KR100887947B1 - 라인빔을 이용한 레이저 가공장치 및 가공방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 대면적 디스플레이 패널의 일 측면의 길이에 대응하는 라인 형태의 레이저 빔을 이용함으로써, 대면적 디스플레이 패널과 구동 드라이버 I/C가 실장된 연성회로기판과 본딩하는데 소요되는 시간을 줄여 제품의 생산성과 수율을 향상시킬 수 있는 라인빔을 이용한 레이저 가공장치 및 가공방법을 제공함에 목적이 있다.
본 발명은 대면적 디스플레이 패널의 일 측면의 길이에 대응하는 라인 형태의 레이저 빔을 이용함으로써, TEG 배선 또는 A/V 패턴을 절단하는데 소요되는 시간을 줄이고, 이로 인하여 제품의 생산성과 수율을 극대화할 수 있는 라인빔을 이용한 레이저 가공장치 및 가공방법을 제공함에 다른 목적이 있다.
본 발명의 라인빔을 이용한 레이저 가공장치는 레이저 빔을 이용하여 대면적 디스플레이 패널과 연성회로기판을 본딩하기 위한 장치에 있어서, 상기 패널을 안착하기 위한 회전이 가능한 스테이지; 상기 패널의 측면상에 위치하며 구동 I/C를 실장한 연성회로기판; 상기 패널과 상기 연성회로기판 사이에 위치하여 전기적 접촉을 위한 이방성 전도성 필름; 상기 연성회로기판 상부에서 상기 이방성 전도성 필름과 패널을 가압하여 접합부를 형성하기 위한 투명가압기; 상기 접합부에 레이저 빔을 출력하여 조사하기 위한 레이저 발진기; 상기 레이저 빔을 라인 형태의 레이저 빔으로 변환하기 위한 광학계; 상기 레이저 빔의 조사 위치를 변경하기 위하여 상기 광학계를 전/후, 좌/우로 이동하기 위한 갠트리; 및 상기 패널의 정렬 상 태와 본딩 상태를 확인하기 위한 모니터링 장치를 포함한다.
본 발명의 또 다른 라인빔을 이용한 레이저 가공장치는 레이저 빔을 이용하여 대면적 디스플레이 패널에 형성된 배선을 절단하기 위한 장치에 있어서, 상기 패널을 안착하기 위한 스테이지; 상기 배선을 절단하기 위하여 레이저 빔을 출력하기 위한 레이저 발진기; 상기 패널에 형성된 배선상에 측면에 위치하고 상기 레이저 빔을 라인 형태의 레이저 빔으로 변환하여 출력하기 위한 광학계; 상기 레이저 빔의 조사 위치를 변경하기 위하여 상기 광학계를 전/후, 좌/우로 이동하기 위한 갠트리; 및 상기 패널의 정렬 상태와 절단 상태를 확인하기 위한 모니터링 장치를 포함한다.
본 발명의 라인빔을 이용한 레이저 가공방법은 레이저 빔을 이용하여 대면적 디스플레이 패널과 연성회로기판을 본딩하는 방법에 있어서, 상기 패널을 스테이지상에 안착하는 단계; 상기 패널의 일측면에 형성된 전극상부에 이방성 전도성 필름과 연성회로기판을 적재하여 접합부를 형성하는 단계; 상기 접합부를 정렬하는 단계; 상기 접합부를 가압함과 동시에 광학계를 이용하여 상기 레이저 빔을 라인 형태의 레이저 빔으로 변환한 후 접합부에 조사하는 단계; 및 상기 접합부를 확인하는 단계를 포함한다.
본 발명의 또 다른 라인빔을 이용한 레이저 가공방법은 레이저 빔을 이용하여 대면적 디스플레이 패널에 형성된 배선을 절단하는 방법에 있어서, 상기 패널을 스테이지상에 안착하는 단계; 상기 패널과 광학계의 위치를 정렬하는 단계; 상기 레이저 빔을 상기 광학계를 이용하여 라인 형태의 레이저 빔으로 변환한 후 상기 배선에 조사하는 단계; 및 상기 배선의 절단상태를 모니터링하는 단계를 포함한다.
레이저, 라인, 빔, 본딩, 절단

Description

라인빔을 이용한 레이저 가공장치 및 가공방법{The Laser Processing Apparatus Using The Line Beam And The Processing Method Thereof}
도 1은 본 발명에 따른 패널 일측면에 라인 형태의 레이저 빔을 조사할 수 있는 라인빔을 이용한 레이저 가공장치의 입체 사시도,
도 2는 본 발명에 따른 패널에 형성된 본딩 영역에만 형태의 레이저 빔을 조사할 수 있는 라인빔을 이용한 레이저 가공장치의 입체 사시도,
도 3은 본 발명에 따른 패널 복수의 측면에 라인 형태의 레이저 빔을 조사할 수 있는 라인빔을 이용한 레이저 가공장치의 입체 사시도,
도 4 및 도 5는 본 발명에 따른 회전이 가능한 광학계를 구비한 라인빔을 이용한 레이저 가공장치의 입체 사시도.
*도면의 주요 부분에 대한 설명*
110: 대면적 디스플레이 패널 120: 스테이지
130: 지지테이블 140: 가이드 레일
150: 지지대 160: 광학계
170: 레이저 발진기 180 : ACF
191: 연성회로기판 200: 투명 가압기
210: 갠트리
본 발명은 레이저 광원을 이용한 가공장치 및 가공방법에 관한 것으로, 보다 자세하게는 라인 형태의 레이저 빔을 이용한 ACF 본딩공정 또는 배선의 절단 공정을 하기 위한 라인빔을 이용한 레이저 가공장치 및 가공방법에 관한 것이다.
이방성 전도성 필름(ACF: Anisotropic Conductive Film 이하, ‘ACF'라 칭함)을 이용한 본딩 공정은 금속 코팅된 플라스틱 또는 금속입자 등의 전도성 입자가 분산된 필름을 이용하여 반도체 실장분야에서 사용한다. 그 중 LCD(Liquid Crystal Display) 실장분야에서의 LCD 패널과 연성회로기판(FPC:Flexible Printed Circuit) 또는 PCB(Printed Circuit Board)와 연성회로기판 등의 전기적 접속에 널리 이용되고 있다. ITO 전극위에 ACF를 접합한 후 구동 I/C 칩이 접합된 연성회로기판를 접합한 후 연성회로기판의 반대쪽 면에 다시 ACF를 이용하여 PCB를 접합한다.
일반적으로 ACF를 이용하여 디스플레이와 구동 I/C가 실장된 연성회로기판을 본딩하는데 필요한 열원으로 핫바(hot bar)를 사용하였다. 핫바를 이용한 본딩 공정 및 장치는 ACF 본딩에 필요한 열을 히터를 사용하는 것으로 핫바 전체의 온도를 균일하게 하는 것이 어렵고, 접속 부위 이외에 열소모성이 크므로 열 전환 효율이 떨어지며, 핫바의 지속적인 사용 시 핫바 표면이 오염되는 단점이 있다. 특히, 재료의 열팽창이나 수축을 고려하지 않은 방법이기 때문에, 좁은 피치나 좁은 액자가 필요하게 되는 대형의 액정 표시 패널에서는, 특히 열팽창 및 수축량이 증대하기 때문에, 다양한 문제를 갖게 된다. 구체적으로는, ACF에 접하는 패널과 연성회로기판의 열팽창 후의 수축 량의 차이에 의해 접합부에 얼룩이 발생하는 문제점이 있다.
패널에는 스위칭 소자를 포함하는 화소와 표시 신호선이 구비된 표시판, 그리고 표시 신호선 중 게이트선에 게이트 온 전압과 게이트 오프 전압을 내보내어 화소의 스위칭 소자를 턴 온/오프 시키는 게이트 구동부를 포함한다. 표시 신호선에는 데이터선에 데이터 전압을 내보내어 턴온된 스위칭 소자를 통하여 화소에 인가하는 데이터 구동부를 포함하고, 통합 칩은 패널의 표시부의 게이트 구동부와 데이터 구동부를 제어하기 위한 제어 신호 및 구동 신호를 생성하며, 주로 COF(Chip On Film) 형태로 장착되어 있다. 이러한 디스플레이 패널은 제조하는 공정에서 일정한 시험을 거치게 되는데, 이러한 시험은 쇼팅 바(shorting bar)라는 배선을 통해 시험 신호를 인가하여 이루어진다.
또한, 이 쇼팅 바는 외부로부터의 정전기에 대하여 표시 장치를 보호하는 역할을 한다. 이때, 예를 들어, 어레이 테스트와 V-I 테스트를 거친 후에는 실제 상황과 유사한 시험을 하기 위하여 쇼팅 바를 신호 배선과 분리하는 작업이 이루어지는데, 이러한 분리를 위하여 레이저를 사용하여 절단하는 이른바 레이저 트리밍을 행한다. 쇼팅 바는 각 신호선의 끝 부분에 연결하기 위한 검사선에 또한 연결되어 있는데, 쇼팅 바의 분리는 실질적으로 이 검사선에 레이저 트리밍을 행하는 것이지만, 이하에서는 크게 용어의 혼동이 없는 한 동일한 의미로 사용한다. 이때, 쇼팅 바의 레이저 트리밍은 좌에서 우로 직경 수십 ㎛의 레이저 스폿(laser spot)을 사용하여 검사선을 하나 하나 녹이면서 증발시키는 방법으로 한다.
그러나 이러한 공정을 40인치 이상의 대면적 디스플레이 패널에 적용할 경우 소요되는 시간이 많아 생산성에 영향을 준다는 단점이 있다.
본 발명은 대면적 디스플레이 패널의 일 측면의 길이에 대응하는 라인 형태의 레이저 빔을 이용함으로써, 대면적 디스플레이 패널과 구동 드라이버 I/C가 실장된 연성회로기판과 본딩하는데 소요되는 시간을 줄여 제품의 생산성과 수율을 향상시킬 수 있는 라인빔을 이용한 레이저 가공장치 및 가공방법을 제공함에 목적이 있다.
본 발명은 대면적 디스플레이 패널의 일 측면의 길이에 대응하는 라인 형태의 레이저 빔을 이용함으로써, TEG(TEST ELEMENT GROUP) 배선 또는 A/V(AUTO VISUAL) 패턴을 절단하는데 소요되는 시간을 줄이고, 이로 인하여 제품의 생산성과 수율을 극대화할 수 있는 라인빔을 이용한 레이저 가공장치 및 가공방법을 제공함에 다른 목적이 있다.
본 발명의 라인빔을 이용한 레이저 가공장치는 레이저 빔을 이용하여 대면적 디스플레이 패널과 연성회로기판을 본딩하기 위한 장치에 있어서, 상기 패널을 안착하기 위한 회전이 가능한 스테이지; 상기 패널의 측면상에 위치하며 구동 I/C를 실장한 연성회로기판; 상기 패널과 상기 연성회로기판 사이에 위치하여 전기적 접촉을 위한 이방성 전도성 필름; 상기 연성회로기판 상부에서 상기 이방성 전도성 필름과 패널을 가압하여 접합부를 형성하기 위한 투명가압기; 상기 접합부에 레이저 빔을 출력하여 조사하기 위한 레이저 발진기; 상기 레이저 빔을 라인 형태의 레이저 빔으로 변환하기 위한 광학계; 상기 레이저 빔의 조사 위치를 변경하기 위하여 상기 광학계를 전/후, 좌/우로 이동하기 위한 갠트리; 및 상기 패널의 정렬 상태와 본딩 상태를 확인하기 위한 모니터링 장치를 포함한다.
본 발명의 또 다른 라인빔을 이용한 레이저 가공장치는 레이저 빔을 이용하여 대면적 디스플레이 패널에 형성된 배선을 절단하기 위한 장치에 있어서, 상기 패널을 안착하기 위한 스테이지; 상기 배선을 절단하기 위하여 레이저 빔을 출력하기 위한 레이저 발진기; 상기 패널에 형성된 배선상의 측면에 위치하고 상기 레이저 빔을 라인 형태의 레이저 빔으로 변환하여 출력하기 위한 광학계; 상기 레이저 빔의 조사 위치를 변경하기 위하여 상기 광학계를 전/후, 좌/우로 이동하기 위한 갠트리; 및 상기 패널의 정렬 상태와 절단 상태를 확인하기 위한 모니터링 장치를 포함한다.
본 발명의 라인빔을 이용한 레이저 가공방법은 레이저 빔을 이용하여 대면적 디스플레이 패널과 연성회로기판을 본딩하는 방법에 있어서, 상기 패널을 스테이지 상에 안착하는 단계; 상기 패널의 일측면에 형성된 전극상부에 이방성 전도성 필름과 연성회로기판을 적재하여 접합부를 형성하는 단계; 상기 접합부를 정렬하는 단계; 상기 접합부를 가압함과 동시에 광학계를 이용하여 상기 레이저 빔을 라인 형태의 레이저 빔으로 변환한 후 접합부에 조사하는 단계; 및 상기 접합부를 확인하는 단계를 포함한다.
본 발명의 또 다른 라인빔을 이용한 레이저 가공방법은 레이저 빔을 이용하여 대면적 디스플레이 패널에 형성된 배선을 절단하는 방법에 있어서, 상기 패널을 스테이지상에 안착하는 단계; 상기 패널과 광학계의 위치를 정렬하는 단계; 상기 레이저 빔을 상기 광학계를 이용하여 라인 형태의 레이저 빔으로 변환한 후 상기 배선에 조사하는 단계; 및 상기 배선의 절단상태를 모니터링하는 단계를 포함한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1은 패널 일측면에 라인 형태의 레이저 빔을 조사할 수 있는 라인빔을 이 용한 레이저 가공장치의 입체 사시도이다.
도시된 레이저 가공장치는 ACF(180)를 이용하여 대면적 디스플레이 패널(110)과 구동 I/C 칩(192)이 구비된 연성회로기판(191)을 본딩하기 위한 것이다.
대면적 디스플레이 패널(110)을 안착하고 고정하기 위한 회전이 가능한 스테이지(120)와 클램프(미도시), 지지테이블(130) 상에 스테이지(120)를 X, Y, Z축으로 움직이기 위하여 형성된 가이드 레일(140) 및 지지테이블(130)을 받치면서 진동을 흡수할 수 있는 제진대(미도시)를 구비한 지지대(150)가 형성되어 있다.
스테이지(120)는 패널의 로딩 시 충돌로 인하여 발생할 수 있는 기판의 손상을 막으면서, 기판을 고정하기 위한 수지계열의 고정부재(미도시)를 더 포함할 수 있다. 고정부재에 형성된 홀(미도시)은 진공펌프(미도시)의 작동에 의하여 공기가 흡입될 수 있도록 파이프와 연결되어 있다. 고정부재에 위치한 패널(110)은 진공펌프의 작동에 의한 흡입력에 의하여 진공상태가 되어 스테이지(120)상에 고정된다.
지지테이블(130)은 스테이지(120)를 가이드 레일(140) 상에서 움직이기 위하여 구동 리니어 모터(미도시)를 구비하고 보다 미세한 움직임을 위하여 에어 슬라이드 또는 미세구동 리니어 모터(미도시)를 더 포함한다. 그리고 패널(110)을 가공하기 위한 레이저 빔(L)을 조사하기 위한 레이저 발진기(170)와 광학계(160)가 갠트리(210)에 구비되며, 전/후, 좌/우 구동이 가능하여 기판의 가공처리를 보다 안정적이고 효율적으로 할 수 있다.
본 발명에 따른 광학계는 빔세기조절기, 빔형성기, 빔균질기 및 다수의 렌즈, 미러, 빔 분할기 등을 포함할 수 있다.
도 2는 패널에 형성된 본딩 영역에만 레이저 빔을 조사할 수 있는 라인빔을 이용한 레이저 가공장치의 입체 사시도이다.
도시된 바와 같이 패널(110), ACF(180) 및 구동 I/C 칩(192)이 실장된 연성회로기판(191)이 적층된 접합부에만 대응되는 곳에 레이저 빔(L)을 조사함으로써, 접합부가 형성되지 않은 영역에는 고가의 레이저 발진기(170) 및 광학계(160)를 설치할 필요가 없어 비용을 절약할 수 있다.
레이저 발진기(170)는 200㎚ 내지 1560㎚ 범위 내에서 파장대를 출력하는 것으로 복수개를 사용할 수 있다. 레이저 발진기(170)의 출력단에는 빔세기조절기(미도시), 빔형성기(미도시), 빔균질기(미도시) 등을 포함하는 광학계(160)가 구비되어 있고 타단에는 레이저 발진기(170)의 냉각을 위한 냉각수단으로서 칠러(미도시)가 구비된다. 상기 칠러는 공지의 요소이다.
본 발명에 따르면, 하나의 칠러를 이용하여 복수의 레이저 발진기(170)를 냉각하거나, 복수의 레이저 발진기(170) 각각에 칠러를 구비하여 냉각할 수 있다.
본 발명에 따른 광학계(160)의 일측에는 패널(110)의 정렬 및 레이저 가공 상태를 실시간으로 볼 수 있는 모니터링부(미도시)를 구비할 수 있다.
본 발명에 따른 레이저 발진기(170)는 다이오드 레이저, DPSS(DIODE PUMPED SOLID STATE) 레이저, KrF 엑시머(KRYPTON FLUORIDE EXCIMER) 레이저, ArF 엑시머(ARGON FLUORIDE EXCIMER) 레이저, 나노초, 펨토초 및 아토초 레이저 중 어느 하나를 사용할 수 있다.
DPSS 레이저는 펌핑 레이저 다이오드, 집속 광학계, 레이저 매질, 히트 싱크, 열교환기, 비선형 물질, 출력 커플러로 구성된다. 이와 같이 구성된 DPSS 레이저는 펌핑 레이저 다이오드의 광(예, 808nm)을 집속 광학계로 레이저 매질에 집속 시키면, 레이저 매질에서 적외선 파장의 빛(예, 1064nm/914nm)이 발생되고, 이 빛은 출력 커플러에 의하여 공진을 일으킨다. 공진되는 적외선 파장의 빛은 비선형 물질을 통과하면서 그 물질의 SHG(Second Harmonic Generation) 작용에 의하여 공진 파장의 절반(λ/2)의 파장으로 변화(예, 532nm/457nm)되어 출력된다. 그리고 펄스의 폭이 나노 초, 펨토 초 또는 아토초 레이저를 사용할 수 있다.
레이저 발진기(170)를 구비하는데 있어서 부피가 작은 다이오드 레이저의 경우, 갠트리(210) 상부에 구비할 수 있으며, 그 외 KrF, ArF 엑시머 레이저, ND:YAG 레이저 또는 펨토초 이하의 초단파 레이저의 경우와 같이 레이저 발진기(170)의 부피가 클 경우, 장비 외곽에 구비할 수 있다.
칠러(미도시)는 레이저 발진기(170)의 타측에 구비되어 레이저 발진기(170)로부터 발생하는 열을 제거한다. 칠러는 레이저 발진기(170) 각각에 구비하거나 하나의 칠러만을 사용하여 복수의 레이저 발진기(170)에서 발생하는 열을 제거할 수 있다.
빔세기조절기(미도시)는 레이저 발진기(170)의 출력단에 위치하여 레이저 빔의 출력을 조절하며, 빔세기조절기 출력단에 구비된 빔 형성기는 레이저빔의 크기를 가공 특성에 맞게 확대할 수 있다.
빔 균질기(미도시)는 빔 형성기를 거쳐 출력된 레이저 빔의 세기를 균일하게 조절함으로써, 정밀하면서도 우수한 단면 프로파일을 갖는 레이저 빔을 형성할 수 있다.
그리고 다수의 렌즈, 미러, 빔 분할기, 프리즘 및 다이클로익 미러 등은 빔 균질기의 출력단에 위치하여 패널(110), ACF(180) 및 연성회로기판(191)이 적층된 접합부 중 원하는 부위에 레이저 빔을 조사할 수 있도록 레이저 빔의 초점을 조절할 수 있도록 한다.
모니터링부(미도시)는 광학계(160) 일측에 위치하며 패널(110)로 조사된 후 반사되어 빔 분할기를 통하여 경로가 변경된 레이저 빔을 감지하고 이를 영상으로 변환한다. 변환된 영상은 외부의 모니터를 통하여 작업자에게 전송됨으로써, 대면적 디스플레이 패널(110)에서 진행되는 공정을 실시간으로 확인할 수 있다. 이와 같이 대면적 디스플레이 패널(110)의 가공 상태나 정렬 상태를 검사하기 위한 모니터링부는 CCD 카메라(미도시), 영상을 포착하는 캡쳐 보드(capture board)와 영상처리보드(미도시) 등을 포함할 수 있다.
또한 대면적 디스플레이 패널(110)의 가공 상태를 포착하기 위해 가시광을 조사하는 조명부(미도시)가 더 구비될 수 있다. CCD 카메라로 유입된 영상은 캡쳐 보드 및 영상처리보드 등에 의해 처리된다. 캡쳐 보드 및 영상처리보드에 의해 처리된 영상은 제어부(미도시)로 입력된다. 제어부는 모니터링부를 통하여 입력된 영상과 가공 초기에 제어부를 통하여 입력된 초기 설정값과 비교하며 스테이지(120)를 움직이기 위한 리니어 모터와 레이저 발진기(170)를 포함하는 레이저 가공장치를 구성하는 모든 구성요소를 제어한다. 제어부는 각 구성의 동작이나 광학계(160)로부터 출력되는 레이저 빔(L)의 세기, 형상 및 면적 그리고 스테이지(120)의 이동 속도와 거리 등을 제어할 수 있다. 상술한 바와 같이, 레이저 광의 광축과 일치되게 모니터링부를 배치하여 패널(110)의 가공 상태를 실시간으로 확인할 수 있으며, 레이저 가공의 정밀도를 향상시킬 수 있다.
레이저 발진기(170)와 광학계(160)의 수는 패널(110)의 일 측면 길이 방향의 전 영역을 조사하기 위하여 복수로 구비할 수 있다. 그리고 광학계(160)의 수는 패널(110)의 수에 대응하도록 구비하는 것이 바람직하다. 일예로서, 2400mm × 2800mm의 크기를 갖는 9세대 마더글라스는 42" ~ 52"의 크기로 절단하여 가공할 경우, 8개의 패널로 분할되므로 광학계(160)의 수는 8개를 구비하는 것이 바람직하다. 그리고 55" ~ 60"는 6개의 패널로, 그리고 80" ~ 100"는 2개의 패널로 분할되므로 각각 패널 수에 따라 광학계(160)를 구비한다. 각 광학계(160)로부터 조사되는 라인 형태의 레이저 빔(L)의 크기는 패널의 사이즈에 따라 폭 수mm 내지 수십mm, 길이 수백 mm 내지 수천mm 정도가 될 수 있다.
본 발명에 따르면, 라인 형태의 레이저 빔(L)을 형성하기 위하여 복수의 레이저 발진기(170)를 사용할 수 있다. 그리고 하나의 레이저 발진기(170)를 사용할 경우, 출력된 레이저를 복수의 광섬유를 이용하여 복수의 경로로 분할하고 이 후, 각각의 광섬유 일단에 광학계를 구비하여 사용함으로써, 라인 형태의 레이저 빔(L)을 형성할 수 있다.
이하에서는 상기 레이저 가공 장치에 의한 대면적 디스플레이 패널의 본딩 과정을 도면과 함께 설명한다.
스테이지(120)에는 이송 밸트(컨베이어) 혹은 적재 카세트(도시하지 않음)로부터 로봇 암(미도시)을 이용하여 이송되는 대면적 디스플레이 패널(110)이 안착된다. 스테이지(120)에 안착된 패널(110)은 스테이지(120)의 외주(外周)에 적어도 하 나 이상으로 구비된 클램프를 포함하는 제1차 정렬장치에 의하여 패널에 형성된 정렬마크가 시야(FOV:Field Of View)내로 이동하게 함으로써, 1차 정렬을 완료한다.
클램프에 의해 정렬된 패널(110)은 스테이지(120)에 흡착되고, 패널의 일측면에 ACF(180) 및 구동 I/C(192)가 실장된 연성회로기판(191)의 일단을 적층하여 접합부를 형성한다. 접합부에 레이저를 조사하기 전, 열과 소정의 압력을 가하거나 레이저를 사용하여 ACF(180) 표면에 형성된 접착제에 의하여 패널과 연성회로기판(191)이 고정될 수 있도록 가접처리를 한다.
연성회로기판(191)의 타단 역시 ACF(180)를 이용하여 PCB(193)와 본딩을 위한 접합부를 형성한 후, 가접처리를 한다. 가접 처리가 완료되면 투명가압기(200)를 이용하여 연성회로기판(191), ACF(180) 및 PCB(193)를 가압한 후 레이저 빔을 조사하여 본딩한다.
대면적 디스플레이 패널(110)과 연성회로기판(191)에는 전기적으로 접속하기 위한 도전성 범프가 각각 형성되어 있다. 투명 가압기(200)는 패널(110) 및 연성회로기판(191)에 형성된 도전성 범프 사이에 위치한 ACF(180)를 가압하면서 레이저 빔(L)이 ACF(180)에 조사될 수 있도록 투명한 소재로 형성되어 있다. 접합부의 형성이 완료되면, 패널(110)을 포함한 투명 가압기(200) 모두를 지그부(미도시)를 이용하여 고정한다. 대면적 디스플레이 패널(110)과 연성회로기판(191)에 형성된 범프는 접속이 이루어지도록 정확한 위치 정렬이 필요하므로 광학계(160) 일측에 설치된 CCD 카메라를 포함하는 모니터링부를 이용한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 대면적 디스플레이 패널(110)과 연성회로기 판(191)이 본딩되는 접합부에만 레이저 빔을 조사할 수 있도록 마스크와 마스크를 고정할 수 있는 마스크 지그부를 더 포함할 수 있다.
레이저 발진기(170)로부터 출력된 레이저 빔은 광학계를 거친 후, 로딩된 대면적 디스플레이 패널(110)에 조사함으로써, 본딩작업을 수행하게 되는데, 본딩이 완료되면 컨베이어(미도시)의 이송에 의하여 언로딩부로 넘어가며, 지그부에 고정된 대면적 디스플레이 패널(110)이 접합 모듈로 이동하게 된다. 본딩을 위하여 레이저 빔을 조사하는 동안, 앞서 본딩 작업이 완료된 대면적 디스플레이 패널(110)은 로봇암(미도시)에 의하여 언로딩되고 다른 대면적 디스플레이 패널(110)을 접합 모듈에 로딩하게 된다. 제어부는 리니어 모터를 작동시켜 로딩된 패널(110)의 접합부까지 갠트리(210)를 이송한다. 다음으로 대면적 디스플레이 패널(110)상에 ACF(180) 및 연성회로기판(191)을 적층한다. CCD 카메라를 포함하는 모니터링부를 이용하여 적층된 패널(110), ACF(180) 및 연성회로기판(191)의 정렬이 확인되면, 투명 가압기(200)로 압착하여 접합부를 형성한다. 모니터링부는 패널의 접합부를 따라 이동하면서 본딩을 위한 접합부 영역에 형성된 얼라인 마크를 읽는다. 이때, 패널(110)의 위치가 틀어지면, 제어부는 스테이지(120)를 미세하게 움직여 레이저 빔(L)이 패널(110)의 접합부에 정확하게 조사될 수 있도록 패널의 위치를 제어한다. 스테이지(120)와 갠트리(210)의 구동에 의하여 패널(110)과 광학계(160)의 본딩을 위한 적절한 위치가 결정되면, 레이저 발진기(170)에서 출력된 레이저 빔이 광학계(160)를 통과하여 접합부에 위치한 ACF(180)로 조사됨으로써, 본딩공정이 진행된다.
본 발명에 따른 레이저 발진기(170)와 광학계(160)를 포함하는 조사부와 지그부는 제어부를 통하여 조작패널부(미도시)와 연결되어, 키패드를 이용하여 레이저 본딩 장치의 각 구성을 제어할 수 있다. 일예로 키패드를 통해 입력된 값으로 작업 공정의 각 변수(레이저세기, 조사방식, 조사시간, 압력 등)를 설정할 수 있다. 그리고 조작패널부에는 디스플레이가 구비되어 있어, CCD 카메라를 통하여 입력된 영상을 확인하면서 레이저 빔을 이용한 공정을 보다 정밀하게 진행할 수 있다.
도 3은 패널 복수의 측면에 라인 형태의 레이저 빔을 조사할 수 있는 라인빔을 이용한 레이저 가공장치의 입체 사시도이다.
스테이지(120)에는 이송 벨트, 롤러(컨베이어) 혹은 적재 카세트(도시하지 않음)로부터 로봇 암(미도시)을 이용하여 이송되는 대면적 디스플레이 패널(110)이 안착된다.
스테이지(120)에 안착된 대면적 디스플레이 패널(110)은 스테이지(120)의 외주에 적어도 하나 이상으로 구비된 클램프(미도시)에 의해 중앙으로 제1차로 정렬된 후 패널은 스테이지(120) 상에 진공 흡착되어 고정된다. 다음으로, ACF(180)와 연성회로기판(191)이 적치하여 접합부를 형성한다. 그리고 갠트리(210)는 패널(110)의 접합부로 이동한다. 갠트리(210)가 패널의 접합부분에 위치하면, 모니터링부를 통하여 디스플레이되는 영상을 바탕으로 미세구동 리니어 모터를 작동시켜 스테이지(120)를 보다 미세하게 움직임으로써, 패널(110)의 위치를 보다 정밀하게 제2차 정렬한다.
일반적으로 연성회로기판(191)은 대면적 디스플레이 패널(110)의 전/후면 중 어느 한 측면 또는 좌/우면 중 어느 한 측면에 연결될 수 있거나, 두 측면 모두에 연결될 수 있다. 따라서 대면적 디스플레이 패널(110)의 한 측면이 연성회로기판(191)과 본딩이 완료되면, 이어서 다른 측면에도 연성회로기판(191)을 본딩하여야 한다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 대면적 디스플레이 패널(110)과 연성회로기판(191)이 본딩되는 영역, 즉, 대면적 디스플레이 패널(110)의 두 측면에 광학계(160)를 구비함으로써, 한차례의 레이저 빔의 조사를 통하여 본딩 공정이 완료될 수 있다.
도 4는 회전이 가능한 광학계를 구비한 라인빔을 이용한 레이저 가공장치의 입체 사시도이다.
로봇 암에 의하여 스테이지(120)에 안착된 대면적 디스플레이 패널(110)은 스테이지(120)의 외주에 적어도 하나 이상으로 구비된 클램프(미도시)에 의해 중앙으로 1차 정렬이 된 후 패널은 스테이지(120) 상에 진공 흡착되어 고정된다. 다음으로, ACF(180)와 연성회로기판(191)이 적치하여 접합부를 형성한다. 그리고 갠트리(210)는 패널의 접합부로 이동한다. 갠트리(210)가 패널의 접합부분에 위치하면, 모니터링부를 통하여 디스플레이 되는 영상을 바탕으로 미세구동 리니어 모터를 작동시킨다. 미세구동 리니어 모터의 작동으로 스테이지가 보다 미세하게 이동함에 따라, 패널의 위치를 보다 정밀하게 정렬함으로써, 제2차 정렬이 완료된다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 광학계(160)에 모터 또는 액츄에이터를 이용 한 회전 구동부(미도시)를 구비하고 있어 광학계(160)의 회전에 따라 레이저 빔의 조사 영역을 변경할 수 있고 디스플레이 패널의 두 측면에 형성된 접합부 모두를 가공할 수 있다. 즉, 대면적 디스플레이 패널(110)의 한 면에 본딩 공정이 종료되면, 회전 구동부(미도시)를 작동시켜 광학계(160)를 회전시켜 접합부가 형성된 대면적 디스플레이 패널의 다른 영역에 레이저 빔(L)을 조사하여 본딩 공정을 완료하게 된다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 갠트리를 이용하여 접합부가 형성된 패널의 일측면에 광학계(160)를 위치시킨 후, 미세 구동 리니어 모터를 구동시켜 스테이지(120)의 움직임을 보다 정밀하게 제어한다. 그리고 레이저 빔을 조사하여 본딩 공정을 실시한다. 본딩 공정이 완료되면 스테이지(120)를 회전시킨 후, 클램프를 포함하는 제1차 정렬장치를 이용하여 패널에 형성된 정렬 마크를 FOV(Field Of View)내로 이동시키는 제1차 정렬을 한다. 다음으로, 갠트리를 이동시켜 광학계가 접합부 상부에 위치하도록 한다. 그리고 스테이지를 정밀하게 제어하여 광학계와 접합부의 위치를 정렬한다. 마지막으로 레이저 빔을 조사하여 본딩 공정을 진행한다.
도 5는 회전이 가능한 광학계를 구비한 레이저 가공장치의 입체 사시도로서 대면적 디스플레이 패널(110)을 테스트하기 위하여 형성된 TEG 배선 또는 A/V(Auto Visual) 패턴을 절단하는데 사용할 수 있다.
디스플레이 패널(110)에 형성된 복수의 화소는 전극 배선과 연결되어 패널(110)의 측면에 패드전극과 연결되어 있다. 패드전극은 패널(110)의 불량을 테스 트하기 위한 쇼트바와 TEG 배선으로 연결되어 있다. 디스플레이 패널과 연성회로기판(191)을 연결하기 전 패널(110)의 불량 검사를 위하여 TEG 배선과 열결된 쇼트바를 이용하여 패널(110)에 형성된 각각의 픽셀의 동작여부를 검사함으로써, 패널(110)의 불량판정을 하게 된다. 패널(110)의 검사가 완료되면, 배선 또는 패턴을 절단하기 위하여 레이저 빔(L)을 조사한다.
이를 위하여 먼저 배선의 절단 공정을 하고자 하는 대면적 디스플레이 패널(110)을 스테이지(120)에 안착한다. 스테이지(120)에 안착된 패널(110)은 클램프에 의해 중앙으로 1차 정렬이 된 후 패널은 스테이지(120)상에 진공 흡착되어 고정된다.그리고 갠트리를 이동하여 절단할 패턴 상부에 광학계가 위치하도록 한 후, 모니터링부를 통하여 디스플레이 되는 영상을 바탕으로 미세구동 리니어 모터를 작동시킨다. 미세구동 리니어 모터의 작동으로 스테이지가 보다 미세하게 이동함에 따라, 패널의 위치를 보다 정밀하게 정렬함으로써, 제2차 정렬이 완료된다. 제2차 정렬이 완료되면 광학계를 제어하여 레이저 빔이 가공하고자 하는 영역 상에 초점이 맺힐 수 있도록 한 후 레이저 빔을 조사함으로써, TEG 배선을 절단한다. 절단 공정이 완료되면 TEG 배선의 절단 상태를 확인하고 공정을 완료한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 광학계(160)를 패널(110)의 일측면에 위치시켜 레이저 빔을 조사할 수 있도록 한다. 먼저 레이저 발진기(170)로부터 출력된 레이저 빔을 광학계를 통과하여 패널의 일측면에 조사하여 배선을 절단 후 배선 절단 상태를 확인한다. 절단이 완료되면, 레이저 발진기(170)의 작동을 정지한다. 다음으로 광학계(160)와 연결된 회전 구동부를 작동시켜, 광학계(160)를 회전시켜 또 다른 TEG 배선이 형성된 패널(110)의 다른 측면으로 이동한 후, 레이저 발진기(170)를 재 작동시켜 레이저 빔(L)을 재조사함으로써, 복수의 측면에 배선이 형성된 패널(110)의 TEG 배선 절단 후, 배선의 절단 상태를 확인하고 공정을 완료한다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 배선이 형성된 패널(110)의 일측면에 갠트리(210)를 이용하여 광학계(160)를 위치시킨 후, 레이저 빔(L)을 조사하여 배선을 절단한다. 절단이 완료되면 절단 상태를 확인한 후, 스테이지(120)를 회전시킨다. 그리고 갠트리(210)를 이용하여 광학계(160)를 패널의 다른 측면에 형성된 접합부에 위치시키고 레이저 빔을 조사하여 배선을 절단한다. 절단이 완료되면 절단 상태를 확인한다.
본 발명에 따른 TEG 배선을 절단하는데 사용하는 레이저 빔의 폭은 50μm이하, A/V(Auto Visual) 패턴의 경우 200μm 내지 1000μm 이하를 사용할 수 있다.
본 발명은 이상에서 살펴본 바와 같이 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.
본 발명은 복수개의 레이저 발진기에서 출력된 빔을 대면적 디스플레이 패널의 일 측면의 길이에 대응하는 라인 형태의 레이저 빔을 변환하여 조사함으로써, 대면적 디스플레이 패널과 구동 드라이버 I/C가 실장된 연성회로기판과의 본딩공정 및 TEG 배선 또는 A/V 패턴을 절단하는데 소요되는 시간을 줄이고, 제품의 생산성과 수율을 극대화할 수 있는 현저하고도 유리한 효과가 있다.

Claims (24)

  1. 디스플레이 패널에 구동 I/C를 실장한 연성회로기판을 본딩하는 장치에 있어서,
    상기 패널이 안착되고, 회전가능한 스테이지;
    상기 패널과 연성회로기판 사이에 이방성 전도성 필름을 위치시킨 상태에서 이들을 가압하여 접합부를 형성하는 투명가압기;
    상기 접합부에 레이저 빔을 출력하여 조사하는 레이저 발진기;
    상기 레이저 빔을 라인 형태의 레이저 빔으로 변환하는 광학계;
    상기 레이저 빔의 조사 위치를 변경하기 위하여 상기 광학계를 전/후, 좌/우로 이동시키는 갠트리;
    상기 패널의 정렬 상태와 본딩 상태를 확인하는 모니터링 수단; 및
    상기 레이저 빔의 출력시 상기 레이저 발진기에 발생하는 열을 제거하는 냉각수단;을 포함하는 라인빔을 이용한 레이저 가공장치.
  2. 디스플레이 패널에 형성된 배선을 절단하는 장치에 있어서,
    상기 패널이 안착되고, 회전가능한 스테이지;
    상기 배선을 절단하기 위하여 레이저 빔을 출력하는 레이저 발진기;
    상기 패널에 형성된 배선상의 측면에 위치하고 상기 레이저 빔을 라인 형태의 레이저 빔으로 변환하여 출력하며, 초점 조절을 위해 상하로 이동하기 위한 광학계;
    상기 레이저 빔의 조사 위치를 변경하기 위하여 상기 광학계를 전/후, 좌/우로 이동하기 위한 갠트리;
    상기 패널의 정렬 상태와 절단 상태를 확인하기 위한 모니터링 수단; 및
    레이저 빔 출력시 상기 레이저 발진기에 발생하는 열을 제거하는 냉각수단;을 포함하는 라인빔을 이용한 레이저 가공장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 레이저 빔이 상기 패널의 일측면과 상기 일측면에 대하여 수직인 면에 조사되도록 상기 광학계를 회전시키는 회전구동부가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 레이저 가공장치.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 광학계는 상기 패널의 복수의 측면에 구비되는 라인빔을 이용한 레이저 가공장치.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 레이저 발진기와 광학계는 복수로 구비된 라인빔을 이용한 레이저 가공장치.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 레이저 발진기의 출력단은 복수개의 광섬유와 광학계가 연결된 라인빔을 이용한 레이저 가공장치.
  7. 삭제
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 스테이지를 지지하는 지지테이블;
    상기 스테이지를 X, Y 및 Z축으로 움직이기 위하여 상기 지지테이블상에 형성된 가이드 레일; 및
    상기 지지테이블의 진동을 줄이기 위한 제진대;를 포함하는 라인빔을 이용한 레이저 가공장치.
  9. 제2항에 있어서,
    상기 배선은 TEG(TEST ELEMENT GROUP) 배선 및 A/V(AUTO VISUAL) 패턴 중 어느 하나인 라인빔을 이용한 레이저 가공장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 TEG 배선을 절단하는데 사용하는 레이저 빔의 폭은 50um 이하인 라인빔을 이용한 레이저 가공장치.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 A/V 패턴을 절단하는데 사용하는 레이저 빔의 폭은 200um 내지 1000um 이하인 라인빔을 이용한 레이저 가공장치.
  12. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 레이저 발진기는 다이오드 레이저, DPSS(DIODE PUMPED SOLID STATE) 레이저, KrF 엑시머 (KRYPTON FLUORIDE EXCIMER)레이저, ArF 엑시머(ARGON FLUORIDE EXCIMER) 레이저, 나노초, 펨토초 및 아토초 레이저 중 어느 하나를 사용하는 라인빔을 이용한 레이저 가공장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 레이저 발진기의 파장은 200nm 내지 1560nm 대역을 사용하는 라인빔을 이용한 레이저 가공장치.
  14. 제8항에 있어서,
    상기 스테이지 외곽부분에 설치되어 상기 패널에 형성된 정렬마크를FOV(Field of View) 영역안으로 위치시키는 1차 정렬장치;
    상기 스테이지상에 로딩시 발생할 수 있는 상기 패널의 손상을 막고 상기 패널을 고정하기 위한 수지계열의 고정부재; 및
    상기 스테이지 상에 기판이 안착되면 패널을 고정하기 위한 진공흡착수단;을 포함하는 라인빔을 이용한 레이저 가공장치.
  15. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 광학계는,
    레이저 빔의 세기를 조절하기 위한 빔 세기 조절기;
    레이저 빔의 형태를 변형하기 위한 빔 형성기;
    빔의 세기를 균일화하기 위한 빔 균질기; 및
    상기 레이저 빔의 경로와 초점을 제어하기 위한 미러와 렌즈;를 포함하는 라인빔을 이용한 레이저 가공장치.
  16. 삭제
  17. 제15항에 있어서,
    상기 광학계는 상기 레이저 발진기에 각각 구비되어 각각의 레이저 빔의 형태 또는 초점을 제어하는 라인빔을 이용한 레이저 가공장치.
  18. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 모니터링 수단은 광학계 일측에 위치하며 가공 상태나 정렬 상태를 검사하기 위한 CCD 카메라; 및
    영상을 포착하기 위한 캡쳐보드와 영상처리보드;를 포함하는 라인빔을 이용한 레이저 가공장치.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 모니터링 수단은 가공 상태를 포착하기 위하여 가시광을 조사하는 조명부를 더 포함하는 라인빔을 이용한 레이저 가공장치.
  20. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    각 구성의 동작이나 레이저 발진기, 광학계 및 스테이지의 구동을 제어하기 위한 제어장치를 포함하는 라인빔을 이용한 레이저 가공장치.
  21. 디스플레이 패널과 연성회로기판을 본딩하는 방법에 있어서,
    상기 패널을 스테이지상에 안착하는 단계;
    상기 패널의 일측면에 형성된 전극상부에 이방성 전도성 필름과 연성회로기판을 적재하여 제1접합부를 형성하는 단계;
    상기 제1접합부를 정렬하는 단계;
    상기 제1접합부를 가압함과 동시에 상기 제1접합부에 라인 형태의 레이저 빔을 조사하는 단계; 및
    상기 제1접합부를 확인하는 단계;를 포함하며,
    상기 레이저 빔을 출력하는 레이저 발진기를 냉각하는 단계가 더 부가되는 것을 특징으로 하는 라인빔을 이용한 레이저 가공방법.
  22. 디스플레이 패널에 형성된 배선을 절단하는 방법에 있어서,
    상기 패널을 스테이지상에 안착하는 단계;
    상기 패널과 광학계의 위치를 정렬하는 단계;
    라인 형태의 레이저 빔을 상기 배선에 조사하는 단계;
    상기 배선의 절단상태를 모니터링하는 단계; 및
    상기 배선의 절단된 상태를 확인하는 단계;를 포함하며,
    상기 레이저 빔을 출력하는 레이저 발진기를 냉각하는 단계가 더 부가되는 것을 특징으로 하는 라인빔을 이용한 레이저 가공방법.
  23. 제21항 또는 제22항에 있어서,
    상기 제1접합부 또는 상기 배선의 절단된 상태를 확인한 후, 상기 광학계를 회전시켜 상기 레이저 빔의 조사 위치를 변경하는 단계를 포함하는 라인빔을 이용한 레이저 가공방법.
  24. 제21항에 있어서, 상기 제1접합부를 확인하는 단계 이 후,
    상기 연성회로기판의 타단 하부에 이방성 전도성 필름과 인쇄회로기판을 적층하여 제2접합부를 형성하는 단계;
    상기 제2접합부를 정렬하는 단계; 및
    투명가압기를 이용하여 상기 연성회로기판 상부에서 가압하는 단계;
    상기 광학계를 이용하여 상기 레이저 빔을 라인 형태의 레이저 빔으로 변환하여 상기 제2접합부에 조사하는 단계; 및
    상기 제2접합부의 접합 상태를 확인하는 단계;를 포함하는 라인빔을 이용한 레이저 가공방법.
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