JP2003275884A - レーザを用いた基板切断方法及び切断装置 - Google Patents

レーザを用いた基板切断方法及び切断装置

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JP2003275884A
JP2003275884A JP2002080394A JP2002080394A JP2003275884A JP 2003275884 A JP2003275884 A JP 2003275884A JP 2002080394 A JP2002080394 A JP 2002080394A JP 2002080394 A JP2002080394 A JP 2002080394A JP 2003275884 A JP2003275884 A JP 2003275884A
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substrate
beam spot
laser
mask
cutting method
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Keiji Iso
圭二 礒
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Sumitomo Heavy Industries Ltd
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Sumitomo Heavy Industries Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 微細なパターンに沿って基板を切断すること
が可能な切断方法を提供する。 【解決手段】 イオンを含んだ固体誘電体をレーザ媒質
として用いるレーザの2倍高調波を、基板の表面に入射
させる。基板の表面上をビームスポットが移動するよう
に、ビームスポット及び基板の少なくとも一方を移動さ
せながら、基板を切断する。ビームスポットを小さく絞
ることにより、微細なパターンに沿って基板を切断する
ことが可能になる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、レーザを用いた基
板切断方法及び切断装置に関し、特にフレキシブル基板
の切断に適した基板切断方法及び切断装置に関する。
【0002】
【従来の技術】携帯用電子機器に使用されるフレキシブ
ル基板を切断する方法として、機械ドリルを使用する方
法、及び金型を用いる方法が知られている。高密度実装
が進むに従って、微細なパターンに沿って切断する技術
が求められている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】量産用途に用いられる
機械ドリルのドリル径の最小寸法は、0.3mm程度で
ある。このため、微細なパターン、例えば微小間隔で並
ぶ櫛歯状のパターンに沿って切断することが困難であ
る。金型を用いる方法の切断最小幅は0.5mm程度で
あり、それよりも微小な間隔で並ぶ櫛歯状のパターンに
沿って切断することは困難である。
【0004】本発明の目的は、微細なパターンに沿って
基板を切断することが可能な切断方法及び切断装置を提
供することである。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明の一観点による
と、イオンを含んだ固体誘電体をレーザ媒質として用い
るレーザの2倍高調波を、基板の表面に入射させ、該基
板の表面上をビームスポットが移動するように、ビーム
スポット及び該基板の少なくとも一方を移動させなが
ら、該基板を切断する工程を有する基板切断方法が提供
される。
【0006】ビームスポットを小さく絞ることにより、
微細なパターンに沿って基板を切断することができる。
本発明の他の観点によると、レーザビームを出射するレ
ーザ光源と、前記レーザ光源から出射されたレーザビー
ムを透過させるビーム透過孔が形成されたマスクであっ
て、該ビーム透過孔の外周が直線部分を含み、該レーザ
ビームのビーム断面を整形するマスクと、加工対象物を
保持するステージと、前記ステージに保持された加工対
象物の表面上に、前記マスクのビーム透過孔を結像させ
る結像光学系と、前記ステージに保持された加工対象物
の表面上をレーザビームのビームスポットが移動するよ
うに、ビームスポット及び加工対象物の少なくとも一方
を移動させる移動機構と、前記ステージに保持された加
工対象物の表面上に形成される前記マスクのビーム透過
孔の像の外周の直線部分が、該加工対象物の表面上のビ
ームスポットの軌跡の各位置における接線と平行になる
ように、前記マスク及び加工対象物の少なくとも一方を
回転させる回転機構とを有するレーザ切断装置が提供さ
れる。
【0007】ビームスポットを小さく絞ることにより、
微細なパターンに沿って基板を切断することができる。
ビーム透過孔の像の外周の直線部分によって描かれた軌
跡に対応する切断面を、加工対象物の表面に対して垂直
に近づけることができる。
【0008】
【発明の実施の形態】図1(A)に、本発明の実施例に
よる切断装置の概略図を示す。レーザ光源1が、イオン
を含んだ固体誘電体をレーザ媒質として用いる固体レー
ザ発振器と、波長変換素子とを含んで構成される。レー
ザ光源1は、レーザ媒質から誘導放出される基本波の2
倍高調波を出射する。レーザ媒質としてNd:YAGを
用いた場合には、2倍高調波の波長は532nmであ
る。
【0009】レーザ光源1から出射されたレーザビーム
が、マスク2のビーム透過孔を通過することにより、そ
のビーム断面が整形される。ビーム透過孔の形状は、例
えば正方形である。マスク2のビーム透過孔を通過した
レーザビームが、折り返しミラー3で、加工対象物10
に向けて反射される。加工対象物10は、XYステージ
5の保持面に保持されている。
【0010】折り返しミラー3とXYステージ5との間
のレーザビームの光路上に凸レンズ4が配置されてい
る。凸レンズ4は、マスク2に設けられているビーム透
過孔を、XYステージに保持されている加工対象物10
の表面上に結像させる。このため、加工対象物10の表
面におけるビームスポットは正方形になる。XYステー
ジ5は、制御装置7から制御を受け、加工対象物10を
XY面に平行な方向に移動させる。XY面は、加工対象
物10に入射するレーザビームの中心軸に対して垂直で
ある。
【0011】回転機構6が、制御装置7から制御を受
け、マスク2のビーム透過孔を透過するレーザビームの
中心軸を中心として、マスク2を回転移動させる。マス
ク2が回転移動すると、加工対象物10の表面上に結ば
れているビーム透過孔の像も回転移動する。
【0012】加工対象物10は、例えばポリイミドフィ
ルムの表面上に銅配線パターンがプリントされたフレキ
シブル基板である。レーザ光源1の平均出力は5W、パ
ルス周波数は40kHz、パルス幅は30ns、加工対
象物10の表面のビームスポットは、一辺の長さが50
μmの正方形、パルスエネルギ密度は10J/cm2
ある。この条件でパルスレーザビームを40ショット入
射させると、厚さ9μmの銅箔と厚さ25μmのポリイ
ミドフィルムとを貫通する穴を形成することができる。
【0013】レーザビームのパルス幅を100ns以
下、平均出力を5W以上、パルス周波数を5kHz以上
とすることが好ましい。このような条件を満たすレーザ
ビームを使用することにより、熱影響による銅箔の盛り
上がり、及びポリイミドフィルムからの銅箔の剥離を防
止しつつ、高速で基板の切断を行うことができる。
【0014】また、ポリイミドフィルムの表面に形成さ
れた銅箔を切断するために、銅箔表面におけるパルスエ
ネルギ密度を10J/cm2以上とすることが好まし
い。なお、加工対象物がポリイミドフィルムのみの場
合、または切断するときのビームスポットの軌跡上に銅
箔が形成されていない場合には、加工対象物の表面にお
けるパルスエネルギ密度は1J/cm2以上であれば十
分である。
【0015】次に、加工対象物10の切断方法について
説明する。XYステージ5を動作させて加工対象物10
の表面上でビームスポットを移動させる。前回のショッ
トでレーザビームに照射された領域と、今回のショット
で照射される領域とが部分的に重なり、結果的に、ビー
ムスポットの軌跡上の全ての点に40ショット以上のレ
ーザビームが入射するように、加工対象物10の移動速
度が調整される。例えば、一辺の長さが50μmの正方
形のビームスポットの場合、ビームスポットの移動速度
を50μm/(40ショット/40kHz)=50mm
/s以下にすればよい。この条件を満たすようにビーム
スポットを移動させると、加工対象物10をビームスポ
ットの軌跡に沿って切断することができる。
【0016】ビームスポットの大きさが50μm程度で
あるため、微細なパターンに沿って切断することが可能
である。例えば、100μm間隔で配列した櫛歯状のパ
ターンに沿って切断することも可能である。
【0017】図1(B)に、切断時のビームスポットの
移動の様子を示す。切断すべきパターン20が、閉じた
曲線で構成されている。切断すべきパターン20の内側
が、電子回路基板として使用される部分である。正方形
のビームスポット21の1つの辺が、パターン20の接
線方向と平行になるようにビームスポット21の向きが
制御される。例えば、加工対象物10のx方向への移動
速度をVx、y方向への移動速度をVy、ビームスポッ
ト21の1つの辺とx軸とのなす角度をθとすると、
【0018】
【数1】tanθ=Vy/Vx が成立するようにビームスポット21の向きが制御され
る。
【0019】ビームスポット21の向きの制御は、図1
(A)に示したマスク2を回転移動させることにより行
われる。すなわち、ビームスポットは、その外周の1つ
の辺と平行な方向に移動する。以下、ビームスポットの
向きを制御する効果について説明する。
【0020】図1(D)に、円形のビームスポットを用
いてフレキシブル基板を切断した場合の切断部分の断面
図を示す。円形のビームスポットを有するレーザビーム
で切断した場合には、切断部分の端面が斜めになってい
る。これは、ビームスポットの軌跡の幅方向の端におけ
る累積の露光量が、中心における累積の露光量よりも少
ないためである。
【0021】図1(E)に、上記実施例による方法で切
断した場合の切断部分の断面図を示す。正方形のビーム
スポットが、その1つの辺と平行な方向に移動するた
め、ビームスポットの軌跡の端と中心との累積の露光量
がほぼ等しくなる。このため、切断部分の端面が、加工
対象物10の上面に対してほぼ垂直になる。
【0022】図1(C)に示すように、ビームスポット
21の形状が三角形になるようにしてもよい。このと
き、三角形の1つの辺が、切断すべきパターン20のビ
ームスポットの位置における接線方向と平行になるよう
に、ビームスポットの向きを制御する。なお、ビームス
ポット21が、電子回路基板として使用する部分(図1
(C)においては、切断すべきパターン20の内側)よ
りも外側に配置されるように、ビームスポット21の位
置を制御する。これにより、電子回路基板として使用す
る部分の端面を、基板表面に対してほぼ垂直にすること
ができる。
【0023】上記実施例では、Nd:YAGレーザの2
倍高調波を使用したが、その他の固体レーザを使用して
もよい。固体レーザの例として、Nd:YLFレーザ、
Nd:YVO4レーザ等が挙げられる。
【0024】また、上記実施例では、XYステージ5で
加工対象物10を移動させたが、加工対象物10を固定
して、レーザビームを走査することにより、ビームスポ
ットを移動させてもよい。レーザビームの走査は、例え
ばガルバノスキャナを使用して行うことができる。
【0025】また、上記実施例では、ビームスポットの
形状を正方形または三角形としたが、少なくとも一部に
直線部分を含む外周を有する形状としてもよい。この場
合、この直線部分を、ビームスポットの軌跡の接線方向
と平行にすればよい。
【0026】上記実施例では、フレキシブル基板を切断
する場合を示したが、切断すべき加工対象物は、必ずし
もフレキシブル基板である必要はない。例えば、ガラス
エポキシ等を使用したプリント配線板を切断することも
可能である。
【0027】以上実施例に沿って本発明を説明したが、
本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種
々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に
自明であろう。
【0028】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
機械ドリルのドリル径に比べて小さなビームスポットを
有するレーザビームを用いることにより、微細なパター
ンに沿って加工対象物を切断することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 (A)は、本発明の実施例による切断装置の
断面図であり、(B)及び(C)は、ビームスポットの
移動の様子を示すための加工対象物の平面図であり、
(D)は、円形のビームスポットを有するレーザビーム
を使用して切断したときの切断部分の断面図であり、
(E)は、実施例による方法で切断したときの切断部分
の断面図である。
【符号の説明】
1 レーザ光源 2 マスク 3 折り返しミラー 4 凸レンズ 5 XYステージ 6 回転機構 7 制御装置 10 加工対象物 20 切断すべきパターン 21 ビームスポット
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) // B23K 101:42 B23K 101:42

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 イオンを含んだ固体誘電体をレーザ媒質
    として用いるレーザの2倍高調波を、基板の表面に入射
    させ、該基板の表面上をビームスポットが移動するよう
    に、ビームスポット及び該基板の少なくとも一方を移動
    させながら、該基板を切断する工程を有する基板切断方
    法。
  2. 【請求項2】 前記基板に入射するレーザビームがパル
    スレーザビームであり、そのパルス幅が100ns以
    下、平均出力が5W以上、パルス周波数が5kHz以上
    である請求項1に記載の基板切断方法。
  3. 【請求項3】 前記基板が、樹脂フィルムの表面に金属
    パターンが形成された基板であり、該基板の表面におけ
    るパルスエネルギ密度が10J/cm2以上である請求
    項2に記載の基板切断方法。
  4. 【請求項4】 さらに、前記基板に入射するレーザビー
    ムのビームスポットが、少なくとも一部に直線部分を含
    む外周を有する形状であり、前記基板の表面上のビーム
    スポットの軌跡が曲線部分を含み、ビームスポットの外
    周の直線部分が、ビームスポットの軌跡の各位置におけ
    る接線と平行になるようにビームスポットの向きを制御
    する工程を含む請求項1〜3のいずれかに記載の基板切
    断方法。
  5. 【請求項5】 前記基板がフレキシブル基板である請求
    項1〜4のいずれかに記載の基板切断方法。
  6. 【請求項6】 レーザビームを出射するレーザ光源と、 前記レーザ光源から出射されたレーザビームを透過させ
    るビーム透過孔が形成されたマスクであって、該ビーム
    透過孔の外周が直線部分を含み、該レーザビームのビー
    ム断面を整形するマスクと、 加工対象物を保持するステージと、 前記ステージに保持された加工対象物の表面上に、前記
    マスクのビーム透過孔を結像させる結像光学系と、 前記ステージに保持された加工対象物の表面上をレーザ
    ビームのビームスポットが移動するように、ビームスポ
    ット及び加工対象物の少なくとも一方を移動させる移動
    機構と、 前記ステージに保持された加工対象物の表面上に形成さ
    れる前記マスクのビーム透過孔の像の外周の直線部分
    が、該加工対象物の表面上のビームスポットの軌跡の各
    位置における接線と平行になるように、前記マスク及び
    加工対象物の少なくとも一方を回転させる回転機構とを
    有するレーザ切断装置。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7598103B2 (en) 2005-06-08 2009-10-06 Samsung Electronics Co., Ltd. Liquid crystal display panel with different substrate materials and method of making the liquid crystal display panel
KR101584819B1 (ko) 2009-05-21 2016-01-13 가부시기가이샤 디스코 반도체 웨이퍼의 가공 방법

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