, 초단 펄스 레이저 광원으로부터 발진한 레이저 광을 취성 재료층에 조사하여 취성 재료층을 형성하는 취성 재료를 제거하기 때문에, 분단 후의 취성 재료층의 단면에 크랙이 생기지 않는다. 또한, 본 발명에 따른 제1 방법에 의하면, 취성 재료 제거 공정 전에, 수지 제거 공정에서, 레이저 광원으로부터 발진한 레이저 광을 수지층에 조사하여 수지층을 형성하는 수지를 제거하기 때문에 분단 후의 수지층의 단면에 심각한 열 열화가 생기지 않는다. 즉, 본 발명에 따른 제1 방법에 의하면, 분단 후의 취성 재료층의 단면의 크랙이나, 분단 후의 수지층의 단면의 심각한 열 열화를 생기게 하지 않고 복합재를 분단 가능하다.
또한, 본 발명에 따른 제1 방법에서, '레이저 광을 상기 복합재의 분단 예정선을 따라 상기 수지층에 조사'란, 복합재의 두께 방향(취성 재료층과 수지층과의 적층 방향)으로부터 보고, 분단 예정선을 따라 레이저 광을 수지층에 조사하는 것을 의미한다. 또한, 본 발명에 따른 제1 방법에서, '레이저 광을 상기 분단 예정선을 따라 상기 취성 재료층에 조사'란, 복합재의 두께 방향(취성 재료층과 수지층과의 적층 방향)으로부터 보고, 분단 예정선을 따라 레이저 광을 취성 재료층에 조사하는 것을 의미한다. 후술하는 본 발명에 따른 제2 방법에 대해서도 마찬가지이다.
또한, 본 발명에 따른 제1 방법에서, 수지 제거 공정에서 이용하는 레이저 광원의 종류는 발진한 레이저 광으로 수지층을 형성하는 수지를 제거할 수 있는 한에서, 특별히 한정되는 것은 아니다. 단, 복합재에 대한 레이저 광의 상대적인 이동 속도(가공 속도)를 높이는 것이 가능하다는 점에서, 적외선 영역의 파장의 레이저 광을 발진하는 CO2 레이저 광원이나 CO 레이저 광원을 이용하는 것이 바람직하다. 후술하는 본 발명에 따른 제2 방법에 대해서도 마찬가지이다.
본 발명에 따른 제1 방법에서는, 취성 재료 제거 공정에서 형성하는 가공흔이 점선 형상의 관통공이기 때문에, 복합재를 분단하기 위해서는 취성 재료 제거 공정 후에 분단 예정선을 따라 외력을 가하는 복합재 분단 공정이 필요하다.
그러나, 취성 재료 제거 공정에서, 취성 재료층에 대한 초단 펄스 레이저 광원으로부터 발진한 레이저 광의 분단 예정선을 따라 상대적인 이동 속도를 작게 설정하거나, 초단 펄스 레이저 광원의 펄스 발진의 반복 주파수를 크게 설정하면, 가공흔으로서 분단 예정선을 따라 일체적으로 이어진 관통공(장공)이 형성된다. 따라서, 취성 재료를 제거한 후에 분단 예정선을 따라 외력을 가하지 않아도 복합재가 분단되게 된다.
즉, 상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 제2 방법으로, 취성 재료층과 수지층이 적층된 복합재를 분단하는 방법으로서, 레이저 광원으로부터 발진한 레이저 광을 상기 복합재의 분단 예정선을 따라 상기 수지층에 조사함으로써, 상기 수지층을 형성하는 수지를 제거하고, 상기 분단 예정선을 따라 가공구를 형성하는 수지 제거 공정과, 상기 수지 제거 공정 후, 초단 펄스 레이저 광원으로부터 발진한 레이저 광을 상기 분단 예정선을 따라 상기 취성 재료층에 조사하여 상기 취성 재료층을 형성하는 취성 재료를 제거함으로써, 상기 복합재를 분단하는 취성 재료 제거 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 복합재의 분단 방법으로서도 제공된다.
본 발명에 따른 제2 방법에 의하여도, 분단 후의 취성 재료층의 단면의 크랙이나, 분단 후의 수지층의 단면의 심각한 열 열화를 생기게 하지 않고 복합재를 분단 가능하다.
본 발명에 따른 제1 및 제2 방법에서, 수지 제거 공정에서 수지층을 형성하는 수지를 제거하여 형성한 가공구의 저부에 수지의 잔사가 생기는 경우가 있다. 이 경우에, 취성 재료 제거 공정에서, 가공구 측으로부터 취성 재료층에 초단 펄스 레이저 광원으로부터 발진한 레이저 광을 조사하면, 레이저 광이 수지의 잔사의 영향을 받아, 취성 재료층에서 분단하는 것에 적절한 가공흔을 형성할 수 없을 우려가 있다. 한편으로, 레이저 광원으로부터 발진하는 레이저 광의 파워를 과도하게 높여서 수지를 확실하게 제거하여 가공구를 형성하려고 한 경우, 취성 재료층의 데미지를 회피하는 것은 용이하지 않다. 데미지를 받아 비틀린 취성 재료층에 대하여, 초단 펄스 레이저 광원으로부터 발진한 레이저 광을 가공구 측으로부터 조사하여도, 역시 적절한 가공흔을 형성할 수 없을 우려가 있다.
상기와 같이, 취성 재료층에 적절한 가공흔을 형성할 수 없을 우려를 회피하기 위해서는, 본 발명에 따른 제1 및 제2 방법의 상기 취성 재료층 제거 공정에서, 상기 초단 펄스 레이저 광원으로부터 발진한 레이저 광을 상기 수지층 제거 공정에서 형성한 상기 가공구와 반대 측으로부터 상기 취성 재료층에 조사하는 것이 바람직하다.
상기의 바람직한 방법에 의하면, 초단 펄스 레이저 광원으로부터 발진한 레이저 광을 가공구와 반대 측으로부터 조사하기 때문에, 가령 가공구의 저부에 수지의 잔사가 생겨 있었다 하더라도, 잔사의 영향을 받지 않고 취성 재료층에 적절한 가공흔을 형성 가능하다.
혹은, 취성 재료층에 적절한 가공흔을 형성할 수 없을 우려를 회피하기 위해서는, 본 발명에 따른 제1 및 제2 방법에서, 상기 수지 제거 공정에서 형성한 상기 가공구를 상기 취성 재료 제거 공정 전에 클리닝함으로써, 상기 수지층을 형성하는 수지의 잔사를 제거하는 클리닝 공정을 더 포함하고, 상기 취성 재료 제거 공정에서, 상기 가공구 측으로부터 상기 취성 재료층에 상기 초단 펄스 레이저 광원으로부터 발진한 레이저 광을 조사하는 것이 바람직하다.
상기의 바람직한 방법에 의하면, 클리닝 공정에서, 수지층을 형성하는 수지의 잔사를 제거하기 때문에, 취성 재료 제거 공정에서 가공구 측으로부터 취성 재료층에 초단 펄스 레이저 광원으로부터 발진한 레이저 광을 조사하여도, 레이저 광이 수지의 잔사의 영향을 받지 않고, 취성 재료층에 적절한 가공흔을 형성 가능하다.
본 발명에 따른 제1 및 제2 방법에서는, 상기 취성 재료 제거 공정에서, 상기 초단 펄스 레이저 광원으로부터 발진한 레이저 광의 필라멘테이션 현상을 이용하여, 혹은 상기 초단 펄스 레이저 광원에 멀티 초점 광학계 또는 베셀 빔 광학계를 적용함으로써, 상기 취성 재료층을 형성하는 취성 재료를 제거하는 것이 바람직하다.
상기의 바람직한 방법에 의하면, 취성 재료층에 치수 정밀도가 양호한 가공흔을 형성 가능하다.
본 발명에 따른 제1 및 제2 방법에서, 상기 수지층으로서는 편광 필름 등의 광학 필름을 예시할 수 있다.
본 발명에 따르면, 분단 후의 취성 재료층의 단면의 크랙이나 분단 후의 수지층의 단면의 심각한 열 열화를 생기게 하지 않고 복합재를 분단 가능하다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 복합재의 분단 방법의 절차를 모식적으로 설명하는 설명도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 복합재의 분단 방법의 절차를 모식적으로 설명하는 설명도이다.
도 3은 본 발명의 제3 실시 형태에 따른 복합재의 분단 방법의 절차를 모식적으로 설명하는 설명도이다.
도 4는 실시예 1에 따른 시험의 개요를 모식적으로 설명하는 도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 복합재의 분단 방법의 절차를 모식적으로 설명하는 설명도이다.
도 3은 본 발명의 제3 실시 형태에 따른 복합재의 분단 방법의 절차를 모식적으로 설명하는 설명도이다.
도 4는 실시예 1에 따른 시험의 개요를 모식적으로 설명하는 도이다.
<제1 실시 형태>
이하, 첨부 도면을 적절히 참조하면서 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 복합재의 분단 방법에 대하여 설명한다.
도 1 및 도 2는, 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 복합재의 분단 방법의 절차를 모식적으로 설명하는 설명도이다. 도 1(a)은 제1 실시 형태에 따른 분단 방법의 수지 제거 공정을 나타내는 단면도이고, 도 1(b)은 제1 실시 형태에 따른 분단 방법의 취성 재료 제거 공정을 나타내는 단면도이며, 도 1(c)은 제1 실시 형태에 따른 분단 방법의 복합재 분단 공정을 나타내는 단면도이다. 도 2(a)는 제1 실시 형태에 따른 분단 방법의 취성 재료 제거 공정을 나타내는 평면도이고, 도 2(b)는 제1 실시 형태에 따른 분단 방법의 취성 재료 제거 공정을 나타내는 사시도이다. 또한, 도 2에서, 초단 펄스 레이저 광원(30)의 도시는 생략하고 있다.
제1 실시 형태에 따른 분단 방법은, 취성 재료층(1)과 수지층(2)이 적층된 복합재(10)를 두께 방향(취성 재료층(1)과 수지층(2)의 적층 방향, 도 1의 상하 방향, Z 방향)으로 분단하는 방법이다.
취성 재료층(1)과 수지층(2)은, 임의의 적절한 방법에 의해 적층된다. 예컨대, 취성 재료층(1)과 수지층(2)은 이른바 롤투롤 방식에 의해 적층 가능하다. 즉, 장척의 취성 재료층(1)과 장척의 수지층(2)을 길이 방향으로 반송하면서, 서로의 길이 방향을 가지런하도록 하여 서로 첩합함으로써, 취성 재료층(1)과 수지층(2)을 적층 가능하다. 또한, 취성 재료층(1)과 수지층(2)을 각각 소정 형상으로 절단한 후, 적층하는 것도 가능하다. 취성 재료층(1)과 수지층(2)은 대표적으로는 임의의 적절한 점착제나 접착제(도시하지 않음)를 개재하여 적층된다.
취성 재료층(1)을 형성하는 취성 재료로서는, 유리 및 단결정 또는 다결정 실리콘을 예시할 수 있다.
유리로서는 조성에 따른 분류에 의하면, 소다 석회 유리, 붕산 유리, 알루미 노 규산 유리, 석영 유리, 및 사파이어 유리를 예시할 수 있다. 또한, 알칼리 성분에 따른 분류에 의하면, 무 알칼리 유리, 저 알칼리 유리를 예시할 수 있다. 유리의 알칼리 금속 성분(예컨대, Na2O, K2O, Li2O)의 함유량은 바람직하게는 15중량% 이하이고, 더욱 바람직하게는 10중량% 이하이다.
취성 재료층(1)의 두께는, 바람직하게는 200㎛ 이하이고, 보다 바람직하게는 150㎛ 이하이며, 더욱 바람직하게는 120㎛ 이하이고, 특히 바람직하게는 100㎛ 이하이다. 한편, 취성 재료층(1)의 두께는 바람직하게는 5㎛ 이상이고, 보다 바람직하게는 20㎛ 이상이다. 취성 재료층(1)의 두께가 이와 같은 범위이면, 롤투롤에 의한 수지층(2)과의 적층이 가능하게 된다.
취성 재료층(1)을 형성하는 취성 재료가 유리인 경우, 취성 재료층(1)의 파장 550nm에서의 광 투과율은, 바람직하게는 85% 이상이다. 취성 재료층(1)을 형성하는 취성 재료가 유리인 경우, 취성 재료층(1)의 파장 550nm에서의 굴절률은 바람직하게는 1.4∼1.65이다. 취성 재료층(1)을 형성하는 취성 재료가 유리인 경우, 취성 재료층(1)의 밀도는 바람직하게는 2.3g/cm3∼3.0g/cm3이고, 더욱 바람직하게는 2.3g/cm3∼2.7g/cm3이다.
취성 재료층(1)을 형성하는 취성 재료가 유리인 경우, 취성 재료층(1)으로서, 시판 유리판을 그대로 이용하여도 되고, 시판 유리판을 소망하는 두께가 되도록 연마하여 이용하여도 된다. 시판 유리판으로서는 예컨대, 코닝사 제조 '7059', '1737' 또는 'EAGLE2000', 아사히글라스사 제조 'AN100', NH테크노글라스사 제조 'NA-35', 니혼덴키글라스사 제조 'OA-10', 쇼트사 제조 'D263' 또는 'AF45'를 들 수 있다.
수지층(2)으로서는, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA) 등의 아크릴 수지, 환상 올레핀 폴리머(COP), 환상 올레핀 코폴리머(COC), 폴리카보네이트(PC), 우레탄 수지, 폴리비닐알코올(PVA), 폴리이미드(PI), 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 폴리염화 비닐(PVC), 폴리스티렌(PS), 트리아세틸셀룰로오스(TAC), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 에틸렌-초산비닐(EVA), 폴리아미드(PA), 실리콘 수지, 에폭시 수지, 액정 폴리머, 각종 수지제 발포체 등의 플라스틱 재료로 형성된 단층 필름, 또는 복수의 층을 포함하는 적층 필름을 예시할 수 있다.
수지층(2)이 복수의 층을 포함하는 적층 필름인 경우, 층 간에, 아크릴 점착제, 우레탄 점착제, 실리콘 점착제 등의 각종 점착제나 접착제가 개재되어도 된다.
또한, 수지층(2)의 표면에, 산화 인듐 주석(ITO), Ag, Au, Cu 등의 도전성인 무기막이 형성되어 있어도 된다.
제1 실시 형태에 따른 분단 방법은, 특히 수지층(2)이 디스플레이에 이용되는 편광 필름이나 위상차 필름 등의 각종 광학 필름인 경우에 적합하게 이용된다.
수지층(2)의 두께는 바람직하게는 20∼500㎛이다.
또한, 도 1에 나타내는 예에서는, 수지층(2)이 편광 필름(21)과 박리 라이너(23)가 점착제(22)를 개재하여 적층된 적층 필름인 예를 도시하고 있다.
제1 실시 형태에 따른 분단 방법은, 수지 제거 공정과, 취성 재료 제거 공정과, 복합재 분단 공정을 포함하고 있다. 이하, 각 공정에 대하여 순서대로 설명한다.
[수지 제거 공정]
도 1(a)에 나타내는 바와 같이, 수지 제거 공정에서는, 레이저 광원(20)으로부터 발진한 레이저 광(L1)을 복합재(10)의 분단 예정선을 따라 수지층(2)에 조사하여 수지층(2)을 형성하는 수지를 제거함으로써, 분단 예정선을 따라 가공구(24)를 형성한다.
도 1 및 도 2에 나타내는 예에서는, 복합재(10)의 면내(XY 2차원 평면내)의 직교하는 2방향(X방향 및 Y방향) 중, Y방향으로 길어지는 직선(DL)이 분단 예정선인 경우를 도시하고 있다. 분단 예정선(DL)은 시각적으로 인식할 수 있는 표시로서 실제로 복합재(10)에 그리는 것도 가능하고, 레이저 광(L1)과 복합재(10)와의 XY 2차원 평면상에서의 상대적인 위치 관계를 제어하는 제어 장치(도시하지 않음)에 그의 좌표를 미리 입력하여 두는 것도 가능하다. 도 1 및 도 2에 나타내는 분단 예정선(DL)은, 제어 장치에 그의 좌표가 미리 입력되어 있고, 실제로는 복합재(10)에 그려져 있지 않은 가상선이다. 또한, 분단 예정선(DL)은 직선으로 한정되는 것은 아니고, 곡선이어도 된다. 복합재(10)의 용도에 따라 분단 예정선(DL)을 결정함으로써, 복합재(10)를 용도에 따라 임의의 형상으로 분단 가능하다.
제1 실시 형태에서는, 레이저 광원(20)으로서, 발진하는 레이저 광(L1)의 파장이 적외선 영역의 9∼11㎛인 CO2 레이저 광원을 이용하고 있다.
단, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니고, 레이저 광원(20)으로서, 발진하는 레이저 광(L1)의 파장이 5㎛인 CO 레이저 광원을 이용하는 것도 가능하다.
또한, 레이저 광원(20)으로서, 가시광 및/또는 자외선(UV)을 발진하는 펄스 레이저 광원을 이용하는 것도 가능하다. 가시광 및/또는 UV를 발진하는 펄스 레이저 광원으로서는, 발진하는 레이저 광(L1)의 파장이 532nm, 355nm, 349nm 또는 266nm(Nd: YAG, Nd: YLF, 또는 YVO4를 매질로 하는 고체 레이저 광원의 고차 고주파)인 것, 발진하는 레이저 광(L1)의 파장이 351nm, 248nm, 222nm, 193nm 또는 157nm인 엑시머 레이저 광원, 발진하는 레이저 광(L1)의 파장이 157nm인 F2 레이저 광원을 예시할 수 있다.
또한, 레이저 광원(20)으로서, 발진하는 레이저 광(L1)의 파장이 자외선 영역 이외이고, 또한 펄스 폭이 펨토초 또는 피코초 오더의 펄스 레이저 광원을 이용하는 것도 가능하다. 이 펄스 레이저 광원으로부터 발진하는 레이저 광(L1)을 이용하면, 다광자 흡수 과정에 기초한 어블레이션(Ablation) 가공을 유발 가능하다.
또한, 레이저 광원(20)으로서, 발진하는 레이저 광(L1)의 파장이 적외선 영역인 반도체 레이저 광원이나 파이버 레이저 광원을 이용하는 것도 가능하다.
전술한 바와 같이, 본 실시 형태에서는 레이저 광원(20)으로서 CO2 레이저 광원을 이용하고 있기 때문에, 이하, 레이저 광원(20)을 'CO2 레이저 광원(20)'이라고 칭한다.
레이저 광(L1)을 복합재(10)의 분단 예정선을 따라 조사하는 양태(레이저 광(L1)을 주사하는 양태)로서는, 예컨대, 매엽상의 복합재(10)를 XY 2축 스테이지(도시하지 않음)에 재치(載置)하여 고정(예컨대, 흡착 고정)하고, 제어 장치로부터의 제어 신호에 의해 XY 2축 스테이지를 구동함으로써, 레이저 광(L1)에 대한 복합재(10)의 XY 2차원 평면 위에서의 상대적인 위치를 변경하는 것을 고려할 수 있다. 또한, 복합재(10)의 위치를 고정하고, 제어 장치로부터의 제어 신호에 의해 구동하는 갈바노 미러나 폴리곤 미러를 이용하여 CO2 레이저 광원(20)으로부터 발진한 레이저 광(L1)을 편향시킴으로써, 복합재(10)에 조사되는 레이저 광(L1)의 XY 2차원 평면 위에서의 위치를 변경하는 것도 고려할 수 있다. 나아가, 상기의 XY 2축 스테이지를 이용한 복합재(10)의 주사와, 갈바노 미러 등을 이용한 레이저 광(L1)의 주사, 양쪽을 병용하는 것도 가능하다.
CO2 레이저 광원(20)의 발진 형태는, 펄스 발진이어도 연속 발진이어도 된다. 레이저 광(L1)의 공간 강도 분포는 가우시안 분포이어도 되고, 취성 재료층(1)에서의 레이저 광(L1)의 제거 대상 외의 부분의 데미지를 억제하기 위하여, 회절 광학 소자(도시하지 않음) 등을 이용하여, 플랫 톱 분포로 정형하여도 된다. 레이저 광(L1)의 편광 상태에 제약은 없고, 직선 편광, 원 편광 및 랜덤 편광의 어느 것이어도 된다.
레이저 광(L1)을 복합재(10)의 분단 예정선(DL)을 따라 수지층(2)(편광 필름(21), 점착제(22) 및 박리 라이너(23)를 포함하는 적층 필름)에 조사함으로써, 수지층(2)을 형성하는 수지 중, 레이저 광(L1)이 조사된 수지(편광 필름(21), 점착제(22) 및 박리 라이너(23)의 레이저 광(L1)이 조사된 부분)의 적외광 흡수에 따른 국소적인 온도 상승이 생겨 당해 수지가 비산함으로써, 당해 수지가 복합재(10)로부터 제거되고, 복합재(10)에 가공구(24)가 형성된다. 복합재(10)로부터 제거되는 수지의 비산물이 복합재(10)에 재부착하는 것을 억제하기 위해서는, 분단 예정선(DL) 근방에 집진(集塵) 기구를 마련하는 것이 바람직하다. 가공구(24)의 구폭이 커지는 것을 억제하기 위해서는, 수지층(2)으로의 조사 위치에서의 스폿 직경이 300㎛ 이하가 되도록 레이저 광(L1)을 집광하는 것이 바람직하고, 스폿 직경이 200㎛ 이하가 되도록 레이저 광(L1)을 집광하는 것이 더욱 바람직하다.
또한, 본 발명자의 지견에 의하면, 레이저 광(L1)이 조사된 수지의 적외광 흡수에 따른 국소적인 온도 상승을 원리로 하는 수지의 제거 방법인 경우, 수지의 종류나 수지층(2)의 층 구조에 관계없이, 수지층(2)의 두께에 의해, 가공구(24)를 형성하는 데에 필요한 투입 에너지를 대략 추정하는 것이 가능하다. 구체적으로는, 가공구(24)를 형성하는 데에 필요한 이하의 식(1)으로 표시되는 투입 에너지를, 수지층(2)의 두께에 기초하여, 이하의 식(2)에 의해 추정하는 것이 가능하다.
투입 에너지[mJ/mm] = 레이저 광(L1)의 평균 파워[mW]/가공 속도[mm/sec] …(1)
투입 에너지[mJ/mm] = 0.5 × 수지층(2)의 두께[㎛]…(2)
실제로 설정하는 투입 에너지는, 상기의 식(2)에서 추정한 투입 에너지의 20%∼180%로 설정하는 것이 바람직하고, 50%∼150%로 설정하는 것이 더욱 바람직하다. 이와 같이 추정한 투입 에너지에 대하여 마진을 마련하는 것은, 수지층(2)을 형성하는 수지의 광 흡수율(레이저 광(L1)의 파장에서의 광 흡수율)이나, 수지의 융점·분해점 등의 열 물성의 차이에 의해, 가공구(24)를 형성하는 데에 필요한 투입 에너지에 차이가 생기는 것을 고려하기 때문이다. 구체적으로는, 예컨대, 제1 실시 형태에 따른 분단 방법을 적용하는 복합재(10)의 샘플을 준비하고, 상기의 바람직한 범위 내의 복수의 투입 에너지로 이 샘플의 수지층(2)에 가공구(24)를 형성하는 예비 시험을 행하여, 적절한 투입 에너지를 결정하면 된다.
[취성 재료 제거 공정]
도 1(b) 및 도 2에 나타내는 바와 같이, 취성 재료 제거 공정에서는 수지 제거 공정 후, 초단 펄스 레이저 광원(30)으로부터 발진(펄스 발진)한 레이저 광(초단 펄스 레이저 광)(L2)을 분단 예정선(DL)을 따라 취성 재료층(1)에 조사하여 취성 재료층(1)을 형성하는 취성 재료를 제거함으로써, 분단 예정선(DL)을 따른 가공흔(11)을 형성한다.
레이저 광(L2)을 분단 예정선(DL)을 따라 조사하는 양태(레이저 광(L2)을 주사하는 양태)로서는, 전술한 레이저 광(L1)을 분단 예정선(DL)을 따라 조사하는 양태와 동일한 양태를 채용할 수 있기 때문에, 여기에서는 상세한 설명을 생략한다.
취성 재료층(1)을 형성하는 취성 재료는, 초단 펄스 레이저 광원(30)으로부터 발진한 레이저 광(L2)의 필라멘테이션 현상을 이용하여, 혹은 초단 펄스 레이저 광원(30)에 멀티 초점 광학계(도시하지 않음) 또는 베셀 빔 광학계(도시하지 않음)를 적용함으로써 제거된다.
또한, 초단 펄스 레이저 광의 필라멘테이션 현상을 이용하는 것이나, 초단 펄스 레이저 광원에 멀티 초점 광학계 또는 베셀 빔 광학계를 적용하는 것에 대해서는, 전술한 비특허문헌 1에 기재되어 있다. 또한, 독일의 Trumpf사에서 초단 펄스 레이저 광원에 멀티 초점 광학계를 적용한 유리 가공에 관한 제품이 판매되고 있다. 이와 같이, 초단 펄스 레이저 광의 필라멘테이션 현상을 이용하는 것이나, 초단 펄스 레이저 광원에 멀티 초점 광학계 또는 베셀 빔 광학계를 적용하는 것에 대해서는 공지이기 때문에, 여기에서는 상세한 설명을 생략한다.
제1 실시 형태의 취성 재료 제거 공정에서 형성하는 가공흔(11)은, 분단 예정선(DL)에 따른 점선 형상의 관통공이다. 관통공의 피치(P)는, 펄스 발진의 반복 주파수와 복합재(10)에 대한 레이저 광(L2)의 상대적인 이동 속도(가공 속도)에 의해 결정된다. 후술하는 복합재 분단 공정을 간편하면서도 안정적으로 행하기 위하여, 관통공의 피치(P)는 10㎛ 이하로 설정된다. 보다 바람직하게는, 관통공의 피치(P)는 5㎛ 이하로 설정된다. 관통공의 직경은 5㎛ 이하로 형성되는 경우가 많다.
초단 펄스 레이저 광원(30)으로부터 발진하는 레이저 광(L2)의 파장은, 취성 재료층(1)을 형성하는 취성 재료가 유리인 경우에 높은 광 투과율을 나타내는 500nm∼2500nm인 것이 바람직하다. 비선형 광학 현상(다광자 흡수)을 효과적으로 야기하기 위하여, 레이저 광(L2)의 펄스 폭은 100피코초 이하인 것이 바람직하고, 50피코초 이하인 것이 더욱 바람직하다. 레이저 광(L2)의 발진 형태는 싱글 펄스 발진이어도, 버스트 모드의 멀티 펄스 발진이어도 된다.
제1 실시 형태의 취성 재료 제거 공정에서는, 초단 펄스 레이저 광원(30)으로부터 발진한 레이저 광(L2)을 수지 제거 공정에서 형성한 가공구(24)와 반대 측으로부터 취성 재료층(1)에 조사하고 있다. 도 1(a), (b)에 나타내는 예에서는, 수지층(2)에 대향하도록, CO2 레이저 광원(20)을 복합재(10)에 대하여 Z방향 하측에 배치하고, 취성 재료층(1)에 대향하도록, 초단 펄스 레이저 광원(30)을 복합재(10)에 대하여 Z방향 상측에 배치하고 있다. 그리고, 수지 제거 공정에서 CO2 레이저 광원(20)으로부터 발진한 레이저 광(L1)으로 가공구(24)를 형성한 후, 레이저 광(L1)의 발진을 정지하고, 취성 재료 제거 공정에서 초단 펄스 레이저 광원(30)으로부터 발진한 레이저 광(L2)으로 가공흔(11)을 형성하고 있다.
그러나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니고, CO2 레이저 광원(20) 및 초단 펄스 레이저 광원(30)을 복합재(10)에 대하여 모두 동일한 측(Z방향 상측 또는 하측)에 배치하고, 수지 제거 공정에서는 수지층(2)을 CO2 레이저 광원(20)에 대향시키고, 취성 재료 제거 공정에서는 취성 재료층(1)이 초단 펄스 레이저 광원(30)에 대향하도록 복합재(10)의 상하를 반전시키는 방법을 채용하는 것도 가능하다.
초단 펄스 레이저 광원(30)으로부터 발진한 레이저 광(L2)을 가공구(24)와 반대 측으로부터 조사하면, 가령 가공구(24)의 저부에 수지의 잔사가 생겨 있었다고 하더라도, 잔사의 영향을 받지 않고 취성 재료층(1)에 적절한 가공흔(11)을 형성 가능하다.
단, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니고, 수지 제거 공정에서 형성한 가공구(24)를 취성 재료 제거 공정 전에 클리닝함으로써, 수지층(2)을 형성하는 수지의 잔사를 제거하는 클리닝 공정을 더 포함하여도 된다. 그리고, 취성 재료 제거 공정에서, 가공구(24) 측으로부터 취성 재료층(1)에 초단 펄스 레이저 광원(30)으로부터 발진한 레이저 광(L2)을 조사하여 가공흔(11)을 형성하는 것도 가능하다.
클리닝 공정에서는, 각종 웨트 방식 및 드라이 방식의 클리닝 방법을 적용 가능하다. 웨트 방식의 클리닝 방법으로서는, 약액 침지, 초음파 세정, 드라이 아이스 블라스트, 마이크로 및 나노 파인 버블 세정을 예시할 수 있다. 드라이 방식의 클리닝 방법으로서는, 레이저, 플라즈마, 자외선, 오존 등을 이용하는 것이 가능하다.
클리닝 공정에서, 수지층(2)을 형성하는 수지의 잔사를 제거하기 위하여, 취성 재료 제거 공정에서, 가공구(24) 측으로부터 취성 재료층(1)에 초단 펄스 레이저 광원(30)으로부터 발진한 레이저 광(L2)을 조사하여도, 레이저 광(L2)이 수지의 잔사의 영향을 받지 않고, 취성 재료층(1)에 적절한 가공흔(11)을 형성 가능하다.
[복합재 분단 공정]
도 1(c)에 나타내는 바와 같이, 복합재 분단 공정에서는 취성 재료 제거 공정 후, 분단 예정선(DL)을 따라 외력을 가함으로써 복합재(10)를 분단한다. 도 1(c)에 나타내는 예에서는, 복합재(10)는 복합재편(10a, 10b)으로 분단된다.
복합재(10)로의 외력 부가 방법으로서는, 기계적인 브레이크(산 형상(v가 뒤집어진 형상)으로 접기(mountain-folding)), 적외선 영역 레이저 광에 의한 절단 예정선(DL)의 근방 부위의 가열, 초음파 롤러에 의한 진동 부가, 흡반에 의한 흡착 및 인상 등을 예시할 수 있다. 산 형상으로 접음으로써 복합재(10)를 분단하는 경우에는, 취성 재료층(1)에 인장 응력이 작용하도록 취성 재료층(1)을 산(山) 측으로 하여(수지층(2)을 계곡 측으로 하여) 외력을 가하는 것이 바람직하다.
이상에 설명한 제1 실시 형태에 따른 분단 방법에 의하면, 수지 제거 공정에서, 수지층(2)을 형성하는 수지를 제거함으로써 분단 예정선(DL)을 따른 가공구(24)를 형성한 후, 취성 재료 제거 공정에서 취성 재료층(1)을 형성하는 취성 재료를 제거함으로써, 동일한 분단 예정선(DL)을 따른 가공흔(11)을 형성한다. 취성 재료 제거 공정에서 형성하는 가공흔(11)은, 분단 예정선(DL)을 따른 점선 형상의 관통공이고, 해당 관통공의 피치가 10㎛ 이하로 작기 때문에, 복합재 분단 공정에서 분단 예정선(DL)을 따라 외력을 가함으로써 복합재(10)를 비교적 용이하게 분단 가능하다.
또한, 제1 실시 형태에 따른 분단 방법에 의하면, 취성 재료 제거 공정에서 초단 펄스 레이저 광원(30)으로부터 발진한 레이저 광(L2)을 취성 재료층(1)에 조사하여 취성 재료층(1)을 형성하는 취성 재료를 제거하기 때문에, 분단 후의 취성 재료층(1)의 단면에 크랙이 생기지 않는다. 또한, 제1 실시 형태에 따른 분단 방법에 의하면, 취성 재료 제거 공정 전에, 수지 제거 공정에서 CO2 레이저 광원(20)으로부터 발진한 레이저 광(L1)을 수지층(2)에 조사하여 수지층(2)을 형성하는 수지를 제거하기 때문에, 분단 후의 수지층(2)의 단면에 심각한 열 열화가 생기지 않는다. 즉, 제1 실시 형태에 따른 분단 방법에 의하면, 분단 후의 취성 재료층(1)의 단면의 크랙이나, 분단 후의 수지층(2)의 단면의 심각한 열 열화를 생기게하지 않고, 복합재(10)를 분단 가능하다.
<제2 실시 형태>
전술한 제1 실시 형태에 따른 분단 방법에서는, 취성 재료 제거 공정에서 형성하는 가공흔(11)이 점선 형상의 관통공이기 때문에, 복합재(10)를 분단하기 위해서는, 취성 재료 제거 공정 후에 분단 예정선(DL)을 따라 외력을 가하는 복합재 분단 공정이 필요하다.
그러나, 취성 재료 제거 공정에서, 취성 재료층(1)에 대한 초단 펄스 레이저 광원(30)으로부터 발진한 레이저 광(L2)의 분단 예정선(DL)을 따른 상대적인 이동 속도를 작게 설정하거나, 초단 펄스 레이저 광원(30)의 펄스 발진의 반복 주파수를 크게 설정하면, 가공흔으로서 분단 예정선(DL)을 따라 일체적으로 이어진 관통공(장공)이 형성되기 때문에, 취성 재료를 제거한 후에 분단 예정선(DL)을 따른 외력을 가하지 않고도 복합재(10)가 분단되게 된다.
제2 실시 형태에 따른 분단 방법은, 분단 예정선(DL)을 따른 외력의 부가가 불필요한 방법이다.
즉, 제2 실시 형태에 따른 분단 방법은, CO2 레이저 광원(20)으로부터 발진한 레이저 광(L1)을 복합재(10)의 분단 예정선(DL)을 따라 수지층(2)에 조사함으로써, 수지층(2)을 형성하는 수지를 제거하고, 분단 예정선(DL)을 따른 가공구(24)를 형성하는 수지 제거 공정과, 수지 제거 공정 후, 초단 펄스 레이저 광원(30)으로부터 발진한 레이저 광(L2)을 분단 예정선(DL)을 따라 취성 재료층(1)에 조사하여 취성 재료층(1)을 형성하는 취성 재료를 제거함으로써, 복합재(10)를 분단하는 취성 재료 제거 공정을 포함하고 있다.
제2 실시 형태에 따른 분단 방법은, 취성 재료 제거 공정에서 취성 재료를 제거함과 동시에 복합재(10)를 분단함으로써, 제1 실시 형태에 따른 분단 방법의 복합재 분단 공정을 불필요하게 한다는 점만이, 제1 실시 형태에 따른 분단 방법과 상이하고, 그 외의 절차에 대해서는 동일하기 때문에 상세한 설명은 생략한다.
제2 실시 형태에 따른 분단 방법에 의하여도, 분단 후의 취성 재료층(1)의 단면의 크랙이나, 분단 후의 수지층(2)의 단면의 심각한 열 열화를 생기게 하지 않고, 복합재(10)를 분단 가능하다.
<제3 실시 형태>
전술한 제1 실시 형태 및 제2 실시 형태에서는, 취성 재료층(1)과 수지층(2)이 한 층씩 적층된 복합재(10)를 두께 방향으로 분단하는 방법에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니고, 취성 재료층의 양측에 각각 수지층이 적층된 복합재를 두께 방향으로 분단하는 경우에도 적용 가능하다.
도 3은 본 발명의 제3 실시 형태에 따른 복합재의 분단 방법의 절차를 모식적으로 설명하는 설명도이다. 또한, 도 3에서, CO2 레이저 광원(20) 및 레이저 광(L1), 및 초단 펄스 레이저 광원(30) 및 레이저 광(L2)의 도시는 생략하고 있다. 또한, 도 3에서 복합재 분단 공정의 도시는 생략하고 있다.
도 3(a)에 나타내는 바와 같이, 제3 실시 형태에 따른 분단 방법은, 취성 재료층(1)의 양측에 각각 수지층(2a, 2b)가 적층된 복합재(10A)를 두께 방향(Z방향)으로 분단하는 방법이다. 취성 재료층(1)과 수지층(2a, 2b)과의 적층 방법, 취성 재료층(1)이나 수지층(2a, 2b)의 형성 재료 등은 제1 실시 형태와 마찬가지이므로 상세한 설명은 생략한다.
제3 실시 형태에 따른 분단 방법도 제1 실시 형태에 따른 분단 방법과 마찬가지로, 수지 제거 공정과, 취성 재료 제거 공정과, 복합재 분단 공정을 포함하고 있다. 이하, 각 공정에 대하여, 제1 실시 형태와 상이한 점을 주로 하여 설명한다.
[수지 제거 공정]
도 3(b) 및 (c)에 나타내는 바와 같이, 수지 제거 공정에서는, 제1 실시 형태와 마찬가지로, CO2 레이저 광원(20)으로부터 발진한 레이저 광(L1)을 복합재(10A)의 분단 예정선(DL)을 따라 수지층에 조사하여 수지층을 형성하는 수지를 제거함으로써, 분단 예정선(DL)을 따른 가공구를 형성한다. 단, 제3 실시 형태에서는 취성 재료층(1)의 양측에 각각 수지층(2a, 2b)이 적층되어 있기 때문에, 도 3(b)에 나타내는 바와 같이, 어느 한쪽의 수지층(2a)에 가공구(24a)를 형성함과 함께, 도 3(c)에 나타내는 바와 같이, 다른 쪽의 수지층(2b)에 가공구(24b)를 형성한다. 도 3(b) 및 (c)에 나타내는 예에서는, 먼저 Z방향 하측의 가공구(24a)를 형성 한 후, Z방향 상측의 가공구(24b)를 형성하고 있지만, 형성 순서를 반대로 하는 것도 물론 가능하다.
예컨대, 한 쌍의 CO2 레이저 광원(20)을, 수지층(2a)에 대향하는 측과 수지층(2b)에 대향하는 측에 각각 배치하고, 수지층(2a)에 대향하는 측에 배치된 CO2 레이저 광원(20)을 이용하여 수지층(2a)에 가공구(24a)를 형성하며, 수지층(2b)에 대향하는 측에 배치된 CO2 레이저 광원(20)을 이용하여 수지층(2b)에 가공구(24b)를 형성할 수 있다. 이 경우에는 가공구(24a) 및 가공구(24b)를 순번으로 형성하는 것이 아니라, 가공구(24a) 및 가공구(24b)를 동시에 형성하는 것도 가능하다.
혹은, 수지층(2a) 및 수지층(2b) 중 어느 한 쪽에 대향하는 측에 단일의 CO2 레이저 광원(20)을 배치하고, 이 단일의 CO2 레이저 광원(20)을 이용하여 한 쪽의 수지층(2a)에 가공구(24a)를 형성(또는 수지층(2b)에 가공구(24b)를 형성)한 후, 복합재(10A)의 상하를 반전시켜, 동일한 CO2 레이저 광원(20)을 이용하여 다른 쪽의 수지층(2b)에 가공구(24b)를 형성(또는 수지층(2a)에 가공구(24a)를 형성)하는 것도 가능하다.
[취성 재료 제거 공정]
도 3(d)에 나타내는 바와 같이, 취성 재료 제거 공정에서는, 제1 실시 형태와 마찬가지로, 수지 제거 공정 후 초단 펄스 레이저 광원(30)으로부터 발진한 레이저 광(L2)을 분단 예정선(DL)을 따라 취성 재료층(1)에 조사하여 취성 재료층(1)을 형성하는 취성 재료를 제거함으로써, 분단 예정선(DL)을 따른 가공흔(11)을 형성한다. 제1 실시 형태와 마찬가지로, 취성 재료 제거 공정에서 형성하는 가공흔(11)은 분단 예정선(DL)을 따른 점선 형상의 관통공이고, 관통공의 피치는 10㎛ 이하로 설정된다.
제3 실시 형태에서는, 취성 재료층(1)의 양측에 가공구(24a, 24b)가 형성되기 때문에 가공구(24a, 24b) 중 어느 한쪽의 가공구 측으로부터 취성 재료층(1)에 초단 펄스 레이저 광원(30)으로부터 발진한 레이저 광(L2)을 조사하여 가공흔(11)을 형성하게 된다. 따라서, 예컨대 가공구(24a) 측으로부터 레이저 광(L2)을 조사하는 경우에는, 가공구(24a)를 취성 재료 제거 공정 전에 클리닝함으로써, 수지층(2a)을 형성하는 수지의 잔사를 제거하는 클리닝 공정을 더 포함하는 것이 바람직하다. 가공구(24b) 측으로부터 레이저 광(L2)을 조사하는 경우도 마찬가지로, 가공구(24b)를 취성 재료 제거 공정 전에 클리닝함으로써, 수지층(2b)을 형성하는 수지의 잔사를 제거하는 클리닝 공정을 더 포함하는 것이 바람직하다.
[복합재 분단 공정]
복합재 분단 공정에서는, 제1 실시 형태와 마찬가지로, 취성 재료 제거 공정 후 분단 예정선(DL)을 따라 외력을 가함으로써, 복합재(10A)를 분단한다.
단, 제2 실시 형태와 마찬가지로, 취성 재료 제거 공정에서 분단 예정선(DL)을 따라 일체적으로 이어진 관통공(장공)을 형성하면, 취성 재료를 제거한 후에 분단 예정선(DL)을 따른 외력을 가하지 않고도, 복합재(10A)가 분단되게 된다. 즉, 취성 재료 제거 공정에서 취성 재료를 제거함과 동시에 복합재(10A)가 분단되기 때문에, 분단 예정선(DL)을 따라 외력을 가하는 복합재 분단 공정은 불필요하다.
제3 실시 형태에 따른 분단 방법에 의하여도, 분단 후의 취성 재료층(1)의 단면의 크랙이나, 분단 후의 수지층(2a, 2b)의 단면의 심각한 열 열화를 생기게 하지 않고, 복합재(10A)를 분단 가능하다.
이하, 제1 실시 형태에 따른 분단 방법(실시예) 및 비교예에 따른 분단 방법을 이용하여 복합재(10)를 분단하는 시험을 행한 결과의 일례에 대하여 설명한다.
<실시예 1>
도 4는 실시예 1에 따른 시험의 개요를 모식적으로 설명하는 도이다. 이하, 도 1 및 도 4를 적절히 참조하면서, 실시예 1에 따른 시험의 개요 및 결과에 대하여 설명한다.
실시예 1에서 이용한 복합재(10)는, 취성 재료층(1)이 무알칼리 유리로 형성되고, 두께가 0.1mm이다. 또한, 수지층(2)이 편광 필름(폴리비닐알코올로 형성)(21), 점착제(22) 및 박리 라이너(23)로 형성되고, 편광 필름(21)과 점착제(22)의 총 두께가 0.08mm로, 박리 라이너(23)의 두께가 0.04mm이다(수지층(2)의 총 두께는 0.12mm). 도 4에 나타내는 바와 같이, 복합재(10)는 면내(XY 2차원 평면내) 치수가 150mm×150mm인 정방형상이다. 도 4에 파선으로 나타내는 직선은 분단 예정선이다.
실시예 1에서는, 수지 제거 공정에서 CO2 레이저 광원(20)으로서, 코히런트사 제조 'E-400i'(발진 파장 9.4㎛, 펄스 발진의 반복 주파수 25kHz, 레이저 광(L1)의 파워 18W, 가우시안 빔)를 이용하고, CO2 레이저 광원(20)으로부터 발진한 레이저 광(L1)을 집광 렌즈를 이용하여 스폿 직경 120㎛로 집광하며, 복합재(10)의 수지층(2)에 조사하였다. 복합재(10)에 대한 레이저 광(L1)의 상대적인 이동 속도(가공 속도)를 400mm/sec로 하고, 도 4에 나타내는 바와 같이, 면내 치수가 110mm×60mm의 복합재편(10c)을 분단할 수 있도록, 분단 예정선을 따라 레이저 광(L1)을 주사한 바, 구폭 150㎛의 가공구(24)(도 1 참조)가 형성되었다.
또한, 실시예 1의 수지 제거 공정에서, 전술한 식(2)에 의해 추정할 수 있는 투입 에너지는 60mJ/mm이다. 이에 대하여, 실제의 투입 에너지는 전술한 식(1)에 의해, 45mJ/mm이고, 추정한 투입 에너지의 75%이다.
이어서, 취성 재료 제거 공정에서, 초단 펄스 레이저 광원(30)으로서, 발진 파장 1064nm, 레이저 광(L2)의 펄스 폭 10피코초, 펄스 발진의 반복 주파수 50kHz, 평균 파워 10W인 것을 이용하고, 초단 펄스 레이저 광원(30)으로부터 발진한 레이저 광(L2)을 멀티 초점 광학계를 개재하여, 가공구(24)와 반대 측(취성 재료층(1) 측)으로부터 복합재(10)의 취성 재료층(1)에 조사하였다. 복합재(10)에 대한 레이저 광(L2)의 상대적인 이동 속도(가공 속도)를 100mm/sec로 하고, 분단 예정선을 따라 레이저 광(L2)을 주사하였더니, 가공흔(11)으로서 피치가 2㎛인 점선 형상의 관통공(직경 1∼2㎛ 정도)이 형성되었다.
마지막으로, 복합재 분단 공정에서, 분단 예정선을 따라 수작업으로 복합재(10)를 산 형상으로 접음으로써, 복합재편(10c)을 분단하였다.
이상에 설명한 실시예 1에 의해 얻어진 복합재편(10c)의 단면의 품질을 광학 현미경으로 관찰·평가한 결과, 4개의 단면 모두에서, 취성 재료층(1)에 크랙은 생기지 않았다. 또한, 수지층(2)의 열 열화에 따른 변색 영역은 단면으로부터 내측으로 100㎛ 이하이고, 심각한 열 열화가 생기지 않았다.
또한, 복합재편(10c)에 2점 굽힘 시험을 행하였다. 2점 굽힘 시험에서는, 우선 도 4(b)에 나타내는 바와 같이, 고정부(40), 가동부(50a, 50b)를 구비하는 1축 스테이지의 고정부(40)에 복합재편(10c)를 재치하고, 가동부(50a, 50b)의 사이에 복합재편(10c)을 끼워 넣었다. 이어서, 도 4(c)에 나타내는 바와 같이, 가동부(50a)의 위치를 고정하는 한편, 가동부(50b)를 20mm/min의 속도로 가동부(50a)를 향하여 이동시키고, 복합재편(10c)에 굽힘 응력을 작용시켰다. 그리고, 복합재편(10c)이 파괴된 때의 가동부(50a)와 가동부(50b)와의 간격 L의 값에 의해, 복합재편(10c)의 굽힘 강도를 평가하였다.
복합재편(10c)에 대한 상기 2점 굽힘 시험에 의해 얻어진 굽힘 강도(간격 L)는 75mm이었다. 바람직한 굽힘 강도(간격 L)는 85mm 이하이기 때문에, 복합재편(10c)은 충분한 굽힘 강도를 갖는다고 할 수 있다.
<실시예 2>
취성 재료 제거 공정에서, 가공 속도를 150mm/sec로 변경한(이에 의해, 가공흔(11)으로서, 피치가 3㎛인 점선 형상의 관통공(직경 1∼2㎛ 정도)이 형성됨) 것 이외에는 실시예 1과 동일한 조건으로 시험하였더니, 실시예 1과 동등한 복합재편(10c)의 단면 품질 및 굽힘 강도를 얻을 수 있었다.
<실시예 3>
취성 재료 제거 공정에서, 펄스 발진의 반복 주파수를 30kHz로 변경함과 함께, 가공 속도를 250mm/sec로 변경한(이에 의해, 가공흔(11)으로서 피치가 8.3㎛인 점선 형상의 관통공(직경 1∼2㎛ 정도)이 형성됨) 것 이외에는 실시예 1과 동일한 조건으로 시험하였더니, 실시예 1과 동등한 복합재편(10c)의 단면 품질 및 굽힘 강도를 얻을 수 있었다.
<비교예 1>
수지 제거 공정을 실행하지 않는 것 이외에는 실시예 1과 동일한 조건으로 시험하였더니, 수지층(2)에 가공구(24)가 형성되어 있지 않기 때문에, 복합재 분단 공정에서 산 형상으로 접어도 복합재편(10c)을 분단할 수 없었다. 따라서, 억지로 수지층(2)을 잡아 찢어서 복합재편(10c)을 분단하였더니, 복합재편(10c)의 단면의 품질이 열화하였다.
<비교예 2>
수지 제거 공정과 취성 재료 제거 공정의 순서를 바꿔 넣는 것 이외에는 실시예 1과 동일한 조건으로 시험하였더니, 먼저 실행한 취성 재료 제거 공정에서 수지층(2)의 단면이 열 열화하여 버렸다. 얻어진 복합재편(10c)의 굽힘 강도는 실시예 1과 동등하였지만, 수지층(2)의 열 열화에 따른 변색 영역은, 단면으로부터 내측으로 200㎛이고, 실시예 1보다도 커졌다. 또한, 취성 재료층(1)과 수지층(2)과의 계면에 국소적인 박리가 확인되었다.
<비교예 3>
수지 제거 공정에서, CO2 레이저 광원(20)으로부터 발진하는 레이저 광(L1)의 파워를 40W로 변경하고, 취성 재료 제거 공정을 실행하지 않는 것 이외에는 실시예 1과 동일한 조건으로 시험을 행하였다. 상기의 수지 제거 공정에서, 수지층(2)에 가공구(24)가 형성됨과 함께, 취성 재료층(1)에도 얕은 선이 형성되었다. 따라서, 복합재 분단 공정에서, 이 선을 따라 수작업으로 복합재(10)를 산 형상으로 접었으나, 절단 예정선대로 분단하지 못하고 복합재편(10c)의 치수 정밀도가 나빠졌다.
<비교예 4>
취성 재료 제거 공정에서, 가공 속도를 600mm/sec로 변경한(이에 의해, 가공흔(11)으로서, 피치가 12㎛인 점선 형상의 관통공(직경 1∼2㎛ 정도)이 형성됨) 것 이외에는 실시예 1과 동일한 조건으로 시험하였더니, 복합재 분단 공정에서, 복합재편(10c)의 분단은 가능하였다. 그러나, 절단 예정선으로부터 벗어난 곳이 산견(散見)되고, 복합재편(10c)의 치수 정밀도의 저하를 초래하였다.
1: 취성 재료층
2: 수지층
10: 복합재
11: 가공흔
20: CO2 레이저 광원
24: 가공구
30: 초단 펄스 레이저 광원
DL: 분단 예정선
L1: 레이저 광
L2: 레이저 광
2: 수지층
10: 복합재
11: 가공흔
20: CO2 레이저 광원
24: 가공구
30: 초단 펄스 레이저 광원
DL: 분단 예정선
L1: 레이저 광
L2: 레이저 광
Claims (7)
- 취성 재료층과 수지층이 적층된 복합재를 분단하는 방법으로서,
레이저 광원으로부터 발진한 레이저 광을 상기 복합재의 분단 예정선을 따라 상기 수지층에 조사하여 상기 수지층을 형성하는 수지를 제거함으로써, 상기 분단 예정선을 따라 가공구를 형성하는 수지 제거 공정과,
상기 수지 제거 공정 후, 초단 펄스 레이저 광원으로부터 발진한 레이저 광을 상기 분단 예정선을 따라 상기 취성 재료층에 조사하여 상기 취성 재료층을 형성하는 취성 재료를 제거함으로써, 상기 분단 예정선을 따라 가공흔을 형성하는 취성 재료 제거 공정과,
상기 취성 재료 제거 공정 후, 상기 분단 예정선을 따라 외력을 가함으로써, 상기 복합재를 분단하는 복합재 분단 공정을 포함하고,
상기 취성 재료 제거 공정에서 형성하는 가공흔은, 상기 분단 예정선을 따른 점선 형상의 관통공이며, 해당 관통공의 피치가 10㎛ 이하인
것을 특징으로 하는 복합재의 분단 방법. - 취성 재료층과 수지층이 적층된 복합재를 분단하는 방법으로서,
레이저 광원으로부터 발진한 레이저 광을 상기 복합재의 분단 예정선을 따라 상기 수지층에 조사함으로써, 상기 수지층을 형성하는 수지를 제거하고, 상기 분단 예정선을 따라 가공구를 형성하는 수지 제거 공정과,
상기 수지 제거 공정 후, 초단 펄스 레이저 광원으로부터 발진한 레이저 광을 상기 분단 예정선을 따라 상기 취성 재료층에 조사하여 상기 취성 재료층을 형성하는 취성 재료를 제거함으로써, 상기 복합재를 분단하는 취성 재료 제거 공정을 포함하는
것을 특징으로 하는 복합재의 분단 방법. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 취성 재료 제거 공정에서, 상기 초단 펄스 레이저 광원으로부터 발진한 레이저 광을 상기 수지 제거 공정에서 형성한 상기 가공구와 반대 측으로부터 상기 취성 재료층에 조사하는
것을 특징으로 하는 복합재의 분단 방법. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 수지 제거 공정에서 형성한 상기 가공구를 상기 취성 재료 제거 공정 전에 클리닝함으로써, 상기 수지층을 형성하는 수지의 잔사를 제거하는 클리닝 공정을 더 포함하고,
상기 취성 재료 제거 공정에서, 상기 가공구 측으로부터 상기 취성 재료층에 상기 초단 펄스 레이저 광원으로부터 발진한 레이저 광을 조사하는
것을 특징으로 하는 복합재의 분단 방법. - 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 취성 재료 제거 공정에서, 상기 초단 펄스 레이저 광원으로부터 발진한 레이저 광의 필라멘테이션 현상을 이용하여, 혹은 상기 초단 펄스 레이저 광원에 멀티 초점 광학계 또는 베셀 빔 광학계를 적용함으로써, 상기 취성 재료층을 형성하는 취성 재료를 제거하는
것을 특징으로 하는 복합재의 분단 방법. - 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 수지 제거 공정에서 이용하는 상기 레이저 광원이 CO2 레이저 광원인
것을 특징으로 하는 복합재의 분단 방법. - 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 수지층이 광학 필름인
것을 특징으로 하는 복합재의 분단 방법.
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