説明

レーザ加工装置

【課題】被加工物にドロス等が付着することを抑制するレーザ加工装置を提供する。
【解決手段】レーザ加工装置に、ノズル21の周囲において該ノズル21を取り囲むようにして設けられた吸引用部材23Aと、吸引用部材23Aの底面27に設けられた吸引口28と、吸引口28につながる吸引路24と、吸引路24に順次つながる吸引用配管25及び吸引ポンプ26とを備える。ノズル21が有する噴射口22から被加工物5が有する被加工面19に対してレーザ光9、10を照射し、かつ、噴射口22から被加工面19に向かってアシストガスを噴射することによって被加工物5に対する加工を行う。ノズル21の底面29及び吸引用部材23Aの底面27と被加工面19との間の空間30に存在する物質が、吸引口28と吸引路24と吸引用配管25とを順次経由して排出される。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、被加工物が有する被加工面にレーザ光を照射してその被加工物を加工するレーザ加工装置に関するものである。
【背景技術】
【0002】
従来、レーザ光による加工が広く行われている。レーザ光による加工は、被加工物を照射してその被加工物を加熱溶融させることによって行われる熱加工が主体である。また、近年ではパルス発振レーザにおいて、そのパルス幅が短いものを用いることで熱影響を抑制した高精度の加工(非熱加工)も可能である。
【0003】
ところで、近年、異種材料から構成される複合部材を加工する場合や、光学系部材を加工する場合等において、高いレベルの加工品位が要求される場合が増えてきた。第1の例として、例えば、回路基板に実装された複数のメモリチップ等からなるチップ状素子(以下適宜「チップ」という。)を樹脂封止して樹脂封止体を形成し、これを切断して電子部品を製造する場合が挙げられる。特に、電子部品のうち持ち運び可能な外部記憶媒体であるメモリカードについては、ユーザーが直接指で持って取り扱うことから高いレベルの外観品位が要求される。第2の例として、透光性樹脂によって複数のLEDチップを樹脂封止して樹脂封止体を形成し、その樹脂封止体を切断してLEDパッケージを製造する場合が挙げられる。第3の例として、透光性樹脂を使用して樹脂封止体を形成し、その樹脂封止体を切断してレンズ等の光学系部材を製造する場合が挙げられる。
【0004】
上述した3つの例に代表される場合において、加工時に発生するドロス、スパッタ等やアウトガスの成分等(以下「ドロス等」という。)が被加工物に付着すると、被加工物の加工品位を大きく損なう。特に、電子部品のうちメモリカードにとってドロス等が付着することは、外観品位を損なうという点で致命的な欠陥になるおそれがある。また、記憶素子、ドライバ、トランジスタ等の一般的な電子部品のパッケージにとってドロス等が付着することは、パッケージが実装されるプリント基板との間において電極同士の電気的接続を妨げる接触不良を引き起こすおそれがある。また、電子部品であるLEDパッケージを含む光学系部材にとってドロス等が付着することは、光学的特性を損なうという点で致命的な欠陥になるおそれがある。したがって、被加工物に対してドロス等が付着した場合を想定して、加工後の被加工物を洗浄するという工程が必要になる。そこで、レーザ加工装置の加工ヘッドの加工部近傍に設けられた筒状の粉塵吸引口を使用して、レーザ加工により発生した粉塵を吸引口より排気ダクトを経由して吸引排気集塵するという技術が提案されている(例えば、特許文献1参照)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開平07−060474号公報(第3頁、第1図)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
しかし、レーザ光による被加工物の加工中に発生する粉塵を回収する筒状の粉塵吸引口を被加工物の近傍に設けるという従来の技術では、アウトガスの成分を含むドロス等が切断後の被加工物に付着することを抑制することは困難であった。本発明が解決しようとする課題は、被加工物にドロス等が付着することを抑制することが困難であるという点である。
【課題を解決するための手段】
【0007】
以下、「課題を解決するための手段」、「発明の効果」、及び、「発明を実施するための形態」の説明におけるかっこ内の符号は、説明における用語と図面に示された構成要素とを対比しやすくする目的で記載されたものである。また、これらの符号等は、「図面に示された構成要素に限定して、説明における用語の意義を解釈すること」を意味するものではない。
【0008】
上述の課題を解決するために、本発明に係るレーザ加工装置(1)は、レーザ光(9、10)を発生させる光源(2、3)とノズル(21)とを備え、該ノズル(21)が有する第1の開口(22)から被加工物(5)が有する被加工面(19)に対してレーザ光(9、10)を照射し、かつ、第1の開口(22)から被加工面(19)に向かってアシストガス(40)を噴射することによって被加工物(5)に対する加工を行うレーザ加工装置であって、ノズル(21)の周囲において該ノズル(21)を取り囲むようにして設けられた吸引用部材(23A〜23E)と、吸引用部材(23A〜23E)の底面(27)に平面視して接するようにして設けられた吸引口(28、32、36)と、吸引口(28、32、36)から吸引用部材(23A〜23E)の外部につながるようにして設けられた吸引路(24、35)と、吸引路(24、35)につながるようにして設けられた吸引手段(26)とを備えるとともに、加工を行う場合には、ノズル(21)の底面(29)及び吸引用部材(23A〜23E)の底面(27)と被加工面(19)との間の空間(30)に存在する物質が吸引口(28、32、36)と吸引路(24、35)とを順次経由して排出されることを特徴とする。
【0009】
また、本発明に係るレーザ加工装置(1)は、上述のレーザ加工装置において、吸引路(24)は吸引用部材(23A〜23C、23E)の内部に設けられた管状の空間(24)からなり、吸引口(28、32)は吸引用部材(23A〜23C、23E)の底面(27)において吸引路(24)につながるようにして形成された第2の開口(28、32)からなることを特徴とする。
【0010】
また、本発明に係るレーザ加工装置(1)は、上述のレーザ加工装置において、吸引用部材(23B)の底面(27)から吸引路(24)につながるようにして掘り込まれた凹部(31)を備えるとともに、吸引用部材(23B)の底面(27)における凹部(31)の投影面積が吸引路(24)の投影面積よりも大きいことを特徴とする。
【0011】
また、本発明に係るレーザ加工装置(1)は、上述のレーザ加工装置において、吸引口(28、32、36)は、被加工面(19)における加工された部分に平面視して重なるようにして設けられていることを特徴とする。
【0012】
また、本発明に係るレーザ加工装置(1)は、上述のレーザ加工装置において、吸引口(36)はノズル(21)の底面(29)と吸引用部材(23D)の底面(27)との間に存在する第1の間隙(36)からなり、吸引路(35)はノズル(21)の外側面と吸引用部材(23D)の内側面との間に存在する第2の間隙(35)からなることを特徴とする。
【0013】
また、本発明に係るレーザ加工装置(1)は、上述のレーザ加工装置において、ノズル(21)の底面(29)が含まれる平面と吸引用部材(23A)の底面(27)が含まれる平面とが異なることを特徴とする。
【0014】
また、本発明に係るレーザ加工装置(1)は、上述のレーザ加工装置において、吸引用部材(23C)の底面(27)において、吸引路(24)につながるとともにレーザ光(9、10)と被加工物(5)とが相対的に移動する方向に沿って設けられた溝(33)を備えることを特徴とする。
【0015】
また、本発明に係るレーザ加工装置(1)は、上述のレーザ加工装置において、加工は切断、穴開け、又は、表面処理のうち少なくともいずれか1つを目的とすることを特徴とする。
【0016】
また、本発明に係るレーザ加工装置(1)は、上述のレーザ加工装置において、被加工物(5)は樹脂封止体又は光学系部材であることを特徴とする。
【0017】
また、本発明に係るレーザ加工装置(1)は、上述のレーザ加工装置において、樹脂封止体は回路基板(7)と該回路基板(7)に実装された複数のチップと該複数のチップを一括して樹脂封止する封止樹脂(8)とを有し、樹脂封止体に対して加工を行うことによって樹脂封止体を個片化して1個又は複数個のパッケージが製造され、1個のパッケージは1個又は複数個の突起(37)を有し、ノズル(21)の先端と吸引用部材(23E)の先端とは各々基部(38)と先細部(39)とを有し、先細部(39)が突起(37)に接触しないように先細部(39)の幅が基部(38)の幅よりも小さくなっていることを特徴とする。
【発明の効果】
【0018】
本発明に係るレーザ加工装置によれば、ノズル(21)の周囲において該ノズル(21)を取り囲むようにして設けられた吸引用部材(23A〜23E)と、吸引用部材(23A〜23E)の底面(27)に平面視して接するようにして設けられた吸引口(28、32、36)と、吸引口(28、32、36)につながる吸引路(24、35)と、吸引路(24、35)につながる吸引手段(26)とを備える。ノズル(21)が有する第1の開口(22)から被加工面(19)に対してレーザ光(9、10)を照射し、かつ、第1の開口(22)から被加工面(19)に向かってアシストガス(40)を噴射することにより被加工物(5)に対する加工を行う。加工を行う際は、ノズル(21)の底面(29)及び吸引用部材(23A〜23E)の底面(27)と被加工面(19)との間の空間(30)に存在する物質が吸引口(28、32、36)と吸引路(24、35)とを順次経由して排出される。したがって、レーザ光(9、10)によって照射された被加工物(5)に起因して発生した物質が、吸引口(28、32、36)と吸引路(24、35)とを順次経由して排出される。
【図面の簡単な説明】
【0019】
【図1】図1は、本発明に係るレーザ加工装置の概略図である。
【図2】図2は、本発明の実施例1に係るレーザ加工装置に使用される吸引機構の概略図である。
【図3】図3は、本発明の実施例2に係るレーザ加工装置に使用される吸引機構の概略図である。
【図4】図4は、本発明の実施例3に係るレーザ加工装置に使用される吸引機構の概略図である。
【図5】図5は、本発明の実施例4に係るレーザ加工装置に使用される吸引機構の概略図である。
【図6】図6は、本発明の実施例5に係るレーザ加工装置に使用される吸引機構の概略図である。
【図7】図7(1)は本発明の実施例6に係るレーザ加工装置に使用される吸引機構の概略図、図7(2)は図7(1)に示された吸引機構の先端(下端)を図7(1)の右側から見て示す部分断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0020】
レーザ加工装置に、ノズル(21)の周囲において該ノズル(21)を取り囲むようにして設けられた吸引用部材(23A)と、吸引用部材(23A)の底面(27)に設けられた吸引口(28)と、吸引口(28)につながる吸引路(24)と、吸引路(24)に順次つながる吸引用配管(25)及び吸引ポンプ(26)とを備える。ノズル(21)が有する第1の開口(22)から被加工物(5)が有する被加工面(19)に対してレーザ光(9、10)を照射し、かつ、第1の開口(22)から被加工面(19)に向かってアシストガス(40)を噴射することによって被加工物(5)に対する加工を行う。加工を行う際は、ノズル(21)の底面(29)及び吸引用部材(23A)の底面(27)と被加工面(19)との間の空間(30)に存在する物質が吸引口(28)と吸引路(24)と吸引用配管(25)とを順次経由して排出される。
【実施例1】
【0021】
本発明の実施例1に係るレーザ加工装置を、図1と図2とを参照して説明する。図1は、本発明に係るレーザ加工装置の概略図である。図2は、本実施例に係るレーザ加工装置に使用される吸引機構の概略図である。なお、本出願書類におけるいずれの図についても、わかりやすくするために、適宜省略し又は誇張して模式的に描かれている。また、同一の構成要素には同一の符号を付して、説明を適宜省略する。
【0022】
本発明は、被加工物が有する被加工面にレーザ光を照射してその被加工物を加工するレーザ加工装置に関するものである。以下の説明においては、2種類のレーザ光を重畳させて被加工面に照射することによって被加工物を加工する場合を説明する。被加工面に対して1種類のレーザ光を照射することによって被加工物を加工する場合においても、本発明を適用することができる。
【0023】
図1に示されたレーザ加工装置1は、本発明に係るレーザ加工装置である。レーザ加工装置1は、第1の光源2と第2の光源3と吸引機構4Aとを備える。また、レーザ加工装置1は、被加工物5を固定するステージ6を備える。ステージ6は、図のX、Y及びZ方向に移動する。これによって、レーザ光に対して被加工物5を移動させることができる。ステージ6については、必要に応じて、図のθ方向に回転することができるようにしてもよい。なお、レーザ光と被加工物5とが、図のX、Y及びZ方向に沿って(必要であれば更にθ方向に沿って)、相対的に移動することができるようになっていればよい。
【0024】
被加工物5としては、異種材料から構成される複合部材が挙げられる。複合部材としては、例えば、セラミックス製の回路基板であるセラミックス基板7において格子状に設けられた複数の領域の上にそれぞれLEDチップ(図示なし)が実装され、それらのLEDチップがシリコーン樹脂8からなる封止樹脂によって一括して樹脂封止された樹脂封止体が挙げられる。本実施例では、シリコーン樹脂8を上にしてセラミックス基板7の面(図では下面)をステージ6に固定する。
【0025】
第1の光源2は、例えばCO レーザ発振器であって、集光レンズ(後述)に吸収されるという性質を有する第1のレーザ光であるCO レーザ光9を発生させる。CO レーザ光9は、リングモードを有するレーザ光であることが好ましい。第2の光源3は、例えばファイバーレーザ発振器であって、第2のレーザ光であるファイバーレーザ光10を発生させる。ファイバーレーザ光10は、集光レンズに吸収されないという性質を有する。
【0026】
CO レーザ光9は、9〜11μm程度の波長を有する。CO レーザ光9のスポット径とエネルギーとについては,加工条件、発振のモード、被加工物5の特性等によって大きく変わる。例えば、スポット径は20μm〜1mm程度、エネルギーは数百W程度が考えられる。ファイバーレーザ光10についてパルス発振であるQ−SW発振を使用する場合には、スポット径は10〜100μm程度、エネルギーは50μJ〜1J/Pulseが考えられる。また、ファイバーレーザ光10について連続発振による連続波を使用することもできる。
【0027】
CO レーザ光9は、被加工物5を構成する材料のうちシリコーン樹脂8の切断に適したレーザ光である。ファイバーレーザ光10は、被加工物5を構成する材料のうちセラミックス基板7の切断に適したレーザ光である。
【0028】
CO レーザ光9を第1の光源2から被加工物5に導く第1の光路11においては、集光レンズが設けられておらず、かつ、凹面反射鏡12が設けられている。凹面反射鏡12には、ファイバーレーザ光10が通過するための開口13が設けられている。凹面反射鏡12は、モータ等からなる駆動装置14によって図の矢印が示す両方向に、微小に回転(回動)する。これらのことによって、被加工物5に対してCO レーザ光9を照射すること、及び、被加工物5に対してCO レーザ光9を走査させることができる。
【0029】
ファイバーレーザ光10を第2の光源3から被加工物5に導く第2の光路15が、凹面反射鏡12よりも第2の光源3に近い側(図1では凹面反射鏡12の上方)に、設けられている。第2の光路15には、導光ケーブルである光ファイバー16と、コリメータ17と、集光レンズ18とが設けられている。これにより、第2の光源3において発生したファイバーレーザ光10は、光ファイバー16によって導かれ、コリメータ17によって光軸調整されるとともに平行に放射される。ファイバーレーザ光10は、集光レンズ18によって屈折することによって収束(集光)される。これにより、ファイバーレーザ光10は、開口13を通過して被加工物5の表面19(必要に応じて被加工物5の内部を含む。以下同じ。)における被加工部20に焦点を結んで被加工物5を照射する。焦点のZ方向の位置は、光学的な手段又はステージ6の駆動によって適宜制御される。
【0030】
被加工物5の表面19付近にはノズル21が設けられている。ノズル21は、円形、N角形等からなる平面形状を有する(Nは3以上の自然数。以下同じ。)。ノズル21は、CO レーザ光9とファイバーレーザ光10とを被加工部20に向かって照射する照射用ノズル、及び、アシストガス(図示なし)を被加工部20に向かって噴射する噴射用ノズルとして機能する。ノズル21には、アシストガス(図示なし)を被加工部20に向かって噴射するための噴射口22が設けられている。CO レーザ光9とファイバーレーザ光10とは、いずれも噴射口22を通過して被加工部20に向かって照射される。
【0031】
ノズル21の周囲には、ノズル21を取り囲むようにして、ノズル21とは別の部材である吸引用部材23Aが設けられている。吸引用部材23Aの内部には、管状の空間である吸引路24が設けられている。吸引路24は、吸引用部材23Aの外部に設けられた吸引用配管25に接続されている。吸引用配管25は、吸引用部材23Aの外部に設けられた吸引ポンプ26に接続されている。吸引用部材23Aと吸引用配管25と吸引ポンプ26とは、吸引機構4Aに含まれる。
【0032】
吸引用部材23Aの底面27には、吸引路24によって形成された開口からなる吸引口28が設けられている。したがって、吸引口28は、平面視して吸引用部材23Aの底面27に含まれるようにして、言い換えれば底面27に内接して、設けられている。本実施例では、吸引口28は、ステージ6の進行方向(図では+X方向であって太い右向きの矢印で示されている)に対して真後ろの方向(図では−X方向)に沿って設けられている。このことにより、吸引口28は、被加工物5の表面19における既に加工された部分(加工後の被加工部20)の真上に位置する。
【0033】
吸引用部材23Aの底面27とノズル21の底面29とは、図のZ方向においてほぼ同じ位置(同じ高さ位置)に存在しており、いずれも被加工物5の表面19に相対向する。これにより、吸引用部材23Aの底面27及びノズル21の底面29と被加工物5の表面19との間には、ほぼ同じ高さの空間30が形成される。したがって、空間30は、吸引用部材23Aの底面27及びノズル21の底面29と被加工物5の表面19との間における限られた空間である。
【0034】
レーザ加工装置1の動作を、図1を参照して説明する。以下の動作において、ステージ6を使用して、それぞれ照射されるCO レーザ光9とファイバーレーザ光10とに対して被加工物5を移動させる。第1に、リングモードを有するCO レーザ光9は、凹面反射鏡12によって反射されかつ集光される。これによって、CO レーザ光9は、集光レンズ18を通過することなく被加工物5の被加工部20に焦点を結んで被加工物5を照射する。リングモードを有するCO レーザ光9によって被加工物5が照射される領域は、平面視して円環状の形状を有する。ここで、「円環」とは、トーラス(torus)を平面視した形状を意味する。
【0035】
第2に、コリメータ17によって光軸調整されるとともに平行に放射されたファイバーレーザ光10は、集光レンズ18によって屈折することによって収束(集光)される。これにより、ファイバーレーザ光10は、凹面反射鏡12の開口13を通過して被加工部20に焦点を結んで、CO レーザ光9によって被加工物5が照射される領域の内側において被加工物5を照射する。これらのことによって、重畳されたCO レーザ光9とファイバーレーザ光10とを被加工部20に向かって照射することができる。これにより、被加工物5を加工することができる。
【0036】
重畳されたCO レーザ光9とファイバーレーザ光10とを被加工部20に向かって照射することによって被加工物5を加工する。加工している間中、吸引ポンプ26を使用して、吸引用配管25と吸引路24と吸引口28とを順次経由して空間30を吸引する。これにより、空間30においてアシストガスの流れに含まれて存在する物質、例えば、照射された被加工物5に起因して発生した物質であるドロス等を空間30から排出する。したがって、空間30に存在する物質を効果的に除去することができるので、加工された被加工物5にドロス等が付着することを抑制することができる。
【0037】
以上説明したレーザ加工装置1の動作によって、まず、シリコーン樹脂8の切断に適したCO レーザ光9によって照射された円環状の領域において、被加工物5を構成する材料のうちシリコーン樹脂8が除去される。CO レーザ光9とファイバーレーザ光10とに対して被加工物5は移動しているので、その移動方向に沿った領域であって円環の外径にほぼ等しい幅を有する領域においてシリコーン樹脂8が除去される。
【0038】
次に、被加工物5を引き続いて移動させることによって、シリコーン樹脂8が除去された領域にファイバーレーザ光10を照射する。これにより、セラミックス基板7の切断に適したファイバーレーザ光10によって照射された円状の領域において、被加工物5を構成する材料のうちセラミックス基板7が除去される。したがって、被加工物5が完全に切断される。
【0039】
以上説明したように、本実施例によれば、被加工物5が完全に切断されるまでの過程において発生するとともにアシストガスの流れに含まれるドロス等が、吸引口28を経由して空間30から除去される。吸引口28は、被加工物5の表面19に相対向する吸引用部材23Aの底面27に設けられている。加えて、吸引口28は、ステージ6の進行方向に対して真後ろの方向に設けられている。これらによって、ドロス等の除去をいっそう効果的に行うことができる。したがって、加工された被加工物5にドロス等が付着することをいっそう抑制することができる。また、加工された被加工物5を洗浄する工程という余分な工程が不要になる。
【0040】
また、本実施例によれば、CO レーザ光9が集光レンズ18を通過することなく、重畳されたCO レーザ光9とファイバーレーザ光10とを被加工物5における被加工部20に向かって照射する。したがって、集光レンズに吸収されるという性質を有するCO レーザ光9と、ファイバーレーザ光10とを重畳して、被加工部20に向かって照射することができる。これにより、集光レンズに吸収されるという性質を有するCO レーザ光9を含む2つのレーザ光を重畳して被加工部20に向かって照射することができる。したがって、集光レンズに吸収されるという性質を有するレーザ光を含む2つのレーザ光を被加工物5の特性に応じて選択して、それらのレーザ光を重畳させて被加工物5に向かって照射することによって、被加工物5を完全に切断することができる。
【0041】
なお、ここまでの説明では、レーザ光としてCO レーザ光9とファイバーレーザ光10とを重畳させて使用する場合を説明した。これに限らず、レーザ光としてCO レーザ光9及びファイバーレーザ光10以外のレーザ光を使用することもできる。例えば、集光レンズ18を経由して被加工物5を照射するレーザ光として、ファイバーレーザ光10の基本波及び高調波、YAGレーザの基本波及び高調波等を使用することができる。また、ファイバーレーザ光10として、パルス発振レーザ(超短パルスレーザを含む)によるレーザ光を使用してもよい。
【実施例2】
【0042】
本発明の実施例2に係るレーザ加工装置を、図3を参照して説明する。図3は、本実施例に係るレーザ加工装置に使用される吸引機構の概略図である。
【0043】
図3に示された吸引機構4Bは、本実施例に係るレーザ加工装置に使用される吸引機構である。吸引機構4Bには、ノズル21を取り囲むようにして、ノズル21とは別の部材である吸引用部材23Bが設けられている。吸引用部材23Bの内部には、管状の空間である吸引路24が設けられている。吸引用部材23Bの底面27から吸引用部材23Bの内側に向かって、底面27から吸引路24につながるようにして掘り込まれたざぐり部からなる凹部31が設けられている。吸引用部材23Bの底面27には、凹部31によって形成された開口からなる吸引口32が設けられている。凹部31は、吸引用部材23Bの底面27における凹部31の投影面積が吸引路24の投影面積よりも大きく、かつ、底面27における凹部31の投影範囲が吸引路24の投影範囲を完全に含むようにして、設けられている。
【0044】
本実施例においては、重畳されたCO レーザ光9とファイバーレーザ光10とを被加工部20に向かって照射することによって被加工物5を加工する。加工している間中、吸引ポンプ26を使用して、吸引用配管25と吸引路24と凹部31と吸引口32とを順次経由して空間30を吸引する。これにより、空間30においてアシストガスの流れに含まれて存在する物質、例えば、照射された被加工物5に起因して発生した物質であるドロス等が空間30から除去される。したがって、加工された被加工物5にドロス等が付着することが抑制される。
【0045】
特に、本実施例によれば、吸引口32と吸引路24との間に、底面27から吸引路24につながるようにして掘り込まれたざぐり部からなる凹部31が設けられている。言い換えれば、凹部31が延びる方向に沿った凹部31の単位長さ当たりの体積が、吸引路24が延びる方向に沿った吸引路24の単位長さ当たりの体積よりも大きい。これにより、空間30を吸引する際に、実施例1の場合に比較して、吸引路24と吸引口32との間の気体の流れを凹部31によって安定させることができる。したがって、実施例1の場合に比較して安定した気体の流れを形成することができる。
【0046】
以上説明したように、本実施例によれば、実施例1の場合に比較して、安定した気体の流れによって、空間30に存在する物質(ドロス等)を排出する。これにより、空間30に存在する物質をいっそう効果的に除去することができる。したがって、加工された被加工物5にドロス等が付着することをいっそう抑制することができる。
【0047】
なお、本実施例では、凹部31としてざぐり部が形成される場合を説明した。ざぐり部に限らず、凹部31は、次の2つの条件を満たすようにして設けられていればよい。第1の条件は、凹部31が、底面27から吸引路24につながるようにして掘り込まれていることである。第2の条件は、凹部31が、吸引用部材23Bの底面27における凹部31の投影面積が吸引路24の投影面積よりも大きくなるようにして設けられていることである。また、凹部31は、吸引用部材23Bの底面27における凹部31の投影範囲の少なくとも一部と吸引路24の投影範囲の少なくとも一部とが重なるようにして設けられていてもよい。
【実施例3】
【0048】
本発明の実施例3に係るレーザ加工装置を、図4を参照して説明する。図4は、本実施例に係るレーザ加工装置に使用される吸引機構の概略図である。
【0049】
図4に示された吸引機構4Cは、本実施例に係るレーザ加工装置に使用される吸引機構である。吸引機構4Cには、ノズル21を取り囲むようにして、ノズル21とは別の部材である吸引用部材23Cが設けられている。吸引用部材23Cの内部には、管状の空間である吸引路24が設けられている。吸引用部材23Cの底面27には、溝33が設けられている。吸引用部材23Cの底面27においては、溝33によって細長い開口が形成される。吸引路24には、溝33によって形成された開口からなる吸引口34が設けられている。溝33は、CO レーザ光9及びファイバーレーザ光10と被加工物5とが相対的に移動する方向(以下「移動方向」といい、図では±X方向である。)に沿って、かつ、吸引用部材23Cの底面27において既に加工された部分(図では被加工部20から−X方向に沿って延びる部分)に平面視して重なるようにして、設けられている。
【0050】
本実施例においては、重畳されたCO レーザ光9とファイバーレーザ光10とを被加工部20に向かって照射することによって被加工物5を加工する。加工している間中、吸引ポンプ26を使用して、吸引用配管25と吸引路24と吸引口34と溝33とを順次経由して空間30を吸引する。これにより、空間30においてアシストガスの流れに含まれて存在する物質、例えば、照射された被加工物5に起因して発生した物質であるドロス等が空間30から除去される。したがって、加工された被加工物5にドロス等が付着することが抑制される。
【0051】
特に、本実施例によれば、空間30と吸引路24との間に、底面27において形成された溝33が設けられている。溝33は、CO レーザ光9及びファイバーレーザ光10と被加工物5とが相対的に移動する方向に沿って、かつ、吸引用部材23Cの底面27において既に加工された部分に平面視して重なるようにして、設けられている。これらにより、実施例1の場合に比較して、溝33の内部を流動するアシストガス(図示なし)に助けられることによって、空間30に存在する気体をいっそう効果的に吸引する。したがって、溝33の内部を流動するアシストガス(図示なし)によって、空間30に存在する物質(ドロス等)をいっそう効果的に排出することができる。
【0052】
以上説明したように、本実施例によれば、実施例1の場合に比較して、溝33の内部を流動するアシストガス(図示なし)によって、空間30に存在する物質(ドロス等)を排出する。これによって、空間30に存在する物質をいっそう効果的に除去することができる。したがって、加工された被加工物5にドロス等が付着することをいっそう抑制することができる。
【0053】
なお、溝33は、移動方向に沿って、かつ、吸引用部材23Cの底面27においてこれから加工されるべき部分(図では被加工部20から+X方向に沿って延びる部分)に平面視して重なるようにして、設けられていてもよい。また、溝33は、移動方向に沿って、かつ、吸引用部材23Cの底面27において既に加工された部分とこれから加工されるべき部分とに平面視して重なるようにして、設けられていてもよい。また、吸引路24と溝33とは、移動方向とは無関係に、被加工部20から吸引用部材23Cの外周方向に向かって設けられていてもよい。
【0054】
また、ノズル21の底面29と吸引用部材23Cの底面27とが同じ高さ位置になるようにして構成した。これに代えて、ノズル21の底面29と溝33の内底面(図では溝33における上側の面)とが同じ高さ位置になるようにして構成してもよい。また、ノズル21の底面29の高さ位置を、吸引用部材23Cの底面27と溝33の内底面との間の高さ位置になるようにして構成してもよい。また、ノズル21の底面29の高さ位置を、吸引用部材23Cの底面27の高さ位置よりも低くなるようにして構成してもよい。
【実施例4】
【0055】
本発明の実施例4に係るレーザ加工装置を、図5を参照して説明する。図5は、本実施例に係るレーザ加工装置に使用される吸引機構の概略図である。
【0056】
図5に示された吸引機構4Dは、本実施例に係るレーザ加工装置に使用される吸引機構である。吸引機構4Dには、ノズル21を取り囲むようにして、ノズル21とは別の部材である吸引用部材23Dが設けられている。本実施例においては、ノズル21の外側面と吸引用部材23Dの内側面との間の間隙が吸引路35として機能する。吸引路35は、吸引用部材23Dの外部に設けられた吸引用配管25に接続されている。ノズル21の外側面と吸引用部材23Dの内側面との間の間隙の上端は、吸引用配管25に接続されている部分を除いて、シール部材(図示なし)によって吸引用部材23Dの上方の空間から密閉される。
【0057】
吸引用部材23Dの底面27には、吸引路35によって形成された開口からなる吸引口36が設けられている。吸引口36は、ノズル21の底面29と吸引用部材23Dの底面27との間の間隙によって構成されている。これにより、吸引口36は、平面視して吸引用部材23Dの底面27に接するようにして、言い換えれば底面27に外接して、設けられていることになる。したがって、吸引用部材23Dの底面27には、枠状(例えば、円状、楕円状、又は、N角形状)の平面形状を有する吸引口36が、被加工部20を取り囲むようにして設けられていることになる。
【0058】
本実施例によれば、実施例1と同様の効果に加えて、次の効果が得られる。吸引用部材23Dの底面27には、枠状の平面形状を有する吸引口36が、実施例1における吸引口28(図2参照)よりも被加工部20に近い位置において、かつ、被加工部20を取り囲むようにして設けられている。これにより、実施例1の場合に比較して、空間30を流動するアシストガス(図示なし)と被加工部20を取り囲むようにして設けられた吸引口36とによって、空間30に存在する気体をいっそう効果的に吸引する。したがって、空間30を流動するアシストガス(図示なし)と被加工部20を取り囲むようにして設けられた吸引口36とによって、空間30においてアシストガスの流れに含まれて存在する物質(ドロス等)をいっそう効果的に排出することができる。
【0059】
なお、本実施例では、吸引用部材23Dの底面27とノズル21の底面29とが同じ高さ位置になるようにして構成した。この構成に代えて、ノズル21の底面29の高さ位置を、吸引用部材23Dの底面27の高さ位置よりも高くなるようにして構成してもよい。また、ノズル21の底面29の高さ位置を、吸引用部材23Dの底面27の高さ位置よりも低くなるようにして構成してもよい。
【実施例5】
【0060】
本発明の実施例5に係るレーザ加工装置を、図6を参照して説明する。図6は、本実施例に係るレーザ加工装置に使用される吸引機構の概略図である。
【0061】
図6に示された吸引機構4Eは、本実施例に係るレーザ加工装置に使用される吸引機構である。本実施例では、実施例1に示された構成に、ノズル21の底面29が吸引用部材23Aの底面27よりも上に位置しているという構成が追加されている。したがって、ノズル21の底面29が含まれる平面と吸引用部材23Aの底面27が含まれる平面とが異なる。
【0062】
本実施例によれば、実施例1と同様の効果に加えて、次の効果が得られる。ノズル21の底面29と被加工物5の表面19との間が、吸引用部材23Aの底面27と被加工物5の表面19との間よりも広い。言い換えれば、ノズル21の底面29と被加工物5の表面19との間において、空間30よりも高い空間が形成されている。このことにより、被加工物5が加工されることによって発生したドロス等が、ノズル21の底面29と被加工物5の表面19との間に形成された空間(空間30よりも高い空間)に収容された後に、吸引口28から吸引路24へと吸引される。したがって、空間30よりも高い空間に収容されたドロス等を吸引口28から吸引路24へと効果的に吸引することができる。
【0063】
なお、本実施例では、ノズル21の底面29が吸引用部材23Aの底面27よりも上に位置しているという構成と実施例1に示された構成(図2参照)とを組み合わせた。これに限らず、ノズル21の底面29が吸引用部材23Aの底面27よりも上に位置しているという構成と、実施例2〜4のいずれか1つに示された構成とを組み合わせて使用することもできる。
【実施例6】
【0064】
本発明の実施例6に係るレーザ加工装置を、図7を参照して説明する。図7(1)は本実施例に係るレーザ加工装置に使用される吸引機構の概略図、図7(2)は図7(1)に示された吸引機構の先端(下端)を図7(1)の右側から見て示す部分断面図である。
【0065】
図7に示された吸引機構4Fは、本実施例に係るレーザ加工装置に使用される吸引機構である。本実施例では、実施例1に示された構成(図2参照)に、ノズル21の先端と吸引用部材23Eの先端とがそれぞれ2段構造を有するという構成が追加されている。
【0066】
本実施例は、被加工物5の表面19に突起37を有する被加工物5を加工する場合を対象としている。この場合には、突起37に接触しないような形状をそれぞれ有するノズル21と吸引用部材23Eとを使用することができる。
【0067】
例えば、被加工物5が、回路基板(セラミックス基板7)に設けられた格子状の領域にそれぞれ配置された複数の発光素子のチップ(例えば、LEDチップ、レーザダイオード(LD)チップ等)が一括して樹脂封止された樹脂封止体である場合について考える。複数のLEDチップが樹脂封止された場合には、本発明に係るレーザ加工装置1により被加工物5が個片化されることにより、複数個のLEDパッケージが製造される。また、本発明に係るレーザ加工装置1により被加工物5における周辺部の不要な部分が切断され除去されることによって、被加工物5が個片化されて1個のLEDパッケージが製造される。1個のLEDパッケージはそれぞれ凸レンズとして機能する1個又は複数個の突起37を有しており、被加工物5においても複数の突起37が形成されている。これらの突起(凸レンズ)37に傷がつくと、光学的特性を損なうという点において致命的な欠陥になる。そこで、突起(凸レンズ)37に傷がつくことを防止する必要がある。
【0068】
本実施例においては、ノズル21の先端(下端)と吸引用部材23Eの先端(下端)とを、突起37同士の間に入り込むことができる幅と形状、言い換えれば、突起37に接触しないような寸法形状にする。図7(2)に示されているように、ノズル21と吸引用部材23とを、それぞれ基部38と先細部39とを有する構成とする。そして、Y方向における幅に関して、ノズル21と吸引用部材23との形状を、それぞれ先細部39が基部38よりも小さいような形状にする。具体的には、先細部39の縦断面形状を、図7(2)に示された段付の形状にする。また、先細部39の縦断面形状をテーパ状の形状にしてもよい。
【0069】
本実施例によれば、これまで説明した各実施例と同様に、被加工物5を+X方向に移動させる。そして、噴射口22からアシストガス40を噴射させるとともに、CO レーザ光9及びファイバーレーザ光10を噴射口22を通過させて被加工部20に対して照射する。これにより、それぞれノズル21と吸引用部材23との先細部39が被加工物5の突起37に接触することなく、被加工物5を切断することができる。
【0070】
また、本実施例は、LEDチップ以外のチップを樹脂封止することによって形成され表面19に突起37が形成された被加工物5を加工する場合においても適用される。被加工物5の例としては、第1に、回路基板に受光素子からなるチップが複数個実装され、それらのチップが樹脂封止されて形成され、凸レンズとして機能する複数個の突起を有する樹脂封止体が挙げられる。この樹脂封止体は、受光センサのパッケージを製造する際に中間体として使用される。第2に、回路基板にセンサ、ドライバ等からなるチップが複数個実装され、それらのチップが樹脂封止されて形成され、複数個の突起を有する樹脂封止体が挙げられる。この樹脂封止体は、例えば、制御用モジュールのパッケージを製造する際に中間体として使用される。第3に、回路基板にダイオード、パワートランジスタ等からなるチップが複数個実装され、それらのチップが樹脂封止されて形成され、複数個の突起を有する樹脂封止体が挙げられる。この樹脂封止体は、例えば、パワーモジュールのパッケージを製造する際に中間体として使用される。
【0071】
なお、ここまで説明した各実施例に示された構成を適宜組み合わせて使用することもできる。例えば、実施例2と実施例4とを組み合わせてもよい。この場合においては、図5に示された開口36の近傍に、図3に示されたざぐり部からなる凹部31を設ける。凹部31は、枠状であって被加工部20を取り囲む平面形状を有する。
【0072】
また、例えば、実施例4と実施例5とを組み合わせてもよい。この場合には、図6に示された状態において、吸引路24に代えてノズル21の外側面と吸引用部材23Aの内側面との間の間隙を吸引路として機能させる。
【0073】
また、空間30の高さ、言い換えれば吸引用部材23A〜23Fの底面27とノズル21の底面29とのZ方向の位置については、レーザ光の種類、レーザ光のエネルギー、被加工物5の特性、吸引の強さ等に応じて、適宜調整することができる。
【0074】
また、被加工物5である樹脂封止体を完全に切断する加工(フルカット)を行う場合について説明した。これに限らず、被加工物5において厚さ方向の途中(厚さの半分程度)まで溝を形成する加工(ハーフカット)を行う場合においても本発明を適用することができる。また、被加工物5に浅い溝を形成する加工、貫通穴を形成する加工、止り穴を形成する加工、長穴を形成する加工等にも、本発明を適用することができる。また、加工としては、被加工物5の表面19に対して表面処理を行う加工も含まれる。
【0075】
また、被加工物5の種類と加工の種類とによっては、レーザ光と被加工物5とを相対的に移動させないという構成を採用することもできる。
【符号の説明】
【0076】
1 レーザ加工装置
2 第1の光源
3 第2の光源
4A、4B、4C、4D、4E、4F 吸引機構
5 被加工物
6 ステージ
7 セラミックス基板(回路基板)
8 シリコーン樹脂(封止樹脂)
9 CO レーザ光(レーザ光)
10 ファイバーレーザ光(レーザ光)
11 第1の光路
12 凹面反射鏡
13 開口
14 駆動装置
15 第2の光路
16 光ファイバー
17 コリメータ
18 集光レンズ
19 表面(被加工面)
20 被加工部
21 ノズル
22 噴射口(第1の開口)
23A、23B、23C、23D、23E 吸引用部材
24 吸引路
25 吸引用配管
26 吸引ポンプ(吸引手段)
27、29 底面
28、32 吸引口(第2の開口)
30 空間
31 凹部
33 溝
34 吸引口
35 吸引路(第2の間隙)
36 吸引口(第1の間隙)
37 突起
38 基部
39 先細部
40 アシストガス

【特許請求の範囲】
【請求項1】
レーザ光を発生させる光源とノズルとを備え、該ノズルが有する第1の開口から被加工物が有する被加工面に対して前記レーザ光を照射し、かつ、前記第1の開口から前記被加工面に向かってアシストガスを噴射することによって前記被加工物に対する加工を行うレーザ加工装置であって、
前記ノズルの周囲において該ノズルを取り囲むようにして設けられた吸引用部材と、
前記吸引用部材の底面に平面視して接するようにして設けられた吸引口と、
前記吸引口から前記吸引用部材の外部につながるようにして設けられた吸引路と、
前記吸引路につながるようにして設けられた吸引手段とを備えるとともに、
前記加工を行う場合には、前記ノズルの底面及び前記吸引用部材の底面と前記被加工面との間の空間に存在する物質が前記吸引口と前記吸引路とを順次経由して排出されることを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項2】
請求項1に記載されたレーザ加工装置において、
前記吸引路は前記吸引用部材の内部に設けられた管状の空間からなり、
前記吸引口は前記吸引用部材の底面において前記吸引路につながるようにして形成された第2の開口からなることを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項3】
請求項2に記載されたレーザ加工装置において、
前記吸引用部材の底面から前記吸引路につながるようにして掘り込まれた凹部を備えるとともに、
前記吸引用部材の底面における前記凹部の投影面積が前記吸引路の投影面積よりも大きいことを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項4】
請求項1〜3のいずれかに記載されたレーザ加工装置において、
前記吸引口は、前記被加工面における加工された部分に平面視して重なるようにして設けられていることを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項5】
請求項1に記載されたレーザ加工装置において、
前記吸引口は前記ノズルの底面と前記吸引用部材の底面との間に存在する第1の間隙からなり、
前記吸引路は前記ノズルの外側面と前記吸引用部材の内側面との間に存在する第2の間隙からなることを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項6】
請求項1〜5のいずれかに記載されたレーザ加工装置において、
前記ノズルの底面が含まれる平面と前記吸引用部材の底面が含まれる平面とが異なることを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項7】
請求項1〜6のいずれかに記載されたレーザ加工装置において、
前記吸引用部材の底面において、前記吸引路につながるとともに前記レーザ光と前記被加工物とが相対的に移動する方向に沿って設けられた溝を備えることを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項8】
請求項1〜7のいずれかに記載されたレーザ加工装置において、
前記加工は切断、穴開け、又は、表面処理のうち少なくともいずれか1つを目的とすることを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項9】
請求項1〜8のいずれかに記載されたレーザ加工装置において、
前記被加工物は樹脂封止体又は光学系部材であることを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項10】
請求項9に記載されたレーザ加工装置において、
前記樹脂封止体は回路基板と該回路基板に実装された複数のチップと該複数のチップを一括して樹脂封止する封止樹脂とを有し、
前記樹脂封止体に対して前記加工を行うことによって前記樹脂封止体を個片化して1個又は複数個のパッケージが製造され、
前記1個のパッケージは1個又は複数個の突起を有し、
前記ノズルの先端と前記吸引用部材の先端とは各々基部と先細部とを有し、前記先細部が前記突起に接触しないように前記先細部の幅が前記基部の幅よりも小さくなっていることを特徴とするレーザ加工装置。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【図7】
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