KR20120073900A - 광섬유를 이용한 금도금 박리 장치 - Google Patents

광섬유를 이용한 금도금 박리 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 광섬유를 이용한 금도금 박리 장치를 공개한다. 이 장치는 전원을 공급받아 레이저 빔을 출사하는 레이저 발생기; 상기 출사된 레이저 빔을 인가받아 배율을 조정하여 전달하는 빔 익스팬더; 상기 배율이 조정된 레이저 빔을 인가받아 유연성있게 움직여 레이저 빔을 전송하는 광섬유; 상기 레이저 빔을 전송받아 평행광으로 변환하고 스팟에 집속하여 피가공물 표면에 조사하는 레이저 헤드;를 구비하는 것을 특징으로 한다. 따라서 본 발명에 의할 경우, 초정밀 가공을 요하는 피가공물의 박리시 유연성있게 설치 공간 및 작업 공간의 확보가 용이하고, 다양한 종류의 피가공물을 특별한 설비 변경 없이 피가공물의 컨택트와 SMT 영역을 분리할 수 있으며, 레이저 빔의 출력강도가 고르게 분산되어 하지 표면 처리층에 에너지 전달이 최소화됨으로써 하지 표면 처리층에 손상을 주지 않고 안전하게 상측 표면 처리층만 가공할 수 있다.

Description

광섬유를 이용한 금도금 박리 장치{A gold-plate delaminating device using optical fiber}
본 발명은 금도금 박리 장치에 관한 것으로, 특히 초정밀 가공을 요하는 피가공물을 인쇄회로기판에 실장할 때 땜납 상승을 방지하기 위하여 상측 표면 처리층의 원하는 영역만을 부분적으로 박리할 수 있는 광섬유를 이용한 금도금 박리 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 전기 커넥터나 리드 프레임과 같은 전자 부품의 컨택트를 배선 기판의 회로 단자에 전기 접속하는 경우, 배선 기판에 대해 콘택트의 단자부를 땜납 접합하는 방법을 이용한다.
납땜용 도금은 통상 땜납 도금이지만, 금(Au) 도금, 은(Ag) 도금, 팔라듐(Pd)-니켈(Ni) 도금, 팔라듐 도금, 주석(Sn) 도금 등의 경우도 있다.
그런데, 콘택트의 단자부를 기판에 땜납 접합하는 경우, 기판측으로부터의 용융 땜납이나 단자부 자체에 실시된 땜납 도금의 용융 땜납 등이 땜납을 끌어당기는 금, 은 등의 화학적 특성에 의해 콘택트의 단자부 위치를 넘어 콘택트의 접촉부에까지 젖어 올라가거나 유동하여 접촉부를 오염시키는 문제가 생기기 쉽다.
이러한 땜납 상승을 방지하기 위한 수단으로서, Ni 도금 후의 콘택트의 Ni 배리어부를 필요로 하는 부분을 테이프 등으로 마스킹해 도금하거나 Ni 배리어부를 기계적으로 수지 등으로 마스킹해 도금하는 방법을 들 수 있다.
하지만, 상기의 방법들은 테이프의 폭이 한정되기 때문에 초소형 콘택트와 같이 Ni 배리어층을 좁은 폭으로 형성하지 않으면 안되는 용도에는 적합하지 않으며, 추가로 특수한 테이프나 기계 마스크를 제품마다 제작해야 하기 때문에 비용의 상승을 초래하고, 콘택트와 마스크의 위치 제어를 정밀하게 행할 필요가 있어 도금 속도를 올리는 것이 어렵다는 문제점이 있었다.
상기 문제점들을 해결하기 위하여 콘택트의 전체 둘레에 걸쳐 레이저를 조사함으로써 상측 표면 처리층의 제거와 이 제거에 의해 노출된 좁은 폭의 하지 표면 처리층의 산화를 동시에 수행하는 금도금 박리 장치가 제안되었다.
도 1은 종래 기술에 따른 미러 타입 금도금 박리 장치의 개략적인 구성도로서, 레이저 발생기(10), 연결 광학계(20), 레이저 헤드(30)를 구비한다.
도 2는 도 1에 도시한 종래 기술에 따른 미러 타입 금도금 박리 장치를 이용하여 형성한 스팟(spot)의 형상과 스팟의 반경에 따른 광의 강도를 나타내는 그래프로서, 가로축은 스팟의 반경을 나타내고 세로축은 스팟의 광강도를 나타낸다.
도 3은 도 1에 도시한 종래 기술에 따른 미러 타입 금도금 박리 장치를 이용하여 레이저 빔을 조사한 후의 피가공물(40)의 SEM 사진의 평면도로서, 니켈 도금층(44) 및 금 도금층(46)을 포함한다.
도 1 내지 도 3을 참조하여 종래 기술에 따른 미러 타입 금도금 박리 장치의 동작을 설명하면 다음과 같다.
레이저 발생기(10)가 레이저 빔을 출사하면 연결 광학계(20)는 출사된 레이저 빔을 인가받아 복수개의 미러들(22, 24, 26, 28)을 통하여 광경로를 변경하여 레이저 헤드(30)에 전달한다.
레이저 헤드(30)는 레이저 빔을 전달받아 콜리메이터 및 집속렌즈를 통하여 스팟에 집속시켜 피가공물(40)에 조사한다.
피가공물(40)은 보통 하지 표면 처리층이 니켈 도금층으로 형성되고 상측 표면 처리층이 금 도금층으로 형성되는데, 도 1에서 보는 바와 같이, 레이저 헤드(30)는 피가공물(40)의 표면에 대해 소정의 경사 각도(xㅀ)로 레이저광을 조사하여 상측 표면 처리층을 제거, 즉 박리하고 노출된 좁은 폭의 하지 표면 처리층의 산화를 동시에 수행한다.
이때 전기 커넥터나 리드 프레임과 같은 피가공물(40)의 초정밀 가공을 위해서 레이저 헤드(30)는 수 마이크로미터 이내에서 정밀하게 위치가 제어되어 한정된 작업 공간 및 설치 공간을 고려하여 효과적으로 이들을 조합시키는 것이 필요하다.
그런데, 종래 기술에 따른 미러 타입 금도금 박리 장치는 복수개의 미러들(22, 24, 26, 28)을 통하여 광경로를 변경하여 레이저 빔을 전달할 경우, 설비 초기에 조사하는 빔의 조사 방향 및 각도가 기 설정되어 다양한 종류의 피가공물(40)의 컨택트와 SMT(Surface Mounting Technology) 영역, 즉 기판상에 실장하는 부품 간의 배선 영역을 분리하기 위하여 레이저 빔을 자유롭게 조사하는 것이 용이하지 않다.
또한, 피가공물(40)의 형태와 크기에 따라 NB(Nickel Barrier) 구간이 달라지게 되는데, 제품의 변경이 있는 경우, 보통 설비 초기에 기설정된 레이저 빔의 조사 방향 및 각도를 변경할 때 전달되는 레이저 빔이 변화하는 경우가 발생하여 복수개의 미러들(22, 24, 26, 28) 정렬을 다시 세팅해야 하므로 시간낭비가 발생하는 문제점이 있다.
한편, 종래 기술에 따른 미러 타입 금도금 박리 장치는 레이저 발생기(10)에서 발생되는 레이저 빔 에너지를 그대로 복수개의 미러들(22, 24, 26, 28)에 반사 시켜 스팟을 형성하여 피가공물(40)에 조사 하기 때문에 도 2 에서 보는 바와 같이, 레이저 빔은 광강도(I1)가 2의 세기를 가지고 폭(R1)이 1인 에너지 밀도가 중앙으로 밀집되어 있다.
따라서, 피가공물(40)에 레이저광이 조사되어 상측 표면 처리층인 금 도금층이 박리되면 도 3에서 보는 바와 같이, 하지 표면 처리층인 니켈 도금층에 손상(A)을 주게 되어 피가공물(40)의 컨택트와 SMT 영역을 분리하는 기능이 저하되는 문제점이 있다.
본 발명의 목적은 표면에 금 도금 처리된 피가공물을 인쇄회로기판에 실장할 때 컨택트 부위를 보호할 수 있도록 레이저와 광섬유를 이용하여 상측 표면 처리층의 원하는 영역만을 부분적으로 제거할 수 있는 광섬유를 이용한 금도금 박리 장치를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 광섬유를 이용한 금도금 박리 장치는 전원을 공급받아 레이저 빔을 출사하는 레이저 발생기; 상기 출사된 레이저 빔을 인가받아 배율을 조정하여 전달하는 빔 익스팬더; 상기 배율이 조정된 레이저 빔을 인가받아 유연성있게 움직여 레이저 빔을 전송하는 광섬유; 상기 레이저 빔을 전송받아 평행광으로 변환하고 스팟에 집속하여 피가공물 표면에 조사하는 레이저 헤드;를 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 광섬유를 이용한 금도금 박리 장치는 상기 배율이 조정된 레이저 빔을 인가받아 광경로를 변경한 후 집속시키는 커플링부;를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 광섬유를 이용한 금도금 박리 장치는 상기 커플링부는 상기 레이저 빔을 집속시키는 제1 집광 렌즈를 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 광섬유를 이용한 금도금 박리 장치는 상기 레이저 헤드는 상기 광섬유로부터 레이저 빔을 전송받아 평행광으로 변환하는 콜리메이터; 상기 평행광을 인가받아 상기 스팟에 집속시키는 제2 집광 렌즈;를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 광섬유를 이용한 금도금 박리 장치는 상기 레이저 빔은 파장이 200 내지 2,000㎚인 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 광섬유를 이용한 금도금 박리 장치는 상기 레이저 헤드는 상기 피가공물의 두께에 따라 상기 레이저 빔의 초점 거리를 조절하는 빔 익스팬더를 추가로 구비할 수 있는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 광섬유를 이용한 금도금 박리 장치는 상기 레이저 빔은 펄스 에너지가 1.7 내지 5 mJ/㎟인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 광섬유를 이용한 금도금 박리 장치는 플렉시블(flexible)한 광섬유를 이용하므로 초정밀 가공을 요하는 피가공물의 박리시 유연성있게 설치 공간 및 작업 공간의 확보가 용이하다.
또한, 초기 설계와 전혀 관계없이 피가공물에 부여해야 하는 컨택트와 SMT 영역을 원하는 각도로 조사 되는 레이저 빔을 세팅할 수 있어 다양한 종류의 피가공물을 특별한 설비 변경 없이 피가공물의 컨택트와 SMT 영역을 분리할 수 있다.
또한, 피가공물에 조사되는 레이저 빔이 사다리꼴 형상의 첨단부를 가지므로 레이저 빔의 출력강도가 고르게 분산되어 하지 표면 처리층에 에너지 전달이 최소화됨으로써 하지 표면 처리층에 손상을 주지 않고 안전하게 상측 표면 처리층만 가공할 수 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 미러 타입 금도금 박리 장치의 개략적인 구성도이다.
도 2는 도 1에 도시한 종래 기술에 따른 미러 타입 금도금 박리 장치를 이용하여 형성한 스팟의 형상과 스팟의 반경에 따른 광의 강도를 나타내는 그래프이다.
도 3은 도 1에 도시한 종래 기술에 따른 미러 타입 금도금 박리 장치를 이용하여 레이저 빔을 조사한 후의 피가공물의 SEM 사진의 평면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 광섬유를 이용한 금도금 박리 장치의 개략적인 구성도이다.
도 5는 도 4에 도시한 본 발명에 따른 광섬유를 이용한 금도금 박리 장치를 이용하여 형성한 스팟의 형상과 스팟의 반경에 따른 광의 강도를 나타내는 그래프이다.
도 6은 도 4에 도시한 본 발명에 따른 광섬유를 이용한 금도금 박리 장치를 이용하여 레이저 빔을 조사한 후의 피가공물의 SEM 사진의 평면도이다.
도 7a 및 도 7b는 도 1에 도시한 종래 기술에 따른 미러 타입 금도금 박리 장치를 이용한 경우 및 도 4에 도시한 본 발명에 따른 광섬유를 이용한 금도금 박리 장치를 이용한 경우 레이저 빔을 조사한 후의 상태를 비교한 피가공물의 단면도이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 광섬유를 이용한 금도금 박리 장치를 설명하면 다음과 같다.
도 4는 본 발명에 따른 광섬유를 이용한 금도금 박리 장치의 개략적인 구성도로서, 레이저 발생기(100), 빔 익스팬더(200), 커플링부(300), 광섬유(400), 레이저 헤드(500)를 구비한다. 커플링부(300)는 제1 집광 렌즈(320)를 구비하고, 레이저 헤드(500)는 다시 콜리메이터(520) 및 제2 집광 렌즈(540)를 구비한다.
도 4를 참조하여 본 발명에 따른 광섬유를 이용한 금도금 박리 장치의 각 블록의 기능을 설명하면 다음과 같다.
레이저 발생기(100)는 소정의 전원부로부터 전원을 공급받아 레이저 빔을 출사한다.
여기에서, 레이저 빔은 파장이 200㎚ 내지 2,000㎚인 비교적 고출력의 레이저빔이 사용될 수 있는데, 피가공물(600)의 재질에 따라 Nd:YAG 펄스 레이저, CO2 레이저 또는 자외선(UV) 레이저 등이 사용된다.
빔 익스팬더(200)는 출사된 레이저 빔을 인가받아 초점 거리 조절을 위하여 소정 크기로 배율을 조정하여 전달한다.
커플링부(300)는 배율이 조정된 레이저 빔을 인가받아 제1 집광 렌즈(320)를 통하여 소정 직경의 스팟에 집속한다.
광섬유(400)는 집속된 레이저 빔을 인가받아 초정밀 구동이 용이하도록 유연성있게 움직여 레이저 빔을 전송한다.
레이저 헤드(500)는 광섬유(400)로부터 레이저 빔을 전송받아 콜리메이터(520)에 의해 평행광으로 변환하고 제2 집광 렌즈(540)에 의하여 소정 직경의 스팟에 집속하여 피가공물 표면의 소정 위치에 조사한다.
이때, 피가공물의 두께에 따라 레이저 빔의 초점 거리를 조절해야 하는데, 레이저 헤드(500)를 수직 이동시키거나 레이저 헤드(500) 내에 빔 익스팬더를 추가적으로 설치하여 초점이 맺히는 거리를 조절할 수 있다.
이와 같이, 본 발명에 따른 금도금 박리 장치는 플렉시블(flexible)한 광섬유(400)를 이용하므로 전기 커넥터나 리드 프레임과 같은 초정밀 가공을 요하는 피가공물의 박리시 제품의 변경이 있는 경우 복수개의 미러들 정렬을 다시 세팅해야 하는 종래 기술에 따른 미러 타입 금도금 박리 장치에 비해 유연성있게 설치 공간 확보가 용이하고, 확보된 설치 공간은 또한 작업자의 작업 공간을 확보할 수 있게 된다.
또한, 본 발명에 따른 광섬유(400)를 이용한 금도금 박리 장치는 초기 설계와 전혀 관계없이 피가공물에 부여해야 하는 컨택트와 SMT 영역을 원하는 각도로 조사 되는 레이저 빔을 세팅할 수 있어 종래 기술에 따른 미러 타입 금도금 박리 장치보다 더욱 다양한 종류의 피가공물을 특별한 설비 변경 없이 피가공물에 컨택트와 SMT 영역을 분리하는 기능을 부여 할 수 있게 된다.
도 5는 도 4에 도시한 본 발명에 따른 광섬유를 이용한 금도금 박리 장치를 이용하여 형성한 스팟의 형상과 스팟의 반경에 따른 광의 강도를 나타내는 그래프로서, 가로축은 스팟의 반경을 나타내고 세로축은 스팟의 광강도를 나타낸다.
도 6은 도 4에 도시한 본 발명에 따른 광섬유를 이용한 금도금 박리 장치를 이용하여 레이저 빔을 조사한 후의 피가공물의 SEM 사진의 평면도로서, 니켈 도금층(100) 및 금 도금층을 포함한다.
도 7a는 도 1에 도시한 종래 기술에 따른 미러 타입 금도금 박리 장치를 이용한 경우 레이저 빔을 조사한 후의 피가공물의 단면도로서, 원자재(42), 니켈 도금층(44) 및 금 도금층(46)을 포함한다.
도 7b는 도 4에 도시한 본 발명에 따른 광섬유를 이용한 금도금 박리 장치를 이용한 경우 레이저 빔을 조사한 후의 피가공물(600)의 단면도로서, 원자재(620), 니켈 도금층(640) 및 금 도금층(660)을 포함한다.
도 4 내지 도 7b을 참조하여 본 발명에 따른 광섬유를 이용한 금도금 박리 장치를 이용하여 레이저 빔을 조사한 후 결과를 설명하면 다음과 같다.
일반적인 레이저 발생기(100)의 출력단에서 레이저 광속의 수직 단면의 강도 분포를 횡(橫)모드 또는 공간모드라 하는데, 횡모드는 레이저 발생기(100)의 구조나 형상에 의하여 발생하는 회절이나 간섭 현상에 기인한다. 횡모드는 광강도가 스팟 중심부에 집중되는 가우스 분포이며, 광강도가 스팟 중심부에서 멀어질수록 확률분포적으로 작아지는 특징을 가진다.
레이저빔을 집광시켰을 때, 스팟의 직경은 입사되는 레이저 빔의 직경에 반비례하고, 집광 렌즈(320)의 초점거리에 비례한다.
또한, 레이저 빔의 출력강도는 도 5에서 보는 바와 같이, 광강도(I2)가 1.5의 세기를 가지고 폭(R2)이 1.5인 에너지 밀도가 중앙으로 밀집되어 있지 않고 고르게 분산되어 금 도금층으로 상측 표면 처리된 피가공에 레이저 빔을 조사 하면 하지 표면 처리층인 니켈 도금층에 에너지 전달이 최소화되어 도 6에서 보는 바와 같이, 하지 표면 처리층에 손상을 주지 않고 상측 표면 처리층만 가공할 수 있게 된다.
이에 따라, 도 7a 에서 보는 바와 같이, 종래 기술에 따른 미러 타입 금도금 박리 장치를 이용하는 경우 레이저 빔은 쐐기 형상의 첨단부를 가지므로 상측 표면 처리층인 금 도금층만 박리될 뿐 아니라 하지 표면 처리층인 니켈 도금층까지 손상을 주는 반면, 도 7b 에서 보는 바와 같이, 본 발명에 따른 광섬유(400)를 이용한 금도금 박리 장치를 이용하는 경우 레이저 빔은 사다리꼴 형상의 첨단부를 가지므로 상측 표면 처리층인 금 도금층만을 박리하고 하지 표면 처리층인 니켈 도금층에는 손상을 주지 않는다.
또한, 피가공물에 조사되는 레이저 빔의 펄스 에너지(Pulse energy)는 1.7 내지 5mJ/㎟의 범위로 하는 것이 바람직한데, 그 이유는 상기 범위를 벗어나는 경우 상측 표면 처리층인 금 도금층 뿐 아니라 하지 표면 처리층인 니켈 도금층까지 박리되어 원자재가 노출될 가능성이 있기 때문이다.
이와 같이, 본 발명의 광섬유를 이용한 금도금 박리 장치는 표면에 금 도금 처리된 피가공물을 인쇄회로기판에 실장할 때 솔더 크림으로부터 컨택트 부위를 보호할 수 있도록 레이저와 광섬유(400)를 이용하여 상측 표면 처리층의 원하는 영역만을 부분적으로 제거함으로써 초기 설계와 전혀 관계없이 피가공물에 부여해야 하는 컨택트와 SMT 영역을 원하는 각도로 조사 되는 레이저 빔을 세팅할 수 있어 다양한 종류의 피가공물을 특별한 설비 변경 없이 피가공물에 컨택트와 SMT 영역을 분리할 수 있다.
또한, 초정밀 가공을 요하는 피가공물의 박리시 유연성있게 설치 공간 및 작업 공간의 확보가 용이하다.
또한, 피가공물에 조사되는 레이저 빔의 출력강도가 고르게 분산되어 하지 표면 처리층에 에너지 전달이 최소화됨으로써 하지 표면 처리층에 손상을 주지 않고 안전하게 상측 표면 처리층만 가공할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 당업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 특허 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100: 레이저 발생기
200: 빔 익스팬더
300: 커플링부
400: 광섬유
500: 레이저 헤드

Claims (7)

  1. 전원을 공급받아 레이저 빔을 출사하는 레이저 발생기;
    상기 출사된 레이저 빔을 인가받아 배율을 조정하여 전달하는 빔 익스팬더;
    상기 배율이 조정된 레이저 빔을 인가받아 유연성있게 움직여 레이저 빔을 전송하는 광섬유;
    상기 레이저 빔을 전송받아 평행광으로 변환하고 스팟에 집속하여 피가공물 표면에 조사하는 레이저 헤드;
    를 구비하는 것을 특징으로 하는 광섬유를 이용한 금도금 박리 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 금도금 박리 장치는
    상기 배율이 조정된 레이저 빔을 인가받아 광경로를 변경한 후 집속시키는 커플링부;
    를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 광섬유를 이용한 금도금 박리 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 커플링부는

    상기 레이저 빔을 집속시키는 제1 집광 렌즈;
    를 구비하는 것을 특징으로 하는 광섬유를 이용한 금도금 박리 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 레이저 헤드는
    상기 광섬유로부터 레이저 빔을 전송받아 평행광으로 변환하는 콜리메이터;
    상기 평행광을 인가받아 상기 스팟에 집속시키는 제2 집광 렌즈;
    를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 광섬유를 이용한 금도금 박리 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 레이저 빔은
    파장이 200 내지 2,000㎚인 것을 특징으로 하는 광섬유를 이용한 금도금 박리 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 레이저 헤드는
    상기 피가공물의 두께에 따라 상기 레이저 빔의 초점 거리를 조절하는 빔 익스팬더를 추가로 구비할 수 있는 것을 특징으로 하는 광섬유를 이용한 금도금 박리 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 레이저 빔은
    펄스 에너지가 1.7 내지 5 mJ/㎟인 것을 특징으로 하는 광섬유를 이용한 금도금 박리 장치.

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102787333A (zh) * 2012-08-22 2012-11-21 江苏大学 光纤激光与电化学复合纳秒脉冲沉积的制造方法和装置
KR101867467B1 (ko) * 2016-11-22 2018-06-15 주식회사 티지오테크 프레임 일체형 마스크 및 그 제조방법

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