KR20040045404A - 전기 회로 기판의 가공을 위한 레이저 머신상의 광학시스템을 교정하기 위한 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전기 회로 기판의 가공을 위한 레이저 머신상의 광학 시스템을 교정하기 위한 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 레이저원(1)의 레이저빔(2)이 편향 유닛(4) 및 이미징 유닛(5)에 의해서 가공면의 목표 지점을 지향하고, 상기 가공면 상의 표시 위치가 카메라(6)에 의해 기록되고 측정된다. 상기 방법에서 미리 주어진 가공면을 갖는 제 1 샘플 플레이트를 제 1 교정 평면으로서의 이미징 유닛의 초점면(Z1) 내에 배치시키고 나서, 상기 샘플 플레이트 상에 있는 미리 정해진 목표 지점에서 가공면을 커버하는 그리드 내에 레이저빔(2)을 지향하고 표시를 하고, 상기 제 1 샘플 플레이트의 표시의 위치를 카메라(6)를 이용하여 측정하고 미리 정해진 목표 지점의 위치와 비교하여, 그 편차로부터 나온 각각의 제 1 보정값을 제 1 보정 테이블(KT1)에 저장시키며, 미리 주어진 가공면을 갖는 제 2 샘플 플레이트를 제 2 교정 평면(Z2) 내에서 초점면(Z1)으로부터 미리 정해진 거리를 두고 평행하게 배치시키고, 그 뒤에 제 1 샘플 플레이트의 경우와 동일한 그리드 내에 있는 상기 제 2 샘플 플레이트 상의 목표 지점에 레이저빔(2)을 지향하고 표시를 하고, 상기 제 2 샘플 플레이트의 표시 위치를 마찬가지로 측정하고 미리 주어진 목표 지점의 위치와 비교하여, 그 편차로부터 나온 각각의 제 2 보정값을 제 2 보정 테이블(KT2)에 저장시키며, 상기 제 1 보정 테이블 및 제 2 보정 테이블(KT1, KT2)로부터 나온 보정값들을 제어 유닛(9)으로 공급하고, 상기 제어 유닛(9)이 필요에 따라 초점면(Z1)과 제 2 교정 평면(Z2) 사이에 임의로 놓인 각각의 가공면(Z3) 내에 있는 각각의 목표 지점에 대해서 제 1 보정값과 제 2 보정값들로부터 내삽법에 의해서 각각 실제 보정값들을 결정하고 상기 보정값들을 편향 유닛(4)의 작동을 위해 이용한다.

Description

전기 회로 기판의 가공을 위한 레이저 머신상의 광학 시스템을 교정하기 위한 방법{METHOD FOR THE CALIBRATION OF THE OPTICAL SYSTEM ON A LASER MACHINE FOR MACHINING ELECTRICAL CIRCUIT SUBSTRATES}

본 발명은 전기 회로 기판의 가공을 위한 레이저 머신상의 광학 시스템을 교정하기 위한 방법에 관한 것이며, 상기 방법에서는 레이저원의 레이저빔이 편향 유닛 및 이미징 유닛에 의해서 가공면의 목표 지점을 지향하며, 이러한 가공면 상의 표시 위치는 카메라에 의해 기록되고 측정된다.

전기 회로 기판, 예컨대 인쇄 회로 기판을 가공하는데 있어서, 매우 미세한 구조물을 빠른 속도로 가공해야만 할 때 레이저를 사용하는 경우가 점점 증가하는 추세다. 여기서는 인쇄 회로 기판의 상이한 층들 간의 접속을 위한 쓰루홀 또는 블라인드 홀의 드릴링, 도전층 또는 비도전층의 구조화, 솔더 레지스트(solder resist)의 구조화 또는 에치 레지스트 층의 구조화가 중요하다. 이 경우에 예를 들어 블라인드 홀은 여러 단계로 드릴링되는데, 이때 실제의 가공면은 상이한 에너지 밀도가 작용하도록 하기 위해서 광학 시스템의 초점면에 대해 서로 다른 높이에 놓여있을 수 있다.

레이저빔이 가공면의 소량의 부분에만 편향되더라도 우수한 위치 정확도가 달성될 수 있다. 이 경우에는 레이저빔의 초점을 맞추기 위해 필요한 텔레센트릭렌즈(telescentric lens)의 중심 부분 만이 사용된다. F-Theta 렌즈의 광축 주변에는 언제나 텔레센트릭 광학 시스템이 잘 구비되어 있기 때문에 드릴링 또는 구조화가 초점면 바깥쪽에서 실행되어도 문제되지 않는다.

그러나 작업속도 및 레이저빔 효율을 증가시키기 위해서는 더 넓은 가공 영역이 커버되는 것이 바람직하다. 따라서 그럴 경우에는 텔레센트릭 렌즈의 에지 영역도 사용되어야만 한다. 그러나 텔레센트릭 렌즈들은 에지 영역으로 가면서 점점 더 많은 각도 오차를 가지기 때문에 빔이 광축으로부터 멀리 떨어질수록 위치 오차는 더 증가한다.

미리 정해진 정확한 표시를 갖는 매핑 플레이트(mapping plate)를 카메라에 의해 측정하고, 이로부터 보정값을 도출하고, 상기 보정값을 편향 시스템의 작동시 고려함으로써 확실한 개선이 이루어질 수 있다. 그러나 이러한 보정값은 가공면이 초점면 바깥쪽으로 놓일수록 정확한 위치 배열을 하기에 더 부적합해지는 것으로 판명되었다.

본 발명의 목적은 도입부에 언급한 방식의 전기 회로 기판의 가공을 위한 레이저 머신상의 광학 시스템을 교정하기 위한 방법을 제공하는 것이며, 상기 방법에 의해 레이저를 이용하여 최대한 넓은 영역을 가공할 수 있을 뿐만 아니라 전체 가공 영역에서 초점면에 대해 서로 다른 작업 높이에 레이저빔을 최대한 정확하게 지향할 수 있다.

상기 방법은 본 발명에 따라 다음과 같은 단계들, 즉

- 미리 주어진 가공면을 갖는 제 1 샘플 플레이트를 제 1 교정 평면으로서의이미징 유닛의 초점면 내에 배치시키고 나서, 가공면을 커버하는 그리드(grid) 내에 있는 상기 샘플 플레이트 상의 미리 주어진 목표 지점에 레이저빔을 지향하고 표시를 하는 단계,

- 상기 제 1 샘플 플레이트 상의 표시의 위치를 카메라를 이용하여 측정하고 미리 주어진 목표 지점의 위치와 비교하여, 그 편차로부터 나온 각각의 제 1 보정값을 제 1 보정 테이블에 저장시키는 단계,

- 미리 주어진 가공면을 갖는 제 2 샘플 플레이트를 제 2 교정 평면 내에서 초점면으로부터 미리 정해진 거리를 두고 평행하게 배치시키고, 그 뒤에 제 1 샘플 플레이트의 경우와 동일한 그리드 내에 있는 상기 제 2 샘플 플레이트 상의 목표 지점에 레이저빔을 지향하고 표시를 하는 단계,

- 상기 제 2 샘플 플레이트 상의 표시 위치를 마찬가지로 측정하고 미리 주어진 목표 지점의 위치와 비교하여, 그 편차로부터 나온 각각의 제 2 보정값을 제 2 보정 테이블에 저장시키는 단계, 및

- 상기 제 1 보정 테이블 및 제 2 보정 테이블로부터 나온 보정값들을 제어 유닛으로 공급하고, 상기 제어 유닛이 필요에 따라 초점면과 제 2 교정 평면 사이에 임의로 놓인 각각의 가공면 내에 있는 각각의 목표 지점에 대해서 제 1 보정값과 제 2 보정값으로부터 내삽법(interpolation)에 의해서 각각 실제 보정값들을 결정하고 상기 보정값들을 편향 유닛의 작동을 위해 이용하는 단계를 포함한다.

본 발명에 따른 방법에서는 적어도 두 개의 상이한 평면, 즉 가공면을 위한 두 개의 최극단 위치에서 교정이 실행된다. 이 경우에 양 평면에서실타래형(pincushion)/원통형(barrel) 왜곡 및 텔레센트릭 렌즈의 각도 오차가 측정되고 이는 3차원의 보정 테이블로 변환된다. 이러한 방식으로 교정을 위해 측정되는 두 개의 평면에서 보정값의 수평 내삽이 가능할 뿐만 아니라 그 사이에 놓인 임의의 가공 높이에서도 내삽법이 실행될 수 있다. 그 결과 초점면 바깥쪽에도 예컨대 50mm ×50mm의 큰 기록 영역이 사용될 수 있는데, 이때 속도에 있어서의 이점은 가공시에 일정하게 유지되는 정확도와 결부된다.

레이저 드릴링 머신의 한 바람직한 실시예에서는 카메라의 빔이 레이저빔과 동일한 광학적 경로를 갖는다. 이 경우에 카메라 이미지용 광원이 레이저빔과는 다른 파장을 가짐으로써 또 다른 광학적 에러가 발생될 수 있다. 본 발명의 한 개선예에서는, 제 1 샘플 플레이트를 조사(照射)하기 전에 미리 정해진 목표 지점에 상응하는 매우 정확하게 표시된 그리드 지점을 갖는 매핑 플레이트가 초점면 내에 배치되고, 그 뒤에 상기 그리드 지점의 위치를 카메라를 이용하여 측정하며, 측정된 위치와 그리드 지점의 미리 정해진 위치 간의 편차가 카메라 보정 테이블에 저장되어서, 편향 유닛의 작동을 위한 보정값의 결정시에 이용된다.

또한 가공면이 초점면의 한 측면 뿐만 아니라 다른 측면으로도 이동될 수 있는 특수한 경우도 있다. 이러한 경우에는 다음과 같은 추가 단계, 즉

- 미리 주어진 가공면을 갖는 제 3 샘플 플레이트를 초점면에 평행한 제 3 교정 평면 내에서 초점면으로부터 미리 정해진 거리를 두고 배치시키는데, 이때 제 2 교정 평면은 상기 초점면의 맞은편에 놓이게 되는 단계,

- 그 뒤에 제 1 샘플 플레이트 및 제 2 샘플 플레이트의 경우와 동일한 그리드 내에 있는 상기 제 3 샘플 플레이트 상의 목표 지점에 레이저빔을 지향하고 표시를 하는 단계,

- 상기 제 3 샘플 플레이트의 표시 위치를 카메라를 이용하여 측정하고 상기 위치를 미리 주어진 목표 지점의 위치와 비교하여, 그 편차로부터 얻어진 각각의 제 3 보정값을 제 3 보정 테이블에 저장하는 단계, 및

- 상기 제 1 보정 테이블 및 제 3 보정 테이블로부터 나온 보정값들을 제어 유닛으로 공급하고, 상기 제어 유닛이 필요에 따라 초점면과 제 3 교정 평면 사이에 임의로 놓인 각각의 가공면 내에 있는 각각의 목표 지점에 대해서 제 1 보정값과 제 3 보정값의 내삽법(interpolation)에 의해서 보정값들을 결정하고 상기 보정값들을 편향 유닛의 작동을 위해 이용하는 단계를 포함하는 개선예가 제공된다.

한 개선예에서는, 필요에 따라서는 교정을 위해 사용된 제 2 교정 평면 및 경우에 따라서는 제 3 교정 평면의 영역을 넘어설 정도로 가공면이 사용될 수도 있으며, 그 뒤에 초점면 및 제 2 교정 평면 및/또는 제 3 교정 평면에 의해 주어지는 영역 바깥에 있는 목표 지점에서 외삽법(extrapolation)에 의해 보정값들을 결정하기 위해서 제 1 보정 테이블 및 제 2 보정 테이블 및/또는 제 3 보정 테이블로부터 나온 보정값들이 사용된다.

첨부된 도면을 참고로 본 발명의 실시예를 살펴보면 다음과 같다.

도면은 레이저 가공 장치의 블록선도를 포함하는, 상이한 교정 평면의 개략도이다.

도면은 레이저 가공 장치의 주요 부분들을 블록선도로 나타낸 것이다. 중심부분은 레이저원이고, 상기 레이저원의 레이저빔(2)이 다이크로익 미러(dichroic mirror)(3)에 의해 편향되고 갈바노미터 미러(galvanometer mirror)-편향 유닛(4)으로 공급된다. 상기 갈바노미터 미러는 서로 직각인 축을 중심으로 이동되는 두 개의 미러를 가지며, 상기 두 개의 미러를 이용하여 빔이 가공 영역의 각 지점을 지향할 수 있다. 포커싱(focusing)을 위해서, 편향 시스템(4)과 실제 가공 영역 사이에 텔레센트릭 렌즈(5)가 연결되며, 상기 텔레센트릭 렌즈는 빔의 초점을 원하는 영역에 맞춘다. 본 실시예에서 초점면은 Z1으로 표기된다. 이상적으로는 상기 초점면이 측면 길이(L)를 갖는 영역을 커버할 수도 있다. 그러나 렌즈(5)는 에지 영역으로 가면서 점점 더 많은 편향 오차를 가지며 편향 시스템(4) 또한 이러한 편향 오차의 영향을 받기 때문에, 실제적으로 레이저빔이 미치는 영역은 실타래형 또는 원통형으로 왜곡된다. 그러므로 편향 오차(f1 및 f2)는 예컨대 측면 길이(L)를 넘어서서 초점면(Z1) 내의 가공 영역의 에지 영역에서 나타나지만, 더 큰 편향 오차(f3 및 f4)는 초점면으로부터 떨어져 놓인 가공면(Z2) 내의 가공면의 에지 영역에서 나타난다. 이러한 편차는 통상적으로 대칭적이지 않고 모든 측면에서 상이한 크기를 갖는다.

가공면이 카메라(6)에 의해 측정되는데, 상기 카메라(6)는 레이저빔의 광학적 경로, 즉 렌즈(5) 및 편향 유닛(4) 및 다이크로익 미러(3)에 걸쳐서 레이저빔을 수신한다. 이러한 빔(7)은 또 다른 미러(8)에 의해서 카메라 내부를 지향한다. 레이저원(1) 및 편향 유닛(4)을 제어하기 위해서는 통상적으로 컴퓨터(1) 부품인 제어 유닛(9)을 사용한다. 또한 카메라 및 가공면 이동을 위해 사용되는 로봇(12)을 제어하는 PLC(Programmable Logic Controller)(11)가 제공된다.

시스템 교정을 위해서는 우선 초점면(Z1) 위에 샘플 플레이트가 배치되는데, 상기 샘플 플레이트 상에 전체 가공면을 커버하며 매우 정확하게 배열된 표시 지점의 그리드가 기록된다. 이러한 그리드 지점은 예컨대 800nm의 파장을 갖는 발광 다이오드를 포함하는 조명기구(도시되지 않음)에 의해 조명되고 카메라에 의해 측정된다. 개별 표시 지점에서 획득된 좌표가 공지된 위치값과 비교된다; 그 편차가 카메라 보정 테이블(KTK), 바람직하게는 컴퓨터(10)의 메모리(13) 내에 저장된다.

레이저빔의 편향을 위한 실제의 제 1 교정 단계에서는 이제 제 1 샘플 플레이트가 초점면(Z1) 내에 배치된다. 이는 예컨대 백색 코팅을 갖는 유리판이다. 이러한 제 1 샘플 플레이트상에서 미리 주어진 가공 영역의 모든 그리드 지점에 목표 지점으로서 레이저빔을 지향하고 표시를 하는데, 이때 레이저빔이 십자표시를 태운다. 그 뒤에 이러한 표시는 카메라(6)에 의해 스캔(scan)되고 측정되며, 측정된 좌표는 개별 그리드 지점의 목표 좌표와 비교된다. 그 편차가 보정값의 형태로 메모리(13) 내의 제 1 보정 테이블(KT1)에 입력된다.

또 다른 교정 단계에서는 이제 비어있는 제 2 샘플 플레이트가 제 2 가공면(Z2) 내에 배치되는데, 상기 가공면(Z2)은 초점면(Z1)으로부터 미리 정해진 값 만큼 떨어져 있다. 이전의 교정 단계에서와 같이 이 경우에도 가공 영역의 개별 그리드 지점에 레이저빔을 지향하고 표시의 형태로 연소된다. 그 뒤에 모든 표시가 카메라(6)에 의해 다시 스캔되고 측정된다; 목표 지점의 위치 데이터와의 편차가 제 2 보정값으로서 메모리(13) 내의 제 2 보정 테이블(KT2) 내에 입력된다.

이렇게 획득되고 저장된 보정값에 의해서 초점면(Z1)과 제 2 교정 평면(Z2) 사이에 있는 임의의 평면(Zi)상의 개별 목표 지점에 있어서 보정값이 두 개의 보정 테이블(KT1 및 KT2)로부터 내삽법에 의해 도출될 수 있다. 따라서 홀은 예컨대 ±5㎛의 정확도를 가지고 배치될 수 있다.

Claims (4)

1. 전기 회로 기판의 가공을 위한 레이저 머신상의 광학 시스템을 교정하기 위한 방법으로서, 레이저원(1)의 레이저빔(2)이 편향 유닛(4) 및 이미징 유닛(5)에 의해서 가공면의 목표 지점을 지향하고, 상기 가공면 상의 표시 위치가 카메라(6)에 의해 기록되고 측정되며, 상기 방법은 하기의 단계:

   - 미리 주어진 가공면을 갖는 제 1 샘플 플레이트를 제 1 교정 평면 내 이미징 유닛의 초점면(Z1) 내에 배치시키고,

   - 그리고 나서 가공면을 커버하는 그리드 내에 있는 상기 샘플 플레이트 상의\ 미리 주어진 목표 지점에 레이저빔(2)을 지향하고 표시를 하는 단계,

   - 상기 제 1 샘플 플레이트 상의 표시의 위치를 카메라(6)를 이용하여 측정하고 미리 주어진 목표 지점의 위치와 비교하여, 그 편차로부터 나온 각각의 제 1 보정값을 제 1 보정 테이블(KT1)에 저장시키는 단계,

   - 미리 주어진 가공면을 갖는 제 2 샘플 플레이트를 제 2 교정 평면(Z2) 내에서 초점면(Z1)으로부터 미리 정해진 거리를 두고 평행하게 배치시키고, 그 뒤에 제 1 샘플 플레이트의 경우와 동일한 그리드 내에 있는 상기 제 2 샘플 플레이트 상의 목표 지점에 레이저빔(2)을 지향하고 표시를 하는 단계,

   - 상기 제 2 샘플 플레이트 상의 표시 위치를 마찬가지로 측정하고 미리 주어진 목표 지점의 위치와 비교하여, 그 편차로부터 나온 각각의 제 2 보정값을 제 2 보정 테이블(KT2)에 저장시키는 단계, 및

   - 상기 제 1 보정 테이블 및 제 2 보정 테이블(KT1, KT2)로부터 나온 보정값들을 제어 유닛(9)으로 공급하고, 상기 제어 유닛(9)이 필요에 따라 초점면(Z1)과 제 2 교정 평면(Z2) 사이에 임의로 놓인 각각의 가공면(Z3) 내에 있는 각각의 목표 지점에 대해서 제 1 보정값과 제 2 보정값으로부터 내삽법에 의해서 각각 실제 보정값들을 결정하고 상기 보정값들을 편향 유닛(4)의 작동을 위해 이용가능하게 하는 단계를 포함하는,

   전기 회로 기판의 가공을 위한 레이저 머신상의 광학 시스템을 교정하기 위한 방법.
2. 제 1항에 있어서,

   카메라(6)의 빔이 레이저빔(2)과 동일한 광학적 경로를 가지며, 하기의 추가 단계:

   제 1 샘플 플레이트를 조사하기 전에 미리 정해진 목표 지점에 상응하는 매우 정확하게 표시된 그리드 지점을 갖는 매핑 플레이트를 초점면(Z1) 내에 배치시키고, 그 뒤에 상기 그리드 지점의 위치를 카메라(6)를 이용하여 측정하며, 측정된 위치와 그리드 지점의 미리 정해진 위치 간의 편차를 카메라 보정 테이블에 저장시켜서, 편향 유닛의 작동을 위한 보정값의 결정시에 이용하는 단계를 포함하는,

   전기 회로 기판의 가공을 위한 레이저 머신상의 광학 시스템을 교정하기 위한 방법.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 하기의 추가 단계:

   - 미리 주어진 가공면을 갖는 제 3 샘플 플레이트를 초점면(Z1)에 평행한 제 3 교정 평면 내에서 초점면(Z1)으로부터 미리 정해진 거리를 두고 배치시키는데, 이때 제 2 교정 평면(Z2)은 상기 초점면(Z1)의 맞은편에 놓이게 되는 단계,

   - 그 뒤에 제 1 샘플 플레이트 및 제 2 샘플 플레이트의 경우와 동일한 그리드 내에 있는 상기 제 3 샘플 플레이트 상의 목표 지점에 레이저빔을 지향하고 표시를 하는 단계,

   - 상기 제 3 샘플 플레이트의 표시 위치를 카메라를 이용하여 측정하고 상기 위치를 미리 주어진 목표 지점의 위치와 비교하여, 그 편차로부터 얻어진 각각의 제 3 보정값을 제 3 보정 테이블에 저장하는 단계, 및

   - 상기 제 1 보정 테이블 및 제 3 보정 테이블로부터 나온 보정값들을 제어 유닛(9)으로 공급하고, 상기 제어 유닛(9)이 필요에 따라 초점면과 제 3 교정 평면 사이에 임의로 놓인 각각의 가공면 내에 있는 각각의 목표 지점에 대해서 제 1 보정값과 제 3 보정값의 내삽법에 의해서 보정값들을 결정하고 상기 보정값들을 편향 유닛(4)의 작동을 위해 이용가능하게 하는 단계를 포함하는,

   전기 회로 기판의 가공을 위한 레이저 머신상의 광학 시스템을 교정하기 위한 방법.
4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,

   하기의 추가 단계:

   - 초점면 및 제 2 교정 평면 및 제 2 교정 평면 및/또는 제 3 교정 평면에 의해 주어지는 영역의 외부에 놓인 목표 지점에 대하여 외삽법에 의해서 보정값들을 결정하기 위해서 상기 제 1 보정 테이블 및 제 2 보정 테이블 및/또는 제 3 보정 테이블의 보정값들이 사용되는 단계를 포함하는,

   전기 회로 기판의 가공을 위한 레이저 머신상의 광학 시스템을 교정하기 위한 방법.