JPH11216590A - レーザマーキング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 この発明は被加工物を炭化させることなくマ
ーキングできるレーザマーキング装置を提供することを
目的とする。 【解決手段】 被加工物２４上でレーザ光を走査し、こ
の被加工物にマーキングを行うレーザマーキング装置に
おいて、レーザ発振器１１と、このレーザ発振器から出
力されたレーザ光が導入される光ファイバ１３と、この
光ファイバから出射されるレーザ光を上記被加工物上で
走査させる反射ミラー１８、２１と、この反射ミラーに
よって走査されるレーザ光を集光するｆθレンズ２３
と、上記光ファイバの出射側に設けられ光ファイバから
出射されるレーザ光のビーム断面の周辺部分が上記被加
工物を照射するのを阻止し、中心部分だけを上記被加工
物に照射させる板状部材１５とを具備したことを特徴と
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は被加工物上でレー
ザ光を走査してマーキングを行うレーザマーキング装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】たとえば、半導体パッケージや金属板な
どの被加工物に商標や型番などのマークをマーキングす
る場合、消えることなく鮮明なマークを非接触でマーキ
ングできる装置としてレーザマーキング装置が幅広く応
用されている。

【０００３】レーザマーキング装置には、マスクのパタ
ーンをレンズで転写するマスク式のマーキング装置と、
２枚のミラーの傾きを制御することにより一筆書きの要
領でマーキングをするスキャニング式のマーキング装置
とが知られている。被加工物が半導体パッケージの場
合、半導体ウエハについての品質管理であるロットトレ
ーザビリティの関係上、最近では上記ミラーの角度を電
子制御してマーキングパターンを変更できる、スキャニ
ング式のマーキング装置が多く用いられている。

【０００４】一方、マーキング工程は、ラインの合理化
の点からＴ／Ｆ（トリム／フォーム）工程や検査工程な
どにおけるワークハンドリング装置であるハンドラに搭
載する場合が多く、そのような場合には小型で組み込み
性に優れたレーザマーキング装置が要求される。

【０００５】そのような要求に応じたマーキング装置と
してレーザ発振器とスキャニングユニットを分離し、小
型のスキャニングヘッドだけを加工点近傍に設置し、レ
ーザ発振器で出力されたレーザ光を光ファイバによって
上記スキャニングヘッドに導くということが行われてい
る。

【０００６】上記スキャニングヘッドは、所定方向に揺
動駆動されるとともに上記光ファイバから出射するレー
ザ光がコリメートレンズを通じて入射する第１のミラー
と、この第１のミラーの揺動の軸線と交差する軸線を中
心にして揺動駆動されるとともに上記第１のミラーから
出射したレーザ光が入射する第２のミラーと、この第２
のミラーから出射したレーザ光を集光して被加工物に照
射させる集光レンズ（ｆθレンズ）とから構成されてい
る。

【０００７】したがって、上記第１のミラーと第２のミ
ラーとの揺動角度を制御することで、レーザ光を被加工
物上で所定の軌跡で走査させ、マーキングできるように
なっている。

【０００８】ところで、上記構成のレーザマーキング装
置でマーキングを行った場合、光ファイバから出射して
被加工物上で集光されるレーザ光Ｌ₁ の強度分布は、図
８（ａ）に示すように中心部分Ｂが高く、周縁部分Ａが
低くなっている。とくに、光ファイバがグレーデットイ
ンデックス型の光ファイバの場合にはとくにその傾向が
強く、またステップインデックス型の光ファイバの場合
にもその傾向がある。

【０００９】このような強度分布のレーザ光Ｌ₁ で、図
８（ｂ）に示すように複数の直線状のマークを所定の間
隔ｇでマーキングする場合には、最初にマークＭ₁ をマ
ーキングすると、そのマークＭ₁ はレーザ光Ｌ₁ の強度
が高い中心部分Ｂによってマーキングされるものの、そ
の周囲は上記レーザ光Ｌ₁ の強度の低い周縁部分Ａによ
って照射加熱される。

【００１０】つぎに、上記マークＭ₁ の両側に鎖線で示
すように間隔ｇでレーザ光Ｌ₂ 、Ｌ₃ によってマークＭ
₂ とマークＭ₃ をマーキングする場合、これらのマーキ
ング個所は最初のマークＭ₁ をマーキングした際に、レ
ーザ光Ｌ₁ の周辺部分Ａによって照射加熱された部分
を、つぎのレーザ光Ｌ₂ 、Ｌ₃ の強度の高い中央部分Ｂ
によって再び照射加熱されることになる。また逆にマー
クＭ₁ はＬ₂ 、Ｌ₃ の強度の低いＢ部分で再加熱され
る。このように、被加工物の同一個所がレーザ光の強度
の異なる部分で複数回照射加熱されると、その照射個所
が炭化や酸化してしまい、マーキング不良や外観の低下
を招くということがあり、とくに被加工物が半導体パッ
ケージなどのように合成樹脂で形成されている場合には
その影響が大きくなるということがある。

【００１１】したがって、このようなマーキング不良を
なくすためには、被加工物の同一個所をレーザ光で複数
回にわたって照射加熱しないようにしなければならな
い。それ故に、隣り合うマークの間隔を、最初にマーキ
ングするときにレーザ光の強度の低い部分で照射された
範囲から外れるようにしなければならないから、マーキ
ングされるマークの間隔に制限を受けるということにな
る。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】このように、光ファイ
バから出射するレーザ光は、強度の高い中心部分と、強
度の低い周辺部分とを有する強度分布となっているの
で、マークを狭い間隔でマーキングする必要がある場
合、レーザ光の強度の低い部分で照射された範囲に、つ
ぎのマークがマーキングされることになるので、その部
分が複数回にわたって照射加熱されることで、その部分
に形成されるマークが炭化等をしてしまうということが
あり、またマークの炭化等を防止しようとすると、マー
クの間隔を狭くできなくなるということがある。

【００１３】この発明は、被加工物を炭化等をせること
なく、マーキングすることができ、しかもマークの間隔
を狭くしてマーキングできるようにしたレーザマーキン
グ装置を提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、被加
工物上でレーザ光を走査し、この被加工物にマーキング
を行うレーザマーキング装置において、レーザ発振器
と、このレーザ発振器から出力されたレーザ光が導入さ
れる光ファイバと、この光ファイバから出射されるレー
ザ光を上記被加工物上で走査させる走査手段と、この走
査手段によって走査されるレーザ光を集光する集光手段
と、上記光ファイバの出射側に設けられ光ファイバから
出射されるレーザ光のビーム断面における周縁部分が上
記被加工物を照射するのを阻止し、中心部分を上記被加
工物に照射させる照射ビーム成形手段とを具備したこと
を特徴とする。

【００１５】請求項２の発明は、請求項１の発明におい
て、上記照射ビーム成形手段は、中心部分がレーザ光を
通過せる通光部に形成され、周縁部分がレーザ光を散乱
させる散乱部に形成された板状部材からなることを特徴
とする。

【００１６】請求項３の発明は、請求項１または請求項
２の発明において、上記光ファイバの出射端面は、この
端面における上記光ファイバの中心部分を除く周縁部分
がレーザ光を散乱させる散乱面に形成されてなることを
特徴とする。

【００１７】請求項４の発明は、請求項１乃至請求項３
のいずれかの発明において、上記光ファイバの出射側の
端部は光ファイバコネクタに接続され、この光ファイバ
コネクタには上記光ファイバの出射端面に対向して上記
照射ビーム成形手段が設けられていることを特徴とす
る。

【００１８】請求項５の発明は、請求項１乃至請求項３
のいずれかの発明において、上記光ファイバの出射側の
端部は光ファイバコネクタに接続され、この光ファイバ
コネクタは筒状部材に着脱自在に接続されるとともに、
上記筒状部材には、上記光ファイバコネクタを接続した
ときに上記光ファイバの出射端面に対向する部位に上記
照射ビーム成形手段が設けられていることを特徴とす
る。

【００１９】請求項１の発明によれば、光ファイバの出
射側に照射ビーム成形手段を設け、この成形手段によっ
てレーザ光のビーム断面の強度が低い周辺部分が被加工
物を照射するのを阻止し、強度が高い中心部分だけで照
射するようにしたから、マークの間隔を小さくしても、
被加工物の同一個所が複数回照射加熱されて炭化等をす
るのを防止することができる。

【００２０】請求項２の発明によれば、照射ビーム成形
手段を板状部材とし、その中心部分に通光部を形成し、
周辺部分をレーザ光を散乱させる散乱部に形成したか
ら、請求項１の作用に加え、強度の低い周辺部分のレー
ザ光を散乱させることで、板状部材がレーザ光の熱によ
って早期に損傷するのを防止できる。

【００２１】請求項３の発明によれば、光ファイバの出
射側の端面の周辺部分を散乱面に形成したことで、レー
ザ光の強度が低い周辺部分を散乱させることができるか
ら、その被加工物をレーザ光のビーム断面の強度が高い
中心部分だけで照射することができ、しかもそのために
専用の光学部品を必要とすることがない。

【００２２】請求項４の発明によれば、光ファイバの出
射側の端部に設けられるファイバコネクタに照射ビーム
成形手段を設けるようにしたことで、この照射ビーム成
形手段を設けるために専用のスペースを確保しなくてす
む。

【００２３】請求項５の発明によれば、照射ビーム成形
手段をファイバコネクタが接続されるレセプタクルに設
けるようにしたことで、この照射ビーム成形手段を設け
るために専用のスペースを確保しなくてすむ。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、この発明の第１の実施の形
態を図１乃至図４を参照して説明する。図３に示すこの
発明のレーザマーキング装置はＱスイッチＹＡＧレーザ
などのレーザ光Ｌをパルス状に出力するレーザ発振器１
１を備えている。このレーザ発振器１１から出力された
レーザ光Ｌは集光レンズ１２で集束され、たとえばグレ
ーデッドインデックス型などの光ファイバ１３の入射端
面へ入射するようになっている。

【００２５】上記光ファイバ１３は、図２に示すように
コア１３ａおよびこのコア１３ａを被覆したクラッド１
３ｂからなり、光ファイバ１３へ入射したレーザ光Ｌは
上記コア１３ａを通ってその出射端面１３ｃから出射す
る。

【００２６】上記光ファイバ１３の出射側の端部には図
１に示すように光ファイバコネクタとしてのコネクタ１
４が取着されている。このコネクタ１４には、レーザ光
Ｌを透過させる材料、たとえば透明なガラスなどの材料
からなる板状部材１５が上記光ファイバ１３の出射端面
１３ｃに対向して保持されている。この板状部材１５は
照射ビーム成形手段を形成している。

【００２７】上記板状部材１５には、図２に示すように
中心部分に上記コア１３ａの出射端面１３ｃから出射す
るレーザ光Ｌのビーム断面の中心部分を通過させる通光
部としてのピンホール１６ａが形成され、このピンホー
ル１６ａ以外の部分はビーム断面における周縁部分を散
乱させる散乱面１６ｂに形成されている。

【００２８】この実施の形態では上記板状部材１５の両
面を散乱面１６ｂに形成したが、散乱面１６ｂは一方の
面だけであってもよく、また板状部材１５がレーザ光Ｌ
を透過しない材料の場合には、コア１３ａの出射端面１
３ｃに対向する一方の板面を散乱面１６ｂに形成すれば
よい。

【００２９】つまり、光ファイバ１３から出射したレー
ザ光Ｌは、上記板状部材１５によって図４（ａ）に鎖線
で示す強度の低い周縁部分Ａが上記散乱面１６ｂで散乱
させられて図２に示すように散乱光Ｓとなり、強度の高
い中心部分Ｂだけがピンホール１６ａを通過することに
なる。

【００３０】上記ピンホール１５を通過したレーザ光Ｌ
は、図３に示すようにコリメートレンズ１７で平行光に
されて走査手段を形成する第１のミラー１８に入射す
る。この第１のミラー１８は第１の駆動部１９によって
所定方向、たとえばＸ方向に所定の角度で揺動駆動され
るようになっている。

【００３１】上記第１のミラー１８から出射したレーザ
光Ｌは第２のミラー２１に入射する。この第２のミラー
２１は第２の駆動部２２によって上記第１のミラーの揺
動方向と交差する方向、たとえばＹ方向に所定の角度で
揺動駆動されるようになっている。

【００３２】上記第２のミラー２１から出射したレーザ
光Ｌは集光レンズであるｆθレンズ２３で集光されて被
加工物２４を照射する。したがって、上記第１のミラー
１８と第２のミラー２１とを揺動駆動することで、上記
レーザ光Ｌを被加工物２４上で任意の方向に走査できる
ようになっている。

【００３３】上記レーザ発振器１１、上記第１の駆動部
１９および第２の駆動部２２は制御装置２５によって制
御されるようになっている。たとえば、被加工物２４の
種類によってレーザ発振器１１から出力されるレーザ光
Ｌの強度を制御したり、被加工物２４に形成するマーク
に応じて予め入力されたデータに基づいて上記第１のミ
ラー１８と第２のミラー２１との揺動角度を制御できる
ようになっている。

【００３４】上記構成のレーザマーキング装置によれ
ば、光ファイバ１３のコア１３ａの出射端面１３ｃから
出射するレーザ光Ｌは、コネクタ１４に保持された板状
部材１５に入射する。この板状部材１５には、レーザ光
Ｌのビーム断面の強度が高い中心部分Ｂだけを通過させ
るピンホール１６ａと、強度が低い周縁部分Ａを散乱さ
せる散乱面１６ｂとが形成されている。

【００３５】そのため、上記板状部材１５を通過したレ
ーザ光Ｌは、強度が低い周縁部分Ａが散乱されること
で、強度が高い中心部分Ｂだけとなる。そして、コリメ
ートレンズ１７、第１のミラー１８および第２のミラー
２１を経てｆθレンズ２３で集光され、被加工物２４を
照射するレーザ光Ｌの強度分布は、図４（ａ）に示すよ
うに周縁部分Ａの強度の低い部分がなく、中心部分Ｂの
強度が高い部分だけとなる。

【００３６】つまり、ｆθレンズ２３によって集光され
て被加工物２４を照射するレーザ光Ｌはマーキングに有
効に作用する強度の高い中心部分Ｂだけとなるから、強
度の低い周縁部分Ａが裾をひいたように分布するという
ことがなくなる。そのため、図４（ｂ）に示すように複
数のマークＭを狭い間隔でマーキングしても、強度の低
い周縁部分Ａで照射加熱された箇所を、強度の高い中心
部分Ｂで照射加熱して炭化や酸化をさせるということを
なくすことができる。

【００３７】この実施の形態では、図４（ａ）に示すよ
うに板状部材１５に形成されるピンホール１６ａの径、
つまりピンホール１６ａを通過するレーザ光Ｌの径Ｄ
を、マーキングに有効に作用するレーザ光Ｌの強度の高
い部分Ｂの径ｄよりも大きくしているが、ピンホール１
６ａの径をマークＭの幅寸法Ｗに近づけることで、マー
キング間隔をさらに狭くすることができる。

【００３８】また、板状部材１５をレーザ光Ｌが透過す
る材料で形成し、強度が高い部分Ｂはピンホール１６ａ
を通過させ、レーザ光Ｌの強度が低い部分Ａは散乱面１
６ｂで散乱させるようにした。そのため、板状部材１５
がレーザ光Ｌの熱を吸収することがほとんどないから、
その板状部材Ｌが早期に熱損するのを防止することもで
きる。

【００３９】さらに、板状部材１５をコネクタ１４に設
けるようにしたことで、板状部材１５を設けるために専
用のスペースや取付け用の部品などを確保しなくてす
む。そのため、板状部材１５を設けることで、装置の大
型化や部品点数の増大などを招くのを防止できる。

【００４０】図５はこの発明の第２の実施の形態を示す
板状部材１５Ａの変形例で、この板状部材１５Ａはレー
ザ光Ｌを透過する材料、たとえばガラスなどによって形
成されていて、光ファイバ１３から出射するレーザ光Ｌ
の強度の高い中心部分Ｂ以外の、強度の低い周縁部分Ａ
に対応する部分を散乱面１６ｂに形成した。なお、散乱
面１６ｂは板状部材１５Ａの一方の面、この場合にはレ
ーザ光Ｌが出射側の面にだけ形成されている。

【００４１】このような板状部材１５Ａによれば、第１
の実施の形態の板状部材１５のように、ピンホール１６
ａを形成しなくてすむから、その製作の容易化を図るこ
とができるばかりか、第１の実施の形態と同様、板状部
材１５Ａがレーザ光Ｌの熱によって早期に損傷するのを
防止できる。

【００４２】この実施の形態において、板状部材１５Ａ
の両面を散乱面１６ｂに形成してもよいことは勿論であ
る。図６はこの発明の第３の実施の形態を示す。この実
施の形態は第１の実施の形態あるいは第２の実施の形態
に示された板状部材１５、１５Ａを、コネクタ１４に代
わり、このコネクタ１４が接続される筒状部材としての
レセプタクル３１に設けるようにした。

【００４３】つまり、上記レセプタクル３１は、コリメ
ートレンズ１７、反射ミラー１８、２１、ｆθレンズ２
３などの光学部品が収容された筐体３２に設けられ、こ
のレセプタクル３１の接続孔３１ａに光ファイバ１３の
コネクタ１４を接続することで、光ファイバ１３から出
射したレーザ光Ｌをコリメートレンズ１７に入射させる
ことができるようになっている。

【００４４】そこで、上記レセプタクル３１の接続孔３
１ａに上記コネクタ１４を接続したときに、光ファイバ
１３の出射端に対向するよう、上記レセプタクル３１
に、板状部材１５または１５Ａを設けるようにした。

【００４５】レセプタクル３１に、板状部材１５または
１５Ａを設けるようにすれば、コネクタ１４に設けた場
合と同様、板状部材１５または１５Ａを設けるために専
用のスペースを確保したり、取付け用の部品を用いるな
どのことが不要となるばかりか、コネクタ１４に設けた
場合のように、コネクタ１４を取り外したときに外部に
露出するということがないから、コネクタ１４を着脱す
る際に板状部材１５または１５Ａを損傷させることもな
い。

【００４６】図７はこの発明の第４の実施の形態で、こ
の実施の形態は光ファイバ１３のコア１３ａの出射端面
１３ｃの中心部分を平滑面４１とし、周辺部分をエッチ
ング加工などで凹凸状の散乱面４２に形成するようにし
た。

【００４７】このような構成によれば、上記コア１３ａ
の平滑面４１から出射するレーザ光Ｌ、つまり強度の高
い部分はコリメートレンズ１７に入射するが、強度の低
い周辺部分は散乱面４２から出射することで周囲に散乱
してコリメートレンズ１７に入射しない。そのため、こ
の実施の形態によれば、上記各実施の形態に示された板
状部材１５または１５Ａを用いた場合と同様に、被加工
物２４を炭化させることなく、マーキングすることがで
きる。

【００４８】この発明は上記各実施の形態に限定され
ず、種々変形可能である。たとえば、板状部材をピンホ
ールを有するとともにレーザ光を反射する材料で形成
し、レーザ光の強度の高い中心部分は上記ピンホールを
通過させ、強度の低い周縁部分を反射せることで、その
周縁部分が被加工物を照射しないようにしてもよい。

【００４９】また、本発明の第１の実施の形態と第２の
実施の形態とを組み合わせて第２の実施の形態と同じく
光ファイバの出射端に平滑面および散乱面を形成し、そ
して第１の実施の形態と同じく板状部材にピンホールや
散乱面を形成してもよい。

【００５０】

【発明の効果】以上述べたようにこの発明は、光ファイ
バから出射したレーザ光のビーム断面のうち、強度の高
い中心部分だけで被加工物を照射し、強度の低い周辺部
分が被加工物を照射することがないようにした。

【００５１】そのため、被加工物にマーキングする際、
マークの間隔を狭くしても、被加工物のレーザ光の強度
の低い部分で照射された個所が強度の高い部分で照射さ
れるということがないから、被加工物のマーキング個所
が炭化等をするのを防止できるばかりか、被加工物にマ
ーキングするマークの間隔を狭くすることができるなど
の利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１の実施の形態を示すコネクタの
一部の断面を表した側面図。

【図２】同じく光ファイバの出射側の端部の拡大断面
図。

【図３】同じくレーザマーキング装置の概略的構成図。

【図４】（ａ）は同じく被加工物を照射するレーザ光の
強度分布の説明図、（ｂ）は同じく被加工物にマーキン
グされるマークの説明図。

【図５】この発明の第２の実施の形態を示す板状部材の
側面図。

【図６】この発明の第３の実施の形態を示すレセプタク
ルの断面図。

【図７】この発明の第４の実施の形態を示す光ファイバ
の出射端面の拡大断面図。

【図８】（ａ）は従来の被加工物をマーキングするレー
ザ光の強度分布図、（ｂ）は同じくそのレーザ光で複数
の直線を所定の間隔でマーキングした場合の説明図。

【符号の説明】

１１…レーザ発振器 １３…光ファイバ １４…コネクタ １５、１５Ａ…板状部材（ビーム成形手段） １６ａ…ピンホール（通光部） １６ｂ…散乱面（散乱部） １８…第１の反射ミラー（走査手段） ２１…第２の反射ミラー（走査手段） ２３…ｆθレンズ（集光手段） ３１…レセプタクル ４１…平滑面 ４２…散乱面

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石田 修一 神奈川県海老名市東柏ヶ谷５−14−１ 東 芝メカトロニクス株式会社内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被加工物上でレーザ光を走査し、この被
   加工物にマーキングを行うレーザマーキング装置におい
   て、 レーザ発振器と、 このレーザ発振器から出力されたレーザ光が導入される
   光ファイバと、 この光ファイバから出射されるレーザ光を上記被加工物
   上で走査させる走査手段と、 この走査手段によって走査されるレーザ光を集光する集
   光手段と、 上記光ファイバの出射側に設けられ光ファイバから出射
   されるレーザ光のビーム断面における周縁部分が上記被
   加工物を照射するのを阻止し、中心部分を上記被加工物
   に照射させる照射ビーム成形手段とを具備したことを特
   徴とするレーザマーキング装置。
2. 【請求項２】 上記照射ビーム成形手段は、中心部分が
   レーザ光を通過させる通光部に形成され、周縁部分がレ
   ーザ光を散乱させる散乱部に形成された板状部材からな
   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。
3. 【請求項３】 上記光ファイバの出射端面は、この端面
   における上記光ファイバの中心部分を除く周縁部分がレ
   ーザ光を散乱させる散乱面に形成されてなることを特徴
   とする請求項１または請求項２記載のレーザマーキング
   装置。
4. 【請求項４】 上記光ファイバの出射側の端部は光ファ
   イバコネクタに接続され、この光ファイバコネクタには
   上記光ファイバの出射端面に対向して上記照射ビーム成
   形手段が設けられていることを特徴とする請求項１乃至
   請求項３のいずれかに記載のレーザマーキング装置。
5. 【請求項５】 上記光ファイバの出射側の端部は光ファ
   イバコネクタに接続され、このファイバコネクタは筒状
   部材に着脱自在に接続されるとともに、上記筒状部材に
   は、上記光ファイバコネクタを接続したときに上記光フ
   ァイバの出射端面に対向する部位に上記照射ビーム成形
   手段が設けられていることを特徴とする請求項１乃至請
   求項３のいずれかに記載のレーザマーキング装置。