激光加工裝置、激光加工方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于在玻璃等基板實(shí)施穿孔加工的激光加工裝置及激光加工方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來(lái)，以智能手機(jī)為首的個(gè)人數(shù)字助理的顯示畫(huà)面中使用Imm以下厚度的玻璃基板，其玻璃基板上實(shí)施有與各種按鈕和傳聲器等功能對(duì)應(yīng)的孔加工。如上面所述的玻璃基板的薄脆性材料的孔加工中，加工過(guò)程中的因裂縫的產(chǎn)生而導(dǎo)致的成品率下降成為問(wèn)題。尤其，如上面所述的個(gè)人數(shù)字助理畫(huà)面上的主畫(huà)面按鈕孔，貫穿加工直徑為1mm左右比較大的孔時(shí)，利用以金剛石為刀刃的玻璃刀在表面賦予圓形加工裂紋，進(jìn)一步在圓形加工裂紋的內(nèi)側(cè)附加格子狀等加工裂紋并在其上加以捶打而逐漸擴(kuò)大開(kāi)口部，由此進(jìn)行形成圓形穿孔。據(jù)此，賦予人為捶打會(huì)較大影響加工精度，某種程度上，無(wú)法避免因裂縫的產(chǎn)生而導(dǎo)致成品率下降為現(xiàn)狀。
[0003]相對(duì)于此，提出各種相對(duì)玻璃等脆性材料的激光加工技術(shù)。下述專利文獻(xiàn)I中，記載有通過(guò)利用YAG激光的激光加工在玻璃上形成微細(xì)的貫穿孔。并且，在下述專利文獻(xiàn)2中，記載有通過(guò)在以圓孔的輪廓線為基準(zhǔn)的內(nèi)側(cè)沿輪廓線多重掃描激光束，從而在薄玻璃基板上形成圓穿孔。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0005]專利文獻(xiàn)
[0006]專利文獻(xiàn)1:日本專利公開(kāi)2000-61667號(hào)公報(bào)
[0007]專利文獻(xiàn)2:日本專利公開(kāi)2009-269057號(hào)公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]發(fā)明要解決的技術(shù)課題
[0009]在玻璃等脆性材料基板照射激光束而實(shí)施貫穿加工的激光加工中，孔徑為Imm以下的微細(xì)孔時(shí)，將YAG激光的照射能量設(shè)定為預(yù)定閾值以上，通過(guò)將焦點(diǎn)位置設(shè)為被加工基板厚度的中間位置或中間位置下方，能夠形成微細(xì)的穿孔(參考專利文獻(xiàn)I)。但是，貫穿孔徑為1mm左右的比較大徑的孔時(shí)，如專利文獻(xiàn)2中記載，需要沿孔的輪廓線掃描激光束，由于需要電流鏡等昂貴的掃描機(jī)構(gòu)，因此存在裝置成本增加，并且加工處理時(shí)間加長(zhǎng)的冋題。
[0010]本發(fā)明以應(yīng)對(duì)這種問(wèn)題作為課題的一例。即，在玻璃等脆性材料基板上貫穿加工比較大的孔時(shí)，能夠消除因裂縫的產(chǎn)生而導(dǎo)致的成品率下降，實(shí)現(xiàn)裝置成本的下降，且縮短加工處理時(shí)間等為本發(fā)明的目的。
[0011]用于解決技術(shù)課題的手段
[0012]為達(dá)成這種目的，本發(fā)明的激光加工裝置及激光加工方法至少具備以下結(jié)構(gòu)。
[0013]一種激光加工裝置，向基板上照射激光束而在該基板上實(shí)施穿孔加工，該裝置的特征在于，具備:聚光透鏡，將激光束聚光成環(huán)狀并將其聚光位置照射在所述基板的厚度范圍內(nèi)；及聚光位置位移機(jī)構(gòu)，向所述基板的厚度方向及所述基板的平面方向位移所述聚光位置。
[0014]一種激光加工方法，向基板上照射激光束而在該基板上實(shí)施穿孔加工，該方法的特征在于，將激光束聚光成環(huán)狀并將其聚光位置照射在所述基板的厚度范圍內(nèi)，使所述聚光位置向所述基板的厚度方向及所述基板的平面方向位移的過(guò)程中，以環(huán)狀的所述聚光位置的中心進(jìn)行圓周運(yùn)動(dòng)的方式使所述聚光位置位移。
[0015]發(fā)明效果
[0016]根據(jù)具有這種特征的本發(fā)明，通過(guò)使聚光成環(huán)狀的激光束的聚光位置在基板的厚度范圍內(nèi)三維位移，能夠在沿環(huán)狀的聚光位置的整個(gè)外周，同時(shí)進(jìn)行將激光加工痕跡向厚度方向及徑向擴(kuò)大。由此，能夠以簡(jiǎn)單的裝置結(jié)構(gòu)快速完成基板的穿孔加工，而無(wú)需使用昂貴的激光掃描機(jī)構(gòu)。
[0017]并且，形成為環(huán)狀的激光加工痕跡一邊挪動(dòng)位置一邊被逐漸擴(kuò)大，因此在加工變質(zhì)層上被反復(fù)照射激光束從而能夠?qū)⒓す馐⑸涞哪芰繐p失抑制到最小限度，且能夠有效進(jìn)行穿孔加工。
【附圖說(shuō)明】
[0018]圖1是表示本發(fā)明的實(shí)施方式中使用的激光透鏡的形態(tài)例的說(shuō)明圖。
[0019]圖2是表示在本發(fā)明的實(shí)施方式中位移激光束的聚光位置的動(dòng)作形態(tài)的說(shuō)明圖。
[0020]圖3是表示本發(fā)明的實(shí)施方式所涉及的激光加工裝置的形態(tài)例的說(shuō)明圖。
[0021]圖4是表示本發(fā)明的實(shí)施方式所涉及的激光加工裝置的具體例的說(shuō)明圖。
[0022]圖5是表示本發(fā)明的實(shí)施方式所涉及的激光加工裝置的具體例的說(shuō)明圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]以下，參考附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式所涉及的激光加工裝置及激光加工方法進(jìn)行說(shuō)明。圖1是表示本發(fā)明的實(shí)施方式中使用的激光透鏡的形態(tài)例的說(shuō)明圖(圖1(a)是表示聚光透鏡的截面形狀與激光束的聚光狀態(tài)的圖，圖1(b)是平面觀察被聚光成環(huán)狀的激光束的射束形狀的圖)。聚光透鏡I將激光束L聚光成環(huán)狀且將其聚光位置Fs照射在基本G的厚度范圍內(nèi)。聚光透鏡I基本上將柱面透鏡設(shè)為環(huán)形，通過(guò)將成型為預(yù)定射束直徑的圓形截面激光束L入射到有效口徑內(nèi)，能夠獲得如圖1(b)所示的環(huán)狀的聚光狀態(tài)La。
[0024]本發(fā)明的實(shí)施方式所涉及的激光加工裝置及激光加工方法具備通過(guò)後述的各種形態(tài)構(gòu)成的聚光位置位移機(jī)構(gòu)。聚光位置位移機(jī)構(gòu)向基板G的厚度方向及基板G的平面方向位移通過(guò)聚光透鏡I將聚光束L聚光成環(huán)狀的聚光位置Fs。由此，激光束L的聚光位置Fs在基板G的厚度范圍內(nèi)被三維改變位置。
[0025]圖2是表示在本發(fā)明的實(shí)施方式中位移激光束的聚光位置的動(dòng)作的說(shuō)明圖。圖2(a)表示平面觀察時(shí)的移動(dòng)，圖2(b)表示基板的厚度方向的移動(dòng)。如圖2(a)所示，激光束L 的聚光位置 Fs (Fs1, Fs2, Fs3, Fs4, Fs5, Fs6, Fs7, Fs8)以其中心(O1, O2, O3, O4, O5, O6, O7, O8)進(jìn)行圓周運(yùn)動(dòng)的方式平面位移。焦點(diǎn)位置Fs的中心的移動(dòng)軌跡在圖示的例子中為正圓，但并不限定于此，可為橢圓或變形的圓軌跡，在此所說(shuō)的圓周運(yùn)動(dòng)只要移動(dòng)軌跡接近圓即可。
[0026]其中，若聚光位置Fs的中心的移動(dòng)軌跡為直徑W的圓，則在環(huán)狀的聚光位置Fs的整個(gè)外周上在寬度W的范圍內(nèi)被形成激光加工痕跡，并且根據(jù)聚光位置Fs的厚度方向的位移，如圖2(b)所示，在基板G的厚度方向上被形成深度不同的激光加工痕跡。
[0027]如上，本發(fā)明的實(shí)施方式所涉及的激光加工方法中，將激光束L聚光成環(huán)狀并使其聚光位置Fs向基板G的厚度方向及基板G的平面方向位移的過(guò)程中，以環(huán)狀的聚光位置Fs的中心進(jìn)行圓周運(yùn)動(dòng)的方式使聚光位置Fs位移。據(jù)此，通過(guò)使聚光成環(huán)狀的激光束的聚光位置Fs在基板G的厚度范圍內(nèi)三維位移，能夠在沿環(huán)狀的聚光位置Fs的整個(gè)外周，同時(shí)進(jìn)行向三維方向擴(kuò)大激光加工痕跡。且能夠快速完成基板G的穿孔加工。此時(shí)，形成為環(huán)狀的激光加工痕跡一邊挪動(dòng)位置一邊被逐漸擴(kuò)大，因此在加工變質(zhì)層上被反復(fù)照射激光束從而能夠?qū)⒓す馐⑸涞哪芰繐p失抑制到最小限度，且能夠有效進(jìn)行穿孔加工。形成的穿孔的直徑Φ成為約2R+W(R為環(huán)狀聚光位置Fs的半徑)。
[0028]圖3是表示本發(fā)明的實(shí)施方式所涉及的激光加工裝置的形態(tài)例