KR20130022611A

KR20130022611A - 어레이 타입 공간변조기를 이용한 레이저가공방법

Info

Publication number: KR20130022611A
Application number: KR1020110085319A
Authority: KR
Inventors: 윤도영; 김홍기; 나기룡
Original assignee: 삼성전기주식회사
Priority date: 2011-08-25
Filing date: 2011-08-25
Publication date: 2013-03-07
Also published as: KR101310452B1

Abstract

본 발명은 어레이 타입 공간변조기를 이용한 레이저가공방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 어레이 타입 공간변조기를 이용한 레이저가공방법은 어레이 타입 공간변조기의 열화를 방지할 수 있도록 어레이 타입 공간변조기를 복수로 하여 배열하고 각각의 어레이 타입 공간변조기의 소자에 동일한 패턴을 모듈레이션을 한 후 광학계를 통과한 각각의 모듈레이션된 레이저 빔을 물체의 가공영역에 중첩하여 모듈레이션된 패턴대로 레이저가공을 함으로써, 종래 1차원 스캐너에 비하여 장치단순화와 함께 생산성을 향상시킬 수 있다.

Description

어레이 타입 공간변조기를 이용한 레이저가공방법{THE LASER PROCESSING METHOD WHICH USES ARRAY TYPE SPATIAL MODULATOR}

본 발명은 어레이 타입 공간변조기를 이용한 레이저가공방법에 관한 것이다.

공간변조기(Spatial modulator)는 인쇄회로기판 등에 레이저 빔을 이용하여 가공할 경우 상기 인쇄회로기판상의 원하는 부분에만 레이저 빔을 조사할 수 있도록 하는 것으로, 주로 갈바노 미러(Galvano mirror)나 폴리곤 미러(Polygon mirror)를 이용한 1차원 스캐너를 사용하고 있다.

이에 비하여 (특허문헌 1)에서 개시하고 있는 DMD(Digital Micromirror Device) LCD(Liquid Crystal Display) 등의 어레이 타입 공간변조기(Array type spatial modulator)를 사용한다면, 한순간에 레이저 빔을 조사할 수 있는 영역이 넓어 생산성 향상과 더불어 가공장비의 구성과 제어방법이 단순해지는 장점을 얻을 수 있다.

즉 상기 (특허문헌 1)에는 DMD, LCD를 이용한 이미징 장치(Imaging device)를 이용하여 공간상에 레이저 빔의 패턴(Pattern)을 만들어 가공하는 방식이 개시되어 있다.

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그러나 상기 (특허문헌 1)을 포함하여 종래의 어레이 타입 공간변조기는 레이저 빔의 하이파워(High-Power)를 공간변조기의 소자가 견디지 못하는 문제점이 있어 레이저를 이용한 가공에 적극적으로 활용하지 못하는 문제점이 있다.

즉 갈비노 미러나 폴리곤 미러와 같은 1차원 스캐너에 사용되는 소자는 수㎜～수십㎜ 크기의 충분한 미러면을 사용하여 제작되므로, 필요한 파장과 파워의 크기를 수용할 수 있는 재질을 사용할 수 있고 코팅 등의 필요한 처리를 할 수 있으며, 소자의 구동을 위한 구동장치도 레이저 빔이 조사되는 소자와 떨어진 위치에 별도로 구성되므로 하이파워의 레이저 조사에 의한 손상이나 구동장치의 손상을 방지할 수 있다.

이와 달리 어레이 타입 공간변조기에 사용되는 소자는 충분한 공간분해능력을 가지기 위하여 수천에서 수백 만개의 수㎛ 크기의 미세한 미러 어레이를 반도체 공정 등을 통하여 제작하기 때문에, 하이파워를 견디기 위한 재질이나 코팅의 선택이 제한적이다.

또한 각 소자를 선택적으로 구동하기 위한 구동부는 트렌지스터(Transistor), 피에조(Piezo) 등으로서, 상기 소자와 가까운 위치에 구현시켜야 하기 때문에 하이파워 레이저 빔에 의한 구동부의 손상도 방지하기 어렵다는 문제점이 있다.

이로 인하여 어레이 타입 공간변조기는 레이저 빔을 이용한 가공공정에는 사용하지 못하고, 이보다 낮은 파워를 사용하는 인쇄회로기판의 노광공정 정도에 제한적으로 사용되고 있는 실정이다.

본 발명의 목적은, 레이저 빔을 이용한 가공공정에 용이하게 사용할 수 있도록 한 어레이 타입 공간변조기를 이용한 레이저가공방법을 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위해,

본 발명은 (A) 복수의 어레이 타입 공간변조기를 배치하는 단계;

(B) 각각의 어레이 타입 공간변조기의 소자에 동일한 패턴을 모듈레이션하는 단계; 및

(C) 상기 어레이 타입 공간변조기에서 조사되어 광학계를 통과한 레이저 빔을 가공영역에 중첩하여 모듈레이션된 패턴대로 레이저가공 하는 단계;

를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 따른 하는 소자는 DMD, LCD 또는 SLM 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 따른 어레이 타입 공간변조기에는 레이저 빔 에너지가 동일하게 가해지거나 동일하지 않게 가해지는 것을 특징으로 한다.

한편 본 발명에 따른 레이저가공은 물질의 제거와 물질의 상태변화를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 각각의 어레이 타입 공간변조기가 수용 가능한 레이저 빔 에너지의 합만큼의 에너지를 가공영역에 중첩조사할 수 있어 어레이 타입 공간변조기의 열화를 방지할 수 있으며, 이에 따라 종래 1차원 스캐너에서만 가능했던 고에너지가 필요한 물체의 가공이 용이하여 장치단순화와 함께 생산성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 어레이 타입 공간변조기를 이용한 가공방법을 실시 예로 나타내 보인 구성도.

이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

즉, 도 1에서 보듯이, 본 발명에 따른 어레이 타입 공간변조기를 이용한 레이저가공방법은 3개의 어레이 타입 공간변조기(1)(2)(3)를 이용한다. 상기 3개의 어레이 타입 공간변조기(1)(2)(3)는 통상의 구성으로써, 레이저 빔을 발광하는 광원(10)(20)(30), 미러(Mirror)가 어레이 형성된 소자(11)(21)(31) 및 광학계(12)(22)(32)를 포함한다.

이때 상기 3개의 어레이 타입 공간변조기(1)(2)(3)는 소자(11)(21)(31)로써 DMD(Digital micromirror device), LCD(Liquid Crystal Display) 또는 SLM(Spatial light modulator) 중 어느 하나를 선택하고, 포커싱 렌즈(Focusing lens)를 광학계(12)(22)(32)로 선택하여 실시하게 된다.

다만 이는 하나의 예일 뿐, 상기 소자(11)(21)(31) 및 광학계를 반드시 이로 한정하는 것은 아니며, 어레이 타입이면 앞서 기재한 DMD, LCD, SLM이 아닌 기타 다른 소자도 선택 가능함을 사전에 밝혀둔다.

한편 본 발명에 따른 어레이 타입 공간변조기를 이용한 레이저가공방법을 통해 가공하고자 하는 물체인 인쇄회로기판(4)의 가공영역(4a)을 레이저가공 하기 위해서는 먼저 3개의 어레이 타입 공간변조기(1)(2)(3)를 배치하는 단계를 실시하게 된다.

여기서 상기 3개의 어레이 타입 공간변조기(1)(2)(3)는 통상 작업공간의 천장에 매달아 배치하게 되는데, 중간에 배치되는 어레이 타입 공간변조기(2)를 기준으로 양옆에 2개의 어레이 타입 공간변조기(1)(3)를 기울여 배치하여 가공영역(4a)에 대한 레이저 빔의 중첩이 용이하게 이루어질 수 있도록 하게 된다.

다만 이는 어레이 타입 공간변조기가 3개인 것을 기준으로 설명한 것에 불과한 것으로, 상기 어레이 타입 공간변조기의 수에 따라 기울기 등의 배치상태는 달라질 수 있음을 사전에 밝혀둔다.

이와 같이 3개의 어레이 타입 공간변조기(1)(2)(3)의 배치가 완료되면, 가공하고자 하는 모양의 패턴(Pattern)대로 각각의 소자(11)(21)(31)에 모듈레이션(Modulation)을 하는 단계를 실시하게 된다. 도 1에서는 각각의 소자(11)(21)(31)의 미러 어레이에 인쇄회로기판(4)의 가공영역(4a)에 가공하고자 하는 모양과 동일한 패턴이 모듈레이션된 것을 나타내 보이고 있다.

이처럼 각각의 소자(11)(21)(31)에 동일한 패턴이 모듈레이션된 후에는 광원(10)(20)(30)을 통해 레이저 빔을 조사하게 되는데, 각각의 소자(11)(21)(31)에는 동일한 레이저 빔의 에너지가 가해지거나 동일하지 않은 레이저 빔의 에너지가 가해질 수 있으며, 필요에 따라 선택할 수 있다.

즉 일례로써 인쇄회로기판(4)의 가공영역에 대한 레이저가공에 30mJ/㎝²의 에너지가 필요하다면, 각각의 소자(11)(21)(31)에 10mJ/㎝²의 레이저 빔의 에너지를 동일하게 가한 후 합치거나, 상기 소자(11)(21)(31)에 각각 15mJ/㎝², 10mJ/㎝², 5mJ/㎝²의 레이저 빔의 에너지를 가한 후 합치는 방식으로 실시 가능한 것이다.

따라서 3개의 어레이 타입 공간변조기(1)(2)(3)가 수용 가능한 레이저 빔 에너지를 사용하여도 각각의 어레이 타입 공간변조기(1)(2)(3)가 받은 에너지의 합만큼의 에너지를 인쇄회로기판(4)의 가공영역(4a)에 중첩조사할 수 있어 각각의 어레이 타입 공간변조기(1)(2)(3)의 열화를 방지하면서 고에너지가 필요한 레이저가공이 가능한 것이다.

한편 상기 소자(11)(21)(31) 및 광학계(12)(22)(32)를 거치면서 모듈레이션된 레이저 빔은 도 1에서 보듯이, 인쇄회로기판(4)의 가공영역(4a)에 중첩되어 모듈레이션된 패턴대로 레이저가공을 하는 단계를 실시하게 된다.

즉 3개의 어레이 타입 공간변조기(1)(2)(3)의 광학계(12)(22)(32)를 통과한 각각의 모듈레이션된 레이저 빔이 인쇄회로기판(4)의 가공영역(4a)에 중첩됨으로써, 모듈레이션된 패턴대로 레이저가공이 이루어지게 된다.

이때 상기 레이저가공은 어블레이션(Ablation)과 같이 물질의 제거, 더욱 구체적으로 인쇄회로기판(4)의 가공영역(4a)을 제거하여 패턴을 형성하는 것일 수 있으며, 노광과 같이 물질의 상태변화, 즉 상기 가공영역(4a)의 상태를 변화시키는 것일 수 있다.

따라서 본 발명에 따른 어레이 타입 공간변조기를 이용한 레이저가공방법은 인쇄회로기판(PCB)의 다이렉트 패턴(Direct pattern) 가공공정이나 하이파워(High-Power)를 사용하는 노광공정 등에서 용이하게 활용 가능하다.

1, 2, 3 - 어레이 타입 공간변조기 4 - 인쇄회로기판
4a - 가공영역 10, 20, 30 - 광원
11, 21, 31 - 소자 12, 22, 32 - 광학계

Claims

(A) 복수의 어레이 타입 공간변조기를 배치하는 단계;
(B) 각각의 어레이 타입 공간변조기의 소자에 동일한 패턴을 모듈레이션(Modulation)하는 단계; 및
(C) 상기 어레이 타입 공간변조기의 광학계를 통과한 레이저 빔을 가공영역에 중첩하여 모듈레이션된 패턴대로 레이저가공 하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 어레이 타입 공간변조기를 이용한 레이저가공방법.
청구항 1에 있어서,
상기 소자는 DMD(Digital Micromirror Device), LCD(Liquid Crystal Display) 또는 SLM(Spatial Light Modulator) 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 어레이 타입 공간변조기를 이용한 레이저가공방법.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 어레이 타입 공간변조기에는 레이저 빔의 에너지가 동일하게 가해지거나 동일하지 않게 가해지는 것을 특징으로 하는 어레이 타입 공간변조기를 이용한 레이저가공방법.
청구항 1에 있어서,
상기 레이저가공은 물질의 제거와 물질의 상태변화를 포함하는 것을 특징으로 하는 어레이 타입 공간변조기를 이용한 레이저가공방법.