JP6082702B2 - 基板切断用治具、加工装置および基板切断方法 - Google Patents

Description

本発明は、回路基板の切断の際に用いる基板切断用治具、加工装置および基板切断方法に関する。

電子部品、光電子部品等（以下、電子部品は電子部品および光電子部品を含むものとする）は、たとえばアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）などからなるセラミック基板上に電子素子、光電子素子を多数実装して回路基板を作製し、この回路基板を切断して個々の素子を含む電子部品に個片化して製造される。近年、このような回路基板の切断方法として、レーザ光を用いた方法が開示されている（たとえば特許文献１参照）。レーザ光を用いて切断を行った場合、ダイサを用いた場合と比較して切断速度を早くすることができるので、より高い生産性が実現される。

特開２０１０−１４９１６５号公報

レーザ光を用いた基板切断において、より効率が良く、切断品質が高い切断の実現が求められている。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、レーザ光を用いて、より効率が良く、切断品質が高い基板切断を実現できる基板切断用治具、加工装置および基板切断方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る基板切断用治具は、複数の素子が実装された回路基板が載置される載置面に形成された、前記回路基板を吸着するための複数の吸着孔と、前記載置面において、前記回路基板を切断するために該回路基板に照射されるレーザ光の掃引線に沿って形成された、前記レーザ光を受けるための複数のレーザ光受け溝と、前記各レーザ受け溝に連通するように形成された、前記回路基板の切断によって発生する該回路基板の溶解物を吸引するための吸引孔と、を備えることを特徴とする。

また、本発明に係る基板切断用治具は、上記発明において、前記各吸着孔は、前記載置面に面する第１内径部と、前記第１内径部に連通し、前記第１内径部の内径よりも小さい内径を有する第２内径部とを有することを特徴とする。

また、本発明に係る基板切断用治具は、上記発明において、前記第１内径部は、前記回路基板の表面の突出部が収容される大きさに形成されていることを特徴とする。

また、本発明に係る基板切断用治具は、上記発明において、前記各レーザ光受け溝は、該レーザ受け溝の底面に到達する前記レーザ光のエネルギー密度が、当該基板切断用治具を損傷しない程度のエネルギー密度になる深さおよび前記底面の幅に形成されていることを特徴とする。

また、本発明に係る基板切断用治具は、上記発明において、前記各レーザ光受け溝は、該レーザ受け溝の底面に到達する前記レーザ光のエネルギー密度が、１０^４Ｗ／ｃｍ^２以下となる深さおよび前記底面の幅に形成されていることを特徴とする。

また、本発明に係る基板切断用治具は、上記発明において、前記各レーザ光受け溝は、前記載置面に面する第１溝幅部と、前記第１溝幅部に連通し、前記第１溝幅部の溝幅よりも広い溝幅を有する第２溝幅部とを有することを特徴とする。

また、本発明に係る基板切断用治具は、上記発明において、前記複数のレーザ光受け溝は互いに交差しており、前記吸引孔は前記レーザ受け溝の交差部に設けられていることを特徴とする。

また、本発明に係る基板切断用治具は、上記発明において、前記各レーザ光受け溝は、当該基板切断用治具の側面において開放されていることを特徴とする。

また、本発明に係る基板切断用治具は、上記発明において、前記各レーザ光受け溝の底面に、該各レーザ光受け溝の溝幅および前記吸引孔の内径よりも小さい幅の線材が配置されていることを特徴とする。

また、本発明に係る基板切断用治具は、上記発明において、前記複数の吸着孔は、異なる複数の吸引系統を有することを特徴とする。

また、本発明に係る基板切断用治具は、上記発明において、前記複数の吸着孔は、独立で真空度を保つ機構を備えることを特徴とする。

また、本発明に係る加工装置は、上記発明の基板切断用治具と、前記レーザ光を出力するレーザ光源と、を備えることを特徴とする。

また、本発明に係る基板切断方法は、複数の素子が実装された回路基板を治具の載置面に載置し、前記回路基板を前記治具の載置面に形成された複数の吸着孔から吸引して吸着しながら前記回路基板にレーザ光を照射して該回路基板を切断し、前記切断によって形成された切断溝から前記回路基板を通過した前記レーザ光を、前記治具の表面に形成されたレーザ光受け溝で受け、前記レーザ受け溝に連通する吸引孔から、前記切断によって発生した前記回路基板の溶解物を吸引する、ことを含むことを特徴とする。

また、本発明に係る基板切断方法は、上記発明において、前記レーザ光を照射した面側から前記切断した回路基板に粘着材を貼付し、前記切断によって個片化した部品を回収することを特徴とする。

本発明によれば、より効率が良く、切断品質が高い基板切断を実現できるという効果を奏する。

図１は、実施の形態に係る基板切断用治具の模式的な平面図である。 図２は、図１の一部拡大図である。 図３は、図１のＡ矢視図である。 図４は、図３のＢ−Ｂ線一部断面図である。 図５は、図２のＣ−Ｃ線要部断面図である。 図６は、切断すべき回路基板の模式的な側面図である。 図７は、回路基板に光電子素子を実装した一例を示す図である。 図８は、基板切断方法を説明する図である。 図９は、基板切断方法を説明する図である。 図１０は、基板切断方法を説明する図である。 図１１は、基板切断方法を説明する図である。 図１２Ａは、基板切断方法を説明する図である。 図１２Ｂは、図７に示す回路基板を個片化した電子部品を示す図である。 図１３は、レーザ光受け溝にワイヤを挿入する図である。 図１４Ａは、その他の実施の形態を示す図である。 図１４Ｂは、その他の実施の形態を示す図である。 図１４Ｃは、その他の実施の形態を示す図である。 図１４Ｄは、その他の実施の形態を示す図である。 図１５は、載置面と回路基板との間に介挿材を介在させた構成を示す図である。 図１６は、回路基板を押える押さえ治具を設けた構成を示す図である。 図１７Ａは、吸引系統の分割の態様を示す図である。 図１７Ｂは、吸引系統の分割の態様を示す図である。 図１７Ｃは、吸引系統の分割の態様を示す図である。 図１７Ｄは、吸引系統の分割の態様を示す図である。 図１８は、２つの吸引系統を設ける場合の下部部材の構造の一例を示す断面図である。 図１９は、切断すべき回路基板の別の態様の模式的な側面図である。 図２０は、基板切断方法を説明する図である。 図２１は、基板切断方法を説明する図である。 図２２は、基板切断方法を説明する図である。 図２３は、基板切断方法を説明する図である。 図２４は、基板切断方法を説明する図である。 図２５は、基板切断方法を説明する図である。 図２６は、個片化された電子部品を示す図である。 図２７Ａは、逆止弁を設けた構成の動作を説明する図である。 図２７Ｂは、逆止弁を設けた構成の動作を説明する図である。 図２７Ｃは、逆止弁を設けた構成の動作を説明する図である。 図２８Ａは、逆止弁を設けた別の構成の動作を説明する図である。 図２８Ｂは、逆止弁を設けた別の構成の動作を説明する図である。 図２８Ｃは、逆止弁を設けた別の構成の動作を説明する図である。

以下に、図面を参照して本発明に係る基板切断用治具、加工装置および基板切断方法の実施の形態を詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、各図面において、同一または対応する要素には適宜同一の符号を付している。さらに、図面は模式的なものであり、各層の厚みと幅との関係、各層の比率などは、現実のものとは異なる場合があることに留意する必要がある。図面の相互間においても、互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている場合がある。

（実施の形態）
図１は、本発明の実施の形態に係る基板切断用治具の模式的な平面図である。図２は、図１の一部拡大図である。図３は、図１のＡ矢視図である。図４は、図３のＢ−Ｂ線一部断面図である。図５は、図２のＣ−Ｃ線要部断面図である。以下、図１〜図５を用いて本実施の形態に係る基板切断用治具１００について説明する。

基板切断用治具１００は、鋼等の鉄系の材料等からなり、順次積層された各々ブロック状の上部部材１０と下部部材２０と基台３０とを備えている。なお、基板切断用治具１００は、鋼等の鉄系の材料に限らず、Ａｌ、Ａｌ合金、Ｃｕ、Ｃｕ合金、あるいはセラミック等の材料で構成してもよい。また、下部部材２０および基台３０は直接レーザ光が照射されないので、例えば樹脂で構成することもできる。上部部材１０は、載置面１１と、複数の基板吸着孔１２、１３、１４と、複数のレーザ光受け溝１５と、複数のドロス吸引孔１６と、回路基板突当部材１７とを有している。ここで、ドロスとは、レーザ光によって基板を切断したときに発生する、レーザ光のエネルギーによって基板が溶解した溶解物を意味する。

下部部材２０は、複数の基板吸着孔２１と、１つの基板吸着用流路２２と、１つの基板吸着用吸気口２３と、複数のドロス吸引溝２４と、１つのドロス吸引溝２５と、２つのドロス吸引用吸気口２６とを有している。

はじめに、上部部材１０の各構成要素について説明する。まず、図１、図２に示すように、載置面１１は、切断する回路基板を載置するための面である。基板吸着孔１２、１３、１４は、載置面１１に、上部部材１０を貫通するように形成されている。基板吸着孔１２は、１２個×８個の合計９６個が格子状に配列されている。基板吸着孔１２は、後述する切断すべき回路基板の表面に形成された突出部の数および配列パターンに合わせて形成されている。基板吸着孔１２の形成する長方形の外周の辺の部分には、合計で４０個の基板吸着孔１３が配置されており、角の部分には基板吸着孔１４が合計４個だけ配置されている。

基板吸着孔１２は、第１内径部１２ａと、第２内径部１２ｂとを有する。第２内径部１２ｂは、第１内径部１２ａに連通し、第１内径部１２ａの内径よりも小さい内径を有する。同様に、基板吸着孔１３、１４も、載置面１１に面する第１内径部１３ａ、１４ａと、第１内径部１３ａ、１４ａのそれぞれに連通し、第１内径部１３ａ、１４ａの内径よりも小さい内径を有する第２内径部１３ｂ、１４ｂとをそれぞれ有する。

レーザ光受け溝１５は、載置面１１において、基板吸着孔１２、１３、１４が形成する格子の間を延びるように、かつ互いに交差するように、合計で２２本設けられている。図２、図３に示すように、レーザ光受け溝１５は、載置面１１に面する第１溝幅部１５ａと、第１溝幅部１５ａに連通し、第１溝幅部１５ａの溝幅よりも広い溝幅を有する第２溝幅部１５ｂとを有する。また、図３に示すように、レーザ光受け溝１５は、上部部材１０を横断するように形成されており、基板切断用治具１００の両側面において開放されている。

ドロス吸引孔１６は、レーザ光受け溝１５に連通し、かつ上部部材１０を貫通するように形成されている。また、ドロス吸引孔１６は、レーザ光受け溝１５の各交差部に、合計で１１７個だけ設けられている。

回路基板突当部材１７は、上部部材１０の二つの辺にわたって、載置面１１から上側に突出するように形成されている。

つぎに、下部部材２０の各構成要素について説明する。図４に示すように、基板吸着孔２１は、上部部材１０の基板吸着孔１２、１３、１４のそれぞれに連通するように、合計１４０個形成されている。また、基板吸着孔２１は、下部部材２０と基台３０とが接合することによって形成される１つの基板吸着用流路２２に連通している。基板吸着用流路２２はさらに下部部材２０の側面に形成された基板吸着用吸気口２３に連通している。

ドロス吸引溝２４は、上部部材１０のドロス吸引孔１６の下方に格子状に延びており、かつ図１の紙面横方向に延びているドロス吸引溝２４の一端は１つのドロス吸引溝２５に連通している。ドロス吸引溝２５はさらに下部部材２０の側面に形成された２つのドロス吸引用吸気口２６に連通している。なお、ドロス吸引溝２４は、ドロス吸引溝２５に連通するように櫛歯状に延びているものでも良い。また、基板吸着用流路２２とドロス吸引溝２５との上下関係は本実施の形態に特に限定されず、基板吸着用流路２２が上であってもよい。

つぎに、基板切断用治具１００を用いた基板切断方法について説明する。はじめに、切断すべき回路基板について説明する。回路基板としては、セラミック、樹脂、メタル等の基板に電子デバイスのチップ等がダイボンディング等により実装（取付）されたものが例示される。

図６は、切断すべき回路基板の模式的な側面図である。図６に示すように、回路基板２００は、表面２０１ａと裏面２０１ｂとを有する基板２０１と、基板２０１の表面２０１ａに形成された突出部２０２とを備えている。

基板２０１は、たとえばアルミナなどのセラミックからなる基板を備えている。突出部２０２は、たとえば基板２０１に実装された素子や、素子の上にさらに封止用樹脂が形成されたもの等である。ここで、回路基板２００には突出部２０２が１２個×８個の合計９６個が格子状に配列されているとする。

回路基板２００の例としては、セラミック基板上にＬＥＤ素子などの光電子素子やチップコンデンサやＩＣなどの電子素子を多数実装し、所定の配線パターンを形成したものや、これにさらに一括して樹脂封止をしたものを適用することができる。

図７は、回路基板に光電子素子を実装した一例を示す図である。この回路基板３００では、基板３０１の表面３０１ａにＬＥＤ素子３０３を多数実装し、これらを一括してシリコーン等の透光性の樹脂３０４で一括して樹脂封止するとともに、各ＬＥＤ素子３０３上の樹脂をモールドにてレンズ３０５に成型したものである。符号ＣＬ１は切断予定線である。レンズ３０５が突出部に対応する。

つぎに、図８〜図１２を用いて、回路基板２００の切断方法について説明する。はじめに、図８に示すように、回路基板２００を、裏面２０１ｂを表側とし、突出部２０２が形成された表面２０１ａを裏側とした状態で、基板切断用治具１００の載置面１１に載置する。このとき、回路基板２００を回路基板突当部材１７に当接した状態で載置することによって、回路基板２００を基板切断用治具１００上の正確な位置に載置することができる。なお、回路基板突当部材１７は、回路基板２００を載置面１１に載置した時に、回路基板突当部材１７の上面が回路基板２００上面と同じ高さか低い高さになる程度に、載置面１１から突出するようにその突出量を設定するとよい。

また、上述したように、基板吸着孔１２は、突出部２０２の数および配列パターンに合わせて形成されている。さらに、基板吸着孔１２の第１内径部１２ａは、突出部２０２が収容される大きさに形成されている。その結果、回路基板２００を載置したときに、突出部２０２が基板切断用治具１００に接触しない。これによって、基板切断用治具１００は、回路基板２００を、載置面１１に対して傾斜させることなく載置できる。また、突出部２０２が基板切断用治具１００に接触してキズ等がつくことが無いので、突出部２０２がレンズなどの光学部材である場合に特に好ましい。

つぎに、図９に示すように、基板吸着用吸気口２３に、真空ポンプを有する不図示の基板吸着装置に接続した配管４０１を接続し、２つのドロス吸引用吸気口２６に、真空ポンプを有する不図示のドロス回収装置に接続した配管４０２を接続する。その後、基板吸着装置によって、基板吸着孔１２、１３、１４、基板吸着孔２１、基板吸着用流路２２、基板吸着用吸気口２３を介して、回路基板２００を吸引しながら、レーザ切断装置５００によって回路基板２００の切断を行う。この基板吸着によって、回路基板２００に反りや変形があったとしても、回路基板２００は平坦になるので、良好な切断を行うことができる。また、回路基板２００を載置面１１に載置したとき、基板吸着孔１３、１４は、回路基板２００の外周側領域に対向する。この状態で、より内径が大きい第２内径部１３ｂ、１４ｂから吸引することによって、回路基板２００の外周側領域がより効果的に吸着され、回路基板２００はより平坦な状態となる。

加工装置であるレーザ切断装置５００は、レーザ光源であるファイバレーザ５０１と、コリメートレンズ５０２と、反射ミラー５０３と、集光レンズ５０４とを備えている。また、コリメートレンズ５０２と、反射ミラー５０３と、集光レンズ５０４とで光学系を構成している。ファイバレーザ５０１は、シングルモード光ファイバレーザであり、コア部５０１ａとクラッド部５０１ｂとを有する光ファイバから、実質的に基底モードである連続光のレーザ光Ｌ１を出力する。ただし、レーザ光Ｌ１はマルチモードレーザ光やパルスレーザ光でもよい。レーザ光Ｌ１の波長は、イッテルビウム添加光ファイバレーザの場合は、たとえば１０６４ｎｍ〜１０８４ｎｍであり、光出力はたとえば３００Ｗ〜５００Ｗである。コリメートレンズ５０２は、レーザ光Ｌ１を平行光にする。反射ミラー５０３は、平行光とされたレーザ光Ｌ１を回路基板２００に向けて反射させる。集光レンズ５０４は、反射されたレーザ光Ｌ１を回路基板２００の裏面２０１ｂに集光させる。すなわち、光学系は、ファイバレーザ５０１から出力されたレーザ光Ｌ１を、基板切断用治具１００に載置された回路基板２００に導く。これによって、回路基板２００はレーザ光Ｌ１の光エネルギーが変換して発生した熱によって切断される。

なお、レーザ切断装置５００において、反射ミラー５０３は使わずに、ファイバレーザ５０１の光ファイバとコリメートレンズ５０２とを基板切断用治具１００の真上に配置し、レーザ光Ｌ１が上から下に直進するように光学系を構成しても良い。

レーザ光Ｌ１による切断についてさらに具体的に説明する。図１０に示すように、レーザ光Ｌ１は集光レンズ５０４によって回路基板２００の裏面２０１ｂに集光される。そして、回路基板２００上でレーザ光Ｌ１を所定の掃引線に沿って掃引することによって、回路基板２００は切断され、実装された素子は所定の電子部品へと個片化される。なお、レーザ光Ｌ１の掃引は、回路基板２００を固定したままレーザ光Ｌ１の照射位置を移動させることで行っても良いし、レーザ光Ｌ１の照射位置を固定したまま回路基板２００を移動させることで行っても良い。

切断に際しては、ガスノズル４０３から、切断によって発生するドロスを吹き飛ばすためのアシストガスＧを噴きつけながら回路基板２００の切断を行う。レーザ光Ｌ１はガスノズル４０３のガス噴出孔４０３ａを通して回路基板２００に照射される。ここで、回路基板２００の裏面２０１ｂは、回路基板突当部材１７の上面と同じ高さあるいは上面よりも高くなる。これによって、ガスノズル４０３が回路基板突当部材１７と干渉することがなくなる。

また、回路基板２００の裏面２０１ｂ側からレーザ光Ｌ１を照射するようにしているので、ガスノズル４０３が突出部２０２と干渉することがない。その結果、ガスノズル４０３のガス噴出孔４０３ａと回路基板２００との距離ｄを、たとえば０．５ｍｍ程度以下に近づけることができ、アシストガスＧを噴きつける効果が高くなる。なお、アシストガスＧはたとえば酸素ガスである。また、アシストガスＧの噴きつけ圧を１．０ＭＰａとした場合に、距離ｄを０．５ｍｍ程度以下とすれば、アシストガスＧによるドロスを吹き飛ばす効果が高く好ましい。

また、回路基板２００の裏面２０１ｂ側からレーザ光Ｌ１を照射するようにしているので、レーザ光Ｌ１は直接、切断すべき基板２０１に到達することとなる。その結果、回路基板２００の表面２０１ａ側から、レーザ光Ｌ１がたとえば封止樹脂を介して基板２０１に到達する場合よりも、より一層強い光エネルギーを基板２０１に直接的に到達させることができ、効率的な切断を行うことができるともに、封止樹脂の焼損、または熱によって溶解した樹脂が飛散したりすることを抑制できる。また、樹脂またはドロスなどが飛散して光学部材に付着するということも防止されるので好ましい。

ここで、レーザ光受け溝１５は、レーザ光Ｌ１の掃引線に沿って形成されている。これによって、基板切断用治具１００は、切断によって回路基板２００に形成された切断溝２０３を通過してきたレーザ光Ｌ１を、レーザ光受け溝１５で受けることとなる。レーザ光受け溝１５が無い場合は、レーザ光Ｌ１は、集光された状態に近いビーム径で基板切断用治具１００の載置面１１に到達することとなり、基板切断用治具１００が損傷するおそれがある。これに対して、この基板切断用治具１００では、レーザ光受け溝１５でレーザ光Ｌ１を受けるようにしている。その結果、レーザ光Ｌ１がレーザ光受け溝１５の内壁または底面に到達するときには、レーザ光Ｌ１のビーム径が広がり、そのエネルギー密度が低減された状態となっているので、基板切断用治具１００の損傷は防止される。

したがって、レーザ光受け溝１５は、レーザ光受け溝１５の底面１５ｃに到達するレーザ光Ｌ１のエネルギー密度が、基板切断用治具１００を損傷しない程度のエネルギー密度になる深さおよび底面１５ｃの幅に形成されていることが好ましい。たとえば、基板切断用治具１００が鉄系の材料からなり、レーザ光Ｌ１の波長が１０８４ｎｍの場合、底面１５ｃに達するレーザ光Ｌ１のエネルギー密度が、１０⁴Ｗ／ｃｍ²以下となるような深さおよび幅にすることが好ましい。

たとえば、ファイバレーザ５０１のコア部５０１ａのコア径が約１１．６μｍ、ＮＡが０．０７３、レーザ光Ｌ１の出力強度が５００Ｗ、波長が１０８４ｎｍ、コリメートレンズ５０２および集光レンズ５０４の焦点距離が１００ｍｍ、平行光のビーム径が約１４．６ｍｍだとすると、回路基板２００の裏面２０１ｂ上でのレーザ光のスポットサイズはたとえば約２３μｍとなる。このときの光エネルギー密度は約１０^８Ｗ／ｃｍ^２である。このとき、基板２０１の厚さを約４．５ｍｍとし、レーザ光受け溝１５の底面１５ｃまでの深さを２０ｍｍ、底面１５ｃでの幅を１ｍｍとすると、底面１５ｃに達するレーザ光Ｌ１のエネルギー密度を１０^４Ｗ／ｃｍ^２以下とすることができる。なお、レーザ光Ｌ１はレーザ光受け溝１５の内側壁にも照射されるが、内側壁に対して傾斜して照射されるので、底面１５ｃよりもエネルギー密度は低くなる。

集光レンズ５０４の焦点距離については、回路基板２００の厚さ方向にわたって切断に必要なレーザ光エネルギー密度を確保できるような、好ましい焦点深度を実現するためには、８０ｍｍ〜２００ｍｍが好ましい。レーザ光受け溝１５の底面１５ｃまでの深さとしては、上記焦点距離に応じて１５ｍｍ〜４０ｍｍ程度とすることが望ましい。

また、レーザ光受け溝１５は、載置面１１に面する第１溝幅部１５ａと、第１溝幅部１５ａに連通し、第１溝幅部１５ａの溝幅よりも広い溝幅を有する第２溝幅部１５ｂとを有している。このように、載置面１１に面する第１溝幅部１５ａを狭くすることによって、第１溝幅部１５ａと、基板吸着孔１２、１３、１４の第１内径部１２ａ、１３ａ、１４ａとが干渉しないようにできるとともに、底面１５ｃを有する第２溝幅部１５ｂの溝幅を、第１溝幅部１５ａの溝幅にかかわらず自由度高く設定することができる。

さらに、図１１に示すように、切断によって発生したドロスＤは、アシストガスＧによって吹き飛ばされるとともに、ドロス回収装置によって、レーザ光受け溝１５に連通したドロス吸引孔１６、ドロス吸引溝２４、ドロス吸引溝２５、ドロス吸引用吸気口２６を介して吸引され、回収される。このように、ドロス吸引孔１６がレーザ光受け溝１５に連通していることによって、切断によって発生したドロスＤは速やかに吸引、回収される。また、ドロス吸引孔１６は、レーザ光受け溝１５の各交差部に設けられているので、回路基板２００のどの位置を切断していても、速やかにドロスＤを吸引することができる。また、アシストガスＧの噴きつけとドロスＤの吸引とを併用することによって、より速やかにドロスＤを除去することができる。さらに、図３に示すように、レーザ光受け溝１５は基板切断用治具１００の両側面において開放されているため、アシストガスＧはレーザ光受け溝１５を吹き抜けることができるので、ドロスＤの除去がより促進される。その結果、高速で切断を行っても個片化した電子部品にドロスが残留することが抑制されるので、より効率が良く、切断品質が高くなる。また、一度の連続的なレーザ光照射で回路基板を切断するフルカットにより、基板面内で切断を停止するスリット加工や、レーザ光を基板面内で停止させず縦あるいは横方向に通過させて切断して、基板を切り離して部品を個片化させることを自由に行うことができる。

また、図１２Ａに示すように、切断によって個片化された電子部品２０４は、裏面側に粘着テープ等の粘着材４０４を貼付し、基板切断用治具１００から引き上げることによって一度に効率良く回収することができる。このように、回路基板２００の裏面２０１ｂ側からレーザ光Ｌ１を照射して切断するようにしているので、切断後の電子部品２０４をより効率良く回収することができる。特に、電子部品２０４が光電子部品の場合は、これに含まれる光学部材にキズや汚れ等を付けることなく回収を行えるので特に好ましい。図１２Ｂは、個片化された電子部品の例として図７に示す回路基板３００を個片化した電子部品を示す図である。

以上説明したように、本実施の形態によれば、より効率が良く、切断品質が高い基板切断を実現できる。たとえば、厚さが０．４ｍｍのアルミナ基板を切断する場合に、波長が１０８４ｎｍの連続レーザ光を出力するファイバレーザを用いた場合、レーザ光強度が３００Ｗの場合は７００ｍｍ／ｓｅｃ、４５０Ｗの場合は１０００ｍｍ／ｓｅｃという、きわめて高速なフルカットでの切断を実現できる。

なお、上記実施の形態では、レーザ光受け溝１５の深さおよび溝幅を調整することによって、基板切断用治具１００の損傷を防止しているが、他の方法によって基板切断用治具１００の損傷を防止してもよい。たとえば、図１３に示すように、レーザ光受け溝１５にたとえば金属からなる線材としてのワイヤ４０５を挿入し、底面に配置してもよい。このワイヤ４０５は、レーザ光受け溝１５の溝幅およびドロス吸引孔１６の内径よりも小さい幅または直径とする。このようなワイヤ４０５をレーザ光受け溝１５の底面に配置し、ワイヤ４０５がレーザ光Ｌ１を受けるようにすれば、基板切断用治具１００の損傷のおそれが低減される。また、レーザ光Ｌ１を受けることによってワイヤ４０５が損傷した場合は容易に交換できるので、基板切断用治具１００のランニングコストを低減できる。また、ワイヤ４０５を上方に引き上げるときに、ワイヤ４０５でレーザ光受け溝１５の内壁のドロスを掻き出して、清掃することもできる。なお、ワイヤ４０５をレーザ光受け溝１５の底面に配置するには、複数のレーザ光受け溝１５の配置に対応して、各レーザ光受け溝１５の底部に設置可能なように、ワイヤ４０５をメッシュ状に組み合わせたものを用いてもよい。たとえば、枠体の内部にワイヤ４０５をメッシュ状に張り巡らした部品（ワイヤ交換部品）を用いれば、ワイヤの交換がより一層容易である。

上記ワイヤ４０５は、断面形状として最も簡便な構造である円形のもの、あるいは長方形、正方形、（正）六角形や（正）三角形等の（正）多角形形状、その他例えば星型といったような一部に鋭角を有する断面形状として、断面の角部でドロスを掻き出しやすくした形状としてもよい。

また、上記ワイヤ４０５は、長手方向について真っ直ぐでなくても良く、例えば長手方向に波打ったような形状としたり、バネのようならせん状としても良い。このようにすることで、ドロス吸引孔１６がワイヤ４０５によって塞がれ難くなるとともに、ドロスの掻き出しを容易にすることができる。なお、ワイヤ４０５が長手方向に波打った形状の場合は波打った部分の幅、ワイヤ４０５がらせん状の場合はらせん部の外径（バネ状となっている部分の外径）、がそれぞれレーザ光受け溝１５の溝幅よりもわずかに大きくなるようにすることにより、ドロスを更に掻き出しやすくすることができる。

また、上記実施の形態では、突出部２０２が無い回路基板２００の裏面２０１ｂ側を表側として、レーザ光Ｌ１を照射するようにしているが、本発明はこれに限らず、回路基板２００の表面２０１ａ側を表側として、レーザ光Ｌ１を照射するようにしてもよい。また、上記実施の形態では、基板吸着孔は、内径が不連続に変化している第１内径部と第２内径部とを有するが、孔の形状は特に限定されず、たとえば内径が深さ方向に向かって縮小するような、断面がテーパ形状の孔によって、第１内径部と第２内径部とを実現しても良い。または、内径が深さ方向に向かって拡大するような断面がテーパ形状の孔や、内径が深さ方向で一定である、断面がストレート形状の孔や、これらの組み合わせとしても本発明の効果を奏する。同様に、レーザ光受け溝についても、孔の形状は特に限定されず、内径が深さ方向に向かって縮小または拡大するような断面がテーパ形状の孔や、断面がストレート形状の孔や、これらの組み合わせとしても本発明の効果を奏する。

上記その他の実施の形態を、図１４Ａ〜図１４Ｄに示す。図１４Ａ〜図１４Ｄは、図５に示した基板切断用治具の載置面１１近傍の断面、つまり上記実施の形態における図２のＣ−Ｃ線要部断面図に対応する部分を拡大したものである。回路基板２００は、上記実施の形態と同様に、裏面側を上側にし、突出部２０２が基板吸引孔４２、５２、６２、７２の内壁に接触しないように載置されている。

図１４Ａは、基板吸引孔４２が一定の内径を有し、レーザ光受け溝４５が一定の溝幅を有するストレート溝形状であるものを示している。このように、回路基板２００の突出部２０２のサイズが小さく、基板吸着孔、レーザ光受け溝が互いに干渉しない構造であれば、両者の少なくとも一方をストレート孔（溝）形状としてもよく、これにより基板切断用治具の構造をより簡便にするとともに、基板吸引用吸気量を増やすことができ、吸引力を増加させることができる。

図１４Ｂは、基板吸引孔５２が、基板切断用治具の下方に行くにつれて内径が縮小される形状とするのに対し、レーザ光受け溝５５は、当該治具の下方に行くにつれ溝幅が拡大する形状（例えば、基板吸引孔５２が略円錐状のテーパ孔であり、レーザ光受け溝５５が断面テーパ形状の溝（テーパ溝））であるものを示している。このように、基板吸引孔５２、レーザ光受け溝５５ともにテーパ形状にしてもよく、これによりレーザ光受け溝の溶解物吸引孔径を大きくし、吸引量を増加させることができる。

図１４Ｃは、基板吸引孔６２をテーパ孔形状とし、レーザ光受け溝６５を幅一定のストレート溝にしたものを示している。このようにすることで、突出部２０２のサイズが多少大きめであっても、基板吸着孔形状としては比較的簡便なものとし、当該治具全体として簡便な構造とすることができる。また、これとは逆に、基板吸着孔をストレート孔形状、レーザ光受け溝をテーパ溝形状としてもよい。このように、両者の孔（溝）形状は、上記各孔（溝）形状に伴う効果を奏するよう、適宜組み合わせることができる。

図１４Ｄは、基板吸引孔７２は第１内径部７２ａと第２内径部７２ｂとを有するが、レーザ光受け溝７５が一定の溝幅を有するストレート溝形状であるものを示している。

図１５は、載置面１１と回路基板２００との間に介挿材１０１を介在させた構成を示す図である。図１５では、一例として図１４Ｄの構成を用いて説明しているが、他の構成に適用してもよい。介挿材１０１は、例えば粘着材や弾性材で構成される。粘着材であれば、その粘着力で回路基板２００の吸着を補い、載置面１１と回路基板２００との間の気密性を保つのに好適である。また、弾性材の場合も、載置面１１と回路基板２００との間の気密性を保つのに好適である。

図１６は、回路基板を押える押さえ治具を設けた構成を示す図である。押え治具１０２は、図１６に示す位置に配置され、基板切断用治具１００に載置された不図示の回路基板を上から押えつける。なお、押え治具１０２は枠状の形状を有しているので、レーザ光は枠内部１０２ａを通して回路基板に照射される。

押え治具１０２は、回路基板から個片化された電子部品のアシストガスによる吹き飛びを防止する効果を奏する。なお、電子部品の平面方向（載置面の面方向）への吹き飛びについては、隣接する個片化した電子部品同士によって吹き飛びが抑制される。

なお、或る個片化した電子部品が吹き飛ぶと、そこから基板吸引孔に空気が流入し、回路基板全体の吸着力が低下する場合がある。そこで、基板切断用治具における吸引系統を互いに独立した複数の吸引系統に分割し、電子部品が吹き飛んだ場合でも吸着力低下を抑制できる構成とすることが好ましい。

図１７Ａ〜図１７Ｄは、基板切断用治具１００における吸引系統の分割の態様を示す図である。図１７Ａ〜図１７Ｄでは、基板吸着孔が互いに独立した吸引系統Ｘと吸引系統Ｙとに２分割している。図１７Ａでは、吸引系統Ｘと吸引系統Ｙとが紙面縦、横方向の両方について１つずつ交互に配置されている。図１７Ｂでは、吸引系統Ｘと吸引系統Ｙとは、それぞれ一方向（たとえば紙面横方向）に直線状に配列しつつ、その直線配列した吸引系統Ｘと吸引系統Ｙとが交互に配置されている。図１７Ｃでは、格子状に配列した吸引系統Ｙの外周を吸引系統Ｘが取り囲むように配置されている。図１７Ｃでは吸引系統Ｘの吸引力を強くすることによって回路基板の外周を強力に吸着することができる。図１７Ｄでは、基板吸着孔が互いに独立した吸引系統Ｘと吸引系統Ｙと吸引系統Ｚとに３分割しており、格子状に配列した吸引系統Ｚの外周を吸引系統Ｘ、Ｙが１つずつ交互に配置されて取り囲んでいる。なお、吸引系統の分割の態様はこれらの態様に限られず、たとえば１孔ごとに独立した吸引系統が使用されていてもよい。

図１８は、２つの吸引系統を設ける場合の下部部材の構造の一例を示す断面図である。図１８では、下部部材１２０は部材１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃが積層して構成されている。部材１２０ａの断面は吸引系統Ｘの基板吸引孔を通る面であり、部材１２０ｂの断面は吸引系統Ｙの基板吸引孔を通る面である。なお、紙面左側から１番目、３番目の基板吸引孔については、吸引系統Ｘの基板吸引孔と吸引系統Ｙの基板吸引孔とが紙面の奥行き方向に重なっている。

部材１２０ａと部材１２０ｂとの間には、基板吸着用吸気口１２３ａに連通する基板吸着用流路１２２ａが形成される。基板吸着用流路１２２ａは吸引系統Ｘの基板吸引孔に連通している。部材１２０ｂと部材１２０ｃとの間には、基板吸着用吸気口１２３ｂに連通する基板吸着用流路１２２ｂが形成される。基板吸着用流路１２２ｂは吸引系統Ｙの基板吸引孔に連通している。このように、下部部材１２０を積層構造とすることによって吸引系統を複数の独立した吸引系統とすることができる。

ところで、本発明に係る基板切断用治具で切断する回路基板については、回路基板２００のように突出部があるものに限られない。

図１９は、切断すべき回路基板の別の態様の模式的な側面図である。回路基板６００は、表面６０１ａと裏面６０１ｂとを有する基板６０１と、基板６０１の表面６０１ａに多数実装された電子素子６０３と、これらの電子素子６０３を一括して樹脂封止する樹脂６０４とで構成されている。樹脂６０４としては電子素子６０３の種類等の必要に応じて、シリコーン等の透光性のもの、または非透光性のものを使用してもよい。符号ＣＬ２は切断予定線である。

回路基板６００を切断する場合は、まず、図２０に示すように、回路基板６００を、裏面６０１ｂを表側とし、電子素子６０３および樹脂６０４が存在する表面６０１ａを裏側とした状態で、基板切断用治具１００の載置面１１に載置する。このとき、回路基板６００を回路基板突当部材１７に当接した状態で載置することによって、回路基板６００を基板切断用治具１００上の正確な位置に載置することができる。

また、回路基板６００は、図２１に示すように、電子素子６０３および樹脂６０４が存在する表面６０１ａを表側とし、裏面６０１ｂを裏側とした状態で、基板切断用治具１００の載置面１１に載置してもよい。

ここで、回路基板６００には突出部が無いので、図２０、２１の場合のいずれにおいても、基板吸着孔１２については、突出部が収容される大きさの第１内径部１２ａは形成されていなくてもよい。この場合、基板吸着孔１２は、系が小さい第２内径部１２ｂの内径で形成されるため、載置面１１と回路基板６００との接触面積および摩擦力が大きくなる。その結果、切断後に個片化した電子部品が位置ズレしにくくなる。なお、図６、８に示す回路基板２００についても、図２２に示すように表面２０１ａを表側とし、裏面２０１ｂを裏側とした状態で載置面１１に載置する場合は、基板吸着孔１２の第１内径部１２ａは形成されていなくてもよい。なお、基板吸着孔１３、１４についても、第１内径部１３ａ、１４ａを同様に省略することができる。

図２１のように樹脂６０４側が表になるように回路基板６００を載置する場合は、図２３に示すように、レーザ光照射前にダイサＤｉ等で切断予定線ＣＬ２に沿って樹脂６０４を除去しておくことが好ましい。図２２に示す場合も同様である。
なお、図８、２０のように回路基板２００や回路基板６００の裏面を表側として載置する場合でも、樹脂３０４や樹脂６０４をあらかじめ除去しておくと、レーザ光の照射によって溶融した樹脂が飛散したり、封止樹脂が焼損したりすることがないので好ましい。

つぎに、図２４に示すように、レーザ切断装置５００が出力したレーザ光Ｌ１を集光レンズ５０４によって回路基板６００に集光する。そして、図２５に示すように回路基板６００上でレーザ光Ｌ１を所定の掃引線（切断予定線ＣＬ２）に沿って掃引することによって、回路基板６００はそれぞれ電子素子６０３を含むように切断、個片化される。これによって、回路基板６００は、図２６に示すような基板６０１と電子素子６０３と樹脂６０４とで構成される電子部品へと個片化される。

切断に際しては、ガスノズル４０３から、切断によって発生するドロスを吹き飛ばすためのアシストガスＧを噴きつけながら回路基板６００の切断を行う。レーザ光Ｌ１はガスノズル４０３のガス噴出孔４０３ａを通して回路基板６００に照射される。この場合も、ガスノズル４０３のガス噴出孔４０３ａと回路基板６００との距離を、たとえば０．５ｍｍ程度以下に近づけることができ、アシストガスＧを噴きつける効果が高くなる。

なお、図２４に示すように、基板吸着孔１２は、突出部が収容される大きさの第１内径部１２ａは形成されずに、径が小さい第２内径部１２ｂの内径で形成されてもよい。なお、基板吸着孔１３、１４についても、第１内径部１３ａ、１４ａを同様に省略することができる。

ところで上述したように、或る個片化した電子部品が吹き飛ぶと、そこから空気が流入し、同一の吸引系統あるいは回路基板全体の吸着力が低下する場合がある。これを防止するために、基板吸着孔のそれぞれが独立で真空度を保つ機構を備えていてもよい。このような機構としては、たとえば逆止弁や、電磁弁とセンサーを組み合わせた構成を利用できる。

図２７Ａ〜図２７Ｃは、逆止弁を設けた構成の動作を説明する図である。ばねを用いた逆止弁１０３は基板吸着孔１２の下方に設けられている。まず、図２７Ａに示すように、載置面１１に載置された回路基板２００が基板吸着孔１２と基板吸着用流路２２とを介して吸引されているときは、逆止弁１０３が開状態となる。つぎに、基板吸着孔１２内の真空度が高まると、図２７Ｂに示すように逆止弁１０３は閉状態となる。その後、回路基板２００を切断して電子部品２０４を個片化した後に、図２７Ｃに示すように個片化された電子部品２０４の一つが吹き飛ばされたとする。このとき、吹き飛ばされた電子部品２０４によって閉ざされていた基板吸着孔１２が外気に開放され、空気が流入すると、その基板吸着孔１２内に設けられた逆止弁１０３が開状態となり、流入した空気は基板吸着用流路２２から排気される。しかし、電子部品２０４によって閉ざされている他の基板吸着孔１２内に設けられた逆止弁１０３は閉状態に維持されるので、その基板吸着孔１２内の真空度は維持され、電子部品２０４の吸着も維持される。したがって、１個の電子部品２０４が吹き飛ばされても、全体の吸着力の低下が防止される。なお、この真空状態は別途設けられたバイパスによって解除することができる。これによって、電子部品２０４の吸着も解除されるので、電子部品２０４を容易に回収することができる。

図２８Ａ〜図２８Ｃは、逆止弁を設けた他の構成の動作を説明する図である。ばねを用いた逆止弁１０４は基板吸着孔１２の下方に設けられている。まず、図２８Ａに示すように、載置面１１に載置された回路基板２００が基板吸着孔１２と基板吸着用流路２２とを介して吸引されているときは、逆止弁１０４が開状態となる。つぎに、基板吸着孔１２内の真空度が高まると、図２８Ｂに示すように逆止弁１０５は閉状態となる。その後、回路基板２００を切断して電子部品２０４を個片化した後に、図２８Ｃに示すように個片化された電子部品２０４の一つが吹き飛ばされたとする。このとき、吹き飛ばされた電子部品２０４によって閉ざされていた基板吸着孔１２が外気に開放され、空気が流入すると、その基板吸着孔１２内に設けられた逆止弁１０４が開状態となり、流入した空気は基板吸着用流路２２から排気される。しかし、電子部品２０４によって閉ざされている他の基板吸着孔１２内に設けられた逆止弁１０４は閉状態に維持されるので、基板吸着孔１２内の真空度は維持され、電子部品２０４の吸着も維持される。したがって、１個の電子部品２０４が吹き飛ばされても、全体の吸着力の低下が防止される。

電磁弁とセンサーを組み合わせた構成としては、たとえば次のようなものがある。まず、基板吸着孔１２の下方に図示しない電磁弁が設けられ、１つずつあるいは複数をセットとして開閉制御される。また、図示しないセンサーは、制御する電磁弁に対応して基板吸着孔１２内の圧力あるいは空気流量をモニタするように配置される。そして、基板を吸引する時は電磁弁が開状態として、回路基板２００と基板吸着孔１２で構成される気密空間が減圧される。ここで、基板切断時に、吹き飛ばされた電子部品２０４によって閉ざされていた基板吸着孔１２が外気に開放され空気が流入すると、解放された基板吸着孔１２の圧力あるいは空気流量をモニタしているセンサーが異常を検知し、当該センサーに対応する電磁弁を閉状態とする。このようにすることで、開放状態となった基板吸着孔１２の真空状態を維持し、その他の基板吸着孔１２の吸引力低下を防止することができる。

なお、上記実施の形態により本発明が限定されるものではない。上述した各構成要素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。また、さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。よって、本発明のより広範な態様は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。

以上のように、本発明に係る基板切断用治具、加工装置および基板切断方法は、主にレーザ加工の用途に利用して好適なものである。

１０ 上部部材
１１ 載置面
１２、１３、１４、４２、５２、６２、７２ 基板吸着孔
１２ａ、１３ａ、１４ａ、７２ａ 第１内径部
１２ｂ、１３ｂ、１４ｂ、７２ｂ 第２内径部
１５、４５、５５，６５、７５ レーザ光受け溝
１５ａ 第１溝幅部
１５ｂ 第２溝幅部
１５ｃ 底面
１６ ドロス吸引孔
１７ 回路基板突当部材
２０、１２０ 下部部材
２１ 基板吸着孔
２２、１２２ａ、１２２ｂ 基板吸着用流路
２３、１２３ａ、１２３ｂ 基板吸着用吸気口
２４、２５ ドロス吸引溝
２６ ドロス吸引用吸気口
３０ 基台
５０２ コリメートレンズ
１００ 基板切断用治具
１０１ 介挿材
１０２ 押え治具
１０２ａ 枠内部
１０３、１０４ 逆止弁
１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃ 部材
２００、３００、６００ 回路基板
２０１、３０１、６０１ 基板
２０１ａ、３０１ａ、６０１ａ 表面
２０１ｂ、６０１ｂ 裏面
２０２ 突出部
２０３ 切断溝
２０４ 電子部品
３０３ ＬＥＤ素子
３０４、６０４ 樹脂
３０５ レンズ
４０１、４０２ 配管
４０３ ガスノズル
４０３ａ ガス噴出孔
４０４ 粘着材
４０５ ワイヤ
５００ レーザ切断装置
５０１ ファイバレーザ
５０１ａ コア部
５０１ｂ クラッド部
５０２ コリメートレンズ
５０３ 反射ミラー
５０４ 集光レンズ
６０３ 電子素子
ｄ 距離
Ｄ ドロス
Ｄｉ ダイサ
Ｇ アシストガス
Ｌ１ レーザ光
Ｘ、Ｙ、Ｚ 吸引系統

Claims (12)

1. 複数の素子が実装された回路基板が載置される載置面に形成された、前記回路基板を吸着するための複数の吸着孔と、
   前記載置面において、前記回路基板を切断するために該回路基板に照射されるレーザ光の掃引線に沿って形成された、前記レーザ光を受けるための複数のレーザ光受け溝と、
   前記各レーザ光受け溝に連通するように形成された、前記回路基板の切断によって発生する該回路基板の溶解物を吸引するための吸引孔と、
   を備え、
   前記各吸着孔は、前記載置面に面する第１内径部と、前記第１内径部に連通し、前記第１内径部の内径よりも小さい内径を有する第２内径部とを有し、
   前記第１内径部は、前記回路基板の表面の突出部が収容される大きさに形成されている
   ことを特徴とする基板切断用治具。
2. 前記各レーザ光受け溝は、該レーザ光受け溝の底面に到達する前記レーザ光のエネルギー密度が、当該基板切断用治具を損傷しない程度のエネルギー密度になる深さおよび前記底面の幅に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の基板切断用治具。
3. 前記各レーザ光受け溝は、該レーザ光受け溝の底面に到達する前記レーザ光のエネルギー密度が、１０⁴Ｗ／ｃｍ²以下となる深さおよび前記底面の幅に形成されていることを特徴とする請求項２に記載の基板切断用治具。
4. 前記各レーザ光受け溝は、前記載置面に面する第１溝幅部と、前記第１溝幅部に連通し、前記第１溝幅部の溝幅よりも広い溝幅を有する第２溝幅部とを有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の基板切断用治具。
5. 前記複数のレーザ光受け溝は互いに交差しており、前記吸引孔は前記レーザ光受け溝の交差部に設けられていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の基板切断用治具。
6. 前記各レーザ光受け溝は、当該基板切断用治具の側面において開放されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の基板切断用治具。
7. 前記各レーザ光受け溝の底面に、該各レーザ光受け溝の溝幅および前記吸引孔の内径よりも小さい幅の線材が配置されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載の基板切断用治具。
8. 前記複数の吸着孔は、異なる複数の吸引系統を有することを特徴とする請求項１〜７のいずれか一つに記載の基板切断用治具。
9. 前記複数の吸着孔は、独立で真空度を保つ機構を備えることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一つに記載の基板切断用治具。
10. 請求項１〜９のいずれか一つに記載の基板切断用治具と、
    前記レーザ光を出力するレーザ光源と、
    を備えることを特徴とする加工装置。
11. 複数の素子が実装された回路基板を治具の載置面に載置し、
    前記回路基板を前記治具の載置面に形成された複数の吸着孔から吸引して吸着しながら前記回路基板にレーザ光を照射して該回路基板を切断し、
    前記切断によって形成された切断溝から前記回路基板を通過した前記レーザ光を、前記治具の表面に形成されたレーザ光受け溝で受け、
    前記レーザ光受け溝に連通する吸引孔から、前記切断によって発生した前記回路基板の溶解物を吸引する、
    ことを含み、
    前記各吸着孔は、前記載置面に面する第１内径部と、前記第１内径部に連通し、前記第１内径部の内径よりも小さい内径を有する第２内径部とを有し、
    前記第１内径部は、前記回路基板の表面の突出部が収容される大きさである
    ことを特徴とする基板切断方法。
12. 前記レーザ光を照射した面側から前記切断した回路基板に粘着材を貼付し、前記切断によって個片化した部品を回収することを特徴とする請求項１１に記載の基板切断方法。

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