KR102439243B1

KR102439243B1 - 얼라인먼트 가능한 지그가 장착된 워터젯 레이저를 이용한 재료 절단 방법 및 이를 위한 얼라인먼트 가능한 지그

Info

Publication number: KR102439243B1
Application number: KR1020210066023A
Authority: KR
Inventors: 송길용; 김선우
Original assignee: 스카이다이아몬드 주식회사; 송길용
Priority date: 2021-05-24
Filing date: 2021-05-24
Publication date: 2022-09-01

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 얼라인먼트 가능한 지그가 장착된 워터젯 레이저를 이용한 재료 절단 방법에 있어서, 워터젯 레이저 가공기 내부에 마련된 고정지그의 마이크로미터를 이용하여 고정지그의 얼라인먼트가 조정되는 단계; 상기 고정지그의 얼라인먼트가 조정된 후, 상기 고정지그 상부에 탈부착에 의해 이동 가능한 형태로 마련되는 이동지그에 재료를 고정시키는 단계; 상기 이동지그의 재료상부고정판으로 재료가 고정된 상태에서 각도조절기를 조정하여 재료가 원하는 위치에 정확하게 위치하도록 얼라인먼트를 수행하는 단계; 상기 워터젯 레이저를 분사하여 일정 두께의 깊이를 갖는 복수의 1차 가공면을 형성하는 단계; 형성된 1차 가공면을 덮도록 점착제가 도포된 UV 테이프를 상면에 부착하는 단계; 상기 이동지그에 고정된 재료의 상면이 하방을 향하도록 이동지그를 뒤집는 단계; 상기 1차 가공면이 형성된 위치에 워터젯 레이저를 분사하여 2차 가공면을 형성시켜 재료를 절단하는 단계; 상기 UV 테이프의 부착 위치에 상기 UV 테이프를 제거하기 위해 UV 빔을 조사하는 단계; 상기 UV 테이프를 제거하는 단계를 포함한다.

Description

얼라인먼트 가능한 지그가 장착된 워터젯 레이저를 이용한 재료 절단 방법 및 이를 위한 얼라인먼트 가능한 지그{Material cutting method using a waterjet laser equipped with an alignment jig and alignment jig for the same}

본 발명은 재료 절단 방법 및 이를 위한 지그에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 재료 고정시 재료를 정확한 위치로 얼라인먼트 가능하고, 열적 손상을 최소화하여 칩핑 발생을 억제하고, 무결점 절단 가공면을 형성하기 위해 얼라인먼트 가능한 지그가 장착된 워터젯 레이저를 이용한 재료 절단 방법 및 이를 위한 얼라인먼트 가능한 지그에 관한 것이다.

박판의 세라믹이나 박판의 전자소자 가공에 적용되는 레이저(laser)는 박판의 중간에 레이저를 조사하여 재료 중간부에 크랙을 발생한 후 추가적인 브레킹(breaking) 작업을 함으로서 재료를 절단하는 방법이 있으나, 일부 박판의 전자소재에서 사용하는 방법으로 그 적용범위가 매우 제한적이며, 발진되는 레이저가 재료를 통과 후 중심부에서 레이저 빔의 초점이 형성되어야 하는 문제가 있다.

최근에는 레이저 가공 장비로 피코 세컨드 펄스(pico second pulse) 장치를 활용하여 열적 손상을 줄여가고 있는 추세에 있다.

그럼에도 불구하고 레이저 빔을 모으기 위해서 볼록 렌즈를 사용하게 되고, 방법(예 :　beam focusing angle)에 따라서 일정 부분 테이퍼를 갖게 되며, 재료에도 동일한 각도로 테이퍼가 발생하게 되는 문제가 있다.

또한, 이러한 레이저 가공시에는 분진이 발생함에 따라 분진의 재흡착, 재융착 또는 재고착이나 절단면이 깨지는 칩핑(chipping) 등을 발생시켜 가공된 재료의 측면 절단 가공면 품질 상태를 저하시키는 현상이 발생하고, 결과적으로 제품의 품질 저하를 발생시킨다.

기존의 레이저 가공 방식으로 워터젯 레이저로 가공하여 공구 마모 가능성을 배제하고 지그에 적용되는 부하를 줄일 수 있는 다이싱 블레이드를 이용한 유리기판 절단방법, GAP 발광소자를 상하면에 아크형태로 관통하여 절단하는 워터젯 레이저 가공 방법, 지그를 사용한 워터젯 싱귤레이션 장치 및 워터젯 커팅 방법 등이 있다.

그러나 기존의 장치 대부분 얼라인먼트 기능을 제공하지 않아, 정확한 위치에 가공할 재료를 고정 후 절단이 어려우며, 더욱이 상,하면을 뒤집어서 가공시 위치가 달라질 수 있는 점을 고려하고 있지 않아 가공 후에도 원하는 위치로 가공이 안되어 원하는 품질의 제품 생산이 안되는 문제가 있었다.

따라서, 전술한 문제를 해결하기 위하여 정확한 위치 가공이 이루어지도록 가공할 재료 및 지그의 얼라인먼트 기능을 제공하고, 워터젯 레이저를 이용하여 절단 가공면의 변형이나 품질 저하를 억제할 수 있도록 얼라인먼트 가능한 지그와 워터젯 레이저를 이용한 재료 절단 방법 및 이를 위한 얼라인먼트 가능한 지그에 대한 연구가 필요하게 되었다.

대한민국 등록특허 제10-0853057호(2008년08월12일 등록) 대한민국 공개특허 제10-2010-0082550호(2010년07월19일 공개)

본 발명의 목적은 얼라인먼트가 가능한 지그와 UV 테이프를 활용하여 정확한 위치로 고정 및 얼라인먼트가 이루어진 웨이퍼를 가공할 수 있도록 지그 및 웨이퍼 가공 원료의 얼라인먼트를 수행하고, 레이저 가공에 의해 열적 손상을 최소화하여 칩핑 발생을 억제할 수 있으며, 수직 방향의 무결점 절단 가공면을 형성할 수 있는 얼라인먼트 가능한 지그가 장착된 워터젯 레이저를 이용한 재료 절단 방법 및 이를 위한 얼라인먼트 가능한 지그를 제공하는 것이다.

상기에 있어서, 상기 이동지그는 이동지그를 고정지그에 안착시 고정지그의 돌출고정핀에 삽입되어 고정되기 위한 복수의 고정핀삽입구멍이 형성되며, 중앙에 재료거치판이 형성되고, 상기 재료거치판의 내주연을 따라 하부로 절곡된 재료안착부가 형성되며, 상기 재료상부고정판은 재료안착부에 안착된 재료를 고정하기 위해 상기 재료거치판의 내주연에 하나 이상이 마련되는 것을 특징으로 한다.

상기에 있어서, 상기 고정지그는 종으로 이격되어 나란히 배치되는 복수의 지그베이스와, 상기 지그베이스를 종으로 연결하여 지지하는 지지부로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기에 있어서, 상기 고정지그는 상기 지그베이스의 양측에 이동지그가 결합된 상태에서 축회전에 의해 상기 이동지그를 상부로 밀어 올려 탈착시키도록 작동시키는 회전축이 상기 지그베이스 간에 종결합되고, 상기 회전축의 양측에는 나란하게 배치되어 상기 회전축의 축회전시 상하로 이동되는 이동봉이 마련되고, 상기 회전축의 축회전시 축회전 방향에 따라 이동봉이 상하로 이동 가능하도록 회전축과 이동봉 사이에 연결되어 회전축과 함께 상하로 이동하는 연결부가 마련되는 것을 특징으로 한다.

상기에 있어서, 이동지그가 밀착된 상태에서 회전축을 축회전시키는 회전축이동손잡이가 마련되고, 이동지그를 탈착한 상태에서 이동지그 중심에 재료를 고정한 후 이동지그를 고정지그 상부에 안착시키고 상기 회전축이동손잡이를 돌리면, 상기 회전축의 축회전에 의해 고정지그와 이동지그를 밀착시키고, 회전축 중심에 형성된 돌출고정핀이 이동지그의 고정핀삽입구멍에 삽입되어 이동지그가 이탈되지 않고 밀착 고정되는 것을 특징으로 한다.

상기에 있어서, 상기 고정지그는 상기 지그베이스의 측면에 고정 결합되어 고정지그의 위치 조정을 위해 얼라인먼트를 수행하는 마이크로미터를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기에 있어서, 상기 재료에 반도체 또는 전자소자를 사용하는 경우, UV 테이프 제거 단계 이후, 품질 오염 방지 및 회수 용이성을 위해 상기 재료의 하면에 블루 테이프를 부착하는 단계를 더 포함한다.

상기에 있어서, 상기 UV 테이프는 내열성, 난연성 및 열경화성 재질의 점착제가 도포된 UV 테이프인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 워터젯 레이저 절단을 위한 재료를 고정하고 얼라인먼트 하기 위한 지그에 있어서, 고정지그에 탈부착이 가능하며, 고정지그에 안착시 고정지그의 돌출고정핀에 삽입되어 고정되기 위한 복수의 고정핀삽입구멍이 형성되며, 중앙에 재료거치판이 형성되고, 상기 재료거치판의 내주연을 따라 하부로 절곡된 재료안착부가 형성되고, 재료안착부에 안착된 재료를 고정하고 얼라인먼트하기 위해 상기 재료거치판의 내주연에 하나 이상의 재료상부고정판이 마련되는 이동지그; 상기 이동지그를 상부에 고정시키고, 종으로 이격되어 나란히 배치되는 복수의 지그베이스와, 상기 지그베이스를 종으로 연결하여 지지하는 지지부로 이루어지며, 상기 지그베이스의 양측에 이동지그가 결합된 상태에서 축회전에 의해 상기 이동지그를 상부로 밀어 올려 탈착시키도록 작동시키는 회전축이 마련되어 상기 지그베이스 간에 종결합되고, 상기 회전축의 양측에는 나란하게 배치되어 상기 회전축의 축회전시 상하로 이동되는 이동봉이 마련되고, 상기 회전축의 축회전시 축회전 방향에 따라 이동봉이 상하로 이동가능하도록 회전축과 이동봉 사이에 연결되어 회전축과 함께 상하로 이동하는 연결부가 마련되는 고정지그를 포함한다.

본 발명에 의하면, 웨이퍼 가공전 지그 및 지그에 고정된 재료의 얼라인먼트에 의해 재료의 정확한 위치에서 웨이퍼 가공이 이루어질 수 있는 장점이 있다.

또한, 재료 고정전 지그의 얼라인먼트를 마이크로미터를 사용하여 수행할 수 있으며, 고정된 재료를 쉽게 장착 가능하도록 이동가능한 이동지그와 이동지그를 상부에 안착시켜 고정시키는 고정지그로 이루어져 작업 편의성을 제공하는 장점이 있다.

또한 워터젯 레이저를 이용한 절단 가공을 수행함으로써, 열적 손상을 최소화하며, 빔 조사 방향에서 직각을 이룸으로써 하면(배면)에 칩핑 발생을 억제하고, 수직하게 무결점으로 절단 가공이 이루어지게 하는 효과가 있다.

또한, 절단 가공시 1차 가공면과 2차 가공면으로 구분하여 절단이 이루어짐으로써, 칩핑 발생을 억제시키는 장점이 있다.

또한, 워터젯 레이저를 이용하여 세라믹 소재, 전자 소자 등의 다양한 재료를 칩핑 발생없이 무결점으로 절단 가공이 가능한 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 얼라인먼트 가능한 지그가 장착된 워터젯 레이저를 이용한 재료 절단을 위한 고정지그의 평면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 얼라인먼트 가능한 지그가 장착된 워터젯 레이저를 이용한 재료 절단을 위한 이동지그와 고정지그가 밀착시의 정면도이다.
도 3은 도 2의 회전축의 축회전에 의해 이동지그가 탈착시의 사용 상태를 보여주는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 고정지그에 안착되는 이동지그의 평면도이다.
도 5는 도 4의 정면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 얼라인먼트 가능한 지그가 장착된 워터젯 레이저를 이용한 재료 절단 방법의 1차 가공면이 형성된 상태를 보여주는 도면이다.
도 7은 얼라인먼트 가능한 지그가 장착된 워터젯 레이저를 이용한 재료 절단 방법의 1차 가공면이 형성된 상태에서 UV(ultra violet) 테이프 접착 과정을 보여주는 도면이다.
도 8은 이동지그에 고정된 재료가 뒤집어진 상태에서 2차 가공면을 형성하기 위한 워터젯 레이저 분사 과정을 보여주는 도면이다.
도 9는 도 8의 'A'부분 확대도이다.
도 10은 절단된 재료 분리를 위한 블루 테이프 접착 상태를 확대하여 보여주는 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 얼라인먼트 가능한 지그가 장착된 워터젯 레이저를 이용한 재료 절단 방법의 순서도이다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명의 사상은 제시되는 실시예에 제한되지 아니하고, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서 다른 구성요소를 추가, 변경, 삭제 등을 통하여, 퇴보적인 다른 발명이나 본 발명 사상의 범위 내에 포함되는 다른 실시예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본원 발명 사상 범위 내에 포함된다고 할 것이다. 또한, 각 실시예의 도면에 나타나는 동일한 사상의 범위 내의 기능이 동일한 구성요소는 동일한 참조부호를 사용하여 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 얼라인먼트 가능한 지그가 장착된 워터젯 레이저를 이용한 재료 절단을 위한 고정지그의 평면도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 얼라인먼트 가능한 지그가 장착된 워터젯 레이저를 이용한 재료 절단을 위한 이동지그와 고정지그가 밀착시의 정면도이며, 도 3은 도 2의 회전축의 축회전에 의해 이동지그가 탈착시의 사용 상태를 보여주는 도면이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 고정지그에 안착되는 이동지그의 평면도이며, 도 5는 도 4의 정면도이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 얼라인먼트 가능한 지그가 장착된 워터젯 레이저를 이용한 재료 절단 방법의 1차 가공면이 형성된 상태를 보여주는 도면이며, 도 7은 얼라인먼트 가능한 지그가 장착된 워터젯 레이저를 이용한 재료 절단 방법의 1차 가공면이 형성된 상태에서 UV(ultra violet) 테이프 접착 과정을 보여주는 도면이고, 도 8은 이동지그에 고정된 재료가 뒤집어진 상태에서 2차 가공면을 형성하기 위한 워터젯 레이저 분사 과정을 보여주는 도면이며, 도 9는 도 8의 'A'부분 확대도이고, 도 10은 절단된 재료 분리를 위한 블루 테이프 접착 상태를 확대하여 보여주는 도면이며, 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 얼라인먼트 가능한 지그가 장착된 워터젯 레이저를 이용한 재료 절단 방법의 순서도이다.

본 발명의 얼라인먼트 가능한 지그가 장착된 워터젯 레이저를 이용한 재료 절단 방법은 워터젯 레이저(Water jet laser, 60)를 이용하여 반도체, 커패시터(capacitor)와 같은 전자 소자, 금속, 세라믹 등의 재료(1)를 절단 가공할 수 있다.

세라믹 재료(1)로는 예컨대 실리콘 카바이드(SiC), 알루미나(Al₂0₃), 질화알루미늄(AlN), 지르코니아(ZrO₂), 질화규소(Si₃N₄)등이 될 수 있다.

워터젯 레이저(60)를 분사하기 위해 별도의 워터젯 레이저 가공기(미도시)를 마련할 수 있으며, 워터젯 레이저 가공기는 광통신 케이블과 유사한 원리를 이용하여 레이저의 빔을 직선으로 유지하며, 이때 사용되는 고압의 분사수를 통해서 가공하고자 하는 재료(1)의 열적 손상을 최소화할 수 있도록 하며, 제어용 컴퓨터(미도시)에 의해 정확한 치수로 가공이 이루어지게 한다.

워터젯 레이저 가공기는 수직한 절단 가공을 수행하기 위해 레이저 빔 파장(laser beam wavelength)이 254nm(나노미터)~1064nm가 되도록 하며, 분사되는 고압수(water)는 비저항값 5Mohm 이하의 값을 갖는 순수수가 바람직하며, 분사 노즐(nozzle)은 직경 30미크론~100미크론 범위인 것이 바람직하다.

도 1 내지 도 5를 참조하여 본 발명의 일 실시예인 웨이퍼 가공을 위한 재료 절단시 얼라인먼트를 수행하고 재료를 고정하는 지그(10)에 대해 설명하면, 지그(10)는 고정지그(14)와 고정지그(14)의 상부에 위치하고 고정지그(14)로부터 탈착되어 이동 가능한 이동지그(13)를 포함한다. 지그(10)는 워터젯 레이저 가공기 내부 또는 외부로부터 연결되도록 마련될 수 있다.

이동지그(13)는 웨이퍼 가공을 위한 재료 고정을 위해 복수의 재료상부고정판(13a)과 재료고정볼트(12)가 마련되고, 고정지그(14)로부터 탈착이 이루어져 재료를 미리 고정할 수 있으며, 복수의 재료상부고정판(13a)과 재료고정볼트(12)에 재료가 결합되어 재료거치판에 거치되면 각도조절기(21)로 재료거치판(13e)을 미세하게 조정하여 얼라인먼트가 가능하도록 한다.

이때 각도조절기(21)를 돌리면 재료거치판(13e)이 미세한 각도로 회전하여 탄성스토퍼(22)에 의해 고정되어 재료를 미세하게 조정하여 얼라인먼트가 이루어질 수 있다.

또한 이동지그(13)는 고정지그(14)와 동일한 사각 형상으로 이루어지고, 고정지그(14)와 동일한 규격으로 맞추고 이동지그(13)가 결합된 외곽틀(13d)을 포함할 수 있다.

또한 도 4에 도시된 바와 같이, 이동지그(13) 중앙에는 원형 웨이퍼를 가공하기 위한 원형 홀이 형성된 재료거치판(13e)이 형성되고, 재료거치판(13e)의 홀 내주연을 따라 하부로 절곡된 재료안착부(13c)가 형성된다.

또한 재료상부고정판(13a)은 재료안착부(13c)에 안착된 재료를 고정하기 위해 재료거치판(13e) 홀 내주연에 하나 이상이 마련됨이 바람직하다.

고정지그(14)는 종으로 이격되어 나란히 배치되는 복수의 지그베이스(14b)와 지그베이스(14b)를 종으로 연결하여 지지하는 지지부(17)로 이루어진다.

지지부(17)는 고정지그(14)가 사각형으로 형성됨에 따라 각 네 방향의 모서리에 마련된다.

도 2에 도시된 바와 같이, 지그베이스(14b)의 양측에는 이동지그(13)가 결합된 상태에서 축회전에 의해 이동지그(13)를 상부로 밀어 올려 탈착시키도록 작동시키는 회전축(16)이 지지부(17) 사이에 나란하게 배치되어 지그베이스(14b) 간에 종결합된다.

또한 회전축(16)의 양측에는 나란하게 배치되어 회전축(16)의 축회전시 도 2 및 도 3과 같이 상하로 이동되는 이동봉(16a, 16b)이 마련된다.

또한 이동봉(16a, 16b)이 회전축(16)과 함께 상하로 이동 가능하도록 회전축(16)과 이동봉(16a, 16b) 사이에 연결되어 상하로 이동되는 연결부(15)가 마련된다. 즉, 회전축(16)의 축회전에 의해 상부로 이동시 회전축(16)에 관통 결합된 연결부(15)로 상부로 이동되고, 연결부(15)로 연결된 이동봉(16a, 16b)도 상부로 이동되게 되며, 마찬가지로 회전축(16)의 반대방향 축회전에 의해 하부로 이동시 연결부(15)와 이동봉(16a, 16b)도 하부로 이동되는 것이다.

또한 고정지그(14) 상부에 안착된 이동지그(13)를 밀착시키거나 밀착된 이동지그(13)를 탈착하기 위해 상부로 밀어올릴 때 회전축을 회전시키기 위한 회전축이동손잡이(19)가 회전축(16)의 단부에 결합된다.

이를 통해 이동지그(13)를 탈착한 상태에서 이동지그(13) 중심에 재료를 고정한 후 이동지그(13)를 고정지그(14) 상부에 안착시키고 회전축이동손잡이(19)를 돌려 고정지그(14)와 이동지그(13)를 밀착시켜 단단히 고정시킬 수 있다.

특히 고정지그(14)에 이동지그(13)가 안착되어 회전축(16)의 축회전에 의해 밀착시 회전축(16) 중심에 형성된 돌출고정핀(14a)이 이동지그(13)의 고정핀삽입구멍(13b)에 삽입되어 이동지그(13)가 이탈되지 않고 밀착 고정되도록 한다. 즉 고정핀삽입구멍(13b)은 이동지그(13)를 고정지그(14)에 안착시킨 후, 회전축(16)의 축회전으로 하방으로 이동시켜 밀착시 고정지그(14)의 돌출고정핀(14a)에 삽입되어 밀착된 상태로 고정되기 위하여 마련된다.

또한 이동지그(13)가 밀착된 상태에서 각도조절기(21)를 돌리면 재료거치판(13e)이 미세한 각도로 회전하며 탄성스토퍼(22)에 의해 고정되어 재료(1)를 미세하게 조정하여 얼라인먼트를 맞출 수 있다.

또한 고정지그(14)의 측면에는 고정지그(14) 자체의 미세한 위치 조정을 위해 얼라인먼트를 수행할 수 있는 마이크로미터(18)가 마련된다.

마이크로미터(18)는 지그베이스(14b) 측면에 고정 결합되며, 고정지그(14)의 위치 조정을 한다.

구체적으로 마이크로미터(18)는 지그베이스(14b) 간의 미세한 틀어짐을 교정할 수 있으며, 관리용 PC(미도시)에 실행되는 얼라인먼트용 소프트웨어의 지그베이스(14b) 위치가 확대된 화면을 통하여 기준점을 기준으로 정렬할 위치를 참조하여 미세하게 조정되도록 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 얼라인먼트 가능한 지그가 장착된 워터젯 레이저(60)를 이용한 재료(1) 절단 방법은 도 11을 참조하면, 다음과 같이 이루어진다.

먼저, 워터젯 레이저 가공기 내부에 마련된 고정지그(14)의 마이크로미터(18)를 이용하여 고정지그(14)의 얼라인먼트를 조정한다(S501).

여기서 조정되는 지그는 이동지그(13)가 결합되는 고정지그(14)로, 고정지그(14)가 정확한 좌표로 정렬이 이루어져야만 이후 재료(1)가 고정된 이동지그(13)를 고정지그(14)에 결합시 정확한 중심 좌표에 고정이 이루어지고, 이때 이동지그(13)에 고정된 재료(1)의 원하는 위치에 가공을 정확하게 할 수 있는 것이다.

또한 마이크로미터(18)에 의한 지그 얼라인먼트는 관리용 PC(미도시)에 실행되는 얼라인먼트용 소프트웨어 화면을 통하여 제공되는 정렬 위치를 참조하여 미세하게 조정됨이 바람직하다.

고정지그(14)의 얼라인먼트를 조정한 후 가공할 재료(1)를 이동지그(13)에 고정되게 한다(S502). 재료(1)를 이동지그(13)에 고정하기 용이하게 하기 위해 이동지그(13)는 고정지그(14)로부터 탈부착에 의해 이동 가능한 형태로 마련되며, 즉 이동지그(13)는 고정지그로(14)로부터 탈착된 상태에서 재료(1)를 고정한 후 고정지그에 고정할 수 있다.

따라서, S502 이후 재료(1)가 고정된 이동지그(13)를 고정지그(14) 상면에 부착하여 고정되게 한다(S503).

이동지그(13)를 고정지그(14) 상면에 부착 후 재료상부고정판(13a)으로 고정된 상태에서 각도조절기(21)를 미세하게 조정하여 재료(1)가 원하는 위치에 정확하게 위치하도록 얼라인먼트를 수행한다(S504). 나아가, 이동지그(13)를 고정지그(14) 상면에 부착 전이라도 이동지그(13)에 재료(1)를 고정한 후 각도조절기(21)로 미리 미세하게 조정할 수도 있다.

고정된 재료(1)에 워터젯 레이저를 분사하여 상면에서 하방으로 일정 두께의 깊이를 갖는 복수의 1차 가공면(3)을 형성한다(S505).

1차 가공면(3)은 도 6을 참조하면 일정 두께의 깊이를 갖는 홈 형태가 되며, 깊이의 정도는 재료(1)의 성질이나 종류에 따라 달라질 수 있으며, 1차 가공면(3)의 두께는 재료(1) 두께의 50% ~ 95% 사이의 값이 될 수 있다.

재료(1) 두께가 50% 미만인 경우 2차 가공면(4)을 가공할 때 불필요한 많은 열원이 재료(1)에 전달되어 레이저 에너지가 많이 소모되고, 1차 가공면(3) 가공시와 동일하게 에너지를 소모하게 되므로, 하면에 칩핑이 발생될 가능성이 높은 문제가 있고, 95% 초과인 경우 남아있는 두께가 너무 적어 레이저 빔 조사 강도를 미세하게 조절하여 절단해야 하므로, 수직으로 정확하게 절단하기가 용이하지 않게 될 뿐만 아니라 재료(1)의 절단 가공 중 조금이라도 레이저 빔 조사 강도가 강해지면 원래 형태를 유지하기가 어려운 상태가 되어 변형된 제품이 발생할 확률이 높아 생산성에 심각한 문제가 발생할 수 있으므로, 1차 가공면 형성은 두께 50% ~ 95%가 적합한 것이다.

또한 워터젯으로 분사되는 분사수는 100bar~400bar의 고압으로 레이저 빔과 함께 분사되는 것이 바람직하며, 이로 인해 절단 가공시 끝단부 또는 가공된 모서리에 갈라지거나 깨지는 현상인 칩핑 발생을 억제시킬 수 있다. 또한 분사수의 압력은 절단 가공이 필요한 재료(1)의 재질, 종류에 따라 달라질 수 있으며, 박판이나 취성 재료(1)인 경우 약고압으로 분사될 수도 있다.

1차 가공면(3) 형성 이후, 도 7에 도시된 바와 같이 형성된 1차 가공면(3)을 덮도록 점착제(30)가 도포된 UV 테이프(20)를 상면에 부착한다(S506).

UV 테이프(20)는 UV 빔 조사기(미도시)로 UV 테이프(20)의 점착제(30) 성분이 완전히 경화될 때 까지 UV 빔(40)을 조사하여 제거가 용이한 재질로서 예컨대 PET 재질이 되며, 적절한 사용 두께는 10미크론~ 200미크론이 될 수 있으며 점착제(30)에 의해 재료(1) 상면에 부착될 수 있다.

점착제(30)는 점착 특성이 부족하면 절단된 재료(1)가 비산되는 현상과 UV 테이프(20) 또는 점착제(30)가 레이저 에너지와 반응하여 타거나 그을음이 발생할 수 있으므로, 적절한 점착력을 유지하면서 내열성, 난연성, 열경화성 재질의 점착제(30)가 도포된 UV 테이프(20)를 사용하는 것이 바람직하다.

이후에는 도 8에 도시된 바와 같이, 이동지그(13)에 고정된 재료(1)의 상면이 하방을 향하도록 이동지그(13)를 뒤집어 반전시킨다(S507).

또한 도 9를 참조하면 1차 가공면(3)이 형성된 위치에 워터젯 레이저를 분사하여 2차 가공면(4)을 형성시켜 재료(1)를 절단한다(S508).

즉, 1차 가공면(3) 형성시 완전히 절단되지 않도록 두께 일부(예 : 전체 두께의 5%)를 잔여 가공면으로 남겨두는데, 2차 가공면(4) 형성 단계에서 이 위치에 워터젯 레이저(60)를 조사하여 2차 가공면(4)을 형성시킴으로써 완전한 절단 가공이 이루어지는 것이다.

이와 같이 1차 가공면(3)과 2차 가공면(4) 형성 단계를 구분하여 절단 가공이 이루어지는 것은 한 번에 절단하게 되면, 절단된 끝단부 즉, 절단 가공된 하면(또는 배면)에 칩핑이 발생할 가능성이 높기 때문이다.

또한, 남은 두께를 고려하여 2차 가공면 형성시에는 1차 가공면 형성 때보다 레이저 빔의 조사 강도를 줄일 수도 있다.

UV 테이프(20) 부착 위치에 테이프를 제거하기 위해 UV 빔(미도시)을 조사하여 UV 테이프(20)를 제거한다(S509, S510).

UV 빔은 통상 광량 100W 기준으로 5초~300초 사이 범위에서 테이프를 제거할 수 있는 수준으로 UV 빔 조사기에서 UV 테이프(20) 부착 위치에 조사함으로써, 점착제 성분이 완전히 경화될 때 까지 조사하여 제거할 수 있다.

UV 빔이 광량 100W 기준으로 5초 미만인 경우 경화가 제대로 이루어지지 않아 점착 성분이 남아 있어서, 제거시 제대로 제거가 이루어지지 못하는 문제가 있으며, 300초 초과인 경우 PET 재질에 열적 변형이 발생하여 UV 테이프(20)가 재료(1)에 들러붙는 문제가 발생할 수 있으므로, 5초~300초 사이 범위에서 테이프를 제거할 수 있는 수준으로 조사하는 것이 바람직하다.

UV 테이프 제거 후에는 재료(1)의 종류에 따라서는 품질 오염 방지 및 회수 용이성을 위해 도 10와 같이, 재료의 하면에 블루 테이프(50)를 부착하는 과정을 포함할 수 있다.

특히, 반도체 소자나 SLC(Single layer capacitor), 박막 등 소형 전자소자의 경우에는 블루 테이프를 부착하는 전사 공정이 포함된다. 블루 테이프(50)는 PO(Polyolefin), PET(polyethylene terephthalate), PVC(Poly Vinyl Chloride) 등의 재질이 포함되는 신축성 재질로 이루어져 분리 회수 및 수거 작업에 유리하다.

신축성을 가진 재질의 블루 테이프(50)로 전사를 실시하면, 재료 코팅층(2)을 포함하는 전자소자인 재료(1)에서 최종 절단 가공된 가공면을 기준으로 낱개 품목에 대한 분리 회수 및 수거가 용이하도록 하며, 납품처에 손상없이 공급할 수 있도록 한다.

1 ; 재료
2 ; 재료 코팅층
3 ; 1차 가공면
4 ; 2차 가공면
10 ; 지그
12 ; 재료고정볼트
13 ; 이동지그
13a ; 재료상부고정판
13b ; 고정핀삽입구멍
13c; 재료안착부
13d; 외곽틀
13e ; 재료거치판
14 ; 고정지그
14a ; 돌출고정핀
14b ; 지그베이스
15 ; 연결부
16 ; 회전축
16a, 16b ; 이동봉
17 ; 지지부
18 ; 마이크로미터
19 ; 회전축이동손잡이
20 ; UV 테이프
21 ; 각도조절기
22 ; 탄성스토퍼
30 ; 점착제
50 ; 블루 테이프
60 ; 워터젯 레이저

Claims

얼라인먼트 가능한 지그가 장착된 워터젯 레이저를 이용한 재료 절단 방법에 있어서,
워터젯 레이저 가공기 내부에 마련된 고정지그의 마이크로미터를 이용하여 고정지그의 얼라인먼트가 조정되는 단계;
상기 고정지그의 얼라인먼트가 조정된 후, 상기 고정지그 상부에 탈부착에 의해 이동 가능한 형태로 마련되는 이동지그에 재료를 고정시키는 단계;
상기 이동지그의 재료상부고정판으로 재료가 고정된 상태에서 각도조절기를 조정하여 재료가 원하는 위치에 정확하게 위치하도록 얼라인먼트를 수행하는 단계;
상기 워터젯 레이저를 분사하여 일정 두께의 깊이를 갖는 복수의 1차 가공면을 형성하는 단계;
형성된 1차 가공면을 덮도록 점착제가 도포된 UV 테이프를 상면에 부착하는 단계;
상기 이동지그에 고정된 재료의 상면이 하방을 향하도록 이동지그를 뒤집는 단계;
상기 1차 가공면이 형성된 위치에 워터젯 레이저를 분사하여 2차 가공면을 형성시켜 재료를 절단하는 단계;
상기 UV 테이프의 부착 위치에 상기 UV 테이프를 제거하기 위해 UV 빔을 조사하는 단계; 및
상기 UV 테이프를 제거하는 단계
를 포함하는 얼라인먼트 가능한 지그가 장착된 워터젯 레이저를 이용한 재료 절단 방법.
제1항에 있어서,
상기 이동지그는
이동지그를 고정지그에 안착시 고정지그의 돌출고정핀에 삽입되어 고정되기 위한 복수의 고정핀삽입구멍이 형성되며,
중앙에 재료거치판이 형성되고, 상기 재료거치판의 내주연을 따라 하부로 절곡된 재료안착부가 형성되며,
상기 재료상부고정판은 재료안착부에 안착된 재료를 고정하기 위해 상기 재료거치판의 내주연에 하나 이상이 마련되는 것을 특징으로 하는 얼라인먼트 가능한 지그가 장착된 워터젯 레이저를 이용한 재료 절단 방법.
제2항에 있어서,
상기 고정지그는
종으로 이격되어 나란히 배치되는 복수의 지그베이스와, 상기 지그베이스를 종으로 연결하여 지지하는 지지부로 이루어지는 것을 특징으로 하는 얼라인먼트 가능한 지그가 장착된 워터젯 레이저를 이용한 재료 절단 방법.
제3항에 있어서,
상기 고정지그는
상기 지그베이스의 양측에 이동지그가 결합된 상태에서 축회전에 의해 상기 이동지그를 상부로 밀어 올려 탈착시키도록 작동시키는 회전축이 상기 지그베이스 간에 종결합되고,
상기 회전축의 양측에는 나란하게 배치되어 상기 회전축의 축회전시 상하로 이동되는 이동봉이 마련되고,
상기 회전축의 축회전시 축회전 방향에 따라 이동봉이 상하로 이동가능하도록 회전축과 이동봉 사이에 연결되어 회전축과 함께 상하로 이동하는 연결부가 마련되는 것을 특징으로 하는 얼라인먼트 가능한 지그가 장착된 워터젯 레이저를 이용한 재료 절단 방법.
제4항에 있어서,
이동지그가 밀착된 상태에서 회전축을 축회전시키는 회전축이동손잡이가 마련되고, 이동지그를 탈착한 상태에서 이동지그 중심에 재료를 고정한 후 이동지그를 고정지그 상부에 안착시키고 상기 회전축이동손잡이를 돌리면, 상기 회전축의 축회전에 의해 고정지그와 이동지그를 밀착시키고, 회전축 중심에 형성된 돌출고정핀이 이동지그의 고정핀삽입구멍에 삽입되어 이동지그가 이탈되지 않고 밀착 고정되는 것을 특징으로 하는 얼라인먼트 가능한 지그가 장착된 워터젯 레이저를 이용한 재료 절단 방법.
제4항에 있어서,
상기 고정지그는
상기 지그베이스의 측면에 고정 결합되어 고정지그의 위치 조정을 위해 얼라인먼트를 수행하는 마이크로미터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 얼라인먼트 가능한 지그가 장착된 워터젯 레이저를 이용한 재료 절단 방법.
제1항에 있어서,
상기 재료에 반도체 또는 전자소자를 사용하는 경우, UV 테이프 제거 단계 이후, 품질 오염 방지 및 회수 용이성을 위해 상기 재료의 하면에 블루 테이프를 부착하는 단계
를 더 포함하는 얼라인먼트 가능한 지그가 장착된 워터젯 레이저를 이용한 재료 절단 방법.
제1항에 있어서,
상기 UV 테이프는
내열성, 난연성 및 열경화성 재질의 점착제가 도포된 UV 테이프인 것을 특징으로 하는 얼라인먼트 가능한 지그가 장착된 워터젯 레이저를 이용한 재료 절단 방법.
워터젯 레이저 절단을 위한 재료를 고정하고 얼라인먼트 하기 위한 지그에 있어서,
고정지그에 탈부착이 가능하며, 고정지그에 안착시 고정지그의 돌출고정핀에 삽입되어 고정되기 위한 복수의 고정핀삽입구멍이 형성되며, 중앙에 재료거치판이 형성되고, 상기 재료거치판의 내주연을 따라 하부로 절곡된 재료안착부가 형성되고, 재료안착부에 안착된 재료를 고정하고 얼라인먼트하기 위해 상기 재료거치판의 내주연에 하나 이상의 재료상부고정판이 마련되는 이동지그;
상기 이동지그를 상부에 고정시키고, 종으로 이격되어 나란히 배치되는 복수의 지그베이스와, 상기 지그베이스를 종으로 연결하여 지지하는 지지부로 이루어지며, 상기 지그베이스의 양측에 이동지그가 결합된 상태에서 축회전에 의해 상기 이동지그를 상부로 밀어 올려 탈착시키도록 작동시키는 회전축이 마련되어 상기 지그베이스 간에 종결합되고, 상기 회전축의 양측에는 나란하게 배치되어 상기 회전축의 축회전시 상하로 이동되는 이동봉이 마련되고, 상기 회전축의 축회전시 축회전 방향에 따라 이동봉이 상하로 이동가능하도록 회전축과 이동봉 사이에 연결되어 회전축과 함께 상하로 이동하는 연결부가 마련되는 고정지그
를 포함하는 얼라인먼트 가능한 지그.
제9항에 있어서,
상기 고정지그는
상기 지그베이스의 측면에 고정 결합되어 고정지그의 위치 조정을 위해 얼라인먼트를 수행하는 마이크로미터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 얼라인먼트 가능한 지그.