KR20130094122A - Machining apparatus using a laser - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A laser machining apparatus is provided to prevent thermal damage to a supporting member, thereby improving workability and machining precision for a work-piece. CONSTITUTION: A laser machining apparatus includes a laser irradiating unit (130) and a supporting member (110). The laser irradiating unit irradiates a laser beam in order to machine a work-piece. The supporting member supporting the work-piece includes a silicon material through which the laser beam is transmitted. The laser beam from the laser beam irradiating unit has a wavelength in a wavelength band of 9000 to 11000nm, and is a carbon dioxide laser beam.

Description

레이저 가공 장치{Machining apparatus using a laser}Machining apparatus using a laser

본 발명은 레이저 가공 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 레이저를 이용한 피가공물의 가공 시, 피가공물을 지지하는 지지부재의 열화를 방지하여 피가공물의 가공성 및 정밀도를 향상시킨 레이저 가공 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a laser processing apparatus, and more particularly, to a laser processing apparatus which improves the workability and precision of a workpiece by preventing deterioration of a support member supporting a workpiece when processing a workpiece using a laser. .

레이저를 이용하여 피가공물 가공할 시, 피가공물을 지지하는 지지부재는 레이저에 잘 견디는 재질을 사용하여야 한다. When the workpiece is to be processed by laser, the supporting member supporting the workpiece should be made of laser resistant material.

피가공물을 천공 또는 절단하여 가공 할 시, 천공 또는 절단된 부분을 통과한 레이저 빔은 피가공물 지지하는 지지부재에 에너지의 일부가 흡수되어 지지부재의 표면에 열 손상이나 이물을 발생시킬 수 있다. 이와 같은 열손상 이나 이물은 지지부재의 거칠기를 변화시킬 수 있고, 그 결과 피가공물의 높이 및 위치를 변화시켜 가공 정밀도를 열화 시키고 피가공물을 오염 시킬 수 있다. When drilling or cutting the workpiece, the laser beam that has passed through the punched or cut portion may absorb some of the energy into the support member supporting the workpiece, causing heat damage or foreign substances on the surface of the support member. Such thermal damage or foreign matter can change the roughness of the support member, and as a result, the height and position of the workpiece can be changed, thereby degrading the processing precision and contaminating the workpiece.

또한, 천공 또는 절단된 부분을 통과한 레이저 빔은 지지부재의 표면에서 반사될 수 있다. 지지부재의 표면에서 반사되어 피가공물에 흡수된 에너지는 피가공물의 구조에 영향을 주어 피가공물의 가공 정밀도를 변화 시킬 수 있다.In addition, the laser beam passing through the perforated or cut portion may be reflected at the surface of the support member. The energy reflected from the surface of the support member and absorbed by the workpiece may affect the structure of the workpiece, thereby changing the processing precision of the workpiece.

본 발명은 상술한 문제점 및 그 밖의 다른 문제점을 해결하기 위한 레이저 가공 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to provide a laser processing apparatus for solving the above-described problems and other problems.

본 발명의 일 측면에 의하면, 레이저 빔을 조사하여 피가공물을 가공하는 레이저 빔 조사장치; 및 상기 피가공물을 지지하고, 상기 레이저 빔이 투과되는 실리콘 재질을 포함하는 지지부재;를 포함하는 레이저 가공 장치를 제공한다. According to an aspect of the present invention, a laser beam irradiation apparatus for processing a workpiece by irradiating a laser beam; And a support member supporting the workpiece and comprising a silicon material through which the laser beam is transmitted.

본 발명의 다른 특징에 의하면, 상기 레이저 빔 조사장치는 9,000 나노미터(nm) 이상 11,000 나노미터(nm) 이하의 파장 대역에 속하는 파장을 가지는 레이저 빔을 조사할 수 있다. According to another feature of the invention, the laser beam irradiation apparatus may irradiate a laser beam having a wavelength belonging to a wavelength band of 9,000 nanometers (nm) or more and 11,000 nanometers (nm) or less.

본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 레이저 빔 조사장치는 이산화탄소(CO2) 레이저 빔을 조사할 수 있다.According to another feature of the invention, the laser beam irradiation apparatus may irradiate a carbon dioxide (CO2) laser beam.

본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 레이저 빔 조사장치는 9,000 나노미터(nm) 이상 11,000 나노미터(nm) 이하의 파장을 가지는 레이저 빔을 조사하는 이산화탄소(CO2) 레이저일 수 있다. According to another feature of the invention, the laser beam irradiation apparatus may be a carbon dioxide (CO2) laser for irradiating a laser beam having a wavelength of 9,000 nanometers (nm) or more and 11,000 nanometers (nm) or less.

본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 실리콘 재질은 9,000 나노미터(nm) 이상 11,000 나노미터(nm) 이하의 파장을 가지는 장파장 레이저 빔에 대하여 90% 이상의 투과율을 가질 수 있다. According to another feature of the present invention, the silicon material may have a transmittance of 90% or more with respect to a long wavelength laser beam having a wavelength of 9,000 nanometers (nm) or more and 11,000 nanometers (nm) or less.

본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 지지부재는 실리콘 웨이퍼일 수 있다. According to another feature of the invention, the support member may be a silicon wafer.

본 발명의 다른 측면에 의하면, 레이저 빔을 조사하여 피가공물에 관통홀을 형성하는 레이저 빔 조사장치; 상기 피가공물을 지지하고, 상기 레이저 빔이 투과되는 실리콘 재질을 포함하는 지지부재; 및 상기 지지부재에 대하여 상기 레이저 빔 조사장치의 반대측에 위치하고, 상기 피가공물의 관통홀을 통과한 레이저 빔을 상기 관통홀 측으로 되반사하는 반사부재;를 포함하는 레이저 가공 장치를 제공한다. According to another aspect of the invention, the laser beam irradiation apparatus for forming a through-hole in the workpiece by irradiating a laser beam; A support member for supporting the workpiece and including a silicon material through which the laser beam is transmitted; And a reflecting member positioned on an opposite side of the laser beam irradiation apparatus with respect to the support member and reflecting the laser beam passing through the through-hole of the workpiece back to the through-hole side.

본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 피가공물은 유연성 인쇄회로기판(FPCB)일 수 있다. According to another feature of the invention, the workpiece may be a flexible printed circuit board (FPCB).

본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 반사부재는 마이크로 렌즈 어레이일 수 있다.According to another feature of the invention, the reflective member may be a micro lens array.

본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 마이크로 렌즈 어레이는 상기 피가공물의 관통홀에 대응되는 위치에 반사 패턴이 형성될 수 있다. According to another feature of the invention, the micro-lens array may have a reflective pattern formed at a position corresponding to the through hole of the workpiece.

본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 반사 패턴은 오목형상을 가질 수 있다.According to another feature of the invention, the reflective pattern may have a concave shape.

상술한 본 발명의 레이저 장치는 다음과 같은 효과를 제공한다. The laser device of the present invention described above provides the following effects.

첫째, 피가공물을 지지하는 지지부재를 장파장의 레이저 빔을 거의 흡수하지 않는 실리콘 재질로 사용함으로써, 지지부재의 열손상을 방지하여 피가공물의 가공성 및 가공 정밀도를 향상시킬 수 있다. First, by using a support member for supporting the workpiece as a silicon material that hardly absorbs a long wavelength laser beam, it is possible to prevent thermal damage of the support member to improve the workability and processing precision of the workpiece.

둘째, 상기 지지부재에 대하여 레이저 빔 조사장치의 반대측에 마이크로 렌즈 어레이로 형성된 반사부재를 배치함으로써, 반사부재에 되반사되어 재결상 된 레이저 빔을 이용하여 피가공물을 재가공함으로써 가공성을 향상시키고 가공 시간을 효과적으로 감소시킬 수 있다.Secondly, by arranging a reflecting member formed of a micro lens array on the opposite side of the laser beam irradiation apparatus with respect to the support member, the workability is improved by reworking the workpiece by using the laser beam reflected back to the reflecting member and reshaped Can be effectively reduced.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 관한 레이저 가공 장치(100)를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 실리콘의 파장에 따른 흡수계수를 개략적으로 도시한 그래프이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 관한 레이저 가공 장치(200)를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4는 오목 형상의 반사 패턴이 형성된 마이크로 렌즈 어레이에 반사된 레이저 빔을 이용하여 피가공물의 관통홀을 재가공하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.1 is a view schematically showing a laser processing apparatus 100 according to an embodiment of the present invention.
2 is a graph schematically showing an absorption coefficient according to the wavelength of silicon.
3 is a diagram schematically showing a laser processing apparatus 200 according to another embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a view for explaining a process of reprocessing a through hole of a workpiece using a laser beam reflected by a microlens array on which a concave reflective pattern is formed.

이하, 첨부된 도면들에 도시된 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the preferred embodiment of the present invention shown in the accompanying drawings will be described in detail the present invention.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 관한 레이저 가공 장치(100)를 개략적으로 도시한 도면이다.1 is a view schematically showing a laser processing apparatus 100 according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 레이저 가공 장치(100)는 피가공물(120)을 지지하는 지지부재(110)와, 상기 피가공물(120)에 레이저 빔(L0)을 조사하여 피가공물(120)을 가공하는 레이저 빔 조사장치(130)를 포함한다.Referring to FIG. 1, the laser processing apparatus 100 processes the workpiece 120 by irradiating a laser beam L0 to the support member 110 supporting the workpiece 120 and the workpiece 120. It includes a laser beam irradiation device 130.

레이저 빔 조사장치(130)을 레이저 드릴로 사용하는 가공 방법은 공구나 금형을 구비하지 않고 간단하게 피가공물(120)를 천공 또는 절단하는 가공을 할 수 있고, 진공 가공실이 불필요하기 때문에 높은 가동률을 사용할 수 있는 가공 방법이다.The processing method using the laser beam irradiator 130 as a laser drill can be easily drilled or cut the workpiece 120 without providing a tool or a mold, and a high processing rate is not required because a vacuum processing chamber is unnecessary. It is a processing method that can be used.

다양한 레이저가 가공용 레이저 드릴로 사용될 수 있으며, 일 예로 이산화탄소(CO2) 레이저와 YAG(Nd:Y3Al5Ol2) 레이저 등이 산업용 가공용 레이저 드릴로 사용될 수 있다. Various lasers can be used as the laser drill for processing. For example, a carbon dioxide (CO 2 ) laser and a YAG (Nd: Y 3 Al 5 O 2 ) laser can be used as the laser drill for industrial processing.

본 실시예에서 9,600나노미터(nm) 또는 10,600나노미터(nm) 파장 대역을 갖는 이산화탄소(CO2) 레이저가 사용되었다. In this embodiment, a carbon dioxide (CO 2 ) laser having a wavelength range of 9,600 nanometers (nm) or 10,600 nanometers (nm) was used.

이산화탄소 레이저는 9,000나노미터(nm)와 11,000나노미터(nm) 사이의 장파장을 발산하는 레이저로서, 이산화탄소, 니트로겐, 헬륨의 혼합체를 이산화탄소 레이저의 능동 매질로 한다. 전류에 의해 진동이 생긴 니트로겐 분자는 전자 방출로 에너지를 잃을 수 없기 때문에 차례대로 이산화탄소 분자를 자극하여 레이저 광을 만들어낸다. CO2 lasers emit long wavelengths between 9,000 nanometers (nm) and 11,000 nanometers (nm), and a mixture of carbon dioxide, nitrogen, and helium is the active medium of the carbon dioxide laser. Nitrogen molecules, which are vibrated by electric current, can not lose energy by electron emission, which in turn stimulates carbon dioxide molecules to produce laser light.

한편, 도 1에는 상세히 도시되어 있지 않으나, 레이저 빔 조사장치(130)는 레이저 소스(source)를 방출하는 레이저 광원부(미도시), 상기 레이저 광원부(미도시)에서 출력된 광을 레이저 스캐너부(132)로 유도하는 광 가이드부(미도시)가 더 구비될 수 있다. On the other hand, although not shown in detail in FIG. 1, the laser beam irradiation apparatus 130 is a laser light source unit (not shown) for emitting a laser source (not shown), the laser light source unit (not shown) to output the light from the laser scanner unit ( A light guide unit (not shown) leading to the 132 may be further provided.

본 실시예에서 레이저 광원부(미도시)는 9,600나노미터(nm) 또는 10,600나노미터(nm) 파장 대역의 이산화탄소 레이저 빔(L0)을 생성한다. 광 가이드부(미도시)로는 렌즈, 반사미러, 광섬유 등이 사용될 수 있다.In this embodiment, the laser light source unit (not shown) generates a carbon dioxide laser beam L0 having a wavelength range of 9,600 nanometers (nm) or 10,600 nanometers (nm). As the light guide unit (not shown), a lens, a reflecting mirror, an optical fiber, or the like may be used.

스캐너부(132)는 레이저 광원부(미도시)에서 출사되어 광 가이드부(미도시)로부터 입사된 레이저 빔(L0)을 광학부(131)를 통하여 피가공물(110)의 소정 위치에 주사한다. The scanner unit 132 scans the laser beam L0 emitted from the laser light source unit (not shown) and incident from the light guide unit (not shown) to a predetermined position of the workpiece 110 through the optical unit 131.

스캐너부(132)는 갈바노 스캐너로 구성될 수 있다. 갈바노 스캐너는 광 가이드부(미도시)로부터 입사된 레이저광의 굴절각을 조절하여 수평 또는 수직 변위를 변경한다. The scanner unit 132 may be configured as a galvano scanner. The galvano scanner changes the horizontal or vertical displacement by adjusting the angle of refraction of the laser light incident from the light guide unit (not shown).

갈바노 스캐너는 갈바노 미러(미도시)와 갈바노 미러 구동부(미도시)로 구성될 수 있다. 갈바노 미러(미도시)는 입사된 이산화탄소 레이저 광을 반사하도록 회전가능하게 설치되며, 갈바노 미러 구동부(미도시)는 갈바노 미러(미도시)를 지지하면서 회동시킨다.The galvano scanner may be composed of a galvano mirror (not shown) and a galvano mirror driver (not shown). The galvano mirror (not shown) is rotatably installed to reflect the incident carbon dioxide laser light, and the galvano mirror driver (not shown) rotates while supporting the galvano mirror (not shown).

광학부(131)는 스캐너부(132)의 출력 측에 배치되어, 스캐너부(132)를 통하여 출사되는 이산화탄소 레이저 빔(L0)의 초점이 피가공물(120) 상에 놓여지도록 조절한다.The optical unit 131 is disposed on the output side of the scanner unit 132 to adjust the focus of the carbon dioxide laser beam L0 emitted through the scanner unit 132 to be placed on the workpiece 120.

광학부(131)는 이미징 렌즈(미도시)와 텔레센트릭(telecentric) 렌즈(미도시)를 포함할 수 있다. The optical unit 131 may include an imaging lens (not shown) and a telecentric lens (not shown).

텔레센트릭 렌즈(미도시)는 이미징 렌즈(미도시)를 투과한 레이저 빔(L0)이 피가공물(120)에 수직으로 입사되도록 집속시킨다. The telecentric lens (not shown) focuses the laser beam L0 transmitted through the imaging lens (not shown) to be incident perpendicularly to the workpiece 120.

스캐너부(132)를 통하여 피가공물(120)로 주사되는 이산화탄소 레이저 빔(L0)의 주사 영역인 스캐너부 필드 영역은 한정되어 있으며, 스캐너부 필드 영역의 중앙부의 경우에는 이산화탄소 레이저 빔(L0)이 대체로 피가공물(120)에 수직되게 입사되지만, 스캐너부 필드 영역의 가장자리에 인접한 영역의 경우에는 이산화탄소 레이저 빔(L0)이 피가공물(120)에 소정 각도로 기울어진 상태로 입사된다. The scanner field field region, which is a scanning region of the carbon dioxide laser beam L0 that is scanned to the workpiece 120 through the scanner unit 132, is limited. In the case of the center portion of the scanner region field region, the carbon dioxide laser beam L0 is Although generally incident perpendicular to the workpiece 120, in the case of an area adjacent to the edge of the scanner field field region, the carbon dioxide laser beam L0 is incident on the workpiece 120 at an angle to the workpiece 120.

텔레센트릭 렌즈(미도시)는 이산화탄소 레이저 빔(L0)이 피가공물(120)에 소정 각도록 기울어진 상태로 입사되는 것을 방지함으로써, 스캐너부 필드 영역 내에서 형성되는 피가공물(120)의 패턴이 균일함을 유지할 수 있도록 한다.The telecentric lens (not shown) prevents the carbon dioxide laser beam L0 from being incident to the workpiece 120 at a predetermined angle, thereby forming a pattern of the workpiece 120 formed in the scanner field field region. This maintains uniformity.

스캐너(132)와 광학부(131)를 포함하는 레이저 헤드 유닛(HU)은 지지부재(110) 상에 놓여진 피가공물(120)의 상부에서 X축 및 Y축 방향으로 이동되면서, 레이저 광원부(미도시)에서 출력되는 이산화탄소 레이저를 피가공물(120)에 조사하여 소정 형태 및 깊이의 패턴을 형성한다. The laser head unit HU including the scanner 132 and the optical unit 131 is moved in the X-axis and Y-axis directions at the upper portion of the workpiece 120 placed on the support member 110, thereby providing a laser light source unit (not shown). Irradiated with a carbon dioxide laser output from the workpiece 120 to form a pattern having a predetermined shape and depth.

본 실시예에서 피가공물(120)은 유연성 인쇄회로기판(FPCB: flexible printed circuit board)일 수 있다. 피가공물(120)에 형성된 패턴은 유연성 인쇄회로기판에 형성된 관통홀(121) 일수 있다. In this embodiment, the workpiece 120 may be a flexible printed circuit board (FPCB). The pattern formed in the workpiece 120 may be a through hole 121 formed in the flexible printed circuit board.

이와 같이 유연성 인쇄회로기판에 관통홀(121)을 형성할 시, 상술한 이산화탄소 레이저 조사 장치(130)을 이용할 경우, 관통홀(121)을 통과한 레이저 빔(L0)은 피가공물(120)을 지지하고 있는 하부의 지지부재(110)에 에너지를 전달한다. As described above, when the through hole 121 is formed in the flexible printed circuit board, when the above-described carbon dioxide laser irradiation device 130 is used, the laser beam L0 passing through the through hole 121 is used to form the workpiece 120. Energy is transmitted to the supporting member 110 of the lower part which is being supported.

지지부재(110)로 많이 사용되는 글라스나 스테인레스(stainless)는 강성은 우수하지만, 관통홀(121)을 통과하면서 지지부재(110)에 흡수된 레이저 빔(L0)의 에너지가 축적되면서 열에 의한 손상이 발생할 수 있다. 지지부재(110)의 손상은 피가공물(120)의 높이나 위치를 변화시켜 가공 정밀도를 열화 시키거나 오염시킬 수 있다. Glass or stainless steel, which is frequently used as the support member 110, has excellent rigidity, but is damaged by heat as energy of the laser beam L0 absorbed by the support member 110 is accumulated while passing through the through hole 121. This can happen. Damage to the support member 110 may change the height or position of the workpiece 120 may degrade or contaminate the processing precision.

또한, 관통홀(121)을 통과한 레이저 빔(L0)이 지지부재(110)에서 반사된 레이저 빔은 피가공물(120)인 유연성 인쇄회로기판에 다시 흡수되어 피가공물(120)의 구조에 영향을 줄 수 있다.In addition, the laser beam L0 passing through the through-hole 121 is reflected from the support member 110 is absorbed back to the flexible printed circuit board which is the workpiece 120 to affect the structure of the workpiece 120 Can give

그러나, 본 실시예에서는 지지부재(110)로 전술한 이산화탄소 레이저 빔(L0)이 투과되는 실리콘을 포함하는 재질을 사용함으로써 상술한 문제들을 해결할 수 있다. 본 실시예에서는 지지부재(110)로 실리콘 웨이퍼를 사용하였다. However, in the present exemplary embodiment, the above-described problems may be solved by using a material including silicon through which the carbon dioxide laser beam L0 is transmitted as the support member 110. In this embodiment, a silicon wafer is used as the support member 110.

도 2는 실리콘의 파장에 따른 흡수계수(absorption coefficient)를 개략적으로 도시한 그래프이다. 2 is a graph schematically showing an absorption coefficient according to the wavelength of silicon.

도 2를 참조하면, 실리콘의 흡수계수는 파장이 증가할수록 줄어들고, 특히 이산화탄소 레이저의 파장 범위인 9,000 나노미터(nm)에서 11,000 나노미터(nm) 사이의 범위에서는 흡수계수가 현저히 감소한다. 다시 말해, 이산화탄소 레이저의 파장 범위인 9,000 나노미터(nm)에서 11,000 나노미터(nm) 실리콘의 투과율은 최소 90% 이상임을 알 수 있다. Referring to FIG. 2, the absorption coefficient of silicon decreases as the wavelength increases, and in particular, the absorption coefficient decreases significantly in the range of 9,000 nanometers (nm) to 11,000 nanometers (nm), which is a wavelength range of a carbon dioxide laser. In other words, it can be seen that the transmittance of 11,000 nanometers (nm) of silicon in the wavelength range of 9,000 nanometers (nm) of the carbon dioxide laser is at least 90%.

따라서, 관통홀(121)을 통과한 레이저 빔(L0)은 지지부재(110)에서 거의 흡수되지 않고 투과되므로 지지부재(110)의 표면에 열손상을 가하지 않는다. 따라서, 피가공물(120)의 관통홀(121)의 가공성 및 정밀도를 향상시킬 수 있다.Therefore, since the laser beam L0 passing through the through hole 121 is transmitted through the absorption member 110 without being almost absorbed, thermal damage is not applied to the surface of the support member 110. Therefore, the workability and precision of the through hole 121 of the workpiece 120 can be improved.

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 관한 레이저 가공 장치(200)를 개략적으로 도시한 도면이다.3 is a diagram schematically showing a laser processing apparatus 200 according to another embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 본 실시예에 따른 레이저 가공 장치(200)는 피가공물(220)을 지지하는 지지부재(210)와, 상기 피가공물(220)에 레이저 빔(L1, L2, L3)을 조사하여 피가공물(220)을 가공하는 레이저 빔 조사장치(230)와, 상기 지지부재(220)에 대하여 상기 레이저 빔 조사장치(230)의 반대측에 위치한 반사부재(240)를 포함한다.Referring to FIG. 3, the laser processing apparatus 200 according to the present exemplary embodiment includes a support member 210 for supporting the workpiece 220 and laser beams L1, L2, and L3 on the workpiece 220. It includes a laser beam irradiation apparatus 230 for irradiating and processing the workpiece 220, and a reflecting member 240 located on the opposite side of the laser beam irradiation apparatus 230 with respect to the support member 220.

레이저 빔 조사장치(230)는 전술한 실시예와 마찬가지로 9,600나노미터(nm) 또는 10,600나노미터(nm) 파장 대역을 갖는 이산화탄소(CO2) 레이저를 사용하였다. The laser beam irradiation apparatus 230 used a carbon dioxide (CO 2 ) laser having a wavelength band of 9,600 nanometers (nm) or 10,600 nanometers (nm) as in the above-described embodiment.

한편, 도 3에는 상세히 도시되어 있지 않으나, 레이저 빔 조사장치(230)는 레이저 소스(source)를 방출하는 레이저 광원부(미도시), 상기 레이저 광원부(미도시)에서 출력된 광을 레이저 스캐너부(232)로 유도하는 광 가이드부(미도시)가 더 구비될 수 있다.Meanwhile, although not shown in detail in FIG. 3, the laser beam irradiation apparatus 230 may include a laser light source unit (not shown) that emits a laser source and a laser scanner unit (not shown) to emit light output from the laser light source unit (not shown). A light guide unit (not shown) for guiding to 232 may be further provided.

스캐너부(232)는 레이저 광원부(미도시)에서 출사되어 광 가이드부(미도시)로부터 입사된 레이저 빔(L1, L2, L3)을 광학부(231)를 통하여 피가공물(210)의 소정 위치에 주사한다. The scanner unit 232 outputs the laser beams L1, L2, and L3 emitted from the laser light source unit (not shown) and entered from the light guide unit (not shown) through the optical unit 231 to a predetermined position of the workpiece 210. Inject in.

광학부(231)는 스캐너부(232)의 출력 측에 배치되어, 스캐너부(232)를 통하여 출사되는 이산화탄소 레이저 빔(L0)의 초점이 피가공물(220) 상에 놓여지도록 조절한다. 광학부(231)는 전술한 실시예와 마찬가지로 이미징 렌즈(미도시)와 텔레센트릭(telecentric) 렌즈(미도시)를 포함할 수 있다.The optical unit 231 is disposed on the output side of the scanner unit 232 to adjust the focus of the carbon dioxide laser beam L0 emitted through the scanner unit 232 to be placed on the workpiece 220. The optical unit 231 may include an imaging lens (not shown) and a telecentric lens (not shown) as in the above-described embodiment.

본 실시예의 레이저 빔(L1, L2, L3)은 전술한 실시예와 달리 동시에 복수의 레이저 빔(L1, L2, L3)이 피가공물(220)에 조사된다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 전술한 실시예와 같이 단수의 레이저 빔(L0, 도 1 참조)이 조사될 수도 있다. In the laser beams L1, L2, L3 of the present embodiment, a plurality of laser beams L1, L2, L3 are irradiated onto the workpiece 220 at the same time as in the above-described embodiment. However, the present invention is not limited thereto, and a single laser beam L0 (see FIG. 1) may be irradiated as in the above-described embodiment.

이와 같이 스캐너(232)와 광학부(231)를 포함하는 레이저 헤드 유닛(HU)은 지지부재(210) 상에 놓여진 피가공물(220)에 이산화탄소 레이저를 조사하여 소정의 관통홀(221)을 형성한다. As such, the laser head unit HU including the scanner 232 and the optical unit 231 irradiates a carbon dioxide laser to the workpiece 220 placed on the support member 210 to form a predetermined through hole 221. do.

관통홀(221)을 통과한 레이저 빔(L1, L2, L3)은 피가공물(220)을 지지하고 있는 하부의 지지부재(210)에 에너지를 전달할 수 있다. 그러나, 본 실시예에서는 지지부재(210)로 전술한 이산화탄소 레이저 빔(L1, L2, L3)이 투과되는 실리콘을 포함하는 재질을 사용함으로써, 지지부재(210)의 표면에 열손상을 가하지 않는다. 따라서, 피가공물(220)의 관통홀(221)의 가공성 및 정밀도를 향상시킬 수 있다.The laser beams L1, L2, and L3 passing through the through hole 221 may transfer energy to the lower support member 210 that supports the workpiece 220. However, in the present embodiment, by using a material containing silicon through which the above-described carbon dioxide laser beams L1, L2, and L3 are transmitted as the support member 210, thermal damage is not applied to the surface of the support member 210. Therefore, the workability and precision of the through hole 221 of the workpiece 220 can be improved.

한편, 본 실시예에 따른 레이저 가공 장치(200)는 지지부재(220)에 대하여 레이저 빔 조사장치(230)의 반대측에 위치한 반사부재(240)를 더 포함한다. On the other hand, the laser processing apparatus 200 according to the present embodiment further includes a reflecting member 240 positioned on the opposite side of the laser beam irradiation apparatus 230 with respect to the support member 220.

피가공물(220)의 관통홀(221)을 통과한 이산화탄소 레이저 빔(L1, L2, L3)은 전술한 바와 같이, 실리콘 재질을 포함하는 지지부재(210)에 거의 흡수되지 않고 대부분 통과한다. As described above, the carbon dioxide laser beams L1, L2, and L3 passing through the through-hole 221 of the workpiece 220 pass through most of the support member 210 including silicon.

반사부재(240)는 이와 같이 지지부재(210)에 흡수되지 않고 통과한 레이저 빔(L1, L2, L3)을 피가공물(220) 측으로 반사시켜 피가공물(220)의 관통홀(221)을 재 가공하는데 사용하기 위한 것이다.The reflective member 240 reflects the laser beams L1, L2, and L3 that have passed through the support member 210 without being absorbed to the workpiece 220, and measures the through-hole 221 of the workpiece 220. It is intended for use in processing.

이를 위하여, 반사부재(240)는 마이크로 크기의 반복 패턴이 형성된 마이크로 렌즈 어레이(MLA: micro lens array)로 형성될 수 있다. 바람직하게는 마이크로 렌즈 어레이(240)는 관통홀(221)에 대응되는 위치에 반사 패턴(241)이 구비될 수 있다. 이러한 반사 패턴(214)은 오목 형상일 수 있다. To this end, the reflective member 240 may be formed as a micro lens array (MLA) in which a micro-sized repeating pattern is formed. Preferably, the micro lens array 240 may be provided with a reflective pattern 241 at a position corresponding to the through hole 221. The reflective pattern 214 may be concave.

도 4는 오목 형상의 반사 패턴(241)이 형성된 마이크로 렌즈 어레이(240)에 반사된 레이저 빔(L2)을 이용하여 피가공물(220)의 관통홀(221)을 재가공하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.4 is a view for explaining a process of reworking the through hole 221 of the workpiece 220 using the laser beam L2 reflected by the micro lens array 240 having the concave reflective pattern 241 formed thereon. to be.

도 4를 참조하면, 피가공물(220)의 관통홀(221)을 가공하면서 실리콘 재질의 지지부재(210)에 거의 흡수되지 않고 통과한 이산화탄소 레이저 빔(L2)은 관통홀(221)의 중심이 지나는 축에 초점에 맞추어 지도록 제어된다. Referring to FIG. 4, the carbon dioxide laser beam L2 passed through the processing of the through-hole 221 of the workpiece 220 is hardly absorbed by the support member 210 made of silicon. It is controlled to focus on the passing axis.

상세히, 레이저 빔(L2)의 중심(L20)은 관통홀(221)의 중심이 지나는 축에 일치하고, 레이저 빔(L2)의 외곽에서 입사되는 빔(L21, L22)도 관통홀(221)의 중심이 지나는 축에서 초점이 일치하도록 제어된다. In detail, the center L20 of the laser beam L2 coincides with the axis through which the center of the through hole 221 passes, and the beams L21 and L22 that are incident from the outside of the laser beam L2 are also formed in the through hole 221. The focus is controlled to coincide with the axis through which the center passes.

관통홀(221)의 중심이 지나는 축의 일 부분에 레이저 빔(L20, L21, L22)의 초점을 맞추는 과정에서 관통홀(221)의 크기 및 깊이를 고려하여 빔 사이즈(빔 폭)가 결정된다. 이와 같이 결정된 레이저 빔(L20, L21, L22)은 관통홀(221)을 형성하고, 실리콘 재질의 지지부재(210)를 통과한다. In the process of focusing the laser beams L20, L21, and L22 on a portion of the axis through which the center of the through hole 221 passes, the beam size (beam width) is determined in consideration of the size and depth of the through hole 221. The laser beams L20, L21, and L22 determined as described above form the through holes 221 and pass through the support member 210 made of silicon.

지지부재(210)를 통과한 레이저 빔(L20, L21, L22)은 마이크로 렌즈 어레이(240)의 오목 형상의 반사패턴(241)에서 반사된다. 이때 오목형상의 반사 패턴(241)의 중심과 관통홀(221)의 중심이 일치하도록 함으로써, 오목형상의 반사패턴(241)의 중심으로 입사된 광(L20)은 180도 되반사되어 관통홀(221)의 중심을 향해 진행하고, 오목형상의 반사패턴(241)의 외곽에 입사된 레이저 빔(L21, L22)은 관통홀(221)의 중심이 지나는 축에 재결상 된다. The laser beams L20, L21, and L22 passing through the support member 210 are reflected by the concave reflection pattern 241 of the micro lens array 240. At this time, the center of the concave reflection pattern 241 and the center of the through hole 221 coincide with each other, such that the light L20 incident to the center of the concave reflection pattern 241 is reflected back through 180 degrees so that the through hole ( The laser beams L21 and L22 incident toward the center of the recess 221 and incident on the outer side of the concave reflection pattern 241 are reimaged on the axis through which the center of the through hole 221 passes.

상술한 바와 같이 본 실시예에 따른 레이저 가공 장치(200)에 의하면, 마이크로 렌즈 어레이로 형성된 반사부재(240)에 의해 되반사되어 관통홀(221)의 중심이 지나는 축에 재결상된 레이저 빔(L2)을 이용하여 관통홀(221)을 재가공함으로써 관통홀(221)의 가공성을 향상시키고 관통홀(221)의 가공 시간을 효과적으로 감소시킬 수 있다.  As described above, according to the laser processing apparatus 200 according to the present exemplary embodiment, the laser beam reflected back by the reflecting member 240 formed of the micro lens array and reimaged on the axis through which the center of the through hole 221 passes ( By reworking the through hole 221 using L2), the workability of the through hole 221 can be improved and the processing time of the through hole 221 can be effectively reduced.

본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
Although the present invention has been described with reference to the embodiments illustrated in the drawings, this is merely exemplary, and it will be understood by those skilled in the art that various modifications and equivalent other embodiments are possible. Accordingly, the true scope of the present invention should be determined by the technical idea of the appended claims.

100, 200: 레이저 가공 장치
110, 210: 지지부재
120, 210: 피가공물
121, 221: 관통홀
130, 230: 레이저 빔 조사장치
131, 231: 광학부
132, 232: 스캐너부
HU: 헤드 유닛
240: 반사부재
241: 반사패턴
L0, L1, L2, L3: 레이저 빔100, 200: laser processing device
110, 210: support member
120, 210: Workpiece
121, 221: through holes
130, 230: laser beam irradiation device
131, 231: optics
132, 232: scanner unit
HU: head unit
240: reflective member
241: reflection pattern
L0, L1, L2, L3: laser beam

Claims (10)

레이저 빔을 조사하여 피가공물을 가공하는 레이저 빔 조사장치; 및
상기 피가공물을 지지하고, 상기 레이저 빔이 투과되는 실리콘 재질을 포함하는 지지부재;를 포함하는 레이저 가공 장치.A laser beam irradiation device for processing a workpiece by irradiating a laser beam; And
And a support member for supporting the workpiece and including a silicon material through which the laser beam is transmitted. 제 1 항에 있어서,
상기 레이저 빔 조사장치는 9,000 나노미터(nm) 이상 11,000 나노미터(nm) 이하의 파장 대역에 속하는 파장을 가지는 레이저 빔을 조사하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치.The method of claim 1,
The laser beam irradiation apparatus is a laser processing apparatus, characterized in that for irradiating a laser beam having a wavelength belonging to a wavelength band of 9,000 nanometers (nm) or more and 11,000 nanometers (nm) or less. 제 1 항에 있어서,
상기 레이저 빔 조사장치는 이산화탄소(CO2) 레이저 빔을 조사하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치.The method of claim 1,
The laser beam irradiation device is a laser processing device, characterized in that for irradiating a carbon dioxide (CO2) laser beam. 제 1 항에 있어서,
상기 실리콘 재질은 9,000 나노미터(nm) 이상 11,000 나노미터(nm) 이하의 파장을 가지는 장파장 레이저 빔에 대하여 90% 이상의 투과율을 갖는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치.The method of claim 1,
And the silicon material has a transmittance of 90% or more with respect to a long wavelength laser beam having a wavelength of 9,000 nanometers (nm) or more and 11,000 nanometers (nm) or less. 제 1 항에 있어서,
상기 지지부재는 실리콘 웨이퍼인 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치.The method of claim 1,
And the support member is a silicon wafer. 제 1 항에 있어서,
상기 레이저 빔 조사장치는 레이저 빔을 조사하여 상기 피가공물에 관통홀을 형성하고,
상기 지지부재에 대하여 상기 레이저 빔 조사장치의 반대측에 위치하고, 상기 피가공물의 관통홀을 통과한 레이저 빔을 상기 관통홀 측으로 되반사하는 반사부재;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치.The method of claim 1,
The laser beam irradiator irradiates a laser beam to form a through hole in the workpiece,
And a reflecting member positioned opposite to the laser beam irradiation apparatus with respect to the supporting member and reflecting the laser beam passing through the through-hole of the workpiece to the through-hole side. 제 6 항에 있어서,
상기 피가공물은 유연성 인쇄회로기판(FPCB)인 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치.The method according to claim 6,
The workpiece is a laser processing apparatus, characterized in that the flexible printed circuit board (FPCB). 제 6 항에 있어서,
상기 반사부재는 마이크로 렌즈 어레이 인 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치.The method according to claim 6,
And the reflective member is a micro lens array. 제 8 항에 있어서,
상기 마이크로 렌즈 어레이는 상기 피가공물의 관통홀에 대응되는 위치에 반사 패턴이 형성된 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치.The method of claim 8,
And the micro lens array has a reflective pattern formed at a position corresponding to the through-hole of the workpiece. 제 9 항에 있어서,
상기 반사 패턴은 오목형상을 갖는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치.The method of claim 9,
The reflective pattern has a concave shape.
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