JP2003019576A

JP2003019576A - レーザマーキングの装置および方法

Info

Publication number: JP2003019576A
Application number: JP2001206719A
Authority: JP
Inventors: Shigeyuki Sakurai; 茂行桜井; Naoki Mitsuyanagi; 直毅三柳; Yoshiya Nagano; 義也長野; Teru Morita; 輝森田
Original assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 2001-07-06
Filing date: 2001-07-06
Publication date: 2003-01-21

Abstract

(57)【要約】【課題】ＣＳＰ等のｉチップむき出しのＩＣパッケー
ジや薄型の電子部品等にレーザ光で刻印するとき加工深
さが浅くかつ視認性の優れたレーザマーキングの装置お
よび方法を提供する。【解決手段】被加工物１４にレーザ光１２を照射して
パターンをマーキングするレーザマーキング装置であ
り、レーザ光を出力するレーザ発振器１１と、レーザ発
振器から出力されるレーザ光のパワー密度分布を複数の
ピークを持つパワー密度分布に変換する回折装置１８
と、複数のピークを持つパワー密度分布に係るレーザ光
を被加工物に導いて結像させ、被加工物の表面にパター
ンとして複数のピークを持つパワー密度分布に対応した
凹凸部を形成する結像光学装置２０を備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はレーザマーキングの
装置および方法に関し、特に、レーザ光を利用してシリ
コンチップ、金属、セラミック基板等に文字や符号等を
刻印するレーザマーキングの装置および方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のＩＣパッケージは図１６に示すご
とくＳｉ（シリコン）チップ１０１を樹脂封止した形で
製造されている。ＩＣパッケージに対する製造番号、製
造年月、型式等の文字や符号を刻印すなわちマーキング
するのは樹脂封止部の表面に行われる。マーキングには
レーザ光が利用される。樹脂封止されたＩＣパッケージ
に対するレーザ光によるマーキング技術としては、特許
第２７７３６６１号公報、特許第２５０００４８号公
報、特開平１０−３２３７８７号公報、特開平１１−１
５６５６３号公報を挙げることができる。

【０００３】近年の樹脂封止タイプのＩＣパッケージで
は軽薄短小化が進んでいる。その例を図１７に示す。こ
のＩＣパッケージは、Ｓｉチップ１０２がむき出し状態
のＣＳＰ(Cip Size Pakage)１０３が増加してきてい
る。このＳｉチップむき出しのＩＣパッケージへのレー
ザマーキングの方法としては一筆書きの要領で刻印する
スキャン式レーザマーカが実用に供している。

【０００４】上記スキャン式レーザマーカによるＣＳＰ
１０３へのマーキングについて図１８を参照して説明す
る。ＣＳＰ１０３におけるＳｉチップ１０２の上側表面
には、通常、バックグラインド仕上げが行われるので、
当該表面にはバックグラインド痕１０４が残っている。
バックグラウンド痕１０４はその深さが約０．５μｍ程
度であり、その断面を見ると図１８のごとくである。当
該ＣＳＰ１０３のＳｉチップ１０２の表面に対するレー
ザマーキングは、例えば図１９に示すごとく、レーザ光
１０５を集光レンズ（図示せず）により集光し、光路の
途中に配置されたガルバノミラー等により矢印１０６の
ごとく走査し、Ｓｉチップ１０２のバックグラウンド痕
１０４の凹凸を溶融平坦化することにより行われる。１
０７はレーザマーキング痕である。その他、図２０に示
すように、レーザ光１０５の集光点でのパワー密度を高
くし、Ｓｉチップ１０２のシリコン表面を深く削り込む
ことによりマーキングが行われる。この場合のレーザマ
ーキング痕１０７は深くなっている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】Ｓｉチップ１０２がむ
き出しのＣＳＰ１０３に対してレーザマーキングを行う
場合においても、従来のレーザマーキングと同様に、良
好な視認性と浅い加工深さが要求される。浅い加工深さ
を求めるのはＳｉチップに対するダメージを少なくする
ためである。

【０００６】上記の「視認性」は、マーキングされた箇
所に対して或る角度で照射される照明光が、被加工物の
マーキング面で反射されかつ散乱され、観察者の目やそ
の他の検出装置に入力された場合において、マーキング
されている面とされていない面の各々に入力される光量
の差が大きいときに、視認性が高いと判断される。また
人の目による視認性は、照明光が反射・散乱される角度
による依存性が少ないこと、すなわち、どの角度から見
ても良く見えるということが、視認性良好の１つの判断
となる。換言すれば、マーキング面に照射される照明光
が広角に散乱されるようにマーキングが行われることが
望まれるのである。広角散乱の状態は、マーキングされ
た部分の凹凸が非常に激しいことが条件となる。

【０００７】しかしながら、図１９に示すごとく、従来
のＳｉチップ１０２の表面へのマーキングによれば、溶
融平坦化を行うので底の浅いフラットな加工となる。加
工された凹所１０７の底がフラットになるので、外部か
らの光に対して散乱角が狭く、或る角度では見えるが、
他の角度では見えないという問題が発生する。

【０００８】上記の状態例を図２１に示す。図２１にお
いて、照明光２００がＡ方向から照射される場合にはＡ
方向からはバックグラインド痕１０４からの散乱光２０
１は検出されず、さらにレーザマーキング痕（加工痕）
１０７の部分からの散乱光２０１も検出されない。すな
わち位置Ａ’に目を置きＡ方向からＳｉチップ１０２の
レーザマーキング痕１０７を見ると、全面が黒い状態に
なり、視認性が悪くなる。また位置Ｂ’に目を置きＢ方
向から見た場合には、バックグラインド痕１０７からの
散乱光２０１は検出されるが、レーザマーキング痕１０
７からの散乱光２０２は検出されない。このためバック
グラインド痕１０４の部分は白に、レーザマーキング痕
１０７の部分は黒に見え、視認性は良好になる。さらに
位置Ｃ’に目を置きＣ方向から見た場合には、バックグ
ラウンド痕１０４およびレーザマーキング痕１０７から
の散乱光が検出されるため、両方が白の状態になり、レ
ーザマーキング痕の視認性が悪くなる。このように図１
９に示した底の浅いレーザマーキング痕１０７の場合に
は、照明光の角度や検出しようとする角度に依存してお
り、良好な視認性を有するマーキングということはでき
ない。

【０００９】一方、高いパワー密度に設定されたレーザ
光を利用して削り込んだマーキングを行う場合には、レ
ーザ光のパワー密度は急峻なガウス分布をしているの
で、レーザ光のパワー最高値が高くなりすぎ、Ｓｉチッ
プ１０２上のレーザ光照射部を瞬間的に気化させる。そ
の加工状態を図２２に示す。この加工例によれば、例え
ば５０μｍ程度の深さが削り取られる。さらに一筆書き
で加工を行う場合には、開始位置、停止位置、各コーナ
の減速箇所の各々で１００μｍ程度の深い穴が形成され
る場合がある。この場合には、図２２に示すようにレー
ザマーキング痕２０３はＡ方向からの照明光を広い角度
で散乱させ（状態２０４）、図２２に示すごとく良好な
視認性を発揮させることができる。しかしながら、前述
のした通り、ＣＳＰ１０３では浅い加工深さが要求され
る。また一般的に薄型の電子部品に深い加工痕のマーキ
ングを行うことは、内部に欠陥やダメージを発生させる
ことになる。従って、Ｓｉチップむき出しのＣＳＰ１０
３や薄型の電子部品に対して深い加工痕を生じさせるレ
ーザマーキングを用いることは困難である。

【００１０】本発明の目的は、上記の問題を解決するこ
とにあり、ＣＳＰ等のごときＳｉチップむき出しのＩＣ
パッケージや薄型の電子部品等にレーザ光で刻印すると
き加工深さが浅くかつ視認性の優れたレーザマーキング
の装置および方法を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段および作用】本発明に係る
レーザマーキングの装置および方法は、上記の目的を達
成するため、次のように構成される。

【００１２】第１のレーザマーキング装置（請求項１に
対応）は、被加工物にレーザ光を照射してパターンをマ
ーキングするレーザマーキング装置であり、レーザ光を
出力するレーザ発振器と、レーザ発振器から出力される
レーザ光のパワー密度分布を複数のピークを持つパワー
密度分布に変換する変換手段と、複数のピークを持つパ
ワー密度分布に係るレーザ光を被加工物に導いて結像さ
せ、被加工物の表面にパターンとして複数のピークを持
つパワー密度分布に対応した凹凸部を形成する結像装置
と、を備えるように構成される。

【００１３】第２のレーザマーキング装置（請求項２に
対応）は、上記の構成において、好ましくは、変換手段
によりパワー密度分が複数のピークを持つパワー密度分
布に変換される位置にパターンマスクを配置し、パター
ンマスクに基づくレーザ光を結像装置によって被加工物
の表面に結像させるように構成される。

【００１４】第３のレーザマーキング装置（請求項３に
対応）は、上記の構成において、好ましくは、結像装置
は、変換手段によりパワー密度分が複数のピークを持つ
パワー密度分布に変換される位置を被加工物の表面に結
像させ、被加工物の表面での結像点を移動させる移動手
段を備えるように構成される。

【００１５】第４のレーザマーキング装置（請求項４に
対応）は、上記の構成において、好ましくは、被加工物
の表面でのレーザ光による結像点を移動させる移動手段
を備えるように構成される。

【００１６】第５のレーザマーキング装置（請求項５に
対応）は、上記の構成において、好ましくは、変換手段
は回折装置であることを特徴とする。

【００１７】第６のレーザマーキング装置（請求項６に
対応）は、上記の構成において、好ましくは、変換手段
は複数の開口が形成されたマスク部材であることを特徴
とする。

【００１８】第１のレーザマーキング方法（請求項７に
対応）は、被加工物にレーザ光を照射してパターンをマ
ーキングする方法であり、レーザ発振器から出力される
レーザ光のパワー密度分布を複数のピークを持つパワー
密度分布に変換する第１ステップと、複数のピークを持
つパワー密度分布に係るレーザ光を被加工物の表面に結
像させる第２ステップと、を含むように構成されてい
る。

【００１９】第２のレーザマーキング方法（請求項８に
対応）は、上記の方法において、好ましくは、第１ステ
ップで、回折現象を利用して複数のピークを持つパワー
密度分布への変換を行うようにしている。

【００２０】第３のレーザマーキング方法（請求項９に
対応）は、上記の方法において、好ましくは、第１ステ
ップで、レーザ光を複数の開口を通過させることにより
複数のピークを持つパワー密度分布への変換を行うよう
にしている。

【００２１】本発明に係るレーザマーキングの装置およ
び方法によれば、レーザ発振器から出力されたレーザ光
のパワー密度分布を、被加工物に照射される前の段階
で、回折装置等を利用して複数のピークを持つパワー密
度分布に変換し、その後に被加工物の表面に照射させる
ようにしている。その結果、ＣＳＰのＳｉチップ等の被
加工物におけるバックグラインド表面に微細凹凸の底面
を有する加工痕を形成することができ、加工深さが浅く
ても高い視認性を実現することが可能となる。レーザ光
のパワー密度分布を複数のピークを有するものにするた
め、回折装置、複数の矩形開口が形成された金属マスク
等のマスク部材が使用される。複数のピークを持つパワ
ー密度分布に係るレーザ光は、当該レーザ光が被加工物
の表面に結像されるように光学的な条件を満たしつつ、
所定の光学系により導かれる。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の好適な実施形態
を添付図面に基づいて説明する。

【００２３】実施形態で説明される構成、形状、大き
さ、および配置関係については本発明が理解・実施でき
る程度に概略的に示したものにすぎず、また数値および
各構成の組成（材質）については例示にすぎない。従っ
て本発明は、以下に説明される実施形態に限定されるも
のではなく、特許請求の範囲に示される技術的思想の範
囲を逸脱しない限り様々な形態に変更することができ
る。

【００２４】図１〜図６を参照して本発明に係るレーザ
マーキング装置の第１実施形態を説明する。図１は視認
性の高いレーザマーキング装置を実現するための基本的
構成を示し、図６はレーザマーキング装置の構成を示し
ている。

【００２５】図１において、レーザ発振器１１はレーザ
発振動作を行いレーザ光１２を出力する。レーザ発振器
１１の発振動作はレーザ発振器制御部１３により制御さ
れる。ＣＳＰのごとき薄板形状の被加工物（ワーク）１
４はＸＹテーブル１５の上に配置されている。ＸＹテー
ブル１５は座標系１６で示されるようにＸ軸方向および
Ｙ軸方向に移動動作を行い、被加工物１４の位置を水平
面内で変化させることができる移動機構を備えている。
ＸＹテーブル１５の移動動作はＸＹテーブル制御部１７
によって制御される。レーザ発振器１１から出力された
レーザ光１２は、回折装置１８を通過し、ベンドミラー
１９で方向を変えられ、結像光学装置（例えば結像レン
ズ）２０を通過した後、被加工物１４に照射される。回
折装置１８は、複数の矩形形状の開口が規則的に配置さ
れた構造を有している。複数の矩形形状の開口は回折装
置１８の面に全面的に均一な分布で形成されていること
が望ましい。なお開口の形状は矩形以外の任意の形状で
もよく、開口の配置は不規則的であってもよく、また位
置がずれていてもよい。開口が形成された回折装置の代
わりにメッシュ構造を利用した回折装置であってもかま
わない。

【００２６】上記の回折装置１８は、上記構造に基づい
て、回折像を作り、レーザ発振器１１から出力されたレ
ーザ光１２が通過した際に、当該レーザ光１２のパワー
密度分布を複数のピークを持つパワー密度分布に変換す
る手段である。

【００２７】結像光学装置２０は、回折装置１８による
変換で作られた複数のピークを有するパワー密度分布の
レーザ光１２を被加工物１４の表面に結像する。上記の
レーザ発振器制御部１３とＸＹテーブル制御部１７はさ
らに上位に位置する装置制御部２１により制御指令を受
ける。

【００２８】上記の構成において、レーザ発振器１１か
ら出力されたレーザ光１２は、その光路上に配置された
上記回折装置１８を通過し、後段に配置された結像光学
装置２０を経て被加工物１４に照射される。レーザ光１
２の光路上で、結像光学装置２０と被加工物１４は、複
数の矩形開口を有する回折装置１８により形成された回
折像が或る倍率で被加工物１４の表面に結像されるよう
に配置されている。例えば矩形開口を有する回折装置１
８により形成される回折像の強度分布Ｉは、下記の（数
１）により求められる。回折像の強度分布Ｉはレーザ光
１２の複数のピークを有するパワー密度分布に対応して
いる。

【００２９】

【数１】

【００３０】上記式で表される回折像の強度分布Ｉを図
で示すと、図２と図３のようになる。図２は、レーザ発
振器１１から出力されたレーザ光１２を複数の矩形形状
の開口が規則的に配置された回折装置１８を通した後に
被照射物２２に照射したときの強度分布のグラフ２３を
示す。図２に示したグラフ２３で、軸２３ａはパワー密
度（レーザ光の強度）、軸２３ｂはレーザ光のビーム中
心を基準とする位置（分布に関する広がり位置）を示し
ている。グラフ２３で明らかなようにレーザ光のビーム
中心部の強度が高く周辺に向かうほど低くなっている。
また図３は強度分布を平面的に示したものであり、背景
（斜線部）に対して複数の閉じたループ２４が示されて
いる。図３の中心位置がレーザ光のビーム中心位置であ
り、中心位置に大きなループが描かれている。これらの
ループが強度分布における複数のピークに対応してい
る。

【００３１】本実施形態に係るレーザマーキング装置に
よる被加工物１４へのマーキングでは、上記のごとき回
折装置１８を利用することによりパワー密度分布におい
て複数のピークを有するレーザ光を作り、当該レーザ光
を利用してマーキングを行う。本実施形態に係るレーザ
マーキング装置の回折装置１８に基づく複数のピークを
有するレーザ光１２を用いて被加工物１４に対してレー
ザマーキングを行うと、前述のごときパワー密度分布
（強度分布）を有することになるため、図４に示すよう
な断面形状の加工痕（レーザマーキング痕）２５が形成
される。加工痕２５は微細な凹凸が形成される。被加工
物１４の表面の凹凸２６はバックグラインド痕である。
被加工物１４の表面に形成されたバックグラインド痕２
６に対して当該表面に刻印される加工痕２５は微細な凹
凸を有するように形成されるので、被加工物１４の表面
における加工痕２５の視認性が高くなる。

【００３２】また上記の回折装置１８に加えて、回折装
置１８の後段側に、さらに複数の開口（任意の形状）が
規則的あるいは不規則に形成されたマスク部材を所定の
条件で用いることもできる。このマスク部材を併用する
場合には、図５に示すような断面形状の加工痕２７が形
成される。加工痕２７は、複数のピークを有するパワー
密度分布が重なり合い、微細凹凸がさらに激しいものと
なる。

【００３３】従来のレーザ光の集光に基づくマーキング
によれば、従来の技術の欄で説明した通り、レーザ光の
パワー密度分布がガウス分布であるため、加工痕もその
分布に従う。当該加工痕の断面形状は既に図１９で示さ
れた通りである。これに対して、本実施形態によるレー
ザマーキング装置の基本構成によれば、レーザ光のパワ
ー密度分布におけるピークを分散させ、複数のピークを
形成し、かつマクロ的にはトップフラット（分布の頂部
の平坦化）のパワー密度分布とする。これによって、Ｃ
ＳＰ等のレーザマーキングで加工深さが浅い場合であっ
ても表面の凹凸を激しくすることができるので、広角散
乱が生じ、視認性を向上することができ、照明光を散乱
して良好な視認性を得ることができ、さらに被加工物１
４に対するダメージを低減することができる。

【００３４】前述した本実施形態に係るレーザマーキン
グ装置の基本構成を利用して所望形状のパターンを被加
工物１４の表面にマーキングする装置構成例を図６に示
す。図６において、図１で説明した要素と実質的に同一
の要素には同一の符号を付し、その詳細な説明を省略す
る。この構成では、回折装置１８とベンドミラー１９の
間の光路上に金属マスク３１が配置されている。金属マ
スク３１には一例として「Ｆ」という文字のパターンが
形成されている。実際には金属板にＦの形状を有する孔
が形成されているだけである。パターンとしては文字、
記号、符号、その他の図案等が含まれる。装置としての
その他の構成は図１で説明した構成と同じである。

【００３５】上記構成において、レーザ発振器１１から
出力されたレーザ光１２は回折装置１８と金属マスク３
１を通過し、ベンドミラー１９で進行方向を変えられ、
結像光学装置２０で結像され、ＸＹテーブル１５上の被
加工物１４の表面に照射される。結像光学装置２０と被
加工物１４は金属マスク３１のパターンが結像される位
置に配置されている。さらに金属マスク３１は、回折装
置１８の複数の矩形開口に基づき発生する複数のピーク
を持つ回折像が形成される位置に配置されている。上記
の構成によって、金属マスク３１上のパワー密度分布
は、複数のピークを持つ分布が形成されており、この金
属マスク３１によるパターンを或る倍率で被加工物１４
の表面に結像させた場合には、加工痕は、図５に示され
た前述の加工断面のようになる。かつ当該加工痕の外形
輪郭は、金属マスク３１のパターンの形状で制限を受
け、Ｆというパターンが描かれる。従って、被加工物１
４の表面において、比較的に浅い加工痕であってかつ視
認性が高い「Ｆ」という文字のパターンに係るレーザマ
ーキングを行うことができる。

【００３６】前述の実施形態では、回折装置１８の後段
に置かれるマスク部材を金属マスク３１としたが、これ
に限定されず、ガラスマスク等でもよい。またマスク部
材は、透過型マスクに限定されず、反射型のマスクであ
ってもよい。さらに回折装置１８も複数の矩形開口を有
するが、複数の矩形開口が形成される場所がＦという文
字パターンを形作る領域にすることもできる。このよう
な場合には回折装置１８そのものにパターンを描くこと
ができるので、金属マスク３１を省略することが可能と
なる。

【００３７】図７を参照して本発明に係るレーザマーキ
ング装置の第２実施形態を説明する。図７において、前
述の第１実施形態で説明した要素と同一の要素には同一
の符号を付している。

【００３８】レーザ発振器１１から出力されたレーザ光
１２は、回折装置１８を通過し、ガルバノミラー３５で
進行方向を変えられ、結像光学装置２０および被加工物
１４の方向に向けられる。被加工物１４はＸＹテーブル
１５の上に置かれている。回折装置１８とガルバノミラ
ー３５の間の光路上には２つの光学レンズ３６とマスク
３７が配置される。マスク３７は２つの光学レンズ３６
の間に配置されている。ガルバノミラー３５のミラー角
度（走査用動作）はガルバノミラー制御部３８によって
制御される。ガルバノミラー制御部３８と、前述のレー
ザ発振器制御部１３およびＸＹテーブル制御部１７と
は、上位の装置制御部２１から制御指令を受ける。

【００３９】結像光学装置２０と被加工物１４は、マス
ク３７で与えられる面を結像する位置に配置され、さら
にマスク３７は、矩形開口により形成された複数のピー
クを持つ回折像が形成される位置に配置されている。マ
スク３７の上でのパワー密度分布は複数のピークを有す
る分布が形成されており、マスク３７の面は或る倍率で
被加工物１４の表面に結像される。この実施形態では、
結像光学装置２０とマスク３７の間にはレーザ光１２を
スキャンするためのガルバノミラー３５が設けられてい
る。マスク３７を通過したレーザ光１２は被加工物１４
の所望の位置に照射され移動させられる。これにより被
加工物１４の表面にパターンが刻印される。

【００４０】上記の第２実施形態では、第１実施形態と
比較して、２つのレンズ３６およびマスク３７、ガルバ
ノミラー３５およびこれを制御するガルバノミラー制御
部３８を使用した点が異なっており、その他の構成は第
１実施形態と同じである。この第２実施形態によっても
第１実施形態と同様な作用を生じ、ＣＳＰ等に対する加
工深さの浅いレーザマーキングであっても、加工痕の凹
凸を微細にすることができるので、広角散乱が生じ、視
認性の高めることができる。

【００４１】本実施形態では、ガルバノミラー３５を利
用してレーザ光の照射位置を走査させるようにしたが、
この走査動作は、レーザ光１２に対して相対的に移動す
るＸＹテーブル１５に基づいて行うこともできる。

【００４２】さらに、マスク３７と２つの光学レンズ３
６の代わりに、第１実施形態で使用した金属マスク３１
およびこれに類似する部材を用いることができるのは勿
論である。

【００４３】次に図８〜図１０を参照して本発明に係る
レーザマーキング装置の第３実施形態を説明する。図８
において、前述の第１実施形態で説明した要素と同一の
要素には同一の符号を付している。

【００４４】本実施形態によるレーザマーキング装置に
おける特徴的な構成は、複数の矩形形状の開口が規則的
に配置された回折装置４１と所望の形状をしたパターン
が描かれた金属マスク４２とが一体となるように配置さ
れたことである。金属マスク４２に描かれた所望のパタ
ーン４２ａは、前述の実施形態と同様に「Ｆ」という文
字を表すパターンである。通常、金属マスク４２を、Ｆ
という形状の孔が形成されるように打ち抜くことによ
り、金属マスク４２に上記パターンが描かれる。レーザ
発振器１１から出力されたレーザ光１２は、回折装置４
１と金属マスク４２を通過した後に、ベンドミラー１
９、結像光学装置２０を経て被加工物１４に照射され
る。結像光学装置２０と被加工物１４は金属マスク４２
のパターンを結像させる位置に配置されている。この場
合、被加工物１４は代表的にＣＳＰのＳｉチップや金属
である。その他の構成は、第１実施形態と同じである。

【００４５】上記の実施形態によっても、図９に示すよ
うな微細な凹凸を有する加工痕４３をＳｉチップ４４等
の表面に刻印することができる。従って、加工深さの浅
いレーザマーキングであっても、視認性の高いレーザマ
ーキングを行うことができる。これは、開口を通過した
際に複数の矩形開口に基づくドットパターンが形成され
るが、この矩形ドットパターンの内部のパワー密度分布
が矩形開口の縁部での回折によって図１０に示すごとく
複数のピークを有するパワー密度分布４５が構成されて
いることによるものである。図１０に示されたパワー密
度分布４５におけるピークは、前述の第１実施形態等で
説明されたパワー密度分布２３に比較して、ピークとボ
トムの間の差が少なくなっている。このため、パワー密
度分布の効果が顕著に表れるのは、Ｓｉチップや金属等
の溶融温度の高い対象物にレーザマーキングを行う場合
である。他方、溶融温度の低い樹脂等では、その隣合う
ピークの間の熱伝導に基づいてフラットな形状が形成さ
れるので、これらに用いることは望ましくない。

【００４６】上記の実施形態では、マスク部材として金
属マスク４２を用いることとしたが、ガラスマスクでも
よい。

【００４７】上記の第３実施形態の変形例として、一体
化された回折装置４１と金属マスク４２を用いる代わり
に、図１１に示した金属マスク４６のみを設置して構成
することもできる。この金属マスク４６には、Ｆという
字体を表すパターン４６ａが複数の矩形形状の開口４７
を規則的配置で穿設することにより形成されている。こ
のような金属マスク４６を使用すれば、金属マスク４６
でマーキングしようとする所望のパターンを与えること
ができると共に、金属マスク４６自体で回折現象を生じ
させることができる。従って、前述の第３実施形態と同
様に、Ｓｉチップや金属等の溶融温度の高い対象物にレ
ーザマーキングを行う場合に、視認性の高いレーザマー
キングを行うことができる。

【００４８】次に図１２を参照して本発明に係るレーザ
マーキング装置の第４実施形態を説明する。図１２にお
いて、前述の実施形態で説明した要素と実質的に同一の
要素には同一の符号を付している。

【００４９】この実施形態では、レーザ発振器１１の出
力部の前方にレーザ光１２の偏光状態を所望の状態に合
わせるための波長板（偏光子）５１が配置され、さらに
レーザ光１２のビーム径を拡大するエキスパンダ５２が
配置されている。さらにレーザ光１２の光路には液晶５
３が設置される。液晶５３の液晶面には所望のパターン
が表示されるマスク部材として機能する。液晶５３に対
して液晶制御部５４が設けられる。液晶制御部５４は、
液晶５３に含まれる多数の横方向透明電極膜と縦方向透
明電極膜の各々に対してゲート信号またはソース信号を
与え、液晶５４で表示されるパターンを任意に形作る。
液晶５３の後段には、偏光ビームスプリッタ５５が設置
され、さらにこれにはアブソーバ５６が付加されてい
る。偏光ビームスプリッタ５５は、液晶５３に基づいて
特性が変化したレーザ光と変化しなかったレーザ光を分
別する手段である。液晶５３で上記のパターン部分を通
過したレーザ光１２は偏光ビームスプリッタ５５によっ
て結像光学装置２０の側へ送られ、パターン以外の部分
を通過したレーザ光１２は偏光ビームスプリッタ５５に
よってアブソーバ５６の側へ送られる。上記液晶制御部
５４は上記の装置制御部２１によって制御指令を受け
る。その他の構成は、前述の実施形態で説明された構成
と同じである。なお図１２においてレーザ光１２の光路
上で示される矢印の記号はレーザ光の偏光の向きを示し
ている。

【００５０】液晶５３の液晶面に表示されたパターンに
係る像は被加工物１４の表面に結像され、このパターン
形状に基づいてマーキングが行われる。被加工物１４と
しては、特にＳｉチップや金属である。

【００５１】液晶５３において、レーザ光は、液晶面を
形成する多数の液晶セルと呼ばれるドットを通過する。
図１３に液晶５３の矩形の液晶面５３ａの正面図を示
す。液晶面５３ａでは、図１３中左側の辺に沿ってゲー
ト信号を入力させる多数の信号線から成る配線６１が設
けられ、上側の辺に沿ってソース信号を入力させる多数
の信号線から成る配線６２が設けられている。液晶面５
３ａは、多数の横方向の透明電極膜と多数の縦方向の透
明電極膜を格子状に配列することにより形成され、横方
向透明電極膜と縦方向透明電極膜との交差部として上記
の多数の液晶セルが作られている。

【００５２】図１３では、液晶面５３ａの一部を拡大し
て６３として示している。液晶面の一部６３では、横方
向の透明電極膜６４と縦方向の透明電極膜６５が示さ
れ、かつその交差部として形成される液晶セル６６が示
されている。このような構造によれば、液晶セル６６と
透明電極６４，６５の縁部分での回折現象に基づいて前
述した図１０のパワー密度分布４５が作られる。この結
果、被加工物１４におけるマーキングされた加工断面は
前述した図９のごとくなり、視認性の高いレーザマーキ
ングを行うことができる。パワー密度分布４５の特性に
ついては前述した通りである。本実施形態によるレーザ
マーキング装置は、Ｓｉチップや金属等の溶融温度の高
い部材に対するマーキングに適している。

【００５３】次に図１４を参照して本発明に係るレーザ
マーキング装置の第５実施形態を説明する。図１４にお
いて、前述の実施形態で説明した要素と実質的に同一の
要素には同一の符号を付している。特にこの実施形態で
は、レーザ光１２で被加工物１４の表面をスキャンする
ことにより所定のパターンを刻印し、もってレーザマー
キングするようにしている。この点で、前述の第２実施
形態と同じ構成を有している。すなわちガルバノミラー
３５でスキャン動作を行っている。

【００５４】この実施形態に係るレーザマーキング装置
では、レーザ発振器１１から出力されたレーザ光１２
は、２つの光学レンズ７１と金属マスク７２を通過し、
ガルバノミラー３５で進行方向を変えられ、結像光学装
置２０および被加工物１４の方向に向けられる。金属マ
スク７２は２つの光学レンズ７１の間に配置されてい
る。金属マスク７２は矩形開口が形成されている。また
被加工物１４はＸＹテーブル１５の上に置かれている。
ガルバノミラー３５のミラー角度（走査用動作）はガル
バノミラー制御部３８によって制御される。ガルバノミ
ラー制御部３８と、前述のレーザ発振器制御部１３およ
びＸＹテーブル制御部１７とは、上位の装置制御部２１
から制御指令を受ける。

【００５５】結像光学装置２０と被加工物１４は、金属
マスク７２を結像する位置に配置されている。これは、
金属マスク７２の開口を通過した際に開口内部のパワー
密度はやはり矩形開口の縁部での回折により上記の図１
０に示された複数のピークを有するパワー密度分布が構
成されることに基づいている。金属マスク７２でのパワ
ー密度分布は複数のピークを持つように形成されてお
り、この金属マスク７２の面は或る倍率で被加工物１４
の表面に結像される。この実施形態では、結像光学装置
２０と金属マスク７２の間にはレーザ光１２をスキャン
するためのガルバノミラー３５が設けられている。金属
マスク７２を通過したレーザ光１２は被加工物１４の所
望の位置に照射され、かつ移動させられる。これによ
り、図１５に示すごとく被加工物１４の表面上に所望の
パターンに係る凹部７３が形成される。

【００５６】本実施形態では、ガルバノミラー３５を利
用してレーザ光の照射位置を走査させるようにしたが、
この走査動作は、レーザ光１２に対して相対的に移動す
るＸＹテーブル１５に基づいて行うこともできる。

【００５７】上記の第５実施形態では、その他の構成は
上記の実施形態と同じである。この第５実施形態によっ
ても第４実施形態等と同様な作用を生じ、ＣＳＰ等に対
する加工深さの浅いレーザマーキングであっても、加工
痕の凹凸を微細にすることができるので、広角散乱が生
じ、視認性の高めることができる。なお前述した通り、
複数のピークを有するパワー密度分布においてピークと
ボトムの差が小さいので、本実施形態に基づくレーザマ
ーキングはＳｉチップや金属等の溶融温度の高い対象物
に適している。

【００５８】上記の第５実施形態ではマスク部材として
金属マスクを用いたが、ガラスマスクでもよく、その他
に反射型の表示装置を用いることもできる。

【００５９】前述の実施形態では、矩形のマスク部材を
用いたが、形状は矩形に限定されない。

【００６０】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように本発明によ
れば、ＣＳＰのＳｉチップ等の被加工物の表面にレーザ
光を導いて照射し、当該表面に文字等のパターンをマー
キングするレーザマーキング装置あるいはレーザマーキ
ング方法において、レーザ発振器から出力されたレーザ
光を途中の段階で複数のピークを持つパワー密度分布を
有するレーザ光に変換し、その後に被加工物の表面に結
像させるように構成したため、加工痕の加工深さを浅く
して被加工物へのダメージを少なくすることができると
共に、加工痕の底面に微細な凹凸を作ることを可能にす
るにより視認性の高いマーキングを行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るレーザマーキング装置の第１実施
形態の基本的構成を示す構成図である。

【図２】回折装置によってレーザ光のパワー密度分布で
複数のピークが生じる状態を説明するための構成および
グラフの図である。

【図３】回折装置によってレーザ光のパワー密度分布で
複数のピークが生じる状態を示す図である。

【図４】複数のピークを持つレーザ光による加工痕を示
す断面図である。

【図５】複数のピークを持つレーザ光の他の例による加
工痕を示す断面図である。

【図６】第１実施形態に係るレーザマーキング装置の構
成図である。

【図７】本発明の第２実施形態に係るレーザマーキング
装置の構成図である。

【図８】本発明の第３実施形態に係るレーザマーキング
装置の構成図である。

【図９】第３実施形態における加工痕を示す断面図であ
る。

【図１０】第３実施形態の場合のパワー密度分布の例を
示すグラフである。

【図１１】複数のピークを持つパワー密度分布を作る金
属マスクの一例を示す正面図である。

【図１２】本発明の第４実施形態に係るレーザマーキン
グ装置の構成図である。

【図１３】第４実施形態で使用される液晶の詳細説明の
ための図である。

【図１４】本発明の第５実施形態に係るレーザマーキン
グ装置の構成図である。

【図１５】第５実施形態における加工痕を示す断面図で
ある。

【図１６】従来のレーザマーキング装置で加工対象であ
るＳｉチップの一例を示す平面図である。

【図１７】近年においてレーザマーキング装置で加工さ
れるようになりつつＣＳＰの平面図である。

【図１８】ＣＳＰでのＳｉチップの断面図である。

【図１９】レーザ光を用いてＳＰでのＳｉチップの表面
へのマーキングを行う状態を示す断面図である。

【図２０】高いパワー密度のレーザ光を用いてＣＳＰで
のＳｉチップの表面へのマーキングを行う状態を示す断
面図である。

【図２１】視認性の問題を説明するための図である。

【図２２】視認性の問題を説明するための図である。

【符号の説明】

１１レーザ発振器１２レーザ光１４被加工物１８，４１回折装置２０結像光学装置３１，４２金属マスク４６金属マスク５３液晶７２金属マスク

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者長野義也茨城県土浦市神立町650番地日立建機ファインテック株式会社内 (72)発明者森田輝茨城県土浦市神立町650番地日立建機ファインテック株式会社内Ｆターム(参考） 2H049 AA02 AA44 AA50 AA60 4E068 AB01 CD05 DA10

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被加工物にレーザ光を照射してパターン
をマーキングするレーザマーキング装置において、前記レーザ光を出力するレーザ発振器と、前記レーザ発振器から出力される前記レーザ光のパワー
密度分布を複数のピークを持つパワー密度分布に変換す
る変換手段と、前記複数のピークを持つパワー密度分布に係る前記レー
ザ光を前記被加工物に導いて結像させ、前記被加工物の
表面に前記パターンとして前記複数のピークを持つ前記
パワー密度分布に対応した凹凸部を形成する結像装置
と、を備えるレーザマーキング装置。
【請求項２】前記変換手段により前記パワー密度分が
前記複数のピークを持つパワー密度分布に変換される位
置にパターンマスクを配置し、前記パターンマスクに基
づく前記レーザ光を前記結像装置によって前記被加工物
の表面に結像させることを特徴とする請求項１記載のレ
ーザマーキング装置。
【請求項３】前記結像装置は、前記変換手段により前
記パワー密度分が前記複数のピークを持つパワー密度分
布に変換される位置を前記被加工物の表面に結像させ、
前記被加工物の表面での結像点を移動させる移動手段を
備えることを特徴とする請求項１記載のレーザマーキン
グ装置。
【請求項４】前記被加工物の表面での前記レーザ光に
よる結像点を移動させる移動手段を備えることを特徴と
する請求項２記載のレーザマーキング装置。
【請求項５】前記変換手段は回折装置であることを特
徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のレーザマ
ーキング装置。
【請求項６】前記変換手段は複数の開口が形成された
マスク部材であることを特徴とする請求項１〜４のいず
れか１項に記載のレーザマーキング装置。
【請求項７】被加工物にレーザ光を照射してパターン
をマーキングするレーザマーキング方法であり、レーザ発振器から出力されるレーザ光のパワー密度分布
を複数のピークを持つパワー密度分布に変換する第１ス
テップと、前記複数のピークを持つパワー密度分布に係るレーザ光
を前記被加工物の表面に結像させる第２ステップと、を含むレーザマーキング方法。
【請求項８】前記第１ステップで、回折現象を利用し
て前記複数のピークを持つパワー密度分布へ変換するこ
とを特徴とする請求項７記載のレーザマーキング方法。
【請求項９】前記第１ステップで、前記レーザ光を複
数の開口を通過させることにより前記複数のピークを持
つパワー密度分布へ変換することを特徴とする請求項７
記載のレーザマーキング方法。