激光加工装置及激光加工方法

专利名称：激光加工装置及激光加工方法
技术领域：
本发明涉及一种例如适合于脆性材料的切割加工等的激光加工装置及激光加工方法。
背景技术：
通常，在如烧成陶瓷片等脆性材料的切割加工中，用基于磨刀石的研磨等力学方法进行整形。但是，烧成陶瓷片等由于通过烧结在内部产生高残留应力，所以特别是其基板厚度越变薄，残留应力就会越变高，很难加工成不产生加工开始时的裂缝等。并且，还已知有如下方法为了得到所希望的加工性状，向烧成陶瓷片等照射激光，并且进行反复扫描，从而实施切割等加工。例如，以往在专利文献1中记载有如下脆性材料的割断方法由激光等的点热源对由具有龟裂的脆性材料构成的带板进行加热，并且移动加热点使龟裂伸展以割断带板。并且，在专利文献2中记载有如下方法一种为了程序控制切割至少包含1层的基板而使用脉冲激光的方法，扫描脉冲激光而对基板进行切割的方法。专利文献1 日本专利公开平11-M0730号公报专利文献2 日本专利公表2005-523583号公报上述以往的技术中，留有以下课题。S卩，在利用以往的方法，即照射激光反复扫描而刻划线槽来进行割断的方法时，也存在如下问题，即，因加工中途的热影响或杂质的分散情况，进行划线时向未预期方向产生裂缝而导致分割。

发明内容
本发明是鉴于上述课题而完成的，其目的在于提供一种即使在具有高残留应力的脆性材料的切割加工中也不会产生龟裂等而能够进行加工的激光加工装置及激光加工方法。本发明为了解决所述课题，采用了以下结构。即，本发明的激光加工装置，向加工对象物照射激光而进行加工，其特征在于，具备激光照射机构，所述激光照射机构脉冲振荡激光并以一定的重复频率照射至所述加工对象物的同时进行扫描，在将所述重复频率设为 H，激光的光束直径设为a，激光向同一加工线上的扫描次数设为n，每照射1次脉冲激光的移动距离L设为η/2 X a时，所述激光照射机构将激光的扫描速度S设为L/(l/H)的同时， 将扫描次数为第1次的激光的照射开始位置设为Li，扫描次数为第η次的激光的照射开始位置Ln设为Ll+(L/n) X (n_l)，从而在每次扫描时偏移照射开始位置而进行所述照射。本发明的激光加工方法，向加工对象物照射激光而进行加工，其特征在于，具有激光照射工序，所述激光照射工序脉冲振荡激光并以一定的重复频率向所述加工对象物进行照射的同时进行扫描，在所述激光照射工序中，将所述重复频率设为H，激光的光束直径设为a，激光向同一加工线上的扫描次数设为n，每照射1次脉冲激光的的移动距离L设为η/2 X a时，将激光的扫描速度S设为L/ (1/H)的同时，将扫描次数为第1次的激光的照射开始位置设为Li，扫描次数为第η次的激光的照射开始位置Ln设为Ll+(L/n) X (n-1)，从而在每次扫描时偏移照射开始位置而进行所述照射。在这些激光加工装置及激光加工方法中，将激光的扫描速度S设为L/(l/H)的同时，将扫描次数为第1次的激光的照射开始位置设为Ll，扫描次数为第η次的激光的照射开始位置Ln设为Ll+(L/n) X (n_l)，从而在每次扫描时偏移照射开始位置而进行照射，所以可抑制加工对象物的应力急剧变化而不会产生龟裂等而进行加工。S卩，一边偏移照射开始位置，一边在相同加工线上依次进行扫描而重复加工，以使补上以脉冲的形式照射至加工对象物的激光的点间隔即上述移动距离L，所以扫描1次时， 加工点空出间隔而远离，因此在扫描中途加工对象物空出间隔而成为相连的状态，难以碎裂。并且，如以往，以基于激光的加工点连续重叠的方式进行扫描时，使相连的槽延伸而进行切割加工，所以产生急剧的应力变化，与此相反，本发明中，扫描1次时加工点未接连，能够抑制急剧的应力变化。并且，本发明的激光加工装置的特征在于，具备有安装夹具，安装从而固定所述加工对象物；以及冷却机构，在该安装夹具的内部使冷却液流通。并且，本发明的激光加工方法的特征在于，在所述安装夹具的内部使冷却液流通的同时进行所述照射。即，在这些激光加工装置及激光加工方法中，在安装夹具的内部使冷却液流通，所以可由所流通的冷却液并通过安装夹具对因激光引起的加工热进行吸热，从而能够防止向脆性材料等加工对象物的蓄热。并且，本发明的激光加工方法的特征在于，在所述加工对象物的加工面粘结树脂薄膜，并且从所述树脂薄膜上向所述加工面照射激光。S卩，在该激光加工方法中，由于在加工对象物的加工面粘结树脂薄膜，并且从树脂薄膜上向加工面照射激光，所以通过表面的树脂薄膜吸收激光的中心以外的剩余能量，能够防止向脆性材料等加工对象物的蓄热。并且，可通过树脂薄膜力学保持加工中的加工对象物，且能够抑制龟裂或裂缝等的产生。并且，本发明的激光加工方法的特征在于，在所述加工对象物的加工面的相反面粘结金属薄膜，并且使该金属薄膜粘附于安装夹具上，将所述加工对象物固定在该安装夹具上而进行所述照射。S卩，在该激光加工方法中，由于在加工对象物的加工面的相反面粘结金属薄膜，并且使该金属薄膜粘附于安装夹具上，将加工对象物固定在该安装夹具上而进行照射，所以能够通过金属薄膜力学保持加工中的加工对象物的同时，加工时的热通过热传导性高的金属薄膜放热至安装夹具，从而能够防止向脆性材料等加工对象物的蓄热。尤其通过采用设置有上述冷却机构的安装夹具，能够得到高放热效果。根据本发明，得到以下效果。S卩，根据本发明所涉及的激光加工装置及激光加工方法，将激光的扫描速度S设为L/ (1/H)的同时，将扫描次数为第1次的激光的照射开始位置设为Li，扫描次数为第η次的激光的照射开始位置Ln设为Ll+(L/n) X (n_l)，从而每次扫描时偏移照射开始位置而进行照射，所以可抑制加工对象物的应力急剧变化而不会产生龟裂等而进行加工。
因此，在具有高残留应力的脆性材料等的切割加工中，也不会产生龟裂或裂缝等， 能够进行稳定的加工。


图1是在本发明所涉及的激光加工装置及激光加工方法的一实施方式中，表示激光加工装置的简单的整体结构图。图2是在本实施方式中表示加工对象物及安装夹具的截面图。图3是在本实施方式中表示激光的扫描方法的说明图。符号说明1-激光加工装置，2-激光照射机构，4-安装夹具，5-冷却机构，5a_冷却液，7_树脂薄膜，8-金属薄膜，B-激光，W-加工对象物。
具体实施例方式以下，参照图1至图3说明本发明所涉及的激光加工装置及激光加工方法的一实施方式。另外，在以下说明中使用的各附图中，为了将各部件设为可识别或容易识别的大小，适当地变更比例尺。如图1至图3所示，本实施方式的激光加工装置1为向加工对象物W照射激光B 而进行加工的装置，具备有激光照射机构2，脉冲振荡激光B并以一定的重复频率向加工对象物W进行照射的同时进行扫描；移动机构3，可保持加工对象物W而移动；安装夹具4， 设置于该移动机构3上且安装从而固定加工对象物W ；冷却机构5，在该安装夹具4的内部使冷却液如流通；以及控制这些的控制部6。上述加工对象物W例如为陶瓷烧结体的基板等具有高残留应力的脆性材料。另外，如图2所示，加工时在加工对象物W的加工面(表面)粘结树脂薄膜7，并且从树脂薄膜7上向加工面照射激光B。并且，在加工对象物W的加工面的相反面(背面) 粘结金属薄膜8，并且使该金属薄膜8粘附于安装夹具4，并在该安装夹具4固定加工对象物W而进行照射。作为上述树脂薄膜7可采用聚四氟乙烯薄膜、聚对苯二甲酸乙二酯薄膜、聚乙烯薄膜、聚丙烯薄膜、聚甲基戊烯薄膜、聚氯乙烯等塑料薄膜、聚烯烃等的紫外线透射薄膜等。并且，作为上述金属薄膜8可采用铝、铜、不锈钢(SUS)等金属带。该金属薄膜8 由以丙烯酸橡胶、聚氨酯树脂、硅酮树脂等为主成分的粘着剂粘结于加工对象物W。另外，作为这些树脂薄膜7及金属薄膜8，优选采用热膨胀系数与加工对象物W相同或与其接近且不易产生加工时的热膨胀差的低热膨胀率薄膜。例如，将热膨胀系数为 8.8Χ10_6/Κ的氧化铝(Al2O3)或热膨胀系数为10.8Χ10_6/Κ的镓酸镧作为加工对象物W 进行加工时，采用热膨胀系数为6 IOX 10_6/K的低热膨胀率特殊树脂(例如低热膨胀聚酰亚胺)作为树脂薄膜7。并且，此时作为金属薄膜8优选热膨胀系数为13.6Χ10_6/Κ的 SUS304。上述移动机构3由如下构成Χ轴载物台部3χ，可向平行于水平面的X方向移动；Y 轴载物台部3y，设置于该X轴载物台部3x上，并且可向相对于X方向垂直且平行于水平面的Y方向移动；以及Z轴载物台部3z，设置于该Y轴载物台部3y上，固定有安装夹具4而可保持加工对象物W的同时，能够向垂直于水平面方向移动。上述激光照射机构2具备有激光光源9，通过Q开关的触发信号振荡出激光B的同时，还具有聚光成点状的光学系统；电扫描仪10，扫描所照射的激光B ；以及CCD摄像机 11，为了确认被保持的加工对象物W的加工位置而进行拍摄。上述激光光源9可以使用能够照射190 550nm的任一波长的激光B的光源，例如在本实施方式中，使用可振荡出波长为355nm的激光B而出射的光源。上述电扫描仪10配置于移动机构3的正上方。并且，上述CXD摄像机11邻接于电扫描仪10而设置。上述冷却机构5具有例如使冷却水作为冷却液fe在设置于安装夹具4的内部的流通路恥内流通的结构，流通路恥上连接有冷却液fe的供给源(省略图示)。并且，安装夹具4在加工对象物W的安装面形成有多个吸附孔4a，这些吸附孔如通过形成于夹具内部的腔部4b连接于真空源(省略图示)。即，可通过吸附孔如真空吸附载置于安装面的加工对象物W以进行保持。如此，安装夹具4成为具有水冷功能和真空吸附功能的水冷吸附夹具。 上述激光照射机构2设定为如下将重复频率设为H，激光B的光束直径设为a，激光B向同一加工线上的扫描次数设为n，每照射1次激光B的移动距离L设为η/2 X a时，将激光B的扫描速度S设为L/(l/H)的同时，将扫描次数为第1次的激光B的照射开始位置设为Li，扫描次数为第η次的激光的照射开始位置Ln设为Ll+(L/n) X (n_l)，从而在每次扫描时偏移照射开始位置而进行照射。另外，此时，每发出一次脉冲激光的时间成为1/H。并且，扫描次数η为任意数且不会产生龟裂等的数，并设定在能够控制扫描速度S的范围内。并且，激光照射机构2将激光输出设定为稍微高于加工对象物W的加工阈值。如果详细叙述的话，如图3所示，将扫描次数设为3次(n = 3)时，在第1次扫描时从照射开始位置Ll开始扫描，空出移动距离L以设定的重复频率H及扫描速度S在加工线上照射激光B。例如，将光束直径a设为20 μ m,重复频率H设为IOkHz时，扫描速度S被设定成300mm/sec。在该第1次扫描中，由于在加工线上空出间隔而进行加工，所以加工对象物W在加工点之间连在一起。接着，在第2次扫描时，将激光B的照射开始位置设定为Ll+(L/2)，从第1次照射开始位置偏移，在与第1次扫描相同的加工线上进行扫描。另外，在最后第3次扫描时，将激光B的照射开始位置设定为Ll+(L/3) X 2，从第1次及第2次照射开始位置偏移，在与第 1次扫描相同的加工线上进行扫描。通过该3次扫描，加工对象物W在加工线上完全被切割。如此，在本实施方式中，由于将激光B的扫描速度S设为L/(l/H)的同时，将扫描次数为第1次的激光B的照射开始位置设为Li，扫描次数为第η次的激光B的照射开始位置Ln设为Ll+(L/n) X (n_l)，从而在每次扫描时偏移照射开始位置而进行照射，所以可抑制加工对象物W的应力急剧变化，不会产生龟裂等而进行加工。S卩，一边偏移照射开始位置一边在相同加工线上依次进行扫描而重叠加工，以使补上以脉冲的形式照射至加工对象物W的激光B的点间隔即上述移动距离L，所以扫描1次时，加工点空出间隔而远离，因此在扫描中途加工对象物W空出间隔而成为相连的状态，难以碎裂。并且，如以往，以基于激光的加工点连续重叠的方式扫描时，相连的槽延伸而进行切割加工，所以产生急剧的应力变化，与此相反，在本实施方式中，扫描1次时加工点不会连续，能够抑制急剧的应力变化。并且，由于在安装夹具4的内部使冷却液如流通，所以可由所流通的冷却液如并通过安装夹具4对加工热进行吸热，能够防止向脆性材料等加工对象物W的蓄热。另外，由于在加工对象物W的加工面粘结树脂薄膜7，并且从树脂薄膜7上向加工面照射激光B，所以通过表面的树脂薄膜7吸收激光B的中心以外的剩余能量，能够防止向脆性材料等加工对象物W的蓄热。并且，可通过树脂薄膜7力学保持加工中的加工对象物W，并且能够抑制龟裂或裂缝等的产生。尤其，如以往，不在加工线上空出间隔而使其连续以持续照射激光B时，树脂薄膜7的加工线周边由热熔化，槽宽变宽而导致加工部附近的保持效果下降，但是在本实施方式中，由于空出间隔而进行照射，所以还能够降低对树脂薄膜7的热影响，并且能够控制槽宽使其狭窄。并且，由于在加工对象物W的加工面的相反面粘结金属薄膜8，并且使该金属薄膜 8粘附于安装夹具4，在该安装夹具4固定加工对象物W而进行照射，所以可通过金属薄膜8 力学保持加工中的加工对象物W的同时，加工时的热通过热传导性高的金属薄膜8放热至安装夹具4，能够防止向脆性材料等加工对象物W的蓄热。[实施例1]接着，根据本发明所涉及的激光加工装置及激光加工方法对实际加工时的实施例进行具体说明。在本实施例中，利用本实施方式的激光加工装置，由波长为355nm的激光将陶瓷烧结体(厚度250 μ m)作为加工对象物进行了加工。此时，用丙烯酸系粘结剂将聚酰亚胺树脂薄膜(厚度0. Imm)作为树脂薄膜粘结于陶瓷烧结体的表面，用硅酮系粘结剂将铝薄膜 (厚度0.05mm)作为金属薄膜粘结于背面。使该状态的加工对象物吸附于安装夹具上。将激光的输出设定为1. 3W，重复频率H设定为125kHz，测定光束点，结果光束直径为20 μ m，所以将扫描速度S设定为3750mm/sec，用电扫描仪以3次扫描次数进行加工。其结果，可以得到无裂缝的良好的切割面。工业实用性本发明的激光加工装置及激光加工方法尤其适用于具有高残留应力的脆性材料的切割加工中。
权利要求
1.一种激光加工装置，向加工对象物照射激光而进行加工，其特征在于，具备激光照射机构，所述激光照射机构脉冲振荡激光并以一定的重复频率照射至所述加工对象物的同时进行扫描，在将所述重复频率设为H，激光的光束直径设为a，激光向同一加工线上的扫描次数设为n，每照射1次脉冲激光的移动距离L设为η/2 X a时，所述激光照射机构将激光的扫描速度S设为L/(l/H)的同时， 将扫描次数为第1次的激光的照射开始位置设为Li，扫描次数为第η次的激光的照射开始位置Ln设为Ll+(L/n) X (n_l)，从而在每次扫描时偏移照射开始位置而进行所述照射。
2.如权利要求1所述的激光加工装置，其特征在于，具备有 安装夹具，安装从而固定所述加工对象物；以及冷却机构，在该安装夹具的内部使冷却液流通。
3.一种激光加工方法，向加工对象物照射激光而进行加工，其特征在于，具有激光照射工序，所述激光照射工序脉冲振荡激光并以一定的重复频率向所述加工对象物进行照射的同时进行扫描，在所述激光照射工序中，将所述重复频率设为H，激光的光束直径设为a，激光向同一加工线上的扫描次数设为n，每照射1次脉冲激光的移动距离L设为η/2 X a时， 将激光的扫描速度S设为L/(1/H)的同时，将扫描次数为第1次的激光的照射开始位置设为Li，扫描次数为第η次的激光的照射开始位置Ln设为Ll+(L/n) X (n_l)，从而在每次扫描时偏移照射开始位置而进行所述照射。
4.如权利要求3所述的激光加工方法，其特征在于在所述加工对象物的加工面粘结树脂薄膜，并从所述树脂薄膜上向所述加工面照射激光。
5.如权利要求3或4所述的激光加工方法，其特征在于在所述加工对象物的加工面的相反面粘结金属薄膜，使该金属薄膜粘附于安装夹具， 从而将所述加工对象物固定在该安装夹具上而进行所述照射。
6.如权利要求5所述的激光加工方法，其特征在于 在所述安装夹具的内部使冷却液流通的同时，进行所述照射。
全文摘要
本发明提供一种激光加工装置及激光加工方法，其在具有高残留应力的脆性材料的切割加工中，也不会产生龟裂等而能够进行加工。一种向加工对象物照射激光而进行加工的装置，具备激光照射机构，所述激光照射机构脉冲振荡激光并以一定的重复频率向加工对象物进行照射的同时进行扫描，在将重复频率设为H，激光的光束直径设为a，激光向同一加工线上的扫描次数设为n，每照射1次脉冲激光的移动距离L设为n/2×a时，激光照射机构将激光的扫描速度S设为L/(1/H)的同时，将扫描次数为第1次的激光的照射开始位置设为L1，扫描次数为第n次的激光的照射开始位置Ln设为L1+(L/n)×(n-1)，从而在每次扫描时偏移照射开始位置而进行照射。
文档编号B23K26/40GK102189345SQ20111003558
公开日2011年9月21日 申请日期2011年1月28日 优先权日2010年3月4日
发明者日向野哲, 高桥正训 申请人:三菱综合材料株式会社