(57)【要約】    【課題】  加工工程を停止することなくレーザ光を補正し、常に正確な位置にレーザ光を走査させて被加工物の加工精度を高く保つことができるレーザ加工装置を提供する。    【解決手段】  被加工物Ｗを保持するＸＹテーブル２１に隣接して、所定のタイミングでレーザ光を照射される位置検出試料Ｓを保持するＸＹテーブル３１が配置されている。位置検出試料Ｓへのレーザ光の投影状態の時間の経過に基づく変化を制御部６０で解析してガルバノミラー１３Ｘ，１３Ｙを制御する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を発するレーザ光源と、
前記レーザ光を所定の方向に走査して被加工物を加工する走査光学系と、
前記被加工物に隣接して配置され所定の分割されたタイミングで前記レーザ光を照射されることにより所定の軌跡が描画される検出試料を保持する検出試料保持部と、
前記検出試料に前記所定の軌跡を描くように前記走査光学系を制御すると共に実際に前記検出試料に描画された前記軌跡を解析し、前記被加工物の加工を行う場合にその解析結果に基づき前記走査光学系を制御する制御部と
を備えたことを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項２】
前記走査光学系は、前記レーザ光を第１方向に沿って走査する第１走査光学部材と、前記第１方向とは直交する第２方向に沿って走査する第２走査光学部材とを備えたことを特徴とする請求項１記載のレーザ加工装置。
【請求項３】
前記被加工物を前記第１方向に沿って搬送する搬送部を更に備え、
前記検出試料保持部は、前記被加工物から前記第２方向に移動した位置において前記検出試料を保持し、
前記制御部は、前記第２走査光学部材を定期的に駆動して前記検出試料の方向へ前記レーザ光を照射する
ことを特徴とする請求項２記載のレーザ加工装置。
【請求項４】
前記検出試料の画像を撮像する撮像部と、
前記画像を画像処理して前記検出試料上を走査されたレーザ光の軌跡を抽出する画像処理部と
を更に備え、
前記制御部は、前記軌跡の変化を解析して前記走査光学系を制御する
ことを特徴とする請求項１記載のレーザ加工装置。
【請求項５】
レーザ加工装置のレーザ光照射位置の位置ズレを補正する方法において、
レーザ加工装置の被加工物に隣接させてレーザ加工され得る検出試料を載置するステップと、
前記レーザ加工装置の動作中の所定の分割されたタイミングで前記レーザ光を前記検出試料に照射して所定の軌跡を描画するステップと、
前記所定の軌跡の形状を解析するステップと、
前記解析の結果に基づいて前記レーザ加工装置の走査光学系を制御するステップと
を備えたことを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ加工装置及びそのレーザ光照射位置の位置ズレを補正する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、レーザ加工装置においては、レーザ光源や走査光学系の温度ドリフト特性等に基づく経時変化により、レーザ光の照射位置が所望の位置からずれる位置ズレが生じる。このため、従来においては、一定時間間隔例えば数時間毎に、オペレータが顕微鏡又はカメラを用いてレーザ光照射位置を目視で確認し、位置ズレを手動で修正するのが一般的であった。このような作業は繁雑であり、またオペレータの熟練度によって加工精度が左右されるという問題もある。
【０００３】
このため、レーザ光の照射位置を高精度に自動補正する技術が、例えば特許文献１により提案されている。特許文献１のレーザ加工装置は、レーザ投光系と同軸に配置した撮像装置により被加工物を位置決めマーク等と共に撮像し、得られた画像の画像処理結果に基づいて、レーザ光を走査する走査光学系の制御量を調整している。しかし、この特許文献１の技術においては、所定の時間間隔で画像処理による位置ズレ検出と位置ズレ補正とを繰り返す必要があり、数時間毎に加工工程が停止を余儀なくされる。
【特許文献１】特開平１１−３０９５９３号公報（段落［００２６］〜［００２９］、図１他）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、加工工程を停止することなくレーザ光を補正し、常に正確な位置にレーザ光を走査させて被加工物の加工精度を高く保つことができるレーザ加工装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明に係るレーザ加工装置は、レーザ光を発するレーザ光源と、前記レーザ光を所定の方向に走査して被加工物を加工する走査光学系と、前記被加工物に隣接して配置され所定の分割されたタイミングで前記レーザ光を照射されることにより所定の軌跡が描画される検出試料を保持する検出試料保持部と、前記検出試料に前記所定の軌跡を描くように前記走査光学系を制御すると共に実際に前記検出試料に描画された前記軌跡を解析し、前記被加工物の加工を行う場合にその解析結果に基づき前記走査光学系を制御する制御部とを備えたことを特徴とする。
【０００６】
本発明に係るレーザ加工装置のレーザ光照射位置の位置ズレを補正する方法は、レーザ加工装置のレーザ光照射位置の位置ズレを補正する方法において、レーザ加工装置の被加工物に隣接させてレーザ加工され得る検出試料を載置するステップと、前記レーザ加工装置の動作中の所定の分割されたタイミングで前記レーザ光を前記検出試料に照射して所定の軌跡を描画するステップと、前記所定の軌跡の形状を解析するステップと、前記解析の結果に基づいて前記レーザ加工装置の走査光学系を制御するステップとを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、加工工程を停止することなくレーザ光の照射位置を補正し、常に正確な位置にレーザ光を走査させて被加工物の加工精度を高く保つことができるレーザ加工装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
次に、本発明の実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。
図１及び図２に、本発明の第１の実施の形態に係る半導体レーザ加工装置１の全体構成が示されている。図１は、被加工物の搬送方向であるＸ軸方向から見た側面図であり、図２は、Ｘ軸に垂直なＹ軸方向から見た側面図である。また、この実施の形態における被加工物Ｗは、樹脂封止された半導体装置が長手方向に多数配列されたフープフレームであるとする（図２参照）。
このレーザ加工装置１は、一例として樹脂封止された半導体装置のバリ取り用のレーザ加工装置であり、レーザ投光系１０、被加工物制御系２０、位置検出試料制御系３０、撮像系４０、画像処理部５０、及び制御部６０から構成されている。
【０００９】
レーザ投光系１０は、レーザ光源１１、Ｘ軸ガルバノミラー１２Ｘ、Ｙ軸ガルバノミラー１２Ｙ、ガルバノメータ１３Ｘ、ガルバノメータ１３Ｙ、被加工物用カメラ１４、及びｆθレンズ１６とを備えている。レーザ光源１１は、例えばＱスイッチパルス方式のＹＡＧレーザ装置である。
ガルバノミラー１２Ｘ、及び１２Ｙは、それぞれガルバノメータ１３Ｘ、１３Ｙにより所定の角度範囲内において回転させられる。ガルバノメータ１３Ｘ，１３Ｙの制御は、制御部６０により行われる。
ガルバノミラー１２Ｘ、１２Ｙの回転範囲が制御されることにより、レーザ光源１１から照射されたレーザ光の被加工物Ｗ上における照射位置が変更される。また、ガルバノミラー１２Ｙは、被加工物ＷとＹ軸方向において隣接する位置検出試料Ｓへもレーザ光を照射できるようにその回転範囲が設定されている。
【００１０】
被加工物用カメラ１４は、加工前における被加工物Ｗのアライメントを確認すると共に、加工後に被加工物Ｗのバリ等が正確に除去されているか否かを確認するためのものである。カメラ１４の画像は、モニタ１５で確認することができる。
また、被加工物Ｗを照明するため照明部１７が設けられている。
【００１１】
被加工物制御系２０は、被加工物ＷをＸＹ方向に移動可能に保持するためのものであり、ＸＹテーブル２１、Ｘ軸モータ２２、Ｙ軸モータ２３、位置決めピン２５、及び搬送用スプロケット２６（図２参照）を備えている。Ｘ軸モータ２２は、制御部６０から出力された制御信号に基づいて、ＸＹテーブル２１をＸ軸方向に駆動する。Ｙ軸モータ２３は、制御部６０から出力された制御信号に基づいて、ＸＹテーブル２１をＹ軸方向に駆動する。位置決めピン２５は、ＸＹテーブル２１の停止後、被加工物Ｗに形成されるピッチ孔７２（後述）に嵌め込まれることにより、被加工物Ｗを正確な位置に固定するものである。また、搬送用スプロケット２６は、図２に示すように、被加工物Ｗであるフープフレームを、Ｘ軸方向に動かしてレーザ投光系１０の下に位置させるためのものである。
【００１２】
位置検出試料制御系３０は、レーザ光の照射位置の変化を検出するための位置検出試料Ｓを保持して、必要に応じてＸＹ方向に移動可能にしたものであり、ＸＹテーブル３１、Ｘ軸モータ３２、及びＹ軸モータ３３を備えている。位置検出試料Ｓは、レーザ光が照射され通過した軌跡が判別できる材質、性質を有する試料であり、例えばモールディング用樹脂と同様の樹脂、感熱紙等が使用できる。なお、この第１の実施の形態では、一連の被加工物Ｗの加工工程の間、ＸＹテーブル３１は移動しないものとする。
【００１３】
撮像系４０は、位置検出試料Ｓを撮像するためのものであり、撮像光学系４１と、ＣＣＤカメラ４２とを備えている。位置検出試料Ｓの画像を形成する光束は、
撮像光学系４１によりＣＣＤカメラ４２の撮像面に導かれる。撮像された画像は、画像処理部５０により画像処理され、位置検出試料Ｓに形成されたレーザ光の軌跡の像が抽出される。
制御部６０は、抽出されたレーザ光の軌跡の時間変化を解析し、この解析結果を自身が有するルックアップテーブル６１に記憶させ、この記憶データに基づいて、レーザ投光系１０を制御する。また、制御部６０は、被加工物Ｗの形状に基づく加工プログラムを格納しており、この加工プログラムの設定に基づき、ガルバノメータ１３Ｘ、１３Ｙを制御する。
【００１４】
図３は、図１に示すレーザ加工装置１の被加工物Ｗであるフープフレーム７０の平面図である。フープフレーム７０のフレーム部７１には、フープフレーム７０の位置を決定するために前述の位置決めピン２５が挿入されるピッチ孔７２が一定の間隔で設けられている。フープフレーム７０のフレーム部７１及びフレーム部７３の間には、半導体パッケージＷ１〜Ｗ５がリード７４を介して接続されている。半導体パッケージＷ１〜Ｗ５の周囲には、バリＢ１が付着しており、リード７４の周囲にはバリＢ２が付着している。これらのバリＢ１、Ｂ２は、モールディング装置（図示せず）における成形金型への樹脂注入の際に成形金型の外部へと樹脂がはみ出したことにより形成されるものである。レーザ加工装置１は、これらのバリＢ１、Ｂ２を除去するのに用いられる。
【００１５】
また、半導体パッケージＷ１〜Ｗ５の間及びフレーム部７１とフレーム部７３との間には、ゲートランナＧ１がこれらに付着した形で形成されている。ゲートランナＧ１は、モールディング装置（図示せず）における樹脂注入の際に、成形金型の注入ゲートに固化されて残存された樹脂材料である。このゲートランナＧ１も、バリＢ１，Ｂ２と同様に、レーザ加工装置１での除去・切断の対象とされる。
すなわち、図４に示すように、ガルバノミラー１２Ｘ、１２Ｙを駆動させ、半導体パッケージＷｉの本来の輪郭に沿ってレーザ光をＸ，Ｙ方向に走査することにより、バリＢ１、Ｂ２、ゲートランナＧ１等を除去する（図５参照）。
【００１６】
次に、本実施の形態に係るレーザ加工装置１の動作を説明する。図示しないモールディング装置により、図３に示すようなフープフレーム７０が形成されると、このフープフレーム７０は、搬送用スプロケット２６により搬送される。こうして、レーザ投光系１０の下まで半導体パッケージＷｉの１つが搬送されると、フープフレーム７０は位置決めピン２５により位置決め固定される。
そして、所定の初期設定に従って、制御部６０がガルバノメータ１３Ｘ及び１３Ｙを駆動してガルバノミラー１２Ｘ及び１２Ｙを回転させて、レーザスポットを半導体パッケージＷｉの輪郭に沿って例えば図４のように走査させる。これにより、バリＢ１、Ｂ２、及び及びゲートランナＧ１が除去・切断される。
【００１７】
このような動作が、１時間の間に、例えば５０００〜１００００個程度の半導体パッケージＷｉに対して繰り返し行われる。ガルバノミラー１２Ｙは、定期的に例えば１時間毎に、半導体パッケージＷｉの走査範囲を越えて、レーザ光が位置検出試料Ｓ方向に照射されるように駆動される。そして、図６（ａ）に示すように、レーザ光を走査して、軌跡Ｘ１、Ｘ１’、Ｙ１及びＹ１’を位置検出試料Ｓ上に描画する。この描画が終了した後、ガルバノミラー１２Ｙは、再びフープフレーム７０方向にレーザ光を照射する通常の位置に戻り、上記のレーザ加工を再び１時間の間繰り返す。
【００１８】
その後、ガルバノミラー１２Ｙは再び位置検出試料Ｓにレーザ光を照射する位置に設定される。続いて図６（ｂ）に示すように、すでに描画済みの軌跡Ｘ１、Ｘ１’、Ｙ１及びＹ１’に隣接する位置に、新しい軌跡Ｘ２、Ｘ２’、Ｙ２及びＹ２’を描くようにガルバノミラー１２Ｘ及び１２Ｙを回転させる。このとき、前述のように、ＸＹテーブル３１は移動させない。
このようにして、通常の被加工物Ｗの加工ステップ（１時間程度）と、位置検出試料Ｓへの描画（数十ｍＳ程度）が繰り返され（図６（ｃ）〜（ｅ））、これが終了すると、位置検出試料Ｓには複数のレーザ軌跡Ｘｉ、Ｘｉ’、Ｙｉ、Ｙｉ’が形成される。
【００１９】
制御部６０は、例えば図７（ａ）のような長方形の軌跡が位置検出試料Ｓに描かれるような初期設定を行う。ガルバノメータ１３Ｘ、１３Ｙ等に経時変化が無い場合には、略設定通りの軌跡が位置検出試料Ｓに描かれる。しかし、経時変化がある場合には、例えば図７（ｂ）に示すように、隣接する軌跡Ｘ１〜Ｘ５間に位置ズレが生じる。ＣＣＤカメラ４２で撮像された位置検出試料Ｓの画像が画像処理部５０で画像処理され、制御部６０はこの画像処理データに基づき、この位置ズレ量を演算する。そして制御部６０は、図８に示すように、例えば軌跡Ｘ１の位置を原点とした他の軌跡Ｘｉの位置ズレ量と時間経過との関係を示すグラフを取得してルックアップテーブル６１に記憶する。なお、得られた位置ズレ量が既定の閾値を上回った場合、軌跡データの取得手順を停止し、モニタ１５においてその旨を報知して、ガルバノミラー１２Ｘ、１２Ｙの再調整等を促すようにしてもよい。
また、軌跡ＸｉとＸｉ’の間の距離、又は軌跡ＹｉとＹｉ’との間の距離が所定の値を超えた場合には、レーザ光スポットの膨らみ、縮みの変化が許容値以上であると判断し、レーザ光源１１の再調整を行う必要がある旨、モニタ１５に表示する。
【００２０】
この図８のグラフから、レーザ投光系１０に起因するレーザ光照射位置の位置ズレの有無、及びその時間的な傾向が把握可能になる。制御部６０は、ルックアップテーブル６１を参照して、参照データが示す位置ズレが生じないようにガルバノメータ１３Ｘ及び１３Ｙを制御する。
このように、このレーザ加工装置１によれば、一端ルックアップテーブル６１にデータが得られた後は、数時間ごとにレーザ光照射位置の位置ズレを確認しなくともレーザ光照射位置の補正を行うことができる。従って、加工工程を停止することなく、正確なレーザ加工を行うことが可能になる。
【００２１】
図９に、本発明の第２の実施の形態に係るレーザ加工装置１’の構成を示す。第１の実施の形態と同一の構成要素には同一の符号を付し、以下ではその詳細な説明は省略する。この実施の形態では、被加工物用カメラ１４の画像を画像処理して、被加工物Ｗの搬送・位置決めにおける位置ズレを検出し、この検出量に基づいてモータ２２、２３が制御される点において、第１の実施の形態と相違する。
【００２２】
この実施の形態では、被加工物用カメラ１４により被加工物Ｗが撮影され、その画像データが画像処理部５０で画像処理され、その特徴データが抽出される。制御部６０は、予め取得していた登録パターンとその特徴データとを比較してその差分ΔＸ、ΔＹを算出してモータ２２及び２３を制御する。これにより、搬送・位置決めにおける位置ズレを補正し、より正確なレーザ加工が可能になる。
【００２３】
以上、発明の実施の形態を説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲内において、種々の変更、追加等が可能である。例えば、上記実施の形態では、位置検出試料Ｓ上に、図３に示すような長方形の軌跡を描いていた。この代わりに、図１０（ａ）に示すように、レーザ加工開始時に、点Ｏから１８０°、９０°方向に伸びる軌跡Ｘ１’、Ｙ１’を描画し、その後所定時間の間、例えば１時間の加工工程を終了した後、再びこの点Ｏから０°、２７０°方向に伸びる軌跡Ｘ２’、Ｙ２’を描画するよう、制御部６０をプログラムする。そして、図１１に示すように、実際に描かれた軌跡Ｘ１’、Ｘ２’の位置ズレΔＸ、及び軌跡Ｙ１’、Ｙ２’の位置ズレΔＹを画像処理部５０の画像処理データに基づいて演算する。この位置ズレΔＸ、ΔＹの時間経過による変化のデータを取得することにより、第１の実施の形態と同様にレーザ光の照射位置の補正を行うことができる。
【００２４】
またこの実施の形態において、位置検出試料Ｓとして図１２に示すようにＸ軸方向を長手方向とする感熱紙を用意し、１組の軌跡Ｘ１’、Ｘ２’、Ｙ１’、Ｙ２’が描かれる毎にＸＹテーブル３１を駆動するようにすることができる。これにより、１つの位置検出試料Ｓを長期に亘って使用することができる。なお、位置検出試料Ｓの有無、及び描画可能なエリアが無くなったことを検知するセンサを設け、このセンサの検知出力によりオペレータに位置検出試料Ｓの交換を促すメッセージを出力させるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る半導体レーザ加工装置１の構成を示す。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る半導体レーザ加工装置１の構成を示す。
【図３】図１に示すレーザ加工装置１の被加工物Ｗであるフープフレーム７０の平面図である。
【図４】図１のガルバノミラー１２Ｘ、１２Ｙを駆動させ、フープフレーム７０中の半導体パッケージＷｉの本来の輪郭に沿ってレーザ光をＸ，Ｙ方向に走査する様子を説明している。
【図５】レーザ光走査によりバリＢ１、Ｂ２及びゲートランナＧ１が除去されたフープフレーム７０を示す。
【図６】位置検出試料Ｓにレーザ光が走査されることにより描かれる軌跡Ｘｉ、Ｙｉ、Ｘｉ’、Ｙｉ’を示す。
【図７】経時変化がない場合のレーザ光の軌跡と、経時変化がある場合のレーザ軌跡の一例を示す。
【図８】経時変化がある場合に軌跡Ｘｉ、Ｙｉの間に生じる位置ズレ量の時間に基づく変化を示すグラフである。
【図９】本発明の第２の実施の形態に係る半導体レーザ加工装置１の構成を示す。
【図１０】位置検出試料Ｓにレーザ光が走査されることにより描かれる軌跡の別の例を示す。
【図１１】経時変化がある場合に図１０のレーザ軌跡に生じる位置ズレの例を示す。
【図１２】位置検出試料Ｓを移動させて用いる場合の例を示す。
【符号の説明】
【００２６】
１０・・・レーザ投光系、  １１・・・レーザ光源、  １２Ｘ・・・Ｘ軸ガルバノミラー、  １２Ｙ・・・Ｙ軸ガルバノミラー、  １３Ｘ・・・Ｘ軸ガルバノメータ、  １３Ｙ・・・Ｙ軸ガルバノメータ、  １４・・・被加工物用カメラ、  １５・・・モニタ、  １６・・・ｆθレンズ、  １７・・・照明部、  ２０・・・被加工物制御系、  ２１・・・ＸＹテーブル２１、  ２２・・・Ｘ軸モータ、  ２３・・・Ｙ軸モータ、  ２５・・・位置決めピン、  ２６・・・搬送用スプロケット、  ３０・・・位置検出試料制御系、  ３１・・・ＸＹテーブル、３２・・・Ｘ軸モータ、  ３３・・・Ｙ軸モータ、  ４０・・・撮像系、  ４１・・・撮影光学系、  ４２・・・ＣＣＤカメラ、  ５０・・・画像処理部、  ６０・・・制御部、  ６１・・・ルックアップテーブル、  ７０・・・フープフレーム、  ７１、７３・・・フレーム部、７２・・・ピッチ孔、  Ｗｉ・・・半導体パッケージ、Ｂ１，Ｂ２・・・バリ、Ｇ１・・・ゲートランナ。
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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