KR101388116B1 - Apparatus for drilling using laser - Google Patents

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Abstract

본 발명은 가공대상물에 레이저빔을 조사하여 가공홀을 형성하는 레이저 드릴링 장치에 관한 것으로서, 웨지 프리즘과, 집광렌즈와, 회전유닛을 포함한다. 웨지 프리즘은 입사면에 대하여 출사면이 경사지게 형성되어 일측에서 타측으로 갈수록 두께가 두꺼워지며, 두께가 두꺼운 측으로 레이저빔을 꺾어서 출사한다. 집광렌즈는 웨지 프리즘의 하측에 배치되어, 웨지 프리즘으로부터 출사된 레이저빔을 중심축으로부터 이격된 위치에 집광한다. 회전유닛은 중심축을 회전중심으로 하여 웨지 프리즘 및 집광렌즈를 회전시켜 가공대상물에 집광되는 레이저빔이 중심축에 대하여 회전되도록 한다.The present invention relates to a laser drilling apparatus for forming a processing hole by irradiating a laser beam to the object to be processed, comprising a wedge prism, a condenser lens, and a rotating unit. The wedge prism is formed to be inclined with respect to the incidence surface, the thickness becomes thicker from one side to the other side, and the laser beam is emitted by the laser beam toward the thick side. The condenser lens is disposed below the wedge prism to condense the laser beam emitted from the wedge prism at a position spaced apart from the central axis. The rotating unit rotates the wedge prism and the condenser lens with the central axis as the center of rotation so that the laser beam focused on the object is rotated about the central axis.

Description

레이저 드릴링 장치{Apparatus for drilling using laser}Laser drilling device {Apparatus for drilling using laser}

본 발명은 레이저 드릴링 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 가공대상물에 레이저빔을 조사하여 다양한 단면 형상을 가지는 가공홀을 형성하는 레이저 드릴링 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a laser drilling apparatus, and more particularly, to a laser drilling apparatus for forming a processing hole having a variety of cross-sectional shapes by irradiating a laser beam to the workpiece.

인쇄회로기판(PCB, Printed Circuit Board)의 비아홀을 가공하는 방법으로서, 종래에는 기계적 드릴을 사용하였으나, 회로의 미세화로 인한 비아홀 등의 크기가 매우 작아짐과 더불어 미세홀에 대한 기계적 가공의 한계로 인하여, 레이저를 이용한 가공방식이 적용되고 있다.As a method of processing via holes in a printed circuit board (PCB), a conventional mechanical drill is used, but due to the miniaturization of the via holes due to the miniaturization of the circuit, the size of the via holes is very small, and due to the limitation of the mechanical processing of the fine holes. The laser processing method is applied.

일반적인 레이저 드릴링 시스템은 레이저 발진기로부터 발진된 레이저빔이 콜리메이터 및 조리개를 거쳐서 반사미러로 입사된 후, 레이저 헤드로 진입하고, 레이저 헤드로 진입된 레이저빔은 광의 방향이 제어된 후, 가공대상물(PCB, 몰딩 컴파운드 수지면 등)에 조사되어 레이저 드릴링을 실시함으로써, 가공대상에 가공홀이 형성된다.In general laser drilling system, the laser beam oscillated from the laser oscillator enters the laser head after passing through the collimator and the iris, enters the laser head, and the laser beam entered the laser head is controlled after the direction of light is controlled. And a drilling hole are formed on the object to be processed by irradiation with a molding compound resin surface).

도 1은 종래의 레이저 드릴링 장치에 의해 형성된 가공홀의 단면도이다.1 is a cross-sectional view of a processing hole formed by a conventional laser drilling apparatus.

가공대상물(10)에 집광된 레이저빔(L)은 일반적으로 원뿔 형상을 취하므로, 드릴링 작업 후 가공대상물(10)에 형성된 가공홀(11)의 형상 또한 레이저빔(L)의 형상으로 인해 가공대상물(10)의 상측에서 하측으로 갈수록 좁아지는 테이퍼 형상을 가지게 된다.Since the laser beam L focused on the object 10 generally takes the shape of a cone, the shape of the hole 11 formed in the object 10 after drilling is also processed due to the shape of the laser beam L. It has a tapered shape that narrows from the upper side to the lower side of the object 10.

최근 반도체, 디스플레이 분야에서 미세 가공이 중요시되는 상황에서 전체적으로 균일한 폭을 가지지 못하는 가공홀의 형상이 문제가 되고 있다. 또한, 상황에 따라 가공홀의 형상이 다양한 단면 형상을 가져야 하는 경우도 필요한데, 가공홀의 단면 형상이 레이저빔의 형상으로 인해 상측에서 하측으로 갈수록 좁아지는 테이퍼 형상으로 한정되어 미세 가공이 제한되는 문제가 있다.Recently, in the situation in which fine processing is important in the semiconductor and display fields, the shape of a processing hole that does not have a uniform width as a whole becomes a problem. In addition, depending on the situation, the shape of the processing hole is required to have a variety of cross-sectional shape, but the cross-sectional shape of the processing hole is limited to a tapered shape that becomes narrower from the upper side to the lower side due to the shape of the laser beam, there is a problem that the micro-machining is limited. .

따라서, 본 발명의 목적은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 집광된 레이저빔의 형상으로 인해 가공홀의 단면 형상이 항상 테이퍼 형상으로 형성되지 않도록 웨지 광학계를 이용하여 레이저 드릴링 장치를 구성함으로써, 가공홀의 단면 형상을 다양하게 구현하고, 레이저 드릴링 가공의 영역을 확장시킬 수 있는 레이저 드릴링 장치를 제공함에 있다.Therefore, an object of the present invention is to solve such a conventional problem, by configuring the laser drilling apparatus using the wedge optical system so that the cross-sectional shape of the processing hole is not always formed in the tapered shape due to the shape of the focused laser beam, An object of the present invention is to provide a laser drilling apparatus capable of realizing various cross-sectional shapes of a processing hole and expanding an area of laser drilling processing.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 레이저 드릴링 장치는, 가공대상물에 레이저빔을 조사하여 가공홀을 형성하는 레이저 드릴링 장치에 있어서, 입사면에 대하여 출사면이 경사지게 형성되어 일측에서 타측으로 갈수록 두께가 두꺼워지며, 두께가 두꺼운 측으로 레이저빔을 꺾어서 출사하는 웨지 프리즘; 상기 웨지 프리즘의 하측에 배치되어, 상기 웨지 프리즘으로부터 출사된 레이저빔을 중심축으로부터 이격된 위치에 집광하는 집광렌즈; 상기 중심축을 회전중심으로 하여 상기 웨지 프리즘 및 상기 집광렌즈를 회전시켜 상기 가공대상물에 집광되는 레이저빔이 상기 중심축에 대하여 회전되도록 하는 회전유닛; 및 상기 중심축에 대하여 회전되는 레이저빔의 회전 반경을 변경시키기 위하여, 상기 웨지 프리즘의 전방에 배치되고, 상기 웨지 프리즘의 입사면에서 레이저빔이 입사되는 위치를 상기 중심축을 기준으로 변경시키는 입사위치 변경유닛;을 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the laser drilling apparatus of the present invention is a laser drilling apparatus for forming a processing hole by irradiating a laser beam to the object to be processed, the exit surface is formed to be inclined with respect to the incidence surface from one side to the other side A wedge prism having a thicker thickness and outputting the laser beam by bending the laser beam toward a thicker side; A condenser lens disposed below the wedge prism and condensing a laser beam emitted from the wedge prism at a position spaced apart from a central axis; A rotation unit which rotates the wedge prism and the condenser lens with the central axis as the center of rotation so that the laser beam focused on the object is rotated about the central axis; And an incidence position arranged in front of the wedge prism to change a radius of rotation of the laser beam rotated with respect to the central axis, and changing a position at which the laser beam is incident on the incident surface of the wedge prism with respect to the central axis. Change unit; characterized in that it comprises a.

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본 발명에 따른 레이저 드릴링 장치에 있어서, 바람직하게는, 상기 입사위치 변경유닛은, 레이저빔을 반사시키는 반사미러와, 상기 반사미러가 결합되고 상기 반사미러를 회전시키는 회전모터를 구비하는 갈바노미터 스캐너를 포함한다.In the laser drilling apparatus according to the present invention, preferably, the incidence position changing unit comprises a galvanometer including a reflecting mirror reflecting a laser beam and a rotating motor to which the reflecting mirror is coupled and rotates the reflecting mirror. Include a scanner.

본 발명에 따른 레이저 드릴링 장치에 있어서, 바람직하게는, 상기 입사위치 변경유닛은, 레이저빔을 반사시키는 반사미러와, 상기 반사미러가 결합되고 상기 반사미러를 상기 중심축과 교차하는 방향으로 직선왕복이동시키는 직선구동부를 포함한다.In the laser drilling apparatus according to the present invention, preferably, the incidence position changing unit includes a reflection mirror for reflecting a laser beam and a linear reciprocating direction in which the reflection mirror is coupled and the reflection mirror intersects the central axis. It includes a linear drive for moving.

본 발명에 따른 레이저 드릴링 장치에 있어서, 바람직하게는, 가공대상물에 형성되는 가공홀의 가공 깊이를 제어하기 위하여, 상기 웨지 프리즘과 상기 집광렌즈를 상기 중심축을 따라 가공대상물에 가까워지는 방향 또는 가공대상물로부터 멀어지는 방향으로 승강시키는 승강유닛;을 더 포함한다.In the laser drilling apparatus according to the present invention, preferably, the wedge prism and the condenser lens are moved from the direction or the object closer to the object to be processed along the central axis in order to control the processing depth of the hole to be formed in the object. It further comprises a lifting unit for lifting in a direction away from.

본 발명에 따른 레이저 드릴링 장치에 있어서, 바람직하게는, 상기 웨지 프리즘은 복수 개 마련되고, 복수의 웨지 프리즘은 상기 중심축을 따라 이격되게 배치되고, 각각의 웨지 프리즘의 출사면의 경사진 방향은 서로 반대 방향을 향하도록 배치된다.In the laser drilling apparatus according to the present invention, preferably, a plurality of wedge prisms are provided, a plurality of wedge prisms are disposed to be spaced apart along the central axis, and the inclined direction of the exit surface of each wedge prism is mutually different. It is arranged to face in the opposite direction.

본 발명에 따른 레이저 드릴링 장치에 있어서, 바람직하게는, 상기 복수의 웨지 프리즘이 상기 중심축을 따라 이격되게 수용되는 경통; 상기 경통 내부에서 이웃하는 웨지 프리즘 사이에 설치되며, 이웃하는 웨지 프리즘 사이의 간격을 고정하기 위한 스페이서; 상기 복수의 웨지 프리즘이 상기 경통 하측으로 낙하하는 것을 방지하기 위하여 상기 경통의 하단부에 결합되는 마개부재; 상기 마개부재의 상부에 배치된 스페이서와 상기 마개부재 사이에 설치되며, 회전하는 웨지 프리즘의 진동을 흡수하여 상기 마개부재의 이탈을 방지하는 링부재;를 더 포함한다.In the laser drilling apparatus according to the present invention, Preferably, the plurality of wedge prism is a barrel which is received spaced apart along the central axis; A spacer installed between the neighboring wedge prisms in the barrel and configured to fix a gap between the neighboring wedge prisms; A closure member coupled to a lower end of the barrel to prevent the plurality of wedge prisms from falling down the barrel; And a ring member installed between the spacer disposed on the top of the closure member and the closure member and absorbing vibration of the rotating wedge prism to prevent the closure of the closure member.

본 발명의 레이저 드릴링 장치에 따르면, 가공홀의 단면 형상을 다양하게 구현할 수 있다.According to the laser drilling apparatus of the present invention, it is possible to implement a variety of cross-sectional shape of the processing hole.

또한, 본 발명의 레이저 드릴링 장치에 따르면, 다양한 지름의 가공홀을 형성하여 장치의 호환성을 높일 수 있다.In addition, according to the laser drilling apparatus of the present invention, it is possible to increase the compatibility of the device by forming the processing holes of various diameters.

도 1은 종래의 레이저 드릴링 장치에 의해 형성된 가공홀의 단면도이고,
도 2는 본 발명의 레이저 드릴링 장치를 이용하여 가공홀을 형성하는 원리를 설명하기 위한 도면이고,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 드릴링 장치를 개략적으로 도시한 도면이고,
도 4는 도 3의 레이저 드릴링 장치에 의해 형성될 수 있는 여러 종류의 가공홀의 단면도이고,
도 5는 도 3의 레이저 드릴링 장치의 변형례를 도시한 도면이고,
도 6은 도 3의 레이저 드릴링 장치와 본 발명의 다른 실시예에 따른 레이저 드릴링 장치를 비교하기 위한 도면이고,
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 레이저 드릴링 장치의 경통을 확대한 도면이다.1 is a cross-sectional view of a processing hole formed by a conventional laser drilling apparatus,
2 is a view for explaining the principle of forming the processing hole by using the laser drilling apparatus of the present invention,
3 is a view schematically showing a laser drilling apparatus according to an embodiment of the present invention,
4 is a cross-sectional view of various types of processing holes that may be formed by the laser drilling apparatus of FIG.
5 is a view showing a modification of the laser drilling apparatus of FIG.
6 is a view for comparing the laser drilling apparatus of FIG. 3 with the laser drilling apparatus according to another embodiment of the present invention;
7 is an enlarged view of a barrel of a laser drilling apparatus according to another embodiment of the present invention.

이하, 본 발명에 따른 레이저 드릴링 장치의 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, embodiments of the laser drilling apparatus according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 2는 본 발명의 레이저 드릴링 장치를 이용하여 가공홀을 형성하는 원리를 설명하기 위한 도면이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 드릴링 장치를 개략적으로 도시한 도면이고, 도 4는 도 3의 레이저 드릴링 장치에 의해 형성될 수 있는 여러 종류의 가공홀의 단면도이다.2 is a view for explaining the principle of forming the processing hole by using the laser drilling apparatus of the present invention, Figure 3 is a view schematically showing a laser drilling apparatus according to an embodiment of the present invention, Figure 4 3 is a cross-sectional view of various types of processing holes that may be formed by the laser drilling apparatus of FIG. 3.

도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 실시예에 따른 레이저 드릴링 장치(100)는, 가공대상물에 레이저빔을 조사하여 다양한 단면 형상을 가지는 가공홀을 형성하기 위한 것으로서, 웨지 프리즘(110)과, 집광렌즈(120)와, 회전유닛과, 입사위치 변경유닛(130)과, 승강유닛을 포함한다.2 to 4, the laser drilling apparatus 100 according to the present embodiment is to form a processing hole having a variety of cross-sectional shapes by irradiating a laser beam to the object, wedge prism 110, Condensing lens 120, the rotation unit, the incident position change unit 130, and the lifting unit.

상기 웨지 프리즘(110)은, 중심축(CL)과 교차하는 방향으로 수평으로 형성된 입사면(111)과, 입사면(111)의 반대측에 형성된 출사면(112)을 구비한다. 출사면(112)은 입사면(111)에 대하여 경사지게 형성되어 일측(110a)에서 타측(110b)으로 갈수록 두께가 두꺼워진다. 출사면(112)으로부터 출사되는 레이저빔(L)은 웨지 프리즘(110)의 두께가 두꺼운 측(110b)으로 꺾여서 출사되고, 중심축(CL)에 대하여 경사지게 출사된다.The wedge prism 110 includes an incident surface 111 formed horizontally in a direction crossing the central axis CL, and an exit surface 112 formed on the opposite side of the incident surface 111. The exit surface 112 is formed to be inclined with respect to the incident surface 111 so that the thickness becomes thicker from one side 110a to the other side 110b. The laser beam L emitted from the exit surface 112 is bent to the side 110b having a thick thickness of the wedge prism 110, and is inclined with respect to the central axis CL.

상기 집광렌즈(120)는, 레이저빔(L)의 진행 방향을 따라 웨지 프리즘(110)의 하측에 배치되며, 웨지 프리즘(110)으로부터 출사된 레이저빔(L)을 집광한다. 웨지 프리즘(110)을 통과한 레이저빔(L)은 집광렌즈(120)의 중심부로부터 벗어난 위치로 입사되며, 집광렌즈(120)로부터 출사된 레이저빔(L)은 중심축(CL)으로부터 이격된 위치에 집광된다.The condenser lens 120 is disposed below the wedge prism 110 along the advancing direction of the laser beam L, and condenses the laser beam L emitted from the wedge prism 110. The laser beam L passing through the wedge prism 110 is incident to a position deviating from the center of the condenser lens 120, and the laser beam L emitted from the condenser lens 120 is spaced apart from the central axis CL. Are concentrated on location.

상기 회전유닛(미도시)은, 중심축(CL)을 회전중심으로 하여 웨지 프리즘(110)과 집광렌즈(120)를 회전시킨다. 웨지 프리즘(110)과 집광렌즈(120)를 회전시키면 두께가 두꺼운 측(110b)이 중심축(CL)을 기준으로 회전하게 되고, 그에 따라 웨지 프리즘(110) 및 집광렌즈(120)를 통과하는 레이저빔(L) 또한 중심축(CL)을 기준으로 회전될 수 있다. 따라서, 가공하고자 하는 가공홀(12)의 외주를 따라 집광된 레이저빔(L)을 회전시키면서 가공홀(12)을 형성할 수 있다.The rotation unit (not shown) rotates the wedge prism 110 and the condenser lens 120 using the central axis CL as the rotation center. Rotating the wedge prism 110 and the condenser lens 120 causes the thick side 110b to rotate about the central axis CL, thereby passing through the wedge prism 110 and the condenser lens 120. The laser beam L may also be rotated based on the central axis CL. Accordingly, the processing hole 12 may be formed while rotating the focused laser beam L along the outer circumference of the processing hole 12 to be processed.

회전유닛으로는 회전모터가 이용될 수 있는데, 회전모터의 회전구동력을 웨지 프리즘(110)과 집광렌즈(120)에 공급하여 중심축(CL)을 회전중심으로 웨지 프리즘(110)과 집광렌즈(120)를 회전시킬 수 있다. 광학부품을 회전모터에 결합하여 회전시키는 구조는 당해 기술분야의 통상의 기술자에 의해 일반적으로 구현될 수 있는 구성이므로 상세한 설명은 생략한다.A rotating motor may be used as the rotating unit, and the wedge prism 110 and the condenser lens may be supplied to the wedge prism 110 and the condenser lens 120 by supplying the driving force of the rotating motor to the center axis CL. 120 may be rotated. The optical component is coupled to the rotating motor to rotate the structure can be generally implemented by those skilled in the art, so a detailed description thereof will be omitted.

상기 입사위치 변경유닛(130)은, 중심축(CL)에 대하여 회전되는 레이저빔(L)의 회전 반경을 변경시키기 위하여, 웨지 프리즘(110)의 전방에 배치되고, 웨지 프리즘(110)의 입사면(111)에서 레이저빔(L)이 입사되는 위치를 변경시킨다.The incident position changing unit 130 is disposed in front of the wedge prism 110 to change the radius of rotation of the laser beam L rotated about the central axis CL, and the incident of the wedge prism 110 is performed. The position where the laser beam L is incident on the surface 111 is changed.

도 3에 도시된 바와 같이, 입사위치 변경유닛(130)의 반사미러(132)를 시계 방향으로 회전시키면 레이저빔(L)이 중심축(CL)으로부터 상대적으로 가까운 위치에 집광되고, 입사위치 변경유닛(130)의 반사미러(132)를 반시계 방향으로 회전시키면 레이저빔(L)이 중심축(CL)으로부터 상대적으로 먼 위치에 집광된다. 이러한 상태에서 상술한 회전유닛을 이용하여 레이저빔을 회전시키면 레이저빔(L)의 회전 반경이 변하게 된다.As shown in FIG. 3, when the reflective mirror 132 of the incident position changing unit 130 is rotated clockwise, the laser beam L is focused at a position relatively close to the central axis CL, and the incident position is changed. When the reflective mirror 132 of the unit 130 is rotated counterclockwise, the laser beam L is focused at a position relatively far from the central axis CL. In this state, when the laser beam is rotated using the above-described rotating unit, the rotation radius of the laser beam L is changed.

레이저빔(L)의 회전 반경이 고정되면 가공할 수 있는 가공홀의 지름에 제약이 생길 수 있다. 가공하고자 하는 가공홀의 지름이 작은 경우에는 가공홀의 외주를 따라 레이저빔(L)을 회전시켜도 가공홀의 내부가 완전히 제거되면서 완전한 가공홀을 형성할 수 있다. 그러나, 가공하고자 하는 가공홀의 지름이 큰 경우에는 가공홀의 외주를 따라 레이저빔(L)을 회전시키는 것만으로는 완전한 가공홀을 형성할 수 없다. 가공홀의 내부에 가공대상물(10)의 부스러기가 잔존하게 되고, 이러한 부스러기들의 간섭으로 인해 충분한 드릴링 가공을 수행할 수 없게 된다.If the radius of rotation of the laser beam (L) is fixed, there may be a restriction on the diameter of the processing hole that can be processed. When the diameter of the processing hole to be processed is small, even if the laser beam (L) is rotated along the outer periphery of the processing hole, the inside of the processing hole is completely removed, thereby forming a complete processing hole. However, when the diameter of the processing hole to be processed is large, it is impossible to form a complete processing hole only by rotating the laser beam L along the outer circumference of the processing hole. Debris of the object to be processed 10 remains inside the machining hole, and due to the interference of the debris, it is impossible to perform a sufficient drilling process.

따라서, 입사위치 변경유닛(130)을 이용하여 레이저빔(L)의 회전 반경을 변경시키면서, 가공홀(12)의 외주뿐만 아니라 내부까지 레이저빔(L)을 이동시키면서 가공홀 내부의 부스러기를 제거하고 홀 가공을 완료할 수 있다.Therefore, while changing the radius of rotation of the laser beam (L) using the incident position changing unit 130, while removing the debris inside the processing hole while moving the laser beam (L) not only the outer periphery of the processing hole 12 but also inside And the hole processing can be completed.

본 실시예에서 입사위치 변경유닛(130)은 레이저빔을 반사시키는 반사미러(132)와, 반사미러(132)가 결합되고 반사미러(132)를 회전시키는 회전모터(133)를 구비하는 갈바노미터 스캐너(131)가 이용될 수 있다. 갈바노미터 스캐너의 회전모터(133)가 회전하면서 반사미러(132)의 각도가 변경되고, 변경된 반사미러(132)의 각도에 의해 웨지 프리즘(110)의 입사면(111)에서 레이저빔(L)이 입사되는 위치가 변경될 수 있다.In the present embodiment, the incident position changing unit 130 is a galvano including a reflection mirror 132 for reflecting a laser beam and a rotation motor 133 to which the reflection mirror 132 is coupled and rotates the reflection mirror 132. Meter scanner 131 may be used. As the rotating motor 133 of the galvanometer scanner rotates, the angle of the reflective mirror 132 is changed, and the laser beam L is incident on the incident surface 111 of the wedge prism 110 by the changed angle of the reflective mirror 132. May be changed.

상기 승강유닛(미도시)은, 웨지 프리즘(110)과 집광렌즈(120)를 중심축(CL)을 따라 가공대상물(10)에 가까워지는 방향 또는 가공대상물(10)로부터 멀어지는 방향으로 승강시킨다.The lifting unit (not shown) lifts the wedge prism 110 and the condenser lens 120 along a central axis CL in a direction closer to the object 10 or away from the object 10.

두께가 두꺼운 가공대상물(10)의 경우 가공대상물(10)의 표면으로부터 내부로 또는 가공대상물(10)의 내부에서 표면으로 레이저빔(L)의 높이를 변경시키면서 가공홀(12)을 형성한다. 가공대상물(10)의 내부를 가공하고자 할 경우에는 웨지 프리즘(110)과 집광렌즈(120)를 가공대상물(10)에 가깝게 위치시켜 가공대상물(10)의 내부에 레이저빔(L)이 집광되도록 하고, 가공대상물(10)의 표면을 가공하고자 할 경우에는 웨지 프리즘(110)과 집광렌즈(120)를 가공대상물(10)로부터 멀어지게 위치시켜 가공대상물(10)의 표면에 레이저빔(L)이 집광되도록 한다. 따라서, 승강유닛을 이용하여 웨지 프리즘(110)과 집광렌즈(120)를 승강시킴으로써, 가공대상물(10)에 형성되는 가공홀(12)의 가공 깊이를 제어할 수 있다.In the case of the thick workpiece 10, the hole 12 is formed while changing the height of the laser beam L from the surface of the workpiece 10 to the surface of the workpiece 10 or in the interior of the workpiece 10. When the inside of the object 10 is to be processed, the wedge prism 110 and the condenser lens 120 are positioned close to the object 10 so that the laser beam L may be collected inside the object 10. When the surface of the object 10 is to be processed, the wedge prism 110 and the condenser lens 120 are positioned away from the object 10 to place the laser beam L on the surface of the object 10. Let it focus. Therefore, by lifting the wedge prism 110 and the condenser lens 120 using the lifting unit, the processing depth of the processing hole 12 formed in the object 10 can be controlled.

승강유닛으로는 웨지 프리즘(110)과 집광렌즈(120)를 상하 방향으로 직선왕복이동시킬 수 있는 직선구동유닛이 이용될 수 있다. 회전모터와 볼 스크류가 조합된 구성 또는 리니어 모터 등을 웨지 프리즘(110) 및 집광렌즈(120)와 결합하여 중심축(CL)을 따라 직선왕복이동시킬 수 있다. 광학부품을 직선왕복이동시키는 구조는 당해 기술분야의 통상의 기술자에 의해 일반적으로 구현될 수 있는 구성이므로 상세한 설명은 생략한다.As the lifting unit, a linear driving unit capable of linearly reciprocating the wedge prism 110 and the condenser lens 120 in the vertical direction may be used. A linear motor, or a combination of a rotating motor and a ball screw may be combined with the wedge prism 110 and the condenser lens 120 to linearly move along the central axis CL. Since the structure for linearly reciprocating the optical component is a configuration that can be generally implemented by those skilled in the art, a detailed description thereof will be omitted.

도 4에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 레이저 드릴링 장치(100)를 이용하면, 다양한 단면 형상을 가진 가공홀을 형성할 수 있다. 주로 도 4의 (a)에 도시된 가공홀(12)과 같이 테이퍼가 형성되지 않은 일자 형상의 가공홀을 가공하겠지만, 일례로써 가공대상물(10)의 상면에서 하면으로 갈수록 넓어지는 도 4의 (b)에 도시된 가공홀(13), 가공대상물(10)의 상면에서 중간까지는 넓어졌다가 중간에서 하면으로 갈수록 다시 좁아지는 도 4의 (c)에 도시된 가공홀(14), 가공대상물(10)의 상면에서 중간까지는 좁아졌다가 중간에서 하면으로 갈수록 다시 넓어지는 도 4의 (d)에 도시된 가공홀(15) 등 다양한 단면 형상을 가진 가공홀을 형성할 수 있다.As shown in Figure 4, using the laser drilling apparatus 100 of the present embodiment, it is possible to form a processing hole having a variety of cross-sectional shape. Although the processing holes of the straight shape without the taper, such as the processing hole 12 shown in Fig. 4 (a) will be processed, for example, as shown in FIG. The processing hole 13 shown in (b), the processing hole 14 shown in (c) of FIG. 4, which is widened from the upper surface to the middle of the object 10 and then narrowed further from the middle to the lower surface, the object ( The processing holes having various cross-sectional shapes, such as the processing holes 15 shown in (d) of FIG. 4, which are narrowed from the upper surface to the middle of 10) and then widened from the middle to the lower surface, may be formed.

상술한 바와 같이 구성된 본 실시예의 레이저 드릴링 장치는, 웨지 광학계와 회전유닛을 이용하여 레이저빔을 가공홀의 외주를 따라 회전시키면서 가공홀을 형성함으로써, 가공홀의 단면 형상을 다양하게 구현할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.Laser drilling apparatus of this embodiment configured as described above, by using a wedge optical system and a rotating unit to form a processing hole while rotating the laser beam along the outer periphery of the processing hole, it is possible to obtain various effects of the cross-sectional shape of the processing hole Can be.

또한, 상술한 바와 같이 구성된 본 실시예의 레이저 드릴링 장치는, 입사위치 변경유닛을 통해 레이저빔의 회전 반경을 변경시킴으로써, 다양한 지름의 가공홀을 형성하여 장치의 호환성을 높일 수 있는 효과를 얻을 수 있다.In addition, the laser drilling apparatus of the present embodiment configured as described above, by changing the rotation radius of the laser beam through the incident position changing unit, it is possible to obtain the effect of forming the processing holes of various diameters to increase the compatibility of the device. .

한편, 도 5는 도 3의 레이저 드릴링 장치의 변형례를 도시한 도면이다.5 is a diagram illustrating a modification of the laser drilling apparatus of FIG. 3.

도 3의 레이저 드릴링 장치의 입사위치 변경유닛은 갈바노미터 스캐너를 이용하였으나, 본 변형례에서는 반사미러(137)와 직선구동부(미도시)를 조합한 구조를 이용할 수 있다.The incident position changing unit of the laser drilling apparatus of FIG. 3 uses a galvanometer scanner, but in this modification, a structure in which the reflective mirror 137 and the linear driving unit (not shown) may be used.

반사미러(137)는 입사되는 레이저빔(L)을 반사시켜 웨지 프리즘(110) 측으로 전송하고, 직선구동부는 반사미러(137)가 결합되고 반사미러(137)를 중심축(CL)과 교차하는 방향으로 직선왕복이동시킨다. 직선구동부에 의해 반사미러(137)를 중심축(CL)과 교차하는 방향으로 직선왕복이동시키면, 변경된 반사미러(137)의 위치에 의해 웨지 프리즘(110)의 입사면(111)에서 레이저빔(L)이 입사되는 위치가 변경될 수 있다.The reflective mirror 137 reflects the incident laser beam L and transmits it to the wedge prism 110, and the linear driving unit is coupled to the reflective mirror 137 and crosses the reflective mirror 137 with the central axis CL. Straight reciprocating in the direction. When the reflective mirror 137 is linearly reciprocated in a direction intersecting the central axis CL by the linear driving unit, the laser beam (i.e., at the incident surface 111 of the wedge prism 110) is changed by the changed position of the reflective mirror 137. The position where L) is incident may be changed.

직선구동부로는 회전모터와 볼 스크류가 조합된 구성 또는 리니어 모터 등이 이용될 수 있으며, 광학부품을 직선왕복이동시키는 구조는 당해 기술분야의 통상의 기술자에 의해 일반적으로 구현될 수 있는 구성이므로 상세한 설명은 생략한다.The linear driving unit may be a combination of a rotary motor and a ball screw or a linear motor. A structure for linearly reciprocating an optical component may be generally implemented by those skilled in the art. Description is omitted.

한편, 도 6은 도 3의 레이저 드릴링 장치와 본 발명의 다른 실시예에 따른 레이저 드릴링 장치를 비교하기 위한 도면이고, 도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 레이저 드릴링 장치의 경통을 확대한 도면이다.On the other hand, Figure 6 is a view for comparing the laser drilling apparatus of Figure 3 and the laser drilling apparatus according to another embodiment of the present invention, Figure 7 is an enlarged view of the barrel of the laser drilling apparatus according to another embodiment of the present invention to be.

도 6 및 도 7을 참조하면, 본 실시예의 레이저 드릴링 장치(200)는 복수 개의 웨지 프리즘(210, 220)을 구비하는 것을 특징으로 한다.6 and 7, the laser drilling apparatus 200 of the present embodiment is characterized by including a plurality of wedge prisms 210 and 220.

도 6의 (a)에 도시된 바와 같이, 도 3의 레이저 드릴링 장치(100)는 하나의 웨지 프리즘(110)을 구비하는데, 하나의 웨지 프리즘(110)을 이용하는 경우 가공홀의 지름(d1)을 줄일 수 없는 곤란한 문제가 발생한다.As shown in (a) of FIG. 6, the laser drilling apparatus 100 of FIG. 3 includes one wedge prism 110. When one wedge prism 110 is used, the diameter d1 of the processing hole is determined. Difficult problems arise that cannot be reduced.

웨지 프리즘(110)을 통과한 레이저빔(L)은 두께가 두꺼운 측으로 꺾이게 되는데, 웨지 프리즘(110)에 의해 꺾인 레이저빔(L)은 중심축(CL)으로부터 멀어지는 방향으로 진행한다. 따라서, 웨지 프리즘(110)의 출사면(112)의 각도가 형성되면 정해진 출사면(112)의 각도에 의해 가공홀의 지름(d1)을 더 이상 작게 할 수 없게 된다.The laser beam L passing through the wedge prism 110 is bent to a thick side, and the laser beam L bent by the wedge prism 110 travels in a direction away from the central axis CL. Therefore, when the angle of the exit surface 112 of the wedge prism 110 is formed, it is no longer possible to reduce the diameter d1 of the machining hole by the angle of the exit surface 112.

그러나, 도 6의 (b)에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 레이저 드릴링 장치(200)는 복수의 웨지 프리즘(210, 220), 예컨대 2개의 웨지 프리즘(210, 220)을 구비하는데, 2개의 웨지 프리즘(210, 220)을 이용하는 경우 가공홀의 지름(d2)을 상대적으로 작게 형성할 수 있다.However, as shown in FIG. 6B, the laser drilling apparatus 200 of the present embodiment includes a plurality of wedge prisms 210 and 220, for example, two wedge prisms 210 and 220. When the wedge prisms 210 and 220 are used, the diameter d2 of the processing hole may be relatively small.

2개의 웨지 프리즘(210, 220)은 중심축(CL)을 따라 일정 거리 이격되게 배치되고, 각각의 웨지 프리즘의 출사면(212, 222)의 경사진 방향은 서로 반대 방향을 향하도록 배치된다. 이렇게 배치된 상태에서는 상측의 웨지 프리즘(210)을 통과한 레이저빔(L)이 중심축(CL)으로부터 멀어지는 방향으로 진행하다가 하측의 웨지 프리즘(220)을 통과하면서 다시 방향이 꺾여 중심축(CL)에 가까워지는 방향으로 진행하게 되며, 결국 가공대상물(10)에 집광된 레이저빔(L)의 위치는 상대적으로 중심축(CL)으로부터 가깝게 위치하게 된다. 따라서, 레이저빔(L)의 회전 반경을 줄일 수 있으므로, 가공홀의 지름(d2)을 상대적으로 작게 형성할 수 있다.The two wedge prisms 210 and 220 are arranged to be spaced apart by a predetermined distance along the central axis CL, and the inclined directions of the exit surfaces 212 and 222 of each wedge prism are disposed to face in opposite directions to each other. In this arrangement, the laser beam L passing through the upper wedge prism 210 proceeds in a direction away from the central axis CL, and while the lower beam passes through the lower wedge prism 220, the direction is bent again to form the central axis CL. ) And the position of the laser beam L focused on the object to be processed 10 is relatively close to the central axis CL. Therefore, since the radius of rotation of the laser beam L can be reduced, the diameter d2 of the processing hole can be formed relatively small.

복수의 웨지 프리즘(210, 220)을 구비하기 위하여 본 실시예의 레이저 드릴링 장치는 경통(231)과, 스페이서(232)와, 마개부재(233)와, 링부재(234)를 포함한다.In order to include a plurality of wedge prisms 210 and 220, the laser drilling apparatus of the present embodiment includes a barrel 231, a spacer 232, a closure member 233, and a ring member 234.

상기 경통(231)은 그 내부에 복수의 웨지 프리즘(210, 220)을 중심축(CL)을 따라 이격되게 수용한다.The barrel 231 accommodates the plurality of wedge prisms 210 and 220 spaced apart along the central axis CL therein.

상기 스페이서(232)는 경통(231) 내부에서 이웃하는 웨지 프리즘(210, 220) 사이에 설치되며, 이웃하는 웨지 프리즘(210, 220) 사이의 간격을 고정한다.The spacer 232 is installed between the neighboring wedge prisms 210 and 220 in the barrel 231 and fixes the gap between the neighboring wedge prisms 210 and 220.

상기 마개부재(233)는 복수의 웨지 프리즘(210, 220)이 경통(231) 하측으로 낙하하는 것을 방지하기 위하여 경통(231)의 하단부에 결합되며, 통상적으로 나사결합된다.The stopper member 233 is coupled to the lower end of the barrel 231 to prevent the plurality of wedge prisms 210 and 220 from falling below the barrel 231, and is typically screwed on.

상기 링부재(234)는 마개부재(233)의 상부에 배치된 스페이서(232)와 마개부재(233) 사이에 설치되며, 마개부재(233)의 이탈을 방지한다. 웨지 프리즘(210, 220)이 회전을 반복하다 보면 회전시 발생하는 진동이 마개부재(233)에 전달되어 마개부재(233)가 풀릴 수 있는 위험이 있다. 따라서 고무 재질의 링부재(234)를 이용하여 웨지 프리즘(210, 220)의 진동을 흡수함으로써, 마개부재(233)의 이탈을 방지한다.The ring member 234 is installed between the spacer 232 and the stopper member 233 disposed on the top of the stopper member 233, and prevents the plug member 233 from being separated. When the wedge prisms 210 and 220 repeat the rotation, the vibration generated when the rotation is transmitted to the stopper member 233 may cause the stopper member 233 to be released. Therefore, by using the rubber ring member 234 to absorb the vibration of the wedge prism (210, 220), the separation of the plug member 233 is prevented.

본 발명의 권리범위는 상술한 실시예 및 변형례에 한정되는 것이 아니라 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 형태의 실시예로 구현될 수 있다. 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 변형 가능한 다양한 범위까지 본 발명의 청구범위 기재의 범위 내에 있는 것으로 본다.The scope of the present invention is not limited to the above-described embodiments and modifications, but can be implemented in various forms of embodiments within the scope of the appended claims. It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the present invention as defined by the appended claims.

10 : 가공대상물
100 : 레이저 드릴링 장치
110 : 웨지 프리즘
120 : 집광렌즈10: object to be processed
100: laser drilling device
110: Wedge Prism
120 condensing lens

Claims (7)

가공대상물에 레이저빔을 조사하여 가공홀을 형성하는 레이저 드릴링 장치에 있어서,
입사면에 대하여 출사면이 경사지게 형성되어 일측에서 타측으로 갈수록 두께가 두꺼워지며, 두께가 두꺼운 측으로 레이저빔을 꺾어서 출사하는 웨지 프리즘;
상기 웨지 프리즘의 하측에 배치되어, 상기 웨지 프리즘으로부터 출사된 레이저빔을 중심축으로부터 이격된 위치에 집광하는 집광렌즈;
상기 중심축을 회전중심으로 하여 상기 웨지 프리즘 및 상기 집광렌즈를 회전시켜 상기 가공대상물에 집광되는 레이저빔이 상기 중심축에 대하여 회전되도록 하는 회전유닛; 및
상기 중심축에 대하여 회전되는 레이저빔의 회전 반경을 변경시키기 위하여, 상기 웨지 프리즘의 전방에 배치되고, 상기 웨지 프리즘의 입사면에서 레이저빔이 입사되는 위치를 상기 중심축을 기준으로 변경시키는 입사위치 변경유닛;을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 드릴링 장치.In the laser drilling apparatus for irradiating a laser beam to the object to form a processing hole,
A wedge prism formed with an inclined plane with respect to the incidence plane so that the thickness becomes thicker from one side to the other side, and the laser beam is output by bending the laser beam toward the thick side;
A condenser lens disposed below the wedge prism and condensing a laser beam emitted from the wedge prism at a position spaced apart from a central axis;
A rotation unit which rotates the wedge prism and the condenser lens with the central axis as the center of rotation so that the laser beam focused on the object is rotated about the central axis; And
In order to change the radius of rotation of the laser beam rotated with respect to the central axis, the position of incidence that is disposed in front of the wedge prism, changing the position where the laser beam is incident on the incident surface of the wedge prism with respect to the central axis Laser drilling apparatus comprising a unit. 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 입사위치 변경유닛은, 레이저빔을 반사시키는 반사미러와, 상기 반사미러가 결합되고 상기 반사미러를 회전시키는 회전모터를 구비하는 갈바노미터 스캐너를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 드릴링 장치.The method of claim 1,
The incident position changing unit comprises a galvanometer scanner having a reflection mirror for reflecting the laser beam and a rotating motor to which the reflection mirror is coupled and rotates the reflection mirror. 제1항에 있어서,
상기 입사위치 변경유닛은, 레이저빔을 반사시키는 반사미러와, 상기 반사미러가 결합되고 상기 반사미러를 상기 중심축과 교차하는 방향으로 직선왕복이동시키는 직선구동부를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 드릴링 장치.The method of claim 1,
The incident position changing unit, the laser drilling apparatus, characterized in that it comprises a reflection mirror for reflecting the laser beam, and a linear driving unit coupled to the reflection mirror and linearly reciprocating the reflection mirror in a direction crossing the central axis. . 제1항에 있어서,
가공대상물에 형성되는 가공홀의 가공 깊이를 제어하기 위하여, 상기 웨지 프리즘과 상기 집광렌즈를 상기 중심축을 따라 가공대상물에 가까워지는 방향 또는 가공대상물로부터 멀어지는 방향으로 승강시키는 승강유닛;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 드릴링 장치.The method of claim 1,
And a lifting unit for elevating the wedge prism and the condenser lens along a central axis in a direction closer to the object or away from the object in order to control the processing depth of the processing hole formed in the object. Laser drilling device. 제1항에 있어서,
상기 웨지 프리즘은 복수 개 마련되고,
복수의 웨지 프리즘은 상기 중심축을 따라 이격되게 배치되고,
각각의 웨지 프리즘의 출사면의 경사진 방향은 서로 반대 방향을 향하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 레이저 드릴링 장치.The method of claim 1,
The wedge prism is provided in plurality,
A plurality of wedge prisms are spaced apart along the central axis,
And wherein the inclined direction of the exit surface of each wedge prism is arranged to face in opposite directions to each other. 제6항에 있어서,
상기 복수의 웨지 프리즘이 상기 중심축을 따라 이격되게 수용되는 경통;
상기 경통 내부에서 이웃하는 웨지 프리즘 사이에 설치되며, 이웃하는 웨지 프리즘 사이의 간격을 고정하기 위한 스페이서;
상기 복수의 웨지 프리즘이 상기 경통 하측으로 낙하하는 것을 방지하기 위하여 상기 경통의 하단부에 결합되는 마개부재;
상기 마개부재의 상부에 배치된 스페이서와 상기 마개부재 사이에 설치되며, 회전하는 웨지 프리즘의 진동을 흡수하여 상기 마개부재의 이탈을 방지하는 링부재;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 드릴링 장치.The method according to claim 6,
A barrel into which the plurality of wedge prisms are spaced apart along the central axis;
A spacer installed between the neighboring wedge prisms in the barrel and configured to fix a gap between the neighboring wedge prisms;
A closure member coupled to a lower end of the barrel to prevent the plurality of wedge prisms from falling down the barrel;
And a ring member installed between the spacer disposed on the top of the closure member and the closure member to absorb vibration of the rotating wedge prism to prevent the closure of the closure member.
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