KR100286250B1 - 레이저 가공장치 - Google Patents

Abstract

갈바노미터스케너의 동작특성의 흐트러짐을 억제하고 고속으로 편향 미러를 요동시켜서, 레이저광을 고속이고 또 고정밀도로 위치결정하게 하는 것이다.

이를 위해, 레이저 가공장치에서 레이저광을 발사하는 레이저발진기(12)와 레이저발진기(12)로부터의 레이저광을 반사하는 편향미러(14)와, 편향미러(14)를 요동하는 갈바노미터스케너(18)와 편향미러(14)의 회전축(34)을 중심으로 해서 갈바노미터스케너(18)의 부착각도 위치를 조절가능한 갈바노미터스케너의 부착보존기구(20)를 구비한 것이다.

Description

레이저 가공장치

본 발명은, 레이저 가공장치에 관해, 더욱 상세하게는, 레이저 발진기로부터 발사된 펄스상의 레이저광을 갈바노미터스케너에 의해, 요동시키는 편향미러로 반사시킴으로써 피가공물인 프린드 회로기판상의 소망의 개소에 순식간에 위치결정 조사함으로써 고속으로 구멍뚫기 가공을 하는 프린트기판 구멍뚫기 가공용등의 레이저 가공장치에 관한 것이다.

근년, 제품이나 부품의 제조공정등에서 종래의 가공방법에서는 가공이 곤란한 용도에서 레이저광을 사용한 가공방법이 적용되고 있다.

특히 프린트회로기판의 제조공정에서는 전자기기의 소형화를 위해 회로의 미세화, 고밀도화가 진행되어 있고, 프린트 회로기판의 제조공정에서 시행되는 구멍 뚫기가공에서도, 종래의 드릴가공으로는 가공이 곤란한 미세한 것이 요구되고 있다.

이 드릴에 의한 천공가공에 대체하는 가공방법으로서 레이저에 의한 천공가공이 프린트 회로기판의 천공에 적용되어 있다.

프린트 회로기판의 레이저광에 의한 천공가공은, 프린트 회로기판상의 소망하는 개소에 레이저발진기로부터 발사되는 펄스상의 레이저광을 집광하고, 조사부위의 에폭시수지 등으로 되는 기판재를 열분해에 의해 제거함으로써 실시하고 있다.

이와같은 레이저광에 의한 미세구멍 가공을 필요로 하는 비교적 고밀도의 프린트 회로기판에서는 통상 기판 1매당 수천에서 수만개의 구멍가공이 필요하게되고, 이들 다수의 구멍가공을 단시간에 처리하기 위해서는, 고속으로 레이저광의 조사위치를 이동할 필요가 있으며, 그때의 레이저광의 고속위치 결정수단으로서 갈바노미터스케너가 사용되고 있다.

예를들면 도 4는 갈바노미터스케너를 사용한 종래의 프린트 회로기판 천공가공용의 레이저 가공장치(50)의 개략구성을 설명하는 도면이다.

갈바노미터스케너를 사용한 종래의 레이저 가공장치로서는 예를들면 일본국 특개평 5-2146 호 공보에서 표시되어 있고, 특히 프린트회로기판 천공용 레이저가공장치로서는 예를들어 일본국 특개평 7-32183 호 공보에 기재된 것이 있다.

이하, 도 4에 따라 종래의 프린트회로기판 천공가공용의 레이저 가공장치(50)의 동작에 대해 설명한다.

우선 레이저발진기(52)로부터 발사된 펄스상의 레이저광(LB)은 한쌍의 용융석영을 미러모재로 하는 구형형상의 편향미러(54),(56)에 의해 반사되고, 반사된 레이저광(LB)이 fθ렌즈(64)를 통과해서 집광되며, 프린트회로기판(66)상에 조사된다.

상기한 편향미터(54)(56)은 각각 스케너 보존부(62)에 고정된 한쌍의 갈바노미터스케너(58),(60)의 회전축(68)의 선단에 고정되어 있다.

또, 갈바노미터스케너(58),(60)는 스케너 구동앰프(65)에 접속되어 있다.

이 스케너 구동앰프(85)는 지령부(88)로부터 레이저광의 1 펄스마다에 동기해서 발생하는 위치지령에 대응한 전류지령을 갈바노미터스케너(58),(60)에 송부함으로써 상기 회전축(68)을 위치지령에 대응한 각도분만큼 회전시키고, 편향미러(54),(56)을 요동시켜서 1펄스마다에 레이저광(LB)을 프린트기판회로(66)상의 소망하는 위치에 위치결정해서 천공가공을 하는 것이다.

이때 fθ렌즈(64)를 통해서 프린트회로기판(66)상에 레이저광을 조사할 수 있는 영역은 유한의 스켄영역(67)뿐이므로, 하나의 스켄영역(67)을 가공했을때마다 NC 장치(89)에서 구동되는 XY 테이블(69)로 축차 프린트회로기판(66)을 레이저광과 수직인 면내에서 이동시킴으로써 기판상의 모든 스켄영역(67)의 가공이 가능하도록 구성되어 있다.

다음 갈바노미터스케너(58),(60)의 구조 및 동작원리에 대해 설명한다.

갈바노미터스케너는 회전축이 유한의 각도범위에서만 회전가능한 전동기로서, 레이저광을 편광하기 위한 편광미러를 요동하는 구동장치이고, 레이저광을 사용한 광학장치에서는 일반적으로 사용되고 있다.

도 5에는 갈바노미터스케너(58)와 그 제어회로의 구성도가 표시되어 있다.

또 여기서는 도시하지 않았으나, 갈바노미터스케너(60)도 같이 구성되어 있다.

도 5에서 갈바노미터스케너(58)는 편향미러(54)를 요동시키는 회전축(68), 영구자석(70), 구동코일(76), 회전축(68)에 고정되어 회전축(68)의 각도변위를 검출하는 정전용량식 각도검출기(80)등을 구비하고 있다.

그리고, 상기 영구자석(70)에 의해 발생되는 바이어스 자계(74)와 상기 구동코일(76)에 전류를 흘러서 발생하는 구동자계(78)는 도면중에 화살표로 표시되고 이 바이어스 자계(74)와 구동자계(78)와의 상호작용에 의해 회전축(68)에 대해 회전 토크를 발생시키는 것이다.

갈바노미터스케너(58)의 제어회로인 스케너 구동앰프(85)는 상기 정전용량식 각도검출기(80)에서 출력되는 각도변위신호와 입력신호인 위치 지령과의 차인 변위오차신호를 전류앰프(84)로 증폭하고, 구동코일(76)에 흘리는 구동전류로 함으로써, 회전축(68)를 소정방향으로 소장각도만큼 회전시키도록 제어할 수가 있다.

즉 정전용량식 각도검출기(80)로부터 출력되는 변위신호를 입력신호에 피드백시켜, 폐루프를 구성함으로써 서보제어를 하고 있다.

갈바노미터스케너(58)는 상기와 같이 구성되어 있으며, 회전축(68), 선단에 편향미러(54)가 고정되고, 2개가 한쌍인 갈바노미터스케너(58),(60)을 도 4와 같이 배치함으로써 지령부(88)로부터의 위치지령에 따라 레이저광을 프린트회로기판(66)상의 소정의 위치에 조사할 수가 있다.

도 7에는 갈바노미터스케너(58)의 외관사시도가 표시되어 있다.

갈바노미터스케너(58)는 여기서는 입방체 형상을 하고 있고, 입방체의 일면에, 갈바노미터스케너 본체를 고정하기 위한 나사구멍(86)이 각각 설치되어 있다.

갈바노미터스케너(58)를 사용한 종래의 프린터트로기판 천공가공용 레이저가공장치에서는 상기한 갈바노미터스케너 본체의 측면에 설치된 나사구멍(86)을 통해서 도 4와 같이 회전축(68)에 관한 갈바노미터스케너 본체의 회전자유도를 갖게 하지 않고 스케너 보존부(62)에 고정되어 있었다.

또, 갈바노미터스케너를 사용한 종래의 프린트회로기판 천공가공용 레이저 가공장치에서 사용되는 편향미러(54)는 비교적 재료의 강성이 낮은 용융석영의 미러기판이 사용되는 동시에, 도 8에 표시된 바와같은 구형형상을 하고 있었다.

그러나, 이와같은 종래의 갈바노미터스케너를 사용한 프린트회로기판 천공가공용의 레이저 가공장치에 의하면, 레이저광을 고속으로 위치결정하기 위해 편향미러를 고속으로 요동시키면, 갈바노미터스케너(58)의 회전축(68)과 편향미러(54)가 서로 갖고 있는 회전중심 주위의 불균형에 의해, 제어불가능한 진동이 회전축(68)에 발생해서, 상기 회전축(68)의 선단에 고정된 편향미러(54)에 흔들림이 생기고, 레이저광을 프린트회로기판상의 소정의 위치에 정확하게 위치결정 할 수 없게 되어, 가공된 구멍의 위치 정밀도가 저하한다는 문제점이 있었다.

특히 상기 위치 정밀도의 저하는 매초 500개 이상의 극히 고속의 위치결정을 할 때에 대단히, 다수의 천공을 필요로 하는 고밀도의 프린회로기판을 정밀도좋게 단시간에 가공하는데 큰 장해가 되었었다.

여기서, 상기한 위치정밀도의 저하를 초래하는 갈바노미터스케너(58)의 회전축(68)과 편향미러(54)의 불균형에 대해 설명한다.

갈바노미터스케너(58)의 회전축(68) 및 2 회전축(68)의 선단에 고정되는 편향미러(54)는, 회전중심 주위에 각각 편심 ε1, ε2를 갖고 있다.

이 편심 ε1, ε2는 갈바노미터스케너(58)나 편향미러(54)의 제작오차로 생기는 것이고, 편심을 없이 하기 위해 회전축(68)이나 편향미러(54)를 완전히 회전대칭으로 제작하는 것은 곤란하다.

불균형은, 질량과 편심과의 곱으로 표시되고 편향미러(54)의 불균형 ∪1은

∪1 = m1 ε1

한편 회전축(68)의 불균형 ∪2는,

∪2 = m2 ε2 가 된다.

여기서, m1 은 편향미러(54)의 질량, m2 는 회전축(68)의 질량이다.

그런데 회전축(68)의 선단에 편향미러(54)가 고정되고, 각각이 일체가 된 경우에 합성되는 불균형 ∪는,

∪ = ∪1 + ∪2

가 된다.

도 9에 표시된바와 같이, ∪1에 대한 ∪2의 각도θ를 사용하면,

∪ = ∪1 + ∪2 cos θ

가 된다.

여기서, 도 9(a),(b)에 표시된 바와같이

θ 〈 90도, 270도 〈 θ 일 때,

∪2 cos θ 〉 0

90도 〈 θ〈 270 도일 때 ∪2 cos θ 〈 0

가 되고, 합성되는 불균형 ∪ 는 회전중심에 대한 서로의 편심의 위치관계 즉 회전축(68)에 대한 편향미러(54)의 부착각도 위치에 의해 크기가 변화되고 θ= 180 도 가 되도록 하면 합성의 불균형을 최소치로 할 수가 있다.

일반적으로 회전체에서는 축의 회전속도가 커질수록 진동의 원인이 되는 불균형헤 대한 허용치가 작아진다.

이는 갈바노미터스케너를 사용한 경우도 같고, 레이저광을 보다 고속으로 위치결정할 수 있도록 회전축(68)을 빨리 회전시킬때는 회전축(68)과 편향미러(54)가 일체가 되었을때에 불균형을 작게할 필요가 있다.

여기서, 불균형의 크기의 차이에 의한 갈바노미터스케너의 구체적인 동작의 차이에 대해 기술한다.

도 6은 갈바노미터스케너를 사용한 프린트회로기판 천공가공용의 레이저가공장치에서의 레이저광의 조사와 갈바노미터스케너의 동작과의 동기를 나타내는 타임차트이다.

(a)는 레이저광의 발진 트리거신호, (b)는 갈바노미터스케너로의 위치지령의 입력신호, (c)는 위치지령에 대한 편향미러의 회전변위와의 차인 변위오차신호이다.

위치지령이 변화하는 영역에서 갈바노미터스케너의 회전축이 회전하고, 위치지령이 일정하게 되는 정해진 영역에서 회전축의 변위는 목표로 하는 위치지령으로 향해 점차 수렴함으로써 변위오차신호는 0이 된다.

이 변위오차신호가 0이 된 시점에서 레이저발진 트리거신호에 의해 레이저광을 펄스상으로 발진하고 프린트회로기판상에 조사함으로써 정확한 위치에 천공이 된다.

회전축(68)에 대한 편향미러(54)의 부착각도위치가 적당해서 불균형을 적게 억제했을때는 정해진 영역에서 실선으로 표시되는 바와같이 원만하게 변위오차신호가 0에 수렴하는데 대해, 회전축(68)에 대한 편향미러(54)의 부착각도 위치가 부적당하고 불균형이 큰 경우에는, 회전축(68)의 진동에 의해 파선으로 표시되는 바와같이 변위오차신호가 진동적이 되고, 결과적으로 갈바노미터스케너의 동작특성이 저하되고, 편향미러가 올바른 위치에 정지하지 않고 프린트회로기판상으로의 레이저광의 조사위치에 어긋남이 생긴다.

그런데 갈바노미터스케너를 사용한 종래의 프린트회로기판 천공가공용의 레이저 가공장치에서는, 도 4에 표시된 바와같이 갈바노미터스케너(58),(60)는 스케너보존부(62)에 대해 회전축(68)에 관한 갈바노미터스케너 본체에 회전자유도를 주지 않고 고정되어 있다.

이 때문에, 갈바노미터스케너(58),(60)로의 위치지령이 0일 때, 즉 최대회전각의 중간점에서 회전축(68)이 위치하는 경우는 스켄영역(67)의 중앙에 레이저광을 위치결정하도록 하기 위해서는 각각의 갈바노미터스케너(58),(60)의 회전축(68)에 대한 편향미러(54),(56)의 부착각도 위치를 일율적으로 결정해야 한다.

이와같이 각각의 갈바노미터스케너(58),(60)의 회전축(68)에 대한 편향미러(54),(56)의 부착위치가 일율적으로 결정되어 버리면, 앞에서 설명한대로 회전축과 편향미러가 합성된 불균형을 최소로 하는 회전축(68)에 대한 부착각도 위치에 편향미러(54),(56)를 고정시킬수가 없어 불균형을 작게 억제하는 것이 곤란해진다.

이 결과 고속으로 위치결정 동작을 하면, 갈바노미터스케너의 동작 특성의 저하가 현저해지고 레이저 광을 조사하는 순간의 회전축(68)의 결정시에 진동이 생겨서 편향미러(54)가 흔들리므로, 레이저광의 위치결정 정밀도가 저하된다.

이와 같이, 갈바노미터스케너가 보존되어 있으면 회전축의 불균형을 억제할 수 없어, 고속이고 또 고정밀도로 프린트회로기판(66)의 전공가공을 하는 것이 곤란해진다는 불편한 점이 있었다.

한편, 고속이고 또 고정밀도로 레이저광을 위치결정하기 위해 편향미러를 고속으로 요동하는 경우에는 편향미러가 갖는 관성 모멘트를 가능한한 작게 하는 것이 중요하게 된다.

그러나, 종래의 용융석영 결정의 미러기판으로 되는 구형형상의 편향미러에서는, 도 8에 표시되는 바와같이 원형단면의 레이저광 LB를 반사할 때, 레이저광 LB 의 수광에 기여하지 않는 여분의 영역(55)이 있기 때문에, 관성 모멘트가 크고 그 결과로서 갈바노미터스케너에 의해 고속으로 편향미러(54)를 요동시킬수가 없다는 불편함이 있었다.

특히 종래의 편향미러에서 사용되는 용융석영결정은 비교적 강성이 낮기 때문에, 미러기판이 변형하기 쉽고 얇은 미러기판을 얻는 것이 제조상 곤란하고 이 결과로서 미러기판이 얇게 구성할 수 없으므로, 관성 모멘트를 낮게 억제하는 것이 곤란하였었다.

본 발명은, 이런 종래의 프린트기판 천공가공용의 레이저가공장치가 갖는 불편한점을 고려해서 된 것으로, 편향미러를 고속으로 요동할때의 갈바노미터스케너의 회전축과 편향미러가 서로 갖는 회전중심 주위의 불균형에서 생기는 회전축의 진동에 의한 편향미러의 흔들림을 억제하고, 편향미러의 관성 모멘트를 극력 작게 하는 동시에 면정밀도를 확보하고, 레이저광을 프리트회로기판상의 소정의 위치에 고속이고 또 고정밀도로 위치결정하며 천공 가공을 하는 생산성이 높은 프린트회로기판 천공가공용의 레이저 가공장치를 얻는 것을 목적으로 하고 있다.

제1도는 본 실시의 형태에 관한 레이저 가공장치의 개략 구성을 표시하는 사시도.

제2a도는 제1도에 표시한 갈바노미터스케너를 회전축의 축심에 관해 회전자 유도를 갖게해서 보존하는 부착 보조기구를 표시하는 좌측면도.

제2b도는 제2a도 및 제2c도의 A-A 선 단면도.

제2c도는 제1도에 표시한 갈바노미터스케너를 회전축의 축심에 관해 회전자 유도를 갖게해 보존하는 부착 보존기구를 표시하는 우측면도.

제3a도는 제1도에 표시한 편향미터를 나타내서 설명하는 편향미터에 대한 사시도.

제3b도는 편향미러를 수광면에서 본 도면.

제4도는 종래예의 레이저 가공장치의 개략 구성을 표시하는 사시도.

제5도는 제4도에 표시한 갈바노미터스케너와 그 주변회로의 구성을 표시하는 설명도.

제6a도는 레이저광의 발진 트리거 신호를 나타내는 도면.

제6b도는 갈바노미터스케너에 위치지령의 입력신호를 나타내는 도면.

제6c도는 위치지령에 대한 편향미러의 회전변위와의 차인 변위오차 신호를 나타내는 도면.

제7도는 갈바노미터스케너의 외관 사시도.

제8도는 종래의 편향미러를 표시하는 사시도.

제9a도, 제9b도는 합성된 불균형을 설명하는 설명도.

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉

10 : 레이저 가공장치 12 : 레이저 발진기

14, 16 : 편향미러 18, 22 : 갈바노미터스케너

20, 24 : 부착보존기구 LB : 레이저광

본 발명에 관한 레이저가공장치는 레이저광을 발사하는 레이저발진기와, 상기 레이저발진기로부터의 레이저광을 반사하는 편향미러와, 상기 편향미러를 요동하는 갈바노미터스케너와, 상기 편향미러의 회전축을 중심으로 해서 상기 갈바노미터스케너의 부착각도 위치를 조절가능한 갈바노미터스케너의 부착기구를 구비한 것이다.

다음의 발명에 관한 레이저 가공장치는 레이저광을 발사하는 레이저발진기와, 상기 레이저 발진기로부터의 레이저광을 반사하는 편향미러와, 상기 편향미러를 요동하는 갈바노미터스케너를 구비하고, 상기 편향미러는 편향에 따라 이동하는 레이저광이 실제로 입사되는 범위만을 반사 가능한 수광영역으로 하는 것이다.

다음 발명에 관한 레이저 가공장치는 상기 편향미러는 미러기판의 재질이 실리콘 결정으로 된 것이다.

[실시의 형태]

이하 본 발명에 관한 레이저가공장치의 실시의 형태에 대해 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다.

도 1은 본 실시의 형태에 관한 레이저 가공장치(10)의 개략구성을 표시하는 사시도이다.

이 레이저 가공장치(10)는 도 1에서 레이저발진기(12), 레이저발진기(12)로부터 출사되는 레이저광 LB를 반사하는 편향미러(14),(16) 이들의 편향미러(14),(16)을 각각 고속으로 요동시키는 갈바노미터스케너(18),(22), 이들의 갈바노미터스케너(18),(22)가 그 편향미러(14),(16)의 회전축(34)의 축심에 관해 회전자유도를 갖고 부착되는 각도위치를 조절하고, 소망하는 각도위치에 조절종료후, 고정보전할 수 있는 구조의 갈바노미터스케너 본체가 회전자유도를 갖도록 한 부착보존기구(20),(24)편향미러(14),(16)에서 반사되어 편향된 레이저광 LB를 동일평면상에 집광하기 위한 fθ렌즈(26)등을 구비하고 있다.

그리고 이 fθ렌즈(26)에서 집광된 레이저광 LB 는 XY 테이블(49)상에 놓여진 피가공물인 프린트회로기판(28)상의 가공위치에 조사되어 천공가공이 된다.

이 실시의 형태에서의 레이저가공장치(10)의 구성은, 갈바노미터스케너(18),(22)가 그 편향미러(14),(16)의 회전축(34),(35)에 관해 회전자유도를 갖도록 보존하는 부착보존기구(20),(24)를 구비하고 있는 동시에, 편향미러(14),(16)의 형상 및 재질의 점에 특징이 있다.

이하 도 2 및 도 3을 사용해서 이 실시의 형태에서의 특징적인 구성에 대해 설명한다.

또 도 1에 표시한 2개의 갈바노미터스케너는 거의 같은 구조이기 때문에 아래의 설명에서는 주로 갈바노미터스케너(18)에 대해 설명하기로 한다.

우선, 도 2에는 도 1에서의 갈바노미터스케너(18)를 회전축의 축심에 관해 회전자유도를 갖도록 보존하는 부착보존기구(20)의 도면이 표시되고, 그 (a)는 좌측면도, (b)는 (a)또는 (c)의 A-A 선 단면도, (c)는 우측면도이다.

도 2에서 부착보존기구(20)는, 갈바노미터스케너(18)가 고정되는 회전통(30) 및 그 회전통(30)이 수납되는 회전통받이(32)를 구비하고 있으며, 회전통(30)의 한쪽끝에는 도 2(b)에 표시되는 바와같이, 통끝이 넓어진 돌기부(36)가 설치되어 있다.

회전통(30)은 도 2(a)에 표시된 바와같이, 갈바노미터스케너(18)를 감싸는 것과 같이 원통형상을 하고 있고, 그 원통부의 중심축과 갈바노미터스케너(18), 즉 편향미러(14)의 회전축(34)의 축심이 일치하도록 갈바노미터스케너(18)와 회전통(30)이 도시되지않은 나사에 의해 일체고정되어 있다.

이 갈바노미터스케너(18)와 일체화된 회전통(30)은 회전통(30)의 원통부와 동일직경의 원통구멍이 설치된 회전통받이(32)에 그 원통부를 통해서 삽입되고, 회전통(30)의 돌기부(36)에 설치된 원호상의 긴 구멍(38)을 통하는 고정나사(40)에 의해 회전통받이(32)에 고정된다.

여기서 고정나사(40)를 푼상태로 하면 회전통(30)은 회전통받이(32)에 대해 원호상 긴구멍(38)의 원호의 길이 정도 회전방향으로 자유도를 갖일수가 있다.

갈바노미터스케너(18)는 그 편향미러(14)의 회전축(34)의 축심과 회전통(30)의 중심축이 일치해 있으므로 갈바노미터스케너(18)는 그 편향미러(14)의 회전축(34)의 축심에 관해, 회전자유도를 갖고 부착각도위치를 조절하며, 소망의 각도위치에 조절종료후, 고정보존가능한 구조로 되어 있다.

다음, 상술한 부착보존기구(20)에 의해 회전축(34)에 편향미러(14)를 고정할때의 불균형에 의한 진동을 발생시키지 않게 한 부착각도위치를 발견하는 동작에 대해 설명한다.

우선 갈바노미터스케너(18)의 회전축(34)에 대해 임의의 부착각도위치에서 편향미러(14)를 고정한다.

계속해서 실제로 가공을 하는 경우와 같은 빠른속도로 갈바노미터스케너(18)를 구동시켜 그때 갈바노미터스케너(18)의 동작상태를 변위 오차신호에 의해 관찰한다.

예를들어, 도 6(c)에 표시되는 바와같이, 변위오차신호가 결정된 영역에서 진동하고 있을때(파선의 경우)는 일단동작을 멈추고 부착각도 위치의 치우침을 약간 변경해서 다시 구동한다.

이 조작을 여러번 반복함으로써 최종적으로는, 회전축(34)과 편향미러(14)사이의 편심에 의한 불균형이 억제되고, 진동이 발생되지 않고 갈바노미터스케너의 동작이 안정되는 부착각도위치를 발견할 수가 있다.

이렇게해서 발견된 최적한 부착각도위치에 조절해서 편향미러(14)를 회전축(34)에 고정한후는, 갈바노미터스케너(18)와 일체고정된 회전통(30)을 회전시킴으로써, 갈바노미터스케너(18)로의 위치지령이 0일 때, 즉 최대 회전각의 중간점에 회전축(34)이 위치해 있어도, 스켄영역(48)의 중앙에 레이저광을 위치 결정하는 것이 가능해진다.

즉 본 발명의 부착보존기구(20)에 의하면, 갈바노미터스케너(18)의 회전축(34)에 대해 어떠한 부착각도위치에서 편향미러(14)를 고정하였다 해도, 갈바노미터스케너 본체를 회전함으로써, 레이저광의 오프셋 조정이 가능해진다.

이결과, 편향미러의 부착각도위치에 의해 생기는 진동이 억제되고, 고속이고 또 고정밀도의 프린트회로기판의 천공가공을 할 수가 있다.

또 갈바노미터스케너(22)와 그 부착보존기구(24)에 대해서도 같은 효과를 얻을수가 있다.

또, 도 3에는 도 1의 편향미러(14),(16)를 설명하는 도면이 표시되고, 그(a)는 편향미러(14),(16)에 대한 사시도, (b)는 편향미러(14)를 수광면에서 본 도면이다.

본 실시의 형태에 관한 편향미러(14),(16)은 후술하는 바와같이 타원형상 또는 장원형상으로 한 점에 특징이 있다.

도 3(a)에 표시된 바와같이 레이저발진기(12)로부터 출사되는 직경 D의 원형단면의 빔형상을 가진 레이저광 LB를 상정한 경우, 편향미러(14)에 입사각 45⁰로 미러수광면(14a)에 닿을 때, 도 3(b)에 표시되는 미러수광면(14a)상의 파선으로 표시한 레이저광이 조사되는 영역(15)은, 장경 D/cos 45⁰, 단경 D 의 타원형이 된다.

또 도 3(a)에 표시되는 바와같이 편향각을 α 했을때의 미러수광면(14a)상의 파선으로 표시한 레이저광이 조사되는 영역(15)은 장경 D/cos(45⁰-α)단경, D 의 타원형이 된다.

이와같이 편향미러(14)의 미러수광면(14a)을 적어도 레이저광이 조사되는 영역(15)의 타원형을 포함하는 타원형으로 하면 입사하는 레이저광을 모두 반사할 수가 있다.

여기서, 편향미러(14)의 미러형상을 도 3에 표시한 바와같이 타원형상으로 한것에 의한 이점을 아래에 구체적으로 고찰한다.

본 실시의 형태에서는, 가령 레이저광 LB 의 빔형상을 직경 30㎜(D=30㎜)의 원통형상으로 하면, 편향미러(14)의 미러수광면(14a)상에 입사각 45⁰으로 입사되었을때의 레이저광이 조사되는 영역은, 장경(30 ×)mm , 단경 30㎜의 타원형이 된다.

또 이와 비교하는 종래의 편향미러의 형상을 가령 도 3(b)에 표시되는 타원형의 단경방향을 회전축으로 하고 그 타원형과 외접하는 장변 (30 ×)mm, 단변 30㎜ 의 구형형상으로서 이 관상모멘트를 1 이라고 하면, 상술한 타원형상의 관성모멘트는 0.59 가 된다.

이관성 모멘트의 차는, 관성 모멘트가 회전중심주위의 질량까지의 반경거리의 2승에 비례하기 때문에 생기는 것이고, 구형형상에 대해 회전중심에서 떨어진 주변부에서의 질량이 적은 타원형으로 하는 것은 관성 모멘트의 저감에 대단히 유효하고 효과적이다.

이결과, 편향미러의 형상을 구형형상에서 타원형상으로 함으로써 관성모멘트를 약 4할이나 저감시킬수가 있고, 또 고속 프린트회로기판의 천공가공이 가능해진다.

또 상술한 비교예의 구형형상과 같은 관성모멘트가 되는 타원형상의 편향미러를 형성한 경우는, 레이저광을 수광가능한 영역을 한층 크게할 수가 있고, 이로인해 반사가능한 빔 형상의 직경 D를 크게할 수가 있다.

여기서 레이저광의 집광스포트사이즈는 D 에 반비례하므로, 편향미러를 타원형상으로 함으로서, 구형형상을 사용할때보다도 미세한 집공스포트직경이 얻어지고, 프린트회로기판에 대해 더욱 미세한 천공가공이 가능해진다는 이점이 있다.

또 편향미러(16)의 형상은 도 3(a)에 표시된 바와같이 상기와 같이 편향미러(14)의 편향각 α의 요동에 의한 편향미러(16)의 미러수광면(16a)상에서의 레이저광의 이동을 고려한 타원형상 또는 장원형상으로 함으로써, 수광한 레이저광을 모두 반사할 수가 있다.

이 편향미러(16)의 경우도, 상술한 비교예와 같이, 미러 형상을 구형형상으로 하기 보다는 관성모멘트를 대폭적으로 저감할 수가 있는 이점이 있다.

또, 이 실시의 형태에서는 편향미러의 기판재질로서 실리콘 결정을 채용하고 있다.

이에 대해 종래의 프린트회로기판천공용의 레이저 가공장치에서 사용되는 편향미러의 기판재질로는 용융석영결정이 사용되고 있었다.

아래에 표시한 표1에는, 이 용융석영결정(비교예)과, 실리콘결정(실시예)의 영율(Young Rate)과 비중의 관계를 표시하고 있다.

이표 1에 표시되는 바와같이, 실리콘결정은 용융석영결정보다도 비중은 크나, 영율도 크기 때문에 기판의 변형곤란도에 대응하는 강성을 표시하는 하나의 지표인 영율/비중치를 용융석영결정과 비교하면, 약 1.7배 높은 것을 알수 있다.

이것은 각각의 기판재료를 사용해서 같은 형상, 같은 두께의 편향미러를 작성한 경우, 실리콘결정을 사용한쪽이 용융석영결정을 사용한 것보다도 변형하기 어려운 미러로 할수 있는 것을 의미하고 있다.

레이저 가공장치에 사용되는 미러는 일반적으로 연마가공에 의해 평면가공이 되나, 가공중에 가해지는 압력에 의해 미러기판이 변형하기 때문에 변형하기 쉬운 기판재료에서는 레이저광의 성능을 유지하는 높은 면정밀도를 얻는 것이 곤란해진다.

예를들면, 경험적으로 용융석영 결정의 기판에서는 직경 30㎜ 의 레이저광을 수광할 수 있는 크기의 고정밀도인 미러기판을 얻는데는 3㎜ 이상의 두께가 필요하다.

상술한 바와같이, 이 실시의 형태에서 사용되는 편향미러의 기판재질에는 종래로부터 사용되고 있던 용융석영결정보다도 변형이 어려운 실리콘결정을 사용하고 있으므로 같은 면정밀도를 확보하려고 하면, 미러기판의 두께를 얇게 할 수가 있으므로 편향미러의 관성 모멘트를 저감할 수 있다는 이점이 있다.

그래서 본 발명자는 최적의 기판두께를 구하는데 있어서, 수종류의 두께의 실리콘 결정기판으로 되는 미러기판을 사용해서 편향미러를 시작하고, 관성모멘트를 낮게 억제하고 또 실용가능한 평면도를 갖는 미러기판의 두께를 발견하는 시험을 하였다.

이결과, 실리콘결정의 기판으로 직경 30㎜ 의 레이저광을 수광할 수 있는 크기의 미러기판에서는 기판의 두께를 2㎜ 이상으로 하면 고정밀도의 평면도를 비교적 쉽게 확보하는 것이 가능하고, 또 기판의 두께를 3㎜ 이하로 하면 관성모멘트도 낮게 억제되어 충분히 고속으로 편향미러를 요동하는 것이 가능하다는 것을 발견하였다.

즉 실리콘 기판을 미러의 기판재질로 사용해서, 기판의 두께를 2㎜ 이상 3㎜ 이하로 함으로써, 비교예의 용융석영결정의 기판을 사용해서 미러기판을 형성한 경우와 비교하면, 반사면의 정밀도를 열화시키지 않고 관성모멘트가 낮은 편향미러가 얻어진다는 바람직한 결과가 얻어졌다.

또 강성이 높은 실리콘 결정의 기판에서는 용융석영결정의 기판보다도 미러의 고속요동에 의해 생기는 힘에 대해서도 변형하기 어렵다는 이점이 있다.

이상 설명한 바와같이 이 실시의 형태에 의하면, 편향미러를 회전축을 통해서 요동시키는 갈바노미터스케너를 회전축에 대해 회전자유도를 갖도록 보존하는 부착보존기구를 구비하고 있으므로 편향미러의 부착각도위치에 따라 발생하는 갈바노미터스케너의 동작특성의 저하를 억제할 수가 있고, 고속이고 고정밀도로 프린트회로기판으로 천공가공을 할 수가 있다.

또 이 실시의 형태에 의하면, 요동하면서 레이저광을 반사시키는 편향미러의 형상을 수광하는 레이저광의 빔형상에 따라 타원형 또는 장원형상으로 함으로써 낮은 관성모멘트를 갖는 편향미러가 되므로, 고속이고 또한, 고정밀도로 프린트회로기판에 천공가공을 할 수가 있다.

또 이 실시의 형태에 의하면 편향미러의 기판재질로서 실리콘 결정을 사용하도록 하였기 때문에 지금까지의 용융석영 결정을 사용한 경우와 비교하면 높은 면정밀도가 얻어지고, 강성이 높은 것으로부터 기판의 두께를 얇게 해서 관성모멘트를 보다 저감시킬수가 있다.

또, 이 실시의 형태에 의하면, 편향미러의 기판재질로서 실리콘결정을 사용한 경우에, 편향미러의 기판의 두께를 2㎜ 이상 3㎜ 이하로 하였으므로 양호한 면정밀도와 낮은 관성모멘트를 양립시키는 것이 가능해진다.

이상 설명한 바와같이 이 발명에 관한 레이저 가공장치에 의하면, 편향미러의 회전축을 중심으로 해서 갈바노미터스케너의 부착각도 위치를 조절가능한 갈바노미터스케너의 부착기구를 설치함으로써, 편향미러의 부착각도위치에 의해 생기는 갈바노미터스케너의 동작특성의 저하를 억제하고 고속이고 고정밀도로 프린트회로기판으로의 천공가공을 할 수가 있다.

다음의 발명에 관한 레이저가공장치에 의하면, 편향미러를 편향에 따라 이동하는 레이저광이 실제로 입사되는 범위만을 반사가능한 수광영역으로 하였으므로, 편향미러의 크기나 형상이 필요 최소한도가 되고, 관성모멘트가 작아져서, 고속이고 또 고정밀도로 프린트회로기판으로의 천공가공을 할 수가 있다.

다음의 발명에 관한 레이저 가공장치에 의하면, 편향미러의 기판재질로서 실리콘결정을 사용함으로써, 강성을 높게하고, 미러를 변형하기 어렵게 하였으므로, 고정밀도의 면정밀도를 얻을수가 있다.

Claims (3)

1. 레이저광을 발사하는 레이저발진기(12)와, 상기 레이저발진기(12)로부터의 레이저광을 반사하는 편향미러(14),(16)와, 상기 편향미러(14),(16)를 요동하는 갈바노미터스케너(18),(22)와, 상기 편향미러(14),(16)의 회전축을 중심으로 해서 상기 갈바노미터스케너(18),(22)의 부착각도위치를 조절가능한 갈바노미터스케너(18),(22)의 부착기구(20),(24)를 구비한 것을 특징으로 하는 레이저 가공장치.
2. 레이저광을 발사하는 레이저발진기(12)와, 상기 레이저발진기(12)로부터의 레이저광을 반사하는 편향미러(14),(16)와, 상기 편향미러(14),(16)를 요동하는 갈바노미터스케너(18),(22)를 구비하고, 상기 편향미러(14),(16)는 편향에 따라 이동하는 레이저광이 실제로 입사되는 범위만을 반사가능한 수광영역(14a),(16a)으로 하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공장치.
3. 제2항에 있어서, 상기 편향미러(14),(16)는 미러의 기판의 재질이 실리콘 결정으로 된 것을 특징으로 하는 레이저 가공장치.