KR101883268B1 - 기화성기재를 포함하는 마이크로 드릴링장치 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 기화성기재를 포함하는 마이크로 드릴링장치는, 전자빔장치를 통해 조사되는 전자빔을 이용하여 대상모재에 마이크로 드릴링을 수행하는 마이크로 드릴링장치에 있어서, 상기 전자빔이 조사되는 상기 대상모재의 조사면 반대 측에 접촉되도록 구비되며, 상기 전자빔이 접촉될 경우 기화되어 상기 대상모재에 형성된 마이크로홀 내부의 용융물과 함께 상기 대상모재의 외부로 배출되는 기화성기재 및 상기 전자빔장치를 통해 조사되는 전자빔을 편향시켜 상기 대상모재에 도달하도록 하는 편향기를 포함한다.

Description

기화성기재를 포함하는 마이크로 드릴링장치{Micro Drilling Apparatus Having Vaporable Member}

본 발명은 대상모재에 마이크로홀을 가공하는 마이크로 드릴링장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 기화성기재를 이용하여 고품질의 마이크로홀을 형성할 수 있는 마이크로 드릴링장치에 관한 것이다.

일반적으로 마이크로 드릴링 머신(Micro Drilling Mashine)은 전자산업 분야에서 주로 많이 이용된다. 예컨대, 기판의 배선상에 각종 전자 부품이 삽입될 수 있도록 홀을 형성하거나 초소형 정밀부품 등에 홀을 가공하는 데 사용되는 경우가 많다.

이러한 부품이 삽입되는 홀은 각종 부품의 소형화에 따라 아주 미세하게 형성되어야 하므로, 상기와 같은 마이크로 드릴링 머신의 사용이 거의 필연적이다.

종래의 경우, 공기의 압력 등으로 드릴을 회전시켜 직접 홀을 가공하는 방식이 사용되어 왔으나, 보다 마이크로화되는 첨단 제품의 추세에 따라 종래의 드릴 방식은 전자빔을 이용하여 드릴링을 수행하는 방식으로 대체되고 있다.

이와 같은 전자빔을 이용한 드릴링장치는 종래에 비해 보다 미세한 마이크로 단위의 홀을 가공할 수 있으며, 또한 홀 가공에 따른 분진 발생이 적다는 장점이 있다.

다만, 전자빔을 이용한 드릴링장치는 전자빔에 의해 용융된 용융물이 홀 내부에 잔류하게 되므로 이와 같은 잔류물을 배출시키는 후처리 과정이 필수적으로 수행되어야 하며, 미세한 홀의 특성 상 잔류물을 깨끗하게 배출시키기가 어려워 홀 내주면이 불규칙한 형태를 가지게 되는 문제가 있다.

따라서 이와 같은 문제점들을 해결하기 위한 방법이 요구된다.

한국공개특허 제10-2004-0005981호

본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 발명으로서, 전자빔을 이용하여 대상모재에 마이크로 단위의 미세홀을 가공할 수 있도록 하면서도, 미세홀의 형태를 깨끗하게 형성할 수 있도록 하기 위한 목적을 가진다.

본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 기화성기재를 포함하는 마이크로 드릴링장치는, 전자빔장치를 통해 조사되는 전자빔을 이용하여 대상모재에 마이크로 드릴링을 수행하는 마이크로 드릴링장치에 있어서, 상기 전자빔이 조사되는 상기 대상모재의 조사면 반대 측에 접촉되도록 구비되며, 상기 전자빔이 접촉될 경우 기화되어 상기 대상모재에 형성된 마이크로홀 내부의 용융물과 함께 상기 대상모재의 외부로 배출되는 기화성기재 및 상기 전자빔장치를 통해 조사되는 전자빔을 편향시켜 상기 대상모재에 도달하도록 하는 편향기를 포함한다.

그리고 상기 기화성기재의 기화점은 상기 대상모재의 기화점보다 낮게 형성될 수 있다.

또한 상기 편향기는 상기 전자빔의 편향도를 조절 가능하게 형성될 수 있다.

그리고 상기 편향기는, 상기 전자빔이 통과하는 영역에 제1방향의 자속 방향을 형성하는 제1자석 및 상기 전자빔이 통과하는 영역에 상기 제1방향의 반대 방향인 제2방향의 자속 방향을 형성하되, 자속력을 가변 가능하게 형성된 제2자석을 포함할 수 있다.

또한 상기 제1자석 및 상기 제2자석은, 상기 전자빔이 통과하는 영역을 중심으로 하여 양측에 각각 한 쌍이 구비될 수 있다.

그리고 상기 제1자석은 영구자석으로 형성되며, 상기 제2자석은 전자석으로 형성될 수 있다.

또한 상기 전자빔의 편향도에 대응되도록 상기 대상모재를 이동시키는 이송스테이지를 더 포함할 수 있다.

그리고 상기 대상모재에 상기 전자빔이 조사되는 과정에서 상기 대상모재에 흐르는 전류값을 측정하는 전류계를 더 포함할 수 있다.

또한 상기 대상모재는 상기 전류계와 연결되는 연결부 외의 나머지 영역이 절연되도록 형성될 수 있다.

그리고 상기 전자빔이 조사되는 상기 대상모재의 조사면에 접촉되도록 구비되는 보호필름을 더 포함할 수 있다.

상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 기화성기재를 포함하는 마이크로 드릴링장치는 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 전자빔을 이용하여 대상모재에 미세한 마이크로홀을 가공할 수 있는 장점이 있다.

둘째, 마이크로홀이 전체적으로 균일한 단면적을 가지도록 가공할 수 있는 장점이 있다.

셋째, 다양한 크기 및 깊이를 가지는 마이크로홀을 가공할 수 있는 장점이 있다.

넷째, 수직, 수평 방향뿐 아니라 사선 방향의 마이크로홀도 가공이 가능하다는 장점이 있다.

다섯째, 전자빔을 편향시키는 편향기를 이용하여, 마이크로홀 가공 과정에서 발생되는 대상모재의 연기가 전자빔장치 내부로 유입되는 현상을 방지할 수 있는 장점이 있다.

본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 마이크로 드릴링장치의 모습을 나타낸 도면;
도 2 내지 도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 마이크로 드릴링장치를 통해 마이크로홀을 가공하는 과정을 나타낸 도면;
도 5는 본 발명의 제1실시예에 따른 마이크로 드릴링장치에 있어서, 편향기의 구조를 나타낸 도면;
도 6은 본 발명의 제2실시예에 따른 마이크로 드릴링장치의 모습을 나타낸 도면; 및
도 7은 본 발명의 제3실시예에 따른 마이크로 드릴링장치의 모습을 나타낸 도면이다.

이하 본 발명의 목적이 구체적으로 실현될 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 본 실시예를 설명함에 있어서, 동일 구성에 대해서는 동일 명칭 및 동일 부호가 사용되며 이에 따른 부가적인 설명은 생략하기로 한다.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 마이크로 드릴링장치의 모습을 나타낸 도면이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명은 전자빔장치(10)를 통해 조사되는 전자빔을 이용하여 대상모재(1)에 마이크로 드릴링을 수행하는 마이크로 드릴링장치로서, 마이크로 드릴링을 수행하기 위한 기화성기재(50)와, 편향기(100)를 포함한다.

상기 기화성기재(50)는 상기 전자빔장치(10)를 통해 전자빔이 조사되는 상기 대상모재(1)의 조사면 반대 측에 접촉되도록 구비된다.

그리고 상기 기화성기재(50)는 상기 전자빔이 접촉될 경우, 기화되어 상기 전자빔에 의해 상기 대상모재(1)에 형성된 마이크로홀 내부의 용융물과 함께 상기 대상모재(1)의 외부로 배출될 수 있다. 이에 대한 자세한 과정은 후술하도록 한다.

상기 편향기(100)는 상기 전자빔장치(10)를 통해 조사되는 전자빔을 소정 방향으로 편향시켜 상기 대상모재(1)에 도달하도록 하는 구성요소로서, 상기 전자빔의 편향도를 조절 가능하게 형성될 수 있다.

이와 같은 편향기(100)가 구비되지 않을 경우, 상기 대상모재(1)가 전자빔에 의해 드릴링되는 과정에서 기화되는 대상모재(1)의 연기(Fume)가 수직 방향으로 상승하여 전자빔장치(10) 내부로 흘러들어갈 수 있기 때문이다. 따라서 본 발명은 상기 편향기(100)를 상기 전자빔의 입사 경로에 배치하여 상기 전자빔의 편향도를 조절하게 된다.

도 2 내지 도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 마이크로 드릴링장치를 통해 마이크로홀을 가공하는 과정을 나타낸 도면이다.

먼저 도 2에 도시된 바와 같이, 기화성기재(50) 상에 안착된 대상모재(1)의 표면에 전자빔을 조사시키며, 이에 따라 전자빔 입자(11)는 상기 대상모재(1)의 조사영역을 용융시키게 된다.

이와 같은 과정을 지속함에 따라 도 3에 도시된 바와 같이 상기 전자빔은 상기 대상모재(1)의 표면으로부터 내측으로 진입하게 되고, 마이크로홀이의 깊이가 점차 깊어지게 된다. 또한 이 과정에 의해 발생한 대상모재(1)의 용융물(2)은 마이크로홀 내측에 잔류하게 된다.

이후 도 4에 도시된 바와 같이 마이크로홀이 상기 대상모재(1)의 조사면 반대 측에 도달하여 상기 대상모재(1)를 관통하게 될 경우, 전자빔은 상기 대상모재(1)의 반대 측에 위치된 기화성기재(50)에 접촉하게 된다.

그리고 상기 전자빔이 상기 기화성기재(50)에 접촉하는 순간, 상기 기화성기재(50)의 조사영역이 급격히 기화되며 상기 마이크로홀 내에 액화된 상태로 잔류하는 용융물(2)과 함께 상기 대상모재(1)의 외부로 배출된다.

본 발명은 이에 따라 상기 마이크로홀의 내부에 잔류하던 용융물(2)을 깨끗하게 배출시킬 수 있으므로, 용융물(2)이 상기 마이크로홀 내부에서 응고되어 상기 마이크로홀 내주면이 불규칙한 형태를 가지게 되는 종래의 문제를 방지할 수 있다.

뿐만 아니라 다양한 크기 및 깊이를 가지는 마이크로홀을 가공할 수 있는 것은 물론, 수직/수평 방향뿐 아니라 사선 방향의 마이크로홀도 가공이 가능하다는 장점을 가진다.

한편 상기 기화성기재(50)로는 기화점이 상기 대상모재(1)의 기화점보다 현저히 낮은 재료가 사용될 수 있으며, 이에 따라 전자빔에 의해 기화된 상기 기화성기재(50)는 급격하게 마이크로홀의 외부로 배출될 수 있다.

도 5는 본 발명의 제1실시예에 따른 마이크로 드릴링장치에 있어서, 편향기(100)의 구조를 나타낸 도면이다.

전술한 바와 같이, 편향기(100)는 상기 전자빔장치(10, 도 1 참조)를 통해 조사되는 전자빔을 편향시켜 상기 대상모재(1, 도 1 참조)에 도달하도록 하며, 특히 본 실시예의 경우, 상기 편향기(100)는 상기 전자빔의 편향도를 조절 가능하게 형성된다.

이를 위해 본 실시예에서 상기 편향기(100)는 제1자석(110a, 110b) 및 제2자석(120a, 120b)을 포함할 수 있다.

구체적으로 상기 제1자석(110a, 110b)은 상기 전자빔이 통과하는 영역에 제1방향의 자속 방향을 형성하며, 상기 제2자석(120a, 120b)은 상기 전자빔이 통과하는 영역에 상기 제1방향의 반대 방향인 제2방향의 자속 방향을 형성한다. 특히 상기 제2자석(120a, 120b)은 상기 제2방향의 자속력을 가변 가능하게 형성될 수 있다.

그리고 본 실시예에서 상기 제1자석(110a, 110b) 및 상기 제2자석(120a, 120b)은, 상기 전자빔이 통과하는 영역을 중심으로 하여 양측에 각각 한 쌍이 구비된다. 즉 한 쌍의 제1자석(110a, 110b)은 서로 상기 전자빔이 통과하는 영역을 중심으로 하여 양측으로 이격된 형태를 가지며, 한 쌍의 제2자석(120a, 120b) 역시 마찬가지로 상기 전자빔이 통과하는 영역을 중심으로 하여 서로 양측으로 이격된 형태를 가진다.

이때 상기 제1자석(110a, 110b)은 영구자석 또는 전자석 중 어느 하나로 형성될 수 있으며, 상기 제2자석(120a, 120b)은 전자석으로 형성될 수 있다. 그리고 상기 제1자석(110a, 110b)의 자속력은 일정하게 고정되며, 상기 제2자석(120a, 120b)은 자속력은 가변 가능하게 형성된다.

전술한 바와 같이 상기 제1자석(110a, 110b) 및 상기 제2자석(120a, 120b)은 자속 방향이 서로 반대 방향으로 형성되므로, 상기 제2자석(120a, 120b)의 자속력을 변화시킴에 따라 상기 전자빔의 편향도를 조절할 수 있게 된다.

본 실시예의 경우 상기 제1자석(110a, 110b)을 영구자석으로 형성하였으며, 상기 제2자석(120a, 120b)을 전자석으로 형성하였다. 그리고 상기 제1자석(110a, 110b)의 자속력은 상기 제2자석(120a, 120b)의 자속력보다 크게 형성되며, 이에 따라 상기 제1자석(110a, 110b)에 의해 전자빔을 제1방향으로 크게 편향시킨 상태에서 상기 제2자석(120a, 120b)의 자속력을 가변하여 전자빔의 편향도를 제2방향 측으로 미세 조절할 수 있다.

한편 도시되지는 않았으나, 본 실시예의 경우 상기 전자빔의 편향도에 대응되도록 상기 대상모재(1)를 이동시키는 이송스테이지 및 상기 대상모재(1)의 틸팅 각도를 가변시키는 각도조절모듈을 더 포함할 수 있다.

즉 상기 이송스테이지는 도 1에 도시된 바와 같이 상기 대상모재(1)를 X-Y평면에서 이송시키는 역할을 수행하며, 상기 각도조절모듈은 상기 편향기(100)에 의해 편향되는 상기 전자빔의 입사 각도에 대응되도록 상기 대상모재(1)의 각도를 가변시키는 역할을 수행한다.

이에 따라 상기 편향기(100)의 자속력에 대응되도록 상기 이송스테이지 및 상기 각도조절모듈을 제어하여 공정을 수행할 수 있을 것이다.

도 6은 본 발명의 제2실시예에 따른 마이크로 드릴링장치의 모습을 나타낸 도면이다.

도 6에 도시된 본 발명의 제2실시예의 경우, 전술한 제1실시예의 마이크로 드릴링장치에 전류계(70)가 더 구비된다.

상기 전류계(70)는 상기 대상모재(1)에 상기 전자빔이 조사되는 과정에서 상기 대상모재(1)에 흐르는 전류값을 측정하는 역할을 수행한다.

일반적으로 전자빔장치에서 출력되는 전자빔의 절대량을 측정하는 것도 중요하지만, 더욱 중요한 것은 상기 대상모재(1)에 직접 인가되는 전자빔의 양이다. 이는 전자빔장치에서 출력되는 전자빔이 중간에 소실되거나 상기 대상모재(1)에서 벗어나게 되어 실제 출력되는 전자빔 전부가 대상모재(1)에 조사되지 않기 때문이다.

따라서 본 실시예의 경우, 상기 대상모재(1)에 얼마만큼의 전자빔이 조사되는지를 측정하기 위한 전류계(70)가 상기 대상모재(1)에 직접적으로 연결되도록 구비된다.

또한 상기 대상모재(1)에 조사되는 전자빔이 전류계(70)로 흐르지 않고 다른 쪽으로 흐르게 될 경우 오류가 발생할 수 있으므로, 본 실시예에서 상기 대상모재(1)는 상기 전류계(70)와 연결되는 연결부 외의 나머지 영역이 모두 절연되도록 형성될 수 있다.

본 실시예의 경우, 상기 대상모재(1)를 지지함과 동시에 절연 기능을 수행하는 인슐레이터(60)가 구비되는 것으로 하였으나, 이는 본 실시예 외의다양한 형태로 형성될 수 있음은 물론이다. 예컨대, 상기 대상모재(1)를 파지하고 있는 지그가 세라믹 등의 재질로 형성되어 절연 처리되거나, 또는 상기 지그를 회전시키기 위한 베어링 등이 절연 처리될 수도 있을 것이다.

도 7은 본 발명의 제3실시예에 따른 마이크로 드릴링장치의 모습을 나타낸 도면이다.

도 7에 도시된 본 발명의 제3실시예의 경우, 상기 전자빔이 조사되는 상기 대상모재(1)의 조사면에 접촉되도록 구비되는 보호필름(80)을 더 포함한다.

전술한 바와 같이, 본 발명의 경우 마이크로홀 가공 과정에서 기화성기재(50)가 기화됨에 따라 상기 마이크로홀의 외측으로 액상의 용융물이 배출되며, 이에 따라 상기 대상모재(1)의 조사면에 용융물이 떨어져 잔류하게 될 수 있는 문제가 있다.

이를 제거하기 위해서는 필연적으로 후가공을 수행하여야 하므로 공정을 복잡화시키며, 상기 대상모재(1)의 재질이 금속재로 형성될 경우에는 후가공이 어려운 것은 물론 상기 마이크로홀의 형태에 영향을 끼칠 수도 있다.

따라서 본 실시예의 경우 상기 대상모재(1)의 조사면에 보호필름(80)을 통한 보호층을 형성하여, 상기 마이크로홀의 가공 이후 상기 보호필름(80)을 제거하는 것으로 후가공 과정을 생략하거나 극히 단순화시킬 수 있다.

그리고 상기 보호필름(80)은 포토 레지스트 필름 또는 니켈, 구리와 같은 금속 등 다양한 형태로 형성될 수 있을 것이다.

이상과 같이 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 살펴보았으며, 앞서 설명된 실시예 이외에도 본 발명이 그 취지나 범주에서 벗어남이 없이 다른 특정 형태로 구체화될 수 있다는 사실은 해당 기술에 통상의 지식을 가진 이들에게는 자명한 것이다. 그러므로, 상술된 실시예는 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 여겨져야 하고, 이에 따라 본 발명은 상술한 설명에 한정되지 않고 첨부된 청구항의 범주 및 그 동등 범위 내에서 변경될 수도 있다.

1: 대상모재 2: 용융물
10: 전자빔장치 11: 전자빔 입자
50: 기화성기재 60: 인슐레이터
70: 전류계 80: 보호필름
100: 편향기 110a, 110b: 제1자석
120a, 120b: 제2자석

Claims (10)

1. 전자빔장치를 통해 조사되는 전자빔을 이용하여 대상모재에 마이크로 드릴링을 수행하는 마이크로 드릴링장치에 있어서,
   상기 전자빔이 조사되는 상기 대상모재의 조사면 반대 측에 접촉되도록 구비되며, 상기 전자빔이 접촉될 경우 기화되어 상기 대상모재에 형성된 마이크로홀 내부의 용융물과 함께 상기 대상모재의 외부로 배출되는 기화성기재; 및
   상기 전자빔이 통과하는 영역을 중심으로 하여 양측에 각각 한 쌍이 구비되는 제1자석 및 제2자석을 포함하고, 상기 전자빔장치를 통해 조사되는 전자빔을 편향시켜 상기 대상모재에 도달하도록 하는 편향기;
   를 포함하며,
   상기 제1자석은,
   상기 전자빔이 통과하는 영역에 제1방향의 자속 방향을 형성하며, 영구자석으로 형성되어 고정된 자속력을 유지함에 따라 전자빔을 제1방향 측으로 편향시키고,
   상기 제2자석은,
   상기 전자빔이 통과하는 영역에 상기 제1방향과 나란하되, 반대 방향인 제2방향의 자속 방향을 형성하며, 상기 제1자석보다 작은 자속력을 가지는 전자석으로 형성되어 자속력을 가변 가능하게 형성됨에 따라 상기 제1자석에 의해 제1방향 측으로 편향된 전자빔을 제2방향 측으로 미세 조절 가능하게 형성된 마이크로 드릴링장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 기화성기재의 기화점은 상기 대상모재의 기화점보다 낮게 형성되는 마이크로 드릴링장치.
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 제1항에 있어서,
   상기 전자빔의 편향도에 대응되도록 상기 대상모재를 이동시키는 이송스테이지를 더 포함하는 마이크로 드릴링장치.
8. 제1항에 있어서,
   상기 대상모재에 상기 전자빔이 조사되는 과정에서 상기 대상모재에 흐르는 전류값을 측정하는 전류계를 더 포함하는 마이크로 드릴링장치.
9. 제8항에 있어서,
   상기 대상모재는 상기 전류계와 연결되는 연결부 외의 나머지 영역이 절연되도록 형성된 마이크로 드릴링장치.
10. 제1항에 있어서,
    상기 전자빔이 조사되는 상기 대상모재의 조사면에 접촉되도록 구비되는 보호필름을 더 포함하는 마이크로 드릴링장치.

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