KR20080087396A

KR20080087396A - 레이저 마킹장치

Info

Publication number: KR20080087396A
Application number: KR1020070029552A
Authority: KR
Inventors: 김원중; 알렉산더 보로노프; 류재승; 한규완; 주영훈
Original assignee: 삼성에스디아이 주식회사
Priority date: 2007-03-27
Filing date: 2007-03-27
Publication date: 2008-10-01

Abstract

본 발명은 에너지의 이용효율을 높임과 아울러, 공정속도를 향상시킬 수 있도록 동시에 여러 개의 마커를 마킹할 수 있도록 복수의 스캐너 및 분기된 레이저를 각 스캐너에 공급하도록 하는 레이저 마킹장치에 관한 것이다.

본 발명에 따른 레이저 마킹장치는 레이저 빔을 생성하여 제 1 경로를 통해 공급하는 레이저 발생기와; 상기 제 1 경로 상에 배치되어 상기 레이저 빔을 분기시켜 가지 레이저 빔을 생성하고, 상기 가지 레이저 빔을 제 2 경로를 통해 공급하는 복수의 음향광학변조기; 상기 가지 레이저 빔을 이용하여 대상 물체들에 마킹을 수행하는 복수의 스캐너;를 포함하여 구성된다.

마커, 레이저, 스캐너, 익스펜더 텔레스코프, 음향광학변조기

Description

레이저 마킹장치{Laser Marking Apparatus}

도 1은 본 발명에 따른 레이저 마킹 장치의 구성예를 도시한 사시도.

도 2는 도 1을 측면에서 바라본 형태를 도시한 장치의 구성 예시도.

도 3은 도 1의 레이저 발생기의 예를 도시한 예시도.

도 4는 음향광학변조기를 개략적으로 도시한 예시도.

도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 레이저 마킹장치를 이용하여 마킹을 수행하는 과정을 설명하기 위한 공정 예시도들로써,

도 5a는 레이저 마킹장치에 의해 형성되는 마커의 예를 도시한 예시도.

도 5b는 마커의 형성 위치를 설명하기 위한 예시도.

도 5c는 시분할에 의해 마커를 형성하는 예를 설명하기 위한 예시도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

110 : 레이저 발생기 111 : 광노즐

112 : 프론트미러 113 : 로드챔버

114 : 광원 115 : 리어미러

116 : 출력제어장치 117 : 케이스

120 : 빔 익스펜더 텔레스코프 130 : 음향광학변조기

135 : 음향광학매질 136 : 트랜스듀서

137 : 구동회로 138 : 비반사 코팅막

140 : 반사경 150 : 스캐너

160 : 기판 170 : 파워메터

180 : 메인컨트롤러 191 : 이송수단

192 : 거치대

본 발명은 마킹장치에 관한 것으로 특히, 에너지의 이용효율을 높임과 아울러, 공정속도를 향상시킬 수 있도록 동시에 여러 개의 마커를 마킹할 수 있도록 복수의 스캐너 및 분기된 레이저를 각 스캐너에 공급하도록 하는 레이저 마킹장치에 관한 것이다.

레이저 마킹(Laser Marking)이란 레이저 빔의 에너지를 열로 전환하여 이용하는 물질가공의 한 분야이다. 레이저 마킹은 레이저의 높은 에너지 밀도를 이용하여 대상 물체의 일부분에 각인 또는 변색시켜 기호, 문자, 도형 등을 기록하는 것을 의미한다. 이러한 레이저 마킹에는 스캐닝형, 마스크형, 혼합형 등이 있다.

이와 같은 레이저 마킹은 패키징된 반도체의 표면에 로고, 제품번호, 형번등을 기록하거나, 디스플레이 패널의 제조시에 공정을 진행하기 위한 얼라인(Align Mark)을 표시하기 위한 용도 등으로 자주 이용된다.

이러한 레이저 마킹은 초고속 처리가 가능한 디지털 시그널 프로세서(DSP : Digital Siginal Process)의 발달과 함께 고속 대량 생산에도 이용할 수 있도록 발전되었다. 이에 따라, 레이저 마킹은 반도체 장치, 자동차용 철강재료, 플라스틱, 목재에 이르기까지 다양한 분야에 적용되어 광범위한 용도로 이용되고 있다.

레이저 마킹은 고밀도 광에너지를 이용해야 하기 때문에 이용효율의 증대가 생산효율의 증대로 이어진다. 이 때문에 레이저 마킹 공정의 효율을 높이기 위한 많은 노력이 경주되고 있으며, 에너지를 더 효율적으로 이용하면서도 공정 속도를 높이는 방법이 지속적으로 요구되고 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 에너지의 이용효율을 높임과 아울러, 공정속도를 향상시킬 수 있도록 동시에 여러 개의 마커를 마킹할 수 있도록 복수의 스캐너 및 분기된 레이저를 각 스캐너에 공급하도록 하는 레이저 마킹장치를 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 레이저 이용효율의 증대를 위해 레이저를 시간차를 두어 공급하도록 시분할 구동되는 복수의 스캐너를 가지는 레이저 마킹 장치를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 레이저 마킹장치는 레이저 빔 을 생성하여 제 1 경로를 통해 공급하는 레이저 발생기와; 상기 제 1 경로 상에 배치되어 상기 레이저 빔을 분기시켜 가지 레이저 빔을 생성하고, 상기 가지 레이저 빔을 제 2 경로를 통해 공급하는 복수의 음향광학변조기; 상기 가지 레이저 빔을 이용하여 대상 물체들에 마킹을 수행하는 복수의 스캐너;를 포함하여 구성된다.

상기 레이저 발생기, 상기 음향광학변조기 및 상기 스캐너를 제어하기 위해, 상기 레이저 발생기, 상기 음향광학변조기 및 상기 스캐너들과 전기적으로 연결되는 메인컨트롤러;를 더 포함하여 구성될 수 있다.

상기 제 1 경로 및 상기 제 2 경로 중 선택된 어느 한 경로에 배치되고, 상기 레이저 빔 또는 상기 가지 레이저 빔의 특성을 재조정하는 익스펜터 텔레스코프;를 더 포함하여 구성될 수 있다.

상기 제 1 경로 및 상기 제 2 경로의 설정을 상기 제 1 경로 및 상기 제 2 경로의 연장선상에 설치되는 복수의 반사경;을 더 포함하여 구성될 수 있다.

상기 음향광학변조기들은, 동시에 상기 가지 레이저 빔을 생성하여 상기 스캐너들에 공급할 수 있다.

상기 음향광학변조기들은, 상기 메인컨트롤러의 제어에 따라 시점을 달리하여 상기 가지 레이저 빔을 생성 및 공급할 수 있다.

상기 스캐너들은 상기 대상 물체들에 동일한 마커를 마킹할 수 있다.

상기 스캐너들은 상기 대상 물체들에 동일한 마커 또는 상이한 마커를 서로 다른 시점에 마킹할 수 있다.

상기 마커는 단속적으로 형성되는 복수의 점 또는 선에 의해 구성구성될 수 있다.

상기 스캐너들은 상기 마커를 구성하는 상기 각각의 점 또는 각각의 선을 서로 다른 시점에 상기 대상 물체에 마킹할 수 있다.

상기 제 1 경로 상에 설치되고, 상기 레이저 빔의 출력을 감지하여 감지결과를 상기 메인컨트롤러에 전달하는 파워메터;를 더 포함하여 구성구성될 수 있다.

상기 목적외에 본 발명의 다른 특징 및 작용들은 첨부도면을 참조한 실시예에 대한 상세한 설명을 통해 명백하게 드러나게 될 것이다.

첨부된 도면과 연관하여 이하에서 개시되는 상세한 설명은 발명의 바람직한 실시예들을 설명할 의도로서 행해진 것이고, 발명이 실행될 수 있는 형태들만을 나타내는 것은 아니다. 본 발명의 사상이나 범위에 포함된 동일한 또는 등가의 기능들이 다른 실시예들에 의해서도 달성될 수 있음을 주지해야 한다.

도면에 개시된 어떤 특징들은 설명의 용이함을 위해 확대한 것이고, 도면 및 그 구성요소들이 반드시 적절한 비율로 도시되어 있지는 않다. 그러나 당업자라면 이러한 상세 사항들을 쉽게 이해할 것이다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 레이저 마킹 장치의 구성예를 도시한 사시도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 레이저 마킹 장치는 레이저 발생기(110), 빔 익 스펜더 텔레스코프(120), 음향광학변조기(130), 반사경(140) 및 스캐너(150)를 포함하여 구성된다. 또한, 본 발명의 레이저 마킹 장치(100)는 파워메터(170)와 메인컨트롤러(180)를 더 포함하여 구성될 수 있다. 도 1에서 기판(160)을 이송하기 위한 이송장치와 레이저 마킹장치를 거치하기 위한 거치대는 생략하고 도시하였으나, 생략된 구성이 불필요한 것은 아니다.

레이저 발생기(110)는 마킹을 위한 레이저 빔(L)을 생성하여 공급한다. 이 레이저 발생기(110)는 스캐너들(150)에 공급할 레이저 빔(L)의 에너지 밀도를 충분히 높게 하기 위해 내부적으로 증폭한 후 메인컨트롤러(180)의 제어에 의해 레이저 빔(L)을 공급할 수 있다. 특히, 레이저 발생기(110)로부터 공급되는 레이저 빔(L)의 출력은 레이저 마킹장치(100)에 포함되는 스캐너(150)의 수와 이들의 작업량에 의해 결정된다. 이러한, 레이저 발생기(110)의 내부에는 레이저 빔을 생성하는 빔생성기와 이를 증폭하는 증폭기를 포함하여 구성될 수 있다. 특히, 레이저 발생기(110)로부터 공급되는 레이저 빔(L)은 음향광학변조기(130)에 의해 분기되고, 분기된 가지 레이저 빔(BL : BL1 내지 BL4)이 스캐너들(150)에 공급되어 마킹에 이용된다. 이 레이저 발생기(110)는 마킹이 이루어지는 대상에 따라 다른 파장을 가지는 레이저 빔(L)을 생성하여 공급한다. 예를 들어, 레이저 마킹 장치(100)가 유리기판에 마킹을 하는 경우 레이저 발생기(110)는 약 355nm의 파장을 가지는 UV(Ultra Violet)광을 이용한 레이저 빔(L)을 생성하여 공급한다. 만약, 레이저 마킹 장치(100)가 반도체 패키지 등에 마킹하는 경우 약1064nm의 파장을 가지는 IR(Infrared) 광을 이용하여 생성된 레이저 빔(L)을 공급할 수 있다. 레이저 발생 기(110)로부터 공급되는 레이저 빔(L)의 종류와 파장은 마킹 대상에 따라 상이해 질 수 있으며, 이로써 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 도 1에서는 레이저 발생기(110) 한 대가 네 개의 스캐너(150)에 레이저 빔(L)을 제공하는 것으로 도시하였으나, 복수의 레이저 발생기(110)로 구성될 수 있으며, 도 1에 도시된 구성에 의해 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 이 레이저 발생기(110)에 대해서는 도 3을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

익스펜더 텔레스코프(120 : 121 내지 125)는 레이저 빔(L)의 증폭 및 전달과정에서 반사에 의해 달라질 수 있는 레이저 빔(L)의 특성을 보완한다. 예를 들어 빔 익스펜더 텔레스코프(120)는 확산되어 직경이 변한 레이저 빔(L)을 집광하여 직경을 재조절한다. 이를 위해, 빔 익스펜더 텔레스코프(120)는 각 스캐너(151, 152, 153, 154)의 입사구 직전 즉, 제 2 경로(PA2) 상에 설치되며, 제 1 경로(PA1) 상에도 필요에 따라 다수 설치될 수 있다. 도 1에서는 제 1 익스펜더 텔레스코프(121)가 레이저 발생기(110)의 광노즐(111) 앞에 설치되는 것으로 도시되었으나, 이 제 1 익스펜더 텔레스코프(121)는 생략될 수 있으며, 제 1 경로(PA1) 상에 추가적인 익스펜더 텔레스코프(121)를 설치하는 것도 가능하다. 하지만, 이로써 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 제 2 내지 제 5 익스펜더 텔레스코프(122, 123, 124, 125)는 레이저 발생기(110)로부터 하나 이상의 음향광학소자(130) 및 하나 이상의 반사경(140)을 거쳐온 레이저 빔(L)의 빔 특성이 변화할 수 있기 때문에 스캐너(150)에 입사되는 가지 레이저 빔(BL)의 특성을 재조절하여 스캐너들(150)에 공급한다. 따라서, 스캐너(150)에 레이저 빔(L)이 입사되는 경로에 제 2 내지 제 5 익스펜더 텔레스코프(122, 123, 124, 125)가 설치되는 것이 바람직하며, 가급적 제 2 내지 제 5 익스펜더 텔레스코프(122, 123, 124, 125)와 스캐너들(150)은 지근거리에 있도록 설치되는 것이 바람직하지만, 이로써 본 발명을 한정하는 것은 아니다.

음향광학변조기(Acousto-optical modulator : AOM, 130 : 131 내지 134)는 제 1 경로(PA1)로 공급되는 레이저 빔(L)을 메인컨트롤러(180)의 제어에 따라 분기시켜 가지 레이저 빔(BL)을 생성하고, 이 가지 레이저 빔(BL)을 제 2 경로(PA2)를 통해 스캐너들(150)에 공급한다. 즉, 음향광학변조기(130)는 레이저 빔(BL)에 대한 고속 스위칭소자로써 동작하게 된다. 이를 위해, 음향광학변조기(130)는 레이저 발생기(110)와 제 1 스캐너(151) 사이, 제 1 스캐너(151)와 제 2 스캐너(152) 사이, 제 2 스캐너(152)와 제 3 스캐너(153) 사이, 제 3 스캐너(153)와 제 4 스캐너(154) 사이의 제 1 경로(PA1) 상에 배치된다. 즉, 음향광학변조기(130)는 각 스캐너(151 내지 154)에 가지 레이저 빔(BL)을 공급하기 유리한 위치에 배치되며, 도 1에서는 각 스캐너(151 내지 154)의 전단에 배치되는 것으로 도시하였으나 이로써 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 레이저 빔(L)은 제 1 경로(PA1) 상에 배치되는 음향광학변조기들(130)을 투과하여 공급되며, 음향광학변조기(130)는 투과되는 레이저 빔(L)을 회절시키거나 단속시켜 가지 레이저 빔(BL)을 생성한다. 이때, 메인컨트롤러(180)에 의해 선택된 음향광학변조기(130)로부터 생성된 가지 레이저 빔(BL)은 레이저 발생기(110)로부터 공급되는 레이저 빔(L)의 출력과 거의 동등한 수준의 출력을 유지할 수 있으며, 조절이 가능하다. 하지만, 이로써 본 발명을 한 정하는 것은 아니다. 특히, 동일한 마킹을 수행하는 각 스캐너(150)에 공급되는 가지 레이저 빔(BL)의 에너지 밀도는 거의 유사하게 설정될 수 있으나, 이로써 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 특히, 각 가지 레이저 빔(BL)이 분기될 때마다, 제 1 경로(PA1)를 통해 공급되는 레이저 빔(L)의 강도는 점점 약해지게 된다. 이 음향광학변조기(130)에 대한 상세한 설명은 도 4를 통해 후술하기로 한다.

반사경(140 : 141 내지 146)은 제 1 경로(PA1)나 제 2 경로(PA2) 상에 배치되어 레이저 빔(L) 또는 가지 레이저 빔(BL)의 경로를 변경한다. 반사경(140)의 수는 설정되는 제 1 경로(PA1)나 제 2 경로(PA2)의 형태에 따라 가변되어 적용된다. 이 반사경들(140) 중 제 1 내지 제 4 반사경(141 내지 144)은 음향광학변조기(130)로부터 발생되는 가지 레이저 빔(BL)을 스캐너들(150)을 향해 반사하는데 이용되고, 제 5 반사경(145)과 제 6 반사경(146)은 제 1 경로(PA1)의 설정을 위해 사용된다.

스캐너(150 : 151 내지 154)는 가지 레이저 빔(BL)을 수용하여 대상물인 기판(160) 상에 2차원적인 스윙을 통해 문자나 도형 등의 마크를 형성한다. 이를 위해 스캐너(150)는 가지 레이저 빔(BL)을 수용하여, X축 제어 거울 및 Y축 제어 거울에 의해 가지 레이저 빔(BL)을 대상에 조사하게 된다. 여기서, 조정거울은 일례이며, 스캐너(150)는 광섬유 또는 광노즐을 포함하여 구성될 수도 있다. 이러한 스캐너(150)는 메인컨트롤러(180)에 의해 제어되며, 특히 메인컨트롤러(180)의 DSP(Digital Siginal Process)에 의해 제어된다. 특히, 스캐너들(150)에는 음향광학변조기(130)에 의해 가지 레이저 빔(BL)이 제공되어 거의 동시에 대상물(160)에 동일한 마킹을 수행할 수 있다. 또한, 스캐너들(150)이 한 대상물(160)의 여러곳에 마킹하는 경우나 같은 위치에 다른 마킹을 수행하는 경우 스캐너들(150)이 이동하거나 초점을 변경할 수 있다. 이때에는 메인컨트롤러(180)에 의해 스캐너들(150)이 개별제어되어, 하나의 스캐너(150)가 이동 중인 경우 이동을 끝낸 다른 스캐너(150)가 우선적으로 마킹을 하고, 스캐너(150)의 이동이 종료된 후 이어서 마킹을 하는 방법을 이용하여 마킹을 수행할 수 있다. 또는, 마킹 대상이 변경되는 스캐너(150)는 일시적으로 마킹을 중단하고, 마킹 대상이 준비된 스캐너(150)에서는 독립적으로 마킹이 진행될 수 있으며, 이는 메인컨트롤러(180)의 제어에 따라 달라질 수 있다. 또는 하나의 스캐너(150)가 초점을 변경하는 동안, 초점이 변경된 스캐너(150)에 의해 마킹이 수행될 수도 있다. 즉, 다수의 스캐너(150)가 동일한 마커를 마킹하는 경우 이동시점 및 마킹 시점을 달리하여 레이저의 이용효율을 증대할 수 있다. 또한, 스캐너(150)는 메인컨트롤러(180)의 제어에 따라 레이저의 초점을 달리하여 마커의 형성위치를 조절할 수도 있다. 즉, 스캐너(150)는 레이저의 초점 위치를 달리하여 대상 물체의 표면에 마커를 마킹하거나, 대상 물체의 층 중간에 마커를 마킹할 수도 있다. 하지만, 이로써 본 발명을 한정하는 것은 아니다.

파워메터(170)는 레이저 빔(L)의 출력을 측정하여 측정정보를 메인컨트롤러(180)에 전달한다. 이를 위해, 파워메터(170)는 제 1 경로(PA1)의 종단 또는 제 1 경로(PA1) 상에 임의적으로 배치되어 제 1 경로(PA1)를 통해 전달되는 레이저 빔(L)의 출력을 측정한다. 파워메터(170)에서 측정된 레이저 빔(L)의 출력은 피드 백 정보로써 메인컨트롤러(180)에 전달되며, 메인컨트롤러(180)는 파워메터(170)로부터 정보에 따라 레이저 빔(L)의 출력을 결정하거나, 스캐너(150)의 이상 유무를 판단하게 된다.

메인컨트롤러(180)는 레이저 발생기(110), 음향광학변조기(130) 및 스캐너(150)를 제어하여 대상물인 기판(160)에 마킹을 수행한다. 이를 위해 메인컨트롤러(180)는 워크스테이션과 같은 컴퓨터 형태의 것을 이용하며, CAD 또는 패턴 정보로 제공되는 마커를 인식하여 레이저 발생기(110), 음향광학변조기(130) 및 스캐너(150)를 제어한다. 이 메인컨트롤러(180)는 대상물인 기판(160)이 이송되어 스캐너(150)의 하부에 위치하면, 레이저 발생기(110)로 하여금 레이저 빔(L)을 출력하도록 제어한다. 특히, 레이저 빔(L)의 출력을 레이저 발생기(110)가 자체적으로 증폭하는 경우, 메인컨트롤러(180)는 증폭된 레이저 빔(L)의 출력시점을 결정하여 결정된 출력시점에 따라 레이저 발생기(110)가 레이저 빔(L)을 출력하도록 제어한다. 또한, 메인컨트롤러(180)는 기판(160)에 마커를 마킹하기 위해 음향광학변조기(130)를 제어하여 가지 레이저 빔(BL)을 생성하도록 제어한다. 음향광학변조기(130)는 메인컨트롤러(180)의 제어에 따라 트랜듀서를 통해 특정 주파수 대역의 신호를 인가하고 이를 통해 레이저 빔(L)으로부터 가지 레이저 빔(BL)을 생성하게 된다. 그리고, 메인컨트롤러(180)는 기판(160) 상에 마커 형성지점으로 스캐너(150)를 배치함과 아울러, 스캐너(150)의 제어 거울들의 움직임을 제어하여 마킹을 수행하게 된다. 아울러, 메인컨트롤러(180)는 파워메터(170)로부터의 측정정보를 수신하고 이를 통해, 레이저 빔(L)의 출력을 결정한다. 특히, 메인컨트롤 러(180)는 측정 정보에 따라 파워 변화 패턴을 생성하고 이를 이전 파워 변화 패턴과 비교하여 현재의 마킹 공정의 이상유무를 판별할 수도 있으나, 이로써 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 이와 같은 제어를 위해 메인컨트롤러(180)는 레이저 발생기(110), 음향광학변조기들(130), 스캐너들(150) 및 파워메터(170)와 전기적으로 연결된다.

도 2는 도 1을 측면에서 바라본 형태를 도시한 장치의 구성 예시도이다.

도 2는 도 1의 일부만을 도시한 것으로서 측면에서의 구성을 설명하기 위해 도시한 예시도이다. 실제 레이저 마킹 장치를 구현하는 경우, 각 구성요소들의 배치는 이보다 더 복잡해질 수 있으며, 구성요소들 간의 배치도 상이해질 수 있다.

레이저 마킹 장치(100)는 레이저 빔(L)의 굴곡을 최소화하기 위해 수평방향으로 구성요소들 즉, 레이저 발생기(110), 제 1 익스펜더 텔레스코프(121), 제 1 음향광학변조기(131), 제 1 반사경(141), 제 2 익스펜더 텔레스코프(122), 제 1 스캐너(151), 제 2 음향광학변조기(132), 제 2 반사경(142), 제 3 익스펜더 텔레스코프(123), 제 2 스캐너(152)의 순으로 배열될 수 있다. 도 2에서는 레이저 발생기(110)로부터 발생된 레이저 빔(L)과 가지 레이저 빔(BL) 동일 높이로 분기되는 것으로 도시하였으나, 가지 레이저 빔(BL)과 레이저 빔(L)의 방출 높이는 서로 달라질 수 있다. 이러한 레이저 마킹 장치(100)는 도 2에 도시된 바와 같이 거치대(192) 상에 배열될 수 있다. 이 중 스캐너(150)는 로봇암에 의해 지지되는 형태를 취할 수 있으며, 스캐너(150)의 하부에 해당하는 부분에는 거치대가 생략되어야 한다. 하지만, 이로써 본 발명을 한정하는 것은 아니다.

상대적인 위치로 위쪽에 레이저 마킹 장치(100)가 설치되면, 이 레이저 마킹 장치(100)의 하부에 이송수단(191)이 설치된다. 도 2에는 이송수단의 예로 컨베이어벨트를 이용한 라인 이송수단이 도시되어 있지만, 매거진, 로봇암 및 선반에 의해 구성되는 이송수단(191)을 이용하는 것도 가능하며 이로써 본 발명을 한정하는 것은 아니다.

이 이송수단(191)은 제 1 방향(D1)으로부터 이송되는 대기기판(165)를 각 스캐너(151, 152)의 아래쪽에 위치시킴과 아울러, 마킹이 종료된 기판(161, 162)을 제 2 방향(D2)으로 이동시켜 다음 공정 또는 다른 장치로 이송시킨다. 메인컨트롤러(180)는 센서들에 의해 기판(161, 162)의 이송 여부를 확인하게 되며, 대기기판(165)이 스캐너(151, 152)의 하부에 위치하면 스캐너(151, 152)를 정렬하여 마킹 대기 상태를 유지하게 된다. 이때, 메인컨트롤러(180)에 의해 레이저 발생기(110)는 레이저 빔(L)을 방출하게 되고, 이 레이저 빔(L)은 익스펜더 텔레스코프(121, 122, 123), 음향광학변조기(131, 132), 반사경(141, 142)를 거쳐 스캐너(151, 152)에 입력된다. 이에 따라, 메인컨트롤러(180)는 스캐너(151, 152)의 세부 위치를 조정함과 아울러, 스캐너(151, 152) 내부의 제어 거울을 조정하여 기판(161, 162)의 미리 지정된 부분에 마커를 마킹하게 된다.

도 3은 도 1의 레이저 발생기의 예를 도시한 예시도이다.

도 3을 참조하면, 레이저 마킹 장치(100)에 사용되는 레이저 발생기(110)는 광노즐(111), 프론트미러(112), 로드챔버(113), 로드봉(113a), 광원(114), 리어미러(115), 출력제어장치(116) 및 케이스(117)을 포함하여 구성될 수 있다. 도 3에 도시된 예는 본 발명의 레이저 마킹 장치에 적용 가능한 레이저 발생기의 예를 도시한 것으로, 이로써 본 발명을 한정하는 것은 아니다.

광노즐(111)은 출력제어장치(116)에 의해 출력되는 레이저 빔(L)이 레이저 발생기(110)의 외부로 방출되는 경로를 제공한다. 이 광노즐(111)은 레이저 빔(L)의 높은 에너지에 견딜 수 있는 렌즈 집적체를 이용하여 구성할 수 있다.

프론트미러(112)는 리어미러(115)와 함께 초기레이저 빔(PL)을 레이저 발생기(110) 내에서 왕복시킨다. 이때, 프론트미러(112)와 리어미러(115)는 초기레이저 빔(PL)이 왕복할 때마다 왕복하는 초기레이저 빔(PL)간의 파장이 중첩되도록 배치된다. 즉, 프론트미러(112)와 리어미러(115) 사이를 왕복하는 초기레이저 빔(PL)은 파장의 중첩에 따라 에너지 밀도가 높아지게 된다.

로드챔버(113)는 광원(114)과 로드봉(113a)이 수납되며, 초기레이저 빔(PL)을 생성함과 아울러, 초기레이저 빔(PL)의 왕복 경로를 제공한다.

로드봉(113a)은 생성되는 레이저에 따라 정해진 매질로 구성되며, 광원(114)으로부터 광에 의해 초기레이저 빔(PL)을 생성한다.

광원(114)은 레이저 빔을 생성하기 위한 광을 제공하며, 광원(114)에서 발생된 광이 로드봉(113a)에 의해 초기레이저 빔(PL)으로 변환된다. 광노즐(111)을 통해 방출되는 레이저 빔(L)의 파장은 광원(114)에 의해 결정되는 것으로, 본 발명에서는 UV 광원(114)을 사용하여 레이저 빔(L)을 생성할 수 있다.

출력제어장치(116)는 로드챔버(113) 내에서 증폭되는 초기레이저 빔(PL)이 임계값 이상의 출력을 가지는 경우 광노즐(111)을 통해 레이저 빔(PL)을 방출한다.

케이스(117)는 내부에 출력제어장치(116), 로드챔버(113), 프론트미러(112) 및 리어미러(115)를 수납한다.

본 발명의 실시예에 도시된 레이저 발생기는 일례일뿐 이로써 본 발명을 한정하는 것은 아니며, 다양한 형태의 레이저를 적용하여 사용하는 것이 가능하다.

도 4는 음향광학변조기를 개략적으로 도시한 예시도이다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 레이저 마킹 장치(100)에 이용 가능한 음향광학변조기(130)는 음향광학매질(132), 트랜스듀서(133), 구동회로(134) 및 비반사 코팅막(135)을 포함하여 구성된다.

음향광학매질(132)은 트랜스듀서(133)에 의해 초음파 면을 형성하여, 레이저 빔(L)으로부터 가지 레이져 빔(BL)을 생성한다. 이 음향광학매질(132)은 응력을 받는 투명 매체에 의해 빛의 굴절율이 변화하는 것을 응용하는 것으로, 레이져 빔(L)의 일부를 회절시켜 회절빔인 레이져 빔(BL)을 생성하게 된다. 이를 위해 음향광학매질(132)의 일단에는 트랜스듀서(133)가 부착되며, 다른 면에는 비반사 코팅막(135)이 부착된다. 음향광학변조기는 단일 파장 광으로 작동되도록 설계된다. 이로 인해, 음향광학매질(132)의 결정은 레이저 빔(L)의 파장에 의해 결정된다.

트랜스듀서는(133)는 하나 이상의 소스로부터 수신되는 특정 형태의 에너지를 다른 형태로 변환하는 장치로써, 가지 레이져 빔(BL)의 생성을 위해 구동회 로(134)로부터의 고주파 전압에 의해 음향광학매질(132)의 표면에 초음파 면을 형성한다. 이를 위해, 트랜스듀서(133)는 구동회로(134)와 전기적으로 연결된다.

구동회로(134)는 메인컨트롤러(180)와 전기적으로 연결되며, 메인컨트롤러(180)의 제어에 따라 트랜스듀서(133)에 고주파 전압을 공급한다.

비반사 코팅막(135)은 음향광학매질(132)의 빔 입사면 및 빔 출사면 중 어느 한면 또는 양면 모두에 형성되며, 회절효율의 증대를 위해 입사하는 레이저 빔(L)의 광손실을 줄임과 아울러, 회절빔의 출력을 향상시킨다.

이러한 음향광학변조기(130)는 레이저 빔을 분할 또는 변조하는 역할을 수행하며, 본 발명에서는 레이저 빔(L)으로부터 일부의 레이저 빔을 분할하여 가지 레이저 빔(BL)을 생성한다.

도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 레이저 마킹장치를 이용하여 마킹을 수행하는 과정을 설명하기 위한 공정 예시도들이다. 이 중 도 5a는 레이저 마킹장치에 의해 형성되는 마커의 예를 도시한 예시도이고, 도 5b는 마커의 형성 위치를 설명하기 위한 예시도이며, 도 5c는 시분할에 의해 마커를 형성하는 예를 설명하기 위한 예시도이다. 아울러, 도 5a 내지 도 5c에서는 스캐너(150) 및 가지 레이저 빔(BL) 이외의 구성은 생략하고 도시하였다.

도 5a 내지 도 5c를 참조하면, 본 발명의 레이저 마킹장치를 이용하여 형성되는 마커(194)는 다수의 점으로 형성될 수 있다. 여기서, 점 이외에도 4각형 점, 3각형 점 등으로 형성할 수도 있으며, 이는 스캐너(150)로부터 기판(160)에 조사되 는 레이저 빔의 형태에 따라 달라질 수 있으나, 이로써 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 다수의 점(P)이 아니라 구간별로 형성되는 다수의 선으로 형성하는 것도 가능하며, 도 5에 도시된 도면에 의해 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 도 5a를 통해 알 수 있는 바와 같이 하나의 마커(194)를 다수의 단속적인 점(P) 또는 선으로 형성함으로써 레이저 빔(L)의 시분할 이용이 가능해진다. 즉, 하나의 마커가 하나의 점을 형성한 후 다음 점을 형성하기 직전에, 다른 스캐너에 의해 다른 마커의 점(P)을 형성함으로써 시분할 구동이 가능해진다. 여기서, 도 5a 내지 도 5c에서는 점(P)에 대한 도면만 도시되었으나, 이로써 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 아울러, 도 5a 내지 도 5c에 도시된 마커(194)를 구성하는 각 점(P)간의 간격은 이보다 조밀해지거나 넓어질 수 있으며, 점(P)의 수도 달라질 수 있다.

이러한 마커(194)는 도 5b에 도시된 바와 같이 기판(160)의 각 모서리에 형성될 수 있다. 도 5b에 도시된 마커(194)의 형성위치도 예시적인 것으로 이로써 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 도 5b에는 디스플레이 패널의 기판(160)을 예로 도시하였으나, 반도체패키지의 인캡슐란트에 마커(194)를 형성하는 것도 가능하다. 도 5b에서와 같이 기판들(160)이 이송수단(191)에 의해 각 스캐너(150)의 하부로 이송되어 정렬된다. 이에 따라 각 스캐너들(150)은 마커(194) 형성위치에 가지 레이저 빔(BL)의 초점을 맞추어 마커(193)를 형성하게 된다. 그리고, 다음 마커(194)의 형성을 위해 기판들(160)이 이송수단에 의해 이송되거나, 스캐너들(150)이 이동하거나, 스캐너들(150)의 초점이 변경되어 다음 마커(194)를 형성하게 된다. 이때, 각 마커(193, 194)의 형성을 위해 가지 레이저 빔(BL1 내지 BL4) 들이 시분할적으로 스캐너들(150)에 공급된다.

이를 도 5c를 참조하여 설명하면, 제 1 기판(161)의 제 1 마커(194a)를 형성하기 위해 제 1 스캐너(151)에 제 1 가지 레이저 빔(BL1)이 일시적으로 공급된다. 이에 따라 제 1 기판(161)에는 제 1 마커(194a)의 제 1 점(P11)이 형성된다. 그리고, 제 1 스캐너(151)가 제 1 마커(194a)의 제 2 점(P12)을 형성하기 위해 초점을 맞추는 동안, 제 2 스캐너(152)에 의해 제 2 마커(194b)의 제 1 점(P21)이 형성된다. 이를 위해, 제 2 음향광학변조기(132)에 의해 제 2 가지 레이저 빔(BL2)이 제 2 스캐너(152)에 일시적으로 공급된다. 이에 따라, 제 2 스캐너(152)는 제 2 기판(162) 상에 제 2 마커(194b)의 제 1 점(P21)을 형성한다.

마찬가지 방법으로 제 3 기판(163)에 제 3 마커(194c)의 제 1 점(P31)이 형성되고, 이어서 제 4 기판(164)에 제 4 마커(194d)의 제 1 점(P31)이 형성된다. 그리고, 제 1 스캐너(151)에 제 1 음향광학변조기(131)에 의해 다시 제 1 가지 레이저 빔(BL)이 일시적으로 공급된다. 이에 따라 제 1 기판(161)에는 제 1 마커(194a)의 제 2 점(P12)이 형성된다. 이후, 제 2 내지 제 4 기판(162, 163, 164)에 각 마커(194b, 194c, 194d)의 제 2 점(P22, P32, P42)이 형성된다. 즉, P11-P21-P31-P41-P12-P22-P32-P42-P13-P23-P33-P43의 순으로 마커(194)를 형성하는 것이 가능하다. 이와 같은 방법으로, 한 번에 한 점(P)을 마킹하여 원하는 마커를 형성하게 된다.

이를 통해 알 수 있는 바와 같이, 각 마커(194)의 각 점들(P)의 형성 시점이 상이해지기 때문에 음향광학변조기들(130)은 서로 다른 시점에 일시적으로 동작하 여 가지 레이저 빔(BL)을 생성하게 되고, 이를 스캐너들(150)에 공급하게 된다. 즉, 마킹을 위해 레이저 빔(L)을 사용하더라도 동시에 점을 찍는 시점이 달라짐으로 인해 종래보다 낮은 출력의 레이저 빔(L)을 이용하는 것이 가능해지며, 레이저 빔(L)의 연속적인 이용이 가능해짐으로써 레이저 빔(L)의 이용효율이 증가한다.

또한, 이를 응용하면 점(P)을 마킹하는 시점을 스캐너쌍(151 및 152, 153 및 154)마다 달리하여 한 번에 다른 마커(194)의 각 점을 형성할 수 있다. 예를 들어 제 1 및 제 2 마커(194a, 194b)의 제 1 점(P11, P21)을 동시에 형성하고, 제 3 및 제 4 마커(194c, 194d)의 제 1 점(P31, P41)을 동시에 형성하는 방법으로 레이저 빔(L)을 이용할 수도 있다. 즉, P11&P21-P31&P41-P12&P22-P32&P42-P13&P23-P33&P43의 순으로 점(P)을 형성하여 마커를 형성할 수 있다.

이와 같이 점(P)의 형성시간을 시분할하는 방법을 이용하는 경우, 본 발명의 레이저 마킹장치는 스캐너(150)를 사실상 독립적으로 구동하게 된다. 즉, 스캐너들(150) 각각에 레이저 발생기(110)를 제공하지 않고 하나의 레이저 발생기(110)로부터 발생되는 레이저 빔(L)을 필요에 따라 분할하여 사용함으로써 스캐너들(150)의 구동을 자유롭게 조절할 수 있다. 즉, 하나의 레이저 발생기(110)와 다수의 수캐너들(150)을 가지고 각 스캐너(150)의 마킹 대상 및 마커를 달리하여 공정에 적용하는 것이 하다. 다시 말하면, 같은 기판의 다른 위치에 각각 다른 마커를 형성하는 것도 가능하다. 또는 제 1 및 제 2 스캐너(151, 152)는 기판(160)에 마킹을 수행하고, 제 3 및 제 4 스캐너(153, 154)는 반도체 패키지(미도시)에 마킹을 수행하는 것도 가능하다. 또한, 각 점(P)의 형성시간을 일부 중첩되게 하는 등의 변형 은 얼마든지 가능하다. 다만, 이를 위해서 메인컨트롤러(180)는 음향광학변조기(130), 스캐너들(150) 및 이송수단(191)을 개별제어해야 하며, 하나의 메인컨트롤러(180)에 의한 제어가 어려운 경우, 다수의 메인컨트롤러(180)를 구비하여 각각의 스캐너들(150)을 제어하는 것도 가능하다.

이러한 방법을 이용하여 마킹 공정을 수행하는 경우, 스캐너들(150)의 마킹작업이 일괄적으로 모두 종료된 뒤에 마킹 대상, 예를 들어 기판(160)을 이송하는 것이 아니라, 마킹이 끝난 기판을 먼저 이송하고, 기판(160)의 이송 및 정렬 중에는 다른 스캐너들(150)만 동작하여 마킹을 수행하는 것이 가능함을 알 수 있다. 또한, 기판(160)의 이송 시점을 다소 달리함으로써 스캐너들(150)의 동작을 세밀하게 시분할하여 구동할 수 있고, 작업을 위해 소요되는 시간 및 레이저발생기(110)의 동작 유휴시간을 현저히 줄일 수 있게 된다. 아울러, 스캐너들(150) 중 어느 하나가 고장나는 경우 고장난 스캐너(150)를 수리하는 동안 다른 스캐너들(150)에 의해서는 공정이 진행하는 것도 가능하므로, 마킹 공정의 효율을 향상시키는 것이 가능하다.

특히, 이러한 마킹 공정을 반도체 패키지에 적용하는 경우, 각각의 스캐너들(150)이 독립적으로 마킹을 수행하는 것이 가능하기 때문에 패키지의 제품번호와 같이 꾸준히 변하고, 각 패키지마다 다른 번호를 가지는 경우에도 적용이 용이하다.

이를 통해 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 레이저 마킹장치의 각 스캐너들(150)은 독립적으로 마킹을 수행한다. 즉, 스캐너들(150)의 수보다 적은 수 의 레이저 발생기(110)로부터 발생되는 레이저 빔(L)을 스캐너들(150)의 마킹시에만 음향광학변조기(130)에 의해 스캐너들(150)에 공급함으로써 스캐너들(150)의 독립적인 구동이 가능해진다. 특히, 메인컨트롤러(180)의 제어능력에 따라 스캐너들(150)의 수를 증가시키는 것이 가능하고, 마킹 시점의 시간적분할에 따라 스캐너(150)의 운용 방법이 다양해질 수 있다. 이러한, 점은 구체적인 언급이 되지 않았더라도 당업자에 의해 용이하게 인지가 가능할 것이다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 레이저 마킹장치는 동시에 여러 개의 마커를 마킹할 수 있도록 복수의 스캐너를 제공하고, 각 스캐너에 분기된 레이저 빔을 공급함으로써 공정속도를 향상시킴과 아울러 레이저의 이용효율을 높일 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명에 따른 레이저 마킹장치는 복수의 스캐너들을 개별구동함과 아울러 상기 스캐너들의 구동에 따라 레이저 빔을 선택적으로 공급함으로써 레이저 이용효율을 극대화하는 것이 가능하다.

이상에서 설명한 것은 본 발명의 기술적 사상을 설명하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로, 본 발명의 기술적 범위는 상술한 실시예에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 특허청구범위에 기재된 청구항에 의해 한정되어야 할 것이다. 또한, 본 발명이 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 할 수 있는 다양한 변형 및 균등한 타 실시예를 포괄할 수 있음을 이해할 것이다.

Claims

레이저 빔을 생성하여 제 1 경로를 통해 공급하는 레이저 발생기와;

상기 제 1 경로 상에 배치되어 상기 레이저 빔을 분기시켜 가지 레이저 빔을 생성하고, 상기 가지 레이저 빔을 제 2 경로를 통해 공급하는 복수의 음향광학변조기;

상기 가지 레이저 빔을 이용하여 대상 물체들에 마킹을 수행하는 복수의 스캐너;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 레이저 마킹장치.
제 1 항에 있어서,

상기 레이저 발생기, 상기 음향광학변조기 및 상기 스캐너를 제어하기 위해, 상기 레이저 발생기, 상기 음향광학변조기 및 상기 스캐너들과 전기적으로 연결되는 메인컨트롤러;를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 레이저 마킹장치.
제 2 항에 있어서,

상기 제 1 경로 및 상기 제 2 경로 중 선택된 어느 한 경로에 배치되고, 상기 레이저 빔 또는 상기 가지 레이저 빔의 특성을 재조정하는 익스펜터 텔레스코프;를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 레이저 마킹장치.
제 1 항에 있어서,

상기 제 1 경로 및 상기 제 2 경로의 설정을 상기 제 1 경로 및 상기 제 2 경로의 연장선상에 설치되는 복수의 반사경;을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 레이저 마킹장치.
제 2 항에 있어서, 상기 음향광학변조기들은,

동시에 상기 가지 레이저 빔을 생성하여 상기 스캐너들에 공급하는 것을 특징으로 하는 레이저 마킹장치.
제 2 항에 있어서, 상기 음향광학변조기들은,

상기 메인컨트롤러의 제어에 따라 시점을 달리하여 상기 가지 레이저 빔을 생성 및 공급하는 것을 특징으로 하는 레이저 마킹장치.
제 5 항에 있어서,

상기 스캐너들은 상기 대상 물체들에 동일한 마커를 마킹하는 것을 특징으로 하는 레이저 마킹장치.
제 6 항에 있어서,

상기 스캐너들은 상기 대상 물체들에 동일한 마커 또는 상이한 마커를 서로 다른 시점에 마킹하는 것을 특징으로 하는 레이저 마킹장치.
제 6 항에 있어서,

상기 마커는 단속적으로 형성되는 복수의 점 또는 선에 의해 구성되는 것을 특징으로 하는 레이저 마킹장치.
제 9 항에 있어서,

상기 스캐너들은 상기 마커를 구성하는 상기 각각의 점 또는 각각의 선을 서로 다른 시점에 상기 대상 물체에 마킹하는 것을 특징으로 하는 레이저 마킹장치.
제 2 항에 있어서,

상기 제 1 경로 상에 설치되고, 상기 레이저 빔의 출력을 감지하여 감지결과를 상기 메인컨트롤러에 전달하는 파워메터;를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 레이저 마킹장치.