KR20060036076A - 기질로부터 층 또는 코팅부를 제거하기 위한 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

층 또는 층위에 형성된 재료의 코팅부(16)를 가진 기질(14)(예를 들어, 절연기능의 "에나멜"로 코팅된 금속전도체)를 처리하기 위한 방법이 상기 층 또는 코팅부와 상기 기질사이의 접촉면 또는 접촉면과 근접한 위치에서 상호작용을 형성하여 상기 층 또는 코팅부가 국소적으로 분리되도록 레이저복사의 펄스형 빔(beam)을 상기 기질로 향하게 하는 단계를 포함한다. 충격파와 유사하게 접촉면에서 층 또는 코팅부를 국소적으로 분리하는 효과를 형성하기 위하여 층 또는 코팅부 및 기질사이의 접촉면에서 상호작용을 형성하여 제거작용이 형성된다.

Description

기질로부터 층 또는 코팅부를 제거하기 위한 장치 및 방법{LASER REMOVAL OF LAYER OR COATING FROM A SUBSTRATE}

본 발명은 기질로부터 층 또는 코팅부를 제거하기 위한 장치 및 방법, 특히 점용접, 납땜, 주름구조 등에 의해 전기적 연결부를 제조하는 예비과정으로서 전도체로부터 절연 코팅부 또는 "에나멜"을 레이저를 이용하여 제거하는 과정에 관한 것이다.

본 발명의 한 특징에 의하면, 적어도 부분적으로 상기 층 또는 코팅부를 제거하기 위해 층 또는 기질에 배열된 재료의 코팅부를 포함한 기질을 처리하기 위한 방법이 제공되고, 상기 방법은

상기 층 또는 코팅부와 상기 기질사이의 접촉면 또는 접촉면과 근접한 위치에서 상호작용을 형성하여 상기 층 또는 코팅부가 국소적으로 분리되도록 레이저복사의 펄스형 빔(beam)을 상기 기질로 향하게 하는 단계를 포함한다.

종래기술을 따르고 레이저를 이용하는 와이어 스트립퍼(wire stripper)에 의하면, 외부로부터 절연층이 증기화되고, 반면에 본 발명의 선호되는 실시예에 의하면 증기화기술을 이용하는 대신에 국소 분리작용을 형성하는 충격파 등을 제공하기 위하여 층 또는 코팅부와 기질사이의 접촉면에서 상호작용을 형성하여 제거작용이 수행된다.

레이저복사의 작동파장에서 상기 코팅부 또는 층이 상기 레이저복사에 대해 투과성을 가진다. 전형적으로 레이저복사의 파장은 예를 들어, 200nm 내지 12nm이고 NdYag 레이저에 의해 레이저복사가 형성된다. 상기 레이저복사는 1나노초 내지 300나노초이상의 펄스길이를 가지고 Q-switch 식 레이저에 의해 제공된다. 상기 레이저의 펄스반복율은 전형적으로 1kHz 내지 30kHz이상이다.

선호되는 실시예에 의하면, 상기 층 또는 코팅부가 폴리이미드 또는 플라스틱재료와 같은 절연재료를 포함한다. 전형적으로 상기 기질은 구리 또는 구리기초재료와 같은 전도체 의해 제공될 수 있다.

상기 펄스형 복사빔은 접촉면과 근접한 위치에서 상기 기질의 표면을 에칭하거나 제거하는 작업에 효과적이다. 상기 펄스형 복사빔은 특히 또 다른 처리과정에 적합한 아무것도 없는 표면을 남기기 위하여 예를 들어, 금속산화물을 제거하기에 적합하다.

처리과정동안 상기 레이저복사의 펄스형 빔은 스캔(scan) 방향( 또는 반대로)으로 기질에 대해 이동하고, 일회운동으로 상기 층 또는 코팅부를 제거하기 위하여 적어도 한 개의 하기 변수들이 제어된다.

스캔속도,

레이저의 최고출력,

레이저의 펄스반복율,

스폿 크기.

상기 레이저복사의 펄스형 빔은 상기 층 또는 코팅부를 초기에 제거하기 위하여 제 1 스캐닝단계에서 상기 기질의 선택영역위에 스캐닝되고 다음에 잔류하는 부스러기들을 제거하기 위하여 제 2 스캐닝단계에서 상기 영역이 반복적으로 스캐닝된다.

또 다른 특징에 의하면, 적어도 부분적으로 상기 층 또는 코팅부를 제거하기 위해 층 또는 기질에 배열된 재료의 코팅부를 포함한 기질을 처리하기 위한 장치가 제공되고, 상기 장치가

상기 층 또는 코팅부와 상기 기질사이의 접촉면 또는 접촉면과 근접한 위치에서 상호작용을 형성하여 상기 층 또는 코팅부가 국소적으로 분리되도록 레이저복사의 펄스형 빔(beam)을 상기 기질로 향하게 하는 장치를 포함한다.

본 발명에 의하면, 상기 특징 및 하기 특징들의 조합이 제공될 수 있다.

본 발명이 다양하게 수행될 수 있고 첨부된 도면에 도시된 비제한적인 실시예에 의해 본 발명이 설명된다.

도 1은 본 발명을 따르고 레이저를 이용한 와이어 스트립퍼를 도시한 개략도.

*부호설명*

10......레이저 14.......와이어

12.......와이어 16.....코팅부

도 1을 참고할 때, 코팅부(16) 및 와이어(12)사이의 접촉면에서 코팅부를 조각으로 만들고 충격파효과에 의해 상승되는 효과를 제공하기 위하여, 레이저복사의 펄스형 빔(12)을 폴리이미드재료의 코팅부(16)를 가진 동 와이어(14)를 향하게 하는 레이저(10)가 제공된다.

예 1.

폴리에스터(이미드(imide))가지고 선택적으로 폴리아미드-이미드의 상측 코팅부를 가지며 선택적으로 결합 오버코팅부를 가지고 에나멜처리되는 동 와이어가 에나멜구조를 제거하기 위하여 하기와 같이 처리된다. 60 W의 정격평균출력, 85 kW의 최고출력 및 약 20 μm의 스폿크기를 가지며 1064 nm의 파장을 가진 NdYag 레이저가 이용된다. 상기 스폿크기는 약 200 μm의 직경을 가진 제거영역을 형성한다. 약 100 나노초들 및 200 나노초의 펄스를 가진 펄스형 빔을 제공하기 위하여 상기 레이저가 Q-스위칭되고, 제거되어야 하는 영역을 가로질러 상기 레이저가 스캐닝된다. 상기 실시예에서 펄스반복율은 3 kHz이고 스캐닝속도는 약 1500 mm/sec이며, 최고출력은 20 μm의 스폿크기에서 85 kW이다. 상기 레이저의 전형적인 펄스길이는 100 나노초 내지 200 나노초이다.

상기 파장에서 에나멜은 레이저복사에 대해 투과성을 가지고, 금속은 높은 반사율(97%)을 가지며 레이저복사의 일부분을 흡수한다. 충격파와 같이 외측으로부터 내부로 분리되는 작용을 억제하며 와이어로부터 에나멜을 국소적으로 제거하는 효과가 에나멜 및 하부의 금속사이에 배열된 접촉면과 근접한 위치에서 상기 펄 스 복사에 의해 제공된다. 펄스반복율, 스폿크기 및 스캔속도를 적합하게 제어하면, 다량의 에나멜이 제거되어 금속표면은 아무것도 없게 된다. 또한 상기 레이저처리과정이 가지는 또 다른 장점에 의하면, 금속산화물을 제거하기 위하여 금속표면을 에칭처리하여 금속표면은 납땜 등의 과정에 적합하게 된다.

단일 스캐닝과정동안 상기 실시예에서 이용되는 특수장비에 의해,상기 펄스반복율의 하한값은 1500 mm/sec 의 스캐닝속도에서 1 내지 2kHz를 가지며 겨우 충분할 정도의 펄스중첩을 제공할 뿐이다. 5 kHz이상의 주파수에서 최고출력이 감소하기 때문에 일정출력에서 약 5 kHz의 하한값을 가진다. 레이저의 최고출력이 50 내지 100kW일 때, 펄스반복율이 추가로 증가되고, 또 다른 실시예에서 10kHz의 펄스반복율 및 2500 mm/sec의 스캐닝속도에서 레이저는 1MW 의 최고출력으로 작동한다.

제 1 스캐닝과정이 충분한 효과를 형성하지 못하면, 다시 스캐닝하여 허용할 만한 결과가 구해질 수 있고, 예를 들어, 최고출력은 10 내지 30kHz의 펄스반복율에서 1 내지 25kW로 감소되고, 다음에 레이저의 스캐닝속도가 약 100mm/sec로 감소되며, 스캐닝과정이 반복된다.

예 2

레이저가 하기 변수에 의해 작동되도록 설정된다.

반복율: 3.5 kHz,

스캐닝 속도: 400 mm/sec,

스폿 크기: ~ 50 μm

파장:1064 nm,

펄스당 에너지: 15mJ,

펄스폭: ~250ns max,

최고출력: ~200kW.

스폿은 50 μm의 공칭크기를 가지지만 상기 스폿크기는 주변영역에 영향을 주어서, 접촉면의 작용과 관련하여 유효 스폿크기는 약 100 μm 내지 200 μm이다. 상기 구성에 있어서, 빔은 벗겨지고 준비되는 와이어를 수평으로 가로질러 스캐닝되고 와이어의 종방향축에 대해 수직으로 제공된다. 근접한 스캐닝라인들사이에서 약 100 μm의 이격거리 또는 피치(pitch)에서 상기 변수에 따라 최초통과시 상기 와이어가 빔에 의해 스캐닝된다.

최초 통과시 전부는 아니지만 대부분의 코팅부가 와이어로부터 제거되고 일부 부스러기를 남긴다. 제 2 통과과정에서, 상대적으로 높은 펄스율(~ 8 kHz) 및 상대적으로 높은 스캐닝 속도( ~ 1000 mm/sec) 다른 경우 상기와 동일한 변수로 제공되는 펄스형 레이저 빔에 의해 와이어가 스캐닝된다.

일부 적용예에서 코팅부의 특성 및 접촉면의 효과를 고려할 때 코팅부가 상대적으로 큰 조각들로 분리되고 부스러기를 전혀 남기지 않기 때문에 제 2 통과과정이 불필요할 수 있다.

다양한 변수들이 표 1에 제시된다.

변수	범위	예 1	예 2
파장	200 nm 내지 12μm	1064 nm	1064 nm
펄스길이	1 ns 내지 300 ns	100 ns 내지 200 ns	250 ns
펄스 반복율	1kHz 내지 30 kHz	3.5 kHz	3.5 kHz 및 8 kHz
레이저의 최고출력	50 kW 내지 1MW	85kW	200 kW
스캐닝 속도	1 내지 2500 mm/sec	1500mm/sec	400mm/sec 및 1000 mm/sec
실제스폿크기	20 μm 내지 100 μm	20 μm	50 μm

Claims (16)

1. 적어도 부분적으로 상기 층 또는 코팅부를 제거하기 위해 층 또는 기질에 배열된 재료의 코팅부를 포함한 기질을 처리하기 위한 방법에 있어서,

   상기 층 또는 코팅부와 상기 기질사이의 접촉면 또는 접촉면과 근접한 위치에서 상호작용을 형성하여 상기 층 또는 코팅부가 국소적으로 분리되도록 레이저복사의 펄스형 빔(beam)을 상기 기질로 향하게 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
2. 제 1항에 있어서, 코팅부 또는 층이 상기 레이저복사의 작동파장에서 레이저복사에 대해 투과성을 가지는 것을 특징으로 하는 방법.
3. 제 1항 및 제 2 항에 있어서, 레이저복사의 파장이 200 nm 내지 12 μm인 것을 특징으로 하는 방법.
4. 제 3항에 있어서, 상기 레이저복사가 NdYag 레이저에 의해 제공되는 것을 특징으로 하는 방법.
5. 전항들 중 한 항에 있어서, 상기 레이저복사가 CO2 레이저에 의해 제공되는 것을 특징으로 하는 방법.
6. 전항들 중 한 항에 있어서, 상기 레이저복사가 Q-스위치식 레이저에 의해 제공되는 것을 특징으로 하는 방법.
7. 전항들 중 한 항에 있어서, 펄스형 빔의 펄스길이가 1 나노초 내지 300나노초인 것을 특징으로 하는 방법.
8. 전항들 중 한 항에 있어서, 펄스형 빔의 펄스 반복율이 1kHz 내지 30kHz인 것을 특징으로 하는 방법.
9. 전항들 중 한 항에 있어서, 상기 층 또는 코팅부가 절연재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
10. 전항들 중 한 항에 있어서, 상기 기질이 동 또는 동 기초재료의 전도체에 의해 제공되는 것을 특징으로 하는 방법.
11. 전항들 중 한 항에 있어서, 상기 층 또는 코팅부가 적어도 한 개의 금속산화물을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
12. 전항들 중 한 항에 있어서, 접촉면과 근접한 기질의 표면을 에칭하거나 깨끗 하게 하기 위해 복사의 펄스형 빔이 효과적인 것을 특징으로 하는 방법.
13. 전항들 중 한 항에 있어서, 상기 레이저복사의 펄스형 빔이 스캐닝방향으로 상기 기질에 대해 스캐닝되고, 상기 층 또는 코팅부를 일회운동으로 제거하기 위해

    스캐닝속도,

    레이저의 최고출력,

    레이저의 펄스반복율,

    스폿크기

    중 적어도 한 개의 변수가 제어되는 것을 특징으로 하는 방법.
14. 전항들 중 한 항에 있어서, 레이저복사의 펄스형 빔이 연속으로 이격된 스캐닝라인들을 따라 상기 기질위에 반복해서 스캐닝되는 것을 특징으로 하는 방법.
15. 제 13항에 있어서, 상기 층 또는 코팅부를 초기에 제거하기 위하여 상기 복사의 펄스형 빔이 제 1 스캐닝단계에서 선택영역위에 스캐닝되고 다음에 잔류하는 부스러기를 제거하기 위하여 제 2 스캐닝단계에서 상기 영역위에 스캐닝되는 것을 특징으로 하는 방법.
16. 적어도 부분적으로 상기 층 또는 코팅부를 제거하기 위해 층 또는 기질에 배열된 재료의 코팅부를 포함한 기질을 처리하기 위한 장치에 있어서,

    상기 층 또는 코팅부와 상기 기질사이의 접촉면 또는 접촉면과 근접한 위치에서 상호작용을 형성하여 상기 층 또는 코팅부가 국소적으로 분리되도록 레이저복사의 펄스형 빔(beam)을 상기 기질로 향하게 하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.

Images