KR100773667B1 - Laser-assisted etching process and apparatus utilizing an optical fiber as a light delivery and micromachining tool - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 본 발명자들이 본 발명 이전에 개발한 레이저 에칭장치의 일례를 나타낸 블록도,1 is a block diagram showing an example of a laser etching apparatus developed by the inventors prior to the present invention;
도 2는 레이저 에칭의 기본 원리를 설명하기 위한 설명도,2 is an explanatory diagram for explaining the basic principle of laser etching;
도 3은 레이저 에칭의 과정도,3 is a process diagram of laser etching,
도 4는 본 발명에 따른 레이저 에칭장치의 구성을 나타낸 블록도,4 is a block diagram showing the configuration of a laser etching apparatus according to the present invention;
도 5는 레이저 출력의 변화에 따른 광섬유 끝단과 피가공물 표면과의 최소 이격 거리를 나타낸 그래프,5 is a graph showing a minimum separation distance between an optical fiber end and a workpiece surface according to a change in laser power;
도 6 및 도 7은 본 발명에 따른 광섬유를 광전송 및 가공 도구로 사용하는 레이저 에칭 장치를 이용하여 가공된 마이크로 구조물의 사진,6 and 7 are photographs of microstructures processed using a laser etching apparatus using an optical fiber according to the present invention as a light transmission and processing tool,
도 8은 본 발명에 따라 가공된 고세장비 마이크로 채널의 예를 나타낸 평면도이고,8 is a plan view showing an example of the high-rigidity microchannel processed according to the present invention,
도 9는 도 8의 마이크로채널의 단면모양을 나타낸 단면도,9 is a cross-sectional view of a cross-sectional view of the microchannel of FIG. 8;
도 10은 본 발명에 따라 가공 시간을 단축하면서 마이크로 홀을 제조하는 과정을 순서대로 나타낸 도면,10 is a view showing in sequence the process of manufacturing micro holes while reducing the processing time according to the present invention,
도 11은 광섬유의 끝단에 렌즈형 광섬유를 설치한 예를 나타낸 도면,11 is a view showing an example in which a lens-type optical fiber is installed at the end of the optical fiber,
도 12와 도 13은 광분배기 또는 광결합기를 이용하여 레이저빔을 여러 개로 분기시킨 예를 나타낸 도면이다.12 and 13 illustrate an example in which a laser beam is divided into several parts using an optical splitter or an optical combiner.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
300 : 레이저 310 : 대물렌즈300: laser 310: objective lens
320, 346, 360 : 미세이송계 330, 902, 904, 912 : 광섬유320, 346, 360:
340 : 고정용 지그 342 : 광섬유 페룰340: fixing jig 342: optical fiber ferrule
344 : 지지대 350 : 챔버344: support 350: chamber
352 : 피가공물 354 : 에칭용액352: workpiece 354: etching solution
356 : 펌프 358 : 튜브356
370 : 모터구동장치 380 : 컴퓨터370: motor drive unit 380: computer
390 : 카메라 800 : 렌즈형 광섬유390: camera 800: lenticular optical fiber
900 : 광결합기 910 : 광분배기900: optical coupler 910: optical splitter
본 발명은 레이저 에칭 방법과 그 장치에 관한 것으로, 특히 에칭용액 속의 피가공물에 레이저빔을 조사하여 레이저빔이 조사되는 부분의 피가공물과 에칭용액 간의 화학반응이 원활하게 일어나도록 유도하여 피가공물이 가공되도록 하는 레이저 에칭방법 및 그 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a laser etching method and apparatus thereof, and in particular, to irradiate the workpiece in the etching solution with a laser beam to induce a chemical reaction between the workpiece and the etching solution in the portion to which the laser beam is irradiated to facilitate the workpiece. The present invention relates to a laser etching method and an apparatus for processing the same.
수~수백 마이크로미터 크기의 홀(hole) 혹은 채널(channel)과 같은 마이크로 구조물은 최근 급성장하고 있는 정보통신, 생명공학, 미세계측 분야들의 요소 부품인 마이크로 반응기(micro reactor), 마이크로 유체소자(micro fluidic device) 및 마이크로 히트 파이프(micro heat pipe)와 같은 미소 열유체소자(micro thermal/fluidic device)의 핵심적인 구조에 해당한다. 이러한 마이크로 구조물의 제조 기술은 멤스(micro electromechanical system, MEMS) 기술의 발전과 함께 마이크로 소자의 고집적화, 고성능화를 위해 다양하게 개발되고 있으며, 마이크로 시스템 기술의 성장에 따라 다양한 형태의 미세 구조 특히, 수요가 많은 마이크로 홀과 채널의 초정밀 가공 원천기술 개발은 관련된 산업의 발전과 첨단화에 기여할 것으로 기대된다.Microstructures, such as holes or channels, ranging in size from hundreds to hundreds of micrometers, are micro-reactors and micro-fluidic devices that are components of the rapidly growing fields of information communication, biotechnology, and micromeasuring Corresponds to the core structure of micro thermal / fluidic devices such as fluidic devices and micro heat pipes. The manufacturing technology of such microstructures has been developed in various ways for high integration and high performance of micro devices with the development of micro electromechanical system (MEMS) technology. The development of ultra-precision raw technology for many micro holes and channels is expected to contribute to the development and advancement of related industries.
직경 혹은 폭이 작고 깊이가 깊은 홀과 채널로 이루어진 마이크로 구조물은 그 내부에 큰 모세관압력을 가질 수 있기 때문에 마이크로 소자 제조 시, 별도의 구동전원이 없이도 동작이 가능할 뿐만 아니라 고성능, 고효율의 다기능 마이크로 소자로서도 활용 가능하다는 장점을 가진다. 따라서 다양한 재료 상에 수~수백 마이크로미터의 홀 및 채널 구조를 균일하고 깊게 가공할 수 있는 초정밀 가공기술이 필요하다. 현재, 각종 산업분야에서 이용되고 있는 초정밀 가공기술로는 기계 가공, 반도체 및 MEMS 공정, 전자빔 가공, 리가(X-ray lithography, LIGA) 공정 및 레이저 어블레이션, 레이저 식각 등이 있으며 각 기술마다 장, 단점을 가지고 있기 때문에 이용되는 분야 또한 다르다.Microstructures made of small diameters, widths, and deep holes and channels can have large capillary pressures in them, so that micro devices can be operated without a separate driving power. It has the advantage that it can be used as. Therefore, there is a need for an ultra-precision machining technology capable of uniformly and deeply processing hole and channel structures of several to several hundred micrometers on various materials. Currently, ultra-precision processing technologies used in various industries include machining, semiconductor and MEMS processes, electron beam processing, X-ray lithography (LIGA) processes, laser ablation, and laser etching. The areas used are also different because they have disadvantages.
공구의 수치적 한계라는 단점을 가진 기계 가공으로는 수십 마이크로미터 이 하의 구조물 제작이 어렵고 공구 마모 또는 파손이라는 큰 단점을 가지고 있다. 반면, 수 마이크로미터의 초미세 가공이 가능한 반도체 및 MEMS 공정은 실리콘 기판 위에 구조물을 형성하기 위한 것이라는 재료적 한계의 극복이 어려우며 특히, 두께가 두꺼운 금속 박판 예를 들면 약 100 마이크로미터 이상의 금속 박판의 가공이 어렵다는 단점이 있다. 또한, 전자빔 가공이나 LIGA 공정을 이용하는 경우, 각각 진공장치와 X선 발생장치를 기반으로 하는 공정이기 때문에 고가의 설비비를 요구한다. 한편, 높은 에너지밀도 및 우수한 가공성으로 금속, 반도체, 절연체 등 재료적 한계를 가지지 않는 레이저를 이용한 초정밀 가공 중 공기 중에서 국부적으로 피가공물 표면을 직접 제거하는 레이저 어블레이션의 경우, 가공부의 열영향부(heat affected zone)가 매우 크며, 이를 극복하기 위한 방법으로 펨토초 펄스레이저(femto-second pulsed laser) 가공이 있으나 장치가 복잡하고 고가일 뿐만 아니라 펄스의 반복 조사 시 피가공물 표면에 가공 잔해물들이 남아서 쉽게 제거되지 않는다는 단점이 있다.Machining, which has the disadvantage of tool numerical limits, makes it difficult to fabricate structures up to tens of micrometers and has the major disadvantage of tool wear or breakage. On the other hand, it is difficult to overcome the material limitation that semiconductor and MEMS processes capable of ultra-fine processing of several micrometers are for forming a structure on a silicon substrate, and especially thick metal sheets, for example, about 100 micrometers or more. There is a disadvantage that it is difficult to process. In addition, when using an electron beam processing or LIGA process, expensive equipment costs are required because the process is based on a vacuum device and an X-ray generator, respectively. On the other hand, in the case of laser ablation which directly removes the workpiece surface from the air during ultra-precision processing using a laser that does not have material limitations such as metals, semiconductors, and insulators due to its high energy density and excellent workability, The heat affected zone is very large and there is femto-second pulsed laser processing to overcome this problem, but it is not only complicated and expensive, but also easily removes processed residues on the workpiece surface during repeated pulse irradiation. The disadvantage is that it is not.
이와 대조적으로, 레이저 식각의 한 방법인 레이저유도 습식에칭(laser-assisted wet etching, 이하 '레이저 에칭'이라 함) 공정의 경우, 피가공물과 에칭용액 사이에서 일어나는 화학 반응에 레이저를 열원으로 이용하여 원활한 반응이 일어나게 유도함으로써 레이저 어블레이션에 의한 가공에 비해 열영향부가 없는 깨끗한 형상의 구조물을 제작할 수 있으며, 가공 시 발생하는 미세기포들의 유동에 의해 가공 부산물들이 효과적으로 제거될 수 있다. 또한, 레이저출력, 초점의 이송속도 및 에칭용액의 농도 등의 공정 변수에 따라 수~수백 마이크로미터의 크기의 구조물들을 자유롭게 가공할 수 있을 뿐만 아니라 비교적 단순한 장치를 이용하는 공정이므로 장치의 가격 경쟁력에서도 우수하다는 장점을 가진다.In contrast, laser-assisted wet etching (hereinafter referred to as laser etching), a method of laser etching, uses a laser as a heat source for a chemical reaction between the workpiece and the etching solution. By inducing a smooth reaction can be produced a structure of a clean shape having no heat affected zone compared to the processing by laser ablation, processing by-products can be effectively removed by the flow of micro-bubbles generated during processing. In addition, it is possible to freely process structures ranging from several hundreds to hundreds of micrometers according to process variables such as laser power, focusing speed, and concentration of etching solution. Has the advantage.
최근의 마이크로 소자들은 시스템이 점점 소형화, 고집적화 됨에 따라 그 크기 또한 작아져야 할 뿐만 아니라 더욱 고효율 및 고성능을 요구한다. 이에 따라서 초소형, 고성능의 마이크로 소자를 위해서는 수~수십 마이크로미터 크기의 마이크로 구조, 특히 마이크로 홀 및 채널 가공이 많이 요구된다. 마이크로 가공에 가장 널리 이용되고 있는 방전 가공의 경우, 최종 가공될 구조물의 크기에 맞추어 미리 공구를 제작해야 하는데 수 마이크로미터 내지 수십 마이크로미터 크기의 구조물 가공을 위한 공구 자체의 제작이 용이하지 않을 뿐만 아니라 한번 사용한 공구는 다시 사용할 수 없으므로 시간과 비용이 많이 들고 스테인리스 스틸과 같은 난삭재료의 가공 시, 공구 파손의 우려도 발생한다.Today's microdevices require not only their size to be smaller, but also more efficient and higher performance as the system becomes smaller and more integrated. Accordingly, microstructures ranging from tens to tens of micrometers, particularly micro holes and channel processing, are required for ultra-small, high-performance micro devices. In the case of electric discharge machining, which is most widely used for micro machining, tools have to be manufactured in advance according to the size of the structure to be finalized. Once used, tools cannot be reused, which is expensive and time-consuming, and can cause tool breakage when machining difficult materials such as stainless steel.
반면, 레이저 에칭을 이용한 가공의 경우, 레이저빔을 이용한 비접촉식 가공이므로 방전 가공이나 기계 가공에서와 같은 공구 마모의 염려가 없으며 레이저빔을 이용하여 피가공물과 에칭용액 사이의 열화학 반응을 유도하여 재료의 가공이 이루어진다. 레이저 에칭에서는 에칭용액의 대류 열전달에 의해 피가공물이 냉각되는 효과가 있으므로 가공 소재의 열변형이나 열영향부 발생 없이 우수한 가공 표면을 얻을 수 있고, 홀이나 채널 가공 시 높은 세장비(세장비: 높이나 깊이를 폭 혹은 직경으로 나눈 값)를 가지면서 정밀하고 균일한 구조물을 가공할 수 있다.On the other hand, in the case of the processing using laser etching, there is no fear of tool wear as in the electric discharge machining or the machining because it is a non-contact processing using the laser beam, and the laser beam is used to induce the thermochemical reaction between the workpiece and the etching solution. Processing takes place. In laser etching, the workpiece is cooled by the convective heat transfer of the etching solution, so it is possible to obtain an excellent processing surface without heat deformation or heat affected zone of the processing material. Precise and uniform structure can be machined with width or diameter divided by
도 1은 본 발명자들이 본 발명 이전에 개발한 레이저 에칭장치의 일례를 나타낸 블록도이다.1 is a block diagram showing an example of a laser etching apparatus developed by the present inventors prior to the present invention.
도 1의 레이저 에칭장치는 크게 레이저부(102), 광학계(104), 이송계(106) 그리고 제어부(108)로 구성된다. 여기에서, 레이저부(102)와 광학계(104)는 레이저빔조사기로 볼 수 있다.The laser etching apparatus of FIG. 1 is largely composed of a
도 1에서, 레이저(100)로부터 나온 레이저빔은 먼저 경로 상에 있는 광학계(104)의 보호 및 가공재료박판(180) 표면에서의 집속 효율을 높이기 위해 빔확대기(110)를 지난다. 빔확대기(110)에서 확대된 빔(120)은 반사경(130), 선형편광기(140)와 1/4파장판(150)을 통과한 후 원형편광 상태로 되어 5배 현미경용 대물렌즈(160)에 입사되고 가공재료박판(180) 표면에 집속된다. 이 때, 선형편광기(140)와 1/4파장판(150)을 빔 경로 상에 설치하여 레이저빔을 원형편광으로 만드는 이유는 가공재료박판(180) 표면에서 반사된 빔이 레이저(100)로 다시 들어가서 레이저(100)에 손상을 주는 것을 방지함과 동시에 편광 상태에 따른 가공 결과의 변화를 최소화하기 위해서이다. 에칭용액과 가공재료박판(180)이 담겨진 챔버(170)는 1 마이크로미터의 정밀도를 가지는 모터가 장착된 X-Y-Z 미세 이송계(190) 위에 놓이며, 화학 반응을 방지하기 위하여 테플론(Teflon) 재질로 제작된 것이 바람직하다. X-Y-Z 미세 이송계(190)는 모터구동장치(220)로 동작되며 제어수단(230)에 설치된 이송계 제어프로그램을 통해 챔버(170)와 가공재료박판(180)의 이송 경로가 제어된다. 제어수단(230)으로는 컴퓨터가 적당하다. 또한, 에칭 가공 중, 충분한 에칭용액의 공급과 가공 중에 발생하는 미세기포를 레이저 초점 주위에서 효과적으로 제거하기 위하여 연동펌프(210)를 이용하여 에칭용액 저장소(200)로부터 에칭용액을 챔버(170) 내부로 순환시키며, 가공재료박판(180)이 에칭되는 전 과정을 반사 경(130) 위에 설치된 씨씨디 카메라(240)를 통하여 제어수단(230)에 연결된 모니터 상에서 관찰한다.In FIG. 1, the laser beam from the
도 1의 레이저 에칭장치는 피가공물 표면에서 더 작은 집속빔을 만들기 위해 빔확대기가 있어야 하며 금속 피가공물의 경우, 표면에서 반사된 레이저빔이 다시 레이저 시스템으로 전달되어 장치를 파손할 우려가 있기 때문에 선형편광기와 1/4 파장판을 추가적으로 구성하여 레이저빔을 한 방향으로만 통과할 수 있게 한다.The laser etching apparatus of FIG. 1 requires a beam enlarger to make smaller focused beams on the workpiece surface, and in the case of metal workpieces, since the laser beam reflected from the surface may be transferred back to the laser system to damage the device. Additional configuration of the linear polarizer and the quarter wave plate allows the laser beam to pass through in only one direction.
이와 같이 복잡한 광학계들로 이루어진 레이저 에칭 장치에서는 레이저빔을 피가공물까지 전달할 때, 빔확대기, 선형편광기, 1/4파장판, 현미경용 대물렌즈 등과 같은 복잡한 광학계를 거치게 되므로 외부의 충격이나 외란으로 광정렬이 흐트러질 경우, 그 때마다 매번 재정렬을 해야 한다는 불편함이 있다.In the laser etching apparatus composed of such complicated optical systems, when the laser beam is delivered to the workpiece, the laser etching apparatus passes through complicated optical systems such as a beam magnifier, a linear polarizer, a quarter-wave plate, and an objective lens for a microscope. If the alignment is disturbed, it is inconvenient to realign it each time.
또한, 각각의 광학계들은 미세하게 레이저빔을 반사 또는 산란시키는데 이러한 빔은 작업자가 그 경로에 노출될 가능성을 증가시키고 이에 따라 반사 또는 산란된 레이저빔이 작업자의 눈에 침투될 위험성이 크다.In addition, each of the optical systems finely reflects or scatters the laser beam, which increases the likelihood that the operator will be exposed to the path, thereby increasing the risk of the reflected or scattered laser beam penetrating the operator's eyes.
또, 많은 부품들로 인해 장비의 크기가 커지고 제조단가가 높고 설계변경이 곤란하다는 단점이 있다.In addition, many components have the disadvantage that the size of the equipment is large, manufacturing cost is high, and design change is difficult.
그 외에 한번 가공 시 하나의 빔만 사용하기 때문에 가공속도 및 가공생산성이 떨어진다는 단점도 있다.In addition, since only one beam is used at a time, there is a disadvantage in that the processing speed and productivity are inferior.
즉, 도 1에 나타낸 바와 같은 레이저 에칭장치는 더 개선할 필요가 있다.That is, the laser etching apparatus as shown in FIG. 1 needs to be further improved.
본 발명의 목적은 광정렬이 흐트러질 우려가 적은 레이저 에칭방법을 제공하는 데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a laser etching method which is less likely to disturb the light alignment.
본 발명의 다른 목적은 광학계 표면에서 반사되거나 산란된 레이저빔에 작업자가 노출될 위험이 적은 레이저 에칭방법을 제공하는 데 있다.Another object of the present invention is to provide a laser etching method having a low risk of worker exposure to the laser beam reflected or scattered on the surface of the optical system.
본 발명의 또 다른 목적은 가공속도가 향상된 레이저 에칭방법을 제공하는 데 있다.Still another object of the present invention is to provide a laser etching method having an improved processing speed.
본 발명의 또 다른 목적은 장치의 부품수를 줄일 수 있는 레이저 에칭방법을 제공하는 데 있다.It is still another object of the present invention to provide a laser etching method capable of reducing the number of parts of an apparatus.
본 발명의 나머지 목적은 본 발명의 방법을 구현하기 위한 레이저 에칭장치를 제공하는 데 있다.Another object of the present invention is to provide a laser etching apparatus for implementing the method of the present invention.
본 발명에 따른 레이저 에칭방법은 에칭용액 속의 피가공물에 레이저빔을 조사하여 상기 레이저빔이 조사되는 부분의 상기 피가공물과 상기 에칭용액 간의 화학반응이 원활하게 일어나도록 유도하여 상기 피가공물이 가공되도록 하는 레이저 에칭방법에 있어서, 레이저빔을 발생시키는 레이저빔 발생단계, 상기 발생된 레이저빔을 광섬유를 통해 상기 피가공물 쪽으로 전송하는 광섬유를 통한 레이저빔 전송단계 및 상기 피가공물 쪽으로 전송된 상기 레이저빔을 광섬유를 통해 상기 피가공물의 가공하고자하는 부분에 출사시켜 상기 레이저빔을 조사하는 광섬유를 통한 레이저빔 조사단계를 포함하는 구성을 가진다.The laser etching method according to the present invention irradiates a laser beam to a workpiece in an etching solution to induce a chemical reaction between the workpiece and the etching solution in a portion to which the laser beam is irradiated so that the workpiece is processed. A laser etching method, comprising: a laser beam generation step of generating a laser beam, a laser beam transmission step through an optical fiber for transmitting the generated laser beam toward the workpiece through an optical fiber, and the laser beam transmitted toward the workpiece And a laser beam irradiation step through the optical fiber for irradiating the laser beam to the portion to be processed through the optical fiber to be processed.
상기 레이저빔 조사단계에 의해 상기 피가공물에 형성된 가공부 내부로 상기 레이저빔이 출사되는 상기 광섬유 끝단을 삽입하는 광섬유 삽입단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.It is preferable to further include an optical fiber insertion step of inserting the optical fiber end from which the laser beam is emitted into the processing unit formed in the workpiece by the laser beam irradiation step.
상기 레이저빔이 출사되는 상기 광섬유 끝단 또는 상기 피가공물을 상하로 이동시키는 상하 이동단계를 더 포함하는 것이 더욱 바람직하다.More preferably, further comprises a vertical movement step of moving the end of the optical fiber or the workpiece to the laser beam is emitted.
경우에 따라, 상기 레이저빔을 2이상의 광섬유들로 분기시키는 단계를 더 포함할 수 있다.In some cases, the method may further include branching the laser beam into two or more optical fibers.
상기 광섬유에서 출사되는 레이저빔을 렌즈형 광섬유로 집속하는 레이저빔 집속단계를 더 포함할 수 있다.The method may further include a laser beam focusing step of focusing the laser beam emitted from the optical fiber into the lens-type optical fiber.
상기 에칭용액을 상기 챔버 내부에서 순환시키는 에칭용액 순환단계, 상기 피가공물에 조사되는 레이저빔에 의해 상기 피가공물이 가공되는 과정을 촬영하는 단계 및 상기 촬영된 것을 디스플레이로 출력하는 단계를 더 포함하는 것이 좋다.Etching solution circulation step of circulating the etching solution in the chamber, photographing the process of processing the workpiece by the laser beam irradiated to the workpiece and the step of outputting the photographed to the display It is good.
본 발명에 따른 레이저 에칭장치는 챔버에 담긴 에칭용액 속의 피가공물에 레이저빔을 조사하여 상기 레이저빔이 조사되는 부분의 상기 피가공물과 상기 에칭용액 간의 화학반응이 원활하게 일어나도록 유도하여 상기 피가공물을 가공하는 레이저 에칭장치에 있어서, 레이저빔을 발생시키기 위한 레이저, 상기 레이저에서 발생된 레이저빔을 수광하고 상기 수광된 레이저빔을 상기 피가공물 쪽으로 이송하여 상기 피가공물의 가공하고자하는 부분에 출사하여 상기 레이저빔을 조사하는 광섬유 및 상기 레이저빔이 출사되는 광섬유 끝단과 상기 피가공물 상호간을 상대적으로 이동시키기 위한 미세이송계를 포함하는 구성을 가진다.The laser etching apparatus according to the present invention irradiates a laser beam to a workpiece in an etching solution contained in a chamber to induce a chemical reaction between the workpiece and the etching solution in the portion to which the laser beam is irradiated to smoothly occur. A laser etching apparatus for processing a laser beam, comprising: a laser for generating a laser beam, a laser beam generated by the laser, receiving the laser beam, and transferring the received laser beam toward the workpiece to output the portion to be processed; An optical fiber for irradiating the laser beam and a micro-feed system for relatively moving the end of the optical fiber from which the laser beam is emitted and the workpiece relative to each other.
상기 레이저빔이 출사되는 광섬유 끝단은 상기 에칭용액에 부식되지 않는 광 섬유 페룰에 장착되고, 상기 미세이송계는 상기 광섬유 끝단을 이송시키기 위한 제 1미세이송계이고, 상기 제 1미세이송계에는 상기 페룰을 잡아주는 지그가 설치되어 있는 것이 바람직하다.The optical fiber end from which the laser beam is emitted is mounted on an optical fiber ferrule which is not corroded to the etching solution, and the microfeed system is a first microfeed system for transferring the end of the optical fiber, and the ferrule is held by the first microfeed system. It is preferable that the jig is provided.
바람직하게, 상기 제 1미세이송계는 정밀 모터로 구동되며, 상기 제 1미세이송계에는 모터구동장치가 연결되고, 상기 모터구동장치는 상기 모터구동장치의 제어프로그램이 설치된 컴퓨터에 연결된다.Preferably, the first micro feed system is driven by a precision motor, the motor drive device is connected to the first micro feed system, and the motor drive device is connected to a computer on which a control program of the motor drive device is installed.
경우에 따라 상기 미세이송계는 상기 챔버를 미소이송시키기 위한 제 2미세이송계이고, 상기 챔버에는 상기 챔버 내부의 에칭용액을 순환시키기 위한 펌프와 순환관이 설치되어 있는 구성을 가질 수 있다.In some cases, the microfeed system may be a second microfeed system for microfeeding the chamber, and the chamber may have a configuration in which a pump and a circulation pipe for circulating the etching solution in the chamber are installed.
물론, 미세이송계는 양쪽 모두에 설치되는 것이 바람직하다.Of course, the microfeed system is preferably installed in both.
상기 챔버의 일측에는 투명부가 형성되어 있고, 상기 투명부 바깥쪽에는 상기 챔버 내부를 촬영하기 위한 카메라가 설치되고, 상기 카메라는 디스플레이를 갖는 컴퓨터에 연결되어 가공과정을 확인할 수 있도록 된 것이 더욱 바람직하다.One side of the chamber is formed with a transparent portion, the outside of the transparent portion is provided with a camera for photographing the inside of the chamber, the camera is more preferably connected to a computer having a display to check the processing process. .
상기 레이저빔이 입사되는 광섬유의 일단에는 상기 광섬유의 일단의 위치를 조정하기 위한 제 3미세이송계가 설치되어 있는 것이 더욱 바람직하다.More preferably, one end of the optical fiber to which the laser beam is incident is provided with a third fine transfer system for adjusting the position of one end of the optical fiber.
상기 레이저와 상기 레이저빔이 입사되는 광섬유의 일단 사이에 상기 레이저에서 발생된 레이저빔을 집속하여 상기 광섬유 일단으로 입사하기 위한 대물렌즈가 배치된 것이 바람직하다.Preferably, an objective lens for focusing the laser beam generated by the laser and entering the one end of the optical fiber is disposed between the laser and one end of the optical fiber to which the laser beam is incident.
상기 레이저빔이 출사되는 광섬유의 끝단에 광결합기 또는 광분배기가 설치되고, 상기 광결합기 또는 광분배기에 2이상의 다른 광섬유들이 설치되어 있는 것 이 좋다.It is preferable that an optical coupler or a splitter is installed at the end of the optical fiber from which the laser beam is emitted, and two or more other optical fibers are installed in the optical coupler or the splitter.
경우에 따라, 상기 레이저빔이 출사되는 광섬유의 끝단에는 렌즈형 광섬유가 설치될 수 있다.In some cases, a lens type optical fiber may be installed at the end of the optical fiber from which the laser beam is emitted.
또 경우에 따라, 상기 다른 광섬유들은 렌즈형 광섬유일 수 있다.In other cases, the other optical fibers may be lens-type optical fibers.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세하게 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 발명의 실시예로는 내부식성, 고강도, 높은 열전달계수, 우수한 성형성 등의 장점을 가지는 금속 박판에 본 발명을 적용하는 것을 기술하지만, 본 발명은 원칙적으로 온도가 상승되면 상호간의 반응도가 높아지는 에칭용액과 재료라면 다 적용될 수 있다.The embodiment of the present invention describes the application of the present invention to a metal sheet having advantages such as corrosion resistance, high strength, high heat transfer coefficient, and excellent moldability, but the present invention in principle increases the mutual responsiveness when the temperature is increased. Any etching solution and material can be applied.
또한, 레이저빔 조사영역에서 직접적인 소재의 제거와 구조 형성이 동시에 일어나게 하는 비교적 간단한 공정으로 폭 대 깊이의 비가 높은 고세장비(high-aspect-ratio)의 마이크로 홀을 제작하는 방법과 가공 시간을 단축시킬 수 있는 새로운 에칭 기법을 기술한다. 그리고 다양한 광섬유 소자들을 시스템에 적용하여 가공 수율을 높일 수 있는 방법에 대해서도 기술한다.In addition, it is a relatively simple process that allows direct removal of material and structure formation at the same time in the laser beam irradiation area, and it reduces the processing time and manufacturing method of high-aspect-ratio micro holes with high ratio of width to depth. A new etching technique that can be described is described. It also describes how to increase the processing yield by applying various optical fiber devices to the system.
본 발명은 레이저 에칭의 단점 중, 복잡한 광학계 구성에 의한 광정렬의 어려움과 레이저빔의 노출에 대한 위험을 없애고 작업자의 편의를 도모하기 위한 일환으로, 본 발명에서는 기존 레이저 에칭 장치의 복잡한 광학계 구성을 광섬유로 대체함으로서 광정렬의 어려움을 해결할 수 있고 아울러 레이저빔이 광섬유 내부로만 통과하므로 작업자의 레이저빔 노출 위험을 줄일 수 있을 뿐만 아니라, 광섬유 의 중간 혹은 끝단에 여러 가지 다른 형태의 광섬유 부품들을 적절히 이용함으로써 가공 생산성 및 가공 정밀도를 향상시킬 수 있는 기술을 제공한다. 본 발명의 기술은 수~수십 마이크로미터 크기의 마이크로 구조물 가공을 가능케 하는 효율적인 초정밀 가공 원천 기술을 제공함으로써 산업 발전에 기여할 수 있을 것으로 기대된다.Among the disadvantages of laser etching, the present invention is intended to eliminate the risk of light alignment due to the complicated optical system configuration and the risk of exposure of the laser beam and to facilitate the convenience of the operator. By replacing the optical fiber, it is possible to solve the problem of optical alignment, and the laser beam passes only inside the optical fiber, thereby reducing the risk of exposure of the laser beam to the operator, and using various types of optical fiber components in the middle or the end of the optical fiber. By providing a technology that can improve the processing productivity and processing precision. The technology of the present invention is expected to contribute to industrial development by providing efficient ultra-precision machining source technology that enables the processing of microstructures of several tens to tens of micrometers in size.
도 2는 레이저 에칭의 기본 원리를 설명하기 위한 설명도, 도 3은 레이저 에칭의 과정도이다.2 is an explanatory diagram for explaining the basic principle of laser etching, Figure 3 is a process diagram of laser etching.
즉, 광학계에 의해 집속된 레이저빔(120)은 피가공물(182) 상의 미세한 가공 영역에 조사되고 이 때, 피가공물(182)은 열원인 레이저 에너지를 흡수하여 국부적으로 가열된다. 열원으로 이용되는 레이저빔은 에칭용액(172)에 흡수되지 않아야 하므로 가시광선 혹은 적외선 영역의 파장을 가지는 레이저빔을 사용하는 것이 유리하다. 그러나 파장이 긴 적외선 레이저빔의 경우, 금속 표면에서 큰 반사율에 의해 에너지 손실이 크기 때문에 가공 효율이 많이 떨어지는 단점이 있다. 레이저 에너지의 흡수로 인해 가열된 피가공물의 입자(183)와 에칭용액(172) 사이에서 화학반응이 일어남으로써 레이저빔이 조사된 부분의 재료가 선택적으로 제거되고 에칭용액(172)과 피가공물의 입자(183)의 화학반응에 의한 부산물(185)이 생긴다. 이러한 과정으로 최종적으로 원하는 형태의 구조물이 만들어진다. 고세장비의 마이크로 홀 및 채널을 제조하기 위해서는 단 한 번의 에칭으로 원하는 치수의 구조물을 얻기는 어려우며 같은 위치에 여러 번 반복적으로 에칭을 하거나 레이저 초점을 가공이 진행됨에 따라 깊이 방향으로 점차 이동시켜야 한다.That is, the
도 4는 본 발명에 따른 레이저 에칭장치의 구성을 나타낸 블록도이고, 도 5는 레이저 출력의 변화에 따른 광섬유 끝단과 피가공물 표면과의 최소 이격 거리를 나타낸 그래프이다.Figure 4 is a block diagram showing the configuration of a laser etching apparatus according to the present invention, Figure 5 is a graph showing the minimum separation distance between the optical fiber end and the workpiece surface according to the change in the laser output.
본 발명은 기존 레이저 에칭 장치의 단점을 해결하기 위한 것으로, 도 4에서와 같이 광섬유(330)를 이용하여 레이저(300)에서 나온 레이저빔이 피가공물(352) 표면까지 한 번에 전송되게 한다.The present invention is to solve the shortcomings of the conventional laser etching apparatus, as shown in Figure 4 by using the
본 발명에서는 도 1을 통하여 설명된 기존 장치에서의 피가공물인 가공재료박판(180)의 표면에 레이저빔 집속을 위해 현미경용 대물렌즈를 사용하는 것과는 달리 광섬유 끝단의 직경이 보통 125마이크로미터 이하로 작다는 점에 착안하여 광섬유 끝단에서 나오는 빛을 바로 피가공물(352)에 조사하거나 광섬유(330) 끝단에 렌즈형 광섬유를 연결하여 보다 미세한 가공이 가능하다.In the present invention, unlike the use of a microscope objective for the laser beam focusing on the surface of the
그리고 본 발명에서는 광전송에 광섬유(330)를 사용함으로써 작업자가 레이저빔에 노출될 수 있는 여지를 없애고, 광섬유(330) 자체를 가공 도구로 사용함으로써 광정렬의 번거로움이 없다.In the present invention, by using the
일반적으로 광섬유(330)는 단일모드광섬유와 다중모드광섬유로 나누어지는데 본 발명에서는 두 가지 경우를 다 적용할 수 있다. 즉, 단일모드광섬유를 이용할 경우, 입사되는 광 손실이 다소 큰 반면 출력단에서는 매우 우수한 형상의 레이저빔이 나오기 때문에 정밀한 가공이 가능하다.In general, the
다중모드광섬유를 이용할 경우, 여러 개의 모드가 동시에 전송이 되므로 단일모드광섬유로 전송되어 온 빔에 비해 다소 질은 떨어지지만 광 손실이 상대적으 로 적어서 높은 광 출력을 이용한 가공이 가능하므로 가공 시간의 측면에서 유리하다.In the case of using multi-mode optical fiber, since several modes are transmitted at the same time, the quality is somewhat lower than that of the beam transmitted through the single-mode optical fiber, but the optical loss is relatively low, so processing using high optical power is possible. Is advantageous in
레이저(300)로부터 발진된 레이저빔은 현미경용 대물렌즈(310)를 통해 광섬유(330) 코어 부분에 입사된다. 이 때, 집속된 빔을 최대한 손실 없이 입사시키기 위해 광섬유(330)를 수동형 X-Y-Z 미세 이송계(320)에 부착하여 위치를 조절한다. 가공에 이용되는 광섬유(330) 끝단은 에칭용액에 쉽게 부식되지 않는 광섬유 페룰(342)에 장착되며 피가공물(352) 내부로의 삽입을 위해 약 1~2mm 정도 돌출되어 있다. 광섬유 페룰(342)은 고정용 지그(340)에 수직으로 장착되어 있으며, 고정용 지그(340)는 X-Y-Z 미세 이송계(346)에 장착하기 위하여 지지대(344)에 고정되어 있다. 광섬유(330) 끝단을 피가공물(352) 표면의 정확한 위치와 깊이로 이송시키기 위해 1 마이크로미터의 정밀도를 갖는 모터로 구동되는 X-Y-Z 미세 이송계(346)를 이용한다. X-Y-Z 미세 이송계(346)는 모터구동장치(370)로 동작되며 컴퓨터(380)에 설치된 이송계 제어장치를 통해 광섬유(330) 끝단이 원하는 위치까지 정확히 도달하게 제어한다. 피가공물(352)과 에칭용액(354)이 담겨진 챔버(350)는 에칭용액과의 화학 반응을 방지하기 위하여 테플론(Teflon) 재질로 제작되어 X-Y-Z 미세 이송계(360) 위에 고정된다. X-Y-Z 미세 이송계(360)는 모터구동형이든 수동형이든 어느 것을 사용해도 무방하다.The laser beam oscillated from the
에칭 가공이 일어나는 과정 및 광섬유(330) 끝단과 피가공물(352) 표면과의 초기 이격 거리를 CCD(charge coupled device) 카메라(390)로 관찰할 수 있도록 챔버(350)의 한쪽 면은 투명한 재료, 예를 들면 석영 등의 재질로 되어 있는 것이 좋 다. 또한, 에칭 가공 중, 충분한 에칭용액(354)의 공급과 가공 중에 발생하는 미세기포를 가공부와 광섬유(330) 끝단 주위에서 효과적으로 제거하기 위하여 연동펌프(356)와 내열성 고무 재질인 바이톤(Viton) 튜브(358)를 이용하여 에칭용액(354)을 챔버(350) 내부로 순환시키며, 에칭의 전 과정은 CCD 카메라(390)를 통하여 컴퓨터(380)의 모니터 상에서 관찰된다. One side of the
광섬유(330)를 광전송 및 가공 도구로 사용하는 레이저 에칭 장치를 이용하여 수~수백 마이크로미터 크기의 구조물을 제조할 때, 가장 유의해야 할 점은 가공하고자 하는 레이저 출력에 대하여 광섬유(330) 끝단과 피가공물(352) 표면과의 초기 이격 거리를 얼마나 유지하느냐이다. 가공을 위하여 갑작스럽게 레이저 에너지를 피가공물(352)에 공급할 경우, 필수적으로 생성되는 기포들의 이동이나 터짐에 의해 광섬유(330) 끝단이 파손될 수 있다. 또한, 고온의 레이저빔에 의해 이격 거리가 너무 가까우면 광섬유(330) 끝단이 용융되거나 가공 부산물의 부착으로 오염될 수 있다.When manufacturing a structure of several hundreds to hundreds of micrometers by using a laser etching apparatus using the
표.table.
본 발명은 티탄합금이나 스테인리스 스틸 외에도 다양한 재료에 적용이 가능 하다.The present invention can be applied to various materials in addition to titanium alloy or stainless steel.
본 발명의 방법 및 장치로 가공 가능한 가공재료와 그 재료에 대응되는 에칭용액의 예는 위의 표에 나타내었다.Examples of processing materials that can be processed by the method and apparatus of the present invention and etching solutions corresponding to the materials are shown in the above table.
표에 나타낸 것 외에도 온도가 높아지면 에칭이 활성화되는 재료와 에칭용액이라면 본 발명의 적용이 가능하다. In addition to those shown in the table, if the temperature is increased, the present invention can be applied to a material and an etching solution in which etching is activated.
도 5는 각 레이저 출력의 변화에 대한 광섬유(330) 끝단과 피가공물(352) 표면과의 최소 이격 거리를 보여준다. 예로서 3.5W의 출력으로 가공하고자 한다면 광섬유(330) 끝단과 피가공물(352) 사이의 거리를 약 250 마이크로미터 이상으로 유지해야 한다. 레이저 출력이 증가할수록 이격 거리는 증가하며, 또한 광섬유(330) 끝단에서 나오는 레이저빔의 발산각이 증가하므로 마이크로 홀의 직경 혹은 채널의 폭도 아울러 증가한다.FIG. 5 shows the minimum separation distance between the
도 6 및 도 7은 본 발명에 따른 광섬유를 광전송 및 가공 도구로 사용하는 레이저 에칭 장치를 이용하여 가공된 마이크로 구조물의 사진이다.6 and 7 are photographs of microstructures processed using a laser etching apparatus using the optical fiber according to the present invention as a light transmission and processing tool.
도 6은 마이크로 홀의 상부표면(500) 및 그 확대 사진(502)과 하부표면(510) 및 그 확대 사진(512)을 보여주고, 도 7은 홀의 단면모양이 나타난 피가공물의 단면(520)을 보여준다. 본 구조물 제조에 이용된 피가공물(352)은 내부식성, 고강도, 우수한 기계적, 생화학적 안정성의 특성으로 최근 항공우주 및 바이오 소자에 많이 이용되는 500 마이크로미터의 두께를 갖는 티타늄 금속이다.FIG. 6 shows an
본 발명을 이용하면 티타늄뿐만 아니라 우수한 성형성 및 높은 열전도계수를 갖는 스테인리스 스틸 박판에도 간단한 공정으로 정밀한 마이크로 구조물을 제조할 수 있다. 티타늄 피가공물(352)이 에칭되는 과정에서 다양한 공정 변수들 중, 최적의 레이저 출력, 에칭용액의 농도, 최소 이격 거리 등의 조건으로 제조된 마이크로 홀은 상부직경(500)이 150 마이크로미터, 하부직경(510)이 80 마이크로미터이고 피가공물(352) 두께 전체에 대하여 가공되었으므로 약 5의 높은 세장비를 가진다.Using the present invention, precise microstructures can be manufactured in a simple process not only on titanium but also on stainless steel sheets having excellent formability and high thermal conductivity. Among the various process variables in the process of etching the
본 발명에 따른 광섬유를 광전송 및 가공 도구로 사용하는 레이저 에칭 장치는 고세장비 마이크로 홀뿐만 아니라 깊이가 깊은 마이크로 채널 가공에도 응용이 가능하다.The laser etching apparatus using the optical fiber according to the present invention as an optical transmission and processing tool can be applied to deep microchannel processing as well as high-precision micro holes.
도 8은 본 발명에 따라 가공된 고세장비 마이크로 채널의 예를 나타낸 도면이고, 도 9는 그 단면도이다.8 is a diagram illustrating an example of a high-grade microchannel processed according to the present invention, and FIG. 9 is a cross-sectional view thereof.
본 구조물의 제조에 이용된 피가공물(352)은 우수한 성형성, 고강도 및 높은 열전도계수를 갖는 500 마이크로미터 두께의 스테인리스 스틸 박판이다. 피가공물(352)의 표면(600)에서 측정된 채널은 가공된 전체 길이에 대해 일정한 폭을 유지하며 열영향부가 거의 없는 형상을 가진다. 채널의 단면모양을 보여주는 도 9의 단면(610)을 참조하면 채널은 표면에서 깊이 방향으로 내려갈수록 폭이 점차 좁아지는 V 형상의 채널로 가공이 되는데 이는 레이저빔의 세기가 가운데 부분은 가장 높고 가장자리로 갈수록 점점 약해지는 가우시안(Gaussian) 분포를 하고 있어서 채널의 폭을 중심으로 가운데 부분에서 가장 활발한 에칭이 일어나기 때문이다. 본 발명에 따른 광섬유를 광전송 및 가공 도구로 사용하는 레이저 에칭 장치로 최적의 레이저 출력, 에칭용액의 농도, 최소 이격 거리, 레이저빔의 이송 속도 등의 공정 변수를 적절하게 조절하여 가공된 스테인리스 스틸 마이크로 채널은 그 폭이 약 40 마이크로미터, 깊이는 약 400 마이크로미터로 10 정도의 높은 세장비를 가진다.The
도 10은 본 발명에 따라 가공 시간을 단축하면서 마이크로 홀을 제조하는 과정을 순서대로 나타낸 도면이다.10 is a view sequentially showing a process of manufacturing a micro hole while reducing the processing time according to the present invention.
광섬유가 고정된 위치에서 지속적으로 피가공물(352)에 레이저빔을 조사하면 가공에 필요한 레이저 에너지가 홀 내부에서의 흡수에 의해 손실되어 깊이 방향으로 충분히 전달되지 못한다. 이에 따라 가공되는 홀은 주로 역원뿔형의 단면 구조를 가질 때가 많다. 물론, 가공 시간을 길게 하여 원하는 구조물을 제조할 수는 있으나 이 경우 피가공물 표면에 오랜 시간동안 레이저빔이 조사되어 피가공물 표면에 큰 열영향부가 생기거나 피가공물(352)이 전체적으로 열변형 될 수 있다.When the laser beam is irradiated to the
본 발명에서는 처음 일정 시간동안 첫 번째 그림과 같이 광섬유(330) 끝단이 피가공물(352) 표면위쪽에 위치되도록 하여 가공함으로써 약간의 가공 부위를 생성시킨 다음, 두 번째 그림에서처럼 광섬유(330) 끝단을 직접 가공부 내부로 점점 깊이 삽입하면서 가공한다.In the present invention, the end of the
더 바람직하기로는 광섬유(330) 끝단을 일정한 주기를 가지고 가공부 내부로 삽입하였다가 이탈시키는 과정을 연속적으로 반복하고, 또 다시 일정한 시간 뒤에 세 번째 그림에서처럼 광섬유(330) 끝단을 더 안쪽으로 삽입하여 상하운동을 반복한다. 이렇게 가공될 경우, 피가공물(352)의 표면에는 처음 일정 시간동안만 레이저빔이 조사되므로 열영향부가 거의 발생하지 않으며 광섬유(330)가 가공부 내부로 삽입 시, 내부에 존재하는 에칭 부산물까지 효과적으로 제거해 낼 수 있는 장점을 가진다. 그리고 내부 경사진 벽면에서 레이저빔이 반사되면서 반응을 촉진하여 깊 이에 따른 홀의 폭이 균일해진다. 이와 같은 방법을 통해 최종적으로는 네 번째 그림과 같은 마이크로 홀이 제조되는데 광섬유(330) 끝단을 고정하고 가공을 할 때와 비교해 보면 똑같은 레이저 출력에 대해 가공 시간이 약 1/2로 줄어든다.More preferably, the end of the
광섬유를 광전송 및 가공 도구로 사용하는 레이저 에칭 장치의 장점 중 하나는 여러 가지 다른 광섬유 소자들을 광섬유에 적절하게 결합함으로서 보다 효율적인 가공이 가능하다는 점이다.One of the advantages of laser etching devices that use optical fibers as optical transmission and processing tools is that they can be processed more efficiently by properly combining several different optical fiber elements with optical fibers.
도 11은 광섬유의 끝단에 렌즈형 광섬유를 설치한 예를 나타낸 도면이다.11 is a view showing an example in which a lens-type optical fiber is installed at the end of the optical fiber.
가공할 수 있는 마이크로 구조물의 크기를 줄이기 위한 방법으로 광섬유(330) 끝단에 렌즈형 광섬유(800)를 부착할 수 있다. 렌즈형 광섬유(800)는 광섬유의 끝부분이 렌즈로 가공되어 있어 광섬유에서 나오는 빛이 집속되도록 하는 광섬유 소자의 일종으로 단일모드광섬유 뿐만 아니라 다중모드광섬유로 제조가 가능하며 렌즈의 반경에 따라 초점 거리를 적절하게 조절할 수도 있다. 일반 광섬유를 사용할 경우, 가공부의 크기를 광섬유의 외부 직경 크기 이하로 줄이기가 곤란하나 렌즈형 광섬유(800)를 이용함으로써 보다 작고 정밀한 가공 구조물을 만들 수 있다.In order to reduce the size of the microstructure that can be processed, the lens-type
도 12와 도 13은 광분배기 또는 광결합기를 이용하여 레이저빔을 여러 개로 분기시킨 예를 나타낸 도면이다.12 and 13 illustrate an example in which a laser beam is divided into several parts using an optical splitter or an optical combiner.
광섬유를 광전송 및 가공 도구로 사용하는 레이저 에칭 장치의 또 다른 장점은 동시에 여러 개의 같은 크기의 구조물 가공을 통해 생산성을 향상시킬 수 있다는 것이다. 집속된 레이저빔을 사용하는 레이저 가공의 단점 중 하나가 가공 생 산성이 낮다는 점인데 본 발명에서는 광섬유 소자 중 광결합기(900) 또는 광분배기(910)를 적절하게 연결함으로서 동시 가공을 통해 생산성을 극대화 할 수 있다. Another advantage of laser etching devices that use optical fibers as light transmission and processing tools is that productivity can be improved by machining several structures of the same size at the same time. One of the disadvantages of laser processing using a focused laser beam is low processing productivity. In the present invention, the
즉, 도 12에서와 같이 광섬유(330) 끝단에 다른 광섬유들(902, 904, 912)이 설치된 1:2 광결합기를 직렬로 연결하거나 1:4 또는 1:8 등의 광분배기(910)를 결합하고 높은 출력의 레이저를 사용함으로써 여러 개의 광섬유에 레이저 에너지를 분산하여 전송할 수 있고 이와 같은 복수의 광섬유를 이용하여 동시에 같은 크기의 구조물을 병렬로 여러 개로 제조 가능하다.That is, as shown in FIG. 12, a 1: 2 optical coupler having other
경우에 따라, 렌즈형 광섬유(800)를 광결합기(900) 또는 광분배기(910) 끝단에 연결함으로써 정밀하고 균일한 마이크로 구조물을 높은 생산성으로 제조 가능하다.In some cases, by connecting the lenticular
본 발명은 활발한 연구 및 산업화가 기대되는 마이크로 열소자, 마이크로 유체소자 등과 같은 마이크로 장치에 활용 가능한 마이크로 홀 및 채널구조의 가공을 보다 간단한 레이저 에칭장치로 가능하게 하는 신기술로 기존의 레이저 에칭장치가 가졌던 광정렬의 불편함 및 레이저빔의 노출로 인한 위험성 등을 해결할 뿐만 아니라 반도체 공정을 비롯한 초정밀 가공 기술분야들이 가지고 있던 고 비용, 설계 변경 곤란 등의 문제점을 동시에 극복하면서 비교적 단순한 방법으로 수~수백 마이크로미터 크기의 마이크로 구조물을 자유자재로 제조할 수 있게 한다.The present invention is a new technology that enables the processing of micro holes and channel structures that can be used in micro devices such as micro thermal devices and micro fluid devices, which are expected to be actively researched and industrialized, with a simple laser etching device. It not only solves the inconvenience of optical alignment and the risk of exposure of laser beam, but also overcomes the problems such as high cost and difficulty of design change in the ultra-precision processing fields such as semiconductor process, and it is relatively simple method of several hundreds to hundreds of micro Allows the free manufacture of metric microstructures.
많은 광학계의 배제로 인하여 장치의 가격 경쟁력이 상승되며 다른 광섬유 소자들의 연결을 통한 가공부의 품질 개선 및 가공 시간 단축과 가공 생산성 향상 이라는 장점으로 미루어 볼 때, 본 발명에 따른 광섬유를 광전송 및 가공 도구로 사용하는 레이저 에칭 장치 및 그 가공 방법은 마이크로 홀 또는 채널을 이용한 마이크로 소자를 제조하는 산업분야의 핵심 요소 기술 혹은 원천 기술로서 이용될 수 있을 것으로 생각된다.Due to the elimination of many optical systems, the price competitiveness of the device is increased, and the optical fiber according to the present invention is used as an optical transmission and processing tool in view of the advantages of improving the quality of the processing part, shortening the processing time, and improving the processing productivity by connecting other optical fiber elements. It is thought that the laser etching apparatus to be used and the processing method thereof can be used as a core element technology or source technology in the industry for manufacturing micro devices using micro holes or channels.
본 발명에 따른 레이저 에칭 기술은 금속뿐만 아니라 반도체나 절연체 등의 다양한 재질에까지 적용 가능하며, 보다 다양한 기능과 구조의 마이크로 소자 및 시스템 개발을 가능하게 하며 특히, 내구성이 큰 마이크로 열교환기, 발전기, 반응기 등의 기술 발전에 기여할 수 있을 것으로 기대된다.Laser etching technology according to the present invention is applicable to a variety of materials, such as semiconductors or insulators, as well as metals, to enable the development of micro devices and systems of a variety of functions and structures, in particular, high durability micro heat exchanger, generator, reactor It is expected to contribute to the development of such technologies.
또한, 본 발명에 따른 가공 방법의 적용 시 광섬유의 중간 혹은 끝단에 여러 가지 형태의 다른 광섬유 소자들을 연결함으로써 가공부의 크기를 줄일 수 있으며, 같은 크기의 여러 구조물을 동시에 가공이 가능하게 하여 기존 레이저 에칭 가공의 단점 중의 하나였던 낮은 생산성의 문제까지 해결할 수 있도록 해준다.In addition, when the processing method according to the present invention is applied, the size of the processing part can be reduced by connecting different optical fiber elements of various types to the middle or the end of the optical fiber, and it is possible to process several structures of the same size at the same time, and thus laser etching It also solves the problem of low productivity, which was one of the disadvantages of machining.
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KR1020060039967A KR100773667B1 (en) | 2006-05-03 | 2006-05-03 | Laser-assisted etching process and apparatus utilizing an optical fiber as a light delivery and micromachining tool |
Applications Claiming Priority (1)
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KR1020060039967A KR100773667B1 (en) | 2006-05-03 | 2006-05-03 | Laser-assisted etching process and apparatus utilizing an optical fiber as a light delivery and micromachining tool |
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KR1020060039967A KR100773667B1 (en) | 2006-05-03 | 2006-05-03 | Laser-assisted etching process and apparatus utilizing an optical fiber as a light delivery and micromachining tool |
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101899077B1 (en) | 2017-03-07 | 2018-10-31 | 재단법인 전남테크노파크 | Manufacturing apparatus and method of oled shadow mask controllable divergence angle using laser |
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2006
- 2006-05-03 KR KR1020060039967A patent/KR100773667B1/en not_active IP Right Cessation
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