KR20000062773A - 레이저 인자방법 및 레이저 인자장치 - Google Patents

레이저 인자방법 및 레이저 인자장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 레이저 인자방법 및 레이저 인자장치에 관한 것으로, 레이저 인자장치는, 레이저 발진기(10)와, 레이저 발진기(10)로부터 출사된 레이저빛을 스캔하는 갈바노(galvano)거울(42, 44)과, 레이저 발진기(10)로부터 출사된 레이저빛을 피인자물인 MCC(32, 34)에 수렴시키는 fθ렌즈(40)로 구성되며, 레이저 발진기(10)는, 제 3 고주파 자외영역의 레이저빛을 출사하는 YLF레이저 발진기로서, 레이저 발진기(10)로부터 출사된 레이저빛을 이용하여 피인자물인 MCC(32, 34)에 레이저인자를 함으로써, 레이저인자에 있어서의 인자품질을 향상시킬 수 있는 기술이 제시된다.

Description

레이저 인자방법 및 레이저 인자장치{LASER PRINTING METHOD AND APPARATUS}
본 발명은, 레이저 인자방법 및 레이저 인자장치에 관한 것으로, 특히 유리질 등의 기재에 레이저빛을 이용하여 인자하는 데에 매우 적합한 레이저 인자방법 및 레이저 인자장치에 관한 것이다.
종래의 범용 컴퓨터 등에 이용하는 모듈에서는, 다층배선기판(MCL : Multi Layer Ceramics) 위에 LSI 등이 부착된 캐리어보드(MCC : MicroChip for Carrier)를 부착하도록 하고 있다. MCC 기판의 측면에는 통상 시리얼넘버 등의 번호 등을 인자하여 제품관리 등에 이용되고 있으며, 이러한 번호 등의 인자에는, 종래의 레이저 인자장치가 이용되고 있다. MCC 기판의 재료로는, 종래에는 무라이트/W 가 이용되었다. 또한, 무라이트/W의 기판에 인자하기 위한 종래의 레이저 인자장치에 있어서는, 레이저 발진기로서 YAG레이저가 이용되고 있다.
최근들어, 범용 컴퓨터에 이용하는 모듈은, LSI의 고집적화가 진행되 고, 그에 따라 MCC에도 높은 부품 정도(精度)가 요구되어지게 되었다. 여기서, 부품 정도로는, 예를들어 기판의 휘어짐이나 판두께의 불균일성, 피치 등을 들 수 있다. 이와 같은 부품 정도가 높은 기판재질로서, 본 발명자들은 종래의 무라이트/W 대신에 유리/Cu를 이용하는 것을 검토하고 있다. 유리/Cu를 이용함으로써, 부품 정도를 향상시킬 수 있다는 사실이 판명되었지만, 그 한편으로는, 종래의 레이저 인자장치에서는 유리/Cu와 같은 유리재에 대해 인자를 실시하게 되면 인자품질이 나빠진다는 문제가 있다는 것이 밝혀졌다. 구체적으로는, 기판의 측면에 하나의 문자가 폭 0.47mm이고 높이가 0.7mm인 미소사이즈의 문자를 인자하게 되면, 그 문자의 판별이 불가능하다는 것이었다.
본 발명의 목적은, 인자품질을 향상시킨 레이저 인자방법 및 레이저 인자장치를 제공하는 것에 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 레이저 발진기로부터 출사된 레이저빛을 이용하여, 피인자물에 레이저인자를 하는 레이저 인자방법에 있어서, 제 3 고주파의 자외영역의 레이저빛을 출사하는 고체 레이저 발진기로부터 출사된 레이저빛을 이용하여 피인자물에 레이저인자를 하도록 한 것이다.
또한, 본 발명은 레이저 발진기와, 이 레이저 발진기로부터 출사된 레이저빛을 스캔하는 스캐닝수단과, 상기 레이저 발진기로부터 출사된 레이저빛을 피인자물에 수렴시키는 수렴수단을 가지며, 상기 레이저 발진기로부터 출사된 레이저빛을 이용하여 피인자물에 레이저인자를 하는 레이저 인자장치에 있어서, 상기 레이저 발진기는 제 3 고주파의 자외영역의 레이저빛을 출사하는 고체 레이저 발진기로 한 것이다.
이와 같은 구성에 의하여, 유리계의 기판 등에 대해서도 깨끗하게 인자할 수 있어, 인자품질을 향상시킬 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 의한 레이저 인자장치의 전체구성을 나타내는 시스템구성도이다.
도 2는 본 발명의 한 실시예에 의한 레이저 인자장치를 이용하여 인자한 문자의 인자품질에 대한 설명도이다.
〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉
10 : 레이저 발진기 20 : 반거울
22, 24, 26 : 거울 30 : 위치결정 플레이트
32, 34 : MCC 40 : fθ렌즈
42, 44 : 갈바노(galvano)거울 46 : 스캐너드라이버
50 : 파워미터 52 : 검출기
56 : 빔 프로파일러 58 : 빔 익스팬더(expander)
60 : 호스트컴퓨터 70 : CCD
72 : 문자판독장치 74 : 모니터
80 : 워크트레이(work-tray) 탑재테이블 82 : 반송로봇
84 : 로봇 콘트롤러
이하, 도 1을 이용하여 본 발명의 한 실시예에 의한 레이저 인자장치의 구성에 대하여 설명하기로 한다.
도 1은, 본 발명의 한 실시예에 의한 레이저 인자장치의 전체구성을 나타내는 시스템구성도이다.
레이저 발진기(10)로부터 출사된 레이저빛은, 반거울(20), 거울(22, 24, 26)에 의하여 반사되어, 위치결정 플레이트(30)의 위에 위치결정되고, 고정된 피인자물인 MCC(32, 34)의 어느 하나에 조사된다. 레이저 발진기(10)로부터 MCC(32, 34)에 달하는 광로(光路) 상에는 fθ렌즈(40)가 배치되어 있어, 레이저 발진기(10)로부터 출사된 콜리메이터(collimator)된 광속(光束)을 초점위치에 결상시킨다. 여기서, fθ렌즈(40)의 초점위치에 MCC(32, 34)가 배치되어 있다.
또한, 거울(24)과 fθ렌즈(40) 사이의 광로 중에는 갈바노(galvano)거울(42, 44)이 배치되어 있으며, 예를들어, 갈바노거울(42)은 광로를 X축 방향으로 스캔하고, 갈바노거울(44)은 광로를 X축에 직교하는 Y축 방향으로 스캔한다. 갈바노거울(42, 44)에 의하여 MCC(32, 34) 상에 조사되는 레이저빔의 위치가 X, Y의 2축 방향으로 편향된다. 갈바노거울(42, 44)은 스캔드라이버(46)에 의하여 그 스캔방향이 제어된다.
거울(22)과 거울(24)의 사이의 광로 중에는 파워미터(50)의 검출기(52)가 착탈가능하게 되어 있으며, 검출기(52)를 광로 중에 삽입함으로써 파워미터(50)는 레이저 발진기(10)로부터 출사되는 레이저빛의 출력을 측정할 수 있다.
반거울(20)을 투과한 빛은, 빔 프로파일러(56)에 의하여 검출된다. 빔 프로파일러(56)는 레이저 발진기(10)로부터 출사된 레이저빛의 모드를 검출한다. 예를들어, 레이저 발진기(10)가 싱글모드와 멀티모드로 동작하는 경우에, 어느 쪽 모드의 빛을 출사하고 있는지를 검출한다.
또한, 레이저 발진기(10)의 출사구에는 빔 익스팬더(58)가 설치되어 있다. 빔 익스팬더(58)는 MCC(32, 34)에 조사되는 레이저빛의 빔지름을 변화시킬 수 있다.
호스트컴퓨터(60)는 스캐너드라이버(46)에 제어신호를 출력하고, 갈바노거울(42, 44)에 의한 X-Y방향의 스캔을 제어하고, MCC(32, 34) 상에 조사되는 레이저빛의 위치를 제어하여, MCC(32, 34)에 레이저인자를 한다. 호스트컴퓨터(60)는, 파워미터(50)에 의하여 검출된 레이저빛의 출력이 소정의 출력이 되도록 레이저 발진기(10)의 출력을 제어한다. 또한, 호스트컴퓨터(60)는 빔 프로파일러(56)에 의하여 검출된 레이저빛의 모드가 소정의 모드로 되도록 레이저 발진기(10)를 제어한다.
MCC(32, 34)에 인자된 문자는, CCD(70)에 의하여 촬상(撮像)되어 문자판독장치(72)에 의하여 판독된다. 판독한 결과는, 호스트컴퓨터(60)에 피이드백된다. 또한, 문자판독장치(72)는 모니터(74)를 구비하고 있어, CCD(70)에 의하여 촬상된 문자를 모니터(74)에 표시함으로써 오퍼레이터는 인자된 문자를 볼 수가 있다. 또한, 여기서 MCC(32, 34)에 인자되는 문자의 종류로는 숫자, 알파벳 등 외에도 도형이나 마크 등도 포함되어 있다.
워크트레이 탑재테이블(80) 상에는 복수의 트레이가 탑재되어 있다. 트레이 상에는 피인자물인 MCC가 탑재되어 있다. 반송로봇(82)은 워크트레이 탑재테이블(80) 상의 트레이에 탑재되어 있는 MCC를 흡착하여 위치결정 플레이트(30) 상으로 반송한다. 또한, 레이저인자 후의 인식이 종료된 MCC는, 반송로봇(82)에 의하여 워크트레이 탑재테이블(80) 상의 복수의 트레이로 되돌려진다. 반송로봇(82)은 로봇 콘트롤러(84)에 의하여 제어됨과 동시에, 로봇 콘트롤러(84) 자체는 호스트컴퓨터(60)에 의하여 제어된다. 여기서, 위치결정 플레이트(30)에는 2장의 MCC(32, 34)를 재치할 수 있기 때문에, 한쪽 MCC의 레이저인자 후의 인식이 종료되면 반송로봇(82)에 의하여 워크트레이 탑재테이블(80)로 반송됨과 동시에, 그 반송작업 중에 또다른 MCC의 레이저인자를 할 수 있기 때문에, 레이저인자작업의 쓰르우풋을 향상시킬 수 있다.
여기서, 본 실시예에 있어서 특징적인 것은, 레이저 발진기(10)로서 YLF레이저를 이용하고, 출력되는 레이저빛으로는 YLF레이저의 제 3 고주파를 이용한다는 점이다. YLF레이저의 제 3 고주파의 레이저빛의 파장은 351nm의 지외영역이다.
종래의 레이저 인자장치에서는, 레이저 발진기로서 YAG레이저의 제 2 고주파(파장 : 532nm)의 가시영역의 레이저빛을 이용하였다. YAG레이저의 제 2 고주파를 이용하여 유리/Cu의 유리계 기판에 미소사이즈의 문자를 레이저인자하면, 문자의 선의 폭이 넓어지고 문자의 형태를 제대로 갖추지 못해 문자의 판별이 불가능하였다.
본 실시예에서는, 자외영역의 레이저빛을 출사하는 YLF레이저의 제 3 고주파 레이저 발진기를 이용함으로써, 유리/Cu의 유리계 기판에 미소사이즈의 문자를 레이저인자하여도, 문자가 판별가능하며, 인자품질을 향상시킬 수 있다.
여기서, 도 2를 이용하여 본 실시예에 의한 인자품질에 대하여 설명하기로 한다.
도 2에 있어서, 도 2(A)는, 종래의 YAG레이저의 제 2 고주파(파장 : 532nm)인 가시영역의 레이저빛을 이용하여 유리/Cu 기판에 인자한 예를 나타내고 있으며, 도 2(B)는, 본 실시예에 의한 YLF레이저의 제 3 고주파(파장 : 351nm)인 자외영역의 레이저빛을 이용하여 유리/Cu 기판에 인자한 예를 나타내고 있다. 또한, 인자하고자 했던 문자는 「+123」인데, 종래의 방식에서는 문자의 형태를 이루지 못하여 판독이 불가능한 것에 반해, 본 실시예에 있어서는 판독이 가능하며 인자품질이 향상되어 있다.
자외영역의 레이저빛을 출사시키는 레이저 발진기로는, YLF레이저의 제 3 고주파를 이용함으로써, 레이저 발진기의 출력안정성이 높음과 동시에 레이저 발진기를 저렴하게 구성할 수가 있다.
자외영역의 레이저빛을 출사시키는 레이저 발진기로는, YLF레이저의 제 3 고주파 이외에, 예를들어, YAG레이저의 제 3 고주파(파장 : 355nm)를 이용하여도 유리/Cu의 유리계 기판에 대한 레이저인자의 품질이 향상되는 것이 확인되었다. YAG레이저의 제 3 고주파는, YLF레이저의 제 3 고주파에 비하면 레이저발진기의 출력이 약간 불안정한 면은 있지만, 실용적인 면에서는 문제가 없으며, 레이저 발진기를 저렴하게 구성할 수 있다.
또한, 자외영역의 레이저빛을 출사시키는 YLF레이저의 제 3 고주파 레이저 발진기를 이용하여, 출력되는 펄스상의 레이저빛의 펄스폭을 바꾸어 레이저인자의 품질에 대하여 검토한 결과, 펄스폭이 90nsec 이하인 짧은 펄스폭인 영역에서 레이저인자의 품질이 더욱 향상된다는 사실이 밝혀졌다. 이 펄스폭 보다도 펄스폭이 넓은 레이저빛을 이용하면, MCC 상에서 레이저빛은 열영향이 큰 가공에 의해 인자하게 되어, 90nsec 이하의 펄스폭의 레이저빛을 이용하는 경우에 비하면 인자품질이 저하된다. 펄스폭이 90nsec 이하인 레이저빛에 의한 레이저인자는, 열영향이 적은 가공으로 되기 때문에 인자품질이 향상된다. 이 때에 필요한 1펄스의 에너지밀도는 10J/㎠ 이상이다.
또한, 자외영역의 레이저빛을 출사하는 YLF레이저의 제 3 고주파 레이저 발진기를 이용하여, 출력되는 펄스상의 레이저빛의 출력을 바꾸어 레이저인자의 품질에 대하여 검토한 결과, 출력이 1mJ/pulse 이하인 저출력의 영역에서 레이저인자의 품질이 더욱 향상한다는 사실이 밝혀졌다. 이 출력보다도 큰 출력인 레이저빛을 이용하면, MCC 상에서 레이저빛은 열가공에 의하여 인자하게 되어, 1mJ/pulse 이하의 펄스폭의 레이저빛을 이용하는 경우에 비하면 인자품질이 저하된다. 출력이 1mJ/pulse 이하인 레이저빛에 의한 레이저인자는, 열영향이 적은 가공으로 되기 때문에 인자품질이 향상된다. 이 때에 필요한 1펄스의 에너지밀도는 10J/㎠ 이상이다.
또한, 자외영역의 레이저빛을 출사하는 YLF레이저의 제 3 고주파 레이저 발진기를 이용하여, 동일한 영역에 조사되는 레이저펄스의 회수(중복조사회수)를 바꾸어 레이저인자의 품질에 대하여 검토한 결과, 중복조사회수가 16∼32 쇼트인 범위에서 레이저인자의 품질이 더욱 향상한다는 사실이 밝혀졌다. 이 중복조사회수보다도 적으면 레이저인자된 문자의 홈 깊이가 얕아져서 문자의 품질이 떨어지며, 이 중복조사회수 보다도 많게되면 인자품질이 저하된다.
여기서, 중복조사회수(쇼트=shot)는 다음 식에 의하여 구할 수 있다.
shot = (f·D) / v
여기서, f는 레이저 발진기의 발진주파수이며, D는 레이저빛의 초점지름이며, v는 스캔속도이다.
또한, 이상의 설명에서는 유리/Cu의 유리계 기판에 자외영역의 레이저빛을 출사하는 YLF레이저의 제 3 고주파 레이저 발진기를 이용하여 레이저인자하는 것이었는데, 무라이트/W의 기판에 대해서도 자외영역의 레이저빛을 출사하는 YLF레이저의 제 3 고주파 레이저 발진기를 이용하여 레이저인자하여도 인자품질이 향상되었다. 또한, 인자품질을 향상시키는 조건으로는, 펄스폭이 90ns 이하인 짧은 펄스폭의 영역이 적합하며, 또한, 출력이 1mJ/pulse 이하인 저출력 영역이 적합하고, 또한, 중복조사회수가 8∼16 쇼트인 범위가 적합하였다.
또한, 이상의 설명에서는 유리/Cu나 무라이트/W의 세라믹 기판에 자외영역의 레이저빛을 출사하는 YLF레이저의 제 3 고주파 레이저 발진기를 이용하여 레이저인자하는 것이었는데, 실리콘기판에 대해서도 자외영역의 레이저빛을 출사하는 YLF레이저의 제 3 고주파 레이저 발진기를 이용하여 레이저인자하여도 인자품질이 향상하는 것이다. 또한, 인자품질을 향상시키는 조건으로는, 펄스폭이 90nsec 이하인 짧은 펄스폭의 영역이 적합하며, 또한 출력이 1mJ/pulse 이하인 저출력의 영역이 적합하고, 또한, 중복조사회수가 3∼10 쇼트의 범위가 적합하였다. 이 때의 피가공물 상의 1펄스의 에너지밀도는 10J/㎠이상이다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시예에 의하면 레이저인자에 있어서의 인자품질을 향상시킬 수 있다.
본 발명에 의하면, 레이저인자에 있어서의 인자품질을 향상시킬 수 있다.

Claims (13)

  1. 레이저 발진기로부터 출사된 레이저빛을 이용하여, 피인자물에 레이저인자하는 레이저 인자방법에 있어서,
    제 3 고주파의 자외영역의 레이저빛을 출사하는 고체 레이저 발진기로부터 출사된 레이저빛을 이용하여, 피인자물에 레이저인자하는 것을 특징으로 하는 레이저 인자방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 레이저 발진기로부터 출사되는 펄스레이저빛의 펄스폭이 90nsec 이하인 것을 특징으로 하는 레이저 인자방법.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 레이저 발진기로부터 출사되는 펄스레이저빛의 에너지가 1mJ/pulse 이하인 것을 특징으로 하는 레이저 인자방법.
  4. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 피인자물은 유리/Cu 기판이며,
    상기 레이저 발진기로부터 출사되는 펄스레이저빛에 의하여 상기 피인자물을 중복조사하는 쇼트수를 16∼32 쇼트로 한 것을 특징으로 하는 레이저 인자방법.
  5. 청구항 3에 있어서,
    상기 피인자물은 유리/Cu 기판이며,
    상기 레이저 발진기로부터 출사되는 펄스레이저빛에 의하여 상기 피인자물을 중복조사하는 쇼트수를 16∼32 쇼트로 한 것을 특징으로 하는 레이저 인자방법.
  6. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 피인자물은 무라이트/W 기판이며,
    상기 레이저 발진기로부터 출사되는 펄스레이저빛에 의하여 상기 피인자물을 중복조사하는 쇼트수를 8∼16 쇼트로 한 것을 특징으로 하는 레이저 인자방법.
  7. 청구항 3에 있어서,
    상기 피인자물은 무라이트/W 기판이며,
    상기 레이저 발진기로부터 출사되는 펄스레이저빛에 의하여 상기 피인자물을 중복조사하는 쇼트수를 8∼16 쇼트로 한 것을 특징으로 하는 레이저 인자방법.
  8. 레이저 발진기로부터 출사된 레이저빛을 이용하여 피인자물에 레이저인자하는 레이저 인자방법에 있어서,
    제 3 고주파 자외영역의 레이저빛을 출사하는 YLF레이저 발진기로부터 출사된 레이저빛을 이용하여 피인자물에 레이저인자하는 것을 특징으로 하는 레이저 인자방법.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 YLF레이저 발진기로부터 출사되는 펄스레이저빛의 펄스폭을 90nsec 이하와, 상기 YLF레이저 발진기로부터 출사되는 펄스레이저빛의 에너지를 1mJ/pulse 이하로 하여, 상기 YLF레이저 발진기로부터 출사되는 펄스레이저빛에 의하여 상기 피인자물에 중복조사하는 것을 특징으로 하는 레이저 인자방법.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 레이저 발진기를 이용한 인자는, 피인자물 표면상의 레이저 펄스에너지 밀도를 적어도 10J/㎠ 이상으로 한 것을 특징으로 하는 레이저 인자방법.
  11. 레이저 발진기와,
    이 레이저 발진기로부터 출사된 레이저빛을 스캔하는 스캐닝수단과,
    상기 레이저 발진기로부터 출사된 레이저빛을 피인자물에 수렴시키는 수렴수단을 가지며,
    상기 레이저 발진기로부터 출사된 레이저빛을 이용하여 피인자물에 레이저인자하는 레이저 인자장치에 있어서,
    상기 레이저 발진기는, 제 3 고주파 자외영역의 레이저빛을 출사하는 고체 레이저 발진기인 것을 특징으로 하는 레이저 인자장치.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 레이저 발진기는, 펄스폭이 90nsec 이하인 펄스레이저빛을 출사하는 것을 특징으로 하는 레이저 인자장치.
  13. 청구항 11 또는 청구항 12에 있어서,
    상기 레이저 발진기는, 에너지가 1mJ/pulse 이하인 펄스레이저빛을 출사하는 것을 특징으로 하는 레이저 인자장치.
KR1020000011361A 1999-03-11 2000-03-07 레이저 인자방법 및 레이저 인자장치 KR100352747B1 (ko)

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