WO2013065946A1

WO2013065946A1 - 2빔 가공이 가능한 레이저 가공

Info

Publication number: WO2013065946A1
Application number: PCT/KR2012/007473
Authority: WO
Inventors: 성진우; 구제훈
Original assignee: 주식회사 이오테크닉스
Priority date: 2011-11-01
Filing date: 2012-09-19
Publication date: 2013-05-10
Also published as: KR20130048004A

Abstract

개시된 레이저 가공 장치는, 제1레이저 빔을 제1방향과 이와 직교하는 제2방향 중 적어도 한 방향으로 편향시키는 제1스캐너와, 제2레이저 빔을 제1방향과 제2방향 중 적어도 한 방향으로 편향시키는 제2스캐너와, 제1, 제2레이저 빔을 가공 대상물에 집광시키는 집광 렌즈와, 제1레이저 빔과 제2레이저 빔을 선택적으로 반사/투과시켜 집광 렌즈로 안내하는 빔 가이드를 포함한다.

Description

2빔 가공이 가능한 레이저 가공

본 발명은 2빔을 이용하여 동시에 가공할 수 있는 레이저 가공 장치에 관한 것이다.

레이저 가공 장치는 레이저 발진기로부터 출사되는 레이저 빔을 스캐너를 통하여 가공 대상물에 조사한다. 이에 의하여 대상물의 일 평면에 대한 마킹, 노광, 식각, 펀칭, 스크라이빙 등의 레이저 가공이 수행될 수 있다.

가공 속도를 향상시키기 위하여, 스캐너는 레이저 빔을 예를 들어 X, Y 방향으로 편향시킬 수 있다. 두 방향으로 레이저 빔을 편향시키기 위하여 일반적으로 두 개의 스캔수단이 채용된다. 예를 들어 요동되는 X-스캔미러를 구비하는 X-스캔수단과, 요동되는 Y-스캔미러를 구비하는 Y-스캔수단이 채용될 수 있다.

두 개의 레이저 빔을 이용하여 동시에 가공을 수행하고자 하는 경우, 개별적으로 스캔된 두 개의 레이저 빔을 각각 가공 대상물에 집광시키는 두 개의 집광 렌즈가 채용될 수 있다. 이 경우에는 두 개의 스캐너에 대한 집광 렌즈의 입사동이 서로 달라 두 개의 레이저 빔의 광학적 특성이 서로 달라질 수 있으며, 이는 균일한 가공품질에 장애가 될 수 있다.

본 발명은 동일한 집광 렌즈를 이용하여 두 개의 레이저 빔을 집광시킬 수 있는 레이저 가공 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 따른 2빔 가공이 가능한 레이저 가공 장치는, 제1레이저 빔을 제1방향과 이와 직교하는 제2방향 중 적어도 한 방향으로 편향시키는 제1스캐너; 제2레이저 빔을 상기 제1방향과 상기 제2방향 중 적어도 한 방향으로 편향시키는 제2스캐너; 상기 제1, 제2레이저 빔을 가공 대상물에 집광시키는 집광 렌즈; 상기 제1레이저 빔과 상기 제2레이저 빔을 선택적으로 반사/통과시켜 상기 집광 렌즈로 안내하는 것으로서, 상기 제1, 제2레이저 빔을 통과시키는 개구와, 상기 제2레이저 빔을 반사시키는 반사부를 구비하는 빔 가이드;를 포함한다.

상기 반사부는 상기 개구를 에워싸는 형태일 수 있다.

상기 제1레이저 빔은 상기 집광 렌즈의 광축과 나란하며, 상기 제2레이저 빔은 상기 집광 렌즈의 광축과 교차되며, 상기 빔 가이드의 반사부는 상기 개구의 범위를 벗어나는 제2레이저 빔을 반사시켜 상기 집광 렌즈의 광축과 나란하게 안내할 수 있다.

상기 집광 렌즈는 에프-세타 렌즈일 수 있다.

상기 집광 렌즈는 텔레센트릭 렌즈일 수 있다.

상기 레이저 가공 장치는, 레이저 빔을 방출하는 레이저 발생기; 상기 레이저 빔을 상기 제1, 제2레이저 빔으로 분리하는 광분리기;를 더 구비할 수 있다.

상기 레이저 가공 장치는, 상기 제1, 제2레이저 빔을 각각 조사하는 제1, 제2레이저 발생기;를 포함할 수 있다.

상술한 본 발명의 레이저 가공 장치에 따르면, 두 개의 레이저 빔을 하나의 집광 렌즈를 이용하여 가공 대상물에 조사할 수 있는 비용절감이 가능한 2빔 레이저 가공 장치의 구현이 가능하다.

또한, 두 레이저 빔에 의한 가공 영역을 내측 영역과 외측 영역으로 구분하여 동시에 가공하고, 가공 영역에서의 레이저 빔 간의 간섭을 배제함으로써 가공 품질을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 레이저 가공 장치의 일 실시예의 구성도.

도 2는 도 1에 도시된 레이저 가공 장치의 일 실시예에 적용된 제1, 제2스캐너의 광학적 구성의 일 예를 개략적으로 도시한 구성도.

도 3은 제1스캐너의 일 예를 도시한 사시도.

도 4는 내측의 제1영역과 외측의 제2영역으로 가공 영역이 구분된 모습을 보여주는 도면.

도 5에는 빔 가이드의 일 예를 도시한 도면.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 2빔 가공이 가능한 레이저 가공 장치, 및 방법의 실시예들을 설명한다.

도 1에는 본 발명에 따른 레이저 가공 장치의 일 실시예를 도시한 구성도이다. 도 1을 참조하면, 본 실시예의 레이저 가공 장치는 두 개의 레이저 빔(L1)(L2)을 집광 렌즈(300)를 이용하여 테이블(50)에 탑재된 가공 대상물(W)에 집광시켜, 예를 들어 마킹, 식각, 노광, 펀칭, 스크라이빙 등의 가공작업을 수행한다.

두 개의 레이저 빔(L1)(L2)은 예를 들어 하나의 레이저 발생기(101)로부터 조사되는 레이저 빔(L)을 광 분리기(103)를 이용하여 분기하여 생성할 수 있다. 또한, 두 개의 레이저 빔(L1)(L2)은 제1, 제2레이저 발생기(101)(102)로부터 각각 조사될 수도 있다. 광 분리기(103)는 예를 들어 편광 방향, 예를 들어 S편광 또는 P편광에 따라 광을 투과 또는 반사시키는 편광 분리기일 수 있다. 또한, 광 분리기(103)는 레이저 빔(L)을 일부 투과, 일부 반사시키는 하프 미러일 수도 있다.

이하에서는 하나의 레이저 발생기(101)로부터 조사되는 레이저 빔(L)을 광 분리기(103)를 이용하여 분기하여 제1, 제2레이저 빔(L1)(L2)을 생성하는 경우에 대하여 설명한다.

레이저 발생기(101)로부터 조사되는 레이저 빔(L)은 광 분리기(103)에 의하여 제1, 제2레이저 빔(L1)(L2)으로 분기된다. 예를 들어, 제1레이저 빔(L1)은 광 분리기(103)에 의하여 반사되며, 제2레이저 빔(L2)은 광 분리기(103)를 투과한다.

제1, 제2레이저 빔(L1)(L2)을 가공 대상물(W)의 원하는 위치에 조사하기 위하여 예를 들어 제1, 제2스캐너(100)(200)가 채용된다. 제1, 제2스캐너(100)(200)는 X 방향(제1방향) 또는 Y 방향(제2방향) 또는 X 방향과 Y 방향으로 레이저 빔을 편향시킬 수 있다. 이하에서 설명되는 제1, 제2스캐너(100)(200)는 X 방향과 Y 방향으로 제1, 제2레이저 빔(L1)(L2)을 편향시키는 2축 스캐너이다.

도 2를 참조하면, 제1스캐너(100)는 제1레이저 빔(L1)을 X 방향과 Y 방향으로 각각 편향시키는 X-편향 유닛(120)과 Y-편향유닛(130)을 구비할 수 있다. 제2스캐너(200)는 제2레이저 빔(L2)을 X 방향과 Y 방향으로 각각 편향시키는 X-편향 유닛(220)과 Y-편향유닛(230)을 구비할 수 있다. Y-편향유닛(230)은 제2레이저 빔(L2)을 Z 방향으로 편향시키지만, 빔 가이드(400)에 의하여 반사되면 제2레이저 빔(L2)가 Y 방향으로 편향되므로, Y-편향유닛으로 명명한다.

도 3에는 제1스캐너(100)의 개략적인 구조가 도시되어 있다. X-편향유닛(120)은 X-편향 미러(121)와 X-편향 모터(122)를 포함하며, Y-편향유닛(130)은 Y-편향 미러(131)와 Y-편향 모터(132)를 포함한다. X-편향 모터(121)와 Y-편향 모터(131)는 각각 X-편향 미러(121)와 Y-편향 미러(131)를 회동시킨다. 제1레이저 빔(L1)은 X-편향 미러(121)에 입사된다. X-편향 미러(121)가 회동되면 제1레이저 빔(L1)은 그 회동 각도에 따라 X 방향으로 편향된다. X 방향으로 편향된 제1레이저 빔(L1)은 Y-편향 미러(131)에 입사된다. Y-편향 모터(132)는 Y-편향 미러(131)를 회동시키며, 그 회동각도에 따라 제1레이저 빔(L1)은 Y 방향으로 편향된다.

제2스캐너(200)는 제1스캐너(100)와 X-편향유닛(220)과 Y-편향유닛(230)의 배치 위치와 순서만 다를 뿐 구성은 동일하다.

상기한 구성에 의하여 X 방향과 Y 방향으로 편향된 제1, 제2레이저 빔(L1)(L2)은 빔 가이드(400)로 입사된다.

빔 가이드(400)에 의하여 제1, 제2레이저 빔(L1)(L2)은 집광 렌즈(300)로 안내된다. 집광 렌즈(300)는 X 방향과 Y 방향으로 편향된 제1, 제2레이저 빔(L1)(L2)을 가공 대상물(W)의 소정 위치에 집광시킨다. 집광 렌즈(300)는 예를 들어 입사각도에 따라 결상점의 위치가 선형적으로 결정되는 에프-세타 렌즈일 수 있다. 또한, 집광 렌즈(300)는 소정 각도 범위 이내로 입사되는 빔을 가공 대상물(W)에 수직으로 입사시키는 텔레센트릭 기능을 갖는 에프-세타 텔레센트릭 렌즈일 수도 있다.

상기한 구성에 의하여, 제1, 제2레이저 빔(L1)(L2)을 하나의 집광 렌즈(300)를 이용하여 가공 대상물(W)에 조사하는 레이저 가공 장치의 구현이 가능하다. 하나의 집광 렌즈(300)만이 채용되므로 저렴한 비용으로 2빔 가공이 가능한 레이저 가공 장치를 구현할 수 있다.

2빔 가공을 위하여 두 개의 레이저 빔(L1)(L2)을 동일한 방향에서 입사시키는 경우에 레이저 빔(L1)(L2)이 모두 집광 렌즈(300)를 통과하도록 두 개의 스캐너(100)(200)를 배치하는 것이 결코 용이하지 않다. 본 실시예에 따르면, 제1, 제2스캐너(100)(200)로부터 출사되는 레이저 빔(L1)(L2)이 서로 각도를 이루도록 배치되고, 빔 가이드(400)를 이용하여 두 레이저 빔(L1)(L2)을 집광 렌즈(300)로 안내함으로써 용이하게 2빔 가공이 가능한 레이저 가공 장치를 구현할 수 있다. 즉, 제1레이저 빔(L1)은 집광 렌즈(300)의 광축과 나란하고, 제2레이저 빔(L2)은 집광 렌즈(300)의 광축과 교차되도록, 집광 렌즈(300)의 광축과 직교하도록 구성하고, 빔 가이드(400)를 이용하여 제2레이저 빔(L2)을 집광 렌즈(300)의 광축과 나란하게 안내함으로써 하나의 집광 렌즈(300)를 채용한 2빔 가공이 가능한 레이저 가공 장치를 용이하게 구현할 수 있다.

신속하고 효율적인 가공을 위하여, 제1, 제2레이저 빔(L1)(L2)에 의한 가공 영역을 서로 구분할 수 있다. 예를 들어, 도 4에 도시된 바와 같이 제1레이저 빔(L1)은 내측의 제1영역(S1)을 가공하고, 제2레이저 빔(L2)은 제1영역(S2) 바깥의 제2영역(S2)를 가공하도록 구성될 수 있다.

도 5를 참조하면, 빔 가이드(400)는 개구(410)와 반사부(420)를 구비할 수 있다. 반사부(420)는 개구(410)를 에워싸는 형태일 수 있다. 집광 렌즈(300)의 광축과 나란한 제1레이저 빔(L1-1)은 개구(410)를 통과하여 집광 렌즈(300)로 입사된다. 제1레이저 빔(L1)은 개구(410)의 범위 이내에서 제1스캐너(100)에 의하여 X 방향 및 Y 방향으로 편향될 수 있다. 만일, 개구(410)의 범위를 벗어나는 제1레이저 빔(L1-2)이 있더라도 이는 빔 가이드(400)에 의하여 차단되어 집광 렌즈(300)로 입사될 수 없다. 제2레이저 빔(L2)은 집광 렌즈(300)의 광축과 교차되므로, 제2레이저 빔(L2) 중에서 개구(410)를 통과하는 빔(L2-2)는 집광 렌즈(300)로 입사되지 못하며, 개구(410)의 범위를 벗어나서 반사부(420)에 입사되는 제2레이저 빔(L2-1) 만이 반사부(420)에 의하여 반사되어 집광 렌즈(300)로 입사된다.

이와 같은 구성에 의하여, 가공 대상물(W)을 내측의 제1영역(S1)과 이를 에워싸는 외측의 제2영역(S2)으로 구분하여 별도의 가공을 수행할 수 있으며, 가공 과정에서 제1, 제2레이저 빔(L1)(L2)의 상호 간섭을 방지할 수 있다.

상기한 바와 같이, 제1스캐너(100)에 의하여 편향된 제1레이저 빔(L1)은 빔 가이드(400)의 개구(410)를 통과하여 집광 렌즈(300)로 입사되며, 제2스캐너(200)에 의하여 편향된 제2레이저 빔(L2)는 빔 가이드(400)의 반사부(420)에 의하여 반사되어 집광 렌즈(300)로 입사된다.

예를 들어 빔 가이드(400)가 개구(410) 대신에 편광의 차이를 이용하여 제1, 제2레이저 빔(L1)(L2)을 선택적으로 투과/반사시키는 편광 부재인 경우에, 빔 가이드(400)를 투과하는 제1레이저 빔(L1)은 그 파장, 광량, 빔 가이드(400)의 두께와 굴절률 등에 의하여 그 광경로가 편향된 각도에 따라 차이가 나게 된다. 이러한 차이는 제1레이저 빔(L1)의 편향 각도에 따른 결상점의 위치 차이를 유발하여 정밀한 가공에 장애가 된다. 또한, 가공 대상물(W)에 대한 제1레이저 빔(L1)의 입사 각도가 직각을 벗어날 수 있어, 수직 홀(hole) 가공의 정밀도가 저하될 수 있다. 이러한 문제로 인하여 제1스캐너(100)에 의하여 편향되는 제1레이저 빔(L1)의 유효한 가공 범위(S1)가 매우 좁아질 수 있다. 이는 빔 가이드(400)가 개구(410) 대신에 파장의 차이를 이용하여 제1, 제2레이저 빔(L1)(L2)을 선택적으로 투과/반사시키는 다이크로익 부재인 경우에도 마찬가지이다.

본 실시예의 레이저 가공 장치에 따르면, 제1레이저 빔(L1)이 개구(410)를 통과하므로 제1스캐너(100)로부터 집광 렌즈(300)에 이르는 동안에 빔 가이드(400)에 의한 광경로의 변화가 없다. 따라서, 상술한 문제점을 방지하여 정밀한 레이저 가공이 가능하다. 또한, 제1스캐너(100)에 의한 제1레이저 빔(L1)의 편향 각도를 증가시킬 수 있어, 유효한 가공 범위(S1)를 넓힐 수 있다.

상기한 실시예들은 예시적인 것에 불과한 것으로, 당해 기술분야의 통상을 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 하기의 특허청구범위에 기재된 발명의 기술적 사상에 의해 정해져야만 할 것이다.

본 발명은 레이저 빔을 가공 대상물에 조사하여 마킹, 노광, 식각, 펀칭, 스크라이빙, 절단 등의 레이저 가공을 수행하는 레이저 가공 장치에 적용된다.

Claims

제1레이저 빔을 제1방향과 이와 직교하는 제2방향 중 적어도 한 방향으로 편향시키는 제1스캐너;

제2레이저 빔을 상기 제1방향과 상기 제2방향 중 적어도 한 방향으로 편향시키는 제2스캐너;

상기 제1, 제2레이저 빔을 가공 대상물에 집광시키는 집광 렌즈;

상기 제1레이저 빔과 상기 제2레이저 빔을 선택적으로 반사/통과시켜 상기 집광 렌즈로 안내하는 것으로서, 상기 제1, 제2레이저 빔을 통과시키는 개구와, 상기 제2레이저 빔을 반사시키는 반사부를 구비하는 빔 가이드;를 포함하는 2빔 가공이 가능한 레이저 가공 장치.
제1항에 있어서,

상기 반사부는 상기 개구를 에워싸는 것을 특징으로 하는 2빔 가공이 가능한 레이저 가공 장치.
제2항에 있어서,

상기 제1레이저 빔은 상기 집광 렌즈의 광축과 나란하며,

상기 제2레이저 빔은 상기 집광 렌즈의 광축과 교차되며,

상기 빔 가이드의 반사부는 상기 개구의 범위를 벗어나는 제2레이저 빔을 반사시켜 상기 집광 렌즈의 광축과 나란하게 안내하는 것을 특징으로 하는 2빔 가공이 가능한 레이저 가공 장치.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 집광 렌즈는 에프-세타 렌즈인 것을 특징으로 하는 2빔 가공이 가능한 레이저 가공 장치.
제4항에 있어서,

상기 집광 렌즈는 텔레센트릭 렌즈인 것을 특징으로 하는 2빔 가공이 가능한 레이저 가공 장치.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

레이저 빔을 방출하는 레이저 발생기;

상기 레이저 빔을 상기 제1, 제2레이저 빔으로 분리하는 광분리기;를 더 구비하는 2빔 가공이 가능한 레이저 가공 장치.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 제1, 제2레이저 빔을 각각 조사하는 제1, 제2레이저 발생기;를 포함하는 2빔 가공이 가능한 레이저 가공 장치.