专利名称：陶瓷生片的制造方法及所用的激光束机的制作方法
技术领域：
本发明涉及陶瓷生片的制造方法和所用的激光束机，例如，在制造叠层陶瓷电子元件时用的激光束机。具体地讲，本发明涉及陶瓷生片的制造方法和在陶瓷生片中构成穿孔(例如，有通路孔(via hole)功能的孔，通孔等)所用的激光束机。
现有技术说明在叠层线圈元件、叠层衬底和其它各种叠层陶瓷电子元件中，通常，其间层叠或布置陶瓷层的内电极(层间层)之间的电连接是经在陶瓷生片中形成的通路孔(穿孔)来实现的。
目前，作为在陶瓷生片中形成通路孔(穿孔)的方法，用得很广泛的方法是，用模具和插杆冲压陶瓷生片的方法。
但是，上述冲压法有以下问题(a)由于模具和插杆的尺寸精度很大程度上影响穿孔的精度，因此，必须保持模具和插杆的尺寸和形状的高精度，因而难免增大了设备的造价；(b)模具和插杆的使用寿命短，必须定期更换，这种更换费时费力，而且成本高；(c)当要制造的元件形状改变时，模具和插杆也必须更换，另外，模具和插杆更换后要调节精度，这又费时和费力；(d)随着穿孔(penetration hole)尺寸减小，加工精度(形状精度)也减小。
为解决上述的问题，采用激光加工方法，用激光束能在陶瓷生片的预定位置形成形状和位置精度高的直径约80μm的小尺寸穿孔，该方法已提出并部分用于实际生产中。
例如，在主要含磁性陶瓷的陶瓷生片中用CO2激光器形成穿孔时，激光束不会被构成磁性陶瓷的Fe、Ni、Cu等吸收，也不会被模制陶瓷生片所需的粘接剂如乙烯基乙酸酯和分散剂如聚羧酸铵等吸收，由此形成穿孔。因而，陶瓷生片的激光能量吸收效率通常是30％至40％。
所述的激光制造方法中，激光束源发射的激光束穿过衍射光栅，分割成形状和尺寸一致的对应要形成的穿孔的多束激光束，所产生的一致地分割开的多束激光束辐射到陶瓷生片，在陶瓷生片中形成形状和尺寸一致的多个穿孔。
这些由衍射光栅分割的激光束中有(a)第1级衍射束，它根据设计以加工所需能量辐射到预定位置；(b)更高级的衍射束，它是随着衍射而在第1级衍射束的外边产生的衍射束，它的能级比第1级衍射束的能级低很多；和(c)0级衍射束，它不分割地辐射到光谱区中心，并有较高的能级，但它的能级低于第1级衍射束的能级。
关于所述(b)更高级的衍射束的激光束，它的能级低，它对要加工的材料的蚀刻作用极弱。但是，要变成噪声的激光束的数量大于分割的光的数量并与分割光数量成正比增大，所以它的总能量变得不能忽略不计。
关于所述(c)的激光束，它不分割地通过衍射光栅，由于它只通过衍射光栅，它的能级低于第1级衍射束的能级，但它的能级变成高于更高级衍射束的能级。
因此，通过用衍射光栅分割激光束来在陶瓷生片中同时形成多个穿孔时，由于已变成更高级的衍射束和0级衍射束的激光能量(噪声)，所以陶瓷生片的不希望的部分也被加工了。
通过提高衍射光栅的加工精度能抑制变成噪声的能量。但是，由于0级衍射束的能级高，很难避免加工不希望的部分。目前，为了避免加工不希望的部分，加工所需的第1级衍射束已被叠加到0级衍射束上。但是，很难完全避免加工不希望的部分。而且，为了把加工所需的第1级衍射束叠加到0级衍射束上，必须提高激光束机的精度，这就使设备变得复杂而且提高了设备造价。
具体地说，是噪声的0级衍射束通常是第1级衍射束的5％至10％，而且，根据激光束的吸收，所形成的穿孔的尺寸比在0级衍射束叠加到第1级衍射束上的部分形成的其它穿孔的尺寸大。
图3画出了用通用的衍射光栅分割的激光束进行加工时的状态，在陶瓷生片10中要形成穿孔15的区域的中心部分所形成的穿孔15(15a)(即，在0级衍射束叠加到第1级衍射束的部分所形成的穿孔)的直径大于陶瓷生片10的周边部分上形成的穿孔15的直径，因为，辐射到光谱区中心部分的0级衍射束的激光束没分割。
发明概述为解决上述问题，本发明的目的是提供陶瓷生片的制造方法和所用的激光束机，以能在陶瓷生片的预定位置有效形成有所需形状和尺寸的多个穿孔。
为达到所述目的，按本发明，提供了一种制造陶瓷生片的方法，用于在陶瓷生片中形成多个穿孔，它包括以下步骤激光束源发射的激光束通过掩模整形成预定的形状；整形的激光束通过衍射光栅分割成多束激光束，使单个0级衍射束的能量变成等于或小于加工陶瓷生片所需的能量阈值；用电流镜反射由衍射光栅分割的激光束；用会聚透镜单独会聚由电流镜反射的激光束；用会聚透镜会聚的激光束辐射陶瓷生片，在陶瓷生片的预定位置同时形成有所需形状和尺寸的多个穿孔；之后，改变电流镜的反射角度，重复用激光束辐射陶瓷生片，在陶瓷生片不同的预定位置形成有所需形状和尺寸的多个穿孔。
通过实施以下步骤激光束源发射的激光束通过掩模整形成预定的形状；整形的激光束通过衍射光栅分割成多束激光束，使单个0级衍射束的能量变成等于或小于加工陶瓷生片所需能量阈值；用电流镜反射被衍射光栅分割的激光束；用会聚透镜单独会聚由电流镜反射的激光束；会聚的激光束辐射到陶瓷生片上，可以在陶瓷生片中有效形成多个有所需形状和尺寸(例如形状和尺寸一致的)穿孔。
即，当通过按高精度加工制成的衍射光栅而分割的各个激光束的0级衍射束的能量控制到等于或小于加工陶瓷生片所需能量的阈值时，能防止因0级衍射束的作用而使穿孔尺寸超过预定尺寸，因而能有效形成有所需形状和尺寸的穿孔。
当使用高精度方法制成的衍射光栅时，可把0级和更高级衍射光束的能级控制到低能级。更高级的衍射束的能量控制到第1级衍射束的能量的1％以下，0级衍射束的能量控制在第1级衍射束的能量的5％以下。结果，考虑到陶瓷生片的激光束吸收系数，不仅可以使0级衍射束的激光能量等于或小于陶瓷生片加工所需的阈值，也可以使0级和更高级衍射束的总激光能量等于或小于陶瓷生片加工所需的阈值能量。因而，能防止0级和更高级衍射束加工陶瓷生片。因此能极有效地形成有所需形状和尺寸的穿孔。
陶瓷生片加工所需的阈值可预先用初步试验确定。
当使0级衍射束的激光能量等于或小于陶瓷生片加工所需阈值能量时，由于不需要与第1级衍射束叠加，所以可简化激光束机的结构。
上述的陶瓷生片制造方法还包括这样的步骤按陶瓷生片的种类和加工条件，通过一台激光束机中的转换系统，从多个衍射光栅中选择要用的合适的衍射光栅。
根据陶瓷生片的种类和加工条件，通过一台激光束机中的转换系统，从多个衍射光栅中选择适当的光栅，可用一台激光束机有效加工多种要加工的材料。因此，可以有效地呈现出本发明的效果。
按本发明，提供了在陶瓷生片中形成多个穿孔的激光束机。该激光束机设有支承陶瓷生片的支承装置；发射激光束的激光束源；把激光束源发射的激光束整形成预定形状用的掩模；把通过掩模整形的激光束分割成多个激光束用的衍射光栅，以使单个0级衍射光束的能量变成等于或小于加工陶瓷生片所需的阈值能量；用于以预定反射角反射通过衍射光栅的激光束的电流镜；电流镜驱动装置，用于改变电流镜的反射角；和会聚透镜，用于单独会聚由电流镜按预定反射角反射的激光束，并用于使激光束辐射到用支承装置支承的陶瓷生片。
通过用本发明的激光束机，即它设有支承陶瓷生片的支承装置；把激光束整形成预定形状的掩模；把通过掩模的激光束分割成多束激光束使单个0级衍射束的能量变成等于或小于陶瓷生片加工所需的阈值能量的衍射光栅；按预定反射角度反射通过衍射光栅的激光束用的电流镜；用于改变电流镜的反射角度的电流镜驱动装置；和用于单独会聚由电流镜按预定反射角反射的激光束并使激光束辐射到陶瓷生片的会聚透镜，能可靠地实施本发明的陶瓷生片制造方法，并能在陶瓷生片中有效形成有所需形状和尺寸的多个穿孔。
所述激光束机可以有多个衍射光栅和一个转换系统，转换系统可适当选择要用的衍射光栅，这样根据陶瓷生片的种类和加工条件适当选择衍射光栅，一台激光束机能用于制造多种陶瓷生片和多种加工条件。
由于所述激光束机设有根据陶瓷生片和加工条件适当选择要用的衍射光栅的转换系统，因此，只要根据陶瓷生片的种类和加工条件适当选择要用的衍射光栅，激光束机就能有效地用于多种陶瓷生片和多种加工条件。
附图简述
图1是按本发明实施例的激光束机的结构示意图；图2是用图1所示本发明实施例的激光束机所制成的其中形成有穿孔的陶瓷生片的示意图；图3是用常规的通用衍射光栅分割的多束激光束在陶瓷生片中形成的穿孔形状的平面示意图。
优选实施例说明以下用本发明实施例更详细说明本发明的特征。
图1是实施本发明的陶瓷生片制造方法用的激光束机的结构示意图。图2是用图1所示激光束机制造的其中形成有穿孔的陶瓷生片的示意图。
本实施例中，例如，以这样的情况为例进行说明把用于制造叠层线圈元件的主要含NiCuZn铁氧体的陶瓷构形成片，将这样制成的陶瓷生片加工形成穿孔15，穿孔15在平面示意图中是圆形，如图2所示。所述穿孔15在制品(叠层线圈元件)中有通路孔功能。
如图1所示，本实施例中用的激光束机设有支承装置(即本实施例中的XY工作台)11，它构成为支承陶瓷生片10并按预定方向移动陶瓷生片10；激光束源1；激光束源驱动装置1a，用于驱动激光束源1；掩模3，用于使激光束源1发射的激光束2整形成预定形状；衍射光栅4，它使通过掩模的激光束2通过它而分割成多束激光束2，使单个0级衍射束的能量等于或小于加工陶瓷生片所需的阈值能量；电流镜(galvanomirror)5，它按预定角度反射通过衍射光栅4的激光束2；电流镜驱动装置6，它改变电流镜的反射角度；和会聚透镜7，用于单独会聚用电流镜按预定反射角反射的激光束，并使激光束2辐射到被支承装置11支承的陶瓷生片10。
本激光束机中，用辐射CO2激光束的激光束源作为激光束源1。吸收少量CO2激光束的ZnSe用作衍射光栅4、电流镜5和会聚透镜7。
该激光束机中用的衍射光栅4是用高精度方法制成的，并能把激光束2分割成多束激光束2，其中，0级衍射束的能量等于或小于加工陶瓷生片的阈值能量。
即，用按高精度方法制成的衍射光栅4制造陶瓷生片10，激光束2的0级和更高级衍射束的能量减小到低于第1级衍射束的能量。能把更高级衍射束的能量控制在第1级衍射束能量的1％以下，把0级衍射束的能量控制在第1级衍射束能量的5％以下。
结果，不只是0级衍射束的激光能量能控制在陶瓷生片10加工所需阈值能量以下，也能使0级和更高级衍射束的总激光能量控制在陶瓷生片加工所需的阈值能量以下，所以，能防止0级和更高级衍射束加工陶瓷生片10。因此，能有效形成有所需形状和尺寸的穿孔。
当0级衍射束的激光能量在用高精度方法制成的衍射光栅4加工所需的阈值能量以下时，由于不必与第1级衍射束叠加，所以能简化激光束机的结构。
以下说明用有所述结构的激光束机在陶瓷生片中形成穿孔的方法。
(a)乙烯基乙酸酯粘接剂加入主要含NiCuZn铁氧体的陶瓷中，并用球磨机进行17小时混合。生成的混合物用刮刀法制成片形。制成的50μm厚的陶瓷生片10放到支承装置11上。
(b)CO2激光束发生装置构成的激光束源1发射的激光束2，用于按额定功率300W输出，在陶瓷生片中钻孔，激光束2通过掩模3，之后，通过衍射光栅4整形，它分割成多束激光束2(本实施例中是分割成垂直方向5束×水平方向5束＝25束)，分割的激光束的形状和尺寸相当于在陶瓷生片中要形成的穿孔15的形状和尺寸，如图2所示，激光束的能量等于或小于陶瓷生片加工所需的阈值能量。按本发明，激光束能进行各种分割，例如分割成垂直方向3束×水平方向3束＝9束，和垂直方向7束×水平方向7束＝49束。
(c)用电流镜5按预定反射角反射均匀分割的多束激光束2，随后，用会聚透镜7单独会聚反射的激光束2。
(d)会聚的激光束2辐射到陶瓷生片10，在陶瓷生片10的预定位置同时形成形状和尺寸一致的多个穿孔15。
(e)改变电流镜5的反射角，重复使激光束2辐射到陶瓷生片10，在陶瓷生片10的不同的预定位置形成形状和尺寸一致的穿孔15(见图2)。
(f)改变电流镜5的反射角，重复激光束2辐射到陶瓷生片10的步骤(e)，在陶瓷生片10的预定区域(改变电流镜5的反射角，能在其中不同的位置形成穿孔)形成形状和尺寸一致的穿孔。随后，XY工作台移动预定距离，重复所述步骤(b)至(e)，在陶瓷生片10上的预定位置形成形状和尺寸一致的穿孔15。
按本实施例的陶瓷生片制造方法，由于用按高精度制成的衍射光栅4能把激光束2分割成多束激光束2，使0级衍射束的能量低于第1级衍射束的能量，并且0级衍射束的能量在陶瓷生片加工所需阈值能量以下，所以，能防止除第1级衍射束之外的0级和更高级衍射束加工陶瓷生片。因此，能在陶瓷生片中有效形成有所需形状和尺寸的穿孔。
当0级衍射束的激光能量在用高精度方法制成的衍射光栅4加工所需的阈值能量以下时，像本实施例中这样，由于不必与第1级衍射束叠加，所以，能简化激光束机结构。
上述实施例中，已作为实例说明了主要含NiCuZn的铁氧体陶瓷生片的制造情况。但是，本发明不限于此。它能广泛用于各种陶瓷生片的制造中。
上述实施例中，用CO2激光束。但是，本发明中用的激光束没有具体限制。其它激光束也能用。
而且，对于其它方面，本发明也不限于上述实施例，在本发明范围内会有各种应用和改进。
如上所述，由于按本发明的陶瓷生片制造方法包括以下步骤激光束源发射的激光束通过掩模整形为预定形状；整形的激光束通过衍射光栅分割成多束激光束，以使单束0级衍射束的能量在陶瓷生片加工所需阈值能量以下；用电流镜反射分割的激光束；用会聚透镜单独会聚反射的激光束，和使会聚的激光束辐射到陶瓷生片上，所以能防止因0级衍射束的作用而使穿孔尺寸超过预定尺寸，能有效形成有所需形状和尺寸的穿孔(例如形状和尺寸一致的穿孔)。
关于上述的陶瓷生片制造方法，当激光束机设有多个衍射光栅和根据陶瓷生片种类和所用加工条件适当选择要用的衍射光栅用的转换系统时，可用一台激光束机有效加工多种要加工的材料，因此能更好地呈现本发明的效果。
由于按本发明的激光束机设有支承陶瓷生片用的支承装置、激光束源、把激光束整形成预定形状的掩模、用于把通过掩模的激光束分割成多束激光束并使单束0级衍射束的能量变成等于或小于陶瓷生片加工所需的阈值能量的衍射光栅、用于按预定反射角反射通过衍射光栅的激光束的电流镜、改变电流镜的反射角用的电流镜驱动装置以及单独会聚用电流镜按预定反射角反射的激光束和使激光束辐射到陶瓷生片用的会聚透镜。因此，用这种激光束机能可靠地实现本发明陶瓷生片制造方法，并且能在陶瓷生片中有效形成有所需形状和尺寸的多个穿孔。
当上述激光束机设有能根据陶瓷生片的种类和加工条件适当选择要用的衍射光栅的转换系统时，它只要按陶瓷生片种类和加工条件适当选择要用的衍射光栅，就能有效用于多种陶瓷生片和多种加工条件。因此，有效地呈现出本发明的效果。
权利要求
1.一种陶瓷生片的制造方法，其中，在陶瓷生片中形成多个穿孔，该方法包括以下步骤激光束源发射的激光束通过掩模整形成预定形状；整形的激光束通过衍射光栅分割成多束激光束，使单束0级衍射束的能量变成等于或小于陶瓷生片加工所需阈值能量；用电流镜反射被衍射光栅分割的激光束；用会聚透镜单独会聚被电流镜反射的激光束；用会聚透镜会聚的激光束辐射陶瓷生片，在陶瓷生片的预定位置中形成同时具有所需形状和尺寸的多个穿孔；和之后，改变电流镜的反射角度，重复使激光束辐射陶瓷生片，在陶瓷生片上不同的预定位置形成有所需形状和尺寸的多个穿孔。
2.按权利要求1的陶瓷生片制造方法，还包括以下步骤根据陶瓷生片的种类和加工条件，用一台激光束机中的转换系统从多个衍射光栅中适当选择要用的一个衍射光栅。
3.一种在陶瓷生片中形成多个穿孔用的激光束机，包括支承装置，用于支承陶瓷生片；激光束源，它辐射激光束；掩模，从激光束源发射的激光束经过它整形成预定形状；衍射光栅，通过掩模的激光束通过它分割成多束激光，使单束0级衍射束的能量变成等于或小于陶瓷生片加工所需阈值能量；电流镜，它按预定的反射角反射通过衍射光栅的激光束；电流镜驱动装置，用于改变电流镜的反射角；和会聚透镜，用于单独会聚用电流镜按预定反射角反射的激光束并使激光束辐射被支承装置支承的陶瓷生片。
4.按权利要求3的激光束机，包括多个衍射光栅和一个转换系统，转换系统选择要用的衍射光栅，并且根据陶瓷生片的种类和加工条件选择衍射光栅，一台激光束机能用于多种陶瓷生片和多种加工条件。
全文摘要
本发明提供了陶瓷生片的制造方法和所用的激光束机,以在陶瓷生片的预定位置有效形成有所需形状和尺寸的多个穿孔。通过进行以下步骤:构形的激光束通过衍射光栅分割成多束激光束,使单束0级衍射束的能量变成等于或小于陶瓷生片加工所需阈值能量;用电流镜反射分割的激光束;用会聚透镜单独会聚反射的激光束;和激光束辐射到陶瓷生片,可防止0级和更高级的衍射束加工陶瓷生片,从而同时形成有所需形状和尺寸的多个穿孔。
文档编号B23K26/073GK1355669SQ0113845
公开日2002年6月26日 申请日期2001年10月11日 优先权日2000年10月11日
发明者山本高弘 申请人:株式会社村田制作所