TWI464029B

TWI464029B - Laser processing method

Info

Publication number: TWI464029B
Application number: TW097126692A
Authority: TW
Inventors: Naoyuki Matsuo; Kanji Nishida; Atsushi Hino
Original assignee: Nitto Denko Corp
Priority date: 2007-07-19
Filing date: 2008-07-14
Publication date: 2014-12-11
Also published as: TW200924893A; KR20090009139A; CN101347869A; CN101347869B; EP2017030A1; KR101462689B1; JP5553397B2; JP2009022978A

Description

雷射加工方法

本發明關於一種雷射加工方法及雷射加工品，其使用雷射光對例如各種片材、電路基板、半導體晶圓、玻璃基板、陶瓷基板、金屬基板、半導體雷射等發光或受光元件基板、MEMS基板、半導體封裝、布、皮、紙等被加工物進行半切割加工等形狀加工。

近來隨著電氣/電子設備之小型化等，零件之小型化及高精密化不斷發展，各種材料之外形加工亦追求加工精度為±50 μm或其以下的高精密/高精度化。然而，在以往的衝壓加工等之沖孔加工中，精度充其量為±100 μm左右，已不能對應目前對其精度之要求。因此，利用雷射光之各種材料的加工方法作為可實現上述精密加工之方法受到了關注。

隨著雷射光之光源的高輸出化、低價格化的不斷推進，利用雷射光的各種材料之切割技術廣泛應用於各種領域之產業中。例如，日本專利特開2003－33389號公報中，揭示了利用雷射光對支持體上積層有黏接劑層之積層材料進行半切割。但是，在利用雷射光進行半切割時，由於雷射光之振盪器的輸出穩定性、積層材料之支持體片的加工性及厚度之影響，有時甚至會亦將支持體片完全切斷。

此外，即使在沒有被完全切斷之情形時，亦會產生以下問題：由於支持體片於搬運時受到張力負荷，故支持體片會以雷射加工時受到損傷之部分為起點而斷裂。

本發明係鑒於上述先前的問題點而成者，其目的在於提供一種雷射加工方法以及由該方法所獲得的雷射加工品，即使在雷射光之振盪器的輸出穩定性不穩定、雷射功率增大之情形時，亦可在規定的容許範圍內對被加工物進行半切割加工，且可抑制良率之降低。

本發明之發明者們為了解決上述先前的問題點，對於雷射加工方法以及雷射加工品進行了研究。結果發現，與被加工物所對應之每單位長度的雷射光的輸入能量、蝕刻深度、以及功率變動影響度的關係性，由此，即使在雷射振盪器之雷射功率增大而變動之情形時，亦可將蝕刻深度抑制在容許範圍內而進行半切割加工，從而完成本發明。

即，為了解決上述課題，本發明所述之雷射加工方法之特徵在於，其係利用雷射光對被加工物進行形狀加工至規定的深度位置者，並以對應上述被加工物而最佳設定之雷射光於每單位長度被加工物之能量，即使於因雷射光之振盪器的功率變動而致該雷射功率增大時，亦處於不貫穿上述被加工物之範圍內之方式，增大雷射光之雷射功率、以及被加工物與雷射光間之相對移動速度，並減少雷射加工所需要之照射次數。

當利用雷射光對被加工物進行形狀加工至規定深度位置之情形時，為了形成所希望的蝕刻深度，根據被加工物之物性等，針對雷射光之雷射功率或被加工物與雷射光間之相對移動速度、照射次數等，設定最佳的加工條件。但是，由於雷射光之振盪器的輸出穩定性不穩定，伴隨該變動，雷射光之雷射功率有時會增大。從而，有時蝕刻出之深度有時比所期望之深度更深，而不能進行規定形狀之加工。

當加工條件設定為照射次數增多之情形時，受上述功率增大的影響最大。因為即使是每單位長度之能量值相同、蝕刻量亦相同的條件下，照射次數較多時，每照射一次，因雷射光之雷射功率增大而增加之蝕刻量便有累加。本發明中，以對應上述被加工物而最佳設定之雷射光於每單位長度被加工物之能量，即使於因雷射光之振盪器的功率變動而致該雷射功率增大時，亦處於不貫穿上述被加工物之範圍內之方式，增大上述雷射功率以及移動速度，並減少雷射加工所需要之照射次數。從而，即使上述雷射功率增大，由於儘可能地降低了每次照射時所累加之雷射功率的增大量，因而亦可抑制蝕刻深度超出其容許的範圍進行雷射加工。

上述方法中，上述雷射加工較好的是藉由將雷射光對同一區域多次掃描而進行。

此外，上述被加工物較好的是含高分子樹脂層之積層體。

較好的是採用二氧化碳雷射作為上述雷射光之光源。

為了解決上述課題，本發明所述之雷射加工品之特徵在於藉由上述雷射加工方法而獲得。

本發明藉由如上所述之方法，可產生下述效果。

即，根據本發明，以對應被加工物而最佳設定之雷射光於每單位長度被加工物之能量，即使於因雷射光之振盪器的功率變動而致該雷射功率增大時，亦處於不貫穿上述被加工物之範圍內之方式，增大上述雷射功率以及移動速度，並減少雷射加工所需要之照射次數，因此，即使雷射光之振盪器的輸出不穩定、雷射功率增大，亦可減少其變動對被加工物之雷射加工帶來的影響。從而，不僅提高了作業性，亦提高了良率。

以下，參照圖1~圖5對本發明之實施形態進行說明。但是，說明中省略了不必要之部分，此外，為了便於說明，將有些部分進行擴大或縮小而進行圖示。

本實施形態中所述之雷射加工方法，係利用雷射光對被加工物進行高精度的形狀加工直至規定的深度位置之方法，可適用於例如半切割加工、標記、槽加工或劃線加工等。

以下，以對被加工物進行半切割加工為例，說明本發明之加工原理。圖1係表示利用雷射光對被加工物進行半切割加工之剖面模式圖。圖2係表示藉由半切割加工而形成半切割部分8之被加工物狀況的立體圖。本實施方式中使用之被加工物1係由被加工層1b層疊於支持體1a上而成的積層體構成(詳細結構於下文描述)。被加工物1之雷射加工係藉由固定於例如吸附台的吸附板上而進行。利用透鏡使規定的雷射振盪器輸出的雷射光3聚光，並照射於被加工物1上。在照射之同時，使雷射照射位置沿著規定的加工線移動，進行半切割加工。半切割加工係採用電流掃描或X－Y工作台掃描之雷射加工方法、或掩膜成像方式之雷射加工等眾所周知的方法。

對於雷射光3並無特別的限定，可使用例如ArF準分子雷射、KrF準分子雷射、XeCl準分子雷射、YAG雷射之第3高次諧波或第4高次諧波，YLF或YVO₄ 的固體雷射之第3高次諧波或第4高次諧波，Ti：S雷射、半導體雷射、纖維雷射或二氧化碳雷射等。該等雷射光中，由於二氧化碳雷射之輸出功率較高而使生產率得到提高，因而本發明特別好的是採用二氧化碳雷射。

利用雷射光3對上述被加工物1進行半切割加工之情形時，蝕刻深度由輸入至每單位長度之能量[J/mm]而控制。上述輸入至每單位長度的能量係由掃描速度[mm/s]除雷射功率[W]而得之數值。從而，例如當為了獲得所期望之蝕刻深度而進行半切割加工時，藉由變換雷射功率或掃描速度中之任一者即可調整輸入至每單位長度之能量。

當在規定的條件下(即，雷射功率(W)、掃描速度(mm/s)、重複頻率(MHz)、點徑(μmΦ)以及光束重疊數(脈衝)(係表示在雷射光掃描中雷射光3對某一點照射幾個脈衝之數值))對被加工物1進行加工，能夠以所期望之蝕刻深度進行半切割加工之情形時，本發明中，增大雷射功率以及掃描速度，並減少光束重疊數，使每單位長度的輸入能量為同值(參照圖3(a))。另一方面，即使減小雷射功率及掃描速度並增加光束重疊數，亦可使每單位長度之輸入能量為同值(參照圖3(b))。從而，當雷射光之振盪器的輸出穩定之情形時，兩者的蝕刻深度相同，能夠以所期望之蝕刻深度進行半切割加工。然而，由於各個光束重疊數不同，因此即使最終的蝕刻量相同，每一個脈衝的蝕刻量亦不同。例如，在前者之情形時，如圖3(a)所示，藉由一個脈衝而蝕刻之部分形成蝕刻部分5。此外，在後者之情形時，如圖3(b)所示，藉由一個脈衝而蝕刻之部分形成蝕刻部分6。

以下，對於振盪器之輸出有變動，雷射光之雷射功率增大之情況進行說明。此時，即使在每單位長度之能量為同值、蝕刻量相同的條件下，如圖4所示，每照射一次，因雷射功率增大而增加之蝕刻部分7亦被累加。因此，在本發明所述之光束重疊數較少的圖4(a)所示之情形時，雷射加工至支持體1a的一部分，且形成比所期望的蝕刻深度更深的深度，但被加工物1不被完全切斷。此外，在光束重疊數較多的圖4(b)所示之情形時，功率變動的影響度較大，被加工物1被完全切斷。

如上所述，本發明中，以對應被加工物1而最佳設定之雷射光3的每單位長度之能量，即使於因雷射光3的振盪器之功率變動而致該雷射功率增大時，亦處於不貫穿上述被加工物1之範圍內之方式，增大雷射功率以及掃描速度，並減少雷射加工所需要之照射次數。最佳設定之雷射光3的每單位長度之能量，可根據被加工物1的光吸收特性以及厚度、熱特性等而適當變更。因而，對應被加工物1的構成材料，雷射加工條件需要每次都進行最適化，但於可半切割之範圍內，將雷射光3之雷射功率及掃描速度同時設定為較大值，降低雷射光3之雷射功率對於蝕刻深度的影響度，此對於在雷射功率增大之情形時亦不會貫穿被加工物而進行半切割加工而言很重要。

此外，其他雷射加工條件可根據被加工物1之種類等進行適當設定。例如，當將本發明之雷射加工方法應用於半切割加工之情形時，雷射光3之重複頻率並無特別限定，通常，較好的是1 kHz~100 kHz，藉由設定於該範圍內，可提高生產性。

雷射光3之聚光徑可根據對於被加工物1所進行之加工種類而進行適當設定。於進行半切割加工之情形時，加工寬度與雷射光3之聚光徑(點徑)大致相同。因而，藉由調節聚光徑，可控制加工寬度。聚光徑(加工寬度)通常較好的是10~500 μm，最好的是100~300 μm。若聚光徑未達10 μm，則加工速度會變小；此外，若聚光徑超過500 μm，則被加工物之製品取出效率會降低。

此外，雷射加工中亦可使雷射光3對於同一區域進行多次掃描。此時，亦可對每次掃描變換各種加工條件，亦可於同一條件下進行。

作為本發明中加工之加工物1，例如可列舉出圖5中所示的帶隔離膜之偏光膜11。帶隔離膜之偏光膜11包括於聚乙烯醇(PVA)薄膜之兩面黏接一對三乙醯纖維素(TAC)薄膜而構成的偏光膜(被加工物層)9。此外，可於一側的TAC薄膜側設有經由丙烯類黏接劑層而由PET薄膜組成的隔離膜(支持體)10；而於另一側的TAC薄膜側設置表面保護薄膜。該表面保護薄膜係於聚對苯二甲酸乙酯(PET)薄膜上設有丙烯類黏接劑層之結構，丙烯類黏接劑層成為與另一側TAC薄膜之黏接面。

此外，作為被加工物1，除了上述帶隔離膜之偏光膜11以外，只要是可藉由雷射光進行加工之物品，均可適用，並無特殊限制。具體而言，可列舉出例如各種片材、電路基板、半導體晶圓、玻璃基板、陶瓷基板、金屬基板、半導體雷射等發光或受光元件基板、MEMS(Micro Electro Mechanical System)基板、半導體封裝、布、皮、紙、單層或多層薄膜材料等。

作為各種片材，可以列舉出例如聚醯亞胺系樹脂、聚酯系樹脂、環氧系樹脂、尿烷系樹脂、聚苯乙烯系樹脂、聚醯胺系樹脂、聚碳酸酯系樹脂、或含有填充劑之聚乙烯系、聚丙烯樹脂等形成之高分子薄膜或不織布，對該等樹脂進行延展加工、浸滲加工等而具有物理或光學功能者，銅、鋁、不鏽鋼等金屬片，或將上述聚合物片及/或金屬片直接或藉由黏接劑而積層所得者等。

此外，作為電路基板，可以列舉出例如單面、雙面或多層柔性印刷基板，由環氧玻璃或陶瓷、金屬芯基板等組成之剛性基板，形成於玻璃或聚合物上之光電路或光－電混合電路基板等。

此外，作為單層或多層薄膜材料，可列舉出各種黏接薄膜、光學薄膜等。

以下，以本發明之較好的實施例為例進行詳細說明。但是，本實施例中所記載的材料或混合量等，除非有特別限定的描述，否則並不表示將本發明之範圍限定於此，而僅是簡單的說明例。

(實施例1)

[被加工物]

本實施例1中，作為被加工物，係採用如圖5所示而構成的帶隔離膜之偏光膜(總厚度270 μm)，對偏光膜9進行切割加工，而不對作為支持體的隔離膜10(厚度：38 μm)進行雷射加工。

[雷射光照射裝置]

使用之雷射光照射裝置如下所述。

雷射光源：二氧化碳雷射雷射波長：10.6 μm最大輸出功率：250 W

[雷射光照射條件]

於下述條件下，對帶隔離膜之偏光膜進行半切割加工。

雷射功率：42 W點徑：120 μmΦ重複頻率：20 kHz掃描速度：400 mm/s掃描次數：1次每單位長度輸入能量：0.105 J/mm

於上述加工條件下，對帶隔離膜之偏光膜進行半切割加工。藉此，可僅對偏光膜9進行雷射加工，可相對於帶隔離膜之偏光膜形成半切割形狀。然後，有意地變換雷射功率，確認可進行半切割加工之雷射功率的範圍。從而，可知相對於初始值42 W而言，7W及其以下之增加量係可進行半切割加工的範圍。

(比較例1)

本比較例1中，如下述表1所示，除了變換雷射功率、掃描速度以及光束重疊數以外，與上述實施例1相同，對帶隔離膜之偏光膜進行半切割加工。此外，有意地變換雷射功率，確認可進行半切割加工之雷射功率的範圍。從而，可知相對於初始值21 W而言，3.5 W及其以下之增加量係可進行半切割加工的範圍，當雷射功率增大之時，藉由雷射光進行雷射加工直到隔離膜10，難以進行所期望的半切割加工。

(比較例2)

本比較例2中，如下述表1所示，除了變換雷射功率、掃描速度以及光束重疊數以外，與上述實施例1相同，對帶隔離膜之偏光膜進行半切割加工。此外，有意地變換雷射功率，確認可進行半切割加工之雷射功率的範圍。從而，可知相對於初始值10.5 W而言，1.8 W及其以下之增加量係可進行半切割加工的範圍，當雷射功率增大之時，藉由雷射光進行雷射加工直至隔離膜10，難以進行所期望的半切割加工。

(實施例2)

本實施2中，作為被加工物，係採用如圖5所示而構成的帶隔離膜之偏光膜11(總厚度270 μm)，對偏光膜9進行切斷加工，而不對作為支持體的隔離膜10(厚度：38 μm)進行雷射加工。

雷射光照射裝置係採用與實施例1相同之裝置，雷射光之照射條件除下述表2所示之外，掃描次數亦為2次。此外，與實施例1相同，有意地變換雷射功率，確認可進行半切割加工之雷射功率的範圍。從而，可知21 W及其以下之增加量係可進行半切割加工的範圍。

(比較例3)

本比較例3中，如下述表2所示，除了變換雷射功率、掃描速度以及光束重疊數以外，與上述實施例2相同，對帶隔離膜之偏光膜進行半切割加工。此外，有意地變換雷射功率，確認可進行半切割加工之雷射功率的範圍。從而，可知14 W及其以下之增加量係可進行半切割加工的範圍，當雷射功率增大之時，藉由雷射光進行雷射加工直到隔離膜10，難以進行所期望的半切割加工。

(比較例4)

本比較例4中，如下述表2所示，除了變換雷射功率、掃描速度以及光束重疊數以外，與上述實施例1相同，對帶隔離膜之偏光膜進行半切割加工。此外，有意地變換雷射功率，確認可進行半切割加工之雷射功率的範圍。從而，可知7 W及其以下之增加量係可進行半切割加工的範圍，當雷射功率增大之時，藉由雷射光進行雷射加工直到隔離膜10，難以進行所期望的半切割加工。

1‧‧‧被加工物

1a‧‧‧支持體

1b‧‧‧被加工層

3‧‧‧雷射光

5,6,7‧‧‧蝕刻部分

8‧‧‧半切割部分

9‧‧‧偏光膜

10‧‧‧隔離膜

11‧‧‧偏光膜

圖1係表示採用本發明之實施形態中的雷射加工方法，對被加工物進行半切割加工之剖面模式圖。

圖2係表示採用上述方法進行了半切割加工之被加工物的立體圖。

圖3(a)表示使每單位長度的輸入能量為同值、提高雷射功率、並提高掃描速度進行加工時之蝕刻深度；圖3(b)表示減小雷射功率、並降低掃描速度進行加工時之蝕刻深度。

圖4(a)表示使每單位長度的輸入能量為同值、提高雷射功率、並提高掃描速度進行加工之情形時，雷射功率增大時的蝕刻深度；圖4(b)表示減小雷射功率、並且降低掃描速度進行加工之情形時，雷射功率增大時的蝕刻深度。

圖5係表示作為上述被加工物之帶隔離膜的偏光膜的剖面模式圖。

1‧‧‧被加工物

1a‧‧‧支持體

1b‧‧‧被加工層

3‧‧‧雷射光

Claims

一種雷射加工方法，其特徵在於，其係利用雷射光對被加工物進行形狀加工至規定的深度位置者，其中以配合上述被加工物而最佳設定之雷射光於每單位長度之能量，即使於因雷射光之振盪器的功率變動而致該雷射功率增大時，亦處於不貫穿上述被加工物之範圍內之方式，使雷射光之雷射功率、以及被加工物與雷射光間之相對移動速度大於為到達預定蝕刻深度而設定之最佳雷射功率及相對移動速度，並使雷射加工所需要之照射次數少於為到達預定蝕刻深度而設定之最佳照射次數。
如請求項1所述的雷射加工方法，其中，上述雷射加工係藉由將雷射光對同一區域多次掃描而進行。
如請求項1所述的雷射加工方法，其中，上述被加工物係含高分子樹脂層之積層體。
如請求項1所述的雷射加工方法，其中，採用二氧化碳雷射作為上述雷射光之光源。
一種雷射加工品，其係藉由請求項1所述之雷射加工方法而獲得者。