(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加工物上でレーザ光を走査し、この被加工物にマーキングを行うレーザマーキング装置において、
レーザ発振器と、
このレーザ発振器から出力されたレーザ光が導入される光ファイバと、
この光ファイバから出射されるレーザ光を上記被加工物上で走査させる走査手段と、
この走査手段によって走査されるレーザ光を集光する集光手段と、
上記光ファイバの出射側に設けられ光ファイバから出射されるレーザ光のビーム断面における周縁部分が上記被加工物を照射するのを阻止し、中心部分を上記被加工物に照射させる照射ビーム成形手段を具備し、
上記光ファイバの出射端面は、この端面における上記光ファイバの中心部分を除く周縁部分がレーザ光を散乱させる散乱面に形成されてなることを特徴とするレーザマーキング装置。
【請求項２】
被加工物上でレーザ光を走査し、この被加工物にマーキングを行うレーザマーキング装置において、
レーザ発振器と、
このレーザ発振器から出力されたレーザ光が導入される光ファイバと、
この光ファイバから出射されるレーザ光を上記被加工物上で走査させる走査手段と、
この走査手段によって走査されるレーザ光を集光する集光手段と、
上記光ファイバの出射側に設けられ光ファイバから出射されるレーザ光のビーム断面における周縁部分が上記被加工物を照射するのを阻止し、中心部分を上記被加工物に照射させる照射ビーム成形手段を具備し、
上記光ファイバの出射側の端部は光ファイバコネクタに接続され、この光ファイバコネクタには上記光ファイバの出射端面に対向して上記照射ビーム成形手段が設けられていることを特徴とするレーザマーキング装置。
【請求項３】
被加工物上でレーザ光を走査し、この被加工物にマーキングを行うレーザマーキング装置において、
レーザ発振器と、
このレーザ発振器から出力されたレーザ光が導入される光ファイバと、
この光ファイバから出射されるレーザ光を上記被加工物上で走査させる走査手段と、
この走査手段によって走査されるレーザ光を集光する集光手段と、
上記光ファイバの出射側に設けられ光ファイバから出射されるレーザ光のビーム断面における周縁部分が上記被加工物を照射するのを阻止し、中心部分を上記被加工物に照射させる照射ビーム成形手段を具備し、
上記光ファイバの出射側の端部は光ファイバコネクタに接続され、このファイバコネクタは筒状部材に着脱自在に接続されるとともに、上記筒状部材には、上記光ファイバコネクタを接続したときに上記光ファイバの出射端面に対向する部位に上記照射ビーム成形手段が設けられていることを特徴とするレーザマーキング装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は被加工物上でレーザ光を走査してマーキングを行うレーザマーキング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
たとえば、半導体パッケージや金属板などの被加工物に商標や型番などのマークをマーキングする場合、消えることなく鮮明なマークを非接触でマーキングできる装置としてレーザマーキング装置が幅広く応用されている。
【０００３】
レーザマーキング装置には、マスクのパターンをレンズで転写するマスク式のマーキング装置と、２枚のミラーの傾きを制御することにより一筆書きの要領でマーキングをするスキャニング式のマーキング装置とが知られている。被加工物が半導体パッケージの場合、半導体ウエハについての品質管理であるロットトレーザビリティの関係上、最近では上記ミラーの角度を電子制御してマーキングパターンを変更できる、スキャニング式のマーキング装置が多く用いられている。
【０００４】
一方、マーキング工程は、ラインの合理化の点からＴ／Ｆ（トリム／フォーム）工程や検査工程などにおけるワークハンドリング装置であるハンドラに搭載する場合が多く、そのような場合には小型で組み込み性に優れたレーザマーキング装置が要求される。
【０００５】
そのような要求に応じたマーキング装置としてレーザ発振器とスキャニングユニットを分離し、小型のスキャニングヘッドだけを加工点近傍に設置し、レーザ発振器で出力されたレーザ光を光ファイバによって上記スキャニングヘッドに導くということが行われている。
【０００６】
上記スキャニングヘッドは、所定方向に揺動駆動されるとともに上記光ファイバから出射するレーザ光がコリメートレンズを通じて入射する第１のミラーと、この第１のミラーの揺動の軸線と交差する軸線を中心にして揺動駆動されるとともに上記第１のミラーから出射したレーザ光が入射する第２のミラーと、この第２のミラーから出射したレーザ光を集光して被加工物に照射させる集光レンズ  （ｆθレンズ）とから構成されている。
【０００７】
したがって、上記第１のミラーと第２のミラーとの揺動角度を制御することで、レーザ光を被加工物上で所定の軌跡で走査させ、マーキングできるようになっている。
【０００８】
ところで、上記構成のレーザマーキング装置でマーキングを行った場合、光ファイバから出射して被加工物上で集光されるレーザ光Ｌ1 の強度分布は、図８（ａ）に示すように中心部分Ｂが高く、周縁部分Ａが低くなっている。とくに、光ファイバがグレーデットインデックス型の光ファイバの場合にはとくにその傾向が強く、またステップインデックス型の光ファイバの場合にもその傾向がある。
【０００９】
このような強度分布のレーザ光Ｌ1 で、図８（ｂ）に示すように複数の直線状のマークを所定の間隔ｇでマーキングする場合には、最初にマークＭ1 をマーキングすると、そのマークＭ1 はレーザ光Ｌ1 の強度が高い中心部分Ｂによってマーキングされるものの、その周囲は上記レーザ光Ｌ1 の強度の低い周縁部分Ａによって照射加熱される。
【００１０】
つぎに、上記マークＭ1 の両側に鎖線で示すように間隔ｇでレーザ光Ｌ2 、Ｌ3 によってマークＭ2 とマークＭ3 をマーキングする場合、これらのマーキング個所は最初のマークＭ1 をマーキングした際に、レーザ光Ｌ1 の周辺部分Ａによって照射加熱された部分を、つぎのレーザ光Ｌ2 、Ｌ3 の強度の高い中央部分Ｂによって再び照射加熱されることになる。また逆にマークＭ1 はＬ2 、Ｌ3 の強度の低いＢ部分で再加熱される。
このように、被加工物の同一個所がレーザ光の強度の異なる部分で複数回照射加熱されると、その照射個所が炭化や酸化してしまい、マーキング不良や外観の低下を招くということがあり、とくに被加工物が半導体パッケージなどのように合成樹脂で形成されている場合にはその影響が大きくなるということがある。
【００１１】
したがって、このようなマーキング不良をなくすためには、被加工物の同一個所をレーザ光で複数回にわたって照射加熱しないようにしなければならない。それ故に、隣り合うマークの間隔を、最初にマーキングするときにレーザ光の強度の低い部分で照射された範囲から外れるようにしなければならないから、マーキングされるマークの間隔に制限を受けるということになる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
このように、光ファイバから出射するレーザ光は、強度の高い中心部分と、強度の低い周辺部分とを有する強度分布となっているので、マークを狭い間隔でマーキングする必要がある場合、レーザ光の強度の低い部分で照射された範囲に、つぎのマークがマーキングされることになるので、その部分が複数回にわたって照射加熱されることで、その部分に形成されるマークが炭化等をしてしまうということがあり、またマークの炭化等を防止しようとすると、マークの間隔を狭くできなくなるということがある。
【００１３】
この発明は、被加工物を炭化等をせることなく、マーキングすることができ、しかもマークの間隔を狭くしてマーキングできるようにしたレーザマーキング装置を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、被加工物上でレーザ光を走査し、この被加工物にマーキングを行うレーザマーキング装置において、
レーザ発振器と、
このレーザ発振器から出力されたレーザ光が導入される光ファイバと、
この光ファイバから出射されるレーザ光を上記被加工物上で走査させる走査手段と、
この走査手段によって走査されるレーザ光を集光する集光手段と、
上記光ファイバの出射側に設けられ光ファイバから出射されるレーザ光のビーム断面における周縁部分が上記被加工物を照射するのを阻止し、中心部分を上記被加工物に照射させる照射ビーム成形手段を具備し、
上記光ファイバの出射端面は、この端面における上記光ファイバの中心部分を除く周縁部分がレーザ光を散乱させる散乱面に形成されてなることを特徴とする。
【００１７】
請求項２の発明は、被加工物上でレーザ光を走査し、この被加工物にマーキングを行うレーザマーキング装置において、
レーザ発振器と、
このレーザ発振器から出力されたレーザ光が導入される光ファイバと、
この光ファイバから出射されるレーザ光を上記被加工物上で走査させる走査手段と、
この走査手段によって走査されるレーザ光を集光する集光手段と、
上記光ファイバの出射側に設けられ光ファイバから出射されるレーザ光のビーム断面における周縁部分が上記被加工物を照射するのを阻止し、中心部分を上記被加工物に照射させる照射ビーム成形手段を具備し、
上記光ファイバの出射側の端部は光ファイバコネクタに接続され、この光ファイバコネクタには上記光ファイバの出射端面に対向して上記照射ビーム成形手段が設けられていることを特徴とする。
【００１８】
請求項３の発明は、被加工物上でレーザ光を走査し、この被加工物にマーキングを行うレーザマーキング装置において、
レーザ発振器と、
このレーザ発振器から出力されたレーザ光が導入される光ファイバと、
この光ファイバから出射されるレーザ光を上記被加工物上で走査させる走査手段と、
この走査手段によって走査されるレーザ光を集光する集光手段と、
上記光ファイバの出射側に設けられ光ファイバから出射されるレーザ光のビーム断面における周縁部分が上記被加工物を照射するのを阻止し、中心部分を上記被加工物に照射させる照射ビーム成形手段を具備し、
上記光ファイバの出射側の端部は光ファイバコネクタに接続され、このファイバコネクタは筒状部材に着脱自在に接続されるとともに、上記筒状部材には、上記光ファイバコネクタを接続したときに上記光ファイバの出射端面に対向する部位に上記照射ビーム成形手段が設けられていることを特徴とする。
【００２１】
請求項１の発明によれば、光ファイバの出射側の端面の周辺部分を散乱面に形成したことで、レーザ光の強度が低い周辺部分を散乱させることができるから、その被加工物をレーザ光のビーム断面の強度が高い中心部分だけで照射することができ、しかもそのために専用の光学部品を必要とすることがない。
【００２２】
請求項２の発明によれば、光ファイバの出射側の端部に設けられるファイバコネクタに照射ビーム成形手段を設けるようにしたことで、この照射ビーム成形手段を設けるために専用のスペースを確保しなくてすむ。
【００２３】
請求項３の発明によれば、照射ビーム成形手段をファイバコネクタが接続されるレセプタクルに設けるようにしたことで、この照射ビーム成形手段を設けるために専用のスペースを確保しなくてすむ。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の第１の実施の形態を図１乃至図４を参照して説明する。
図３に示すこの発明のレーザマーキング装置はＱスイッチＹＡＧレーザなどのレーザ光Ｌをパルス状に出力するレーザ発振器１１を備えている。このレーザ発振器１１から出力されたレーザ光Ｌは集光レンズ１２で集束され、たとえばグレーデッドインデックス型などの光ファイバ１３の入射端面へ入射するようになっている。
【００２５】
上記光ファイバ１３は、図２に示すようにコア１３ａおよびこのコア１３ａを被覆したクラッド１３ｂからなり、光ファイバ１３へ入射したレーザ光Ｌは上記コア１３ａを通ってその出射端面１３ｃから出射する。
【００２６】
上記光ファイバ１３の出射側の端部には図１に示すように光ファイバコネクタとしてのコネクタ１４が取着されている。このコネクタ１４には、レーザ光Ｌを透過させる材料、たとえば透明なガラスなどの材料からなる板状部材１５が上記光ファイバ１３の出射端面１３ｃに対向して保持されている。この板状部材１５は照射ビーム成形手段を形成している。
【００２７】
上記板状部材１５には、図２に示すように中心部分に上記コア１３ａの出射端面１３ｃから出射するレーザ光Ｌのビーム断面の中心部分を通過させる通光部としてのピンホール１６ａが形成され、このピンホール１６ａ以外の部分はビーム断面における周縁部分を散乱させる散乱面１６ｂに形成されている。
【００２８】
この実施の形態では上記板状部材１５の両面を散乱面１６ｂに形成したが、散乱面１６ｂは一方の面だけであってもよく、また板状部材１５がレーザ光Ｌを透過しない材料の場合には、コア１３ａの出射端面１３ｃに対向する一方の板面を散乱面１６ｂに形成すればよい。
【００２９】
つまり、光ファイバ１３から出射したレーザ光Ｌは、上記板状部材１５によって図４（ａ）に鎖線で示す強度の低い周縁部分Ａが上記散乱面１６ｂで散乱させられて図２に示すように散乱光Ｓとなり、強度の高い中心部分Ｂだけがピンホール１６ａを通過することになる。
【００３０】
上記ピンホール１５を通過したレーザ光Ｌは、図３に示すようにコリメートレンズ１７で平行光にされて走査手段を形成する第１のミラー１８に入射する。この第１のミラー１８は第１の駆動部１９によって所定方向、たとえばＸ方向に所定の角度で揺動駆動されるようになっている。
【００３１】
上記第１のミラー１８から出射したレーザ光Ｌは第２のミラー２１に入射する。この第２のミラー２１は第２の駆動部２２によって上記第１のミラーの揺動方向と交差する方向、たとえばＹ方向に所定の角度で揺動駆動されるようになっている。
【００３２】
上記第２のミラー２１から出射したレーザ光Ｌは集光レンズであるｆθレンズ２３で集光されて被加工物２４を照射する。したがって、上記第１のミラー１８と第２のミラー２１とを揺動駆動することで、上記レーザ光Ｌを被加工物２４上で任意の方向に走査できるようになっている。
【００３３】
上記レーザ発振器１１、上記第１の駆動部１９および第２の駆動部２２は制御装置２５によって制御されるようになっている。たとえば、被加工物２４の種類によってレーザ発振器１１から出力されるレーザ光Ｌの強度を制御したり、被加工物２４に形成するマークに応じて予め入力されたデータに基づいて上記第１のミラー１８と第２のミラー２１との揺動角度を制御できるようになっている。
【００３４】
上記構成のレーザマーキング装置によれば、光ファイバ１３のコア１３ａの出射端面１３ｃから出射するレーザ光Ｌは、コネクタ１４に保持された板状部材１５に入射する。この板状部材１５には、レーザ光Ｌのビーム断面の強度が高い中心部分Ｂだけを通過させるピンホール１６ａと、強度が低い周縁部分Ａを散乱させる散乱面１６ｂとが形成されている。
【００３５】
そのため、上記板状部材１５を通過したレーザ光Ｌは、強度が低い周縁部分Ａが散乱されることで、強度が高い中心部分Ｂだけとなる。そして、コリメートレンズ１７、第１のミラー１８および第２のミラー２１を経てｆθレンズ２３で集光され、被加工物２４を照射するレーザ光Ｌの強度分布は、図４（ａ）に示すように周縁部分Ａの強度の低い部分がなく、中心部分Ｂの強度が高い部分だけとなる。
【００３６】
つまり、ｆθレンズ２３によって集光されて被加工物２４を照射するレーザ光Ｌはマーキングに有効に作用する強度の高い中心部分Ｂだけとなるから、強度の低い周縁部分Ａが裾をひいたように分布するということがなくなる。そのため、図４（ｂ）に示すように複数のマークＭを狭い間隔でマーキングしても、強度の低い周縁部分Ａで照射加熱された箇所を、強度の高い中心部分Ｂで照射加熱して炭化や酸化をさせるということをなくすことができる。
【００３７】
この実施の形態では、図４（ａ）に示すように板状部材１５に形成されるピンホール１６ａの径、つまりピンホール１６ａを通過するレーザ光Ｌの径Ｄを、マーキングに有効に作用するレーザ光Ｌの強度の高い部分Ｂの径ｄよりも大きくしているが、ピンホール１６ａの径をマークＭの幅寸法Ｗに近づけることで、マーキング間隔をさらに狭くすることができる。
【００３８】
また、板状部材１５をレーザ光Ｌが透過する材料で形成し、強度が高い部分Ｂはピンホール１６ａを通過させ、レーザ光Ｌの強度が低い部分Ａは散乱面１６ｂで散乱させるようにした。そのため、板状部材１５がレーザ光Ｌの熱を吸収することがほとんどないから、その板状部材Ｌが早期に熱損するのを防止することもできる。
【００３９】
さらに、板状部材１５をコネクタ１４に設けるようにしたことで、板状部材１５を設けるために専用のスペースや取付け用の部品などを確保しなくてすむ。そのため、板状部材１５を設けることで、装置の大型化や部品点数の増大などを招くのを防止できる。
【００４０】
図５はこの発明の第２の実施の形態を示す板状部材１５Ａの変形例で、この板状部材１５Ａはレーザ光Ｌを透過する材料、たとえばガラスなどによって形成されていて、光ファイバ１３から出射するレーザ光Ｌの強度の高い中心部分Ｂ以外の、強度の低い周縁部分Ａに対応する部分を散乱面１６ｂに形成した。なお、散乱面１６ｂは板状部材１５Ａの一方の面、この場合にはレーザ光Ｌが出射側の面にだけ形成されている。
【００４１】
このような板状部材１５Ａによれば、第１の実施の形態の板状部材１５のように、ピンホール１６ａを形成しなくてすむから、その製作の容易化を図ることができるばかりか、第１の実施の形態と同様、板状部材１５Ａがレーザ光Ｌの熱によって早期に損傷するのを防止できる。
【００４２】
この実施の形態において、板状部材１５Ａの両面を散乱面１６ｂに形成してもよいことは勿論である。
図６はこの発明の第３の実施の形態を示す。この実施の形態は第１の実施の形態あるいは第２の実施の形態に示された板状部材１５、１５Ａを、コネクタ１４に代わり、このコネクタ１４が接続される筒状部材としてのレセプタクル３１に設けるようにした。
【００４３】
つまり、上記レセプタクル３１は、コリメートレンズ１７、反射ミラー１８、２１、ｆθレンズ２３などの光学部品が収容された筐体３２に設けられ、このレセプタクル３１の接続孔３１ａに光ファイバ１３のコネクタ１４を接続することで、光ファイバ１３から出射したレーザ光Ｌをコリメートレンズ１７に入射させることができるようになっている。
【００４４】
そこで、上記レセプタクル３１の接続孔３１ａに上記コネクタ１４を接続したときに、光ファイバ１３の出射端に対向するよう、上記レセプタクル３１に、板状部材１５または１５Ａを設けるようにした。
【００４５】
レセプタクル３１に、板状部材１５または１５Ａを設けるようにすれば、コネクタ１４に設けた場合と同様、板状部材１５または１５Ａを設けるために専用のスペースを確保したり、取付け用の部品を用いるなどのことが不要となるばかりか、コネクタ１４に設けた場合のように、コネクタ１４を取り外したときに外部に露出するということがないから、コネクタ１４を着脱する際に板状部材１５または１５Ａを損傷させることもない。
【００４６】
図７はこの発明の第４の実施の形態で、この実施の形態は光ファイバ１３のコア１３ａの出射端面１３ｃの中心部分を平滑面４１とし、周辺部分をエッチング加工などで凹凸状の散乱面４２に形成するようにした。
【００４７】
このような構成によれば、上記コア１３ａの平滑面４１から出射するレーザ光Ｌ、つまり強度の高い部分はコリメートレンズ１７に入射するが、強度の低い周辺部分は散乱面４２から出射することで周囲に散乱してコリメートレンズ１７に入射しない。そのため、この実施の形態によれば、上記各実施の形態に示された板状部材１５または１５Ａを用いた場合と同様に、被加工物２４を炭化させることなく、マーキングすることができる。
【００４８】
この発明は上記各実施の形態に限定されず、種々変形可能である。たとえば、板状部材をピンホールを有するとともにレーザ光を反射する材料で形成し、レーザ光の強度の高い中心部分は上記ピンホールを通過させ、強度の低い周縁部分を反射せることで、その周縁部分が被加工物を照射しないようにしてもよい。
【００４９】
また、本発明の第１の実施の形態と第２の実施の形態とを組み合わせて第２の実施の形態と同じく光ファイバの出射端に平滑面および散乱面を形成し、そして第１の実施の形態と同じく板状部材にピンホールや散乱面を形成してもよい。
【００５０】
【発明の効果】
以上述べたようにこの発明は、光ファイバから出射したレーザ光のビーム断面のうち、強度の高い中心部分だけで被加工物を照射し、強度の低い周辺部分が被加工物を照射することがないようにした。
【００５１】
そのため、被加工物にマーキングする際、マークの間隔を狭くしても、被加工物のレーザ光の強度の低い部分で照射された個所が強度の高い部分で照射されるということがないから、被加工物のマーキング個所が炭化等をするのを防止できるばかりか、被加工物にマーキングするマークの間隔を狭くすることができるなどの利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１の実施の形態を示すコネクタの一部の断面を表した側面図。
【図２】同じく光ファイバの出射側の端部の拡大断面図。
【図３】同じくレーザマーキング装置の概略的構成図。
【図４】（ａ）は同じく被加工物を照射するレーザ光の強度分布の説明図、（ｂ）は同じく被加工物にマーキングされるマークの説明図。
【図５】この発明の第２の実施の形態を示す板状部材の側面図。
【図６】この発明の第３の実施の形態を示すレセプタクルの断面図。
【図７】この発明の第４の実施の形態を示す光ファイバの出射端面の拡大断面図。
【図８】（ａ）は従来の被加工物をマーキングするレーザ光の強度分布図、（ｂ）は同じくそのレーザ光で複数の直線を所定の間隔でマーキングした場合の説明図。
【符号の説明】
１１…レーザ発振器
１３…光ファイバ
１４…コネクタ
１５、１５Ａ…板状部材（ビーム成形手段）
１６ａ…ピンホール（通光部）
１６ｂ…散乱面（散乱部）
１８…第１の反射ミラー（走査手段）
２１…第２の反射ミラー（走査手段）
２３…ｆθレンズ（集光手段）
３１…レセプタクル
４１…平滑面
４２…散乱面
【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】
0004282103.tif 000009