專利名稱：激光加工方法及噴液頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用激光進行的加工，尤其涉及一種層疊多種不同的材料構(gòu)成的層疊部件的加工。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)有技術(shù)中，為了將層疊多種不同材料構(gòu)成的層疊部件中特定的材料切斷或者打穿加工成規(guī)定形狀，而使用利用沖壓機或穿孔機(drill)的機械加工、利用激光的激光加工、利用化學反應的蝕刻加工等。[例如，參照特開平11-192701號公報(第10頁，段落121～122，段落139，段落142，圖5及圖9)]。
但是，由沖壓機或穿孔機得到的加工形狀受到?jīng)_壓模具及鉆頭的形狀被的限制，因此，難以控制具有復雜細微的變化的形狀。另外，在對硬脆材料進行機械加工時，多產(chǎn)生脆性類型的破壞的情況，很難實現(xiàn)高品質(zhì)化。
另外，在使用激光加工的情況下，必須為了配合切斷形狀而進行照射激光的準確地定位控制。并且，為了不會由激光對切斷部位以外部位造成損壞，必須在切斷部位以外加設(shè)光掩模等。
并且，在蝕刻加工時，產(chǎn)生了因為光刻·蝕刻工序?qū)е碌墓に嚵鞒痰姆爆嵒俺杀旧系膯栴}。另外，還必須考慮藥液的處理相關(guān)的費用及環(huán)境問題，希望得到一種更加簡便的加工方法。
除此之外，在使用模具或光掩模等的所述方法中，加工形狀依賴于模具或光掩模等的形狀，因此，在加工部尺寸有固體形狀差別的情況下或者少量多品種生產(chǎn)的情況下，存在不能有效地與之對應的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是鑒于上述問題而做出的，其目的在于提供一種在層疊第1材料與第2材料，且所述第1材料從所述第2材料突出構(gòu)成的層疊部件的加工方法中，以不使用模具或光掩模的簡易結(jié)構(gòu)，能夠高精度地進行目標形狀的加工的加工方法及利用該方法的噴液頭。
本發(fā)明的激光加工方法是一種層疊第1材料與第2材料且所述第1材料中從所述第2材料突出構(gòu)成的層疊部件的加工方法，其特征在于將相對所述第1材料的光吸收率比相對所述第2材料的光吸收率高的波長的激光照射在所述第2材料端部與所述第1材料的邊界部。由此，以第2材料端部為邊界，可以僅僅進行從第2材料突出的第1材料的切斷、除去等加工而不會損壞第2材料。
此外，也可以使所述激光散焦，并將該散焦的聚光范圍(聚光spot)跨越照射在所述第2材料的端部與所述第1材料上。由此，即使第2材料的端部位置在被加工范圍內(nèi)稍微變化，也不需要變更激光掃描軌跡。由此，降低了激光照射定位的精度要求。
另外，也可為作為所述激光將飛秒(10-15秒)激光照射在所述第2材料端部與所述第1材料的邊界部。飛秒激光是超短脈沖激光，因此能夠期待提高加工品質(zhì)。
另外，也可為作為所述激光將多個不同波長的激光照射在所述第2材料端部與所述第1材料的邊界部。由此，在作為加工對象的第1材料為層疊多個材料構(gòu)成的情況下，可以向各材料供給更有效的波長的激光進行加工。
另外，也可為將具有比所述第1材料的光吸收率大的光吸收率的材料被膜在所述第1材料的加工位置，或者在所述第1材料的加工位置表面上形成多個凹凸。由此，第1材料的光吸收率增大了，因而，即使在第1材料本身與第2材料的光吸收率的差很小的情況下，也可以僅對第1材料進行加工。
另外，如果可調(diào)整所述激光對于所述層疊部件的照射方向，則例如，可以對應加工部位的結(jié)構(gòu)或者形狀從適合的方向上進行激光的照射。另外，可以使加工飛濺物的飛散方向改變從而抑制其再次附著到層疊部件上。
另外，如果供給使加工飛濺物飛向所述層疊部件外側(cè)的空氣流，則可以防止加工飛濺物再次附著到層疊部件上等。
另外，通過在真空中進行所述激光對于所述層疊部件的照射，而能夠提高加工質(zhì)量。
另外，也可為在利用電流反射鏡使激光掃描的同時進行所述激光對于所述層疊部件的照射。由此，可以通過簡易的結(jié)構(gòu)進行高精度的激光照射。
另外，也可以使激光分成多束，并且分支的多束激光同時照射在所述層疊部件上。由此，可以提高加工效率。
另外，也可以使用攝像機對所述層疊部件進行攝像并進行圖像處理，并根據(jù)該處理決定激光照射位置。由此，也可以進行細微的加工。
此外，作為所述層疊部件的例子，可以列舉出所述第1材料是金屬，所述第2材料是硅的情況；所述第1材料是硅，所屬第2材料是玻璃的情況；以及所述第2材料是具有作為液體材料貯存室的凹部的噴液頭用空腔基板，所述第1材料是被層疊在所述空腔基板的所述貯存室底面上的多層膜的情況等。
本發(fā)明的噴液頭，是一種通過所述的方法形成液體材料貯存室制成的噴液頭。
本發(fā)明的激光加工方法，是一種由光吸收率不同的材料構(gòu)成的邊界部的加工方法，其特征在于將與第1材料相比，第2材料的光吸收率更高的波長的激光照射在所述第1材料所述第2材料的邊界部。
由此，光吸收率高的第2材料一側(cè)容易被加工，容易沿邊界部加工第2材料，即使邊界部具有復雜的形狀，也可以進行配合該形狀的加工。
本發(fā)明的激光加工方法，其特征在于由相對激光具有第1光吸收特性的第1材料，和具有與所述第1光吸收特性不同的第2光吸收特性的第2材料形成邊界部，通過在所述邊界部上照射所述激光，而加工所述第1材料與所述第2材料中的一方。
光吸收特性主要是指光吸收率，可以利用材料具有的光吸收特性的不同進行配合邊界部的形狀的加工。
另外，通過改變激光的波長等，配合各種材料的光吸收特性，而也可以改變進行加工的材料。


圖1是表示本發(fā)明的實施例1的方法的加工示意圖。
圖2是表示本發(fā)明的實施例2的方法的加工示意圖。
圖3是表示本發(fā)明的實施例3的方法的噴墨頭的制造工序的局部的工序圖。
圖4是表示通過本發(fā)明的實施例3的方法進行打穿的多層膜的結(jié)構(gòu)說明圖。
圖5是表示在所述各實施例中可以利用的激光加工裝置的結(jié)構(gòu)圖。
圖6是表示用于掃描照射激光的結(jié)構(gòu)圖。
圖7是表示在所述各實施例中可以利用的激光加工裝置的其他的結(jié)構(gòu)圖。
具體實施例方式
本發(fā)明的加工方法，是一種對于層疊第1材料與第2材料且第1材料從第2材料上突出構(gòu)成的層疊部件的第1材料的加工方法，針對層疊部件的各層所具有的光吸收率的差異，在進行第1材料的加工(切斷，除去，打穿等)時，利用第2材料的端部作為導引部。從而，選擇使用相對第1材料層(加工層)的光吸收率較高、而相對用作導引部的第2材料層(導引層)的光吸收率較低的波長的激光，將該激光通過透鏡等聚焦，照射在作為導引部的第2材料層端部與第1材料的邊界部。在這種情況下，最好激光的聚光范圍的一部分可以落在用作導引部的第2材料層的端部上。此外，根據(jù)需要，可以使激光的聚光范圍與層疊部件相對移動。由此，在聚光范圍內(nèi)，可以僅僅選擇性地除去光吸收率較高的第1材料層，因而，即使第2材料層的端部形狀稍微產(chǎn)生誤差或偏差，也不會使照射激光的掃描軌跡必須準確地沿著第2材料層的端部形狀，而能夠沿著第2材料層的端部對第1材料層準確地進行加工。
(實施例1)圖1是表示本發(fā)明的實施例1的加工示意圖。加工對象的層疊部件10是在硅基板11上層疊金屬薄膜12(其也可以是層疊多層不同種類材料得到的多層膜)，金屬薄膜12呈從硅基板11的下面突出的狀態(tài)。該層疊部件10的加工對象是金屬薄膜12，硅基板11的端部11A被用作加工時的導引部。從而，使用相對金屬薄膜12的吸收率高，而相對硅基板11的吸收率低的波長的激光進行加工。這里，通常使用YAG激光中波長為1.064μm的基波激光。
在實際的加工時，如圖1(a)所示，通過透鏡15使激光16聚光，并將該聚光范圍跨越照射在硅基板11的端部11A與金屬薄膜12雙方上，并且沿著硅基板11的端部11A使聚光范圍進行掃描或者使層疊部件10移動。由此，如圖1(b)所示，在以對正(alignment)硅基板11的端部11A的狀態(tài)除去在照射激光的層疊部件10中的、僅光吸收率高的金屬薄膜12的對應部分。
此外，實際上，雖然激光也入射到位于硅基板11的正下方的金屬薄膜12上，但是因激光貫穿硅基板11時的衰減而其強度降低。從而，位于硅基板11的正下方的金屬薄膜12上積蓄的激光能量在可以加工金屬薄膜12的閾值以下，使位于硅基板11的下方的金屬薄膜12不會被加工。
(實施例2)圖2是表示本發(fā)明的實施例2的加工示意圖。加工對象的層疊部件20在上下玻璃基板21、22之間層疊有硅層23，硅層23呈從上側(cè)玻璃基板21的下面突出的狀態(tài)。該層疊部件20的實際加工對象是硅層23，上側(cè)玻璃基板21的端部21A被用作加工時的導引部。從而，使用相對硅層23的吸收率高，相對玻璃基板21、22的吸收率低的波長的激光進行加工。這里，使用YAG激光的波長為532nm的第2高次諧波激光。
在實際的加工中，如圖2(a)所示，通過透鏡25使激光26聚光，并將該聚光范圍跨越照射在上側(cè)玻璃基板21的端部21A與硅層23上，并且，沿著上側(cè)玻璃基板21的端部21A使聚光范圍進行掃描或者使層疊部件20進行移動。由此，如圖2(b)所示，在照射激光的層疊部件20中，僅光吸收率高的硅層23的從上側(cè)玻璃基板21突出的部分積蓄超過加工閾值的激光能量，而以對正上側(cè)玻璃基板21的端部21A的狀態(tài)除去硅層23的該對應部分。
(實施例3)圖3是表示利用壓電器件的位移使墨滴從噴嘴噴出的壓電式噴墨頭的制造過程的一部分的工序圖。這里，雖然列舉了作為噴液頭的一個例子的壓電式噴墨頭，但是本發(fā)明也可以使用其他方式的噴墨頭，或者使用噴出墨水以外的液體的噴頭。壓電式噴墨頭已經(jīng)廣為人知，其具備形成有將墨水從外部取入并保持的墨水貯存室、及與該墨水貯存室連通并產(chǎn)生使墨水從噴嘴噴出的壓力的壓力產(chǎn)生室等空腔部件的空腔基板；在空腔基板上成膜，包括構(gòu)成所述壓力產(chǎn)生室的一部分并產(chǎn)生實際的壓力變化的壓電器件的多層膜；具有噴嘴孔的噴嘴板；及封裝多層膜的一部分并固定空腔基板的封裝板(或者固定板)。
然后，就壓電式噴墨頭的制造方法進行說明。此外，在圖3中，符號150表示應作為現(xiàn)有的噴墨頭的部件，但是，這里，為了便于說明，將符號150稱為噴墨頭。噴墨頭150是通過在此之前的工序而在硅空腔基板(silicon cavity substrate)100上層疊作為壓電元件的后述結(jié)構(gòu)的多層膜110，并且，在硅空腔基板100的多層膜110一側(cè)，固定例如由硅等制成的封裝板130。在封裝板130上，形成取入從外部供給的墨水并保存的封裝板側(cè)貯存室131。
在圖3(a)中，在封裝板130上覆蓋保護膜140后，在空腔基板110上進行蝕刻，形成對應壓力產(chǎn)生室101、空腔基板側(cè)貯存室102等的凹部。然后，為了連通空腔基板側(cè)貯存室102與封裝板側(cè)貯存室131，而利用激光81通過與實施例1中相同的方法打穿間隔它們之間的多層膜110。該多層膜110的打穿是在使激光照射在硅空腔基板100的端部100A與多層膜110雙方上的同時，使激光沿硅空腔基板100的端部100A轉(zhuǎn)一圈，由此，切下以硅空腔基板100的端部100A為邊界的內(nèi)側(cè)的多層膜110。圖3(b)表示進行多層膜110的打穿、并除去保護膜140的狀態(tài)下的噴墨頭150。接著，如圖3(c)所示，在硅空腔基板100的凹部開口側(cè)，在噴嘴孔121處于對應壓力產(chǎn)生室101的位置的狀態(tài)下固定具備噴嘴孔121的噴嘴板120。此外，噴墨頭150，在其后，經(jīng)過引線接合、殼體頭(case head)安裝、基板頭安裝、組入部件安裝等，而完成為成品。
但是，在該實施例3中，硅空腔基板100、多層膜110分別對應實施例1的硅基板11與金屬薄膜12。
硅空腔基板100的厚度例如為70μm左右，多層膜110的厚度例如為1～5μm左右。此外，圖4表示多層膜110的具體結(jié)構(gòu)的一個例子。由此，從靠近硅空腔基板100的一側(cè)開始，由SiO2(二氧化硅)111、ZnO2(過氧化鉛)112、下電極113、PZT(鈦酸鋯酸鉛)114、上電極115、布線116構(gòu)成。下電極113可以由Pt(鉑)層、InO(氧化銦)及Ti(鈦)層、InO、Ti及Pb(鉛)層等構(gòu)成。另外，上電極115可以由In(銦)等構(gòu)成，布線116可以由Au及鈦層等構(gòu)成。通過所述的激光加工打穿這樣的多層膜110，由硅空腔基板100的端部100A限定邊界的貫穿孔不會脆性類型破壞并且可以高品質(zhì)地形成。另外，在該打穿后，雖然噴嘴板120需要在極細微的誤差范圍內(nèi)固定在硅空腔基板100上，但是由于選擇首先照射的激光使其不會損壞硅空腔基板100，故不會產(chǎn)生硅空腔基板的表面對噴嘴板120的固定施加不好的影響的問題。從而，通過該方法，貫穿硅空腔基板側(cè)貯存室102與封裝板側(cè)貯存室131的噴墨頭150可以提高墨水噴出性能的穩(wěn)定性。
此外，在上述各實施例中，如果通過散焦(defocus)使照射激光的聚光位置錯開，或者通過調(diào)整透鏡的焦距f或入射到聚光透鏡的入射光束徑，而擴大照射光范圍直徑，則可以使激光容易定位在導引層的端部11A、21A、100A與加工層12、23、110的邊界部處。此外，在散焦時，從加工質(zhì)量的觀點來看最好設(shè)定將層疊部件的加工部位處在聚光透鏡與由該聚光透鏡發(fā)出的激光的聚光范圍之間。另外，加工中使用的照射激光并不一定是聚光的激光。
可是，在所述各實施例中也可以加上以下方法。例如，也可以使多個不同波長的激光照射在導引層的端部與加工層的邊界部上。由此，在加工層由多個材料層疊而成等情況下，可以在各材料上分別使用更有效的波長的激光進行加工，可以擴大加工對象的范圍。
另外，在加工層與導引層之間的光吸收率的差較小的情況下，也可以使用具有比加工層自身的光吸收率大的光吸收率的材料，例如黑墨水，覆蓋加工層，或者，也可以在加工層的加工位置表面上形成多個凹凸。其需要說明的是，該凹凸用于抑制光的反射，凹凸的深度最好比激光的波長小。通過這些處理，加工層與導引層之間的光吸收率變大，可以不損壞導引層而僅僅對加工層進行加工。
另外，若可以調(diào)整激光的照射方向，則即使是復雜結(jié)構(gòu)的加工部位也可以進行激光的照射。另外，也可以調(diào)整為使激光向加工飛濺物很少再次附著在層疊部件的方向照射。
并且，也可以在層疊部件的加工部位附近，供給使加工飛濺物向?qū)盈B部件的外側(cè)飛散的空氣流。此外，若在真空中進行對于層疊部件的激光的照射，則可以防止氧化，并且抑制碎屑(dross)的產(chǎn)生，從而可以提高加工品質(zhì)。
綜合上述實施例所示的激光加工的效果如下。因為加工層的加工端可以在導引層的端部上自定位，所以可以降低裝置精度的要求。此外，即使復雜形狀的加工也可以高精度地進行加工。
另外，無需特別準備的模具與掩模，因此，可以對應多品種少量生產(chǎn)。無需加工時的前處理，因此，可以簡化加工過程。
(關(guān)于本發(fā)明所利用的激光加工裝置)這里，就本發(fā)明的方法中使用的激光加工裝置的機構(gòu)的例子進行說明。該激光加工裝置50具有作為加工能量源的激光振蕩器51，擴大從激光振蕩器51射出的激光的光束直徑的光束擴展器52，調(diào)整被擴大直徑的激光的強度的激光強度調(diào)整器53，調(diào)整光的照射方向的反射鏡54(其根據(jù)需要也可以設(shè)定為任意個數(shù))，承載待加工的工件(層疊部件10、20、150等)并可以在X、Y、Z方向上移動的三軸自動工作臺56，控制三軸自動工作臺56的動作的工作臺控制器57，以及使用計算機控制工作臺控制器5的PC58等。此外，從激光振蕩器51射出的激光的種類及波長，可以根據(jù)實際中加工的層的材料與具有作為導引部的功能的層的材料分別確定。
在該裝置50中，通過三軸自動工作臺56的移動進行工件與照射在工件上的激光的相對移動，但是也可以使激光一方進行掃描。作為掃描激光的機構(gòu)，可以利用如圖6所示的組合兩臺電流反射鏡(galvano mirror)的裝置。圖6中，70表示相對X軸方向旋轉(zhuǎn)的第1電流反射鏡，71表示相對Y軸方向旋轉(zhuǎn)的第2電流反射鏡，兩者70、71高精度的設(shè)置在規(guī)定位置，并通過驅(qū)動機構(gòu)(未圖示)同步被驅(qū)動。在具有這樣的電流反射鏡70、71的加工裝置中，從激光振蕩器(未圖示)振蕩的激光束72被第1電流反射鏡70反射的同時也被第2電流反射鏡71反射，再通過未圖示的聚光透鏡聚光并照射到被加工物上。這時，使被照射的激光束的聚光范圍沿著作為導引部的層的端部進行掃描，例如，通過打穿形成對應掃描軌跡73的孔。在激光加工的情況下，使被加工物移動而將該被加工物切斷為規(guī)定的形狀，由此，掃描照射向被加工物的激光而將被加工物切斷為規(guī)定的形狀，可以提高其加工精度，并且，提高加工效率適于量產(chǎn)。
圖7是表示在所述各實施例中可以利用激光加工裝置的其他的結(jié)構(gòu)圖。該激光加工裝置50A是在追加設(shè)置了幾個可以進一步有效利用圖5的激光加工裝置50的結(jié)構(gòu)。例如，在工件10、20、150上具有多個同形狀的加工位置之類的情況下，如果可以同時使激光照射在這些加工位置的進行同時加工的話可以更有效率。為了使其成為可能，在聚光透鏡55之前設(shè)置將激光分成多個分支的衍射光學元件59。此外，作為將激光分成多個分支的方法，除此之外也可以利用半透半反鏡等。另外，在加工部位附近設(shè)置了吸引加工產(chǎn)生的飛濺物的吸引裝置60。
并且，其還具有對工件10、20、150的加工部位進行攝像的攝像機61，及基于使用該攝像機61拍攝的加工部位的圖像決定導引層端部與加工層的交界處，從而計算出激光照射路徑的圖像處理裝置62。將通過圖像處理裝置62計算出的激光照射路徑傳送到工作臺控制器57，從而被用來進行三軸自動工作臺56的驅(qū)動控制。
此外，衍射光學元件59、吸引裝置60、攝像機61及圖像處理裝置62名無需全部具備，可以根據(jù)需要個別使用。
在所述實施例中，雖然加工用激光使用YAG激光的基波、第2高次諧波，但是加工用激光可根據(jù)導引層的材料與實際被加工的加工層的材料個別確定。在這種情況下，例如，也可以探討使用YLF激光的基波、高次諧波、YVO4激光的基波、高次諧波、CO2激光等。另外，從加工品質(zhì)這一點出發(fā)，也可以考慮使用飛秒激光。此外，在進行該加工中使用的激光的選擇時應該考慮的是，層疊部件的部件之間的激光能量的積蓄率的不同，及構(gòu)成層疊部件的各部件通過激光能量開始加工的能量閾值。即，必須是，在要加工的部件中積蓄其閾值以上的激光能量，而在被用作導引部的部件中不會積蓄其閾值以上的激光能量。
另外，在所述各實施例中，表示了在加工層與導引層被層疊在水平方向上的狀態(tài)下進行的加工，但是，本發(fā)明也包含以下情況，即在加工層與導引層沿垂直方向被層疊時，保持其直立設(shè)置的狀態(tài)，在這些層的邊界部照射激光而加工加工層。
權(quán)利要求
1.一種激光加工方法，是層疊第1材料與第2材料，且所述第1材料從所述第2材料突出構(gòu)成的層疊部件的加工方法，其特征在于將相對所述第1材料的光吸收率比相對所述第2材料的光吸收率高的波長的激光照射在所述第2材料的端部與所述第1材料的邊界部，在所述第1材料的加工位置形成多個細微凹凸。
2.如權(quán)利要求1所述的激光加工方法，其特征在于可以調(diào)整所述激光對于所述層疊部件的照射方向。
3.如權(quán)利要求1所述的激光加工方法，其特征在于供給使加工飛濺物飛向所述層疊部件外側(cè)的空氣流。
4.如權(quán)利要求1所述的激光加工方法，其特征在于在真空中進行所述激光對于所述層疊部件的照射。
5.如權(quán)利要求1所述的激光加工方法，其特征在于利用電流反射鏡使激光進行掃描的同時進行所述激光對于所述層疊部件的照射。
6.如權(quán)利要求1所述的激光加工方法，其特征在于將激光分成多束，并且分支的多束激光同時照射在所述層疊部件上。
7.如權(quán)利要求1所述的激光加工方法，其特征在于使用攝像機對所述層疊部件的加工部位進行攝像并進行圖像處理，再根據(jù)該處理決定激光照射位置。
8.如權(quán)利要求1所述的激光加工方法，其特征在于所述第1材料是金屬，所述第2材料是硅。
9.如權(quán)利要求1所述的激光加工方法，其特征在于所述第1材料是硅，所述第2材料是玻璃。
10.如權(quán)利要求1所述的激光加工方法，其特征在于所述第1及第2材料是噴液頭的構(gòu)成部件，所述第2材料是具有作為貯存噴出用液體的貯存室的凹部的空腔基板，所述第1材料是被層疊在所述空腔基板的所述凹部底面上的多層膜。
11.一種噴液頭，其特征在于通過權(quán)利要求10所述的方法形成液體材料貯存室而構(gòu)成。
全文摘要
一種激光加工方法及噴液頭，該激光加工方法是以從硅基板的端部突出的狀態(tài)層疊金屬薄膜在該硅基板的底面上的層疊部件的加工方法，將相對金屬薄膜的光吸收率比相對硅基板的光吸收率高的波長的激光照射在硅基板端部與金屬薄膜的邊界部從而切斷該金屬薄膜。
文檔編號B41J2/16GK1872483SQ200610094
公開日2006年12月6日 申請日期2003年11月14日 優(yōu)先權(quán)日2002年11月15日
發(fā)明者澤木大輔, 島田勝人, 梅津一成 申請人:精工愛普生株式會社