KR100579173B1

KR100579173B1 - Laser cutter

Info

Publication number: KR100579173B1
Application number: KR1020020058971A
Authority: KR
Inventors: 정곤진; 강유명; 류상길; 노철래
Original assignee: 삼성에스디아이 주식회사
Priority date: 2002-09-27
Filing date: 2002-09-27
Publication date: 2006-05-11
Also published as: KR20040027196A

Abstract

본 발명은 냉각장치가 개선된 레이저 절단기에 관한 것으로서, 레이저빔을 절단될 기판의 상면으로 조사하는 레이저발진기; 및 상기 레이저발진기에 의해 가열된 기판의 레이저빔 집광면에 접촉되는 흡열부 및 상기 흡열부와 접합된 발열부를 구비하는 열전소자와 상기 열전소자의 발열부와 접촉하고 전열매체가 순환하는 냉각파이프를 구비하는 냉각수단을 포함한다.The present invention relates to a laser cutting machine having an improved cooling device, comprising: a laser oscillator for irradiating a laser beam onto an upper surface of a substrate to be cut; And a thermoelectric element having a heat absorbing portion contacting the laser beam condensing surface of the substrate heated by the laser oscillator and a heat generating portion bonded to the heat absorbing portion, and a cooling pipe contacting the heat generating portion of the thermoelectric element and circulating the heat transfer medium. It includes a cooling means provided.

상술한 바와 같이 구성함에 따라 냉각유체 비산에 따른 절단작업 완료 후 행하는 세정 작업 과정을 없앰과 아울러 냉각 영역 및 냉각온도의 정확한 제어가 가능하여 절단성능을 향상시키는 이점이 있다.As described above, it is possible to eliminate the cleaning operation performed after the cutting operation due to the cooling fluid scattering and to precisely control the cooling area and the cooling temperature, thereby improving cutting performance.

레이저절단기, 열전소자, 냉각장치, 기판Laser Cutting Machine, Thermoelectric Element, Cooling Device, Substrate

Description

Laser cutting machine {LASER CUTTER}

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 냉각장치의 구조가 개선된 레이저 절단기의 구성을 도시한 도면,1 is a view illustrating a configuration of a laser cutting machine having an improved structure of a cooling apparatus according to an embodiment of the present invention;

도 2는 상기 도 1의 A-A′를 따른 단면도,FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line AA ′ of FIG. 1;

도 3은 상기 도 1,2의 냉각장치의 다른 예를 도시한 도면이다.3 is a view showing another example of the cooling device of FIGS.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>

1 : 기판 10 : 레이저절단기1: Substrate 10: Laser Cutting Machine

11 : 레이저발진기 20 : 냉각수단11 laser oscillator 20 cooling means

A : 집광면 21 : 전원공급수단A: light collecting surface 21: power supply means

23,23′ : 열전소자 23a : 홈23,23 ′: Thermoelectric element 23a: Groove

23c : 흡열부 23e : 발열부23c: heat absorbing portion 23e: heat generating portion

25 : 냉각파이프 27 : 패드25 cooling pipe 27 pad

D : 집광면(A) 폭 d : 열전소자(23)길이D: condensing surface (A) width d: length of thermoelectric element 23

본 발명은 레이저발진에 의해 기판을 절단하는 레이저 절단기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 상기 레이저 발진에 의해 급 가열된 유리기판을 급냉각시키는 개선된 냉각장치를 갖는 레이저 절단기에 관한 것이다.The present invention relates to a laser cutting machine for cutting a substrate by laser oscillation, and more particularly, to a laser cutting machine having an improved cooling device for rapidly cooling a glass substrate rapidly heated by the laser oscillation.

레이저 절단기는 기판 상에 급가열 및 급냉각으로 인한 열충격을 발생시켜 기판을 절단시키는 것으로서, 그 구성은 기판 상에 레이저빔을 조사하는 레이저발진기와, 상기 레이저발진기의 후측에 설치되어 상기 레이저빔에 의해 급 가열된 레이저빔 집광면으로 냉각수를 분사시켜 그 집광면을 급냉시키는 냉각장치로 구성된다.The laser cutting machine cuts the substrate by generating thermal shock due to rapid heating and quenching on the substrate. The laser cutting machine includes a laser oscillator for irradiating a laser beam on the substrate, and a rear side of the laser oscillator. And a cooling device which injects cooling water into the laser beam condensing surface that is rapidly heated by the liquid crystal and rapidly cools the condensing surface.

상기 냉각장치로는 냉각수를 노즐을 통해 스프레이식으로 분사하는 것이 종래에 사용되었다.As the cooling device, spraying cooling water through a nozzle has been conventionally used.

그러나, 스프레이식으로 냉각수를 분사시킬 경우 냉각수가 기판과 충돌하면서 비산되어 유리기판의 적정 냉각면을 벗어나게 되어 그 비산물로 인한 유리기판의 절단품질이 저하되어 제품의 수율이 감소되고, 기판의 오염이 초래되어 후 공정에서 기판의 세정공정을 추가로 수반해야 하는 문제점이 있다.However, when spraying the cooling water in a spray type, the cooling water is scattered as it collides with the substrate, leaving the proper cooling surface of the glass substrate, and thus the cutting quality of the glass substrate due to the scattering product is reduced, resulting in a decrease in product yield and contamination of the substrate. This results in a problem that the cleaning process of the substrate must be additionally involved in a later process.

이러한 문제점을 해소시키기 위하여 종래에는 냉각수를 분사시키지 않고 냉각수를 그 집광면에 묻혀주는 접촉수단을 사용하고 있다.In order to solve this problem, conventionally, a contact means is used to bury the coolant on its condensing surface without spraying the coolant.

그 예로 대한민국공개실용신안공보(공개번호 실2000-0008429호 : 고안의 명칭 : 레이저 절단기의 냉각장치)에 개시된 바 있다.For example, it is disclosed in Korean Utility Model Publication (Publication No. 2000-0008429: Designation name: Cooling device of laser cutting machine).

그 구성을 살펴보면, 레이저발진기에 의해 가열된 기판의 레이저빔 집광면을 냉각시킬 수 있도록 냉각수를 저장하는 냉각수탱크와, 상기 냉각수탱크의 하단에 설치되어 상기 기판의 레이저빔 집광면에 접촉되면서 냉각수를 묻혀주는 접촉수단으로 된 것으로서, 그 접촉수단을 냉각수탱크의 하단에 회전가능토록 설치되어 상기 기판의 레이저빔 집광면을 따라 회전되면서 냉각수를 묻혀주는 회전롤러로 한 것을 특징으로 한다.Looking at the configuration, the cooling water tank for storing the cooling water to cool the laser beam condensing surface of the substrate heated by the laser oscillator, and is installed at the lower end of the cooling water tank and in contact with the laser beam condensing surface of the substrate It is made of a contact means to be buried, the contact means is rotatably installed on the lower end of the cooling water tank is characterized in that the rotating roller to bury the cooling water while rotating along the laser beam condensing surface of the substrate.

그러나, 상기의 구성 역시 냉각수를 이용하여 냉각시키기 때문에 냉각수가 비산되는 문제점을 해소시킬 수 는 있으나 냉각수가 흐르는 등의 문제점을 완전하게 극복하지는 못한다.However, the above configuration can also solve the problem that the cooling water is scattered because it is cooled by using the cooling water, but does not completely overcome the problems such as the flow of cooling water.

또한, 상술한 바와 같이 냉각수를 사용하게 될 경우 기판종류에 따라 급 가열 및 급 냉각 온도차의 최적화가 불가능하여 절단속도에 제한을 받는 문제점이 있다.In addition, when the cooling water is used as described above, there is a problem in that the cutting speed is limited because it is impossible to optimize the rapid heating and the rapid cooling temperature difference according to the substrate type.

따라서, 본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출 된 것으로서, 본 발명의 첫 번째 목적은 냉각장치를 냉각유체를 사용하지 않아 비산물로 인하여 기판의 품질이 저하되는 것을 방지함과 아울러 기판을 세정하기 위한 공정을 없애는 냉각장치가 개선된 레이저 절단기를 제공하는 데 있다.Accordingly, the present invention has been made to solve the above-described problems, the first object of the present invention is to use a cooling fluid in the cooling device to prevent the substrate quality from being degraded due to by-products while cleaning the substrate It is an object of the present invention to provide a laser cutting machine having an improved cooling apparatus that eliminates a process for performing the same.

본 발명의 두 번째 목적은 냉각영역 및 냉각온도의 정확한 제어가 가능토록 하는 냉각장치가 개선된 레이저 절단기를 제공하는 데 있다.It is a second object of the present invention to provide a laser cutting machine having an improved cooling apparatus that enables accurate control of a cooling zone and a cooling temperature.

상술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 레이저빔을 절단될 기판의 상면으로 조사하는 레이저발진기; 및 상기 레이저발진기에 의해 가열된 기판의 레이저빔 집광면에 접촉되는 흡열부 및 상기 흡열부와 접합된 발열부를 구비하는 열전소자와 상기 열전소자의 발열부와 접촉하고 전열매체가 순환하는 냉각파이프를 구비하는 냉각수단을 포함한다.The present invention to achieve the above object is a laser oscillator for irradiating a laser beam to the upper surface of the substrate to be cut; And a thermoelectric element having a heat absorbing portion contacting the laser beam condensing surface of the substrate heated by the laser oscillator and a heat generating portion bonded to the heat absorbing portion, and a cooling pipe contacting the heat generating portion of the thermoelectric element and circulating the heat transfer medium. It includes a cooling means provided.

상기 열전소자는 그 내부에 반원형의 홈이 길이방향으로 형성된 반원통형으로 형성되며; 상기 홈에는 방열수단으로서 전열매체가 순환하는 냉각파이프가 삽입된다.The thermoelectric element is formed in a semi-cylindrical shape having a semi-circular groove in the longitudinal direction therein; Cooling pipes through which the heat transfer medium circulates are inserted into the grooves.

상기 열전소자의 외부에는 상기 기판면과의 접촉력을 증대시키도록 탄성을 갖는 패드가 추가로 구성되며, 상기 패드는 열전도도가 높은 재료를 사용하여 냉각효율을 저하시키지 않으면서 기판과의 접촉력을 증대시키도록 탄성을 갖는 재료를 사용함이 바람직하다.A pad having elasticity is further formed outside the thermoelectric element to increase the contact force with the substrate surface, and the pad is made of a material having high thermal conductivity to increase the contact force with the substrate without lowering the cooling efficiency. It is preferable to use a material having elasticity.

상기 열전소자는 상기 집광면의 폭과 같거나 그 보다 조금 크게 형성함이 바람직하다.The thermoelectric element is preferably formed to be equal to or slightly larger than the width of the light collecting surface.

이하, 도 1 및 도 2를 참조로 하여 본 발명의 일 실시 예에 의한 레이저 절단기의 냉각장치의 구성 및 작용에 대해서 좀더 자세히 설명한다.1 and 2 will be described in more detail with respect to the configuration and operation of the cooling apparatus of the laser cutting machine according to an embodiment of the present invention.

레이저 절단기(10)는 상기 도면에 도시된 바와 같이 절단될 기판(1)상에 레이저빔을 조사하는 레이저발진기(11)와, 상기 레이저발진기(11) 진행 방향의 후방측에 설치되어 상기 레이저빔 집광면(A)에 접촉되어 기판(1)을 급냉각시키는 냉각수단(20)으로 구성된다.The laser cutting machine 10 is provided with a laser oscillator 11 for irradiating a laser beam onto the substrate 1 to be cut as shown in the figure, and is installed on the rear side in the traveling direction of the laser oscillator 11 and the laser beam. It consists of the cooling means 20 which contacts the condensing surface A, and rapidly cools the board | substrate 1. As shown in FIG.

상기 냉각수단(20)은 서로 다른 2개의 반도체를 접합하여 구성하는 것으로 전원공급수단(21)으로부터 공급되는 전류를 인가하게 되면 펠티어 효과(PELTIER EFFECT)에 의해 그 양면에 흡열 및 발열이 각기 일어나는 열전소자(23)를 이용한 다.The cooling means 20 is formed by joining two different semiconductors. When the current supplied from the power supply means 21 is applied, thermoelectrics generate heat and heat on both sides thereof by the Peltier effect. The element 23 is used.

상기 열전소자(23)는 그 내부에 반원형으로 하여 길이 방향을 따라 홈(23a)을 마련하는 반원통형으로 제작된 것으로서, 그 외부측을 흡열부(23c)로 하고 내부측을 발열부(23e)로 한다.(설명의 용이성을 위하여 그 흡열부(23c) 및 발열부(23e)를 점선으로 구획표시함)The thermoelectric element 23 is made of a semi-cylindrical shape having a semi-circular shape in the inside thereof to provide the groove 23a along the longitudinal direction, the outer side of which is the heat absorbing portion 23c, and the inner side of the heat generating portion 23e. (The heat absorbing portion 23c and the heat generating portion 23e are divided by dotted lines for ease of explanation.)

따라서, 상기 흡열부(23c)는 기판(1)의 집광면(A)에 접촉되어 기판(1)을 급냉각시키고, 상기 발열부(23e)는 방열수단으로 상기 홈(23a)에 냉각파이프(25)가 삽입되어 그 발열부(23e)가 냉각된다.Accordingly, the heat absorbing portion 23c is in contact with the light collecting surface A of the substrate 1 to rapidly cool the substrate 1, and the heat generating portion 23e is a cooling pipe (3) in the groove 23a as a heat radiating means. 25 is inserted to cool the heat generating portion 23e.

상기 냉각파이프(25)는 그 내부에 전열매체(R : 예컨대, 냉각수, 냉매 등) 순환시킴으로써 상기 발열부(23e)를 냉각시키게 된다.The cooling pipe 25 cools the heat generating part 23e by circulating a heat transfer medium R (for example, cooling water and a refrigerant) therein.

한편, 상기 열전소자(23)의 외부에는 상기 기판(1)과의 접촉력을 증대시키도록 탄성을 갖는 패드(27)가 추가로 구성된다.On the other hand, the pad 27 having elasticity is further formed outside the thermoelectric element 23 to increase the contact force with the substrate 1.

이때, 상기 패드(27)는 열전도도가 높은 재료로 제작하여 냉각성능에 저해가 되지 않도록 함이 바람직하다.At this time, the pad 27 is preferably made of a material having high thermal conductivity so as not to impair the cooling performance.

상기 열전소자(23)의 길이(d)는 상기 레이저 빔 집광면(A)의 폭(D)과 같거나 그보다 길게 제작함이 바람직 할 것이다.The length d of the thermoelectric element 23 may be manufactured to be equal to or longer than the width D of the laser beam condensing surface A.

상술한 바와 같은 열전소자(23)는 전원공급수단(21)으로부터 인가되는 전압의 크기를 제어하여 열전소자(23)의 냉각온도 제어가 가능하다.The thermoelectric element 23 as described above can control the cooling temperature of the thermoelectric element 23 by controlling the magnitude of the voltage applied from the power supply means 21.

도 1에서 부호(C)는 절단선을 의미한다.In FIG. 1, the symbol C means a cutting line.

도 3은 상기 도 1,2에 도시된 열전소자(23)의 다른 형태를 도시한 도면이다.3 is a diagram illustrating another embodiment of the thermoelectric element 23 illustrated in FIGS. 1 and 2.

상기 도면에 도시된 바와 같이 열전소자(부호 23′로 명기함)를 반원통형으로 제작하지 않고 사각형태로 제작하여 복수개를 반원통형으로 배치하여 구성한 예를 나타낸 것이다.As shown in the drawing, the thermoelectric element (designated by reference numeral 23 ') is not manufactured in a semi-cylindrical shape, but is manufactured in a quadrangular shape, and a plurality of semi-cylindrical arrangements are shown.

도시된 바와 같이 열전소자(23)는 특정 형태에 한정된 것이 아니라 기판(1)과의 접촉성을 고려하여 다양한 형태로 변경 가능하다.As shown in the drawing, the thermoelectric element 23 is not limited to a specific form, and may be changed to various forms in consideration of contact with the substrate 1.

상술한 바와 같이 본 발명은 레이저발진기로부터 조사된 레이저 빔 집광면을 열전소자를 이용하여 냉각시키도록 구성함에 따라 냉각유체의 비산물이 발생하지 않아 절단작업을 마친 후 기판을 세정하는 공정을 없애는 이점이 있다.As described above, according to the present invention, the laser beam condensing surface irradiated from the laser oscillator is configured to cool by using a thermoelectric element, so that no scattering of the cooling fluid is generated, thereby eliminating the process of cleaning the substrate after cutting. There is this.

또한, 냉각 영역을 정확하게 할 수 있어 절단불량을 최소화시키는 이점이 있다.In addition, there is an advantage in that the cooling area can be precisely minimized to minimize cutting defects.

또한, 냉각온도의 정확한 제어가 가능하여 절단 성능을 향상시키는 이점이 있다.In addition, it is possible to precisely control the cooling temperature has the advantage of improving the cutting performance.

이와 같이, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구범위 뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.As described above, in the detailed description of the present invention, specific embodiments have been described. However, various modifications may be made without departing from the scope of the present invention. Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiments, but should be defined by the claims below and equivalents thereof.

Claims

A laser oscillator for irradiating a laser beam onto the upper surface of the substrate to be cut; And

A thermoelectric element having a heat absorbing portion contacting the laser beam condensing surface of the substrate heated by the laser oscillator and a heat generating portion joined to the heat absorbing portion, and a cooling pipe contacting the heat generating portion of the thermoelectric element and circulating the heat transfer medium. Laser cutting machine comprising a cooling means.

The method of claim 1,

The thermoelectric element is formed in a semi-cylindrical shape having a semi-circular groove in the longitudinal direction therein;

And a cooling pipe in which the heat transfer medium circulates is inserted into the groove.

The method of claim 2,

Laser pads, characterized in that the outer side of the thermoelectric element is further configured to have an elastic pad to increase the contact force with the substrate surface.

The method of claim 3, wherein

And the pad is made of a material having high thermal conductivity.

The method of claim 1,

The length of the thermoelectric element is a laser cutter, characterized in that formed in the same or larger than the width of the light collecting surface.