JP2004160478A - Laser processing method and laser processing apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザ光を用いたアブレーション加工の方法と装置に関し、さらに詳しくは、アブレーション加工に付随して発生するデブリスの付着を防止するレーザ加工方法とレーザ加工装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
レーザ光は、エネルギー密度やパワー密度の高いビームとして利用することができる。加工する材料に依存するが、レーザ照射により材料表面にピークパワー密度で数百MW/cm2の吸収が生じると、アブレーションと呼ばれる現象が生じ、材料表面の除去加工を行うことができる。このレーザ光を用いたアブレーション加工は、金属、半導体、セラミックス、ガラス等、幅広い材料に適用できる有用な加工技術である。
しかしながら、アブレーション加工により、加工領域およびその周辺表面にデブリスと呼ばれる飛散物が付着するので、所望の加工精度が得られなかったり外観不良が発生したりすることがある。従来は、レーザを用いたアブレーション加工の前後に若しくは加工中に、特別の工程を付加することによりデブリスの除去を行ってきた。
【0003】
例えば、特許文献1には、アブレーション加工後にアブレーション加工に用いたエネルギー密度よりも低い第二のレーザビームを用いてクリーニング処理する加工方法が開示されている。また、特許文献2には、加工材料表面に前もって有機薄膜を形成しておき、また特許文献3には、加工材料表面に液体層を形成しておき、有機薄膜あるいは液体層越しにアブレーション加工を行った後に有機薄膜あるいは液体を除去することによる、デブリスの付着防止方法が開示されている。
【0004】
さらに、特許文献4には、順次レーザビームと材料の相対位置を変化させて材料表面のアブレーション加工を行った後、先と同じエネルギー密度のビームを用いて、レーザビームと材料の相対位置を先よりは早く変化させて加工領域およびその周辺に付着するデブリスをクリーニングする方法が開示されている。また、特許文献5には、中心部がアブレーションを生じさせるエネルギー密度であり、その周辺部がデブリスのクリーニング処理に適したエネルギー密度のとなるような、エネルギー分布を持つレーザビームを用い、アブレーション加工とクリーニング処理を同時に行なう加工方法が開示されている。
【0005】
さらに、特許文献6には、真空容器内の反応性ガス雰囲気中でアブレーション加工を行うことにより、発生したデブリスを反応性ガスと反応させてガス化し消滅させる加工方法が開示されている。また、特許文献7には、アブレーション加工に臨んだ位置に真空吸引装置のノズルを設置し、アブレーションで生じたデブリスを吸引して除去する方法が開示されている。
【0006】
【特許文献1】
特開平6−339784号公報(第3頁、図1)
【特許文献2】
特開平8−187588号公報(第3頁、図1)
【特許文献3】
特開平9−141480号公報(第2、第3頁、図1)
【特許文献4】
特開2002−248589号公報(第3頁、図2)
【特許文献5】
特開平8−1357号公報(第3頁、図1〜図3)
【特許文献6】
特開平7−9182号公報(第2、第3頁、図1)
【特許文献7】
特開平8−318390号公報(第4頁、図1)
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献1ないし4にて開示されている方法はいずれもが、アブレーション加工のほかに別の工程を必要としており、全体として加工に長い時間を必要としまた装置に特別な機能を付加する必要もある場合がありコスト高となる。
【0008】
一方、特許文献5に開示されている方法では、所望のエネルギー分布を得るために特別なビーム整形光学系が、特許文献6に開示されている方法では、真空装置や反応性ガスの導入・排出・処理装置が、また、特許文献7に開示されている方法では真空吸引装置が必要となるので、装置が複雑になる。
本発明の課題は、上述した従来技術の問題点を解決することであって、その目的は、特別の工程を必要とせず、また複雑な装置を必要としない、デブリスの付着を防止する、レーザ光を用いたアブレーション加工方法およびその装置を提供することである。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明によれば、レーザ光源から出射されるレーザビームを用いて被加工物に対してアブレーション加工を行うレーザ加工方法において、レーザ光源が連続発振して連続光を出射するものでありかつレーザ光源の出射口でのパワー密度(輝度)が10kW/cm2以上であることを特徴とするレーザ加工方法、が提供される。
【0010】
また、上記の目的を達成するため、本発明によれば、レーザ光源から出射されるレーザビームを用いて被加工物に対してアブレーション加工を行うレーザ加工方法において、レーザ光源が連続発振して連続光を出射するものでありかつレーザビームの被加工物上でのスポットのパワー密度が100MW/cm2以上であることを特徴とするレーザ加工方法、が提供される。
【0011】
また、上記の目的を達成するため、本発明によれば、レーザ光源と、レーザ光源から出射されるレーザビームを整形し被加工物上でスポットを形成する光学系と、被加工物を保持するテーブルとを備え、レーザビームにより被加工物に対してアブレーション加工を行うレーザ加工装置において、レーザ光源が連続発振して連続光を出射するものでありかつレーザ光源の出射口でのパワー密度(輝度)が10kW/cm2以上であることを特徴とするレーザ加工装置、が提供される。
【0012】
[作用]
通常、アブレーション加工には、アブレーションを生じさせるに必要な吸収のピークパワー密度である数百MW/cm2を実現するために、数から百ns程度のパルス幅のパルスレーザが用いられている。パルスレーザを用いた場合のアブレーションを生じさせるに必要な1パルス当りのエネルギー密度は、0.数から十数J/cm2である。このような高エネルギー密度あるいは高パワー密度の吸収により、材料表面は瞬時に高温に達し、材料表面の物質が飛散するとともに、高温のプラズマプルームが生成される。高温のプラズマプルームはパルス持続時間の間、雰囲気ガスを押しのけて成長し、その体積を増す。
【0013】
パルスレーザを用いたアブレーションの場合、パルス持続時間が終わった後は、材料表面およびプラズマプルームへのエネルギー供給が停止され、プルームは冷却され、プルーム体積が収縮する。プルームの体積収縮により生じた密度空洞を埋めるために、周囲から雰囲気ガスが流入し、この雰囲気ガスの流れによってデブリスは材料表面に高速で衝突し、付着する。
本発明者らは、上述のレーザを用いたアブレーション加工におけるデブリス付着メカニズムを鋭意検討し、高温プラズマプルームを継続・維持させることで、密度空洞の発生を原因とするデブリスの付着を防止できることを見出し、本発明に至った。本発明によれば、レーザ光源として連続波を用いてアブレーション加工を行うので、アブレーション加工に伴って発生する高温プラズマプルームが断続することなく継続・維持されることとなり、密度空洞が発生せず、従って密度空洞発生を原因とするデブリスの付着を防止できる。
【0014】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
図1は、レーザアブレーション加工に用いられるレーザ加工装置の、本発明の1実施の形態を示す概略図である。ファイバレーザなどの連続発振するレーザ光源1から出射されたレーザビーム3は、必要に応じてビーム径の拡大、ビーム内のエネルギー分布の整形などや、被加工物5表面でアブレーションを生じさせるのに必要なパワー密度が被加工物5上の直径100μmよりも小さいスポット4内で得られるように適切な集光を整形光学系2で行われた後、テーブル6上の被加工物5に照射される。
【0015】
被加工物5が金属、半導体、セラミックス、ガラス等の無機材料であるとき表面でアブレーションが生じるに必要な被加工物表面でのビームスポットのパワー密度は100MW/cm2以上である。一般に高出力レーザはコヒーレンスが低く、集光素子を用いても細く絞ることが困難である。種々の光学素子を組み合わせて集光させたとして、高出力レーザの集光ビームスポット直径はレーザ光源の出射口直径の約1/100、集光ビームスポット面積ではレーザ光源の出射口面積の約1/10000までが、工業的に利用できる範囲と考えられる。従って、アブレーションを生じさせるパワー密度をスポット4内で実現するためには、レーザ光源はその出射口で少なくとも10kW/cm2のパワー密度を持つ必要がある。
スポット4の直径は、所望のパワ−密度がスポット4内で得られるのであれば、最大100μmまでの直径を有してよい。スポット12の直径が100μmを越えると、熱拡散が緩慢になるため、加工点近傍の温度上昇が顕著となり、熱影響が深刻となるため好ましくない。
【0016】
なお、出射口で10kW/cm2を越えるパワー密度を持つならば、レーザ光源としてArイオンなどのガスレーザやNd:YAGなどの固体レーザおよびこれらの高調波を発生させる光源など連続発振のレーザを用いてもよい。
テーブル6は、テーブル6上の被加工物5に照射されるレーザビームのスポット4が、被加工物5上を連続的に移動できるように、X、Y、Z軸方向に移動できるX、Y、Zステージおよび、Z軸と平行および垂直な軸を中心に回転可能なθ、φステージから、あるいはこれらのステージの幾つかから構成される。
【0017】
レーザビームスポット4と、被加工物5の相対位置を連続的に変化させる手段は、テーブル6が可動であることに限定されない。同様の作用が得られるのであれば、レーザ光源1が連続的に空間を移動できる手段を有していてもよいし、あるいはレーザ光源1から被加工物5に至るレーザビーム3の光路中にガルバノミラーなどの光路可変偏向素子を設置してもよい。
被加工物5上のスポット4内におけるパワー密度がある閾値を越えると、被加工物5表面でアブレーションが生じ、被加工物5の表面が削られる。
【0018】
【実施例】
実施例で加工される被加工物5は炭素鋼(SPCC)である。パルス発振Nd:YAGレーザ(発振波長1064nm、パルス幅9ns)を用いた場合、スポット4内におけるエネルギー密度が5J/cm2(ピークパワー密度約0.56GW/cm2)のとき、1パルス当り約0.01μmの深さまで削られることが知られている。また、炭素鋼(SPCC)のアブレーションが生じる閾値は、エネルギー密度でおおよそ1J/cm2(ピークパワー密度約0.11GW/cm2)である。
【0019】
光を直径100μmを下回るような微小なスポットに集光した場合、一般的にスポット内の強度分布は同心円状になり、同心円の中心からの距離をrとして、rを変数とする正規分布で近似的に表すことができる。
スポット4の半径r0[cm]を、正規分布のピークの1/e2となる点間の最大値で表すこととする。レーザ光源1の出力をp[W]とするとき、スポット4内のパワー密度分布P(r)[W/cm2]は、次式で近似的に表される。
P(r)={2p/(πr0 2)}exp(−2r2/r0 2)
また、あるパワー密度P[W/cm2]となる半径r[cm]は、次式で近似的に表される。
r=(r0/21/2){ln[2p/(πr0 2P)]}1/2
【0020】
次に、図2を参照して、本発明の実施例による加工方法について説明する。レーザ光源として、発振波長1064nm、最大出力150W、出射口での最大エネルギー密度7.6MW/cm2の連続発振ファイバレーザを用いた。この光源からの出力は、整形光学系2により、被加工物5上でのスポット4の直径が5μm、スポット4内における平均パワー密度が0.28GW/cm2となるように調整される。
このとき、スポット中心から半径約35nm(直径約70nm)内では、パワー密度が0.56GW/cm2を越えており、またスポット中心から半径約2.3μm(直径約4.6μm)内では、パワー密度が0.11GW/cm2を越えている。
【0021】
レーザ光源1とテーブル6の間のレーザビーム3の光路中にガルバノミラー(図示されない)が設置され、被加工物5上を、スポット4が線速度約1m/sで被加工物5上を移動するように調節される。ガルバノミラーは、コンピュータ(図示されない)制御されており、被加工物5上のスポット4が、図示されたように、ラスタースキャンによる面走査を行なう。
被加工物5上のスポット4の移動速度は1m/sに限定されることはなく、所望のアブレーション加工が得られるように、スポット4内のパワー密度分布を勘案して適宜選択されてよい。また、スポットの移動は、任意の曲線に沿った移動が可能であり、任意のパターンを描かせることが可能である。
【0022】
被加工物5である炭素鋼(SPCC)の表面をスポット4が移動することによって、アブレ−ション加工が行われる。加工中、高温プラズマプルームは継続して維持され、スポット4の移動に追随して被加工物5である炭素鋼(SPCC)の表面を移動する。従って、密度空洞は発生せず、これを原因とするデブリスの付着は防止される。アブレーション加工の削り取り深さは、スポット4の直径およびパワー密度分布、移動速度の組合せによって調節可能であるし、また複数回スポット4の移動をなぞるようにしてアブレーション加工を繰り返すことによっても可能である。
【0023】
以上好ましい実施の形態、実施例について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において適宜の変更が可能なものである。例えば、移動・回転可能なテーブルとレーザビームを走査するガルバノミラーとを併用するようにしてもよい。
【0024】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、出射口でのパワー密度が10kW/cm2以上または被加工物上でのスポットのパワー密度が100MW/cm2以上である連続発振レーザ光源を用いてアブレーション加工を行うものであるので、アブレーション加工に伴って発生する高温プラズマプルームが断続することなく継続・維持されることとなり、密度空洞の発生を防止することができる。従って、本発明によれば、別の工程や、真空装置や吸引装置などの特別な装置を用いることなく、密度空洞発生を原因とするデブリスの付着を防止することができる。さらに本発明によれば、レーザとして連続波を用いているので、従来のパルスレーザを用いた場合よりもアブレーション加工速度が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態、実施例で用いられるレーザ加工装置の概略図。
【図2】本発明の実施例によるレーザ加工方法で加工を行う際のビームスポットの移動の様子を示す図。
【符号の説明】
1 レーザ光源
2 整形光学系
3 レーザビーム
4 レーザビームのスポット
5 被加工物
6 テーブル[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an ablation processing method and apparatus using laser light, and more particularly to a laser processing method and a laser processing apparatus for preventing adhesion of debris generated accompanying ablation processing.
[0002]
[Prior art]
Laser light can be used as a beam with high energy density and power density. Although depending on the material to be processed, when absorption of several hundred MW / cm 2 at the peak power density occurs on the material surface by laser irradiation, a phenomenon called ablation occurs, and the material surface can be removed. This ablation processing using a laser beam is a useful processing technique applicable to a wide range of materials such as metals, semiconductors, ceramics, and glass.
However, because of the ablation processing, scattered matter called debris adheres to the processing region and the peripheral surface thereof, so that a desired processing accuracy may not be obtained or an appearance defect may occur. Conventionally, debris has been removed by adding a special step before or during ablation processing using a laser or during processing.
[0003]
For example, Patent Document 1 discloses a processing method in which a cleaning process is performed using a second laser beam lower than the energy density used for ablation after ablation. In Patent Document 2, an organic thin film is formed in advance on the surface of the processed material. In Patent Document 3, a liquid layer is formed on the surface of the processed material, and ablation processing is performed over the organic thin film or the liquid layer. A method for preventing debris adhesion by removing an organic thin film or liquid after being performed is disclosed.
[0004]
Further, in Patent Document 4, after the ablation processing of the material surface is performed by sequentially changing the relative position between the laser beam and the material, the relative position between the laser beam and the material is first determined using a beam having the same energy density as the previous one. A method of cleaning debris adhering to the processing area and its periphery by changing the speed earlier is disclosed. In Patent Document 5, ablation processing is performed using a laser beam having an energy distribution such that the central portion has an energy density that causes ablation and the peripheral portion has an energy density suitable for the debris cleaning process. And a processing method for performing the cleaning process simultaneously.
[0005]
Furthermore, Patent Document 6 discloses a processing method in which generated debris is reacted with a reactive gas to be gasified and extinguished by performing ablation processing in a reactive gas atmosphere in a vacuum vessel. Patent Document 7 discloses a method in which a nozzle of a vacuum suction device is installed at a position facing the ablation process, and debris generated by ablation is sucked and removed.
[0006]
[Patent Document 1]
JP-A-6-339784 (page 3, FIG. 1)
[Patent Document 2]
JP-A-8-187588 (page 3, FIG. 1)
[Patent Document 3]
JP-A-9-141480 (second and third pages, FIG. 1)
[Patent Document 4]
JP 2002-248589 A (page 3, FIG. 2)
[Patent Document 5]
JP-A-8-1357 (page 3, FIGS. 1 to 3)
[Patent Document 6]
Japanese Patent Laid-Open No. 7-9182 (second and third pages, FIG. 1)
[Patent Document 7]
JP-A-8-318390 (page 4, FIG. 1)
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
All of the methods disclosed in Patent Documents 1 to 4 require a separate process in addition to the ablation process, and the process requires a long time as a whole, and it is also necessary to add a special function to the apparatus. In some cases, the cost is high.
[0008]
On the other hand, in the method disclosed in Patent Document 5, a special beam shaping optical system is used to obtain a desired energy distribution. In the method disclosed in Patent Document 6, introduction and discharge of a vacuum apparatus and reactive gas are performed. -Since a processing apparatus and the method currently disclosed by patent document 7 require a vacuum suction apparatus, an apparatus becomes complicated.
An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems of the prior art, and the object thereof is a laser that does not require a special process and does not require a complicated device, and prevents adhesion of debris. An ablation processing method using light and an apparatus therefor are provided.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, according to the present invention, in a laser processing method for performing ablation processing on a workpiece using a laser beam emitted from a laser light source, the laser light source continuously oscillates and emits continuous light. There is provided a laser processing method characterized by being emitted and having a power density (luminance) of 10 kW / cm 2 or more at the exit of the laser light source.
[0010]
In order to achieve the above object, according to the present invention, in a laser processing method for performing ablation processing on a workpiece using a laser beam emitted from a laser light source, the laser light source continuously oscillates. There is provided a laser processing method which emits light and has a laser beam spot power density of 100 MW / cm 2 or more on a workpiece.
[0011]
In order to achieve the above object, according to the present invention, a laser light source, an optical system for shaping a laser beam emitted from the laser light source to form a spot on the workpiece, and the workpiece are held. In a laser processing apparatus comprising a table and performing ablation processing on a workpiece with a laser beam, the laser light source continuously oscillates and emits continuous light, and the power density (luminance at the exit of the laser light source) ) Is 10 kW / cm 2 or more.
[0012]
[Action]
Usually, in the ablation processing, a pulse laser having a pulse width of about several to several hundred ns is used in order to realize several hundred MW / cm 2 which is a peak power density of absorption necessary for causing ablation. The energy density per pulse necessary to cause ablation when using a pulsed laser is 0. It is several to tens of J / cm 2 . Due to such high energy density or high power density absorption, the material surface instantaneously reaches a high temperature, the material on the material surface scatters, and a high temperature plasma plume is generated. The hot plasma plume grows away from the ambient gas for the duration of the pulse and increases its volume.
[0013]
In the case of ablation using a pulsed laser, after the pulse duration is over, the energy supply to the material surface and the plasma plume is stopped, the plume is cooled and the plume volume contracts. In order to fill the density cavity generated by the volume shrinkage of the plume, atmospheric gas flows from the surroundings, and the debris collides with and adheres to the material surface at a high speed by the flow of the atmospheric gas.
The present inventors diligently studied the debris adhesion mechanism in the ablation processing using the laser described above, and found that the debris adhesion due to the generation of density cavities can be prevented by continuing and maintaining the high temperature plasma plume. The present invention has been reached. According to the present invention, since ablation processing is performed using a continuous wave as a laser light source, the high-temperature plasma plume generated along with the ablation processing is continued and maintained without interruption, and no density cavity is generated, Accordingly, it is possible to prevent debris from adhering due to the generation of the density cavity.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic view showing an embodiment of the present invention of a laser processing apparatus used for laser ablation processing. A laser beam 3 emitted from a continuously oscillating laser light source 1 such as a fiber laser is used to expand the beam diameter, shape the energy distribution in the beam, or cause ablation on the surface of the workpiece 5 as necessary. After appropriate focusing is performed by the shaping optical system 2 so that a necessary power density is obtained in the spot 4 having a diameter smaller than 100 μm on the workpiece 5, the workpiece 5 on the table 6 is irradiated. The
[0015]
When the workpiece 5 is an inorganic material such as a metal, a semiconductor, ceramics, or glass, the power density of the beam spot on the workpiece surface necessary for causing ablation on the surface is 100 MW / cm 2 or more. In general, a high-power laser has low coherence, and it is difficult to narrow it down even if a condensing element is used. Assuming that various optical elements are combined and condensed, the diameter of the focused beam spot of the high-power laser is about 1/100 of the exit diameter of the laser light source, and about 1 of the exit area of the laser light source in the focused beam spot area. / 10000 is considered to be an industrially usable range. Therefore, in order to realize the power density that causes ablation in the spot 4, the laser light source needs to have a power density of at least 10 kW / cm 2 at the exit.
The diameter of the spot 4 may have a diameter of up to 100 μm if the desired power density is obtained within the spot 4. When the diameter of the spot 12 exceeds 100 μm, the thermal diffusion becomes slow, so that the temperature rise near the processing point becomes remarkable and the thermal influence becomes serious, which is not preferable.
[0016]
If the exit has a power density exceeding 10 kW / cm 2 , a continuous wave laser such as a gas laser such as Ar ions, a solid-state laser such as Nd: YAG, and a light source that generates harmonics thereof is used as the laser light source. May be.
The table 6 is movable in the X, Y, and Z-axis directions so that the laser beam spot 4 irradiated on the workpiece 5 on the table 6 can continuously move on the workpiece 5. , A Z stage and a θ, φ stage rotatable about an axis parallel and perpendicular to the Z axis, or some of these stages.
[0017]
The means for continuously changing the relative positions of the laser beam spot 4 and the workpiece 5 is not limited to the movable table 6. If the same action can be obtained, the laser light source 1 may have a means capable of continuously moving in the space, or the galvano is in the optical path of the laser beam 3 from the laser light source 1 to the workpiece 5. An optical path variable deflection element such as a mirror may be provided.
When the power density in the spot 4 on the workpiece 5 exceeds a certain threshold, ablation occurs on the surface of the workpiece 5 and the surface of the workpiece 5 is scraped.
[0018]
【Example】
The workpiece 5 processed in the example is carbon steel (SPCC). When a pulsed Nd: YAG laser (oscillation wavelength 1064 nm, pulse width 9 ns) is used, when the energy density in the spot 4 is 5 J / cm 2 (peak power density is about 0.56 GW / cm 2 ), about 1 pulse It is known to be cut down to a depth of 0.01 μm. Moreover, the threshold value at which ablation of carbon steel (SPCC) occurs is approximately 1 J / cm 2 (peak power density of about 0.11 GW / cm 2 ) in terms of energy density.
[0019]
When the light is focused on a small spot with a diameter of less than 100 μm, the intensity distribution in the spot is generally concentric, approximated by a normal distribution with r as the distance from the center of the concentric circle and r as a variable. Can be expressed.
The radius r 0 [cm] of the spot 4 is represented by the maximum value between points that is 1 / e 2 of the peak of the normal distribution. When the output of the laser light source 1 is p [W], the power density distribution P (r) [W / cm 2 ] in the spot 4 is approximately expressed by the following equation.
P (r) = {2p / (πr 0 2 )} exp (−2r 2 / r 0 2 )
A radius r [cm] at which a certain power density P [W / cm 2 ] is obtained is approximately expressed by the following equation.
r = (r 0/2 1/2 ) {ln [2p / (πr 0 2 P)]} 1/2
[0020]
Next, with reference to FIG. 2, the processing method by the Example of this invention is demonstrated. As a laser light source, a continuous wave fiber laser having an oscillation wavelength of 1064 nm, a maximum output of 150 W, and a maximum energy density of 7.6 MW / cm 2 at the exit was used. The output from the light source is adjusted by the shaping optical system 2 so that the diameter of the spot 4 on the workpiece 5 is 5 μm and the average power density in the spot 4 is 0.28 GW / cm 2 .
At this time, the power density exceeds 0.56 GW / cm 2 within a radius of about 35 nm (diameter of about 70 nm) from the spot center, and within a radius of about 2.3 μm (diameter of about 4.6 μm) from the spot center, The power density exceeds 0.11 GW / cm 2 .
[0021]
A galvano mirror (not shown) is installed in the optical path of the laser beam 3 between the laser light source 1 and the table 6, and the spot 4 moves on the workpiece 5 at a linear velocity of about 1 m / s. Adjusted to do. The galvanometer mirror is controlled by a computer (not shown), and the spot 4 on the workpiece 5 performs surface scanning by raster scanning as shown.
The moving speed of the spot 4 on the workpiece 5 is not limited to 1 m / s, and may be appropriately selected in consideration of the power density distribution in the spot 4 so as to obtain a desired ablation process. In addition, the spot can be moved along an arbitrary curve, and an arbitrary pattern can be drawn.
[0022]
The ablation process is performed when the spot 4 moves on the surface of the carbon steel (SPCC) that is the workpiece 5. During processing, the high temperature plasma plume is continuously maintained, and moves on the surface of the carbon steel (SPCC) that is the workpiece 5 following the movement of the spot 4. Accordingly, no density cavity is generated, and debris adhesion due to this is prevented. The ablation depth can be adjusted by a combination of the spot 4 diameter, power density distribution, and moving speed, or by repeating the ablation process by tracing the movement of the spot 4 a plurality of times. .
[0023]
Although preferred embodiments and examples have been described above, the present invention is not limited to these embodiments, and appropriate modifications can be made without departing from the scope of the present invention. For example, a movable / rotatable table and a galvanometer mirror that scans a laser beam may be used in combination.
[0024]
【The invention's effect】
As described above, the present invention is ablation processed using a continuous wave laser light source having a power density of 10 kW / cm 2 or more at the exit or a spot power density of 100 MW / cm 2 or more on the workpiece. Therefore, the high-temperature plasma plume generated during the ablation process is continued and maintained without interruption, and the generation of density cavities can be prevented. Therefore, according to the present invention, it is possible to prevent adhesion of debris due to the generation of density cavities without using a separate process or a special device such as a vacuum device or a suction device. Furthermore, according to the present invention, since a continuous wave is used as the laser, the ablation processing speed is improved as compared with the case where a conventional pulse laser is used.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram of a laser processing apparatus used in an embodiment and examples of the present invention.
FIG. 2 is a view showing a state of movement of a beam spot when processing is performed by a laser processing method according to an embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Laser light source 2 Shaping optical system 3 Laser beam 4 Laser beam spot 5 Work piece 6 Table
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-
2002
- 2002-11-12 JP JP2002327695A patent/JP2004160478A/en active Pending
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