KR20150048470A

KR20150048470A - 레이저 가공용 Fθ렌즈모듈

Info

Publication number: KR20150048470A
Application number: KR1020130128583A
Authority: KR
Inventors: 장정훈; 유병민; 김달오
Original assignee: 삼성전기주식회사
Priority date: 2013-10-28
Filing date: 2013-10-28
Publication date: 2015-05-07

Abstract

본 발명은 레이저 가공용 Fθ렌즈모듈에 관한 것이다. 본 발명의 실시 예에 따른 레이저 가공용 Fθ렌즈모듈은 내부에 수용공간이 형성된 측벽 및 상기 측벽에 형성되어 수용공간을 외부로 노출하는 개구부와 조사부를 포함하는 렌즈 배럴, 상기 렌즈 배럴의 수용공간에 구비된 Fθ렌즈를 포함하는 광학부 및 상기 렌즈 배럴에 구비된 가열부를 포함한다. 따라서 상기 가열부를 통해 Fθ렌즈의 온도를 실 제품 가공시 발생하는 온도보다 높게 항상 유지시켜 줌으로써, 보정시와 가공시의 온도편차 개선을 통한 실 제품 가공시 위치 산포를 개선할 수 있는 효과가 있다.

Description

레이저 가공용 Fθ렌즈모듈{Fθ LENS MODULE FOR LASER PROCESSING}

본 발명은 레이저 가공용 Fθ렌즈모듈에 관한 것이다.

본 발명과 관련된 Fθ렌즈는 (특허문헌 1)에서 개시하고 있다. 상기 (특허문헌 1)에 따르면, Fθ렌즈는 마운트 부재를 통해 광 주사장치에 설치되어 광원에서 주사된 광을 소정의 감광체에 결상시키는 용도로 사용되고 있다.

일례로써, 상기 Fθ렌즈는 인쇄회로기판(Hole)에 홀을 형성하는데 사용되고 있는데, 이는 상기 인쇄회로기판의 경우, 고밀집화에 따른 단위 면적당 홀 수량이 증가하고 애뉴얼 링 사이즈(Annual Ring size)는 축소되는 경향이 지대하기 때문이다. 특히 상기 애뉴얼 링의 축소는 홀 가공시 발생하는 위치 편차와 홀과 랜드(Land)와의 정합 편차의 고정확도를 요하는 중요기술로 부각되고 있다.

여기서 통상의 Fθ렌즈는 짧은 시간에 많은 홀을 연속으로 가공하게 되면 온도가 상승하게 되고 부피는 미세하게나마 변형되게 되는데, 이는 홀 가공시 위치 오차를 유발하는 인자로 작용하고 있다. 즉 이러한 오차유발인자로 인해 통상의 Fθ렌즈를 이용한 레이저 가공시에는 일정한 패턴을 가지고 틀어진 위치에 홀을 가공하게 되는 문제점이 발생하고 있다.

KR

2008-0094229

A

본 발명은 (특허문헌 1)을 포함하여 종래기술에서 해결할 수 없는 Fθ렌즈 온도편차에 따른 실 제품 가공시 위치 편차가 발생하는 문제점을 해결하기 위한 것이다.

본 발명의 관점은, 위치 보정시와 홀 가공시의 위치 편차를 개선하여 실 제품 가공시 위치 산포를 용이하게 개선할 수 있도록 한 레이저 가공용 Fθ렌즈모듈을 제공하는 데 있다.

상기 관점을 달성하기 위해,

본 발명의 실시 예에 따른 레이저 가공용 Fθ렌즈모듈은 내부에 수용공간이 형성된 측벽 및 상기 측벽에 형성되어 수용공간을 외부로 노출하는 개구부와 조사부를 포함하는 렌즈 배럴;

상기 렌즈 배럴의 수용공간에 구비된 Fθ렌즈를 포함하는 광학부;

상기 렌즈 배럴에 구비된 열선을 포함하는 가열부;

를 포함한다.

또한 본 발명의 실시 예에 따른 레이저 가공용 Fθ렌즈모듈에 있어서, 상기 열선은 렌즈 배럴의 측벽에 나선형으로 구비될 수 있다.

또한 본 발명의 실시 예에 따른 레이저 가공용 Fθ렌즈모듈에 있어서, 상기 열선은 렌즈 배럴의 측벽에 내장되어 구비될 수 있다.

또한 본 발명의 실시 예에 따른 레이저 가공용 Fθ렌즈모듈에 있어서, 상기 렌즈 배럴은 결합 가능하도록 분리 구성될 수 있다.

또한 본 발명의 실시 예에 따른 레이저 가공용 Fθ렌즈모듈에 있어서, 상기 수용공간은 계단식으로 형성되어 상기 수용공간에 굴절률이 서로 다른 Fθ렌즈가 배치될 수 있다.

또한 본 발명의 실시 예에 따른 레이저 가공용 Fθ렌즈모듈에 있어서, 상기 렌즈 배럴의 외부에 구비된 커버 글라스;

를 더 포함할 수 있다.

이러한 해결 수단들은 첨부된 도면에 의거한 다음의 발명의 상세한 설명으로부터 더욱 명백해질 것이다.

이에 앞서, 본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 사전적인 의미로 해석되어서는 아니 되며, 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 Fθ렌즈모듈을 나타내 보인 단면도.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 Fθ렌즈모듈을 나타내 보인 사시도.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 Fθ렌즈모듈을 이용하여 인쇄회로기판에 레이저 가공하는 것을 나타내 보인 사시도.

본 발명의 특이한 관점, 특정한 기술적 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어 지는 이하의 구체적인 내용과 실시 예로부터 더욱 명백해 질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한 "제1", "제2", "일면", "타면" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위해 사용되는 것으로, 구성요소가 상기 용어들에 의해 제한되는 것은 아니다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 관련된 공지기술에 대한 상세한 설명은 생략한다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 레이저 가공용 Fθ렌즈모듈은 내부에 수용공간이 형성된 측벽 및 상기 수용공간을 외부로 노출하는 개구부와 조사부를 포함하는 렌즈 배럴(Lens barrel), 상기 렌즈 배럴의 수용공간에 구비된 렌즈를 포함하는 광학부(Optical system) 및 상기 렌즈 배럴에 구비된 가열부(Heater)를 포함한다.

상기 렌즈 배럴은 Fθ렌즈를 수용하여 고정하기 위한 일종의 수용체로써, 합성수지 또는 금속 등을 이용하여 측벽을 원형으로 형성하거나 다각형으로 형성하여 제공하게 되며, 광축 상의 일 측에 레이저 광이 입사되는 개구부가 형성되고, 타 측에 광이 출사되는 조사부가 형성된다.

이러한 렌즈 배럴은 광학부를 다양하게 조합하여 구성할 수 있도록, 또는 Fθ렌즈의 용이한 수용 등을 위하여 상부와 하부로 분리 형성되고, 이후 필요에 따라 결합하여 운용될 수 있다. 그리고 내부의 수용공간을 계단식으로 다단 형성하여 다수의 Fθ렌즈가 배치될 수 있도록 하게 된다.

상기 광학부는 Fθ렌즈를 이용하여 광 주사장치에서 입사되는 광을 집광하여 감광체에 조사함으로써, 레이저가공이 이루어질 수 있도록 하게 된다. 여기서 상기 감광체로는 일례로써, 인쇄회로기판일 수 있으며, 상기 인쇄회로기판에 광원에서 주사된 레이저 광을 조사함으로써, 홀(Hole)을 가공하게 된다.

여기서 이러한 Fθ렌즈는 전술한 바와 같이, 렌즈 배럴의 수용공간에 다수로 배치되어 광학부를 구성할 수 있으며, 이 경우, 굴절률이 서로 다른 Fθ렌즈를 조합한 후 배치하여 사용하게 된다.

상기 가열부는 렌즈 배럴에 구비되어 Fθ렌즈의 온도를 관리할 수 있도록 하게 되고, 이를 통해 감광체의 가공시 발생하는 열에 의한 Fθ렌즈의 변형을 방지하게 된다. 즉 상기 가열부를 통해 Fθ렌즈모듈의 온도를 실 제품 가공시 발생하는 온도보다 높게 항상 유지시켜 줌으로써, 보정시와 가공시의 온도편차 개선을 통한 실 제품 가공시 위치 산포를 개선할 수 있게 된다.

여기서 통상의 Fθ렌즈와 본 발명의 일 실시 예에 따른 Fθ렌즈의 온도변호에 따른 위치 편차를 대비하면 다음과 같다.

즉 상기 [표 1]에서 보듯이, 통상의 Fθ렌즈는 광축이 렌즈에서 굴절되어 집광되고 굴절각은 렌즈 중심에서 바깥쪽으로 향하여 커지게 된다(α1＞α2). 이때 굴절률(n)은 온도의 존성이 있는 게르마늄의 온도변화량을 β로 한 경우, 가열시 온도(50℃)가 상승하면 굴절각(α)는 α+sin-1(β)가 되어 커지고 광축은 렌즈의 중심 방향으로 굴절하게 된다. 따라서 굴절각이 큰 스캔 에어리어(Scan Area) 바깥쪽이 변화량이 커지기 때문에 위치 오차도 커지게 된다. 즉 위치 오차는 X3＞X4가 된다.

상기 [표 2]에서 보듯이, 이에 반해 본 발명의 일 실시 예에 따른 Fθ렌즈는 가열부에 의해 설정온도(70℃)에 대한 유지가 가능함으로써, 가열시 온도가 상승하더라도 스캔 에어리어(Scan Area)가 보정시와 동일하게 유지되어 위치 오차가 거의 발생하지 않게 된다.

이러한 가열부는 열선(Heating coil)을 렌즈 배럴의 내부 또는 외부에 선택적으로 장착하는 방법으로 구성될 수 있으며, 상기 렌즈 배럴에 상기 열선을 내장하여 일체화되는 것도 한 방법이 될 수 있다.

한편 렌즈 배럴에는 광학부를 외부요인으로부터 보호할 수 있도록 커버 글라스(Cover glass)가 구비될 수 있으며, 상기 렌즈 배럴의 개구부와 조사부에 각각 또는 선택적으로 구비되어 사용될 수 있다. 또한 상기 렌즈 배럴은 Fθ렌즈의 배치상태를 고정하거나 간격을 유지하기 위한 구조로써, 스페이서(Spacer)를 이용할 수 있다.

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

도 1에서 보듯이, 렌즈 배럴(10)은 내부에 수용공간(12)이 계단식으로 다단 형성되고, 광축을 중심으로 상부에 개구부(13)가 형성되며, 하부에 조사부(14)가 형성되어 상기 수용공간(12)을 외부 노출하게 된다.

이러한 렌즈 배럴(10)은 측벽(11)을 원통형으로 형성하여 제공하게 되며, 상기 측벽(11)의 상부에 커버 글라스(Cover glass)로써, 상부커버(15)를 결합하고, 하부에 하부커버(16)를 결합하게 된다. 여기서 상기 렌즈 배럴(10)은 측벽(11)을 상부 측벽(11a)과 하부 측벽(11b)으로 분리 형성한 후 홈과 돌기를 이용한 체결방식 또는 나사체결방식 등으로 결합하여 일체화하게 된다.

한편 광학부(20)는 원형으로 형성된 Fθ렌즈를 렌즈 배럴(10)의 수용공간(12)에 다단 배치함으로써, 구성된다. 즉 광축 상의 상부에 제1 Fθ렌즈(21)가 배치되고, 상기 제1 Fθ렌즈(21)를 기준으로 하부방향을 향해 순차적으로 굴절률이 서로 다른 제2,3,4,5 Fθ렌즈(22)(23)(24)(25)가 배치되어 광학부(20)를 구성하게 되며, 각각 스페이서(26)를 통해 배치상태를 유지하게 된다.

가열부는 렌즈 배럴(10)의 측벽(11)에 외부전원에 의해 발열하는 열선(30)을 나선형으로 내장함으로써, 제1,2,3,4,5 Fθ렌즈(21)(22)(23)(24)(25)의 온도를 가열시의 온도보다 항상 높게, 그리고 균등하게 유지토록 하게 된다. 즉 상기 열선(30)이 나선형으로 배치됨으로써, 각각의 Fθ렌즈 온도를 실 제품 가공시 발생하는 온도보다 항상 높게 유지하여 열 변형을 방지할 수 있게 되며, 이로 인해 감광체의 가공시와 보정시의 온도 편차를 개선하게 된다.

도 2 내지 3에서 보듯이, Fθ렌즈모듈(1)은 통상의 마운트 부재(2)를 통해 광 주사장치, 즉 일례로써, 인쇄회로기판용 CO2 레이저 설비에 설치되어 운용하게 된다. 상기 레이저 설비는 통상 레이저 광을 주사하는 광원(3), 콜리메이션 렌즈(4), 마스크(5), 디바이드 유닛(6) 및 갈바노 모터(Galvano Motor)를 포함하여 광 경로를 구성하게 되며, Fθ렌즈모듈(1)의 위치 정도는 상기 갈바노 모터(7)와 X,Y 테이블(8) 제어를 위한 서보 모터(Servo Motor)를 이용하고 있다.

여기서 상기 갈바노 모터(7)는 위치 정도 관리를 위하여 일정 시간을 기준으로 보정을 통한 관리를 하고 있다. 즉 상기 위치 보정 방식은 설정된 스캔 에어리어(Scan Area)에서 일정 피치(Pitch) 기준으로 홀을 가공 후 카메라(Camera)로 위치를 측정하여 홀 별로 위치를 보정해 준다. 일례로써, 이와 같이 보정 후 실 제품 가공시 16.5hole/㎟(3Mhole/panel)로 Scan Area 20×20㎜ 기준으로 약 6,600Hole을 가공하고 있으며, 가공 시간은 약 3.5sec이다.

따라서 이러한 보정 후에 가공을 진행하게 되는데, 통상 가열시 온도가 상승하는 것을 본 발명의 실시 예에 따른 Fθ렌즈모듈(1)은 설정온도에 대한 유지가 가능함으로써, 스캔 에어리어(Scan Area)가 보정시와 동일하게 유지되어 위치 오차가 거의 발생하지 않게 된다.

이상 본 발명을 실시 예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명에 따른 레이저 가공용 Fθ렌즈모듈은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함은 명백하다고 할 것이다.

본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.

1 - Fθ렌즈모듈 2 - 마운트 부재
3 - 광원 4 - 콜리메이션 렌즈
5 - 마스크 6 - 디바이드 유닛
7 - 갈바노 모터 8 - X,Y 테이블
10 - 렌즈 배럴 11 - 측벽
11a - 상부 측벽 11b - 하부 측벽
12 - 수용공간 13 - 개구부
14 - 조사부 15 - 상부커버
16 - 하부커버 20 - 광학부
21 - 제1 Fθ렌즈 22 - 제2 Fθ렌즈
23 - 제3 Fθ렌즈 24 - 제4 Fθ렌즈
25 - 제5 Fθ렌즈 26 - 스페이서
30 - 열선

Claims

내부에 수용공간이 형성된 측벽 및 상기 수용공간을 외부로 노출하는 개구부와 조사부를 포함하는 렌즈 배럴(Lens barrel);
상기 렌즈 배럴의 수용공간에 구비된 렌즈를 포함하는 광학부(Optical system); 및
상기 렌즈 배럴에 구비된 열선(Heating coil)을 포함하는 가열부(Heater);
를 포함하는 레이저 가공용 Fθ렌즈모듈.
청구항 1에 있어서,
상기 열선은 렌즈 배럴의 측벽에 나선형으로 구비된 레이저 가공용 Fθ렌즈모듈.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 열선은 렌즈 배럴의 측벽에 내장되어 구비된 레이저 가공용 Fθ렌즈모듈.
청구항 1에 있어서,
상기 렌즈 배럴은 결합 가능하도록 분리 구성된 레이저 가공용 Fθ렌즈모듈.
청구항 1에 있어서,
상기 수용공간은 계단식으로 형성되어 상기 수용공간에 굴절률이 서로 다른 렌즈가 배치된 레이저 가공용 Fθ렌즈모듈.
청구항 1에 있어서,
상기 렌즈 배럴의 외부에 구비된 커버 글라스(Cover glass);
를 더 포함하는 레이저 가공용 Fθ렌즈모듈.