JPH11254170A

JPH11254170A - レーザ加工用光学装置

Info

Publication number: JPH11254170A
Application number: JP10061616A
Authority: JP
Inventors: Kojiro Ogata; 浩二郎緒方
Original assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 1998-03-12
Filing date: 1998-03-12
Publication date: 1999-09-21

Abstract

(57)【要約】【課題】簡単な構成で小形でありながら、２つの照射点
を中心軸の周りに回転させることが可能なレーザ加工用
光学装置を実現する。【解決手段】反射鏡９０からレーザビームＬ₁が照射さ
れる三角柱プリズム１０１、１０２、集光レンズ１０
３、１０４は中心軸Ｃに関して対称な位置に配置され
る。三角柱プリズム１０１、１０２の頂点を含む稜を中
心軸Ｃを含む面、即ち加工対称面に一致させ、且つ加工
対称面に関して対称となるように配置される。集光レン
ズ１０３、１０４は一対の集光レンズであり、それぞれ
のレンズ中心軸が距離Ｄを隔てて加工対称面に関して対
称位置に配置されている。プリズム１０１、１０２、レ
ンズ１０３、１０４は回転内筒３０に固定されており、
回転内筒３０と同時に一体となって中心軸Ｃの周りに回
転される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、レーザ加工用光学
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】レーザ光を利用したレーザ加工用光学装
置は、機械、電子、半導体装置などの多方面の分野の製
造過程で、切断、穴あけ、溶接等の加工に利用されてい
る。図２及び図３は、レーザ加工用光学装置を、チップ
サイズパッケージ４（以下ＣＳＰと呼ぶ）の個片化に適
用している例の概略説明図である。

【０００３】図２において、１はレーザビームであり、
通常円形の断面を有している。レーザビーム１は集光レ
ンズ２によりビーム１’のように集光され、基板３上に
微小スポットとなって照射される。この微小スポット
を、図３の矢印５のように、基板３上を走査することに
よって、ＣＳＰ４の個片化が実現される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記従来の
レーザ加工用光学装置においては、ＣＳＰの４辺を、１
辺ずつ加工せざるを得ないので、加工能率が低かった。
そこで、レーザ加工用光学装置において、被加工物に、
同時に２点のレーザ光を照射して、加工能率を向上させ
ることが望まれる。

【０００５】つまり、例えば、図４に示すように、ビー
ム１を２分割して２点同時に被加工物である基板３上に
照射し、ビーム１０と１０’で同時に２辺を加工し、ビ
ーム１１と１１’で同時に他の２辺を加工することが考
えられる。

【０００６】図５は、半透鏡２１と全反射鏡２２とを用
いた、２点同時照射加工光学系である。レーザビーム２
０は、半透鏡２１で反射され、一方のビーム２０’とな
って集光レンズ２３を介してビーム２０”となり、ＣＳ
Ｐの基板３に照射される。

【０００７】また、レーザビーム２０は、一部のビーム
が半透鏡２１を透過されて全反射鏡２２に照射され、こ
の全反射鏡２２で反射され、他方のビーム２０’となっ
て集光レンズ２４を介してビーム２０”となり、ＣＳＰ
の基板３に照射される。

【０００８】そして、半透鏡２１及び集光レンズ２３の
組と、全反射鏡２２及びと集光レンズ２４の組との、そ
れぞれの中心軸（ビーム２０’と２０’の中心軸Ｃ₁と
Ｃ₂との間の距離ｄ）を調整することによって、加工対
象の寸法が変化した場合も対応が可能である。

【０００９】ところが、図５に示した２分割光学系で
は、被加工対象物上の２点への同時照射が可能ではある
が、これを図４のように、まず矢印１１、１１’に沿っ
て走査した後、矢印１０、１０’に沿って走査をする場
合は、被加工物である基板３を中心軸Ｃの周りに９０度
回転させることが必要となる。

【００１０】これは、基板３を回転させる機構が必要と
なり、装置全体の自動化を考えた場合には、得策とはい
えない。

【００１１】そこで、半透鏡２１、全反射鏡２２、集光
レンズ２３、２４からなる加工光学系を、中心軸Ｃの周
りに、回転機構により、９０度回転させることが望まし
いが、その場合はビーム２０の導光方向を中心軸Ｃと一
致させなければならない。

【００１２】そのためには、図６に示すような、反射鏡
系が必要となる。つまり、図６において、反射鏡系は、
１つの半透鏡Ｍ₂と、４つの全反射鏡Ｍ₁、Ｍ₃、２１、
２２、集光レンズ２３、２４が必要である。

【００１３】ビーム２０は、全反射鏡Ｍ₁で反射され、
半透鏡Ｍ₂で一部反射された後、全反射鏡２１で反射さ
れる。そして、集光レンズ２３を介して基板３に照射さ
れる。また、全反射鏡Ｍ₁で反射されたビームのうち、
他の部分は半透鏡Ｍ₂で透過され、全反射鏡Ｍ₃、２２で
反射された後、集光レンズ２４を介して、基板３に照射
される。

【００１４】上述のような図６に示した光学系では、全
反射鏡Ｍ₁を除く、半透鏡Ｍ₂、３つの全反射鏡Ｍ₃、２
１、２２、集光レンズ２３、２４からなる光学系を、図
示しない回転機構により、中心軸Ｃを中心として回転さ
せれば、ビーム２０の導光方向を中心軸Ｃと一致させて
回転させることができる。しかしながら、図６に示した
光学系では、図５に示した光学系に比較して、構成が複
雑となり、大型で高価格となってしまう。

【００１５】本発明の目的は、中心軸に関して対称な２
点に同時照射が可能な光学系であって、簡単な構成で小
形でありながら、２つの照射点を中心軸の周りに回転さ
せることが可能なレーザ加工用光学装置を実現すること
である。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するため、次のように構成される。（１）レーザビームを２分割して被加工物に対して２点
同時に照射を行うレーザ加工用光学装置において、ビー
ムを２分割する２個の三角柱プリズムであって、上記同
時照射する２点を結ぶ直線にほぼ直交し、この直線の中
心点を通る面である加工対称面に、上記２個の三角柱プ
リズムの稜線がほぼ一致し、所定の間隔をもって加工対
称面に関し対称となるように配置され、２つの平行ビー
ムを出射する２個の三角柱プリズムと、上記２個の三角
柱プリズムから出射される２つの平行ビームが照射さ
れ、上記加工対称面に関して対称な位置に、所定の間隔
をもって配置された同一焦点距離を有する２個の集光レ
ンズと、を備える。

【００１７】１つの三角柱プリズムに入射されたレーザ
ビームは、この１つの三角柱プリズムにより２分割され
る。そして、２分割されたレーザビームは、もう１つの
三角柱プリズムに入射され、互いに平行する２つのレー
ザビームとなり、このもう１つの三角柱プリズムから出
射される。

【００１８】上記三角柱プリズムから出射された２つの
平行ビームのそれぞれは、２個の集光レンズのそれぞれ
に入射され、同時照射する２点に集光される。

【００１９】（２）好ましくは、上記（１）において、
上記同時照射する２点の中心を通り、かつ、上記加工対
称面に直交する面にほぼ直交する中心軸の周りに上記２
個の三角柱プリズム及び２個の集光レンズを回転させる
回転機構を、さらに備える。

【００２０】上記２個の三角柱プリズム及び２個の集光
レンズを回転させる回転機構を、さらに備えるように構
成すれば、上記１つの三角柱プリズムに入射されるレー
ザビームの照射方向を変化する事無く、このレーザビー
ムのち中心軸を中心として、上記２個の三角柱プリズム
及び２個の集光レンズを、９０°回転させれば、上記同
時照射する２点も、この２点を結ぶ直線を、上記中心軸
を中心として、９０°回転させた位置に回転させること
ができる。

【００２１】これにより、簡単な構成である、上記２個
の三角柱プリズム及び２個の集光レンズを回転させるの
みで、２つの照射点を中心軸の周りに回転させることが
できる。

【００２２】（３）また、好ましくは、上記（１）又は
（２）において、上記２個の集光レンズの互いの間隔は
可変である。２個の集光レンズの互いの間隔を可変とす
ることにより、同時照射する２点の間隔を変更すること
ができる。これにより、多品種の加工に対応することが
できる。

【００２３】（４）また、好ましくは、上記（３）にお
いて、上記２個の三角柱プリズムの間隔は可変である。
上記２個の三角柱プリズムの間隔を可変とすることによ
り、同時照射する２点の間隔をさらに、広く変更するこ
とができ、さらに、多品種の加工に対応することができ
る。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の１実施形態を図１
を参照して説明する。図１に示した、本発明のレーザ加
工用光学装置は、反射鏡９０と、２つの三角柱プリズム
１０１、１０２と、２つの集光レンズ１０３、１０４と
を備えている。

【００２５】そして、これらの構成要素、三角柱プリズ
ム１０１、１０２と、２つの集光レンズ１０３、１０４
とは、中心軸Ｃに関して対称な位置に配置され、これら
三角柱プリズム１０１、１０２と、２つの集光レンズ１
０３、１０４とにより２分割光学系１００が構成され
る。

【００２６】また、三角柱プリズム１０１は、その稜線
が反射鏡９０側となり、底面が三角中プリズム１０２側
となるように配置されている。そして、三角柱プリズム
１０２は、その底面が三角柱プリズム１０１側となり、
その稜線が集光レンズ１０３、１０４側となるように配
置されている。

【００２７】また、２つの三角柱プリズム１０１、１０
２の頂点を含む稜を中心軸Ｃを含む面、即ち加工対称面
に一致させ、且つ加工対称面に関して対称となるよう
に配置されている。すなわち、同時にレーザ照射する２
点を結ぶ直線にほぼ直交し、この直線の中心点を通る面
である加工対称面に、２個の三角柱プリズム１０１、１
０２の稜線がほぼ一致し、所定の間隔をもって加工対称
面に関し対称となるように配置される。

【００２８】また、集光レンズ１０３、１０４は、一対
の集光レンズであり、それぞれのレンズ中心軸が距離Ｄ
を隔てて加工対称面に関して対称な位置に配置されてい
る。反射鏡９０は、レーザビームＬ₁を反射して、レー
ザビームＬ₁の入射方向に対して、９０゜方向を変え、
中心軸Ｃに沿ってレーザビームＬ₂として２分割光学系
１００に入射させる。

【００２９】２分割光学系１００においては、レーザビ
ームＬ₂が一対の三角柱プリズム１０１に入射され、２
分割されて三角柱プリズム１０２に入射され、この三角
柱プリズム１０２の作用により、２分割された平行ビー
ムＬ₃、Ｌ₃’に変換される。

【００３０】これらの平行ビームＬ₃、Ｌ₃’は、当然、
加工対称面に関して対称であり、また、これら平行ビー
ムＬ₃、Ｌ₃’の互いの間隔は、三角柱プリズム１０１と
１０２との間隔の寸法Ｌを変化させることで調節可能で
ある。

【００３１】２つの平行ビームＬ₃、Ｌ₃’は、集光レン
ズ１０３、１０４に、それぞれ入射され、レンズ１０
３、１０４の焦点位置に、集光ビームＬ₄、Ｌ₄’とし
て、被加工物３上に集光され、被加工物３が加工され
る。

【００３２】集光レンズ１０３と集光レンズ１０４との
間隔Ｄを変化させることで、集光点の位置を変更させる
ことができ、多品種の加工に対応できる。さらに、Ｄに
加えて、三角柱プリズムＬの間隔も変化させることで集
光位置の間隔を更に広く変更させることができる。

【００３３】次に、上記レーザ加工用光学装置の２分割
光学系１００の回転機構４０について、説明する。図１
において、２８は固定外筒であり、この固定外筒２８
は、図示しないレーザ加工装置の加工ヘッドに固定され
ている。そして、この固定外筒２８には、軸受２９で回
転自在に支持された回転内筒３０、この回転内筒３０に
プーリー３１及び２５に架けられたベルト２６を介して
回転を伝えるモータ２７が備えられている。上記固定外
筒２８、軸受２９、回転内筒３０、プーリー２５、３
１、ベルト２６、モータ２７、及び軸受３２により回転
機構４０が構成される。

【００３４】モータ２７は、図示しないコントローラに
制御されることにより回転し、このモータ２７の回転が
プーリー２５及び３１に架けられたベルト２６を介して
伝えられることにより回転内筒３０が回転する。

【００３５】２分割光学系１００は、回転内筒３０に固
定されているので、この回転内筒３０と同時に回転す
る。即ち、回転内筒３０及び２分割光学系１００は軸受
２９及び軸受３２に支持されながら一体となって中心軸
Ｃの周りに回転することになる。言い替えれば、同時照
射する２点の中心を通り、かつ、加工対称面に直交する
面にほぼ直交する中心軸の周りに２個の三角柱プリズム
１０１、１０２及び２個の集光レンズ１０３、１０４が
回転される。

【００３６】基板３が配置されるＸＹテーブル（図示せ
ず）の移動により、基板３の２辺が同時にレーザー加工
され、その後、回転機構４０により２分割光学系１００
が９０°回転され、上記ＸＹテーブルの移動により、基
板３の他の２辺も同時にレーザー加工される。

【００３７】以上のように、本発明の一実施形態によれ
ば、反射鏡９０と、２つの三角柱プリズム１０１、１０
２と、２つの集光レンズ１０３、１０４との簡単な構成
であり小形でありながら、２つの照射点を中心軸の周り
に回転させることが可能なレーザ加工用光学装置を実現
することができる。

【００３８】なお、上述した例においては、２分割光学
系１００の２つの三角柱プリズム１０１と１０２とを、
それぞれの底面が互いに対向するように配置したが、そ
れぞれの稜線が互いに対向するように配置することもで
きる。

【００３９】

【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成され
ているため、次のような効果がある。すなわち、同時照
射する２点を結ぶ直線にほぼ直交し、この直線の中心点
を通る加工対称面に、所定の間隔をもって加工対称面に
関し対称となるように配置された２個の三角柱プリズム
と、これら２個の三角柱プリズムから出射される２つの
平行ビームが照射され、加工対称面に関して対称な位置
に、所定の間隔をもって配置された同一焦点距離の２個
の集光レンズと、を備えるように構成されている。

【００４０】したがって、中心軸に関して対称な２点に
同時照射が可能な光学系であって、簡単な構成で小形で
ありながら、２つの照射点を中心軸の周りに回転させる
ことが可能なレーザ加工用光学装置を実現することがで
きる。

【００４１】また、２個の集光レンズの互いの間隔を可
変とすることにより、同時照射する２点の間隔を変更す
ることができる。これにより、多品種の加工に対応する
ことができる。

【００４２】また、２個の三角柱プリズムの間隔を可変
とすることにより、同時照射する２点の間隔をさらに、
広く変更することができ、さらに、多品種の加工に対応
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態であるレーザ加工用光学装
置の概略構成図である。

【図２】レーザ加工用光学装置を、チップサイズパッケ
ージの個片化に適用している例の概略説明図である。

【図３】レーザ加工用光学装置を、チップサイズパッケ
ージの個片化に適用している例の概略説明図である。

【図４】レーザ加工用光学装置において、被加工物に同
時に２点のレーザ光を照射して加工する例の説明図であ
る。

【図５】被加工物に同時に２点のレーザ光を照射する光
学装置の例を示す図である。

【図６】被加工物に同時に２点のレーザ光を照射する光
学装置の他の例を示す図である。

【符号の説明】

３基板４チップサイズパッケージ２５プーリー２６ベルト２７モータ２８固定外筒２９軸受３０回転内筒３１プーリー３２軸受４０回転機構９０反射鏡１００２分割光学系１０１、１０２三角柱プリズム１０３、１０４集光レンズ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】レーザビームを２分割して被加工物に対し
て２点同時に照射を行うレーザ加工用光学装置におい
て、ビームを２分割する２個の三角柱プリズムであって、上
記同時照射する２点を結ぶ直線にほぼ直交し、この直線
の中心点を通る面である加工対称面に、上記２個の三角
柱プリズムの稜線がほぼ一致し、所定の間隔をもって加
工対称面に関し対称となるように配置され、２つの平行
ビームを出射する２個の三角柱プリズムと、上記２個の三角柱プリズムから出射される２つの平行ビ
ームが照射され、上記加工対称面に関して対称な位置
に、所定の間隔をもって配置された同一焦点距離を有す
る２個の集光レンズと、を備えることを特徴とするレーザ加工用光学装置。
【請求項２】請求項１記載のレーザ加工用光学装置にお
いて、上記同時照射する２点の中心を通り、かつ、上記
加工対称面に直交する面にほぼ直交する中心軸の周りに
上記２個の三角柱プリズム及び２個の集光レンズを回転
させる回転機構を、さらに備えることを特徴とするレー
ザ加工用光学装置。
【請求項３】請求項１又は２記載のレーザ加工用光学装
置において、上記２個の集光レンズの互いの間隔は可変
であることを特徴とするレーザ加工用光学装置。
【請求項４】請求項３記載のレーザ加工用光学装置にお
いて、上記２個の三角柱プリズムの間隔は可変であるこ
とを特徴とするレーザ加工用光学装置。