JPS6060995A - セラミツクステンシルの製造方法およびその装置 - Google Patents

セラミツクステンシルの製造方法およびその装置

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JPS6060995A
JPS6060995A JP16504983A JP16504983A JPS6060995A JP S6060995 A JPS6060995 A JP S6060995A JP 16504983 A JP16504983 A JP 16504983A JP 16504983 A JP16504983 A JP 16504983A JP S6060995 A JPS6060995 A JP S6060995A
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etching
laser beam
ceramic
ceramic substrate
laser
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小藪 国夫
純二 渡辺
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Publication date
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  • Preparation Of Clay, And Manufacture Of Mixtures Containing Clay Or Cement (AREA)
  • Laser Beam Processing (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はセラミックステンシルの製造方法およびその製
造装置に関する。
一般に、焼結後のセラミックス幻、、硬くて11負い性
質があるため、加工が困、1ljiiである。このため
、粉末を出発原料とするセラミックの力n工は次のよう
な方法によっていた。最初に、多結晶体合成用原料の基
になる素原料を水溶煕勿用い?混合し%その後、この混
合物勿乾ヅ、倦、粉砕して焼結用原料を作製する。つい
で、ヲIZ結用原料に過当な結合剤を加え、たとえは金
減等を使用して成形体を形成する。
その後、成形体に直接に、又れ成形体の強Ir(が低い
場合は、さらに仮焼して俄械的強匹を^め℃から、所定
の形状や寸法にするための什モ桟的加工を施す。
成形体に対する機械加工終了後、加工物を焼結して最終
製品を得ていた。もちろん上記製造工程においては、使
用する原料や製品の目的に応じて一部工程が省略される
こともある。しかし、このような製造工程にしたがって
製造するときは、セラミックスの成形加工を機械的に行
うため、形成されるセラミックスは単純な形状で、かつ
、寸法も比較的大きなものに限られ、複雑で、微細な形
状をもつセラミックスを作製することは極めて困難であ
った。
一部、セラミックを直接加工する方法として、レーザウ
゛0と化学エツチングを組み合せたレーザーアシストケ
ミカルエツチング法(以下、rLce法」とAう。)が
知られている。
このLCE法は、エツチング液としての水酸化カリウム
(KOH) 中に、、セラミック製基板(以下、単IC
降ラミック基板」という1、〕としてアルミナ・チタン
カーバイト(At*oz・Tie)を浸漬しておき、基
板表面にレーザ光を照射することに依り、レーザブC照
射部分の基板温度が上昇し、エツチングが促進されるこ
とを利用したものであり、エツチング部分が化学エツチ
ング特有の滑らかな加工面を有している。
しかし、このLCE法にしたがって七うεツク基板を成
形するとぎは、基板上のレーザ光照射面附近から気泡が
発生し、気泡がそのまま基板表面に付着して、レーザ光
が散乱されるため加工状態が不安定となり、再現性が著
るしく1M1害される錐点があった。
このほか、セラミック基f葡直接加工する他の方法とし
て、半導体装置の製造にオリ用されているドライエツチ
ング法の応用が考えられる。
ドライエツチング法は、セラミック基板穴trriをホ
トレジスト材料で被覆し、さらに、ホトレジスト被膜を
、所望のエッチングバクーン罠マツチした形状にホトエ
ツチングし、これをマスクとしてセラミック基板霧出「
口を化学エツチングする方法である。
しかし、このようなドライエツチング法により、セラミ
ックテンシルヲ製造しようとすると、厚さ数10μmの
セラミック基板を貫通穴が形成するようにエツチングし
なければならない。
セラミックは、一般にドライエツチングされにくいので
、ドライエツチング法により、セラミック基板f:貫通
するまで長時間化学エツチングしつづけなけれにならな
い。ところが、このような長時間のエツチングに耐えら
れる適切なマスク材がまだ発見されていないため、セラ
ミックステンシルの製造にドライエツチング法を採用す
ることは因r1である。
このような理由から、これまでにセラミックステンシル
が製造されたことがなく、またその!!!!!途方法も
、なかった。
このような事佑に怨み、本発明者等はセラミンクに穿孔
を有するセラミックテンシルを製造する方法についてイ
重々研究を重ねた結果、前述のLCE法がエツチング液
中に浸漬したセラミック基イメに、レーザ光を照射する
だけにすぎなかった点を改良し、セラミック基板表面に
、常に、新しいエツチング族が流れるようにエツチング
液を循環せしめるとともに、 7J[のエツチングパタ
ーンに応じて、セラミック基板表面にレーザ光を走査す
れによいとの見解に達し、不発り1を完成することがで
きた。
すなわち、本発明#′i、従来、難加工であったセラミ
ック基板に、所望の形状パターンの穿孔を明確、かつ、
正確に形成するセラミックステンシルの製造方法および
そのM造装置を提f1;することを目的とする。
上記本発明の目的は、エツチング液流中にセラミック基
板を同定し、セラミック基板鉄面をレーザ光で走査する
ことによって達成さiLる。
そして、このような製造方法ケ実施するためには一し−
ザ光発長器と、レーザ光光捏器から放射されたレーザプ
しを被加工セラミック基板に指向せしめ、かつ、集束す
るプ10学手段と、被加工セラミック基板表面における
レーザ)Y;の集束位置および加工位置を監視し、コン
トロールするモニタ一手段と、被加工セラミック基板f
:同足し、エツチング加工する容器と、エッチング貯蔵
口から上記エツチング加工容器へエツチング液を循環せ
しめるエツチング液循環手段と、上記エツチング加工容
器を互いに異なるX\、Y方向へぶ動する駆動手段とか
ら構成する装置によって達成される。
本発明にかかる製造方法および製造装危を使用すると、
従来、難加工材料とされていたセラミックに対して、所
盟の形状通シに、穿孔その他の加工を正確、かつ、明確
に飾すことかできるだけでなく、微細形状の加工も施す
ことができる。
以下、実1m例を挙げて、本発明の内容を具体的に説明
する。
実施例1゜ 第1図は、本発明にかかるセラミックステンシルの製造
方法に直接使用する装置の青成図を示す。−第1図の装
置は、レーザ光学系と、エンチング液循環系と加工物走
査系から成っている。− レーザ光学系は、レーザ発振器1 (YAGレーザ使用
)と、発振器lから放射されたレー・−ザ光を被加工セ
ラミック基板5に指向せしめ集束する半透明鏡2および
凸レンズ(ガリしレンズ)3とからなる光学手段と、テ
レビモニター4とから成っており、テレビモニター4は
半透明鏡2.凸レンズ3を介して、セラミック基板表面
に集光されるレーザプしの焦点合せと一加工の位置決め
監視に利用される。
エツチング液循環系は、エツチング液貯蔵槽6と、セラ
ミック 基板5勿固定し、エツチング液工する容器7と
、貯蔵槽6およびエツチング加工容器71i1]を接続
するエツチング液送入管8aと送出管8bと、送入管8
aに配設され貯Rm6のエツチング液9をエツチング加
工容器7内へ圧送するポンプloとがら欣っている。さ
らに−WAR槽6からエツチング加工容器7ヘエツチン
グ液を送入する青8aと送出する管8h閥に、分岐管1
1が^13設され、送入管8aと分岐管114CFi、
それぞnバリアプル弁12.13が耐蝕さJしており、
エツチング加工容器7へ送り込まれるエツチング液の流
景をコントロールできる構成になっている。
加工物走査系は、エツチング加工容器7の底面に配置さ
れ、当該容器7を互いに異なるX、Y方向に走査出動す
るXYステージ14でti成さiLでおり、エツチング
容器内に支持したセラミック基板5に対し、レーザ光を
走査できるようになっている。
この装置によって、セラミック基板50表面に、目的と
する形状の穿孔を形成するには、(1)先ずエツチング
液を入れたエツチング加工容器7内のテーブル15上に
セラミック基板5を同定し1.基板表面がt3C漬され
る程度までエツチングMを入れる。(2)ついで、ポン
プlOを作vbシ、エツチング容器7円へエツチング液
を圧送し、セラミツク基板5衣面を常に新しいエツチン
グ液が流れるように貯!X槽6とエツチング容器7同を
循環させる。■この状態において、レーザ発振器lから
レーザ光を放射し、セラミック基板上面に焦点を結ぶよ
うにテレビモニター4を看祖しながら、テ:−・プル1
5の酋さをiI■節する。さらに%所望の形状にしたが
った穿孔を形成するにれ、形−1”Lパターンにしたが
ってXYステージ14γX又はY方向に態動することに
よって、基板5の上面に、ル1象の穿孔を形成すること
7バてきる。しかも、レーザ光照射によりセラミツク基
板5土面から発生する気泡れ、基孜才;41til %
(流れるv?を渋エツチング薮により、連かに陀去され
、同時にレーザ光から受ける熱をゼつ1基板温度を一足
に保つので、形成されたW孔が精確に加工される。
以上述べた方法で、セラミツクツi〜板上にレーザ光を
走査して形成された穿孔のt管のささヤ幅の関係を示す
と、第2図のごとき管法図を得る。
すなわち、穿孔の竹の深″さくd)−1,−よび軌6’
4 *J、レーザパワー(Watt)に対し同じ傾向で
増大し1いくことがわかる。しかし、形成される穿孔の
断面形状は、レーザパワーが小さい凹奴九床のろる形状
を示すが、パワーが大になると穿孔の底部が銃くなるよ
うに変化し、同時に穿孔内部の溝に凹凸が発住しはじめ
、レーザ加工の特徴が次第に強く功、われてくる。この
ため微細な成形加工を行う揚台にFi、使用できるレー
ザパワーに適正範囲がろることが判る。
また、エツチング液(K OH)の礎度′?f:高くし
てゆくと、穿孔の溝幅(w)は余り変化しないが、爵の
深さくd)は0度にはに第3図に示すように比例するよ
うにj9加することが判る。ただし、第3図に訃いて、
+1!]丹a、bおよびCはそれぞ、れ基板に照射した
レーザ光のパワーが4Watt。
6Wattおよび5WattにしたときのKOHD度対
溝の深さくd)の関係を示す特憔曲nである。
こCようなエツチング液の高濃度化による加工速度の増
大は、微細形状加工の際、使用できるレーザパワーの適
用Vα曲を拡大する効果がるる。したがって、加工能率
を上げるる合は、高u度、高バy−の条件で加工を行え
はよいことが判る。
また、レーザ光の走査速度の速さは、形成される溝の深
さに対し、は#丁反比例して派少する影響を与えるが、
このときの河幅幻0、わずか妬戎少するだけで、大きな
変化はない。1/−ザ光の走査速度を遅くしたときに、
形成さjtみ溝の県さくd)を、一定のパワーのレーザ
光を使ff1(、テ、溝幅(町との関係についてHr、
“jべた結果をm4図に示す。第4図の結果から、鯵の
注さくdl t;、気化り。
大きいが、鰐幅(IV)はわずか罠増大するにずき〃い
。この結果、穿孔加工において、府幅(・、(、レーザ
光のパワーによってlコ、は決まるが、[1−のパワー
のレーザ光であっても、、走査速度を遅くすることによ
って、溝Iit′i′Iをeよとんど久えずに深い館を
形成させることができる。
また、レーザ光の発振?ri2ii絖発振(cwモード
〕からQ−スイッチング(Q−モード)Vciえても、
加工特性は連続yA抑の基5台と同じ結果が得られる。
しかし、Q−スイッチング法によるレーザ光はシャープ
なエネルギー分布をもっているため、連続発振のレーザ
光よりも狭h6をもつ深い溝を穿つことができるO しかし、この反面、Q−スイッチレーザ光はシャープな
エネルギー分布をもつため、レーザパワーが小さく、体
積除去速度は%連続発振モードによるものよシも小さい
また、上記製造方法において、被加工セラミック基板渋
面を流れるエツチング液は、循環法によるものだけでな
く、一般的に、流れているエツチング族であれi11′
その態様は問わない。
次に微細形状1111工の場合についての実施例をのべ
る。
実施例2゜ CWモード(連続発振)で発振するレーザ発振器lの代
りに、Qスイッチモードで発振するレーザ発枯器14を
使用する以外は第1図に示すと同じ装置、および同じセ
ラミック基板5を使用し、実施例1と同じ方法にしたが
って、セラミック基板5に微細加工を行った。
ただし、基板5に照射するQスイッチレーザ光は、基板
上の同一に汲上を多重ビーム走査すると、狭い幅で深い
酵f、芽孔できるが、レーザ光r1一定+bJ隔を隔て
て/?!r竹荀平行に走査せしめることにより、4デ幅
50/’m%溝岡隔200ItWL、床さ600声℃断
向tもち、櫛状の竹を形状することができた。
また、多重ビーム走査するレーザ元忙20〜30度のP
4反で父左δせて照射しても、父差部(変量sJAり曲
腺半径約5 //’A )れシャープで艮好な形状に゛
加工できた。
実施例3゜ セラミック基板に、厚さ50/傳のkl、xis・i’
ic丞&162使用する以外は、笑ハ1−1i 2.と
INじ製置および門じ方法により、Qスイッチレーザ光
により、帛5図に示すごとく肩代に最小50μmから最
大2000IfInの寸法軛Hの、担々の形状の穿孔1
7に−もつセラミックスデンシルを作槃する仁とができ
た。
このようにし工作製されたセラミックスデンシルは、強
汽、耐熱性、鞘密な孔の形状から、たとえはすぐマスク
Iとして使用することがで貼る。
夾 k 例 屯 冥施i7a !と同じ処理および装框によj)、CWモ
ードQこより、微小領域を平面加工した。ただし、−回
の九比丘で形成される6幅の1/4〜115を凡畳1+
41i口とし−C1セラミック基板曲を走立して職加工
紙団がlよば平坦にな@よりに平面加工することがでと
たζ) 以上の記載刀)ら明らかなように、木光明にかかるセラ
ミックステンシルは、形成δ几た弁孔のル状恰郭が間化
で、しかも、機軸に加工されているので、従来%難加工
わ科としてセラミンクステンシルが作製されないため、
セラミックヌ製品の4り用分野が限足されていた現状に
対し、セラミックス製品のオリhj分gjy、拡大逓せ
る効果がめる。
6らすこ、不発坊にかかるセ2(ンクステンシルの辰造
方伝および製造猛蔚ム健釆のLCE万式が、エツチング
′e、を人nZcM器にセラミック基板を己療し、レー
ザ九を照射したたり一の嚢蘂と共tこ、レーザ九t″被
加工セラミンク丞板に対し足車−@−1,干る仁とによ
り、従来、離加工羽科とさ庇たセラミックに対して%明
確、がっL6r!tmな形状を〃ロエ可能となった。6
うに、博いセラミック基板であって%b Qスイッチレ
ーザ忙利用することにより効率よくセラミックステンシ
ルを装造1−ることができる、1
【図面の簡単な説明】
褐五図は本兜稠にかかるセラミックステンシルの表造装
随の徊底f*す助圃図、第2図はセラミック≠基板に照
射するレーザバシーと、形成さ7Lゐに輪(vv72ま
ひ病原さくd)の間係を示す特性図、謁3図ムエンテン
グ液(KO)1)の磯度ト形成される射誠さくdJとの
間係留ボア特性図、第゛l・・拳レーザ発振器、 2・−e牛i1i明鋺、 3−・・凸レンズ、 4 assテレビモー、−1 5,18’・−セラミック基板、 6−・・エツチング畝貯成僧、 7・・・エツチング加工容器。 8a・・・エツチング液送入室、 8b・・・エツチングY戊送出管・ 10−−−ポンプ、 11・・・分岐舌、 12.13”−バリアプル弁、 14・、、XYステージ、 1511・盛テーブル。 qテ許出酋人 日本型イ(j /4 K公社 代 理 人 弁理出光 石 士 部 化1名 第1図

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1) エツチング畝流中にセラミック製基板を固定し
    、セラミック製基板辰面をレーザブCで走査することに
    より、一定形状の穿孔を形成することを9 ’Glとす
    るセラミックステンシルの製造方法。
  2. (2) レーザ光発振器と、レーザ光発指器から放射さ
    ルたレーザうLを被加工セラミック製基板に指向せしめ
    、かつ集束する光学手段と、被加工セラミック製基板表
    面に3けるレーザ光の集束cLfαおよび加工位置を監
    視するモニタ一手段と、被加工セラミック製基板を固定
    し。 エツチング加工する容器と、エツチング貯蔵4”Jから
    上−記エッチング加工容器へエツチング液を循猿せしめ
    るエツチング′15.循環手段と、上記エツチング加工
    容器を、互いに異なるX、Y方向へI$動する鹿Pり手
    段とからJ+見ることを特徴とするセラミックステンシ
    ルのfi 、745 装置。
JP16504983A 1983-09-09 1983-09-09 セラミツクステンシルの製造方法およびその装置 Granted JPS6060995A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4982065A (en) * 1989-03-07 1991-01-01 Ngk Insulators, Ltd. Method of producing a core for magnetic head
WO2022181756A1 (ja) * 2021-02-26 2022-09-01 Agc株式会社 無機部材の製造方法、無機部材、シャワープレート、半導体製造装置、並びに、レーザ加工装置

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPS58125677A (ja) * 1982-01-14 1983-07-26 株式会社豊田中央研究所 セラミツクスのレ−ザ加工方法
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