專利名稱:陶瓷生片的制造方法及所用的激光束機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及陶瓷生片的制造方法和所用的激光束機(jī),例如,在制造疊層陶瓷電子元件時(shí)用的激光束機(jī)。具體地講,本發(fā)明涉及陶瓷生片的制造方法和在陶瓷生片中構(gòu)成穿孔(例如,有通路孔(via hole)功能的孔,通孔等)所用的激光束機(jī)。
現(xiàn)有技術(shù)說明在疊層線圈元件、疊層襯底和其它各種疊層陶瓷電子元件中,通常,其間層疊或布置陶瓷層的內(nèi)電極(層間層)之間的電連接是經(jīng)在陶瓷生片中形成的通路孔(穿孔)來實(shí)現(xiàn)的。
目前,作為在陶瓷生片中形成通路孔(穿孔)的方法,用得很廣泛的方法是,用模具和插桿沖壓陶瓷生片的方法。
但是,上述沖壓法有以下問題(a)由于模具和插桿的尺寸精度很大程度上影響穿孔的精度,因此,必須保持模具和插桿的尺寸和形狀的高精度,因而難免增大了設(shè)備的造價(jià);(b)模具和插桿的使用壽命短,必須定期更換,這種更換費(fèi)時(shí)費(fèi)力,而且成本高;(c)當(dāng)要制造的元件形狀改變時(shí),模具和插桿也必須更換,另外,模具和插桿更換后要調(diào)節(jié)精度,這又費(fèi)時(shí)和費(fèi)力;(d)隨著穿孔(penetration hole)尺寸減小,加工精度(形狀精度)也減小。
為解決上述的問題,采用激光加工方法,用激光束能在陶瓷生片的預(yù)定位置形成形狀和位置精度高的直徑約80μm的小尺寸穿孔,該方法已提出并部分用于實(shí)際生產(chǎn)中。
例如,在主要含磁性陶瓷的陶瓷生片中用CO2激光器形成穿孔時(shí),激光束不會(huì)被構(gòu)成磁性陶瓷的Fe、Ni、Cu等吸收,也不會(huì)被模制陶瓷生片所需的粘接劑如乙烯基乙酸酯和分散劑如聚羧酸銨等吸收,由此形成穿孔。因而,陶瓷生片的激光能量吸收效率通常是30%至40%。
所述的激光制造方法中,激光束源發(fā)射的激光束穿過衍射光柵,分割成形狀和尺寸一致的對(duì)應(yīng)要形成的穿孔的多束激光束,所產(chǎn)生的一致地分割開的多束激光束輻射到陶瓷生片,在陶瓷生片中形成形狀和尺寸一致的多個(gè)穿孔。
這些由衍射光柵分割的激光束中有(a)第1級(jí)衍射束,它根據(jù)設(shè)計(jì)以加工所需能量輻射到預(yù)定位置;(b)更高級(jí)的衍射束,它是隨著衍射而在第1級(jí)衍射束的外邊產(chǎn)生的衍射束,它的能級(jí)比第1級(jí)衍射束的能級(jí)低很多;和(c)0級(jí)衍射束,它不分割地輻射到光譜區(qū)中心,并有較高的能級(jí),但它的能級(jí)低于第1級(jí)衍射束的能級(jí)。
關(guān)于所述(b)更高級(jí)的衍射束的激光束,它的能級(jí)低,它對(duì)要加工的材料的蝕刻作用極弱。但是,要變成噪聲的激光束的數(shù)量大于分割的光的數(shù)量并與分割光數(shù)量成正比增大,所以它的總能量變得不能忽略不計(jì)。
關(guān)于所述(c)的激光束,它不分割地通過衍射光柵,由于它只通過衍射光柵,它的能級(jí)低于第1級(jí)衍射束的能級(jí),但它的能級(jí)變成高于更高級(jí)衍射束的能級(jí)。
因此,通過用衍射光柵分割激光束來在陶瓷生片中同時(shí)形成多個(gè)穿孔時(shí),由于已變成更高級(jí)的衍射束和0級(jí)衍射束的激光能量(噪聲),所以陶瓷生片的不希望的部分也被加工了。
通過提高衍射光柵的加工精度能抑制變成噪聲的能量。但是,由于0級(jí)衍射束的能級(jí)高,很難避免加工不希望的部分。目前,為了避免加工不希望的部分,加工所需的第1級(jí)衍射束已被疊加到0級(jí)衍射束上。但是,很難完全避免加工不希望的部分。而且,為了把加工所需的第1級(jí)衍射束疊加到0級(jí)衍射束上,必須提高激光束機(jī)的精度,這就使設(shè)備變得復(fù)雜而且提高了設(shè)備造價(jià)。
具體地說,是噪聲的0級(jí)衍射束通常是第1級(jí)衍射束的5%至10%,而且,根據(jù)激光束的吸收,所形成的穿孔的尺寸比在0級(jí)衍射束疊加到第1級(jí)衍射束上的部分形成的其它穿孔的尺寸大。
圖3畫出了用通用的衍射光柵分割的激光束進(jìn)行加工時(shí)的狀態(tài),在陶瓷生片10中要形成穿孔15的區(qū)域的中心部分所形成的穿孔15(15a)(即,在0級(jí)衍射束疊加到第1級(jí)衍射束的部分所形成的穿孔)的直徑大于陶瓷生片10的周邊部分上形成的穿孔15的直徑,因?yàn)?,輻射到光譜區(qū)中心部分的0級(jí)衍射束的激光束沒分割。
發(fā)明概述為解決上述問題,本發(fā)明的目的是提供陶瓷生片的制造方法和所用的激光束機(jī),以能在陶瓷生片的預(yù)定位置有效形成有所需形狀和尺寸的多個(gè)穿孔。
為達(dá)到所述目的,按本發(fā)明,提供了一種制造陶瓷生片的方法,用于在陶瓷生片中形成多個(gè)穿孔,它包括以下步驟激光束源發(fā)射的激光束通過掩模整形成預(yù)定的形狀;整形的激光束通過衍射光柵分割成多束激光束,使單個(gè)0級(jí)衍射束的能量變成等于或小于加工陶瓷生片所需的能量閾值;用電流鏡反射由衍射光柵分割的激光束;用會(huì)聚透鏡單獨(dú)會(huì)聚由電流鏡反射的激光束;用會(huì)聚透鏡會(huì)聚的激光束輻射陶瓷生片,在陶瓷生片的預(yù)定位置同時(shí)形成有所需形狀和尺寸的多個(gè)穿孔;之后,改變電流鏡的反射角度,重復(fù)用激光束輻射陶瓷生片,在陶瓷生片不同的預(yù)定位置形成有所需形狀和尺寸的多個(gè)穿孔。
通過實(shí)施以下步驟激光束源發(fā)射的激光束通過掩模整形成預(yù)定的形狀;整形的激光束通過衍射光柵分割成多束激光束,使單個(gè)0級(jí)衍射束的能量變成等于或小于加工陶瓷生片所需能量閾值;用電流鏡反射被衍射光柵分割的激光束;用會(huì)聚透鏡單獨(dú)會(huì)聚由電流鏡反射的激光束;會(huì)聚的激光束輻射到陶瓷生片上,可以在陶瓷生片中有效形成多個(gè)有所需形狀和尺寸(例如形狀和尺寸一致的)穿孔。
即,當(dāng)通過按高精度加工制成的衍射光柵而分割的各個(gè)激光束的0級(jí)衍射束的能量控制到等于或小于加工陶瓷生片所需能量的閾值時(shí),能防止因0級(jí)衍射束的作用而使穿孔尺寸超過預(yù)定尺寸,因而能有效形成有所需形狀和尺寸的穿孔。
當(dāng)使用高精度方法制成的衍射光柵時(shí),可把0級(jí)和更高級(jí)衍射光束的能級(jí)控制到低能級(jí)。更高級(jí)的衍射束的能量控制到第1級(jí)衍射束的能量的1%以下,0級(jí)衍射束的能量控制在第1級(jí)衍射束的能量的5%以下。結(jié)果,考慮到陶瓷生片的激光束吸收系數(shù),不僅可以使0級(jí)衍射束的激光能量等于或小于陶瓷生片加工所需的閾值,也可以使0級(jí)和更高級(jí)衍射束的總激光能量等于或小于陶瓷生片加工所需的閾值能量。因而,能防止0級(jí)和更高級(jí)衍射束加工陶瓷生片。因此能極有效地形成有所需形狀和尺寸的穿孔。
陶瓷生片加工所需的閾值可預(yù)先用初步試驗(yàn)確定。
當(dāng)使0級(jí)衍射束的激光能量等于或小于陶瓷生片加工所需閾值能量時(shí),由于不需要與第1級(jí)衍射束疊加,所以可簡化激光束機(jī)的結(jié)構(gòu)。
上述的陶瓷生片制造方法還包括這樣的步驟按陶瓷生片的種類和加工條件,通過一臺(tái)激光束機(jī)中的轉(zhuǎn)換系統(tǒng),從多個(gè)衍射光柵中選擇要用的合適的衍射光柵。
根據(jù)陶瓷生片的種類和加工條件,通過一臺(tái)激光束機(jī)中的轉(zhuǎn)換系統(tǒng),從多個(gè)衍射光柵中選擇適當(dāng)?shù)墓鈻?,可用一臺(tái)激光束機(jī)有效加工多種要加工的材料。因此,可以有效地呈現(xiàn)出本發(fā)明的效果。
按本發(fā)明,提供了在陶瓷生片中形成多個(gè)穿孔的激光束機(jī)。該激光束機(jī)設(shè)有支承陶瓷生片的支承裝置;發(fā)射激光束的激光束源;把激光束源發(fā)射的激光束整形成預(yù)定形狀用的掩模;把通過掩模整形的激光束分割成多個(gè)激光束用的衍射光柵,以使單個(gè)0級(jí)衍射光束的能量變成等于或小于加工陶瓷生片所需的閾值能量;用于以預(yù)定反射角反射通過衍射光柵的激光束的電流鏡;電流鏡驅(qū)動(dòng)裝置,用于改變電流鏡的反射角;和會(huì)聚透鏡,用于單獨(dú)會(huì)聚由電流鏡按預(yù)定反射角反射的激光束,并用于使激光束輻射到用支承裝置支承的陶瓷生片。
通過用本發(fā)明的激光束機(jī),即它設(shè)有支承陶瓷生片的支承裝置;把激光束整形成預(yù)定形狀的掩模;把通過掩模的激光束分割成多束激光束使單個(gè)0級(jí)衍射束的能量變成等于或小于陶瓷生片加工所需的閾值能量的衍射光柵;按預(yù)定反射角度反射通過衍射光柵的激光束用的電流鏡;用于改變電流鏡的反射角度的電流鏡驅(qū)動(dòng)裝置;和用于單獨(dú)會(huì)聚由電流鏡按預(yù)定反射角反射的激光束并使激光束輻射到陶瓷生片的會(huì)聚透鏡,能可靠地實(shí)施本發(fā)明的陶瓷生片制造方法,并能在陶瓷生片中有效形成有所需形狀和尺寸的多個(gè)穿孔。
所述激光束機(jī)可以有多個(gè)衍射光柵和一個(gè)轉(zhuǎn)換系統(tǒng),轉(zhuǎn)換系統(tǒng)可適當(dāng)選擇要用的衍射光柵,這樣根據(jù)陶瓷生片的種類和加工條件適當(dāng)選擇衍射光柵,一臺(tái)激光束機(jī)能用于制造多種陶瓷生片和多種加工條件。
由于所述激光束機(jī)設(shè)有根據(jù)陶瓷生片和加工條件適當(dāng)選擇要用的衍射光柵的轉(zhuǎn)換系統(tǒng),因此,只要根據(jù)陶瓷生片的種類和加工條件適當(dāng)選擇要用的衍射光柵,激光束機(jī)就能有效地用于多種陶瓷生片和多種加工條件。
附圖簡述
圖1是按本發(fā)明實(shí)施例的激光束機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖;圖2是用圖1所示本發(fā)明實(shí)施例的激光束機(jī)所制成的其中形成有穿孔的陶瓷生片的示意圖;圖3是用常規(guī)的通用衍射光柵分割的多束激光束在陶瓷生片中形成的穿孔形狀的平面示意圖。
優(yōu)選實(shí)施例說明以下用本發(fā)明實(shí)施例更詳細(xì)說明本發(fā)明的特征。
圖1是實(shí)施本發(fā)明的陶瓷生片制造方法用的激光束機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是用圖1所示激光束機(jī)制造的其中形成有穿孔的陶瓷生片的示意圖。
本實(shí)施例中,例如,以這樣的情況為例進(jìn)行說明把用于制造疊層線圈元件的主要含NiCuZn鐵氧體的陶瓷構(gòu)形成片,將這樣制成的陶瓷生片加工形成穿孔15,穿孔15在平面示意圖中是圓形,如圖2所示。所述穿孔15在制品(疊層線圈元件)中有通路孔功能。
如圖1所示,本實(shí)施例中用的激光束機(jī)設(shè)有支承裝置(即本實(shí)施例中的XY工作臺(tái))11,它構(gòu)成為支承陶瓷生片10并按預(yù)定方向移動(dòng)陶瓷生片10;激光束源1;激光束源驅(qū)動(dòng)裝置1a,用于驅(qū)動(dòng)激光束源1;掩模3,用于使激光束源1發(fā)射的激光束2整形成預(yù)定形狀;衍射光柵4,它使通過掩模的激光束2通過它而分割成多束激光束2,使單個(gè)0級(jí)衍射束的能量等于或小于加工陶瓷生片所需的閾值能量;電流鏡(galvanomirror)5,它按預(yù)定角度反射通過衍射光柵4的激光束2;電流鏡驅(qū)動(dòng)裝置6,它改變電流鏡的反射角度;和會(huì)聚透鏡7,用于單獨(dú)會(huì)聚用電流鏡按預(yù)定反射角反射的激光束,并使激光束2輻射到被支承裝置11支承的陶瓷生片10。
本激光束機(jī)中,用輻射CO2激光束的激光束源作為激光束源1。吸收少量CO2激光束的ZnSe用作衍射光柵4、電流鏡5和會(huì)聚透鏡7。
該激光束機(jī)中用的衍射光柵4是用高精度方法制成的,并能把激光束2分割成多束激光束2,其中,0級(jí)衍射束的能量等于或小于加工陶瓷生片的閾值能量。
即,用按高精度方法制成的衍射光柵4制造陶瓷生片10,激光束2的0級(jí)和更高級(jí)衍射束的能量減小到低于第1級(jí)衍射束的能量。能把更高級(jí)衍射束的能量控制在第1級(jí)衍射束能量的1%以下,把0級(jí)衍射束的能量控制在第1級(jí)衍射束能量的5%以下。
結(jié)果,不只是0級(jí)衍射束的激光能量能控制在陶瓷生片10加工所需閾值能量以下,也能使0級(jí)和更高級(jí)衍射束的總激光能量控制在陶瓷生片加工所需的閾值能量以下,所以,能防止0級(jí)和更高級(jí)衍射束加工陶瓷生片10。因此,能有效形成有所需形狀和尺寸的穿孔。
當(dāng)0級(jí)衍射束的激光能量在用高精度方法制成的衍射光柵4加工所需的閾值能量以下時(shí),由于不必與第1級(jí)衍射束疊加,所以能簡化激光束機(jī)的結(jié)構(gòu)。
以下說明用有所述結(jié)構(gòu)的激光束機(jī)在陶瓷生片中形成穿孔的方法。
(a)乙烯基乙酸酯粘接劑加入主要含NiCuZn鐵氧體的陶瓷中,并用球磨機(jī)進(jìn)行17小時(shí)混合。生成的混合物用刮刀法制成片形。制成的50μm厚的陶瓷生片10放到支承裝置11上。
(b)CO2激光束發(fā)生裝置構(gòu)成的激光束源1發(fā)射的激光束2,用于按額定功率300W輸出,在陶瓷生片中鉆孔,激光束2通過掩模3,之后,通過衍射光柵4整形,它分割成多束激光束2(本實(shí)施例中是分割成垂直方向5束×水平方向5束=25束),分割的激光束的形狀和尺寸相當(dāng)于在陶瓷生片中要形成的穿孔15的形狀和尺寸,如圖2所示,激光束的能量等于或小于陶瓷生片加工所需的閾值能量。按本發(fā)明,激光束能進(jìn)行各種分割,例如分割成垂直方向3束×水平方向3束=9束,和垂直方向7束×水平方向7束=49束。
(c)用電流鏡5按預(yù)定反射角反射均勻分割的多束激光束2,隨后,用會(huì)聚透鏡7單獨(dú)會(huì)聚反射的激光束2。
(d)會(huì)聚的激光束2輻射到陶瓷生片10,在陶瓷生片10的預(yù)定位置同時(shí)形成形狀和尺寸一致的多個(gè)穿孔15。
(e)改變電流鏡5的反射角,重復(fù)使激光束2輻射到陶瓷生片10,在陶瓷生片10的不同的預(yù)定位置形成形狀和尺寸一致的穿孔15(見圖2)。
(f)改變電流鏡5的反射角,重復(fù)激光束2輻射到陶瓷生片10的步驟(e),在陶瓷生片10的預(yù)定區(qū)域(改變電流鏡5的反射角,能在其中不同的位置形成穿孔)形成形狀和尺寸一致的穿孔。隨后,XY工作臺(tái)移動(dòng)預(yù)定距離,重復(fù)所述步驟(b)至(e),在陶瓷生片10上的預(yù)定位置形成形狀和尺寸一致的穿孔15。
按本實(shí)施例的陶瓷生片制造方法,由于用按高精度制成的衍射光柵4能把激光束2分割成多束激光束2,使0級(jí)衍射束的能量低于第1級(jí)衍射束的能量,并且0級(jí)衍射束的能量在陶瓷生片加工所需閾值能量以下,所以,能防止除第1級(jí)衍射束之外的0級(jí)和更高級(jí)衍射束加工陶瓷生片。因此,能在陶瓷生片中有效形成有所需形狀和尺寸的穿孔。
當(dāng)0級(jí)衍射束的激光能量在用高精度方法制成的衍射光柵4加工所需的閾值能量以下時(shí),像本實(shí)施例中這樣,由于不必與第1級(jí)衍射束疊加,所以,能簡化激光束機(jī)結(jié)構(gòu)。
上述實(shí)施例中,已作為實(shí)例說明了主要含NiCuZn的鐵氧體陶瓷生片的制造情況。但是,本發(fā)明不限于此。它能廣泛用于各種陶瓷生片的制造中。
上述實(shí)施例中,用CO2激光束。但是,本發(fā)明中用的激光束沒有具體限制。其它激光束也能用。
而且,對(duì)于其它方面,本發(fā)明也不限于上述實(shí)施例,在本發(fā)明范圍內(nèi)會(huì)有各種應(yīng)用和改進(jìn)。
如上所述,由于按本發(fā)明的陶瓷生片制造方法包括以下步驟激光束源發(fā)射的激光束通過掩模整形為預(yù)定形狀;整形的激光束通過衍射光柵分割成多束激光束,以使單束0級(jí)衍射束的能量在陶瓷生片加工所需閾值能量以下;用電流鏡反射分割的激光束;用會(huì)聚透鏡單獨(dú)會(huì)聚反射的激光束,和使會(huì)聚的激光束輻射到陶瓷生片上,所以能防止因0級(jí)衍射束的作用而使穿孔尺寸超過預(yù)定尺寸,能有效形成有所需形狀和尺寸的穿孔(例如形狀和尺寸一致的穿孔)。
關(guān)于上述的陶瓷生片制造方法,當(dāng)激光束機(jī)設(shè)有多個(gè)衍射光柵和根據(jù)陶瓷生片種類和所用加工條件適當(dāng)選擇要用的衍射光柵用的轉(zhuǎn)換系統(tǒng)時(shí),可用一臺(tái)激光束機(jī)有效加工多種要加工的材料,因此能更好地呈現(xiàn)本發(fā)明的效果。
由于按本發(fā)明的激光束機(jī)設(shè)有支承陶瓷生片用的支承裝置、激光束源、把激光束整形成預(yù)定形狀的掩模、用于把通過掩模的激光束分割成多束激光束并使單束0級(jí)衍射束的能量變成等于或小于陶瓷生片加工所需的閾值能量的衍射光柵、用于按預(yù)定反射角反射通過衍射光柵的激光束的電流鏡、改變電流鏡的反射角用的電流鏡驅(qū)動(dòng)裝置以及單獨(dú)會(huì)聚用電流鏡按預(yù)定反射角反射的激光束和使激光束輻射到陶瓷生片用的會(huì)聚透鏡。因此,用這種激光束機(jī)能可靠地實(shí)現(xiàn)本發(fā)明陶瓷生片制造方法,并且能在陶瓷生片中有效形成有所需形狀和尺寸的多個(gè)穿孔。
當(dāng)上述激光束機(jī)設(shè)有能根據(jù)陶瓷生片的種類和加工條件適當(dāng)選擇要用的衍射光柵的轉(zhuǎn)換系統(tǒng)時(shí),它只要按陶瓷生片種類和加工條件適當(dāng)選擇要用的衍射光柵,就能有效用于多種陶瓷生片和多種加工條件。因此,有效地呈現(xiàn)出本發(fā)明的效果。
權(quán)利要求
1.一種陶瓷生片的制造方法,其中,在陶瓷生片中形成多個(gè)穿孔,該方法包括以下步驟激光束源發(fā)射的激光束通過掩模整形成預(yù)定形狀;整形的激光束通過衍射光柵分割成多束激光束,使單束0級(jí)衍射束的能量變成等于或小于陶瓷生片加工所需閾值能量;用電流鏡反射被衍射光柵分割的激光束;用會(huì)聚透鏡單獨(dú)會(huì)聚被電流鏡反射的激光束;用會(huì)聚透鏡會(huì)聚的激光束輻射陶瓷生片,在陶瓷生片的預(yù)定位置中形成同時(shí)具有所需形狀和尺寸的多個(gè)穿孔;和之后,改變電流鏡的反射角度,重復(fù)使激光束輻射陶瓷生片,在陶瓷生片上不同的預(yù)定位置形成有所需形狀和尺寸的多個(gè)穿孔。
2.按權(quán)利要求1的陶瓷生片制造方法,還包括以下步驟根據(jù)陶瓷生片的種類和加工條件,用一臺(tái)激光束機(jī)中的轉(zhuǎn)換系統(tǒng)從多個(gè)衍射光柵中適當(dāng)選擇要用的一個(gè)衍射光柵。
3.一種在陶瓷生片中形成多個(gè)穿孔用的激光束機(jī),包括支承裝置,用于支承陶瓷生片;激光束源,它輻射激光束;掩模,從激光束源發(fā)射的激光束經(jīng)過它整形成預(yù)定形狀;衍射光柵,通過掩模的激光束通過它分割成多束激光,使單束0級(jí)衍射束的能量變成等于或小于陶瓷生片加工所需閾值能量;電流鏡,它按預(yù)定的反射角反射通過衍射光柵的激光束;電流鏡驅(qū)動(dòng)裝置,用于改變電流鏡的反射角;和會(huì)聚透鏡,用于單獨(dú)會(huì)聚用電流鏡按預(yù)定反射角反射的激光束并使激光束輻射被支承裝置支承的陶瓷生片。
4.按權(quán)利要求3的激光束機(jī),包括多個(gè)衍射光柵和一個(gè)轉(zhuǎn)換系統(tǒng),轉(zhuǎn)換系統(tǒng)選擇要用的衍射光柵,并且根據(jù)陶瓷生片的種類和加工條件選擇衍射光柵,一臺(tái)激光束機(jī)能用于多種陶瓷生片和多種加工條件。
全文摘要
本發(fā)明提供了陶瓷生片的制造方法和所用的激光束機(jī),以在陶瓷生片的預(yù)定位置有效形成有所需形狀和尺寸的多個(gè)穿孔。通過進(jìn)行以下步驟:構(gòu)形的激光束通過衍射光柵分割成多束激光束,使單束0級(jí)衍射束的能量變成等于或小于陶瓷生片加工所需閾值能量;用電流鏡反射分割的激光束;用會(huì)聚透鏡單獨(dú)會(huì)聚反射的激光束;和激光束輻射到陶瓷生片,可防止0級(jí)和更高級(jí)的衍射束加工陶瓷生片,從而同時(shí)形成有所需形狀和尺寸的多個(gè)穿孔。
文檔編號(hào)B23K26/073GK1355669SQ0113845
公開日2002年6月26日 申請(qǐng)日期2001年10月11日 優(yōu)先權(quán)日2000年10月11日
發(fā)明者山本高弘 申請(qǐng)人:株式會(huì)社村田制作所