KR102502808B1 - 실리콘 캐소드 드릴링장치 - Google Patents

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Abstract

"실리콘 캐소드 드릴링장치"가 개시된다. 본 발명에 의한 "실리콘 캐소드 드릴링장치"는, 상기 실리콘판을 수직하게 지지하는 실리콘판고정부(110)와; 상기 실리콘판고정부(110)의 일측에 구비되어 복수개의 홀을 순차적으로 이동하며 일정깊이 드릴링하여 제1홈을 형성하는 제1드릴링유닛(120)과; 상기 실리콘판고정부(110)의 타측에 구비되어 상기 제1드릴링유닛(120)과 시간차를 두고 동일 궤적으로 순차적으로 이동하며 상기 제1드릴링유닛(120)이 형성한 제1홈의 반대방향에서 드릴링하여 홀을 천공하는 제2드릴링유닛(140)과; 상기 제1드릴링유닛(120)을 상하, 좌우 방향으로 이송시키는 제1드릴링유닛이송부(130)와; 상기 제2드릴링유닛(140)을 상하, 좌우 방향으로 이송시키는 제2드릴링유닛이송부(150)를 포함할 수 있다.
또한, 상기 실리콘판에 천공될 복수개의 홀의 궤적에 맞게 상기 제1드릴링유닛(120)과 상기 제2드릴링유닛(140)의 최소 이송경로를 산출하고, 상기 제1드릴링유닛(120)과 상기 제2드릴링유닛(140)이 각각 현재 드릴링포인트 및 차순위 드릴링포인트를 동시에 드릴링하도록 상기 제1드릴링유닛(120)과 상기 제2드릴링유닛(140), 상기 제1드릴링유닛이송부(140) 및 상기 제2드릴링유닛이송부(150)를 제어하는 제어부(170)를 포함하는 것이 바람직하다.

Description

실리콘 캐소드 드릴링장치{Silicon cathode drilling device}
본 발명은 실리콘 캐소드 드릴링장치에 관한 것으로서, 보다 자세히는 실리콘판에 복수개의 홀을 빠르고 정확하게 천공할 수 있는 실리콘 캐소드 드릴링장치에 관한 것이다.
일반적으로, 실리콘 캐소드는 반도체 제조 공정 중 식각 공정에 사용되는 드라이 애칭 장치의 프로세스 챔버의 상부에 장착되어, 반응성 가스를 프로세스 챔버 내부로 균일하게 분배시켜 주고, 플라즈마로부터 안정된 전기적 에너지를 반도체 웨이퍼에 전달시켜 주는 핵심 부품이다.
이 실리콘 캐소드는 반도체 웨이퍼의 주재료인 실리콘과 쿼츠로 이루어지며, 대략 1,000 내지 3,500개 정도의 미세홀(φ0.2 ~ 0.8mm)이 천공되어 있다. 반응성 가스가 이 미세홀을 통하여 반도체 웨이퍼로 균일하게 흐르기 위해서는 파티클이나 미세 크랙이 제거되어 홀 내면이 매끄럽고 그 표면 조도가 균일할 것이 요구된다.
이러한 미세홀을 천공하기 위해서는 초음파 가공 방식과 기계적 드릴링 방식이 사용되고 있다.
이 중 기계적 드릴링 방식은 미세 직경의 드릴팁을 이용하여 실리콘 플레이트에 천공 작업을 실시하는 방식으로서, 기존에는 실리콘 플레이트의 일측 방향에서 실리콘 플레이트의 일면을 향하는 방향으로 드릴팁을 접근시켜 천공 작업을 실시하였다.
이러한 드릴팁은 대략 0.2 내지 0.5mm정도의 미세 직경을 갖는데, 종래에는 이러한 직경의 드릴팁을 고속으로 회전시키면서 실리콘 플레이트의 일면에서 타면을 관통하도록 천공 작업을 실시하므로 드릴팁의 파손 및 손상이 발생하게 되는 문제가 있었다.
이러한 문제를 해결하기 위해 등록특허 제10-1579164호 "실리콘 캐소드용 미세 드릴링장치"에서는 실리콘 플레이트의 양면에서 드릴팁이 천공작업을 수행한다.
도 1은 종래 실리콘 캐소드용 미세 드릴링장치가 실리콘판(10)에 홀(11)을 천공하는 과정을 개략적으로 도시한 개략도이다.
도시된 바와 같이 종래 실리콘 캐소드용 미세 드릴링장치는 실리콘판(10)의 양측에 제1드릴팁(21)과 제2드릴팁(23)이 각각 구비된다. 그리고, 도 1의 (a)에 도시된 바와 같이 제1드릴팁(21)과 제2드릴팁(23)이 동시에 실리콘판(10)의 내부로 삽입되어 일정깊이 천공홈을 형성한다.
그리고, 도 1의 (b)에 도시된 바와 같이 제2드릴팁(23)은 후진하고 제1드릴팁(21)만 진행방향으로 삽입하여 미세 천공작업을 수행한다. 그리도, 도 1의 (c)에 도시된 바와 같이 제1드릴팁(21)이 후진하고 제2드릴팁(23)이 전진하여 미세 천공작업을 수행하여 홀(11)의 천공작업을 완료한다.
이렇게 하나의 홀(11)의 천공작업이 완료되면, 제1드릴팁(21)과 제2드릴팁(23)은 동시에 차순위 홀의 가공위치로 이동되어 동일하게 천공작업을 수행한다.
이러한 종래 실리콘 캐소드용 미세 드릴링장치는 하나의 홀을 천공하기 위해 총 세 번의 공정이 요구되므로 전체 실리콘 캐소드의 모든 홀을 가공하는데 소요되는 작업시간이 길어진다.
또한, 도 1의 (b)에 도시된 바와 같이 제1드릴팁(21)이 전진할 때 제2드릴팁(23)은 후진한 상태로 대기해야하고, 도 1의 (c)에 도시된 바와 같이 제2드릴팁(23)이 전진할 때 제1드릴팁(21)은 후진한 상태로 대기해야하므로 불필요한 대기 시간이 길어지는 단점이 있다.
문헌 1. 대한민국특허청, 등록특허 제10-1579164호, "실리콘 캐소드용 미세 드릴링장치" 문헌 2. 대한민국특허청, 등록특허 제10-0462995호. "실리콘 캐소드 홀 내면 연마장치"
본 발명의 목적은 상술한 문제를 해결하기 위한 것으로, 드릴팁의 불필요한 대기시간을 없애 실리콘캐소드 전체의 홀 가공에 소요되는 시간을 단축할 수 있는 실리콘 캐소드 드릴링장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 제1드릴링유닛과 제2드릴링유닛이 홀 사이의 이동거리에 관계없이 일정한 시간차로 서로 다른 드릴링포인트를 드릴링할 수 있는 실리콘 캐소드 드릴링장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 제2드릴링유닛에서 천공한 홀의 정확도를 검사하여 불량 여부를 즉시 판단할 수 있는 실리콘 캐소드 드릴링장치를 제공하는 것이다.
상술한 본 발명의 목적은 실리콘판에 복수개의 홀을 천공하는 실리콘 캐소드 드릴링장치에 의해 달성될 수 있다. 본 발명의 실리콘 캐소드 드릴링장치는, 상기 실리콘판을 수직하게 지지하는 실리콘판고정부(110)와; 상기 실리콘판고정부(110)의 일측에 구비되어 복수개의 홀을 순차적으로 이동하며 일정깊이 드릴링하여 제1홈을 형성하는 제1드릴링유닛(120)과; 상기 실리콘판고정부(110)의 타측에 구비되어 상기 제1드릴링유닛(120)과 시간차를 두고 동일 궤적으로 순차적으로 이동하며 상기 제1드릴링유닛(120)이 형성한 제1홈의 반대방향에서 드릴링하여 홀을 천공하는 제2드릴링유닛(140)과; 상기 제1드릴링유닛(120)을 상하, 좌우 방향으로 이송시키는 제1드릴링유닛이송부(130)와; 상기 제2드릴링유닛(140)을 상하, 좌우 방향으로 이송시키는 제2드릴링유닛이송부(150)를 포함할 수 있다.
또한, 상기 실리콘판에 천공될 복수개의 홀의 궤적에 맞게 상기 제1드릴링유닛(120)과 상기 제2드릴링유닛(140)의 최소 이송경로를 산출하고, 상기 제1드릴링유닛(120)과 상기 제2드릴링유닛(140)이 각각 현재 드릴링포인트 및 차순위 드릴링포인트를 동시에 드릴링하도록 상기 제1드릴링유닛(120)과 상기 제2드릴링유닛(140), 상기 제1드릴링유닛이송부(130) 및 상기 제2드릴링유닛이송부(150)를 제어하는 제어부(170)를 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 실리콘 캐소드 드릴링장치는 제1드릴링유닛과 제2드릴링유닛이 실리콘판의 양측에서 시간차를 갖고 연속하게 이동하며 복수개의 홀을 순차적으로 드릴링한다.
즉, 제1드릴링유닛이 먼저 실리콘판의 제1드릴링포인트를 드릴링하고 제2드릴링포인트로 이동하면, 제2드릴링유닛이 제1드릴링포인트를 드릴링하여 홀을 천공하게 된다.
이에 의해 제1드릴링유닛과 제2드릴링유닛이 대기 시간 없이 연속적으로 홀을 가공하므로 종래 두 개의 드릴링유닛이 동일한 드릴링포인트를 드릴링하던 방식과 비교할 때 작업시간이 단축될 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 실리콘 캐소드 드릴링장치는 천공할 복수개이 홀의 패턴 사이의 이동거리에 따라 제1드릴링유닛과 제2드릴링유닛의 이송속도를 차등 제어하여 항상 동일 시간 간격으로 제1드릴링유닛과 제2드릴링유닛이 드릴링작업을 수행하게 제어한다.
또한, 제2드릴링유닛의 드릴팁 옆에 비젼검사부를 구비하여 제1드릴링유닛과 제2드릴링유닛에 의한 홀의 천공작업의 정확도를 바로바로 검사할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 종래 실리콘 캐소드용 미세 드릴링장치의 드릴 과정을 도시한 예시도,
도 2는 본 발명에 따른 실리콘 캐소드 드릴링장치의 구성을 도시한 사시도,
도 3은 본 발명에 따른 실리콘 캐소드 드릴링장치의 측면구성을 도시한 측면도,
도 4는 본 발명에 따른 실리콘 캐소드 드릴링장치의 실리콘판의 드릴링순서를 개략적으로 도시한 예시도,
도 5는 본 발명에 따른 실리콘 캐소드 드릴링장치의 내부구성을 개략적으로 도시한 블럭도,
도 6은 본 발명에 따른 실리콘 캐소드 드릴링장치의 드릴링과정을 도시한 단면예시도,
도 7은 본 발명에 따른 실리콘 캐소드 드릴링장치의 비젼검사부의 검사결과를 도시한 예시도,
도 8은 본 발명의 제1변형예에 따른 실리콘 캐소드 드릴링장치의 측면구성을 도시한 측면도,
도 9은 본 발명의 제2변형예에 따른 실리콘 캐소드 드릴링장치의 평면구성을 도시한 평면도,
도 10은 본 발명의 제2변형예에 따른 실리콘 캐소드 드릴링장치의 드릴링과정을 도시한 예시도이다.
이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예 및 첨부하는 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하되, 도면의 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭함을 전제하여 설명하기로 한다.
발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에서 어느 하나의 구성요소가 다른 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 당해 구성요소만으로 이루어지는 것으로 한정되어 해석되지 아니하며, 다른 구성요소들을 더 포함할 수 있는 것으로 이해되어야 한다.
도 2는 본 발명에 따른 실리콘 캐소드 드릴링장치(100)의 구성을 도시한 사시도이고, 도 3은 실리콘 캐소드 드릴링장치(100)의 측면구성을 도시한 측면도이고, 도 4는 실리콘 캐소드 드릴링장치(100)의 드릴링 경로와 순서를 도시한 예시도이다.
본 발명에 따른 실리콘 캐소드 드릴링장치(100)는 실리콘판(10)에 복수개의 홀(11)을 천공하여 실리콘 캐소드로 가공한다. 본 발명에 따른 실리콘 캐소드 드릴링장치(100)는 실리콘판(10)을 고정하는 실리콘판고정부(110)와, 실리콘판(10)의 일측에 배치되어 실리콘판(10)의 일측에 제1홈(11a)을 드릴링하는 제1드릴링유닛(120)과, 실리콘판(10)의 타측에 배치되어 제1드릴링유닛(120)이 제1홈(11a)을 천공한 후에 제1홈(11a)의 반대측에 제2홈(11b)을 드릴링하여 홀(11)을 천공하는 제2드릴링유닛(140)과, 제1드릴링유닛(120)을 이송하는 제1드릴링유닛이송부(130)와, 제2드릴링유닛(140)을 이송하는 제2드릴링유닛이송부(150)와, 제1드릴링유닛(120)과 제2드릴링유닛(140)의 서로 다른 홀포인트에 대한 드릴링 타이밍이 동일해지도록 제1드릴링유닛이송부(130)와 제2드릴링유닛이송부(150)의 이송속도를 조절하는 제어부(170)를 포함한다.
여기서, 본 발명의 실리콘 캐소드 드릴링장치(100)는 실리콘판(10)의 양측에 배치된 제1드릴링유닛(120)과 제2드릴링유닛(140)이 이웃하는 한 쌍의 드릴링포인트를 순차적으로 동시에 천공하여 전체 홀의 가공시간을 단축하게 된다.
즉, 도 1에 도시된 종래 실리콘 캐소드 드릴링장치가 하나의 홀을 가공하기 위해 실리콘판의 양측에 구비된 제1드릴링유닛(21)과 제2드릴링유닛(23)이 동시에 실리콘판을 천공하던 것과 비교할 때, 본 발명의 실리콘 캐소드 드릴링장치(100)는 제1드릴링유닛(120)과 제2드릴링유닛(140)이 이웃한 두 개의 드릴링포인트를 동시에 천공한 후, 순차적으로 이동하기 때문에 드릴링유닛(120,140)의 대기 시간이 없으며, 전체 실리콘판의 천공 시간을 현저히 단축할 수 있는 장점이 있다.
실리콘판고정부(110)는 제1드릴링유닛(120)과 제2드릴링유닛(140)이 실리콘판(10)에 드릴링 작업을 원활히 진행할 수 있도록 실리콘판(10)을 고정한다. 실리콘판고정부(110)는 지그(111)를 이용해 실리콘판(10)의 테두리를 고정하여 실리콘판(10)이 드릴링 작업시에 흔들림이 없도록 위치를 고정한다.
실리콘판고정부(110)는 실리콘판(10)의 형상에 따라 지그(111)의 위치와 개수가 달라질 수 있다.
제1드릴링유닛(120)과 제2드릴링유닛(140)은 실리콘판고정부(110)에 의해 고정된 실리콘판(10)의 양측에 각각 위치되어 서로 반대방향에서 실리콘판(10)을 순차적으로 드릴링하여 복수개의 홀(11)을 천공한다. 제1드릴링유닛(120)과 제2드릴링유닛(140)은 실리콘판(10)에 대해 전후방향(X축방향)으로 이동하며 홀(11)을 가공한다.
제1드릴링유닛이송부(130)는 제1드릴링유닛(120)이 실리콘판(10)의 판면의 다양한 위치에 복수개의 제1홈(11a)을 가공하도록 제1드릴링유닛(120)을 상하(Z축방향) 및 좌우(Y축방향)으로 이송한다.
본 발명에 따른 실리콘 캐소드 드릴링장치(100)는 도 4에 도시된 바와 같이 실리콘판(10)에 복수개의 홀(11)이 천공될 때, 제1드릴링유닛(120)은 제어부(170)에서 설정한 드릴 경로를 따라 순차적으로 제1홈(11a)을 가공한다. 일례로, 상부의 제1드릴링포인트(P1)으로부터, 제2드릴링포인트(P2), 제3드릴링포인트(P3),....제n드릴링포인트(Pn)의 순서로 제1홈(11a)을 형성한다.
이 때, 제2드릴링유닛(140)은 제1드릴링유닛(120)과 하나의 드릴링포인트의 간격을 두고 드릴링을 시작하여 제1드릴링유닛(120)이 이미 천공한 포인트를 순차적으로 천공한다. 즉, 제1드릴링유닛(120)이 제1드릴링포인트(P1)를 천공하고 제2드릴링포인트(P2)를 천공할 때, 제2드릴링유닛(140)이 제1드릴링포인트(P1)의 천공을 시작하고 제2드릴링포인트(P2), 제3드릴링포인트(P3)....제n드릴링포인트(Pn) 순서로 천공한다. 이에 의해 제1드릴링유닛(120)이 제10드릴링포인트(P10)을 천공할 때, 제2드릴링유닛(140)은 제9드릴링포인트(P9)를 천공한다.
이에 의해 제1드릴링유닛(120)과 제2드릴링유닛(140)이 서로 반대방향에서 이웃하게 위치된 드릴링포인트를 순차적으로 연속하여 천공한다.
제2드릴링유닛(140)과 제2드릴링유닛이송부(150)는 실리콘판(10)에 대한 위치와 드릴링순서만 제1드릴링유닛(120)과 제1드릴링유닛이송부(130)와 상이할 뿐 그 구성은 동일하므로 제1드릴링유닛(120)과 제1드릴링유닛이송부(130)에 대해서만 자세히 설명한다.
제1드릴링유닛(120)은 제1드릴링유닛이송부(130)에 결합되어 전후, 상하 및 좌우로 이송되며 실리콘판(10)을 천공한다. 제1드릴링유닛(120)은 도 2에 확대도시된 바와 같이 실리콘판(10)을 천공하는 제1드릴팁(121)과, 제1드릴팁(121)을 지지하는 제1드릴팁고정부(123)와, 제1드릴팁고정부(123)가 전후로 이동되도록 구동력을 전달하는 제1드릴전후이송모터(125) 및 제1전후이송스크류(125a)와, 이들을 수용하는 제1드릴하우징(127)을 포함한다.
제1드릴하우징(127) 내부에 전후방향으로 제1전후이송스크류(125a)가 회전가능하게 결합되고, 제1전후이송스크류(125a)의 상부에 제1드릴팁고정부(123)가 결합된다. 제1드릴하우징(127)의 후단에 구비된 제1드릴전후이송모터(125)가 정역회전하면, 제1전후이송스크류(125a)가 연동하여 정역회전하고, 제1전후이송스크류(125a)에 나사결합된 제1드릴팁고정부(123)가 전후로 이동하게 된다.
도 6은 제1드릴팁(121)과 제2드릴팁(141)이 실리콘판(10)을 드릴링하는 과정을 도시한 단면예시도이다. 제1드릴팁(121)의 단부에는 날카로운 첨단이 구비되어 실리콘판(10)을 천공하게 된다. 도 6의 (a)와 (b)에 도시된 바와 같이 제1드릴팁(121)은 실리콘판(10)에 설정된 실리콘판 삽입깊이(b)만큼 전진하며 실리콘판(10)에 제1홈(11a)을 형성한다.
여기서, 실리콘판(10)의 두께(d)와 비교할 때, 제1드릴팁(121)의 실리콘판 삽입깊이(b)는 실리콘판(10)의 두께(d)의 1/2 보다 길게 형성된다. 그리고, 제1드릴팁(121)의 삽입깊이(b)와 제2드릴팁(141)의 삽입깊이(b')의 합은 실리콘판(10)의 두께(d) 보다 크게 형성된다. 이에 의해 제1드릴팁(121)의 1차 천공 후 제2드릴팁(141)의 2차 천공에 의해 정확한 홀(11)이 천공될 수 있다.
또한, 제1드릴팁(121)의 팁단부(121a)에서 첨단시작단(121b)까지의 첨단길이(a)와 제2드릴팁(141)의 첨단길이(a')의 합은 실리콘판(10)의 두께 보다 작게 형성된다. 이에 의해 관통형성된 홀(11)의 내벽면이 깨끗하게 천공될 수 있다.
여기서, 제1드릴팁(121)의 형상과 제2드릴팁(141)의 형상은 동일하게 형성되는 것이 바람직하나(a=a', b=b'), 경우에 따라 형상이 상이하게 형서될 수 있다(a≠a',b≠b'). 그러나, 이 경우에도 제1드릴팁(121)과 제2드릴팁(141)의 첨단길이의 합(a+a')과 삽입깊이의 합(b+b')는 동일한 형상일 때와 동일하게 형성되는 것이 바람직하다.
제1드릴링유닛이송부(130)는 제1드릴링유닛(120)을 상하 방향(Z축방향) 및 좌우방향(Y축방향)으로 이송하여 제1드릴링유닛(120)이 실리콘판(10)의 전체 면적에 복수개의 홀(11)을 드릴링할 수 있게 한다.
도 2와 도 3에 도시된 바와 같이 제1드릴링유닛이송부(130)는 제1드릴링유닛(120)을 상하로 이송하는 제1상하이송부(131)와, 좌우로 이송하는 제1좌우이송부(133)를 포함한다.
여기서, 제1드릴링유닛(120)과 제1상하이송부(131) 및 제1좌우이송부(133)는 미세한 홀의 정확한 가공을 위해 정밀도가 가장 높은 이송스크류와 이송모터 방식을 채용하였다. 그러나, 경우에 따라 이 외의 공지된 다양한 이송방식이 채용될 수 있다.
제1상하이송부(131)는 내부에 제1드릴링유닛(120)을 수용하는 제1상하이송케이싱(131a)과, 제1상하이송케이싱(131a)에 수직방향으로 배치되어 제1드릴하우징(127)에 나사결합되는 제1상하이송스크류(131b)와, 제1상하이송케이싱(131a)의 상부에 구비되어 제1상하이송스크류(131b)를 정역회전시키는 제1상하이송모터(131c)와, 제1상하이송케이싱(131a)의 하부에 구비되어 제1좌우이송부(133)의 제1좌우이송스크류(133c)에 나사결합되는 제1스크류결합고리(131d)와, 제1좌우이송부(133)의 제1좌우이송레일(133b)에 맞물려 좌우이송을 안내하는 제1가이드홈(131e)을 포함한다.
제1좌우이송부(133)는 도 3에 도시된 바와 같이 베이스(180)의 상부에 결합되어 제1상하이송케이싱(131a)이 좌우로 이송되게 지지하는 제1좌우이송블럭(133a)과, 제1좌우이송블럭(133a)의 길이방향을 따라 형성되어 제1상하이송케이싱(131a)의 제1가이드홈(131e)과 맞물려 제1상하이송케이싱(131a)의 이동을 안내하는 제1좌우이송레일(133b)과, 제1좌우이송블럭(133a)의 가운데 영역에 길이방향을 따라 형성되어 제1스크류결합고리(131d)와 나사결합되는 제1좌우이송스크류(133c)와, 제1좌우이송스크류(133c)를 정역회전시키는 제1좌우이송모터(133d)를 포함한다.
제1상하이송부(131)와 제1좌우이송부(133)는 제어부(170)의 제어신호에 의해 제1상하이송모터(131c) 또는 제1좌우이송모터(133d)가 구동되면, 제1상하이송스크류(131b)와 제1좌우이송스크류(133c)가 정역회전하며 그에 결합된 제1드릴하우징(127) 또는 제1상하이송케이싱(131a)이 상하 또는 좌우로 이송되게 한다.
이에 의해 제1드릴팁(121)은 전후 방향, 상하 방향 및 좌우 방향의 3축 방향 이동이 가능해져 실리콘판(10)의 다양한 위치에 홀(11)을 천공할 수 있다.
제어부(170)는 천공을 해야할 실리콘판(10)의 복수개의 홀 형상에 따라 제1드릴팁(121)과 제2드릴팁(141)이 항상 동일한 타이밍으로 이동하며 홀(11)을 천공할 수 있도록 제1드릴링유닛(120), 제2드릴링유닛(140), 제1드릴링유닛이송부(130) 및 제2드릴링유닛이송부(150)를 제어한다.
이를 위해 제어부(170)는 도 5에 도시된 바와 같이 실리콘판(10)에 형성될 복수개의 홀(11)의 패턴을 감지하는 드릴링패턴감지부(171)와, 드릴링패턴감지부(171)에서 감지된 홀(11)의 패턴에 따라 제1드릴링유닛(120)과 제2드릴링유닛(140)의 최단 이동경로를 산출하는 최단드릴경로산출부(173)와, 천공할 홀(11)들 사이의 이송거리를 산출하는 이송거리산출부(175)와, 제1드릴링유닛(120)이 이미 천공을 완료한 직전 드릴링포인트와, 제1드릴링유닛(120)이 현재 천공할 드릴링포인트와, 제1드릴링유닛(120)이 다음 천공을 위해 이동해야할 차순위 드릴링포인트 간의 이송거리에 따라 제1드릴링유닛(120)이 현재 천공할 드릴링포인트에서 차순위 드릴링포인트로 이송되는 이송시간과 제2드릴링유닛(140)이 직전 드릴링포인트에서 현재 천공할 드릴링포인트로 이송되는 이송시간이 동일해지도록 제1드릴링유닛이송부(130)와 제2드릴링유닛이송부(150)의 이송속도를 차등적으로 산출하는 이송속도산출부(177)를 포함한다.
일례로, 도 4에 도시된 바와 같이 실리콘판(10)이 원판 형태로 형성되고, 내부에 복수개의 홀(11)이 상부에서 하부로 복수개의 열과 행으로 형성되어야 하는 경우, 드릴링패턴감지부(171)는 실리콘판(10)의 이미지파일 또는 도면파일을 읽어들여 복수개의 홀(11)의 위치와, 좌표값들을 인식한다.
최단드릴경로산출부(173)는 복수개의 홀(11)들의 좌표값을 기준으로 복수개의 홀(11)을 이동하며 드릴링할 수 있는 최단경로를 산출한다. 도 4의 경우 최상부 1열에서 좌측에서 우측으로 이동한 후, 우측에서 좌측으로 이동하며 2열의 홀들을 가공하고, 다시 좌측에서 우측으로 이동하며 3열을 가공하는 지그재그 형태의 드릴경로를 산출한다.
이송거리산출부(175)는 각 드릴링포인트(P1,P2,P3,,,,Pn)의 좌표값을 통해 이웃하는 드릴링포인트 사이의 Y축방향 및 Z축방향 이동거리를 산출한다.
이송속도산출부(177)는 제1드릴링포인트(P1)로부터 제n드릴링포인트(Pn)까지 제1드릴링유닛(120)이 순차적으로 이동된 후, 제2드릴링유닛(140)이 시간차를 두고 이동될 때 제1드릴링유닛(120)과 제2드릴링유닛(140)이 동시에 작업할 드릴링포인트로 이동될 수 있게 이동속도를 산출한다.
즉, 제1드릴링유닛(120)이 제2드릴링포인트(P2)를 드릴링 한 후, 제3드릴링포인트(P3)로 이동될 때, 제2드릴링유닛(140)은 제1드릴링포인트(P1)를 드릴링한 후 제2드릴링포인트(P2)로 이동된다.
여기서, 제2드릴링포인트(P2)로부터 제3드릴링포인트(P3) 사이의 거리(ℓ2)와 제1드릴링포인트(P1)로부터 제2드릴링포인트(P2) 사이의 거리가 다를 경우 제1드릴링유닛(120)과 제2드릴링유닛(140)이 동일한 속도로 이동되면 각 포인트에 도착한 후 드릴링하는 시간에 차이가 발생된다. 이렇게 발생된 차이가 차순위 포인트 드릴링시 계속 누적될 경우 제1드릴링유닛(120)과 제2드릴링유닛(140)이 동시에 동일한 드릴링포인트를 드릴링하여 제1드릴팁(121)과 제2드릴팁(141)이 부딪치는 사고가 발생될 수 있다.
이에 이송속도산출부(177)는 이송거리산출부(175)에서 산출한 제1드릴링유닛(120)의 이동거리와 제2드릴링유닛(140)의 이동거리가 동일하거나 차이가 발생되는 두 가지 경우 모두 제1드릴링유닛(120)과 제2드릴링유닛(140)이 동시에 다음 드릴링포인트에 도착할 수 있는 이송속도를 산출하여 제어부(170)로 전송한다.
즉, 제1드릴링유닛(120)의 이송거리가 제2드릴링유닛(140)의 이송거리 보다 멀 경우 제2드릴링유닛(140)의 이송속도를 느리게 하거나 제1드릴링유닛(120)의 이송속도를 빠르게 이송속도를 산출한다.
제어부(170)는 이송속도산출부(177)에서 산출된 이송속도로 제1드릴링유닛(120)과 제2드릴링유닛(140)이 동일 시간차를 두고 이웃한 한 쌍의 드릴링포인트로 순차적으로 이동되며 홀(11)을 드릴링하도록 제1드릴링유닛이송부(130)과 제2드릴링유닛이송부(150)을 제어한다.
한편, 본 발명의 실리콘 캐소드 드릴링장치(100)는 제1드릴링유닛(120)과 제2드릴링유닛(140)이 일정간격으로 순차적으로 이동하며 홀(11)을 드릴링할 때 홀(11)이 정확하게 천공되었는지를 검사하는 비젼검사부(160,160a)를 포함할 수 있다.
비젼검사부(160,160a)는 후순위로 드릴링하여 홀(11)을 천공하는 제2드릴링유닛(140)에 결합된다. 도 4에 도시된 바와 같이 비젼검사부(160,160a)는 제2드릴링유닛(140)의 제2드릴팁고정부(143)의 양측에 한 쌍이 구비된다. 비젼검사부(160,160a)는 제2드릴팁(141)이 드릴링포인트를 드릴링 한 후 다음 드릴링포인트로 이동될 때 천공된 드릴링포인트를 촬영하여 홀(11)의 정확한 천공여부를 판단한다.
비젼검사부(160,160a)는 홀(11)을 촬영하는 카메라(161)와, 카메라(161)에서 촬영된 이미지를 통해 홀(11)의 천공정확도를 판단하는 천공정확도판단부(165)를 포함한다.
좌측 비젼검사부(160)는 도 4에 도시된 바와 같이 제2드릴링유닛(140)이 우측에서 좌측으로 이동될 때 천공한 홀(11)의 정확도를 판단하고, 우측 비젼검사부(160a)는 제2드릴링유닛(140)이 좌측에서 우측으로 이동될 때 천공한 홀(11)의 정확도를 판단한다.
좌측 비젼검사부(160)와 우측 비젼검사부(160a)는 제2드릴링유닛(140)의 천공방향에 따라 선택적으로 사용된다.
도 7의 (a)에 도시된 바와 같이 카메라(161)에서 촬영된 이미지는 홀(11)이 관통된 부분은 밝게 표시되고 나머지는 음영으로 표시된다. 이 때, 천공정확도판단부(165)는 밝게 표시되는 부분(B)이 홀(11)의 직경(r1)에 대응되는 원 형상일 때는 정확하게 천공이 된 것으로 판단한다.
반면, 도 7의 (b)에 도시된 바와 같이 밝게 표시되는 부분(B')의 직경(r2)이 홀(11)의 직경(r1) 보다 작거나 크거나 원이 아닌 형상인 경우 정확하게 천공 되지 않은 것으로 판단한다.
또한, 도 7이 (c)에 도시된 바와 같이 밝게 표시된 부분(B)이 정확한 원 형상이 아니로 내벽면(C)에 울퉁불퉁한 요철이 있는 경우 내벽면에 버(bur)가 발생된 것으로 판단한다.
천공정확도판단부(165)에서 검사한 결과 도 7의 (b)와 (c)에 도시된 바와 같이 부정확하게 천공된 경우 제어부(170)로 불량천공신호를 전송하고, 제어부(170)는 경고등을 울리거나 알람메시지를 표시하여 작업자에게 인지시킨다.
이러한 구성을 갖는 본 발명에 따른 실리콘 캐소드 드릴링장치(100)의 실리콘판(10) 천공 과정을 도 2 내지 도 7을 참조하여 설명한다.
작업자는 실리콘판고정부(110)에 작업할 실리콘판(10)을 고정한다. 그리고, 실리콘판(10)에 천공할 복수개의 홀(11)의 위치 또는 도면데이타를 입력부(미도시)를 통해 입력한다. 이에 의해 드릴링패턴감지부(171)는 복수개의 홀(11)의 패턴을 감지하고, 최단드릴경로산출부(173)는 제1드릴링유닛(120)과 제2드릴링유닛(140)의 최단경로를 산출한다.
그리고, 이송거리산출부(175)는 각 홀의 좌표값을 기초로 이웃하는 드릴링포인트 간의 이동거리를 산출하고, 이송속도산출부(177)는 제1드릴링유닛(120)과 제2드릴링유닛(140)이 한 스텝씩 차이를 두고 이웃하는 드릴링포인트에 동일하게 도착하여 드릴링작업이 진행될 수 있도록 이송속도를 산출한다.
제어부(170)는 이송속도산출부(177)에서 산출된 각 드릴링포인트 간 제1드릴링유닛(120)의 이송속도와 제2드릴링유닛(140)의 이송속도로 이송될 수 있도록 제1드릴링유닛이송부(130)와 제2드릴링유닛이송부(150)를 제어한다.
도 4에 도시된 바와 같이 먼저 제1드릴링유닛(120)이 제1드릴링포인트(P1)을 드릴링한다. 이 때, 제2드릴링유닛(140)은 제1드릴링포인트(P1)의 반대쪽에서 대기한다. 도 6의 (b)에 도시된 바와 같이 제1드릴팁(121)의 제1팁단부(121a)가 드릴깊이(b)만큼 실리콘판(10)을 드릴링하며 제1드릴깊이(b)에 해당되는 제1홈(11a)을 형성한다.
제1드릴링유닛(120)은 제1드릴링포인트(P1)에 제1홈(11a)을 형성한 후 제2드릴링포인트(P2)로 이송된다. 제1드릴링유닛(120)이 제2드릴링포인트(P2)로 이동된 후 제1드릴팁(121)이 실리콘판(10)을 드릴할 때, 제2드릴링유닛(140)의 제2드릴팁(141)이 도 6의 (b)에 도시된 바와 같이 제1드릴링포인트(P1)의 제1홈(11a)과 반대방향에서 드릴링을 하며 제2홈(11b)을 형성한다.
제2드릴팁(141)이 제2드릴깊이(b')로 제2홈(11b)을 형성하고, 제1홈(11a)과 제2홈(11b)이 중첩되며 홀(11)이 관통형성된다.
제1드릴링포인트(P1)의 천공이 완료되면 제2드릴링유닛(140)은 제2드릴링포인트(P2)로 이동되고, 동시에 제1드릴링유닛(120)은 제3드릴링포인트(P3)으로 이동된다. 이러한 방식으로 제1드릴링유닛(120)과 제2드릴링유닛(140)은 한 스텝씩 차이를 두고 이웃한 한 쌍의 드릴링포인트를 동시에 드릴링하게 된다.
이에 의해 한 쌍의 드릴링유닛(120,140)이 대기 시간 없이 연속하여 드릴링 작업이 진행되므로 도 1에 도시된 종래 한 쌍의 드릴링유닛(21,23)이 동시에 동일한 드릴링포인트를 드릴링하던 방식과 비교할 때 전체 작업시간이 줄어들 수 있는 장점이 있다.
한편, 제2드릴링유닛(140)이 현재 드릴링포인트의 천공을 완료하고 다음 드릴링포인트로 이동할 때 한 쌍의 비젼검사부(160,160a) 중 제2드릴링유닛(140)의 이동방향에 맞는 위치의 비젼검사부(160,160a)가 천공된 홀(11)을 촬영한다.
그리고, 도 7에 도시된 바와 같이 촬영된 이미지를 통해 천공된 홀(11)의 정확여부를 판단한다.
이러한 방식으로 제1드릴링유닛(120)은 P1, P2, P3,,,,Pn으로 이동되며 천공과정을 수행하고, 제2드릴링유닛(140)은 한 스텝 느리게 이동하며 P1, P2,,,,Pn-1, Pn으로 이동되며 천공과정을 수행한다.
한편, 도 8은 본 발명의 변형예에 따른 실리콘 캐소드 드릴링장치(100a)의 측단면구성을 도시한 도면이다.
앞서 설명한 바람직한 실시예의 실리콘 캐소드 드릴링장치(100)는 실리콘판고정부(110)가 고정되었으나, 변형예에 따른 실리콘 캐소드 드릴링장치(100a)는 실리콘판고정부(110a)가 좌우방향으로 이동가능하게 구비된다.
이에 따라 좌우방향 이동하여 홀 가공이 가능한 경우, 제1드릴링유닛(120)과 제2드릴링유닛(140)의 위치는 고정되고 실리콘판고정부(110a)가 좌우로 이동하여 홀 가공을 수행할 수 있다.
한편, 도 9는 본 발명의 또 다른 변형예에 따른 실리콘 캐소드 드릴링장치(100b)의 평면구성을 도시한 평면도이다.
앞서 설명한 바람직한 실시예에 따른 실리콘 캐소드 드릴링장치(100)는 실리콘판(10)의 양측에 제1드릴링유닛(120)과 제2드릴링유닛(140)이 한 개씩 구비되어 홀(11)을 천공하였다.
반면, 또 다른 변형예에 따른 실리콘 캐소드 드릴링장치(100b)는 실리콘판(10)의 양측에 제1드릴링유닛(120)과 제2드릴링유닛(140)이 한 쌍씩 구비디어 홀(11)을 천공한다.
이에 의해 도 10에 도시된 바와 같이 양측 각 한 쌍씩의 제1드릴링유닛(120)과 제2드릴링유닛(140)이 좌우측을 구분하여 홀(11)을 천공할 수 있다. 이에 의해 좌측 제1드릴링유닛(120)이 P1, P2, P3의 경로로 이동하며 홀(11)을 천공할 때, 우측 제1드릴링유닛(120a)이 Q1, Q2, Q3의 경로로 이동하며 홀(11)을 천공할 수 있다.
따라서 실리콘판(10)의 면적이 크고 천공할 홀(11)의 개수가 많을 경우 보다 빠르게 작업을 완료할 수 있는 장점이 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 따른 실리콘 캐소드 드릴링장치는 제1드릴링유닛과 제2드릴링유닛이 실리콘판의 양측에서 시간차를 갖고 연속하게 이동하며 복수개의 홀을 순차적으로 드릴링한다.
즉, 제1드릴링유닛이 먼저 실리콘판의 제1드릴링포인트를 드릴링하고 제2드릴링포인트로 이동하면, 제2드릴링유닛이 제1드릴링포인트를 드릴링하여 홀을 천공하게 된다.
이에 의해 제1드릴링유닛과 제2드릴링유닛이 대기 시간 없이 연속적으로 홀을 가공하므로 종래 두 개의 드릴링유닛이 동일한 드릴링포인트를 드릴링하던 방식과 비교할 때 작업시간이 단축될 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 실리콘 캐소드 드릴링장치는 천공할 복수개이 홀의 패턴 사이의 이동거리에 따라 제1드릴링유닛과 제2드릴링유닛의 이송속도를 차등 제어하여 항상 동일 시간 간격으로 제1드릴링유닛과 제2드릴링유닛이 드릴링작업을 수행하게 제어한다.
또한, 제2드릴링유닛의 드릴팁 옆에 비젼검사부를 구비하여 제1드릴링유닛과 제2드릴링유닛에 의한 홀의 천공작업의 정확도를 바로바로 검사할 수 있는 장점이 있다.
이상 몇 가지의 실시예를 통해 본 발명의 기술적 사상을 살펴보았다.
본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기재사항으로부터 상기 살펴본 실시예를 다양하게 변형하거나 변경할 수 있음은 자명하다. 또한, 비록 명시적으로 도시되거나 설명되지 아니하였다 하여도 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기재사항으로부터 본 발명에 의한 기술적 사상을 포함하는 다양한 형태의 변형을 할 수 있음은 자명하며, 이는 여전히 본 발명의 권리범위에 속한다. 첨부하는 도면을 참조하여 설명된 상기의 실시예들은 본 발명을 설명하기 위한 목적으로 기술된 것이며 본 발명의 권리범위는 이러한 실시예에 국한되지 아니한다.
10 : 실리콘판 11 : 홀
11a : 제1홈 11b : 제2홈
100 : 실리콘 캐소드 드릴링장치 110 : 실리콘판고정부
120 : 제1드릴링유닛 121 ; 제1드릴팁
121a : 팁단부 121b : 첨단시작단
123 : 제1드릴팁고정부 125 : 제1드릴전후이송모터
125a : 제1전후이송스크류 127 : 제1드릴하우징
130 : 제1드릴링유닛이송부 131 : 제1상하이송부
131a : 제1상하이송케이싱 131b : 제1상하이송스크류
131c : 제1상하이송모터 131d : 제1스크류결합고리
131e : 제1가이드홈 133 : 제1좌우이송부
133a : 제1좌우이송블럭 133b : 제1좌우이송레일
133c : 제1좌우이송스크류 133d : 제1좌우이송모터
140 : 제2드릴링유닛 141 : 제2드릴팁
143 : 제2드릴팁고정부 150 : 제2드릴링유닛이송부
151 : 제2상하이송부 153 : 제2좌우이송부
160,160a : 비젼검사부 161 : 카메라
165 : 천공정확도판단부 170 : 제어부
171 : 드릴링패턴감지부 173 : 최단드릴경로산출부
175 : 이송거리산출부 177 : 이송속도산출부
180 : 베이스

Claims (5)

  1. 실리콘판에 복수개의 홀을 천공하는 실리콘 캐소드 드릴링장치에 있어서,
    상기 실리콘판을 수직하게 지지하는 실리콘판고정부(110)와;
    상기 실리콘판고정부(110)의 일측에 구비되어 복수개의 홀을 순차적으로 이동하며 상기 실리콘판이 관통되지 않는 일정깊이로 드릴링하여 제1홈을 형성하는 제1드릴링유닛(120)과;
    상기 실리콘판고정부(110)의 타측에 구비되어 상기 제1드릴링유닛(120)이 형성한 제1홈의 반대방향에서 드릴링하여 상기 제1홈을 관통하는 홀을 천공하는 제2드릴링유닛(140)과;
    상기 제1드릴링유닛(120)을 상하, 좌우 방향으로 이송시키는 제1드릴링유닛이송부(130)와;
    상기 제1드릴링유닛(120)과 시간차를 두고 동일 궤적으로 상기 제2드릴링유닛(140)을 상하, 좌우 방향으로 이송시키는 제2드릴링유닛이송부(150)와;
    상기 실리콘판에 천공될 복수개의 홀의 궤적에 맞게 상기 제1드릴링유닛(120)과 상기 제2드릴링유닛(140)의 최소 이송경로를 산출하고, 상기 제1드릴링유닛(120)이 상기 제1홈에 이웃하는 드릴링포인트로 이동하여 드릴링할 때 상기 제2드릴링유닛(140)이 상기 제1홈의 위치로 이동하여 상기 제1홈의 반대방향에서 드릴링하여 상기 제1홈을 관통하는 홀을 천공할 수 있도록 상기 제1드릴링유닛(120)과 상기 제2드릴링유닛(140), 상기 제1드릴링유닛이송부(130) 및 상기 제2드릴링유닛이송부(150)를 제어하는 제어부(170)를 포함하며,

    상기 최소 이송경로를 산출하기 위해 상기 제어부(170)는, 상기 실리콘판(10)의 복수개의 홀의 위치패턴을 감지하여 상기 제1드릴링유닛(120)과 제2드릴링유닛(140)의 최단이동경로를 산출하는 최단드릴경로산출부(173)를 포함하며,

    상기 제어부(170)는,
    현재 드릴링포인트와 차순위 드릴링포인트, 차차순위 드릴링포인트 사이의 이동거리를 산출하는 이송거리산출부(175)와;
    상기 제1드릴링유닛이 상기 차순위 드릴링포인트에서 차차순위 드릴링포인트로 이송될 때의 이송시간과 상기 제2드릴링유닛(140)이 현재 드릴링포인트에서 상기 차순위 드릴링포인트로 이송될 때의 이송시간이 동일해지도록 상기 제1드릴링유닛의 이송속도와 상기 제2드릴링유닛의 이송속도를 각각 산출하는 이송속도산출부(177)를 더 포함하며,

    상기 제1드릴링유닛(120)의 이동거리와 상기 제2드릴링유닛(140)의 이동거리가 상이할 경우에, 상기 이송속도산출부(177)는, 동일한 시간에 상기 제1드릴링유닛(120) 및 상기 제2드릴링유닛(140)이 다음 드릴링포인트로 이송될 수 있도록 상기 제1드릴링유닛(120) 및 상기 제2드릴링유닛(140)의 이송속도를 서로 다르게 산출하며,

    상기 제1드릴링유닛(120)의 제1드릴팁(121)의 팁단부(121a)에서 첨단시작단(121b)까지의 첨단길이(a)와 상기 제2드릴링유닛(140)의 제2드릴팁(141)의 팁단부(141a)에서 첨단시작단(141b)까지의 첨단길이(a')의 합은 상기 실리콘판의 두께 보다 작게 형성되는 것을 특징으로 하는 실리콘 캐소드 드릴링장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 실리콘판고정부(110)는 상기 실리콘판을 좌우방향으로 이동가능하게 지지하는 것을 특징으로 하는 실리콘 캐소드 드릴링장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1드릴링유닛(120)과 상기 제2드릴링유닛(140)은 상기 실리콘판의 양측에 복수개가 구비되는 것을 특징으로 하는 실리콘 캐소드 드릴링장치.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제2드릴링유닛(140)의 양측에 결합되어 상기 제2드릴링유닛(140)과 함께 이송되며 상기 제2드릴링유닛(140)에 의해 천공된 홀의 천공정확도를 검사하는 비젼검사부(160,160a)를 더 포함하며,
    상기 비젼검사부(160,160a)는,
    상기 천공된 홀(11)을 촬영하는 카메라(161)와;
    상기 카메라(161)에서 촬영된 이미지의 명암 중 밝은 부분의 직경을 홀의 직경 및 형상과 비교하여 홀의 천공정확도를 판단하는 천공정확도판단부(165)를 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘 캐소드 드릴링장치.
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