JPH11254169A - レーザ加工装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 極薄板の微細な加工においても、加工部付近
に付着するドロスやスパッタを効果的に低減し、高精度
な加工を安定して行うこと。 【解決手段】 ノズル２よりレーザビームＬを定盤（ド
ロス除去ブロック３０）上の被加工物Ｗに照射し、加工
点にアシストガスを吹き付け、被加工物Ｗを切断するレ
ーザ加工装置に於いて、ノズル２の先端に筒状のチップ
シール部材２０を設け、チップシール部材２０の先端面
２１によって被加工物Ｗを前記定盤上に押し付ける。

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、レーザ加工装置
に関し、特にアシストガスを吹き付けながらレーザビー
ムでによって薄板を微細切断するレーザ加工装置に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】レーザ加工装置による切断加工は、被加
工物である極薄板（通常〜０．３ｍｍ）等をレーザビー
ムによって局部的かつ瞬間的に溶融させて切断するの
で、プレス加工やエッチング加工による切断に比べて、
微細寸法の切断加工を高精度で行うことができる。

【０００３】レーザ加工装置は、上述の特性を活かし
て、半導体装置の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
るダムバーを切断したり、プリント回路基板に電子部品
を実装する際に用いられているスクリーン印刷用メタル
マスクの切断加工等に用いられている。

【０００４】レーザビームによる切断加工は、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極薄板表面に付着した
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ことが知られている。ドロス
やスパッタは被加工物にレーザビームが照射された面と
は反対面（以下裏面側という）の切断部端面付近に多く
付着する。

【０００５】これらドロスやスパッタが極薄板表面や加
工端面に付着すると、加工形状精度、寸法精度が低下
し、リードフレームの場合には短絡等の性能欠陥の主因
となる。またメタルマスクでは、ハンダパターンの形状
が崩れ、ハンダボールの欠陥発生を招ねく。

【０００６】上述のようなことから、一般的なレーザ加
工装置では、レーザビームと同軸にアシストガスをノズ
ルより噴出し、アシストガスの噴出流量によってドロス
やスパッタを吹き飛ばし、これらが被加工物の表面や加
工端面に付着することを抑えている。

【０００７】特開平７−１２４７８１号公報に開示され
ている従来技術では、アシストガスをノズルより螺旋状
に噴出させて指向性を高め、また被加工材の裏面、即ち
レーザビームが入射する面の反対側にソレノイド型電磁
コイルを設け、ドロスやスパッタの原因となる金属粒子
を電磁コイルの電磁力によって被加工材の加工部裏面か
ら強制的に除去したり、液体噴出手段によって加工部裏
面に液体を吹き付け、洗い流すことによりドロスやスパ
ッタの付着を防止している。

【０００８】上述の従来技術の構造および作用を図６を
参照して説明する。図７において、符号１はレーザ加工
装置の加工ヘッド１を示しており、加工ヘッド１は、ノ
ズル２、集光レンズ３、保護ガラス４、アシストガス供
給口５を有している。レーザビームＬは集光レンズ３に
よって被加工物Ｗの表面に集光される。

【０００９】被加工物Ｗの裏面側にはドロス除去装置６
がノズル２に対向して配置されている。ドロス除去装置
６には中心軸方向の貫通穴７を有する円筒形のソレノイ
ドコイル８がノズル２に対して同心配置されている。ソ
レノイドコイル８は、直流電流を供給されることによ
り、中心軸方向に被加工物から遠ざかる向きの磁場（磁
界）を付与される。この磁界により、レーザ加工によっ
て生じたドロスやスパッタの原因になる金属粒子には電
磁力が作用し、加工部裏面より強制的に離脱させられ、
除去される。

【００１０】ドロス除去装置６には、液体噴出口９、液
体供給口１０が形成されている。液体供給口１０よりド
ロス除去装置６に供給された液体は、ソレノイドコイル
８の周りに充満して液体噴出口９より噴出し、被加工材
Ｗの加工位置に、下側から吹き付けられる。この液体吹
き付けにより、レーザ加工によって生じた金属粒子のう
ち残留した物が洗い流される。

【００１１】また、アシストガス供給口５がノズル中心
からずらして配置されていることにより、アシストガス
が螺旋状にノズル２より噴出する。これによりアシスト
ガス流の指向性が高められ、金属粒子が吹き飛ばされ易
くなり、ドロスやスパッタの付着が低減される。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】近年、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、リードフレー
ムの狭ピッチ化、多ピン化が要求されると共に、これを
実装する際に用いるメタルマスクのパターンも狭ピッチ
化を迫られている。このため、上述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
ことが要求されており、板厚が０．１〜０．２ｍｍ程度
の薄い材料を溝幅０．０３ｍｍ程度で切断しなければな
らない。

【００１３】レーザビームによる加工方式では、微細か
つ高精度な加工が可能であるが、従来の板金加工に比べ
て溝幅が１／５程度に狭いため、レーザビームと同軸に
ノズルより噴出されるアシストガスでは切断溝内にガス
が流入し難く、加工後にドロスやスパッタが被加工材に
残留・付着することは避けられない。

【００１４】特開平７−１２４７８１号公報に示されて
いるような従来技術では、ドロスやスパッタ除去はある
程度改善されるが、上述のように切断溝幅がより狭くな
ると、アシストガスの指向性を高めたとはいえ、ノズル
と被加工物の隙間へのアシストガスの流出は避けられな
い。このため、溶融金属を有効に裏面へ吹き飛ばすこと
ができず、加工後のドロスやスパッタを除去する効果が
低減する。

【００１５】また、効果を増すためにアシストガス圧力
を高めると、アシストガス圧力によって被加工材が撓
み、撓みによってレーザの焦点位置がずれ、安定した加
工ができなくなる。また、被加工材が非磁性材料である
ステンレス鋼、銅合金等であると、それらの金属粉に電
磁力が作用せず、被加工材の材料が限定されると云う問
題点がある。

【００１６】この発明は、上述の如き問題点を解消する
ためになされたもので、被加工物、特に、極薄板の微細
な加工において、加工部付近に付着するドロスやスパッ
タを効果的に低減し、高精度な加工を安定して行うレー
ザ加工装置を得ることを目的とする。

【００１７】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めに、この発明によるレーザ加工装置は、ノズルよりレ
ーザビームを定盤上の被加工物に照射し、加工点にアシ
ストガスを吹き付け、前記被加工物を切断するレーザ加
工装置において、前記ノズルの先端に筒状のチップシー
ル部材が設けられ、前記チップシール部材の先端面によ
って被加工物を前記定盤上に押し付けるものである。

【００１８】つぎの発明によるレーザ加工装置は、前記
チップシール部材が前記ノズルの先端にねじ構造によっ
て装着高さ位置調整可能に装着されているものである。

【００１９】つぎの発明によるレーザ加工装置は、前記
定盤には前記ノズルと同心に中央孔が形成され、前記中
央孔の周りにナイフエッジ部が形成されているものであ
る。

【００２０】つぎの発明によるレーザ加工装置は、前記
ナイフエッジ部が前記定盤とは別体のナイフエッジ部材
により与えられ、前記ナイフエッジ部材が前記定盤に交
換可能に装着されるものである。

【００２１】つぎの発明によるレーザ加工装置は、前記
定盤が吸引式のドロス除去ブロックにより構成され、被
加工物を押し付けられるブロック面に放射状の吸引凹溝
が形成されているものである。

【００２２】つぎの発明によるレーザ加工装置は、前記
吸気凹溝に冷却ガスを供給する冷却ガス供給手段を有し
ているものである。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下に添付の図を参照してこの発
明に係るレーザ加工装置の実施の形態を詳細に説明す
る。なお、以下に説明するこの発明の実施の形態におい
て上述の従来例と同一構成の部分は、上述の従来例に付
した符号と同一の符号を付して、その説明を省略する。

【００２４】実施の形態１．図１〜図５は、この発明に
よるレーザ加工装置の実施の形態１を示している。ノズ
ル２の先端部外周にねじ２ａが刻まれており、ねじ２ａ
に有底円筒状のチップシール部材２０が装着高さ位置調
整可能に螺合装着されている。

【００２５】チップシール部材２０の下底面部（先端
面）２１は定盤をなすドロス除去ブロック３０の上面３
１上を所定の張力を与えられた状態で送り移動する極薄
板（被加工物）Ｗの上面に押し付けられ、この押し付け
により、極薄板Ｗがドロス除去ブロック３０の上面３１
に押し付けられる。

【００２６】チップシール部材２０の下底面部２１に
は、ノズル２と同心位置に、レーザビームＬとアシスト
ガスとが通る適当径の開口２２が明けられている。な
お、構造的には、チップシール部材２０はノズル２の先
端部に一体形成することも可能である。

【００２７】ドロス除去ブロック３０にはノズル２と同
心位置にて上面３１に開口した中央孔３２が形成されて
いる。ドロス除去ブロック３０の上面部には中央孔３２
と同心にリング状のナイフエッジ部材４０が交換可能に
はめ込み装着されている。ナイフエッジ部材４０は、超
硬合金あるいは鋼材により構成されてブロック上面３１
と面一装着され、中央孔３２の周りにこれと同心に円環
状のナイフエッジ部４１が多重に形成されている。

【００２８】ドロス除去ブロック３０は吸引式ものであ
り、ドロス除去ブロック３０には中央孔３２と連通した
吸引口３３が設けられており、吸引口３３は図示されて
いない真空ポンプに接続されている。ドロス除去ブロッ
ク３０の上面３１ならびに上面３１と面一のナイフエッ
ジ部材４０の上面には、中央孔３２を中心とした放射状
に複数個の吸気凹溝３４が形成されている。

【００２９】なお、レーザ発振器および加工ヘッド等は
従来より知られているものと同様の構成のものであって
よい。

【００３０】つぎに、上述の如き構成によるレーザ加工
装置の作用について説明する。加工ヘッド１内の集光レ
ンズ３には図示されていないレーザ発振器よりレーザビ
ームＬが入射し、集光レンズ３によって集光されたレー
ザビームＬは極薄板Ｗに焦点を結ぶように照射される。
これにより、ドロス除去ブロック３０の上面３１にチッ
プシール部材２０の下底面部２１によって押し付けられ
た極薄板Ｗは局部的かつ瞬間的に溶融して加工部（開
口）Ａを形成される。この状態で、極薄板Ｗを加工ヘッ
ド１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。

【００３１】レーザビームＬと同軸に噴出されるアシス
トガスは、ノズル２の先端に取り付けられているチップ
シール部材２０内を通り、その殆ど全てが開口２２より
極薄板Ｗの加工部Ａへ流入し、加工部Ａを通って極薄板
Ｗの裏面へ流出する。これにより、加工部Ａの溶融によ
って生じた溶融物が吹き飛ばして除去され、ドロスやス
パッタが極薄板Ｗに付着することが最小限のアシストガ
スによって抑制される。

【００３２】また、極薄板Ｗはドロス除去ブロック３０
の上面３１に押し付けられるから、極薄板Ｗにアシスト
ガスの噴出圧力によるたわみが発生することがない。こ
れにより、レーザビームＬの焦点位置が変化せず、微細
かつ高精度な加工が安定して行われる。

【００３３】また、アシストガスが酸素であることによ
り、レーザビームＬの照射による極薄板Ｗの加工部Ａの
燃焼を補助する。

【００３４】なお、加工ヘッド１自体を上下動して押し
付け力を調整すると、被加工材表面にあったレーザビー
ムＬの焦点が移動するが、チップシール部材２０がねじ
２ａによってノズル２に装着高さ位置調整可能に装着さ
れていることで、チップシール部材２０を上下動するこ
とにより、焦点位置を変化させずに極薄板Ｗをドロス除
去ブロック３０の上面３１に押し付ける力を調整でき
る。

【００３５】加工部Ａの裏面にドロスなど残留しても、
極薄板Ｗがドロス除去ブロック３０の上面３１上を移動
することにより、裏面残留物は、ナイフエッジ部４１に
よって掻き落とされ、真空ポンプを接続されている吸引
口３３よりの空気吸引の流れに乗って負圧状態の中央孔
３２内に吸引除去される。これにより、高品質な加工が
行われる。

【００３６】ナイフエッジ部材４０は定盤であるドロス
除去ブロック３０に交換可能に装着されるから、ナイフ
エッジ部４１の交換が短時間で行える。

【００３７】また、中央孔３２が負圧状態であることに
より、吸気凹溝３４内において、ドロス除去ブロック３
０の外周部側から中央孔３２へ向かう空気流れが生じ、
この空気流れにより、加工部裏面が冷却され、またアシ
ストガスが加工部裏面周辺へ回り込みことが防止され、
スパッタ飛散・付着やドロス付着が抑制される。このこ
とによっても、高品質な加工が行われる。

【００３８】実施の形態２．図６は、この発明によるレ
ーザ加工装置の実施の形態２を示している。なお、図６
において、図１に対応する部分は、図１に付した符号と
同一の符号を付けて、その説明を省略する。

【００３９】この実施の形態では、ドロス除去ブロック
３０の外周部上部にリング状のガス供給用溝４２が形成
されている。ガス供給用溝４２は、ドロス除去ブロック
３０上に極薄板Ｗを載置されることにより、上側の溝開
口を閉じられ、各吸気凹溝３４の外周側の開口に連通
し、各吸気凹溝３４にガスを供給するマニホールド通路
をなす。

【００４０】ガス供給用溝４２にはガス供給口４３が形
成されており、ガス供給口４３にはＮ２等の不活性高圧
ガスボンベ４４とガス冷却器４５による冷却ガス供給手
段が接続されている。

【００４１】上述の構成により、不活性高圧ガスボンベ
４４の不活性ガスはガス冷却器４５により冷却され、低
温の冷却ガスとしてガス供給口４３よりガス供給用溝４
２に供給される。ガス供給用溝４２に供給された低温の
不活性ガスは、各吸気凹溝３４に供給され、吸気凹溝３
４内をドロス除去ブロック３０の外周部側から中央孔３
２の側へ流れる。

【００４２】これにより、加工部裏面において低温の不
活性ガスの流れが生じ、この不活性ガスの流れにより、
加工部裏面が強制的に冷却され、これに伴いスパッタや
ドロスも極薄板Ｗに付着する以前に冷却される。この結
果、スパッタ付着やドロス付着が効果的に抑制される。

【００４３】なお、効果的な冷却作用が得られるために
は、吸気凹溝３４に供給するガスは熱反応しない不活性
ガスが最適であるが、必要とされる冷却効果によって
は、吸気凹溝３４に供給するガスは冷却された圧縮空気
であってもよい。

【００４４】

【発明の効果】以上の説明から理解される如く、この発
明によるレーザ加工装置によれば、ノズルの先端に設け
られたチップシール部材の先端面によって被加工物を定
盤上に押し付けるから、切断溝幅が狭くなってもアシス
トガスの噴出圧力の大部分が切断溝内に作用し、溶融金
属を裏面から有効に吹き飛ばすことができ、最小限のア
シストガスによってドロスやスパッタの付着を防止で
き、経済的に高品質な加工を行える。また、極薄板の加
工でもアシストガスの噴出圧力によるたわみが発生しな
いので、焦点位置が変化せず、微細かつ高精度な加工が
安定して行える。

【００４５】つぎの発明によるレーザ加工装置によれ
ば、ねじ構造によるチップシール部材の装着高さ位置調
整により、レーザビームの焦点位置を変化させずに極薄
板等の被加工物を定盤上に押し付ける力を容易に調整で
き、この調整作業時間を短くできる。

【００４６】つぎの発明によるレーザ加工装置によれ
ば、被加工材移動の際に、被加工物を押し付けられる定
盤に形成されたナイフエッジ部によって切断部端面（裏
面）に付着したドロスやスパッタが掻き取られので、高
品質な加工が行われる。

【００４７】つぎの発明によるレーザ加工装置によれ
ば、ナイフエッジ部が定盤とは別体のナイフエッジ部材
により与えられ、そのナイフエッジ部材が定盤に交換可
能に装着されるから、ナイフエッジ部の交換が短時間で
行える。

【００４８】つぎの発明によるレーザ加工装置によれ
ば、定盤をなす吸引式のドロス除去ブロックにより構成
され、被加工物を押し付けられるブロック面に形成され
ている吸気凹溝を空気が流れるから、この空気流れによ
り、加工部裏面が冷却され、またアシストガスが加工部
裏面周辺へ回り込みが防止され、スパッタ飛散・付着や
ドロス付着が抑制され、高品質な加工が行われる。

【００４９】つぎの発明によるレーザ加工装置によれ
ば、冷却ガス供給手段によって吸気凹溝に冷却ガスが供
給されるから、加工部裏面の冷却が強力に行われ、スパ
ッタやドロスが極薄板に付着する以前に冷却され、この
ことによりスパッタ付着やドロス付着が効果的に抑制さ
れ、高品質な加工が行われる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明によるレーザ加工装置の実施の形態
１を示す断面図である。

【図２】 この発明によるレーザ加工装置で使用される
チップシール部材のの斜視図である。

【図３】 この発明によるレーザ加工装置で使用される
ドロス除去ブロックの拡大上面図である。

【図４】 図３の線ＩＶ−ＩＶによる断面図である。

【図５】 この発明によるレーザ加工装置におけるガス
流れを示す要部の拡大断面図である。

【図６】 この発明によるレーザ加工装置の実施の形態
２を示す断面図である。

【図７】 従来におけるレーザ加工装置の断面図であ
る。

【符号の説明】

１ 加工ヘッド，２ ノズル，２ａ ねじ，３ 集光レ
ンズ，４ 保護ガラス，５ アシストガス供給口，２０
チップシール部材，２１ 下底面部，２２開口，３０
ドロス除去ブロック，３１ 上面，３２ 中央孔，３
３ 吸引口，３４ 吸気凹溝，４０ ナイフエッジ部
材，４１ ナイフエッジ部，４２ ガス供給用溝，４４
不活性高圧ガスボンベ，４５ ガス冷却器，Ｌ レー
ザビーム，Ｗ 極薄板。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 宮川 洋和 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ノズルよりレーザビームを定盤上の被加
   工物に照射し、加工点にアシストガスを吹き付け、前記
   被加工物を切断するレーザ加工装置において、 前記ノズルの先端に筒状のチップシール部材が設けら
   れ、前記チップシール部材の先端面によって前記被加工
   物を前記定盤上に押し付けることを特徴とするレーザ加
   工装置。
2. 【請求項２】 前記チップシール部材は前記ノズルの先
   端にねじ構造によって装着高さ位置調整可能に装着され
   ていることを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工装
   置。
3. 【請求項３】 前記定盤には前記ノズルと同心に中央孔
   が形成され、前記中央孔の周りにナイフエッジ部が形成
   されていることを特徴とする請求項１または２に記載の
   レーザ加工装置。
4. 【請求項４】 前記ナイフエッジ部は前記定盤とは別体
   のナイフエッジ部材により与えられ、前記ナイフエッジ
   部材が前記定盤に交換可能に装着されることを特徴とす
   る請求項３に記載のレーザ加工装置。
5. 【請求項５】 前記定盤は吸引式のドロス除去ブロック
   により構成され、被加工物を押し付けられるブロック面
   に放射状の吸気凹溝が形成さ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レーザ加工装置。
6. 【請求項６】 前記吸気凹溝に冷却ガスを供給する冷却
   ガス供給手段を有していることを特徴とする請求項５に
   記載のレーザ加工装置。