KR101435404B1 - 이중 파장 하이브리드 레이저 가공장치 및 가공방법 - Google Patents

Abstract

이중 파장 하이브리드 레이저 가공장치 및 가공방법이 개시된다. 본 발명의 일 측면에 따른 레이저 가공장치는, 파장이 a인 제1 레이저빔을 출력하는 제1 레이저부와, 파장이 b(<a)인 제2 레이저빔을 출력하는 제2 레이저부와, 제1 레이저빔 및 제2 레이저빔 중 어느 하나는 투과시키고 다른 하나는 일정 각도로 반사시켜서, 제1 레이저빔 및 제2 레이저빔의 광축을 일치시키는 빔컴바이너를 포함한다.

Description

이중 파장 하이브리드 레이저 가공장치 및 가공방법{HYBRID LASER PROCESSING DEVICE AND METHOD USING DUAL WAVELENGTH}

본 발명은 서로 다른 파장을 갖는 두 개의 레이저빔을 결합하여 이용할 수 있는 이중 파장 하이브리드 레이저 가공장치 및 가공방법에 관한 것이다.

레이저 가공(laser beam machining)은 레이저빔의 에너지를 열에너지로 변환시켜 공작물을 국부적으로 가열하여 미세한 가공을 행하는 것을 의미한다. 종래에는 보석, 세라믹, 유리 또는 금속판 등에 미세한 구멍을 형성하는 레이저 구멍 가공 또는 공작물을 절단하는 레이저 절단 등이 주로 사용되었다. 그리고 최근에는 레이저를 이용하여 종래의 포토리소그래피(photolithography) 공정을 대신하여 미세한 패턴을 형성하는 레이저 패터닝(laser patterning)도 주목을 받고 있다.

레이저 가공에서는 가공의 목적 및 공작물의 특성 등에 따라서 다양한 파장의 레이저가 사용된다. 일반적으로 산업용으로 사용되는 레이저의 파장은 1064nm(IR 레이저), 532nm(green 레이저) 및 355nm(UV 레이저) 등이 있다.

레이저빔의 특성상, 파장이 짧을수록 해상도, 정밀도 및 흡수도가 우수한 반면 펄스 에너지가 낮아서 가공성이 저하되는 문제점을 갖는다. 그리고 파장이 긴 레이저빔은 해상도, 정밀도 및 흡수도는 상대적으로 떨어지지만 펄스 에너지가 높아서 가공성이 우수한 장점을 갖는다.

레이저빔을 생성하는 레이저 광원(laser source)은 일반적으로 하나의 파장을 갖는 레이저빔을 생성하기 때문에, 서로 다른 파장을 갖는 두 개의 레이저빔을 동시에 사용하기 위해서는 각각의 레이저 광원에서 나온 서로 다른 파장의 두 개의 레이저빔을 결합해야 한다. 그러나 서로 다른 파장의 두 개의 레이저빔을 결합하는 경우, 스캔 헤드(scan head) 내부의 렌즈의 굴절률 등의 차이로 인해서 각각의 레이저빔이 평면상에서 그 위치가 불일치하고 초점거리의 차이로 인해서, 실제 사용되기에는 많은 어려움이 있다.

따라서 본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 도출된 것으로서, 서로 다른 파장을 갖는 두 개의 레이저빔의 초점거리 및 광축을 모두 일치시킬 수 있는 레이저 가공장치 및 가공방법을 제공하고자 한다.

본 발명의 다른 목적들은 이하에 서술되는 실시예를 통하여 더욱 명확해질 것이다.

본 발명의 일 측면에 따른 레이저 가공장치는, 파장이 a인 제1 레이저빔을 출력하는 제1 레이저부와, 파장이 b(<a)인 제2 레이저빔을 출력하는 제2 레이저부와, 제1 레이저빔 및 제2 레이저빔 중 어느 하나는 투과시키고 다른 하나는 일정 각도로 반사시켜서, 제1 레이저빔 및 제2 레이저빔의 광축을 일치시키는 빔컴바이너를 포함한다.

본 발명의 다른 측면에 따른 레이저 가공장치는, 초점거리 f1인 제1 소스레이저빔을 생성하는 제1 레이저소스를 구비하는 제1 레이저부와, 초점거리 f2(<f1)인 제2 소스레이저빔을 생성하는 제2 레이저소스를 구비하는 제2 레이저부를 포함하고, 제1 레이저부는, 제1 소스레이저빔을 목표 초점거리 f(f2<f<f1)를 갖는 제1 레이저빔으로 변환하는 제1 초점조절유닛 및 제1 초점렌즈를 구비하며, 제2 레이저부는, 제2 소스레이저빔을 목표 초점거리 f를 갖는 제2 레이저빔으로 변환하는 제2 초점조절유닛 및 제2 초점렌즈를 구비한다.

본 발명에 따른 레이저 가공장치는 다음과 같은 실시예들을 하나 또는 그 이상 구비할 수 있다. 예를 들면, 제1 레이저빔 및 제2 레이저빔은 빔컴바이너에 의해 결합될 수 있다.

목표 초점거리 f는 f1 및 f2의 평균값일 수 있다.

제1 초점조절유닛은 제1 초점렌즈에 대한 수렴각 또는 발산각을 제어하고, 제2 초점조절유닛은 제2 초점렌즈에 대한 수렴각 또는 발산각을 제어할 수 있다.

제1 초점조절유닛 및 제2 초점조절유닛은 각각 오목렌즈 파트 및 볼록렌즈파트를 구비하고, 오목렌즈 파트 및 볼록렌즈 파트 사이의 거리를 조정함으로써 수렴각 또는 발산각을 제어할 수 있다.

제1 레이저부는 제1 소스레이저빔을 평행광으로 변환하는 제1 빔익스팬더를 구비하고, 제2 레이저부는 제2 소스레이저빔을 평행광으로 변환하는 제2 빔익스팬더를 구비할 수 있다.

제1 초점렌즈는 제1 미세구동장치에 의해서 그 위치가 조절되고, 제2 초점렌즈는 제2 미세구동장치에 의해서 그 위치가 조절될 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따른 레이저 가공방법은, 파장이 a인 제1 레이저빔을 출력하는 단계와, 파장이 b(<a)인 제2 레이저빔을 출력하는 단계와, 제1 레이저빔 및 제2 레이저빔 중 어느 하나는 투과하고 다른 하나는 일정 각도로 반사시켜서 제1 레이저빔 및 제2 레이저빔의 광축을 일치시키는 단계를 포함한다.

본 발명의 다른 측면에 따른 레이저 가공방법은, 초점거리 f1인 제1 소스레이저빔을 목표 초점거리 f(f2<f<f1)를 갖는 제1 레이저빔으로 변환하는 단계와, 초점거리 f2(<f1)인 제2 소스레이저빔을 목표 초점거리 f(f2<f<f1)를 갖는 제2 레이저빔으로 변환하는 단계와, 제1 레이저빔 및 제2 레이저빔을 결합하는 단계를 포함한다.

본 발명은 서로 다른 파장을 갖는 두 개의 레이저빔을 결합하여 사용함으로써 가공 효율을 높일 수 있는 레이저 가공장치 및 방법을 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 가공장치를 예시하는 블록도이다.
도 2는 초점 광학계에 대한 입사빔의 각도에 따라서 초점거리가 조정됨을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 초점조절유닛 및 초점렌즈에 의해서 초점거리가 조정되는 것을 예시하는 도면이다.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에서 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 실시예들을 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어 도면 부호에 상관없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

이하에서는 도 1 내지 도 3을 참조하면서 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 가공장치(100) 및 가공방법에 대해서 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 가공장치(100)를 예시하는 블록도이다. 그리고 도 2는 초점 광학계(128, 148)에 대한 입사빔의 각도에 따라서 초점거리가 조정됨을 나타내는 도면이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 초점조절유닛(126, 146) 및 초점렌즈(128, 148)에 의해서 초점거리가 조정되는 것을 예시하는 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 가공장치(100)는 제어부(110), 제1 레이저부(120), 제2 레이저부(140), 빔컴바이너(160) 및 스캔헤드(170)를 포함한다.

제1 레이저부(120)는 파장이 a인 제1 레이저빔(132)을 출력하고, 제2 레이저부(140)는 파장이 b(<a)인 제2 레이저빔(152)을 출력한다. 그리고 상대적으로 긴 파장에 해당하는 제1 레이저빔(132)은 빔컴바이너(beam combiner)(160)에 의해서 투과되고, 짧은 파장에 해당하는 제2 레이저빔(152)은 빔컴바이너(160)에 의해서 반사된다. 이때, 제2 레이저빔(152)의 광축이 제1 레이저빔(132)의 광축과 일치할 수 있도록 제2 레이저부(140)의 위치를 조정하거나 또는 그 반대로 제2 레이저빔(152)의 광축에 대해 제1 레이저빔(132)의 광축이 상호 일치할 수 있도록 제1 레이저부(120)의 위치를 조정할 수 있다.

제1 레이저부(120)는 제1 초점조절유닛(126) 및 제1 초점렌즈(128)를 구비하여 목표 초점거리 f를 갖는 제1 레이저빔(132)을 생성한다. 그리고 제2 레이저부(140)는 제2 초점조절유닛(146) 및 제2 초점렌즈(148)를 구비하여 제1 레이저빔(132)과 동일한 목표 초점거리 f를 갖는 제2 레이저빔(152)을 생성한다. 제1 초점조절유닛(126) 및 제2 초점조절유닛(146)은 각각 제1 초점렌즈(128) 및 제2 초점렌즈(148)에 대한 수렴각(convergence angle) 또는 발산각(divergence angle)을 조정함으로써 목표 초점거리를 설정한다.

이와 같이, 본 실시예에 따른 레이저 가공장치(100)는 서로 다른 파장을 갖는 두 개의 레이저빔의 광축 및 초점거리를 일치시킬 수 있다. 따라서 본 실시예에 따른 레이저 가공장치(100)는 단파장 및 장파장을 갖는 이중 파장의 레이저빔을 사용할 수 있기 때문에, 가공물(도시하지 않음)에 대한 흡수율을 증가시켜서 가공 효율을 향상할 수 있다.

제어부(110)는 제1 레이저부(120) 및 제2 레이저부(140)를 제어한다. 제1 레이저부(120) 및 제2 레이저부(140)는 각각 레이저소스(122, 142), 빔익스팬더(124, 144), 초점조절유닛(126, 146), 미세구동장치(130, 150)를 포함하는데, 제어부(110)는 이들 모두를 독립적으로 제어하여, 서로 다른 파장을 갖는 두 개의 레이저빔(132, 152)의 광축 및 초점거리를 상호 일치시키게 한다. 그리고 제어부(110)는 스캐너에서 파장에 따라서 반사각이 상호 일치하지 않아서 스캔 위치가 불일치 하는 경우, 파장대별 스캐너 위치 보정 데이터(calibration data)를 생성하고 이를 선택적으로 적용하여 위치를 동기화 한다.

제1 레이저부(120)는 상대적으로 장파장에 해당하는 파장 a의 제1 레이저빔을 출력하는 것으로, 제2 레이저부(140)에 대응된다. 제1 레이저부(120)는 제1 레이저소스(122), 제1 빔익스팬더(124), 제1 초점조절유닛(126), 제1 초점렌즈(128) 및 제1 미세구동장치(130)를 포함한다.

제1 레이저소스(122)는 파장이 a이고 초점거리가 f1인 제1 소스레이저빔을 생성한다. 제1 소스레이저빔의 파장 a는 1064nm 또는 532nm에 해당할 수 있다. 제1 레이저소스(122)의 내부에는 광원으로 사용되는 레이저 다이오드(Laser Diode)(도시하지 않음) 및 광 증폭을 하는 Nd:YAG 로드(rod) 또는 Yb(Ytterbium) 파이버(fiber)(도시하지 않음)가 장착될 수 있다.

제1 레이저소스에서 나온 제1 소스레이저빔은 제1 빔익스팬더(124)에 의해서 일정한 스폿 사이즈(spot size)를 갖는 평행광으로 보정된다. 그리고 제1 소스레이저빔의 초점거리 f1은 제1 초점조절유닛(126) 및 제1 초점렌즈(128)에 의해서 목표 초점거리 f로 축소된다.

제1 빔익스팬더(124)에 의해 일정한 스폿 사이즈를 갖는 평행광으로 보정된 제1 소스레이저빔은 제1 초점조절유닛(126) 및 제1 초점렌즈(128)에 의해서 목표 초점거리 f를 갖는 제1 레이저빔(132)으로 된다.

도 3을 참조하면, 제1 초점조절유닛(126)은 오목렌즈 파트(126a) 및 볼록렌즈 파트(126b)를 포함한다. 오목렌즈 파트(126a)는 하나 또는 다수 개의 오목렌즈를 포함할 수 있고, 볼록렌즈 파트(126b)도 하나 또는 다수 개의 볼록렌즈를 포함할 수 있다. 제1 초점조절유닛(126)은 제어부(110)의 제어신호에 의해서 볼록렌즈 파트(126b)에 대한 오목렌즈 파트(126a)의 거리를 조정함으로써, 제1 초점렌즈(128)에 입사되는 제1 소스레이저빔의 수렴각 또는 발산각을 결정한다. 예를 들어, 볼록렌즈 파트(126b)와 오목렌즈 파트(126a) 사이의 기준 거리(b의 경우)에 대해서, 양자의 거리가 축소되면(a의 경우) 발산광이 형성되어 초점거리가 길어지고, 양자의 거리가 확대되면(c의 경우) 수렴광이 형성되어 초점거리가 짧아진다.

도 2를 참조하면, 제1 초점렌즈(128)에 대한 제1 소스레이저빔의 수렴각 또는 발산각을 제어함으로써 목표 초점거리 f로 맞춘다. 즉, 평행광이 입사했을 때의 초점거리에 비해서, 수렴광이 입사한 경우 초점거리가 짧아지고 발산광이 입사한 경우 초점거리가 길어진다.

제1 초점렌즈(128)는 집광렌즈에 해당하는 것으로, 제1 초점조절유닛(126)에 의해 발산각 또는 수렴각이 조정된 제1 소스레이저빔을 포커싱(focusing) 한다. 제1 초점렌즈(128)는 10~20m 수렴 초점거리를 갖는 집광렌즈에 해당할 수 있다. 그리고 제1 초점렌즈(128)는 제1 미세구동장치(130)에 의해서 그 위치가 미세하게 조정될 수 있다.

제1 미세구동장치(130)는 제어부(110)의 제어신호에 의해서 이동하면서 제1 초점렌즈(128)의 위치를 미세하게 조정하는 역할을 한다.

제2 레이저부(140)는 상대적으로 단파장에 해당하는 파장 b의 제2 레이저빔을 출력하는 것으로, 제1 레이저부(120)에 대응된다. 제2 레이저부(140)는 제2 레이저소스(142), 제2 빔익스팬더(144), 제2 초점조절유닛(146), 제2 초점렌즈(148) 및 제2 미세구동장치(150)를 포함한다.

제2 레이저부(140)의 제2 레이저소스(142), 제2 빔익스팬더(144), 제2 초점조절유닛(146), 제2 초점렌즈(148) 및 제2 미세구동장치(150)는, 제1 레이저부(120)의 제1 레이저소스(122), 제1 빔익스팬더(124), 제1 초점조절유닛(126), 제1 초점렌즈(128) 및 제1 미세구동장치(130)와 유사하거나 동일한 구성을 가질 수 있기 때문에, 구체적인 설명은 생략하기로 한다.

다만, 제2 레이저소스(142)는, 제1 레이저소스(122)에서 출력된 제1 소스레이저빔의 파장 a에 비해 단파장에 해당하는 파장 b를 갖는 제2 소스레이저빔을 출력한다. 제2 소스레이저빔의 파장 b는 532nm 또는 355nm 등에 해당할 수 있다. 그리고 제2 초점조절유닛(146) 및 제2 초점렌즈(148)에 의해 제2 소스레이저빔은 목표 초점거리 f를 갖는 제2 레이저빔(152)으로 변환된다.

일반적으로, 레이저빔의 초점거리는 파장에 비례한다. 따라서 파장이 1064nm인 레이저빔의 초점거리가 f1인 경우, 파장이 532nm인 레이저빔의 초점거리 f2는 0.5f1이 되고, 파장이 355nm인 레이저빔의 초점거리 f3는 0.33365f1이 된다.

서로 다른 파장(f1, f2)을 갖는 두 개의 레이저빔은 각각 목표 초점거리 f로 변환된다. 목표 초점거리 f는 제1 소스레이저빔의 초점거리인 f1에 비해서는 작고 제2 소스레이저빔의 초점거리인 f2에 비해서는 크게 형성될 수 있다.

특히, 목표 초점거리 f는 f1과 f2의 평균값에 해당할 수 있다. 예를 들면, 파장이 각각 1064nm 및 532nm인 두 개의 레이저빔의 초점거리는 각각 f1 및 0.5f1이므로, 목표 초점거리 f는 그 평균값인 0.75f1으로 설정할 수 있다. 마찬가지로, 파장이 각각 1064nm 및 355nm인 경우 목표 초점거리 f는 0.66683f1이 되고, 파장이 각각 532nm 및 355nm인 경우 목표 초점거리 f는 0.416830f1이 된다.

제1 레이저부(120)에서 출력되는 제1 레이저빔(132)은 파장이 a이고 초점거리가 f(즉, 목표 초점거리)이고, 제2 레이저부(140)에서 출력되는 제2 레이저빔(152)은 파장이 b이고 초점거리가 f 에 해당한다. 이와 같이 초점거리가 동일하고 파장이 서로 다른 제1 레이저빔(132) 및 제2 레이저빔(152)은 빔컴바이너(160)에 입사한다.

빔컴바이너(160)는 일정 대역의 파장을 갖는 레이저빔을 투과시키고 다른 대역의 파장을 갖는 레이저빔은 반사시킬 수 있다. 예를 들면, 빔컴바이너(160)는 상대적으로 장파장을 갖는 레이저빔은 투과시키고, 단파장을 갖는 레이저빔은 반사시킬 수 있다.

도 1을 참조하면, 상대적으로 장파장인 파장 a를 갖는 제1 레이저빔(132)은 빔컴바이너(160)를 투과하고, 단파장인 파장 b를 갖는 제2 레이저빔(152)은 빔컴바이너(160)에 의해 반사된다. 따라서 빔컴바이너(160)를 투과하는 제1 레이저빔(132)의 광축에 대해, 제2 레이저부(140)의 위치 조정을 통해서 빔컴바이너(160)에서 반사되는 제2 레이저빔(152)의 광축을 일치시켜서, 서로 다른 파장을 갖는 두 개의 레이저빔의 광축을 상호 일치시킬 수 있다. 또는 그 반대로 제2 레이저빔(152)에 대해 제1 레이저빔(132)의 위치 조정을 통해서, 두 개의 레이저빔(132, 152)의 광축을 상호 일치시킬 수 있다.

빔컴바이너(160)는, 투과시키고자 하는 빛의 파장에 대해 λ/4, λ/2의 두께를 이용하여 설계를 하고, 반사시키고자 하는 파장에 대해서는 각 층별 소멸간섭이 일어나게 하여 반사되는 파장이 기판에 도달하지 않고 반사가 되도록 한다. 그리고 빔컴바이너(160)는 투과시키고자 하는 파장에 대해서는 보강 간섭을 이용하여 빛의 손실이 거의 없이 기판을 투과 할 수 있도록 설계된다. 이때 각 파장별 편광 상태가 빔컴바이너(160)의 설계에서 고려될 수 있다.

빔컴바이너(160)를 제작하기 위해서, 고진공 다층 박막 증착기를 이용하며, 챔버내부의 진공도를 1.0 X 10-5torr의 고진공에서 고굴절율 물질과 저굴절률 물질을 교대로 30층 이상 증착하여 제작한다. 증착방법은 도가니에 증착물질을 넣고 전자총을 이용하여 전압을 인가하면 전자총의 열 전자가 증착물질에 맞아 증착물질이 녹게되며, 녹는점을 지나 기화가 되면 증착물질이 기화되어 기판에 증착이 되는 방식(evaporation)으로 제작을 한다.

제1 초점조절유닛(126) 및 제1 초점렌즈(128) 그리고 제2 초점조절유닛(146) 및 제2 초점렌즈(148)에 의해서, 상이한 초점거리를 갖는 두 개의 소스레이저빔은 동일한 목표 초점거리 f를 갖는 레이저빔으로 각각 변환된다. 그리고 빔컴바이너(160)에 의해서 서로 다른 파장을 갖는 두 개의 레이저빔(132, 152)은 상호 동일한 광축을 갖게 된다.

이와 같이, 동일한 목표 초점거리 및 광축을 갖는, 서로 다른 파장의 두 개의 레이저빔은 스캔헤드(170)에 의해서 설정된 경로를 따라서 이동하면서 레이저 가공을 수행하게 된다. 스캔헤드(170)에는 서로 다른 파장을 갖는, 결합된 두 개의 레이저빔(132, 152)이 입사되기 때문에, 스캔헤드(170)는 각각의 파장을 모두 반사할 수 있는 층 또는 재질을 포함할 수 있다.

이와 같이 본 실시예에 따른 레이저 가공장치(100)는 이중 파장을 활용함으로써 재료에 대한 흡수율을 증가시켜서 가공 효율을 높일 수 있다. 즉, 적은 에너지 열량을 갖는 단파장은 반사율이 낮고 흡수율이 높기 때문에 상변화에 대한 열량 문턱값을 낮춰서 가공물의 상변화를 유도한다. 그리고 일단 상변화된 가공물은 높은 에너지 열량을 갖는 장파장에 의해서 흡수율이 증가되어 효율적인 작업이 가능하게 된다.

본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 가공방법은, 초점거리 f1인 제1 소스레이저빔을 목표 초점거리 f(f2<f<f1)를 갖는 제1 레이저빔(132)으로 변환하는 단계와, 초점거리 f2(<f1)인 제2 소스레이저빔을 목표 초점거리 f(f2<f<f1)를 갖는 제2 레이저빔(152)으로 변환하는 단계와, 제1 레이저빔(132) 및 제2 레이저빔(152)을 결합하는 단계를 포함한다.

제1 소스레이저빔은 제1 초점조절유닛(126) 및 제1 초점렌즈(128)에 의해서 초점거리 f1에서 목표 초점거리 f를 갖는 제1 레이저빔(132)으로 변환된다. 그리고 제2 소스레이저빔은 제2 초점조절유닛(146) 및 제2 초점렌즈(148)에 의해서 초점거리 f2에서 목표 초점거리 f를 갖는 제2 레이저빔(152)으로 변환된다. 제1 레이저빔(132) 및 제2 레이저빔(152)은 빔컴바이너(160)에 의해서 결합된다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 레이저 가공방법은, 파장이 a인 제1 레이저빔을 출력하는 단계와, 파장이 b(<a)인 제2 레이저빔을 출력하는 단계와, 제1 레이저빔 및 제2 레이저빔 중 어느 하나는 투과하고 다른 하나는 일정 각도로 반사시켜서 상기 제1 레이저빔 및 제2 레이저빔의 광축을 일치시키는 단계를 포함한다.

제1 레이저부(120)에서는 파장이 a(예를 들면, 1064nm 또는 532nm)인 제1 레이저빔(132)이 출력된다. 제1 레이저부(120)에서 출력되는 제1 레이저빔(132)의 초점거리는 목표 초점거리인 f일 수 있다. 그리고 제2 레이저부(140)에서는 파장이 b(예를 들면, 532nm 또는 355nm)인 제2 레이저빔(152)이 출력된다. 제2 레이저부(140)에서 출력되는 제2 레이저빔(152)의 초점거리도 목표 초점거리인 f일 수 있다.

이와 같이 서로 다른 파장을 갖는 두 개의 레이저빔(132, 152)은 빔컴바이너(160)에 의해서 결합되어 광축이 동일하게 된다. 빔컴바이너(160)는 장파장에 해당하는 제1 레이저빔(132)은 그대로 투과시키고 단파장에 해당하는 제2 레이저빔(152)은 반사시켜서, 각각 다른 방향에서 입사되는 서로 다른 파장의 레이저빔(132, 152)을 동일한 광축을 갖도록 결합한다.

상기에서는 본 발명의 일 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

100: 레이저 가공장치 110: 제어부
120: 제1 레이저부 122: 제1 레이저소스
124: 제1 빔익스팬더 126: 제1 초점조절유닛
128: 제1 초점렌즈 130: 제1 미세구동장치
132: 제1 레이저빔 140: 제2 레이저부
142: 제2 레이저소스 144: 제2 빔익스팬더
146: 제2 초점조절유닛 148: 제1 초점렌즈
150: 제2 미세구동장치 152: 제2 레이저빔
160: 빔컴바이너 170: 스캔헤드

Claims (10)

1. 파장이 a인 제1 레이저빔을 출력하는 제1 레이저부;
   파장이 b(<a)인 제2 레이저빔을 출력하는 제2 레이저부; 및
   상기 제1 레이저빔 및 상기 제2 레이저빔 중 어느 하나는 투과시키고 다른 하나는 일정 각도로 반사시켜서, 상기 제1 레이저빔 및 제2 레이저빔의 광축을 일치시키는 빔컴바이너를 포함하고,
   상기 제2 레이저빔은 가공물의 상변화에 대한 열량 문턱값을 낮춰서 가공물의 상변화를 유도하고, 제2 레이저빔에 의해서 상변화된 가공물은 상기 제1 레이저빔에 의해서 흡수율이 증가되며,
   상기 제1 레이저부는, 초점거리 f1인 제1 소스레이저빔을 목표 초점거리 f(f<f1)를 갖는 상기 제1 레이저빔으로 변환하는 제1 초점조절유닛 및 제1 초점렌즈를 구비하며,
   상기 제2 레이저부는, 초점거리 f2인 제2 소스레이저빔을 목표 초점거리 f(f2<f)를 갖는 상기 제2 레이저빔으로 변환하는 제2 초점조절유닛 및 제2 초점렌즈를 구비하고,
   상기 제1 초점조절유닛은 상기 제1 초점렌즈에 대한 수렴각 또는 발산각을 제어하고, 상기 제2 초점조절유닛은 상기 제2 초점렌즈에 대한 수렴각 또는 발산각을 제어하며,
   상기 제1 초점조절유닛 및 제2 초점조절유닛은 각각 오목렌즈 파트 및 볼록렌즈 파트를 구비하고, 상기 오목렌즈 파트 및 볼록렌즈 파트 사이의 거리를 조정함으로써 수렴각 또는 발산각을 제어하는 이중 파장 하이브리드 레이저 가공장치.
2. 제1항에 있어서
   상기 목표 초점거리 f는 상기 f1 및 f2의 평균값인 것을 특징으로 하는 이중 파장 하이브리드 레이저 가공장치.
3. 삭제
4. 삭제
5. 제1항에 있어서,
   상기 제1 레이저부는 상기 제1 소스레이저빔을 평행광으로 변환하는 제1 빔익스팬더를 구비하고, 상기 제2 레이저부는 상기 제2 소스레이저빔을 평행광으로 변환하는 제2 빔익스팬더를 구비하는 것을 특징으로 하는 이중 파장 하이브리드 레이저 가공장치.
6. 제1항에 있어서,
   상기 제1 초점렌즈는 제1 미세구동장치에 의해서 그 위치가 조절되고,
   상기 제2 초점렌즈는 제2 미세구동장치에 의해서 그 위치가 조절되는 것을 특징으로 하는 이중 파장 하이브리드 레이저 가공장치.
   
   
7. 삭제
8. 삭제
9. 삭제
10. 삭제

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