KR102407652B1 - Laser processing apparatus and laser processing method - Google Patents

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KR102407652B1 KR1020210043496A KR20210043496A KR102407652B1 KR 102407652 B1 KR102407652 B1 KR 102407652B1 KR 1020210043496 A KR1020210043496 A KR 1020210043496A KR 20210043496 A KR20210043496 A KR 20210043496A KR 102407652 B1 KR102407652 B1 KR 102407652B1
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laser
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허진
김정원
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주식회사 이오테크닉스
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Abstract

레이저 가공 장치 및 레이저 가공 방법이 개시된다. 개시된 장치는, 레이저 빔이 입사되는 입사면과 그 반대면인 배면을 가지는 가공 대상물을 배면부터 가공하는 레이저 가공 장치로서, 상기 가공 대상물의 상기 배면에 레이저 빔을 조사하는 레이저 조사 유닛; 및 상기 가공 대상물의 상기 배면을 지지하는 지지 영역과, 상기 가공 대상물의 상기 배면을 냉각시키는 냉각 액체가 흐르는 냉각 채널을 가지는 지지 유닛; 및 상기 냉각 액체가 상기 냉각 채널에서 소정의 방향을 따라 흐르도록, 상기 냉각 액체를 흡입하도록 구성된 흡입 유닛;을 포함하며, 상기 레이저 조사 유닛에 의해 상기 가공 대상물을 관통하는 구멍이 뚫릴 때, 상기 흡입 유닛에 의해 상기 가공 대상물을 관통하는 구멍에서는 상기 냉각 채널을 향하는 방향으로 유체 흐름이 발생한다.A laser processing apparatus and a laser processing method are disclosed. The disclosed apparatus is a laser processing apparatus for processing a processing object having a rear surface opposite to an incident surface on which a laser beam is incident from the rear surface, comprising: a laser irradiation unit for irradiating a laser beam to the rear surface of the object to be processed; and a support unit having a support region supporting the rear surface of the object to be processed, and a cooling channel through which a cooling liquid for cooling the rear surface of the object to be processed flows. and a suction unit configured to suck the cooling liquid so that the cooling liquid flows in a predetermined direction in the cooling channel; In a hole through the workpiece by the unit, a fluid flow occurs in a direction toward the cooling channel.

Figure R1020210043496
Figure R1020210043496

Description

레이저 가공 장치 및 레이저 가공 방법{Laser processing apparatus and laser processing method}Laser processing apparatus and laser processing method

본 발명은 레이저 가공 장치 및 레이저 가공 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a laser processing apparatus and a laser processing method.

레이저 가공 방식의 하나로, 가공 대상물을 레이저 빔의 입사면과 반대면인 배면부터 가공하는 레이저 배면 가공 방식이 있다. As one of the laser processing methods, there is a laser back processing method in which an object to be processed is processed from a rear surface that is opposite to an incident surface of a laser beam.

이러한 레이저 배면 가공 방식은, 가공 대상물의 두께가 두꺼워질수록, 또한 가공하고자 하는 형상이 작을수록, 가공 과정에서 발생하는 분진의 배출이 원활하지 못하였으며, 그에 따라 원하는 결과를 얻기가 힘들었다. 그에 따라, 레이저 배면 가공 방식은 가공 대상물의 두께가 얇거나 가공 형상이 큰 경우에만 제한적으로 사용되어 왔다.In this laser back processing method, as the thickness of the object to be processed increases, and the shape to be processed is small, it was difficult to discharge the dust generated during the processing process smoothly, and thus it was difficult to obtain the desired result. Accordingly, the laser back processing method has been limitedly used only when the thickness of the object to be processed is small or the processing shape is large.

레이저 배면 가공 방식의 사용 대상을 넓히기 위하여, 가공 대상물을 냉각시키면서 레이저 가공을 진행하는 방법을 고려할 수 있다.In order to widen the use target of the laser backside processing method, a method of performing laser processing while cooling the processing object may be considered.

가공 대상물을 냉각시키기 위하여, 고려해볼 수 있는 방식으로는, 가공 대상물의 입사면에 냉각수를 소정의 속도로 공급함으로써, 가공 대상물의 입사면에 광학적으로 평평한 액체층을 형성하는 방식을 고려할 수 있다. In order to cool the object to be processed, as a conceivable method, a method of forming an optically flat liquid layer on the incident surface of the object to be processed by supplying cooling water to the incident surface of the object at a predetermined rate may be considered.

그러나 이러한 방식은 가공 대상물의 입사면에 형성된 액체층에서 레이저 집중에 따른 미세 기포가 발생할 수 있으며, 이러한 미세 기포에 의해 레이저 빔의 집중이 방해되어 가공 속도가 저하되거나 가공 정확도가 떨어질 수 있다.However, in this method, microbubbles according to laser concentration may be generated in the liquid layer formed on the incident surface of the object to be processed, and the laser beam concentration is disturbed by these microbubbles, thereby reducing the processing speed or reducing processing accuracy.

가공 대상물을 냉각시키기 위해, 고려해볼 수 있는 다른 방식으로, 가공 대상물의 배면을 냉각 액체에 접촉시킨 상태에서 레이저 가공하는 방식을 고려할 수 있다. In order to cool the object to be processed, as another conceivable method, a method of laser processing in a state in which the rear surface of the object to be processed is in contact with a cooling liquid may be considered.

그러나, 이러한 방식은 가공 부위에 인접한 냉각 액체가 레이저 빔의 집중에 의해 온도가 올라가 증발하게 되며, 가공 부위를 중심으로 기포가 형성되며, 이러한 기포가 점점 커져, 냉각 및 분진 제거 효과가 떨어지게 될 수 있다. 뿐만 아니라, 가공 대상물에 대한 전체 가공이 완료 직전에 일부만 가공이 완료되어 만들어진 가공 대상물의 구멍에서의 모세관 현상과, 레이저 가공 중 레이저 집중에 의한 물튀김에 의해, 가공 대상물에 대한 전체 가공 완료 직전에 가공 대상물의 입사면에서 냉각 액체가 물방울을 형성하게 되어, 정확한 레이저 집중 및 정확한 가공이 어려워질 수 있다.However, in this method, the cooling liquid adjacent to the processing area is heated and evaporated due to the concentration of the laser beam, and bubbles are formed around the processing area. have. In addition, immediately before the complete processing of the object to be processed, due to the capillary phenomenon in the hole of the object that is partially processed and made, and water splash due to the laser concentration during laser processing, immediately before the completion of the entire processing of the object to be processed As the cooling liquid forms water droplets on the incident surface of the object to be processed, accurate laser focusing and accurate processing may be difficult.

가공 대상물의 배면에 냉각 액체를 공급하는 방식에서 전체 가공이 완료되기 직전에 나타나는 현상을 해결하기 위하여, 가공 완료 직전에 가공 대상물의 배면에 냉각 액체의 공급을 중단하는 장치 또는 방법을 고려할 수 있다. In order to solve the phenomenon that appears immediately before the entire processing is completed in a method of supplying the cooling liquid to the rear surface of the object to be processed, an apparatus or method for stopping the supply of the cooling liquid to the rear surface of the object to be processed immediately before completion of processing may be considered.

그러나, 이러한 냉각 액체의 공급을 선택적으로 중단하는 방식 역시, 그에 따른 다양한 문제가 나타날 수 있다. 예를 들어, 냉각 액체의 공급을 멈추는 시점을 정확히 알기 어려우며, 냉각 액체가 더 이상 공급되지 않는 것을 확인하는 시간이 추가적으로 필요하다. 또한, 냉각 액체의 공급을 중단하고 이를 확인하는 동안 레이저 빔의 가공을 중지해야 하므로, 그 만큼 가공 대상물에 대한 가공 시간이 길어지게 된다. 또한, 레이저 가공의 마무리 단계에서 냉각 액체가 공급되지 않은 상태에서 가공 대상물에 대한 가공을 완료해야 하므로, 가공 대상물에 대한 냉각 및 분진 제거 효과가 없기 때문에, 가공 품질의 신뢰성을 확보하기 어렵다.However, the method of selectively stopping the supply of the cooling liquid may also cause various problems. For example, it is difficult to know exactly when to stop the supply of the cooling liquid, and additional time is required to confirm that the cooling liquid is no longer supplied. In addition, since it is necessary to stop the supply of the cooling liquid and stop the processing of the laser beam while checking this, the processing time for the object to be processed is increased by that much. In addition, since the processing of the object to be processed must be completed in a state in which the cooling liquid is not supplied in the final stage of laser processing, there is no cooling and dust removal effect on the object, so it is difficult to secure the reliability of the processing quality.

본 발명은 레이저 배면 가공법에 따라 가공 대상물에 대한 레이저 가공이 진행되는 과정에서 냉각 액체를 가공 대상물의 배면에 연속적으로 공급하면서도 가공 대상물에서 레이저 빔이 입사되는 입사면에 냉각 액체가 맺히는 현상을 방지 또는 최소화할 수 있는 레이저 가공 장치 및 레이저 가공 방법을 제공한다.The present invention prevents the cooling liquid from forming on the incident surface on which the laser beam is incident from the object to be processed while continuously supplying the cooling liquid to the rear surface of the object during laser processing on the object to be processed according to the laser back processing method. Provided are a laser processing apparatus and a laser processing method that can be minimized.

본 발명의 일 측면에 따른 레이저 가공 장치는,Laser processing apparatus according to an aspect of the present invention,

레이저 빔이 입사되는 입사면과 그 반대면인 배면을 가지는 가공 대상물을 상기 배면부터 가공하는 장치로서,An apparatus for processing a processing object having a rear surface opposite to an incident surface on which a laser beam is incident from the rear surface,

상기 가공 대상물의 상기 배면에 레이저 빔을 조사하는 레이저 조사 유닛; 상기 가공 대상물의 상기 배면을 지지하는 지지 영역과, 상기 가공 대상물의 상기 배면을 냉각시키는 냉각 액체가 흐르는 냉각 채널을 가지는 지지 유닛; 및a laser irradiation unit irradiating a laser beam to the rear surface of the object to be processed; a support unit having a support region for supporting the rear surface of the object to be processed, and a cooling channel through which a cooling liquid for cooling the rear surface of the object to be processed flows; and

상기 냉각 액체가 상기 냉각 채널에서 소정의 방향을 따라 흐르도록, 상기 냉각 액체를 흡입하도록 구성된 흡입 유닛;을 포함하며,a suction unit configured to suck the cooling liquid so that the cooling liquid flows along a predetermined direction in the cooling channel;

상기 레이저 조사 유닛에 의해 상기 가공 대상물을 관통하는 구멍이 뚫릴 때, 상기 흡입 유닛에 의해 상기 가공 대상물을 관통하는 구멍에서는 상기 냉각 채널을 향하는 방향으로 유체 흐름이 발생할 수 있다.When a hole penetrating the object to be processed is drilled by the laser irradiation unit, a fluid flow may occur in the hole penetrating the object to be processed by the suction unit in a direction toward the cooling channel.

상기 흡입 유닛은 상기 냉각 채널의 내부 압력을 외부 압력보다 작게 유지할 수 있다.The suction unit may maintain an internal pressure of the cooling channel less than an external pressure.

상기 흡입 유닛은 상기 냉각 채널의 내부 압력을 대기압 이하로 유지할 수 있다.The suction unit may maintain an internal pressure of the cooling channel below atmospheric pressure.

상기 흡입 유닛은 상기 냉각 채널과 연결되며, 상기 냉각 액체의 유동 방향의 하류에 배치될 수 있다.The suction unit may be connected to the cooling channel and disposed downstream in the flow direction of the cooling liquid.

상기 흡입 유닛과 상기 냉각 채널 사이에 배치되며, 상기 가공 대상물에서 분리된 부분이 상기 흡입 유닛으로 이동하는 것을 선택적으로 차단하는 필터 유닛;을 더 포함할 수 있다.It may further include; a filter unit disposed between the suction unit and the cooling channel and selectively blocking the part separated from the processing object from moving to the suction unit.

상기 필터 유닛은 상기 가공 대상물에서 분리된 부분 중 100 um 이상인 부분이 상기 흡입 유닛으로 이동하는 것을 차단할 수 있다.The filter unit may block a portion of 100 um or more from moving to the suction unit among the portions separated from the processing object.

상기 가공 대상물의 두께와 상기 가공 대상물의 가공 폭의 비는 10:1 ~ 60:1일 수 있다.A ratio of a thickness of the object to be processed to a width of the processing object may be 10:1 to 60:1.

상기 지지 영역은 상기 냉각 채널의 양 측부에 배치되며, 상기 가공 대상물의 상기 배면과 접촉하는 제1, 제2 접촉 영역을 포함하며, 상기 제1, 제2 접촉 영역 각각의 폭은 1 mm 이상일 수 있다.The support region may be disposed on both sides of the cooling channel and include first and second contact regions in contact with the rear surface of the object, and each of the first and second contact regions may have a width of 1 mm or more. have.

상기 가공 대상물은 상기 입사면에 입사된 레이저 빔이 상기 배면에 집중조사되도록 투명한 재질을 포함할 수 있다.The processing object may include a transparent material so that the laser beam incident on the incident surface is intensively irradiated to the rear surface.

상기 가공 대상물은 유리 또는 실리콘을 포함할 수 있다.The object to be processed may include glass or silicon.

본 발명의 다른 측면에 따른 레이저 가공 방법은,Laser processing method according to another aspect of the present invention,

레이저 빔이 입사되는 입사면과 그 반대면인 배면을 가지는 가공 대상물을 배면부터 가공하는 방법으로서,A method of processing a processing object having an incident surface on which a laser beam is incident and a rear surface opposite to that of the laser beam from the rear surface,

냉각 채널이 형성된 지지 유닛 상에 상기 가공 대상물을 배치하는 단계;placing the workpiece on a support unit having a cooling channel formed thereon;

상기 냉각 채널에 냉각 액체가 소정의 방향을 따라 흐르도록, 상기 냉각 액체의 유동 방향의 하류에 배치된 흡입 유닛이 상기 냉각 액체를 흡입하는 단계;sucking the cooling liquid by a suction unit disposed downstream in the flow direction of the cooling liquid so that the cooling liquid flows in the cooling channel along a predetermined direction;

상기 가공 대상물의 상기 배면에 레이저 빔을 조사하기 시작하여, 상기 배면에서 상기 입사면까지 레이저 빔의 초점 위치를 이동시키며 레이저 빔을 조사하는 단계; 및irradiating the laser beam while starting to irradiate the laser beam to the rear surface of the object to be processed, and moving the focal position of the laser beam from the rear surface to the incident surface; and

상기 레이저 빔의 조사를 통해, 상기 가공 대상물을 관통하는 구멍을 형성하는 가공 단계;를 포함하며,A processing step of forming a hole penetrating the object to be processed through irradiation of the laser beam; including,

상기 가공 대상물을 관통하는 구멍이 뚫릴 때, 상기 흡입 유닛에 의해 상기 가공 대상물을 관통하는 구멍에서는 상기 냉각 채널을 향하는 방향으로 유체 흐름이 형성될 수 있다.When a hole passing through the workpiece is drilled, a fluid flow may be formed in the hole passing through the workpiece by the suction unit in a direction toward the cooling channel.

상기 냉각 액체를 흡입하는 단계에서는, 상기 냉각 채널의 내부 압력이 외부 압력보다 작게 유지될 수 있다.In the step of sucking the cooling liquid, the internal pressure of the cooling channel may be maintained less than the external pressure.

상기 냉각 액체를 흡입하는 단계에서는, 상기 냉각 채널의 내부 압력을 대기압 이하로 유지할 수 있다.In the step of sucking the cooling liquid, the internal pressure of the cooling channel may be maintained below atmospheric pressure.

상기 흡입 유닛과 상기 냉각 채널 사이에 배치된 필터 유닛에 의해, 상기 가공 대상물에서 분리된 부분이 상기 흡입 유닛으로 이동하는 것을 선택적으로 차단하는 단계;를 더 포함할 수 있다.The method may further include: selectively blocking a portion separated from the processing object from moving to the suction unit by a filter unit disposed between the suction unit and the cooling channel.

상기 필터 유닛은 상기 가공 대상물에서 분리된 부분 중 100 um 이상인 부분이 상기 흡입 유닛으로 이동하는 것을 차단할 수 있다.The filter unit may block a portion of 100 um or more from moving to the suction unit among the portions separated from the processing object.

상기 가공 대상물의 두께와 상기 가공 단계에 의해 형성된 가공 대상물의 구멍의 지름의 비는 10:1 ~ 60:1일 수 있다.A ratio of the thickness of the object to be processed and the diameter of the hole formed by the processing step may be 10:1 to 60:1.

상기 가공 대상물을 배치하는 단계에서는, 상기 가공 대상물의 배면과 상기 지지 유닛이 접촉하는 제1, 제2 접촉 영역 각각의 폭은 1 mm 이상이 되도록 상기 가공 대상물을 배치할 수 있다.In the disposing of the object to be processed, the processing object may be arranged so that a width of each of the first and second contact areas in which the rear surface of the object and the support unit is in contact with each other is 1 mm or more.

본 발명의 실시예에 따른 레이저 가공 장치 및 이를 이용한 레이저 가공 방법은 레이저 배면 가공법에 따라 가공 대상물에 대한 레이저 가공이 진행되는 과정에서, 가공 대상물의 배면에 연속적으로 공급함하면서도, 가공 대상물의 입사면에 냉각 액체가 맺히는 현상을 방지하거나 최소화할 수 있다.In the laser processing apparatus and the laser processing method using the same according to an embodiment of the present invention, in the process of laser processing on the object to be processed according to the laser rear processing method, while continuously supplying to the rear surface of the object to be processed, the incident surface of the object to be processed Condensation of cooling liquid can be prevented or minimized.

본 발명의 실시예에 따른 레이저 가공 장치 및 이를 이용한 레이저 가공 방법은 냉각 액체를 가공 대상물의 배면에 연속적으로 공급함으로써, 가공 대상물의 가공 부위를 냉각시키는 효과 및 가공 대상물의 가공 부위에서 발생하는 분진을 제거하는 효과를 제공하면서도, 가공 대상물의 배면 가공이 일부 또는 전체가 완료되더라도 가공 대상물의 입사면에 냉각 액체가 맺히지 않기 때문에 가공 대상물에 대한 가공 속도를 높이고 가공 정확도를 향상시킬 수 있다.The laser processing apparatus and the laser processing method using the same according to an embodiment of the present invention continuously supply a cooling liquid to the rear surface of the object to be processed, thereby reducing the effect of cooling the processing portion of the object and dust generated from the processing portion of the object to be processed. While providing the effect of removing the workpiece, since the cooling liquid does not condense on the incident surface of the object even when some or all of the rear surface processing of the object is completed, it is possible to increase the processing speed of the object to be processed and improve processing accuracy.

더불어, 본 발명의 실시예에 따른 레이저 가공 장치 및 이를 이용한 레이저 가공 방법은 레이저 가공 과정에서 가공 대상물의 배면에 흐르는 냉각 액체를 통해 분진과 기포의 제거가 원활하게 이루어질 수 잇도록 함과 동시에 가공 대상물을 냉각시키는 효과가 있기 때문에, 레이저 빔의 단위 면적당 에너지를 증가시킬 수 있어, 더욱 빠르게 가공할 수 있다.In addition, the laser processing apparatus and the laser processing method using the same according to an embodiment of the present invention allow the removal of dust and air bubbles through the cooling liquid flowing on the rear surface of the object to be processed smoothly during the laser processing process, and at the same time, the object to be processed Since it has an effect of cooling the laser beam, the energy per unit area of the laser beam can be increased, so that it can be processed more quickly.

도 1은 실시예에 따른 레이저 가공 장치의 예를 개략적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 실시예에 따른 레이저 가공 장치에서 레이저 조사 유닛 및 지지 유닛을 설명하기 위한 도면이며,
도 3 내지 도 4는 실시예에 따른 레이저 가공 장치에 따른 레이저 가공을 설명하기 위한 도면이다.
도 5 및 도 6은 실시예에 따른 냉각 채널의 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 실시예에 따른 레이저 가공 장치의 흡입 유닛을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 가공 대상물과 지지 영역이 중첩되는 폭이 작은 경우에 나타날 수 있는 현상을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 실시예에 따른 레이저 가공 장치가 지그를 포함한 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 10 및 도 11은 실시예에 따른 레이저 가공 장치에 의해 레이저 가공이 진행되는 동안 나타나는 현상을 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 실시예에 따른 레이저 가공 장치에 따른 레이저 가공 방법을 나타낸 순서도이다.
도 13 및 도 14는 실시예에 따른 레이저 가공 장치를 통해, 가공 대상물을 가공한 결과를 보여주는 도면이다.
도 15는 비교예 및 실시예에 따른 레이저 가공 과정에서 나타나는 펄스 에너지에 대한 물질 제거율을 나타낸 그래프이며, 도 16은 도 15의 실험 결과에 기초하여, 실시예의 물질 제거율와 비교예의 물질 제거율의 비율을 나타낸 그래프이다.1 is a view for schematically explaining an example of a laser processing apparatus according to an embodiment.
2 is a view for explaining a laser irradiation unit and a support unit in the laser processing apparatus according to the embodiment,
3 to 4 are views for explaining laser processing according to the laser processing apparatus according to the embodiment.
5 and 6 are views for explaining an example of a cooling channel according to the embodiment.
7 is a view for explaining the suction unit of the laser processing apparatus according to the embodiment.
8 is a view for explaining a phenomenon that may occur when the overlapping width of the object to be processed and the support area is small.
9 is a view for explaining an example in which the laser processing apparatus according to the embodiment includes a jig.
10 and 11 are views for explaining a phenomenon that appears while laser processing is in progress by the laser processing apparatus according to the embodiment.
12 is a flowchart illustrating a laser processing method according to a laser processing apparatus according to an embodiment.
13 and 14 are views showing the results of processing the object to be processed by the laser processing apparatus according to the embodiment.
15 is a graph showing the material removal rate with respect to the pulse energy shown in the laser processing process according to Comparative Examples and Examples, and FIG. 16 is based on the experimental results of FIG. 15, showing the ratio of the material removal rate of the Example and the material removal rate of the Comparative Example It is a graph.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 각 구성요소의 크기나 두께는 설명의 명료성을 위하여 과장되어 있을 수 있다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the drawings, the same reference numerals refer to the same components, and the size or thickness of each component may be exaggerated for clarity of description.

“제1”, “제2” 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성 요소들은 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. “및/또는” 이라는 용어는 복수의 관련된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 항목들 중의 어느 하나의 항목을 포함한다. Terms including an ordinal number such as “first” and “second” may be used to describe various elements, but the elements are not limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, without departing from the scope of the present invention, a first component may be referred to as a second component, and similarly, a second component may also be referred to as a first component. The term “and/or” includes a combination of a plurality of related items or any one of a plurality of related items.

도 1은 실시예에 따른 레이저 가공 장치(1)의 예를 개략적으로 설명하기 위한 도면이다. 도 2는 실시예에 따른 레이저 가공 장치(1)에서 레이저 조사 유닛(10) 및 지지 유닛(20)을 설명하기 위한 도면이며, 도 3 내지 도 4는 실시예에 따른 레이저 가공 장치(1)에 따른 레이저 가공을 설명하기 위한 도면이다. 도 3은 도 1의 AA'에 따른 단면 형상을 나타낸다.1 is a view for schematically explaining an example of a laser processing apparatus 1 according to an embodiment. 2 is a view for explaining the laser irradiation unit 10 and the support unit 20 in the laser processing apparatus 1 according to the embodiment, Figures 3 to 4 are the laser processing apparatus 1 according to the embodiment It is a diagram for explaining the laser processing according to the. 3 shows a cross-sectional shape taken along line AA′ of FIG. 1 .

도 1 내지 도 2를 참조하면, 실시예에 따른 레이저 가공 장치(1)는 레이저 배면(120) 가공에 사용하는 장치로서, 레이저 조사 유닛(10), 지지 유닛(20) 및 흡입 유닛(30)을 포함할 수 있다.1 to 2 , the laser processing apparatus 1 according to the embodiment is an apparatus used for processing the laser rear surface 120 , and a laser irradiation unit 10 , a support unit 20 and a suction unit 30 . may include

레이저 가공 장치(1)는, 가공 대상물(100)에 레이저 빔(L)을 조사한다. 레이저 가공 장치(1)는 레이저 빔(L)의 초점을 가공 대상물(100)의 배면(120)에서부터 입사면(110)까지 이동시키며 가공 대상물(100)을 가공할 수 있다. 가공 대상물(100)에 형성된 레이저 빔(L)의 초점 크기는 10 um ~ 100 um일 수 있다.The laser processing apparatus 1 irradiates the laser beam L to the object 100 to be processed. The laser processing apparatus 1 may process the object 100 by moving the focus of the laser beam L from the rear surface 120 of the object 100 to the incident surface 110 . The focal size of the laser beam L formed on the object 100 may be 10 um to 100 um.

레이저 조사 유닛(10)은 가공 대상물(100)의 배면(120) 또는 배면(120)에 인접한 위치에 레이저 빔(L)을 집중하여 조사할 수 있다. 이를 통해, 레이저 가공 장치(1)는 가공 대상물(100)의 배면(120) 근처부터 가공 대상물(100)의 일부를 제거하기 시작한다. The laser irradiation unit 10 may focus and irradiate the laser beam L at a position adjacent to the rear surface 120 or the rear surface 120 of the object 100 to be processed. Through this, the laser processing apparatus 1 starts to remove a part of the processing object 100 from the vicinity of the rear surface 120 of the processing object 100 .

가공 대상물(100)은 입사면(110)에 입사된 레이저 빔(L)이 배면(120)에 집중 조사될 수 있도록, 투명한 재질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 가공 대상물(100)은 유리(glass)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 가공 대상물(100)은 소다 석회 유리일 수 있다. 다만, 가공 대상물(100)의 재질은 이에 한정되지 아니하며, 레이저 배면(120) 가공이 가능한 재질이라면, 다양하게 변형될 수 있다. 예를 들어, 가공 대상물(100)은 배면(120) 가공이 가능한 실리콘(Si)을 포함할 수 있다.The object to be processed 100 may include a transparent material so that the laser beam L incident on the incident surface 110 can be intensively irradiated to the rear surface 120 . For example, the object to be processed 100 may include glass. For example, the processing object 100 may be a soda-lime glass. However, the material of the object 100 to be processed is not limited thereto, and as long as it is a material that can be processed by the laser back 120 , it may be variously deformed. For example, the object to be processed 100 may include silicon (Si) capable of processing the rear surface 120 .

레이저 조사 유닛(10)에 의해 조사되는 레이저 빔(L)은 가공 대상물(100)의 재질에 따라 달라질 수 있다. 일 예로서, 가공 대상물(100)이 유리를 포함할 경우, 레이저 빔(L)은 20 ns(nano-second) 이하의 펄스폭과 405 nm~ 2100 nm 범위 파장을 가질 수 있다. 이 때, 레이저 빔(L)의 펄스폭은 1 ps(pico-second) 이상일 수 있다. 다른 예로서, 가공 대상물(100)이 실리콘을 포함할 경우, 레이저 빔(L)은 1 ns 이상의 펄스폭과 1080 nm 이상의 파장을 가질 수 있다. 이 때, 레이저 빔(L)의 펄스폭은 300 ns 이하이며, 파장은 2100 nm 이하일 수 있다. 다만, 레이저 빔(L)은 이에 한정되지 아니하며, 가공 대상물(100)에 따라 달라질 수 있다.The laser beam L irradiated by the laser irradiation unit 10 may vary depending on the material of the object 100 to be processed. As an example, when the object to be processed 100 includes glass, the laser beam L may have a pulse width of 20 ns (nano-second) or less and a wavelength in the range of 405 nm to 2100 nm. In this case, the pulse width of the laser beam L may be 1 ps (pico-second) or more. As another example, when the object to be processed 100 includes silicon, the laser beam L may have a pulse width of 1 ns or more and a wavelength of 1080 nm or more. In this case, the pulse width of the laser beam L may be 300 ns or less, and the wavelength may be 2100 nm or less. However, the laser beam L is not limited thereto, and may vary depending on the object 100 to be processed.

레이저 조사 유닛(10)은 펄스 레이저일 수 있다. 예를 들어, 레이저 조사 유닛(10)은 레이저 빔(L)을 10개 이하의 서브 펄스를 가지는 버스트 모드(burst mode)로 조사할 수 있다. The laser irradiation unit 10 may be a pulse laser. For example, the laser irradiation unit 10 may irradiate the laser beam L in a burst mode having 10 or less sub-pulses.

도 1 내지 도 4를 참조하면, 레이저 조사 유닛(10)은 레이저 빔(L)의 초점을 가공 대상물(100)의 배면(120)에서부터 입사면(110)으로 순차적으로 이동시킬 수 있다. 레이저 조사 유닛(10)은 레이저 빔(L)의 초점을 상하 방향으로 이동시킬 수 있다. 레이저 조사 유닛(10)은 레이저 빔(L)의 초점을 가공 대상물(100)의 입사면(110) 방향으로 순차적으로 이동시킴으로써, 가공 대상물(100)의 가공 영역(103)은 레이저 빔(L)에 의해 제거됨에 따라, 가공 대상물(100)의 배면(120)으로부터의 깊이가 증가한다. 1 to 4 , the laser irradiation unit 10 may sequentially move the focus of the laser beam L from the rear surface 120 of the object 100 to the incident surface 110 . The laser irradiation unit 10 may move the focus of the laser beam L in the vertical direction. The laser irradiation unit 10 sequentially moves the focus of the laser beam L in the direction of the incident surface 110 of the processing object 100, so that the processing area 103 of the processing object 100 is the laser beam L. As it is removed by , the depth from the rear surface 120 of the object 100 increases.

레이저 빔(L)의 초점 위치는 레이저 조사 유닛(10)의 광학 유닛(미도시)에 의해 조절될 수 있다. 광학 유닛은 XYZ 스캐너를 포함할 수 있으나, 반드시 이에 한정되지 아니하며, 레이저 빔(L)의 초점을 조절하기 위한 다양한 구성이 사용될 수 있다. The focal position of the laser beam L may be adjusted by an optical unit (not shown) of the laser irradiation unit 10 . The optical unit may include an XYZ scanner, but is not limited thereto, and various configurations for adjusting the focus of the laser beam L may be used.

지지 유닛(20)은 가공 대상물(100)의 배면(120)을 지지하는 지지 영역과 가공 대상물(100)의 배면(120)을 냉각시키는 냉각 액체(C)가 흐르는 냉각 채널(25)을 포함할 수 있다. The support unit 20 includes a support region for supporting the rear surface 120 of the object 100 and a cooling channel 25 through which a cooling liquid C for cooling the rear surface 120 of the object 100 flows. can

지지 영역은 가공 대상물(100)의 배면(120) 일부를 접촉 지지하는 것으로서, 냉각 채널(25)의 양 측부에 배치된 제1, 제2 접촉 영역(21, 22)을 포함한다. The support region contacts and supports a portion of the rear surface 120 of the object 100 , and includes first and second contact regions 21 and 22 disposed on both sides of the cooling channel 25 .

냉각 채널(25)은 가공 대상물(100)의 배면(120)을 향해 개방되며, 지지 영역에 의해 정의될 수 있다. 냉각 채널(25)은 제1, 제2 접촉 영역(21, 22)에 의해 정의될 수 있다. The cooling channel 25 is open toward the rear surface 120 of the workpiece 100 and may be defined by a support area. The cooling channel 25 may be defined by first and second contact areas 21 , 22 .

냉각 채널(25)은 가공 대상물(100)의 가공 영역(103)에 대향하도록 위치한다. 냉각 채널(25)에 흐르는 냉각 액체(C)는 가공 대상물(100)의 가공 영역(103)에 레이저 빔(L)이 조사되는 동안 가공 영역(103) 및 그 주변 영역을 냉각시키는 기능을 수행한다.The cooling channel 25 is positioned to face the machining area 103 of the workpiece 100 . The cooling liquid C flowing in the cooling channel 25 performs a function of cooling the processing region 103 and the surrounding region while the laser beam L is irradiated to the processing region 103 of the processing object 100. .

냉각 채널(25)의 크기는 가공 대상물(100)에 가공하고자 하는 가공 형상(105)의 크기보다 크다. 냉각 채널(25)의 형상은 가공 대상물(100)의 가공 형상(105)의 크기에 따라 다양하게 설계될 수 있다. The size of the cooling channel 25 is larger than the size of the machining shape 105 to be machined on the object 100 . The shape of the cooling channel 25 may be variously designed according to the size of the processing shape 105 of the processing object 100 .

도 5 및 도 6은 실시예에 따른 냉각 채널(25)의 예를 설명하기 위한 도면이다.5 and 6 are views for explaining an example of the cooling channel 25 according to the embodiment.

일 예로서, 도 5를 참조하면, 냉각 채널(25)은 가공 형상(105)에 대응하는 형상을 가질 수 있다. 가공 대상물(100)의 가공 형상(105)이 직선 형상일 경우, 냉각 채널(25)의 형상 역시 직선 형상일 수 있다. 이는, 가공 형상(105)의 크기가 클 경우, 효율적인 냉각을 위하여 사용될 수 있다.As an example, referring to FIG. 5 , the cooling channel 25 may have a shape corresponding to the machining shape 105 . When the processing shape 105 of the processing object 100 is a linear shape, the shape of the cooling channel 25 may also be a linear shape. This may be used for efficient cooling when the size of the machining shape 105 is large.

다른 예로서, 도 6을 참조하면, 냉각 채널(25)은 가공 형상(105)과 대응하지 않는 다른 형상일 수 있다. 예를 들어, 가공 형상(105)이 원 형상인 경우, 냉각 채널(25)의 크기가 가공 형상(105)을 커버하는 크기라면, 냉각 채널(25)의 형상은 원형이 아닌 다양한 형상을 가질 수 있다. As another example, referring to FIG. 6 , the cooling channel 25 may have a different shape that does not correspond to the machining shape 105 . For example, when the machining shape 105 is a circular shape, if the size of the cooling channel 25 is a size that covers the machining shape 105 , the shape of the cooling channel 25 may have various shapes that are not circular. have.

도 7은 실시예에 따른 레이저 가공 장치(1)의 흡입 유닛(30)을 설명하기 위한 도면이다. 도 1 및 도 7을 참조하면, 냉각 액체(C)가 냉각 채널(25)에서 소정의 방향을 따라 흐르도록, 흡입 유닛(30)은 냉각 액체(C)를 흡입하도록 구성될 수 있다. 흡입 유닛(30)은 냉각 채널(25)의 내부 압력을 가공 대상물(100)의 외부 압력보다 작게 유지할 수 있다. 예를 들어, 흡입 유닛(30)은 냉각 채널(25)의 내부 압력을 대기압 이하로 유지할 수 있다. 여기서, 내부 압력을 유지한다는 의미는 항상 일정한 압력을 유지하는 것은 물론 일시적으로 압력이 변경되더라도 본래 압력에 가까워지도록 회복되는 것을 포함한다.7 is a view for explaining the suction unit 30 of the laser processing apparatus 1 according to the embodiment. 1 and 7 , the suction unit 30 may be configured to suck the cooling liquid C so that the cooling liquid C flows along a predetermined direction in the cooling channel 25 . The suction unit 30 may maintain the internal pressure of the cooling channel 25 less than the external pressure of the object 100 . For example, the suction unit 30 may maintain the internal pressure of the cooling channel 25 below atmospheric pressure. Here, the meaning of maintaining the internal pressure includes not only maintaining a constant pressure, but also restoring the pressure to be close to the original pressure even if the pressure is temporarily changed.

다만, 흡입 유닛(30)에 의한 냉각 채널(25)의 내부 압력은 반드시 이에 한정되지 아니하며, 냉각 채널(25)의 내부 압력이 외부 압력보다 크지 않는 범위 내라면 적절히 변경될 수 있다. 예를 들어, 흡입 유닛(30)에 의해 냉각 채널(25)의 내부 압력이 가공 대상물(100)의 외부 압력과 동일할 수 있다.However, the internal pressure of the cooling channel 25 by the suction unit 30 is not necessarily limited thereto, and may be appropriately changed as long as the internal pressure of the cooling channel 25 is within a range not greater than the external pressure. For example, the internal pressure of the cooling channel 25 by the suction unit 30 may be the same as the external pressure of the object 100 .

흡입 유닛(30)은 냉각 액체(C)의 유동 방향의 하류에 배치되며, 냉각 채널(25)에 음(-)압을 제공하는 펌프를 포함할 수 있다. 펌프는 소정의 압력으로 냉각 액체(C)를 빨아들임으로써, 냉각 채널(25) 내부의 냉각 액체(C)의 유체 흐름을 유도할 수 있다.The suction unit 30 is disposed downstream in the flow direction of the cooling liquid C, and may include a pump that provides negative (-) pressure to the cooling channel 25 . The pump sucks in the cooling liquid (C) at a predetermined pressure, thereby inducing a fluid flow of the cooling liquid (C) inside the cooling channel (25).

냉각 액체(C)는 수조(40)에 담겨진 상태이며, 밸브(61)와 흡입 유닛(30)에 의해 소정의 압력으로 냉각 채널(25)에 공급될 수 있다. 냉각 액체(C)는 물일 수 있으나, 반드시 이에 한정되지 아니하며, 가공 대상물(100)을 냉각시킬 수 있는 액체라면 다양하게 변형될 수 있다.The cooling liquid C is in a state contained in the water tank 40 , and may be supplied to the cooling channel 25 at a predetermined pressure by the valve 61 and the suction unit 30 . The cooling liquid C may be water, but is not necessarily limited thereto, and may be variously modified as long as it is a liquid capable of cooling the object 100 to be processed.

냉각 채널(25)의 일 단부는 냉각 액체(C)가 담겨 있는 수조(40)에 연결되며, 냉각 채널(25)의 타 단부는 흡입 유닛(30)에 연결된다. 냉각 액체(C)가 흐르는 배관(60)에는 압력 조절을 위한 밸브(61)가 배치될 수 있다. One end of the cooling channel 25 is connected to the water tank 40 containing the cooling liquid C, and the other end of the cooling channel 25 is connected to the suction unit 30 . A valve 61 for pressure control may be disposed in the pipe 60 through which the cooling liquid C flows.

다시 도 3 및 도 4를 참조하면, 지지 영역은 가공 대상물(100)과 중첩하는 폭이 소정 크기 이상일 수 있다. 예를 들어, 지지 영역과 가공 대상물(100)의 중첩되는 폭은 1 mm 이상일 수 있다. 가공 대상물(100)의 배면(120)과 접촉하는 제1, 제2 접촉 영역(21, 22) 각각의 폭(w)은 1 mm 이상일 수 있다. 제1, 제2 접촉 영역(21, 22)의 폭(w)은 가공 대상물(100)의 전체 폭의 절반보다 작다. Referring back to FIGS. 3 and 4 , the width of the support area overlapping the object 100 may be greater than or equal to a predetermined size. For example, the overlapping width of the support region and the object 100 may be 1 mm or more. The width w of each of the first and second contact regions 21 and 22 in contact with the rear surface 120 of the object 100 may be 1 mm or more. The width w of the first and second contact regions 21 and 22 is less than half of the total width of the object 100 .

만일, 지지 영역(21, 22)이 가공 대상물(100)과 중첩하는 폭이 1 mm 미만일 경우, 도 8과같이, 냉각 채널(25)에 음압이 제공되는 과정에서 가공 대상물(100)이 휘어질 때, 가공 대상물(100)과 지지 영역(21, 22) 사이로 틈새(G)가 발생할 수 있다. 틈새(G)를 통해, 의도치 않게 냉각 액체(C)가 유출될 수 있다.If the width of the support regions 21 and 22 overlapping the object 100 is less than 1 mm, as shown in FIG. 8 , the object 100 may be bent in the process of providing negative pressure to the cooling channel 25 . In this case, a gap G may be generated between the object 100 and the support regions 21 and 22 . Through the gap G, the cooling liquid C may leak out unintentionally.

그에 반해, 지지 영역(21, 22)은 가공 대상물(100)과 중첩되는 폭이 1 mm 이상이기 때문에, 냉각 채널(25)에 제공되는 음압에 의해 가공 대상물(100)이 다소 휘어지더라도, 가공 대상물(100)과 지지 영역(21, 22) 사이에 틈새(G)가 발생하는 것을 방지할 수 있다.On the other hand, since the support regions 21 and 22 overlap the workpiece 100 with a width of 1 mm or more, even if the workpiece 100 is slightly bent by the negative pressure provided to the cooling channel 25, the processing It is possible to prevent the gap G from being generated between the object 100 and the support regions 21 and 22 .

도 9는 실시예에 따른 레이저 가공 장치(1A)가 지그(70)를 포함한 예를 설명하기 위한 도면이다. 도 9에서는 편의상 상술한 레이저 가공 장치(1)의 구성과 동일한 구성은 도시를 생략한다.9 is a view for explaining an example in which the laser processing apparatus 1A according to the embodiment includes the jig 70 . In Fig. 9, for convenience, the same configuration as the configuration of the laser processing apparatus 1 described above is omitted.

도 9를 참조하면, 실시예에 따른 레이저 가공 장치(1A)는 가공 대상물(100)의 입사면(110)을 가압하는 지그(70)를 더 포함할 수 있다. 지그(70)는 가공 대상물(100)을 상부에서 누름으로써, 냉각 채널(25)에 음압이 작용하더라도 가공 대상물(100)이 과도하게 휘어지는 것을 방지할 수 있다.Referring to FIG. 9 , the laser processing apparatus 1A according to the embodiment may further include a jig 70 for pressing the incident surface 110 of the object 100 to be processed. The jig 70 may prevent the object 100 from being excessively bent even if a negative pressure is applied to the cooling channel 25 by pressing the object 100 from the upper portion of the jig 70 .

다시 도 1을 참조하면, 실시예에 따른 레이저 가공 장치(1)에서는, 흡입 유닛(30)과 냉각 채널(25) 사이에는 필터 유닛(50)이 배치될 수 있다. 필터 유닛(50)은 가공 대상물(100)에서 레이저 빔(L)에 의해 제거된 부분이 흡입 유닛(30)으로 이동하는 것을 선택적으로 차단할 수 있다. Referring back to FIG. 1 , in the laser processing apparatus 1 according to the embodiment, the filter unit 50 may be disposed between the suction unit 30 and the cooling channel 25 . The filter unit 50 may selectively block the portion removed by the laser beam L from the processing object 100 from moving to the suction unit 30 .

레이저 가공 과정에서 발생된 분진은 그 크기가 작기 때문에, 흡입 유닛(30)의 구동에 직접적인 영향을 미치지 않으나, 레이저 가공 과정에서 가공 대상물(100)로부터 분리된 가공 대상물(100)의 부분은 소정 크기 이상일 수 있다. 가공 대상물(100)에서 분리된 부분은 그 크기가 100 um 이상일 수 있다. 가공 대상물(100)의 분리된 부분의 크기는 가공 대상물(100)의 두께보다 작을 수 있다. 이러한 가공 대상물(100)의 부분이 흡입 유닛(30)으로 들어갈 경우, 흡입 유닛(30)이 파손될 수 있다. Since the dust generated in the laser processing process is small in size, it does not directly affect the driving of the suction unit 30, but the part of the processing object 100 separated from the processing object 100 in the laser processing process is a predetermined size. may be more than The portion separated from the processing object 100 may have a size of 100 um or more. The size of the separated portion of the object to be processed 100 may be smaller than the thickness of the object to be processed 100 . When a portion of the processing object 100 enters the suction unit 30 , the suction unit 30 may be damaged.

필터 유닛(50)은 이러한 가공 대상물(100)의 부분을 선택적으로 차단함으로써, 흡입 유닛(30)의 파손을 방지할 수 있다. 예를 들어, 필터 유닛(50)은 가공 대상물(100)에서 분리된 부분이 흡입 유닛(30)으로 이동하는 것을 차단하도록 구성될 수 있다.The filter unit 50 selectively blocks the portion of the object 100 to be processed, thereby preventing damage to the suction unit 30 . For example, the filter unit 50 may be configured to block a portion separated from the processing object 100 from moving to the suction unit 30 .

이하에서는, 실시예에 따른 레이저 가공 장치(1)의 작동을 중심으로 설명한다.Hereinafter, the operation of the laser processing apparatus 1 according to the embodiment will be mainly described.

도 10 및 도 11을 참조하면, 흡입 유닛(30)이 냉각 액체(C)를 흡입하도록 작동한다. 그에 따라, 냉각 채널(25)을 흐르는 냉각 액체(C)는 흡입 유닛(30)을 향하는 방향으로 이동하도록 압력이 작용한다.10 and 11, the suction unit 30 operates to suck the cooling liquid (C). Accordingly, a pressure is applied such that the cooling liquid C flowing through the cooling channel 25 moves in the direction toward the suction unit 30 .

이러한 상태에서, 도 10과 같이, 레이저 조사 유닛(10)에 의해 가공 대상물(100)의 배면(120)에 레이저 빔(L)이 집중 조사됨에 따라, 가공 대상물(100)의 배면(120) 및 그에 인접한 영역부터 제거되기 시작한다. 가공 대상물(100)이 제거되는 제거 영역(101)은 가공 대상물(100)의 배면(120)부터 입사면(110)을 향해 깊어지게 된다. 이와 같이, 레이저 빔(L)에 의해 가공이 진행되는 동안 냉각 채널(25)에는 냉각 액체(C)가 흐르고 있기 때문에, 냉각 액체(C)에 의해 가공 대상물(100)의 배면(120) 및 제거 영역(101)은 열이 축적되지 않으면서 레이저 가공이 진행된다.In this state, as shown in FIG. 10 , as the laser beam L is intensively irradiated to the rear surface 120 of the object 100 by the laser irradiation unit 10 , the rear surface 120 of the object 100 and It begins to be removed from the area adjacent to it. The removal region 101 from which the object 100 is removed is deepened from the rear surface 120 of the object 100 toward the incident surface 110 . In this way, since the cooling liquid C flows in the cooling channel 25 while processing is performed by the laser beam L, the rear surface 120 and removal of the object 100 by the cooling liquid C In the region 101, laser processing proceeds without heat accumulation.

레이저 조사 유닛(10)의 초점 위치가 점차 입사면(110)에 접근하도록 이동함에 따라, 가공 대상물(100)이 제거되는 제거 영역(101)은 더욱 깊어지게 된다. 결국, 도 11과 같이, 가공 대상물(100)을 관통하는 구멍(102)이 형성된다. 이 때, 가공 대상물(100)의 제거 영역(101) 및 냉각 채널(25)의 내부 압력은 흡입 유닛(30)에 의해 외부 압력, 예를 들어, 대기압보다 크지 않은 상태이다. 예를 들어, 냉각 채널(25) 및 가공 대상물(100)의 제거 영역(101)의 내부 압력은 대기압보다 작을 수 있다. As the focal position of the laser irradiation unit 10 gradually moves to approach the incident surface 110 , the removal region 101 from which the object 100 is removed becomes deeper. As a result, as shown in FIG. 11 , a hole 102 penetrating the object 100 is formed. At this time, the internal pressure of the removal region 101 and the cooling channel 25 of the object 100 is not greater than the external pressure, for example, atmospheric pressure by the suction unit 30 . For example, the internal pressure of the cooling channel 25 and the removal region 101 of the object 100 may be less than atmospheric pressure.

이러한 상태에서, 가공 대상물(100)을 관통하는 구멍(102)이 뚫리는 순간, 냉각 채널(25)의 내부 압력과 가공 대상물(100)의 외부 압력 차이로 인해, 가공 대상물(100)을 관통하는 구멍(102)에서는 냉각 채널(25)을 향하는 방향으로 유체 흐름이 발생하게 된다. In this state, at the moment when the hole 102 penetrating the object 100 is drilled, due to the difference between the internal pressure of the cooling channel 25 and the external pressure of the object 100 , the hole passing through the object 100 . At 102 , a fluid flow occurs in a direction toward the cooling channel 25 .

그에 따라, 가공 대상물(100)의 제거 영역(101)에 모세관 현상에 의해 냉각 액체(C)가 존재하거나 물튀김이 발생하더라도, 냉각 액체(C)는 냉각 채널(25)을 향하는 방향으로 이동하게 되며, 가공 대상물(100)의 입사면(110) 방향으로 냉각 액체(C)가 이동하는 것이 방지 또는 최소화될 수 있다.Accordingly, even if the cooling liquid C is present in the removal region 101 of the object 100 or splashing occurs due to capillary action, the cooling liquid C moves in the direction toward the cooling channel 25 . and the movement of the cooling liquid C in the direction of the incident surface 110 of the object 100 may be prevented or minimized.

이와 같이, 흡입 유닛(30)에 의해 냉각 채널(25)의 내부 압력이 외부 압력보다 작기 때문에, 가공 대상물(100)에 대한 가공 과정에서 가공 대상물(100)에 구멍(102)이 발생하더라도, 냉각 액체(C)가 가공 대상물(100)의 입사면(110) 위로 침범하는 것을 방지할 수 있다. As such, since the internal pressure of the cooling channel 25 by the suction unit 30 is smaller than the external pressure, even if the hole 102 occurs in the processing object 100 in the processing process for the processing object 100, cooling It is possible to prevent the liquid (C) from penetrating onto the incident surface 110 of the object 100 to be processed.

실시예에 따른 레이저 가공 장치(1)는, 냉각 액체(C)를 가공 대상물(100)의 배면(120)에 연속적으로 공급함으로써, 가공 대상물(100)의 가공 부위를 냉각시키는 효과 및 가공 대상물(100)의 가공 부위에서 발생하는 분진을 제거하는 효과를 제공하면서도, 가공 대상물(100)의 배면(120) 가공이 일부 또는 전체가 완료되더라도 가공 대상물(100)의 입사면(110)에 냉각 액체(C)가 맺히지 않기 때문에 가공 대상물(100)에 대한 가공 속도를 높이고 가공 정확도를 향상시킬 수 있다.The laser processing apparatus 1 according to the embodiment, by continuously supplying the cooling liquid C to the rear surface 120 of the object 100, the effect of cooling the processing portion of the object 100 and the object ( While providing the effect of removing the dust generated in the processing part of 100), the cooling liquid on the incident surface 110 of the processing object 100 even if the processing of the rear surface 120 of the processing object 100 is partially or completely completed ( Since C) does not form, it is possible to increase the processing speed for the processing object 100 and improve processing accuracy.

더불어, 실시예에 따른 레이저 가공 장치(1)는 레이저 가공 과정에서 가공 대상물(100)의 배면(120)에 흐르는 냉각 액체(C)를 통해 분진과 기포의 제거가 원활하게 이루어질 수 있도록 함과 동시에 가공 대상물(100)을 냉각시키는 효과가 있기 때문에, 레이저 빔(L)의 단위 면적당 에너지를 증가시킬 수 있어, 더욱 빠르게 가공할 수 있다.In addition, the laser processing apparatus 1 according to the embodiment allows the removal of dust and air bubbles through the cooling liquid C flowing on the rear surface 120 of the object 100 in the laser processing process to be smoothly removed and at the same time Since there is an effect of cooling the object 100 to be processed, the energy per unit area of the laser beam L can be increased, so that processing can be performed more quickly.

또한, 실시예에 따른 레이저 가공 장치(1)는 냉각 채널(25)의 냉각 액체(C)는 하류에서 흡입하는 힘에 의해 흐르는 구조이기 때문에, 냉각 액체(C)의 속도를 빠르게 설정하는 것이 용이하다. In addition, since the laser processing apparatus 1 according to the embodiment has a structure in which the cooling liquid C of the cooling channel 25 flows by the force sucked from the downstream, it is easy to quickly set the speed of the cooling liquid C do.

만일 냉각 액체(C)가 냉각 채널(25)의 상류에서 가압하는 힘에 의해 냉각 채널(25)을 흐르는 구조일 경우, 냉각 액체(C)의 속도를 빠르게 하기 위해서는 냉각 액체(C)에 의하여 가공 대상물(100)이 들뜨는 것을 방지하기 위해, 가공 대상물(100)을 상부에서 강하게 가압해야만 한다. 그러나, 이와 같이, 가공 대상물(100)을 강하게 가압할 경우, 상대적으로 파손에 취약한 가공 대상물(100)의 파손이 나타날 수 있다. If the cooling liquid (C) has a structure that flows through the cooling channel (25) by the force of pressure upstream of the cooling channel (25), in order to increase the speed of the cooling liquid (C), it is processed by the cooling liquid (C) In order to prevent the object 100 from being lifted, the object 100 must be strongly pressed from the top. However, when the object 100 to be processed is strongly pressed as described above, damage to the object 100 to be processed may appear relatively vulnerable to breakage.

그에 반해, 실시예에 따른 레이저 가공 장치(1)는 흡입하는 힘에 의해 냉각 액체(C)가 냉각 채널(25)을 흐르기 때문에, 냉각 액체(C)의 속도를 높이기 위하여 가공 대상물(100)을 상부에서 강하게 가압할 필요가 없으며, 그에 따라 가공 대상물(100)의 파손을 방지할 수 있다.In contrast, in the laser processing apparatus 1 according to the embodiment, since the cooling liquid C flows through the cooling channel 25 by the suction force, the object 100 is processed to increase the speed of the cooling liquid C. There is no need to press strongly from the upper part, and accordingly, it is possible to prevent damage to the object 100 to be processed.

도 12는 실시예에 따른 레이저 가공 장치(1)에 따른 레이저 가공 방법을 나타낸 순서도이다. 도 12를 참조하면, 먼저, 냉각 채널(25)이 형성된 지지 유닛(20) 상에 가공 대상물(100)을 배치한다(S10).12 is a flowchart illustrating a laser processing method according to the laser processing apparatus 1 according to the embodiment. Referring to FIG. 12 , first, the processing object 100 is disposed on the support unit 20 on which the cooling channel 25 is formed ( S10 ).

다음으로, 냉각 채널(25)에 냉각 액체(C)가 흐르도록 흡입 유닛(30)가 냉각 액체(C)를 흡입한다(S20). 흡입 유닛(30)이 냉각 채널(25)에 음압을 제공함에 따라, 냉각 액체(C)는 흡입 유닛(30)을 향하는 방향으로 냉각 채널(25)을 따라 이동한다. 냉각 채널(25)에 흐르는 냉각 액체(C)가 가공 대상물(100)의 배면(120)에 접촉함으로써, 가공 대상물(100)의 배면(120)이 냉각된다.Next, the suction unit 30 sucks the cooling liquid C so that the cooling liquid C flows through the cooling channel 25 ( S20 ). As the suction unit 30 provides negative pressure to the cooling channel 25 , the cooling liquid C moves along the cooling channel 25 in a direction towards the suction unit 30 . As the cooling liquid C flowing through the cooling channel 25 comes into contact with the rear surface 120 of the object 100 , the rear surface 120 of the object 100 is cooled.

이러한 상태에서, 레이저 조사 유닛(10)은 가공 대상물(100)의 입사면(110)을 통해 가공 대상물(100)의 배면(120)에 레이저 빔(L)을 조사하기 시작한다. 레이저 빔(L)에 의해 가공 대상물(100)의 배면(120)에 인접한 영역이 부분적으로 제거되기 시작한다.In this state, the laser irradiation unit 10 starts to irradiate the laser beam L to the rear surface 120 of the object 100 through the incident surface 110 of the object 100 to be processed. A region adjacent to the rear surface 120 of the object 100 to be processed by the laser beam L begins to be partially removed.

레이저 조사 유닛(10)은 가공 대상물(100)의 배면(120)에서부터 입사면(110)까지 레이저 빔(L)의 초점 위치를 이동시키며 레이저 빔(L)을 조사한다(S30).The laser irradiation unit 10 irradiates the laser beam L while moving the focal position of the laser beam L from the rear surface 120 of the object 100 to the incident surface 110 (S30).

이러한 레이저 빔(L)의 조사를 통해, 가공 대상물(100)은 배면(120)에 인접한 영역에서부터 부분적으로 제거되기 시작하며, 결국 배면(120)에서부터 입사면(110)까지 관통하는 제거 영역(101)이 형성된다. 즉, 가공 대상물(100)을 관통하는 구멍(102)이 형성된다(S40). 가공 대상물(100)을 관통하는 구멍(102)에 의해, 냉각 채널(25)이 외부로 노출될 수 있다.Through the irradiation of the laser beam L, the object to be processed 100 begins to be partially removed from the region adjacent to the rear surface 120 , and eventually the removal region 101 penetrating from the rear surface 120 to the incident surface 110 . ) is formed. That is, the hole 102 penetrating the object 100 is formed (S40). The cooling channel 25 may be exposed to the outside by the hole 102 penetrating the processing object 100 .

흡입 유닛(30)에 의해 냉각 채널(25)에 흐르는 냉각 액체(C)는 유동 방향을 따라 흡입되고 있는 상태이기 때문에, 가공 대상물(100)을 관통하는 구멍(102)이 뚫릴 때, 흡입 유닛(30)에 의해 가공 대상물(100)을 관통하는 구멍(102)에서는 냉각 채널(25)을 향하는 방향으로 유체 흐름이 형성된다. 그에 따라, 구멍(102)을 통해 냉각 채널(25)이 외부로 노출되더라도, 냉각 채널(25)을 흐르는 냉각 액체(C)가 가공 대상물(100)을 관통하여 유출되는 것을 방지할 수 있다.Since the cooling liquid C flowing into the cooling channel 25 by the suction unit 30 is being sucked along the flow direction, when the hole 102 penetrating the object 100 is drilled, the suction unit ( In the hole 102 penetrating the workpiece 100 by the 30), a fluid flow is formed in the direction toward the cooling channel 25 . Accordingly, even if the cooling channel 25 is exposed to the outside through the hole 102 , it is possible to prevent the cooling liquid C flowing through the cooling channel 25 from passing through the processing object 100 .

이와 같이, 냉각 액체(C)에 의해 가공 대상물(100)이 냉각되면서도, 냉각 액체(C)가 가공 대상물(100)의 입사면(110)으로 유출되는 것이 방지되기 때문에, 두께가 두꺼운 가공 대상물(100)에 정확한 가공이 가능하다.In this way, while the object 100 is cooled by the cooling liquid C, the cooling liquid C is prevented from flowing out to the incident surface 110 of the object 100, so that the processing object 100 with a thick thickness is 100), accurate processing is possible.

실시예에 따르면, 레이저 가공 장치(1)는 가공 대상물(100)에 대한 냉각이 원활히 이루어지며, 가공 과정에서 분진 배출이 잘 되므로, 가공 대상물(100)에 뚫을 수 있는 구멍(102)의 최소 지름을 현저히 줄일 수 있다. 예를 들어, 가공 대상물(100)의 뚫을 수 있는 구멍(102)의 지름은 100 um이하일 수 있다. 예를 들어, 가공 대상물(100)의 뚫을 수 있는 구멍(102)의 지름은 50 um이하일 수 있다. 예를 들어, 가공 대상물(100)의 뚫을 수 있는 구멍(102)의 지름은 20 um이하일 수 있다. According to the embodiment, in the laser processing apparatus 1, cooling of the object 100 is smoothly performed, and dust is well discharged in the processing process, so the minimum diameter of the hole 102 that can be drilled in the object 100 can be significantly reduced. For example, the diameter of the pierceable hole 102 of the processing object 100 may be 100 um or less. For example, the diameter of the pierceable hole 102 of the processing object 100 may be 50 um or less. For example, the diameter of the pierceable hole 102 of the processing object 100 may be 20 um or less.

가공 대상물(100)의 두께와 가공 대상물(100)의 가공 폭의 비는 10:1 ~ 60:1일 수 있다. 가공 대상물(100)의 두께와 가공 대상물(100)의 가공 폭의 비는 15:1 ~ 60:1일 수 있다. 가공 대상물(100)의 두께와 가공 대상물(100)의 가공 폭의 비는 18:1 ~ 60:1일 수 있다. 가공 대상물(100)에 대한 가공 폭(Kerf)은 500 um 이하일 수 있다.A ratio of the thickness of the object 100 to the processing width of the object 100 may be 10:1 to 60:1. A ratio of the thickness of the object 100 to the processing width of the object 100 may be 15:1 to 60:1. A ratio of the thickness of the object 100 to the processing width of the object 100 may be 18:1 to 60:1. The processing width Kerf of the processing object 100 may be 500 um or less.

도 13 및 도 14는 실시예에 따른 레이저 가공 장치(1)를 통해, 가공 대상물(100)을 가공한 결과를 보여주는 도면이다. 도 13을 참조하면, 가공 대상물(100)의 두께가 약 621 um인 경우, 실시예에 따른 레이저 가공 장치(1)는 레이저 빔(L)을 통해 직경 20.5 um의 구멍(102)을 뚫을 수 있다. 즉, 가공 대상물(100)에 형성된 구멍(102)의 깊이 대비 지름비는 30:1 일 수 있다.13 and 14 are views showing the results of processing the object 100 through the laser processing apparatus 1 according to the embodiment. Referring to FIG. 13 , when the thickness of the object 100 is about 621 um, the laser processing apparatus 1 according to the embodiment may drill a hole 102 having a diameter of 20.5 um through the laser beam L. . That is, the depth-to-diameter ratio of the hole 102 formed in the object 100 may be 30:1.

더불어, 도 14를 참조하면, 실시예에 따른 레이저 가공 장치(1)에 의해서, 10 mm의 두께를 가지는 두꺼운 유리에 약 273 um 반지름, 즉, 약 546 um의 구멍(102)을 가공할 수 있었다. 즉, 가공 대상물(100)에 형성된 구멍(102)의 깊이 대비 지름비는 약 18:1인 구멍(102)을 가공할 수 있었다. In addition, referring to FIG. 14 , by the laser processing apparatus 1 according to the embodiment, a hole 102 of about 273 um radius, that is, about 546 um, could be processed in thick glass having a thickness of 10 mm. . That is, the hole 102 having a depth-to-diameter ratio of about 18:1 of the hole 102 formed in the object 100 could be machined.

상기와 같이, 실시예에 따른 레이저 가공 장치(1) 및 레이저 가공 방법에서는, 가공 대상물(100)의 두께가 상당히 두꺼워지더라도, 냉각 효과 및 분진 배출 효과가 탁월한 것을 확인할 수 있었다.As described above, in the laser processing apparatus 1 and the laser processing method according to the embodiment, even if the thickness of the object 100 is considerably increased, it was confirmed that the cooling effect and the dust discharge effect were excellent.

이는, 기존의 기계 가공에서 가능한 구멍(102)의 깊이 대비 지름비가 약 3:1 수준이었던 점을 고려할 때, 실시예에 따른 레이저 가공 장치(1)를 통한 가공이 기계 가공 대비 6배 이상의 탁월한 성능을 가지는 점을 확인할 수 있었다. 이러한 성능은 미세한 홀 가공, 마이크로플루이딕스(microfluidics) 등 다양한 미세 가공에 유리할 수 있다.This is, considering that the depth-to-diameter ratio of the hole 102 possible in the existing machining was about 3:1 level, the processing through the laser processing apparatus 1 according to the embodiment has excellent performance of 6 times or more compared to the machining It could be confirmed that it has This performance may be advantageous for various micro-machining, such as micro-hole machining and microfluidics.

상술한 것처럼, 레이저 빔(L)을 활용하여 가공 대상물(100)의 배면(120) 가공을 함에 있어서, 가공 과정에서 발생하는 분진의 제거는 미세한 구멍(102)을 뚫는 과정에서 매우 중요한 요소이다. As described above, in the processing of the rear surface 120 of the object 100 to be processed by using the laser beam L, the removal of dust generated in the processing process is a very important factor in the process of drilling the fine hole 102 .

레이저 빔(L)에 의해 가공되는 폭(kerf) 또는 구멍(102)의 지름이 작아질수록 분진의 배출은 점점 어려워진다. 만일 분진이 배출되지 못하고 쌓이게 되고 열축적(Heat accumulation) 효과가 과도하게 발생하게 되면, 고온의 분진은 가공 대상물(100)에 형성된 제거 영역(101), 즉, 배출구 근처에 재응고되며, 그로 인해 배출구는 지속적으로 줄어들어, 배출구가 막힐 수 있다. 막힌 배출구로 인해, 열축적은 가속화되고, 가공 대상물(100)에 크랙이 발생하게 된다. As the diameter of the hole 102 or the width kerf processed by the laser beam L becomes smaller, it becomes increasingly difficult to discharge the dust. If the dust is accumulated without being discharged and an excessive heat accumulation effect occurs, the high-temperature dust is re-solidified in the removal area 101 formed in the processing object 100 , that is, near the outlet, thereby The outlet is constantly shrinking, and the outlet can become clogged. Due to the clogged outlet, heat accumulation is accelerated, and cracks occur in the object 100 to be processed.

만일, 냉각 액체(C) 없이, 공기 중에서 레이저 가공이 진행될 경우, 이러한 분진이 쌓이는 것을 방지하기 위해서는, 분진의 충분히 배출이 될 수 있도록 레이저 가공을 천천히 진행시켜야 하며, 분진이 중력에 의해 떨어질 수 있도록 분진을 크게 만들어야 한다. 분진의 크기는 레이저의 펄스 폭과 관련성이 크다. ns(nano-second) 레이저를 사용하면, 분진의 크기는 10um ~100um일 수 있으며, ps(pico-second) 레이저를 사용하면, 분진의 크기는 5um 이하일 수 있다. If, without cooling liquid (C), when laser processing is carried out in air, in order to prevent such dust from accumulating, laser processing must be carried out slowly so that the dust can be sufficiently discharged, and so that the dust can fall by gravity. You need to make the dust bigger. The size of the dust is strongly related to the pulse width of the laser. If ns (nano-second) laser is used, the size of the dust may be 10um ~ 100um, and if ps (pico-second) laser is used, the size of dust may be 5um or less.

하지만 ns 레이저를 활용하면 분진의 크기가 크기 때문에 분진이 상대적으로 쉽게 배출되어 대기중에서도 빠르고 쉽게 가공이 가능한 반면, 분진의 크기로 인해 레이저 가공의 품질이 떨어지게 된다. 고품질을 얻기 위해서 ps(pico-second) 레이저를 활용하면, 분진의 크기가 작아 중력으로 인한 분진 제거 효과가 떨어지게 되고 이는 가공이 불가능해지거나 가공 속도가 저하되는 문제가 발생하게 된다.However, if the ns laser is used, the dust is emitted relatively easily because the size of the dust is large, so that it can be processed quickly and easily in the air, but the quality of laser processing is deteriorated due to the size of the dust. If a ps (pico-second) laser is used to obtain high quality, the size of the dust is small and the dust removal effect due to gravity is reduced, which makes processing impossible or the processing speed is lowered.

실시예에 따른 레이저 가공 장치(1)를 이용한 분진 제거 효과를 확인할 수 있도록 다음과 같은 조건으로 실험하였다. In order to confirm the dust removal effect using the laser processing apparatus 1 according to the embodiment, an experiment was performed under the following conditions.

비교예 1에서는, 냉각 액체(C)의 공급 없이, 대기 중에서 가공 대상물(100)에 지름이300 um의 구멍(102)을 형성하기 위한 레이저 가공을 진행하였으며, 비교예 2에서는, 냉각 액체(C)의 공급 없이, 대기 중에서 가공 대상물(100)에 지름이 500 um의 구멍(102)을 형성하기 위한 레이저 가공을 진행하였다. 실시예 1에서는, 가공 대상물(100)의 배면(120)에 대향하는 냉각 채널(25)에 냉각 액체(C)를 공급한 상태에서 가공 대상물(100)에 지름이 300 um의 구멍(102)을 형성하기 위한 레이저 가공을 진행하였으며, 실시예 2에서는, 가공 대상물(100)의 배면(120)에 대향하는 냉각 채널(25)에 냉각 액체(C)를 공급한 상태에서 가공 대상물(100)에 지름이 500 um의 구멍(102)을 형성하기 위한 레이저 가공을 진행하였다.In Comparative Example 1, laser processing was performed to form a hole 102 having a diameter of 300 um in the object 100 in the atmosphere without supply of the cooling liquid (C), and in Comparative Example 2, the cooling liquid (C) ), laser processing was performed to form a hole 102 having a diameter of 500 um in the object 100 to be processed in the atmosphere. In Example 1, a hole 102 having a diameter of 300 um is formed in the object 100 in a state in which the cooling liquid C is supplied to the cooling channel 25 opposite to the rear surface 120 of the object 100. Laser processing was performed to form, and in Example 2, the diameter of the processing object 100 was provided in a state in which the cooling liquid C was supplied to the cooling channel 25 opposite to the rear surface 120 of the processing object 100. Laser processing was performed to form the hole 102 of 500 um.

비교예 1, 2와 실시예 1, 2에서는 상기 차이점을 제외한 나머지 조건 및 구성은 동일하게 설정하였다. 레이저 빔(L)은 펄스 길이가 10 ps이며, 파장이 1064nm이며, 집중광학계를 지난 레이저 빔(L)의 직경은 10um이며, 레이저 빔(L)의 최대 에너지는 300uJ이며, 발진 주파수는 100kHz를 사용하였다.In Comparative Examples 1 and 2 and Examples 1 and 2, the remaining conditions and configurations except for the above differences were set the same. The pulse length of the laser beam (L) is 10 ps, the wavelength is 1064 nm, the diameter of the laser beam (L) passing through the focused optical system is 10 μm, the maximum energy of the laser beam (L) is 300 uJ, and the oscillation frequency is 100 kHz. was used.

레이저 가공은, 테스트를 위하여, 일정한 가공 폭(kerf)으로 컷팅(cutting)에 비해 상대적으로 가공 부피가 크게 나타나는 풀 어블레이션(Full ablation) 방식으로 가공을 진행하였다. 레이저 가공이 시작되면 레이저 빔(L)의 초점 위치는 최초에 가공 대상물(100)의 배면(120) 근처에 위치하게 되고, 가공이 진행됨에 따라 가공 대상물(100)의 배면(120)의 수직방향으로 상승하게 된다. 이때, 초점 위치는 가공 대상물(100)의 굴절률만큼 멀어지게 되므로, 600um의 두께의 가공 대상물(100)을 가공하기 위해서는, 레이저 조사 유닛(10)은 약 400um 이송이 필요하다. 따라서 Z축 이송 기구의 정밀도까지 고려하여, 레이저 조사 유닛(10)의 Z축 이송 거리는 440um로 하였다. 마찬가지로 초점의 크기 또한 굴절률만큼 커져 15 um이며, 냉각 액체(C)의 폭발로 인한 실제 가공 범위는 20um이다. 레이저 빔(L)의 스캐닝 속도는 실제 가공 범위 20um와 반복률 100kHz를 고려하여 1.0m/s로 설정하였으며, 레이저 펄스의 중첩률은 50%로 하여 과도한 열축적(Heat accumulation) 효과가 없도록 하였다. 레이저 빔(L)의 에너지에 따른 결과 또한 비교하기 위해 레이저 빔(L)의 에너지 변화 범위를 40 uJ에서 280 uJ로 설정하였다. 각 에너지에서 결함없이 가공 가능한 레이저 최대 Z축 이송 속도를 측정하고 이를 물질 제거율(MRR,Material removal rate, mm3/s)로 환산하여 그 결과를 비교해 보았다.For the laser processing, for testing, processing was performed in a full ablation method in which a processing volume was relatively large compared to cutting with a constant processing width (kerf). When laser processing is started, the focal position of the laser beam L is initially located near the rear surface 120 of the object 100, and as processing progresses, the vertical direction of the rear surface 120 of the object 100 will rise to At this time, since the focal position is as far as the refractive index of the object 100 to be processed, in order to process the object 100 having a thickness of 600 μm, the laser irradiation unit 10 needs to feed about 400 μm. Therefore, in consideration of the precision of the Z-axis transport mechanism, the Z-axis transport distance of the laser irradiation unit 10 was set to 440 μm. Similarly, the size of the focus is also increased by the refractive index to 15 um, and the actual processing range due to the explosion of the cooling liquid (C) is 20 um. The scanning speed of the laser beam L was set to 1.0 m/s in consideration of the actual processing range of 20 μm and the repetition rate of 100 kHz, and the overlap rate of the laser pulses was set to 50% to prevent excessive heat accumulation. In order to also compare the results according to the energy of the laser beam L, the energy change range of the laser beam L was set from 40 uJ to 280 uJ. The maximum Z-axis feed rate that can be processed without defects at each energy was measured and converted into a material removal rate (MRR, material removal rate, mm 3 /s), and the results were compared.

도 15는 비교예 및 실시예에 따른 레이저 가공 과정에서 나타나는 펄스 에너지에 대한 물질 제거율을 나타낸 그래프이며, 도 16은 도 15의 실험 결과에 기초하여, 실시예의 물질 제거율와 비교예의 물질 제거율의 비율을 나타낸 그래프이다.15 is a graph showing the material removal rate with respect to pulse energy shown in the laser processing process according to Comparative Examples and Examples, and FIG. 16 is based on the experimental results of FIG. 15, showing the ratio of the material removal rate of the Example and the material removal rate of the Comparative Example It is a graph.

도 15를 참조하면, 실시예 1, 2에 따른 레이저 가공 과정에서는, 가공 대상물(100)에 대한 물질 제거율이 0.016 mm3/s 이상으로 나타났다. 또한, 실시예 1, 2에 따른 레이저 가공 과정에서는, 펄스 에너지가 200 uJ이상인 경우에, 더욱 빠른 속도로 가공이 가능하다는 점을 확인할 수 있었다.Referring to FIG. 15 , in the laser processing process according to Examples 1 and 2, the material removal rate for the object 100 was 0.016 mm 3 /s or more. In addition, in the laser processing process according to Examples 1 and 2, when the pulse energy is 200 uJ or more, it was confirmed that processing at a higher speed is possible.

반면, 비교예에 따라 냉각 채널(25) 없이 대기 중에서 가공 대상물(100)에 대한 레이저 가공이 진행되는 경우, 가공 대상물(100)에 대한 물질 제거율이 0.0013 mm3/s 이하로 나타났으며, 레이저 빔(L)의 펄스 에너지가 200 uJ 이상일 경우에는, 가공 대상물(100)에서 가공 중 결함이 발생하여 가공이 불가능하였다. On the other hand, according to the comparative example, when the laser processing of the object 100 is performed in the air without the cooling channel 25, the material removal rate for the object 100 is 0.0013 mm 3 /s or less, and the laser When the pulse energy of the beam L is 200 uJ or more, the processing was impossible because a defect occurred during processing in the object 100 to be processed.

도 16을 참조하면, 가공 대상물(100)에 지름이 300 um의 구멍(102)을 형성하는 경우, 실시예 1에 따른 물질 제거율이 비교예 1에 따른 물질 제거율의 24.4배 ~ 37.7배로 나타났다. 가공 대상물(100)에 지름이 500 um의 구멍(102)을 형성하는 경우, 실시예 2에 따른 물질 제거율이 비교예 2에 따른 물질 제거율의 36.2배 ~ 49.3배로 나타났다. 즉, 동일한 레이저 빔(L)의 에너지를 사용하는 경우, 냉각 액체(C)의 공급여부에 따라, 가공 속도에서 약 25배에서 약 50배까지 차이가 나타났다. 이로부터, 실시예에 따른 레이저 가공 장치(1)를 사용할 경우, 레이저 가공 과정에서 분진 제거 효과가 매우 탁월함을 알 수 있다.Referring to FIG. 16 , when the hole 102 having a diameter of 300 um is formed in the object 100 to be processed, the material removal rate according to Example 1 is 24.4 times to 37.7 times that of the material removal rate according to Comparative Example 1. When the hole 102 having a diameter of 500 um is formed in the object 100 to be processed, the material removal rate according to Example 2 is 36.2 times to 49.3 times that of the material removal rate according to Comparative Example 2. That is, when using the same energy of the laser beam (L), depending on whether or not the cooling liquid (C) is supplied, the processing speed varies from about 25 times to about 50 times. From this, when the laser processing apparatus 1 according to the embodiment is used, it can be seen that the dust removal effect is very excellent in the laser processing process.

이상에서 본 발명의 실시예가 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.Although the embodiments of the present invention have been described above, these are merely exemplary, and those of ordinary skill in the art will understand that various modifications and equivalent other embodiments are possible therefrom.

1: 레이저 가공 장치 10 : 레이저 조사 유닛
20 : 지지 유닛 21, 22 : 접촉 영역
25 : 냉각 채널 30 : 흡입 유닛
40 : 수조 50 : 필터 유닛
60 : 배관 61 : 밸브
100 : 가공 대상물 110 : 입사면
120 : 배면 101 : 제거 영역
102 : 구멍1: laser processing device 10: laser irradiation unit
20: support unit 21, 22: contact area
25: cooling channel 30: suction unit
40: water tank 50: filter unit
60: pipe 61: valve
100: object to be processed 110: incident surface
120: rear 101: removal area
102: hole

Claims (17)

레이저 빔이 입사되는 입사면과 그 반대면인 배면을 가지는 가공 대상물을 상기 배면부터 가공하는 레이저 가공 장치로서,
상기 가공 대상물의 상기 배면에 레이저 빔을 조사하는 레이저 조사 유닛; 상기 가공 대상물의 상기 배면을 지지하는 지지 영역과, 상기 가공 대상물의 상기 배면을 냉각시키는 냉각 액체가 흐르는 냉각 채널을 가지는 지지 유닛; 및
상기 냉각 액체가 상기 냉각 채널에서 소정의 방향을 따라 흐르도록, 상기 냉각 액체를 흡입하도록 구성된 흡입 유닛;을 포함하며,
상기 레이저 조사 유닛에 의해 상기 가공 대상물을 관통하는 구멍이 뚫릴 때, 상기 흡입 유닛에 의해 상기 가공 대상물을 관통하는 구멍에서는 상기 냉각 채널을 향하는 방향으로 유체 흐름이 발생하는, 레이저 가공 장치.A laser processing apparatus for processing a processing object having an incident surface on which a laser beam is incident and a rear surface opposite to that of the laser beam from the rear surface,
a laser irradiation unit irradiating a laser beam to the rear surface of the object to be processed; a support unit having a support region for supporting the rear surface of the object to be processed, and a cooling channel through which a cooling liquid for cooling the rear surface of the object to be processed flows; and
a suction unit configured to suck the cooling liquid so that the cooling liquid flows along a predetermined direction in the cooling channel;
When a hole penetrating the object to be processed is drilled by the laser irradiation unit, a fluid flow is generated in the hole penetrating the object to be processed by the suction unit in a direction toward the cooling channel. 제1항에 있어서,
상기 흡입 유닛은 상기 냉각 채널의 내부 압력을 외부 압력보다 작게 유지하는, 레이저 가공 장치.According to claim 1,
The suction unit maintains the internal pressure of the cooling channel less than the external pressure, laser processing apparatus. 제2항에 있어서,
상기 흡입 유닛은 상기 냉각 채널의 내부 압력을 대기압 이하로 유지하는, 레이저 가공 장치.3. The method of claim 2,
The suction unit maintains the internal pressure of the cooling channel below atmospheric pressure, laser processing apparatus. 제1항에 있어서,
상기 흡입 유닛은 상기 냉각 채널과 연결되며, 상기 냉각 액체의 유동 방향의 하류에 배치된, 레이저 가공 장치.According to claim 1,
The suction unit is connected to the cooling channel and is disposed downstream in the flow direction of the cooling liquid. 제1항에 있어서,
상기 흡입 유닛과 상기 냉각 채널 사이에 배치되며, 상기 가공 대상물에서 분리된 부분이 상기 흡입 유닛으로 이동하는 것을 선택적으로 차단하는 필터 유닛;을 더 포함하는, 레이저 가공 장치.According to claim 1,
A filter unit disposed between the suction unit and the cooling channel and selectively blocking the part separated from the processing object from moving to the suction unit; further comprising, a laser processing apparatus. 제5항에 있어서,
상기 필터 유닛은 상기 가공 대상물에서 분리된 부분 중 100 um 이상인 부분이 상기 흡입 유닛으로 이동하는 것을 차단하는, 레이저 가공 장치. 6. The method of claim 5,
The filter unit is a laser processing device that blocks the portion of 100 um or more from moving to the suction unit among the parts separated from the object to be processed. 제1항에 있어서,
상기 가공 대상물의 두께와 상기 가공 대상물의 가공 폭의 비는 10:1 ~ 60:1인, 레이저 가공 장치.According to claim 1,
The ratio of the thickness of the object to be processed and the processing width of the object to be processed is 10:1 to 60:1, a laser processing apparatus. 제1항에 있어서,
상기 지지 영역은 상기 냉각 채널의 양 측부에 배치되며, 상기 가공 대상물의 상기 배면과 접촉하는 제1, 제2 접촉 영역을 포함하며,
상기 제1, 제2 접촉 영역 각각의 폭은 1 mm 이상인, 레이저 가공 장치.According to claim 1,
The support region is disposed on both sides of the cooling channel and includes first and second contact regions in contact with the rear surface of the object to be processed,
The width of each of the first and second contact areas is 1 mm or more, laser processing apparatus. 제1항에 있어서,
상기 가공 대상물은 상기 입사면에 입사된 레이저 빔이 상기 배면에 집중조사되도록 투명한 재질을 포함하는, 레이저 가공 장치.According to claim 1,
The processing object includes a transparent material so that the laser beam incident on the incident surface is intensively irradiated to the rear surface, laser processing apparatus. 제9항에 있어서,
상기 가공 대상물은 유리 또는 실리콘을 포함하는, 레이저 가공 장치.10. The method of claim 9,
The object to be processed includes glass or silicon, a laser processing apparatus. 레이저 빔이 입사되는 입사면과 그 반대면인 배면을 가지는 가공 대상물을 배면부터 가공하는 레이저 가공 방법으로서,
냉각 채널이 형성된 지지 유닛 상에 상기 가공 대상물을 배치하는 단계;
상기 냉각 채널에 냉각 액체가 소정의 방향을 따라 흐르도록, 상기 냉각 액체의 유동 방향의 하류에 배치된 흡입 유닛이 상기 냉각 액체를 흡입하는 단계;
상기 가공 대상물의 상기 배면에 레이저 빔을 조사하기 시작하여, 상기 배면에서 상기 입사면까지 레이저 빔의 초점 위치를 이동시키며 레이저 빔을 조사하는 단계; 및
상기 레이저 빔의 조사를 통해, 상기 가공 대상물을 관통하는 구멍을 형성하는 가공 단계;를 포함하며,
상기 가공 대상물을 관통하는 구멍이 뚫릴 때, 상기 흡입 유닛에 의해 상기 가공 대상물을 관통하는 구멍에서는 상기 냉각 채널을 향하는 방향으로 유체 흐름이 형성되는, 레이저 가공 방법.A laser processing method for processing an object to be processed from the rear surface, which has an incident surface on which a laser beam is incident and a rear surface opposite to the surface,
placing the workpiece on a support unit having a cooling channel formed thereon;
sucking the cooling liquid by a suction unit disposed downstream in the flow direction of the cooling liquid so that the cooling liquid flows in the cooling channel along a predetermined direction;
irradiating the laser beam while starting to irradiate the laser beam to the rear surface of the object to be processed, and moving the focal position of the laser beam from the rear surface to the incident surface; and
A processing step of forming a hole penetrating the object to be processed through irradiation of the laser beam; including,
When a hole through the object to be processed is drilled, a fluid flow is formed in the hole through the object by the suction unit in a direction toward the cooling channel. 제11항에 있어서,
상기 냉각 액체를 흡입하는 단계에서는, 상기 냉각 채널의 내부 압력이 외부 압력보다 작게 유지되는, 레이저 가공 방법.12. The method of claim 11,
In the step of sucking the cooling liquid, the internal pressure of the cooling channel is maintained less than the external pressure, laser processing method. 제12항에 있어서,
상기 냉각 액체를 흡입하는 단계에서는, 상기 냉각 채널의 내부 압력을 대기압 이하로 유지하는, 레이저 가공 방법.13. The method of claim 12,
In the step of sucking the cooling liquid, maintaining the internal pressure of the cooling channel below atmospheric pressure, laser processing method. 제11항에 있어서,
상기 흡입 유닛과 상기 냉각 채널 사이에 배치된 필터 유닛에 의해, 상기 가공 대상물에서 분리된 부분이 상기 흡입 유닛으로 이동하는 것을 선택적으로 차단하는 단계;를 더 포함하는, 레이저 가공 방법.12. The method of claim 11,
Selectively blocking the movement of the part separated from the processing object to the suction unit by the filter unit disposed between the suction unit and the cooling channel; further comprising, a laser processing method. 제14항에 있어서,
상기 필터 유닛은 상기 가공 대상물에서 분리된 부분 중 100 um 이상인 부분이 상기 흡입 유닛으로 이동하는 것을 차단하는, 레이저 가공 방법. 15. The method of claim 14,
The filter unit is a laser processing method that blocks a portion of 100 um or more from moving to the suction unit among the parts separated from the processing object. 제11항에 있어서,
상기 가공 대상물의 두께와 상기 가공 단계에 의해 형성된 가공 대상물의 구멍의 지름의 비는 10:1 ~ 60:1인, 레이저 가공 방법.12. The method of claim 11,
The ratio of the thickness of the object to be processed and the diameter of the hole formed by the processing step is 10:1 to 60:1, the laser processing method. 제11항에 있어서,
상기 가공 대상물을 배치하는 단계에서는, 상기 가공 대상물의 배면과 상기 지지 유닛이 접촉하는 제1, 제2 접촉 영역 각각의 폭은 1 mm 이상이 되도록 상기 가공 대상물을 배치하는, 레이저 가공 방법.12. The method of claim 11,
In the step of arranging the object to be processed, the width of each of the first and second contact regions in which the rear surface of the object and the support unit are in contact with each other is 1 mm or more, the laser processing method.
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