JP6744634B2 - Laser processing method - Google Patents

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Description

本発明は、レーザ加工方法、特に、レーザ光を照射することで樹脂基板を切断する方法に関する。 The present invention is a laser pressurized Engineering how, in particular, relates to how you cut the resin substrate by irradiating a laser beam.

樹脂基板の種類は、単層樹脂基板と、複層樹脂基板とに分かれる。複層樹脂基板は、異なる材料の複数の樹脂層を含む。また、製品によって機能性膜(無機・金属・有機)を積層することがある。
複層樹脂基板を切断する装置として、レーザ加工装置が用いられる（例えば、特許文献１を参照）。複層樹脂基板は、レーザ加工装置によって、上側の層だけが切断されたり（ハーフカット加工）、全ての層が切断されたりする（フルカット加工）。 The types of resin substrates are divided into single-layer resin substrates and multi-layer resin substrates. The multilayer resin substrate includes a plurality of resin layers made of different materials. Depending on the product, functional films (inorganic/metal/organic) may be laminated.
A laser processing device is used as a device for cutting a multilayer resin substrate (see, for example, Patent Document 1). In the multilayer resin substrate, only the upper layer is cut (half-cut processing) or all layers are cut (full-cut processing) by a laser processing device.

特開２０１４−８５１１号公報JP, 2014-8511, A

複層樹脂基板をフルカット加工するときに、表面層より下側の層（例えば、中間層）がレーザ光に対して吸収率の高い材料からなる場合は、表面層より先に中間層が加工されることがある。この場合は、表面層の内側で発生したデブリが表面層によって排出を妨げられる。そのため、デブリが、樹脂層の境界に進入したり、内部に堆積したり、発熱して周辺部分を変質したりする。 When performing full-cut processing on a multilayer resin substrate, if the layer below the surface layer (for example, the intermediate layer) is made of a material that has a high absorptivity for laser light, the intermediate layer is processed before the surface layer. It may be done. In this case, the debris generated inside the surface layer is prevented from being discharged by the surface layer. Therefore, the debris enters the boundary of the resin layer, accumulates inside, or generates heat to deteriorate the peripheral portion.

本発明の目的は、レーザ加工装置によって複層樹脂基板をフルカット加工する際に、表面側の層の加工時に内側の樹脂層が加工されにくくすることにある。 An object of the present invention is to make it difficult for the inner resin layer to be processed when processing a layer on the front surface side when performing full-cut processing on a multilayer resin substrate with a laser processing apparatus.

以下に、課題を解決するための手段として複数の態様を説明する。これら態様は、必要に応じて任意に組み合せることができる。 A plurality of modes will be described below as means for solving the problems. These aspects can be arbitrarily combined as needed.

本発明の一見地に係るレーザ加工装置は、表面側から第１樹脂層と第２樹脂層とを有する複層樹脂基板を切断するための装置であって、第１レーザ装置と、第２レーザ装置とを備えている。
第１樹脂層はＰＥＴを含み、第２樹脂層はＰＩを含む。
第１レーザ装置は、第１樹脂層を切断するためのＣＯ ２ レーザ光（第１レーザ光）を発生する装置（ＣＯ ２ レーザ）である。第１レーザ光は、第１樹脂層に対するよりも第２樹脂層に対して吸収率が低い。
第２レーザ装置は、第２樹脂層を切断するためのＵＶレーザ光（第２レーザ光）を発生する装置（ＵＶレーザ）である。第２レーザ光は、第１樹脂層に対するよりも第２樹脂層に対して吸収率が高い。 A laser processing apparatus according to one aspect of the present invention is an apparatus for cutting a multi-layer resin substrate having a first resin layer and a second resin layer from a front surface side, and includes a first laser device and a second laser device. And a device.
The first resin layer contains PET and the second resin layer contains PI.
The first laser device is a device (CO 2 laser) that generates CO 2 laser light ( first laser light ) for cutting the first resin layer. The first laser light has a lower absorptance with respect to the second resin layer than with respect to the first resin layer.
The second laser device is a device (UV laser) that generates UV laser light ( second laser light ) for cutting the second resin layer. The second laser light has a higher absorptance with respect to the second resin layer than with respect to the first resin layer.

この装置では、第１レーザ光によって第１樹脂層が切断されるときに、第２樹脂層は加工されない条件（レーザパワー等）が選定される。なぜなら、第１レーザ光は第１樹脂層に対するよりも第２樹脂層に対して吸収率が低いからである。その結果、第１樹脂層の切断時に、第２樹脂層が加工されにくい。
第１樹脂層が切断された後に、第２レーザ光によって第２樹脂層が切断される。このときに発生するデブリは、第１樹脂層の切断部分から外部に出ていく。したがって、第２樹脂層加工時に発生するデブリが第１樹脂層内に止まることがない。 In this apparatus, conditions (laser power etc.) in which the second resin layer is not processed when the first resin layer is cut by the first laser light are selected. This is because the first laser light has a lower absorptance for the second resin layer than for the first resin layer. As a result, the second resin layer is difficult to process when the first resin layer is cut.
After the first resin layer is cut, the second resin layer is cut by the second laser light. The debris generated at this time goes out from the cut portion of the first resin layer. Therefore, the debris generated during the processing of the second resin layer does not stop in the first resin layer.

第１レーザ光の第２樹脂層に対する吸収率は３０％以下、好ましくは２０％以下であってもよい。 The absorptance of the first laser light with respect to the second resin layer may be 30% or less, preferably 20% or less.

第２レーザ光の第２樹脂層に対する吸収率は７０％以上、好ましくは８０％以上であってもよい。 The absorptance of the second laser light with respect to the second resin layer may be 70% or more, preferably 80% or more.

第２樹脂層はＰＩを含み、第１レーザ装置はＣＯ２レーザであり、第２レーザ装置はＵＶレーザである。 The second resin layer includes a PI, the first laser device is a CO 2 laser, the second laser device Ru Ah with UV laser.

本発明の他の見地に係るレーザ加工方法は、表面側から第１樹脂層と第２樹脂層とを有する複層樹脂基板を切断する方法であって、下記のステップを備えている。
◎ＣＯ ２ レーザ光を発生することで、第１樹脂層を切断する第１切断ステップ
◎第１切断ステップの後に、ＵＶレーザ光を発生して第１樹脂層の切断部分に照射することで、第２樹脂層を切断する第２切断ステップ A laser processing method according to another aspect of the present invention is a method of cutting a multi-layer resin substrate having a first resin layer and a second resin layer from the front side, and includes the following steps.
◎ First cutting step of cutting the first resin layer by generating CO 2 laser light ◎ After the first cutting step, by generating UV laser light and irradiating the cut portion of the first resin layer, Second cutting step of cutting the second resin layer

この方法では、第１レーザ光によって第１樹脂層が切断されるときに、第２樹脂層は加工されない。なぜなら、第１レーザ光は第１樹脂層に対するよりも第２樹脂層に対して吸収率が低いからである。その結果、第１樹脂層の切断時に、第２樹脂層の加工に起因する不具合が生じにくい。
第１樹脂層が切断された後に、第２レーザ光によって第２樹脂層が切断される。このときに発生するデブリは、第１樹脂層の切断部分から外部に出ていく。したがって、第２樹脂層加工時に発生するデブリが第１樹脂層内に止まることがない。 In this method, the second resin layer is not processed when the first resin layer is cut by the first laser light. This is because the first laser light has a lower absorptance for the second resin layer than for the first resin layer. As a result, when the first resin layer is cut, a problem caused by processing the second resin layer is unlikely to occur.
After the first resin layer is cut, the second resin layer is cut by the second laser light. The debris generated at this time goes out from the cut portion of the first resin layer. Therefore, the debris generated during the processing of the second resin layer does not stop in the first resin layer.

本発明に係るレーザ加工装置及びレーザ加工方法では、複層樹脂基板をフルカット加工する際に、表面側の樹脂層（ＰＥＴ樹脂層）の加工時に内側の樹脂層（ＰＩ樹脂層）が加工されにくい。 In the laser processing apparatus and the laser processing method according to the present invention, the inner resin layer (PI resin layer) is processed during the processing of the resin layer on the front surface side (PET resin layer) during the full-cut processing of the multilayer resin substrate. Hateful.

本発明の第１実施形態のレーザ加工装置の模式図。The schematic diagram of the laser processing apparatus of 1st Embodiment of this invention. フルカット加工の制御動作を示すフローチャート。The flowchart which shows the control operation of full cut processing. 樹脂基板の構造を示す模式的断面図。FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing the structure of a resin substrate. 樹脂基板の加工状態を示す模式的断面図。FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing a processed state of a resin substrate. 本発明の実施例における切断部分の状態を示した平面図。The top view which showed the state of the cutting|disconnection part in the Example of this invention. 比較例における切断部分の状態を示した平面図。The top view which showed the state of the cut part in a comparative example.

１．第１実施形態
（１）全体構成
図１に、本発明の一実施形態による樹脂基板切断用のレーザ加工装置１の全体構成を示す。図１は、本発明の第１実施形態のレーザ加工装置の模式図である。
レーザ加工装置１は、樹脂基板Ｐをフルカット加工する装置である。樹脂基板とは、樹脂シート、樹脂フィルムともいわれるものである。 1. First Embodiment (1) Overall Configuration FIG. 1 shows the overall configuration of a laser processing apparatus 1 for cutting a resin substrate according to an embodiment of the present invention. FIG. 1 is a schematic diagram of a laser processing apparatus according to the first embodiment of the present invention.
The laser processing device 1 is a device that performs a full-cut processing on the resin substrate P. The resin substrate is also called a resin sheet or a resin film.

レーザ加工装置１は、レーザ装置３を備えている。レーザ装置３は、樹脂基板Ｐにレーザ光を照射するための第１レーザ発振器９Ａを有している。第１レーザ発振器９Ａは、例えば、ＣＯ２レーザである。レーザ装置３は、樹脂基板Ｐにレーザ光を照射するための第２レーザ発振器９Ｂを有している。第２レーザ発振器９Ｂは、例えば、ＵＶレーザである。
レーザ装置３は、レーザ光を後述する機械駆動系に伝送する伝送光学系１１を有している。伝送光学系１１は、例えば、図示しないが、集光レンズ、複数のミラー、プリズム、ビームエキスパンダ等を有する。また、伝送光学系１１は、例えば、第１レーザ発振器９Ａ、第２レーザ発振器９Ｂ及び他の光学系が組み込まれたレーザ照射ヘッド（図示せず）をＸ軸方向に移動させるためのＸ軸方向移動機構（図示せず）を有している。
伝送光学系１１は、第１レーザ発振器９Ａと第２レーザ発振器９Ｂでそれぞれ別の光学機構を有していてもよいし、共有の光学機構を切り換えて使用可能であってもよい。 The laser processing device 1 includes a laser device 3. The laser device 3 has a first laser oscillator 9A for irradiating the resin substrate P with laser light. The first laser oscillator 9A is, for example, a CO 2 laser. The laser device 3 has a second laser oscillator 9B for irradiating the resin substrate P with laser light. The second laser oscillator 9B is, for example, a UV laser.
The laser device 3 has a transmission optical system 11 that transmits laser light to a mechanical drive system described later. The transmission optical system 11 has, for example, although not shown, a condenser lens, a plurality of mirrors, a prism, a beam expander, and the like. Further, the transmission optical system 11 is, for example, an X-axis direction for moving a laser irradiation head (not shown) in which the first laser oscillator 9A, the second laser oscillator 9B and other optical systems are incorporated in the X-axis direction. It has a moving mechanism (not shown).
The transmission optical system 11 may have different optical mechanisms for the first laser oscillator 9A and the second laser oscillator 9B, or may be usable by switching shared optical mechanisms.

レーザ加工装置１は、機械駆動系５を備えている。機械駆動系５は、ベッド１３と、樹脂基板Ｐが載置される加工テーブル１５と、加工テーブル１５をベッド１３に対して水平方向に移動させる移動装置１７とを有している。移動装置１７は、ガイドレール、移動テーブル、モータ等を有する公知の機構である。 The laser processing device 1 includes a mechanical drive system 5. The mechanical drive system 5 includes a bed 13, a processing table 15 on which the resin substrate P is placed, and a moving device 17 that moves the processing table 15 in the horizontal direction with respect to the bed 13. The moving device 17 is a known mechanism having a guide rail, a moving table, a motor, and the like.

レーザ加工装置１は、制御部７を備えている。制御部７は、プロセッサ（例えば、ＣＰＵ）と、記憶装置（例えば、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＨＤＤ、ＳＳＤなど）と、各種インターフェース（例えば、Ａ／Ｄコンバータ、Ｄ／Ａコンバータ、通信インターフェースなど）を有するコンピュータシステムである。制御部７は、記憶部（記憶装置の記憶領域の一部又は全部に対応）に保存されたプログラムを実行することで、各種制御動作を行う。
制御部７は、単一のプロセッサで構成されていてもよいが、各制御のために独立した複数のプロセッサから構成されていてもよい。 The laser processing device 1 includes a control unit 7. The control unit 7 has a processor (for example, CPU), a storage device (for example, ROM, RAM, HDD, SSD, etc.), and various interfaces (for example, A/D converter, D/A converter, communication interface, etc.). It is a computer system. The control unit 7 performs various control operations by executing a program stored in the storage unit (corresponding to a part or all of the storage area of the storage device).
The control unit 7 may be composed of a single processor, but may be composed of a plurality of independent processors for each control.

制御部７には、図示しないが、樹脂基板Ｐの大きさ、形状及び位置を検出するセンサ、各装置の状態を検出するためのセンサ及びスイッチ、並びに情報入力装置が接続されている。
この実施形態では、制御部７は、第１レーザ発振器９Ａ及び第２レーザ発振器９Ｂを制御できる。また、制御部７は、移動装置１７を制御できる。さらに、制御部７は、伝送光学系１１を制御できる。 Although not shown, the control unit 7 is connected with a sensor for detecting the size, shape and position of the resin substrate P, a sensor and a switch for detecting the state of each device, and an information input device.
In this embodiment, the control unit 7 can control the first laser oscillator 9A and the second laser oscillator 9B. Further, the control unit 7 can control the moving device 17. Further, the control unit 7 can control the transmission optical system 11.

樹脂基板Ｐは、図３に示すように、複層の樹脂からなる複層樹脂基板である。図３は、樹脂基板の構造を示す模式的断面図である。具体的には、樹脂基板Ｐは、三層構造であり、表側から、第１樹脂層Ｌ１と、第２樹脂層Ｌ２と、第３樹脂層Ｌ３とを有している。
一例として、第１樹脂層Ｌ１は、ＰＥＴを含む。第２樹脂層Ｌ２は、ＰＩを含む。第３樹脂層Ｌ３は、ＰＥＴを含む。
一例として、各樹脂層は接着層により互いに接着されている。
一例として、第２樹脂層Ｌ２の上面には、回路が形成されている。 As shown in FIG. 3, the resin substrate P is a multi-layer resin substrate made of a multi-layer resin. FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing the structure of the resin substrate. Specifically, the resin substrate P has a three-layer structure, and has a first resin layer L1, a second resin layer L2, and a third resin layer L3 from the front side.
As an example, the first resin layer L1 includes PET. The second resin layer L2 contains PI. The third resin layer L3 contains PET.
As an example, the resin layers are adhered to each other by an adhesive layer.
As an example, a circuit is formed on the upper surface of the second resin layer L2.

（２）動作
図２〜図４を用いて、レーザ光による樹脂基板Ｐの加工動作を説明する。図２は、フルカット加工の制御動作を示すフローチャートである。図４は、樹脂基板の加工状態を示す模式的断面図である。
制御部７が、レーザ発振器９を駆動して、樹脂基板Ｐの切断を実行する。以下、切断動作を具体的に説明する。 (2) Operation The processing operation of the resin substrate P by the laser light will be described with reference to FIGS. FIG. 2 is a flowchart showing the control operation of full-cut processing. FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing a processed state of the resin substrate.
The controller 7 drives the laser oscillator 9 to cut the resin substrate P. The cutting operation will be specifically described below.

ステップＳ１では、第１樹脂層Ｌ１を切断する。具体的には、制御部７は、第１レーザ発振器９Ａを駆動することで、レーザ光を切断ラインＣに沿って移動させる。図３に示すように、第１レーザ光Ｒ１によって、第１樹脂層Ｌ１が切断される。レーザ光の走査回数は１回でもよいし、複数回でもよい。
第１レーザ光Ｒ１によって第１樹脂層Ｌ１が切断されるときに、第２樹脂層Ｌ２は加工されない。なぜなら、第１レーザ光Ｒ１は、第１樹脂層Ｌ１に対するよりも第２樹脂層Ｌ２に対して吸収率が低いからである。その結果、第１樹脂層Ｌ１の切断時に、第２樹脂層Ｌ２の加工による不具合が生じにくい。
具体例として、ＣＯ２レーザのＰＩに対する吸収率は、９．４μ波長帯の場合は３０％程度である。 In step S1, the first resin layer L1 is cut. Specifically, the control unit 7 drives the first laser oscillator 9A to move the laser light along the cutting line C. As shown in FIG. 3, the first resin layer L1 is cut by the first laser light R1. The number of times the laser light is scanned may be once or plural times.
When the first resin layer L1 is cut by the first laser light R1, the second resin layer L2 is not processed. This is because the first laser beam R1 has a lower absorptance with respect to the second resin layer L2 than with respect to the first resin layer L1. As a result, when cutting the first resin layer L1, problems due to the processing of the second resin layer L2 are unlikely to occur.
As a specific example, the absorptance of the CO 2 laser for PI is about 30% in the 9.4 μ wavelength band.

ステップＳ２では、第２樹脂層Ｌ２を切断する。具体的には、制御部７は、第２レーザ発振器９Ｂを駆動することで、レーザ光を切断ラインＣに沿って移動させる。レーザ光の走査回数は１回でもよいし、複数回でもよい。図４に示すように、第２レーザ光Ｒ２によって、第２樹脂層Ｌ２が切断される。このときに発生するデブリは、第１樹脂層Ｌ１の切断部１９から外部に出ていく。なお、第２レーザ光Ｒ２は第１樹脂層Ｌ１に対するよりも第２樹脂層Ｌ２に対して吸収率が高いので、第２樹脂層Ｌ２は効果的に切断される。 In step S2, the second resin layer L2 is cut. Specifically, the control unit 7 drives the second laser oscillator 9B to move the laser light along the cutting line C. The number of times the laser light is scanned may be once or plural times. As shown in FIG. 4, the second resin layer L2 is cut by the second laser light R2. The debris generated at this time goes out from the cut portion 19 of the first resin layer L1. Since the second laser beam R2 has a higher absorptance with respect to the second resin layer L2 than with respect to the first resin layer L1, the second resin layer L2 is effectively cut.

具体例として、ＵＶレーザのＰＩに対する吸収率は、９０％程度である。
ステップＳ３では、第３樹脂層Ｌ３を切断する。このとき、第２レーザ発振器９ＢつまりＵＶレーザが用いられる。 As a specific example, the absorption rate of the UV laser for PI is about 90%.
In step S3, the third resin layer L3 is cut. At this time, the second laser oscillator 9B, that is, the UV laser is used.

次に、図５及び図６を用いて、実施例と比較例を説明する。図５は、本発明の実施例における切断部分の状態を示した平面図である。図６は、比較例における切断部分の状態を示した平面図である。
実施例：第１樹脂層がＰＥＴ、第２樹脂層がＰＩ、レーザ装置はＣＯ２レーザである。
比較例：第１樹脂層がＰＥＴ、第２樹脂層がＰＩ、レーザ装置はＵＶレーザである。
いずれの場合も、第１樹脂層のみを切断して、その状態で観察を行った。 Next, examples and comparative examples will be described with reference to FIGS. 5 and 6. FIG. 5 is a plan view showing a state of a cut portion in the embodiment of the present invention. FIG. 6 is a plan view showing a state of a cut portion in the comparative example.
Example: The first resin layer is PET, the second resin layer is PI, and the laser device is a CO 2 laser.
Comparative Example: The first resin layer is PET, the second resin layer is PI, and the laser device is a UV laser.
In each case, only the first resin layer was cut and observed in that state.

図５に示すように、実施例では、切断部１９に対して、デブリが広がっている領域の幅Ｚはわずかである。
図６に示すように、比較例（例えば、第１層を切断するためにＵＶレーザを用いた場合）では、切断部１９に対してデブリが広がっているよう領域の幅Ｚが極端に長くなっている。 As shown in FIG. 5, in the embodiment, the width Z of the region where the debris spreads is small with respect to the cutting portion 19.
As shown in FIG. 6, in the comparative example (for example, when the UV laser is used to cut the first layer), the width Z of the region becomes extremely long so that the debris spreads with respect to the cut portion 19. ing.

２．他の実施形態
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。 2. Other Embodiments One embodiment of the present invention has been described above, but the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the invention.

前記樹脂基板は樹脂層が３層であったが、樹脂層は、２層であってもよいし、４層以上であってもよい。
前記基板は全て樹脂層で構成されていたが、２層の樹脂層の下に他の層（例えば、金属層、セラミック層）が設けられていてもよい。
レーザ装置、機械駆動系の具体的な構成は、前記実施形態に限定されない。
樹脂基板の形状、切断部の形状は特に限定されない。 Although the resin substrate has three resin layers, the resin layer may have two layers or four or more layers.
Although all the substrates are composed of resin layers, other layers (for example, a metal layer and a ceramic layer) may be provided under the two resin layers.
Specific configurations of the laser device and the mechanical drive system are not limited to those in the above embodiment.
The shape of the resin substrate and the shape of the cut portion are not particularly limited.

本発明は、レーザ光を照射することで樹脂基板を切断するレーザ加工装置及びレーザ加工方法に広く適用できる。 The present invention can be widely applied to a laser processing apparatus and a laser processing method for cutting a resin substrate by irradiating with a laser beam.

１ ：レーザ加工装置
３ ：レーザ装置
５ ：機械駆動系
７ ：制御部
９ ：レーザ発振器
９Ａ ：第１レーザ発振器
９Ｂ ：第２レーザ発振器
１１ ：伝送光学系
１３ ：ベッド
１５ ：加工テーブル
１７ ：移動装置
１９ ：切断部
Ｌ１ ：第１樹脂層
Ｌ２ ：第２樹脂層
Ｌ３ ：第３樹脂層
Ｐ ：樹脂基板 1: laser processing device 3: laser device 5: mechanical drive system 7: control unit 9: laser oscillator 9A: first laser oscillator 9B: second laser oscillator 11: transmission optical system 13: bed 15: processing table 17: moving device 19: Cut part L1: First resin layer L2: Second resin layer L3: Third resin layer P: Resin substrate

Claims (1)

表面側から第１樹脂層と第２樹脂層とを有する複層樹脂基板を切断するレーザ加工方法であって、
前記第１樹脂層はＰＥＴを含み、
前記第２樹脂層はＰＩを含み、
ＣＯ２レーザ光を発生することで、前記第１樹脂層を切断する第１切断ステップと、
前記第１切断ステップの後に、ＵＶレーザ光を発生して前記第１樹脂層の切断部分に照射することで、前記第２樹脂層を切断する第２切断ステップと、
を備えたレーザ加工方法。 A laser processing method for cutting a multilayer resin substrate having a first resin layer and a second resin layer from the front side,
The first resin layer includes PET,
The second resin layer contains PI,
A first cutting step of cutting the first resin layer by generating a CO 2 laser beam;
A second cutting step of cutting the second resin layer by generating UV laser light and irradiating the cut portion of the first resin layer after the first cutting step;
A laser processing method including.
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