KR20100025297A - 드릴링 장치 및 드릴링 방법 - Google Patents

드릴링 장치 및 드릴링 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 광(光) 에너지를 이용하여 가공 대상물에 홈을 형성하는 드릴링 장치 및 드릴링 방법을 제공한다. 상기 드릴링 장치는 제1 경로를 따라 진행하는 드릴(drill) 광을 형성함과 동시에, 상기 제1 경로와 다른 제2 경로를 따라 진행하는 트림(trim) 광을 형성하는 광 형성 수단; 및, 상기 드릴 광으로 가공 대상물에 홈 또는 통공을 형성함과 동시에, 상기 트림 광으로 상기 홈 또는 통공 주변에 형성되는 버르(burr)를 제거하기 위하여 상기 드릴 광 및 트림 광을 가공 대상물로 유도하는 광 유도 수단;을 구비하는 것을 특징으로 한다.

Description

드릴링 장치 및 드릴링 방법{Drilling apparatus and drilling method}
본 발명은 광(光) 에너지를 이용하여 가공 대상물에 홈을 형성하는 드릴링 장치 및 드릴링 방법에 관한 것이다.
가공 대상물에 통공 또는 홈을 형성하는 드릴링(drilling)은, 전형적으로 기계 가공에 의존하여 왔으나 근래에는 레이저(laser)와 같은 광을 가공 대상물에 조사하는 방식도 사용되고 있다. 기계 가공에 의한 드릴링 방법과 마찬가지로 광을 이용한 드릴링 방식에 있어서도, 도 1에 도시된 바와 같이 통공 또는 홈(2) 주변부에 버르(4, burr)가 발생될 수 있다. 상기 버르(4)는 추가적인 가공을 통하여 제거될 수 있으나, 그로 인하여 작업 생산성이 저하되고 작업 비용이 증대된다는 문제점이 있다.
본 발명은 홈 또는 통공 형성 작업과 동시에 버르 제거 작업을 수행하는 드릴링 장치 및 드릴링 방법을 제공한다.
본 발명은 가공 대상물에 광을 조사하여 홈 또는 통공을 형성하는 드릴링 장치 및 드릴링 방법을 제공한다.
본 발명은, 제1 경로를 따라 진행하는 드릴(drill) 광을 형성함과 동시에, 상기 제1 경로와 다른 제2 경로를 따라 진행하는 트림(trim) 광을 형성하는 광 형성 수단; 및, 상기 드릴 광으로 가공 대상물에 홈 또는 통공을 형성함과 동시에, 상기 트림 광으로 상기 홈 또는 통공 주변에 형성되는 버르(burr)를 제거하기 위하여 상기 드릴 광 및 트림 광을 가공 대상물로 유도하는 광 유도 수단;을 구비하는 것을 특징으로 하는 드릴링 장치를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 광 형성 수단은, 하나의 광원과, 상기 광원에서 발(發)한 광을 상기 제1 경로를 따라 진행하는 드릴 광과 상기 제2 경로를 따라 진행하는 트림 광으로 분할하는 빔 스플리터(beam splitter)를 구비할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 광원은 일 방향으로 편광된 광만을 발(發)할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 광 형성 수단은 상기 트림 광의 출력을 약화시키는 광 감쇠기(beam attenuator)를 구비할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 광 감쇠기는 편광판(polarizer)을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 광 형성 수단은 상기 트림 광의 편광 방향을 전환시키는 반파장판(half wave plate)을 구비할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 광 유도 수단은 제1 편광은 투과시키고, 상기 제1 편광에 수직한 방향의 제2 편광은 반사시키는 반사형 편광판(polarizer mirror)을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 광 형성 수단은 상기 트림 광을 상기 홈 또는 통공의 주변을 따라 형성된 폐곡선 형태의 주사 경로를 따라 주사(scanning)하는 트림 광 스캐너를 구비할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 광 형성 수단은 상기 드릴 광을 나선형의 주사 경로를 따라 주사(scanning)하는 드릴 광 스캐너를 구비할 수 있다.
또한 본 발명은, 제1 경로를 따라 진행하는 드릴(drill) 광을 형성함과 동시에, 상기 제1 경로와 다른 제2 경로를 따라 진행하는 트림(trim) 광을 형성하는 광 형성 단계; 및, 상기 드릴 광 및 트림 광을 가공 대상물로 유도하여, 상기 드릴 광으로 홈 또는 통공을 형성함과 동시에, 상기 트림 광으로 상기 홈 또는 통공 주변에 형성되는 버르(burr)를 제거하는 광 유도 단계;를 구비하는 것을 특징으로 하는 드릴링 방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 광 형성 단계는 하나의 광원에서 광 (光)을 발(發)하는 광 발생 단계; 및, 상기 광을 상기 제1 경로를 따라 진행하는 드릴 광과 상기 제2 경로를 따라 진행하는 트림 광으로 분할하는 광 분할 단계;를 구비할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 광 형성 단계는 상기 트림 광의 출력을 약화시키는 단계를 구비할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 광 형성 단계는 상기 트림 광의 편광 방향을 전환시키는 단계를 구비할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 광 유도 단계는 반사형 편광판(polarizer mirror)을 이용하여, 제1 편광은 투과시키고 상기 제1 편광에 수직한 방향의 제2 편광은 반사시키는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 광 형성 단계는 상기 트림 광을 상기 홈 또는 통공의 주변을 따라 형성된 폐곡선 형태의 주사 경로를 따라 주사(scanning)하는 단계를 구비할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 광 형성 단계는 상기 드릴 광을 나선형의 주사 경로를 따라 주사(scanning)하는 단계를 구비할 수 있다.
본 발명에 의하면 가공 대상물에 홈 또는 통공 형성 작업과 동시에 버르 제거 작업을 수행할 수 있어, 작업 생산성이 향상되고 작업 비용이 절감될 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 드릴링 장치는 광원을 하나만 사용하여 홈 또는 통공을 형성함과 동시에 버르를 제거할 수 있어 장치의 제조 비용도 절감될 수 있 다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 드릴링 장치 와 드릴링 방법을 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 드릴링 장치를 도시한 구성도이고, 도 3a 및 도 3b는 드릴(drill) 광(光)과 트림(trim) 광의 주사(scanning) 경로를 각각 도시한 평면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 드릴링 장치(10)는, 제1 경로(P1)를 따라 진행하는 드릴(drill) 광을 형성함과 동시에, 상기 제1 경로(P1)와 다른 제2 경로(P2)를 따라 진행하는 트림(trim) 광을 형성하는 광 형성 수단, 및 상기 드릴 광으로 가공 대상물인 기판(5)에 홈(6) 또는 통공(미도시)을 형성함과 동시에, 상기 트림 광으로 상기 홈(6) 또는 통공의 주변에 형성되는 버르(burr, 4, 도 1 참조)를 제거하기 위하여 상기 드릴 광 및 트림 광을 상기 기판(5)으로 유도하는 광 유도 수단을 구비한다.
상기 광 형성 수단은 하나의 광원(11)과, 상기 광원(11)에서 발(發)한 광을 제1 경로(P1)를 따라 진행하는 드릴 광과 제2 경로(P2)를 따라 진행하는 트림 광으로 분할하는 빔 스플리터(beam splitter, 15)를 구비한다. 상기 광원(11)은 광의 직진성과 파장의 집중도가 우수한 레이저(laser)가 사용될 수 있으며, 에너지 수준이 높은 355 nm 파장의 레이저가 사용될 수 있다. 상기 광원(11)은 355 nm 파장의 레이저를 발(發)하는 레이저 다이오드(laser diode)를 포함할 수 있다. 한편, 상기 광원(11)은 일 방향으로 편광된 광(光)만을 발(發)하도록 구성된 것일 수도 있다. 예컨대, 상기 광원(11)은 P 편광만을 발할 수도 있다.
상기 빔 스플리터(15)는 입사된 광의 선속을 1:1의 비율로 분할할 수도 있고, 다른 비율로 분할할 수도 있다. 다만, 제1 경로(P1) 측으로 진행하는 드릴 광(도 2에서는 빔 스플리터(15)를 투과하는 광)의 선속이 제2 경로(P2) 측으로 진행하는 트림 광(도 2에서는 빔 스플리터(15)에서 반사되는 광)의 선속보다 많아지도록 분할 비율이 정해지는 것이 바람직하다. 한편, 도 2에 도시된 실시예와 달리, 본 발명은 드릴 광 발광(發光)용 광원과 트림 광 발광(發光)용 광원을 각각 구비하는 실시예를 포함할 수 있다.
또한, 상기 드릴링 장치(10)는 제2 경로(P2)를 따라 진행하는 트림 광의 편광 방향을 전환시키는 반파장판(half wave plate, 21)과, 상기 트림 광의 출력을 약화시키는 광 감쇠기(beam attenuator)를 구비한다. 상기 트림 광 중에서 제1 편광(예컨대, P 편광)은 상기 반파장판(21)을 통하여 상기 제1 편광에 수직한 방향의 제2 편광(예컨대, S 편광)으로 전환되고, 상기 트림 광 중에서 제2 편광(예컨대, S 편광)은 상기 반파장판(21)을 통하여 제1 편광(예컨대, P 편광)으로 전환된다. 한편, 상기 광원(11)이 제1 편광(예컨대, P 편광)만을 발(發)하는 때에는 상기 트림 광은 반파장판(21)을 통하여 전부 제2 편광(예컨대, S 편광)으로 전환될 수 있다.
상기 광 감쇠기는 편광판(24)을 포함할 수 있다. 광의 진행 방향을 피봇 축으로 하여 상기 편광판(24)을 회전시키면, 상기 편광판(24)의 회전 각도에 따라 상기 편광판(24)을 투과하는 제1 편광(예컨대, P 편광)과 제2 편광(예컨대, S 편광) 의 비율이 변경된다. 편광판(24)의 이와 같은 성질을 이용하여 상기 반파장판(21)을 통과한 트림 광의 출력, 특히 트림 광 중의 제2 편광(예컨대, S 편광)의 출력을 약화시킬 수 있다.
한편, 상기 광 유도 수단은 제1 편광(예컨대, P 편광)은 투과시키고 제2 편광(예컨대, S 편광)은 반사시키는 반사형 편광판(polarizer mirror, 30)을 포함할 수 있다. 상기 빔 스플리터(15)에 의해 트림 광과 분할된 드릴 광은 미러(17)에 의해 진로가 굴절되고, 드릴 광 스캐너(19)에 의해 주사(scanning)된다. 상기 주사된 드릴 광 중에서 제1 편광(예컨대, P 편광)은 상기 반사형 편광판(30)을 투과하여 기판(5)에 입사되어 미리 정해진 직경(D)의 홈(6) 또는 통공(미도시)이 형성된다. 한편, 상기 광원(11)이 제1 편광(예컨대, P 편광)만을 발(發)하는 때에는 상기 드릴 광 스캐너(19)에 의해 주사되는 드릴 광이 전부 기판(5)에 입사될 수 있다.
또 한편, 상기 편광판(24)을 통과하여 출력이 약화된 트림 광은 미러(mirror, 26)에 의해 진로가 굴절되고, 트림 광 스캐너(28)에 의해 주사(scanning)된다. 상기 주사된 트림 광 중에서 제2 편광(예컨대, S 편광)은 상기 반사형 편광판(30)에 의해 반사되어 상기 홈(6) 또는 통공(미도시)의 주변에 입사되고, 이 트림 광에 의해 버르(4, 도 1 참조)가 제거된다. 한편, 한편, 상기 광원(11)이 제1 편광(예컨대, P 편광)만을 발(發)하는 때에는 상기 트림 광 스캐너(28)에 의해 주사되는 트림 광이 전부 상기 홈(6) 또는 통공(미도시)의 주변에 입사될 수 있다.
상기 드릴 광 스캐너(19) 및 트림 광 스캐너(28)는 각각, 드릴 광 및 트림 광을 투과시키지만 미세하여 움직여 드릴 광 및 트림 광의 진로를 미세 조정하는 스캐너 렌즈를 포함한다. 도 3a를 참조하면, 상기 드릴 광 스캐너(19, 도 2 참조)는 상기 드릴 광을 나선형의 제1 주사 경로(S1)를 따라 주사하여 홈(6) 또는 통공(미도시)을 형성한다. 도 3a에서 도시된 제1 주사 경로(S1)는 시계 방향으로 진행하면서 중심에서 멀어지는 나선 경로이나, 이와 달리 반시계 방향으로 진행하면서 중심에 가까워지는 나선 경로, 반시계 방향으로 진행하면 중심에서 멀어지는 나선 경로, 혹은 시계 방향으로 진행하면서 중심에 가까워지는 나선 경로도 또한 가능하다.
도 3b를 참조하면, 상기 트림 광 스캐너(28, 도 2 참조)는 상기 트림 광을 상기 홈(6) 또는 통공(미도시)의 주변을 따라 형성된 폐곡선 형태의 제2 주사 경로(S2)를 다라 주사하여 상기 버르(4, 도 1 참조)를 제거한다. 도 3b에서 도시된 제2 주사 경로(S2)는 홈(6)의 직경(D)보다 약간 큰 직경의 동심원을 따라 시계 방향으로 진행하는 원형 경로이다. 그러나, 이와 달리 홈(6)의 직경(D)과 같거나 약간 작은 직경의 동심원을 따라 진행하는 원형 경로이거나, 반시계 방향으로 진행하는 원형 경로로 가능하다.
이하에서, 다시 도 2를 참조하여 상기 드릴링 장치(10)를 이용하는, 본 발명의 일 실시예에 따른 드릴링 방법을 설명한다. 상기 드릴링 장치(10)에 구비된 구성 요소들의 기능에 대해서는 이미 설명하였으므로 이하의 설명에서 중복된 설명은 생략한다.
상기 드릴링 방법은 제1 경로(P1)를 따라 진행하는 드릴 광을 형성함과 동시 에, 제2 경로(P2)를 따라 진행하는 트림(trim) 광을 형성하는 광 형성 단계, 및 상기 드릴 광 및 트림 광을 가공 대상물인 기판(5)으로 유도하여, 상기 드릴 광으로 홈(6) 또는 통공(미도시)을 형성함과 동시에, 상기 트림 광으로 상기 홈(6) 또는 통공(미도시) 주변에 형성되는 버르(burr, 4, 도 1 참조)를 제거하는 광 유도 단계를 구비한다. 상기 광 형성 단계는 하나의 광원(11)에서 광(光)을 발(發)하는 광 발생 단계, 및 상기 광을 빔 스플리터(15)를 이용하여 상기 제1 경로(P1)를 따라 진행하는 드릴 광과 상기 제2 경로(P2)를 따라 진행하는 트림 광으로 분할하는 광 분할 단계를 구비한다. 한편, 상기 광원(11)에서 발(發)하는 광에는 제1 편광(예컨대, P 편광)만 포함될 수도 있다.
또한, 상기 광 형성 단계는 상기 반파장판(21)을 이용하여 상기 분할된 트림 광의 편광 방향을 전환시키는 단계와, 상기 편광판(24)을 이용하여 상기 트림 광의 출력을 약화시키는 단계를 구비한다. 또한, 상기 광 형성 단계는 상기 출력이 약화된 트림 광의 진로를 미러(26)를 이용하여 굴절시키고, 상기 트림 광 스캐너(28)를 이용하여 주사(scanning)하는 단계를 구비한다. 또한, 상기 광 형성 단계는 상기 빔 스플리터(15)에 의해 트림 광과 분할된 드릴 광의 진로를 미러(17)를 이용하여 굴절시키고, 상기 드릴 광 스캐너(19)를 이용하여 주사(scanning)하는 단계를 구비한다.
한편, 상기 광 유도 단계는 상기 반사형 편광판(30)을 이용하여, 상기 주사된 드릴 광 중에서 제1 편광(예컨대, P 편광)을 투과시켜 기판(5)에 홈(6) 또는 통공(미도시)을 형성하고, 상기 주사된 트림 광 중에서 제2 편광(예컨대, S 편광)을 반사시켜 상기 홈(6) 또는 통공(미도시) 주변의 버르(4, 도 1 참조)를 제거하는 단계를 포함한다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.
도 1은 드릴링 작업시 형성되는 버르(burr)를 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 드릴링 장치를 도시한 구성도이다.
도 3a 및 도 3b는 드릴(drill) 광(光)과 트림(trim) 광의 주사(scanning) 경로를 각각 도시한 평면도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
4 ...버르(burr) 5 ...가공 대상물
6 ...홈 10 ...드릴링 장치
11 ...광원 15 ...빔 스플리터
17, 26 ...미러 19 ...드릴 광 스캐너
21 ...반파장판 28 ...트림 광 스캐너
24 ...편광판 30 ...반사형 편광판

Claims (17)

  1. 제1 경로를 따라 진행하는 드릴(drill) 광을 형성함과 동시에, 상기 제1 경로와 다른 제2 경로를 따라 진행하는 트림(trim) 광을 형성하는 광 형성 수단; 및, 상기 드릴 광으로 가공 대상물에 홈 또는 통공을 형성함과 동시에, 상기 트림 광으로 상기 홈 또는 통공 주변에 형성되는 버르(burr)를 제거하기 위하여 상기 드릴 광 및 트림 광을 가공 대상물로 유도하는 광 유도 수단;을 구비하는 것을 특징으로 하는 드릴링 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 광 형성 수단은, 하나의 광원과, 상기 광원에서 발(發)한 광을 상기 제1 경로를 따라 진행하는 드릴 광과 상기 제2 경로를 따라 진행하는 트림 광으로 분할하는 빔 스플리터(beam splitter)를 구비한 것을 특징으로 하는 드릴링 장치.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 광원은 일 방향으로 편광된 광만을 발(發)하는 것을 특징으로 하는 드릴링 장치.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 광 형성 수단은 상기 트림 광의 출력을 약화시키는 광 감쇠기(beam attenuator)를 구비한 것을 특징으로 하는 드릴링 장치.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 광 감쇠기는 편광판(polarizer)을 포함하는 것을 특징으로 하는 드릴링 장치.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 광 형성 수단은 상기 트림 광의 편광 방향을 전환시키는 반파장판(half wave plate)을 구비한 것을 특징으로 하는 드릴링 장치.
  7. 제1 항 또는 제6 항에 있어서,
    상기 광 유도 수단은 제1 편광은 투과시키고, 상기 제1 편광에 수직한 방향의 제2 편광은 반사시키는 반사형 편광판(polarizer mirror)을 포함하는 것을 특징으로 하는 드릴링 장치.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 광 형성 수단은 상기 트림 광을 상기 홈 또는 통공의 주변을 따라 형성된 폐곡선 형태의 주사 경로를 따라 주사(scanning)하는 트림 광 스캐너를 구비한 것을 특징으로 하는 드릴링 장치.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 광 형성 수단은 상기 드릴 광을 나선형의 주사 경로를 따라 주사(scanning)하는 드릴 광 스캐너를 구비한 것을 특징으로 하는 드릴링 장치.
  10. 제1 경로를 따라 진행하는 드릴(drill) 광을 형성함과 동시에, 상기 제1 경로와 다른 제2 경로를 따라 진행하는 트림(trim) 광을 형성하는 광 형성 단계; 및, 상기 드릴 광 및 트림 광을 가공 대상물로 유도하여, 상기 드릴 광으로 홈 또는 통공을 형성함과 동시에, 상기 트림 광으로 상기 홈 또는 통공 주변에 형성되는 버르(burr)를 제거하는 광 유도 단계;를 구비하는 것을 특징으로 하는 드릴링 방법.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 광 형성 단계는 하나의 광원에서 광(光)을 발(發)하는 광 발생 단계; 및, 상기 광을 상기 제1 경로를 따라 진행하는 드릴 광과 상기 제2 경로를 따라 진행하는 트림 광으로 분할하는 광 분할 단계;를 구비한 것을 특징으로 하는 드릴링 방법.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 광원은 일 방향으로 편광된 광만을 발(發)하는 것을 특징으로 하는 드릴링 방법.
  13. 제10 항에 있어서,
    상기 광 형성 단계는 상기 트림 광의 출력을 약화시키는 단계를 구비한 것을 특징으로 하는 드릴링 방법.
  14. 제10 항에 있어서,
    상기 광 형성 단계는 상기 트림 광의 편광 방향을 전환시키는 단계를 구비한 것을 특징으로 하는 드릴링 방법.
  15. 제10 항 또는 제14 항에 있어서,
    상기 광 유도 단계는 반사형 편광판(polarizer mirror)을 이용하여, 제1 편광은 투과시키고 상기 제1 편광에 수직한 방향의 제2 편광은 반사시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 드릴링 방법.
  16. 제10 항에 있어서,
    상기 광 형성 단계는 상기 트림 광을 상기 홈 또는 통공의 주변을 따라 형성된 폐곡선 형태의 주사 경로를 따라 주사(scanning)하는 단계를 구비한 것을 특징으로 하는 드릴링 방법.
  17. 제10 항에 있어서,
    상기 광 형성 단계는 상기 드릴 광을 나선형의 주사 경로를 따라 주 사(scanning)하는 단계를 구비한 것을 특징으로 하는 드릴링 방법.
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