JPH1099980A - Working method of laminated member - Google Patents
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- H05K3/0017—Etching of the substrate by chemical or physical means
Landscapes
- Laminated Bodies (AREA)
- Laser Beam Processing (AREA)
Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、金属材料とセラミ
ック材料からなる積層部材、特にセラミックからなる耐
熱層を有する耐熱金属の加工方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for processing a laminated member made of a metal material and a ceramic material, particularly a heat-resistant metal having a heat-resistant layer made of ceramic.
【０００２】[0002]
【従来の技術】金属とセラミックのように異なった特性
を有する材料は、それぞれの特性を生かして単体材料と
して用いられることもあるが、それぞれの特性を補完す
る目的で複合化して複合部材として用いられることがあ
る。例えば絶縁体であるセラミック基板に導体層として
の金属板を接合した回路基板や、金属基材の表面に異種
金属層および耐熱効果の高いセラミック層を積層した耐
熱部材などさまざまな分野でこのような複合部材が利用
されている。2. Description of the Related Art Materials having different characteristics, such as metals and ceramics, are sometimes used as single materials by taking advantage of their respective characteristics. May be used. For example, a circuit board in which a metal plate as a conductor layer is bonded to a ceramic substrate which is an insulator, and a heat-resistant member in which a dissimilar metal layer and a ceramic layer having a high heat-resistance effect are laminated on the surface of a metal base material. Composite members have been used.
【０００３】そのような複合部材の切断加工あるいは穿
孔加工においては、従来カッターやドリルなどを用いた
機械加工、ＹＡＧやＣＯ2 レーザを用いた熱エネルギー
的加工が行われてきた。[0003] In the cutting or drilling of such a composite member, conventionally, machining using a cutter or a drill, or thermal energy processing using a YAG or CO 2 laser has been performed.
【０００４】しかしながら、機械加工においては加工サ
イズがツールのサイズで制限されるため微細加工が困難
な上、特に硬度の高く加工性の悪いセラミックと合金と
からなる複合材料などでは、材料特性が異なるため同一
ツールで加工することは困難であるため加工工程が煩雑
であった。[0004] However, in machining, the machining size is limited by the size of the tool, so that micromachining is difficult. In addition, material characteristics are different especially in a composite material composed of a ceramic and an alloy having high hardness and poor workability. Therefore, it is difficult to machine with the same tool, and the machining process is complicated.
【０００５】また、ＹＡＧやＣＯ2 レーザを用いた加工
を用いた場合には、積層部材の加工部近傍の表面状態が
変化しそれぞれの材料特性を維持できなくなるという問
題が生じる。[0005] Further, when processing using a YAG or CO 2 laser is used, there arises a problem that the surface state near the processed portion of the laminated member changes and it becomes impossible to maintain the respective material characteristics.
【０００６】[0006]
【発明が解決しようとする課題】セラミックと金属とか
らなる積層部材を加工する際に従来のレーザを使用した
加工法では、上述したように積層部材の表面状態を変化
させ、本来の材料特性を維持できなくなるという問題が
あった。本願発明はこのような問題に鑑みてなされたも
のであり、簡便な手法で、使用材料の特性を維持できる
積層部材の加工方法を提供することを目的とする。In processing a laminated member made of ceramic and metal using a conventional laser, the surface condition of the laminated member is changed as described above, and the original material characteristics are changed. There was a problem that it could not be maintained. The present invention has been made in view of such a problem, and an object of the present invention is to provide a method for processing a laminated member that can maintain the characteristics of a used material by a simple method.
【０００７】[0007]
【課題を解決するための手段】本願第１の発明は、金属
材料およびセラミック材料からなる積層部材のセラミッ
ク材料側に、パルス幅１００ｎｓｅｃ以下、１パルス当
たりのピーク出力０．１〜１０ＧＷ／ｃｍ2 、波長１７
０〜７００ｎｍのレザービームを照射することを特徴と
する積層部材の加工方法である。According to the first invention of the present application, a pulse width of 100 nsec or less and a peak output per pulse of 0.1 to 10 GW / cm 2 are applied to a ceramic material side of a laminated member made of a metal material and a ceramic material. , Wavelength 17
A method for processing a laminated member, which comprises irradiating a laser beam of 0 to 700 nm.
【０００８】本願第２の発明は、前記金属材料は、耐熱
強化合金であることを特徴とする前記第１の発明に記載
の積層部材の加工方法である。本願第３の発明は、セラ
ミック基板の対向する面に金属材料を形成した積層部材
に、パルス幅１００ｎｓｅｃ以下、１パルス当たりのピ
ーク出力０．１〜１０ＧＷ／ｃｍ2 波長１７０〜７００
ｎｍのレザービームを照射することを特徴とする積層部
材の加工方法である。The second invention of the present application is the method for processing a laminated member according to the first invention, wherein the metal material is a heat-resistant strengthened alloy. According to the third invention of the present application, a laminated member in which a metal material is formed on opposing surfaces of a ceramic substrate has a pulse width of 100 nsec or less, a peak output per pulse of 0.1 to 10 GW / cm 2 and a wavelength of 170 to 700.
This is a method for processing a laminated member, which is characterized by irradiating a laser beam of nm.
【０００９】[0009]
【発明の実施の形態】本願発明者らが、従来のＣＯ2 を
使用したレーザ加工を用いて、１工程で前記積層部材を
貫通するように穿孔加工を施そうとしたところ、金属材
料を加工する段階でＣＯ2 レーザにより溶融した金属が
飛び散り、セラミック材料に形成された孔の周辺あるい
は側壁に融着する。その結果元々設定された孔の径より
も金属が融着した分小さくなったり、あるいはセラミッ
クの孔表面に凹凸が形成される恐れがある。ＣＯ2 のレ
ーザー強度をセラミックを加工する時と金属を加工する
時とでそれぞれ調整すれば溶融した金属を飛び散らせる
ことなく穿孔することも考えられるが、実際にはセラミ
ック材料のみに穿孔加工し、セラミック材料下の金属材
料には加工を施さないよう加工しようとしても、セラミ
ックを完全に除去するためにはセラミックと金属との界
面近傍の金属を一部加工してしまう。特に、セラミック
の加工には金属の加工に比べ高エネルギーが必要なた
め、金属材料を加工することなく、セラミックを金属と
の界面まで加工することは実質的には不可能であり、こ
のような加工においても溶融した金属がセラミックの加
工壁面に融着するという問題は避けがたい。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The inventors of the present invention attempted to perform a perforation process so as to penetrate the laminated member in one step by using a conventional laser process using CO 2 , and the metal material was processed. At this stage, the metal melted by the CO 2 laser scatters and fuses around or around the holes formed in the ceramic material. As a result, there is a possibility that the diameter of the hole becomes smaller than the originally set hole diameter due to the fusion of the metal, or irregularities are formed on the surface of the ceramic hole. If you adjust the laser intensity of CO 2 at the time of processing the ceramic and at the time of processing the metal, it is conceivable to perforate without scattering the molten metal, but in fact, perforate only the ceramic material, Even if the metal material under the ceramic material is processed so as not to be processed, the metal near the interface between the ceramic and the metal is partially processed in order to completely remove the ceramic. In particular, the processing of ceramic requires higher energy than the processing of metal, and therefore, it is practically impossible to process ceramic to the interface with metal without processing the metal material. In processing, the problem that the molten metal is fused to the ceramic processing wall surface is inevitable.
【００１０】その結果、例えばガスタービン翼には、翼
の冷却のための冷却媒体（一般に気体）を流すための孔
を形成することがあるが、このような場合設定されたガ
ス流量を得ることができなくなる恐れがある。As a result, for example, a hole for flowing a cooling medium (generally a gas) for cooling the blade may be formed in a gas turbine blade. In such a case, a set gas flow rate is obtained. May not be possible.
【００１１】また、絶縁体としてセラミックを使用し、
このセラミックの両面に導電層となる金属層を形成した
回路基板に穿孔する時にＣＯ２レーザを使用した場合に
は、前述したようにセラミックに形成された孔の側壁に
金属が融着することでセラミックの両面に形成された導
電層が導通されてしまい、セラミックが絶縁体として機
能しなくなる恐れがある。Further, ceramic is used as an insulator,
When a CO2 laser is used to pierce a circuit board having a metal layer serving as a conductive layer formed on both sides of the ceramic, the metal is fused to the side wall of the hole formed in the ceramic as described above. The conductive layers formed on both surfaces of the ceramic may be conducted, and the ceramic may not function as an insulator.
【００１２】本発明者らは、金属とセラミックとの積層
体に穿孔をした時に、溶融した金属がセラミックに融着
するという現象を確認し、結果本願発明にいたった。す
なわち本発明によれば１工程で金属材料と前記金属材料
と異なる材料とからなる積層体を１工程で加工できるも
のである。The present inventors have confirmed the phenomenon that when a laminated body of a metal and a ceramic is pierced, the molten metal is fused to the ceramic. As a result, the present invention has been accomplished. That is, according to the present invention, a laminate made of a metal material and a material different from the metal material can be processed in one step in one step.
【００１３】すなわち、本発明に係るレーザは、材料表
面の原子を瞬間的に溶融・蒸発させプラズマを発生させ
る。発生したプラズマは大気あるいは水などの加工雰囲
気での慣性力により体積膨張が抑制されるため極めて高
圧になり、その結果材料表面は塑性変形し切断あるいは
穿孔加工が容易にされる。このときの加工エネルギーの
主因は溶融・蒸発でなく、塑性変形であるため加工され
た材料表面の熱影響はほとんど生じない。That is, the laser according to the present invention instantaneously melts and evaporates atoms on the material surface to generate plasma. The generated plasma is extremely high in pressure due to its volume expansion being suppressed by an inertial force in a processing atmosphere such as the atmosphere or water, and as a result, the material surface is plastically deformed and cutting or perforating is facilitated. The main cause of the processing energy at this time is not melting / evaporation but plastic deformation, so that there is almost no thermal effect on the processed material surface.
【００１４】したがって、加工時に金属がほとんど溶融
されず、ひいては溶融した金属がセラミックの孔の側壁
に融着することもなく所望の表面状態で穿孔することが
可能となる。Therefore, the metal is hardly melted at the time of working, and the melted metal can be perforated in a desired surface state without being fused to the side wall of the ceramic hole.
【００１５】以下、本発明をより詳細に説明する。本発
明の積層材料はセラミック材料と金属材料とからなり、
前記セラミック材料及び金属材料は特に制限されず、ま
たその積層方法にもよらず用いることができる。Hereinafter, the present invention will be described in more detail. The laminated material of the present invention comprises a ceramic material and a metal material,
The ceramic material and the metal material are not particularly limited, and can be used regardless of the lamination method.
【００１６】例えばガスタービンなどで使用される構造
材は、Ｚｒ金属基板上にＮｉ，Ｃｏを主成分とする合金
を介し、セラミックであるＺｒＯ2 が形成された積層部
材であり、本願発明はこのような積層部材の加工に使用
できる。For example, a structural member used in a gas turbine or the like is a laminated member in which ceramic ZrO 2 is formed on a Zr metal substrate via an alloy containing Ni and Co as main components. It can be used for processing such laminated members.
【００１７】本願発明に係るレーザは、前述したような
特性を得られる範囲に限定したものであり、パルス幅を
１００ｎｓｅｃ以下にすることで加工部の発熱を十分に
抑えることが可能となる。また波長を７００ｎｍ以下と
したのは、７００ｎｍを超えるとエネルギーが積層体に
吸収され、加工部のエネルギー密度が上がらず、加工効
率を低下させるためである。また、現状のレーザ技術で
は１９０ｎｍ程度以下のレーザ発振は困難であり、また
レーザの伝搬に現在光ファイバーが使用されているが、
光ファイバーの伝搬可能な波長は４００ｎｍ以上である
ことから、通常４００ｎｍ以上のレーザが使用される。The laser according to the present invention is limited to a range in which the above-described characteristics can be obtained. By setting the pulse width to 100 nsec or less, it is possible to sufficiently suppress heat generation in the processed portion. The reason for setting the wavelength to 700 nm or less is that if the wavelength exceeds 700 nm, energy is absorbed by the laminate, and the energy density of the processed portion does not increase, thereby lowering the processing efficiency. Further, it is difficult to oscillate a laser beam of about 190 nm or less with the current laser technology, and an optical fiber is currently used for laser propagation.
Since the wavelength that the optical fiber can propagate is 400 nm or more, a laser of 400 nm or more is usually used.
【００１８】本発明に係るレーザは波長７００ｎｍ以下
であれば特に制限されずに使用することができるが、特
に可視波長のレーザ光は水中での透過性が高いため水中
加工に適しているという長所がある。The laser according to the present invention can be used without particular limitation as long as it has a wavelength of 700 nm or less. In particular, a laser beam having a visible wavelength has a high transparency in water and is suitable for underwater processing. There is.
【００１９】パルス幅を１００ｎｓｅｃ以下とした理由
は、これより大きいと、加工部に与える熱が多くなるた
め、金属を溶融し、加工部近傍に溶融金属を融着させる
恐れが高くなるためである。The reason why the pulse width is set to 100 nsec or less is that if the pulse width is larger than this, the heat applied to the processed portion increases, so that the possibility of melting the metal and fusing the molten metal to the vicinity of the processed portion increases. .
【００２０】ピーク出力を０．１ＧＷ／ｃｍ2 以上とす
る理由は加工材料を瞬間的に溶融・蒸発させることが困
難になり、その結果材料の加工ができなくなるためであ
る。また、１０ＧＷ／ｃｍ2 より大きなピーク出力のレ
ーザを使用すると、加工に用いるエネルギーの熱エネル
ギーの割合が多くなり、その結果加工部近傍に溶融金属
を融着させる恐れが高くなる。さらに、本発明の加工を
水中において行う場合は、１０ＧＷ／ｃｍ2 を超えるレ
ーザを使用すると水が電離しレーザビームの集光が難し
くなり精度良く加工が行えなくなるという問題も生じ
る。これらの理由から１０ＧＷ／ｃｍ2 以下のピーク出
力のレーザを使用する必要がある。The reason why the peak output is set to 0.1 GW / cm 2 or more is that it becomes difficult to instantaneously melt and evaporate the processing material, and as a result, the processing of the material becomes impossible. Further, when a laser having a peak output larger than 10 GW / cm 2 is used, the ratio of heat energy of the energy used for processing increases, and as a result, there is a high possibility that the molten metal is fused near the processed portion. Furthermore, when the processing of the present invention is carried out in water, if a laser exceeding 10 GW / cm 2 is used, water is ionized, and it becomes difficult to focus a laser beam, so that processing cannot be performed with high accuracy. For these reasons, it is necessary to use a laser having a peak output of 10 GW / cm 2 or less.
【００２１】また、本発明の加工方法は、上述したよう
に加工エネルギーとして熱エネルギーを使用しないため
に、金属材料として高温強化合金を使用した場合の加工
に適している。Further, since the processing method of the present invention does not use thermal energy as processing energy as described above, it is suitable for processing when a high-temperature strengthened alloy is used as a metal material.
【００２２】例えば、ガスタービン翼に使用される金属
材料として高温強化合金が使用されており、具体的には
Ｆｅ，ＮｉまたはＣｏを主成分とし、強化元素としてＡ
ｌ、Ｃｒ、耐火金属等を含む多結晶合金、結晶を制御し
た一方向凝固合金や単結晶合金が挙げられる。具体的に
はハステロイ合金、またＩＮ９３９合金、ＩＮ７３８Ｌ
Ｃ合金、ＭａｒＭ２４７合金などの普通鋳造材及びＣＭ
２４７ＬＣ、ＣＭＳＸ２などの一方向凝固合金及び単結
晶合金など、またＣｏを主成分としたＦＳＸ４１４合金
などを、またＮｉ基やＦｅ基の酸化物( 酸化アルミニウ
ム、酸化イットリウムなど) 分散合金（ＯＤＳ）などが
挙げられる。For example, a high-temperature strengthened alloy is used as a metal material used for gas turbine blades. Specifically, Fe, Ni or Co is a main component, and A is used as a strengthening element.
Polycrystalline alloys containing l, Cr, refractory metals, etc .; unidirectionally solidified alloys with controlled crystals; and single crystal alloys. Specifically, Hastelloy alloy, IN939 alloy, IN738L
Common cast materials such as C alloy and MarM247 alloy and CM
Unidirectionally solidified alloys such as 247LC and CMSX2 and single crystal alloys; FSX414 alloys containing Co as a main component; Ni-based and Fe-based oxides (such as aluminum oxide and yttrium oxide) dispersed alloys (ODS) Is mentioned.
【００２３】これらの高温強化合金は一旦溶融すると金
属組成が変質したり、酸化物を均一に分散させた分散型
強化合金においては溶融により酸化物が凝集し、その結
果材料本来の強度を失う恐れがあるが、本発明に係るレ
ーザを用いて加工すれば、前述の熱による悪影響を高温
強化合金に与えることなく加工を施すことが可能である
という利点を有する。Once these high-temperature strengthened alloys are melted, the metal composition may be altered, or in a dispersion-type strengthened alloy in which oxides are uniformly dispersed, the oxides may be aggregated by melting, thereby losing the original strength of the material. However, when processing is performed using the laser according to the present invention, there is an advantage that processing can be performed without giving the above-mentioned adverse effects of heat to the high-temperature strengthened alloy.
【００２４】また、主たる加工エネルギー源として熱を
使用しないため、熱衝撃や熱応力による破壊、剥離など
の加熱により生じるその他の問題も生じる恐れが少な
い。さらに、本発明のような強いパルスレーザを用いた
アブレージョン加工により金属加工面に圧縮応力を残留
させることができる。加工面に残留応力が残留している
と、金属表面からの亀裂の発生を抑制できるため得られ
る金属材料自体の信頼性を向上させるという効果も生じ
る。Further, since heat is not used as a main processing energy source, there is little possibility that other problems caused by heating such as destruction and peeling due to thermal shock and thermal stress will occur. Further, a compressive stress can be left on a metal processing surface by abrasion processing using a strong pulse laser as in the present invention. If the residual stress remains on the processed surface, it is possible to suppress the occurrence of cracks from the metal surface, so that the effect of improving the reliability of the obtained metal material itself also occurs.
【００２５】特に、加工部近傍の圧縮応力を向上させる
たことを考慮すると、加工雰囲気として密度の高い媒体
中で加工することが有効であり、例えば水中において加
工すればよい。In particular, considering that the compressive stress in the vicinity of the processing portion is improved, it is effective to perform the processing in a medium having a high density as the processing atmosphere, for example, the processing may be performed in water.
【００２６】また、水中など加工雰囲気によって、適宜
レーザの照射条件を調整することが望ましい。例えば、
水中で加工を行う場合、大気中での加工時に比べレーザ
の減衰が大きいためレーザ出力を高くしたり、あるいは
加工時間が長くなる等、用途や材料に応じて大気中、水
中など適宜加工雰囲気を選択する、あるいは使用するレ
ーザの波長を適宜調整することが好ましい。It is desirable to appropriately adjust the laser irradiation conditions depending on the processing atmosphere such as underwater. For example,
When processing in water, increase the laser output because the laser attenuation is greater than when processing in air, or increase the processing time. Preferably, the wavelength of the laser to be selected or used is appropriately adjusted.
【００２７】具体的に例示すれば、例えば波長５１１ｎ
ｍの銅蒸気レーザを用い、レーザ出力５〜８０Ｗ程度で
加工する場合で、水中で加工する時にはパルス幅２０〜
５０ｎｓ、空気中ではレーザ出力５〜３０Ｗ程度が好ま
しい。More specifically, for example, a wavelength of 511n
When processing with a laser output of about 5 to 80 W using a copper vapor laser of m
Preferably, the laser output is about 5 to 30 W in the air of 50 ns.
【００２８】さらに、本発明に係る積層体に貫通孔を形
成する場合に、本発明にかかわるレーザによりセラミッ
ク層のみを貫通する孔を形成した後に、従来使用されて
いるＣＯ2 レーザ等を使用して金属層に孔を形成するこ
ともできる。Further, when a through-hole is formed in the laminate according to the present invention, after a hole through only the ceramic layer is formed by the laser according to the present invention, a conventionally used CO 2 laser or the like is used. Alternatively, holes can be formed in the metal layer.
【００２９】ＣＯ2 レーザを使用してセラミックと金属
とを連続して加工する場合、前述のようにセラミックは
金属材料に比べて大きな加工エネルギーが必要なため、
セラミックと金属との界面においてセラミックの加工に
必要なエネルギーがかかり、金属材料を溶融してしま
う。しかしながら、本発明に係るレーザでセラミックを
貫通する孔を設けた後に金属を溶融しない程度のエネル
ギーで加工すれば、金属材料を溶融させずに積層部材を
加工することができる。When a ceramic and a metal are continuously processed using a CO 2 laser, as described above, the ceramic requires a larger processing energy than the metal material.
At the interface between the ceramic and the metal, energy required for processing the ceramic is applied, and the metal material is melted. However, if the laser according to the present invention is used to form a hole through the ceramic and then work with energy that does not melt the metal, the laminated member can be processed without melting the metal material.
【００３０】なお、本発明に係るレーザを用いて、本発
明に係る積層体を加工する場合、セラミック層を貫通
し、金属層の加工に移る時にはその加工音が変化するた
め、例えば加工音が変化したところでＣＯ2 レーザによ
る加工に切り替えればよい。When processing the laminated body according to the present invention using the laser according to the present invention, the processing sound changes when the ceramic layer is penetrated and the processing proceeds to the processing of the metal layer. At the time of the change, the processing may be switched to the processing using the CO 2 laser.
【００３１】このような構成とすることで、前述したよ
うにセラミック層の加工部近傍に下層に存在する金属層
を溶かし、融着させることなく加工を施すことが可能と
なる。By adopting such a configuration, as described above, it is possible to melt the metal layer present below the vicinity of the processed portion of the ceramic layer and perform processing without fusing.
【００３２】[0032]
実施例１ 図１は、本実施例に用いた積層体の概略断面図であり、
高温強化合金材料表面１、耐食性合金２およびセラミッ
ク層３を積層したものである。Example 1 FIG. 1 is a schematic sectional view of a laminate used in the present example,
It is obtained by laminating a high-temperature strengthened alloy material surface 1, a corrosion-resistant alloy 2, and a ceramic layer 3.
【００３３】本実施例を以下により詳細に説明する。本
実施例では、膜圧３ｍｍのＮｉを主成分とする高温強化
合金基材表面に、膜圧０．５ｍｍのＮｉを主成分としＣ
ｒ、Ａｌ、Ｙを添加した耐食性合金を形成し、さらにそ
の上に膜圧０．５ｍｍのＹ2 Ｏ3 で安定化したＺｒＯ2
セラミック層が形成された積層部材を使用した。This embodiment will be described in more detail below. In the present embodiment, a high-temperature strengthened alloy base material having a film pressure of 3 mm as a main component and Ni having a film pressure of 0.5 mm as a main component and C
A corrosion-resistant alloy to which r, Al, and Y are added is formed, and ZrO 2 stabilized with Y 2 O 3 having a film pressure of 0.5 mm is further formed thereon.
A laminated member on which a ceramic layer was formed was used.
【００３４】この積層部材のセラミック層側からパルス
幅が４０ｎｓｅｃで波長が５００ｎｍのレーザービーム
を１パルス当たりのピーク出力４ＧＷ／ｃｍ2 の条件で
冷却水中で照射し、貫通孔を設けた。A laser beam having a pulse width of 40 nsec and a wavelength of 500 nm was irradiated from the ceramic layer side of the laminated member in cooling water under the condition of a peak output per pulse of 4 GW / cm 2 to form through holes.
【００３５】貫通孔を設けた後に貫通孔近傍のセラミッ
ク表面を観察したところ、溶融した金属の付着は観察さ
れなかった。さらに、加工された積層体の穿孔部近傍の
耐食性金属とＺｒＯ2 との界面を観察したが剥離などの
問題は無かった。また穿孔の高温強化材料表面には溶融
層は観察されず、熱影響部も僅かに１０μｍであった。When the ceramic surface near the through hole was observed after the through hole was formed, no adhesion of the molten metal was observed. Furthermore, the interface between the corrosion-resistant metal and ZrO 2 near the perforated portion of the processed laminate was observed, but there was no problem such as peeling. Further, no molten layer was observed on the surface of the high-temperature strengthening material of the perforations, and the heat-affected zone was only 10 μm.
【００３６】実施例２ 本実施例は、実施例１と同様の積層体の加工を大気中で
行なった。またレーザはピーク出力を１０ＧＷ／ｃｍ2
としたことを除けば実施例１と同じ条件で積層体に照射
した。Example 2 In this example, the same laminate as in Example 1 was processed in the air. The laser has a peak output of 10 GW / cm 2
The laminate was irradiated under the same conditions as in Example 1 except that
【００３７】貫通孔を設けた後に貫通孔近傍のセラミッ
ク表面を観察したところ、溶融した金属の付着は観察さ
れなかった。さらに、穿孔の高温強化材料表面には溶融
層は観察されず、熱影響部もわずかに１０μｍ以下であ
った。When the ceramic surface near the through hole was observed after the through hole was formed, no adhesion of the molten metal was observed. Further, no molten layer was observed on the surface of the high-temperature reinforcing material of the perforations, and the heat-affected zone was only 10 μm or less.
【００３８】また、高温強化金属の強度を加工前後で比
較したところ、加工後の高温強化金属は加工前に比べ特
に強度低下は観測されなかった。 比較例１ ＹＡＧレーザ（レーザ出力２４Ｊ／Ｐ、ピーク出力２０
ｋＷ、パルス幅１．２ｍｓ）に変えたことを除けば実施
例２と同様にして積層体の加工を行った。Further, when the strength of the high-temperature strengthened metal was compared before and after the working, no particular decrease in the strength of the high-temperature strengthened metal after the working was observed as compared with that before the working. Comparative Example 1 YAG laser (laser output 24 J / P, peak output 20
The laminated body was processed in the same manner as in Example 2 except that the power was changed to kW and a pulse width of 1.2 ms.
【００３９】加工後、貫通孔の側壁には金属付着物が形
成されており、この付着物は開口部近傍のセラミック上
にも付着していた。さらに、高温強化金属、および耐食
性金属の加工孔壁面には５０μｍの溶融層が観察され
た。After the processing, a metal deposit was formed on the side wall of the through hole, and the deposit also adhered to the ceramic near the opening. Furthermore, a molten layer of 50 μm was observed on the wall surface of the processed hole of the high-temperature strengthened metal and the corrosion-resistant metal.
【００４０】また、高温強化金属の強度を加工前後で比
較したところ、１０％程度低下していた。 実施例３ 図２は、本実施例に使用した積層体の概略断面図であ
り、セラミック層４の対向する面に金属層５を積層した
積層体である。When the strength of the high-temperature strengthened metal was compared before and after working, it was found to be reduced by about 10%. Example 3 FIG. 2 is a schematic sectional view of a laminate used in the present example, which is a laminate in which a metal layer 5 is laminated on an opposing surface of a ceramic layer 4.
【００４１】以下詳細に本実施例を説明する。０．６ｍ
ｍ厚さのＡｌＮセラミックスの両面に０．３ｍｍ厚さの
銅箔を積層した積層部材を用い、この積層部材にパルス
幅８０ｎｓｅｃ、波長５００ｎｍのレーザビームを１パ
ルス当たりのピーク出力５ＧＷ／ｃｍ2 、レーザの移動
速度０．０１ｍｍ／ｓｅｃの条件で照射して１辺が３ｍ
ｍ角のチップに切断した。The present embodiment will be described in detail below. 0.6m
A laminated member in which a 0.3 mm thick copper foil is laminated on both sides of an AlN ceramic having a thickness of m is used. A pulse width of 80 nsec, a laser beam having a wavelength of 500 nm is applied to the laminated member, and a peak output per pulse is 5 GW / cm 2 . Irradiation at a laser moving speed of 0.01 mm / sec.
It was cut into m square chips.
【００４２】得られたチップの切断面を観察したとこ
ろ、セラミックの切断面には銅の融着は観察されず、セ
ラミックを挟んだ銅箔どうしは電気的に絶縁された状態
であった。When the cut surface of the obtained chip was observed, no fusion of copper was observed on the cut surface of the ceramic, and the copper foil sandwiching the ceramic was in an electrically insulated state.
【００４３】さらにセラミックと銅箔の密着状態は良好
であり、両者の剥離は観察されなかった。 比較例２ 使用するレーザとしてＹＡＧレーザ（レーザ出力２４Ｊ
／Ｐ、ピーク出力２０ｋＷ、パルス幅１．２ｍｓ）を照
射したことを除けば実施例３と同様にして１辺が３ｍｍ
角のチップを作成した。Furthermore, the state of adhesion between the ceramic and the copper foil was good, and no separation was observed between the two. Comparative Example 2 A YAG laser (laser output 24J
/ P, peak power of 20 kW, pulse width of 1.2 ms) except that the side was 3 mm in the same manner as in Example 3.
Created a corner chip.
【００４４】得られたチップの切断面を観察したとこ
ろ、セラミックの切断面には銅が融着しており、セラミ
ックを挟んだ銅箔どうしの導通を確認したところ、電気
的な導通が確認された。When the cut surface of the obtained chip was observed, copper was fused to the cut surface of the ceramic, and when conduction was confirmed between copper foils sandwiching the ceramic, electric conduction was confirmed. Was.
【００４５】さらにセラミックと銅箔の密着状態を調べ
たところ、切断面付近で銅箔とセラミックとの間に剥離
した部分があることが観測された。以上の結果から、本
発明によれば、セラミック表面に溶融金属を融着させず
に積層体を加工できると共に、特に金属材料が高温強化
材料の場合にその特性を劣化させることなく加工できる
ことが分かる。Further, when the adhesion state between the ceramic and the copper foil was examined, it was observed that there was a peeled portion between the copper foil and the ceramic near the cut surface. From the above results, according to the present invention, it is understood that the laminate can be processed without fusing the molten metal to the ceramic surface, and that the processing can be performed without deteriorating the characteristics particularly when the metal material is a high-temperature strengthened material. .
【００４６】また、導電性材料としての金属層間に、絶
縁層としてセラミック層を有する基板を加工するような
場合に、本発明によればセラミックの金属への付着を防
ぐことができるという利点がある。Further, in the case of processing a substrate having a ceramic layer as an insulating layer between metal layers as conductive materials, the present invention has the advantage that the adhesion of ceramic to metal can be prevented. .
【００４７】[0047]
【発明の効果】セラミックと金属とからなる積層部材
を、セラミック表面に金属を融着させることなく加工す
ることが可能になる。According to the present invention, a laminated member made of ceramic and metal can be processed without fusing the metal to the ceramic surface.
【図１】 実施例１を説明するための、積層体の概略断
面図である。FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a laminate for explaining Example 1.
【図２】 実施例３を説明するための、積層体の概略断
面図である。FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of a laminated body for explaining a third embodiment.
１ ・・・高温強化金属 ２ ・・・耐食性金属 ３、４・・・セラミック ５ ・・・金属層 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... High temperature strengthening metal 2 ... Corrosion resistant metal 3,4 ... Ceramic 5 ... Metal layer
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 亀岡 秋男 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株 式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者 近藤 浩一 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株 式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者 牧野 吉延 神奈川県横浜市鶴見区末広町２丁目４番地 株式会社東芝京浜事業所内 (72)発明者 佐野 雄二 神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地 株 式会社東芝横浜事業所内 (72)発明者 岡崎 幸基 神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地 株 式会社東芝横浜事業所内 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Akio Kameoka 1st address, Toshiba-cho, Komukai, Kawasaki-shi, Kanagawa Prefecture Inside the Toshiba R & D Center (72) Inventor Koichi Kondo Toshiba Komukai, Sai-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa Yoshinobu Makino 2-4, Suehirocho, Tsurumi-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Prefecture In-house Toshiba R & D Center No. 1 (in Japanese) (72) Inventor Yuji Sano Shinsugita, Isogo-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Eighth Town, Toshiba Yokohama Office (72) Inventor Sachiki Okazaki, Eighth Shinsugita-cho, Isogo-ku, Yokohama, Kanagawa Prefecture Inside Toshiba Yokohama Office
Claims (3)
積層部材のセラミック材料側に、パルス幅１００ｎｓｅ
ｃ以下、１パルス当たりのピーク出力０．１〜１０ＧＷ
／ｃｍ2 、波長１７０〜７００ｎｍのレザービームを照
射することを特徴とする積層部材の加工方法。1. A pulse width of 100 ns is applied to a ceramic material side of a laminated member made of a metal material and a ceramic material.
c or less, peak output per pulse 0.1 to 10 GW
A method for processing a laminated member, comprising irradiating a laser beam having a wavelength of 170 to 700 nm / cm 2 .
とを特徴とする請求項１記載の積層部材の加工方法。2. The method according to claim 1, wherein the metal material is a heat-resistant reinforced alloy.
を形成した積層部材に、パルス幅１００ｎｓｅｃ以下、
１パルス当たりのピーク出力０．１〜１０ＧＷ／ｃｍ2
波長１７０〜７００ｎｍのレザービームを照射すること
を特徴とする積層部材の加工方法。3. A laminated member in which a metal material is formed on opposing surfaces of a ceramic substrate has a pulse width of 100 nsec or less.
Peak output per pulse 0.1 to 10 GW / cm 2
A method for processing a laminated member, comprising irradiating a laser beam having a wavelength of 170 to 700 nm.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8259547A JPH1099980A (en) | 1996-09-30 | 1996-09-30 | Working method of laminated member |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8259547A JPH1099980A (en) | 1996-09-30 | 1996-09-30 | Working method of laminated member |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1099980A true JPH1099980A (en) | 1998-04-21 |
Family
ID=17335635
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8259547A Pending JPH1099980A (en) | 1996-09-30 | 1996-09-30 | Working method of laminated member |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1099980A (en) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002520163A (en) * | 1998-07-13 | 2002-07-09 | シーメンス プロダクション アンド ロジスティクス システムズ アクチエンゲゼルシャフト | Equipment for laser machining of workpieces |
| JP2011083448A (en) * | 2009-10-16 | 2011-04-28 | Nippon Dental Univ | Method for manufacturing crown restoration |
| US7985942B2 (en) | 2004-05-28 | 2011-07-26 | Electro Scientific Industries, Inc. | Method of providing consistent quality of target material removal by lasers having different output performance characteristics |
| JP2012015779A (en) * | 2010-06-30 | 2012-01-19 | Kyocera Kinseki Corp | Method for manufacturing piezoelectric vibrator, and piezoelectric vibrator |
| JP2016068132A (en) * | 2014-09-30 | 2016-05-09 | 三菱重工業株式会社 | Laser cutting method |
| JP2020524607A (en) * | 2017-06-21 | 2020-08-20 | ヘレウス ドイチュラント ゲーエムベーハー ウント カンパニー カーゲー | Method for laser ablation of metal-ceramic substrate and its substrate |
-
1996
- 1996-09-30 JP JP8259547A patent/JPH1099980A/en active Pending
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