JP3413204B2 - ダムバー加工装置及びダムバー加工方法 - Google Patents

ダムバー加工装置及びダムバー加工方法

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信也 奥村
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Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、リードフレームに半導体チップを搭載し樹
脂モールドで一体的に封止した半導体装置におけるリー
ドフレームのダムバーをパルスレーザ光によって切断す
るダムバー切断に係わり、特に、所望の加工位置を高速
で加工することが可能なダムバー加工装置及びダムバー
加工方法に関する。
背景技術 リードフレームに半導体チップを搭載し樹脂モールド
でそれらリードフレーム及び半導体チップを一体に封止
した半導体装置において、ダムバーはリードフレームの
リード間を連結するものであり、樹脂モールドでリード
フレームと半導体チップを一体に封止する時に樹脂モー
ルドがリードの間に流れ出てくるのを堰止める役割を果
たすものである。また、このダムバーは各リードを補強
する役割も有する。そして、樹脂モールドによる封止が
終了すると、このダムバーは切断除去され、リードフレ
ームの各リード（アウターリード）が個々に切り離され
る。なお、リードフレームに半導体チップを搭載し樹脂
モールドでそれらリードフレーム及び半導体チップを一
体に封止した半導体装置のことを樹脂モールド型半導体
装置と呼ぶこともあるが、以下の説明では単に半導体装
置という。
従来では、リードフレームのリードピッチがそれほど
微細でなくアウターリード部分の寸法精度にもある程度
余裕があったため、ダムバーをパンチプレス等により打
ち抜き切断することが多かったが、最近では半導体装置
の高集積化や高性能化に伴ってリードフレームがさらに
多ピンかつ狭ピッチになってきており、その寸法精度が
厳しく要求されるため、従来のプレス打ち抜き法では技
術的に対応できなくなってきた。
例えば0.3mmピッチの多ピンかつ狭ピッチのリードフ
レームでは、板厚が0.1〜0.2mm程度、リード間隙（以
下、適宜スリット部という）の幅が0.1〜0.15mm程度と
なり、板厚と同じかまたはそれ以下の寸法でダムバー部
分を切断する必要があり、このような微細な寸法の打ち
抜きを行う工具を作成することは非常に困難を伴うと共
に、もしそのような工具が作成できたとしても工具の厚
さが微細な寸法となるため破損する可能性が大きい、し
かも、ダムバーの近くにはそのダムバーによって堰止め
られた樹脂（以下、ダム内レジンという）やリードフレ
ーム表面に流出した樹脂（以下、レジンばりという）も
付着し、上記プレス打抜き法ではダムバーを確実かつ良
好な形状に切断することができない。
これに対し、最近ではレーザ光を使用したダムバーの
切断方法が開発されている。レーザ光は極めて小さく絞
ることができるため微細な加工が可能であり、これをダ
ムバーに照射するだけで非接触でダムバーを切断するこ
とができるため寸法精度の良い加工が可能である。この
ようなレーザ光による加工（以下、適宜レーザ加工とい
う）をダムバーの切断等に応用する従来技術としては、
例えば特開平４−322454号公報に記載のものがある。
この従来技術は、レーザ発振器から出力されるレーザ
光の断面形状をシリンドリカルレンズによって細長い形
状（楕円形状）とし、ガルバノミラーによってレーザ光
の集光位置を決定し、大口径の集光レンズによりダムバ
ーに集光して溶断を行うものであり、狭いスリット幅に
対応させて一回のレーザ光照射でダムバーを切断するも
のである。（以下、第１の従来技術という。） また、特開平５−211260号公報に記載の従来技術にお
いては、予め個々のダムバー加工位置をカメラ等で取り
込み、全部のデータを取り込んでから画像処理によって
全ての実際のダムバーの位置を検出し、その後この正確
な位置情報に基づいてレーザ光を照射する方法が開示さ
れている。ここでも、レーザ光の集光位置決定にはガル
バノミラーが、レーザ光の集光には大口径の集光レンズ
が使用されている。（以下、第２の従来技術という。） 一方、ダムバーの加工方法ではないが、特開平１−22
4188号公報に記載の従来技術においては、レーザ光によ
って断続的な加工を行う際に加減速による振動を回避す
るため、レーザ光の発振時刻を制御しながら予め求めて
おいた加工軌跡に沿ってレーザ光の光軸を相対移動さ
せ、高速に位置決めしながら連続的に加工する（オンザ
フライ）方式が提案されている。この方式は半導体ウエ
ハを加工する場合に好適なものであるが、ダムバーの加
工に応用することも可能と考えられる。（以下、第３の
従来技術という。） さらに、レーザ光を用いるダムバーの加工に好適な従
来技術として、特開平６−142968号公報に記載のものが
ある。この従来技術は、加工光学系とほぼ同軸上に配置
した検出光学系（光検出手段）において被加工物におけ
る材料の有無（リードの配列状態）を光学的に検出し、
その検出信号を矩形化し、さらにその矩形化した信号に
一定の遅延時間を与え、遅延時間を与えた信号に基づい
てパルスレーザ光の発振を制御するものである。つま
り、この方式は、リードの配列状態を直接視覚的に検出
し、そのデータを利用してパルスレーザ光の照射を即座
に行うものであり、レーザ光の光軸（以下、レーザ光軸
という）を被加工物に対して移動させるだけで、順次ダ
ムバーが切断され、確実かつ高速に加工が行える。（以
下、第４の従来技術という。） 発明の開示 第１の従来技術によれば、レーザ光の断面形状を細長
い形状とすることにより、一回のレーザ光照射でダムバ
ーを切断することも可能であり、従って加工速度の向上
を図ることができる。しかし、もとの断面形状が丸形の
レーザ光をシリンドリカルレンズで楕円形の断面に変換
して用いるために、楕円形スポットにおける長手方向の
両端部分、従ってダムバーの幅方向の両端部分では入熱
が不足し、そのためにダムバー切断後の切り口が切断溝
側に角状に突出してしまう。
このように、ダムバー切断後の切り口の形状が不良で
あると、その後行われるアウターリードの折り曲げ成形
時においてねじれ変形を起こしたりスプリングバック量
に差が生じたりして不規則な変形を招来し、その配列状
態が不揃いとなって表面実装時の接合欠陥の原因とな
る。特に、多ピンかつ狭ピッチのリードフレームを使用
した半導体装置では、表面実装時の接合欠陥を避けるた
め、折り曲げ成形後のアウターリードの形状精度は、例
えばEIAJ（Electronic Industries Association of Jap
an:日本電子機械工業会）規格等により非常に厳しく規
定されているが、上記のようにダムバー切断後の形状が
不良であるとアウターリードの厳しい形状精度を確保す
ることができない。
ところで、半導体装置では、リードフレーム及び半導
体チップを封止する際に樹脂モールド部分に大きな収縮
変形を伴なう。このため、樹脂モールド部分近傍のダム
バー部分と、その外側に伸延するリード及びさらにその
外側でリードを相互に連結する外枠部分とで、リードフ
レーム面内の変形差が大きくなり、その結果ダムバー部
分とその外側の部分との間で大きな変形が発生し、外側
のリード及び外枠部分に凹凸（波打ち）が生じる。特
に、多ピンかつ狭ピッチのリードフレームは板厚が薄く
リードの幅が狭いために剛性が低く、樹脂モールド成形
時の上記のような収縮変形の影響は無視できない。ま
た、個々のリードにおいて極わずかな変形が生じても多
くのリードで見るとそれらが累積され、全体としては結
局大きな誤差となってしまう。つまり、個々のリードの
寸法精度がある程度確保されていて許容誤差範囲に入っ
ていても全リードで見ると誤差の累積により許容誤差範
囲に入らない場合が生じる。
従って、前述の第２の従来技術によってダムバーを切
断する場合、予め個々の実際のダムバーの位置を検出し
ておいても、ダムバー切断の工程中に樹脂モールド部分
の収縮変形時に生じたひずみが解放され、ダムバー部分
とその外側の部分との間で発生した面外変形の変形方向
が急に反転するバックリングと呼ばれる現象（面外座屈
変形の急激な反転現象に起因した現象）が発生し、加工
すべきダムバーの位置が変化してしまい、正確なダムバ
ーの切断ができない可能性がある。
また、第３の従来技術はダムバーの加工方法ではな
く、従ってダムバーの位置を検出する構成は勿論ない。
従って、これを応用してダムバーを切断する場合には、
樹脂モールドの収縮変形に伴うリードフレームの変形が
あると、加工すべきダムバーの位置がずれて誤った位置
を加工してしまう可能性がある。また、この場合も第２
の従来技術の場合と同様にバックリングが発生する恐れ
がある。
また、第４の従来技術によれば、リードの配列状態を
直接検出しながらパルスレーザ光を照射するため、樹脂
モールドの収縮変形に伴うリードフレームの変形があっ
たとしても、上記遅延時間を適当に選定しておけば、所
望の加工位置、即ち切断すべきダムバーに確実にパルス
レーザ光が照射される。このように被加工物を移転させ
ながらその進行方向に検出位置を移動させその検出信号
に基づくパルスレーザ光によって順次ダムバーを切断し
ていく方式では、移動方向即ちリードの長手方向に直交
する方向の検出精度が高く、その方向の加工精度の確保
は十分にできる。しかし、リードの長手方向には検出位
置を移動させることはないため、その方向の高い位置決
め精度を確保することは難しく、樹脂モールドの収縮変
形に起因するリードフレームの変形等によりレーザ光軸
がリードの長手方向に相対的にずれた場合には、ダムバ
ー切断後の切り口の形状が悪化し、場合によってはダム
バーが完全には切断されない事態が生じることにもな
る。
本発明の目的は、リードの配列状態の検出結果を基に
ダムバーの所望の加工位置にパルスレーザ光を照射して
加工を行うダムバー加工装置及びダムバー加工方法にお
いて、ダムバー切断後の形状を高精度かつ良好な形状に
することができるダムバー加工装置及びダムバー加工方
法を提供することである。
上記目的を達成するため、本発明によれば、半導体装
置におけるリードフレームのダムバーにパルスレーザ光
を照射して前記ダムバーを順次切断するダムバー加工装
置であって、パルスレーザ光を発振するレーザ発振器
と、前記パルスレーザ光を被加工物の加工位置まで誘導
する加工光学系と、前記加工光学系により誘導された前
記パルスレーザ光を出射すると共にアシストガスを噴射
させる開口部を先端に備える加工ノズルと、前記パルス
レーザ光の光軸を前記被加工物に対して所定の速度で相
対的に移動させる搬送手段と、前記リードフレーム上の
切断すべき前記ダムバー近傍に検出光を照射する検出光
発生手段と、前記リードフレーム上で反射した検出光を
入射させて対応する検出信号を発生する光検出手段と、
前記光検出手段からの検出信号に基づいて前記パルスレ
ーザ光を照射するタイミングを決定し前記ダムバーの所
定の位置にパルスレーザ光が照射されるよう前記レーザ
発振器を制御する制御手段とを有するダムバー加工装置
において、前記レーザ発振器より発振するパルスレーザ
光を、そのパルスレーザ光の前記ダムバー上におけるス
ポットの長手方向の寸法が前記ダムバーの幅の２倍以上
になるように、細長い断面形状のパルスレーザ光に変換
するビーム長手方向変換手段と、前記パルスレーザ光
を、そのパルスレーザ光の前記ダムバー上におけるスポ
ットの幅方向の寸法が前記ダムバーの長さの1/2以上か
つ4/5以下になるように変換するビーム幅方向変換手段
と、前記スポットを前記パルスレーザ光の光軸まわりに
回転変位させるビーム回転手段とを有し、前記ビーム長
手方向変換手段とビーム幅方向変換手段は、それぞれ、
２枚のシリンドリカルレンズの間隔を調整することによ
り、パルスレーザ光の前記ダムバー上におけるスポット
の長手方向の寸法と幅方向の寸法を独立して変更できる
ように構成されていることを特徴とするダムバー加工装
置が提供される。
上記のように構成した本発明においては、搬送手段に
よって被加工物を所定の速度で移動させながら、検出光
発生手段よりリードフレーム上の切断すべきダムバー近
傍に検出光が照射され、その反射光が光検出手段によっ
て検出され、この光検出手段よりリードの配列状態（リ
ードの有無）に基づいた検出信号が発生する。上記検出
信号は制御手段に送られ、その検出信号に基づいてパル
スレーザ光を照射するタイミングが決定され、そのタイ
ミングでレーザ発振器が制御される。これにより、リー
ドの配列状態に基づいてダムバーの所定の位置にそのパ
ルスレーザ光が照射される。この時、搬送手段によって
レーザ光軸を被加工物に対し所定の速度で相対的に移動
させるが、パルスレーザ光の照射時間（以下、パルス幅
という）は極めて短時間であり、その時間の移動距離は
極わずかであるから、レーザ光軸を被加工物に対して移
動させるとそのパルスレーザ光の発振時刻によってその
照射位置が一義的に決定され、順次ダムバーが切断さ
れ、確実かつ高速に加工が行える。
これに対し、前述の第１の従来技術や第２の従来技術
においては、レーザ光の集光位置決定にはガルバノミラ
ーが使用され、レーザ光の集光には大口径の集光レンズ
が使用されているため、本発明のようにリードの配列状
態を検出しながらそれに対応するダムバーをパルスレー
ザ光により加工することは構造的に困難である。
上記に加え、本発明では、レーザ発振器より発振する
パルスレーザ光をビーム長手方向変換手段によって細長
い断面形状のパルスレーザ光に変換する。この時、ダム
バー上における細長いスポットの長手方向の寸法がダム
バーの幅の２倍以上になるようにすることにより、ダム
バーの幅方向の両端部分での入熱も十分行われ、ダムバ
ー切断後の切り口が切断溝側に角状に突出するようなこ
とがなく、ダムバー切断後の対向する端面がほぼ平行と
なる。
また、ダムバー切断後の対向する端面がほぼ平行にな
ったとしても、切断溝幅が狭すぎるとリード側壁から突
き出す部分、即ちダムバーの切り残しが大きくなってし
まうため、ダムバー上における細長いスポットの幅方向
の寸法も制限する必要がある。本発明では、このスポッ
トの幅方向の寸法がダムバーの長さの1/2以上かつ4/5以
下になるように、パルスレーザ光をビーム幅方向変換手
段によって変換する。これにより、スポットの幅方向の
寸法が制限され、リード側壁から突き出す部分を小さく
することができる。
特に、リードフレームのリード配列状態の寸法精度を
保証するため、ダムバー切断後の形状のうち、リード側
壁からの突き出し長さ（ダムバーの切り残しの長さ）及
びダムバー切断後の切断溝の幅がそれぞれ決められてお
り、EIAJ規格では前者については０以上でスリット部の
幅の1/5以下、後者についてはダムバーの幅の1/2以上で
あることが要求されている。これらのダムバー切断後の
形状制限条件からビーム長手方向変換手段やビーム幅方
向変換手段によって変換されるパルスレーザ光のスポッ
トの寸法の条件を推定することができるが、上記のよう
にスポットの長手方向の寸法をダムバーの幅の２倍以上
（好ましくは３倍以上）とし、スポットの幅をダムバー
の長さ即ちスリット部の幅の1/2以上かつ4/5以下とする
ことにより、パルスレーザ光の照射位置を適正に合わせ
れば、材料やリード寸法が変わったとしても、スポット
の長手方向両端部分での入熱不足によるダムバー切断後
の形状の悪影響をなくすことができ、ほぼ上記のような
規格を満たすことができる。逆に、スポットの寸法が上
記のような適切な条件から外れていれば、一回のパルス
レーザ光照射では良好な形状にすることができない。
さらに、ビーム回転手段によってパルスレーザ光を光
軸まわりに適宜回転変位させることにより、そのスポッ
トの長手方向をリードの長手方向とほぼ一致させ、スポ
ットがダムバーを幅方向に差し渡すようにすることが可
能となる。
以上の結果、一回のパルスレーザ光の照射によりダム
バーを幅方向に切断することができ、かつダムバー切断
後の形状を高精度かつ良好にすることができる。
また、上記のように被加工物を移動させながら順次ダ
ムバーを切断していく方式では、移動方向即ちリードの
長手方向に直交する方向の検出精度、従ってレーザ光軸
の移動方向の照射位置決め精度が高く、リードの長手方
向に直交する方向のパルスレーザ光による加工精度の確
保は十分にできる。さらに、細長い断面形状のパルスレ
ーザ光を用い、そのスポットの長手方向の寸法を上記の
ように長くしてその長手方向をリードの長手方向とほぼ
一致させることにより、リードの長手方向におけるレー
ザ光軸の位置決め精度があまり高くなくてもほとんど支
障はなく、樹脂モールドの収縮変形に起因するリードフ
レームの変形等によりレーザ光軸がリードの長手方向に
相対的に少々ずれたとしても、やはり一回の照射により
ダムバーを幅方向に切断することが可能である。
上記ダムバー加工装置において、好ましくは、光検出
手段が、リードフレーム上で反射し加工ノズルの開口部
を通過した検出光を入射させる。これにより、スパッ
タ、外乱光、及び外部から飛来するゴミやホコリ等の大
部分が加工ノズルによって遮られ、光検出手段が保護さ
れる。さらに、レーザ光軸の直前の位置のリードの配列
状態を検出し、すぐにパルスレーザ光を照射して加工を
行うため、検出時から加工時までの間に外部からの擾乱
要素が入りにくく、微細な加工に適している。
また、上記のように、リードの配列状態（リードの有
無）を検出光によって検出する場合には、リードフレー
ム上の検出すべき位置（以下、検出位置という）から十
分離れた場所にそれを検出するための手段を配置すれば
好都合である。このため、光検出手段としては、入射し
た光の変化を電気信号に変換して出力する光電式検出器
が適しており、これにより加工ノズルの開口部を通して
十分離れた場所で検出光を捕らえることができる。
また、上記ダムバー加工装置において、好ましくは、
加工ノズル先端の開口部よりダムバー近傍の画像を撮像
する監視用画像撮像手段と、前記監視用画像撮像手段に
よって撮像した画像上に前記ダムバー上に照射されるパ
ルスレーザ光の光軸及び前記検出光発生手段からの検出
光の照射位置を同時に表示する監視用画像表示手段とを
さらに有する。このような構成においては、監視用画像
撮像手段によって加工ノズル先端の開口部からダムバー
近傍の画像が撮像され、監視用画像表示手段を用いてそ
の画像上にダムバー上に照射されるパルスレーザ光の光
軸及び検出光発生手段からの検出光の照射位置、即ち検
出位置が同時に表示される。これにより、被加工物であ
る半導体装置の取り付け状態、ダムバー切断の開始位置
や加工軌跡、ダムバー切断中におけるパルスレーザ光の
光軸及び検出位置の確認、調整、管理等を画像を見なが
ら容易に行うことができる。また、本構成によってレー
ザ光照射による切断後の加工結果を観察し、加工条件の
判定及び加工品質の検査を行うことができる。
また、前述の目的を達成するため、本発明によれば、
半導体装置におけるリードフレームのダムバーにパルス
レーザ光を照射しながらそのパルスレーザ光の光軸を前
記半導体装置に対して所定の速度で相対的に移動させる
ことにより、前記ダムバーを順次切断するダムバー加工
方法であって、前記リードフレーム上の切断すべき前記
ダムバー近傍に検出光を照射し、前記リードフレーム上
で反射した検出光を入射させて対応する検出信号を発生
し、その検出信号に基づいて前記パルスレーザ光を照射
するタイミングを決定しそのタイミングで前記ダムバー
の所定の位置に前記パルスレーザ光が照射されるようそ
のパルスレーザ光の発振を制御するダムバー加工方法に
おいて、それぞれ、２枚のシリンドリカルレンズの間隔
を調整することにより、パルスレーザ光の前記ダムバー
上におけるスポットの長手方向の寸法と幅方向の寸法を
独立して変更できるように構成されたビーム長手方向変
換手段とビーム幅方向変換手段を用い、前記レーザ発振
器より発振するパルスレーザ光を、そのパルスレーザ光
の前記ダムバー上におけるスポットの長手方向の寸法が
前記ダムバーの幅の２倍以上になりかつ幅方向の寸法が
前記ダムバーの長さの1/2以上かつ4/5以下になるように
細長い断面形状のパルスレーザ光に変換し、さらに前記
スポットを前記パルスレーザ光の光軸まわりに回転変位
させ、前記スポットの長手方向を前記リードの長手方向
とほぼ一致させて前記ダムバーを幅方向に差し渡すよう
にそのパルスレーザ光を照射することを特徴とするダム
バー加工方法が提供される。
図面の簡単な説明 図１は、本発明の一実施例によるダムバー加工装置の
概略構成を一部模式的に示す図である。
図２は、図１のダムバー加工装置における制御部及び
検出ユニットの構成を示す図である。
図３は、ビーム長手方向変換器11a、ビーム幅方向変
換器11b、及びビーム回転器11cの構成を示す図である。
図４は、図１の加工テーブルの構成を示す図である。
図５は、ワーク即ち半導体装置を示す図であって、
（ａ）はその平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＢ部拡大
図である。
図６は、ダムバーの切断状況の説明図であって、図５
（ｂ）と同様の部位を示す図である。
図７は、（ａ）は加工ノズルの開口部を通して観察さ
れるダムバー近傍の画像を示す図であり、（ｂ）は検出
位置を加工進行方向に応じて適宜移動させる状況を示す
図である。
図８は、リードの配列状況の検出からパルスレーザ光
の発振までの信号処理を示すタイムチャートである。
図９は、ダムバー切断後の形状を特徴づける寸法及び
スポットの寸法を定義する図である。
図10は、ダムバーを切断した時のＸ軸及びＹ軸方向の
スポットの位置ずれが切断後の形状に及ぼす影響を示す
図であって、（ａ）は楕円形のスポットを用いた場合、
（ｂ）は丸形のスポットを用いた場合の図である。
図11は、丸形のスポットと楕円形のスポットを用いて
ダムバーを切断した時のＸ軸及びＹ軸方向の位置ずれが
切断後の形状におよぼす影響をまとめた図である。
図12は、ダムバー切断の手順を示すフローチャートで
ある。
図13は、半導体装置の全てのダムバーを切断する際の
加工ノズル、従ってレーザ光軸の移動軌跡の一例を示す
図である。
図14は、３個の半導体装置を一体とし、その複数個一
体の半導体装置をホルダーに固定した状態を示す図であ
る。
図15は、本発明のダムバー加工装置及びダムバー加工
方法によってダムバーを切断した樹脂モールド封止型の
半導体装置の構成を示す図である。
図16は、ダムバーの切断後の切り口の形状が不良であ
る場合に、アウターリードを折り曲げ成形した状態をア
ウターリード側から見た図であって、（ａ）はアウター
リードが斜めに傾いた状態、（ｂ）はアウターリードの
折り曲げ部分の底面（プリント基板に接合される面）の
高さが一定でない状態を示す図である。
発明を実施するための最良の形態 以下、本発明によるダムバー加工装置及びダムバー加
工方法の一実施例について、図１から図16を参照しなが
ら説明する。
図１は、本実施例のダムバー加工装置の概略構成を一
部模式的に示す図である。図１に示すように、本実施例
のダムバー加工装置は、レーザ発振器10、ビーム長手方
向変換手段であるビーム長手方向変換器11a、ビーム幅
方向変換手段であるビーム幅方向変換器11b、ビーム回
転手段であるビーム回転器11c、加工ヘッド12、加工ノ
ズル13、及び搬送手段である加工テーブル21、制御部3
0、及び検出ユニット40を備える。加工ヘッド12には、
ダイクロイックミラー14、検出用ハーフミラー15、カメ
ラ用ハーフミラー18dが備えられ、さらにテレビカメラ1
8、カメラ用結像レンズ18a、カメラ用光源18bが取り付
けられ、テレビカメラ18にはモニターテレビ18cが接続
されている。加工ノズル13内には、集光レンズ16、アシ
ストガス供給口17が備えられている。また、検出ユニッ
ト40には、必要とする波長の光のみを選択的に透過させ
るバンドパスフィルタ40a及び検出用結像レンズ40bが取
り付けられている。
また、図２に示すように、制御部30は、微分回路31、
ホールド回路32、遅延手段であるディレイ回路33、レー
ザ電源回路34、検出位置設定回路35、ビーム制御部36、
テーブル制御部37、及び制御回路38を備える。また、検
出ユニット40は、光電式検出器41、検出信号増幅器42、
比較手段であるコンパレータ43、検出用LDレーザ発生器
44、検出位置調節器45を備える。
図３に示すように、ビーム長手方向変換器11aは、凸
型シリンドリカルレンズ11s及び凹型シリンドリカルレ
ンズ11tを有し、レーザ発振器10からのパルスレーザ光1
0Aの断面形状を細長い楕円形に変換する。また、ビーム
幅方向変換器11bは、凸型シリンドリカルレンズ11u及び
凹型シリンドリカルレンズ11vを有し、しかも凸型シリ
ンドリカルレンズ11u及び凹型シリンドリカルレンズ11v
における最大の曲率を有する方向が凸型シリンドリカル
レンズ11s及び凹型シリンドリカルレンズ11tにおける最
大の曲率を有する方向に直交するようになっており、ビ
ーム長手方向変換器11aからのパルスレーザ光10Bの断面
形状をさらに所定の断面形状に変換する。
さらに、ビーム長手方向変換器11aにおいては、凹型
シリンドリカルレンズ11tが図中矢印のように光軸に沿
って移動することにより凸型シリンドリカルレンズ11s
及び凹型シリンドリカルレンズ11tの間隔が調整され、
楕円形の断面形状の長手方向の寸法が変更できるように
なっており、ビーム幅方向変換器11bにおいては、凹型
シリンドリカルレンズ11vが図中矢印のように光軸に沿
って移動することにより凸型シリンドリカルレンズ11u
及び凹型シリンドリカルレンズ11vの間隔が調整され、
楕円形の断面形状の幅方向の寸法が変更されるようにな
っている。なお、上記ビーム幅方向変換器11bをビーム
長手方向変換器11aよりもレーザ発振器10側に設置して
もよく、またビーム幅方向変換器11bを凸型シリンドリ
カルレンズ11u及び凹型シリンドリカルレンズ11vが構成
するのではなく、通常の凸レンズと通常の凹レンズの対
で構成してもよい。
また、ビーム回転器11cは、図３に示すように、像回
転プリズム11z（ドーブプリズムとも呼ばれる）を有し
ており、ビーム長手方向変換器11aおよびビーム幅方向
変換器11bによって断面形状が細長い楕円形に変換され
たパルスレーザ光10Cを図中矢印のようにその光軸まわ
りに所定の角度回転させる。但し、上記像回転プリズム
11zは、図示しない回転機構によってある角度光軸まわ
りに回転することにより入射する光が光軸まわりにその
２倍の角度回転する光学部材である。ビーム長手方向変
換器11a、ビーム幅方向変換器11b、及びビーム回転器11
cの調整はビーム制御部36によって行われる。
また、加工ノズル13はその中心軸が被加工物であるワ
ーク１（リードフレームに半導体チップを搭載し樹脂モ
ールドで一体的に封止した半導体装置）に対して垂直に
なるように取り付けられている。ワーク１は固定治具25
上に載置されると共に押さえ治具26でアウターリード部
分が押さえられており、さらに加工テーブル21に搭載さ
れている。
加工テーブル21はテーブル制御部37からの指令によっ
てワーク１を水平面内（これをXY平面内とする）に移動
させるものであり、図４に示すようにＸテーブル22、Ｙ
テーブル23、θテーブル24より構成されており、通常の
ダムバー加工時にはＸテーブル22及びＹテーブル23によ
ってワーク１をレーザ光軸13Cに対して移動させる。θ
テーブル24は、ワーク１を加工テーブル21に搭載した後
に、ワーク１の取り付け位置の誤差の中でXY面内におけ
る回転角度誤差を補正するために用いる。即ち、ダムバ
ー５の長手方向の中心線とＸ軸またはＹ軸がほぼ一致す
るようにし、これにより、ダムバー５の切断時の制御す
べき軸数を削減することができ、一軸方向即ち送り方向
のみの制御によって高い寸法精度で加工することができ
る。
図１及び図２に戻り、上記のような構成において、レ
ーザ電源回路34（図２参照）の制御のもとにレーザ発振
器10よりパルスレーザ光10Aが発せられる。そして、ビ
ーム長手方向変換器11a、ビーム幅方向変換器11b、及び
ビーム回転器11cを経て加工ヘッド12に入射したパルス
レーザ光11Aは、ダイクロイックミラー14で方向が変え
られ、集光レンズ16で集光されパルスレーザ光13Aとな
って加工ノズル13先端の開口部13aを通過し、ワーク１
上に照射される。
また、検出ユニット40の検出用LDレーザ発生器44から
発せられた検出光44Aは加工ノズル13先端の開口部13aを
通過し、ワーク１表面の検出位置で反射し、再び開口部
13aを通過し検出光41Aとなって光電式検出器41に入射す
る。但し、検出光41Aは光電式検出器41に入射する直前
にバンドパスフィルタ40aで不必要な波長部分が除か
れ、検出用結像レンズ40bで集光される。上記のように
開口部13aを通過した検出光41Aを光電式検出器41で捕ら
えるので、スパッタ、外乱光、及び外部から飛来するゴ
ミやホコリ等の大部分が加工ノズル13によって遮られ、
光電式検出器41が保護される。また、検出光として上記
のような検出用レーザ光を用いることにより、上記検出
信号（図８参照）の立ち上がり（応答）がシャープにな
り、高い分解能で高精度な検出が行える。
光電式検出器41では入射した検出光41Aの変化がワー
ク１表面の情報、即ち半導体装置におけるダムバー近傍
のリードの有無（配列状態）の情報を含んだ電気的な検
出信号に変換されて出力され、検出信号増幅器42に送ら
れて増幅され、コンパレータ43に送られて二値化されて
制御部30の微分回路31に入力される。その後さらに信号
処理されパルスレーザ光が発振されるが、この光電式検
出器41以下の信号処理については後述する。このよう
に、レーザ光軸13Cの直前の位置のリードの配列状態を
検出し、すぐにパルスレーザ光を照射して加工を行うた
め、検出時から加工時までの間に外部からの擾乱要素が
入りにくく、微細な加工に適している。
また、ワーク１上の検出位置の調節は、光電式検出器
41及び検出用LDレーザ発生器44を検出位置調節器45で調
節することにより行う。さらに、検出位置調節器45は制
御部30の検出位置設定回路35によって制御される。上記
光電式検出器41と検出用LDレーザ発生器44の実際の設置
状況は図２では詳細に示していないが、例えば検出用LD
レーザ発生器44の周りに同心円状に光電式検出器41を設
置することができ、これによってコンパクトにできる。
また、アシストガス供給口17より供給されたアシスト
ガス17Aは加工ノズル13の開口部13aより噴射される。こ
のアシストガス17Aは、本実施例に限らず溶断加工であ
るレーザ加工を行う際に、一般的に用いられるものであ
り、溶融物の大部分を吹き飛ばして良好な加工を行うた
めのものである。
制御部30の制御回路38には外部より加工対象とする半
導体装置（ワーク）１のデータ、例えば半導体装置やダ
ムバーの設計値、ダムバー切断を行う軌跡、パルスレー
ザ光の発振条件やエネルギ条件等が入力される。また、
微分回路31、ホールド回路32、ディレイ回路33、レーザ
電源回路34、検出位置設定回路35、ビーム制御部36、及
びテーブル制御部37は制御回路38によって制御される。
次に、以上のようなダムバー加工装置によって半導体
装置の一辺にあるダムバーを切断する動作を説明する。
まず、ワーク１即ち半導体装置の構造を図５（ａ）に
より説明する。図５（ａ）において、この半導体装置１
はリードフレーム２に半導体チップ（図示せず）を搭載
し、対応する端子間を金線等で電気的に接続した後に樹
脂モールド４で一体的に封止したものである。ダムバー
５はリードフレーム２の各リード３間に設けられ、樹脂
モールド４の封止時に樹脂がリード間から流れ出るのを
防止し、かつ各リード３を補強している。本実施例で
は、このダムバー５を上記ダムバー加工装置によって切
断除去する。但し、図５（ａ）ではダムバー５が切断さ
れていないものが示されており、この半導体装置１は厳
密に言えば製造途中の段階にあるが、本発明では簡単の
ためこのような製造途中の段階にあるものも半導体装置
と称することとする。
図５（ｂ）は、図５（ａ）のＢ部拡大図である。ダム
バー５の近くにはそのダムバー５によって堰止められた
ダム内レジン4aやリードフレーム２表面に流出し固化し
た樹脂であるレジンばり4bも付着する。
図６は、ダムバー５の切断状況の説明図であって、図
５（ｂ）と同様の部位を示す図である。ダムバー５の切
断に際しては、ワーク１を加工テーブル21によって移動
させ、加工ノズル13のワーク１に対する位置を例えばＸ
軸の正方向に一定速度v0で相対的に移動させる。但し、
Ｘ軸及びＹ軸を図のように定める。
また、ビーム長手方向変換器11aを適宜操作すること
により、パルスレーザ光13Aの照射位置におけるスポッ
ト13Bを図のように長手方向の寸法がダムバー５の幅W1
の２倍以上（スポット13Bの長手方向の寸法については
後述する）となるようにし、ビーム幅方向変換器11bに
よりスポット13Bの幅方向の寸法を制御する。さらに、
ビーム回転器11cを用いて、スポット13Bの長手方向をリ
ード３の長手方向とほぼ一致させ、スポット13Bがダム
バー５の幅W1を差し渡すようにする。これによって、一
回のパルスレーザ光13Aの照射によりダムバー５を幅方
向に切断することができる。しかも、スポット13Bの長
手方向の寸法を上記のように十分長くするため、ダムバ
ー５の幅方向の両端部分での入熱も十分行われ、ダムバ
ー切断後の切り口両端部分が切断溝側に角状に突出する
ようなことがなく、ダムバー切断後の形状を高精度かつ
良好にすることができる。また、図６に示すように、パ
ルスレーザ光13A照射による入熱によってダム内レジン4
aはそのほとんど除去され、さらにレジンばり4bも極め
て小さくなる。
この時、良好なダムバー切断を行うためにはダムバー
５の長手方向の中心線上、即ち軌跡A1−A2上でレーザ光
軸13Cを相対的に移動させることが必要である。しか
し、未加工状態ではこの軌跡A1−A2上に形状変化は全く
ないため、この軌跡上ではリードの配列状態を検出する
ことが不可能である。これに対し、軌跡A1−A2から少し
（距離ｄ）離れた軌跡B1−B2に沿って光電式検出器41を
移動させればリードの配列状況が検出することができ
る。
但し、通常は、ダムバー５付近のリード３の端面には
ある曲率をもった曲面部を有していることが多く、検出
に影響を与えることも考えられるので、検出位置Ｐの軌
跡B1−B2はこの曲面部を避けて少なくともリードの平行
部を横切るように設定するのが望ましい。さらに、ダム
バー５の樹脂モールド４側にはダム内レジン4aやレジン
ばり4bが存在し、検出精度に影響する可能性もあるた
め、検出位置の軌跡はダムバー５の樹脂モールド４側よ
りは本実施例のようにアウターリード側にする方がより
望ましい。
上記のようなダムバー５の切断中または切断準備段階
において、加工ノズル13先端の開口部13aを通してテレ
ビカメラ18によりダムバー５近傍の画像が撮像され、モ
ニターテレビ18cに表示される。この時、カメラ用光源1
8bからの照明光がカメラ用ハーフミラー18dを介してダ
ムバー５近傍に照射され、ダムバー５近傍で反射した光
がカメラ用結像レンズ18aを介してテレビカメラ18に取
り込まれる。
この時の加工ノズル21の開口部13aを通して観察され
るダムバー５近傍の画像を、図７（ａ）に示す。図７
（ａ）に示すように、加工ノズル13の側壁によって観察
できる部分が制限されているが、加工ノズル13の開口部
13aを通して、ダムバー５及びリード２の配列状態を監
視することができる。但し、図中円の外側の部分は加工
ノズル13の側壁に隠れた部分を示す。また、その画像上
にレーザ光軸13C及び光電式検出器41による検出位置41C
が同時に表示される。これにより、ワーク１の取り付け
状態、ダムバー５の切断開始位置や加工軌跡、ダムバー
５の切断中におけるレーザ光軸13C及び検出位置41Cの確
認、調整、管理等をモニターテレビ18cを見ながら容易
に行うことができる。
さらに、リードフレーム２上の光電式検出器41による
検出位置41Cは、加工進行方向に応じて適宜図７（ｂ）
のように移動させることができる。例えば、リードフレ
ーム２の４辺のうち、図５（ａ）の辺101におけるダム
バー５を切断する場合（図６や図７（ａ）の場合に相当
する）には、検出位置41Cを図７（ｂ）の６時の方向即
ち101aの位置に合わせればよい。また、図５（ａ）の辺
102におけるダムバー５を切断する場合は検出位置41Cを
３時の方向即ち102aの位置に、辺103におけるダムバー
５を切断する場合は検出位置41Cを12時の方向即ち103a
の位置に、辺104におけるダムバー５を切断する場合は
検出位置41Cを９時の方向即ち104aの位置に、それぞれ
合わせればよい。
光電式検出器41から出力される検出信号は検出信号増
幅器42に送られ、増幅される。これ以下の信号処理につ
いて、図１、図２及び図８により説明する。
検出信号増幅器42で増幅された光電式検出器41からの
検出信号S1の変化は図８に示すようにリード（ウエブ
部）３で高い出力となり、スリット部６で低い出力とな
る。その後この信号S1は、コンパレータ43に入力され、
コンパレータ43によって所定の敷居値E0で二値化され
（S2）、制御部30の微分回路31に入力される。この微分
回路31では、コンパレータ43からの信号S2の立ち上がり
及び立ち下がりに対応する信号S3が作成され、その信号
S3はホールド回路32に入力される。ここで、図８のt1は
スリット部６の幅W2を速度v0で移動する時間であり、 t1＝W2/v0 である。
ホールド回路32では微分回路31からの信号S3に対応し
てホールド信号S4が作成される。このホールド回路32で
は、信号S3が正のパルス出力（スリット部６の始まりに
対応する）を発した時刻T0にパルスを立ち上げ、制御回
路38から指定された所定時間t2の間その値が保持された
のちパルスを立ち下げる。ここで制御回路38から指定さ
れる所定時間t2としては、t1よりも大きく、かつリード
ピッチｐの間をv0で移動する時間p/v0よりも短くなるよ
うに、つまり、 t1＜t2＜（p/v0） となるように設定される。このホールド信号S4は、信号
S3の正のパルス出力（スリット部６の始まりに対応する
信号）以外の信号を除外するためのものである。
上記ホールド信号S4はディレイ回路33に入力され、ホ
ールド信号S4の立ち上がりの時刻T0から遅延時間T3だけ
経過した時刻T1にパルスを発生させてレーザ用トリガ信
号S5を作成する。即ち、ディレイ回路33では微分回路31
からの信号S3の正のパルスに遅延時間t3を与えて出力す
ることになる。上記レーザ用トリガ信号S5はレーザ電源
回路34に入力され、それをもとにレーザ発振器10からパ
ルスレーザ光10Aが発振する。この時のパルスレーザ光1
0Aのパルス幅t4は、それ以外のパルスレーザ光のエネル
ギその他の諸条件とともに制御回路38より指定される。
以上の信号処理により、ダムバー５の所定の位置にパル
スレーザ光13Aが照射されるようにすることができる。
ここで、パルスレーザ光13Aがダムバー５の中央に照
射されるようにするためのディレイ回路33で与える遅延
時間t3について説明する。各回路での応答のための遅れ
やパルスレーザ光発振までの遅れを総合した遅延時間を
δｔとすると、レーザ光軸13Cがスリット部６の始まり
から中央まで移動する時間tAは、 tA＝t1/2＝W2/2v0 …（１） となる。また、レーザ光軸13Cがスリット部６に入って
からパルスレーザ光がダムバー５に照射されるまでの時
間tBは、ディレイ回路33で与えられる遅延時間t3を用い
て、 tB＝δｔ＋t3 …（２） と表される。
パルスレーザ光がダムバー５の中央に照射されるべき
条件は、 tA＝tB …（３） であるから、式（１）〜（３）より遅延時間t3は、 t3＝W2/（2v0）−δｔ …（４） となり、式（４）の通りに遅延時間t3を設定すればパル
スレーザ光13Aがダムバー５の概ね中央に照射されるこ
とになる。
上記のようにパルスレーザ光を用いて良好なダムバー
切断を実現するためには、パルス幅は出来るだけ短いこ
とが望ましい。本発明者らが検討したところによると、
ノーマルパルスYAGレーザ発振器から出射されるパルス
レーザ光を用いてダムバー切断を行った場合、0.1〜1.0
msecという極めて短いパルス幅にする条件において、良
好なダムバー切断が可能であった。このノーマルパルス
YAGレーザ発振器の発振周波数を最大とし、リードピッ
チが0.3mmのリードフレームの個々のダムバーを一回の
パルスレーザ光で切断しながら、レーザ光軸をワークに
対して連続的に移動させる場合、加工ノズル13のワーク
１に対する移動速度、即ち加工テーブル21の移動速度ｖ
は、 ｖ＝0.3（mm）×300（Hz）＝90（mm/sec） ＝5.4（m/min） …（５） となる。これは加工テーブル21の最大の移動速度であ
る。但し、ノーマルパルスYAGレーザ発振器の発振周波
数の最大値は300Hzであり、式（５）ではその値を用い
た。
ここで、パルス幅τを0.2msecと仮定した場合、その
間にレーザ光軸13Cがワーク１に対して相対的に移動す
る移動距離ΔＬは、 ΔＬ＝ｖ×τ＝90（mm/sec）×0.2（msec） ＝18×10-3（mm） ＝18μｍ …（６） となる。
上記のように、パルスレーザ光のパルス幅は実際には
極めて短時間であり、その間にレーザ光軸13Cがワーク
１に対して相対的に移動する移動距離は、切断すべきダ
ムバー長さ0.1〜0.2mmに比べると極わずかである。従っ
て、パルスレーザ光を発振させながら加工テーブル21に
よってレーザ光軸13Cを一定速度で相対的に移動させる
と、そのパルスレーザ光の発振時刻によってその照射位
置が一義的に決定され、順次ダムバー５が切断され、確
実かつ高速に加工が行える。
ここで、パルスレーザ光13Aの照射位置におけるスポ
ット13Bの形状について図９により説明する。
まず、ダムバー切断後の形状を特徴づける寸法及びス
ポット13Bの寸法を図９のように定義する。即ち、 W1:ダムバー５の幅（図５及び図６にも示した） W2:ダムバー５の長さ、即ちスリット部６の幅 W3:スポット13Bの幅 W4:スポット13Bの長手方向の寸法 W5:ダムバー切断後の切断溝の幅 p:リードピッチ k1,k2:リード側壁からの突き出し長さ（ダムバーの切
り残しの長さ） とする。
EIAJ規格ではリード配列状態の寸法精度を保証するた
め、ダムバー切断後の形状のうち、リード側壁からの突
き出し長さk1,k2及び切断後のダムバー切断後の切断溝
の幅W5がそれぞれ決められており、k1,k2については０
以上でスリット部の幅W2の1/5以下、W5についてはダム
バーの幅W1の1/2以上であることが要求されている。
ノーマルパルスYAGレーザを用い、パルス幅や入熱量
等を適正な条件に設定した場合においては、パルスレー
ザ光13Aの照射によってそのスポット13Bの幅W3と同等か
やや広い切断溝の幅W5を得ることができる。これによ
り、スポット13Bの幅W3の下限はスリット部６の幅W2の1
/2程度であればよい。また、スポット13Bの幅W3が大き
くなりすぎると、本来加工すべきでないリード３の部分
も加工してしまうため、その上限は4/5程度とする。
一方、スポット13Bの長手方向の寸法W4をダムバー５
の幅W1と同程度かわずかに長くなる程度とした場合に
は、ダムバー５の幅方向の両端部分では入熱が不足し、
そのためにダムバー５の切断後の切り口両端部分が切断
溝側に角状に突出してしまう。つまり、突き出し長さ
k1,k2が大きくなってしまう。このことを考慮して本発
明者らが検証したところによれば、スポット13Bの長手
方向の寸法W4をダムバーの幅W1の２倍以上となるように
すれば、ダムバー５の切断後の切り口両端部分が切断溝
側に角状に突出せず、突き出し長さk1,k2を小さくする
ことができ、ダムバー切断後の形状を良好にすることが
できる。さらに好ましくは、W4をW1の３倍以上となるよ
うにすれば、入熱不足による悪影響を一層少なくするこ
とができる。
上記条件をまとめると、スポットの長手方向の寸法W4
をダムバーの幅の２倍以上（好ましくは３倍以上）と
し、スポット13Bの幅W3をスリット部６の幅W2の1/2以上
かつ4/5以下とすることにより、スポット13Bの位置を適
正に合わせれば、材料やリード寸法が変わったとして
も、ほぼ前述のような規格を満たすことができる。これ
により、ダムバーを高精度かつ良好な形状に切断するこ
とが可能となる。
例えば、リードフレーム２の材質を42アロイ合金と
し、リードピッチｐを0.3mm、板厚を0.15mmとした場
合、上記規格を満たす概略の寸法は、 ｐ＝0.3mm W1＝0.13±0.02mm W2＝0.17±0.02mm k1,k2＝０〜0.034mm W5≧0.085mm となる。
これらの寸法に対して、楕円形のスポット13Bの幅W3
と長手方向の寸法W4を推定すると、 W4≧２×W1好ましくはW4≧３×W1 （4/5）×W2≧W3≧（1/2）×W2 より、W4を0.26mm、好ましくは0.39mm程度とし、W3を0.
13mm程度とすればよいことになる。
また、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の許容される位置ずれ量
をそれぞれΔＸ及びΔＹとすると、 ΔＸ＝±0.01mm ΔＹ＝±0.07mm と推定され、この範囲に入るようにスポット13Bの位置
を合わせればよいことになる。なお、レーザ光軸13Cま
わりの回転方向（図９ではθ方向とする）の許容される
角度ずれ量については、±10゜程度の範囲と推定され
る。
次に、パルスレーザ光のダムバー上のスポット形状と
レーザ光軸の位置決め制御との関係について図10及び図
11により説明する。
図10は、ダムバーを切断した時のＸ軸及びＹ軸方向の
スポットの位置ずれが切断後の形状に及ぼす影響を示す
図であって、（ａ）は本実施例のように楕円形のスポッ
トを用いた場合、（ｂ）は丸形のスポットを用いた場合
の図である。
図10（ａ）の（１）に示すように、楕円形のスポット
13Bを用いてレーザ光軸を適正に位置決めした場合には
ダムバー切断後の形状を非常に良好にすることができ
る。また、図10（ｂ）の（１）に示すように丸形のスポ
ット113Bを用いた場合もレーザ光軸を適正に位置決めす
れば良好な形状にすることができる。
楕円形のスポット13Bを用いる場合、通常では位置決
めのために制御すべき軸としてＸ軸、Ｙ軸、及びθ軸の
３軸が存在するが、丸形のスポット113Bを用いる場合に
は、制御すべき軸はＸ軸とＹ軸の２軸のみである。とこ
ろが、本実施例では、スポット13Bの長手方向をリード
３の長手方向とほぼ一致させるため、半導体装置の一辺
に存在するダムバー５を加工している間はθ軸の制御は
不要であり、従って楕円形のスポット13B、丸形のスポ
ット113Bのいずれを用いる場合でも、実際に制御すべき
軸はＸ軸とＹ軸の２軸となる。
ここで、スポットのＸ軸方向を適正に位置決めした状
態で、Ｙ軸方向にずれが生じた場合を考える。図10
（ａ）の（２）に示す楕円形のスポット13Bを用いた場
合には、スポット13Bの長手方向の寸法を前述のように
十分長くしているため、Ｙ軸即ちリード３の長手方向に
おけるレーザ光軸13Cの位置決め精度があまり高くなく
てもほとんど支障はなく、樹脂モールド４の収縮変形に
起因するリードフレーム２の変形等によりレーザ光軸13
CがＹ軸方向に相対的に少々ずれたとしても、やはり一
回の照射によりダムバー５を幅方向に切断することが可
能である。これに対し、図10（ｂ）の（２）に示すよう
に丸形のスポット113Bを用いた場合には、Ｙ軸方向の位
置決め精度の影響を大きく受け、完全にダムバー５を切
断できない。
また、スポットのＸ軸方向がずれた場合には、図10
（ａ）の（３）及び図10（ｂ）の（３）に示すように、
いずれも良好に切断を行うことができない。特に、丸形
のスポット113Bを用いた場合は、図10（ｂ）の（２）と
同様に完全にダムバー５を切断できない場合もある。し
かし、これらは極端な場合を示しているのであって、本
実施例の場合は、Ｘ軸方向の検出精度、従ってレーザ光
軸13Cの位置決め精度が高く、パルスレーザ光13Aによる
加工精度の確保は十分にできるため、このような事態は
避けられる。
図11は、丸形のスポットと楕円形のスポットを用いて
ダムバーを切断した時のＸ軸及びＹ軸方向の位置ずれが
切断後の形状におよぼす影響をまとめた図である。
丸形のスポットの場合、Ｘ軸及びＹ軸の両方向に位置
ずれがない状態では良好な切断が可能であるが、切断後
の形状については許容されるずれの値を十分考慮する必
要がある。また、Ｘ軸方向に位置ずれがなくてもＹ軸方
向にずれがある状態では不良な切断となり、完全にダム
バー５を切断できない。また、Ｘ軸方向に位置ずれがあ
ってＹ軸方向にずれがない状態では、やや不良な切断と
なり、ずれが大きいとリード部分に凹部ができて不良な
切断となる場合がある。さらに、Ｘ軸及びＹ軸の両方向
に位置ずれがある状態では言うまでもなく不良な切断と
なり、完全に連結部を切断できない。以上のような状況
は、前述の第１の従来技術のように、楕円形のスポット
の長手方向の寸法が十分長くない場合でもほぼ同様であ
ると考えられる。
一方、本実施例で使用する楕円形スポットの場合、Ｘ
軸及びＹ軸の両方向に位置ずれがない状態では、非常に
良好な切断が可能であり、Ｘ軸方向に位置ずれがなくて
Ｙ軸方向にずれがある状態でも、切断後の形状について
は許容されるずれの値を十分考慮すれば良好な切断が行
える。また、Ｘ軸方向に位置ずれがあってＹ軸方向にず
れがない状態ではやや不良な切断となり、Ｘ軸及びＹ軸
の両方向に位置ずれがある状態でもやや不良な切断とな
る。
上記のことから、本実施例のように楕円形スポット13
Bを用いれば、Ｙ軸方向（図10の場合）、即ちリード３
の長手方向におけるレーザ光軸13Cの位置決め精度をあ
まり考慮しなくてもダムバー切断後の形状をほぼ良好に
でき、位置決め制御すべき方向はＸ軸方向のみでよい。
つまり、加工テーブル21による位置決め制御は、レーザ
光軸13Cをワーク１に対して相対的に移動させる際の一
軸方向の制御を行うだけでよく、それ以外の方向の位置
決め制御は加工に先立ってある程度ラフに行えば十分で
ある。当然、どんな加工を行う場合でも、位置決め制御
を行う軸の数が少ない方が制御が容易であり、しかも装
置の構造を簡単にして安価にすることもでき、本実施例
の場合は非常に好都合である。
次に、図８のような信号処理を繰り返して半導体装置
の全ダムバーを切断する手順の一例について図12〜図14
により説明する。
図12は、ダムバー切断の手順を示すフローチャートで
ある。図12のステップS10において、まず、加工準備が
行われる。即ち、ステップS11でワーク（半導体装置）
１を固定したホルダーを所定位置に送給し、そのホルダ
ーをロボットでチャックし（ステップS12）、ダムバー
加工装置の加工テーブル21上に前のホルダーがないこと
を確認する（ステップS13）。ここで、加工テーブル21
上に前のホルダーがあれば、前のホルダーが排除される
まで待つ（ステップS14）。加工テーブル21上に前のホ
ルダーがない場合にはステップS15に進み、そのホルダ
ーを加工テーブル21にのせ、さらにホルダーを加工テー
ブル21に固定する（ステップS16）。そして、ステップS
17でホルダーが所定位置にあるかどうかを確認し、所定
位置になければその位置を補正して所定位置に移動させ
る（ステップS18）。
次に、ステップS20において、加工開始位置の決定を
行う。即ち、ステップS21で加工テーブル21のＸテーブ
ル22、Ｙテーブル23、θテーブル24のＸ軸、Ｙ軸、θ軸
をそれぞれ補正する。そして、加工開始位置に加工ノズ
ル13が来るように加工テーブル21を移動させ位置決めす
る。この加工開始位置は後述する基準穴7a（図13参照）
である、さらに、ステップS23で検出ユニット40が正常
に動作するかどうかを確認する。
次いで、ステップS30において、ダムバー切断を行
う。即ち、ステップS31で加工テーブル21の駆動を開始
し、所定のピン数まで図８の信号処理に相当するステッ
プS33からステップS36までのステップを繰り返す（ステ
ップS32）。この繰り返すべきステップS33からステップ
S36までのうち、ステップS33ではリードフレーム２にお
けるリード３の配列状態を光電式検出器41により検出
し、ステップS34ではその検出信号S1から二値化した信
号S2を作成し、ステップS35では信号処理によりレーザ
用トリガ信号S5を作成し、ステップS36でパルスレーザ
光10A（13A）を発振し、ダムバー切断を実施する。
図13は、上記ステップS30において、半導体装置１の
全てのダムバー５を切断する際の加工ノズル13の移動軌
跡の一例を示す図である。また、これはレーザ光軸13C
の移動軌跡を示す図にもなっている。但し、前述したよ
うに、実際には加工ノズル13が移動するのではなく、加
工テーブル21の移動によって加工ノズル13が半導体装置
１に対して相対的に移動する。
図13に示すように、リードフレーム２の各辺のダムバ
ー５の延長線が交わる位置に基準穴7a〜7dを設けてお
き、そのうち例えば基準穴7aの位置（ステップS20にお
ける加工開始位置）から移動を開始する。まず、基準穴
7aから軌跡D10に沿って加工ノズル13を相対移動させる
が、この時基準穴7bに到達するまでの間に移動速度を一
定速度（上記v0）にする。そして、基準穴7bから一定速
度v0で軌跡D11に沿って加工ノズル13を相対移動させな
がら、図６や図８のようにダムバー５の切断を行う。さ
らに、基準穴7aから軌跡D20に沿って加工ノズル13を基
準穴7cまで相対移動させ、一定速度v0で軌跡D21に沿っ
て相対移動させながらダムバー５の切断を行う。その
後、基準穴7dから軌跡D30、基準穴7b、軌跡D31、基準穴
7d、軌跡D40、基準穴7c、軌跡D41、基準穴7aに沿って順
次加工ノズル13を相対移動させつつ全てのダムバー５を
切断する。上記において、ダムバー５上にない軌跡D10,
D20,D30,D40は、それぞれ一定速度v0に達するまでの助
走区間となる。
上記のようにダムバー５を切断する際には、ビーム長
手方向変換器11a、ビーム幅方向変換器11b、及びビーム
回転器11c（図１参照）を適宜操作し、半導体装置１の
各辺におけるダムバー５に対してパルスレーザ光13Aの
スポット13Bの長手方向をリード３の長手方向とほぼ一
致させる。
また、ダムバーを切断する際には、例えば図14に示す
ように３個の半導体装置201〜203を一体とし、この複数
個一体の半導体装置を適当なホルダー200に固定し、こ
のホルダー200をワークとして加工テーブル21上に搭載
してもよい。この時の加工ノズル13の移動軌跡は、図13
を基本として任意に選定することができる。さらに図14
のような３個一体に限らず、３個一体の半導体装置を３
組一体として合計９個一体にするなど、３個以外の複数
個の半導体装置をまとめて取り扱ってもよい。これによ
り、ダムバー切断を含めた半導体装置の生産性が向上す
ると共に、製造工程途中におけるハンドリング等によっ
てリードフレームが変形することが避けられ、高精度か
つ良好な形状を維持することができる。
なお、加工テーブルによりＸ軸、Ｙ軸、θ軸の大まか
な位置補正を行った後、加工ヘッド側をＸ軸及びＹ軸方
向に動かしてもよい。また、加工テーブル側を動かさず
に加工ヘッド側のみを動かしてもよい。
次に、上記のようなダムバー加工装置及びダムバー加
工方法によってダムバー５を切断した樹脂をモールド封
止型の半導体装置の構成を図15により説明する。
図15に示す半導体装置300（製品）において、ダイパ
ッド310には半導体チップ320が搭載され、インナーリー
ド330と半導体チップ320の端子とが金線等のワイヤ340
により電気的に接続され、半導体チップ320及びインナ
ーリード330を含む部分が樹脂モールド350により封止さ
れている。また、アウターリード360はダムバーが切除
されることによって個々に分割されており、さらに樹脂
モールド350の外側で前述のようにガルウィング状に折
り曲げ成形されている。このアウターリード360の曲げ
成形された部分は、後ほど半導体装置300がプリント基
板上に搭載された時に、プリント基板の回路パターンに
接続される部分である。
もし、ダムバーの切断後の切り口の形状が不良である
と、その後行われるアウターリード360の折り曲げ成形
時においてねじれ変形を起こしたりスプリングバック量
に差が生じたりして不規則な変形を招来し、その配列状
態が不揃いとなってしまう。例えば、図16（ａ）に示す
ように、折り曲げ成形後のアウターリード360が斜めに
傾いてそれらの間隔が狂ってε１となったり、図16
（ｂ）に示すように、アウターリード360の折り曲げ部
分の底面（プリント基板に接合される面）一定にならな
くなって差ε２ができてしまうと、表面実装時の接合欠
陥の原因となる。但し、図16はアウターリードを折り曲
げ成形した後の半導体装置をアウターリード側からみた
図である。
特に、多ピンかつ狭ピッチのリードフレームを使用し
た半導体装置では、表面実装時の接合欠陥を避けるた
め、折り曲げ成形後のアウターリードの形状精度が、EI
AJ規格等により非常に厳しく規定されているが、図16の
ようにアウターリード360の寸法精度が悪い状態で折り
曲げ成形されてしまうと、この厳しい形状精度を確保す
ることができない。
これに対し、本実施例ではダムバー切断後の形状を高
精度かつ良好にすることができるため、図16に示すよう
な状態となることがなく、アウターリードの折り曲げ成
形後の形状を良好にして高い形状精度を確保することが
できる。その結果、プリント基板への表面実装時の接合
欠陥を避けて高性能な電子機器を高品質に製造すること
ができる。
なお、一回のパルスレーザ光の照射によりダムバーが
貫通しない（完全に切断できない）場合には数回のパル
スレーザ光照射によって切断する必要がある。この場合
は、上述したような軌跡に沿った加工を数回繰り返せば
よい。また、この場合には、スポット13Bの長手方向の
寸法W4はダムバー５の幅W1の２倍以上であることが必要
であるが、スポット13Bの幅W3はダムバー５の長さW2の4
/5以下であればよく、必ずしも1/2以上でなくてももよ
い。
以上にょうな本実施例によれば、ビーム長手方向変換
器11aによりスポット13Bの長手方向の寸法をダムバー５
の幅の２倍以上にし、ビーム幅方向変換器11bによりス
ポット13Bの幅方向の寸法をダムバー５の長さの1/2以上
かつ4/5以下にするので、ダムバー５の幅方向の両端部
分での入熱が十分行われ、ダムバー５の切断後の対向す
る端面の切り口が角状に突出せずにほぼ平行となり、さ
らにリード側壁から突き出す部分を小さくすることがで
きる。また、ビーム回転器11cを適宜操作してスポット1
3Bの長手方向をリード３の長手方向とほぼ一致させ、ス
ポット13Bがダムバー５の幅W1を差し渡すようにするの
で、一回のパルスレーザ光13Aの照射によりダムバー５
を幅方向に切断することができ、ダム内レジン4aやレジ
ンばり4bも除去され、ダムバー切断後の形状を高精度か
つ良好にすることができる。
この場合、リード３の長手方向におけるレーザ光軸13
Cの位置決め精度があまり高くなくてもほとんど支障は
なく、樹脂モールド４の収縮変形に起因するリードフレ
ーム２の変形等によりレーザ光軸13Cがリード３の長手
方向に相対的に少々ずれたとしても、一回の照射により
ダムバー５を幅方向に確実に切断することが可能であ
る。
上記のようにリード３の長手方向におけるレーザ光軸
13Cの位置決め精度をあまり考慮しなくてもよいので、
レーザ光軸13Cをワーク１に対して相対的に移動させる
際の一軸方向（例えば、Ｘ軸方向）の位置決め制御を行
うだけでよく、それ以外の方向の位置決め制御は加工に
先立ってラフに行えば十分である。従って、制御が容易
になり、装置の構造を簡単にして安価にすることもでき
る。
また、個々のリード３の配列状況を検出し、その検出
信号を基にしてダムバー５に対する加工位置を決定する
ので、高精度な加工を行うことが可能であり、パルスレ
ーザ光13Aを発振させながら加工テーブル21によってレ
ーザ光軸13Cを速度v0で相対的に移動させるだけで順次
ダムバー５が切断され、確実かつ高速に加工が行える。
また、本実施例においては、リード配列状態に基づく
検出光41Aを光電式検出器41で検出し、その検出信号S1
をコンパレータ43で二値化して信号S2とし、微分回路3
1、ホールド回路32、ディレイ回路33、及びトリガ信号
発生回路34で信号処理し、適当な遅延時間t3を与え、こ
れによってレーザ発振器10の発振を制御するので、ダム
バー５に正確にパルスレーザ光13Aを照射することがで
きる。また、上記遅延時間t3を適当に設定すればダムバ
ー５の概ね中央を切断することができる。さらに、上記
においては電気的な信号処理だけを行うので、機械的な
制御要因が全く存在せず、例えば加工テーブル21等を加
減速させる際に生じる慣性力や振動による影響が全くな
い。
さらに、本実施例ではダムバー切断後の形状を高精度
かつ良好にすることができるため、アウターリード360
の折り曲げ成形後の形状を良好にして高い形状精度を確
保することができる。その結果、半導体装置自体の寸法
精度を向上することができ、プリント基板への表面実装
時の接合欠陥を避けて高性能な電子機器を高品質に製造
することができる。
また、スポット13Bの長手方向の寸法W4をダムバーの
幅の２倍以上（好ましくは３倍以上）とし、スポット13
Bの幅W3をスリット部６の幅W2の1/2以上かつ4/5以下と
するので、材料やリード寸法が変わったとしても、ほぼ
EIAJ規格を満たすことができる。
また、加工ノズル13の開口部13aの通過した検出光41A
を光電式検出器41で捕らえるので、光電式検出器41が保
護され、レーザ光軸13Cの直前の位置のリードの配列状
態を検出するので、検出時から加工時までの間に外部か
らの擾乱要素が入りにくく、微細な加工に適している。
また、光電式検出器41を使用するので、加工ノズル13
の開口部13aを通して十分離れた場所で検出光を捕らえ
ることができる。
また、テレビカメラ18で加工ノズル13先端の開口部13
aからダムバー５近傍の画像を撮像してモニターテレビ1
8cに表示し、その画像上にレーザ光軸13C及び検出位置4
1Cを同時に表示するので、ワーク１の取り付け状態、ダ
ムバー５の切断開始位置や加工軌跡、ダムバー５の切断
中におけるレーザ光軸13C及び検出位置41Cの確認、調
整、管理等をモニターテレビ18cを見ながら容易に行う
ことができる。
産業上の利用可能性 本発明によれば、ビーム長手方向変換手段によりダム
バー上における細長いスポットの長手方向の寸法をダム
バーの幅の２倍以上になるようにし、ビーム幅方向変換
手段により上記スポットの幅方向の寸法をダムバーの長
さの1/2以上かつ4/5以下になるようにし、ビーム回転手
段により上記スポットの長手方向をリードの長手方向と
ほぼ一致させスポットがダムバーの幅を差し渡すように
するので、一回のパルスレーザ光の照射によりダムバー
を幅方向に切断することができると共に、ダムバー幅方
向の両端部分での入熱も十分行われ、ダム内レジンやレ
ジンばりも除去され、ダムバー切断後の形状を高精度か
つ良好にすることができる。
また、リードの長手方向におけるレーザ光軸の位置決
め精度があまり高くなくてもほとんど支障はなく、樹脂
モールドの収縮変形に起因するリードフレームの変形等
によりレーザ光軸がリードの長手方向に相対的に少々ず
れたとしても、一回の照射によりダムバーを幅方向に確
実に切断することが可能である。その結果、一軸方向の
位置決め制御を行うだけでよく、制御が容易になり、装
置の構造を簡単にして安価にすることもできる。
また、個々のリードの配列状況を検出し、その検出信
号を基にダムバーの所定の位置にパルスレーザ光が照射
されるようにその照射タイミングを制御するので、高精
度かつ確実にダムバーを切断することが可能である。さ
らに、パルスレーザ光を発振させながらその光軸を相対
的に移動させるだけで順次ダムバーが切断され、確実か
つ高速に加工が行える。さらに、電気的な信号処理だけ
を行うので、機械的な制御要因が全く存在せず、慣性力
や振動による影響が全くない。
また、本発明によれば、ダムバー切断後の形状を高精
度かつ良好にすることができるため、アウターリードの
折り曲げ成形後の形状を良好にして高い形状精度を確保
することができる。その結果、半導体装置自体の寸法精
度を向上することができ、プリント基板への表面実装時
の接合欠陥を避けて高性能な電子機器を高品質に製造す
ることができる。
さらに、本発明によれば、半導体装置を能率よくしか
も低コストで大量生産することができる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 桜井 茂行 茨城県つくば市花畑１丁目５番７号 (72)発明者 長野 義也 茨城県新治郡千代田町下稲吉1793―６ (72)発明者 奥村 信也 茨城県新治郡千代田町新治1828 日立建 機千代田ハウス７―202 (72)発明者 美野本 泰 茨城県つくば市松塚417―２ (56)参考文献 特開 平６−142968（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−209061（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−142964（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 23/50 B23K 26/06

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】半導体装置（１）におけるリードフレーム
    （２）のダムバー（５）にパルスレーザ光（13A）を照
    射して前記ダムバー（５）を順次切断するダムバー加工
    装置であって、パルスレーザ光（10A）を発振するレー
    ザ発振器（10）と、前記パルスレーザ光（10A）を被加
    工物の加工位置まで誘導する加工光学系（14,16）と、
    前記加工光学系（14,16）により誘導された前記パルス
    レーザ光（13A）を出射すると共にアシストガス（17A）
    を噴射させる開口部（13a）を先端に備える加工ノズル
    （13）と、前記パルスレーザ光（13A）の光軸（13C）を
    前記被加工物に対して所定の速度で相対的に移動させる
    搬送手段（21）と、前記リードフレーム（２）上の切断
    すべき前記ダムバー（５）近傍に検出光（44A）を照射
    する検出光発生手段（44）と、前記リードフレーム
    （２）上で反射した検出光（41A）を入射させて対応す
    る検出信号を発生する光検出手段（41）と、前記光検出
    手段（41）からの検出信号に基づいて前記パルスレーザ
    光（13A）を照射するタイミングを決定し前記ダムバー
    （５）の所定の位置にパルスレーザ光（13A）が照射さ
    れるよう前記レーザ発振器（10）を制御する制御手段
    （30）とを有するダムバー加工装置において、 前記レーザ発振器（10）より発振するパルスレーザ光
    （10A）を、そのパルスレーザ光（10A）の前記ダムバー
    （５）上におけるスポット（13B）の長手方向の寸法（W
    4）が前記ダムバー（５）の幅（W1）の２倍以上になる
    ように、細長い断面形状のパルスレーザ光（10B）に変
    換するビーム長手方向変換手段（11a）と、 前記パルスレーザ光（11B）を、そのパルスレーザ光（1
    1B）の前記ダムバー（５）上におけるスポット（13B）
    の幅方向の寸法（W3）が前記ダムバー（５）の長さ
    （W2）の1/2以上かつ4/5以下になるように変換するビー
    ム幅方向変換手段（11b）と、 前記スポット（13B）を前記パルスレーザ光（13A）の光
    軸（13C）まわりに回転変位させるビーム回転手段（11
    c）とを有し、 前記ビーム長手方向変換手段（11a）とビーム幅方向変
    換手段（11b）は、それぞれ、２枚のシリンドリカルレ
    ンズの間隔を調整することにより、パルスレーザ光（10
    A）の前記ダムバー（５）上におけるスポット（13B）の
    長手方向の寸法（W4）と幅方向の寸法（W3）を独立して
    変更できるように構成されていることを特徴とするダム
    バー加工装置。
  2. 【請求項２】請求項１記載のダムバー加工装置におい
    て、前記光検出手段（41）は、前記リードフレーム
    （２）上で反射し前記加工ノズル（13）の開口部（13
    a）を通過した検出光（41A）を入射させることを特徴と
    するダムバー加工装置。
  3. 【請求項３】請求項１記載のダムバー加工装置におい
    て、前記光検出手段（41）は、入射した光の変化を電気
    信号に変換して出力する光電式検出器であることを特徴
    とするダムバー加工装置。
  4. 【請求項４】請求項１記載のダムバー加工装置におい
    て、前記加工ノズル（13）先端の開口部（13a）より前
    記ダムバー（５）近傍の画像を撮像する監視用画像撮像
    手段（18）と、前記監視用画像撮像手段（18）によって
    撮像した画像上に前記ダムバー（５）上に照射されるパ
    ルスレーザ光（13A）の光軸（13C）及び前記検出光発生
    手段（44）からの検出光（44A）の照射位置を同時に表
    示する監視用画像表示手段（18c）とをさらに有するこ
    とを特徴とするダムバー加工装置。
  5. 【請求項５】半導体装置（１）におけるリードフレーム
    （２）のダムバー（５）にレーザ発振器（10）からのパ
    ルスレーザ光（13A）を照射しながらそのパルスレーザ
    光（13A）の光軸（13C）を前記半導体装置（１）に対し
    て所定の速度で相対的に移動させることにより、前記ダ
    ムバー（５）を順次切断するダムバー加工方法であっ
    て、前記リードフレーム（２）上の切断すべき前記ダム
    バー（５）近傍に検出光（44A）を照射し、前記リード
    フレーム（２）上で反射した検出光（41A）を入射させ
    て対応する検出信号を発生し、その検出信号に基づいて
    前記パルスレーザ光（13A）を照射するタイミングを決
    定しそのタイミングで前記ダムバー（５）の所定の位置
    に前記パルスレーザ光（13A）が照射されるようそのパ
    ルスレーザ光（13A）の発振を制御するダムバー加工方
    法において、 それぞれ、２枚のシリンドリカルレンズの間隔を調整す
    ることにより、パルスレーザ光（10A）の前記ダムバー
    （５）上におけるスポット（13B）の長手方向の寸法（W
    4）と幅方向の寸法（W3）を独立して変更できるように
    構成されたビーム長手方向変換手段（11a）とビーム幅
    方向変換手段（11b）を用い、前記レーザ発振器（10）
    より発振するパルスレーザ光（13A）を、そのパルスレ
    ーザ光（13A）の前記ダムバー（５）上におけるスポッ
    ト（13B）の長手方向の寸法（W4）が前記ダムバー
    （５）の幅（W1）の２倍以上になりかつ幅方向の寸法
    （W3）が前記ダムバー（５）の長さ（W2）の1/2以上か
    つ4/5以下になるように細長い断面形状のパルスレーザ
    光（10B）に変換し、さらに前記スポット（13B）を前記
    パルスレーザ光（13A）の光軸（13C）まわりに回転変位
    させ、前記スポット（13B）の長手方向を前記リード
    （３）の長手方向とほぼ一致させて前記ダムバー（５）
    を幅方向に差し渡すようにそのパルスレーザ光（13A）
    を照射することを特徴とするダムバー加工方法。
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