JPH07124781A

JPH07124781A - レーザ加工方法及び加工装置

Info

Publication number: JPH07124781A
Application number: JP5270670A
Authority: JP
Inventors: Nobuhiko Tada; 信彦多田; Naoki Mitsuyanagi; 直毅三柳; Yoshiaki Shimomura; 義昭下村; Shigeyuki Sakurai; 茂行桜井; Yoshiya Nagano; 義也長野; Shinya Okumura; 信也奥村; Nobuyuki Kimura; 信行木村
Original assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 1993-10-28
Filing date: 1993-10-28
Publication date: 1995-05-16

Abstract

(57)【要約】【目的】被加工材の切断部付近に付着するドロスやスパ
ッタを低減することができるレーザ加工方法及びレーザ
加工装置を提供する。【構成】レーザビーム２０を被加工材５０に照射して加
工する際に、ドロス除去装置６内に設置されたソレノイ
ドコイル８により、被加工材５０の下側にレーザビーム
２０とほぼ同軸状で紙面上方より下方へ向く一様な磁界
を付与する。これにより、ドロスやスパッタの原因とな
る金属粒子５１を電磁力によって被加工材５０の加工部
裏面から強制的に除去する。また、ドロス除去装置６の
噴出口１２より被加工材５０の加工位置に下側から液体
を吹き付ける。さらに、アシストガスを螺旋状に回転さ
せながらノズル２より被加工材５０に噴出させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、アシストガスを噴出さ
せながらレーザビームによって被加工材を加工するレー
ザ加工方法及びレーザ加工装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】被加工材である金属板を適宜に切り欠い
て所定のパターンを形成する最近の加工技術としては、
エッチング加工やプレスによる打ち抜き加工がある。こ
れらの加工技術は、良好な加工形状のものを能率よく容
易に得ることができるため、半導体装置に用いられるリ
ードフレームの製作にしばしば適用される。

【０００３】これに対し、レーザ加工は、高密度エネル
ギー熱源であるレーザビームを被加工材表面上に集光
し、被加工材を局部的かつ瞬時に溶融、溶断する加工方
法であるため、金属板を微細かつ高精度に加工するのに
好適である。例えば、特開平２−３０１１６０号公報に
記載の方式では、リードフレームに所定の切断パターン
を施したり、リードフレームのアウターリードを連結す
るダムバーを切断するのにレーザ加工を利用している。
このレーザ加工は、入熱による溶融を利用した加工であ
るため、加工に伴って生じた溶融物が飛散してスパッタ
としてリードフレーム表面に付着したり、溶融物が凝集
して再凝固しドロスとして切断された部分の端面等に残
留する。特に、これらドロスやスパッタは被加工材のレ
ーザビーム画照射された側とは反対側（以下、裏面側と
いう）の切断部端面付近に多く付着する。従って、特開
平２−３０１１６０号公報に記載の方式を始め、一般的
なレーザ加工においては、レーザビームと同軸的に噴出
されるアシストガスによってドロスやスパッタ（以下、
適宜金属粒子という）を吹き飛ばし、これらの付着を抑
えている。

【０００４】また、特開昭６１−２６９９７３号公報に
記載の従来技術においては、被加工材の表側、即ちレー
ザビームやイオンビーム等の熱流が入射する側に電磁石
を設け、この電磁石に交流電流を通じて被加工材に微小
振動を付与することにより、ドロスやスパッタが被加工
材に付着することを防止している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】近年、上記のような金
属板の加工を行う加工技術においては、さらに微細な加
工を行うことが要求されている。特に、上記のリードフ
レームは、半導体チップの高密度実装化や高集積化に対
応するため、狭ピッチ化、多ピン化することが要求され
ており、しかもその加工精度が高いことも必要である。
このように被加工材を微細かつ高精度に加工し、狭ピッ
チで多ピンのリードフレーム等を形成することは、前述
のようなプレス加工やエッチング加工では困難である。

【０００６】一方、特開平２−３０１１６０号公報に記
載の従来技術では、レーザ加工を利用するため、上記プ
レス加工やエッチング加工では不可能であった微細かつ
高精度な加工が可能である。この場合、上記のようにレ
ーザ加工によって生じる金属粒子をアシストガスで吹き
飛ばし、これらの付着を抑えているが、その除去は不完
全であり、加工後にはどうしても溶融物が残留してしま
い、ドロスやスパッタが被加工材に付着することは避け
られない。

【０００７】これらドロスやスパッタが被加工材表面や
加工端面に付着すると加工形状が悪化し、寸法精度が低
下する。とりわけ、リードフレームの場合には、短絡等
の性能欠陥の主因となり易いほか、後工程での他部品と
の接合時における密着性の悪化にもつながり、品質を損
う。さらに、リードフレームのような板厚が０．１〜
０．１２５ｍｍ程度の薄い材料の場合には、ドロスやス
パッタが付着した後にこれらを除去する作業は能率が悪
く、この作業によって被加工材が変形する危険性があ
り、製品歩留りも低下する。従って、ドロスやスパッタ
の付着は極力回避されるべきものである。

【０００８】また、特開昭６１−２６９９７３号公報に
記載の従来技術では、ドロスやスパッタはある程度除去
できるが、微小振動を付与するのみであるため、充分に
除去することは不可能である。しかも、被加工材をレー
ザビームやイオンビーム等の入射方向に振動させること
によって、被加工材とレーザビーム等の焦点位置（最適
加工位置）とが相対的にずれてしまい、微細な加工を行
う場合には加工精度の低下を招くことになる。

【０００９】本発明の目的は、被加工材の加工部付近に
付着するドロスやスパッタを低減することができるレー
ザ加工方法及びレーザ加工装置を提供することである。

【００１０】

【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、ノズルよりアシストガスを噴出さ
せながらレーザビームを被加工材に照射することにより
前記被加工材を加工するレーザ加工方法において、前記
被加工材の加工位置の下側に前記レーザビームとほぼ同
軸状でかつ一方向の磁界を付与することを特徴とするレ
ーザ加工方法が提供される。

【００１１】上記レーザ加工方法において、好ましく
は、前記被加工材の加工位置に下側から液体を吹き付け
る。

【００１２】また、好ましくは、前記ノズルより前記ア
シストガスを螺旋状に噴出させる。

【００１３】上記目的を達成するため、本発明によれ
ば、ノズルよりアシストガスを噴出させながらレーザビ
ームを被加工材に照射することにより前記被加工材を加
工するレーザ加工装置において、前記被加工材の加工位
置の下側に、前記ノズルと同軸状でかつ一方向の磁界を
発生させるソレノイド型電磁コイルを配置したことを特
徴とするレーザ加工装置が提供される。

【００１４】上記レーザ加工装置において、好ましく
は、前記被加工材の加工位置に下側から液体を吹き付け
る液体噴出手段をさらに有する。

【００１５】

【作用】上記のように構成した本発明のレーザ加工方法
においては、被加工材のレーザビームで加工される位置
の下側にレーザビームとほぼ同軸状でかつ一方向の磁界
を付与することにより、レーザ加工により生じた金属粒
子には電磁力が作用し、金属粒子は上記磁界の磁力線に
沿ってに引き込まれ、強制的に放出、除去される。つま
り、前述の金属粒子は被加工材の加工部裏面より強制的
に離脱させられ、除去される。従って、被加工材の加工
部付近に付着するドロスやスパッタを低減することが可
能である。

【００１６】また、被加工材のレーザビームで加工され
る位置に下側から液体を吹き付けることにより、レーザ
加工により生じた金属粒子のうち残留したものが洗い流
され、また、その他の塵埃等も洗浄され、被加工材の加
工部が清浄になる。また、この液体によって被加工材が
冷却される。

【００１７】また、アシストガスを上記ノズルより螺旋
状に噴出させることにより、レーザ加工される部分への
アシストガスの指向性がよくなってその供給が促進され
ると共に、螺旋状のアシストガスの流れによって金属粒
子が吹き飛ばされやすくなるため、ドロスやスパッタの
付着量を一層低減することが可能となる。

【００１８】また、上記のように構成した本発明のレー
ザ加工装置においては、ソレノイド型電磁コイルによっ
て上記のような磁界を発生させることにより、上記ソレ
ノイド型電磁コイルの中心軸に沿って金属粒子が引き込
まれ、その金属粒子はコイルへの非接触状態を保ちなが
ら磁力線に沿って強制的に放出、除去される。従って、
本発明のレーザ加工方法を実施することができる。

【００１９】また、上記レーザ加工装置が液体噴出手段
をさらに有することにより、被加工材のレーザビームで
加工される位置に下側から液体を吹き付けることが可能
となる。

【００２０】

【実施例】本発明によるレーザ加工方法及びレーザ加工
装置の一実施例について、図１〜図６を参照しながら説
明する。

【００２１】まず、本実施例のレーザ加工装置の構成を
図１により説明する。図１において、加工ヘッド１の下
部には加工すべき被加工材５０に対面するようにノズル
２が取り付けられ、ノズル２の上部にはレーザビーム２
０を集光する集光レンズ３が、集光レンズ３の下方には
加工ヘッド１内を保護する保護ガラス４が取り付けられ
ている。また、ノズル２にはアシストガス供給口５が設
けられ、このアシストガス供給口５より図中矢印６０で
示すように供給されたアシストガスがノズル２の先端部
より噴出される。このアシストガスの流れについては後
述する。

【００２２】被加工材５０の下側には、ノズル２に対向
するように、かつ中心位置が一致するようにドロス除去
装置６が配置されている。図２（ａ）及び（ｂ）に示す
ように、ドロス除去装置６のケース７の中には、ソレノ
イドコイル８が支持部材９で支持されている。このソレ
ノイドコイル８の中心軸８ａはノズル２の中心軸に一致
している。また、ケース７はソレノイドコイル８の中心
軸方向が貫通しており、この貫通穴１０の内面には噴出
口１１が設けられている。さらに、ケース７の上部には
噴出口１２が設けられている。

【００２３】ソレノイドコイル８には直流電流が供給さ
れ（図３参照）、その中心軸方向に磁場が付与される。
また、ケース７内部には液体供給口１３より液体が供給
され、ケース７内部のソレノイドコイル８のまわりに充
満し、上記噴出口１１及び噴出口１２より噴出する。噴
出口１２より噴出した液体は被加工材５０の加工位置に
下側から吹き付けられる。また、液体供給口１３より供
給される液体としては、水を使用するのが望ましいが、
スパッタ防止剤等を用いてもよい。上記ドロス除去装置
６の平面図を図１（ｂ）に示す。

【００２４】上記構成において、加工ヘッド１内の集光
レンズ３には図示しないレーザ発振器よりレーザビーム
２０が入射し、集光レンズ３で集光されたレーザビーム
は被加工材５０上に焦点を結ぶように照射される。これ
により、被加工材５０は局部的かつ瞬間的に溶融して加
工部（切欠き部）５０ａが形成され、この状態で加工ヘ
ッド１を被加工材５０に対して相対的に移動させること
により加工が進行する。また、レーザビーム２０と同時
に噴出されるアシストガスは、生じた溶融物を吹き飛ば
して除去し、ドロスやスパッタが被加工材５０に付着す
るのを抑制するほか、レーザビーム２０の照射による被
加工材５０の加工部分の燃焼を補助する。尚、レーザ発
振器及び上記加工ヘッド等は従来より知られているもの
と同様の構成を有するものである。

【００２５】次に、本実施例の作用を説明する。図３は
ソレノイドコイルの作用を原理的に説明する図である。
図３において、ソレノイドコイル８は右ねじの方向に巻
かれており、これにコイル用電源１４から図に示す方向
に電流ｉを流すことにより、ノズル２から出力されるレ
ーザビーム２０とほぼ同軸状で紙面上方より下方へ向く
一様な磁界が発生する。この磁界を磁力線１５で図中に
示す。この磁界により、レーザ加工により生じたドロス
やスパッタの原因となる金属粒子５１には電磁力が作用
し、貫通穴１０（図１及び図２参照）内の磁力線１５に
沿って引き込まれ、加速され、ソレノイドコイル８への
非接触状態を保ちながら磁力線１５に沿って強制的に放
出、除去される。つまり、金属粒子５１は被加工材５０
の加工部裏面より強制的に離脱させられ、除去される。
従って、被加工材５０の加工部５０ａ付近に付着するド
ロスやスパッタを低減することができる。

【００２６】また、ドロス除去装置６の噴出口１２より
被加工材５０の加工位置に下側から液体を吹き付けるこ
とにより、レーザ加工により生じた金属粒子のうち残留
したものが洗い流され、また、その他の塵埃等も洗浄さ
れ、被加工材５０の加工部が清浄になる。また、この液
体によって被加工材５０を冷却することもできる。ま
た、ケース７内部に充満する液体によってソレノイドコ
イル８が冷却され、ソレノイドコイル８の過熱を防ぐこ
とができる。さらに、貫通穴１０の内面に設けられた噴
出口１１からも液体が噴出するので、この貫通穴１０の
内面にドロスやスパッタが付着することが防止される。
また、上記液体として、スパッタ防止剤を使用すれば、
被加工材５０表面や貫通穴１０の内面に付着するドロス
やスパッタの量を一層減らすことが可能である。

【００２７】次に、本実施例におけるアシストガスの流
れについて図４により説明する。図４（ａ）及び（ｂ）
に示すように、アシストガス供給口５はノズル２内面の
接線方向に少し下向きに取り付けられており、アシスト
ガス供給口５から矢印６０の向きに供給されるアシスト
ガスは、ノズル２内を矢印６１に示すように螺旋状に回
転しながらノズル２の出口へ進み、ノズル２より噴出す
る。これにより、レーザ加工される部分へのアシストガ
スの指向性がよくなってその供給が促進されると共に、
螺旋状のアシストガスの流れによって金属粒子５１が吹
き飛ばされやすくなるため、ドロスやスパッタの付着量
を一層低減することができる。

【００２８】ところで、本実施例は、微細かつ高精度な
加工が可能であると共に、被加工材の切断部付近に付着
するドロスやスパッタを低減することができるため、特
に半導体装置に使用されるリードフレームの切断加工に
好適である。

【００２９】図５にこのようなリードフレームの一例を
示す。図５において、リードフレーム１００の中央部分
には、半導体チップを搭載するダイパッド１０１が設け
られており、このダイパッド１０１を囲むようにして多
数のインナーリード１０２と、これらインナーリード１
０２に連続するアウターリード１０３が配設されてい
る。隣合うアウターリード１０３はダムバー１０４によ
り互いに連結されている。また、ダイパッド１０１の周
辺は腕１０５以外は切欠き部１０６が設けられており、
この切欠き部１０６によりインナーリード１０２はダイ
パッド１０１と分離され、かつ隣合うインナーリード１
０２はこの切欠き部１０６によりそれぞれ分離されてい
る。さらに、リードフレーム１００外周の外枠部１０７
部分には半導体チップの端子とインナーリード１０２と
の接続時の位置決め用に位置決め穴１０８が設けられて
いる。

【００３０】また、インナーリード１０２は、ダイパッ
ド１０１の方へ収束するように延びており、その先端部
は半導体チップ（図示せず）をダイパッド１０１に搭載
した後に行われる電気的接続を行うのに十分な幅となっ
ている。従って、インナーリード１０２の内側における
相隣合うリード間の間隙は特に狭く、極めて微細な構造
となっており、しかもこの部分の加工はリードフレーム
の加工において最も寸法精度や清浄度が厳しい部分であ
る。

【００３１】例えば、アウターリードのピッチが０．３
ｍｍ、ピン数が３００程度のものは、板厚が０．１〜
０．１５ｍｍ程度の４２アロイ等の薄板が使われる。こ
のリードフレームのインナーリードのピッチとしては、
リードフレームの配列を考慮して０．１５〜０．２ｍｍ
程度のものが考えられるが、このためにはリード間の間
隙を０．０５〜０．０８ｍｍ程度の狭い幅にしなければ
ならない。即ち、このようなリードフレームでは、板厚
よりも狭い切断幅の切断加工が必要となり、しかも、多
数のリードと半導体チップの端子とを正確に接続するた
めには、各々のリードの加工精度も厳しく管理すること
が必要である。

【００３２】本実施例では、レーザビームを利用し、し
かもドロスやスパッタの付着を低減することができるの
で、このような板厚よりも狭い切断幅の加工を高精度に
行うことができる。

【００３３】図６に、上記リードフレームを使用して製
造される半導体装置の一例を示す。図６に示す半導体装
置１１０において、ダイパッド１０１には半導体チップ
１１１が搭載され、インナーリード１０２と半導体チッ
プ１１１の端子とがワイヤ１１２により電気的にワイヤ
ボンディングされ、半導体チップ１１１及びインナーリ
ード１０２を含む部分が樹脂モールド１１３により封止
されている。また、ダムバー１０４（図５参照）は本実
施例のレーザ加工方法により切断され、これによってア
ウターリード１０３が個々に分離されており、さらにア
ウターリード１０３は樹脂モールド１１３の外側で曲げ
成形されている。このアウターリード１０３の曲げ成形
された部分は、後ほど半導体装置１１０がプリント基板
上に搭載された時に、プリント基板の回路パターンに接
続される部分である。

【００３４】以上のような本実施例においては、ソレノ
イドコイル８により、被加工材５０の下側にレーザビー
ム２０とほぼ同軸状で紙面上方より下方へ向く一様な磁
界を付与するので、ドロスやスパッタの原因となる金属
粒子５１は電磁力によって被加工材５０の加工部裏面よ
り強制的に離脱させられ、除去される。従って、被加工
材５０の加工部５０ａ付近に付着するドロスやスパッタ
を低減することができる。

【００３５】また、ドロス除去装置６の噴出口１２より
被加工材５０の加工位置に下側から液体を吹き付けるの
で、被加工材５０の加工部が洗浄されて清浄になり、こ
の液体によって被加工材５０を冷却することができる。
また、この液体の冷却効果によってソレノイドコイル８
の過熱を防止できる。さらに、噴出口１１から液体を噴
出するので、貫通穴１０の内面にドロスやスパッタが付
着することが防止される。

【００３６】また、アシストガスをノズル２より螺旋状
に回転させながら噴出させるので、レーザ加工される部
分へのアシストガスの供給が促進されると共に、金属粒
子５１が吹き飛ばされやすくなってドロスやスパッタの
付着量を一層低減することができる。

【００３７】また、本実施例によれば、ドロスやスパッ
タの付着量を減らすことができるので、レーザ加工後の
スパッタやドロスの除去作業が容易になり、製造コスト
の低減を図ることができる。

【００３８】尚、本発明は、上記ダムバーの切断やリー
ドフレームの切断加工以外に、金属メッシュシート、ス
クリーン印刷用の金属マスク、金属パッキン（シール）
材等の切断加工にも好適である。

【００３９】

【発明の効果】本発明によれば、被加工材の加工位置の
下側にレーザビームとほぼ同軸状でかつ一方向の磁界を
付与するので、レーザ加工により生じる金属粒子を電磁
力によって強制的に除去することができ、被加工材の加
工部付近に付着するドロスやスパッタを低減することで
きる。

【００４０】また、被加工材の加工位置に下側から液体
を吹き付けるので、被加工材の加工部を洗浄してこれを
清浄にすることができ、また、この液体の冷却効果によ
って被加工材やソレノイド型電磁コイルの過熱を防止す
ることができる。

【００４１】また、アシストガスをノズルより螺旋状に
噴出させるので、アシストガスの流れによって金属粒子
を吹き飛ばしやすくでき、ドロスやスパッタの付着量を
一層低減することができる。

【００４２】また、本発明によれば、ドロスやスパッタ
の付着量を減らすことができるので、レーザ加工後のス
パッタやドロスの除去作業が容易になり、製造コストの
低減を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例によるレーザ加工装置の構成
を示す断面図である。

【図２】図１のレーザ加工装置におけるドロス除去装置
を示す図であり、（ａ）は断面図を、（ｂ）は平面図で
ある。

【図３】図２のドロス除去装置に設置されたソレノイド
コイルの作用を原理的に説明する図である。

【図４】図１のレーザ加工装置におけるアシストガスの
流れを模式的に示す図であって、（ａ）は図１と同様の
断面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ方向からの矢視断面図
である。

【図５】図１のレーザ加工装置によって加工されるリー
ドフレームの一例を示す図である。

【図６】図５のリードフレームを使用して製造される半
導体装置の一例を示す図である。

【符号の説明】

１加工ヘッド２ノズル３集光レンズ５アシストガス供給口６ドロス除去装置７ケース８ソレノイドコイル１０貫通穴１１噴出口１２噴出口１３液体供給口１４コイル用電源１５磁力線２０レーザビーム５０被加工材５０ａ加工部（切欠き部）５１金属粒子

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (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)発明者長野義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)発明者木村信行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

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ノズルよりアシストガスを噴出させなが
らレーザビームを被加工材に照射することにより前記被
加工材を加工するレーザ加工方法において、前記被加工材の加工位置の下側に前記レーザビームとほ
ぼ同軸状でかつ一方向の磁界を付与することを特徴とす
るレーザ加工方法。
【請求項２】請求項１記載のレーザ加工方法におい
て、前記被加工材の加工位置に下側から液体を吹き付け
ることを特徴とするレーザ加工方法。
【請求項３】請求項１記載のレーザ加工方法におい
て、前記ノズルより前記アシストガスを螺旋状に噴出さ
せることを特徴とするレーザ加工方法。
【請求項４】ノズルよりアシストガスを噴出させなが
らレーザビームを被加工材に照射することにより前記被
加工材を加工するレーザ加工装置において、前記被加工材の加工位置の下側に、前記ノズルと同軸状
でかつ一方向の磁界を発生させるソレノイド型電磁コイ
ルを配置したことを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項５】請求項４記載のレーザ加工装置におい
て、前記被加工材の加工位置に下側から液体を吹き付け
る液体噴出手段をさらに有することを特徴とするレーザ
加工装置。