KR20190110807A - 동적 포커스모듈을 이용한 스캐너 유닛 및 이를 포함한 레이저 가공 시스템 - Google Patents

Abstract

레이저 광원으로부터 방출된 레이저 빔을 가공대상물에 주사하는 스캐너 헤드 및 상기 레이저 광원과 상기 스캐너 헤드 사이에 마련되어 상기 레이저 빔의 포커싱 위치를 상하 방향으로 변경하는 동적 포커스모듈(dynamic focus module)을 포함하여, 상기 동적 포커스모듈에 의해 상기 레이저 빔의 포커싱 위치를 달리하면서 복수의 가공 작업을 수행하는 스캐너 유닛이 제공된다.

Description

동적 포커스모듈을 이용한 스캐너 유닛 및 이를 포함한 레이저 가공 시스템{scanner unit using dynamic focus module and laser machining system including the scanner unit}

본 발명은 레이저를 이용하여 인쇄회로기판과 같은 가공대상물에 비아 홀을 형성할 수 있는 레이저 가공 시스템에 관한 것으로, 상세하게는 동적 포커스모듈을 이용한 스캐너 유닛 및 이를 포함한 레이저 가공 시스템에 관한 것이다.

회로를 구성하는 저항, 콘덴서 등의 소자를 연결하는 와이어를 구현하기위하여 에폭시 등의 절연체 위에 동박을 입힌 후 상기 동박이 원하는 형태로 남도록 필요 없는 부분을 부식시켜 제거한 뒤에 상기 소자들을 삽입할 구멍을 적당한 위치에 형성시킨 것을 인쇄회로기판(PCB)이라고 한다. 또한, 일반적인 플렉서블 인쇄회로기판(FPCB)은 절연층인 폴리이미드(polyimide) 층의 상면 및 하면에 전도층인 동박을 마련하는 구조로 이루어져 있다.

인쇄회로기판 가공 장비를 사용하여 인쇄회로기판 상에 블라인드 비아 홀(BVH; Blind Via Hole)을 가공하는 경우에는, 두 단계에 걸쳐서 가공을 해야 한다. 첫 번째 단계로, 레이저를 방출하는 레이저 스캐너 유닛을 BVH를 형성하고자 하는 모든 가공 영역에 순차적으로 위치시켜 상기 폴리이미드 층 상면의 동박에 레이저 빔을 조사하여 동박의 일부를 제거하는 가공 단계를 실시한다. 두 번째 단계로, 첫 번째 단계에서 동박의 일부가 제거된 모든 가공 영역에 다시 레이저 빔을 순차적으로 조사하여 폴리이미드 층의 일부를 제거하는 가공 단계를 실시한다.

즉, 일반적인 BVH가공 방법은 BVH를 형성하고자 하는 모든 가공 영역에 순차적으로 레이저 빔을 조사하여 동박을 먼저 제거하고 나서, 동박이 제거된 모든 가공 영역에 다시 순차적으로 레이저 빔을 조사하여 폴리이미드 층을 제거하는 단계로 이루어진다. 이러한 가공 방식은 레이저 스캐너 유닛의 가공 영역간 이동거리가 증가하여 BVH가공에 시간이 오래 걸릴 뿐만 아니라 가공 정밀도가 낮아질 수 있다.

인쇄회로기판 상에 BVH 가공 시, 가공 시간을 감소시키고 가공 정밀도를 향상시킬 수 있는 레이저 가공 시스템을 제공한다.

본 발명의 일 실시 예에서,

레이저 광원으로부터 방출된 레이저 빔을 가공대상물에 주사하는 스캐너 헤드, 및 상기 레이저 광원과 상기 스캐너 헤드 사이에 마련되어 상기 레이저 빔의 포커싱 위치를 상하 방향으로 변경하는 동적 포커스모듈(dynamic focus module)을 포함하여, 상기 동적 포커스모듈에 의해 상기 레이저 빔의 포커싱 위치를 달리하면서 복수의 가공 작업을 수행하는 스캐너 유닛이 제공된다.

상기 레이저 광원과 상기 동적 포커스모듈 사이에 마련되어 상기 레이저 광원으로부터 방출된 상기 레이저 빔을 상기 동적 포커스모듈 쪽으로 진행시키는 빔 경로 변경 미러를 더 포함할 수 있다.

상기 동적 포커스모듈은, 상기 레이저 빔의 경로를 따라 이동이 가능하게 마련되며, 입사된 상기 레이저 빔을 발산시키도록 마련된 제1 렌즈; 및 상기 제1 렌즈로부터 입사되는 상기 레이저 빔을 집속시키도록 마련된 제2 렌즈; 를 포함할 수 있다.

상기 동적 포커스모듈은 상기 제1 렌즈를 이동시키는 구동부를 더 포함 할 수 잇다.

상기 구동부는 보이스코일모터(VCM) 또는 압전 소자(piezoelectric device)를 포함할 수 있다.

상기 스캐너 헤드는, 상기 레이저 빔의 경로를 조절하는 제1 및 제2 빔 경로 조절 부재, 상기 제1 및 제2 빔 경로 조절 부재에 의해 경로가 조절된 상기 레이저 빔을 상기 가공대상물에 조사하는 텔레센트릭 렌즈, 를 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 일 실시예에서,

레이저 광원, 및 상기 레이저 광원으로부터 방출되는 레이저 빔을 가공대상물에 주사하여 가공작업을 수행하는 스캐너 유닛을 포함하고, 상기 스캐너 유닛은, 상기 레이저 빔을 상기 가공대상물에 주사하는 스캐너 헤드, 및 상기 레이저 광원과 상기 스캐너 헤드 사이에 마련되어 상기 레이저 빔의 포커싱 위치를 상하 방향으로 변경하는 동적 포커스모듈을 포함하여, 상기 동적 포커스모듈에 의해 상기 레이저 빔의 포커싱 위치를 달리하면서 복수의 가공 작업을 수행하는 레이저 가공 시스템이 제공된다.

상기 레이저 광원과 상기 동적 포커스모듈 사이에 마련되어 상기 레이저 광원으로부터 방출된 상기 레이저 빔을 상기 동적 포커스모듈 쪽으로 진행시키는 빔 경로 변경 미러를 더 포함할 수 있다.

상기 빔 경로 변경 미러는 상기 레이저 광원과 상기 동적 포커스모듈 사이에 마련되는 제1 빔 경로 변경 미러, 및 상기 레이저 광원과 상기 제1 빔 경로 변경 미러 사이에 마련되는 제2 빔 경로 변경 미러를 포함할 수 있다.

상기 동적 포커스모듈은,

상기 레이저 빔의 경로를 따라 이동이 가능하게 마련되며, 입사된 상기 레이저 빔을 발산시키도록 마련된 제1 렌즈, 및 상기 제1 렌즈로부터 입사되는 상기 레이저 빔을 집속시키도록 마련된 제2 렌즈를 포함할 수 있다.

상기 스캐너 헤드는, 상기 레이저 빔의 경로를 조절하는 제1 및 제2 빔 경로 조절 부재 상기 제1 및 제2 빔 경로 조절 부재에 의해 경로가 조절된 상기 레이저 빔을 상기 가공대상물에 조사하는 텔레센트릭 렌즈를 포함할 수 있다.

상기 가공대상물은 인쇄 회로 기판을 포함할 수 있다.

상기 인쇄 회로 기판은 절연층과 상기 절연층의 상면 및 하면에 각각 마련되는 전도층을 포함할 수 있다.

상기 절연층은 폴리이미드(PI; polyimide)를 포함하고, 상기 전도층은 구리를 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 일 실시 예에서,

레이저 빔을 방출하는 레이저 광원, 및 상기 레이저 빔을 가공대상물에 주사하는 스캐너 헤드와 상기 레이저 빔의 포커싱 위치를 상하 방향으로 변경하는 동적 포커스모듈을 포함하는 스캐너 유닛을 포함하는 레이저 가공 시스템을 이용하여 상기 가공대상물을 가공하는 방법에 있어서, 상기 동적 포커스모듈을 이용하여 상기 레이저 빔의 포커싱 위치를 달리하면서 상기 가공대상물에 복수의 가공 작업을 수행하는 레이저 가공 방법이 제공된다.

상기 가공대상물은 절연층과 상기 절연층의 상면 및 하면에 각각 마련되는 전도층을 포함하는 인쇄 회로 기판을 포함할 수 있다.

상기 복수의 가공 작업은, 상기 동적 포커스모듈을 이용하여 상기 레이저 빔을 제1 위치에 포커싱하여 상기 절연층의 상면에 마련된 상기 전도층을 가공하는 제1 가공 단계 및 상기 동적 포커스모듈을 이용하여 상기 레이저 빔을 제2 위치에 포커싱하여 상기 제1 가공 단계에 의해 상기 전도층이 제거됨에 따라 노출된 상기 절연층을 가공하는 제2 가공 단계를 포함할 수 있다.,

상기 동적 포커스모듈은, 상기 레이저 빔의 경로를 따라 이동이 가능하게 마련되며, 입사된 상기 레이저 빔을 발산시키도록 마련된 제1 렌즈 및 상기 제1 렌즈로부터 입사되는 상기 레이저 빔을 집속시키도록 마련된 제2 렌즈를 포함할 수 있다.

상기 스캐너 헤드는, 상기 레이저 빔의 경로를 조절하는 제1 및 제2 빔 경로 조절 부재, 상기 제1 및 제2 빔 경로 조절 부재에 의해 경로가 조절된 상기 레이저 빔을 상기 가공대상물에 조사하는 텔레센트릭 렌즈를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 레이저 빔을 이용하여 인쇄회로기판 상에 BVH를 가공하는 경우에, 동적 포커스 모듈을 사용하여 가공대상물에 레이저 빔을 포커싱 하는 시간을 줄여 가공 시간을 감소시킬 수 있으며, 복수의 가공 영역 각각에 적합한 포커싱을 수행함으로써 가공 정밀도를 향상시킬 수 있는 레이저 가공 시스템을 제공할 수 있다.

도 1은 기존의 레이저 가공 시스템의 일 실시 예를 간략하게 나타낸 개략도이다.
도 2는 도 1에 도시된 레이저 가공 시스템을 이용한 가공대상물(예를 들어, 인쇄회로기판)의 가공 방법의 순서를 나타낸 순서도이다.
도 3은 도 1에 도시된 레이저 가공 시스템을 이용하여 인쇄회로기판에 BVH를 형성하는 과정을 간략하게 도시한 개략도이다.
도 4는 본 발명의 예시적인 실시 예에 따른 레이저 가공 시스템을 간략하게 나타낸 개략도이다.
도 5는 도 4의 도시된 레이저 가공 시스템를 이용한 가공대상물(예를 들어, 인쇄회로기판)의 가공 방법의 순서를 나타낸 순서도이다.
도 6은 도 4에 도시된 레이저 가공 시스템을 이용하여 인쇄회로기판에 BVH를 형성하는 과정을 간략하게 도시한 개략도이다.도 7은 도 1의 레이저 가공 시스템을 이용한 경우와 도 4의 레이저 가공 시스템을 이용한 경우 각각의 소요되는 가공 영역 간 스캐너 유닛의 이동 시간을 나타내기 위한 개략도이다
도 8은 멀티레이어 구조를 가지는 가공대상물의 단면도 및 도 4의 레이저
가공 시스템을 이용하여 한 가공 영역에서 블라인드 비아홀(BVH)을 형성하는 과정을 개략적으로 나타내는 도면이다.도 9은 도 4의 스캐너 유닛에 도시된 동적 포커스모듈의 구조를 간략하게 도시한 개략도이다.
도 10는 도 4의 스캐너 유닛에 도시된 스캐너 헤드의 구조를 간략하게 도시한 개략도이다.

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 동적 포커스모듈을 이용한 스캐너 유닛 및 이를 포함한 레이저 가공 시스템이 속하는 기술 분야에서의 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 동적 포커스모듈을 이용한 스캐너 유닛 및 이를 포함한 레이저 가공 시스템의 실시 예를 상세히 설명한다. 도면에서 동일한 참조 부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 각 구성 요소의 크기나 두께는 설명의 명료성을 위하여 과장되어 있을 수 있다. 동적 포커스모듈을 이용한 스캐너 유닛 및 이를 포함한 레이저 가공 시스템는 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

도 1은 기존의 레이저 가공 시스템(1000)의 일 실시 예를 간략하게 나타낸 개략도이다.

도 1을 참조하면, 레이저 가공 시스템(1000)은 레이저 광원(100), 스캐너 헤드(200)를 구비한 스캐너 유닛(400A)을 포함한다. 스캐너 유닛(400A)은 Z축 모터(미도시)에 의한 상하 이동을 통해 가공대상물에 대해 조사할 레이저 빔의 포커스 조정을 수행할 수 있다. 이와 같은 Z축 모터를 이용하여 수행하는 레이저 빔의 포커스 조정은 무거운 스캐너 유닛을 상하로 이동시켜야 하기 때문에 시간이 오래 걸리고 전력 소모가 클 수 있다. 또한, 스캐너 헤드(200)는 다양한 가공 영역(P1, P2, P3, P4)에 레이저 빔을 조사하기 위하여 구동부(미도시)에 의해 X축 방향으로 이동할 수 있다.

스캐너 유닛(400A)은 레이저 광원(100)과 스캐너 헤드(200) 사이에 마련되어 레이저 광원(100)으로부터 방출된 상기 레이저 빔을 스캐너 헤드(200) 쪽으로 진행시키는 빔 경로 변경 미러(410, 420)를 더 포함할 수 있다. 빔 경로 변경 미러(410, 420)는 레이저 광원(100)과 스캐너 헤드(200) 사이에 마련되는 제1 빔 경로 변경 미러(410) 및 레이저 광원(100)과 제1 빔 경로 변경 미러(410) 사이에 마련되는 제2 빔 경로 변경 미러(420)를 포함할 수 있다.

상기 가공대상물은 인쇄회로기판(600)을 포함할 수 있다. 인쇄회로기판(600)은 절연층과 상기 절연층의 상면 및 하면에 각각 전도층을 마련하는 구조를 포함할 수 있다. 상기 절연층은 폴리이미드(PI; polyimide)를 포함하고, 상기 전도층은 구리를 포함할 수 있다.

인쇄회로기판(600)은 Y축 방향으로 이동할 수 있는 스테이지(500)상에 마련될 수 있다. 스테이지(500)의 Y축 방향 이동으로 인해 인쇄회로기판(600) 상의 가공 영역(P1, P2, P3, P4)이 Y축 방향으로 움직일 수 있다. 도 1에서는 4개의 가공 영역(P1 내지 P4)을 도시하였으나, 이것은 예시적인 것에 불과하고 이에 한정되는 것은 아니며, 무수히 많은 가공 영역이 존재할 수 있다.

상기 가공 영역은 가공 평면(즉, XY평면)에서 스캐너 헤드(200) 또는 스테이지(500)의 이동 없이 가공이 가능한 필드 영역일 수 있다. 또는 상기 가공 영역은 상기 필드 영역보다 작은 크기의 영역일 수 있다.

도 2는 도 1에 도시된 레이저 가공 시스템을 이용한 가공대상물(예를 들어, 인쇄회로기판(600))의 가공 방법의 순서를 나타낸 순서도이다.

도 2를 참조하면, 기존의 레이저 가공 시스템(1000)을 이용하여 가공대상물을 가공하는 가공 방법은 스캐너 유닛(400A)을 가공대상물의 제1 가공 영역(P1)으로 이동시키는 단계(S101), 제1 가공 영역(P1)에 1차 가공 작업을 수행하는 단계(S102), 스캐너 유닛(400A)을 가공대상물의 제2 가공 영역(P2)으로 이동시키는 단계(S103), 제2 가공 영역에 1차 가공 작업을 수행하는 단계(S104), 스캐너 유닛(400A)을 가공대상물의 제1 가공 영역(P1)으로 이동시키는 단계(S105), 제1 가공 영역(P1)에 2차 가공 작업을 수행하는 단계(S106), 스캐너 유닛(400A)을 가공대상물의 제2 가공 영역(P2)으로 이동시키는 단계(S107), 제2 가공 영역(P2)에 2차 가공 작업을 수행하는 단계(S108)가 순차적으로 진행된다.

상기 1차 가공은 레이저 빔을 가공대상물에 포커싱하는 경우를 의미할 수있으며, 이 경우를 '레이저 빔을 제1 위치에 포커싱한다'고 표현할 수 있다. 상기 2차 가공은 상기 가공대상물에 디포커싱하는 경우를 의미할 수 있다. 이 경우를, '레이저 빔을 제2 위치에 포커싱한다'고 표현할 수 있다. 상기 2차 가공에서는 상기 1차 가공에 비해 상기 가공대상물에 대하여 더 적은 에너지를 상기 가공대상물에 전달할 수 있다.

도 3은 도 1에 도시된 레이저 가공 시스템(1000)을 이용하여 인쇄회로기판(600)에 BVH를 형성하는 과정을 간략하게 도시한 개략도이다.

도 3을 참조하면, 도 1에 도시된 레이저 가공 시스템(1000)을 이용하여 인쇄회로기판(600)에 BVH를 형성하는 방법은 다음과 같은 단계들로 구성될 수 있다.

첫 번째 단계(610A)로, 가공되지 않은 인쇄회로기판(600)의 도 2의 1차가공을 통해 제1 가공 영역(P1)에 하나 이상의 제1 홀(h1)을 형성할 수 있다.

두 번째 단계(620A)로, 제1 가공 영역(P1)에 하나 이상의 제1 홀(h1)을 형성한 이후에, 도 2의 1차 가공을 통해 제2 가공 영역(P2)에 하나 이상의 제1 홀(h1)을 형성할 수 있다.

세 번째 단계(630A)로, 제1 및 제2 가공 영역(P1, P2) 모두에 하나 이상의 제1 홀(h1)을 형성한 이후에, 도 2의 2차 가공을 통해 제1 가공 영역(P1)에 하나 이상의 제2 홀(h2)을 형성할 수 있다.

네 번째 단계(640A)로, 제1 가공 영역(P1)에 하나 이상의 제2 홀(h2)을 형성한 이후에, 도 2의 2차 가공을 통해 제2 가공 영역(P2)에 하나 이상의 제2 홀(h1)을 형성할 수 있다.

도 2 및 도 3에서는 제1 가공 영역(P1) 및 제2 가공 영역(P2)만을 도시하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 가공 영역은 무수히 많을 수 있다.

도 1에 도시된 레이저 가공 시스템(1000)의 Z축 모터를 이용하여 수행하는 포커스 조정은, 무거운 스캐너 유닛을 상하로 움직여야 하기 때문에 반복적으로 수행하는 데에 시간이 오래 걸리고 전력 소모가 클 수 있다. 따라서 한번 조정된 포커스를 유지하여 모든 가공 영역에서 활용한 후에 다시 추가적인 포커스 조정을 실시한다.

반면에 후술할 바와 같이, 동적 포커스모듈을 구비한 스캐너 유닛 및 이를 포함한 레이저 가공 시스템을 이용하여 인쇄회로기판을 가공하는 가공 방법은 기존의 레이저 가공 시스템을 이용하는 경우의 가공 방법에 비해 가공 시간을 감소시킬 수 있다.

도 4는 본 발명의 예시적인 실시 예에 따른 레이저 가공 시스템(2000)을 간략하게 나타낸 개략도이다.

도 4에 따르면 실시 예에 따른 레이저 가공 시스템(2000)은 레이저 광원(100), 레이저 광원(100)으로부터 방출되는 레이저 빔을 가공대상물에 주사하여 가공 작업을 수행하는 스캐너 유닛(400B)을 포함한다. 스캐너 유닛(400B)은 상기 레이저 빔을 상기 가공대상물에 주사하는 스캐너 헤드(200) 및 레이저 광원(100)과 스캐너 헤드(200) 사이에 마련되어 상기 레이저 빔의 포커싱 위치를 상하 방향으로 변경하는 동적 포커스모듈(300)을 포함한다. 스캐너 유닛(400B)은 동적 포커스모듈(300)에 의해 상기 레이저 빔의 포커싱 위치를 달리하면서 복수의 가공 작업을 수행한다.

스캐너 유닛(400B)은 레이저 광원(100)과 동적 포커스모듈(300) 사이에 마련되어 레이저 광원(100)으로부터 방출된 상기 레이저 빔을 동적 포커스모듈(300) 쪽으로 진행시키는 빔 경로 변경 미러(410, 420)를 더 포함할 수 있다. 빔 경로 변경 미러(410, 420)는 레이저 광원(100)과 동적 포커스모듈(300) 사이에 마련되는 제1 빔 경로 변경 미러(410) 및 레이저 광원(100)과 제1 빔 경로 변경 미러 사이에 마련되는 제2 빔 경로 변경 미러(410)를 포함할 수 있다

상기 가공대상물은 인쇄회로기판(600)을 포함할 수 있다. 인쇄회로기판(600)은 절연층과 상기 절연층의 상면 및 하면에 각각 전도층을 마련하는 구조를 포함할 수 있다. 상기 절연층은 폴리이미드(PI; polyimide)를 포함하고, 상기 전도층은 구리를 포함할 수 있다.

레이저 가공 시스템(2000)이 수행하는 복수의 가공 작업은 동적 포커스모듈(300)을 이용하여 상기 레이저 빔을 상기 절연층의 상면에 마련된 상기 전도층에 포커싱하여 상기 전도층을 가공하는 1차 가공 작업, 동적 포커스모듈(300)을 이용하여 상기 레이저 빔을, 1차 가공에 의해 상기 전도층이 제거되어 드러난 상기 절연층에 대해 디포커싱하여 상기 절연층을 가공하는 2차 가공 작업을 포함할 수 있다.

본 발명의 레이저 가공 시스템(2000)을 이용하여 가공대상물 상에 초점을 조절할 경우에, Z축 모터를 이용하여 스캐너 유닛(400)을 Z축 방향으로 이동시킬 필요가 없다. 그 대신에, 동적 포커스모듈(300)의 간단한 조작을 통하여 보다 쉽게 스캐너 헤드(200)로부터 방출되는 레이저 빔의 가공대상물 상의 초점을 조절할 수 있다. 동적 포커스모듈(300)을 이용한 레이저 빔의 초점 조절 방법은 도 9를 참조하여 후술한다.

레이저 광원(100)은 레이저 빔을 방출하여 스캐너 유닛(400)으로 입사시킬 수 있다. 이러한 레이저 광원(100)으로는 예를 들면 광섬유 레이저 광원을 포함할 수 있다. 그러나, 이는 단지 예시적인 것으로, 이외에도 다른 다양한 종류의 레이저 광원(100)이 사용될 수 있다.

레이저 광원(100)으로 예를 들면, 가스 레이저(gas laser)가 사용될 수 있다. 여기서, 가스 레이저는 예를 들면, 헬륨-네온 레이저(Helium-neon laser), 아르곤 레이저(Argon laser), 크립톤 레이저(Krypton laser), 크세논 이온 레이저(Xenon ion laser), 이산화탄소 레이저(CO₂ laser), 엑시머 레이저(Excimer laser)중 어느 하나일 수 있다. 한편, 이외에도 레이저 광원(100)으로는 예를 들면, 화학 레이저(Chemical laser), 색소 레이저(dye laser), 반도체 레이저(Semiconductor laser), 고체 레이저(Solid-state laser), 또는 금속 증기 레이저(Metal vapor laser) 중 어느 하나가 사용될 수도 있다.

도 5는 도 4의 도시된 레이저 가공 시스템(2000)을 이용한 가공대상물(예를 들어, 인쇄회로기판(600))의 가공 방법 순서를 나타낸 순서도이다.

도 5를 참조하면, 본 발명의 레이저 가공 시스템(2000)을 이용하여 가공대상물을 가공하는 가공 방법은 스캐너 유닛(400B)을 가공대상물의 제1 가공 영역(P1)으로 이동시키는 단계(S109), 제1 가공 영역(P1)에 1차 가공 작업을 수행하는 단계(S110), 제1 가공 영역(P1)에 2차 가공 작업을 수행하는 단계(S111), 스캐너 유닛(400B)을 가공대상물의 제2 가공 영역(P2)으로 이동시키는 단계(S112), 제2 가공 영역(P2)에 1차 가공 작업을 수행하는 단계(S113), 제2 가공 영역(P2)에 2차 가공 작업을 수행하는 단계(S114)가 순차적으로 진행된다.

상기 1차 가공은 레이저 빔을 가공대상물에 포커싱하는 경우를 의미할 수있으며, 이 경우를 '레이저 빔을 제1 위치에 포커싱한다'고 표현할 수 있다. 상기 2차 가공은 상기 가공대상물에 디포커싱하는 경우를 의미할 수 있다. 이 경우를, '레이저 빔을 제2 위치에 포커싱한다'고 표현할 수 있다. 상기 2차 가공에서는 상기 1차 가공에 비해 상기 가공대상물에 대하여 더 적은 에너지를 상기 가공대상물에 전달할 수 있다.

도 6은 도 4에 도시된 레이저 가공 시스템(2000)을 이용하여 인쇄회로기판(600)에 BVH를 형성하는 과정을 간략하게 도시한 개략도이다.

도 6을 참조하면, 도 4에 도시된 레이저 가공 시스템(1000)을 이용하여 인쇄회로기판(600)에 BVH를 형성하는 방법은 다음과 같은 단계들로 구성될 수 있다.

첫 번째 단계(610B)로, 가공되지 않은 인쇄회로기판(600)의 제1 가공 영역(P1)에 도 5의 1차 가공을 통해 하나 이상의 제1 홀(h1)을 형성할 수 있다.

두 번째 단계(620B)로, 제1 가공 영역(P1)에 하나 이상의 제1 홀(h1)을 형성한 이후에, 도 5의 2차 가공을 통해 제1 가공 영역(P1)에 하나 이상의 제2 홀(h2)을 형성할 수 있다.

세 번째 단계(630B)로, 제1 가공 영역(P1)에 하나 이상의 제1 및 제2 홀(h1, h2)을 형성한 이후에, 도 5의 1차 가공을 통해 제2 가공 영역(P2)에 하나 이상의 제1 홀(h1)을 형성할 수 있다.

네 번째 단계(640B)로, 제2 가공 영역(P2)에 하나 이상의 제1 홀(h1)을 형성한 이후에, 도 5의 2차 가공을 통해 제2 가공 영역(P2)에 하나 이상의 제2 홀(h1)을 형성할 수 있다.

도 5 및 도 6에서는 제1 가공 영역(P1) 및 제2 가공 영역(P2)만을 도시하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 가공 영역은 무수히 많을 수 있다.

이러한 가공 방법은 기존의 방법에 비해서 가공 영역들(도 1의 P1, P2, P3, P4)에 대한 스캐너 유닛(400B)의 위치를 변화시키는 횟수를 줄임으로써 레이저 가공에 소요되는 시간을 줄일 수 있다. 또한, 한 가공 영역에 대해서 포커스 조정을 독립적으로 수행하므로 레이저 가공의 정밀도를 향상시킬 수 있다.

도 7은 도 1의 레이저 가공 시스템(1000)을 이용한 경우와 도 4의 레이저 가공 시스템(2000)을 이용한 경우 각각의 소요되는 가공 영역 간 스캐너 유닛(400A, 400B)의 이동 시간을 나타내기 위한 개략도이다.

도 7을 참조하면, 도 1의 레이저 가공 시스템(1000)을 이용한 가공 방법은, 제1 가공 영역(P1)에서 상기 1차 가공을 완료한 이후에 제2 가공 영역(P2)으로 스캐너 유닛(400A, 400B)을 이동시키는 시간 T12, 제2 가공 영역(P2)에서 상기 1차 가공을 완료한 이후에 제3 가공 영역(P3)으로 스캐너 유닛(400A, 400B)을 이동시키는 시간 T23, 제3 가공 영역(P3)에서 1차 가공을 완료한 이후에 제4 가공 영역(P4)으로 스캐너 유닛(400A, 400B)을 이동시키는 시간 T34, 제4 가공 영역(P4)에서 1차 가공을 실시한 이후에 제1 가공 영역(P1)으로 스캐너 유닛(400A, 400B)을 이동시키는 시간 T41, 제1 가공 영역(P1)에서 2차 가공을 완료한 이후에 제2 가공 영역(P2)으로 스캐너 유닛(400A, 400B)을 이동시키는 시간 T12, 제2 가공 영역(P2)에서 2차 가공을 완료한 이후에 제3 가공 영역(P3)으로 스캐너 유닛(400A, 400B)을 이동시키는 시간 T23, 제3 가공 영역(P3)에서 2차 가공을 완료한 이후에 제4 가공 영역(P4)으로 스캐너 유닛(400A, 400B)을 이동시키는 시간 T34를 모두 합친 시간(T12+T23+T34+T41+T12+T23+T34)이 소요된다.

반면에 도 4의 레이저 가공 시스템(2000)을 이용한 가공 방법은, 제1 가공 영역(P1)에서 1차 가공 및 2차 가공을 완료한 이후에 제2 가공 영역(P2)으로 스캐너 유닛(400A, 400B)을 이동시키는 시간 T12, 제2 가공 영역(P2)에서 1차 가공 및 2차 가공을 완료한 이후에 제3 가공 영역(P3)으로 스캐너 유닛(400A, 400B)을 이동시키는 시간 T23, 제3 가공 영역(P3)에서 1차 가공 및 2차 가공을 완료한 이후에 제4 가공 영역(P4)으로 스캐너 유닛(400A, 400B)을 이동시키는 시간 T34를 모두 합친 시간(T12+T23+T34)이 소요된다.

전술한 바와 같이 도 1의 레이저 가공 시스템(1000)을 사용하는 경우에 가공 영역들(P1, P2, P3, P4) 사이를 이동하는 데에 걸리는 시간(T12+T23+T34+T41+T12+T23+T34)은 도 4의 레이저 가공 시스템(2000)을 사용하는 경우에 가공 영역들(P1, P2, P3, P4) 사이를 이동하는 데에 걸리는 시간(T12+T23+T34)에 비하여 더 길다.

도 7에서는 총 4개의 가공 영역(P1, P2, P3, P4)을 예시로 들었으나, 가공영역의 개수는 4개로 한정되지 않으며 더 많을 수 있다. 가공 영역의 개수가 더 많아질수록 도 1의 레이저 가공 시스템(1000)을 사용하는 경우에 가공 영역 사이에 스캐너 유닛(400A, 400B)을 이동시키는 데에 걸리는 시간과 도 4의 레이저 가공 시스템(2000)을 사용하는 경우에 가공 영역 사이에 스캐너 유닛(400A, 400B)을 이동시키는 데에 걸리는 시간과의 차이는 점점 더 벌어지게 된다.

도 8은 멀티레이어 구조를 가지는 가공대상물의 단면도 및 도 4의 레이저

가공 시스템(2000)을 이용하여 한 가공 영역에서 블라인드 비아홀(BVH)을 형성하는 과정을 개략적으로 나타내는 도면이다.

도 8을 참조하면, 한 가공 영역에서 5개의 레이어(ℓl1, ℓl2, l3, ℓl4, ℓl5)를 포함하는 가공대상물(예를 들어, 인쇄회로기판(600))의 제1 레이어(ℓl1)에 대해서 도 4의 레이저 가공 시스템(2000)을 포커싱 또는 디포커싱하여 제1 포커싱 가공을 수행할 수 있다. 제2 레이어(ℓl2)에 대해서는 도 4의 레이저 가공 시스템(2000)을 포커싱 또는 디포커싱하여 제2 포커싱 가공을 수행할 수 있다. 제3 레이어(ℓl3)에 대해서는 도 4의 레이저 가공 시스템(2000)을 포커싱 또는 디포커싱하여 제3 포커싱 가공을 수행할 수 있다. 제4 레이어(ℓl4) 대해서는 도 4의 레이저 가공 시스템(2000)을 포커싱 또는 디포커싱하여 제4 포커싱 가공을 수행할 수 있다.

도 8에는 상기 가공대상물의 레이어가 5개로 도시되었으나 이에 한정되는 것은 아니며, N개(N은 자연수)의 레이어를 포함하는 가공 대상물에 대하여 상기 레이저 가공을 수행할 수 있다.

전술한 바와 같이, 도 1에 도시된 기존의 레이저 가공 시스템(1000)을 이용하여 가공대상물에 대하여 레이저 가공을 수행할 경우에는 모든 가공 영역을 이동해가며 제1 레이어(ℓl1) 대해서 제1 포커싱 가공을 수행하고, 제2 레이어(ℓl2)에 적합하도록 포커스 재조정 후 다시 모든 가공 영역을 이동해 가며 제2 레이어(ℓl2)에 대한 제2 포커싱 가공을 수행할 수 있다. 제3, 제4 ···, 제N 레이어(ℓl3, ℓl4 ···, ℓlN)에 대해서도 마찬가지로 포커싱 가공을 수행할 수 있다.

이와 같이, 도 1에 도시된 기존의 레이저 가공 시스템(1000)을 이용하여 레이저 가공을 수행하는 경우에는 상기 레이어의 개수가 증가함에 따라 레이저 가공 시스템(1000)의 스캐너 헤드(200)의 가공 영역간 이동하는 횟수가 증가하여 레이저 가공 시간이 증가할 수 있다.

또한, 도 1에 도시된 기존의 레이저 가공 시스템(1000)을 이용하여 레이저 가공을 수행하는 경우의 상기 포커스 재조정은 Z축 모터를 이용하여 무거운 스캐너 유닛을 상하로 움직여야 하기 때문에 반복적으로 수행하는 데에 시간이 오래 걸리고 전력 소모가 클 수 있다.

한편, 도 8에 도시된 바와 같이, 도 4의 레이저 가공 시스템(2000)을 이용하여 레이저 가공을 수행하는 경우에는 한 가공 영역에서 1,2,3,4···N차의 포커싱 가공을 수행한 후 도 4의 레이저 가공 시스템(2000)의 스캐너 헤드(200)를 다른 가공 영역으로 이동시켜 포커싱 가공을 수행하기 때문에 상기 가공대상물의 레이어가 증가하여 포커싱 가공의 횟수가 증가하더라도 스캐너 헤드(200)의 가공 영역간 이동하는 횟수가 증가하지 않을 수 있다. 따라서 포커싱 가공의 횟수가 증가하면 증가할수록 더 많은 가공 시간을 절약할 수 있다.

또한, 도 4의 레이저 가공 시스템(2000)을 이용하여 레이저 가공을 수행하는 경우에는 포커싱 조정을 Z축 모터가 아닌 동적 포커스모듈(300)을 이용하여 비교적 빠르게 수행할 수 있다.도 9는 도 4의 스캐너 유닛(400B)에 도시된 동적 포커스모듈(300)의 구조를 간략하게 도시한 개략도이다.

도 9를 참조하면, 동적 포커스모듈(300)은, 도 4의 레이저 광원(100)으로부터 방출되어 입사된 레이저 빔의 경로를 따라 이동이 가능하게 마련되며, 입사된 상기 레이저 빔을 발산시키도록 마련된 제1 렌즈(310) 및 제1 렌즈(310)로부터 입사되는 상기 레이저 빔을 집속시키도록 마련된 제2 렌즈를 포함할 수 있다.

동적 포커스모듈(300)은 제1 렌즈(310)를 이동시키는 구동부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 상기 구동부는 보이스코일모터(VCM) 또는 압전 소자(piezoelectric device)를 포함할 수 있다.

상기 구동부에 의해 제1 렌즈(310)가 레이저 빔의 경로를 따라 ΔL만큼 이동하면, 제1 렌즈(310) 및 제2 렌즈(320)를 통과한 레이저 빔의 초점의 위치는 Δf만큼 이동할 수 있다. 즉, 제1 렌즈(310)를 이동시켜 레이저 빔의 초점 조절을 수행할 수 있다.

도 10은 도 4의 스캐너 유닛(400B)에 도시된 스캐너 헤드(200)의 구조를 간략하게 도시한 개략도이다.

도 10을 참조하면, 스캐너 헤드(200)는, 도 4의 레이저 광원(100)으로부터방출되어 입사된 레이저 빔의 경로를 조절하는 제1 빔 경로 조절 부재(210) 및 제2 빔 경로 조절 부재(220)와 제1 빔 경로 조절 부재(210) 및 제2 빔 경로 조절 부재(220)에 의해 경로가 조절된 상기 레이저 빔을 가공대상물에 조사하는 텔레센트릭 렌즈(230)를 포함할 수 있다.

제1 빔 경로 조절 부재(210) 및 제2 빔 경로 조절 부재(220)의 위치는 구동부(미도시)에 의해서 바뀔 수 있다. 도 9에서는 제1 빔 경로 조절 부재(210) 및 제2 빔 경로 조절 부재(220)의 위치가 좌우로 움직이는 것만을 도시하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 한 지점에 고정된 상태로 회전할 수도 있다.

제1 빔 경로 조절 부재(210) 및 제2 빔 경로 조절 부재(220)의 위치가 이동하거나, 제1 빔 경로 조절 부재(210) 및 제2 빔 경로 조절 부재(220)가 한 지점에 고정된 상태로 회전을 함으로써, 동적 포커스모듈(300)을 통과하여 스캐너 헤드(200)에 입사된 레이저 빔의 경로가 조절될 수 있다.

제1 및 제2 빔 경로 조절 부재(210, 220)에 의해 경로가 조절된 상기 레이저 빔은 스캐너 헤드(200)의 하단에 마련된 텔레센트릭 렌즈(230)에 입사할 수 있다. 이 때, 상기 레이저 빔의 제2 빔 경로 조절 부재(220)에서의 반사각(θ1, θ2)에 따라 텔레센트릭 렌즈(230)를 통과한 레이저 빔의 가공대상물의 가공 영역(700) 상에 조사되는 위치가 달라질 수 있다. 예를 들어, 상기 반사각이 θ1인 경우, 상기 레이저 빔이 가공대상물의 가공 영역(700) 상에 조사되는 위치는 A지점일 수 있다. 또한, 상기 반사각이 θ2인 경우, 상기 레이저 빔이 가공 영역(700) 상에 조사되는 위치는 B지점일 수 있다.

즉, 가공영역(700)은 스캐너 헤드(200)의 이동 없이도 레이저 가공이 가능한 A지점, B지점을 포함하는 필드 영역(혹은 필드 영역보다 작은 크기의 영역)일 수 있다. 상기 필드 영역은 A지점, B지점 이외에 무수한 가공 지점을 포함할 수 있다.

전술한 동적 포커스모듈을 구비한 스캐너 유닛 및 이를 포함한 레이저 가공 시스템은 이해를 돕기 위하여 도면에 도시된 실시 예를 참고하여 설명하였으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 동적 포커스모듈을 구비한 스캐너 유닛 및 이를 포함한 레이저 가공 시스템의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.

10, 30: 전도층
20: 절연층
100: 레이저 광원
200: 스캐너 헤드
210, 210': 제1 빔 경로 조절 부재
220, 220': 제2 빔 경로 조절 부재
300: 동적 포커스모듈
310: 제1 렌즈
320: 제2 렌즈
400A, 400B: 스캐너 유닛
410: 제1 빔 경로 변경 미러
420: 제2 빔 경로 변경 미러
500: 인쇄회로기판(PCB) 스테이지
600: 인쇄회로기판(PCB)
700: 가공 영역
1000: 레이저 가공 시스템
2000: 동적 포커스모듈을 구비한 레이저 가공 시스템
P1: 제1 가공 영역
P2: 제2 가공 영역
P3: 제3 가공 영역
P4: 제4 가공 영역

Claims (19)

1. 레이저 광원으로부터 방출된 레이저 빔을 가공대상물에 주사하는 스캐너 헤드; 및
   상기 레이저 광원과 상기 스캐너 헤드 사이에 마련되어 상기 레이저 빔의 포커싱 위치를 상하 방향으로 변경하는 동적 포커스모듈(dynamic focus module); 을 포함하여,
   상기 동적 포커스모듈에 의해 상기 레이저 빔의 포커싱 위치를 달리하면서 복수의 가공 작업을 수행하는 스캐너 유닛.
2. 제1 항에 있어서,
   상기 레이저 광원과 상기 동적 포커스모듈 사이에 마련되어 상기 레이저 광원으로부터 방출된 상기 레이저 빔을 상기 동적 포커스모듈 쪽으로 진행시키는 빔 경로 변경 미러를 더 포함하는 스캐너 유닛.
3. 제1 항에 있어서,
   상기 동적 포커스모듈은,
   상기 레이저 빔의 경로를 따라 이동이 가능하게 마련되며, 입사된 상기 레이저 빔을 발산시키도록 마련된 제1 렌즈; 및
   상기 제1 렌즈로부터 입사되는 상기 레이저 빔을 집속시키도록 마련된 제2 렌즈; 를 포함하는 스캐너 유닛.
4. 제3 항에 있어서,
   상기 동적 포커스모듈은 상기 제1 렌즈를 이동시키는 구동부를 더 포함하는 스캐너 유닛.
5. 제4 항에 있어서,
   상기 구동부는 보이스코일모터(VCM;) 또는 압전 소자(piezoelectric device) 를 포함하는 스캐너 유닛.
6. 제1 항에 있어서,
   상기 스캐너 헤드는,
   상기 레이저 빔의 경로를 조절하는 제1 및 제2 빔 경로 조절 부재;
   상기 제1 및 제2 빔 경로 조절 부재에 의해 경로가 조절된 상기 레이저 빔을 상기 가공대상물에 조사하는 텔레센트릭 렌즈; 를 포함하는 스캐너 유닛.
7. 레이저 광원; 및
   상기 레이저 광원으로부터 방출되는 레이저 빔을 가공대상물에 주사하여가공작업을 수행하는 스캐너 유닛; 을 포함하고,
   상기 스캐너 유닛은,
   상기 레이저 빔을 상기 가공대상물에 주사하는 스캐너 헤드; 및
   상기 레이저 광원과 상기 스캐너 헤드 사이에 마련되어 상기 레이저 빔의 포커싱 위치를 상하 방향으로 변경하는 동적 포커스모듈; 을 포함하여,
   상기 동적 포커스모듈에 의해 상기 레이저 빔의 포커싱 위치를 달리하면서 복수의 가공 작업을 수행하는 레이저 가공 시스템.
8. 제 7 항에 있어서,
   상기 레이저 광원과 상기 동적 포커스모듈 사이에 마련되어 상기 레이저 광원으로부터 방출된 상기 레이저 빔을 상기 동적 포커스모듈 쪽으로 진행시키는 빔 경로 변경 미러를 더 포함하는 레이저 가공 시스템.
9. 제 8 항에 있어서,
   상기 빔 경로 변경 미러는 상기 레이저 광원과 상기 동적 포커스모듈 사이에 마련되는 제1 빔 경로 변경 미러; 및 상기 레이저 광원과 상기 제1 빔 경로 변경 미러 사이에 마련되는 제2 빔 경로 변경 미러; 를 포함하는 레이저 가공 시스템.
10. 제7 항에 있어서,
    상기 동적 포커스모듈은,
    상기 레이저 빔의 경로를 따라 이동이 가능하게 마련되며, 입사된 상기 레이저 빔을 발산시키도록 마련된 제1 렌즈; 및
    상기 제1 렌즈로부터 입사되는 상기 레이저 빔을 집속시키도록 마련된 제2 렌즈; 를 포함하는 레이저 가공 시스템.
11. 제7 항에 있어서,
    상기 스캐너 헤드는,
    상기 레이저 빔의 경로를 조절하는 제1 및 제2 빔 경로 조절 부재;
    상기 제1 및 제2 빔 경로 조절 부재에 의해 경로가 조절된 상기 레이저 빔을 상기 가공대상물에 조사하는 텔레센트릭 렌즈; 를 포함하는 레이저 가공 시스템.
12. 제7 항에 있어서,
    상기 가공대상물은 인쇄 회로 기판을 포함하는 레이저 가공 시스템.
13. 제12 항에 있어서,
    상기 인쇄 회로 기판은 절연층과 상기 절연층의 상면 및 하면에 각각 마련되는 전도층을 포함하는 레이저 가공 시스템.
14. 제13 항에 있어서,
    상기 절연층은 폴리이미드(PI; polyimide)를 포함하고, 상기 전도층은 구리를 포함하는 레이저 가공 시스템.
15. 레이저 빔을 방출하는 레이저 광원; 및 상기 레이저 빔을 가공대상물에 주사하는 스캐너 헤드와 상기 레이저 빔의 포커싱 위치를 상하 방향으로 변경하는 동적 포커스모듈을 포함하는 스캐너 유닛; 을 포함하는 레이저 가공 시스템을 이용하여 상기 가공대상물을 가공하는 방법에 있어서,
    상기 동적 포커스모듈을 이용하여 상기 레이저 빔의 포커싱 위치를 달리하면서 상기 가공대상물에 복수의 가공 작업을 수행하는 레이저 가공 방법.
16. 제 15 항에 있어서,
    상기 가공대상물은 절연층과 상기 절연층의 상면 및 하면에 각각 마련되는 전도층을 포함하는 인쇄 회로 기판을 포함하는 레이저 가공 방법.
17. 제 16 항에 있어서,
    상기 복수의 가공 작업은,
    상기 동적 포커스모듈을 이용하여 상기 레이저 빔을 제1 위치에 포커싱하여 상기 절연층의 상면에 마련된 상기 전도층을 가공하는 제1 가공 단계; 및
    상기 동적 포커스모듈을 이용하여 상기 레이저 빔을 제2 위치에 포커싱하여 상기 제1 가공 단계에 의해 상기 전도층이 제거됨에 따라 노출된 상기 절연층을 가공하는 제2 가공 단계;를 포함하는 레이저 가공 방법.
18. 제15 항에 있어서,
    상기 동적 포커스모듈은, 상기 레이저 빔의 경로를 따라 이동이 가능하게 마련되며, 입사된 상기 레이저 빔을 발산시키도록 마련된 제1 렌즈; 및 상기 제1 렌즈로부터 입사되는 상기 레이저 빔을 집속시키도록 마련된 제2 렌즈; 를 포함하는 레이저 가공 방법.
19. 제15 항에 있어서,
    상기 스캐너 헤드는, 상기 레이저 빔의 경로를 조절하는 제1 및 제2 빔 경로 조절 부재; 상기 제1 및 제2 빔 경로 조절 부재에 의해 경로가 조절된 상기 레이저 빔을 상기 가공대상물에 조사하는 텔레센트릭 렌즈; 를 포함하는 레이저 가공 방법.

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