KR20140128866A

KR20140128866A - 레이저 가공방법

Info

Publication number: KR20140128866A
Application number: KR1020140045325A
Authority: KR
Inventors: 켄타로 야마가미; 타츠야 니시베; 타카시 사사키
Original assignee: 비아 메카닉스 가부시키가이샤
Priority date: 2013-04-26
Filing date: 2014-04-16
Publication date: 2014-11-06
Also published as: CN108515278B; TW201446376A; TWI634959B; US10086472B2; CN104117774A; JP6362130B2; CN104117774B; JP2014223671A; US20140319107A1; CN108515278A; KR102156306B1

Abstract

본 발명의 목적은, X-Y 테이블의 속도를 저하시키지 않으면 안되는 부위에서의 가공 불량을 해소하는 데에 있다.
작업물(6)을 재치(載置)하며 X 및 Y방향으로 구동 가능한 X-Y 테이블(7)과, 연속파 또는 의사(擬似) 연속파 레이저를 출사하는 레이저 발진기(1)와, 상기 레이저 발진기(1)로부터 출사된 연속파 또는 의사 연속파 레이저(L1)를 고속으로 변조하여 펄스 레이저(L2)로 하는 변조기(3)와, 상기 펄스 레이저를 작업물(6) 상에 집광할 수 있는 광학계를 갖는 레이저 가공장치를 이용하여, 상기 펄스 레이저에 의해, 상기 X-Y 테이블(7)의 이동 속도가 낮아지는 부위를 포함하는 궤도를 따라, 일정 피치로 홈 또는 절단 가공하는 레이저 가공방법으로서, 상기 X-Y 테이블(7)의 이동 속도가 낮아지는 부위에 있어서의 속도의 저하에 따라 상기 펄스 레이저의 펄스 폭을 증가시키면 된다.

Description

레이저 가공방법{LASER MACHINING METHOD}

본 발명은, 기판에 부착된 수지성 시트의 불필요한 부분을 절제(切除)하기 위한 레이저 가공방법에 관한 것이다.

근년(近年), 프린트 기판이나 유리 기판에 회로를 형성한 기판(이후, 일반적으로 기판이라고 함)을 흠집 발생이나 오염으로부터 보호하기 위하여, 수지성 필름을 기판 위에 붙이고 있다.

수지성 필름은 기판보다 큰 것을 이용하며, 도 7에 나타낸 것과 같은 레이저 가공기에 의해, 수지 필름이 기판으로부터 비어져 나온 부분을 절단할 필요가 있다. 작업물(6)은 도 8에 나타내는 바와 같이, 수지 필름(62)을 부착한 기판(61)이며, 기판(61)의 외형을 따라 수지 필름을 절단해야만 한다. 작업물(6)을 X-Y 테이블(7)에 재치(載置)하고, 테이블 구동부에 의해 X-Y 테이블(7)을 구동하여 작업물(6)을 이동시킨다. 여기서, X축 스케일(9), Y축 스케일(10)에 의해 X-Y 테이블(7)의 속도를 검출한다. 레이저 발진 제어부(2)는 신호(S1)에 따라 레이저 발진기(1)와 음향 광학 변조기(3; 이하, AOM이라 함)의 제어부(4)를 제어한다. AOM 제어부(4)는 소정 이동량 검출부(11)와 교신(S3, S4)하여 AOM(3)을 제어한다. 레이저 발진 제어부(2)의 신호(S1)를 받은 레이저 발진기(1)는 연속파(CW) 탄산 가스 레이저로서, 연속파(CW) 레이저(L1)를 출사(出射)한다. 연속파 레이저(L1)는 AOM(3)에 의해 펄스 광(L2)으로 변조된 후, 광학계(5)에 의해 작업물(6) 상에 집광(集光)되어, 수지 필름(62)이 절단된다. 또한, 이들 레이저 발진 제어부(2)와 테이블 구동부(8)는, 가공 프로그램을 기억한 도시되지 않은 제어부에 의해 제어되고 있다.

이러한 가공에 있어서, 예컨대, 특허 문헌 1의 단락 0010이나 특허 문헌 2의 단락 0035에 기재되어 있는 바와 같이, 연속파 레이저 또는 레이저 발진용의 RF 방전 펄스의 듀레이션(duration)을 80% 정도 이상으로 하여 의사(擬似)적으로 연속파 레이저(이후, 의사 연속파 레이저라고 함)로 한 것을 이용하고, AOM을 이용하여 레이저 펄스를 잘라냄으로써, 레이저 펄스 출력을 안정시킬 수 있다는 것이 알려져 있다.

또, 당연히, 특허 문헌 1의 단락 0009에 기재되어 있는 바와 같이, 작업물의 이동 속도에 레이저 펄스 주기를 동기시켜 가공 피치를 제어하는 것도 알려져 있다.

도 8과 같은 원호(圓弧)부(64)를 갖는 기판(61)의 외형을 따라 수지 필름(62)을 절단하려고 하면, 직선부(63)에서는 고속으로 가공하고, 원호부(64)의 앞에서 감속하며, 원호부(64)에서는 저속으로 가공하고, 원호부(64)를 빠져나오면 또 가속하여 고속으로 가공해야만 한다.

도 9는, 종래의 타임 차트를 나타낸다. 상측의 (A) 도면은 타임 차트의 모식도로서, X-Y 테이블의 속도의 변화와 레이저 펄스 열(列)의 타이밍을 나타낸다. 하측의 (B) 도면은 레이저 스폿의 궤적의 모식도이다. 감속 대역에서는 서서히 펄스 간격을 벌리고, 저속 대역(원호부(64))에서는 속도에 동기한 펄스 간격으로 하며, 고속 대역에서는 반대로 서서히 펄스 간격을 좁혀, 고속 대역의 펄스 간격으로 되돌린다. 이로써, 레이저 스폿의 궤적의 피치가 일정해지도록 하여 왔다.

일본 특허 공개 공보 제2006－101764호 공보(단락 0009, 단락 0010) 일본 특허 공개 공보 제2013－063469호 공보(단락 0035)

상기(도 9)와 같은 종래의 방법으로 가공했을 경우, 직선부(63)는 문제없이 절단되고 있지만, X-Y 테이블의 속도를 저하시키지 않으면 안되는 부위인 원호부(64)는 가공이 불충분해진다는 문제가 있었다.

본 발명의 목적은, X-Y 테이블의 속도를 저하시키지 않으면 안되는 부위에서의 가공 불량을 해소하는 데에 있다.

본 발명의 목적을 달성하기 위해서는, 작업물(6)을 재치(載置)하며 X 및 Y방향으로 구동 가능한 X-Y 테이블(7)과, 연속파 또는 의사(擬似) 연속파 레이저를 출사하는 레이저 발진기(1)와, 상기 레이저 발진기(1)로부터 출사된 연속파 또는 의사 연속파 레이저(L1)를 고속으로 변조하여 펄스 레이저(L2)로 하는 변조기(3)와, 상기 펄스 레이저를 작업물(6) 상에 집광할 수 있는 광학계를 갖는 레이저 가공장치를 이용하며, 상기 펄스 레이저에 의해, 상기 X-Y 테이블(7)의 이동 속도가 낮아지는 부위를 포함하는 궤도를 따라, 또한 펄스 레이저 스폿이 일정 피치가 되도록 펄스 간격을 조절하여 홈 또는 절단 가공하는 레이저 가공방법으로서, 상기 X-Y 테이블(7)의 이동 속도가 낮아지는 부위에 있어서의 속도의 저하에 따라 상기 펄스 레이저의 펄스 폭을 증가시킴으로써 가공 불량을 저감할 수 있음을 발견하였다. X-Y 테이블(7)의 속도의 저하에 따라 펄스 폭을 증가시킴으로써, 펄스 간격이 벌어짐에 따라 확산되는 조사부(照射部) 부근의 에너지를 보완하여, 온도 저하를 방지할 수 있기 때문이라 추정하고 있다.

또한, 상기 괄호 안의 부호는, 도면과 대조하기 위한 것이며, 이것에 의해 특허 청구 범위의 기재가 영향을 받는 것은 결코 아니다.

X-Y 테이블의 속도를 저하시키지 않으면 안되는 부위에서의 가공 불량을 해소할 수가 있다.

도 1은 본 발명에 관한 타임 차트(A)와 레이저 스폿의 궤적(B)의 모식도이다.
도 2는 본 발명에 관한 실제의 레이저 펄스와 X-Y 테이블 속도의 관계를 나타내는 도면 대용 사진이다.
도 3은 본 발명에 관한 펄스 폭 설정의 예이다.
도 4는 본 발명에 관한 직선부의 가공 후의 도면 대용 사진이다.
도 5는 본 발명에 관한 원호부의 가공 후의 도면 대용 사진이다.
도 6은 종래의 원호부의 가공 후의 도면 대용 사진이다.
도 7은 본 발명에 관한 가공 장치의 약식도이다.
도 8은 본 발명에 관한 작업물의 개략도이다.
도 9는 종래의 타임 차트(A)와 레이저 스폿의 궤적(B)의 모식도이다.

이하, 본 발명에 관한 가공 방법의 실시의 형태에 대해 도면을 이용하여 설명한다. 도 1은, 본 발명에 관한 타임 차트(A)와 레이저 스폿의 궤적(B)의 모식도이며, 도 2는, 실제의 레이저 펄스와 X-Y 테이블 속도의 관계를 나타내는 도면 대용 사진이다. 도 8에 나타낸 작업물(6)의 직선부(63)에 있어서는, 도 7에 있어서의 X-Y 테이블(7)을 고속(V₀)으로 구동하며, 그 때의 레이저 펄스의 폭을 Pw₁, 펄스 간격을 t₁로 하고, 작업물(6)에 조사되는 레이저 스폿의 간격은 일정한 피치이다. 원호부(64)에 가까워져 감속하는 경우에 있어서, 레이저 스폿의 피치를 동일하게 하기 위하여 레이저 펄스 간격을 t₁＜t₂＜t₃＜t₄와 같이 서서히 벌릴 뿐만 아니라, 펄스 폭도 Pw₁＜Pw₂＜Pw₃＜Pw₄와 같이 서서히 벌리면 좋은 것으로 판명되었다. 펄스 높이는 일정하다. 원호부(64)에 있어서는, X-Y 테이블(7)을 저속(V_c)으로 구동하고, 벌어진 펄스 간격(t₄)과 펄스 폭(Pw₄)으로 직선부와 동일한 피치로 가공한다. 원호부(64)를 빠져 나와 가속하는 경우에는, 감속시와는 반대로 레이저 스폿의 피치를 동일하게 하기 위해 레이저 펄스 간격을 t₄＜t₃＜t₂＜t₁, 펄스 폭을 Pw₄＜Pw₃＜Pw₂＜Pw₁와 같이 서서히 좁혀, X-Y 테이블(7)을 고속(V₀)으로의 구동으로 되돌린다. 여기서, 레이저 펄스 간격은, X-Y 테이블의 속도와 레이저 스폿의 피치로부터 자동적으로 결정된다.

도 1에서는 모식적으로 적은 수로 표시하고 있지만, 실제로는 도 2에 나타내는 바와 같이, 가속 또는 감속 부분에서만도 900 펄스 정도 있으며, 펄스 폭을 단계적으로 변경하고 있다. 이러한 단계적인 펄스 폭은, 현재는 실험적으로 결정하고 있다.

도 3은 펄스 폭 설정의 예이며, X-Y 테이블(7)의 속도가 고속(V₀)을 100%로 하여 12% 미만 9% 이상, 9% 미만 6% 이상, 6% 미만 3% 이상, 3% 미만의 각각의 경우에 펄스 폭을 각각 10%, 20%, 30%, 40% 증가시키는 것이다. 또한, 본 도면의 설정과 같이, X-Y 테이블(7)의 속도가 낮은 곳(특히, 60% 이하가 바람직함)에서 펄스 폭을 증가시키면 효과가 높음을 알 수 있었다. 본 예에서는 단계적인 설정(최대 8 단계)을 행하고 있지만, 본 발명에 사용되고 있는 장치는 CW 레이저로부터 AOM에 의해 레이저 펄스를 잘라내는 것으로, 자유로운 펄스 폭을 얻을 수 있기 때문에, 적당한 함수를 이용하여 연속적으로 펄스 폭을 변경하여도 무방하다.

여기서, 본 발명의 방법은 수지 필름(62)이 기판(61)에 부착된 작업물(6)을 기판(61)의 외형을 따라 수지 필름을 절단하는 경우뿐만 아니라, 작업물(6)을 직선부와 곡선부를 교대로 포함하는 궤도를 따라, 그 직선부에 있어서는 고속으로, 그 곡선부에 있어서는 저속으로 이동시키는 경우, 혹은 직선부에서도 정지 또는 가속시에 X-Y 테이블(7)의 속도가 저하되는 경우, 보다 일반적으로 말하자면 X-Y 테이블(7)의 이동 속도가 낮아지는 부위를 포함하는 궤도를 따라, 또한 펄스 레이저 스폿이 일정 피치가 되도록 펄스 간격을 조절하여 홈 가공 또는 절단 가공에 적용할 수 있는 것이다. 또, 곡선부는 원호로 한정되지 않으며, X-Y 테이블을 저속으로 이동시키지 않으면 안 되는 일반적인 곡선 궤도여도 무방하다. 또한, 변조기는 고속으로 전환되는 것이면 되며, 본 실시예의 AOM으로 한정되지 않고 전기 광학 변조기(EOM) 등이어도 무방하다.

[실시예]

도 4 및 도 5에 상기의 방법으로 가공한 예를 나타낸다. 도 4는 직선부(63), 도 5는 원호부(64)의 가공 예이다. 기판(61)은 유리, 수지 필름(62)은 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 필름이다. 레이저 출력은 8.0W, 레이저 스폿 피치는 25㎛, 직선부에서의 X-Y 테이블의 속도는 30m/min, 원호부에서의 속도는 2m/min, 조사(照射) 횟수는 7회이다. 이와 같이, 직선부(63)는 물론, 원호부(64)에 있어서도 충분히 가공되고 있음을 알 수 있다.

펄스 폭의 설정은 실험을 행하여 결정한 도 3의 설정이며, 원호부(64)에서의 펄스 폭은, X-Y 테이블(7)의 속도가 2/30 = 0.067(6.7%)이기 때문에, 직선부보다 20% 증가된 14.4㎲이다.

＜비교예＞

도 6은, 종래의 방법(도 9)의 일정 펄스 폭(12.0㎲)으로 가공한 경우의 원호부(64)의 가공 후의 상태를 나타내는 도면 대용 사진이다. 원호부(64)는 가공 홈이 검게 되어 있는 것으로부터 알 수 있는 바와 같이, 표면이 탄화(炭化)된 미(未)가공 수지가 남아 있어, 가공이 불충분하다는 것을 알 수가 있다.

1; 레이저 발진기
2; 레이저 발진 제어부
3; 음향 광학 변조기(AOM)
4; AOM 제어부
5; 광학계
6; 작업물
61; 기판
62; 수지 필름
63; 직선부
64; 원호부
7; X-Y 테이블
8; 테이블 제어부
9; X축 스케일
10; Y축 스케일
11; 소정 이동량 검출부
L1; 연속파(CW) 레이저
L2; 펄스 레이저

Claims

작업물을 재치(載置)하며 X 및 Y방향으로 구동 가능한 X-Y 테이블과,
연속파 또는 의사(擬似) 연속파 레이저를 출사하는 레이저 발진기와,
상기 레이저 발진기로부터 출사된 연속파 또는 의사 연속파 레이저를 고속으로 변조하여 펄스 레이저로 하는 변조기와,
상기 펄스 레이저를 작업물 상에 집광할 수 있는 광학계를 갖는 레이저 가공장치를 이용하며,
상기 펄스 레이저에 의해, 상기 X-Y 테이블의 이동 속도가 낮아지는 부위를 포함하는 궤도를 따라, 또한 펄스 레이저 스폿이 일정 피치가 되도록 펄스 간격을 조절하여 홈 또는 절단 가공하는 레이저 가공방법으로서,
상기 X-Y 테이블의 이동 속도가 낮아지는 부위에 있어서의 속도의 저하에 따라 상기 펄스 레이저의 펄스 폭을 증가시키는
것을 특징으로 하는 레이저 가공방법.
제 1항에 있어서,
상기 레이저 발진기를 RF 방전식의 탄산 가스 레이저로 하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공방법.
제 1항에 있어서,
상기 펄스 폭을 펄스 간격의 증감(增減)에 동기시켜 증감하는 경우에, 단계적으로 행하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공방법.
작업물을 재치하며 X 및 Y방향으로 구동 가능한 X-Y 테이블과,
연속파 또는 의사 연속파 레이저를 출사하는 레이저 발진기와,
상기 레이저 발진기로부터 출사된 연속파 또는 의사 연속파 레이저를 고속으로 변조하여 펄스 레이저로 하는 변조기와,
상기 펄스 레이저를 작업물 상에 집광할 수 있는 광학계를 갖는 레이저 가공장치로서,
제 1항 내지 제 3항에 기재된 가공 방법을 실행하는 제어부를 갖는 것을 특징으로 하는 레이저 가공장치.
작업물을 재치하며 X 및 Y방향으로 구동 가능한 X-Y 테이블과,
연속파 또는 의사 연속파 레이저를 출사하는 레이저 발진기와,
상기 레이저 발진기로부터 출사된 연속파 또는 의사 연속파 레이저를 고속으로 변조하여 펄스 레이저로 하는 변조기와,
상기 펄스 레이저를 작업물 상에 집광할 수 있는 광학계를 갖는 레이저 가공장치를 이용하여,
레이저 가공장치의 제어부에 의해 제 1항 내지 제 3항에 기재된 레이저 가공방법을 실행하도록 하는 프로그램.