JP6430759B2 - レーザー加工装置 - Google Patents

Description

被加工物にレーザー加工を施すレーザー加工装置、更に詳しくはレーザー光線の照射によって溶融した溶融物が再固着しないようにしたレーザー加工装置に関する。

ＩＣ、ＬＳＩ、ＬＥＤ等のデバイスは、発熱により機能の低下を招かないようにヒートシンクと呼ばれる熱拡散基板に配設して用いられる場合がある。このように熱拡散基板にデバイスが配設されたパッケージデバイスは、熱拡散基板の表面に複数のデバイスが配設されたパッケージ基板を分割することによって製造される。なお、熱拡散基板は、ステンレス鋼や銅等の金属の他、窒化アルミニウムなどの熱伝導率の高いセラミックスによって形成される（例えば特許文献１参照）。

パッケージ基板は、熱拡散基板の表面に分割予定ラインとなる所定の間隔を持って複数のデバイスがボンド剤を介して配設されるとともに、光デバイスが発する光を和らげるために光デバイスの上面にシリコーン樹脂が被覆されて構成される。

上記パッケージ基板を分割予定ラインに沿って切断し個々のパッケージデバイスに分割するには、ダイサーと呼ばれる切削ブレードを備えた切削装置が用いられている。
しかるに、切削ブレードを備えた切削装置によってパッケージ基板を分割予定ラインに沿って切断すると、熱拡散基板の表面に被覆されたシリコーン樹脂にムシレが発生することから加工送り速度を５mm／秒程度の低速に設定しなければならず、生産性が悪いという問題がある。

上述した問題を解消するパッケージ基板の分割方法として、分割予定ラインに沿ってレーザー光線を照射することによりパッケージ基板を分割予定ラインに沿って切断する加工方法が提案されている。

特開２００９−２２４６８３号公報

而して、パッケージ基板の分割予定ラインに沿ってレーザー光線を照射すると、レーザー光線が照射された領域が溶融し、溶融物が再固着するため、パッケージ基板を分割予定ラインに沿って適正に分割することができないという問題がる。
このような問題は、パッケージ基板に限らずガラス、シリコン、サファイア、炭化珪素等の被加工物においても起こり得る。

本発明は上記事実に鑑みてなされたものであり、その主たる技術課題は、レーザー光線の照射によって溶融した溶融物が再固着しないようにしたレーザー加工装置を提供することである。

上記主たる技術課題を解決するため、本発明によれば、被加工物を保持する被加工物保持手段と、該被加工物保持手段に保持された被加工物にレーザー光線を照射するレーザー光線照射手段と、該被加工物保持手段と該レーザー光線照射手段とを相対的に加工送りする加工送り手段と、を具備するレーザー加工装置であって、
該被加工物保持手段は、被加工物を吸引保持する保持面を備え該保持面上に保持される被加工物にレーザー光線が照射される領域に対応して形成された複数の逃げ溝と、該複数の逃げ溝によって区画される領域に開口し吸引手段に接続された吸引孔とを備えた保持テーブルと、
該保持テーブルの該逃げ溝に高圧エアーを噴射し該保持面上に保持される被加工物にレーザー光線を照射することによって逃げ溝に落下する被加工物の溶融物を吹き飛ばすエアー噴出ノズルを備えた高圧エアー噴出手段と、を具備し、
該エアー噴出ノズルは、該逃げ溝のそれぞれに対応して配設されている
ことを特徴とするレーザー加工装置が提供される。

上記エアー噴出ノズルから噴出されるエアーの噴出量は、２００リットル／分に設定されている。

本発明によるレーザー加工装置は上述したように構成され、被加工物を保持する被加工物保持手段は、被加工物を吸引保持する保持面を備え該保持面上に保持される被加工物にレーザー光線が照射される領域に対応して形成された複数の逃げ溝と、該複数の逃げ溝によって区画される領域に開口し吸引手段に接続された吸引孔とを備えた保持テーブルと、該保持テーブルの逃げ溝に高圧エアーを噴射し保持面上に保持される被加工物にレーザー光線を照射することによって逃げ溝に落下する被加工物の溶融物を吹き飛ばすエアー噴出ノズルを備えた高圧エアー噴出手段とを具備し、該エアー噴出ノズルは、該逃げ溝のそれぞれに対応して配設されていているので、被加工物にレーザー光線が照射されることによって溶融し逃げ溝に落下する溶融物が吹き飛ばされ、被加工物や保持テーブルに再固着することがない。従って、被加工物は適正に切断される。

本発明に従って構成されたレーザー加工装置の斜視図。 図１に示すレーザー加工装置に装備される被加工物保持手段の斜視図。 図２に示す被加工物保持手段を構成する保持テーブルと高圧エアー噴出手段を分解して示す斜視図。 被加工物としてのパッケージ基板の斜視図および要部拡大断面図。 図１に示すレーザー加工装置を用いて図４に示すパッケージ基板に実施する第１のレーザー光線照射工程の説明図。 図１に示すレーザー加工装置を用いて図４に示すパッケージ基板に実施する第２のレーザー光線照射工程の説明図。

以下、本発明に従って構成されたレーザー加工装置の好適な実施形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。

図１には、本発明に従って構成されたレーザー加工装置の斜視図が示されている。図１に示すレーザー加工装置は、静止基台２と、該静止基台２に矢印Ｘで示す加工送り方向（Ｘ軸方向）に移動可能に配設された保持テーブル機構３と、静止基台２上に配設されたレーザー光線照射手段としてのレーザー光線照射ユニット４とを具備している。

上記保持テーブル機構３は、静止基台２上に加工送り方向Xに沿って平行に配設された一対の案内レール３１、３１と、該案内レール３１、３１上に加工送り方向Xに移動可能に配設された第１の滑動ブロック３２と、該第１の滑動ブロック３２上に割り出し送り方向Yに移動可能に配設された第２の滑動ブロック３３と、該第２の滑動ブロック３３上に円筒部材３４によって支持されたカバーテーブル３５と、該カバーテーブル３５上に配設され被加工物を保持する被加工物保持手段３６を具備している。被加工物保持手段３６は、被加工物を吸引保持する保持面を備えた保持テーブル３６１と、該保持テーブル３６１に高圧エアーを噴出する高圧エアー噴出手段３６２を具備している。この被加工物保持手段３６について、図２および図３を参照して説明する。

図２および図３に示す被加工物保持手段３６を構成する保持テーブル３６１は、矩形状に形成され上面が後述する被加工物としてのパッケージ基板を吸引保持する保持面３６１aとなっている。この保持面３６１aには、保持面３６１a上に保持される被加工物にレーザー光線が照射される領域に対応する領域（後述するパッケージ基板に形成された分割予定ラインと対応する領域）に格子状の複数の逃げ溝３６１bが形成されている。なお、逃げ溝３６１bの幅は１〜２mmに形成されており、被加工物としての後述するパッケージ基板に形成された分割予定ラインが所定範囲内に位置付けられるようになっている。また、複数の逃げ溝３６１bによって区画された領域には、上面である保持面３６１aに開口する吸引孔３６１cが設けられている。この吸引孔３６１cは、図示しない吸引手段に接続されている。このように構成された保持テーブル３６１は、円筒部材３４内に配設された図示しないパルスモータによって回転せしめられる。

図２および図３を参照して説明を続けると、被加工物保持手段３６を構成する高圧エアー噴出手段３６２は、図示の実施形態においては保持テーブル３６１に所定方向に形成された複数の逃げ溝３６１bに高圧エアーを噴射する複数(３個)の第１のエアー噴射ノズル３６２aと、所定方向と直交する方向に形成された複数の逃げ溝３６１bに高圧エアーを噴射する複数(６個)の第２のエアー噴射ノズル３６２bを具備している。３個の第１のエアー噴射ノズル３６２aは、図３に示すようにノズル支持部材３６３aに装着されており、図２に示すように夫々所定方向に形成された複数の逃げ溝３６１bの側方に対向して配設される。また、６個の第２のエアー噴射ノズル３６２bは、図３に示すようにノズル支持部材３６３bに装着されており、図２に示すように夫々所定方向と直交する方向に形成された複数の逃げ溝３６１bの側方に対向して配設される。このようにして配設された３個の第１のエアー噴射ノズル３６２aおよび６個の第２のエアー噴射ノズル３６２bは、図２に示すようにそれぞれ電磁開閉弁３６４aおよび電磁開閉弁３６４ｂを介して高圧エアー供給手段３６５に接続されている。なお、高圧エアー噴出手段３６２を構成する複数の電磁開閉弁３６４aおよび複数の電磁開閉弁３６４ｂと高圧エアー供給手段３６５は、図示しない制御手段によって制御される。

図１に戻って説明を続けると、上記第１の滑動ブロック３２は、その下面に上記一対の案内レール３１、３１と嵌合する一対の被案内溝３２１、３２１が設けられているとともに、その上面にY軸方向に沿って平行に形成された一対の案内レール３２２、３２２が設けられている。このように構成された第１の滑動ブロック３２は、被案内溝３２１、３２１が一対の案内レール３１、３１に嵌合することにより、一対の案内レール３１、３１に沿ってＸ軸方向に移動可能に構成される。図示の実施形態におけるチャックテーブル機構３は、第１の滑動ブロック３２を一対の案内レール３１、３１に沿ってＸ軸方向に移動させるための加工送り手段３７を具備している。加工送り手段３７は、上記一対の案内レール３１と３１の間に平行に配設された雄ネジロッド３７１と、該雄ネジロッド３７１を回転駆動するためのパルスモータ３７２等の駆動源を含んでいる。雄ネジロッド３７１は、その一端が上記静止基台２に固定された軸受ブロック３７３に回転自在に支持されており、その他端が上記パルスモータ３７２の出力軸に伝動連結されている。なお、雄ネジロッド３７１は、第１の滑動ブロック３２の中央部下面に突出して設けられた図示しない雌ネジブロックに形成された貫通雌ネジ穴に螺合されている。従って、パルスモータ３７２によって雄ネジロッド３７１を正転および逆転駆動することにより、第１の滑動ブロック３２は案内レール３１、３１に沿ってＸ軸方向に移動せしめられる。

上記第２の滑動ブロック３３は、その下面に上記第１の滑動ブロック３２の上面に設けられた一対の案内レール３２２、３２２と嵌合する一対の被案内溝３３１、３３１が設けられており、この被案内溝３３１、３３１を一対の案内レール３２２、３２２に嵌合することにより、Y軸方向に移動可能に構成される。図示の実施形態におけるチャックテーブル機構３は、第２の滑動ブロック３３を第１の滑動ブロック３２に設けられた一対の案内レール３２２、３２２に沿ってY軸方向に移動させるための割り出し送り手段３８を具備している。割り出し送り手段３８は、上記一対の案内レール３２２と３２２の間に平行に配設された雄ネジロッド３８１と、該雄ネジロッド３８１を回転駆動するためのパルスモータ３８２等の駆動源を含んでいる。雄ネジロッド３８１は、その一端が上記第１の滑動ブロック３２の上面に固定された軸受ブロック３８３に回転自在に支持されており、その他端が上記パルスモータ３８２の出力軸に伝動連結されている。なお、雄ネジロッド３８１は、第２の滑動ブロック３３の中央部下面に突出して設けられた図示しない雌ネジブロックに形成された貫通雌ネジ穴に螺合されている。従って、パルスモータ３８２によって雄ネジロッド３８１を正転および逆転駆動することにより、第２の滑動ブロック３３は案内レール３２２、３２２に沿ってY軸方向に移動せしめられる。

上記レーザー光線照射ユニット４は、上記静止基台２上に配設された支持部材４１と、該支持部材４１によって支持され実質上水平に延出するケーシング４２と、該ケーシング４２に配設されたレーザー光線照射手段５と、ケーシング４２の前端部に配設されレーザー加工すべき加工領域を検出する撮像手段６を具備している。ケーシング４２内に配設された図示しないパルスレーザー光線発振器や繰り返し周波数設定手段を備えたパルスレーザー光線発振手段と、ケーシング４２の先端部に配設され図示しないパルスレーザー光線発振手段から発振されたパルスレーザー光線を集光するための集光器５１を具備している。なお、レーザー光線照射手段５は、集光器５１によって集光されるパルスレーザー光線の集光点位置を調整するための集光点位置調整手段（図示せず）を備えている。なお、撮像手段６は、被加工物を照明する照明手段と、該照明手段によって照明された領域を捕らえる光学系と、該光学系によって捕らえられた像を撮像する撮像素子（ＣＣＤ）等を備え、撮像した画像信号を図示しない制御手段に送る。

図示の実施形態におけるレーザー加工装置は以上のように構成されており、以下その作用について説明する。
図４の(a)および(b)には、被加工物としてのパッケージ基板の斜視図および断面図が示されている。図４の(a)および(b)に示すパッケージ基板１０は、厚みが４００μｍのステンレス鋼、銅等の金属からなる熱拡散基板１０１の表面１０１aに格子状の分割予定ライン１０２となる所定の間隔を持って複数のＬＥＤ等のデバイス１０３がボンド剤を介して配設されるとともに、分割予定ライン１０２となる所定の間隔を埋めるとともにデバイス１０３を覆うようにシリコーン樹脂１０４が被覆されて構成される。なお、シリコーン樹脂１０４は、熱拡散基板１０１の表面１０１aから例えば３００μｍの厚みで形成されている。

次に、上記パッケージ基板１０を上述したレーザー加工装置を用いて複数の分割予定ライン１０２に沿って分割する加工方法について説明する。
先ず、被加工物保持手段３６を構成する保持テーブル３６１の上面である保持面３６１aにパッケージ基板１０の熱拡散基板１０１側を載置する。そして、図示しない吸引手段を作動することにより、パッケージ基板１０を保持テーブル３６１上に吸引保持する（パッケージ基板保持工程）。このとき、保持テーブル３６１の保持面３６１aに開口する吸引孔３６１cに作用する負圧によって個々のデバイス１０３が確実に吸引保持される。このようにして、保持テーブル３６１上に吸引保持されたパッケージ基板１０は、デバイス１０３を覆うように被覆したシリコーン樹脂１０４が上側となる。このようにして、パッケージ基板１０を保持した保持テーブル３６１は、加工送り手段３７を作動することにより撮像手段６の直下に位置付けられる。

保持テーブル３６１が撮像手段６の直下に位置付けられると、撮像手段６および図示しない制御手段によってパッケージ基板１０のレーザー加工すべき加工領域を検出するアライメント作業を実行する。即ち、撮像手段６および図示しない制御手段は、パッケージ基板１０に所定方向に形成されている分割予定ライン１０２と、レーザー光線照射手段５の集光器５１との位置合わせを行うためのパターンマッチング等の画像処理を実行し、加工領域のアライメントを遂行する（アライメント工程）。また、パッケージ基板１０に形成されている上記所定方向に対して直交する方向に延びる分割予定ライン１０２に対しても、同様に加工領域のアライメントを遂行する。

上述したようにアライメント工程を実施したならば、図５の（ａ）で示すように保持テーブル３６１をレーザー光線を照射するレーザー光線照射手段５の集光器５１が位置するレーザー光線照射領域に移動し、所定の分割予定ライン１０２を集光器５１の直下に位置付ける。このとき、図５の（ａ）で示すようにパッケージ基板１０は、分割予定ライン１０２の一端(図５の（ａ）において左端)が集光器５１の直下に位置するように位置付けられる。そして、図５の（a）に示すように集光器５１から照射されるパルスレーザー光線ＬＢの集光点Ｐをシリコーン樹脂１０４の表面（上面）付近に合わせる。次に、レーザー光線照射手段５を作動して集光器５１からパッケージ基板１０の熱拡散基板１０１に対して吸収性を有する波長のパルスレーザー光線を照射しつつ保持テーブル３６１を図５の（ａ）において矢印Ｘ１で示す方向に所定の加工送り速度で移動せしめる。そして、図５の（ｂ）で示すように分割予定ライン１０２の他端（図５の（ｂ）において右端）が集光器５１の直下位置に達したら、パルスレーザー光線の照射を停止するとともに保持テーブル３６１の移動を停止する（第１のレーザー光線照射工程）。このように第１のレーザー光線照射工程を実施することにより、図５の（ｃ）に示すようにパッケージ基板１０の熱拡散基板１０１は、分割予定ライン１０２に沿って形成されるレーザー加工溝１１０によって切断される。この第１のレーザー光線照射工程においては、上述した高圧エアー噴出手段３６２を構成する高圧エアー供給手段３６５が作動せしめられるとともに、保持テーブル３６１におけるレーザー光線が照射されている領域の逃げ溝３６１bに対応して配設された第１のエアー噴射ノズル３６２aと接続された電磁開閉弁３６４aを開路する。この結果、第１のエアー噴射ノズル３６２aから高圧エアーが逃げ溝３６１bの一方の側(図５の（ａ）において左側)から噴射される。なお、第１のエアー噴射ノズル３６２aから噴出されるエアーの噴出量は、図示の実施形態においては２００リットル／分に設定されている。このように第１のエアー噴射ノズル３６２aから高圧エアーが逃げ溝３６１bに噴射されることにより、パッケージ基板１０にパルスレーザー光線が照射されることによって溶融し逃げ溝３６１bに落下する溶融物が逃げ溝３６１bの他方(図５の（ａ）において右方)に向けて吹き飛ばされ、パッケージ基板１０や保持テーブル３６１に再固着することがない。従って、パッケージ基板１０は分割予定ライン１０２に沿って適正に切断される。

なお、上記第１のレーザー光線照射工程は、例えば以下の加工条件で行われる。
レーザー光線の波長 ：YAGレーザー（１．０６μｍ）
繰り返し周波数 ：１８ｋＨｚ
平均出力 ：１５０Ｗ
集光スポット径 ：φ５０μｍ
加工送り速度 ：１６０ｍｍ／秒

上述したレーザー光線照射工程をパッケージ基板１０の所定方向に形成された全ての分割予定ライン１０２に沿って実施したならば、保持テーブル３６１を９０度回動し、保持テーブル３６１に保持されたパッケージ基板１０に上記所定方向に対して直交する方向に形成された分割予定ライン１０２をＸ軸方向と平行になるよう位置付ける。そして、図６の（ａ）で示すように所定の分割予定ライン１０２の一端(図６の（ａ）において左端)が集光器５１の直下に位置するように位置付けられる。次に、図６の（ａ）に示すように集光器５１から照射されるパルスレーザー光線ＬＢの集光点Ｐをシリコーン樹脂１０４の表面（上面）付近に合わせ、レーザー光線照射手段５を作動して集光器５１からパルスレーザー光線を照射しつつ保持テーブル３６１を図６の（ａ）において矢印Ｘ１で示す方向に所定の加工送り速度で移動せしめる。そして、図６の（ｂ）で示すように分割予定ライン１０２の他端（図６の（ｂ）において右端）が集光器５１の直下位置に達したら、パルスレーザー光線の照射を停止するとともに保持テーブル３６１の移動を停止する（第２のレーザー光線照射工程）。なお、第２のレーザー光線照射工程における加工条件は、上記第１のレーザー光線照射工程のおける加工条件と同一でよい。このように第２のレーザー光線照射工程を実施することにより、図６の（ｃ）に示すようにパッケージ基板１０の熱拡散基板１０１は、分割予定ライン１０２に沿って形成されるレーザー加工溝１１０によって切断される。この第２のレーザー光線照射工程においても、上述した高圧エアー噴出手段３６２を構成する高圧エアー供給手段３６５が作動せしめられるとともに、保持テーブル３６１におけるレーザー光線が照射されている領域の逃げ溝３６１bに対応して配設された第２のエアー噴射ノズル３６２bと接続された電磁開閉弁３６４ｂを開路する。この結果、第２のエアー噴射ノズル３６２bから高圧エアーが逃げ溝３６１bの一方の側(図６の（ａ）において左側)から噴射されるので、パッケージ基板１０にパルスレーザー光線が照射されることによって溶融し逃げ溝３６１bに落下する溶融物が逃げ溝３６１bの他方 (図６の（ａ）において右方)に向けて吹き飛ばされ、パッケージ基板１０や保持テーブル３６１に再固着することがない。従って、パッケージ基板１０は分割予定ライン１０２に沿って適正に切断される。この結果、図６の（ｄ）に示すようにパッケージ基板１０は個々のパッケージデバイス１２０に分割される。なお、個々に分割されたパッケージデバイス１２０は、保持テーブル３６１の吸保持面３６１aに吸引保持されパッケージ基板の状態で維持される。

３：保持テーブル機構
３６：被加工物保持手段
３６１：保持テーブル
３６１a：保持面
３６１b：逃げ溝
３６１c：吸引孔
３６２：高圧エアー噴出手段
３６２a：第１のエアー噴射ノズル
３６２b：第２のエアー噴射ノズル
３６４a、３６４b：電磁開閉弁
３６５：高圧エアー供給手段
４：レーザー光線照射ユニット
５：レーザー光線照射手段
５１：集光器
１０：パッケージ基板

Claims (2)

1. 被加工物を保持する被加工物保持手段と、該被加工物保持手段に保持された被加工物にレーザー光線を照射するレーザー光線照射手段と、該被加工物保持手段と該レーザー光線照射手段とを相対的に加工送りする加工送り手段と、を具備するレーザー加工装置であって、
   該被加工物保持手段は、被加工物を吸引保持する保持面を備え該保持面上に保持される被加工物にレーザー光線が照射される領域に対応して形成された複数の逃げ溝と、該複数の逃げ溝によって区画される領域に開口し吸引手段に接続された吸引孔とを備えた保持テーブルと、
   該保持テーブルの該逃げ溝に高圧エアーを噴射し該保持面上に保持される被加工物にレーザー光線を照射することによって逃げ溝に落下する被加工物の溶融物を吹き飛ばすエアー噴出ノズルを備えた高圧エアー噴出手段と、を具備し、
   該エアー噴出ノズルは、該逃げ溝のそれぞれに対応して配設されている、
   ことを特徴とするレーザー加工装置。
2. 該エアー噴出ノズルから噴出されるエアーの噴出量は、２００リットル／分に設定されている、請求項１記載のレーザー加工装置。