KR20120004794A - 다층 구조의 가공 대상물을 절단할 수 있는 레이저 절단장치 및 절단 방법 - Google Patents

다층 구조의 가공 대상물을 절단할 수 있는 레이저 절단장치 및 절단 방법 Download PDF

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Abstract

개시된 레이저 가공 방법은, 발진된 레이저 빔을 제1광경로를 통하여 투광성 가공 대상물에 조사하고, 가공 대상물을 투과한 레이저 빔을 제2광경로를 통하여 회수하여, 회수된 레이저 빔을 제1광경로로 합성하여 가공 대상물에 재조사하는 것을 특징으로 한다.

Description

다층 구조의 가공 대상물을 절단할 수 있는 레이저 절단장치 및 절단 방법{Laser cutting apparatus and method capable of cutting workpiece having multi layer}
본 발명은 레이저 절단장치 및 절단 방법에 관한 것으로, 특히 다층 구조를 갖는 가공 대상물을 절단할 수 있는 레이저 절단장치 및 절단방법에 관한 것이다.
가공 대상물에 홈을 형성하여 절단하는 절단장치는 전형적으로 블레이드 등의 절단 공구를 이용하는 기계적인 방법에 의존하여 왔다. 기계적인 절단 방법의 경우 고속화가 용이하지 않는 점, 마모되는 절단 공구를 교체하여야 하므로 교체 시간 및 비용이 소요된다는 점, 절단 부위의 품질이 떨어져서 절단 가공 후에 연마작업 등의 추가적인 마무리 공정이 요구될 수 있는 점 등의 문제점을 내포하고 있다.
근래에 들어 레이저 빔을 가공 대상물에 조사하여 가공 대상물에 흡수되는 레이저 에너지를 이용하여 가공 대상물을 절단하는 방법이 사용되고 있다. 그러나, 레이저를 이용한 절단방법은 가공 대상물에 따라 레이저 에너지의 흡수 파장 대역이 다르기 때문에 가공 대상물이 바뀌거나 가공 대상물이 서로 다른 레이저 흡수 파장 대역을 가지는 다층 구조로 된 경우에는 절단 가공 중에 레이저 발생 장치를 교체하여야 하는 문제점이 있다.
본 발명은 가공 대상물의 종류에 따라 용이하게 대처할 수 있고, 다층 구조의 가공 대상물을 용이하고 신속하게 절단할 수 있는 레이저 절단 장치 및 절단 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 레이저 절단 장치는, 레이저 흡수 파장 대역이 다른 복수의 물질층으로 된 다층구조의 가공 대상물을 절단하는 레이저 절단장치로서, 파장이 서로 다른 레이저 빔을 출사하는 제1, 제2레이저 유닛; 상기 제1, 제2레이저 유닛으로부터 출사되는 제1, 제2레이저 빔을 각각 상기 가공 대상물의 서로 다른 물질층에 집광시키는 집광렌즈 유닛;을 포함한다.
상기 가공 대상물과 상기 제1, 제2레이저 빔은 상기 제1, 제2레이저 빔의 광축에 직교하는 가공 방향으로 상대 이동되며, 상기 가공 대상물의 상부 물질층이 절단된 후에 상기 상부 물질층의 아래쪽에 위치되는 하부 물질층이 절단되도록 하기 위하여, 상기 집광렌즈 유닛은 상기 제1레이저 빔을 상기 상부 물질층에 집광시켜 상기 상부 물질층의 절단이 종료된 후에 상기 제2레이저 빔을 상기 하부 물질층에 집광시킬 수 있다. 상기 장치는, 상기 제1, 제2레이저 유닛으로부터 조사되는 레이저 빔이 동일한 입사 광축을 가지고 상기 집광렌즈 유닛에 입사되도록 안내하는 스캐너;를 더 구비할 수 있다.
상기 가공 대상물과 상기 제1, 제2레이저 빔은 상기 제1, 제2레이저 빔의 광축에 직교하는 가공 방향으로 상대 이동되며, 상기 상부 물질층을 절단하기 위한 상기 제1레이저 빔이 상기 하부 물질층을 절단하기 위한 상기 제2레이저 빔보다 상기 가공 방향으로 앞쪽에 위치되며, 상기 집광렌즈 유닛은 상기 제1, 제2레이저 빔을 상기 상부 물질층과 상기 하부 물질층에 각각 집광시키기 위한 제1, 제2집광렌즈부를 구비하여, 상기 상부 물질층과 상기 하부 물질층이 연속적으로 가공될 수 있다.
상기 제1, 제2레이저 유닛 중 적어도 하나는 서로 파장이 다른 복수의 레이저 빔을 선택적으로 출사할 수 있다.
상기 제1, 제2레이저 유닛 중 적어도 하나는, 기본 파장의 레이저 빔을 발생시키는 레이저 발진기와, 상기 기본 파장의 레이저 빔의 n차 고조파를 발생시키는 파장 변환기를 포함할 수 있다. 상기 기본 파장의 레이저 빔과 상기 n차 고조파의 출사 경로는 동일할 수 있다. 상기 제1, 제2레이저 유닛 중 적어도 하나는, 상기 기본 파장의 레이저 빔을 상기 파장 변환기로 선택적으로 입사시키는 광안내부재와, 상기 n차 고조파를 상기 기본 파장의 레이저 빔의 출사 경로로 안내하는 광출사부재를 더 구비할 수 있다. 상기 광안내부재는, 상기 기본 파장의 레이저 빔의 출사 경로에 위치되어 상기 기본 파장의 레이저 빔을 반사시켜 상기 파장 변환기로 안내하는 위치와, 상기 출사 경로로부터 도피된 위치로 이동되는 이동 미러를 포함할 수 있다. 상기 광출사부재는, 상기 기본 파장의 레이저 빔의 출사 경로에 위치되어 상기 n차 고조파를 반사시켜 상기 출사 경로로 안내하는 위치와, 상기 출사 경로로부터 도피된 위치로 이동되는 출사용 이동 미러를 포함할 수 있다. 상기 광출사부재는 상기 출사 경로에 위치되어 상기 기본 파장의 레이저 빔을 투과시키고, 상기 n차 고조파를 반사시켜 상기 출사 경로로 안내하는 다이크로익 부재를 포함할 수 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 레이저 절단 방법은, 레이저 흡수 파장 대역이 다른 복수의 물질층으로 된 다층구조의 가공 대상물을 절단하는 방법으로서, 제1, 제2레이저 유닛으로부터 파장이 서로 다른 제1, 제2레이저 빔을 발생시키는 단계; 집광렌즈 유닛을 이용하여 상기 제1레이저 빔을 상기 가공 대상물의 상부 물질층에 집광시키는 단계; 상기 제1레이저 빔을 상기 가공 대상물에 대하여 상대이동시키면서 상기 상부 물질층에 제1홈을 형성하는 단계; 상기 집광렌즈 유닛을 이용하여 상기 제2레이저 빔을 상기 제1홈을 통하여 상기 가공 대상물의 하부 물질층에 집광시키는 단계; 상기 제2레이저 빔을 상기 가공 대상물에 대하여 상대이동시키면서 상기 하부 물질층에 제2홈을 형성하는 단계;를 포함한다.
상기 제1홈을 형성하는 동안에 상기 제2레이저 유닛은 오프 상태이며, 상기 상부 물질층의 절단이 완료된 후에 상기 하부 물질층을 절단할 수 있다.
상기 제1레이저 빔과 상기 제2레이저 빔의 광축은 동일할 수 있다.
상기 제1레이저 빔은 상기 제2레이저 빔보다 가공 방향으로 앞쪽에 위치되며, 상기 집광렌즈 유닛은 상기 제1, 제2레이저 빔을 상기 상부 물질층과 상기 하부 물질층에 각각 집광시키기 위한 제1, 제2집광렌즈부를 구비하여, 상기 제1, 제2레이저 유닛은 동시에 온되어 상기 상부 물질층과 상기 하부 물질층이 연속적으로 가공될 수 있다.
상기 제1, 제2레이저 유닛 중 적어도 하나는 서로 파장이 다른 복수의 레이저 빔을 선택적으로 출사하며, 상기 가공 대상물의 물질층의 종류에 따라 상기 복수의 레이저 빔을 선택적으로 조사할 수 있다.
상기 제1, 제2레이저 유닛 중 적어도 하나는, 기본 파장의 레이저 빔과 그 n차 고조파를 선택적으로 출사하며, 상기 가공 대상물의 물질층의 종류에 따라 상기 복수의 레이저 빔을 선택적으로 조사할 수 있다.
상술한 본 발명의 레이저 절단장치 및 절단방법에 따르면, 레이저 에너지의 흡수 파장 대역이 다른 다층 구조의 가공 대상물을 용이하게 절단할 수 있으며, 레이저의 교체 시간을 절감하여 절단 가공 속도를 향상시킬 수 있다. 또한, 복수의 파장이 다른 레이저 빔을 선택적으로 조사할 수 있는 레이저 유닛을 구비함으로써 가공 대상물의 종류에 따라 용이하게 대응할 수 있어, 절단 장치의 생산 공정에서의 유연성을 확보할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 레이저 절단 장치의 구성도.
도 2는 갈바노미터의 일 실시예의 사시도.
도 3 내지 도 5는 제1, 제2레이저 빔을 가공 대상물의 상부 물질층과 하부 물질층에 순차로 집광시켜 이중층 구조의 가공 대상물을 절단하는 과정을 보여주는 사시도들.
도 6은 제1, 제2레이저 빔이 동일한 광경로를 가지도록 구성된 레이저 절단 장치의 일 실시예의 구성도.
도 7은 제1, 제2레이저 빔이 동일한 광경로를 가지도록 구성된 레이저 절단 장치의 다른 실시예의 구성도.
도 8은 제1, 제2레이저 빔을 서로 다른 위치에 집광시키기 위한 제1, 제2집광렌즈부를 구비하는 집광렌즈 유닛을 채용한 레이저 절단 장치의 일 실시예의 구성도.
도 9는 도 8에 도시된 레이저 절단장치의 실시예에 의하여 제1, 제2레이저 빔을 가공 방향으로 이격시켜 동시에 조사하여 이중층 구조의 가공 대상물을 절단하는 모습을 설명하는 사시도.
도 10은 파장이 다른 복수의 레이저 빔을 조사하는 레이저 유닛을 채용한 레이저 절단 장치의 일 실시예의 구성도.
도 11은 파장이 다른 복수의 레이저 빔을 조사하는 레이저 유닛을 채용한 레이저 절단 장치의 다른 실시예의 구성도.
도 12는 파장이 다른 복수의 레이저 빔을 조사하는 레이저 유닛을 채용한 레이저 절단 장치의 또 다른 실시예의 구성도.
이하 첨부된 도면을 참조하면서, 본 발명의 레이저 가공방법 및 장치의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 레이저 절단 장치의 일 실시예의 구성도이다. 도 1을 보면, 가공 대상물(600)이 놓여지는 테이블(500)과, 제1, 제2레이저 유닛(100)(200)과, 스캐너(300)와, 집광렌즈 유닛(400)이 도시되어 있다.
가공 대상물(600)은 예를 들어 상부 물질층(601)과 하부 물질층(602)을 구비하는 2층 구조를 가질 수 있다. 상부 물질층(601)과 하부 물질층(602)은 레이저 에너지 흡수 파장 대역이 서로 다를 수 있다. 예를 들어, 상부 물질층(601)은 주로 1064nm 파장 대역의 레이저 에너지를 흡수하는 물질층일 수 있으며, 하부 물질층(602)은 주로 532nm 파장 대역의 레이저 에너지를 흡수하는 물질층일 수 있다.
이와 같은 다층 구조의 가공 대상물(600)을 레이저 빔을 이용하여 효과적으로 절단하기 위하여는 상부 물질층(601)에는 1064nm 파장 대역의 레이저 빔을, 하부 물질층(602)에는 532nm 파장 대역의 레이저 빔을 조사할 필요가 있다.
이를 위하여, 제1, 제2레이저 유닛(100)(200)은 각각 서로 다른 파장을 가지는 제1, 제2레이저 빔(L1)(L2)을 가공 대상물(600)에 조사한다. 예를 들어, 제1레이저 유닛(100)은 상부 물질층(601)을 절단하기 위한 1064nm 파장 대역의 제1레이저 빔(L1)을, 제2레이저 유닛(200)은 하부 물질층(602)을 절단하기 위한 5324nm 파장 대역의 제2레이저 빔(L2)을 가공 대상물(600)에 조사할 수 있다.
스캐너(300)는 제1, 제2레이저 빔(L1)(L2)을 집광렌즈 유닛(400)으로 안내한다. 도 1에는 제1레이저 빔(L1)과 제2레이저 빔(L2)을 각각 반사시켜 집광렌즈 유닛(400)으로 입사시키는 반사미러(301)(302)를 구비하는 스캐너(300)가 도시되어 있다. 스캐너(300)의 구조는 제1, 제2레이저 빔(L1)(L2)을 집광렌즈 유닛(400)으로 안내할 수 있으면 족하며, 도 1에 도시된 구조에 한정되지 않는다.
또한, 스캐너(300)는 제1, 제2레이저 빔(L1)(L2)을 소정의 범위 내에서 가공 대상물(600)에 대하여 상대 이동시키기 위한 갈바노미터를 구비할 수 있다. 예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이 스캐너(300)는 레이저 빔을 X 방향으로 스캔하기 위한 X-갈바노미터유닛(310)과, 레이저 빔을 Y 방향으로 스캔하기 위한 Y-갈바노미터유닛(320)을 구비할 수 있다. X-갈바노미터유닛(310)은 X-반사미러(311)와, 이를 회전시키는 X-미러모터(312)를 포함할 수 있다. Y-갈바노미터유닛(320)은 Y-반사미러(321)와, 이를 회전시키는 Y-미러모터(322)를 포함할 수 있다. 이와 같은 구조에 의하여, X-반사미러(311)와, Y-반사미러(321)를 X1, X2방향 및/또는 Y1, Y2방향으로 소정 각도 회전시킴으로써 입사되는 레이저 빔을 소정의 범위(Sx, Sy) 내에서 가공 대상물(600)에 대하여 상대 이동시킬 수 있다.
집광렌즈 유닛(400)은 제1, 제2레이저 빔(L1)(L2)을 각각 상부 물질층(601)과 하부 물질층(602)에 집광시킨다. 집광렌즈 유닛(400)은 초점 위치를 조절할 수 있는 구조를 가질 수 있다. 예를 들어, 집광렌즈 유닛(400)이 고정 초점을 가지는 경우에는 집광렌즈 유닛(400) 자체가 광축 방향(Z)으로 이동됨으로써, 제1, 제2레이저 빔(L1)(L2)을 각각 상부 물질층(601)과 하부 물질층(602)에 집광시킬 수 있다. 또, 예를 들어, 집광렌즈 유닛(400)은 다수의 광학 부재의 조립체로서, 그 광축 방향의 위치가 변하지 않고 내부의 광학부재의 이동에 의하여 레이저 빔을 가공 대상물(600)의 두께 방향의 원하는 집광시킬 수도 있다.
이하. 상술한 구성에 의한 절단 방법을 설명한다.
먼저, 가공 대상물(600)의 상부 물질층(601)을 절단하기 위하여, 제1레이저 유닛(100)을 온(ON)시킨다. 집광렌즈 유닛(400)은 제1레이저 빔(L1)을 상부 물질층(601)에 집광시킨다.
제1레이저 빔(L1)과 가공 대상물(600)을 가공 방향으로 상대이동시킨다. 여기서 가공 방향이란 가공 대상물(600)에 대한 레이저 빔의 상대 이동 방향을 의미한다. 즉, 도 1에 표시된 가공 방향의 경우, 레이저 빔 자체가 -X방향으로 이동되는 경우와, 가공 대상물(600)가 +X방향으로 이동되는 경우를 표시한다. 레이저 빔은 도 2에 도시된 갈바노니터에 의하여 이동될 수 있다. 또, 스캐너(300)와 집광렌즈 유닛(400)이 하나의 조립체의 형태로 이동될 수도 있다. 물론, 가공 대상물(600)이 탑재된 테이블(500)이 이동되는 것도 가능하다. 상부 물질층(601)은 제1레이저 빔(L1)의 에너지를 흡수하여 용융, 증발되며, 이에 의하여 도 3에 도시된 바와 같이 상부 물질층(601)에는 제1레이저 빔(L1)에 의하여 절단된 제1홈(610)이 발생된다.
상부 물질층(601)의 절단이 완료되면, 제1레이저 유닛(100)을 오프(OFF)하고, 제2레이저 유닛(200)을 온(ON)하여 제2레이저 빔(L2)을 가공 대상물(600)에 조사한다. 이때, 집광렌즈 유닛(400)은 제2레이저 빔(L2)을 하부 물질층(602)에 집광시킨다. 제2레이저 빔(L2)이 가공 방향으로 이동됨에 따라 도 4에 도시된 바와 같이 하부 물질층(602)은 제2레이저 빔(L2)의 에너지를 흡수하여 용융, 증발되며, 이에 의하여 하부 물질층(602)에는 제2레이저 빔(L2)에 의하여 절단된 제2홈(620)이 발생된다.
상기한 바와 같이, 가공 대상물(600)의 상부 물질층(601)과 하부 물질층(602)에 제1, 제2레이저 빔(L1)(L2)을 순차로 집광시켜 조사함으로써 이중층 구조의 가공 대상물(600)을 절단할 수 있다. 이와 같은 절단방법에 따르면, 단일의 공정에 의하여 이중층 구조의 가공 대상물(600)을 절단할 수 있으므로, 절단 가공 속도를 향상시킬 수 있다.
상술한 실시예에서는 제1, 제2레이저 빔(L1)(L2)의 가공 방향이 동일한 경우에 대하여 설명하였으나, 이에 의하여 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 도 5에 도시된 바와 같이 제1홈(610)을 형성한 후에 제2레이저 빔(L2)을 도 4에 도시된 가공 방향과 반대 방향으로 이동시키면서 제2홈(620)을 형성함으로써, 가공 공정 시간을 단축할 수도 있다.
도 6에는 본 발명에 따른 레이저 절단 장치의 다른 실시예가 도시되어 있다. 도 6에 도시된 레이저 절단장치는 제1, 제2레이저 빔(L1)(L2)이 동일한 입사광축을 가지고 집광렌즈 유닛(400)에 입사시키기 위한 스캐너(300a)를 구비하는 점에서 도 1에 도시된 실시예와 차이가 있다. 도 6을 보면, 스캐너(300a)는 제1, 제2레이저 빔(L1)(L2)을 동일한 광경로로 안내하는 광경로 안내부재를 구비할 수 있다. 광경로 안내부재는 예를 들어, 제1레이저 빔(L1)을 반사시키는 제1반사면(331)과 제2레이저 빔(L2)을 반사시키는 제2반사면(332)을 구비하는 X-큐브 프리즘(330)일 수 있다. 즉, 제1, 제2레이저 빔(L1)(L2)은 파장이 서로 다르므로, 파장에 따라 선택적 반사가 가능한 다이크로익 반사면인 제1, 제2반사면(331)(332)을 X자 형태로 배치함으로써, 상호 마주보고 입사되는 제1, 제2레이저 빔(L1)(L2)을 동일한 광경로로 안내할 수 있다.
제1, 제2레이저 빔(L1)(L2)이 동일한 입사광축을 가지고 집광렌즈 유닛(400)에 입사시키기 위한 스캐너의 구조는 도 6에 도시된 예에 한정되지 않는다. 스캐너는 제1, 제2레이저 유닛(100)(200)의 배치 상황에 따라 구성이 달라질 수 있다. 예를 들어, 도 7에 도시된 바와 같이 제1, 제2레이저 유닛(100)(200)이 상호 교차되는 방향으로 배치되는 경우에는 스캐너(300b)는 제1레이저 빔(L1)을 투과시키고, 제2레이저 빔(L2)을 반사시키는 다이크로익 미러(340)를 포함할 수 있다.
도 6 및 도 7에 도시된 스캐너(300a, 300b)에는 도 2에 도시된 갈바노미터가 마련될 수도 있다.
상술한 바와 같이, 제1, 제2레이저 빔(L1)(L2)의 집광렌즈 유닛(400)에의 입사 광경로가 동일하면, 가공 대상물(600)에 입사되는 광경로 또한 동일하다. 따라서, 제1레이저 빔(L1)을 이용하여 상부 물질층(601)을 절단한 후에 하부 물질층(602)을 절단하기 위하여 제2레이저 빔(L2)의 위치를 조정할 필요가 없다. 즉, 제1, 제2레이저 빔(L1)(L2)사이의 간격만큼 가공 위치 조정을 할 필요가 없다. 제1, 제2레이저 빔(L1)(L2)의 조사 경로가 동일하므로, 제1레이저 빔(L1)을 조사한 후에 집광렌즈 유닛(400)을 이용하여 집광점만 하부 물질층(602)으로 전환하면 곧바로 제2레이저 빔(L2)을 이용하여 하부 물질층(602)을 가공할 수 있다. 따라서, 공정 시간을 줄여 공정 효율을 향상시킬 수 있다.
도 8에는 본 발명에 따른 레이저 절단 장치의 다른 실시예가 도시되어 있다.도 8을 보면, 본 실시예의 레이저 절단 장치는 제1, 제2레이저 빔(L1)(L2)을 각각 상부 물질층(601)과 하부 물질층(602)에 집광시키기 위한 제1, 제2집광렌즈부(401)(402)를 구비하는 집광렌즈 유닛(400a)을 채용하는 것을 특징으로 한다. 이때, 상부 물질층(601)을 절단하기 위한 제1레이저 빔(L1)은 하부 물질층(602)을 절단하기 위한 제2레이저 빔(L2)보다 가공방향을 기준으로 앞쪽에 위치된다. 이 구조에 의하면, 제1, 제2레이저 빔(L1)(L2)을 동시에 상부 물질층(601)과 하부 물질층(602)에 각각 조사하여 일 회의 공정에 의하여 다층 구조의 가공 대상물(600)을 절단할 수 있다. 즉, 도 9에 도시된 바와 같이, 제1레이저 빔(L1)이 제2레이저 빔(L2)보다 가공 방향으로 앞쪽에 배치된 상태에서 제1, 제2레이저 빔(L1)(L2)을 가공 방향으로 상대 이동시키면, 제1레이저 빔(L1)에 의하여 상부 물질층(601)이 절단되어 제1홈(610)이 형성되고, 제1홈(610)을 통하여 뒤따르는 제2레이저 빔(L2)이 하부 물질층(602)에 조사되어 제2홈(620)이 형성된다. 이에 의하여 1회의 공정에 의하여 다층 구조의 가공 대상물(600)을 절단할 수 있다.
도 10에는 본 발명에 따른 레이저 절단 장치의 다른 실시예가 도시되어 있다. 본 실시예의 레이저 절단 장치는 서로 다른 파장을 갖는 복수의 레이저 빔을 조사할 수 있는 제1레이저 유닛(100a)을 구비하는 것을 특징으로 한다.
이를 위하여, 제1레이저 유닛(100a)은 기본 파장의 레이저 빔을 발생시키는 발진기(110)와, 기본 파장의 레이저 빔을 다른 파장의 레이저 빔으로 변환하는 파장 변환기(120)를 구비할 수 있다.
파장 변환기(120)는 예를 들어 기본 파장의 레이저 빔의 고조파를 발생시키는 고조파 발생기를 포함할 수 있다. 고조파 발생기는 일종의 비선형 광학장치로서, 사용되는 결정체의 종류에 따라 기본 파장의 레이저 빔의 1/n배의 파장을 갖는 레이저 빔을 발생시킨다. 예를 들어, 2차 고조파 발생기(SHG: second harmonic generator)(121)는 기본 파장의 레이저 빔의 1/2배의 파장을 갖는 레이저 빔을 발생시킨다.
발진기(110)의 출사측에는 기본 파장의 레이저 빔을 선택적으로 출사시키거나 2차 고조파 발생기(121)로 안내하는 광안내부재가 마련된다. 본 실시예에서는 광안내부재로서 이동 미러(101)를 채용한다. 이동 미러(101)는 기본 파장의 레이저 빔을 반사시켜 2차 고조파 발생기(121)로 안내하기 위한 위치(점선으로 도시된 위치)와 기본 파장의 레이저 빔의 출사 경로로부터 도피된 위치(실선으로 도시된 위치)로 이동될 수 있다. 이동 미러(101)에 의하여 반사된 기본 파장의 레이저 빔은 반사미러(102)에 의하여 반사되어 2차 고조파 발생기(121)로 입사되고, 2차 고조파 발생기(121)에서 기본 파장의 절단의 파장을 갖는 2차 고조파로 변환되어 출사된다. 2차 고조파를 기본 파장의 레이저 빔과 다른 경로를 통하여 스캐너(300)로 입사될 수 있다. 본 실시예에서는 2차 고조파가 도 10에 도시된 바와 같이 광출사부재에 의하여 기본 파장의 레이저 빔과 동일한 경로를 통하여 출사된다. 광출사부재로서 이동 미러(104)가 채용될 수 있다. 이동 미러(104)는 2차 고조파를 기본 파장의 레이저 빔과 동일한 출사 경로로 안내하기 위치(점선으로 도시된 위치)와 기본 파장의 레이저 빔의 출사 경로로부터 도피된 위치(실선으로 도시된 위치)로 이동될 수 있다. 2차 고조파는 반사미러(103) 및 이동 미러(104)에 의하여 반사되어 스캐너(300)로 입사된다.
이동 미러(104) 대신에, 기본 파장의 레이저 빔의 출사 경로에, 기본 파장의 레이저 빔은 통과시키고, 2차 고조파를 반사시키는 다이크로익 부재가 채용할 수 있다. 이 경우 다이크로익 부재는 이동 미러(104)의 점선으로 도시된 위치에 고정적으로 배치될 수 있다.
도 10에 도시된 레이저 절단 장치에 따르면, 제1레이저 유닛(100a)에서 파장이 다른 두 종류의 제1레이저 빔(L1)을 조사할 수 있고, 제2레이저 유닛(200)에서 이들과 파장이 다른 제2레이저 빔(L2)을 조사할 수 있다. 따라서, 제1, 제2레이저 빔(L1)(L2)의 파장의 조합은 3가지가 가능하다. 따라서, 이중층 구조의 가공 대상물(600)인 경우에 3종류의 가공이 가능하다. 또한, 3종류의 레이저 빔을 순차 조사함으로써 3층 구조의 가공 대상물(600)의 가공이 가능하다.
도 10에서 집광렌즈 유닛(400) 대신에 도 8에 도시된 집광렌즈 유닛(400a)이 채용될 수도 있다.
또, 제1, 제2레이저 빔(L1)(L2)은 동일한 광경로를 통하여 집광렌즈 유닛(400)에 입사될 수 있다. 이를 위하여, 예를 들어, 제1레이저 유닛(100a)으로부터 조사되는 기본 파장의 레이저광과 제2레이저 유닛(200)으로부터 조사되는 제2레이저 빔(L2)을 반사하는 제1 X-큐브 프리즘과, 제1레이저 유닛(100a)으로부터 조사되는 2차 고조파와 제2레이저 유닛(200)으로부터 조사되는 제2레이저 빔(L2)을 반사하는 제2 X-큐브 프리즘을 교대로 배치할 수 있는 스캐너를 도 10의 스캐너(300) 대신에 배치할 수 있다. X-큐브 프리즘의 구조는 도 6에 도시된 예를 참조할 수 있다.
도 10에서, 제2레이저 유닛(200)도 제1레이저 유닛(100a)과 동일한 구조일 수 있다. 제1, 제2레이저 유닛(100a)(200)의 기본 발진 파장이 다르다면, 동일한 경우에 이중층 구조의 가공 대상물(600)인 경우에 4종류의 가공이 가능하다. 또한, 3층 구조의 가공 대상물(600) 및 4층 구조의 가공 대상물의 가공이 가능하다. 또, 3중층 구조 및 4중층 구조의 가공 대상물(600)을 가공할 수 있다. 이 경우에도, 제1, 제2레이저 빔(L1)(L2)은 동일한 광경로를 통하여 집광렌즈 유닛(400)에 입사될 수 있다. 이를 위하여, 예를 들어, 4 종류의 제1, 제2레이저 빔(L1)(L2)의 조합에 상당하는 4개의 X-큐브 프리즘을 선택적으로 배치할 수 있는 스캐너를 채용할 수 있다.
도 10에는 기본 파장의 레이저 빔과 그 2차 고조파를 선택적으로 조사하는 제1레이저 유닛(100a)에 대하여 설명되었으나, 이에 의하여 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 도 11에 도시된 바와 같이, 기본 파장의 레이저 빔과, 그 2차 및 3차 고조파를 선택적으로 조사할 수 있는 제1레이저 유닛(100b)이 채용될 수도 있다. 도 11을 보면, 파장 변환기(120b)는 2차 고조파 발생기(121)와, 3차 고조파 발생기(THG: third harmonic generator)(122)를 구비할 수 있다. 이동 미러(광안내부재)(105)는 기본 파장의 레이저 빔을 반사시켜 제2고조파 발생기(121)로 안내하기 위한 위치와 기본 파장의 레이저 빔의 출사 경로로부터 도피된 위치로 이동될 수 있다. 이동 미러(광안내부재)(106)는 기본 파장의 레이저 빔을 반사시켜 제3고조파 발생기(122)로 안내하기 위한 위치와 기본 파장의 레이저 빔의 출사 경로로부터 도피된 위치로 이동될 수 있다. 이동 미러(광출사부재)(107)는 2차 고조파를 반사시켜 기본 파장의 레이저 빔의 출사 경로로 안내하기 위한 위치와 기본 파장의 레이저 빔의 출사 경로로부터 도피된 위치로 이동될 수 있다. 마찬가지로, 이동 미러(광출사부재)(108)는 3차 고조파를 반사시켜 기본 파장의 레이저 빔의 출사 경로로 안내하기 위한 위치와 기본 파장의 레이저 빔의 출사 경로로부터 도피된 위치로 이동될 수 있다. 광출사부재로서, 이동 미러(107)(108) 대신에 2차 고조파와 3차 고조파를 반사시키고 기본 파장의 레이저 빔을 투과시키는 다이크로익 부재가 배치될 수 있다. 다이크로익 부재는 예를 들어, 도 12에 도시된 바와 같이, 각각 2차 고조파와 3차 고조파를 반사시키는 제1, 제2반사면(131)(132)을 구비하는 X-큐브 프리즘(130)일 수 있다.
도 11 및 도 12에 도시된 레이저 절단 장치에 따르면, 제1레이저 유닛(100b, 100c)에서 기본 파장의 레이저 빔과 그 2차 고조파 및 3차 고조파 중 어느 하나의 제1레이저 빔(L1) 출사할 수 있고, 제2레이저 유닛(200)에서 이들과 파장이 다른 제2레이저 빔(L2)을 조사할 수 있다. 따라서, 제1, 제2레이저 빔(L1)(L2)의 파장의 조합은 4가지가 가능하다. 따라서, 이중층 구조의 가공 대상물(600)인 경우에 4종류의 가공이 가능하다. 또한, 3층 구조의 가공 대상물(600) 및 4층 구조의 가공 대상물의 가공이 가능하다.
도 11, 도 12에서, 제2레이저 유닛(200) 역시 제1레이저 유닛(100b, 100c)과 동일한 구조를 가질 수 있다. 이 경우에, 제1, 제2레이저유닛(100b, 100c)(200)의 기본 발진 파장이 동일하다면, 6종류의 이중층 구조의 가공 대상물(600)을 가공할 수 있다. 제1, 제2레이저유닛(100b, 100c)(200)의 기본 발진 파장이 다르다면, 9종류의 이중층 구조의 가공 대상물(600)을 가공할 수 있다.
도 11, 도 12에 도시된 실시예들에서도 집광렌즈 유닛(400) 대신에 집광렌즈 유닛(400a)가 채용될 수 있다.
또, 예를 들어 복수의 X-큐브 프리즘을 선택적으로 배치함으로써 제1, 제2레이저 빔(L1)(L2)이 동일한 광경로로 집광렌즈 유닛(400)에 입사되도록 할 수 있다.
상술한 실시예에서는 2차 고조파와 3차 고조파를 이용하는 경우에 대하여 설명하였으나, 이에 의하여 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다. 필요에 따라서 제1, 제2레이저 유닛은 4가지 또는 그 이상의 파장을 갖는 레이저 빔을 출사하도록 구성될 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 한해서 정해져야 할 것이다.
100, 100a, 100b, 100c...제1레이저 유닛
101, 102, 105, 106, 107, 108...이동 미러
110...발진기 120, 120b...파장 변환기
121...2차 고조파 발생기 122...3차 고조파 발생기
130, 330...X-큐브 프리즘 200...제2레이저 유닛
300, 300a...스캐너 310...X-갈바노미터유닛
320...Y-갈바노미터유닛 321...Y-반사미러
322...Y-미러모터 400,400a...집광렌즈 유닛
401, 402...제1, 제2집광렌즈부 500...테이블
600...가공 대상물 601...상부 물질층
602...하부 물질층 L1, L2...제1, 제2레이저 빔

Claims (17)

  1. 레이저 흡수 파장 대역이 다른 복수의 물질층으로 된 다층구조의 가공 대상물을 절단하는 레이저 절단장치로서,
    파장이 서로 다른 레이저 빔을 출사하는 제1, 제2레이저 유닛;
    상기 제1, 제2레이저 유닛으로부터 출사되는 제1, 제2레이저 빔을 각각 상기 가공 대상물의 서로 다른 물질층에 집광시키는 집광렌즈 유닛;을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 절단 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 가공 대상물과 상기 제1, 제2레이저 빔은 상기 제1, 제2레이저 빔의 광축에 직교하는 가공 방향으로 상대 이동되며,
    상기 가공 대상물의 상부 물질층이 절단된 후에 상기 상부 물질층의 아래쪽에 위치되는 하부 물질층이 절단되도록 하기 위하여, 상기 집광렌즈 유닛은 상기 제1레이저 빔을 상기 상부 물질층에 집광시켜 상기 상부 물질층의 절단이 종료된 후에 상기 제2레이저 빔을 상기 하부 물질층에 집광시키는 것을 특징으로 하는 레이저 절단 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1, 제2레이저 유닛으로부터 조사되는 레이저 빔이 동일한 입사 광축을 가지고 상기 집광렌즈 유닛에 입사되도록 안내하는 스캐너;를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 레이저 절단 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 가공 대상물과 상기 제1, 제2레이저 빔은 상기 제1, 제2레이저 빔의 광축에 직교하는 가공 방향으로 상대 이동되며,
    상기 상부 물질층을 절단하기 위한 상기 제1레이저 빔이 상기 하부 물질층을 절단하기 위한 상기 제2레이저 빔보다 상기 가공 방향으로 앞쪽에 위치되며,
    상기 집광렌즈 유닛은 상기 제1, 제2레이저 빔을 상기 상부 물질층과 상기 하부 물질층에 각각 집광시키기 위한 제1, 제2집광렌즈부를 구비하여,
    상기 상부 물질층과 상기 하부 물질층이 연속적으로 가공되는 것을 특징으로 하는 레이저 절단 장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1, 제2레이저 유닛 중 적어도 하나는 서로 파장이 다른 복수의 레이저 빔을 선택적으로 출사하는 것을 특징으로 하는 레이저 절단 장치.
  6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1, 제2레이저 유닛 중 적어도 하나는, 기본 파장의 레이저 빔을 발생시키는 레이저 발진기와, 상기 기본 파장의 레이저 빔의 n차 고조파를 발생시키는 파장 변환기를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 절단장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 기본 파장의 레이저 빔과 상기 n차 고조파의 출사 경로는 동일한 것을 특징으로 하는 레이저 절단 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1, 제2레이저 유닛 중 적어도 하나는,
    상기 기본 파장의 레이저 빔을 상기 파장 변환기로 선택적으로 입사시키는 광안내부재와, 상기 n차 고조파를 상기 기본 파장의 레이저 빔의 출사 경로로 안내하는 광출사부재를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 레이저 절단 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 광안내부재는, 상기 기본 파장의 레이저 빔의 출사 경로에 위치되어 상기 기본 파장의 레이저 빔을 반사시켜 상기 파장 변환기로 안내하는 위치와, 상기 출사 경로로부터 도피된 위치로 이동되는 이동 미러를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 절단 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 광출사부재는, 상기 기본 파장의 레이저 빔의 출사 경로에 위치되어 상기 n차 고조파를 반사시켜 상기 출사 경로로 안내하는 위치와, 상기 출사 경로로부터 도피된 위치로 이동되는 출사용 이동 미러를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 절단 장치.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 광출사부재는 상기 출사 경로에 위치되어 상기 기본 파장의 레이저 빔을 투과시키고, 상기 n차 고조파를 반사시켜 상기 출사 경로로 안내하는 다이크로익 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 절단 장치.
  12. 레이저 흡수 파장 대역이 다른 복수의 물질층으로 된 다층구조의 가공 대상물을 절단하는 방법으로서,
    제1, 제2레이저 유닛으로부터 파장이 서로 다른 제1, 제2레이저 빔을 발생시키는 단계;
    집광렌즈 유닛을 이용하여 상기 제1레이저 빔을 상기 가공 대상물의 상부 물질층에 집광시키는 단계;
    상기 제1레이저 빔을 상기 가공 대상물에 대하여 상대이동시키면서 상기 상부 물질층에 제1홈을 형성하는 단계;
    상기 집광렌즈 유닛을 이용하여 상기 제2레이저 빔을 상기 제1홈을 통하여 상기 가공 대상물의 하부 물질층에 집광시키는 단계;
    상기 제2레이저 빔을 상기 가공 대상물에 대하여 상대이동시키면서 상기 하부 물질층에 제2홈을 형성하는 단계;를 포함하는 레이저 절단 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제1홈을 형성하는 동안에 상기 제2레이저 유닛은 오프 상태이며, 상기 상부 물질층의 절단이 완료된 후에 상기 하부 물질층을 절단하는 것을 특징으로 하는 레이저 절단 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제1, 제2레이저 빔과 상기 제2레이저 빔의 광축은 동일한 것을 특징으로 하는 레이저 절단 방법.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 제1레이저 빔은 상기 제2레이저 빔보다 상기 가공 방향으로 앞쪽에 위치되며,
    상기 집광렌즈 유닛은 상기 제1, 제2레이저 빔을 상기 상부 물질층과 상기 하부 물질층에 각각 집광시키기 위한 제1, 제2집광렌즈부를 구비하여,
    상기 제1, 제2레이저 유닛은 동시에 온되어 상기 상부 물질층과 상기 하부 물질층이 연속적으로 가공되는 것을 특징으로 하는 레이저 절단 방법.
  16. 제12항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1, 제2레이저 유닛 중 적어도 하나는 서로 파장이 다른 복수의 레이저 빔을 선택적으로 출사하며, 상기 가공 대상물의 물질층의 종류에 따라 상기 복수의 레이저 빔을 선택적으로 조사하는 것을 특징으로 하는 레이저 절단 방법.
  17. 제12항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1, 제2레이저 유닛 중 적어도 하나는, 기본 파장의 레이저 빔과 그 n차 고조파를 선택적으로 출사하며, 상기 가공 대상물의 물질층의 종류에 따라 상기 복수의 레이저 빔을 선택적으로 조사하는 것을 특징으로 하는 레이저 절단 방법.
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