JP3113804B2 - レーザ加工装置、レーザ加工方法、およびダムバー加工方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、所望の加工位置を
高速で加工することができるパルスレーザ加工装置及び
パルスレーザ加工方法、さらにＩＣパッケージのダムバ
ーを切断するダムバー加工方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】パルス状のレーザ光（以下、パルスレー
ザ光という）を利用した加工としては、切断、穴あけ、
溶接等の加工方法が機械、電子、半導体装置などの多方
面の分野の製造過程で利用されている。従来のレーザ加
工装置の構成を図８及び図９を参照しながら説明する。

【０００３】従来のパルスレーザ加工装置は、図８にそ
の一例を示すように、レーザヘッド３１、加工光学系３
２、レーザ電源３３、被加工物であるワーク４０を搭載
し水平面内（ＸＹ平面内）に移動可能なＸＹテーブル４
１、レーザヘッド３１及び加工光学系３２を上下方向
（Ｚ軸方向）に移動させるＺテーブル４２、ＸＹテーブ
ル４１の水平面内の移動動作とＺテーブル４２の上下方
向の移動動作とパルスレーザ光の発振動作を自動または
手動で制御するメインコントローラ４３を備える。な
お、レーザヘッド３１およびレーザ電源３３はレーザ発
振器３０を構成する。

【０００４】また、レーザ電源３３は、図示しないレー
ザコントローラ、安定化電源、コンデンサ部及びスイッ
チ部等から構成される。レーザコントローラから指令さ
れた電圧値に従って、供給された交流電源が安定化電源
により直流に変えられ、コンデンサ部に供給され、コン
デンサ部に蓄積された電荷がスイッチ部を介してスイッ
チ部の所定の開閉タイミングに基づきレーザヘッド部の
図示しない励起ランプに放電される。前記スイッチ部の
開閉はレーザコントローラからパルス幅及びパルス周波
数を指令するトリガ信号に従って行われる。以上のよう
にして、レーザヘッド３１よりパルスレーザ光が射出さ
れる。

【０００５】また、レーザヘッド３１には図示しないビ
ームシャッタが内蔵されており、このビームシャッタが
開閉することによって、ワーク４０へのパルスレーザ光
の照射を制御する。すなわちワーク４０を加工する場合
には上記ビームシャッタを開き、加工しない場合には上
記ビームシャッタを閉じる。このビームシャッタの開閉
動作時間は１００〜３００ｍｓｅｃ程度であり、その制
御は前述のレーザコントローラから行うが、前記メイン
コントローラ４３からレーザコントローラを介して行う
ことも可能である。

【０００６】上記のようなパルスレーザ加工装置を用い
て、例えばＩＣパッケージのダムバーの除去を行う場合
を説明する。図９（ａ）はＩＣパッケージの平面図、図
９（ｂ）は図９（ａ）のＢ部の拡大図である。図９
（ｂ）に示すように、ダムバー２は、ＩＣに使用される
リードフレームのピン（以下、リードともいう）を連結
しており、ＩＣのモールド時にレジンをせき止める役割
と、リードフレームのピンを補強する役割を持ち、製造
過程の最後に除去される部分である。前記ダムバー２を
パルスレーザ光で除去する加工手順を、図９（ｂ）のＫ
点の除去（切断）が終了し、続いてＬ点の加工（除去）
を行う場合を例にとって説明すると、以下のようにな
る。

【０００７】（１）ＸＹテーブル４１により、ワーク４
０上へのパルスレーザ光の照射位置を図９（ｂ）中Ｋ点
からＬ点の方向（Ｘ軸の方向）に移動させる。 （２）Ｌ点で位置決めし、ＸＹテーブル４１を停止す
る。 （３）ビームシャッタを開く。 （４）パルスレーザ光を照射してＬ点のダムバーを除去
する。 （５）ビームシャッタを閉じる。 以上（１）から（５）の加工手順を繰り返すことによ
り、図９（ａ）に示すＩＣパッケージの４辺にあるダム
バー２を順次除去していく。このとき、ＸＹテーブルの
移動及び停止、ビームシャッタの開閉は、メインコント
ローラ４３に予め入力したプログラムに従って実行され
る。また、この間、パルスレーザ光は常時パルス状に発
振するか、またはビームシャッタの開いたのと同期して
発振し、これらの制御は前述のレーザコントローラで行
われる。

【０００８】なお、上記のようなダムバーの除去に用い
て好適なレーザ加工装置またはレーザ加工方法に関する
従来技術としては、例えば特開昭５６−９０９０号公報
や特開平４−４１０９２号公報に記載されたものがあ
る。前者の特開昭５６−９０９０号公報に記載の方法
は、加工速度（ＸＹテーブルの移動速度）の変化にレー
ザ光の発振を対応させ均一にレーザ光を照射させるもの
であり、後者の特開平４−４１０９２号公報に記載の装
置は、予め記憶しておいた複数の加工位置情報とＸＹテ
ーブルの移動量との比較結果に応じてレーザ光のＯＮ／
ＯＦＦや照射タイミングを制御するものである。

【０００９】さらに、加工位置が等間隔である場合のみ
ならず等間隔でない場合にも所望の加工位置を高速で加
工することができるレーザ加工装置およびレーザ加工方
法として、特開平６−８１８７６号公報に記載のものが
ある。この従来技術では、加工位置近傍における被加工
物の有無を検出して対応する検出信号を発生する検出手
段と、その検出信号に基づいて矩形波信号を発生する矩
形波信号発生手段と、その矩形波信号に基づいたタイミ
ングでパルスレーザ光が照射されるようパルスレーザ光
の発振を制御する制御手段とを備えたレーザ加工装置が
開示されている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】上記ＩＣパッケージの
ダムバーの寸法は幅０．１〜０．３ｍｍ程度、厚さ０．
１５ｍｍ程度であるので、ダムバーを除去する場合には
レーザ光の１パルスで十分除去可能である。従って、実
際の加工に要する時間はパルスレーザ光のパルス幅の時
間に相当し、０．１〜１ｍｓｅｃ程度である。ところ
が、前述の（１）〜（５）の加工手順においてはビーム
シャッタの開閉動作時間である２００〜６００ｍｓｅｃ
とテーブルの移動時間とにより、一つのダムバーを除去
するために１ｓｅｃ程度の時間を費やし、ダムバーの切
断個数やＩＣパッケージの製造個数を考慮すると加工時
間がかかり過ぎることになる。

【００１１】また、一般的にピン（リード）のピッチは
等ピッチであることが多いが、リードフレームの製造誤
差や、レジンでモールドする時の温度履歴による歪み
や、ハンドリングによる外力などで変形し、ダムバーの
除去時には必ずしも等ピッチになっていない場合があ
る。前述の（１）〜（５）で説明したダムバー除去方法
では、ダムバーを除去する箇所をプログラムとして予め
メインコントローラに登録しておくが、この方法では上
記ピンが等ピッチになっていないことには対応できず、
さらに製造誤差や変形が累積して誤差が増大するような
最悪の場合には、残しておくべきリードフレームの部分
にダメージを与える可能性もある。

【００１２】また、特開昭５６−９０９０号公報に記載
された従来技術をダムバーの除去に応用する場合、均一
にレーザ光を照射させるため、ピンが等ピッチでなく不
規則な配列になってしまった時には対応できず、上記と
同様の問題が生じる。さらに、特開平４−４１０９２号
公報に記載された従来技術を応用する場合、予め記憶
（想定）した所定の形状に従う制御しかできないため、
やはりピンが不規則な配列になってしまった時には対応
できず、同様の問題が生じる。

【００１３】これに対し、特開平６−８１８７６号公報
に記載の従来技術によれば、加工位置が等間隔である場
合のみならず等間隔でない場合にも所望の加工位置を高
速で加工することができるため、ピンが等ピッチでなく
不規則な配列になった場合でもダムバーの除去にある程
度対応できる。しかしながら、レーザ加工時には溶融飛
散物（スパッタ）がリード表面に付着するため、特開平
６−８１８７６号公報に記載の従来技術をダムバーの除
去に応用する場合、リード表面に付着した溶融飛散物に
よって検出光の反射光が散乱され、リード部からの反射
光量が減少し、あたかもリードのエッジ部を通過した、
即ちリードの存在しないスリット部に突入したと誤認し
て加工用のパルスレーザ光の誤照射をしてしまう可能性
がある。

【００１４】つまり、検出光の反射光に対応する検出信
号に基づいて矩形波信号発生手段で矩形波信号を発生す
る時に、リード表面に付着した溶融飛散物に起因する検
出信号の変化、即ち検出信号のレベルの低下が矩形波信
号発生のためのしきい値よりも大きい場合は問題ない
が、それが所定のしきい値より小さくなる場合には、出
力される矩形波信号はリードのエッジ部だけでなくリー
ド表面に飛散した溶融飛散物にも同期して発生してしま
う（誤検出してしまう）ため、この誤検出した矩形波信
号によってもパルスレーザ光が発振（誤発振）されてし
まう。従って、所定のレーザ加工位置以外の誤った位置
にも誤照射が行われレーザ加工が施されてしまうという
不具合が生じる。

【００１５】本発明の目的は、加工位置が等間隔である
場合のみならず等間隔でない場合にも被加工物が存在す
る所望の加工位置を高速で加工することができると共
に、レーザ加工に伴って生じる溶融飛散物に基づいて不
必要にレーザ加工が施されることがないレーザ加工装置
及びレーザ加工方法を提供することである。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明によれば、トリガ信号に基づいて、パルス状
のレーザ光を発振するレーザ発振器と、前記レーザ光を
被加工物の加工位置まで誘導する加工光学系と、前記被
加工物を移動させその加工位置を決定する搬送手段とを
備えるレーザ加工装置において、前記加工位置近傍にお
ける被加工物の有無を検出するための検出光を発生する
検出光源と、前記加工位置近傍からの前記検出光の反射
光を検出しその反射光に対応する検出信号を発生する検
出手段と、パルス状のレーザ光を発振させるためのトリ
ガ信号の発生から所定期間のゲート幅を有するゲート信
号を発生するゲート信号発生器と、前記検出手段から発
生された検出信号が入力され、前記ゲート信号発生器か
ら発生されたゲート信号のゲート幅内以外の期間に発生
された検出信号のみを出力するゲート回路と、前記ゲー
ト回路から出力された検出信号に基づき、前記被加工物
の所定の加工位置に前記レーザ光が照射されるように前
記トリガ信号を出力し、前記レーザ光の発振を制御する
制御手段と、を備え、前記検出信号のうちレーザ加工時
に前記加工位置近傍に付着した溶融飛散物に起因して発
生する検出信号を削除し、前記加工位置近傍における被
加工物の有無に基づく検出信号のみを取り出し、取り出
した検出信号に基づいてレーザ光の発振を制御してレー
ザ加工を行う。

【００１７】上記のように構成した本発明においては、
検出光源から加工位置近傍における被加工物の有無を検
出するための検出光を発生しておき、検出手段で被加工
物からの光を検出しその光に対応する検出信号を発生す
る。この時、検出手段から発生する検出信号において
は、被加工物の有無に応じた変化に加え、レーザ加工時
に加工部から飛散し加工位置近傍に付着した溶融飛散物
（スパッタ）に起因する変化も存在することになる。そ
こで、ゲート信号発生回路及びゲート回路によって、上
記検出信号のうちレーザ加工時に加工位置近傍に付着し
た溶融飛散物に起因する検出信号を除き、加工位置近傍
における被加工物の有無に基づく検出信号のみを取り出
して制御手段に入力することにより、制御手段で上記被
加工物の有無に基づく検出信号のみに基づいてレーザ光
の発振が制御され、被加工物の表面の情報に応じて所望
の加工位置に確実にレーザ光が照射されて加工が行われ
る。これにより、溶融飛散物に起因する検出信号の変化
に基づいてレーザ光が発振されることがなく、所定の加
工位置以外の誤った位置にレーザ光が不必要に照射され
ることがない。また、被加工物の有無の情報を検出した
位置より一定の距離だけ離れた位置にレーザ光が照射さ
れるため、加工位置が等間隔である場合のみならず等間
隔でない場合にでも、被加工物の有無の情報に応じて切
断すべき所望の位置が確実かつ高速に加工される。

【００１８】また、前述の目的を達成するため、本発明
によれば、被加工物を移動させて加工位置を決定し、ト
リガ信号に基づいて、レーザ発振器よりパルス状のレー
ザ光を前記加工位置に照射して前記被加工物を加工する
レーザ加工方法において、前記加工位置近傍における被
加工物の有無を検出するための検出光を前記加工位置近
傍に照射して、その反射光を検出し、検出した反射光に
対応する検出信号のうち、前記トリガ信号の発生から所
定期間のゲート幅を有するゲート信号の、このゲート幅
内以外の期間に発生された検出信号のみに基づき、前記
被加工物の所定の加工位置に前記レーザ光が照射される
ように前記トリガ信号を出力して、前記レーザ光の発振
を制御し、前記反射光に対応する検出信号のうちレーザ
加工時に前記加工位置近傍に付着した溶融飛散物に起因
して発生する反射光に対応する検出信号を削除し、前記
加工位置近傍における被加工物の有無に基づく検出信号
のみに基づいてレーザ光の発振を制御してレーザ加工を
行う。

【００１９】さらに、前述の目的を達成するため、本発
明によれば、リードフレームに半導体チップを搭載し樹
脂モールドで一体に封止したＩＣパッケージにおけるダ
ムバーを、トリガ信号に基づいて、パルス状のレーザ光
照射により切断するダムバー加工方法において、検出光
を前記ダムバー近傍に照射し、その反射光を検出し、検
出した反射光に対応する検出信号のうち、前記トリガ信
号の発生から所定期間のゲート幅を有するゲート信号
の、このゲート幅内以外の期間に発生された検出信号の
みに基づき、前記ダムバーの所定の加工位置に前記レー
ザ光が照射されるように前記トリガ信号を出力して、前
記レーザ光の発振を制御し、前記反射光に対応する検出
信号のうちレーザ加工時に前記加工位置近傍に付着した
溶融飛散物に起因して発生する反射光に対応する検出信
号を削除し、前記加工位置近傍における被加工物の有無
に基づく検出信号のみに基づいてレーザ光の発振を制御
してレーザ加工を行う。

【００２０】

【発明の実施の形態】本発明によるレーザ加工装置及び
レーザ加工方法の一実施形態について、図１〜図７によ
り説明する。但し、以下では、おもに等間隔のピンを有
するＩＣパッケージのダムバーの除去について説明す
る。

【００２１】図１に示すように、本実施形態のレーザ加
工装置には、レーザヘッド１１とレーザ電源１３とから
構成されるレーザ発振器１０、加工ヘッド１２、被加工
物であるワーク（ＩＣパッケージ）１を搭載し水平面内
（ＸＹ平面内）に移動させる搬送手段としてのＸＹテー
ブル２１、レーザヘッド１１及び加工ヘッド１２を上下
方向（Ｚ軸方向）に移動させるＺテーブル２２、メイン
コントローラ２３とトリガユニット２４を有するコント
ロールユニット２５が備えられている。メインコントロ
ーラ２３は、ＸＹテーブル２１の水平面内の移動動作と
Ｚテーブル２２の上下方向の移動動作とレーザ発振器１
０の発振動作を自動的に制御する。

【００２２】レーザ電源１３は、安定化電源部１３０、
コンデンサ部１３１、スイッチ部１３２、及びレーザコ
ントローラ２６を有する。このレーザ電源１３では、ま
ず、交流電源１３３より供給された交流電流が安定化電
源部１３０に供給され、レーザコントローラ２６から指
令された電圧値に従って直流に変えられ、コンデンサ部
１３１に供給される。コンデンサ部１３１に上記電圧値
で供給された電荷は、レーザコントローラ２６からのト
リガ信号ＴＰ₂（後述する）による所定のパルス幅に従
うスイッチ部１３２の開閉動作により、レーザヘッド１
１に備えられた励起ランプ１１０に供給される。このパ
ルス状の電荷により上記励起ランプ１１０が発光し、こ
れによりレーザ媒体が励起されパルスレーザ光が射出さ
れる。

【００２３】図１に示すレーザヘッド１１にはビームシ
ャッタ１１１が内蔵されている。このビームシャッタ１
１１は、開閉することによってレーザ発振器１０より放
出されるパルスレーザ光をＯＮ／ＯＦＦし、ワーク１へ
のレーザ光の照射を制御する。即ちワーク１を加工する
場合にはビームシャッタ１１１を開き、加工しない場合
にはビームシャッタ１１１を閉じる。このビームシャッ
タ１１１の開閉動作時間は１００〜３００ｍｓｅｃ程度
である。またビームシャッタ１１１の開閉動作の制御
は、レーザコントローラ２６から行うが、メインコント
ローラ２３からレーザコントローラ２６を介して行うこ
とも可能である。

【００２４】また、図２に示すように、加工ヘッド１２
内部には、レーザ光の波長に対し高い反射率特性を持つ
ダイクロミラー１２０、集光レンズ１２１が備えられて
おり、これらの構成は従来のレーザ加工装置の構成と同
様である。本実施形態では上記構成に検出光としてのレ
ーザ光を発生する検出光源１２２、コリメータレンズ１
２３、ハーフミラー１２４、回転式ウェッジ基板装置３
００、結像レンズ１２５、光検出器１２６から構成され
る検出光学系学系１２７が追加されている。上記検出光
源１２２としてはレーザダイオード（半導体レーザ）等
のレーザ光源が用いられており、この検出光学系１２７
は基本的にはＣＤプレーヤのディスク信号を読みとる光
ピックアップ部の光学系の構成に類似している。勿論、
検出光として使用されるレーザ光は、レーザ加工を行う
ためのレーザ光とは異なるものであることはいうまでも
ない。

【００２５】回転式ウェッジ基板装置３００は、一枚の
ウェッジ基板３０１、ウェッジ基板３０１を支持する枠
体３０２、枠体３０２の外周に取り付けられたピニオン
３０３、ピニオン３０３に噛み合うピニオン３０４、ピ
ニオン３０４を回転駆動するモータ３０５を備える。枠
体３０２、従ってウェッジ基板３０１は、モータ３０５
の回転がピニオン３０４及びピニオン３０３を介して伝
達されることにより、検出用レーザ光２００の元の光軸
に平行なウェッジ基板３０１の軸Ｒのまわりに回転し、
任意の回転角を設定することができる。また、ウェッジ
基板３０１に入射した検出用レーザ光２００は、その元
の光軸に対して一定の角度φ₁だけ傾斜して進む。この
角度φ₁は、ウェッジ基板３０１の斜面の傾斜角度θ₁に
依存する。

【００２６】また、図３に示すように、トリガユニット
２４には、コンパレータ２４１、トリガ信号発生回路２
４２、ゲート回路２４５、ディレイ回路２４３、ゲート
信号発生器２４４が備えられている。このトリガユニッ
ト２４においては、光検出器１２６からの検出信号がコ
ンパレータ２４１においてあるしきい値Ｖ_THで二値化さ
れて矩形波信号ＴＰが生成され、トリガ信号発生回路２
４２においてこの矩形波信号ＴＰの立ち上がりに同期し
たトリガ信号ＴＰ₀，ＴＰ₀ ^*（後述する）が出力され、
このトリガ信号ＴＰ₀，ＴＰ₀ ^*がゲート回路２４５に入
力される。一方、ゲート信号発生器２４４は、レーザコ
ントローラ２６のトリガ回路２６２からのトリガ信号Ｔ
Ｐ₂（後述する）を入力し、このトリガ信号ＴＰ₂の立ち
上がりに同期したゲート信号ＧＰを所定のゲート幅Ｗ_G
でゲート回路２４５に出力する。ゲート回路２４５から
は、ゲート信号発生器２４４からのゲート信号ＧＰがＯ
ＦＦ（ＬＯＷ）の場合にはトリガ信号発生回路２４２か
ら入力されるトリガ信号の立ち上がりに同期したトリガ
信号ＴＰ_Gpが出力され、ＧＰがＯＮ（ＨＩＧＨ）の場合
にはトリガ信号発生回路２４２からトリガ信号が入力さ
れても信号は出力されない。さらにトリガ信号ＴＰ
_Gは、ディレイ回路２４３に入力され、ここでメインコ
ントローラ２３から指令された遅延時間Ｔ_Dが与えられ
ＴＰ₁としてレーザコントローラ２６に出力される。な
お、ゲート信号発生器２４４およびゲート回路２４５は
誤検出防止手段を構成する。

【００２７】また、図４に示すように、レーザコントロ
ーラ２６には、入出力部２６０、中央演算部２６１、ト
リガ回路２６２が備えられている。トリガ回路２６２
は、トリガユニット２４からのトリガ信号ＴＰ₁の立ち
上がりに同期してメインコントローラ２３から中央演算
部２６１に指示されたパルス幅のトリガ信号ＴＰ₂を生
成し、このトリガ信号ＴＰ₂がスイッチ部１３２に入力
される。また、コンデンサ部１３１に供給される電荷の
電圧値は、入出力部２６０より中央演算部２６１に入力
され、中央演算部２６１から安定化電源部１３０に指示
される。これ以後は、前述したような過程に従ってレー
ザ光が発振する。一方、トリガ回路２６２からのトリガ
信号ＴＰ₂はトリガユニット２４のゲート信号発生器２
４４にも入力される（図３参照）。

【００２８】図２に戻り、加工ヘッド１２及び検出光学
系１２７の機能を説明する。まずレーザヘッド１１から
発振したパルスレーザ光１００は、ダイクロミラー１２
０で方向が変えられ、集光レンズ１２１で集光されてワ
ーク１上に照射される。また、検出光源１２２から射出
された検出光２００は、コリメータレンズ１２３で平行
光にされ、ハーフミラー１２４、ウェッジ基板３０１及
びダイクロミラー１２０を通り、集光レンズ１２１によ
りワーク１上に微少なスポットで結像する。

【００２９】ここで、ウェッジ基板３０１の斜面の傾斜
角度がθ₁で一定であるので、ウェッジ基板３０１から
出射する検出用レーザ光２００は元の光軸Ｒに対して一
定の角度φ₁だけ傾斜して進み、パルスレーザ光１００
の照射位置から一定の距離ｒ₀離れた位置に達する。こ
のｒ₀とθ₁との関係は、集光レンズ１２１の焦点距離を
Ｆ、ウェッジ基板３０１の検出用レーザ光２００に対す
る屈折率をｎとすると、 ｒ₀＝Ｆ・（ｎ−１）・θ₁ … （１） と表される。また、ウェッジ基板３０１をその軸Ｒの廻
りに回転させることにより、上記検出用レーザ光２００
はパルスレーザ光１００の集光位置（スポット位置）を
中心とした半径ｒ₀の円周上の任意の位置に結像させる
ことができる。パルスレーザ光１００の集光位置を基準
とした検出用レーザ光２００の集光位置をベクトル［δ
ｒ］で表すと、 ［δｒ］＝（δｒ_X，δｒ_Y）＝（ｒ₀cosω，ｒ₀sinω） … （２） と表される。但し、ωはウェッジ基板３０１の軸Ｒ廻り
の回転角である。

【００３０】ワーク１表面で反射した検出光２００は、
集光レンズ１２１、ダイクロミラー１２０、ウェッジ基
板３０１、ハーフミラー１２４を通り、結像レンズ１２
５によって光検出器１２６に集められ、ワーク１表面の
情報が電気信号として検出される。本実施形態において
は、検出光源１２２としてレーザ光源を用いるため、そ
のレーザ光をコリメータレンズ１２３及び集光レンズ１
２１により極めて小さく絞ることができ、ワーク１表面
の情報（リードの有無等）を検出する際に、信号の立ち
上がり（応答）が速くなり、高い分解能で検出すること
ができる。

【００３１】以上の構成を有するパルスレーザ加工装置
の動作を説明する。図５は、ＩＣパッケージの一つの辺
におけるダムバー２を除去する場合の状況を示す図であ
る。ワーク１（ＩＣパッケージ）をＸＹテーブル２１に
よって、例えば図５のようにＸ軸の正方向に一定速度ｖ
で移動させると、微少スポットに絞られた検出光２００
はワーク１上を軌跡５に沿って移動する。これにより、
光検出器１２６で検出された検出信号の変化はウエブ部
（リード部）４で高い出力となり、スリット部３で低い
出力となる。この時、ワーク１のウエブ部４とスリット
部３が等ピッチで並んでいれば、ＸＹテーブルが一定速
度で移動する際の検出信号は一定周期の波形として検出
される。一方、ワーク１のウエブ部４とスリット部３が
等ピッチで並んでいない場合には、検出信号はピッチの
変化に比例した時間変化を持つ波形として検出される。

【００３２】但し、前述のようにパルスレーザ光１００
の集光位置を基準とした検出用レーザ光２００の集光位
置は、Ｘ軸方向にδｒ_X＝ｒ₀cosω、Ｙ軸方向にδｒ_Y＝
ｒ₀sinωだけずれるが、Ｘ軸の正方向に移動させる際に
は、 ２７０°＜ω＜０° … （３） とし、検出光２００の集光位置がパルスレーザ１００の
集光位置に対し移動方向（Ｘ軸正方向）にδｒ_X＝ｒ₀co
sωだけ先行するようにしておく。このようにすると、
検出光２００の集光位置がパルスレーザ１００の集光位
置に対して先行していない場合（δｒ_X＝０）に対し
て、Ｔ_AD＝δｒ_X／ｖの時間だけ先行した波形となる
（図５のδｒ_X≠０の場合）。

【００３３】また、ωが上記（３）式を満たす場合、検
出光２００の集光位置はパルスレーザ１００の集光位置
に対して図５のようにＹ軸負方向へずれ、そのずれ量で
あるδｒ_Y＝ｒ₀sinωは、ダムバー中心線よりリード長
手方向への検出用レーザ光２００の集光位置（検出位
置）のシフト量となる。但し、検出光２００の集光位置
がウエブ部４の平行部分に交差して走査するようにδｒ
_Yを設定しておく。なお、本実施形態では、回転式ウェ
ッジ基板装置３００を用いたが、それ以外の手段、例え
ば、ハーフミラー１２４の角度を変更可能とする等の手
段によって検出光２００の集光位置をパルスレーザ１０
０の集光位置に対してずらせてもよい。

【００３４】また、本実施形態では後述するようにダム
バー２の中央部にパルスレーザ光１００が照射されてダ
ムバーが除去されるが、このようにレーザ光をワークに
照射して加工を行う場合、加工位置からは溶融飛散物
（以下、スパッタという）９が生じる。このスパッタ９
がウエブ部４に付着した場合、検出光２００はこのスパ
ッタ９に散乱され、光検出器１２６で検出される検出信
号の波形に影響を及ぼし、スパッタ９に対応する部分が
図５の矢印９ａで示すように低い出力となる。

【００３５】光検出器１２６からの検出信号はトリガユ
ニット２４に入力され、図６のタイムチャートに示すよ
うな処理で二値化される。但し、図６の横軸は時間を示
し、さらに図６では、ワーク１を一定速度ｖで動かした
時のウエブ部４とスリット部３を時間変化として模式的
に付記しているが、ウエブ部４とスリット部３を表す図
はパルスレーザ１００の集光位置を基準にしているた
め、検出光２００の集光位置の波形がパルスレーザ１０
０の集光位置に対する先行分だけずれている。

【００３６】光検出器１２６からトリガユニット２４に
入力された検出信号は、コンパレータ２４１において図
中破線で示す所定のしきい値電圧Ｖ_THをもとに二値化さ
れて矩形波信号ＴＰとなり、トリガ信号発生回路２４２
に入力される。この時、上記スパッタ９で散乱された検
出光２００の検出信号のレベル（光の強さ）がしきい値
Ｖ_THより大きい場合には問題ないが、図６のようにＶ_TH
より小さくなる場合には、上記スパッタ９によって出力
レベルの下がった検出信号に対してもコンパレータ２４
１から矩形波信号ＴＰが出力されてしまうことになる。
トリガ信号発生回路２４２では矩形波信号ＴＰの立ち上
がりをもとにトリガ信号ＴＰ₀，ＴＰ₀ ^*を出力する。こ
こでトリガ信号ＴＰ₀はワーク１の形状パターンに伴う
ものであり、ＴＰ₀ ^*はウエブ部４の表面に付着したスパ
ッタ９に伴うものである。本実施形態では、このウエブ
部４の表面に付着したスパッタ９に伴う信号（トリガ信
号ＴＰ₀ ^*）を削除するためにトリガユニット２４にゲー
ト回路２４５及びゲート信号発生器２４４が設けられて
いる。

【００３７】トリガ信号ＴＰ₀，ＴＰ₀ ^*はゲート回路２
４５に入力されるが、ゲート回路２４５は、前述のよう
にゲート信号発生器２４４からのゲート信号ＧＰがＯＦ
Ｆ（ＬＯＷ）の場合にはトリガ信号発生回路２４２から
のトリガ信号の立ち上がりに同期したトリガ信号ＴＰ_G
を出力し、ＧＰがＯＮ（ＨＩＧＨ）の場合にはトリガ信
号発生回路２４２からのトリガ信号が入力されてもその
立ち上がりに同期した信号を出力しない。トリガ信号Ｔ
Ｐ_Gはディレイ回路２４３に入力され、このトリガ信号
ＴＰ_Gにメインコントローラ２３から指令された遅延時
間Ｔ_Dが与えられトリガ信号ＴＰ₁としてレーザコントロ
ーラ２６に入力される。尚、光検出器１２６からの検出
信号をトリガユニット２４に入力する前にアンプで増幅
しておいてもよい。

【００３８】次にレーザコントローラ２６では、トリガ
信号ＴＰ₁がトリガ回路２６２に入力され、このトリガ
回路２６２からは、トリガ信号ＴＰ₁の立ち上がりに同
期したトリガ信号ＴＰ₂が出力される。このトリガ信号
ＴＰ₂のパルス幅は、前述のようにメインコントローラ
２３から中央演算部２６１を介して指示される。さらに
トリガ信号ＴＰ₂はスイッチ部１３２に入力され、トリ
ガ信号ＴＰ₂の立ち上がりに同期してスイッチ部１３２
がＯＮとなり、励起ランプ１１０にコンデンサ部１３１
からの電荷が供給され、さらにトリガ信号ＴＰ₂の立ち
下がりに同期して、スイッチ部１３２がＯＦＦとなり、
励起ランプ１１０への電荷の供給は停止する。以上のよ
うにしてトリガ信号ＴＰ₂に同期したパルスレーザ光が
発振する。なお、図中のトリガ信号ＴＰ₂及びパルスレ
ーザ光は実際にはある幅を持ったパルス波形を有する
が、他の信号に比べて非常にそのパルス幅が短いため
に、図では線状に示してある。

【００３９】さらに、トリガ信号ＴＰ₂はゲート信号発
生器２４４にも入力（フィードバック）され、このトリ
ガ信号ＴＰ₂の立ち上がりに同期したゲート信号ＧＰが
所定のゲート幅Ｗ_Gでゲート回路２４５に出力される。
つまり、ゲート信号ＧＰはレーザ光発振のためのトリガ
信号ＴＰ₂の発生と共に出力されることになる。ゲート
信号ＧＰをこのような条件で発生させ、そのゲート幅Ｗ
_Gを適当な長さに設定することにより、トリガ信号発生
回路２４２からトリガ信号ＴＰ₀が出力されている時に
はゲート信号ＧＰがＯＦＦ（ＬＯＷ）となり、トリガ信
号発生回路２４２からウエブ部４に付着したスパッタ９
に伴うトリガ信号ＴＰ₀ ^*が出力されている時にはゲート
信号ＧＰがＯＮ（ＨＩＧＨ）となる。この結果、ゲート
回路２４５ではトリガ信号ＴＰ₀ ^*が無視され、トリガ信
号ＴＰ₀のみの立ち上がりに同期したトリガ信号ＴＰ_Gが
出力されることになる。ゲート回路２４５における具体
的な処理としては、ゲート信号ＧＰを反転し、その反転
した信号とトリガ信号発生回路２４２からのトリガ信号
とのＡＮＤをとればよい。

【００４０】つまり、ダムバー２の切断時において、Ｘ
Ｙテーブルを加工軌跡に沿って一定速度ｖで移動させる
と、スリット部３及びウエブ部４のピッチとテーブル２
１の移動速度ｖとで決まる周期でレーザ光が発振し、ま
たスパッタ９に伴うトリガ信号ＴＰ₀ ^*は削除され、ダム
バー２の中央でレーザ光の照射が行われ、ダムバー２の
切断が実行される。従って、パルスレーザ光１００の発
振周期程度の短時間でダムバー２を切断することがで
き、確実かつ高速な加工が行える。

【００４１】もし、トリガユニット２４にゲート回路２
４５及びゲート信号発生器２４４が設けられていない場
合には、トリガ信号発生回路２４２から出力されるトリ
ガ信号ＴＰ₁だけでなくスパッタ９に伴うトリガ信号Ｔ
Ｐ₀ ^*も同様に信号処理され、トリガ信号ＴＰ₀に基づく
パルスレーザ光だけでなく、トリガ信号ＴＰ₀ ^*に基づく
パルスレーザ光も発振する。これにより、レーザ光１０
０は、目的とするダムバー２の中央に加え、ダムバー２
以外の位置にも不必要に照射されることになり、所定の
レーザ加工を実現できない。

【００４２】本実施形態では、レーザ光発振のためのト
リガ信号ＴＰ₂をゲート信号発生器２４４にフィードバ
ックしてゲート信号ＧＰを発生させ、ゲート回路２４５
においてこのゲート信号ＧＰに基づきトリガ信号発生回
路２４２からのスパッタ９に伴うトリガ信号ＴＰ₀ ^*が削
除されるので、ウエブ部（リード部）４の有無のパター
ンに伴うトリガ信号ＴＰ₀のみが取り出されてその後の
信号処理が行われ、トリガ信号ＴＰ₀に基づくパルスレ
ーザ光のみが発振する。従って、ウエブ部４の有無に応
じて所望の加工位置に確実にレーザ光が照射されて加工
が行われ、所定の加工位置以外の誤った位置にレーザ光
が不必要に照射されることがない。

【００４３】ここでディレイ回路２４３で与える遅延時
間Ｔ_Dについて説明する。ワーク１の移動速度をｖ、ス
リット部３の幅をＬ_sとすると、検出光２００がウエブ
部４端部を検出してから、パルスレーザ１００のスポッ
ト位置が上記ウエブ部４の前のスリット部３の中央まで
移動する時間Ｔ₁は、 Ｔ₁＝（δｒ_X−Ｌ_s／２）／ｖ … （４） となる。また、矩形波信号ＴＰ₀の立ち上がりから、パ
ルスレーザ光１００がダムバー２に照射されるまでの時
間Ｔ₂は、ディレイ回路２４３で与えられる遅延時間Ｔ_D
を用いて、 Ｔ₂＝Ｔ_D＋δｔ … （５） と表される。但し、δｔはトリガ回路２６２での遅れ、
スイッチ部１３２での遅れ、及びレーザ発振までの遅れ
を総合した遅延時間を表す。

【００４４】レーザ光がダムバー２の中央に照射される
べき条件は、 Ｔ₁＝Ｔ₂ … （６） であるから、式（４）〜（６）より遅延時間Ｔ_Dは、 Ｔ_D＝（δｒ_X−Ｌ_s／２）／ｖ−δｔ … （７） に設定されることになる。なお、遅延時間δt、ワーク
１の移動速度ｖ、スリット部３の幅Ｌ_s、及びベクトル
［δｒ］は予めメインコントローラ２３に入力される。

【００４５】また、上記式（７）より、遅延時間Ｔ_Dが
適正に設定可能であるためには、少なくとも、Ｔ_D＞０
即ち、 δｒ_X＞Ｌ_s／２＋ｖ・δｔ … （８） を満たす必要がある。

【００４６】次に、上記ゲート信号ＧＰのゲート幅Ｗ_G
の長さについて説明する。パルスレーザ光１００はダム
バー２の中央で照射されるが、そのパルスレーザ光１０
０の照射時以前にはスパッタは生じない。従って、ゲー
ト幅Ｗ_Gの最小値は、ダムバー２の中央にパルスレーザ
光１００が照射された時から、検出光２００のスポット
位置が次のウエブ４の終端まで動くまでの時間である。
そこで、Ｌ_uをウエブ部４の幅とすると、ダムバー２の
中央位置から次のウエブ４終端までの距離、即ち、 δＬ₂＝Ｌ_s／２＋Ｌ_u−δｒ_X … （９） の距離を移動する時間がゲート幅Ｗ_Gの最小値となる。

【００４７】一方、ゲート幅Ｗ_Gの最大値は、ダムバー
２の中央にパルスレーザ光１００が照射された時から、
検出光２００のスポット位置がさらにその次のウエブ４
の始まりまで動くまでの時間であり、 δＬ₁＝（３／２）Ｌ_s＋Ｌ_u−δｒ_X … （１０） の距離を移動する時間がゲート幅Ｗ_Gの最大値となる。

【００４８】従って、ゲート幅Ｗ_Gの範囲は、 δＬ₁／ｖ＞Ｗ_G＞δＬ₂／ｖ … （１１） を満たすように設定すればよい。このゲート幅Ｗ_Gも予
めメインコントローラ２３に入力される。

【００４９】上記では、ＩＣパッケージの図５に示す辺
のダムバー２を切断、除去する場合を中心に説明した
が、それに引き続いて、ＩＣパッケージの残り３つの各
辺にあるダムバー２を順次切断、除去する場合につい
て、図７により説明する。図５に示す辺のダムバーの切
断が完了すると、モータ３０５によってウェッジ基板３
０１を軸Ｒを中心に反時計まわりに９０°回転させる。
そして、ＸＹテーブル２１により加工位置をＹ軸の正方
向に一定速度ｖで移動させ、検出光２００の反射光に基
づく（軌跡６に沿った）検出信号をもとにして前述のよ
うにパルスレーザ光１００によるダムバー２の切断、除
去を行う。次に、ウェッジ基板３０１をさらに９０°反
時計まわりに回転させた後に、ＸＹテーブル２１により
加工位置をＸ軸の負方向に一定速度ｖで移動させ、検出
光２００の反射光に基づく（軌跡７に沿った）検出信号
をもとにして前述のようにパルスレーザ光１００による
ダムバー２の切断、除去を行う。次に、ウェッジ基板３
０１をさらに９０°反時計まわりに回転させた後に、Ｘ
Ｙテーブル２１により加工位置をＹ軸の負方向に一定速
度ｖで移動させ、検出光２００の反射光に基づく（軌跡
８に沿った）検出信号をもとにして前述のようにパルス
レーザ光１００によるダムバー２の切断、除去を行う。
以上により、ＩＣパッケージの４つの辺全てにおけるダ
ムバー２の切断、除去が完了する。

【００５０】また、ウエッジ式プリズム３０１の回転制
御を行うモータ３０５の制御はメインコントローラ２３
の指令に基づき、軌跡に応じたＸＹテーブル２１の動き
等に同期して自動的に行われる。但し、図７において
は、検出用レーザ光２００の集光位置のベクトル［δ
ｒ］を、ＩＣパッケージの各辺におけるダムバーの切断
動作に対応させて矢印で示し、そのベクトル［δｒ］先
端の検出用レーザ光２００の集光位置を２００Ａで示し
た。

【００５１】本実施形態の場合、ウェッジ基板３０１の
斜面の傾斜角度θ₁が一定である限り、パルスレーザ光
１００の照射位置に対する検出用レーザ光２００の照射
位置の相対的な距離ｒ₀は変わらず一定であるが、一つ
のＩＣパッケージのダムバーを切断、除去する場合に
は、四つの各辺にあるダムバーの形状はほぼ同様である
と考えられるため、ｒ₀が一定であっても、各辺に対応
してウェッジ基板３０１を９０°ずつ反時計まわりに回
転させるだけで十分対応できる。また、同じ形状の別の
ＩＣパッケージのダムバーを切断、除去する場合には同
じウェッジ基板３０１を用いて同様の方法を用いること
ができる。さらに、ＩＣパッケージの形状が異なる場合
には、それに応じてウェッジ基板を傾斜角度θ₁の異な
る斜面を有するものに変更すればよい。

【００５２】以上のような本実施形態によれば、パルス
レーザ光１００の発振のためのトリガ信号ＴＰ₂をゲー
ト信号発生器２４４にフィードバックしてその立ち上が
りに同期したゲート信号ＧＰを発生させ、ゲート回路２
４５でゲート信号ＧＰに基づいてトリガ信号発生回路２
４２からのスパッタ９に伴うトリガ信号ＴＰ₀ ^*を削除す
るので、ウエブ部４の有無のパターンに伴うトリガ信号
ＴＰ₀のみを取り出すことができ、その後のディレイ回
路２４３及びレーザコントローラ２６における信号処理
により、トリガ信号ＴＰ₀のみに基づいてパルスレーザ
光を発振させることができる。従って、ワーク１の形状
パターンに応じて所定の加工位置（ダムバー２の中央
部）にパルスレーザ光が照射されて加工が行われ、所定
の加工位置以外の誤った位置に不必要にパルスレーザ加
工が施されることがない。

【００５３】また、スリット部３及びウエブ部４のピッ
チとＸＹテーブル２１の移動速度ｖとで決まるパルスレ
ーザ光の発振周期程度の短時間でダムバー２を切断する
ことができ、確実かつ高速な加工が可能となる。

【００５４】さらに、ウエブ部４の端部より一定の距離
だけ離れた位置にパルスレーザ光が照射されるため、ピ
ンが等間隔である場合のみならず等間隔でない場合にで
も、ワーク１の形状に応じて切断すべき所定の位置を確
実かつ高速に加工することができる。

【００５５】

【発明の効果】本発明によれば、加工位置近傍からの光
に基づく検出信号のうちワーク表面に付着する溶融飛散
物（スパッタ）に起因する変化を除き、被加工物の有無
に基づく検出信号のみに基づいてパルスレーザ光の発振
を制御するので、被加工物の表面の情報に応じて所望の
加工位置に確実にレーザ光を照射して加工を行うことが
でき、所定の加工位置以外の誤った位置にレーザ光が不
必要に照射されることがない。また、加工位置が等間隔
である場合のみならず等間隔でない場合にも、所定の加
工位置で高速に加工することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態によるレーザ加工装置の構
成の概略図である。

【図２】図１の加工ヘッド及び検出光学系の構成の概略
図である。

【図３】図１のトリガユニットの構成を示す図である。

【図４】図１のレーザコントローラの構成を示す図であ
る。

【図５】ダムバーと光検出器からの検出信号との対応関
係を表す図である。

【図６】光検出器からの検出信号の出力からレーザ光の
発振までのタイムチャートである。

【図７】ＩＣパッケージの４つの各辺にあるダムバーを
順次切断、除去する状況を示す図である。

【図８】従来のレーザ加工装置の構成の概略図である。

【図９】（ａ）はダムバーを有するＩＣパッケージを示
す図であり、（ｂ）は（ａ）のＢ部拡大図である。

【符号の説明】

１ ワーク ２ ダムバー ３ スリット部 ４ ウエブ部 １０ レーザ発振器 １１ レーザヘッド １２ 加工ヘッド １３ レーザ電源 ２１ ＸＹテーブル ２２ Ｚテーブル ２３ メインコントローラ ２４ トリガユニット ２５ コントロールユニット ２６ レーザコントローラ １００ パルスレーザ光 １２０ ダイクロミラー １２１ 集光レンズ １２２ 検出光源 １２３ コリメータレンズ １２４ ハーフミラー １２５ 結像レンズ １２６ 光検出器 １２７ 検出光学系 １３０ 安定化電源部 １３１ コンデンサ部 １３２ スイッチ部 １３３ 交流電源 ２００ 検出光 ２００Ａ 検出用レーザ光２００の集光位置 ２４１ コンパレータ ２４２ トリガ信号発生回路 ２４３ ディレイ回路 ２４４ ゲート信号発生器 ２４５ ゲート回路 ２６１ 中央演算部 ２６２ トリガ回路 ３００ 回転式ウェッジ基板装置 ３０１ ウェッジ基板 ３０５ モータ ＴＰ₁，ＴＰ₂ トリガ信号 ＧＰ ゲート信号

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 奥村 信也 茨城県土浦市神立町650番地 日立建機 株式会社 土浦工場内 (72)発明者 桜井 茂行 茨城県土浦市神立町650番地 日立建機 株式会社 土浦工場内 (72)発明者 美野本 泰 茨城県土浦市神立町650番地 日立建機 エンジニアリング株式会社内 (56)参考文献 特開 平１−316463（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−67717（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−37493（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−75050（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−1508（ＪＰ，Ａ) 実開 平２−133656（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B23K 26/00 B23K 26/08 H01L 23/50 H01S 3/00 H01S 3/10

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】トリガ信号に基づいて、パルス状のレーザ
   光を発振するレーザ発振器と、前記レーザ光を被加工物
   の加工位置まで誘導する加工光学系と、前記被加工物を
   移動させその加工位置を決定する搬送手段とを備えるレ
   ーザ加工装置において、 前記加工位置近傍における被加工物の有無を検出するた
   めの検出光を発生する検出光源と、 前記加工位置近傍からの前記検出光の反射光を検出しそ
   の反射光に対応する検出信号を発生する検出手段と、パルス状のレーザ光を発振させるためのトリガ信号の発
   生から所定期間のゲート幅を有するゲート信号を発生す
   るゲート信号発生器と、 前記検出手段から発生された検出信号が入力され、前記
   ゲート信号発生器から発生されたゲート信号のゲート幅
   内以外の期間に発生された検出信号のみを出力するゲー
   ト回路と、 前記ゲート回路から出力された検出信号に基づき、 前記
   被加工物の所定の加工位置に前記レーザ光が照射される
   ように前記トリガ信号を出力し、前記レーザ光の発振を
   制御する制御手段と、 を備え、前記検出信号のうちレーザ加工時に前記加工位
   置近傍に付着した溶融飛散物に起因して発生する検出信
   号を削除し、前記加工位置近傍における被加工物の有無
   に基づく検出信号のみを取り出し、取り出した検出信号
   に基づいてレーザ光の発振を制御してレーザ加工を行う
   ことを特徴とするレーザ加工装置。
2. 【請求項２】被加工物を移動させて加工位置を決定し、
   トリガ信号に基づいて、レーザ発振器よりパルス状のレ
   ーザ光を前記加工位置に照射して前記被加工物を加工す
   るレーザ加工方法において、 前記加工位置近傍における被加工物の有無を検出するた
   めの検出光を前記加工位置近傍に照射して、その反射光
   を検出し、 検出した反射光に対応する検出信号のうち、前記トリガ
   信号の発生から所定期間のゲート幅を有するゲート信号
   の、このゲート幅内以外の期間に発生された検 出信号の
   みに基づき、前記被加工物の所定の加工位置に前記レー
   ザ光が照射されるように前記トリガ信号を出力して、前
   記レーザ光の発振を制御し、 前記反射光に対応する検出信号のうちレーザ加工時に前
   記加工位置近傍に付着した溶融飛散物に起因して発生す
   る反射光に対応する検出信号を削除し、前記加工位置近
   傍における被加工物の有無に基づく検出信号のみに基づ
   いてレーザ光の発振を制御してレーザ加工を行う ことを
   特徴とするレーザ加工方法。
3. 【請求項３】リードフレームに半導体チップを搭載し樹
   脂モールドで一体に封止したＩＣパッケージにおけるダ
   ムバーを、トリガ信号に基づいて、パルス状のレーザ光
   照射により切断するダムバー加工方法において、 検 出光を前記ダムバー近傍に照射し、その反射光を検出
   し、検出した反射光に対応する検出信号のうち、前記ト
   リガ信号の発生から所定期間のゲート幅を有するゲート
   信号の、このゲート幅内以外の期間に発生された検出信
   号のみに基づき前記ダムバーの所定の加工位置に前記レ
   ーザ光が照射されるように前記トリガ信号を出力して、
   前記レーザ光の発振を制御し、 前記反射光に対応する検出信号のうちレーザ加工時に前
   記加工位置近傍に付着した溶融飛散物に起因して発生す
   る反射光に対応する検出信号を削除し、前記加工位置近
   傍における被加工物の有無に基づく検出信号のみに基づ
   いてレーザ光の発振を制御してレーザ加工を行う ことを
   特徴とするダムバー加工方法。