激光加工裝置、激光加工方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種用于在玻璃等基板實施穿孔加工的激光加工裝置及激光加工方法。
【背景技術】
[0002]近年來，以智能手機為首的個人數字助理的顯示畫面中使用Imm以下厚度的玻璃基板，其玻璃基板上實施有與各種按鈕和傳聲器等功能對應的孔加工。如上面所述的玻璃基板的薄脆性材料的孔加工中，加工過程中的因裂縫的產生而導致的成品率下降成為問題。尤其，如上面所述的個人數字助理畫面上的主畫面按鈕孔，貫穿加工直徑為1mm左右比較大的孔時，利用以金剛石為刀刃的玻璃刀在表面賦予圓形加工裂紋，進一步在圓形加工裂紋的內側附加格子狀等加工裂紋并在其上加以捶打而逐漸擴大開口部，由此進行形成圓形穿孔。據此，賦予人為捶打會較大影響加工精度，某種程度上，無法避免因裂縫的產生而導致成品率下降為現狀。
[0003]相對于此，提出各種相對玻璃等脆性材料的激光加工技術。下述專利文獻I中，記載有通過利用YAG激光的激光加工在玻璃上形成微細的貫穿孔。并且，在下述專利文獻2中，記載有通過在以圓孔的輪廓線為基準的內側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]現有技術文獻
[0005]專利文獻
[0006]專利文獻1:日本專利公開2000-61667號公報
[0007]專利文獻2:日本專利公開2009-269057號公報
【發明內容】
[0008]發明要解決的技術課題
[0009]在玻璃等脆性材料基板照射激光束而實施貫穿加工的激光加工中，孔徑為Imm以下的微細孔時，將YAG激光的照射能量設定為預定閾值以上，通過將焦點位置設為被加工基板厚度的中間位置或中間位置下方，能夠形成微細的穿孔(參考專利文獻I)。但是，貫穿孔徑為1mm左右的比較大徑的孔時，如專利文獻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構，因此存在裝置成本增加，并且加工處理時間加長的冋題。
[0010]本發明以應對這種問題作為課題的一例。即，在玻璃等脆性材料基板上貫穿加工比較大的孔時，能夠消除因裂縫的產生而導致的成品率下降，實現裝置成本的下降，且縮短加工處理時間等為本發明的目的。
[0011]用于解決技術課題的手段
[0012]為達成這種目的，本發明的激光加工裝置及激光加工方法至少具備以下結構。
[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，將激光束聚光成環狀并將其聚光位置照射在所述基板的厚度范圍內；及聚光位置位移機構，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施穿孔加工，該方法的特征在于，將激光束聚光成環狀并將其聚光位置照射在所述基板的厚度范圍內，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程中，以環狀的所述聚光位置的中心進行圓周運動的方式使所述聚光位置位移。
[0015]發明效果
[0016]根據具有這種特征的本發明，通過使聚光成環狀的激光束的聚光位置在基板的厚度范圍內三維位移，能夠在沿環狀的聚光位置的整個外周，同時進行將激光加工痕跡向厚度方向及徑向擴大。由此，能夠以簡單的裝置結構快速完成基板的穿孔加工，而無需使用昂貴的激光掃描機構。
[0017]并且，形成為環狀的激光加工痕跡一邊挪動位置一邊被逐漸擴大，因此在加工變質層上被反復照射激光束從而能夠將激光束散射的能量損失抑制到最小限度，且能夠有效進行穿孔加工。
【附圖說明】
[0018]圖1是表示本發明的實施方式中使用的激光透鏡的形態例的說明圖。
[0019]圖2是表示在本發明的實施方式中位移激光束的聚光位置的動作形態的說明圖。
[0020]圖3是表示本發明的實施方式所涉及的激光加工裝置的形態例的說明圖。
[0021]圖4是表示本發明的實施方式所涉及的激光加工裝置的具體例的說明圖。
[0022]圖5是表示本發明的實施方式所涉及的激光加工裝置的具體例的說明圖。
【具體實施方式】
[0023]以下，參考附圖對本發明的實施方式所涉及的激光加工裝置及激光加工方法進行說明。圖1是表示本發明的實施方式中使用的激光透鏡的形態例的說明圖(圖1(a)是表示聚光透鏡的截面形狀與激光束的聚光狀態的圖，圖1(b)是平面觀察被聚光成環狀的激光束的射束形狀的圖)。聚光透鏡I將激光束L聚光成環狀且將其聚光位置Fs照射在基本G的厚度范圍內。聚光透鏡I基本上將柱面透鏡設為環形，通過將成型為預定射束直徑的圓形截面激光束L入射到有效口徑內，能夠獲得如圖1(b)所示的環狀的聚光狀態La。
[0024]本發明的實施方式所涉及的激光加工裝置及激光加工方法具備通過後述的各種形態構成的聚光位置位移機構。聚光位置位移機構向基板G的厚度方向及基板G的平面方向位移通過聚光透鏡I將聚光束L聚光成環狀的聚光位置Fs。由此，激光束L的聚光位置Fs在基板G的厚度范圍內被三維改變位置。
[0025]圖2是表示在本發明的實施方式中位移激光束的聚光位置的動作的說明圖。圖2(a)表示平面觀察時的移動，圖2(b)表示基板的厚度方向的移動。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)進行圓周運動的方式平面位移。焦點位置Fs的中心的移動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，在此所說的圓周運動只要移動軌跡接近圓即可。
[0026]其中，若聚光位置Fs的中心的移動軌跡為直徑W的圓，則在環狀的聚光位置Fs的整個外周上在寬度W的范圍內被形成激光加工痕跡，并且根據聚光位置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，本發明的實施方式所涉及的激光加工方法中，將激光束L聚光成環狀并使其聚光位置Fs向基板G的厚度方向及基板G的平面方向位移的過程中，以環狀的聚光位置Fs的中心進行圓周運動的方式使聚光位置Fs位移。據此，通過使聚光成環狀的激光束的聚光位置Fs在基板G的厚度范圍內三維位移，能夠在沿環狀的聚光位置Fs的整個外周，同時進行向三維方向擴大激光加工痕跡。且能夠快速完成基板G的穿孔加工。此時，形成為環狀的激光加工痕跡一邊挪動位置一邊被逐漸擴大，因此在加工變質層上被反復照射激光束從而能夠將激光束散射的能量損失抑制到最小限度，且能夠有效進行穿孔加工。形成的穿孔的直徑Φ成為約2R+W(R為環狀聚光位置Fs的半徑)。
[0028]圖3是表示本發明的實施方式所涉及的激光加工裝置的形態例