JP2014072375A - セラミックス材の加工装置、セラミックス材の加工評価方法 - Google Patents

Abstract

【課題】分割溝の形成を評価することで最終段階での不具合の発覚による問題を未然に防止する。
【解決手段】セラミックス材の加工装置であって、セラミックス材を加工するレーザー光を照射するレーザー装置と、前記セラミックス材と前記レーザー光との相対位置を移動させる駆動装置と、前記セラミックス材の前記レーザー光によるレーザー加工光を検出するレーザー加工光検出部と、前記レーザー加工光検出部において検出されたレーザー加工光の径を計測するレーザー加工光径計測部と、を有することを特徴とするセラミックス材の加工装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、セラミックス材の加工技術に関し、特に、セラミックス基板を分割するために、セラミックス基板面をレーザー光により加工して形成した分割溝を評価する技術に関する。

抵抗器、コンデンサ、インダクタ、ヒューズなどの電子部品の製造方法の１つとして、大判のセラミックス基板（６０ｍｍ×５０ｍｍ）に、あらかじめ、１つの部品例えば（１チップ当たり１．０ｍｍ×０．５ｍｍ）の大きさになるように、金型などを用いて焼成前に縦横方向に分割溝を形成して焼成を行い、セラミックス基板上への電子部品の製造工程の中で、作成しておいた分割溝を利用してチップへの分割を行い、１つの部品とするのが一般的である。

また、レーザー光を利用して焼成後のセラミックス基板に縦横方向の分割溝を形成する方法も一般的である。白色系のセラミックス基板の場合には、レーザー光の反射が問題となる。セラミックス基板は白色のため、レーザーを照射した場合に、反射してしまい、ごくまれではあるが（約１％程度）、図８に示すように、分割に必要な分割溝の深さを部分的に満たさないセラミックス基板が発生し、後の工程へ流出してしまうことがある。この分割に必要な分割溝の深さを満たさないセラミックス基板が流出すると、製品の寸法形状が悪い製品となり、プリント基板などへの部品搭載時に、不具合の発生を起こしてしまう。

そこで、例えば、特許文献１では、レーザー光の反射を抑制するための着色を施すことにより、レーザー光の吸収率を増加させている。

特開平１−２４１３８９号公報

特許文献１では、レーザー光の反射を抑制するための着色をセラミックス基板Ｓに施しているが、これらの方法では、前処理（印刷や焼成）が必要となり、生産効率が非常に悪いという問題があった。

本発明は、着色のための前処理等を必要とせずに、かつ、分割溝の形成を評価することで最終段階での不具合の発覚による問題を未然に防止することを目的とする。

本発明の一観点によれば、セラミックス材の加工装置であって、セラミックス材を加工するレーザー光を照射するレーザー装置と、前記セラミックス材と前記レーザー光との相対位置を移動させる駆動装置と、前記セラミックス材の前記レーザー光によるレーザー加工光を検出するレーザー加工光検出部と、前記レーザー加工光検出部において検出されたレーザー加工光の径を計測するレーザー加工光径計測部と、を有することを特徴とするセラミックス材の加工装置が提供される。

前記レーザー加工光径計測部は、レーザー加工光と加工溝の深さとを対応付けたレーザー加工光メモリを参照して、加工光の径と対応する加工溝の深さが加工予定深さに到達しているか否かを判定する、ことを特徴とする。

前記レーザー加工光検出部は、前記レーザー加工光の特性を記憶するレーザー加工光メモリを参照して、レーザー加工光を検出することを特徴とする。加工光メモリに格納され、レーザー加工光などの波長や強度、検出の有無などのレーザー加工光の特性を特定し、レーザー加工光の検出処理を精度良く行うことができる。

前記レーザー加工光径計測部による、レーザー加工光の径と対応する加工溝の深さが加工予定深さに到達しているか否かの判定の結果に基づいて、前記セラミックス材と前記セラミックス材を加工するレーザー光との相対位置の加工方向への移動を制御する駆動制御部に駆動の継続又は停止を指示することを特徴とする。

本発明は、上記に記載のセラミックス材の加工装置によって加工されたセラミックス材であっても良い。

本発明の他の観点によれば、セラミックス材の加工制御方法であって、前記セラミックス材の前記レーザー光によるレーザー加工光を検出するレーザー加工光検出ステップと、前記レーザー加工光検出ステップにおいて検出されたレーザー加工光の径を計測するレーザー加工光径計測ステップと、を有することを特徴とするセラミックス材の加工評価方法が提供される。前記レーザー加工光径計測ステップは、レーザー加工光と加工溝の深さとを対応付けたレーザー加工光メモリを参照して、加工光の径と対応する加工溝の深さが加工予定深さに到達しているか否かを判定する、ことを特徴とする。

本発明は、上記に記載の加工評価法をコンピュータに実行させるためのプログラムであっても良く、当該プログラムを記録するコンピュータ読み取り可能な記録媒体であっても良い。

本発明によれば、前処理を必要とせずに、分割溝の形成を評価することで最終段階での不具合の発覚による問題を未然に防止することができる。

本実施の形態によるレーザー加工装置の一構成例を示す図である。 本実施の形態によるレーザー加工装置を制御する制御装置の一構成例を示す機能ブロック図である。 制御装置における処理の流れを示すフローチャート図である。 レーザー光の強度と加工距離（移動距離）と時間との関係の例を示す図である。 セラミックス基板Ｓ表面に分割溝を形成する様子を示す図である。 加工光径と、分割溝の深さとの関係の一例を示す図である。 セラミックス基板の加工の様子を示す従来技術の図であり、加工開始点を示す図である。 従来のセラミックス基板の加工の様子を示す図である。

以下、本発明の一実施の形態によるレーザー加工による分割溝評価技術について図面を参照しながら説明を行う。図１は、本実施の形態によるレーザー加工装置の一構成例を示す図である。図２は、本実施の形態によるレーザー加工装置を制御する制御装置の一構成例を示す機能ブロック図である。図３は、制御装置における処理の流れを示すフローチャート図である。

図１に示すように、本実施の形態によるレーザー加工装置は、セラミックス基板（セラミックス材）Ｓを載せるステージ１と、アルミナセラミックス、ジルコニア、ムライト、スピネルなどの白色系セラミックス基板Ｓの表面を加工できる位置にレーザー光Ｌ１を照射できるレーザー装置３と、セラミックス基板Ｓ表面からのレーザー光Ｌ１に基づくレーザー加工光Ｌ２を観測することができる位置に設けられたＣＣＤカメラ５と、全体を制御する制御装置（ＰＣなど）７と、を有している。セラミックス基板Ｓ表面からのレーザー光Ｌ１に基づく加工光Ｌ２とは、セラミックス基板Ｓが加工される際に検出される光である。

ステージ１は、図示しない駆動部と駆動制御部１ｂとを有し、制御部１ａによりステージ１の駆動が制御される。レーザー装置３は、母材として、例えば、Ｎｄ：ＹＡＧロット（中心波長１０６４ｎｍ）を用いることができる。レーザー装置の制御部３ａは、レーザー光Ｌ１の出射タイミングや強度などを制御することができる。ＣＣＤカメラ５は、一般的なＣＣＤセンサを備えたカメラである。

制御装置７は、ステージの制御部１ａ、レーザーの制御部３ａ、ＣＣＤカメラ５の制御部などとの間で制御信号から検出信号のやり取りを行うことができるように構成されている。制御装置７には、後述するように、レーザー照射光を検出する照射光検出部７ａ等が設けられている。

図２に示すように、本実施の形態による制御装置７は、レーザーの照射の有無を検出するレーザー照射検出部７−１と、レーザー加工光Ｌ２を検出するＣＣＤカメラ５からのレーザー加工光の検出信号を受け取ることでレーザー加工光の検出を行うレーザー加工光検出部７−２と、ステージを駆動制御するための駆動制御部１ｂへの指示を行う駆動制御指示部７−３と、レーザー加工光Ｌ２の大きさ（径）を計測するレーザー加工光径計測部７−４と、レーザー加工光Ｌ２の径と分割溝の深さとの関係を記憶するレーザー加工光メモリ７−５と、セラミックス基板のうちから不良と判断される基板のＩＤ等を記憶する基板メモリ７−６と、を有している。

図３は、本実施の形態によるレーザー加工処理における分割溝の深さの評価処理を含む処理の流れを示すフローチャート図である。図４、図６は、加工光の径と分割溝の深さとの関係を示す図である。図５は、セラミックス基板Ｓ表面に分割溝を形成する様子を示す図である。

図５（ａ）に示すように、セラミックス基板Ｓ表面に分割溝Ｖをタテヨコに形成する際に、（ｂ）に示すように分割溝は略Ｖ字形状の断面を有しており、分割溝の深さｔと、図５（ｃ）に示す加工光Ｌｐの径ｒとは、図４、図６に示すように相関関係を有する。すなわち、加工光の径ｒを測定することで、分割溝Ｖの深さｔを見積もることができる。例えば、図６に示すように、加工光Ｌｐの径ｒ_１からｒ_４までと、分割溝の深さｔが、０μｍ、２０μｍ、４０μｍ、６０μｍ、が対応付けられて、レーザー加工光メモリ７−５に記憶されている。ここで、図４に示すように、チップ分割に必要な分割溝の深さｔ＝４０μｍに対して加工光径ｒ_ｔｈを知ることができるから、ｒ_ｔｈ以下の加工光径が検出されると、分割溝の深さｔが不十分で不良となる可能性が高いと推定される。

図２、図３に示すように、まず、処理を開始し（ステップＳ１）、ステップＳ２で、レーザー装置３からレーザー光をセラミックス基板Ｓ上に照射する。この時点で、レーザー照射検出部７−１によりレーザー光の照射が検出される。次いで、ステップＳ３において、レーザー加工光検出部７−２がレーザー加工光を検出するまで待つ。レーザー加工光検出部７−２が、例えば上記レーザー加工光メモリ７−５に記憶されているレーザー加工光Ｌ２などの波長や強度等の特性に基づいてレーザー加工光を検出すると（Ｙｅｓ）、ステップＳ４において、駆動制御指示部７−３がステージを駆動制御するための駆動制御部１ｂへステージを所定の方向に移動させる指示を行うことで、分割溝Ｖが移動方向に向けて形成される。ステップＳ５で、レーザー加工光径計測部７−４が、加工光径を計測し、ステップＳ６において、レーザー加工光メモリ７−５を参照して加工光の径ｒがｒ_ｔｈ以上であれば（例えば深さ４０μｍに対応する径ｒ_２）駆動を継続し（ステップＳ７）、ステップＳ６において、レーザー加工光メモリ７−５を参照して加工光の径ｒがｒ_ｔｈ未満になれば、ステップＳ８に進み、駆動停止又は基板ＩＤを基板メモリ７−６に記憶する。駆動停止の指示を受けるまで駆動を継続し、駆動停止の指示を受けると、ステップＳ９で、処理を終了する。ステップＳ８に進まない場合には、次いで、次の分割溝Ｖを形成する処理に進む。レーザー加工光メモリ７−５に格納され、レーザー加工光などの波長や強度、検出の有無などのレーザー加工光の特性を特定し、レーザー加工光の検出処理を精度良く行うことができる。

ここで、分割溝Ｖの深さがしきい値ｒ_ｔｈ未満にならない場合には、継続して分割溝の作成と、次の電子部品の製造工程とを進めるが、分割溝Ｖの深さがしきい値ｒ_ｔｈ未満になると、継続する分割溝の作成を停止し、以降の電子部品の製造工程に進めないようにする。

従って、分割溝の作成状況をリアルタイムで評価することで、図７に示すように分割溝が正常に形成されているセラミックス基板を特定することができ、図８に示すような所要の分割溝の深さを有していない部分を有する不良のセラミックス基板を電子部品の製造段階のうち初期段階で排除することができる。従って、電子部品の製造工程における最終段階での不具合の発覚に起因する処理負担やコストの上昇などの問題を未然に防止することができるという利点がある。

また、上記の実施の形態において、添付図面に図示されている構成等については、これらに限定されるものではなく、本発明の効果を発揮する範囲内で適宜変更することが可能である。その他、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施することが可能である。

本発明は、図２に示すようなセラミックス材の加工制御装置であって、セラミックス材のレーザー光によるレーザー加工光を検出するレーザー加工光検出部と、レーザー加工光検出部において加工光が検出されたタイミング又はそれ以降に、セラミックス材と前記セラミックス材を加工するレーザー光との相対位置を移動させる加工方向への移動を開始する駆動制御指示部と、を有することを特徴とするセラミックス材の加工制御装置であっても良い。

また、本発明の各構成要素は、任意に取捨選択することができ、取捨選択した構成を具備する発明も本発明に含まれるものである。

また、本実施の形態で説明した機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより各部の処理を行ってもよい。尚、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。

本発明は、セラミックス基板の加工装置に利用することができる。

１…ステージ、１ａ…制御部、１ｂ…駆動制御部、３…レーザー装置、３a…制御部、５…ＣＣＤカメラ、７…制御装置、７−１…レーザー照射検出部、７−２…レーザー加工光検出部、７−３…駆動制御指示部、７−４…レーザー加工光径計測部、７−５…レーザー加工光メモリ、７−６…基板メモリ。

Claims (8)

1. セラミックス材の加工装置であって、
   セラミックス材を加工するレーザー光を照射するレーザー装置と、
   前記セラミックス材と前記レーザー光との相対位置を移動させる駆動装置と、
   前記セラミックス材の前記レーザー光によるレーザー加工光を検出するレーザー加工光検出部と、
   前記レーザー加工光検出部において検出されたレーザー加工光の径を計測するレーザー加工光径計測部と
   を有することを特徴とするセラミックス材の加工装置。
2. 前記レーザー加工光径計測部は、
   レーザー加工光と加工溝の深さとを対応付けたレーザー加工光メモリを参照して、加工光の径と対応する加工溝の深さが加工予定深さに到達しているか否かを判定する、ことを特徴とする請求項１に記載のセラミックス材の加工装置。
3. 前記加工光検出部は、
   前記レーザー加工光の特性を記憶するレーザー加工光メモリを参照して、レーザー加工光を検出することを特徴とする請求項１又は２に記載のセラミックス材の加工装置。
4. 前記加工光径計測部による、レーザー加工光の径と対応する加工溝の深さが加工予定深さに到達しているか否かの判定の結果に基づいて、前記セラミックス材と前記セラミックス材を加工するレーザー光との相対位置の加工方向への移動を制御する駆動制御部に駆動の継続又は停止を指示することを特徴とする請求項１から３までのいずれか１項に記載のセラミックス材の加工装置。
5. 請求項１から４までのいずれか１項に記載のセラミックス材の加工装置によって加工されたセラミックス材。
6. セラミックス材の加工制御方法であって、
   前記セラミックス材の前記レーザー光によるレーザー加工光を検出するレーザー加工光検出ステップと、
   前記レーザー加工光検出ステップにおいて検出されたレーザー加工光の径を計測するレーザー加工光径計測ステップと
   を有することを特徴とするセラミックス材の加工評価方法。
7. 前記レーザー加工光径計測ステップは、
   レーザー加工光と加工溝の深さとを対応付けたレーザー加工光メモリを参照して、加工光の径と対応する加工溝の深さが加工予定深さに到達しているか否かを判定する、ことを特徴とする請求項６に記載のセラミックス材の加工評価方法。
8. 請求項６又は７に記載の加工評価方法をコンピュータに実行させるためのプログラム。

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