KR20160107603A

KR20160107603A - 레이저 디플래쉬 방법과, 이를 이용한 레이저 가공 방법 및 장치

Info

Publication number: KR20160107603A
Application number: KR1020150030546A
Authority: KR
Inventors: 신준엽; 정대호
Original assignee: 주식회사 이오테크닉스
Priority date: 2015-03-04
Filing date: 2015-03-04
Publication date: 2016-09-19

Abstract

레이저 디플래쉬 방법과, 이를 이용한 레이저 가공 방법 및 장치가 개시된다. 개시된 레이저 디플레쉬 방법은, 레이저 빔을 이용하여 금속 자재의 절단선 주위에 생성된 열영향부 및 금속 입자들 중 적어도 하나를 제거하는 것으로, 상기 레이저 빔을 디포커싱하여 상기 금속 자재의 절단선 주위에 조사하는 단계; 상기 레이저 빔의 주파수를 조절하는 단계; 및 상기 디포커싱되고 주파수가 조절된 레이저 빔을 상기 절단선을 따라 이동시키면서 라인 주사하는 단계:를 포함한다.

Description

레이저 디플래쉬 방법과, 이를 이용한 레이저 가공 방법 및 장치{Laser de-flash method and laser processing method and apparatus using the laser de-flash method}

본 발명은 레이저 디플래쉬 기술에 관한 것으로, 상세하게는 레이저를 이용하여 금속 자재를 절단하는 경우 절단선 주위에 발생되는 열영향부(HAZ; Heat Affected Zone) 및 금속 입자들(metal particles)을 레이저를 이용하여 제거하는 레이저 디플래쉬 방법과, 이를 이용한 레이저 가공 방법 및 장치에 관한 것이다.

자재의 표면에 남아 있는 불순물을 제거하기 위한 방안으로, 종래에는 전기 분해를 이용하는 방법, 화학 약품을 사용하여 화학적으로 제거하는 방법, 고압의 물을 분사하여 기계적으로 제거하는 방법 등이 사용되어 왔다. 그러나, 이러한 방법들은 인체에 유해한 약품을 사용하여야 하며, 불순물을 제거하는 과정에서 제품이 손상될 염려가 있으며, 불순물의 완벽한 제거가 어렵다는 문제점이 있다.

최근에는 이러한 문제점을 보완하기 위하여 레이저를 이용하여 자재의 표면에 남아 있는 불순물을 제거하는 레이저 디플래쉬(de-flash) 기술이 각광을 받고 있다. 이러한 레이저 디플래쉬 기술은 레이저를 이용하여 불순물을 제거하게 되므로 자연 친화적이고 가공 속도도 빠르면 유지 비용이 적다는 장점이 있다.

레이저를 이용하여 금속 자재를 절단하는 경우 레이저의 광학적 특성으로 인해 절단선 주위에 열영향부(HAZ)가 생성되며, 또한 금속 입자들은 레이저 플라즈마 효과에 의해 절단선 주위에 증착된다. 여기서, 열영향부(HAZ)라 함은 레이저 절단시 발생되는 열에 의해 용융은 되지 않지만 그 성질이 변화되는 부분을 말한다. 이러한 열영향부 및 금속 입자들을 제거하기 위하여 종래 레이저 디플래쉬 기술은 레이저 파워를 조절하여 불순물을 제거하였다. 그러나, 이와 같이 레이저 파워를 조절하는 방식으로는 금속 자재에 생성된 열영향부 및 금속 입자들을 완벽하게 제거하기에는 어려움이 있다.

본 발명의 일 실시예는 레이저를 이용하여 금속 자재를 절단하는 경우 절단선 주위에 발생되는 열영향부(HAZ) 및 금속 입자들을 레이저를 이용하여 제거할 수 있는 레이저 디플래쉬 방법과, 이를 이용한 레이저 가공 방법 및 장치를 제공한다.

본 발명의 일 측면에 있어서,

레이저 빔을 이용하여 금속 자재의 절단선 주위에 생성된 열영향부 및 금속 입자들 중 적어도 하나를 제거하는 레이저 디플래쉬(laser de-flash) 방법에 있어서,

상기 레이저 빔을 디포커싱(defocusing)하여 상기 금속 자재의 절단선 주위에 조사하는 단계;

상기 레이저 빔의 주파수를 조절하는 단계; 및

상기 디포커싱되고 주파수가 조절된 레이저 빔을 상기 절단선을 따라 이동시키면서 라인 주사(line scanning)하는 단계:를 포함하는 레이저 디플래쉬 방법이 제공된다.

상기 레이저 빔은 상기 열영향부에 균일하게 입사되는 크기를 가지도록 디포커싱될 수 있다. 상기 열영향부 및 상기 금속 입자들 중 적어도 하나는 절단용 레이저 빔을 이용하여 상기 금속 자재를 절단함으로써 생성될 수 있다. 상기 디포커싱된 레이저 빔은 상기 절단용 레이저 빔과 동일한 파장을 가질 수 있다. 그리고, 상기 디포커싱된 레이저 빔은 상기 절단용 레이저 빔보다 낮은 주파수를 가지도록 조절될 수 있다.

상기 금속 자재의 절단선 주위에는 상기 디포커싱된 레이저 빔이 상기 절단선을 따라 1회 이상 라인 주사될 수 있다. 상기 금속 자재는 구리를 포함하며, 이 경우 상기 금속 자재의 절단선 주위에는 상기 디포커싱된 레이저 빔이 3회 이상 라인 주사될 수 있다. 여기서, 상기 디포커싱된 레이저 빔은 상기 절단선으로부터 멀어지는 방향으로 순차적으로 라인 주사될 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 있어서,

제1 레이저 빔을 이용하여 금속 자재를 절단하는 단계; 및

제2 레이저 빔을 이용하여 금속 자재의 절단선 주위에 생성된 열영향부 및 금속 입자들 중 적어도 하나를 제거하는 단계;를 포함하고,

상기 열영향부 및 금속 입자들 중 적어도 하나를 제거하는 단계는,

상기 제2 레이저 빔을 디포커싱하여 상기 금속 자재의 절단선 주위에 조사하는 단계;

상기 제2 레이저 빔의 주파수를 조절하는 단계; 및

상기 디포커싱되고 주파수가 조절된 제2 레이저 빔을 상기 절단선을 따라 이동하면서 1회 이상 라인 주사하는 단계:를 포함하는 레이저 가공방법이 제공된다.

상기 금속 자재는 상기 제1 레이저 빔을 상기 금속 자재에 포커싱한 다음, 절단 예정선을 따라 이동시킴으로써 절단될 수 있다.

상기 제1 및 제2 레이저 빔은 동일한 레이저 광원으로부터 방출되며, 동일한 파장을 가질 수 있다. 상기 금속 자재는 구리를 포함하고, 상기 제1 및 제2 레이저 빔은 532nm의 파장을 가질 수 있다. 그리고, 상기 제2 레이저 빔은 상기 제1 레이저 빔보다 낮은 주파수를 가지도록 조절될 수 있다. 상기 금속 자재를 구리를 포함하며, 상기 제1 및 제2 레이저 빔의 주파수는 각각 60kHz 및 50kHz가 될 수 있다. 상기 제2 레이저 빔은 상기 열영향부에 균일하게 입사되는 크기를 가지도록 디포커싱될 수 있다.

상기 금속 자재는 구리를 포함하며, 상기 금속 자재의 절단선 주위에는 상기 디포커싱된 제2 레이저 빔이 3회 이상 라인 주사될 수 있다. 여기서, 상기 디포커싱된 제2 레이저 빔은 상기 절단선으로부터 멀어지는 방향으로 순차적으로 라인 주사될 수 있다.

본 발명의 또 다른 측면에 있어서,

전술한 레이저 가공방법을 수행하는 레이저 가공장치에 있어서,

상기 제1 및 제2 레이저 빔을 방출하는 레이저 광원;

상기 제1 및 제2 레이저 빔의 경로를 변경하는 미러(mirror);

상기 제1 및 제2 레이저 빔을 집속하는 집속 렌즈; 및

상기 제1 및 제2 레이저 빔을 제어하는 제어부;를 포함하는 레이저 가공장치가 제공된다.

상기 미러와 상기 집속 렌즈 사이에는 제1 및 제2 레이저 빔의 크기를 확대하는 빔 확대기(BET; Beam Expanding Telescope)가 마련될 수 있다.

상기 집속 렌즈는 상기 제1 레이저 빔을 상기 금속 자재에 포커싱하고, 상기 제2 레이저 빔을 상기 금속 자재의 절단면 주위에 상기 열영향부에 균일하게 입사되는 크기를 가지도록 디포커싱할 수 있다.

상기 제2 레이저 빔은 상기 제어부에 의해 상기 제1 레이저 빔 보다 낮은 주파수를 가지도록 조절될 수 있다. 상기 금속 자재의 절단선 주위에는 상기 디포커싱된 제2 레이저 빔이 1회 이상 라인 주사될 수 있다.

레이저를 이용하여 금속 자재를 절단하게 되면 절단선 주위에는 열영향부 및 금속 입자들이 생성될 수 있다. 그러나, 본 발명의 실시예에 의하면 이러한 열영향부 및 금속 입자들은 주파수가 조절된 디플래쉬용 레이저 빔을 절단선 주위에 디포커싱한 다음, 1회 이상 라인 주사를 함으로써 완전히 제거될 수 있다. 따라서, 본 실시예에 따른 레이저 디플래쉬 공정에서는 금속 자재가 손상되는 것을 방지할 수 있으며, 자연 친화적인 공정이 가능해진다. 또한, 공정 속도가 빠르고 비용도 절감할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 레이저 가공장치를 개략적으로 도시한 것이다.
도 2는 도 1의 레이저 가공장치의 제1 레이저 빔에 의해 금속 자재가 절단된 모습을 도시한 것이다.
도 3은 도 1에 도시된 레이저 가공장치의 제2 레이저 빔을 디포커싱하여 금속 자재의 절단선 주위에 조사하는 모습을 도시한 것이다.
도 4는 금속 자재의 절단선 주위에 제2 레이저 빔을 디포커싱한 다음, 1회 라인 주사하는 모습을 도시한 것이다.
도 5a 내지 도 5c는 금속 자재의 절단선 주위에 제2 레이저 빔을 디포커싱한 다음, 3회 라인 주사하는 모습을 도시한 것이다.
도 6 내지 도 8b는 구리 자재의 절단면 주위에 제2 레이저 빔을 디포커싱한다음, 3회 라인 주사함으로써 절단선 주위에 생성된 열영향부 및 Cu 입자들을 제거하는 모습을 보여주는 사진들이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 아래에 예시되는 실시예는 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니며, 본 발명을 이 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 각 구성요소의 크기나 두께는 설명의 명료성을 위하여 과장되어 있을 수 있다. 또한, 소정의 물질층이 기판이나 다른 층에 존재한다고 설명될 때, 그 물질층은 기판이나 다른 층에 직접 접하면서 존재할 수도 있고, 그 사이에 다른 제3의 층이 존재할 수도 있다. 그리고, 아래의 실시예에서 각 구성요소를 이루는 물질은 예시적인 것이므로, 이외에 다른 물질이 사용될 수도 있다.

도 1은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 레이저 가공장치를 개략적으로 도시한 것이다. 도 1에 도시된 레이저 가공장치는 후술하는 바와 같이 금속 자재(W)를 절단하는 공정과, 금속 자재(W)의 절단선 주위에 생성된 열영향부(HAZ; Heat Affected Zone) 및 금속 입자들을 제거하는 공정을 수행할 수 있다. 여기서, 열영향부(HAZ)라 함은 레이저 절단시 발생되는 열에 의해 용융은 되지 않지만 그 성질이 변화되는 부분을 말한다.

도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 레이저 가공장치는 레이저 광원(laser source, 110), 미러(mirror, 120), 집속 렌즈(focusing lens, 140) 및 제어부(controller unit, 150)을 포함한다. 여기서, 레이저 광원(110)은 절단용 레이저 빔 또는 후술하는 디플래쉬용 레이저 빔을 방출한다. 구체적으로, 레이저 광원(110)은 금속 자재(W)를 절단하는 공정에서는 제1 레이저 빔(L1), 즉 절단용 레이저 빔을 방출한다. 여기서, 금속 자재(W)로는 예를 들면, 구리 등을 포함할 수 있으며, 이외에도 다른 다양한 금속 물질을 포함할 수 있다. 그리고, 레이저 광원(110)은 금속 자재(W)의 절단선 주위에 생성된 열영향부 및/또는 금속 입자들을 제거하는 공정, 즉 레이저 디플래쉬 공정에서는 제2 레이저 빔(L2), 즉 디플래쉬용 레이저 빔을 방출할 수 있다.

제1 및 제2 레이저 빔(L1, L2)으로는 예를 들면, 비교적 짧은 펄스폭을 가지는 펄스형 레이저 빔이 사용될 수 있다. 하지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 이외에 연속파형 레이저 빔이 사용될 수도 있다. 금속 자(W)재가 구리를 포함하는 경우에 레이저 광원(110)으로부터 방출되는 제1 및 제2 레이저 빔(L1, L2)은 예를 들면 대략 532nm의 파장을 가지는 펄스형 레이저 빔이 될 수 있다.

디플래쉬 레이저 빔인 제2 레이저 빔(L2)은 절단용 레이저 빔인 제1 레이저 빔(L1) 보다 낮은 주파수를 가질 수 있다. 이러한 제1 및 제2 레이저 빔(L1,L2)의 주파수 조절은 제어부(150)에 의해 수행될 수 있다. 금속 자재(W)가 구리를 포함하는 경우에 절단용 레이저 빔인 제1 레이저 빔(L1)은 예를 들면 대략 60kHz의 주파수를 가질 수 있으며, 디플래쉬 레이저빔은 제2 레이저 빔(L2)은 예를 들면 대략 50kHz의 주파수를 가질 수 있다.

레이저 광원(110)으로부터 방출된 레이저 빔(L1, L2)은 미러(120)에 의해 원하는 위치로 그 진행 경로가 변경될 수 있다. 그리고, 미러(120)에서 반사된 레이저 빔은 집속 렌즈(140)를 경유하여 스테이지(S)에 적재된 금속 자재(W)의 가공하고자 하는 위치에 조사된다. 여기서, 미러(120)와 집속 렌즈(140) 사이의 광경로 상에는 레이저 빔의 크기를 확대시키는 빔 확대기(BET: Beam Expanding Telescope, 130)가 더 마련될 수 있다.

레이저 절단 공정에서 집속 렌즈(140)는 레이저 광원(110)으로부터 방출된 제1 레이저 빔(L1)을 금속 자재(W)의 표면에 포커싱하여 조사하는 역할을 한다. 이와 같이, 제1 레이저 빔(L1)이 집속 렌즈(140)에 의해 포커싱되어 금속 자재(W)의 표면에 조사된 다음, 절단 예정선을 따라 이동함으로써 금속 자재(W)를 절단하는 공정을 수행하게 된다.

한편, 금속 자재(W)의 절단선 주위에 생성된 열영향부 및/또는 금속 입자들을 제거하는 공정, 즉 레이저 디플래쉬 공정에서 집속 렌즈(140)는 레이저 광원(110)으로부터 방출된 제2 레이저 빔(L2)을 디포커싱(defocusing)하여 금속 자재(W)의 절단선 주위에 조사하는 역할을 한다. 이러한 제2 레이저 빔(L2)의 디포커싱은 집속 렌즈(140)를 이동함으로써 수행될 수 있다. 즉, 제2 레이저 빔(L2)의 디포커싱은 집속 렌즈(140)를 금속 자재(W)와 반대되는 방향으로 일정 거리만큼 이동시킴으로써 수행될 수 있다. 이와 같이, 제2 레이저 빔(L2)이 집속 렌즈(140)에 의해 디포커싱되어 금속 자재(W)의 절단선 주위에 조사된 다음, 절단선을 따라 라인 주사됨으로써 금속 자재(W)의 절단선 주위에 생성된 열영향부 및/또는 금속 입자들을 제거하는 공정을 수행하게 된다.

본 실시예에 따른 레이저 가공장치는 레이저 빔(L1,L2)을 제어하기 위한 제어부(150)를 더 포함할 수 있다. 이러한 제어부(150)는 레이저 빔(L1,L2)의 파장, 주파수 등을 원하는 값으로 제어할 수 있다.

이상에서 설명한 레이저 가공장치는 제1 레이저 빔(L1), 즉 절단용 레이저 빔을 이용하여 금속 자재(W)에 레이저 절단 공정을 수행한 다음, 주파수가 조절된 제2 레이저 빔(L2), 즉 디플래쉬용 레이저 빔을 디포커싱함으로서 금속 자재(W)의 절단선 주위에 생성된 열영향부 및/또는 금속 입자들을 제거하는 공정을 수행할 수 있다.

도 2는 도 1의 레이저 가공장치의 제1 레이저 빔(L1)에 의해 금속 자재(W)가 절단된 모습을 도시한 것이다.

도 2를 참조하면, 도 1에 도시된 레이저 가공장치로부터 제1 레이저 빔(L1), 즉 절단용 레이저 빔을 집속 렌즈(140)를 이용하여 포커싱한 다음, 금속 자재의 절단 예정선을 따라 주사하게 되면 금속 자재(W)가 절단될 수 있다. 이러한 레이저 절단 공정에서 금속 자재(W)의 절단선(250) 주위에는 레이저 절단으로 인해 발생되는 열에 의해 용융은 되지 않지만 그 성질이 변하는 열영향부(HAZ, 210)가 생성될 수 있다.

또한, 이러한 레이저 절단 과정에서는 레이저 플라즈마 현상으로 인해 절단선(250) 주위에 금속 입자들(220)이 증착되어 있을 수 있다. 이러한 열영향부(210) 및 금속 입자들(220)은 제품의 품질을 떨어뜨릴 수 있으므로 제거되어야 할 필요가 있다. 한편, 이상에서는 열영향부(210) 및 금속 입자들(220) 모두가 금속 자재(W)의 레이저 절단에 의해 생성되는 경우가 설명되었으나, 레이저 절단 공정에 따라 열영향부(210) 및 금속 입자들(220) 중 어느 하나만 생성되는 것도 가능하다.

도 3은 도 1에 도시된 레이저 가공장치의 제2 레이저 빔(L2)을 디포커싱하여 금속 자재(W)의 절단선(250) 주위에 조사하는 모습을 도시한 것이다.

도 3을 참조하면, 금속 자재(W)의 절단선(250) 주위에 생성된 열영향부(210) 및 금속 입자들(220)을 제거하기 위해 제2 레이저 빔(L2), 즉 디플래쉬용 레이저 빔을 금속 자재(W)의 절단선(250) 주위에 조사한다. 이 과정에서, 제2 레이저 빔(L2)은 집속 렌즈(140)에 의해 디포커싱(defocusing)되어 금속 자재(W)의 절단선(250) 주위에 조사될 수 있다. 여기서, 제2 레이저 빔(L2)은 절단선(250) 주위에 형성된 열영향부(210)에 균일하게 입사되는 크기를 가지도록 디포커싱될 수 있다. 이러한 제2 레이저 빔(L2)의 디포커싱은 집속 렌즈(140)를 금속 자재(W)와 멀어지는 방향으로 소정 거리만큼 이동(shift)시킴으로써 수행될 수 있다.

한편, 본 실시예에 따른 레이저 디플래쉬 공정에서 디플래쉬용 레이저 빔인 제2 레이저 빔(L2)은 제어부(150)에 의해 그 주파수가 조절되어 사용될 수 있다. 구체적으로, 제2 레이저 빔(L2)은 제1 레이저 빔(L1)에 비해 낮은 주파수를 가지도록 조절될 수 있다. 예를 들어, 금속 자재(W)가 구리를 포함하는 경우 레이저 광원(110)으로부터 방출되는 제1 및 제2 레이저 빔(L1,L2)은 대략 532nm의 파장을 가지는 펄스형 레이저 빔이 될 수 있다. 그리고, 절단용 레이저 빔인 제1 레이저 빔(L1)은 예를 들면 대략 60kHz의 주파수를 가질 수 있으며, 디플래쉬용 레이저 빔인 제2 레이저 빔(L2)은 제1 레이저 빔(L1)보다 낮은 대략 50kHz의 주파수를 가질 수 있다. 하지만, 이는 단지 예시적인 것으로, 이에 한정되지 않는다. 또 다른 실시예로, 금속 자재의 종류 및 특성에 따라서, 제1 레이저 빔(L1)과 제2 레이저 빔(L2)은 같은 주파수를 가질 수도 있다. 또는 제1 레이저 빔(L1)과 제2 레이저 빔(L2)는 같은 주파수를 사용하되, 서로 다른 파장의 레이저 빔을 사용할 수 있으며, 이때, 레이저 빔은 펄스형 레이저 빔일 수도 있다.

다음으로, 주파수가 조절되어 금속 자재(W)의 절단선(250) 주위에 디포커싱된 제2 레이저 빔(L2)을 절단선(250)을 따라 라인 조사하게 되면 절단선(250) 주위에 생성된 열영향부(210) 및 금속 입자들(220)이 감소하거나 제거될 수 있다. 도 3에는 좌측에 있는 절단선(250) 주위에 생성된 열영향부(210) 및 금속 입자들(220)을 제거하는 모습이 도시되어 있다. 한편, 우측에 있는 절단선(250) 주위에 생성된 열영향부(210) 및 금속 입자들(220)을 제거하는 과정도 좌측에 있는 경우와 동일하다. 여기서, 좌측에 있는 열영향부(210)와 우측에 있는 열영향부(210)는 순차적으로 제거될 수도 있고, 동시에 제거될 수도 있다. 동시에 제거되는 경우에는 제2 레이저 빔(L2)을 2개로 분할하는 빔 분리기(미도시)가 사용될 수 있다.

한편, 절단선(250) 주위에 생성된 열영향부(210) 및 금속 입자들(220)은 주파수가 조절되어 금속 자재(W)의 절단선(250) 주위에 디포커싱된 제2 레이저 빔(L2)을 절단선(250)을 따라 1회 라인 조사하거나 또는 복수회 라인 조사함으로써 제거될 수 있다.

도 4는 금속 자재(W)의 절단선(250) 주위에 주파수가 조절된 제2 레이저 빔(L2)을 디포커싱한 다음, 1회 라인 주사하는 모습을 도시한 것이다. 도 4를 참조하면, 주파수가 조절된 제2 레이저 빔(L2)을 디포커싱하여 금속 자재(W)의 절단선(250) 주위에 조사한 다음, 절단선(250)을 따라 1회 라인 주사함으로써 열영향부(210) 및/또는 금속 입자들(220)을 제거할 수 있다.

도 5a 내지 도 5c는 금속 자재(W)의 절단선(250) 주위에 주파수가 조절된 제2 레이저 빔(L2)을 디포커싱한 다음, 3회 라인 주사하는 모습을 도시한 것이다.

도 5a를 참조하면, 금속 자재(W)의 절단선(250)에 인접하여 주파수가 조절된 제2 레이저 빔(L2)을 디포커싱한 다음, 절단선(250)을 따라 첫번째 라인 주사을 수행한다. 이러한 1회 라인 주사에 따라 열영향부(210) 및 금속 입자들(220)이 감소할 수 있다. 도 5b를 참조하면, 금속 자재(W)의 절단선(250) 주위에 제2 레이저 빔(L2)을 디포커싱한 다음, 절단선(250)을 따라 두번째 라인 주사를 수행한다. 여기서, 두번째 라인 주사는 절단선(250)으로부터 멀어지는 방향으로 첫번째 라인 주사에 이에 순차적으로 진행될 수 있다. 이와 같이, 두번째 라인 주사를 진행하게 되면 절단선(250) 주위에 생성된 열영향부(210) 및 금속 입자들(220)이 보다 감소할 수 있다.

다음으로, 도 5c를 참조하면, 금속 자재(W)의 절단선(250) 주위에 제2 레이저 빔(L2)을 디포커싱한 다음, 절단선(250)을 따라 세번째 라인 주사를 수행한다. 여기서, 세번째 라인 주사는 절단선(250)으로부터 멀어지는 방향으로 두번째 라인 주사에 이에 순차적으로 진행될 수 있다. 이와 같이, 세번째 라인 주사를 진행하게 되면 절단선(250) 주위에 생성된 열영향부(210) 및 금속 입자들(220)이 완전히 제거될 수 있다.

이와 같은 복수회의 라인 주사는 금속 자재(W)의 종류에 따라 그 횟수가 다양하게 달라질 수 있다. 예를 들어, 금속 자재(W)가 구리를 포함하는 경우에는 3회 이상의 라인 주사가 진행될 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

도 6 내지 도 8b는 구리 자재 절단선 주위에 주파수가 조절된 제2 레이저 빔(L2)을 디포커싱한다음, 3회 라인 주사함으로써 절단선 주위의 열영향부 및 Cu 입자들을 제거하는 모습을 보여주는 사진들이다.

도 6에는 도 1에 도시된 레이저 가공장치로부터 절단용 레이저 빔, 즉 제1 레이저 빔(L1)을 구리 자재에 포커싱한 다음, 라인 주사함으로써 구리 자재를 절단한 모습을 찍은 사진이다. 여기서, 제1 레이저 빔(L1)은 532nm의 파장을 가지는 펄스형 레이저빔으로, 대략 60kHz의 주파수를 가지고 있다. 도 6을 참조하면, 구리 자재의 절단선 주위에 레이저 절단으로 인해 열영향부 및 금속입자들이 형성된 것을 알 수 있다.

도 7a는 구리 자재의 절단선 주위에 디플래쉬용 레이저 빔, 즉 제2 레이저 빔(L2)을 디포커싱한 다음, 이를 절단선을 따라 1회 라인 주사하는 모습을 도시한 것이다. 여기서, 제2 레이저 빔(L2)은 제1 레이저 빔(L1)과 동일한 파장을 가지지만, 제1 레이저 빔 보다 낮은 주파수를 가지도록 조절되었다. 구체적으로, 제2 레이저 빔(L2)은 대략 60kHz의 주파수를 가지고 있다. 그리고, 제2 레이저 빔(L2)의 디포커싱은 집속 렌즈(도 1의 140)를 구리 소재의 반대 방향으로 대략 22 mm 정도 이동(shift) 함으로써 수행되었다. 도 7b는 도 7a에서와 같이 주파수가 조절된 제2 레이저 빔(L2)을 디포커싱한 다음, 1회 라인 주사한 다음 절단선 주위를 찍은 사진이다. 도 7b를 참조하면, 제2 레이저 빔(L2)을 1회 라인 주사함으로써 열영향부는 제거되었음을 알 수 있다. 그리고, 도면에는 도시되어 있지 않으나, 제2 레이저 빔(L2)을 2회 라인 주사하게 되면 절단선 주위에 있는 금속 입자들이 외곽으로 밀려나는 모습을 보여주었다.

도 8a는 구리 자재의 절단선 주위에 주파수가 조절된 디플래쉬용 레이저 빔, 즉 제2 레이저 빔(L2)을 디포커싱한 다음, 이를 절단선을 따라 3회 라인 주사하는 모습을 도시한 것이다. 도 8b는 도 8a에서와 같이 주파수가 조절된 제2 레이저 빔(L2)을 디포커싱한 다음, 3회째 라인 주사한 다음 절단선 주위를 찍은 사진이다. 도 8b를 참조하면, 제2 레이저 빔(L2)을 3회 라인 주사함으로써 열영향부 및 금속 입자들은 완전히 제거되었음을 알 수 있다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 레이저를 이용하여 금속 자재를 절단하게 되면 절단선 주위에는 열영향부 및 금속 입자들이 생성될 수 있다. 그러나, 이러한 열영향부 및 금속 입자들은 주파수가 조절된 디플래쉬용 레이저 빔을 절단선 주위에 디포커싱한 다음, 1회 이상 라인 주사를 함으로써 완전히 제거될 수 있다. 따라서, 본 실시예에 따른 레이저 디플래쉬 공정에서는 금속 자재가 손상되는 것을 방지할 수 있으며, 자연 친화적인 공정이 가능해진다. 또한, 공정 속도가 빠르고 비용도 절감할 수 있는 장점이 있다.

이상에서 본 발명의 실시예가 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.

110.. 레이저 광원
120.. 미러
130.. 빔 확대기
140.. 집속 렌즈
150.. 제어부
210.. 열영향부
220.. 금속 입자들
250.. 절단선
L1.. 제1 레이저 빔
L2.. 제2 레이저 빔
W.. 금속 자재
S.. 스테이지

Claims

레이저 빔을 이용하여 금속 자재의 절단선 주위에 생성된 열영향부 및 금속 입자들 중 적어도 하나를 제거하는 레이저 디플래쉬(laser de-flash) 방법에 있어서,
상기 레이저 빔을 디포커싱(defocusing)하여 상기 금속 자재의 절단선 주위에 조사하는 단계;
상기 레이저 빔의 주파수를 조절하는 단계; 및
상기 디포커싱되고 주파수가 조절된 레이저 빔을 상기 절단선을 따라 이동시키면서 라인 주사(line scanning)하는 단계:를 포함하는 레이저 디플래쉬 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 레이저 빔은 상기 열영향부에 균일하게 입사되는 크기를 가지도록 디포커싱되는 레이저 디플래쉬 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 열영향부 및 상기 금속 입자들 중 적어도 하나는 절단용 레이저 빔을 이용하여 상기 금속 자재를 절단함으로써 생성되는 레이저 디플래쉬 방법.
제 3 항에 있어서,
상기 디포커싱된 레이저 빔은 상기 절단용 레이저 빔과 동일한 파장을 가지는 레이저 디플래쉬 방법.
제 4 항에 있어서,
상기 디포커싱된 레이저 빔은 상기 절단용 레이저 빔보다 낮은 주파수를 가지도록 조절되는 레이저 디플래쉬 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 금속 자재의 절단선 주위에는 상기 디포커싱된 레이저 빔이 상기 절단선을 따라 1회 이상 라인 주사되는 레이저 디플래쉬 방법.
제 6 항에 있어서,
상기 금속 자재는 구리를 포함하며, 상기 금속 자재의 절단선 주위에는 상기 디포커싱된 레이저 빔이 3회 이상 라인 주사되는 레이저 디플래쉬 방법.
제 7 항에 있어서,
상기 디포커싱된 레이저 빔은 상기 절단선으로부터 멀어지는 방향으로 순차적으로 라인 주사되는 레이저 디플래쉬 방법.
제1 레이저 빔을 이용하여 금속 자재를 절단하는 단계; 및
제2 레이저 빔을 이용하여 금속 자재의 절단선 주위에 생성된 열영향부 및 금속 입자들 중 적어도 하나를 제거하는 단계;를 포함하고,
상기 열영향부 및 금속 입자들 중 적어도 하나를 제거하는 단계는,
상기 제2 레이저 빔을 디포커싱하여 상기 금속 자재의 절단선 주위에 조사하는 단계;
상기 제2 레이저 빔의 주파수를 조절하는 단계; 및
상기 디포커싱되고 주파수가 조절된 제2 레이저 빔을 상기 절단선을 따라 이동하면서 1회 이상 라인 주사하는 단계:를 포함하는 레이저 가공방법.
제 9 항에 있어서,
상기 금속 자재는 상기 제1 레이저 빔을 상기 금속 자재에 포커싱한 다음, 절단 예정선을 따라 이동시킴으로써 절단되는 레이저 가공방법.
제 9 항에 있어서,
상기 제1 및 제2 레이저 빔은 동일한 레이저 광원으로부터 방출되며, 동일한 파장을 가지는 레이저 가공방법.
제 11 항에 있어서,
상기 금속 자재는 구리를 포함하고, 상기 제1 및 제2 레이저 빔은 532nm의 파장을 가지는 펄스형 레이저빔을 포함하는 레이저 가공방법.
제 9 항에 있어서,
상기 제2 레이저 빔은 상기 제1 레이저 빔보다 낮은 주파수를 가지도록 조절되는 레이저 가공방법.
제 13 항에 있어서,
상기 금속 자재를 구리를 포함하며, 상기 제1 및 제2 레이저 빔의 주파수는 각각 60kHz 및 50kHz인 레이저 가공방법.
제 9 항에 있어서,
상기 제2 레이저 빔은 상기 열영향부에 균일하게 입사되는 크기를 가지도록 디포커싱되는 레이저 가공방법.
제 9 항에 있어서,
상기 금속 자재는 구리를 포함하며, 상기 금속 자재의 절단선 주위에는 상기 디포커싱된 제2 레이저 빔이 3회 이상 라인 주사되는 레이저 디플래쉬 방법.
제 16 항에 있어서,
상기 디포커싱된 제2 레이저 빔은 상기 절단선으로부터 멀어지는 방향으로 순차적으로 라인 주사되는 레이저 가공 방법.
제 9 항에 기재된 레이저 가공방법을 수행하는 레이저 가공장치에 있어서,
상기 제1 및 제2 레이저 빔을 방출하는 레이저 광원;
상기 제1 및 제2 레이저 빔의 경로를 변경하는 미러(mirror);
상기 제1 및 제2 레이저 빔을 집속하는 집속 렌즈; 및
상기 제1 및 제2 레이저 빔을 제어하는 제어부;를 포함하는 레이저 가공장치.
제 18 항에 있어서,
상기 미러와 상기 집속 렌즈 사이에는 제1 및 제2 레이저 빔의 크기를 확대하는 빔 확대기(BET; Beam Expanding Telescope)가 마련된 레이저 가공장치.
제 18 항에 있어서,
상기 집속 렌즈는 상기 제1 레이저 빔을 상기 금속 자재에 포커싱하고, 상기 제2 레이저 빔을 상기 금속 자재의 절단면 주위에 상기 열영향부에 균일하게 입사되는 크기를 가지도록 디포커싱하는 레이저 가공장치.
제 20 항에 있어서,
상기 제2 레이저 빔은 상기 제어부에 의해 상기 제1 레이저 빔 보다 낮은 주파수를 가지도록 조절되는 레이저 가공장치.
제 21 항에 있어서,
상기 금속 자재의 절단선 주위에는 상기 디포커싱된 제2 레이저 빔이 1회 이상 라인 주사되는 레이저 디플래쉬 방법.
레이저 빔을 이용하여 금속 자재의 절단선 주위에 생성된 열영향부 및 금속 입자들 중 적어도 하나를 제거하는 레이저 디플래쉬(laser de-flash) 방법에 있어서,
상기 레이저 빔을 디포커싱(defocusing)하여 상기 금속 자재의 절단선 주위에 조사하는 단계;
상기 디포커싱된 레이저 빔을 상기 절단선을 따라 이동시키면서 복수회의 라인 주사(line scanning)하는 단계를 포함하고,
상기 복수회의 라인 주사(line scanning)을 함에 있어서, 상기 절단선으로부터 멀어지는 방향으로 순차적으로 라인 주사하는 레이저 디플래쉬 방법.