KR101989410B1

KR101989410B1 - 레이저 가공 방법 및 레이저 가공 장치

Info

Publication number: KR101989410B1
Application number: KR1020197003637A
Authority: KR
Inventors: 아키라 오오츠카; 히데카즈 쿠리하라
Original assignee: 가부시키가이샤 무라타 세이사쿠쇼
Priority date: 2014-06-27
Filing date: 2015-06-23
Publication date: 2019-06-14
Also published as: KR20190016141A; CN106457470B; KR20170002635A; WO2015199046A1; JP6365666B2; JPWO2015199046A1; CN106457470A

Abstract

피가공물을 일정 속도로 연속 이동시키면서 고정밀도로 또한 영속적으로 레이저 가공을 계속할 수 있는 레이저 가공 방법 및 가공 장치를 제안한다. 피가공물(W)을 X방향으로 일정 속도로 이동시키면서 갈바노 스캐너에 의해 레이저광의 조준을 갈바노 에리어 내에서 일정 궤적을 그리도록 X방향 및 Y방향으로 주사시켜 주사 라인상의 소정 위치에서 레이저광을 피가공물에 대하여 조사하는 스텝을 포함하고, 이하의 식으로 나타내어지는 조건 및 범위에서 가공한다.
Px/V≥Σ(Lt+Gt) ···(1)
Gx=Px×α···(2)
여기에서, Px는 피가공물의 X방향의 기준 가공 피치, V는 피가공물의 X방향 이동 속도, Lt는 레이저 조사 시간, Gt는 갈바노 동작 시간(조준의 이동 시간 및 정정 시간), Gx는 갈바노 에리어의 X방향의 변의 거리, α는 상수(0＜α＜1)이다.

Description

레이저 가공 방법 및 레이저 가공 장치{LASER MACHINING METHOD AND LASER MACHINING DEVICE}

본 발명은 피가공물에 대하여 구멍 가공, 홈 가공, 스크라이브, 트리밍, 절단, 마킹 등의 가공을 레이저를 사용하여 실시하는 방법 및 장치에 관한 것이다. 피가공물로서는 세라믹 그린시트, 웨이퍼, 유기물 필름, 프린트 기판, 금속판 등의 평판형상 재료나 시트 재료가 포함된다.

특허문헌 1에는 레이저광원으로부터 출사된 레이저광을 갈바노 스캐너로 반사시키고, 집광 렌즈로 집광하여 피가공물 상에 조사하는 레이저 가공 장치가 개시되어 있다. XY 테이블 상에 적재된 대형의 시트에 대하여 레이저광에 의해 구멍 가공할 경우, 한번에 가공할 수 있는 에리어는 한정되므로 이 가공 장치에서는 에리어를 분할하여 구멍 가공을 실시하고 있다. 분할하여 구멍 가공을 행할 경우에는 갈바노 스캐너에 의한 핀쿠션 왜곡이나 집광 렌즈에 의한 수차 특성과 구멍의 위치 정밀도 등의 관계로부터 허용되는 범위를 한번의 가공 에리어로서 설정하고 있다.

그러나, 에리어마다 가공하기 위해서 일단 테이블을 멈춘 상태로 소정의 에리어에 레이저를 조사하고, 이어서 테이블을 이동시킨다는 스텝을 반복할 필요가 있어 시간 로스가 많고, 가공 시간이 길어진다는 문제가 있다.

한편, 특허문헌 2에는 피가공물 상에 형성하는 복수의 가공 구멍을 순서로 레이저 가공할 때에 갈바노 에리어 내에서의 레이저광의 조사 위치를 이동시키면서 XY 테이블을 X방향 또는 Y방향 중 적어도 일방향에서 정지시키는 일 없이 소정의 속도로 이동시키는 레이저 가공 방법이 제안되어 있다. 이 방법은 특허문헌 1과는 달리, 가공 에리어마다 테이블을 정지시킬 필요가 없으므로 가공 시간을 단축할 수 있을 가능성이 있다.

그러나, 특허문헌 2에서는 레이저 가공 대상이 되는 가공 구멍 및 다음에 레이저 가공 대상이 되는 가공 구멍 양쪽이 갈바노 에리어 내에 수용되도록 XY 테이블과 갈바노 스캐너를 협조 제어할 필요가 있다. 즉, 현재의 가공 구멍과 다음의 가공 구멍이 갈바노 에리어 내에 수용되도록 설정할 필요가 있으므로 주사 방향에 대하여 수직 방향으로 배치된 복수 구멍을 복수열 가공할 경우, 각 열의 가공 최종점은 다음 열의 가공 개시점이 갈바노 에리어 내에 수용하도록 대기 시간을 설정하거나, 갈바노 가공 에리어를 확대시킬 필요가 있다. 그 결과, 불필요한 대기 시간이 발생하거나, 수차가 큰 렌즈 단부에서 가공하게 되기 때문에 능력, 위치 정밀도, 가공 품질을 저하시킬 가능성이 있었다.

일본 특허공개 평 8-174256호 공보 일본 특허공개 2011-140057호 공보

본 발명의 목적은 피가공물을 일정 속도로 연속 이동시키면서 고정밀도로 또한 영속적으로 레이저 가공을 계속할 수 있는 레이저 가공 방법 및 가공 장치를 제안하는 것이다.

본 발명은 피가공물의 주면과 평행한 XY 평면을 따라 상기 피가공물을 X방향으로 이동 가능한 반송 수단과, 레이저광원으로부터 출사된 레이저광을 반사시켜서 피가공물 상에 조사하는 갈바노 스캐너를 제어하는 레이저 가공 방법이다. 반송 수단을 X방향으로 일정 속도로 이동시키면서 갈바노 스캐너에 의해 레이저광의 조준을 갈바노 에리어 내에서 일정 궤적을 그리도록 X방향 및 Y방향으로 주사시켜 주사 라인상의 소정 위치에서 레이저광을 피가공물에 대하여 조사하는 스텝을 포함하여 이하의 식으로 나타내어지는 조건 및 범위에서 가공한다.

Px/V≥Σ(Lt+Gt) ···(1)

Gx=Px×α···(2)

Px: 피가공물의 X방향 기준 가공 피치

V: 피가공물의 X방향 이동 속도(일정)

Lt: 레이저 조사 시간

Gt: 갈바노 동작 시간(조준의 이동 시간 및 정정 시간)

Gx: 갈바노 에리어의 X방향의 변의 거리

α: 상수(0＜α＜1)

(1)식의 좌변은 피가공물의 X방향의 기준 가공 피치를 피가공물이 이동하는 시간을 나타내고, 우변은 레이저 조사 시간(레이저 발진기의 작동 시간)과 갈바노 동작 시간(갈바노 스캐너의 조준의 이동 시간 및 정정 시간)의 총 합이다. 즉, 1열째의 레이저 가공 개시로부터 2열째의 레이저 가공 개시까지의 시간을 나타낸다. (1)식은 피가공물의 X방향 가공 피치를 피가공물이 이동하는 시간이 레이저 조사 시간과 갈바노 동작 시간의 합보다 길으므로 영속적으로 레이저 가공을 계속할 수 있는 조건을 나타내고 있다. (2)식은 α＜1이기 때문에 갈바노 에리어의 X방향의 변의 거리가 피가공물의 X방향의 기준 가공 피치보다 작은 것을 의미하고 있다. 즉, 갈바노 에리어를 일정하게 하는 조건을 나타낸다. 가령 α＞1이 되면, 갈바노 조준이 피가공물의 이동 방향(X방향)으로 어긋나 가 갈바노 에리어를 오버코팅하게 된다. 오버코팅하면 일단 후조정 동작이 생켜 시간 로스가 발생한다. α＜1로 함으로써 같은 갈바노 에리어인 채 영속적으로 레이저 가공을 행할 수 있다.

(1)식 대신에 다음과 같이 표현할 수도 있다.

Px/V=Ta＋Tb ···(4)

여기에서, Ta는 Y방향의 가공 시간의 합계, Tb는 X방향의 리턴 가공 시간이다.

일반적으로 갈바노 스캐너는 경량의 미러를 움직여 레이저광을 주사하기 때문에 고속이며 또한 고정밀도의 주사가 가능하지만, 동작 범위는 작다. 한편, 피가공물은 이동 범위를 크게 취하지만, 고속 이동/순간 정지가 어렵다. 이러한 특성을 고려하여 (1)식, (2)식을 충족하는 조건에서 갈바노 스캐너와 레이저 발진기와 피가공물의 이동을 동기 제어함으로써 X방향으로 연속하는 피가공물의 가공 에리어를 연속적으로(논스톱으로) 레이저 가공할 수 있어 가공 능률을 향상시킬 수 있다. 피가공물은 일정 속도로 연속 이동시키는 것뿐이므로 제어가 간단해짐과 아울러, 피가공물이 정지하고 있는 시간을 없앨 수 있어 토탈 가공 시간을 단축할 수 있다. 갈바노 에리어는 비교적 수차가 작은 집광 렌즈의 중앙부에 설정할 수 있으므로 고정밀도의 가공을 행할 수 있다.

본 명세서에 있어서, 「일정 궤적을 그리도록」 주사한다란, 소위 「한붓 그리기 형상으로」 주사하는 것을 의미한다. 즉, 조준이 있는 좌표점으로부터 출발하여 별도의 점을 경유하여 최초의 좌표점으로 리턴된다는 궤적을 따라 간다. 그 궤적은, 예를 들면 직선의 왕복 이동이어도 좋고, 삼각형상이나 8자형상이어도 좋고, 갈바노 에리어 내에서 원래의 좌표점으로 리턴되는 주사 궤적이면 임의이다. 갈바노 에리어란 갈바노 스캐너가 주사할 수 있는 XY 영역 내이며, 또한 갈바노 스캐너에 의한 핀쿠션 왜곡이나 집광 렌즈에 의한 수차 특성과 가공 위치 정밀도의 관계로부터 허용되는 범위이며, 그 중에 상기 궤적이 포함된다. 갈바노 스캐너는 간헐적인 동작, 즉 통상은 점대점 제어된다. 이 제어에서는 현재의 가공 점으로부터 다음의 가공점까지 조준을 신속히 이동시키고, 다음의 가공점에서 정지하고 있는 사이에 레이저 발진기로부터 레이저광이 조사된다. 또한, 갈바노 스캐너를 간헐 동작시키는 방법 대신에 연속 동작시켜도 좋다. 본 발명에 있어서의 반송 수단이란 피가공물의 주면과 평행한 XY 평면을 따라 피가공물을 X방향으로 이동할 수 있는 수단이면 좋고, 예를 들면 XY 테이블이나 X방향으로만 이동하는 테이블, X방향으로 이동하는 벨트컨베이어 등 임의이다. 또한, 피가공물이 연속한 롤형상 시트일 경우에는 반송 수단으로서 반송 롤을 사용해도 좋다.

갈바노 스캐너에 의한 조준의 주사 경로를 8자형상으로 하는 것이 바람직하다. 즉, 반송 수단을 X 플러스 방향으로 일정 속도로 이동시키면서 이하의 제 1~제 8 스텝을 반복한다. 즉, 레이저광을 XY 평면상의 제 1 점에 조사하는 제 1 스텝, 갈바노 스캐너에 의해 레이저광의 조준을 제 1 점으로부터 전체적으로 X 플러스 방향 및 Y 플러스 방향으로 주사하는 제 2 스텝, 제 1 점에 대하여 X 플러스 방향 및 Y 플러스 방향으로 변위한 제 2 점에 레이저광을 조사하는 제 3 스텝, 갈바노 스캐너에 의해 레이저광의 조준을 제 2 점으로부터 X 마이너스 방향으로 주사하는 제 4 스텝, 제 2 점에 대하여 X 마이너스 방향으로 변위한 제 3 점에 레이저광을 조사하는 제 5 스텝, 갈바노 스캐너에 의해 레이저광의 조준을 제 3 점으로부터 전체적으로 X 플러스 방향 및 Y 마이너스 방향으로 주사하는 제 6 스텝, 제 3 점에 대하여 X 플러스 방향 및 Y 마이너스 방향으로 변위한 제 4 점에 레이저광을 조사하는 제 7 스텝, 갈바노 스캐너에 의해 레이저광의 조준을 제 4 점으로부터 X 마이너스 방향으로 주사하고, 제 1 점으로 레이저광의 조준을 리턴시키는 제 8 스텝이다. 또한, 제 2 스텝 중에서 「전체적으로 X 플러스 방향 및 Y 플러스 방향으로 주사하는」이란 국부적으로 「X 플러스 방향 및 Y 플러스 방향」이 아닌 부분이 있어도 제 2 스텝을 종합하면 「X 플러스 방향 및 Y 플러스 방향」으로 주사하게 된다는 의미이다. 제 6 스텝에 있어서의 「전체적으로」도 마찬가지의 의미이다. 이와 같이 조준을 8자형상으로 주사하면 1사이클에서 Y방향으로 2열의 가공을 행할 수 있다. 후조정과 같은 불필요한 주사를 필요로 하지 않기 때문에 다수의 구멍이나 홈을 효율 좋게 가공할 수 있다.

8자형상의 주사 경로를 따르는 가공 조건으로서는 이하의 식으로 나타내어지는 조건 및 범위를 충족하는 것이 바람직하다.

Px/V≥Gy/Py×(Lt+Gyt)+Gxt+Lt ···(3)

Gx: 갈바노 에리어의 X방향의 변의 거리

Gy: 갈바노 에리어의 Y방향 거리

Py: 피가공물의 Y방향의 기준 가공 피치

Lt: 레이저 조사 시간

Gyt: Y방향 갈바노 동작 시간

Gxt: X방향 갈바노 동작 시간

(3)식의 좌변은 피가공물의 X방향의 기준 가공 피치를 피가공물이 이동하는 시간을 나타내고, 우변의 제 1 항은 갈바노 에리어의 Y방향 거리 사이에서의 가공 횟수와, 레이저 조사 시간과 Y방향 갈바노 동작 시간의 합의 곱이며, 레이저광을 Y방향으로 주사하는 일렬의 가공 시간을 나타낸다. 제 2 항은 X방향 갈바노 동작 시간이며, 제 3 항은 레이저 조사 시간이다. 이 조건식을 충족함으로써 8자형상의 주사 경로를 따를 경우에 영속적으로 가공을 행할 수 있다.

상술한 8자형상 경로는 제 1 스텝~제 8 스텝까지의 사이에 합계 4회의 레이저 조사를 행하는 예이지만, 제 2 스텝의 주사의 도중, 즉 제 1 점으로부터 제 2 점으로 이동하는 동안에 레이저광을 조사하는 제 9 스텝을 설치하고, 제 6 스텝의 주사의 도중, 즉 제 3 점으로부터 제 4 점으로 이동하는 동안에 레이저광을 조사하는 제 10 스텝을 형성해도 좋다. 제 9 스텝 및 제 10 스텝에 있어서의 레이저광의 조사 횟수는 1회에 한정되지 않고 임의이다. 이렇게 하여 Y방향으로 이동할 때에 다수개의 구멍을 가공할 수 있다.

이상과 같이, 본 발명에 의하면 피가공물을 X방향으로 일정 속도로 이동시키면서 갈바노 스캐너에 의해 레이저광의 조준을 갈바노 에리어 내에서 일정 궤적을 그리도록 X 및 Y방향으로 주사하고, 소정 위치에서 레이저광을 피가공물에 대하여 조사한다. 그리고, 피가공물의 X방향 가공 피치를 피가공물이 이동하는 시간을 레이저 조사 시간과 갈바노 동작 시간의 합보다 길게 하고, 갈바노 에리어의 X방향의 변의 거리를 피가공물의 X방향의 기준 가공 피치보다 작게 했으므로 갈바노 에리어를 일정하게 유지한 채 피가공물을 멈추는 일 없이 영속적으로 레이저 가공을 계속할 수 있다. 그 결과, 정밀도와 양산성을 양립한 레이저 가공을 실현할 수 있다.

도 1은 본 발명에 의한 레이저 가공 장치의 일례의 전체도이다.
도 2는 제어 장치의 블록도이다.
도 3은 본 발명에 있어서의 갈바노 에리어와 피가공물의 구멍 위치와 조준의 주사 순서의 일례를 나타낸다.
도 4는 레이저 가공의 제 1 실시예를 나타내는 도면이다.
도 5는 제 2 실시예에 있어서의 조준의 주사예(a)와, 피가공물(W)에 가공된 구멍의 위치(b)를 나타낸다.
도 6은 제 3 실시예에 있어서의 조준의 주사예(a)와, 피가공물(W)에 가공된 구멍의 위치(b)를 나타낸다.
도 7은 제 4 실시예에 있어서의 조준의 주사예(a)와, 피가공물(W)에 가공된 구멍의 위치(b)를 나타낸다.
도 8은 제 5 실시예의 조준의 주사예(a), 피가공물(W)에 가공된 구멍의 위치(b)를 나타낸다.
도 9는 제 6 실시예의 조준의 주사예(a), 피가공물(W)에 가공된 구멍의 위치(b)를 나타낸다.
도 10은 레이저 가공의 제 7 실시예를 나타내는 도면이다.

도 1은 본 발명에 의한 레이저 가공 장치의 일례의 전체도를 나타낸다. 본 실시예의 레이저 가공 장치(1)는 피가공물의 일례인 세라믹 그린시트(W)에 비아 홀 등을 가공하기 위한 장치이다. 레이저 가공 장치(1)는 레이저광원인 레이저 발진기(10), 레이저광(L)의 조준(또는 광축)을 XY방향으로 주사하는 갈바노 스캐너(20) 및 집광 렌즈(30)를 구비한다. 갈바노 스캐너(20)는 구체적으로는 조준을 X방향으로 주사시키는 미러(21) 및 액추에이터(22)와, 조준을 Y방향으로 주사시키는 미러(23) 및 액추에이터(24)를 구비한다. 또한, 집광 렌즈(30)의 하방에는 XY 평면을 따라 이동 가능한 XY 테이블(40)이 설치되고, 이 테이블 상에 피가공물(W)이 적재되어 있다. XY 테이블(40)은 이 테이블(40)을 X방향으로 구동하는 모터(41)와, 테이블(40)을 Y방향으로 구동하는 모터(42)를 구비하고 있다. 제어 장치(50)는 레이저 발진기(10), 갈바노 스캐너(20)의 액추에이터(22, 24), 및 모터(41, 42)와 배선에 의해 접속되어 있고, 레이저 발진기(10), 갈바노 스캐너(20) 및 XY 테이블(40)을 후술하는 방법으로 동기 제어할 수 있다.

도 1에 파선으로 나타내는 바와 같이 피가공물(W)의 X방향으로 띠형상으로 연장되는 에리어(S1)를 테이블(40)을 X방향으로 연속 이동시키면서 논스톱으로 레이저 가공할 수 있다. 에리어(S1)의 가공을 종료한 후, 테이블(40)을 Y방향으로 1피치분만큼 이동시키고, 다시 테이블(40)을 X방향으로 일정 속도로 이동시키면서 이웃하는 에리어(S2)를 논스톱으로 레이저 가공할 수 있다. 따라서, 피가공물(W)의 전체 영역을 효율 좋게 구멍 가공할 수 있다.

도 2는 제어 장치(50)의 블록도를 나타낸다. 제어 장치(50)에는 갈바노 스캐너(20) 및 모터(41, 42)로부터 위치 정보가 보내진다. 제어 장치(50)는 입력된 위치 정보에 의거하여 레이저 발진기(10), 갈바노 스캐너(20) 및 테이블(40)을 동기 제어한다. 구체적으로는 테이블(40)의 Y방향 이동이 완료되면 모터(42)로부터 위치 결정 완료 신호가 제어 장치(50)에 보내져 갈바노 스캐너(20)에 의해 조준을 초기 위치로 이동시킨다. 테이블(40)을 X방향으로 일정 속도로 이동시키면서 갈바노 스캐너(20)에 의해 갈바노 에리어 내에서 조준을 소정의 순서로 주사하고, 소정 위치에서 레이저 발진기(10)로부터 레이저광을 조사하여 피가공물(W)에 구멍을 가공한다.

도 3은 갈바노 에리어(GA), 피가공물(W)의 구멍 위치, 및 조준의 주사 순서의 일례를 나타낸다. 여기에서는 갈바노 에리어(GA) 내에서 조준을 8자를 그리도록 한붓 그리기 형상으로 주사하고, 주사 라인상의 a, b, c, d, e(b와 같음), f, g(a와 같음)의 각 점에서 레이저를 조사한다. 피가공물(W)은 X방향으로 일정 속도(V)로 이동하지만, 갈바노 에리어(GA)는 일정 위치에 유지된다. 점(a)→점(b)→점(c)→점(d)→점(e)→점(f)→점(g)을 1사이클로서 반복함으로써 논스톱의 구멍 형성 가공이 가능해진다. 피가공물(W)에는 Y방향으로 일렬로 배열된 복수개(여기에서는 3개)의 구멍(H)이 X방향으로 소정 피치로 형성된다. 여기에서, 구멍의 X방향의 가공 피치를 Px, 피가공물(W)의 X방향 이동 속도를 V, 레이저 조사 시간(1쇼트)을 Lt, 갈바노 동작 시간을 Gt, 갈바노 에리어의 X방향의 변의 거리를 Gx로 하면,

Px/V≥Σ(Lt+Gt) ···(1)

Gx=Px×(0＜α＜1) ···(2)

의 관계로 설정되어 있다. 또한, 레이저 조사 시간(Lt)에는 레이저 조사를 위하여 필요한 상승 시간 및 하강 시간도 포함한다.

(1)식의 좌변은 피가공물의 X방향의 기준 가공 피치분만큼 피가공물(W)이 이동하는 시간을 나타내고, 우변은 점(a)~점(d) 사이에 있어서의 조사 시간(Lt)과 갈바노 스캐너의 동작 시간(Gt)의 합계, 즉 1열째의 레이저 가공 개시로부터 2열째의 레이저 가공 개시까지의 시간을 나타낸다. (2)식은 α＜1이므로 Gx＜Px를 나타내고 있다. 즉, 갈바노 에리어의 X방향의 변의 거리(Gx)는 구멍의 X방향 가공 피치(Px)보다 작다.

이어서, 본 발명에 있어서의 레이저 가공의 일례를 도 4를 참조하면서 설명한다. 도 4(A)는 제 1 점(a)에 레이저광의 조준을 위치 결정하고, 이 점(a)에 레이저광을 조사(쇼트)한 순간을 나타낸다. 검은 동그라미는 레이저광의 현재의 조사 위치(현시점에서 가공된 최신의 구멍)를 나타내고, 흰 동그라미는 가공이 완료된 구멍을 나타낸다.

도 4(B)는 레이저광의 조준을 점(a)으로부터 X 플러스 방향 및 Y 플러스 방향에 대하여 예각 방향으로 주사하고, 제 2 점(b)에 레이저광을 조사한 순간을 나타낸다. 조준의 이동 방향과 X 플러스 방향이 이루는 각도를 θ(＜90°)로 하면, 조준의 이동 방향과 Y 플러스 방향이 이루는 각은 90°-θ가 된다. 점(a)으로부터 점(b)으로의 조준의 주사 시간(갈바노 동작 시간)과 레이저 조사 시간의 합에 상당하는 시간만큼 피가공물(W)도 X방향으로 이동하고 있기 때문에 구멍(a1)과 제 2 점(b)는 X방향의 동일 위치에 배열되어 있다.

도 4(C)는 레이저광의 조준을 점(b)으로부터 X 플러스 방향 및 Y 플러스 방향에 대하여 예각 방향으로 주사하고, 제 3 점(c)에 레이저광을 조사한 순간을 나타낸다. 상기와 마찬가지로 점(b)으로부터 점(c)으로의 조준의 주사 시간(갈바노 동작 시간)과 레이저 조사 시간의 합에 상당하는 시간만큼 피가공물(W)도 X방향으로 이동하기 때문에 구멍(a1, b1)과 제 3 점의 구멍(c1)은 X방향의 동일 위치에 배열되어 있다. 환언하면, 구멍(a1, b1, c1)은 Y방향으로 일렬로 배열되어 있다. 또한, 이어서 가공해야 할 구멍(d)(파선의 원을 나타냄)은 갈바노 에리어(GA)의 외측에 있다.

도 4(D)는 레이저광의 조준을 점(c)으로부터 X 마이너스 방향으로 주사하고, 제 4 점(d)에 레이저광을 조사한 순간을 나타낸다. 점(c)으로부터 점(d)으로의 조준의 주사 시간(갈바노 동작 시간)과 레이저 조사 시간의 합에 상당하는 시간만큼 피가공물(W)이 X방향으로 이동하기 때문에 구멍(c1)과 제 4 점의 구멍(d1)의 X방향 피치(Px) 쪽이 갈바노 에리어의 X방향의 변의 거리(Gx)보다 커진다.

도 4(E)는 레이저광의 조준을 점(d)으로부터 X 플러스 방향 및 Y 마이너스 방향에 대하여 예각 방향으로 주사하고, 제 5 점(e)에 레이저광을 조사한 순간을 나타낸다. 점(d)으로부터 점(e)으로의 조준의 주사 시간(갈바노 동작 시간)과 레이저 조사 시간의 합에 상당하는 시간만큼 피가공물(W)이 X방향으로 이동하기 때문에 구멍(d1)과 제 5 점의 구멍(e1)은 X방향의 동일 위치에 배열되어 있다.

도 4(F)는 레이저광의 조준을 점(e)으로부터 X 플러스 방향 및 Y 마이너스 방향에 대하여 예각 방향으로 주사하고, 제 6 점(f)에 레이저광을 조사한 순간을 나타낸다. 점(e)로부터 점(f)으로의 조준의 주사 시간(갈바노 동작 시간)과 레이저 조사 시간의 합에 상당하는 시간만큼 피가공물(W)이 X방향으로 이동하기 때문에 구멍(d1, e1)과 제 6 점의 구멍(f1)은 X방향의 동일 위치에 배열되어 있다. 이 상태로 다음에 가공해야 할 구멍(g)(파선의 원을 나타낸다)은 갈바노 에리어(GA)의 외측에 있다.

도 4(G)는 레이저광의 조준을 점(f)으로부터 X 마이너스 방향으로 주사하고, 제 1 점(g)(a와 같음)으로 레이저광의 조준을 리턴한 순간을 나타낸다. 점(f)으로부터 점(g)으로의 조준의 주사 시간(갈바노 동작 시간)과 레이저 조사 시간의 합에 상당하는 시간만큼 피가공물(W)이 X방향으로 이동하기 때문에 조준을 제 1 점(a)과 같은 위치(g)로 리턴함으로써 구멍(f1)과 구멍(g1)의 피치(Px)는 갈바노 에리어의 X방향의 변의 거리(Gx)보다 커진다. 그 후는 상기와 같이 (A)~(G)의 스텝을 반복한다.

피가공물(W)을 반송하는 방법으로서는 테이블(40) 이외에 복수의 반송 롤을 사용함으로써 피가공물(W)을 X방향으로 반송할 수 있다. 피가공물(W)이 연속된 롤형상 시트일 경우, 상술한 바와 같이 조준을 8자를 그리도록 한붓 그리기 형상으로 주사함으로써 시트를 멈추는 일 없이 시트의 길이 방향으로 영속적으로 가공할 수 있다. 게다가, 1사이클의 주사로 2열의 구멍을 가공할 수 있으므로 양산성이 높다. 후조정과 같은 주사를 필요로 하지 않기 때문에 불필요한 시간을 삭감할 수 있다. 피가공물(W)은 일정 속도로 이동하는 것뿐이며, 갈바노 스캐너(20)를 소정의 주기로 주사하면 좋으므로 제어가 간단하다. 갈바노 에리어(GA)는 비교적 수차의 영향이 작은 집광 렌즈(30)의 중앙부에 설정할 수 있기 때문에 고정밀도의 가공이 가능하다.

도 3, 도 4에서는 1개의 피가공물(W)에 대하여 Y방향으로 3개의 구멍을 가공하는 예를 나타냈지만, 구멍의 개수는 임의로 설정할 수 있다. 또한, 피가공물(W)의 Y방향으로 일정 피치로 구멍을 가공하는 예를 나타냈지만, Y방향의 피치가 일정하지 않은 구멍 가공도 가능하다. 또한, 다수의 핀홀을 갖는 마스크나 빔 스플리터 등을 사용하여 다수의 구멍을 한 군으로 하여 동시 가공할 수도 있다. 그 경우, 한 군의 구멍을 집합체 도형으로 간주하고, 집합체 도형의 각각의 간격이 기준 가공 피치가 된다.

-제 2 실시예-

도 5(a)는 조준의 제 2 실시예의 주사예를 나타내고, 도 5(b)는 피가공물(W)에 가공된 구멍의 위치를 나타낸다. 도 5에서는 도 5(a)에 파선으로 나타내는 바와 같이 전체적으로 8자를 그리도록 주사하고, 좌측 상방으로부터 우측 하방으로의 주사 라인과, 좌측 하방으로부터 우측 상방으로의 주사 라인에서 각각 6개의 구멍을 가공하고 있다. 그 때문에 도 3과 마찬가지로 구멍은 Y방향으로 일렬로 배열하며, 또한 Y방향 피치가 일정하다. 사각 마크는 1열째, 다이아몬드형 마크는 2열째의 쇼트(또는 구멍 위치)를 나타낸다. 이와 같이 주사 라인상에서 쇼트 횟수를 늘림으로써 1열당 구멍의 개수를 증가시킬 수 있다.

-제 3 실시예-

도 6(a)는 조준의 제 3 실시예의 주사예를 나타내고, 도 6(b)는 피가공물(W)에 가공된 구멍의 위치를 나타낸다. 도 6에서는 도 6(a)에 파선으로 나타내는 바와 같이 전체적으로 8자를 그리도록 주사하지만, 주사 라인은 도 5와 같이 경사 방향으로 일직선형상이 아니라 꺽은선형상이다. 좌측 상방으로부터 우측 하방으로의 주사 라인과, 좌측 상방으로부터 우측 상방으로의 주사 라인이 대칭형이다. 그 때문에 구멍은 Y방향으로 일렬로 배열되어 있지만, Y방향 피치가 일정하지는 않다. Y방향으로 배열된 가공 구멍의 수는 일렬당 7개이다. 사각 마크는 1열째, 다이아몬드형 마크는 2열째의 쇼트(또는 구멍 위치)를 나타낸다.

-제 4 실시예-

도 7(a)는 조준의 제 4 실시예의 주사예를 나타내고, 도 7(b)는 피가공물(W)에 가공된 구멍의 위치를 나타낸다. 도 7에서는 도 7(a)에 파선으로 나타내는 바와 같이 전체적으로 8자를 그리도록 주사하지만, 주사 라인은 도 6에 비해 더 꺾은선 형상으로 굴곡되어 있고, 게다가 좌측 상방으로부터 우측 하방으로의 주사 라인과, 좌측 하방으로부터 우측 상방으로의 주사 라인이 좌우 비대칭이다. 제 1~제 3 실시예의 갈바노 에리어(GA)는 장방형상이지만, 이 실시예의 갈바노 에리어(GA)는 평행사변형이다. 그 때문에 구멍은 Y방향으로 일렬로 배열되어 있지 않고, 지그재그 형상 또는 갈지자형상 배열로 되어 있다. Y방향으로 배열된 가공 구멍의 수는 일렬당 6개이다. 사각 마크는 1열째, 다이아몬드형 마크는 2열째의 쇼트(또는 구멍 위치)를 나타낸다.

-제 5 실시예-

도 8(a)는 조준의 제 5 실시예의 주사예를 나타내고, 도 8(b)는 피가공물(W)에 가공된 구멍의 위치를 나타낸다. 도 8에서는 도 8(a)에 파선으로 나타내는 바와 같이 전체적으로 8자를 그리도록 주사하지만, 좌측 상방으로부터 우측 하방으로의 주사 라인과, 좌측 하방으로부터 우측 상방으로의 주사 라인이 좌우 비대칭이다. 주사 라인은 도 7의 실시예와 유사하지만, 그에 비해 더 꺾은선의 굴곡각도가 크다. 그 때문에 구멍의 Y방향 피치는 일정하지만, Y방향으로 일렬로 배열되어 있지 않다. 구체적으로는 지그재그형상 또는 갈지자형상 배열로 되어 있다. Y방향으로 배열된 가공 구멍의 수는 일렬당 6개이다. 사각 마크는 1열째, 다이아몬드형 마크는 2열째의 쇼트(또는 구멍 위치)를 나타낸다. 계열 1은 점(a)~점(b)~점(c)~점(d)~점(e)~점(f)으로 이동하고, 그 동안에 사각 마크의 점에서 레이저 조사를 행한다. 점(f)~점(g)에 X 마이너스 방향으로 리턴 동작한 후, 계열 2는 점(g)~점(h)~점(i)~점(j)~점(k)~점(l)으로 이동하고, 그 동안에 다이아몬드형 마크의 점에서 레이저 조사를 행한다. 다른 실시예와 달리, 이 실시예에서는 점 a b 사이, c d 사이, e f 사이, h i 사이, j k 사이의 주사가 X 마이너스 방향이다.

-제 6 실시예-

도 9(a)는 조준의 제 6 실시예의 주사예를 나타내고, 도 9(b)는 피가공물(W)에 가공된 구멍의 위치를 나타낸다. 도 9의 경우도 전체적으로 8자를 그리도록 주사하지만, 각 점의 근방에서 복수회의 쇼트를 행한다. 그 때문에 1개소에 Y방향으로 근접하여 배열되는 복수개의 작은 구멍을 형성할 수 있다.

-제 7 실시예-

도 10은 갈바노 에리어(GA), 피가공물(W)의 구멍 위치, 및 조준의 주사 순서의 변형예를 나타낸다. 여기에서는 갈바노 에리어(GA) 내에서 조준을 경사 방향으로 왕복 이동하도록 주사하고, 주사 라인상의 a, b, c, d, e의 각 점에서 레이저를 조사한 후, 다시 a점으로 리턴시킨다. 점(e)으로부터 점(a)으로 리턴시키는 도중에는 조사를 행하지 않는다. 점(a)→점(b)→점(c)→점(d)→점(e)→점(a)을 1사이클로 하여 반복함으로써 Y방향으로 일렬로 배열되는 구멍을 가공할 수 있으며, 또한 논스톱의 구멍 형성 가공이 가능해진다. 피가공물(W)에는 Y방향으로 일렬로 배열된 복수개(여기에서는 5개)의 구멍(H)이 X방향으로 소정 피치(Px)로 형성된다. 이 경우에도 갈바노 에리어(GA)의 X방향의 변의 거리(Gx)는 피치(Px)보다 작으므로 시간(Px-Gx)/V의 사이에 점(e)→점(a)으로 조준을 리턴시키면 영속적으로 가공을 계속할 수 있다.

도 10에서는 점(a)→점(b)→점(c)→점(d)→점(e)의 주사 경로를 1직선형상으로 한 예를 나타냈지만, 도 6, 도 7, 도 8과 같이 꺾은선형상으로 해도 좋다. 이 경우에 가공되는 구멍은 도 6과 같이 Y방향 피치가 불균일해지거나 또는 도 7과 같이 지그재그형상이 된다. 또한, 점(e)으로부터 점(a)으로의 리턴 동작은 최단 시간에 리턴되도록 직선형상으로 하는 것이 좋다.

상술한 실시예는 본 발명의 여러 종류를 나타낸 것에 지나지 않고, 가공해야 할 구멍의 위치에 따라 조준의 이동 궤적은 임의로 선택 가능하다. 즉, 8자형상, Z자형상, 경사 왕복형상에 한정되지 않는다. 또한, 상기 실시예에서는 시트에 구멍 가공을 행하는 예에 대하여 설명했지만, 홈 가공, 스크라이브, 트리밍, 절단, 마킹 등의 다른 가공을 행할 수도 있다. 피가공물로서는 세라믹 그린시트 이외에 세라믹 웨이퍼, 반도체 웨이퍼, 수지 필름, 프린트 기판, 금속판 등 레이저 가공할 수 있는 것이면 임의이다.

W : 피가공물 1 : 레이저 가공 장치
10 : 레이저 발진기 20 : 갈바노 스캐너
30 : 집광 렌즈 40 : XY 테이블(반송 수단)
50 : 제어 장치

Claims

피가공물의 주면과 평행인 XY 평면을 따라 상기 피가공물을 X방향으로 이동 가능한 반송 수단과, 레이저광원으로부터 출사된 레이저광을 반사시켜 상기 피가공물 상에 조사하는 갈바노 스캐너를 제어하는 레이저 가공 방법에 있어서,
상기 반송 수단을 X방향으로 일정 속도로 이동시키면서 상기 갈바노 스캐너에 의해 레이저광의 조준을 갈바노 에리어 내에서, 조준이 있는 좌표점으로부터 출발하여 별도의 점을 경유하여 최초의 좌표점으로 리턴되는 형상으로서 8자 형상의 일정 궤적을 그리도록 X방향 및 Y방향으로 주사시켜 주사 라인상의 소정 위치에서 레이저광을 피가공물에 대하여 조사하는 이하의 제 1 ~ 제 8 스텝을 반복하는 것을 포함하고,
상기 레이저광을 XY 평면상의 제 1 점에 조사하는 제 1 스텝,
상기 갈바노 스캐너에 의해 상기 레이저광의 조준을 상기 제 1 점으로부터 전체적으로 X 플러스 방향 및 Y 플러스 방향으로 주사하는 제 2 스텝,
상기 제 1 점에 대하여 X 플러스 방향 및 Y 플러스 방향으로 변위한 제 2 점에 상기 레이저광을 조사하는 제 3 스텝,
상기 갈바노 스캐너에 의해 상기 레이저광의 조준을 상기 제 2 점으로부터 X 마이너스 방향으로 주사하는 제 4 스텝,
상기 제 2 점에 대하여 X 마이너스 방향으로 변위한 제 3 점에 상기 레이저광을 조사하는 제 5 스텝,
상기 갈바노 스캐너에 의해 상기 레이저광의 조준을 상기 제 3 점으로부터 전체적으로 X 플러스 방향 및 Y 마이너스 방향으로 주사하는 제 6 스텝,
상기 제 3 점에 대하여 X 플러스 방향 및 Y 마이너스 방향으로 변위한 제 4 점에 상기 레이저광을 조사하는 제 7 스텝,
상기 갈바노 스캐너에 의해 상기 레이저광의 조준을 상기 제 4 점으로부터 X 마이너스 방향으로 주사하고, 상기 제 1 점으로 상기 레이저광의 조준을 리턴시키는 제 8 스텝,
이하의 식으로 나타내어지는 조건 및 범위에서 가공하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 방법.
Px/V≥Σ(Lt+Gt) ···(1)
Gx=Px×α···(2)
Px: 피가공물의 X방향의 기준 가공 피치
V: 피가공물의 X방향 이동 속도
Lt: 레이저 조사 시간
Gt: 갈바노 동작 시간(조준의 이동 시간 및 정정 시간)
Gx: 갈바노 에리어의 X방향의 변의 거리
α: 상수(0＜α＜1)
제 1 항에 있어서,
이하의 식으로 나타내어지는 조건 및 범위에서 가공하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 방법.
Px/V≥Gy/Py×(Lt+Gyt)+Gxt+Lt ···（3)
Gy: 갈바노 에리어의 Y방향 거리
Py: 피가공물의 Y방향의 기준 가공 피치
Lt: 레이저 조사 시간
Gyt: Y방향 갈바노 동작 시간
Gxt: X방향 갈바노 동작 시간
제 1 항에 있어서,
상기 제 2 스텝의 주사 도중에 상기 제 1 점으로부터 제 2 점으로 이동하는 동안에 상기 레이저광을 조사하는 제 9 스텝을 갖고,
상기 제 6 스텝의 주사 도중에 상기 제 3 점으로부터 제 4 점으로 이동하는 동안에 상기 레이저광을 조사하는 제 10 스텝을 갖는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 방법.
피가공물을 상기 피가공물의 주면과 평행한 XY면 내를 X방향으로 일정 속도로 이동시키는 반송 수단과,
레이저광원으로부터 출사된 레이저광을 반사시켜서 상기 피가공물 상에 조사하는 갈바노 스캐너로서, 상기 갈바노 스캐너에 의해 레이저광의 조준을 갈바노 에리어 내에서, 조준이 있는 좌표점으로부터 출발하여 별도의 점을 경유하여 최초의 좌표점으로 리턴되는 형상으로서 8자 형상의 일정 궤적을 그리도록 X방향 및 Y방향으로 주사시키는 갈바노 스캐너와,
레이저광의 조준이 주사 라인상의 소정 위치에 도달한 시점에서 레이저광을 발생하는 레이저 발진기와,
상기 반송 수단과 갈바노 스캐너와 레이저 발진기를 이하의 수식으로 나타내어지는 조건 및 범위가 되도록 동기 제어하는 제어 수단을 구비하고,
Px/V≥Σ(Lt+Gt) ···(1)
Gx=Px×α···(2)
Px: 피가공물의 X방향의 기준 가공 피치
V: 피가공물의 X방향 이동 속도
Lt: 레이저 조사 시간
Gt: 갈바노 동작 시간(조준의 이동 시간 및 정정 시간)
Gx: 갈바노 에리어의 X방향의 변의 거리
α: 상수(0＜α＜1)
상기 제어 수단은,
상기 레이저광을 XY 평면상의 제 1 점에 조사하는 제 1 스텝,
상기 갈바노 스캐너에 의해 상기 레이저광의 조준을 상기 제 1 점으로부터 전체적으로 X 플러스 방향 및 Y 플러스 방향으로 주사하는 제 2 스텝,
상기 제 1 점에 대하여 X 플러스 방향 및 Y 플러스 방향으로 변위한 제 2 점에 상기 레이저광을 조사하는 제 3 스텝,
상기 갈바노 스캐너에 의해 상기 레이저광의 조준을 상기 제 2 점으로부터 X 마이너스 방향으로 주사하는 제 4 스텝,
상기 제 2 점에 대하여 X 마이너스 방향으로 변위한 제 3 점에 상기 레이저광을 조사하는 제 5 스텝,
상기 갈바노 스캐너에 의해 상기 레이저광의 조준을 상기 제 3 점으로부터 전체적으로 X 플러스 방향 및 Y 마이너스 방향으로 주사하는 제 6 스텝,
상기 제 3 점에 대하여 X 플러스 방향 및 Y 마이너스 방향으로 변위한 제 4 점에 상기 레이저광을 조사하는 제 7 스텝,
상기 갈바노 스캐너에 의해 상기 레이저광의 조준을 상기 제 4 점으로부터 X 마이너스 방향으로 주사하고, 상기 제 1 점으로 상기 레이저광의 조준을 리턴시키는 제 8 스텝
을 포함하도록 제어하는, 레이저 가공 장치.