KR20060032804A - 레이저 드릴링 시스템의 보정방법 - Google Patents

레이저 드릴링 시스템의 보정방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 레이저 드릴링 시스템의 보정방법에 관하여 개시한다. 개시된 레이저 드릴링 시스템의 보정방법은, 레이저 드릴링 시스템의 보정방법은, 마스터 헤드와 슬레이브 헤드를 구비한 레이저 드릴링 시스템의 보정방법에 있어서, 상기 마스터 헤드 및 슬레이브 헤드 하방으로 교정용 플레이트를 이동하는 단계와, 상기 플레이트를 상기 마스터 헤드로 소정의 어레이 점들을 레이저 가공하는 단계와, 상기 마스터 헤드로부터의 상기 슬레이브 헤드의 제1간격이, 가공대상 기판을 가공시의 상기 마스터 헤드로부터의 상기 슬레이브 헤드의 제2간격과 다른 경우, 상기 슬레이브 헤드를 직선이동시켜서 상기 마스터 헤드로부터의 상기 슬레이브 헤드의 간격을 상기 제2간격으로 유지시키는 단계와, 상기 플레이트를 상기 제2간격에서 상기 제1간격을 뺀 거리 만큼 이동하는 단계와, 상기 플레이트에 상기 슬레이브 헤드로 상기 어레이 점들을 레이저 가공하는 단계와, 상기 가공된 어레이 점들을 순차적으로 관찰하여 각 어레이 점에서의 오프셋을 계산하는 단계를 구비한다.

Description

레이저 드릴링 시스템의 보정방법{Method of calibrating of via hole laser drilling system}
도 1은 일반적인 듀얼 헤드 레이저 드릴링 시스템의 개략적 구성을 보여주는 도면이다.
도 2는 종래의 레이저 듀얼헤드의 레이저 보정방법을 설명하는 플로우 차트이다.
도 3은 아크릴 플레이트 및 가공 홈들의 어레이를 설명하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 레이저 드릴링 시스템의 보정방법의 흐름도이다.
도 5는 본 발명에서 사용되는 아크릴 플레이트의 가공영역을 설명하는 도면이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 레이저 드릴링 시스템의 보정방법의 흐름도이다.
도 7은 하나의 가공영역으로 144회 어레이 점들을 가공하는 것을 설명하는 도면이다.
본 발명은 레이저 드릴링 시스템의 보정방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 마스터 헤드와 슬레이브 헤드를 구비하여 비아홀을 가공하는 듀얼 헤드 레이저 드릴링 시스템의 레이저 가공위치를 보정하는 방법에 관한 것이다.
레이저 드릴링 시스템은 다층기판의 전자기기에서 각 층간의 연결을 위하여 작은 홀 및 특수 비아홀(via hole)을 레이저 광을 이용하여 천공하는 장치이다. 다층 PCB(Printed Circuit Board)의 층간 연결 통로에 해당되는 비아홀을 가공하기 위해서 종래에는 기계적 드릴(Mechanical Drill)을 사용하하였으나 회로의 미세화로 인해 홀의 구경이 작아지면서 이로 인한 가공비의 증가와 미세홀 가공의 한계로 인해 레이저를 이용한 가공방식이 대안으로 사용되게 되었다.
도 1은 일반적인 듀얼 헤드 레이저 드릴링 시스템의 개략적 구성을 보여주는 도면이다.
도 1을 참조하면, 레이저 발진기(10)로부터 발진된 레이저 빔은 콜리메이터(12) 및 조리개(14)를 거쳐서 빔스프리터인 하프미러(16)로 입사된다. 하프미러(16)로 입사된 레이서 빔은 대략 50 %는 반사되어서 마스터 레이저 헤드(30)로 진입하고, 나머지 레이저 빔은 하프미러(16)를 통과하여 반사미러(18)에서 반사되어 슬레이브 레이저 헤드(40)로 진입한다.
마스터 레이저 헤드(30) 및 슬레이브 레이저 헤드(40)로 진입된 각 레이저 빔은 각각 갈바노 스캐너(31,41)에 의해서 광의 방향이 제어된 후 f-쎄타 렌즈(35,45)를 거쳐서 PCB 기판(50)에 비아홀을 형성한다. 갈바노 스캐너(31,41)는 x 미러(32,42) 및 y 미러(33,43)로 구성되어 있으며, 각 미러는 제어장치(미도시)로 그 각도가 조절된다. 참조번호 60은 X-Y 스테이지로서, 기판을 평면상에서 이동시키는 장치이며, 참조번호 70은 슬레이브 헤드의 직선이동장치이다.
상기 기판(50)의 비아홀 가공속도를 증가시키기 위해서 하나의 레이저 발진기(10)로부터의 레이저 광을 분할하여 두 개의 헤드(30, 40)로 동시에 레이저 가공을 한다. 이 때, 기판(50)의 레이저 가공영역은 2등분되어서 각각의 헤드(30, 40)로 가공하게 된다.
상기 기판(50)의 크기는 가공 로트별로 달라질 수 있다. 따라서, 기판(50)의 크기가 달라지면, 슬레이브 헤드(40)의 위치를 직선이동장치(70)으로 화살표 방향으로 이동시켜서 기판(50)의 비아홀 가공영역을 분할하여 가공하게 된다.
한편, 레이저 가공의 정도 향상을 위해서, 각 헤드(30, 40)의 가공 오차를 측정한다.
도 2는 종래의 레이저 듀얼헤드의 레이저 보정방법을 설명하는 플로우 차트이다.
도 2를 참조하면, 먼저, 레이저 가공하려는 기판의 길이방향을 2등분하여서, 마스터 헤드(30)를 고정한 상태에서 직선이동장치(70)를 사용하여 슬레이브 헤드(40)를 이동시킨다(제101 단계). 슬레이브 헤드(40)의 이동시 흔들림으로 인하여 마스터 헤드(30) 및 슬레이브 헤드(40)의 교정을 필요로 한다.
이어서, X-Y 스테이지(60)로 아크릴 플레이트(미도시)를 마스터 헤드(30) 및 슬레이브 헤드(40)의 하방에 배치한 후, 각각의 헤드로 상기 아크릴 플레이트에 소 정의 어레이 점들, 예컨대 9 x 9 어레이 점들을 가공한다(제102 단계). 이때 아크릴 플레이트 두께를 천공하는 PCB 기판(50) 보다 두껍게 하여 아크릴 플레이트에 홈을 형성할 수 있다.
이어서, 비젼카메라(미도시)를 각 가공 홈에 해당하는 위치로 순차적으로 이동하면서 각 홈의 위치를 검출한다(제103 단계). 미도시된 제어부는 측정된 상기 홈의 위치와, 상기 스테이지(60)이 이동위치에서의 상기 홈의 목표 위치와의 오프셋 값을 측정하여서 상기 홈의 검출위치에서의 가공 오차를 보정한다.
도 3은 아크릴 플레이트 및 가공 홈들의 어레이를 설명하는 도면이다.
아크릴 플레이트(80)는 500 mm x 80 mm 크기이며, 하나의 헤드를 보정하기 위해서 9 x 9 어레이 점들을 가공한다. 9 x 9 어레이 점들을 1회 가공시, 홈 사이의 거리가 6 mm 이고, 홈의 크기를 100 ㎛ 으로 할 경우, 하나의 어레이 점들이 차지하는 순수 영역은 6 mm x 8 + 100 ㎛ 로 대략 50 mm x 50 mm, 정확히는 48.1 mm x 48.1 mm 가 된다. 아크릴 플레이트(80)는 마스터 헤드의 가공영역(81)과 슬레이브 헤드의 가공영역(82)으로 2등분 될 수 있다.
그러나, 종래 방법으로 보정시, 마스터 헤드(30)로 가공하는 영역은 홀과 홀 사이의 공간을 활용하여 반복적으로 사용할 수 있지만, 슬레이브 헤드(40)로 가공하는 영역에서의 가공 어레이점들은 슬레이브 헤드(40)가 상기 마스터 헤드(30)로부터 이격된 위치가 변하게 되면서 그 위치가 일정하지 않게 된다. 따라서, 하나의 아크릴 플레이트(80)를 반복하여 사용하는 횟수는 슬레이브 헤드(40)로 가공하는 영역(82)에서의 가공위치가 겹치게 됨으로써 제한된다. 이러한 문제로 아크릴 플레 이트(80)의 비용 증가, 아크릴 플레이트(80)를 교환하는 시간의 증가로 듀얼 헤드 드릴링 시스템을 사용하는 생산성이 저하된다. 특히, 아크릴 플레이트(80)에 보정을 할 수록 슬레이브 헤드(40)로 가공되는 홀이 겹쳐지기 때문에 교정실패로 이어지며, 따라서 교정시간을 낭비할 수 있다.
본 발명은 상기의 문제점을 개선하기 위해 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은 아크릴 플레이트를 듀얼 헤드 레이저 드릴링 시스템에서 안정적으로 반복하여 사용하는 레이저 드릴링 시스템의 보정방법을 제공하는 것이다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 레이저 드릴링 시스템의 보정방법은, 마스터 헤드와 슬레이브 헤드를 구비한 레이저 드릴링 시스템의 보정방법에 있어서,
상기 마스터 헤드 및 슬레이브 헤드 하방으로 교정용 플레이트를 이동하는 제1 단계;
상기 플레이트를 상기 마스터 헤드로 소정의 어레이 점들을 레이저 가공하는 제2 단계;
상기 마스터 헤드로부터의 상기 슬레이브 헤드의 제1간격이, 가공대상 기판을 가공시의 상기 마스터 헤드로부터의 상기 슬레이브 헤드의 제2간격과 다른 경우, 상기 슬레이브 헤드를 직선이동시켜서 상기 마스터 헤드로부터의 상기 슬레이브 헤드의 간격을 상기 제2간격으로 유지시키는 제3 단계;
상기 플레이트를 상기 제2간격에서 상기 제1간격을 뺀 거리 만큼 이동하는 제4 단계;
상기 플레이트에 상기 슬레이브 헤드로 상기 어레이 점들을 레이저 가공하는 제5 단계; 및
상기 가공된 어레이 점들을 순차적으로 관찰하여 각 어레이 점에서의 오프셋을 계산하는 제6 단계;를 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 교정용 플레이트는 상기 마스터 헤드 가공영역과 상기 슬레이브 헤드 가공영역으로 구분되며,
각 가공영역은 상기 어레이 점들이 가공되는 다수의 분리된 영역으로 구분된다.
또한, 상기 제2 단계 및 제5 단계는,
상기 분리된 영역에서, 상기 어레이 점들로 이루어지는 하나의 사각형의 영역을 다수의 그리드로 분할하는 단계; 및
상기 그리드의 교차점을 통과하도록 어레이 점들을 일정한 방향으로 시프트하여 가공하는 단계;를 구비한다.
또한,
상기 제4 단계는,
상기 플레이트를 상기 슬레이브 헤드의 이동방향으로 이동시키는 단계를 포함한다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 레이저 드릴 링 시스템의 보정방법을 상세히 설명한다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 레이저 드릴링 시스템의 보정방법의 흐름도이며, 종래의 실시예의 구성요소와 실질적으로 동일한 부재에는 동일한 참조번호를 사용하고 상세한 설명은 생략한다.
도 4를 참조하면, 듀얼헤드 레이저 드릴링 시스템의 레이저 가공위치를 보정하고자 하는 경우, X-Y 스테이지(60)를 사용하여 듀얼 헤드 하방으로 아크릴 플레이트(80)를 배치한다(제201 단계). 아크릴 플레이트(80)와, PCB 기판(50)은 동일한 X-Y 스테이지(60) 위에 배치될 수 있다.
이어서, 가공하려는 기판(50)의 길이방향 길이를 이등분하고 마스터 헤드(30)와 슬레이브 헤드(40)가 각각 소정의 영역에 배치되었는 지를 판단한다(제202 단계). 도 5에서, 대략 500 mm x 80 mm 크기의 아크릴 플레이트(80)를 마스터 헤드가공영역(81)과, 슬레이브 헤드 가공영역(82)으로 이등분하고, 각 영역에 각각 제1~제4 마스터 가공영역(A1~A4)과, 제1 ~ 제4 슬레이브 가공영역(A5~A8)을 서로 이격되게 정의한다. 이어서, 마스터 헤드(30)를 제1~4 마스터 영역(A1~A4) 중 어느 하나에 고정되게 배치된 상태에서, 슬레이브 헤드(40)가 제1~4 슬레이브 영역(A1~A4) 중 어느 하나에 배치되었는 지를 판단한다. 새로운 아크릴 플레이트(80)를 레이저 보정에 사용하는 경우에는 각 헤드(30, 40)를 각각 제1 마스터 영역(A1)과, 제1 슬레이브 영역(A5)에 배치한다.
제202 단계에서, 슬레이브 헤드(40)가 제1 슬레이브 영역을 벗어나서 배치된 경우, 슬레이브 헤드(40)를 직선이동장치(70)를 사용하여 제1 슬레이브 영역으로 이동시킨다(제203 단계). 이는 마스터 헤드(30) 및 슬레이브 헤드 사이의 제1 간격이 가공대상 기판(50)을 가공시의 상기 마스터 헤드(30)로부터의 상기 슬레이브 헤드(40)의 제2간격과 일치시키는 과정이다.
이어서, 아크릴 플레이트(80)에 마스터 헤드(30)로 9 x 9 어레이 점들을 가공하여 9 x 9 어레이 홈을 형성한다(제204 단계). 이때 홈의 직경은 대략 100 ㎛ 크기로 할 수 있으며, 각 홈들의 간격은 6 mm 로 할 수 있다.
이어서, 제203 단계에서, 슬레이브 헤드(40)를 직선이동시킨 경우, X-Y 스테이지(60)를 사용하여 아크릴 플레이트(80)의 제1 슬레이브 영역이 슬레이브 헤드(40)의 하방에 배치되도록 한다(제205 단계). 즉, 상기 슬레이브 헤드(40)의 이동방향으로 동일한 거리를 이동시킨다.
이어서, 아크릴 플레이트(80)에 슬레이브 헤드(40)로 9 x 9 어레이 점들을 가공하여 9 x 9 어레이 홈을 형성한다(제206 단계). 이때 홈의 직경은 대략 100 ㎛ 크기로 할 수 있으며, 각 홈들의 간격은 6 mm 로 할 수 있다.
상기 아크릴 플레이트(80)에 어레이 배열 홈들을 가공하는 과정을 완료되면, 비젼카메라로 각 가공된 점을 관찰하여서 오프셋을 계산하고, 이 오프셋 데이터를 제어부로 전송한다(제207 단계). 제어부는 전송된 데이터를 근거로 오차를 보정하여서 차후, 오프셋을 계산한 영역에서 레이저 드릴링시 오프셋 데이터를 감안하여 레이저 드릴링을 한다.
상기 제1 실시예에서는 아크릴 플레이트(80)를 이동함으로써 슬레이브 헤드(40)로 가공되는 슬레이브 영역을 소정 위치로 하는 고정하는 방법을 제시하였다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 레이저 드릴링 시스템의 보정방법의 흐름도이며, 종래의 실시예의 구성요소와 실질적으로 동일한 부재에는 동일한 참조번호를 사용하고 상세한 설명은 생략한다.
먼저, 제1 마스터 영역으로 마스터 헤드(30)를 이동한다(제301 및 제302 단계).
이어서, Nj = 1 로 정의하고(제303 단계), Nj 위치의 홈을 가공한다(제304 단계).
이어서, Nj = Nj + 1 로 증가시키고(제305 단계), Nj = 145 인 지를 판단한다(제306 단계). 제306 단계에서, Nj 가 145 미만인 경우, 제304 단계를 수행한다.
도 7은 하나의 가공영역(A1)으로 144회 어레이 점들을 가공하는 것을 설명하는 도면이다. 도 7을 참조하면, 하나의 가공영역(A1)에는 9 x 9 의 가공 어레이 점들로 이루어지는 배열 A1'와, 이들 A1'로부터 우측으로 500 ㎛ 시프트된 9 x 9 어레이점 배열 A1"와, 배열 A1' 로부터 최대로 이격되는 A1''' 배열이 도시되어 있다. 9 x 9 어레이 점들을 1회 가공시, 홈 사이의 거리가 6 mm 이고, 홈의 크기를 100 ㎛ 으로 할 경우, 하나의 어레이 점들이 차지하는 순수 영역(A1', A1", A1"')은 6 mm x 8 + 100 ㎛ 로 정확히는 48.1 mm x 48.1 mm 가 된다. 상기 어레이 점들의 집합은 B영역에서, 기준점(S)이 위치할 수 있는 점은, 기준점(S)를 포함하는 4개의 어레이 점으로 이루어진 4각형의 영역(B)을 500 ㎛ 간격으로 그리드를 형성시 그리드의 교차점에 해당되는 위치가 된다. 따라서, B 영역내에는 144 개의 기준점(S)이 생기며, 각 기준점(S)을 기준으로 한 9 x 9 어레이 점들은 서로 구별되게 가 공되는 점들로 이루어진다.
제306 단계에서, Nj = 144 로 판단된 경우, 하나의 마스터 영역을 사용하여 레이저 가공 보정이 종료된 것을 의미하며, 따라서, Ni = Ni + 1 로 증가시킨다(제307 단계).
이어서, Ni = 5 인 지를 판단한다(제308 단계). 제308 단계에서, Ni 가 5 미만으로 판단되면, 제302 단계를 반복한다. 즉, 새로운 마스터 영역에서 레이저 가공 보정을 계속 반복한다.
한편, 제308 단계에서, Ni = 5 로 판단되면, 사용중인 아크릴 플레이트(80)에서의 보정 작업을 종료하고 새로운 아크릴 플레이트(80)를 준비하여 상기 과정의 보정과정을 수행한다.
상술한 과정은 마스터 헤드(30)로 마스터 영역에서의 보정 단계를 설명하였지만 이는 설명을 위한 것이고, 실제로는 슬레이브 헤드(40)로 슬레이브 헤드 영역(A5 ~ A8)에서의 보정도 제2 실시예와 동일하게 실시된다.
제1 및 제2 실시예에 따르면, 하나의 아크릴 플레이트(80)를 사용하여 576 회의 마스터 헤드(30) 및 슬레이브 헤드(40)의 가공 보정을 실시할 수 있게 된다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 레이저 드릴링 시스템의 보정방법에 의하면 아크릴 플레이트를 사용하여 보정 회수를 증가시킬 수 있으며, 따라서 아크릴 플레이트의 재료비를 절감하고, 아크릴 플레이트의 교환에 필요한 시간을 줄일 수 있어서 듀얼 헤드를 구비한 레이저 드릴링 시스템의 생산성 향상에 기여할 수 있다.
본 발명은 도면을 참조하여 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 한해서 정해져야 할 것이다.

Claims (5)

  1. 마스터 헤드와 슬레이브 헤드를 구비한 레이저 드릴링 시스템의 보정방법에 있어서,
    상기 마스터 헤드 및 슬레이브 헤드 하방으로 교정용 플레이트를 이동하는 제1 단계;
    상기 플레이트를 상기 마스터 헤드로 소정의 어레이 점들을 레이저 가공하는 제2 단계;
    상기 마스터 헤드로부터의 상기 슬레이브 헤드의 제1간격이, 가공대상 기판을 가공시의 상기 마스터 헤드로부터의 상기 슬레이브 헤드의 제2간격과 다른 경우, 상기 슬레이브 헤드를 직선이동시켜서 상기 마스터 헤드로부터의 상기 슬레이브 헤드의 간격을 상기 제2간격으로 유지시키는 제3 단계;
    상기 플레이트를 상기 제2간격에서 상기 제1간격을 뺀 거리 만큼 이동하는 제4 단계;
    상기 플레이트에 상기 슬레이브 헤드로 상기 어레이 점들을 레이저 가공하는 제5 단계;를 구비하는 것을 특징으로 하는 레이저 드릴링 시스템의 보정방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 교정용 플레이트는 상기 마스터 헤드 가공영역과 상기 슬레이브 헤드 가공영역으로 구분되며,
    각 가공영역은 상기 어레이 점들이 가공되는 다수의 분리된 영역으로 구분되는 것을 특징으로 하는 레이저 드릴링 시스템의 보정방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제2 단계 및 제5 단계는,
    상기 분리된 영역에서, 상기 어레이 점들로 이루어지는 하나의 사각형의 영역을 다수의 그리드로 분할하는 단계; 및
    상기 그리드의 교차점을 통과하도록 어레이 점들을 일정한 방향으로 시프트하여 가공하는 단계;를 구비하는 것을 특징으로 하는 레이저 드릴링 시스템의 보정방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제4 단계는,
    상기 플레이트를 상기 슬레이브 헤드의 이동방향으로 이동시키는 것을 특징으로 하는 레이저 드릴링 시스템의 보정방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제5 단계는 상기 가공된 어레이 점들을 순차적으로 관찰하여 각 어레이 점에서의 오프셋을 계산하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 드릴링 시스템의 보정방법.
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