WO2004009504A1 - レーザ加工用ガラス - Google Patents

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WO2004009504A1
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Hirotaka Koyo
Keiji Tsunetomo
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Nippon Sheet Glass Company, Limited
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    • C03C3/04—Glass compositions containing silica
    • C03C3/076—Glass compositions containing silica with 40% to 90% silica, by weight
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    • C03C3/04—Glass compositions containing silica
    • C03C3/076—Glass compositions containing silica with 40% to 90% silica, by weight

Definitions

  • the present invention relates to a laser processing glass capable of laser processing by laser beam irradiation, and more particularly to a laser processing glass having a composition suitable for laser processing.
  • the processable length is now in the nanometer range, which is shorter than micrometer due to the development of patterning technology and shorter wavelength laser.
  • Processing such as drilling using lasers is progressing from thermal processing to abrasion processing.
  • Ablation is the phenomenon of irradiating a laser beam with a very narrow pulse width to cause the material at the irradiated part to transition from melting to evaporation in a short time.
  • the degree of thermal influence on the beam irradiation area differs.
  • Processing with an ultrashort pulse laser, in which the beam irradiation ends before thermal diffusion occurs enables precise and fine drilling with almost no heat-affected layer.
  • the glass for laser processing manufactured by silver ion exchange has a large coefficient of thermal expansion because it contains a large amount of alkali metal alkaline earth metal.
  • heat since heat is generated in the laser-irradiated part, stress is generated in the laser-irradiated part and its vicinity due to a difference in thermal expansion, and deformation occurs. If the coefficient of thermal expansion is large, the size of the processed part changes during and after laser irradiation, and the dimensional accuracy of the processed part may be degraded.
  • the optical element has a small dimensional change caused by a temperature change.
  • the dimensional change as described above causes a change in the characteristics of the optical element.
  • an object of the present invention is to provide a glass for laser processing that has a low threshold value for laser processing and a small coefficient of thermal expansion.
  • the glass for laser processing according to the present invention is characterized in that the composition satisfies the following conditions in a glass that can be laser-processed by abrasion or evaporation by absorbed laser light energy.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing an optical system for measuring a laser processing threshold value according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram showing a composition range in which a uniform glass according to one embodiment of the present invention can be produced.
  • the glass of the present invention can be processed by absorption or evaporation of the glass by the absorbed laser light energy.
  • absorption refers to a phenomenon in which a laser beam having an extremely narrow pulse width is irradiated to shift the material at the irradiated portion from melting to evaporation within a short time.
  • the glass composition of the present invention satisfies the following conditions.
  • This glass for laser processing preferably contains titanium in the form of atoms, colloids or ions.
  • Si0 2 or B 2 0 3 is a network-forming glass It is an oxide and forms a skeleton as glass. Si0 2 and so the total amount of B 2 0 3 7 9 exceeds mol%, the melting of the glass becomes difficult, the total content is preferably 7-9 mol%.
  • Li 2 0 is a modified oxide, Na 2 0, LO, Rb 2 0, Cs 2 0, MgO, CaO, SrO or BaO, since partially breaking the network structure of the glass, the viscosity at a high temperature It is used to weaken or moderate the temperature gradient of viscosity.
  • the total amount of the modified oxide is preferably 5 mol% or more.
  • A1 2 0 3 or Ti0 2 is an intermediate oxide, a network forming oxide Si0 2 or the B 2 0 3, L i 2 0 is a modified oxide, Na.O, LO, Rb 2 0 , Depending on the balance of Cs 20 , MgO, CaO, SrO or BaO, it can be present in the glass either as a network-forming oxide or as a modifying oxide.
  • Particularly Ti0 2 is a component required for lowering gastric value Ki processed by the laser, it is necessary to 5 mol% or more 2 0 mol% or less.
  • Ti0 2 threshold is higher for connexion undesirable laser processing is less than 5 mol%. Also, Ti0 2 2 0 exceeds mol%, the thermal expansion coefficient is increased undesirably.
  • the total content of the A 1 2 0 3 and Ti0 2 is be 2 0 mol% It is good.
  • a composition that satisfies the above condition is particularly desirable from the viewpoints of both reducing the coefficient of thermal expansion and improving laser workability.
  • a is the component [pi 0 2 required to lower the processing threshold by laser by a 1 0 mol% or more, it is possible to further improve the laser processability.
  • Ti0 2 is larger than the Na 2 0 is a modified oxide
  • T i or 1 5 mol% or less.
  • S i 0 2 and a network forming oxide due to the B 2 0 3 of the total amount of 7 0 mol% or more, by the Na 2 0 is a modified oxide be 1 0 mol% or more to increase the good preferable.
  • modifying oxide, at elevated temperature This is to reduce the viscosity of the material and to reduce the temperature gradient of the viscosity.
  • the glass having the composition of the present invention described above the energy required for producing the phenomenon and performing the processing is small, and the processing threshold value is low.
  • the glass for laser processing of the present invention does not modify the glass by ion exchange or the like, and melts the necessary composition by melting. It is substantially uniform in the thickness direction. For this reason, not only processing near the surface of the glass, but also processing inside the glass, such as forming a through hole in the glass plate, can be easily performed. In the above, “substantially uniform in the thickness direction” means that the glass composition is uniform enough to enable laser processing to the inside of the glass.
  • the glass of the present invention the thermal expansion coefficient of 1 0 0 X 1 o - 7 ⁇ - 1 or less der Rukoto is preferred.
  • the glass of the present invention uses ultraviolet light of Nd: YAG laser wavelengths of 2666 nm and 365 nm as laser light, a frequency of 20 Hz, a pulse width of 5 to 8 nm, and a focal length of 10 nm. Focusing with a 0 mm lens and irradiating the glass with the limit energy at which ablation occurs as the processing threshold value, the processing threshold value is 6 OmW or less at a wavelength of 266 nm, and 50 at a wavelength of 355 nm. It is preferable that it is 0 mW or less and the coefficient of thermal expansion is 100 0 X 1 ⁇ - 7 ⁇ -1 or less.
  • the raw materials were blended so that the glass to be produced was 200 g. After transferring this to a platinum crucible, it was put into a melting furnace heated to about 150 ° C. and held for 6 hours. During this 6 hours, stirring was performed several times. Casting is performed by pouring glass onto an iron plate, immediately put into a lehr where the temperature has been raised to about 500 ° C, and after maintaining at a predetermined temperature for 30 minutes, gradually cooling to room temperature over 16 hours did. The glass block thus obtained was cut and polished by a general method to prepare a glass sample for laser processing having a plate-like and smooth surface. (2) Measurement of processing threshold value by laser irradiation
  • the processing of the glass substrate by laser light irradiation was performed as follows using a laser light irradiation device 1 as shown in FIG.
  • the laser light 10 emitted from the laser light source 12 is squeezed by a lens (not shown) and irradiates the glass sample 20 fixed to the sample holder 22 on the sample stage 24.
  • the attenuator 50 is a device for changing the energy of the laser light passing therethrough, and the energy of the passing laser light 10 can be adjusted by operating a microscope (not shown). .
  • the glass sample 20 is irradiated with the laser beam 10 whose energy has been adjusted by the Athens 50.
  • the sample stage 24 is a stage that can be freely moved three-dimensionally, with one axis parallel to the optical axis of the laser beam 10 and two axes in a plane perpendicular to the optical axis of the laser beam 10. It is.
  • the movement of the sample stage 24 can be performed by an electric signal, and can be controlled as predetermined.
  • the sample holder 22 can be freely tilted with respect to the optical axis direction of the laser beam 10.
  • the type of laser light 10 can be changed by changing the laser light source 12 so that the third harmonic (wavelength: 355 nm), the fourth harmonic (wavelength: 266 nm), and KrF of the Nd: YAG laser Excimer laser (wavelength 248 nm) laser light can be selected.
  • the diameter or size of the laser beam was changed by inserting a mask (not shown) on the optical axis near the glass sample 20 as necessary.
  • the measurement of the processing threshold value by the laser was performed as follows.
  • the laser light 10 ultraviolet light having a wavelength of Nd: YAG laser at 2666 nm and 365 nm was used.
  • the repetition frequency of this laser is 20 Hz and the pulse width is 5-8 nm.
  • the laser beam 10 is focused by a 100 mm focal length lens (not shown) and fixed to the sample holder 22 on the sample stage 24
  • the irradiated glass sample 20 was irradiated.
  • the irradiation time was controlled at 30 on the irradiation shirt, and was set to 2 seconds.
  • the energy of the laser beam 10 was measured with the irradiation shirt 30 closed and a power meter 40 inserted into the optical path of the laser beam 10.
  • the sample was irradiated with this energy while changing it variously in Athens 50, and the limit energy at which abrasion occurred was determined and used as the processing threshold.
  • the laser light source 12 Since the laser light source 12 generates a high energy beam, it can be remotely operated to ensure safety, and the power supply / cooling water supply device 14 for the laser light source 12 is operated by the remote controller 16. Although not specifically shown, the laser light source 12 itself also has a built-in shirt and can be operated remotely. The laser beam transmitted through the glass sample 20 is absorbed by the beam damper 18.
  • compositions of Examples 1 to 12 of the glass for laser processing of the present invention are as shown in Table 1.
  • the composition of each component is in the following range.
  • T i0 2 is essential to contain 5 to 2 0 mole%.
  • Modified oxide ( 20 , ⁇ 20 , 1 ( 20 , 3 ⁇ 4 ⁇ 0, & 0, 3] "0, 8 & 0): 5 to 20 mol%
  • the glass for laser processing of the present invention has a small amount of impurities. Excluding, it consists essentially of the above composition only.
  • Figure 2 for the various compositions which we have tested, by plotting the relationship between A1 2 0 3 and Ti0 2 in a total amount of the Na 2 0 in the amount shows a vitrified state of each composition. From the figure, it can be seen that if the amount of the modified oxide typified by Na 20 is too small, phase separation and devitrification occur, so that a uniform glass cannot be produced. That is, as shown in Fig. 2, to produce a uniform glass,
  • Comparative Example 1 is a so-called soda-lime glass used for a normal window glass or the like.
  • the maximum power is 1.10 W when the wavelength of the laser beam is 266 nm, and the maximum power when the wavelength of the laser beam is 365 nm 2. Neither abrasion nor evaporation occurred at any of the 10 W, and there was no change in the sample.
  • Ti0 2 or processing threshold is a composition in which the concentration of A1 2 0 3 does not contain or or very low intermediate oxide becomes extremely high.
  • Comparative Example 2 As shown in Table 1, a material containing a high concentration of both exceeding 20 mol% of Na 2 0 of Ti0 2 with the modified oxide of the intermediate oxide.
  • the processing threshold value was determined in the same manner as in the example, the laser light wavelength was extremely low, 15 mW at 266 nm, and the laser light wavelength was 20 OmW at 365 nm.
  • the glass of the composition of the present example had a coefficient of thermal expansion of less than 100 X 1 o- ⁇ c- 1
  • the glass of the composition of the comparative example had a coefficient of thermal expansion of 1 1 8 X 1 O— ⁇ C— 1
  • a laser processing glass having a low laser processing threshold value and a small thermal expansion coefficient can be provided. That is, the glass for laser processing of the present invention requires less laser light energy for processing and is less affected by heat, so that more precise processing can be performed.

Description

明 細 書
レーザ加工用ガラス
技術分野
本発明は、 レーザ光照射によるレーザ加工が可能なレーザ加工用ガラ スに関し、 特にレーザ加工に適した組成のレーザ加工用ガラスに関する。 背景技術
レーザ光のエネルギーを用いた材料加工技術は、 近年、 微細加工の領 域に進展しつつある。
マスクパターンを用いた加工技術においては、 パターニング技術の発 展ゃレ一ザの短波長化により、 加工可能な長さがマイクロメートルから さらに短い、 ナノメートルの領域に入っている。
他方、 レーザを用いた直接加工もレーザ光のパルス幅の短縮化、 短波 長化を進めた結果、 ポリイミド等の有機物や金属の加工においてはマイ クロメ一トルの領域で加工が進められている。
また、 レーザを用いた穴開けなどの加工は、 熱加工からアブレ一ショ ン加工へと進展している。 アブレーシヨンは、 きわめて狭いパルス幅の レーザ光を照射することで短時間の内に照射部位の材料を溶融から蒸発 にまで移行させる現象である。 パルス幅の長短によってビーム照射部位 の周辺への熱的影響の程度が異なる。 熱拡散が起こる前にビームの照射 が終了するような超短パルスレーザを用いた加工では、 ほとんど熱影響 層が発生しない精密で微細な穴開けが可能になる。
しかし、 実際の加工に用いられているレーザの多くはパルス幅がナノ 秒オーダ以上であり、 これでは熱の影響は避けられないので、 紫外光に よる光化学反応を利用している。 エキシマレ一ザ等の短波長のレーザ光 は、 1光子当たりのエネルギーが大きいために分子骨格を形成している 化学結合を切断することができる。 上述のように、 従来は照射するレーザの波長やパルス幅などを選択す ることで微細加工を可能にしてきたが、 レーザを照射する材料を改良す るという観点ではあまり検討が進んでいない。 光学的応用には透明材料 であるガラスの加工が重要であるが、 レーザ加工に適したガラスを提供 するため、 特開平 1 1— 2 1 7 2 3 7号公報には、 ガラスへ銀をイオン 交換で導入することにより、 レーザの加工しきい値を低減させ、 クラッ クの発生しにくいガラスを提供する技術が提案されている。
しかし、 多くのアルカリ金属を含むガラスでは、 銀イオン交換によつ て銀イオンを内部に導入できるものの、 銀イオンはガラス表面近傍で還 元され、 ガラス内部への拡散が阻害されるという現象が生じる。 このた め有効なレーザ加工領域がガラス表面近傍に限られ、 ガラス板に貫通孔 を開けるなどガラス内部に及ぶ加工は依然として困難である。 また、 ィ オン交換速度が遅く、 安定にガラス内部までイオンを到達させることが 困難であるという問題もあった。
また、 銀イオン交換により作製したレーザ加工用ガラスはアルカリ金 属ゃアル力リ土類金属を多く含むために、 熱膨張係数が大きいという問 題があった。 レーザ加工においては、 レーザ照射部に熱が発生するため に、 レーザ照射部及びその近傍は熱膨張の差による応力が生じ変形が起 こる。 熱膨張係数が大きいとレーザの照射中と照射後では加工部の大き さが変わるので、 加工部の寸法精度が悪化することもある。
また、 光学素子は通常、 温度変化によって生じる寸法変化が小さいこ とが望ましい。 上記のような寸法変化は光学素子の特性変動を引き起こ すという問題もある。
発明の開示
上記問題を解決するため、 本発明はレーザ加工のしきい値が低く、 か つ熱膨張係数の小さいレーザ加工用ガラスを提供することを目的とする。 本発明のレ一ザ加工用ガラスは、 吸収したレーザ光エネルギーによる アブレ一シヨン又は蒸発によりレーザ加工が可能なガラスにおいて、 組 成が次の条件を満たすことを特徴とする。
6 0≤Si02+B203≤ 7 9モル％
5≤A1203+Ti02≤ 2 0モル％
5≤Li20+Na20+K20+Rb20+Cs20+MgO+CaO+SrO+BaO≤ 2 0モル％
ただし、 5≤Π02≤ 2 0モル％である。
図面の簡単な説明
図 1は本発明の一実施例のレーザ加工しきい値測定用光学系を示す模 式図である。
図 2は本発明の一実施例の均一なガラスが作製できる組成範囲を示す 図である。
発明を実施するための最良の形態
本発明のガラスは、 吸収したレーザ光エネルギーにより、 ガラスがァ ブレーシヨンあるいは蒸発により、 加工が可能である。 前記において、 「アブレーシヨン」 とは、 きわめて狭いパルス幅のレ一ザ光を照射する ことで短時間の内に照射部位の材料を溶融から蒸発にまで移行させる現 象である。
本発明のガラス組成は次の条件を満たす。
6 0≤Si02+B203≤ 7 9モル％ .
5≤A1203+Ti02≤ 2 0モル％
5≤Li20+Na20+K2OIRb20+Cs20+MgO+CaO+SrO+BaO≤ 2 0モル％
ただし、 5≤Π02≤ 2 0モル％である。
このレーザ加工用ガラスは、 チタンを原子、 コロイド又はイオンの形 態で含むことが好ましい。
上記の組成のガラスにおいては、 Si02または B203はガラスの網目形成 酸化物であり、 ガラスとしての骨格を形成する。 Si02および B203の合計 量が 7 9モル％を超えるとガラスの溶融が困難になるので、 この合計量 は 7 9モル％以下が好ましい。
また、 修飾酸化物である Li20, Na20, LO, Rb20, Cs20, MgO, CaO, SrOまたは BaOは、 ガラスの網目構造を一部破壊するので、 高温での粘性を弱める ことや粘性の温度傾斜を緩くするために用いられる。 この効果が現れ易 くするために、 修飾酸化物の合計量は 5モル％以上が好ましい。
A1203または Ti02は中間酸化物であり、 網目形成酸化物である Si02また は B203と、 修飾酸化物である L i20， Na.O, LO, Rb20, Cs20， MgO, CaO, SrOまたは BaOのバランスに応じて、 網目形成酸化物としても修飾酸化物としても ガラス中で存在することができる。 特に Ti02は、 レーザによる加工しき い値を下げるために必要な成分であり、 5モル％以上 2 0モル％以下と することが必要である。 Ti02が 5モル％未満ではレーザ加工のしきい値 が高くなつて好ましくない。 また、 Ti02が 2 0モル％を超えると熱膨張 係数が高くなり好ましくない。
また、 A1203と Ti02との合計量が修飾酸化物の合計量を超えるとガラス 化し難いので、 A 1203と Ti02との合計量は 2 0モル％以下とすることが好 ましい。
また上記の組成のガラスにおいては、 網目形成酸化物である S i 02 または B2〇3の成分を多くし、 修飾酸化物でぁる1^20， 20, 1(20，1^20 320， MgO, CaO, SrOまたは BaOをできるだけ少なくすることによつて熱膨張係数 を小さくすることを可能とした。 このように網目形成酸化物である Si02 または B203の成分を多くするために、 Si02および B203の合計量は 6 0モ ル％以上とした。 また、 修飾酸化物でぁる1^20，^20，1(20，111]20 320,1^0， CaO, SrOまたは BaOをできるだけ少なくするために、 これらの合計量は 2 0モル％以下とした。 上記組成の範囲内で、
(Al 2O3+T i O2) / (L i 20+Na2O+ 2O+Rb20+Cs2O+MgO+CaO+Sr0+Ba0)≤ 0 . 9 の条件を満たすことが、 より均一なガラスを一般的な溶融方法で得るた めに望ましい。
さらに、 つぎの範囲
7 0≤S i 02+B203≤ 7 9モル％
1 0≤T i02≤ 1 5モル％
1 0≤Na20≤ 1 5モル％
を満たす組成が熱膨張係数の低減、 レーザ加工性の向上の両方の観点か らとくに望ましい。
ここで、 網目形成酸化物である S i02および B203の合計量を 7 0モル％ 以上とし、 修飾酸化物である Na20を 1 5モル％以下とすることにより、 熱膨張係数をさらに低下させることができる。
また、 レーザによる加工しきい値を下げるために必要な成分である Π 02を 1 0モル％以上とすることにより、 レーザ加工性をさらに向上さ せることができる。 ただし、 Ti02が修飾酸化物である Na20よりも多いと ガラス化し難いので、 T i ( ま 1 5モル％以下とすることが好ましい。 また、 網目形成酸化物である S i 02および B203の合計量を 7 0モル％以 上としたため、 修飾酸化物である Na20は 1 0モル％以上とすることが好 ましい。 修飾酸化物を多くすることにより、 高温での粘性を弱めること や粘性の温度傾斜を緩くするためである。
レーザ光を吸収した際にガラスの構造の変化もしくは吸収率の変化が 生じ、 アブレ一シヨンあるいは蒸発が生じる。 上記本発明の組成のガラ スにおいては、 その現象を生じさせ加工を行うのに必要なエネルギ一が 小さく、 加工しきい値が低い。 また、 本発明のレーザ加工用ガラスはィ オン交換などによるガラスの改質を行わず、 必要な組成を溶融によって 得るため、 厚さ方向に実質的に均一である。 このため、 ガラス表面近傍 の加工にとどまらず、 ガラス板に貫通孔を開けるなどガラス内部に及ぶ 加工も容易に行うことができる。 前記において、 「厚さ方向に実質的に 均一」 とは、 ガラスの内部までレーザ加工ができる程度にガラス組成が 均一であることをいう。
また、 本発明のガラスは、 熱膨張係数が 1 0 0 X 1 o -7^—1以下であ ることが好ましい。
また、 本発明のガラスは、 レーザ光として N d ： Y A Gレーザの波長 2 6 6 n m及び 3 5 5 n mの紫外光を用い、 周波数 2 0 H z、 パルス幅 5〜8 n m、 焦点距離 1 0 0 mmのレンズで集光し、 前記ガラスに照射 してアブレーションが起こる限界のエネルギーを加工しきい値としたと き、 波長 2 6 6 n mで 6 O mW以下、 波長 3 5 5 n mで 5 0 0 mW以下 であり、 かつ、 熱膨張係数が 1 0 0 X 1 ο -7^ -1以下であることが好ま しい。
[実施例]
以下、 本発明を用いた実施例を示すが、 本発明はこれらの実施例に限 定されるものではない。
( 1 ) ガラスの製造方法
作製するガラスが 2 0 0 gになるように原材料の調合を行った。 これ を白金のるつぼに移した後に、 1 5 0 0 °C程度に昇温した溶融炉に投入 し、 6時間保持した。 この 6時間の間に、' 数回、 攪拌を行った。 キャス トは鉄板の上にガラスを流し出すことで行い、 直ちに約 5 0 0 °Cに昇温 した徐冷炉に投入し、 3 0分所定の温度に保持した後に 1 6時間かけて 室温まで徐冷した。 このようにして得られたガラスブロックを一般的な 方法で切断研磨し、 板状で表面が平滑なレーザ加工用ガラス試料を準備 した。 ( 2 ) レーザ照射による加工しきい値の測定
レーザ光照射によるガラス基板の加工は図 1に示すようなレーザ光照 射装置 1を用い、 以下のようにして行った。
レ一ザ光源 1 2から出射されたレーザ光 1 0は、 レンズ （図示しな い） で絞られて、 試料ステージ 2 4上の試料ホルダ 2 2に固定されたガ ラス試料 2 0に照射される。 アツテネ一タ 5 0は、 それを通過するレ一 ザ光のエネルギーを変える装置であり、 マイクロメ一夕 （図示しない） を操作することにより、 通過するレーザ光 1 0のエネルギーを調整する ことができる。 このアツテネ一夕 5 0によりエネルギーを調整されたレ 一ザ光 1 0がガラス試料 2 0に照射される。
試料ステージ 2 4は、 レーザ光 1 0の光軸と平行な方向に 1軸、 レー ザ光 1 0の光軸に垂直な面内に 2軸の 3次元的に自由に移動させること ができるステージである。 試料ステージ 2 4の移動は電気信号によって 行うことができ、 予め定めたように制御が可能である。
また、 試料ホルダ 2 2はレーザ光 1 0の光軸方向に対して自由に傾け ることができる。 レーザ光 1 0の種類は、 レーザ光源 1 2を変えること で、 N d ： Y A Gレーザの第 3高調波 （波長 3 5 5 n m) 、 第 4高調波 (波長 2 6 6 n m) と K r Fエキシマレーザ （波長 2 4 8 n m) のレー ザ光を選択することができる。 また、 マスク （図示しない） を必要に応 じてガラス試料 2 0近傍の光軸上に入れることによりレーザ光の径ある いはサイズを変更した。
レーザによる加工しきい値の測定は、 以下のようにして行った。 レ一 ザ光 1 0としては N d ： Y A Gレーザの波長 2 6 6 n mおよび 3 5 5 η mの紫外光を用いた。 このレーザの繰り返し周波数は 2 0 H zで、 パル ス幅は 5〜8 n mである。 レーザ光 1 0は焦点距離 1 0 0 mmのレンズ (図示しない） で集光し、 試料ステージ 2 4上の試料ホルダ 2 2に固定 したガラス試料 2 0に照射した。 照射時間は照射シャツ夕 3 0で制御し、 2秒とした。
レーザ光 1 0のエネルギーは照射シャツ夕 3 0を閉じた状態で、 パヮ —メータ 4 0をレーザ光 1 0の光路に入れて測定した。 このエネルギー をアツテネ一夕 5 0により種々変えて試料に照射し、 アブレ一シヨンが 起こる限界のエネルギーを求め、 加工しきい値とした。
なお、 レーザ光源 1 2は高エネルギービームを発生するので、 安全確 保のため、 遠隔操作可能とし、 レーザ光源 1 2への電源 ·冷却水供給装 置 1 4をリモートコントローラ 1 6により操作する。 特に図示していな いが、 レ一ザ光源 1 2自体もシャツ夕を内蔵し、 これも遠隔操作が可能 である。 またガラス試料 2 0を透過したレーザ光はビームダンバ 1 8で 吸収する。
( 3 ) 熱膨張係数の測定
熱膨張係数の測定は、 日本工業規格の J I S R 3 1 0 3にて行った。 以下、 本発明を用いた実施例を示すが、 本発明はこれらの実施例に限 定されるものではない。
[実施例 1〜1 2 ]
本発明のレーザ加工用ガラスの実施例 1〜 1 2の組成は表 1に示す通 りである。 各成分の組成は次の範囲にある。
a . 網目形成酸化物（S i02，B203) ： 6 0〜7 9モル％
b . 中間酸化物（Al 203，T i02) ： 5〜2 0モル％
ただし、 T i02は 5〜2 0モル％含有していることが必須である。
c . 修飾酸化物（ 20，^20, 1(20，¾^0， &0, 3]"0，8&0) ： 5〜 2 0モル％ 本発明のレーザ加工用ガラスは微量の不純物を除いて、 実質的に上記 の組成物のみからなる。
上記組成のレーザ加工用ガラス試料に、 照射エネルギーを変えながら 波長 26 6 nm、 3 5 5 n mのレ一ザ光をそれぞれ照射した。 この結果、 得られた加工しきい値を表 1に示す。
両波長の場合とも、 Ti02の濃度が増大するほど、 加工しきい値が顕著 に減少していることがわかる。 しかし網目形成酸化物や修飾酸化物の組 成にはほとんど依存しない。
図 2は発明者らが試験した各種組成について、 A1203と Ti02の総量と Na20の量の関係をプロットし、 各組成のガラス化状態を示している。 図 より Na20に代表される修飾酸化物の量を少なくし過ぎると分相、 失透が 発生してしまうため、 均一なガラスが作製できなくなることがわかる。 すなわち、 図 2に示すように、 均一なガラスを作製するためには、
(Al203+Ti02)/(Li20+Na20+K20+Rb20+Cs20+MgO+CaO+SrO+BaO)≤0.9 (1) の関係が成り立たなくてはならない。
上記のように、 レーザによる加工しきい値を下げるためには、 Π02を 多く含ませることが必要であるが、 その場合、 前記式 （ 1) の条件を満 たすためには修飾酸化物の濃度を増加させる必要がある。 しかし、 修飾 酸化物の濃度を増加させると、 一般に熱膨張係数は大きくなるので、 加 ェしきい値を下げることと熱膨張係数を下げることはトレードオフの関 係になっていることがわかる。
[比較例 1]
比較例 1は通常の窓ガラスなどに用いられる、 いわゆるソ一ダライム ガラスである。 実施例と同様に加工しきい値を求めると、 レ一ザ光の波 長が 26 6 nmの時の最大パワー 1. 1 0W、 レーザ光の波長が 3 5 5 nmの時の最大パワー 2. 1 0Wのどちらにおいても、 アブレーシヨン もしくは蒸発を起こさず、 試料に変化はなかった。 中間酸化物の Ti02又 は A1203の濃度が極めて低いかもしくは含まない組成では加工しきい値 は極めて高くなる。 [比較例 2]
比較例 2は表 1に示すように、 中間酸化物の Ti02と修飾酸化物の Na20 をともに 20モル％を越える高濃度で含む材料である。 実施例と同様に 加工しきい値を求めると、 レーザ光の波長が 266 nmで 1 5 mW、 レ —ザ光の波長が 3 5 5 nmで 20 OmWと極めて低い値であった。 しか し、 実施例の組成のガラスの熱膨張係数が 1 0 0 X 1 o -^c—1より小さ くなっているのに対して、 本比較例の組成のガラスでは熱膨張係数が 1 1 8 X 1 O—^C—1と大きくなつている。
以上の実施例と比較例を勘案すると、 熱膨張係数ができるだけ小さく、 かつ加工しきい値が低いガラスとしては、 実施例 1 1、 12に代表され る組成、 すなわち前記式 （1) の条件を満たしたうえで、 次の範囲の組 成がもっとも好ましいことがわかる。
7 0≤ S i 02+ B203≤ 7 9モル％
1 0≤T i 02≤ 1 5モル％
1 0≤N a20≤ 1 5モル％
【表 1】
Figure imgf000013_0001
Figure imgf000013_0002
(備考） 熱膨張係数は、 数値 X 1 0·7を示す。 産業上の利用可能性
本発明により、 レーザ加工しきい値が低く、 かつ熱膨張係数の小さい レーザ加工用ガラスを提供できる。 すなわち、 本発明のレーザ加工用ガ ラスは、 加工に必要なレーザ光エネルギーが少なくて済み、 かつ熱によ る影響が少ないため、 より精密な加工をすることができる。

Claims

請求の範囲
1. 吸収したレーザ光エネルギーによるアブレ一ション又は蒸発により レーザ加工が可能なガラスにおいて、 組成が次の条件を満たすことを特 徵とするレ一ザ加工用ガラス。
6 0≤Si02+B203≤ 7 9モル％
5≤A1203+Ti02≤ 2 0モル％
5≤Li20+Na20+K20+Rb20+Cs20+MgO+CaO+SrO+BaO≤ 2 0モル％
ただし、 5≤Ti02≤ 2 0モル％である。
2. 前記組成が次の条件を満たす請求項 1に記載のレーザ加工用ガラス。
(Al 203+Ti02)/(Li20+Na20+K20+Rb2O+Cs2O+MgO+Ca0+Sr0+Ba0)≤ 0. 9
3. 前記組成が次の条件を満たす請求項 1に記載のレーザ加工用ガラス。
7 0≤Si02+B203≤ 7 9モル％
1 0≤Ti02≤ 1 5モル％
1 0≤Na20≤ 1 5モル％
4. 前記レーザ加工用ガラスは、 チタンを原子、 コロイド及びイオンか ら選ばれる少なくとも一つの形態で含む請求項 1に記載のレーザ加工用 ガラス。
5. 熱膨張係数が 1 0 0 X 1 O^C—1以下である請求項 1に記載のレー ザ加工用ガラス。
6. 前記レーザ加工用ガラスは、 レーザ光として N d ： YAGレ一ザの 波長 26 6 nm及び 3 5 5 nmの紫外光を用い、 周波数 2 0 H z、 パル ス幅 5〜8 nm、 焦点距離 1 00 mmのレンズで集光し、 前記ガラスに 照射してアブレーシヨンが起こる限界のエネルギーを加工しきい値とし たとき、 波長 2 66 nmで 6 0 mW以下、 波長 3 5 5 n mで 5 0 0 mW 以下であり、
かつ、 熱膨張係数が 1 0 0 X 1 O—^C—1以下である請求項 1に記載の レ一ザ加工用ガラス。
7. 前記レーザ加工用ガラスは、 溶融方法で作製されている請求項 1に 記載のレーザ加工用ガラス。
8. 前記レーザ加工用ガラスは、 さらに研磨されている請求項 7に記載 のレ一ザ加工用ガラス。
9. 前記レ一ザ加工用ガラスは、 組成が厚さ方向に実質的に均一である 請求項 1に記載のレーザ加工用ガラス。
1 0. 前記レーザ加工用ガラスは、 ガラス表面近傍の加工及び貫通穴開 け加工が可能である請求項 1に記載のレーザ加工用ガラス。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN100453484C (zh) * 2006-03-21 2009-01-21 武汉理工大学 一种在内部能形成紫红色立体图案的无色透明玻璃材料的制备方法

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4041298B2 (ja) * 2001-10-05 2008-01-30 日本板硝子株式会社 レーザ光照射によるガラスの加工方法
DE102006029073B4 (de) * 2005-07-06 2009-07-16 Schott Ag Verfahren zum Durchtrennen eines Flachglases unter Verwendung eines Lasertrennstrahls und alkalifreies Flachglas mit besonderer Eignung hierfür
JP5318748B2 (ja) * 2007-02-22 2013-10-16 日本板硝子株式会社 陽極接合用ガラス
DE102009008953B4 (de) * 2009-02-13 2010-12-30 Schott Ag Röntgenopakes bariumfreies Glas und dessen Verwendung
DE102009008951B4 (de) * 2009-02-13 2011-01-20 Schott Ag Röntgenopakes bariumfreies Glas und dessen Verwendung
US8647995B2 (en) 2009-07-24 2014-02-11 Corsam Technologies Llc Fusion formable silica and sodium containing glasses

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4444893A (en) * 1982-06-11 1984-04-24 Schott Glass Technologies, Inc. Highly refractive, low dispersion, low density optical glass suitable for corrective lenses
DE4306004A1 (en) * 1992-03-19 1993-09-23 Horst Hans Juergen Silicate glass suitable for working with short wave solid body lasers - contains iron oxide and opt. vanadium and titanium oxide(s)
WO1997035813A1 (en) * 1996-03-25 1997-10-02 Nippon Sheet Glass Co., Ltd. Laser-processable glass substrate and laser processing method
US20030100431A1 (en) * 2001-10-05 2003-05-29 Hirotaka Koyo Glass for laser processing
JP2003246638A (ja) * 2002-02-22 2003-09-02 Nippon Sheet Glass Co Ltd ガラス構造物およびその製造方法

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4367919A (en) * 1977-08-01 1983-01-11 Minnesota Mining And Manufacturing Company Durable glass elements
US4567104A (en) * 1983-06-24 1986-01-28 Canyon Materials Research & Engineering High energy beam colored glasses exhibiting insensitivity to actinic radiation
US5039631A (en) * 1990-01-11 1991-08-13 Schott Glass Technologies, Inc. Strengthenable, high non-nd lanthanoid-containing glasses
JP2565813B2 (ja) * 1991-07-05 1996-12-18 株式会社オハラ 光学ガラス
US6562523B1 (en) * 1996-10-31 2003-05-13 Canyon Materials, Inc. Direct write all-glass photomask blanks
DE19917921C1 (de) * 1999-04-20 2000-06-29 Schott Glas Gläser und Glaskeramiken mit hohem spezifischen E-Modul und deren Verwendung
JP2002265233A (ja) * 2001-03-05 2002-09-18 Nippon Sheet Glass Co Ltd レーザ加工用母材ガラスおよびレーザ加工用ガラス
DE10141101C1 (de) * 2001-08-22 2003-07-03 Schott Glas Optische Farbgläser, ihre Verwendung und Verfahren zu ihrer Herstellung

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4444893A (en) * 1982-06-11 1984-04-24 Schott Glass Technologies, Inc. Highly refractive, low dispersion, low density optical glass suitable for corrective lenses
DE4306004A1 (en) * 1992-03-19 1993-09-23 Horst Hans Juergen Silicate glass suitable for working with short wave solid body lasers - contains iron oxide and opt. vanadium and titanium oxide(s)
WO1997035813A1 (en) * 1996-03-25 1997-10-02 Nippon Sheet Glass Co., Ltd. Laser-processable glass substrate and laser processing method
US20030100431A1 (en) * 2001-10-05 2003-05-29 Hirotaka Koyo Glass for laser processing
JP2003246638A (ja) * 2002-02-22 2003-09-02 Nippon Sheet Glass Co Ltd ガラス構造物およびその製造方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN100453484C (zh) * 2006-03-21 2009-01-21 武汉理工大学 一种在内部能形成紫红色立体图案的无色透明玻璃材料的制备方法

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Publication number Publication date
AU2003281628A1 (en) 2004-02-09
DE10392962T5 (de) 2005-08-18
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