JPH08141764A

JPH08141764A - レーザ切断方法

Info

Publication number: JPH08141764A
Application number: JP6281750A
Authority: JP
Inventors: Takashi Matsumoto; 隆松本; Shinichi Wai; 伸一和井; Takeoki Miyauchi; 建興宮内; Takeji Shiokawa; 武次塩川
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1994-11-16
Filing date: 1994-11-16
Publication date: 1996-06-04

Abstract

(57)【要約】【目的】ドロスやクラック等の発生を大幅に削減で
き、高い品質の切断製品が得られるレーザ切断方法を提
供する。【構成】加工ノズル１から被加工物７の切断部８に対
して、アシストガス１２を吹き付けながら、レーザビー
ムＬを照射して切断を行う。その際、被加工物７の切断
部８の表裏両面に対して、アシストガス１２とは異なっ
たガスＡ，Ｂ，Ｃを、被加工物７の製品となる側７Ａか
らそれぞれ吹き付けて、切断部８の製品となる側８Ａに
生じるドロス等の付着物を、被加工物７の廃材となる側
７Ｂへ向けて飛散させるとともに、被加工物７の裏面の
切断部８に対向した位置から吸引ノズル１１によって飛
散物を吸引する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、本発明は、セラミック
スや金属等の材料をレーザービームによって切断する方
法に関し、特に、電子部品に用いられる、セラミック基
板の切断加工等に適した切断方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、被加工物を切断する方法の一つと
して、レーザビームを被加工物の切断部を照射し、その
熱で切断部を溶融させて切断を行う方法がある。レーザ
ビームによる切断加工は、被加工物が高い硬度のもの
や、機械的強度の小さいものにも適用することができる
ので、セラミックスや高硬度金属等の切断加工に用いら
れている。

【０００３】図３は、上記のような、従来のレーザ切断
方法に用いられる、レーザ切断装置の概略構造を示した
ものであって、加工ノズル１の下方には、加工テーブル
６が設けられており、加工テーブル６の上に被加工物７
を支持し、加工ノズル１の先端からレーザビームＬを被
加工物７の切断部８に向けて照射しながら、加工テーブ
ル６を図３に示す矢印方向に移動させて、被加工物の切
断加工を行うように構成されている。

【０００４】詳述すると、加工ノズル１の後部には、レ
ーザ発振装置５が配置されており、前記レーザ発振装置
５から発射されたレーザビームＬは、反射鏡４によって
方向を変えられ、集光レンズ２を通過して、被加工物７
の切断部８に集中して切断を行う。また、加工ノズル１
の側部には、アシストガス導入管３が設けられており、
図示されていない、ガス供給源からアシストガス１２が
導入されて、加工ノズル１の先端から、切断部８に吹き
付けられる。切断部８にアシストガス１２を吹き付ける
ことによって、レーザビームＬの照射で溶融した金属
を、切断部８から飛散させ、切断部８に付着することを
防ぐとともに、集光レンズ２側へのスパッタ付着を防い
でいる。アシストガス１２としては、窒素や酸素等が用
いられ、特に、切断部８に生じた溶融物を酸化して燃焼
させて除去する場合には、酸素ガスが用いられている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記の方法によって、
被加工物７の切断を行うと、多くの場合には、図４に示
すように、レーザビームＬの照射によって生じた溶融物
が切断部の下方へ流れ、切断部８の下面にドロス９とし
て付着し、また、切断部８の周囲には、クラック１０が
発生して、欠陥の多い切断面となってしまう。これに対
して、上記のレーザ切断方法を改良した技術として、特
開平４−２００８８８号公報、特開平４−２００８８９
号公報、特開平４−３４４８８２号公報、および、特開
平５−５０２８０号公報等に開示されているものがあ
る。

【０００６】前記特開平４−２００８８８号公報には、
レーザビームを被加工物に前進角をつけて入射させると
同時にアシストガスを被加工物にほぼ直角に入射させる
ことで、切断効率を向上させる技術が開示されている。
前記特開平４−２００８８９号公報には、被加工物の切
断部の裏面に含水物質または水を接して配置し、レーザ
ビームの照射により、含水物質や水を急激に蒸発させて
ドロスを飛散させるとともに、レーザビームの周囲にエ
アカーテンを形成して、発生する水蒸気によってレーザ
ビームが減衰することを防止する技術が開示されてい
る。前記特開平４−３４４８８２号公報には、レーザビ
ームをレンズを組み合わせて、切断ビームとドロス除去
ビームとに分割し、被加工物の切断と同時にドロス除去
ビームによって、ドロス除去を行う技術が開示されてい
る。前記特開平５−５０２８０号公報には、アシストガ
スに水のミストを混入し、被加工物の裏面に抜けるレー
ザビームを前記ミストに吸収させることによって、レー
ザビームを切断部の溝内に有効に作用させる技術が開示
されている。

【０００７】しかしながら、前述したそれぞれの改良さ
れたレーザ切断方法によっても、金属やセラミックスを
切断する場合には、被加工物の融点が高いため、切断溶
融物が切断部の下部で凝固して付着しやすく、ドロスが
多くなり、また、溶融物は、アシストガスと共に切断部
下方に排出されて発塵物となって、その一部が再び被加
工物に付着する問題がある。

【０００８】特に、被加工物がセラミックスの場合で
は、局部的に加わる熱応力によって、切断面や端面にク
ラックが発生する。また、被加工物を大気中で切断する
と、切断面が酸化されやすく被加工物表面が変色する等
の問題も生じる。そのため、現在量産されているセラミ
ック基板は、ダイサーによって切断されているが、ダイ
サーによる切断方法では、加工コストが高く、また、曲
線部の切断ができない等の欠点がある。

【０００９】そこで、本発明は、上記のような、従来の
切断方法における問題点を解決し、ドロスやクラック等
の発生を大幅に削減でき、高い品質の切断製品が得られ
るレーザ切断方法を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的のため、本発明
のレーザ切断方法は、アシストガスを被加工物の切断部
に吹き付けながら、レーザビームを前記切断部に照射し
て切断を行う方法において、前記被加工物の切断部の表
裏両面に対して、前記アシストガスとは異なったガス
を、被加工物の製品となる側からそれぞれ吹き付けて、
切断部の製品となる側に生じるドロス等の付着物を、被
加工物の廃材となる側へ向けて飛散させるとともに、被
加工物の裏面の切断部に対向した位置から吸引ノズルに
よって吸引を行うようにしたものである。

【００１１】

【作用】レーザビームを切断部に照射し、同時にアシス
トガスを切断部に吹き付けて切断作業を行う。そして、
前記アシストガスとは、噴出圧力や、種類の異なったガ
スを、被加工物の切断部の表裏両面にそれぞれ吹き付け
る。前記それぞれのガスを、被加工物の製品となる側か
ら、廃材となる側に向けて切断部に吹き付けることによ
って、切断部の製品となる側に生じるドロス等の付着物
は、廃材となる側に飛散されて、製品となる側に付着が
阻止されるとともに、クラックの発生が抑制される。ま
た、被加工物の裏面の切断部から、ガスによって飛散さ
れた付着物は、吸引ノズルから吸引されて、再び被加工
物に付着することが防止される。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の第１実施例を図面に基づいて
説明する。図１は、本発明の実施に用いられるレーザ切
断装置の一例を示すものであって、前述した図３で示す
従来技術で用いられている部材と同じ機能を有する部材
は、図３の中に記した番号と同一番号を付している。

【００１３】図１に示されたレーザ切断装置において、
加工ノズル１は、従来のものと同様な構造のものが用い
られており、内部を中空として、図示しないレーザ発振
装置から発せられるレーザビームＬの通路が形成され
た、照射ヘッドとして構成されている。加工ノズル１の
出口１Ａの上方には、集光レンズ２が配置されており、
また、集光レンズ２より出口１Ａ側には、側方にアシス
トガス導入管３が設けられている。アシストガス導入管
３は、図示しないガス供給源に連通され、前記ガス供給
源から、アシストガス１２が加工ノズル１内に導入され
るようになっている。

【００１４】加工ノズル１の下方には、被加工物７が配
置される。被加工物７の切断された後に製品となる側７
Ａには、切断部８に向けてガスＡを噴出する補助ノズル
１３と、ガスＢを噴出する補助ノズル１４とが斜めに設
けられている。前記補助ノズル１３、１４は、アシスト
ガス１２とは異なった圧力及び種類のガスＡ、Ｂを噴出
するように、図示しない、個別のガス供給源にそれぞれ
接続されている。本実施例の場合では、加工ノズル１に
は、内径２ｍｍのものを用いており、アシストガス１２
として、噴出圧力６．２ｋｇｆ／平方ｃｍで窒素ガスを
切断部８に向けて噴出する。また、補助ノズル１３、及
び、補助ノズル１４は、それぞれ内径０．５ｍｍのもの
を用いている。補助ノズル１３から噴出するガスＡは、
アルゴンガスで、噴出圧力を４．５ｋｇｆ／平方ｃｍに
設定しており、補助ノズル１４からは、ガスＢとして、
噴出圧力５．０ｋｇｆ／平方ｃｍで、空気が噴出され
る。各ノズルの噴出圧力は、加工ノズル１、補助ノズル
１３、補助ノズル１４の順で低くなるように設定されて
いる。また、被加工物７の裏面の切断部８に向けて、被
加工物７の製品となる側７Ａから、補助ノズル１５が斜
めに配置されている。補助ノズル１５には、内径が、
１．０ｍｍのものが用いられ、ガスＣとして、酸素ガス
が、噴出圧力５，０ｋｇｆ／平方ｃｍで噴出される。

【００１５】補助ノズル５の下方には、被加工物７の裏
面の切断部８に対向して、吸引ノズル１１が配置されて
いる。吸引ノズル１１は、内径が２０ｍｍのものが用い
られており、毎分１．７立方ｍの吸引量で、切断部８か
ら飛散した溶融物等を、吸引ノズル１１に連通された、
図示していない吸引装置によって吸引するように構成さ
れている。補助ノズル１３、１４、及び、１５は、それ
ぞれ、２軸のゴニオステージとＸＹステージとによっ
て、各ノズルの先端の位置および方向をそれぞれ確認し
ながら調整ができるように設置されている。また、吸引
ノズル１１は、図１のように先端の開口部１１Ａを、補
助ノズル５の傾斜角度αと同じ角度で斜めに形成するこ
とによって、吸引効率を向上させることができる。

【００１６】上述した構成において、被加工物７を切断
を行う場合には、図示されていない加工テーブルに被加
工物７を支持し、切断位置に加工ノズル１を位置決めす
る。また、前記２軸のゴニオステージと、ＸＹステージ
とによって、各補助ノズル１３、１４、及び、１５の向
きがそれぞれ、被加工物７の製品となる側７Ａから斜め
に被加工物７の切断部に向くように設定するとともに、
補助ノズル１３、１４、及び、１５が、それぞれ、被加
工物７の切断方向に対して直角な方向となるように調整
しておく。

【００１７】その後、図示しないレーザ発振装置から発
射されるレーザビームＬを、加工ノズル１内を通過させ
て、集光レンズ２で、被加工物７表面の切断部８に集中
させて照射し、これと同時に、アシストガス導入管３か
ら、アシストガス１２を加工ノズル１内に導入して、出
口１Ａから切断部８に向けて噴出させる。アシストガス
１２の噴出と同時に、各補助ノズル１３、１４、１５か
らも、種類と噴出圧力のそれぞれ異なったガスＡ，Ｂ，
Ｃを、被加工物７の切断部８に向けて噴出させ、また、
吸引ノズル１１からは、図示していない吸引装置によっ
て、吸引を開始する。レーザビームＬが被加工物７の切
断部８に照射されると、切断部８が加熱されて溶融す
る。被加工部材７を切断する際の、レーザビームＬの照
射位置の移動は、被加工物７を加工ノズル１に対して移
動させるか、あるいは、加工ノズル１とともに、各補助
ノズル１３、１４、１５、及び、吸引ノズル１１側を被
加工物７に対して移動させて行う。

【００１８】吸引ノズル１１から噴出される、アシスト
ガス１２として用いられている窒素ガスは、溶融物が集
光レンズ２にスパッタ付着することを防止するととも
に、飛散した溶融物によってレーザビームＬが遮られ
て、切断効率が低下することを防止する。また、補助ノ
ズル１３、１４から噴出されるアルゴンガスと空気と
が、被加工物７の製品となる側７Ａから、廃材となる側
７Ｂに向けて流れるので、切断部８表面に生じた溶融物
は、廃材となる側７Ｂへ飛散されて製品となる側７Ａに
再度付着することが防止される。そして、製品となる側
７Ａの切断部８付近は、補助ノズル１３から噴出される
アルゴンガスが、熱応力によるクラックの発生を抑制
し、また、切断部８付近の酸化を抑制して、被加工物の
変色を防止する。

【００１９】被加工物７の裏面での切断部８には、レー
ザビームＬが照射される表面側から高温の溶融物が流れ
落ちてくるが、補助ノズル１５から噴出される酸素ガス
に触れることによって、燃焼される。また、補助ノズル
１５から噴出される酸素ガスが、被加工物７の製品とな
る側７Ａから廃材となる側７Ｂに向けて流れるので、製
品となる側の切断部８Ａに溶融物が流下してきても、被
加工物７の廃材となる側７Ｂへ飛散され、ドロスとして
付着することが阻止される。そして、補助ノズル１５か
らの酸素ガスの噴出によって燃焼して飛散した、溶融物
の酸化物等は、被加工物７の裏面に対向して設置されて
いる、吸引ノズル１１によって吸引される。

【００２０】各ノズルの内径、ガス噴出圧力、ガスの種
類を、前記したように設定し、レーザビームＬの照射条
件を最適となるように調整した上で、３ｍｍ厚のセラミ
ックス板の切断サンプルを切断する実験を行なったとこ
ろ、前記切断サンプルの製品とする側に、ドロスや、粗
大なクラック等の欠陥を生じることなく良好な状態で切
断することができた。

【００２１】次に、図２は、本発明方法の第２実施例を
示したものであって、前述した、図１に示す方法と同様
に、アシストガス１２とは別のガスを被加工物７の切断
部８に噴出して切断を行うものであるが、本実施例で
は、被加工物７を切断する際に用いたレーザビームＬに
加えて、レーザビームＬとは異なった波長をもつレーザ
ビームＭを、被加工物７の切断部８に照査するものであ
る。レーザビームＭは、レーザビームＬを発射するレー
ザ発振装置とは別個に設けられた、図示しないレーザ発
振装置から発射し、集光レンズ１４を通過させることに
よって、被加工物７の切断部８に集中させて照射するも
のである。

【００２２】レーザビームＬは、被加工物７の切断を行
うために設けられるのに対して、レーザビームＭは、そ
の照射によって、切断部８に発生したクラックの修復を
行うために設けられている。レーザビームＭの発振装置
は、連続発振モードで発振され、レーザビームＬを発射
する発振装置とは異なる発振モードを有する。図２に示
す本発明の第２実施例においては、レーザビームＬに
は、ＹＡＧレーザが用いられており、レーザビームＭに
は、エキシマレーザが用いられている。

【００２３】被加工物７が、セラミックのような脆性材
料である場合には、切断時に図４に示すような、クラッ
クが発生しやすく、前述した、複数の補助ノズルを用い
た切断方法によって切断を行っても、クラックの発生を
完全に防止することは困難である。そして、ダイサー切
断と比較して、レーザ切断では、ガスの流れが直接影響
するため、切断面の平面度が劣る場合が多い。しかしな
がら、上記第２実施例の方法によれば、切断用のレーザ
ビームＬとは、異なった波長のレーザビームＭを切断部
８に照射することによって、切断部８の表面が仕上げら
れ、レーザビームＬの照射によって、切断部８に発生し
たクラックが修復されると同時に、切断面の平面度を向
上させることができる。したがって、前記第２実施例の
切断方法によれば、電子部品に用いられる、セラミック
基板の切断加工等に適用した場合に、欠陥の、無い高品
質な切断製品を提供することができる。

【００２４】前述した各実施例においては、補助ノズル
から噴出するガスの種類と、噴出圧力とを、それぞれ互
いに異ならせたものを用いているが、切断加工条件に合
わせて、ガスの種類のみを変えたり、噴出圧力のみを異
ならせても良い。また、補助ノズルの数も、前述した実
施例のものに限定されるものではなく、例えば、被加工
物の裏面側にも、複数の補助ノズルを用いても良い。

【００２５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のレーザ切
断方法によれば、異なったガスを被加工物の切断部の表
裏両面に対して、切断部の製品となる側から、廃材とな
る側に向けて吹き付けることによって、切断部の製品と
なる側に生じるドロス等の付着物は、廃材側に飛散され
て、製品側に付着することが阻止されるとともに、クラ
ックの発生を抑制することができる。また、被加工物の
裏面の切断部から、ガスによって飛散された付着物は、
吸引ノズルから吸引されて、再び被加工物に付着するこ
とが防止される。その結果、被加工物の切断部に生じる
ドロス、クラック等を大幅に削減でき、平滑な状態に切
断することができるため、高い品質の切断製品が得られ
る。

【００２６】さらに、本発明のレーザ切断方法によれ
ば、特に、電子部品に用いられるセラミックス基板等の
コーナ部を、曲線状に切断できるので、従来のダイシン
グによる方法と比較して、コーナ欠けによる不良をなく
すことができる。そして、上記の効果に加えて、本発明
のレーザ切断方法によれば、電子回路基板のセラミック
ス焼結時に生じる切断パターンのずれに追従して切断を
行うことができるため、前記ずれに起因する不良をなく
すことができる。しかも、ブレード等の消耗部品を必要
としないため、従来のダイシングによる方法と比較し
て、切断装置のランニングコストを１／１０程度に抑え
ることができるので、切断加工製品の製造コストを低く
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明方法の第１実施例としてのレーザ切断装
置を、被加工物の切断方向から見た断面図である。

【図２】本発明方法の第２実施例としてのレーザ切断装
置を、被加工物の切断方向に直角な方向から見た断面図
である。

【図３】従来のレーザ切断方法に使用される、レーザ切
断装置の概略構造を示す図である。

【図４】従来のレーザ切断方法による、被加工物の切断
部の状態を示す図である。

【符号の説明】

１加工ノズル２，１４集光レンズ３アシストガス導入管４反射鏡５レーザ発振装置６加工テーブル７被加工物８切断部９ドロス１０クラック１１吸引ノズル１２アシストガス１３，１４，１５補助ノズル

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者塩川武次神奈川県秦野市堀山下１番地株式会社日立製作所汎用コンピュータ事業部内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】アシストガスを被加工物の切断部に吹き
付けながら、レーザビームを前記切断部に照射して切断
を行うレーザ切断方法において、前記被加工物の切断部の表裏両面に対して、前記アシス
トガスとは異なったガスを、被加工物の製品となる側か
らそれぞれ吹き付けて、製品となる側の切断部に生じる
ドロス等の付着物を、被加工物の廃材となる側に向けて
飛散させるとともに、被加工物の裏面の切断部に対向し
た位置から吸引ノズルによって吸引を行うことを特徴と
するレーザ切断方法。