JP2685019B2 - レーザ加工装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本願発明は、レーザ加工装置に関
し、特に、マスク結像型のレーザ加工装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】マスク結像型のレーザ加工装置は、例え
ば、パッケージマーカやグリーンシート加工機に適用さ
れている。そして、近年、複数のワーク、例えば、半導
体パッケージを同時に加工するために、レーザ発振器か
ら出射されるレーザビームを２つのビームに分割し、そ
れぞれのレーザビームをパッケージ上に結像させること
によりマーキングを行うことが行われていた。

【０００３】この従来のレーザ加工装置について図５を
参照して説明する。

【０００４】図５は、従来のレーザ加工装置の構成を示
す概略図であり、レーザ発振器５０１から出射されたレ
ーザビーム５０２は、ビームエキスパンダ５０３により
任意のビーム径に整形される。整形されたレーザビーム
５０２は、ハーフミラー５０４によりビーム径を変化さ
せず、エネルギだけがもとのエネルギの約１／２である
２つのビームに分割される。つまり、一方のビーム５０
５はハーフミラー５０４で反射され、他方のビーム５０
６はハーフミラー５０４を透過する。ハーフミラー５０
４で反射したビーム５０５は、そのままマスク５０８に
入射し、また、ハーフミラー５０４を透過したビーム５
０６は、折り返しミラー５０７で折り返されてマスク５
０８に入射する。そして、結像レンズ５０９によってマ
スク５０８およびに形成される所望のパターン像が加工
面５１１上に結像される。ここで、ビーム５０５および
５０６は、結像レンズ５０９の焦点位置５１０で集光
後、加工面５１１上で結像するような構成となってい
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】この従来のレーザ加工
装置では、ハーフミラーの透過率を所望の値に設計する
ことによりレーザビームのエネルギを分割しているが、
計算通りの透過率を有するハーフミラーを製作すること
は非常に困難であり、したがって、レーザビームをその
エネルギが正確に１／２に分割されるように２つのビー
ムに分割することは不可能に近く、加工状態が不均一に
なるという問題点があった。

【０００６】また、加工状態の均一性を実現するため
に、製作後のハーフミラーの透過率を測定し、その測定
結果に基づいて、分割されるビームのうちエネルギが高
くなってしまうビーム側にアッテネータ等の減衰手段を
挿入して２つのエネルギの均一化を図る方法もあるが、
これでは、装置設計の煩雑化および装置構成の複雑化を
招くという問題点があった。

【０００７】さらに、ビーム径が変わらずにエネルギだ
けが１／２になるために、レーザビームを分割しないタ
イプのレーザ加工装置で使用していた結像倍率やビーム
径をそのまま使用して、エネルギが２つに分割されたビ
ームを加工面上に結像すると、加工面上でのエネルギ密
度（単位面積当たりのエネルギ）も１／２となってしま
い所望の加工を行うことができなくなってしまう。した
がって、レーザビームを分割するタイプのレーザ加工装
置とレーザビームを分割しないタイプのレーザ加工装置
とで、結像倍率やビーム径といった各種条件を共通化で
きないという問題点があった。

【０００８】さらに、この従来のレーザ加工装置では、
レーザビームが結像レンズを透過したあとに集光し、加
工面上に結像しているために、結像位置の有効範囲が狭
くなってしまうという問題点もあった。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに、本発明のレーザ加工装置は、レーザビームを所望
のビーム径に整形した後、所望のビーム径を有する円形
ビームをプリズムを用いてエネルギ密度および断面形状
が等しい複数のビームに分割する。分割された複数のビ
ームをプリズムにより平行ビームにし、その平行ビーム
の光路上に配置されるマスクにより、その平行な複数の
ビームの断面形状を所望の形状に整形する。そして、所
望の断面形状に整形された複数のビームの像を結像レン
ズにより加工面上に結像するものであるが、ここで所望
の断面形状に整形された複数のビームを結像レンズのバ
ックフォーカス位置に一旦集光させた後、結像レンズに
入射させて、加工面上に複数のビームの像を結像するも
のである。

【００１０】

【００１１】また、ビーム径を整形するために、１つの
凹レンズからなるガリレオ型エキスパンダと２つの凸レ
ンズからなるケプラー型エキスパンダを組み合わせたビ
ームエキスパンダを用いている。

【００１２】

【実施例】次に、本発明の一実施例を図面を参照して詳
細に説明する。

【００１３】図１は、本発明の一実施例の構成を示す概
略図であり、図２は、図１におけるＡ−Ａでのレーザビ
ームの断面図、図３は、図１におけるマスクとこれに入
射するレーザビームとの関係を示す図、図４は、図１に
おける加工面を示す断面図である。レーザ発振器１０
１、例えば、パルスレーザ発振器から出射されるレーザ
ビーム１００は、導入ミラー１０２および１０３により
ビームエキスパンダ１０４に導かれる。レーザビーム１
００は、ビームエキスパンダ１０４で所望のビーム径に
整形されて分割用プリズム１０７に入射する。

【００１４】ビームエキスパンダ１０４は、凹レンズ１
０４ａによるガリレオ型エキスパンダと、凸レンズ１０
４ｂおよび１０４ｃからなるケプラー型エキスパンダと
により構成されており、ビームエキスパンダ１０４に入
射されたレーザビーム１００は、凹レンズ１０４ａおよ
び凸レンズ１０４ｂを通過し、導入ミラー１０５で反射
された後、１度焦点を結び、導入ミラー１０６で反射さ
れた後、凸レンズ１０４ｃを通過して分割用プリズム１
０７に入射する。ビームエキスパンダ１０４をこのよう
に構成することにより、レーザ発振器１０１から出射さ
れるレーザビーム１００のビーム拡り角の変化によるビ
ーム径の変化を最小限に抑えることができる。

【００１５】ビームエキスパンダ１０４により所望のビ
ーム径に整形されたレーザビーム１００は、図２に示す
ごとく、断面形状が円形をしている。そして、この円形
ビームは、分割用プリズム１０７で断面形状が半円形の
ビームに分割される。ここで、本実施例では、２個の分
割用プリズム１０７を用いているために２つの半円形の
ビームに分割されるが、４個の分割用プリズム１０７を
用いれば、当然、４つの１／４円形のビームに分割され
ることになる。また、分割された２つの半円形のビーム
（または、４つの１／４円形のビーム）のエネルギ密度
（単位面積当たりのエネルギ）は、分割前の円形のビー
ムのエネルギ密度のまま変化しない。２つの半円形ビー
ムは、２つの整形用プリズム１０８により、マスク１０
９に形成されたパターン３０１の位置に合わせた平行ビ
ームとなり、マスク１０９に入射して任意の形状に整形
される。そして、マスク１０９により任意の形状になっ
たレーザビーム１００は、フィールドレンズ１１０によ
り結像レンズ１１２のバックフォーカス位置１１１に集
光され、結像レンズ１１２に入射する。結像レンズ１１
２に入射したレーザビーム１００のマスク１０９による
干渉ビームを除く主ビームは平行ビームとなり、結像位
置にある半導体パッケージ１１３上に結像され、半導体
パッケージ１１３を加工する。

【００１６】このように、フィールドレンズ１１０によ
り結像レンズ１１２のバックフォーカス位置１１１に一
旦レーザビーム１００を集光させることにより、結像レ
ンズ１１２から出力されるレーザビーム１００（主ビー
ム）が、加工面に対し垂直に照射されることになる。し
たがって、加工領域全域にわたって、加工断面が垂直と
なり、加工状態を向上させることができる。

【００１７】本実施例のレーザ加工装置によれば、図３
に示すように、マスク１０９に１個のパターン３０１と
して”１２”というキャラクタ列を、２分割された半円
形の平行レーザビーム１００が照射される位置にそれぞ
れ２つずつ形成すると、図４に示すように、フィールト
レンズ１１０および結像レンズ１１２によって決定され
る結像倍率に応じた大きさでマスク１０９上のキャラク
タ列”１２”が４個の半導体パッケージ１１３上に同時
に結像加工を行うことができる。

【００１８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のレーザ加
工装置は、ビーム分割後のエネルギの均一化を容易に実
現できるとともに、分割後のビームのエネルギ密度を分
割前のビームのエネルギ密度と同じに保てることができ
るために、ビームを分割しないタイプのレーザ加工装置
の光学系と部品の共通化をはかることが可能となる。し
たがって、装置構成の簡略化、装置設計の容易化および
部品コストの削減を実現できるという効果を奏する。

【００１９】さらに、ビームエキスパンダとして、凹レ
ンズによるガリレオ型エキスパンダと、２つの凸レンズ
からなるケプラー型エキスパンダとを含む構成とするた
めに、レーザ発振器から出射されるレーザビームのビー
ム拡り角の変化によるビーム径の変化を最小限に抑える
という効果も奏する。

【００２０】さらに、結像レンズのバックフォーカス位
置で一旦集光させた後、結像レンズに入射させることに
より、結像レンズ透過後の主ビームを平行光としている
ために、加工領域全域にわたって、加工断面が垂直とな
り、加工状態を向上させることができるとともに、加工
可能範囲を広くすることができるという効果も奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の構成を示す概略図である。

【図２】図１におけるＡ−Ａ断面図である。

【図３】図１におけるマスクとこれに入射するレーザビ
ームとの関係を示す図である。

【図４】図１における加工面を示す断面図である。

【図５】従来のレーザ加工装置の構成を示す概略図であ
る。

【符号の説明】

１０１ レーザ発振器 １０２、１０３ 導入ミラー １０４ ビームエキスパンダ １０４ａ 凹レンズ １０４ｂ、１０４ｃ 凸レンズ １０５、１０６ 導入ミラー １０７ 分割用プリズム １０８ 整形用プリズム １０９ マスク １１０ フィールドレンズ １１１ バックフォーカス位置 １１２ 結像レンズ １１３ 半導体パッケージ ３０１ パターン

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レーザビームのビーム径を所望のビーム
   径に整形する手段と、所望のビーム径を有する前記ビー
   ムをエネルギ密度および断面形状が等しい複数のビーム
   に分割する手段と、分割された前記複数のビームを平行
   ビームにする手段と、前記平行ビームの光路上に配置さ
   れ、平行にされた前記複数のビームの断面形状を所望の
   形状に整形する手段と、所望の形状に整形された前記複
   数のビームの像を加工面上に結像する手段とを備え、 所望の形状に整形された前記複数のビームを前記結像レ
   ンズのバックフォーカスの位置に集光させる手段を備え
   ることを特徴とするレーザ加工装置。
2. 【請求項２】 断面形状が円形であるレーザビームのビ
   ーム径を所望のビーム径に整形するビームエキスパンダ
   と、所望のビーム径を有する前記ビームをエネルギ密度
   および断面形状がそれぞれ等しい複数のビームに分割す
   る少なくとも２個以上の分割用プリズムと、分割された
   前記複数のビームを平行ビームにする少なくとも２個以
   上の整形用プリズムと、前記平行ビームの光路上に配置
   され、平行にされた前記複数のビームの断面形状を所望
   の形状に整形するマスクと、所望の形状に整形された前
   記複数のビームの像を加工面上に結像する結像レンズ
   と、所望の形状に整形された前記複数のビームを前記結
   像レンズに入射される前に一旦集光させるフィールドレ
   ンズとを備えることを特徴とするレーザ加工装置。
3. 【請求項３】 前記ビームエキスパンダは、１つの凹レ
   ンズからなるガリレオ型エキスパンダと、第１の凸レン
   ズおよび第２の凸レンズからなるケプラー型エキスパン
   ダとを含み、 前記第１の凸レンズと前記第２の凸レンズとの間で、前
   記レーザビームに一度焦点を結ばせることを特徴とする
   前記請求項２に記載の レーザ加工装置。
4. 【請求項４】 前記マスクは、前記所望の形状に対応し
   た複数のパターンを有するとともに、それらのパターン
   が前記平行ビームの光路上に位置するように配置される
   ことを特徴とする前記請求項２に記載のレーザ加工装
   置。
5. 【請求項５】 前記分割用プリズムは、断面形状が円形
   である前記レーザビームを、断面形状がそれぞれ等しい
   扇型形状を有する複数のビームに分 割することを特徴と
   する前記請求項２に記載のレーザ加工装置。