KR101088119B1 - 리드 프레임과 컨넥터에 대한 레이저 가공 장치 및 이를 이용한 레이저 가공 방법 - Google Patents

리드 프레임과 컨넥터에 대한 레이저 가공 장치 및 이를 이용한 레이저 가공 방법 Download PDF

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Abstract

리드 프레임과 컨넥터에 대한 레이저 가공 장치 및 이를 이용한 레이저 가공 방법이 제공된다. 개시된 리드 프레임과 컨넥터에 대한 레이저 가공 장치는 광원, 및 가이드 레일 상에서 수평방향으로 이동하고, 상기 광원으로부터 입사된 레이저 광성분이 내부에 배치된 광학유닛을 통해 외부로 출사되어지게 하는 레이저 주사부를 포함하고, 상기 광학유닛은 반사미러, 및 상기 반사미러에 의해 반사되는 레이저 광성분의 경로를 상기 레이저 주사부의 중심축으로부터 편심시키는 프리즘 모듈을 구비하고, 상기 레이저 주사부의 전체적인 이동 또는 상기 프리즘 모듈의 조절에 따라 상기 레이저 주사부로부터 주사되는 레이저 광이 상기 레이저 주사부의 하부로 공급되는 인쇄기판 상에 선형 또는 호 형상의 회로 패턴을 형성할 수 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 리드 프레임과 컨넥터 등의 인쇄기판에 가공되는 패턴 형상을 linear 또는 Arc 타입의 절단면을 형성하도록 하여 회로 패턴을 미세하고 다양하게 구성할 수 있게 되고, 롤 타입의 연속 생산이 가능하게 되어 자동화 공정으로 되어 있는 후 공정에 용이하게 적용할 수 있다.
리드 프레임, 컨넥터, LED, 절단, 패턴, 레이저, 프리즘, 미러, 편심, 렌즈

Description

리드 프레임과 컨넥터에 대한 레이저 가공 장치 및 이를 이용한 레이저 가공 방법{Laser Cutting Apparatus for Lead Frame and Connector and Laser Cutting Method using the Same}
본 발명은 리드 프레임과 컨넥터에 대한 레이저 가공 장치 및 이를 이용한 레이저 가공 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 리드 프레임과 컨넥터에 대한 연속적인 절단 공정의 수행시에 미세한 작업을 용이하게 하거나 구조적인 디자인의 변경시에도 즉각적인 변경을 가능하게 하는 리드 프레임과 컨넥터에 대한 레이저 가공 장치 및 이를 이용한 레이저 가공 방법에 관한 것이다.
발광다이오드(light emitting diode, 이하 'LED'라 한다)와 같은 발광소자는 21세기의 신광원으로 그 응용분야와 발전 가능성이 무한한 미래형 산업이다. 발광소자를 이용한 장치는 신호등, 자동차 후미 등에서부터 상용화에 성공한 LED TV에 까지 일상생활 주변 전반으로 사용분야가 넓어지고 있다. 이러한 발광소자의 개발시 정확한 성능 테스트를 위하여 리드프레임에 대한 시제품 제작이 불가피하게 되 어, 디자인을 수차례 바꿔가며 제작하는 특징 때문에 비용상이나 시간적인 측면에서 프레스 금형을 제작하지 못하고 에칭 공정을 이용하는 것이 현 업계의 일반적인 방법이다. 그러나 상기의 에칭 공정을 이용한 방법은 연속적인 릴 타입 생산에 적용하기가 어려워 자동화 릴투릴 공정으로 되어있는 후 공정에는 적용이 불가능하여 거의 모든 공정을 수작업으로 실시하고 있다. 이러한 이유 때문에 일정분량 이상의 시 제품생산은 현실적으로 불가능한 상황이다.
더불어, 미세한 디자인의 변경 시에도 에칭을 위한 마스크 제작을 매번 다시 해야 하는 어려움을 안고 있다. 또한, 에칭 용액에 의한 환경적인 문제, 느린 생산 속도 등 크고 작은 많은 걸림돌을 제거하여야 국내 발광소자에 대한 기술개발이 원활이 이루어질 수 있다. 비단 리드프레임 분야 뿐 아니라 컨넥터(Connector) 단자의 개발 시에도 이상의 내용들이 동일한 문제로 작용하고 있다.
일반적으로 발광소자 패키지는 발광소자 본딩 패드, 리드선을 포함하는 리드프레임, 상기 본딩 패드에 실장되는 발광소자 및 몰딩공정에 의하여 이들을 패키징하는 패키지 몸체를 포함하여 구성되며, 상기 패키지 몸체는 플라스틱, 세라믹 또는 기타 절연물체 등과 같은 재질로 이루어진다. 상기의 구성요소중 리드프레임은 다수의 발광소자를 안정되게 고정하여 도전시키는 과정을 통해서 회로적인 안정성을 높이는 데에 큰 역할을 하게 된다.
리드프레임의 개발 단계를 보면, 시제품 생산을 위해 디자인된 형상대로 제작된 마스크로 PR처리가 된 원자재에 노광, 현상 공정을 거쳐 에칭 준비를 하게 된다. 이후 에칭 용액으로 일정시간 이상 에칭을 하여 원하지 않는 부분을 제거하게 된다. 이후, 에칭이 완료된 제품의 PR막에 대한 박리 및 세척공정을 진행한다.그러나, 상기의 에칭을 이용한 제작공정을 따라서는 롤타입 제작이 불가능 하며, 제작 시간도 오래걸리는 단점이 있다. 또한, 디자인 변경시 마스크를 매번 다시 제작해야 하는 어려움이 따르게 된다.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위해서, 기존에 리드프레임과 컨넥터의 제작에 필요한 에칭공정을 대체하면서 즉각적인 디자인 변경 적용이 가능하도록 리드 프레임과 컨넥터에 대한 레이저 가공 장치 및 이를 이용한 레이저 가공 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해 제공되는 본 발명의 일 관점에 따른 리드 프레임과 컨넥터에 대한 레이저 가공 장치는 광원, 및 가이드 레일 상에서 수평방향으로 이동하고, 상기 광원으로부터 입사된 레이저 광성분이 내부에 배치된 광학유닛을 통해 외부로 출사되어지게 하는 레이저 주사부를 포함하고, 상기 광학유닛은 반사미러, 및 상기 반사미러에 의해 반사되는 레이저 광성분의 경로를 상기 레이저 주사부의 중심축으로부터 편심시키는 프리즘 모듈을 구비하고, 상기 레이저 주사부의 전체적인 이동 또는 상기 프리즘 모듈의 조절에 따라 상기 레이저 주사부 로부터 주사되는 레이저 광이 상기 레이저 주사부의 하부로 공급되는 인쇄기판 상에 선형 또는 호 형상의 회로 패턴을 형성할 수 있는 것을 특징으로 한다.
상기 인쇄기판은 리드 프레임(lead frame) 또는 컨넥터(connector)일 수 있다.
상기 프리즘 모듈은 제1 에지 프리즘과 상기 제1 에지 프리즘으로부터 소정거리 이격된 상태로 함께 등속도로 회전하는 제2 에지 프리즘을 구비하며, 상기 에지 프리즘 간의 이격 간격에 따라 상기 레이저 광성분이 상기 레이저 주사부의 중심축으로부터 편심되는 거리가 조절될 수 있다.
상기 광학 유닛은 상기 프리즘 모듈 하부에 배치되는 집속 렌즈를 더 구비하고, 상기 집속 렌즈는 상기 프리즘 모듈로부터 방출되는 레이저 광을 상기 인쇄기판 상으로 유도할 수 있다.
상기 집속 렌즈는 상기 레이저 주사부의 중심축으로부터 편심된 상태로 배치되어 회전구동하는 렌즈구조체일 수 있다.
상기 레이저 주사부에는 절단보조가스 공급부가 부설되고, 상기 인쇄기판 상에 상기 레이저 광을 이용하여 절단 가공이 이루어지는 상태에서 상기 절단보조가스 공급부가 절단보조가스를 상기의 절단 가공이 이루어지는 상기 인쇄기판 상에 동시에 공급하게 한다.
상기 레이저 주사부를 이용하여 절단 가공이 종료된 상기 인쇄기판에 대해 별도의 레이저 연마기를 이용하여 건식연마를 진행할 수 있다.
상기 집속 렌즈의 초점거리를 f, 상기 렌즈로 입사되는 레이저 광의 직경을
Figure 112009057092590-pat00001
,상기 레이저 광의 품질 팩터를
Figure 112009057092590-pat00002
, 상기 레이저의 파장을 λ라 할 때, 상기 리드 프레임 상에 형성되는 초점의 스팟 사이즈
Figure 112009057092590-pat00003
로 선정되어져, 상기 집속 렌즈로 입사되는 레이저 광의 직경을 최대화하는 과정을 통해 상기 인쇄 기판 상에 형성되는 초점을 최소화함으로써 미세 패턴의 형성이 가능하다.
상기 인쇄기판에는 LED(Light Emitting Diode)가 장착될 수 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해 제공되는 본 발명의 다른 관점에 따른 레이저 가공 방법은 (a) 인쇄기판을 레이저 주사부의 하측으로 공급하는 단계 및 (b) 상기 레이저 주사부 내에 구비된 반사미러, 및 상기 반사미러에 의해 반사되는 레이저 광성분의 경로를 상기 레이저 주사부의 중심축으로부터 편심시키는 프리즘 모듈을 차례대로 거친 레이저 광성분이 상기 인쇄기판 상에 조사되어져 소정 형상의 절단면을 형성하는 단계를 포함하며, 상기 절단면은 선형 또는 일정 곡률 반경을 가진 호 형상을 가지는 것을 특징으로 한다.
상기 프리즘 모듈은 제1 에지 프리즘과 상기 제1 에지 프리즘으로부터 소정거리 이격되어 상기 제1 에지 프리즘과 등속도로 회전구동하는 제2에지 프리즘을 구비하며, 상기 에지 프리즘 간의 이격 간격에 따라 상기 레이저 광성분이 상기 레이저 주사부의 중심축으로부터 편심되는 거리가 조절될 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명의 리드 프레임과 컨넥터에 대한 레이저 가공 장치 및 이를 이용한 레이저 가공 방법은 리드 프레임에 가공되는 패턴 형상을 linear 또는 Arc 타입의 절단면을 형성하도록 하여 회로 패턴을 미세하고 다양하게 구성할 수 있게 되고, 롤 타입의 연속 생산이 가능하게 되어 자동화 공정으로 되어 있는 후 공정에 용이하게 적용할 수 있다.
그리고, 리드 프레임에 대한 절단 가공 후 절단부위에서 발생할 수 있는 산화물 및 비산물을 건식 레이저 연마 공정을 통해서 처리함으로 인하여 향후 도금 처리공정에 대비해 매끄러운 표면을 유지하게 한다.
또한, 본 발명은 기존의 에칭 공정의 생략을 통해 환경 친화적인 생산이 가능할 뿐 아니라 기존의 레이저 가공에서 발생하던 열화현상을 최소화하여 LED 리드 프레임의 절단 공정에 적용이 가능하다는 이점이 있다. 더불어, 미세 가공이 필요하지 않은 경우에는 별도의 스캐닝 레이저 헤드를 장착하여 고속으로 대용량의 절단 작업이 가능할 수 있다.
본 발명의 상기와 같은 목적, 특징 및 다른 장점들은 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명함으로써 더욱 명백해질 것이다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 리드 프레임과 컨넥터에 대한 레이저 가공 장치 및 이를 이용한 레이저 가공 방법을 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명인 리드 프레임과 컨넥터에 대한 레이저 가공 장치의 전체적인 구조를 나타낸 개념도, 도 2는 본 발명의 핵심인 레이저 주사부의 일 실시예를 보이는 세부 구성도, 도 3은 레이저 주사부의 다른 실시예를 보이는 세부 구성도, 도 4는 레이저 펄스폭과 전력을 이용하여 발산되는 에너지를 도시한 그래프, 및 도 5는 본 발명에 따른 레이저 가공 장치를 이용하여 리드 프레임이 가공되는 과정을 간략하게 도시한 구성도이다.
이하, 본 발명의 실시 예에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세히 설명한다.
도 1을 참조하여, 본 발명의 리드 프레임과 컨넥터에 대한 레이저 가공 장치(100)의 전체적인 구성을 살피면, 레이저 가공 장치(100)는 가이드 레일(30) 상에 장착되어 수평 방향으로 움직이는 레이저 주사부(101), 레이저 주사부(101)로 레이저를 안내하는 광원(102), 광원(102)에서의 레이저 발생을 조절하는 광원 조절부(103)로 이루어진다. 상기 레이저 주사부(101)는 내부에 배치된 광학 시스템을 이용하여 고출력 레이저를 인쇄기판(10) 상으로 조사하여 절단하는 작업을 수행한다. 상기 인쇄기판(10)은 리드 프레임(lead frame) 또는 컨넥터(connector)를 의미할 수 있는데, 상기와 같은 레이저 가공을 통해 원하는 규격의 리드 프레임 또는 컨넥터 형상을 얻을 수 있게 된다. 여기에서, 레이저 주사부(101)는 가이드 레일(30) 상에서 인쇄기판(10)에 수평한 가로(105) 또는 세로(106) 방향을 따라 이동하는 상태에서 광원(102)으로부터 레이저를 입수받아 인쇄기판(10) 상의 원하는 위치에 리니어(linear) 타입의 절단 형상을 만들게 된다.
도 2를 참조하여, 레이저 주사부(101)를 중심으로 한 레이저 가공 장치의 제1 실시예(100)에 대하여 구체적으로 설명한다.
레이저 주사부(101) 내부에는 상측으로부터 차례로 반사미러(120), 반사미러(120)에 의해 반사되는 레이저 광성분의 경로를 레이저 주사부(101)의 중심축(107)으로부터 편심시키는 프리즘 모듈(110), 및 집속렌즈(130)로 이루어진 광학시스템이 갖추어진다. 레이저 주사부(101)는 하측으로 갈수록 그 외경이 좁아지는 형상을 취할 수 있고, 하부에 레이저 출수구(104)가 조성되어 인쇄기판(10) 상에 레이저 광을 조사할 수 있는 구조적인 형상을 가진다.
본 발명에서 인쇄기판(10) 상에 직선 형상의 절단면을 만드는 과정에서는 상기 프리즘 모듈(110)이 고정된 상태로 레이저 주사부(101)가 전체적으로 이동하는 과정을 통해 작업이 이루어질 수 있으나, 곡률이 있는 형상으로 절단면을 만드는 과정에 있어서는 상기 프리즘 모듈(110)의 회전에 의해서 가능하게 되므로 이하 프리즘 모듈(110)의 구조 및 기능을 살핀다.
상기 프리즘 모듈(110)은 복수의 에지 프리즘(112,114)을 구비한 회전체로서 기능하고, 광원(102)으로부터의 입사광(135)을 집속렌즈(130) 측으로 안내하게 된다. 프리즘 모듈(110)은 레이저 주사부(101)의 중심축(107)을 회전축으로 하여 회 전 구동하게 된다(도면부호 117참조). 여기에서, 상기 에지 프리즘(112,114)은 일체형으로 이루어진 모듈로서 기능하며 함께 동일한 속도로 회전구동한다.
에지 프리즘(112,114)은 제1 에지 프리즘(112)과 제1 에지 프리즘(112)으로부터 소정거리 이격된 제2에지 프리즘(114)을 구비하며, 에지 프리즘(112,114) 간의 이격 간격에 따라 레이저 광성분이 레이저 주사부(101)의 중심축(107)으로부터 편심되는 거리가 조절될 수 있다.
에지 프리즘(112,114)의 구조 및 기능에 대해 설명하면 다음과 같다. 에지 프리즘(112,114)은 그 단면이 사다리꼴 모양의 형상으로 이루어질 수 있고, 한 쌍의 에지 프리즘(112,114)이 대응되는 형상으로 이루어진 상태에서 상호간의 이격거리가 달라짐에 따라서 가공될 수 있는 원호의 곡률 반경이 변경될 수 있다. 다시 설명하면, 제1 에지 프리즘(112)이 고정되어 있는 상태에서 제2에지 프리즘(114)이 하부로 이동함에 따라 에지 프리즘(112,114) 간의 간격이 점점 멀어지게 됨에 따라 집속렌즈(130)로 입사하는 레이저 광성분(135)이 레이저 주사부(101)의 중심축(107)으로부터 제1 레이저 광(135a), 제2 레이저 광(135b) 순으로 멀어지는 결과를 가져오게 된다.
출수된 광은 집속렌즈(130)를 거치면서 인쇄기판(10)의 가공을 원하는 부위에 초점이 맞추어지도록 조정되는 과정을 거친다. 여기에서, 상기의 초점 조정은 인쇄기판(10) 상에 형성될 수 있는 돌출 또는 함몰 부위의 초점을 정확히 맞추기 위한 방편으로서 기능할 수 있다.
집속렌즈(130)로부터 레이저 출수구(104)를 통해 인쇄기판(10) 상에 조사되 는 레이저 광성분(135)은 프리즘 모듈(110) 상에서 변경된 곡률 반경에 따라 고출력 레이저 에너지를 전달하여 원호 형상의 프레임 절단면(20)을 형성한다. 즉, 제1 레이저 광(135a)에 의한 절단 가공은 제1 프레임 절단면(22)을 형성하고, 곡률 반경이 상대적으로 큰 제2 레이저 광(135b)에 의한 절단 가공은 제2 프레임 절단면(24)을 형성한다.
인쇄기판(10) 상에 직선 형상이 아닌 미세한 원호 형상의 절단면을 구현하고자 하는 경우에는 레이저 주사부(101) 내의 반사미러(120), 프리즘 모듈(110), 및 집속렌즈(130) 등의 광학 장치들을 이용하여 입수되는 레이저 광이 중심축(107)으로부터 미세하게 편심된 상태로 인쇄기판(10) 상에 조사될 수 있게 함으로써 일정한 곡률을 가진 상태로 레이저 광성분(135)이 절단 작업을 진행할 수 있게 한다. 여기에서, 미세한 원호 가공의 경우에는 레이저 주사부(101)는 위치 변동이 없는 상태에서 그 내부의 프리즘 모듈(110)이 회전함에 의해 입사되는 레이저 광(135)이 편심된 상태로 인쇄기판(10)에 공급된다. 다른 한편으로, 장 타원 등의 원호 또는 직선이 결합된 절단면 등을 가공할 경우에는 레이저 주사부(101)의 직선운동과 프리즘 모듈(110)의 회전 운동을 조합하여 실시간으로 각 위치를 계산하는 과정을 통하여 동기화함으로써 매끄러운 절단면을 고속으로 가공할 수 있게 한다.
한편, 도 2를 다시 참조하면 레이저 주사부(101)의 레이저 출수구(104) 주위로 절단보조가스를 공급하도록 절단보조가스 공급부(140)가 배치된다. 절단보조가스 공급부(140)는 레이저 출수구(104)를 둘러싸도록 배치되는 가스노즐부(142), 절단보조가스를 발생 또는 저장하는 가스 생성부(143), 및 가스노즐부(142)와 가스 생성부(143)를 상호 연결하는 가스관(144)으로 이루어진다. 절단보조가스 공급부(140)는 인쇄기판(10)에 대한 레이저 절단 가공시에 도금 밀착력이 저하되거나 도금 불량이 발생하는 문제점을 미연에 방지하기 위하여 절단 가공이 진행되는 공정 중에 절단보조가스를 작업이 이루어지는 인쇄기판(10) 상에 공급한다.
상기 과정에서 절단보조가스는 가스노즐부(142)를 거쳐 레이저 출수구(104) 내로 유입되어진 상태에서 레이저 광이 입사되는 방향과 동일한 방향으로 분사되고, 산소 또는 불활성가스를 이용하여 행하는 것이 바람직하다. 도면부호 146은 절단보조가스의 공급방향을 나타낸 것으로 인쇄기판(10) 상에 조사되는 레이저와 평행한 방향으로 공급되는 것을 보인다. 상기와 같은 절단보조가스를 사용한 절단 공정 수행에 있어서는 레이저와의 반응성을 극대화할 수 있을 뿐만 아니라, 절단되는 비산물을 효과적으로 제거할 수 있는 장점이 있다. 또한, 레이저에 의한 플라즈마가 발생하여 레이저 광이 산란되어 가공성이 떨어지는 등의 문제도 동시에 방지하게 되는 유리한 점이 있게 된다.
도 3을 참조하여, 레이저 주사부(101)를 중심으로 한 레이저 가공 장치의 제2 실시예(100')에 대하여 구체적으로 설명한다. 상기 레이저 가공 장치(100')에서는 제1 실시예(100)와 동일한 기술적 특징에 대해서는 그 설명을 생략하고 다른 구조적 특징에 대해서만 기술하도록 한다.
레이저 가공 장치(100')에서의 프리즘 모듈(110')은 레이저 주사부(101')의 중심축(107)으로부터 편심된 상태로 배치되어 회전구동하는 렌즈구조체의 형상으로 이루어진다. 즉, 최초엔 프리즘 모듈(110')의 초점 중심이 레이저 주사부(101')의 중심축(107) 상에 맞추어져 있게 되지만 미세한 원호 가공을 위해 곡률 반경을 조절하기 위하여 프리즘 모듈(110')이 편심된 상태(132)로 이동하게 된다. 상기의 편심상태에서 중심축(107)을 따라 입사하던 레이저 광이 그 입사각도를 소정각도 변환되는 결과를 가지게 되고(도면부호 137 참조), 프리즘 모듈(110')이 중심축(107)을 기준으로 회전(133)하게 되면 미세한 원호 형상의 프레임 절단면(20')을 형성한다.
한편, 레이저 가공 장치의 제1 실시예(100)에서의 집속렌즈(130)는 상기 프리즘 모듈(110')의 기능을 할 수 있도록 구성이 가능하다. 즉, 레이저 가공 장치의 제1 실시예(100)에서 프리즘 모듈(110)이 레이저 광에 대한 편심작용을 하지 않는 상태에서 집속렌즈(130)를 중심축(107)으로부터 편심된 상태로 배치하는 과정을 통해 가능할 수 있다.
본 발명에서는 인쇄기판(10) 상에 미세한 패턴을 형성하기 위한 방법으로 집속렌즈(130)로 조사되는 레이저의 빔 사이즈를 증가시키는 과정을 통해 초점 스팟(spot)을 줄임으로써 인쇄기판(10) 상의 절단 선폭을 줄일 수 있게 된다. 하기의 수학식은 초점 스팟 사이즈를 최소화하기 위한 이론식으로서 집속렌즈(130)로 입사되는 광의 직경을 최대화함으로써 가능하게 할 수 있다. 이러한 방식을 통해 LED 절단에 적합한 10㎛ 내외의 절단 선폭을 얻을 수 있게 된다.
Figure 112009057092590-pat00004
상기 식에서 각 변수가 의미하는 바는 다음과 같다. ( D : 초점 스팟 사이즈, f:렌즈의 초점거리,
Figure 112009057092590-pat00005
: 렌즈로 입사되는 빔의 직경 ,
Figure 112009057092590-pat00006
: 레이저 품질 팩터, λ: 레이저의 파장 )
도 4를 참조하면, 본 발명에서의 레이저 절단 가공시의 에너지 발생 정도를 종래와 비교한 그래프로서 가로축에 레이저 펄스폭(laser pulse width)을 설정하고 세로축에 발생되는 세기(power)를 설정하여 발산되는 에너지를 절단 기여 에너지와 열전환 에너지로 분리하여 도시하고 있다.
본 발명에서는 근본적으로 펄스폭이 좁은 레이저를 이용하여 절단가공을 수행하게 되는데, 본 발명 선도(151)가 종래 기술 선도(152)에 비해 그 폭이 좁아지면서 그 세기가 커지는 것을 알 수 있다. 여기에서, 세로축을 따라서 일점을 기준으로 하여 열화에 기여하는 에너지부는 도면부호 154로, 절단에 기여하는 에너지부는 도면부호 153으로 도시할 수 있다. 그래프에서 보이듯이 종래의 기술에서는 열로 전환되는 에너지 부위(155,156)의 면적이 본 발명에서 열로 전환되는 에너지 부위(155)의 면적에 비해 상당히 큰 것을 볼때에 열로 방출되는 에너지가 많았으나,본 발명에서는 도면부호 154 부분을 참조할 때 해당면적이 줄어들게 되므로 절단 가공을 수행하는 경우에 발생하는 열화현상이 종래에 비해 상당량 감소하게 됨을 확인할 수 있다.
이하, 도 5를 참조하여 본 발명인 레이저 가공 장치(100)가 구비된 레이저 가공 설비(200)에 대해 설명한다. 레이저 가공 설비(200)는 인쇄기판 공급부(210), 레이저 가공장치(100), 인쇄기판 연마부(230), 및 인쇄기판 회수부(220) 등으로 구성된다. 인쇄기판 공급부(210) 상에서 공급 회전축(212) 상에 미가공된 상태로 말려있는 인쇄기판(10)이 레이저 가공장치(100) 상으로 공급되어 인쇄기판 거치대(40) 상에 안착된 상태에서 레이저가 집중적으로 절단이 요구되는 인쇄기판(10) 상의 부위에 집중적으로 조사된다.
커팅이 이루어진 인쇄기판(10)이 인쇄기판 연마부(230)로 이송되고 상하부측에 각각 마련된 제1,2 연마레이저 발생기(231,232)로부터 절단 부위 상에 연마 레이저가 조사되어 건식 연마가 이루어진다. 건식 연마가 이루어진 인쇄기판(10)은 인쇄기판 회수부(220)로 이송되어 회수 회전축(222) 상에 릴 형태로 보관이 가능하다.
상기와 같은 공정을 진행함에 따라서 열화현상이 적은 레이저를 이용하여 절단 공정을 수행하더라도 절단 부위 주변에 발생할 수 있는 미세한 부산물을 제거하여 추후에 진행되는 도금 공정 등을 진행할 경우에 발생할 수 있는 문제점이 사전에 제거될 수 있는 장점이 있을 수 있다.
도 6은 본 발명에 따른 레이저 가공 과정 순서를 시계열적으로 배열한 순서도이다. 이하, 도 1 내지 도 6을 참조하여 본 발명에 따른 레이저 가공 장치(100)를 이용하여 인쇄기판(10)에 대해서 절단 가공을 수행하는 공정에 대해서 시간적인 순서를 고려하여 설명한다.
먼저, 레이저 가공장치(100)에 대한 전원 공급이 이루어져 가동이 시작된다(S11). 레이저 주사부(101)의 하측으로 공급되는 인쇄기판(10) 상에 광원(102) 및 레이저 주사부(101) 내의 광학 장치를 통해서 레이저 광을 출사한다(S12). 레이저 가공이 진행되는 중에 레이저 주사부(101) 주위의 가스 노즐부(142)를 통해 절단보조가스를 레이저와 동일한 방향으로 공급하여 절단이 이루어지는 부위에서 레이저와의 반응성을 높이는 작용을 하게 된다(S13).
이후, 레이저 주사부(101)에 전기적으로 연결된 제어부(미도시)에 기 설정된 데이터에 따라서 인쇄기판(10) 상에 형성될 절단면이 Linear type인지 여부를 판단하는 과정을 거친다(S14). 여기에서, Linear type이 아니라고 한다면 일정한 곡률 반경을 가진 호 형상의 절단면을 가공하는 것이므로 제어부는 레이저 주사부(101) 내의 프리즘 모듈(110)을 구성하는 에지 프리즘(112,114) 간의 이격거리를 조절하여 요구되는 곡률 반경을 구현할 수 있게 하고, 프리즘 모듈(110)이 회전하도록 하여 광원(102)으로부터 공급되는 레이저가 레이저 주사부(101) 내에서 일정각도로 편심되어 미세 회전을 하게 된다(S15). 이에 따라 원호 형상 등의 곡률 반경이 있는 절단면을 용이하게 가공할 수 있다(S16).
S14 단계에서, Linear type이라고 판단된다면 가이드 레일(30) 상에서 레이저 주사부(101)를 인쇄기판(10)에 수평한 방향으로 이동하게 한다(S17). 상기 S17 단계에서 프리즘 모듈(110)은 회전 구동을 행하지 않고 다만 레이저 주사부(101) 만이 가로 또는 세로 방향으로 이동하는 과정을 수행한다. 여기에서, 인쇄기판(10) 상에 선형 형상(linear type)의 절단면이 가공되어지게 된다(S18). 다음으로 S16 또는 S18 단계 다음으로는 인쇄기판(10)의 절단면 상에 연마 레이저를 공급하여 건식 연마가 이루어지는 공정이 수행된다(S19).
상술한 바와 같이 본 발명은 인쇄기판 상에 가공되는 패턴 형상을 linear 또는 Arc 타입의 절단면을 형성하도록 하여 회로 패턴을 미세하고 다양하게 구성할 수 있게 되고, 롤 타입의 연속 생산이 가능하게 되어 자동화 공정으로 되어 있는 후 공정에 용이하게 적용할 수 있다.
또한, 본 발명은 기존의 에칭 공정의 생략을 통해 환경 친화적인 생산이 가능할 뿐 아니라 기존의 레이저 가공에서 발생하던 열화현상을 최소화하여 LED 인쇄기판의 절단 공정에 적용이 가능하다는 이점이 있다. 더불어, 미세 가공이 필요하지 않은 경우에는 별도의 스캐닝 레이저 헤드를 장착하여 고속으로 대용량의 절단 작업이 가능할 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니한다. 즉, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자라면 첨부된 특허청구범위의 사상 및 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정이 가능하며, 그러한 모든 적절한 변경 및 수정의 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.
도 1은 본 발명인 리드 프레임에 대한 레이저 가공 장치의 전체적인 구조를 나타낸 개념도,
도 2는 본 발명의 핵심인 레이저 주사부의 일 실시예를 보이는 세부 구성도,
도 3은 레이저 주사부의 다른 실시예를 보이는 세부 구성도,
도 4는 레이저 펄스폭과 전력을 이용하여 발산되는 에너지를 도시한 그래프,
도 5는 본 발명에 따른 레이저 가공 장치를 이용하여 리드 프레임이 가공되는 과정을 간략하게 도시한 구성도, 및
도 6은 본 발명에 따른 레이저 가공 과정 순서를 시계열적으로 배열한 순서도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10 : 인쇄기판 20 : 프레임 절단면
30 : 가이드 레일 100 : 레이저 가공 장치
101 : 레이저 주사부 102 : 광원
103 : 광원 조절부 104 : 레이저 출수구
110 : 프리즘 모듈 112 : 제1 에지 프리즘
114 : 제2 에지 프리즘 116 : 연결축
120 : 반사미러 130 : 집속 렌즈
135 : 레이저 광 140 : 절단보조가스 공급부
142 : 가스 노즐부 143 : 가스 생성부
144 : 가스관

Claims (11)

  1. 광원; 및
    가이드 레일 상에서 수평방향으로 이동하고, 상기 광원으로부터 입사된 레이저 광성분이 내부에 배치된 광학유닛을 통해 외부로 출사되어지게 하는 레이저 주사부;를 포함하고,
    상기 광학유닛은 반사미러, 및 상기 반사미러에 의해 반사되는 레이저 광성분의 경로를 상기 레이저 주사부의 중심축으로부터 편심시키는 프리즘 모듈을 구비하고,
    상기 레이저 주사부의 전체적인 이동 또는 상기 프리즘 모듈의 조절에 따라 상기 레이저 주사부로부터 주사되는 레이저 광이 상기 레이저 주사부의 하부로 공급되는 인쇄기판 상에 선형 또는 호 형상의 회로 패턴을 형성하며,
    상기 인쇄기판은 리드 프레임(lead frame) 또는 컨넥터(connector)인 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 프리즘 모듈은 제1 에지 프리즘과 상기 제1 에지 프리즘으로부터 소정거리 이격된 상태로 함께 등속도로 회전하는 제2 에지 프리즘을 구비하며, 상기 에지 프리즘 간의 이격 간격에 따라 상기 레이저 광성분이 상기 레이저 주사부의 중심축으로부터 편심되는 거리가 조절되는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 광학 유닛은 상기 프리즘 모듈 하부에 배치되는 집속 렌즈를 더 구비하고, 상기 집속 렌즈는 상기 프리즘 모듈로부터 방출되는 레이저 광을 상기 인쇄기판 상으로 유도하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 집속 렌즈는 상기 레이저 주사부의 중심축으로부터 편심된 상태로 배치되어 회전구동하는 렌즈구조체인 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 레이저 주사부에는 절단보조가스 공급부가 부설되고, 상기 인쇄기판 상에 상기 레이저 광을 이용하여 절단 가공이 이루어지는 상태에서 상기 절단보조가스 공급부가 절단보조가스를 상기의 절단 가공이 이루어지는 상기 인쇄기판 상에 동시에 공급하게 하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 레이저 주사부를 이용하여 절단 가공이 종료된 상기 인쇄기판에 대해 별도의 레이저 연마기를 이용하여 건식연마를 진행하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치.
  8. 제 4항에 있어서,
    상기 집속 렌즈의 초점거리를 f, 상기 렌즈로 입사되는 레이저 광의 직경을
    Figure 112009057092590-pat00007
    ,상기 레이저 광의 품질 팩터를
    Figure 112009057092590-pat00008
    , 상기 레이저의 파장을 λ라 할 때, 상기 리드 프레임 상에 형성되는 초점의 스팟 사이즈
    Figure 112009057092590-pat00009
    로 선정되어져, 상기 집속 렌즈로 입사되는 레이저 광의 직경을 최대화하는 과정을 통해 상기 인쇄 기판 상에 형성되는 초점을 최소화함으로써 미세 패턴의 형성을 가능하게 하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 인쇄기판에는 LED(Light Emitting Diode)가 장착되어지는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치.
  10. (a) 인쇄기판을 레이저 주사부의 하측으로 공급하는 단계; 및
    (b) 상기 레이저 주사부 내에 구비된 반사미러, 및 상기 반사미러에 의해 반사되는 레이저 광성분의 경로를 상기 레이저 주사부의 중심축으로부터 편심시키는 프리즘 모듈을 차례대로 거친 레이저 광성분이 상기 인쇄기판 상에 조사되어져 소정 형상의 절단면을 형성하는 단계;를 포함하며,
    상기 절단면은 선형 또는 일정 곡률 반경을 가진 호 형상을 가지며,
    상기 인쇄기판은 리드 프레임(lead frame) 또는 컨넥터(connector)인 것을 특징으로 하는 레이저 가공 방법.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 프리즘 모듈은 제1 에지 프리즘과 상기 제1 에지 프리즘으로부터 소정거리 이격된 상태로 함께 등속도로 회전하는 제2 에지 프리즘을 구비하며, 상기 에지 프리즘 간의 이격 간격에 따라 상기 레이저 광성분이 상기 레이저 주사부의 중심축으로부터 편심되는 거리가 조절되는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 방법.
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