KR100950017B1

KR100950017B1 - 레이저 드릴링 가공방법

Info

Publication number: KR100950017B1
Application number: KR1020070062499A
Authority: KR
Inventors: 이병락; 최미진
Original assignee: 주식회사 이오테크닉스
Priority date: 2007-06-25
Filing date: 2007-06-25
Publication date: 2010-03-29
Also published as: KR20080113702A

Abstract

본 발명은 레이저 드릴링 가공방법에 관한 것으로서, 특히 레이저빔을 기판상의 원하는 위치로 조사하기 위한 갈바노 스캐너를 이용하여, 평면상의 일방향으로 이동하는 기판상의 타겟점에 상기 레이저빔을 조사하면서 홀을 가공하는 레이저 드릴링 가공방법에 있어서, 상기 기판을 일방향으로 일정 속도로 이동시키는 단계; 상기 일방향으로 이동하는 기판의 위치값을 획득하는 단계; 상기 레이저빔을 조사할 수 있는 범위인 작업영역 내에서, 상기 기판의 위치값을 이용하여 상기 타겟점의 위치를 구하는 단계; 상기 기판의 위치값을 획득한 후 실제 레이저빔이 조사되는 시점까지 걸리는 딜레이 시간을 고려하여, 상기 타겟점의 위치로부터 상기 기판이 진행하는 방향의 하류측으로 일정 거리 떨어진 보정위치를 구하는 단계; 및 상기 보정위치를 향해 상기 레이저빔을 조사하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 레이저 드릴링 가공방법에 관한 것이다.

Description

레이저 드릴링 가공방법 {Laser drilling manufacturing method}

도 1은 일반적인 레이저 드릴링 시스템의 개략적 구성을 보여주는 도면.

도 2는 종래의 레이저 드릴링 가공방법의 일례를 나타내는 도면.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 드릴링 가공방법의 순서도.

도 4는 도 3의 레이저 드릴링 가공방법에 의해 홀을 가공하는 원리를 나타내는 도면.

도 5는 도 3의 레이저 드릴링 가공방법에 의해 홀을 가공하는데 있어서, 마이크로 벡터 단위로 레이저빔을 이동시키는 것을 나타내는 도면.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 레이저 발진기 12 : 콜리메이터

14 : 조리개 16 : 반사미러

30 : 레이저 헤드 31 : 갈바노 스캐너

32 : x 미러 33 : y 미러

35 : 스캔렌즈 50 : 기판

53 : 타겟점의 위치 54 : 보정위치

60 : 스테이지 70 : 제어부

80 : 작업영역 100 : 레이저 드릴링 시스템

본 발명은 레이저 드릴링 가공방법에 관한 것으로서, 상세하게는 일방향으로 이동하는 기판상의 타겟점에 레이저빔을 조사하면서 홀을 가공하는 레이저 드릴링 가공방법에 관한 것이다.

레이저 드릴링 시스템은 다층기판의 전자기기에서 각 층간의 연결을 위하여 작은 홀 및 특수 비아홀(via hole)을 레이저빔을 이용하여 천공하는 장치이다. 다층 PCB(Printed Circuit Board)의 층간 연결 통로에 해당되는 비아홀을 가공하기 위해서 종래에는 기계적 드릴(Mechanical Drill)을 사용하였으나, 회로의 미세화로 인해 홀의 구경이 작아지면서 이로 인한 가공비의 증가와 미세홀 가공의 한계로 인해 레이저를 이용한 가공방식이 대안으로 사용되게 되었다.

도 1은 일반적인 레이저 드릴링 시스템의 개략적 구성을 보여주는 도면이고, 도 2는 종래의 레이저 드릴링 가공방법의 일례를 나타내는 도면이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 레이저 드릴링 시스템(100)에 있어서, 레이저 발진기(10)로부터 발진된 레이저빔은 콜리메이터(12) 및 조리개(14)를 거쳐서 반사미러(16)로 입사된다. 레이저빔은 반사미러(16)에서 반사되어 레이저 헤드(30)로 진입한다.

레이저 헤드(30)로 진입된 레이저빔은 갈바노 스캐너(31)에 의해서 광의 방향이 제어된 후 스캔렌즈(f-쎄타렌즈)(35)를 거쳐서 PCB 기판(50)에 홀을 형성한 다. 갈바노 스캐너(31)는, 레이저빔을 기판상의 원하는 위치로 조사하기 위한 것으로서, x 미러(32) 및 y 미러(33)로 구성되어 있으며, 각 미러는 제어부(70)에 의해 그 각도(즉, 위치)가 조절된다. 스테이지(60)는 기판(50)을 평면상의 일방향으로 이동시키는 장치다.

종래에는 기판(50)상의 원하는 위치에 홀을 가공하기 위해 기판(50)이 정지된 상태에서 기판(50)상에 레이저빔을 조사하였다. 즉, 스테이지(60)를 이용하여 기판(50)을 이동시키다가, 기판(50)상에서 홀을 가공하고자 하는 부분이 레이저빔을 조사할 수 있는 최대 범위인 작업영역 내에 들어오게 되면, 기판(50)을 정지시킨다. 이후, 기판(50)이 정지된 상태에서 목표하는 위치로 레이저빔을 조사한다. 작업영역 내에서 가공 가능한 홀들의 가공이 완료되면, 기판(50)의 다른 부분이 작업영역 내에 들어오도록 다시 기판(50)을 이동시킨다. 이러한 방법은 가공의 위치정밀도 측면에서 우수하였으나, "기판의 이동 → 기판의 정지 → 홀의 가공 → 다시 기판의 이동"의 과정을 반복함으로써 기판당 가공시간이 상당히 늘어나는 문제가 있었다.

가공에 소요되는 시간을 단축하고자, 기판(50)을 이동시키면서 홀을 가공하는 방법이 제안되었다. 기판(50)이 일방향으로 일정 속도로 이동하는 상태에서, 목표하는 위치로 레이저빔을 조사하여 홀을 가공하였다. 도 2에 도시된 바와 같이, 타겟점의 위치(51)를 조사하도록 갈바노 스캐너에 이동명령을 인가하여도, 갈바노 스캐너(31)의 관성으로 인해, 그 이동명령에 따라 갈바노 스캐너(31)가 실제 이동하여 레이저빔이 조사되는 것은 일정 시간(t1)이 경과된 이후이다. 이러한 딜 레이 시간 동안 기판(50)은 일정 속도로 "A" 방향으로 이동하고 있기 때문에, 레이저빔은 타겟점의 위치(51)에 조사되지 못하고, 타겟점의 위치(51)로부터 일정 거리(ℓ1) 벗어난 이탈 위치(52)에 조사된다. 결국, 이동하는 기판상에서 홀을 가공하는 경우, 레이저빔의 조사위치의 위치정밀도가 상당히 저하되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 레이저빔을 이용하여 이동하는 기판상에 홀을 드릴링하는 과정에서 시스템의 하드웨어 성능 및 물성치 등에 의해 딜레이 시간이 발생하는데, 그러한 딜레이 시간으로 인해 발생하는 가공오차를 줄임으로써, 단위기판당 소요되는 가공시간을 단축함과 동시에, 가공되는 홀의 위치정밀도를 높일 수 있는 레이저 드릴링 가공방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 레이저 드릴링 가공방법은, 레이저빔을 기판상의 원하는 위치로 조사하기 위한 갈바노 스캐너를 이용하여, 평면상의 일방향으로 이동하는 기판상의 타겟점에 상기 레이저빔을 조사하면서 홀을 가공하는 레이저 드릴링 가공방법에 있어서, 상기 기판을 일방향으로 일정 속도로 이동시키는 단계; 상기 일방향으로 이동하는 기판의 위치값을 획득하는 단계; 상기 레이저빔을 조사할 수 있는 범위인 작업영역 내에서, 상기 기판의 위치값을 이용하여 상기 타겟점의 위치를 구하는 단계; 상기 기판의 위치값을 획득한 후 실제 레이 저빔이 조사되는 시점까지 걸리는 딜레이 시간을 고려하여, 상기 타겟점의 위치로부터 상기 기판이 진행하는 방향의 하류측으로 일정 거리 떨어진 보정위치를 구하는 단계; 및 상기 보정위치를 향해 상기 레이저빔을 조사하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 레이저 드릴링 가공방법에 있어서, 바람직하게는, 상기 딜레이 시간은, 상기 기판의 위치값을 획득한 후 상기 딜레이 시간을 고려한 상기 보정위치를 계산하는데 걸리는 시간; 및 상기 갈바노 스캐너에 이동명령을 인가한 시점부터 상기 갈바노 스캐너가 실제로 이동하기 시작한 시점까지 걸리는 시간인 갈바노 스캐너의 이동지연시간;을 포함한다.

본 발명에 따른 레이저 드릴링 가공방법에 있어서, 바람직하게는, 상기 타겟점의 위치와 상기 보정위치 사이의 일정 거리는, 상기 딜레이 시간과 상기 기판의 이동 속도를 곱한 값이다.

본 발명에 따른 레이저 드릴링 가공방법에 있어서, 바람직하게는, 상기 딜레이 시간은, 200 ㎲ 이상 300 ㎲ 이하이다.

본 발명에 따른 레이저 드릴링 가공방법에 있어서, 바람직하게는, 상기 기판을 소정의 위치로 이동시킬 때 목표하는 위치와 상기 기판이 실제 정지하는 위치의 차이인 정지위치 오차량을, 상기 타겟점의 위치 또는 상기 보정위치에 산입하는 단계를 더 포함한다.

이하, 본 발명에 따른 레이저 드릴링 가공방법의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 드릴링 가공방법의 순서도이고, 도 4는 도 3의 레이저 드릴링 가공방법에 의해 홀을 가공하는 원리를 나타내는 도면이고, 도 5는 도 3의 레이저 드릴링 가공방법에 의해 홀을 가공하는데 있어서, 마이크로 벡터 단위로 레이저빔을 이동시키는 것을 나타내는 도면이다.

우선, 기판(50)을 평면상의 일방향으로 일정 속도로 이동시킨다(S10). 상기 기판(50)을 이동시키는 속도는, 기판(50)상에 가공하여야 할 홀들의 개수와 연관성이 크다. 즉, 가공하여야 하는 홀의 개수가 많을수록 기판(50)의 이동 속도를 낮춰야 상기 갈바노 스캐너(31)를 이용한 드릴링이 가능해진다. 기판(50)의 최소 이송 속도는 기판(50)의 집적도가 증가하는 추세로 볼 때 거의 0 mm/s에 가까운 속도가 되며, 기판(50)의 최대 이송 속도는 스테이지(60)의 중량 및 스테이지(60)를 구동하는 모터의 토크 등에 의해 제한된다.

이후, 일방향으로 이동하는, 도 4에 도시된 바와 같이, "A" 방향으로 이동하는 기판(50)의 위치값을 획득한다(S20). 기판(50)을 지지하는 스테이지(60)에는 그 스테이지(60)를 구동하는 모터(미도시)가 장착된다. 상기 모터로부터 엔코더(encoder) 신호를 입력받아 그 기판(50)의 현재 위치값을 얻을 수 있다. 모터로부터의 엔코더 신호는 상기 제어부(70)로 입력된다.

이후, 레이저빔을 조사할 수 있는 최대 범위인 작업영역(80) 내에서, 기판(50)의 위치값을 이용하여 타겟점의 위치(53)를 구한다(S30). 본 실시예에서 타겟점의 위치(53)를 구한다는 것은, 작업영역(80) 내에 형성된 좌표계에서 상기 타겟점의 좌표값을 구한다는 의미이다. 본 실시예에서는, 기판(50)이 이동하면서 작 업영역(80)을 통과하기 때문에, 작업영역(80) 내에 형성된 좌표계에서 기판상의 타겟점의 위치(53)는 매순간 변경된다.

이와 같이 변경되는 타겟점의 위치(53)를 구하기 위해, 기판(50)의 위치값을 이용한다. 기판(50)상의 한 점인 타겟점의 위치는 기판(50)에 대해서는 고정되어 있고, 기판(50)이 이동함에 따라 작업영역(80) 내에 형성된 좌표계에서의 타겟점의 위치(53)가 변경되므로, 결국 기판(50)의 위치값 변화와 타겟점의 위치(53) 변화는 서로 상관관계가 형성된다. 따라서, 변경되는 기판(50)의 위치값을 획득하게 되면 이를 기준으로 하여 변경되는 타겟점의 위치(53)(작업영역 내의 좌표계에서의 좌표값)를 구할 수 있게 된다. 예컨대, 도 4에 도시된 바와 같이, 기판의 위치값을 이용하여 작업영역(80) 내의 좌표계에서 구한 타겟점의 위치(53)를 (x1, y1)이라 한다.

이후, 레이저 드릴링 시스템(100)의 딜레이 시간을 고려하여, 상기 타겟점의 위치(53)로부터 기판(50)이 진행하는 "A" 방향의 하류측으로 일정 거리 떨어진 보정위치(54)를 구한다(S40).

본 실시예에서, 상기 딜레이 시간은, 기판(50)의 위치값을 획득한 후 실제 레이저빔이 조사되는 시점까지 걸리는 시간으로 정의되며, 위치계산시간과, 이동지연시간을 포함한다.

상기 제어부(70)의 프로세서에서 기판(50)의 위치값을 획득한 후 타겟점의 위치(53)를 구하고, 전체 딜레이 시간을 고려하여 다시 타겟점의 위치(53)로부터 일정 거리(ℓ2) 떨어진 보정위치(54)를 구하는데 소정의 시간이 소요된다. 이와 같이 최종적으로 보정위치(54)까지 계산하는데 소요된 시간을 위치계산시간이라 한다. 상기 위치계산시간은 주로 제어부(70)의 프로세서의 성능에 의해 좌우된다. 본 실시예에 이용된 레이저 드릴링 시스템(100)의 프로세서는, 약 20 ㎲ 이내에 최종적으로 보정위치(54)까지 계산할 수 있다.

갈바노 스캐너(31)에 이동명령을 인가한 시점부터 갈바노 스캐너(31)가 실제로 이동하기 시작한 시점까지 걸리는 시간을 갈바노 스캐너(31)의 이동지연시간이라 한다. 이러한 이동지연시간은 갈바노 스캐너(31) 자체의 질량에 따라 각각 고유한 값이 정해진다. 본 실시예에 이용된 레이저 드릴링 시스템의 갈바노 스캐너(31)는, 약 50 ㎲ 이상 300 ㎲ 이하의 이동지연시간을 가진다.

상기와 같이, 위치계산시간과 이동지연시간을 포함하는 딜레이 시간은 대개 레이저 드릴링 시스템(100)의 하드웨어에 의해 결정되므로, 몇번의 시행오차를 통해 미리 측정할 수 있다. 본 실시예를 구현하기 위한 레이저 드릴링 시스템에서, 시행오차에 의해 측정된 딜레이 시간은, 200 ㎲ 이상 300 ㎲ 이하이며, 더욱 바람직하게는 250 ㎲이다.

상기 보정위치(54)는, 타겟점의 위치(53)로부터 상기 기판(50)이 진행하는 방향의 하류측으로 일정 거리(ℓ2) 떨어져 있다. 딜레이 시간과 기판(50)의 이동 속도를 곱하면, 딜레이 시간 동안 기판(50)이 이동한 거리가 산출된다. 그리고, 딜레이 시간 동안 기판(50)이 이동한 거리는 딜레이 시간 동안의 타겟점의 위치 변화량과 동일하다. 따라서, 기판의 위치값을 획득하고 딜레이 시간이 경과한 후에야 비로소 실제 레이저빔이 조사되므로, 기판(50)이 진행하는 방향의 하류측으로 딜레이 시간과 기판의 이동 속도를 곱한 값에 해당하는 거리만큼 떨어진 위치에 보정위치(54)를 마련한다. 예컨대, 작업영역(80) 내의 좌표계에서 구한 타겟점의 보정위치(54)를 (x2, y2)라 한다.

이후, 상기 보정위치(54)에 정지위치 오차량을 산입한다(S41). 일반적으로 기판(50)을 소정의 위치로 이동시킬 때, 목표하는 위치와 기판이 실제 정지하는 위치는 차이가 있게 되는데, 이러한 차이를 정지위치 오차량이라 한다. 상기 정지위치 오차량은, 기판(50)을 이동시키는 스테이지(60)를 가공할 때 생기는 가공 공차나 조립할 때 생기는 조립 공차에 의해 생기는 피할 수 없는 오차량 중 하나이다. 따라서, 이러한 정지위치 오차량을 미리 측정한 후, 상기 보정위치(54)에 정지위치 오차량을 산입하게 되면 상기 보정위치(54)를 보다 정밀하게 구할 수 있다.

이후, 상기 정지위치 오차량이 산입된 보정위치(54)에 레이저빔을 조사할 수 있도록, 갈바노 스캐너(31)의 미러(32)(33)를 이동시키는 이동값을 계산한다(S50). 상기 이동값은, 갈바노 스캐너(31)의 x 미러(32) 및 y 미러(32)를 이동시키기 위해, 0 내지 65535의 범위 내의 어느 하나의 정수값으로 정해지고, 이 정수값은 x 미러(32) 및 y 미러(33)에 각각 할당된다. 상기 정수값은, 작업영역(80)의 x축 및 y축 길이를 각각 2¹⁰(65536)으로 나누고, 보정위치(54)의 좌표값에 대응되는 값이 된다.

이후, 보정위치(54)를 향해 레이저빔을 조사하여 홀을 가공한다(S60). 위와 같이 생성된 이동값을 갈바노 스캐너(31)에 인가한다. 보정위치(54)를 향해 레이 저빔을 조사하더라도 딜레이 시간이 지나야만 실제 레이저빔이 조사되므로, 실제 레이저빔이 조사되는 순간에는 타겟점이 보정위치(54)에 위치하게 된다. 따라서, 실제 레이저빔은 기판(50)상의 원하는 타겟점에 정확하게 조사될 수 있다.

원 샷(one shot)의 레이저빔으로 홀을 가공하는 것뿐만 아니라, 도 5에 도시된 바와 같이, 복수 개의 마이크로 벡터(90)들을 서로 연결하고, 마이크로 벡터(90)들을 따라 레이저빔을 이동시킴으로써 홀을 가공할 수도 있다. 상기 마이크로 벡터(90)는 레이저빔의 위치를 이동시키는 기본단위로서, 마이크로 벡터(90)들을 따라 레이저빔을 조사하게 되면 원형의 마이크로 벡터(90)의 띠 내부에 홀이 형성된다.

상기 마이크로 벡터(90)를 이용하여 홀을 가공하는 방법에 상술한 바와 같은 원리가 그대로 적용된다. 즉, 마이크로 벡터(90)의 시점인 제1타겟점(P1)과 마이크로 벡터(90)의 종점인 제2타겟점(P2) 역시 기판(50)상의 타겟점의 일종이므로, 작업영역(80) 내에 형성된 좌표계에서 제1타겟점(P1) 및 제2타겟점(P2)의 위치 및 각각의 보정위치를 구한다. 그리고, 제1타겟점(P1)의 보정위치로부터 제2타겟점(P2)의 보정위치를 향해 레이저빔이 이동하도록 레이저빔을 조사하면, 제1타겟점(P1)과 제2타겟점(P2)을 연결하는 마이크로 벡터(90)의 가공이 가능하게 된다.

상술한 바와 같이 본 실시예에 따른 레이저 드릴링 가공방법은, 레이저빔을 이용하여 이동하는 기판상에 홀을 드릴링하는 과정에서, 시스템의 하드웨어의 성능에 의해 발생되는 딜레이 시간을 고려하여, 타겟점의 목표위치로부터 기판이 진행하는 방향으로 일정 거리 떨어진 위치에 보정위치를 계산한다. 이후, 그 보정위치 를 향해 레이저빔을 조사함으로써, 궁극적으로는 타겟점의 목표위치에 레이저빔이 조사되도록 한다. 따라서, 단위기판당 소요되는 가공시간을 단축함과 동시에, 가공되는 홀의 위치정밀도를 높일 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

이상 바람직한 실시예 및 변형례들에 대해 설명하였으나, 본 발명에 따른 레이저 드릴링 가공방법은 상술한 예들에 한정되는 것은 아니며, 그 예들의 변형이나 조합에 의해, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범주 내에서 다양한 형태의 레이저 드릴링 가공방법이 구체화될 수 있다.

본 발명의 레이저 드릴링 가공방법은, 시스템의 하드웨어의 성능에 의해 발생되는 딜레이 시간을 고려한 보정위치를 계산하여 이를 홀의 가공에 이용함으로써, 단위기판당 소요되는 가공시간을 단축함과 동시에, 가공되는 홀의 위치정밀도를 높일 수 있는 효과가 있다.

Claims

레이저빔을 기판상의 원하는 위치로 조사하기 위한 갈바노 스캐너를 이용하여, 평면상의 일방향으로 이동하는 기판상의 타겟점에 상기 레이저빔을 조사하면서 홀을 가공하는 레이저 드릴링 가공방법에 있어서,

상기 기판을 일방향으로 일정 속도로 이동시키는 단계;

상기 일방향으로 이동하는 기판의 위치값을 획득하는 단계;

상기 레이저빔을 조사할 수 있는 범위인 작업영역 내에서, 상기 기판의 위치값을 이용하여 상기 타겟점의 위치를 구하는 단계;

상기 기판의 위치값을 획득한 후 실제 레이저빔이 조사되는 시점까지 걸리는 시간인 딜레이 시간을 고려하여, 상기 타겟점의 위치로부터 상기 기판이 진행하는 방향의 하류측으로 일정 거리 떨어진 보정위치를 구하는 단계; 및

상기 보정위치를 향해 상기 레이저빔을 조사하는 단계;를 포함하고,

상기 딜레이 시간은,

상기 기판의 위치값을 획득한 후 상기 딜레이 시간을 고려한 상기 보정위치를 구하는데 걸리는 시간; 및

상기 갈바노 스캐너에 이동명령을 인가한 시점부터 상기 갈바노 스캐너가 실제로 이동하기 시작한 시점까지 걸리는 시간인 갈바노 스캐너의 이동지연시간;을 포함하는 것을 특징으로 하는, 레이저 드릴링 가공방법.
삭제
제1항에 있어서,

상기 타겟점의 위치와 상기 보정위치 사이의 일정 거리는,

상기 딜레이 시간과 상기 기판의 이동 속도를 곱한 값인 것을 특징으로 하는, 레이저 드릴링 가공방법.
제1항에 있어서,

상기 딜레이 시간은, 200 ㎲ 이상 300 ㎲ 이하인 것을 특징으로 하는, 레이저 드릴링 가공방법.
제1항에 있어서,

상기 기판을 소정의 위치로 이동시킬 때 목표하는 위치와 상기 기판이 실제 정지하는 위치의 차이인 정지위치 오차량을, 상기 타겟점의 위치 또는 상기 보정위치에 산입하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 레이저 드릴링 가공방법.