KR20240019081A - 복합재의 분단 방법 - Google Patents
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Abstract
[과제] 분단 후의 취성 재료층의 끝면에 크랙이 생기기 어렵고, 또한 분단 후의 복합재에 충분한 굽힘 강도가 얻어지는 방법을 제공한다.
[해결수단] 본 발명은 취성 재료층(1)과 수지층(2)이 적층된 복합재(10)를 분단하는 방법으로서, 초단 펄스 레이저 광원(20)으로부터 발진한 레이저 광(L1)을 취성 재료층측으로부터 복합재의 분단 예정선(DL)을 따라 조사하여 스크라이브홈(11)을 형성하는 취성 재료 제거 공정과, 레이저 광원(30)으로부터 발진한 레이저 광(L2)을 분단 예정선을 따라 수지층에 조사하여 수지층을 형성하는 수지를 제거하는 수지 제거 공정을 포함한다. 취성 재료 제거 공정에 있어서, 레이저 광(L1)의 초점 AF를 수지층의 취성 재료층과의 계면 근방에 설정하고, 레이저 광(L1)의 조사 위치에 있어서의 수지층의 두께가 5㎛ 이상인 상태에서 레이저 광(L1)을 발진하고, 수지층측으로부터 개구하고 또한 취성 재료층을 비관통인 상기 스크라이브홈을 형성한다.
[해결수단] 본 발명은 취성 재료층(1)과 수지층(2)이 적층된 복합재(10)를 분단하는 방법으로서, 초단 펄스 레이저 광원(20)으로부터 발진한 레이저 광(L1)을 취성 재료층측으로부터 복합재의 분단 예정선(DL)을 따라 조사하여 스크라이브홈(11)을 형성하는 취성 재료 제거 공정과, 레이저 광원(30)으로부터 발진한 레이저 광(L2)을 분단 예정선을 따라 수지층에 조사하여 수지층을 형성하는 수지를 제거하는 수지 제거 공정을 포함한다. 취성 재료 제거 공정에 있어서, 레이저 광(L1)의 초점 AF를 수지층의 취성 재료층과의 계면 근방에 설정하고, 레이저 광(L1)의 조사 위치에 있어서의 수지층의 두께가 5㎛ 이상인 상태에서 레이저 광(L1)을 발진하고, 수지층측으로부터 개구하고 또한 취성 재료층을 비관통인 상기 스크라이브홈을 형성한다.
Description
본 발명은 취성 재료층과 수지층이 적층된 복합재를 분단하는 방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 분단 후의 취성 재료층의 끝면에 크랙이 생기기 어렵고, 또한 분단 후의 복합재(복합재편)에 충분한 굽힘 강도가 얻어지는 방법에 관한 것이다.
텔레비전이나 퍼스널컴퓨터에 사용되는 화상 표시 장치의 최표면측에는, 대부분의 경우, 화상 표시 장치를 보호하기 위한 보호재가 배치되어 있다. 보호재로서, 대표적으로는 유리판이 사용되고 있다.
그렇지만, 스마트폰, 스마트워치, 차재 디스플레이 등에 사용되는 화상 표시 장치와 같이, 화상 표시 장치의 소형화, 박형화, 경량화에 수반하여, 보호 기능과 광학 기능을 겸비하는 박형의 보호재에 대한 요망이 높아지고 있다. 이러한 보호재로서는, 예를 들면 보호 기능을 나타내는 유리 등의 취성 재료층과, 광학 기능을 나타내는 편광 필름 등의 수지층이 적층된 복합재를 들 수 있다. 이 복합재는, 용도에 따른 소정 형상·소정 치수로 분단할 필요가 있다.
종래, 취성 재료층과 수지층이 적층된 복합재를 분단하는 방법으로서, 특허문헌 1에 기재된 방법이 제안되고 있다.
특허문헌 1에 기재된 방법은 CO2 레이저 광원 등의 레이저 광원으로부터 발진한 레이저 광을 복합재의 분단 예정선을 따라 수지층에 조사하여 수지층을 형성하는 수지를 제거함으로써, 분단 예정선을 따른 가공홈을 형성하는 수지 제거 공정과, 수지 제거 공정 후, 초단 펄스 레이저 광원으로부터 발진한 레이저 광을 분단 예정선을 따라 취성 재료층에 조사하여 취성 재료층을 형성하는 취성 재료를 제거함으로써, 분단 예정선을 따른 가공흔을 형성하는 취성 재료 제거 공정을 포함하고, 가공흔이 취성 재료층을 관통하는 관통 구멍이다.
특허문헌 1에 기재된 방법에 의하면, 초단 펄스 레이저 광원으로부터 발진한 레이저 광을 사용하여 취성 재료층을 형성하는 취성 재료를 제거하기 때문에, 분단 후의 취성 재료층의 끝면에 크랙이 생기기 어렵다는 이점이 얻어진다.
또한, 특허문헌 1에 기재된 방법에서도, 분단 후의 복합재에 소정의 굽힘 강도가 얻어진다. 그렇지만, 보다 한층 충분한 굽힘 강도가 얻어지는 것이 요망되고 있다.
또한, 비특허문헌 1에는 초단 펄스 레이저 광을 사용한 가공 기술에 있어서, 초단 펄스 레이저 광의 필라멘테이션 현상을 이용하는 것이나, 초단 펄스 레이저 광원에 멀티 초점 광학계 또는 베셀 빔 광학계를 적용하는 것이 기재되어 있다.
또한, 비특허문헌 2에는 얇은 유리 기판의 2점 굽힘 응력에 대해서 기재되어 있다.
존 로페즈(John Lopez) 외, "초단 펄스 베셀 빔을 사용한 유리 절단(GLASS CUTTING USING ULTRASHORT PULSED BESSEL BEAMS)", [online], 2015년 10월, International Congress on Applications of Lasers & Electro-Optics(ICALEO), [2020년 7월 17일 검색], 인터넷(URL:https://www.researchgate.net/publication/284617626_GLASS_CUTTING_USING_ULTRASHORT_PULSED_BESSEL_BEAMS)
Suresh T. Gulati 외, "Two Point Bending of Thin Glass Substrate", 2011년, SID 11 DIGEST, p.652-654
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것이며, 분단 후의 취성 재료층의 끝면에 크랙이 생기기 어렵고, 또한 분단 후의 복합재(복합재편)에 충분한 굽힘 강도가 얻어지는 방법을 제공하는 것을 과제로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명자들은 예의검토한 결과, 초단 펄스 레이저 광원으로부터 발진하는 레이저 광의 조사 위치에 있어서의 수지층의 두께가 소정값 이상(5㎛ 이상)인 상태에서, 레이저 광의 초점을 수지층의 취성 재료층과의 계면 근방에 설정하고, 취성 재료층측으로부터 분단 예정선을 따라 레이저 광을 조사함으로써, 취성 재료층의 수지층측만의 취성 재료가 제거되어 분단 예정선을 따라 일체적으로 연결된 스크라이브홈이 형성되는 것을 발견했다. 그리고, 이 스크라이브홈을 기점으로 하여 복합재가 분단되고, 분단 후의 취성 재료층의 끝면에 크랙이 생기기 어렵고, 또한 분단 후의 복합재에 충분한 굽힘 강도가 얻어지는 것을 발견했다.
본 발명은 상기 본 발명자들의 지견에 근거하여, 완성된 것이다.
즉, 상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명은 취성 재료층과 수지층이 적층된 복합재를 분단하는 방법으로서, 초단 펄스 레이저 광원으로부터 발진한 레이저 광을 상기 취성 재료층측으로부터 상기 복합재의 분단 예정선을 따라 조사하여 상기 취성 재료층을 형성하는 취성 재료를 제거함으로써, 상기 분단 예정선을 따라 일체적으로 연결된 스크라이브홈을 형성하는 취성 재료 제거 공정과, 레이저 광원으로부터 발진한 레이저 광을 상기 분단 예정선을 따라 상기 수지층에 조사하여 상기 수지층을 형성하는 수지를 제거하는 수지 제거 공정을 포함하고, 상기 취성 재료 제거 공정에 있어서, 상기 초단 펄스 레이저 광원으로부터 발진하는 레이저 광의 초점을 상기 수지층의 상기 취성 재료층과의 계면 근방에 설정하고, 상기 초단 펄스 레이저 광원으로부터 발진하는 레이저 광의 조사 위치에 있어서의 상기 수지층의 두께가 5㎛ 이상인 상태에서 상기 초단 펄스 레이저 광원으로부터 레이저 광을 발진하고, 상기 수지층측으로부터 개구하고 또한 상기 취성 재료층을 비관통인 상기 스크라이브홈을 형성하는 복합재의 분단 방법을 제공한다.
본 발명에 의한 복합재의 분단 방법에 의하면, 취성 재료 제거 공정에 있어서, 초단 펄스 레이저 광원으로부터 발진한 레이저 광을 조사하여 취성 재료층을 형성하는 취성 재료를 제거함으로써, 취성 재료층에 스크라이브홈을 형성하기 때문에 이 스크라이브홈을 기점으로 하여 복합재가 분단되고, 분단 후의 취성 재료층의 끝면(복합재의 두께 방향(취성 재료층과 수지층의 적층 방향)에 직교하는 방향의 끝면)에 크랙이 생기기 어렵다.
또한, 본 발명에 의한 복합재의 분단 방법에 의하면, 취성 재료 제거 공정에서 형성하는 스크라이브홈이, 수지층측으로부터 개구하고 또한 취성 재료층을 비관통한다. 바꿔 말하면, 취성 재료 제거 공정에 있어서, 취성 재료층의 수지층측만의 취성 재료를 제거하여 스크라이브홈을 형성한다. 따라서, 이 스크라이브홈을 기점으로 하여 복합재가 분단되고, 본 발명자들이 지견한 바와 같이, 분단 후의 복합재에 충분한 굽힘 강도를 얻을 수 있다.
본 발명에 의해 스크라이브홈이 형성되는 메커니즘은 반드시 명확하지 않지만, 레이저 광의 초점을 수지층의 취성 재료층과의 계면 근방에 설정함으로써 레이저 광의 에너지가 수지층의 취성 재료층과의 계면 근방에 집중적으로 흡수되어 발열하고, 그 열이 취성 재료층에 전도됨으로써 전도된 개소의 취성 재료가 제거되어 스크라이브홈이 형성된다라고, 본 발명자들은 추정하고 있다.
또한, 본 발명에 의한 복합재의 분단 방법에 있어서, 「레이저 광을 상기 취성 재료층측으로부터 상기 복합재의 분단 예정선을 따라 조사」란, 복합재의 두께 방향(취성 재료층과 수지층의 적층 방향)으로부터 보아서, 취성 재료층측으로부터 분단 예정선을 따라 레이저 광을 복합재에 조사하는 것을 의미한다. 또한, 본 발명에 의한 복합재의 분단 방법에 있어서, 「레이저 광을 상기 분단 예정선을 따라 상기 수지층에 조사」란, 복합재의 두께 방향으로부터 보아서, 분단 예정선을 따라 레이저 광을 수지층에 조사하는 것을 의미한다.
또한, 본 발명에 의한 복합재의 분단 방법에 있어서, 「상기 수지층의 상기 취성 재료층과의 계면 근방」이란, 수지층과 취성 재료층의 계면 바로 그것, 및 계면에 가까운 수지층의 부위(예를 들면, 복합재의 두께 방향에 대해서, 계면으로부터의 거리가 20㎛ 이하, 바람직하게는 10㎛ 이하의 부위)를 의미한다. 「상기 초단 펄스 레이저 광원으로부터 발진하는 레이저 광의 초점을 상기 수지층의 상기 취성 재료층과의 계면 근방에 설정」이란, 복합재의 두께 방향에 대한 레이저 광의 초점의 위치를 수지층의 취성 재료층과의 계면 근방에 설정하는 것을 의미한다.
또한, 본 발명에 의한 복합재의 분단 방법에 있어서, 수지 제거 공정에 있어서 사용하는 레이저 광원의 종류는, 발진한 레이저 광에서 수지층을 형성하는 수지를 제거할 수 있는 한에 있어서, 특별히 한정되는 것은 아니다. 단, 복합재에 대한 레이저 광의 상대적인 이동 속도(가공 속도)를 높이는 것이 가능한 점에서, 적외역의 파장의 레이저 광을 발진하는 CO2 레이저 광원이나 CO 레이저 광원을 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명에 의한 복합재의 분단 방법에서는, 수지 제거 공정을 앞서 실행한 후, 취성 재료 제거 공정을 실행하는 것도 가능하다. 단, 이 경우, 수지 제거 공정에 있어서, 분단 예정선을 따라 수지를 완전히 제거할 수 없고, 5㎛ 이상의 두께분만, 굳이 수지를 남길 필요가 생긴다. 수지의 잔량은 수지 제거 공정에서 레이저 광원으로부터 발진하는 레이저 광의 파워나 복합재에 대한 레이저 광의 상대적인 이동 속도(가공 속도) 등에 의존하여 변화될 수 있기 때문에, 그 조정에 수고가 드는 한편, 수지를 과도하게 남기면 복합재의 분단에 지장이 생길 우려가 있다.
이 때문에, 본 발명에 의한 복합재의 분단 방법에 있어서, 상기 취성 재료 제거 공정의 후에, 상기 수지 제거 공정을 실행하는 것이 바람직하다.
상기의 바람직한 방법에 의하면, 앞서 실행하는 취성 재료 제거 공정에 의해 스크라이브홈이 형성되기 때문에, 스크라이브홈이 형성된 후에 실행하는 수지 제거 공정에 있어서, 분단 예정선을 따라 수지를 완전히 제거해도 지장이 없다. 이 때문에, 레이저 광의 파워 등의 조정에 수고가 들거나, 복합재의 분단에 지장이 생길 우려를 회피가능하다.
바람직하게는, 본 발명에 의한 복합재의 분단 방법은 상기 취성 재료 제거 공정 및 상기 수지 제거 공정의 후에, 상기 분단 예정선을 따라 외력을 가함으로써, 상기 복합재를 분단하는 복합재 분단 공정을 추가로 포함한다.
상기의 바람직한 방법에 의하면, 복합재를 확실하게 분단하는 것이 가능하다.
본 발명자들의 지견에 의하면, 스크라이브홈의 깊이가 작을수록 분단 후의 복합재에 충분한 굽힘 강도를 얻을 수 있는 한편, 스크라이브홈의 깊이가 너무 작으면 복합재의 분단에 지장이 생긴다.
따라서, 본 발명에 의한 복합재의 분단 방법에 있어서, 상기 스크라이브홈의 깊이가 3㎛ 이상 50㎛ 이하인 것이 바람직하다. 하한은 5㎛ 이상인 것이 보다 바람직하고, 10㎛ 이상인 것이 더욱 바람직하다. 상한은 30㎛ 이하인 것이 보다 바람직하고, 20㎛ 이하인 것이 보다 바람직하고, 18㎛ 이하인 것이 보다 바람직하고, 16㎛ 이하인 것이 더욱 바람직하다.
또한, 상기의 바람직한 방법에 있어서, 「스크라이브홈의 깊이」는 스크라이브홈의 수지층측의 단(스크라이브홈의 개구단)과, 스크라이브홈의 취성 재료층측의 바닥부(스크라이브홈의 개구단과 반대측의 단)의 거리를 의미한다. 또한, 상기의 바람직한 방법에 있어서, 「상기 스크라이브홈의 깊이가 3㎛ 이상 50㎛ 이하」란, 분단 예정선을 따른 스크라이브홈의 깊이의 평균값이 3㎛ 이상 50㎛ 이하인 것을 의미한다.
또한, 본 발명에 의한 복합재의 분단 방법에 있어서, 상기 스크라이브홈의 깊이가 상기 취성 재료층의 두께의 10% 이상 50% 이하인 것이 바람직하다. 하한은 15% 이상인 것이 보다 바람직하다. 상한은 35% 이하인 것이 보다 바람직하다.
본 발명에 의한 복합재의 분단 방법에 있어서, 상기 초단 펄스 레이저 광원으로부터 발진하는 레이저 광의 파장은, 예를 들면 500㎚ 이상 2500㎚ 이하이다.
본 발명에 의한 복합재의 분단 방법에 있어서, 상기 초단 펄스 레이저 광원으로부터 발진하는 레이저 광의 펄스 폭은, 예를 들면 350펨토초 이상 10000펨토초 이하이다.
본 발명에 의하면, 분단 후의 취성 재료층의 끝면에 크랙이 생기기 어렵고, 또한 분단 후의 복합재에 충분한 굽힘 강도를 얻는 것이 가능하다.
도 1은 본 발명의 일실시형태에 의한 복합재의 분단 방법의 순서를 모식적으로 설명하는 설명도이다.
도 2는 본 발명의 일실시형태에 의한 복합재의 분단 방법의 순서를 모식적으로 설명하는 설명도이다.
도 3은 도 1에 나타내는 초단 펄스 레이저 광원으로부터 발진하는 레이저 광의 초점의 설정 방법의 일례를 모식적으로 설명하는 설명도이다.
도 4는 본 발명의 일실시형태에 의한 분단 방법의 복합재 분단 공정에서 분단된 후의 복합재편의 구성을 모식적으로 나타내는 단면도이다.
도 5는 실시예 1에 의한 시험의 개요를 모식적으로 설명하는 도이다.
도 6은 실시예 1, 2 및 비교예 1, 2에 의한 시험의 결과를 나타내는 도이다.
도 2는 본 발명의 일실시형태에 의한 복합재의 분단 방법의 순서를 모식적으로 설명하는 설명도이다.
도 3은 도 1에 나타내는 초단 펄스 레이저 광원으로부터 발진하는 레이저 광의 초점의 설정 방법의 일례를 모식적으로 설명하는 설명도이다.
도 4는 본 발명의 일실시형태에 의한 분단 방법의 복합재 분단 공정에서 분단된 후의 복합재편의 구성을 모식적으로 나타내는 단면도이다.
도 5는 실시예 1에 의한 시험의 개요를 모식적으로 설명하는 도이다.
도 6은 실시예 1, 2 및 비교예 1, 2에 의한 시험의 결과를 나타내는 도이다.
이하, 첨부 도면을 적당히 참조하면서, 본 발명의 일실시형태에 의한 복합재의 분단 방법(이하, 적당히 간단히 「분단 방법」이라고 함)에 대해서 설명한다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 일실시형태에 의한 복합재의 분단 방법의 순서를 모식적으로 설명하는 설명도이다. 도 1(a)는 본 실시형태에 의한 분단 방법의 취성 재료 제거 공정을 나타내는 단면도이며, 도 1(b)는 본 실시형태에 의한 분단 방법의 수지 제거 공정을 나타내는 단면도이며, 도 1(c)는 본 실시형태에 의한 분단 방법의 복합재 분단 공정을 나타내는 단면도이다. 도 2(a)는 본 실시형태에 의한 분단 방법의 취성 재료 제거 공정 후의 복합재를 나타내는 상평면도(취성 재료층측으로부터 본 평면도)이며, 도 2(b)는 본 실시형태에 의한 분단 방법의 수지 제거 공정 후의 복합재를 나타내는 하평면도(수지층측으로부터 본 평면도)이다.
본 실시형태에 의한 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. 예를 들면, 취성 재료층(1)과 수지층(2)은, 소위 롤·투·롤 방식에 의해 적층가능하다. 즉, 장척의 취성 재료층(1)과 장척의 수지층(2)을 길이 방향으로 반송하면서, 서로의 길이 방향을 가지런히 하도록 하여 서로 접합시킴으로써, 취성 재료층(1)과 수지층(2)을 적층가능이다. 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 접착제를 개재해서 적층된다.
취성 재료층(1)을 형성하는 취성 재료로서는, 유리, 및 단결정 또는 다결정 실리콘을 예시할 수 있다.
유리로서는 조성에 의한 분류에 의하면, 소다 석회 유리, 붕산 유리, 알루미노규산 유리, 석영 유리, 및 사파이어 유리를 예시할 수 있다. 또한, 알칼리 성분에 의한 분류에 의하면, 무알칼리 유리, 저알칼리 유리를 예시할 수 있다. 유리의 알칼리 금속 성분(예를 들면, Na2O, K2O, Li2O)의 함유량은, 바람직하게는 15중량% 이하이며, 보다 바람직하게는 10중량% 이하이다.
취성 재료층(1)의 두께는, 바람직하게는 200㎛ 이하이며, 보다 바람직하게는 150㎛ 이하이며, 더욱 바람직하게는 120㎛ 이하이며, 특히 바람직하게는 100㎛ 이하이다. 한편, 취성 재료층(1)의 두께는, 바람직하게는 5㎛ 이상이며, 보다 바람직하게는 20㎛ 이상이며, 더욱 바람직하게는 30㎛ 이상이다. 취성 재료층(1)의 두께가 이러한 범위이면, 롤·투·롤 방식에 의한 수지층(2)과의 적층이 가능해진다.
취성 재료층(1)을 형성하는 취성 재료가 유리인 경우, 취성 재료층(1)의 파장 550㎚에 있어서의 광투과율은 바람직하게는 85% 이상이다. 취성 재료층(1)을 형성하는 취성 재료가 유리인 경우, 취성 재료층(1)의 파장 550㎚에 있어서의 굴절률은 바람직하게는 1.4∼1.65이다. 취성 재료층(1)을 형성하는 취성 재료가 유리인 경우, 취성 재료층(1)의 밀도는 바람직하게는 2.3g/㎤∼3.0g/㎤이며, 보다 바람직하게는 2.3g/㎤∼2.7g/㎤이다.
취성 재료층(1)을 형성하는 취성 재료가 유리인 경우, 취성 재료층(1)으로서, 시판의 유리판을 그대로 사용해도 좋고, 시판의 유리판을 소망의 두께가 되도록 연마하여 사용해도 좋다. 시판의 유리판으로서는, 예를 들면 코닝사제 「7059」, 「1737」 또는 「EAGLE2000」, 아사히가라스사제 「AN100」, NH 테크노글라스사제 「NA-35」, 니혼덴키가라스사제 「OA-10」, 쇼트사제 「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, 폴리비닐알콜(PVA), 폴리이미드(PI), 폴리테트라플루오르에틸렌(PTFE), 폴리염화비닐(PVC), 폴리스티렌(PS), 트리아세틸셀룰로오스(TAC), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 에틸렌-아세트산비닐(EVA), 폴리아미드(PA), 실리콘 수지, 에폭시 수지, 액정 폴리머, 각종 수지제 발포체 등의 플라스틱 재료로 형성된 단층 필름, 또는 복수의 층으로 이루어지는 적층 필름을 예시할 수 있다.
수지층(2)이 복수의 층으로 이루어지는 적층 필름인 경우, 층간에, 아크릴계 점착제, 우레탄계 점착제, 실리콘계 점착제 등의 각종 점착제나, 에폭시계 접착제 등의 각종 접착제가 개재되어도 좋다. 또한, 수지층(2)의 표면에, 상기와 같은 점착제나 접착제로 이루어지는 점착제층이나 접착제층이 형성되어 있어도 좋다.
또한, 수지층(2)의 표면에, 산화인듐주석(ITO), Ag, Au, Cu 등의 도전성의 무기막이 형성되어 있어도 좋다.
본 실시형태에 의한 분단 방법은 특히 수지층(2)이 디스플레이에 사용되는 편광 필름, 표면 보호 필름, 위상차 필름 등의 각종 광학 필름인 경우에 바람작하게 사용된다.
수지층(2)의 두께는, 바람직하게는 20∼500㎛이다.
또한, 도 1에 나타내는 예에서는, 수지층(2)이 PET 등으로 형성된 기재 필름(21)과 기재 필름(21)의 편면에 형성된 점착제층(22)으로 구성되는 표면 보호 필름이며, 복합재(10)가 점착제층(22)을 개재해서 취성 재료층(1)과 수지층(2)이 적층된 구성인 예를 도시하고 있다.
본 실시형태에 의한 분단 방법은 취성 재료 제거 공정과, 수지 제거 공정과, 복합재 분단 공정을 포함하고 있다. 이하, 각 공정에 대해서 순서대로 설명한다.
<취성 재료 제거 공정>
도 1(a) 및 도 2(a)에 나타내는 바와 같이, 취성 재료 제거 공정에서는 초단 펄스 레이저 광원(20)으로부터 발진(펄스 발진)한 레이저 광(초단 펄스 레이저 광)(L1)을 취성 재료층(1)측으로부터 복합재(10)의 분단 예정선을 따라 조사하여 취성 재료층(1)을 형성하는 취성 재료를 제거함으로써, 분단 예정선을 따라 일체적으로 연결된 스크라이브홈(11)을 형성한다.
도 1 및 도 2에 나타내는 예에서는, 복합재(10)의 면내(XY 2차원 평면내)의 직교하는 2방향(X 방향 및 Y 방향) 중, Y 방향으로 연장되는 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)의 XY 2차원 평면 상에서의 상대적인 위치 관계를 제어하는 제어 장치(도시 생략)에 그 좌표를 미리 입력해 두는 것도 가능하다. 도 1 및 도 2에 나타내는 분단 예정선(DL)은 제어 장치에 그 좌표가 미리 입력되어 있고, 실제로는 복합재(10)에 그려지지 않은 가상선이다. 또한, 분단 예정선(DL)은 직선에 한정되는 것은 아니고, 곡선이어도 좋다. 복합재(10)의 용도에 따라서 분단 예정선(DL)을 결정함으로써, 복합재(10)를 용도에 따른 임의의 형상으로 분단가능하다.
레이저 광(L1)을 복합재(10)의 분단 예정선(DL)을 따라 조사하는 형태(레이저 광(L1)을 주사하는 형태)로서는, 예를 들면 매엽상의 복합재(10)를 XY 2축 스테이지(도시 생략)에 적재하여 고정(예를 들면, 흡착 고정)하고, 제어 장치로부터의 제어 신호에 의해 XY 2축 스테이지를 구동함으로써, 레이저 광(L1)에 대한 복합재(10)의 XY 2차원 평면 상에서의 상대적인 위치를 변경하는 것이 고려된다. 또한, 복합재(10)의 위치를 고정하고, 제어 장치로부터의 제어 신호에 의해 구동하는 갈바노 미러나 폴리곤 미러를 사용하여 초단 펄스 레이저 광원(20)으로부터 발진한 레이저 광(L1)을 편향시킴으로써, 복합재(10)에 조사되는 레이저 광(L1)의 XY 2차원 평면 상에서의 위치를 변경하는 것도 고려된다. 또한, 상기의 XY 2축 스테이지를 사용한 복합재(10)의 주사와, 갈바노 미러 등을 사용한 레이저 광(L1)의 주사의 쌍방을 병용하는 것도 가능하다.
취성 재료층(1)을 형성하는 취성 재료는, 초단 펄스 레이저 광원(20)으로부터 발진한 레이저 광(L1)의 필라멘테이션 현상을 이용하고, 혹은 초단 펄스 레이저 광원(20)에 멀티 초점 광학계(도시 생략) 또는 베셀 빔 광학계(도시 생략)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, 상술의 비특허문헌 1에 기재되어 있다. 또한, 독일의 Trumpf사로부터, 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 더 이상의 상세한 설명을 생략한다.
초단 펄스 레이저 광원(20)으로부터 발진하는 레이저 광(L1)의 파장은 취성 재료층(1)을 형성하는 취성 재료가 유리인 경우에 높은 광투과율을 나타내는 500㎚ 이상 2500㎚ 이하인 것이 바람직하다. 비선형 광학 현상(다광자 흡수)을 효과적으로 일으키기 때문에, 레이저 광(L1)의 펄스 폭은 100피코초 이하인 것이 바람직하고, 50피코초 이하인 것이 보다 바람직하다. 레이저 광(L1)의 펄스 폭은, 예를 들면 350펨토초 이상 10000펨토초 이하로 설정된다. 레이저 광(L1)의 발진 형태는 싱글 펄스 발진이어도, 버스트 모드의 멀티 펄스 발진이어도 좋다.
취성 재료 제거 공정에서는, 초단 펄스 레이저 광원(20)으로부터 발진하는 레이저 광(L1)의 초점을 수지층(2)의 취성 재료층(1)과의 계면 근방에 설정하고 있다. 이것에 의해, 취성 재료 제거 공정에서 형성하는 스크라이브홈(11)은 수지층(2)측으로부터 개구하고 또한 취성 재료층(1)을 비관통(수지층(2)측과 반대측에서는 개구되어 있음)하게 되어 있다. 바꿔 말하면, 취성 재료 제거 공정에 있어서, 취성 재료층(1)의 수지층(2)측만의 취성 재료를 제거하여 스크라이브홈(11)을 형성하고 있다.
이하, 이 점에 대해서, 보다 구체적으로 설명한다.
도 3은 초단 펄스 레이저 광원(20)으로부터 발진하는 레이저 광(L1)의 초점의 설정 방법의 일례를 모식적으로 설명하는 설명도이다.
도 3에 나타내는 예에서는, 초단 펄스 레이저 광원(20)에 멀티 초점 광학계를 적용하고 있다. 구체적으로는, 도 3에 나타내는 멀티 초점 광학계는 3개의 엑시콘 렌즈(21a, 21b, 21c)로 구성되어 있다. 도 3에 나타내는 바와 같이, 초단 펄스 레이저 광원(20)으로부터 발진하는 레이저 광(L1)의 공간 강도 분포를 가우시안 분포라고 가정하면, 비교적 강도가 높은 점 A로부터 점 B까지의 범위에서 발진한 레이저 광(L1)은 도 3에 있어서 파선으로 나타내는 광로를 따라 가고, 초점 AF에서 결속한다. 본 실시형태의 취성 재료 제거 공정에 있어서, 수지층(2)의 취성 재료층(1)과의 계면 근방에 설정하는 초점은 점 A로부터 점 B까지의 비교적 강도가 높은 범위에서 발진한 레이저 광(L1)이 결속하는 초점 AF이다. 점 A로부터 점 B까지의 범위는, 예를 들면 레이저 광(L1)의 공간 강도 분포의 최대 강도의 90% 이상의 강도가 되는 범위이다.
취성 재료 제거 공정에서는, 이 레이저 광(L1)의 초점 AF의 위치가 수지층(2)의 취성 재료층(1)과의 계면 근방, 구체적으로는 계면으로부터 거리(H)의 위치가 되도록, 초점 AF와 복합재(10)의 위치 관계를 조정한다. 이 거리(H)는, 바람직하게는 0㎛∼20㎛, 보다 바람직하게는 0㎛∼10㎛로 설정된다.
초점 AF에 있어서의 레이저 광(L1)의 스폿 지름은 바람직하게는 5㎛ 이하, 보다 바람직하게는 3㎛ 이하로 설정된다.
또한, 레이저 광(L1)의 필라멘테이션 현상을 이용하는 경우에는, 레이저 광(L1)이 취성 재료층(1)을 투과할 때, 카 효과에 의해 자기 결속함으로써, 진행 할수록 스폿 지름이 작아진다. 그리고, 취성 재료층(1)에 어블레이션이 생기는 에너지 역치까지 레이저 광(L1)이 결속했을 때에, 취성 재료층(1)의 취성 재료가 제거되어 스크라이브홈(11)이 형성되게 된다. 상기한 바와 같이, 어블레이션이 생기는 에너지 역치까지 레이저 광(L1)이 결속하는 위치(상술의 초점 AF에 상당)를 수지층(2)의 취성 재료층(1)과의 계면 근방에 설정함으로써, 수지층(2)측으로부터 개구하고 또한 취성 재료층(1)을 비관통인 스크라이브홈(11)을 형성가능하다.
초단 펄스 레이저 광원(20)으로부터 발진하는 레이저 광(L1)의 파워를 조정함으로써, 스크라이브홈(11)을 형성하는 데(취성 재료를 제거함) 사용되는 에너지의 강약(점 A로부터 점 B까지의 범위의 강도의 대소)을 조정하는 것이 가능하다. 이것에 의해, 스크라이브홈(11)의 깊이를 조정하는 것이 가능하다.
스크라이브홈(11)의 깊이가 작을수록, 분단 후의 복합재(10)에 충분한 굽힘 강도를 얻을 수 있는 한편, 스크라이브홈(11)의 깊이가 너무 작으면, 후술의 복합재 분단 공정에서의 복합재(10)의 분단에 지장이 생긴다.
이 때문에, 스크라이브홈(11)의 깊이는, 바람직하게는 3㎛ 이상 50㎛ 이하이다. 하한은 5㎛ 이상인 것이 보다 바람직하고, 10㎛ 이상인 것이 더욱 바람직하다. 상한은 30㎛ 이하인 것이 보다 바람직하고, 20㎛ 이하인 것이 보다 바람직하고, 18㎛ 이하인 것이 보다 바람직하고, 16㎛ 이하인 것이 더욱 바람직하다. 취성 재료층(1)의 두께가 작은 경우(예를 들면, 두께가 50㎛ 이하인 경우), 스크라이브홈(11)의 깊이는 3㎛ 이상 20㎛ 이하인 것이 바람직하다.
또한, 스크라이브홈(11)의 깊이는, 바람직하게는 취성 재료층(1)의 두께의 10% 이상 50% 이하이다. 하한은 15% 이상인 것이 보다 바람직하다. 상한은 35% 이하인 것이 보다 바람직하다.
<수지 제거 공정>
본 실시형태의 수지 제거 공정은 취성 재료 제거 공정 후에 실행된다.
도 1(b) 및 도 2(b)에 나타내는 바와 같이, 수지 제거 공정에서는 레이저 광원(30)으로부터 발진한 레이저 광(L2)을 복합재(10)의 분단 예정선(DL)을 따라 수지층(2)에 조사하여 수지층(2)을 형성하는 수지를 제거한다. 이것에 의해, 분단 예정선(DL)을 따른 가공홈(23)이 형성된다.
레이저 광(L2)을 분단 예정선(DL)을 따라 조사하는 형태(레이저 광(L2)을 주사하는 형태)로서는, 상술의 레이저 광(L1)을 분단 예정선(DL)을 따라 조사하는 양태와 같은 양태를 채용할 수 있기 때문에, 여기에서는 상세한 설명을 생략한다.
본 실시형태에서는, 레이저 광원(30)으로서, 발진하는 레이저 광(L2)의 파장이 적외역의 9∼11㎛인 CO2 레이저 광원을 사용하고 있다.
단, 본 발명은 이것에 한정되지 않고, 레이저 광원(30)으로서, 발진하는 레이저 광(L2)의 파장이 5㎛인 CO 레이저 광원을 사용하는 것도 가능하다.
또한, 레이저 광원(30)으로서, 가시광 및 자외선(UV) 펄스 레이저 광원을 사용하는 것도 가능하다. 가시광 및 UV 펄스 레이저 광원으로서는, 발진하는 레이저 광(L2)의 파장이 532㎚, 355㎚, 349㎚ 또는 266㎚(Nd: YAG, Nd: YLF, 또는 YVO4를 매질로 하는 고체 레이저 광원의 고차 고조파)인 것, 발진하는 레이저 광(L2)의 파장이 351㎚, 248㎚, 222㎚, 193㎚ 또는 157㎚인 엑시머 레이저 광원, 발진하는 레이저 광(L2)의 파장이 157㎚인 F2 레이저 광원을 예시할 수 있다.
또한, 레이저 광원(30)으로서, 발진하는 레이저 광(L2)의 파장이 자외역 이외이며, 또한 펄스 폭이 펨토초 또는 피코초 오더의 펄스 레이저 광원을 사용하는 것도 가능하다. 이 펄스 레이저 광원으로부터 발진하는 레이저 광(L2)을 사용하면, 다광자 흡수 과정에 근거하는 어블레이션 가공을 유발가능하다.
또한, 레이저 광원(30)으로서, 발진하는 레이저 광(L2)의 파장이 적외역인 반도체 레이저 광원이나 파이버 레이저 광원을 사용하는 것도 가능하다.
상술과 같이, 본 실시형태에서는 레이저 광원(30)으로서 CO2 레이저 광원을 사용하고 있기 때문에, 이하 레이저 광원(30)을 「CO2 레이저 광원(30)」이라고 칭한다.
CO2 레이저 광원(30)의 발진 형태는 펄스 발진이어도 연속 발진이어도 좋다. 레이저 광(L2)의 공간 강도 분포는 가우시안 분포이어도 좋고, 레이저 광(L2)의 제거 대상 외인 취성 재료층(1)의 데미지를 억제하기 위해, 회절 광학 소자(도시 생략) 등을 사용하여 플랫 톱 분포로 정형해도 좋다. 레이저 광(L2)의 편광 상태에 제약은 없고, 직선 편광, 원 평광 및 랜덤 편광 중 어느 하나이어도 좋다.
레이저 광(L2)을 복합재(10)의 분단 예정선(DL)을 따라 수지층(2)(기재 필름(21) 및 점착제층(22))에 조사함으로써, 수지층(2)을 형성하는 수지 중, 레이저 광(L2)이 조사된 수지(기재 필름(21) 및 점착제층(22)의 레이저 광(L2)이 조사된 부분)의 적외광 흡수에 수반되는 국소적인 온도 상승이 생겨서 상기 수지가 비산함으로써, 상기 수지가 복합재(10)로부터 제거되어 복합재(10)에 가공홈(23)이 형성된다. 복합재(10)로부터 제거되는 수지의 비산물이 복합재(10)에 재부착하는 것을 억제하기 위해서는, 분단 예정선(DL) 근방에 집진 기구를 설치하는 것이 바람직하다. 가공홈(23)의 홈 폭이 커지는 것을 억제하기 위해서는, 수지층(2)에의 조사 위치에 있어서의 스폿 지름이 300㎛ 이하가 되도록 레이저 광(L2)을 집광하는 것이 바람직하고, 스폿 지름이 200㎛ 이하가 되도록 레이저 광(L2)을 집광하는 것이 보다 바람직하다.
또한, 레이저 광(L2)이 조사된 수지의 적외광 흡수에 수반하는 국소적인 온도 상승을 원리로 하는 수지의 제거 방법의 경우, 수지의 종류나 수지층(2)의 층 구조에 관계되지 않고, 수지층(2)의 두께에 의해, 가공홈(23)을 형성하는데 필요한 투입 에너지를 대체로 어림잡는 것이 가능하다. 구체적으로는, 가공홈(23)을 형성하는데 필요한 이하의 식(1)으로 나타내어지는 투입 에너지를, 수지층(2)의 두께에 근거하여 이하의 식(2)에 의해 어림잡는 것이 가능하다.
투입 에너지[mJ/㎜] = 레이저 광(L2)의 평균 파워[mW]/가공 속도[㎜/sec]···(1)
투입 에너지[mJ/㎜] = 0.5×수지층(2)의 두께[㎛]···(2)
실제로 설정하는 투입 에너지는, 상기의 식(2)으로 어림잡은 투입 에너지의 20%∼180%로 설정하는 것이 바람직하고, 50%∼150%로 설정하는 것이 보다 바람직하다. 이와 같이 어림잡은 투입 에너지에 대하여 마진을 형성하는 것은 수지층(2)을 형성하는 수지의 광흡수율(레이저 광(L2)의 파장에 있어서의 광흡수율)이나, 수지의 융점·분해점 등의 열 물성의 차이에 의해, 가공홈(23)을 형성하는데 필요한 투입 에너지에 차이가 생기는 것을 고려하고 있기 때문이다. 구체적으로는, 예를 들면 본 실시형태에 의한 분단 방법을 적용하는 복합재(10)의 샘플을 준비하고, 상기의 바람직한 범위 내의 복수의 투입 에너지로 이 샘플의 수지층(2)에 가공홈(23)을 형성하는 예비 시험을 행하여, 적절한 투입 에너지를 결정하면 좋다.
본 실시형태의 수지 제거 공정에서는, 레이저 광원(30)으로부터 발진한 레이저 광(L2)을 수지층(2)측으로부터 수지층(2)에 조사하고 있다. 도 1(a), (b)에 나타내는 예에서는, 수지층(2)에 대항하도록 CO2 레이저 광원(30)을 복합재(10)에 대하여 Z 방향 하측에 배치하고, 취성 재료층(1)에 대항하도록 초단 펄스 레이저 광원(20)을 복합재(10)에 대하여 Z 방향 상측에 배치하고 있다. 그리고, 취성 재료 제거 공정에 있어서 초단 펄스 레이저 광원(20)으로부터 발진한 레이저 광(L1)으로 스크라이브홈(11)을 형성한 후, 레이저 광(L1)의 발진을 정지하고, 수지 제거 공정에 있어서 CO2 레이저 광원(30)으로부터 발진한 레이저 광(L2)으로 가공홈(23)을 형성하고 있다.
그렇지만, 본 발명은 이것이 한정되는 것은 아니고, 초단 펄스 레이저 광원(20) 및 CO2 레이저 광원(30)을 복합재(10)에 대하여 모두 같은 측(Z 방향 상측 또는 하측)에 배치하고, 취성 재료 제거 공정에서는 취성 재료층(1)을 초단 펄스 레이저 광원(20)에 대향시키고, 수지 제거 공정에서는 수지층(2)이 CO2 레이저 광원(30)에 대항하도록 복합재(10)의 상하를 반전시키는 방법을 채용하는 것도 가능하다.
수지 제거 공정에서는, 후술의 복합재 분단 공정에서의 복합재(10)의 분단에 지장이 생기지 않는 한, 형성된 가공홈(23)의 바닥부에 수지의 잔사가 생겨도 좋다.
단, 복합재(10)를 확실하게 분단하기 위해서는, 수지 제거 공정에서 형성한 가공홈(23)을 클리닝함으로써, 수지층(2)을 형성하는 수지의 잔사를 제거하는 클리닝 공정을 추가로 포함하는 것이 바람직하다.
클리닝 공정에서는, 각종 웨트 방식 및 드라이 방식의 클리닝 방법을 적용가능하다. 웨트 방식의 클리닝 방법으로서는 약액 침지, 초음파 세정, 드라이아이스 블라스트, 마이크로 및 나노파인 버블 세정을 예시할 수 있다. 드라이 방식의 클리닝 방법으로서는 레이저, 플라즈마, 자외선, 오존 등을 사용하는 것이 가능하다.
<복합재 분단 공정>
도 1(c)에 나타내는 바와 같이, 복합재 분단 공정에서는 취성 재료 제거 공정 및 수지 제거 공정 후에, 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)에의 외력의 부가 방법으로서는, 기계적인 브레이크(산접기), 적외역 레이저 광에 의한 절단 예정선(DL)의 근방 부위의 가열, 초음파 롤러에 의한 진동 부가, 흡반에 의한 흡착 및 인상 등을 예시할 수 있다. 산접기에 의해 복합재(10)를 분단하는 경우에는, 스크라이브홈(11)이 형성된 취성 재료층(1)의 수지층(2)측을 기점으로 하여 분단되도록 수지층(2)측이 볼록하게 되도록(취성 재료층(1)측이 오목하게 되도록) 외력을 가하는 것이 바람직하다.
도 4는 본 실시형태에 의한 분단 방법의 복합재 분단 공정에서 분단된 후의 복합재편(10a, 10b)의 구성을 모식적으로 나타내는 단면도이다.
도 4에 나타내는 바와 같이, 복합재편(10a, 10b)은 그 취성 재료층(1)의 일끝면(분단된 끝면)에 있어서의 수지층(2)측의 제 1 부위(12)의 표면 조도가, 상기 일끝면에 있어서의 수지층(2)과 반대측의 제 2 부위(13)의 표면 조도보다 커지고 있다. 제 1 부위(12)는 스크라이브홈(11)의 형성된 부위에 상당하고, 제 2 부위(13)는 스크라이브홈(11)의 형성되지 않은 부위에 상당한다. 따라서, 제 1 부위(12)의 두께(취성 재료층(1)의 두께 방향(Z 방향)에 따른 제 1 부위(12)의 치수)는 바람직하게는 취성 재료층(1)의 두께의 10% 이상 40% 이하이다. 하한은 15% 이상인 것이 보다 바람직하다. 상한은 35% 이하인 것이 보다 바람직하다.
복합재편(10a, 10b)의 취성 재료층(1)의 일끝면(분단된 끝면)은 수지층(2)의 동일 측의 끝면(분단한 끝면)보다 상기 일끝면측(도 4의 지면 좌측)으로 돌출하고 있다. 그 돌출량(14)은 CO2 레이저 광원(30)으로부터 발진한 레이저 광(L2)의 수지층(2)에의 조사 위치에 있어서의 스폿 지름에 따라 변화되지만, 예를 들면 200㎛ 이하나 100㎛ 이하나 50㎛ 이하이다. 돌출량(14)의 하한은 작을수록 바람직하지만, 예를 들면 1㎛ 이상이나 5㎛ 이상이다.
이상에서 설명한 본 실시형태에 의한 분단 방법에 의하면, 취성 재료 제거 공정에 있어서, 초단 펄스 레이저 광원(20)으로부터 발진한 레이저 광(L1)을 조사하여 취성 재료층(1)을 형성하는 취성 재료를 제거함으로써 취성 재료층(1)에 스크라이브홈(11)을 형성하기 때문에, 복합재 분단 공정에 있어서, 이 스크라이브홈(11)을 기점으로 하여 복합재(10)가 분단되어, 분단 후의 취성 재료층(1)의 끝면에 크랙이 생기기 어렵다.
또한, 본 실시형태에 의한 분단 방법에 의하면, 취성 재료 제거 공정에서 형성하는 스크라이브홈(11)이, 수지층(2)측으로부터 개구하고 또한 취성 재료층(1)을 비관통한다. 바꿔 말하면, 취성 재료 제거 공정에 있어서, 취성 재료층(1)의 수지층(2)측만의 취성 재료를 제거하여 스크라이브홈(11)을 형성한다. 따라서, 복합재 분단 공정에 있어서, 이 스크라이브홈(11)을 기점으로 하여 복합재(10)가 분단되어, 분단 후의 복합재편(10a, 10b)에 충분한 굽힘 강도를 얻을 수 있다.
또한, 본 실시형태에서는, 취성 재료 제거 공정 후에 수지 제거 공정을 실행하고 있지만, 본 발명은 이것이 한정되는 것은 아니고, 수지 제거 공정 후에 취성 재료 제거 공정을 실행하는 것도 가능하다. 바꿔 말하면, 가공홈(23)을 형성한 후에 스크라이브홈(11)을 형성하는 것도 가능하다.
단, 이 경우, 취성 재료 제거 공정에서는, 초단 펄스 레이저 광원(20)으로부터 발진하는 레이저 광(L1)의 초점 AF를 수지층(2)의 취성 재료층(1)과의 계면 근방에 설정하기 때문에, 취성 재료 제거 공정을 실행하는 시점에서 가공홈(23)의 바닥부에 수지의 잔사가 생길 필요가 있다. 구체적으로는, 이 수지의 잔사의 두께(즉, 초단 펄스 레이저 광원(20)으로부터 발진하는 레이저 광(L1)의 조사 위치에 있어서의 수지층(2)의 두께)가 5㎛ 이상인 상태에서, 취성 재료 제거 공정을 실행할 필요가 있다.
이하, 본 실시형태에 의한 분단 방법(실시예 1, 2) 및 비교예(비교예 1, 2)에 의한 분단 방법을 사용하여 복합재(10)를 분단하는 시험을 행한 결과의 일례에 대해서 설명한다.
<실시예 1>
도 5는 실시예 1에 의한 시험의 개요를 모식적으로 설명하는 도이다. 이하, 도 1∼도 3 및 도 5를 적당히 참조하면서, 실시예 1에 의한 시험의 개요에 대해서 설명한다.
실시예 1에서 사용한 복합재(10)에 있어서, 취성 재료층(1)은 무알칼리 유리로부터 형성되고, 두께가 30㎛이다. 또한, 수지층(2)은 표면 보호 필름이며, 총 두께가 58㎛이다. 구체적으로는, 이 표면 보호 필름은 두께 38㎛의 PET 필름을 기재 필름(21)으로서, 그 편면에 아크릴계 점착제를 도포하여 건조시키고, 건조 후의 두께가 20㎛인 점착제층(아크릴계 점착제층)(22)을 형성한 것이다. 복합재(10)는 점착제층(22)을 개재해서 취성 재료층(1)과 수지층(2)이 적층된 구성이다. 도 5(a)에 나타내는 바와 같이, 복합재(10)는 면내(XY 2차원 평면내) 치수가 150㎜×150㎜인 정사각형 형상이다. 도 5(a)에 파선으로 나타내는 직선은 분단 예정선이다.
실시예 1에서는, 최초에 취성 재료 제거 공정을 실행하고, 다음에 수지 제거 공정을 실행하고, 최후에 복합재 분단 공정을 실행했다.
취성 재료 제거 공정에서는, 초단 펄스 레이저 광원(20)으로서 코히렌트사제 「Monaco 1035-80-60」(발진 파장 1035㎚, 레이저 광(L1)의 펄스 폭 350∼10000펨토초, 펄스 발진의 반복 주파수 최대 50MHz, 평균 파워 60W)을 사용하고, 초단 펄스 레이저 광원(20)으로부터 소정의 출력으로 발진한 레이저 광(L1)을 멀티 초점 광학계를 통하여, 취성 재료층(1)측으로부터 복합재(10)에 조사했다. 레이저 광(L1)의 초점 AF(도 3참조)는 수지층(2)의 점착제층(22)의 두께 방향 중앙(취성 재료층(1)과의 계면으로부터 10㎛의 위치, 즉 거리(H)=10㎛)에 설정했다. 복합재(10)에 대한 레이저 광(L1)의 상대적인 이동 속도(가공 속도)를 125㎜/sec, 펄스 발진의 반복 주파수를 125㎑로 하고, 도 5(a)에 나타내는 바와 같이 면내 치수가 110㎜×60㎜인 복합재편(10c)을 분단할 수 있도록, 분단 예정선을 따라 레이저 광(L1)을 주사한 바, 취성 재료층(1)에 깊이(평균값)가 10㎛로, 홈 폭이 3㎛ 정도의, 분단 예정선을 따라 일체적으로 연결된 스크라이브홈(11)(도 1(a), 도 2(a) 참조)이 형성되었다.
다음에, 수지 제거 공정에서는, CO2 레이저 광원(30)으로서, 코히렌트사제 「DIAMOND J-3-9.4」(발진 파장 9.4㎛, 펄스 발진의 반복 주파수 15㎑, 레이저 광(L2)의 파워 13W, 가우시안 빔)를 사용하고, CO2 레이저 광원(30)으로부터 발진한 레이저 광(L2)을 집광 렌즈를 사용하여 스폿 지름 120㎛으로 집광하고, 복합재(10)의 수지층(2)에 조사했다. 복합재(10)에 대한 레이저 광(L2)의 상대적인 이동 속도(가공 속도)를 400㎜/sec로 하고 분단 예정선을 따라 레이저 광(L2)을 주사한 바, 수지층(2)에 홈 폭 150㎛의 가공홈(23)(도 1(b), 도 2(b) 참조)이 형성되었다.
또한, 실시예 1의 수지 제거 공정에 있어서, 상술의 식(2)에 의해 어림잡아지는 투입 에너지는 29mJ/㎜이다. 이것에 대하여, 실제의 투입 에너지는 상술의 식(1)보다 33mJ/㎜이며, 어림잡은 투입 에너지의 114%이다.
최후에, 복합재 분단 공정에서는 분단 예정선을 따라, 수지층(2)측이 볼록하게 되도록(취성 재료층(1)측이 오목하게 되도록) 사람 손으로 복합재(10)를 산접기함으로써 복합재편(10c)을 분단했다.
<실시예 2>
실시예 2에서 사용한 복합재(10)에 있어서, 취성 재료층(1)은 무알칼리 유리로부터 형성되고 두께가 100㎛이다. 또한, 수지층(2)은 편광 필름의 편면에 에폭시계 접착제를 도포하여 건조시키고, 건조 후의 두께가 1㎛인 접착제층(에폭시계 접착제층)을 형성한 것이다. 편광 필름으로서는, 접착제층이 형성되는 측으로부터 순서대로, TAC 필름(두께 40㎛)/PVA계 편광자(두께 5㎛)/아크릴계 필름(두께 40㎛)/아크릴계 점착제층(두께 30㎛)/세퍼레이터(PET 필름, 두께 38㎛)의 구성을 갖는 것을 사용했다. 복합재(10)는 접착제층을 개재해서 취성 재료층(1)과 수지층(2)이 적층된 구성이다. 실시예 2에서 사용한 복합재(10)도, 실시예 1과 마찬가지로 면내(XY 2차원 평면내) 치수가 150㎜×150㎜인 정사각형 형상이다.
실시예 2에서는, 취성 재료 제거 공정에 있어서, 레이저 광(L1)의 초점 AF를 수지층(2)의 접착제층의 두께 방향 중앙(취성 재료층(1)과의 계면으로부터 0.5㎛의 위치, 즉 거리(H)=0.5㎛)으로 설정한 점을 제외하고, 실시예 1과 같은 조건으로 스크라이브홈(11)을 형성했다. 수지 제거 공정 및 복합재 분단 공정도, 실시예 1과 같은 조건으로 실행하여 복합재편(10c)을 분단했다.
<비교예 1>
비교예 1에서 사용한 복합재(10)에 있어서, 취성 재료층(1)은 실시예 1과 마찬가지로, 무알칼리 유리로부터 형성되고 두께가 30㎛이다. 또한, 수지층(2)은 TAC 필름(두께 40㎛)의 편면에 에폭시계 접착제를 도포하여 건조시키고, 건조 후의 두께가 1㎛인 접착제층(에폭시계 접착제층)을 형성한 것이다. 복합재(10)는 접착제층을 개재해서 취성 재료층(1)과 수지층(2)이 적층된 구성이다. 비교예 1에서 사용한 복합재(10)도, 실시예 1, 2과 마찬가지로 면내(XY 2차원 평면내) 치수가 150㎜×150㎜인 정사각형 형상이다.
비교예 1에서는, 최초에 수지 제거 공정을 실행하고, 다음에 취성 재료 제거 공정을 실행하고, 최후에 복합재 분단 공정을 실행했다.
수지 제거 공정에서는, CO2 레이저 광원(30)으로서 코히렌트사제 「DIAMOND J-3-9.4」(발진 파장 9.4㎛, 펄스 발진의 반복 주파수 15㎑, 레이저 광(L2)의 파워18W, 가우시안 빔)를 사용하고, CO2 레이저 광원(30)으로부터 발진한 레이저 광(L2)을 집광 렌즈를 사용하여 스폿 지름 120㎛로 집광하고, 복합재(10)의 수지층(2)에 조사했다. 복합재(10)에 대한 레이저 광(L2)의 상대적인 이동 속도(가공 속도)를 400㎜/sec로 하고 분단 예정선을 따라 레이저 광(L2)을 주사한 바, 수지층(2)에 홈 폭 150㎛의 가공홈(23)이 형성되었다. 가공홈(23)의 바닥부에 수지의 잔사는 생기지 않았다.
또한, 비교예 1의 수지 제거 공정에 있어서, 상술의 식(2)에 의해 어림잡아지는 투입 에너지는 21mJ/㎜이다. 이것에 대하여, 실제의 투입 에너지는 상술의 식(1)보다 45mJ/㎜이며, 어림잡은 투입 에너지의 214%이다.
다음에, 취성 재료 제거 공정에서는, 초단 펄스 레이저 광원(20)으로서 발진 파장 1035㎚, 레이저 광(L1)의 펄스 폭 8500펨토초, 펄스 발진의 반복 주파수 125㎑, 평균 파워 13W의 것을 사용하고, 초단 펄스 레이저 광원(20)으로부터 소정의 출력으로 발진한 레이저 광(L1)을 멀티 초점 광학계를 통하여, 가공홈(23)과 반대측(취성 재료층(1)측)으로부터 복합재(10)에 조사했다. 레이저 광(L1)의 초점 AF는, 취성 재료층(1)과 수지층(2)의 계면에서 취성 재료층(1)측으로 25㎛ 떨어진 위치로 설정했다. 복합재(10)에 대한 레이저 광(L1)의 상대적인 이동 속도(가공 속도)를 125㎜/sec로 하고 분단 예정선을 따라 레이저 광(L1)을 주사한 바, 취성 재료층(1)에 가공흔으로서, 피치가 1㎛인 절취선 형상의 관통 구멍(직경 0.7∼0.9㎛ 정도)이 형성되었다.
최후에, 복합재 분단 공정에서는 실시예 1, 2과 마찬가지로, 분단 예정선을 따라 수지층(2)측이 볼록하게 되도록(취성 재료층(1)측이 오목하게 되도록) 사람 손으로 복합재(10)를 산접기함으로써 복합재편(10c)을 분단했다.
<비교예 2>
비교예 2에서 사용한 복합재(10)의 구성은 실시예 2와 같다.
또한, 비교예 2에서 실행한 수지 제거 공정, 취성 재료 제거 공정 및 복합재 분단 공정의 조건은 비교예 1과 마찬가지이다.
<평가 내용>
이상에서 설명한 실시예 1, 2 및 비교예 1, 2에서 얻어진 복합재편(10c)에 대하여, 흡광도, 굽힘 강도 및 분단 수율을 평가했다. 이하, 이들 각 평가 항목의 내용에 대해서 설명한다.
[흡광도]
실시예 1에 대해서는, 초단 펄스 레이저 광원(20)의 발진 파장 1035㎚에 대한 수지층(2)(총 두께 58㎛)의 흡광도를 측정했다. 실시예 2, 비교예 1, 2에 대해서는, 초단 펄스 레이저 광원(20)의 발진 파장 1035㎚에 대한 수지층(2)의 접착제층(두께 1㎛)의 흡광도를 측정했다.
구체적으로는, 복합재편(10c)으로부터 상기의 측정 부위(실시예 1에 대해서는 수지층(2), 실시예 2, 비교예 1, 2에 대해서는 접착제층)를 인출하고, 히타치사제 분광 광도계 「U-4100」을 사용하여 파장 1035㎚의 광을 조사하고, 투과율(I/I0)을 측정했다. 그리고, 이하의 식(3)에 의해, 흡광도 A를 산출했다.
A = -log10(I/I0)···(3)
[굽힘 강도]
굽힘 강도를 산출할 때에는, 복합재편(10c)에 2점 굽힘 시험을 행했다. 2점 굽힘 시험에 있어서는, 우선 도 5(b)에 나타내는 바와 같이, 고정부(40), 가동부(50a, 50b)를 구비하는 1축 스테이지의 고정부(40)에 복합재편(10c)을 적재하고, 가동부(50a, 50b) 사이에 복합재편(10c)을 끼워넣었다. 이 때, 후술과 같이, 가동부(50b)를 이동시킴으로써 복합재편(10c)의 취성 재료층측이 볼록하게 되어 구부러지도록(즉, 취성 재료층(1)측이 상측이 되도록), 고정부(40)에 복합재편(10c)을 적재했다. 다음에, 도 5(c)에 나타내는 바와 같이, 가동부(50a)의 위치를 고정하는 한편, 가동부(50b)를 20㎜/min의 속도로 가동부(50a)를 향해서 이동시키고, 복합재편(10c)에 굽힘 응력을 작용시켰다. 그리고, 복합재편(10c)이 파괴되었 때의 가동부(50a)와 가동부(50b)의 간격 D의 값에 의해, 복합재편(10c)의 굽힘 강도를 평가했다.
구체적으로는, 비특허문헌 2에 기재되어 있는 식(3)(이하의 식(4)과 동일)에 상기의 간격 D를 대입하여, 최대 응력 σmax를 산출하고, 이것을 굽힘 강도로 했다.
상기의 식(4)에 있어서, E는 복합재편(10c)의 영률을, t는 복합재편(10c)의 두께를, ψ은 복합재편(10c)의 단의 접선과 연직 방향(Z 방향)이 이루는 각도를 의미한다.
복합재편(10c)의 영률(E)로서는 취성 재료층(1)의 영률인 70㎬를 사용했다. 수지층(2)의 영률은 취성 재료층(1)의 영률과 비교해서 충분히 작기 때문에, 복합재편(10c)의 영률(E)로서는 취성 재료층(1)의 영률이 지배적으로 되기 때문이다.
또한, 각도(ψ)는 2점 굽힘 시험을 실행 중에, 도 5(c)에 나타내는 Y 방향으로부터 복합재편(10c)의 일단이 시야 내에 위치하도록 복합재편(10c)을 촬상하고, 복합재편(10c)이 파괴되기 직전의 촬상 화상에 근거하여 산출했다.
실시예 1, 2 및 비교예 1, 2에 대해서, 상기의 굽힘 강도(최대 응력 σmax)를 각각 10개의 복합재편(10c)에 대해서 산출하고, 그 평균값를 산출했다.
[분단 수율]
복합재편(10c)의 끝면의 품질을 광학 현미경으로 관찰하고, 취성 재료층(1)의 4개의 끝면 모두에 있어서, 생기고 있는 크랙의 길이가 50㎛ 이하이면 「분단 가능」이라고 평가하고, 어느 것의 끝면에 있어서 길이가 50㎛보다 큰 크랙이 생기고 있는 경우에는 「분단 불가」라고 평가했다. 실시예 1, 2 및 비교예 1, 2에 대해서, 상기의 평가를 각각 10개의 복합재편(10c)에 대해서 행하고, 이하의 식(5)에 의해 분단 수율을 산출했다.
분단 수율 = 「분단 가능」한 복합재편(10c)의 개수/10×100
= 「분단 가능」한 복합재편(10c)의 개수×10 [%]···(5)
<시험 결과>
도 6은 실시예 1, 2 및 비교예 1, 2에 의한 시험의 결과를 나타내는 도이다.
도 6에 나타내는 바와 같이, 실시예 1, 2에 의하면, 분단 수율을 비교예 1, 2와 동등한 값으로 유지하면서(즉, 비교예 1, 2와 동등하게 분단 후의 취성 재료층(1)의 끝면에 크랙이 생기기 어려움), 분단 후의 복합재편(10c)의 굽힘 강도가 비교예 1, 2보다 높아지는 것을 알았다.
1···취성 재료층
2···수지층
10···복합재 11···스크라이브홈
20···초단 펄스 레이저 광원 30···레이저 광원(CO2 레이저 광원)
23···가공홈 AF···초점
DL···분단 예정선 L1···레이저 광
L2···레이저 광
10···복합재 11···스크라이브홈
20···초단 펄스 레이저 광원 30···레이저 광원(CO2 레이저 광원)
23···가공홈 AF···초점
DL···분단 예정선 L1···레이저 광
L2···레이저 광
Claims (8)
- 취성 재료층과 수지층이 적층된 복합재를 분단하는 방법으로서,
초단 펄스 레이저 광원으로부터 발진한 레이저 광을 상기 취성 재료층측으로부터 상기 복합재의 분단 예정선을 따라 조사하여 상기 취성 재료층을 형성하는 취성 재료를 제거함으로써, 상기 분단 예정선을 따라 일체적으로 연결된 스크라이브홈을 형성하는 취성 재료 제거 공정과,
레이저 광원으로부터 발진한 레이저 광을 상기 분단 예정선을 따라 상기 수지층에 조사하여 상기 수지층을 형성하는 수지를 제거하는 수지 제거 공정을 포함하고,
상기 취성 재료 제거 공정에 있어서, 상기 초단 펄스 레이저 광원으로부터 발진하는 레이저 광의 초점을 상기 수지층의 상기 취성 재료층과의 계면 근방에 설정하고, 상기 초단 펄스 레이저 광원으로부터 발진하는 레이저 광의 조사 위치에 있어서의 상기 수지층의 두께가 5㎛ 이상인 상태에서 상기 초단 펄스 레이저 광원으로부터 레이저 광을 발진하고, 상기 수지층측으로부터 개구하고 또한 상기 취성 재료층을 비관통인 상기 스크라이브홈을 형성하는, 복합재의 분단 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 취성 재료 제거 공정 후에, 상기 수지 제거 공정을 실행하는, 복합재의 분단 방법. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 취성 재료 제거 공정 및 상기 수지 제거 공정 후에, 상기 분단 예정선을 따라 외력을 가함으로써, 상기 복합재를 분단하는 복합재 분단 공정을 추가로 포함하는, 복합재의 분단 방법. - 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 스크라이브홈의 깊이가 3㎛ 이상 50㎛ 이하인, 복합재의 분단 방법. - 제 4 항에 있어서,
상기 스크라이브홈의 깊이가 20㎛ 이하인, 복합재의 분단 방법. - 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 스크라이브홈의 깊이가 상기 취성 재료층의 두께의 10% 이상 50% 이하인, 복합재의 분단 방법. - 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 초단 펄스 레이저 광원으로부터 발진하는 레이저 광의 파장이 500㎚ 이상 2500㎚ 이하인, 복합재의 분단 방법. - 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 초단 펄스 레이저 광원으로부터 발진하는 레이저 광의 펄스 폭이 350펨토초 이상 10000펨토초 이하인, 복합재의 분단 방법.
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