KR100461489B1 - 레이저 광의 횡단면 파워 분포를 균일화하기 위한 필터가구비된 확대기를 포함하는 레이저 인쇄 장치의 광학 시스템 - Google Patents

레이저 광의 횡단면 파워 분포를 균일화하기 위한 필터가구비된 확대기를 포함하는 레이저 인쇄 장치의 광학 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 레이저 광을 이용하여 제품의 표면에 특정 활자를 인쇄하는 레이저 인쇄 장치의 광학 시스템에 관한 것으로서, 레이저 광의 크기를 확대시켜 주는 확대기에 필터를 형성하여 낮은 파워를 갖는 레이저 광의 가장자리 부위를 제거시킴으로써 높은 파워를 갖는 레이저 광의 중앙 부위만이 실제로 제품에 도달하여 양호한 인쇄 작업을 진행할 수 있도록 한 것이다. 낮은 파워 밀도를 갖는 레이저 광의 가장자리부는 인쇄 대상 제품의 표면 상태가 좋지 않을 경우 불완전 인쇄를 유발하기 때문에, 필터를 이용하여 레이저 광의 횡단면 파워 분포를 높은 파워 준위로 균일화시켜 줌으로써 불완전 인쇄 불량을 방지할 수 있다. 필터는 제거하고자 하는 레이저 광의 횡단면 가장자리부에 대응하여 고리 형태로 형성되며, 소정의 표면 거칠기를 갖는다. 따라서, 필터에 입사되는 레이저 광의 가장자리 부위는 불규칙한 표면에 의하여 난반사되어 산란된다.

Description

레이저 광의 횡단면 파워 분포를 균일화하기 위한 필터가 구비된 확대기를 포함하는 레이저 인쇄 장치의 광학 시스템
본 발명은 레이저 광의 횡단면 파워 분포를 균일화하기 위한 필터가 구비된 확대기를 포함하는 레이저 인쇄 장치의 광학 시스템에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 레이저 광을 이용하여 제품의 표면에 특정 활자를 인쇄하는 레이저 인쇄 장치의 광학 시스템에 있어서 레이저 광의 크기를 확대시켜 주는 확대기에 필터를 형성하여 낮은 파워를 갖는 레이저 광의 가장자리 부위를 제거해 줌으로써 높은 파워를 갖는 레이저 광의 중앙 부위만이 실제로 제품에 도달하여 양호한 인쇄 작업을 진행할 수 있도록 한 레이저 인쇄 장치의 광학 시스템에 관한 것이다.
통상적으로 반도체 칩 패키지의 제조 공정은, 웨이퍼에서 분리된 개별 칩을 리드 프레임에 접착하는 칩 접착(chip attach) 공정, 칩과 리드 프레임을 전기적으로 연결하는 금속 세선 접속(wire bonding) 공정, 칩과 금속 세선 및 리드 프레임의 일부를 에폭시 화합물로 밀봉하는 봉지(encapsulation) 공정, 봉지체 외부의 불필요한 부분을 제거하고 리드의 형상을 가공하는 절단/절곡(trim/form) 공정, 및 테스트(test)와 인쇄(marking) 공정 순서로 진행된다.
인쇄 공정은 완성된 패키지 제품에 제품의 명칭, 기능, 특성, 종류, 동작속도, 제조일자, 제조회사 명칭 및 마크 등을 표시하는 공정이다. 이와 같이 패키지 제품에 그 제품과 관련된 정보를 인쇄하는 이유는, 그 제품이 어떤 제조 공정을 통하여 제조되었는지를 구분하고, 제품에 문제가 발생할 경우 제조 공정에 대한 이력을 추적할 수 있게 하기 위함이다.
인쇄 공정은 통상적으로 레이저 광(laser beam)과 마스크(mask)를 이용한다. 마스크에는 패키지 제품에 인쇄하고자 하는 문자, 도형, 숫자 등의 활자부가 형성되어 있으며, 레이저 광이 마스크의 활자부를 투과하여 원하는 문자, 도형, 숫자 등을 패키지 제품에 인쇄하게 된다. 도 1에 일반적인 레이저 인쇄 장치의 광학 시스템(10)을 개략적으로 도시하였다.
도 1을 참조하면, 레이저 인쇄 장치의 광학 시스템(10)은 레이저 발진기(11; laser head), 광축 조정 거울(12; optical axis adjustment mirror), 확대기(13; expander), 활자 선택 거울(14; font select mirror), 시준 렌즈(15; collimator lens), 마스크(16; mask), 주사 거울(17; scanning mirror) 및 초점 렌즈(18; focusing lens)로 구성된다. 레이저 발진기(11)에서 발생되는 레이저 광(19; laser beam)은 두 개의 광축 조정 거울(12)을 통해 유도 경로가 조정되며, 확대기(13)를 통하여 확대된다. 도 2에 확대기(13)와 확대기(13)를 통해 확대되는 레이저 광(19)을 개략적으로 도시하였다. 확대기(13)는 오목 렌즈와 볼록 렌즈를 적절히 조합한 것이다.
다시 도 1을 참조하면, 확대기(13)에 의하여 확대된 레이저 광(19)은 활자 선택 거울(14)에 입사된다. 활자 선택 거울(14)은 레이저 광(19)의 경로를 마스크(16)의 인쇄하고자 하는 활자 쪽으로 유도해 주기 위한 수단이다. 활자 선택 거울(14)과 마스크(16) 사이에는 시준 렌즈(15a)가 있어서, 활자 선택 거울(14)에서 반사되는 레이저 광(19)이 평행하게 마스크(16)를 통과하도록 해 준다. 마스크(16)와 주사 거울(17) 사이에도 역시 시준 렌즈(15b)가 있으며, 마스크(16)를 통과하여 나오는 평행광을 주사 거울(17) 쪽으로 모아준다. 마스크(16)를 통과한 레이저 광(19)은 마스크(16)의 특정 활자의 형상을 지니고 있다. 주사 거울(17)은 레이저 광(19)이 제품(20; product)에 주사되는 위치를 옮겨줌으로써, 특정 활자가 인쇄된 후 다음 활자가 다른 위치에 인쇄되도록 해 준다. 주사 거울(17)과 제품(20) 간에는 초점 렌즈(18)가 개재된다.
이와 같은 광학 시스템(10)에서 레이저 광(19)의 횡단면 파워 분포는 가우스 분포(Gaussian distribution)를 갖는다. 도 3의 (나)는 레이저 광의 횡단면을 나타내는 것이고, (가)는 횡단면에 대응하는 파워 분포를 나타내는 것이다. 그리고 (다)는 가우스 분포를 갖는 레이저 광에 의하여 발생되는 불완전 인쇄 불량을 보여주는 것이다. 도 3의 (가)와 (나)에 도시된 바와 같이, 레이저 광의 횡단면 가장자리는 중앙에 비해 상대적으로 낮은 파워 밀도를 갖게 된다. 따라서, 레이저 광의 중앙부는 높은 파워 밀도를 갖기 때문에, (다)에 도시된 바와 같이 정상적으로 제품의 표면에 인쇄할 수 있으나(A부분), 낮은 파워 밀도를 갖는 레이저 광의 가장자리부는, 특히 제품의 표면 상태가 좋지 않을 경우, 불완전 인쇄를 유발하게 된다(B부분).
인쇄가 이루어지는 패키지 제품의 표면은 에폭시 화합물(epoxy compound)이다. 칩과 금속 세선 등을 밀봉하기 위하여 봉지 공정에서 봉지체(즉, 패키지 몸체)를 형성하는데 사용되는 에폭시 화합물은 다양한 성분으로 이루어져 있다. 주성분인 에폭시 수지, 경화제, 충진제(filler) 이외에도, 레이저와 반응하여 활자가 표시되도록 하는 소정의 첨가제와, 봉지체를 형성한 후 금형으로부터 봉지체가 용이하게 분리되도록 하는 이형제(離形劑) 등이 에폭시 화합물의 성분을 이루고 있다. 그런데, 이형제 성분이 표면에 다량 분포되어 있을 경우, 레이저 반응 첨가제는 그만큼 적게 분포되며, 레이저 광의 가장자리부의 낮은 파워로는 충분한 반응을 일으키지 못한다. 그러므로, 불완전 인쇄 불량이 발생되는 것이다.
따라서, 본 발명의 목적은 레이저 광의 횡단면 파워 분포를 균일화하기 위한 레이저 인쇄 장치의 광학 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 레이저 인쇄 공정의 신뢰성을 향상시키기 위한 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 레이저 광의 횡단면 파워 분포를 균일화하기 위한 필터가 구비된 확대기를 포함하는 레이저 인쇄 장치의 광학 시스템을 제공한다. 레이저 인쇄 장치는 복수개의 활자 형상들이 형성된 마스크를 포함하며, 레이저 광이 마스크의 특정 활자 형상을 통과하여 소정의 제품에 특정 활자 형상을 인쇄한다. 광학 시스템은 레이저 광을 발생시키는 레이저 발진기와, 레이저 발진기로부터 발생된 레이저 광의 크기를 확대시키는 확대기와, 확대기를 통과한 레이저 광의 경로를 마스크의 특정 활자 쪽으로 유도해 주는 활자 선택 거울과, 마스크를 통과함으로써 마스크의 특정 활자 형상을 지니고 있는 레이저 광의 주사 방향을 인쇄하고자 하는 제품의 인쇄 위치로 옮겨주는 주사 거울과, 활자 선택 거울과 마스크 사이에 개재되어 레이저 광이 평행하게 마스크를 통과하게 하는 제1 시준 렌즈와, 마스크와 주사 거울 사이에 개재되어 마스크를 통과한 레이저 광을 주사 거울 쪽으로 모아주는 제2 시준 렌즈를 포함한다. 특히, 본 발명에 따른 광학 시스템의 확대기는 레이저 광이 확대되어 출력되는 부분에 형성된 필터를 구비하며, 확대기를 통하여 확대된 레이저 광의 가장자리 부위는 필터에 의하여 제거된다.
필터는 소정의 표면 거칠기를 가짐으로써 확대기를 통하여 확대된 레이저 광의 가장자리 부위를 난반사시켜 산란되도록 할 수 있다. 한편, 레이저 발진기와 확대기 사이에는 레이저 광의 경로를 조정하는 광축 조정 거울이 한 개 이상 개재되고, 주사 거울과 제품 사이에는 초점 렌즈가 개재되는 것이 바람직하다. 그리고 레이저 인쇄의 대상이 되는 제품은 반도체 칩 패키지일 수 있다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 도면 전반을 통틀어 동일한 도면부호는 동일한 구성요소를 가리킨다.
복수개의 활자 형상들이 형성된 마스크를 포함하고, 레이저 광이 마스크의 특정 활자 형상을 통과하여 소정의 제품에 특정 활자 형상을 인쇄하도록 하는 레이저 인쇄 장치는, 레이저 광을 발생시키고 인쇄 대상인 제품까지 레이저 광을 유도하는 일련의 광학 시스템을 갖는다. 본 발명에 따른 레이저 인쇄 장치의 광학 시스템은 특히 레이저 광의 횡단면 파워 분포를 균일화하기 위한 것으로서 확대기에 필터가 형성되어 있다. 광학 시스템의 나머지 부분은 앞서 종래기술의 설명에서 기술한 바 있는 광학 시스템과 동일한 구성을 가진다.
즉, 본 발명의 광학 시스템은 도 1에 도시된 바와 같이, 레이저 광(19)을 발생시키는 레이저 발진기(11)와, 레이저 발진기(11)로부터 발생된 레이저 광(19)의 크기를 확대시키는 확대기(도 4의 30)와, 확대기(30)를 통과한 레이저 광(19)의 경로를 마스크(16)의 특정 활자 쪽으로 유도해 주는 활자 선택 거울(14)과, 마스크(16)를 통과함으로써 마스크(16)의 특정 활자 형상을 지니고 있는 레이저 광(19)의 주사 방향을 인쇄하고자 하는 제품(20)의 인쇄 위치로 옮겨주는 주사 거울(17)과, 활자 선택 거울(14)과 마스크(16) 사이에 개재되어 레이저 광(19)이 평행하게 마스크(16)를 통과하게 하는 제1 시준 렌즈(15a)와, 마스크(16)와 주사 거울(17) 사이에 개재되어 마스크(16)를 통과한 레이저 광(19)을 주사 거울(17) 쪽으로 모아주는 제2 시준 렌즈(15b)를 포함한다. 한편, 레이저 발진기(11)와 확대기(30) 사이에는 레이저 광(19)의 경로를 조정하는 광축 조정 거울(12)이 한 개 이상 개재되고, 주사 거울(17)과 제품(20) 사이에는 초점 렌즈(18)가 개재되는 것이 바람직하다. 레이저 인쇄의 대상은 반도체 칩 패키지와 같은 제품(20)이다.
본 발명의 특징부인 확대기(30)를 좀 더 자세히 설명하자면, 도 4에 도시된 바와 같이, 레이저 광(19)이 입력되어 확대되는 오목 렌즈(31)와, 확대·발산되는 레이저 광(19)을 평행광으로 출력되게 하는 볼록 렌즈(32)와, 출력되는 레이저 광(19)의 가장자리 부위를 제거하기 위한 필터(33; filter)가 본 발명의 확대기(30)를 구성한다. 필터(33)는 제거하고자 하는 레이저 광(19)의 가장자리부에 대응하여 고리 형태로 형성되며, 소정의 표면 거칠기를 갖는다. 따라서, 필터(33)에 입사되는 레이저 광(19)의 가장자리 부위(19b)는 불규칙한 표면에 의하여 난반사되어 산란된다.
이렇게 필터(33)에 의하여 제거되는 부위(19b)는 전술한 바와 같이 낮은 파워를 갖는 부위이며, 산란되지 않고 바로 투과되는 레이저 광(19)의 중앙 부위(19a)는 높은 파워를 갖는 부위이다. 따라서, 도 5에도 나타나 있는 바와 같이, 필터가 구비된 확대기를 통과하고 실제로 제품에 도달하여 양호한 인쇄 부위(A)를 형성하는 레이저 광은 높은 파워를 갖는 중앙 부위(19a)에 한정된다. 이 중앙 부위(19a)는 파워 준위들의 격차가 감소됨으로써 상대적으로 높은 파워 준위들의 균일한 분포를 갖게 된다. 따라서, 종래의 문제점인 불완전 인쇄와 같은 레이저 인쇄 공정에서의 품질 불량을 방지할 수 있으며, 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 아울러, 레이저 광은 필터를 통과하는 중앙 부위가 원하는 인쇄 크기와 맞도록 확대기에서 충분히 확대시켜 준다.
지금까지 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 레이저 인쇄 장치의 광학 시스템은 필터가 구비된 확대기를 통하여 낮은 파워를 갖는 레이저 광의 가장자리 부위를 제거해 줌으로써, 높은 파워를 갖는 레이저 광의 중앙 부위만이 실제로 제품에 도달하여 양호한 인쇄 작업을 진행할 수 있다.
도 1은 레이저 인쇄 장치의 종래의 광학 시스템을 보여주는 개략적인 구성도,
도 2는 도 1에 도시된 광학 시스템의 확대기를 통한 레이저 광의 확대 과정을 보여주는 개략도,
도 3은 도 1에 도시된 광학 시스템에 의하여 발생되는 불완전 인쇄 불량을 설명하기 위한 개략도,
도 4는 본 발명에 따른 필터가 구비된 확대기 및 그를 통한 레이저 광의 진행 과정을 보여주는 개략도,
도 5는 도 4의 필터가 구비된 확대기에 의하여 파워 분포가 균일화된 레이저 광 및 그에 따른 완전 인쇄를 설명하기 위한 개략도이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
10 : 레이저 인쇄 장치의 광학 시스템
11 : 레이저 발진기(laser head)
12 : 광축 조정 거울(optical axis adjustment mirror)
13 : 확대기(expander)
14 : 활자 선택 거울(font select mirror)
15 : 시준 렌즈(collimator lens)
16 : 마스크(mask)
17 : 주사 거울(scanning mirror)
18 : 초점 렌즈(focusing lens)
19 : 레이저 광(laser beam) 20 : 제품(product)
30 : 확대기(expander) 31 : 오목 렌즈
32 : 볼록 렌즈 33 : 필터(filter)

Claims (5)

  1. 복수개의 활자 형상들이 형성된 마스크를 포함하며, 레이저 광이 상기 마스크의 특정 활자 형상을 통과하여 소정의 제품에 상기 특정 활자 형상을 인쇄하는 레이저 인쇄 장치에 있어서,
    상기 레이저 광을 발생시키는 레이저 발진기, 상기 레이저 발진기로부터 발생된 레이저 광의 크기를 확대시키는 확대기, 상기 확대기를 통과한 레이저 광의 경로를 상기 마스크의 특정 활자 쪽으로 유도해 주는 활자 선택 거울, 상기 마스크를 통과함으로써 상기 마스크의 특정 활자 형상을 지니고 있는 레이저 광의 주사 방향을 인쇄하고자 하는 상기 제품의 인쇄 위치로 옮겨주는 주사 거울, 상기 활자 선택 거울과 상기 마스크 사이에 개재되어 레이저 광이 평행하게 상기 마스크를 통과하게 하는 제1 시준 렌즈, 상기 마스크와 상기 주사 거울 사이에 개재되어 상기 마스크를 통과한 레이저 광을 상기 주사 거울 쪽으로 모아주는 제2 시준 렌즈를 포함하며,
    상기 확대기는 레이저 광이 확대되어 출력되는 부분에 형성된 필터를 구비하며, 상기 필터는 상기 확대기를 통하여 확대된 레이저 광의 가장자리 부위를 제거하는 것을 특징으로 하는 레이저 인쇄 장치의 광학 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 필터는 소정의 표면 거칠기를 가짐으로써 상기 확대기를 통하여 확대된 레이저 광의 가장자리 부위를 난반사시켜 산란되도록 하는 것을 특징으로 하는 레이저 인쇄 장치의 광학 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 레이저 발진기와 상기 확대기 사이에는 상기 레이저 광의 경로를 조정하는 광축 조정 거울이 한 개 이상 개재되는 것을 특징으로 하는 레이저 인쇄 장치의 광학 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 주사 거울과 상기 제품 사이에는 초점 렌즈가 개재되는 것을 특징으로 하는 레이저 인쇄 장치의 광학 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 제품은 반도체 칩 패키지인 것을 특징으로 하는 레이저 인쇄 장치의 광학 시스템.
KR1019970048082A 1997-09-22 1997-09-22 레이저 광의 횡단면 파워 분포를 균일화하기 위한 필터가구비된 확대기를 포함하는 레이저 인쇄 장치의 광학 시스템 KR100461489B1 (ko)

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