KR20220045806A

KR20220045806A - 레이저 가공 장치

Info

Publication number: KR20220045806A
Application number: KR1020200128900A
Authority: KR
Inventors: 이홍
Original assignee: 주식회사 이오테크닉스
Priority date: 2020-10-06
Filing date: 2020-10-06
Publication date: 2022-04-13

Abstract

일 실시예는 스테이지에 적재된 가공대상물을 레이저빔을 이용하여 가공하는 레이저 가공 장치를 제공한다.
상기 레이저 가공 장치는, 레이저빔을 방출하는 광원, 상기 레이저빔을 상기 가공대상물에 조사하며, 상기 가공대상물이 놓이는 상기 스테이지 상의 평면과 나란한 제1 방향으로 평행 이동하도록 구성되는 레이저 헤드, 서로 다른 초점 거리를 가지며 상기 레이저빔을 상기 가공대상물에 집속하도록 배치되는 복수 개의 집속렌즈를 포함하고, 상기 가공대상물이 놓이는 상기 스테이지 상의 평면과 나란한 일직선 방향으로 평행 이동하도록 구성되는, 집속렌즈 교체 장치, 상기 레이저 헤드가 장착되는 것으로서 상기 레이저 헤드가 상기 가공대상물로부터 소정의 거리만큼 이격되어 마련되도록 하며, 상기 가공대상물이 놓이는 상기 스테이지 상의 평면과 나란하며 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 평행 이동하도록 구성되는 이동 지지대 및 상기 레이저 헤드와 상기 이동 지지대의 상기 평행 이동을 제어하는 제어 장치를 포함할 수 있다.

Description

레이저 가공 장치{LASER machining apparatus}

본 발명은 레이저 가공 장치에 관한 것으로서, 구체적으로는 서로 다른 초점 거리를 가지는 복수 개의 집속렌즈가 장착된 집속렌즈 교체 장치를 포함하는 레이저 가공 장치에 관한 것이다.

레이저 가공 공정은 대상체의 표면에 레이저 빔을 조사하여 대상체 표면의 형상이나 물리적 성질 등을 가공하는 공정을 말한다. 레이저 가공 공정을 위해서, 레이저 발진기로부터 출사된 레이저빔을 가공대상물의 소정 부위에 집속시킨다.

레이저 가공 장치는 가공대상물의 재질에 상관없이, 비접촉식으로 고정밀도의 가공이 가능하다. 소정 직경의 좁은 스폿점에 집속된 레이저빔으로 가공하므로 가공대상물의 열 안정성이 확보되며, 가공 영역의 크기에 제약을 받지 않고 초정밀 가공을 수행할 수 있다.

레이저 가공을 위하여는 레이저빔을 출사하는 레이저 발진기와, 상기 레이저빔을 스폿에 집속시켜 가공대상물에 조사하는 레이저 레이저 헤드와, 레이저 발진기 및 레이저 레이저 헤드를 연결하는 연결광학계가 필요하다. 질량이 큰 작동체는 수 마이크로미터 범위에서 제어하기가 매우 곤란하다.

따라서, 레이저 레이저 헤드의 무게와 부피, 및 질량(회전) 관성 모멘트를 최소로 줄여야 미세한 이송거리를 이동하며 초정밀 가공을 할 수 있다. 플렉시블(flexible)한 연결광학계가 개재되면, 부피와 무게가 큰 레이저 발진기와 레이저 레이저 헤드를 별도로 분리 설치할 수 있다.

한편, 레이저 가공시 레이저빔은 매우 높은 에너지 강도를 가지며 가공대상물에 입사하게 되는데, 가공대상물 표면에 입사된 레이저빔은 가공대상물의 반사율에 따라 일부가 반사되고, 반사되지 않은 나머지 레이저빔은 가공대상물 표면에서부터 광의 강도가 지수적으로 감소하면서 가공대상물에 흡수된다. 이 때 흡수된 레이저빔은 열 에너지로 변환되면서 가공대상물의 급속한 온도 상승과 함께 가공대상물의 열 변형이 일어나 절단, 용접 등의 레이저 가공이 가능하게 된다.

가공대상물에 조사되는 레이저빔의 광폭의 크기에 따라 가공대상물이 가공되는 영역의 폭의 크기도 결정된다. 다양한 두께의 가공대상물을 가공하고, 가공대상물에 조사되는 레이저빔의 광폭을 변경시키려면 레이저빔의 초점 거리가 변화되어야 한다. 따라서, 가공대상물의 크기와 가공하려는 선폭의 다양성, 및 가공 조건이 빈번하게 변경되는 다품종 소량 생산의 경향에 비추어 볼 때, 신속하게 레이저빔의 광폭과 초점 거리를 변경시킬 수 있는 레이저 가공 장치가 필요하다.

본 발명의 예시적인 실시예를 통해 가공대상물에 조사되는 레이저빔의 광폭과 초점 거리를 신속하게 변경시킬 수 있으며 경량화된 레이저 가공 장치를 제공하고자 한다.

일 실시예는,

스테이지에 적재된 가공대상물을 레이저빔을 이용하여 가공하는 레이저 가공 장치를 제공한다.

상기 레이저 가공 장치는, 레이저빔을 방출하는 광원, 상기 레이저빔을 상기 가공대상물에 조사하며, 상기 가공대상물이 놓이는 상기 스테이지 상의 평면과 나란한 제1 방향으로 평행 이동하도록 구성되는 레이저 헤드, 서로 다른 초점 거리를 가지며 상기 레이저빔을 상기 가공대상물에 집속하도록 배치되는 복수 개의 집속렌즈를 포함하고, 상기 가공대상물이 놓이는 상기 스테이지 상의 평면과 나란한 일직선 방향으로 평행 이동하도록 구성되는, 집속렌즈 교체 장치, 상기 레이저 헤드가 장착되는 것으로서 상기 레이저 헤드가 상기 가공대상물로부터 소정의 거리만큼 이격되어 마련되도록 하며, 상기 가공대상물이 놓이는 상기 스테이지 상의 평면과 나란하며 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 평행 이동하도록 구성되는 이동 지지대 및 상기 레이저 헤드와 상기 이동 지지대의 상기 평행 이동을 제어하는 제어 장치를 포함할 수 있다.

상기 집속렌즈 교체 장치는 상기 레이저 헤드의 하부에 마련되고, 상기 집속렌즈 교체 장치가 상기 일직선 방향으로 평행 이동함에 따라, 상기 복수 개의 집속렌즈의 각각의 중심이 순차적으로 레이저빔의 진행 경로 상에 마련될 수 있다.

상기 복수 개의 집속렌즈는 상기 일직선 방향으로 일렬로 나란히 마련될 수 있다.

상기 복수 개의 집속렌즈의 초점 거리가 상기 일직선 방향을 따라 증가하다가 감소하도록 상기 복수 개의 집속렌즈의 배치가 정해질 수 있다.

상기 복수 개의 집속렌즈의 초점 거리가 상기 일직선 방향을 따라 일방향으로 변화하도록 상기 복수 개의 집속렌즈의 배치가 정해질 수 있다.

상기 이동 지지대는 디귿자 형상의 구조물을 포함할 수 있다.

상기 이동 지지대는 상기 레이저 헤드가 장착되는 몸체와 상기 몸체가 상기 가공대상물로부터 상방향으로 이격되도록 상기 몸체를 받치는 적어도 하나의 다리부를 포함할 수 있다.

상기 몸체와 상기 적어도 하나의 다리부는 일체형으로 형성될 수 있다.

상기 레이저 가공 장치는 상기 이동 지지대가 장착되는 하부 받침대를 더 포함할 수 있다.

상기 하부 받침대의 상부 표면의 중앙부에는 상기 스테이지가 놓이고, 상기 하부 받침대의 상부 표면의 가장자리에는 상기 이동 지지대가 장착될 수 있다.

상기 광원은, 상기 레이저빔을 생성하는 레이저 발진기와 상기 레이저 발진기로부터 방출된 레이저빔을 상기 레이저 헤드로 전송하는 광섬유를 포함할 수 있다.

상기 제어 장치는 가공 조건에 따라, 상기 집속렌즈 교체 장치의 동작을 제어하여 상기 복수 개의 집속렌즈 중 임의의 어느 하나가 상기 레이저빔의 진행 경로 상에 마련되도록 교체하며, 상기 레이저 헤드와 상기 이동 지지대 평행 이동을 제어하도록 구성될 수 있다.

상기 복수 개의 집속렌즈는 대물렌즈를 포함할 수 있다.

상기 제2 방향은 상기 제1 방향에 대해 수직한 방향일 수 있다.

상기 레이저 헤드의 내부에는 상기 레이저빔의 진행 경로를 변경시키도록 구성된 소정의 광학계가 마련될 수 있다.

본 발명의 예시적인 실시예를 통해 서로 다른 초점 거리를 갖는 복수 개의 집속렌즈를 포함하며 평행 이동이 가능한 집속렌즈 교체 장치를 적용함으로써, 가공대상물에 조사되는 레이저빔의 광폭과 초점 거리를 신속하게 변경시킬 수 있는 레이저 가공 장치를 제공할 수 있다.

도 1은 일 실시예에 따른 레이저 가공 장치의 구성을 간략하게 도시한 측단면도이다.
도 2는 도 1의 레이저 가공 장치의 구성을 간략하게 도시한 사시도이다.
도 3은 도 1의 레이저 가공 장치에 적용될 수 있는 이동 지지대의 구성을 간략하게 도시한 것이다.
도 4는 다른 일 실시예에 따른 레이저 가공 장치의 구성을 간략하게 도시한 측단면도이다.
도 5는 도 1의 레이저 가공 장치에 적용될 수 있는 일 실시예에 따른 집속렌즈 교체 장치의 일 상태를 설명하기 위한 것이다.
도 6은 도 5의 집속렌즈 교체 장치의 다른 일 상태를 설명하기 위한 것이다.
도 7은 도 1의 레이저 가공 장치에 적용될 수 있는 다른 일 실시예에 따른 집속렌즈 교체 장치의 구성을 간략하게 도시한 것이다.

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 레이저 가공 장치가 속하는 기술 분야에서의 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 레이저 가공 장치의 실시예를 상세히 설명한다. 도면에서 동일한 참조 부호는 동일한 구성 요소를 지칭하며, 도면 상에서 각 구성 요소의 크기나 두께는 설명의 명료성을 위하여 과장되어 있을 수 있다. 한편, 이하에서 설명되는 레이저 가공 장치의 다양한 실시예는 예시적인 것으로서, 레이저 가공 장치는 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

이하에서, "상부" 나 "상"이라고 기재된 것은 접촉하여 바로 위에 있는 것뿐만 아니라 비접촉으로 위에 있는 것도 포함할 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

"상기"의 용어 및 이와 유사한 지시 용어의 사용은 단수 및 복수 모두에 해당하는 것일 수 있다. 모든 예들 또는 예시적인 용어의 사용은 단순히 기술적 사상을 상세히 설명하기 위한 것으로서 청구범위에 의해 한정되지 않는 이상 상기 예들 또는 예시적인 용어로 인해 범위가 한정되는 것은 아니다.

도 1은 일 실시예에 따른 레이저 가공 장치(1000)의 구성을 간략하게 도시한 측단면도이다. 도 2는 도 1의 레이저 가공 장치(1000)의 구성을 간략하게 도시한 사시도이다. 도 3은 도 1의 레이저 가공 장치(1000)에 적용될 수 있는 이동 지지대의 구성을 간략하게 도시한 것이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 레이저 가공 장치(1000)는 레이저빔을 이용하여 스테이지(20)에 적재된 가공대상물(10)을 가공할 수 있다. 가공대상물(10)은 예를 들어, 스테이지(20)의 xy평면 상에 마련될 수 있다. 레이저 가공 장치(1000)는 레이저빔을 방출하는 광원(100)과 광원(100)으로부터의 레이저빔을 가공대상물(10)에 조사하는 레이저 헤드(200)를 포함할 수 있다. 레이저 헤드(200)는 화살표로 표시된 바와 같이, 가공대상물(10)이 놓이는 스테이지(20) 상의 xy평면과 나란한 제1 방향(e.g. x축 방향)으로 평행 이동하도록 구성될 수 있다. 또한, 레이저 가공 장치(1000)는 서로 다른 초점 거리를 가지며 레이저빔을 가공대상물(10)에 집속하도록 배치되는 복수 개의 집속렌즈(L1, L2, L3, L4, L5)를 포함하는 집속렌즈 교체 장치(300)를 포함할 수 있다. 집속렌즈 교체 장치(300)는 화살표로 표시된 바와 같이, 가공대상물(10)이 놓이는 스테이지(20) 상의 xy평면과 나란한 일직선 방향으로 평행 이동하도록 구성될 수 있다. 나아가, 레이저 가공 장치는 레이저 헤드(200)가 장착되는 이동 지지대(400)를 포함할 수 있다. 이동 지지대(400)는 레이저 헤드(200)가 가공대상물(10)로부터 소정의 거리만큼 이격되어 마련되도록 할 수 있다. 이동 지지대(400)는 화살표로 표시된 바와 같이, 가공대상물(10)이 놓이는 스테이지(20) 상의 xy평면과 나란하며 제1 방향(e.g. x축 방향)과 교차하는 제2 방향(e.g. y축 방향)으로 평행 이동하도록 구성될 수 있다. 레이저 가공 장치(1000)는 레이저 헤드(200)와 이동 지지대(400)의 평행 이동을 제어하는 제어 장치(500)를 포함할 수 있다.

광원(100)은 레이저빔을 방출하는 레이저 광원일 수 있다. 광원(100)은 레이저빔을 발생시키는 물질의 종류에 따라 기체, 액체, 고체 레이저 광원들로 다양하게 분류될 수 있다. 또한, 광원(100)은 예를 들면 펄스형 레이저빔을 방출할 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니고, 가공 작업의 종류에 따라 연속파형 레이저빔을 방출하는 것도 가능하다. 예를 들어, 광원(100)은 레이저 다이오드(Laser diode; LD)를 포함할 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니고, 광원(100)은 다양한 종류의 레이저 광원을 포함할 수 있다. 광원(100)의 위치는 고정될 수 있다. 예를 들어, 광원(100)으로부터 방출되는 레이저빔이 레이저 헤드(200)의 상부로 입사하도록 광원(100)이 배치될 수 있다.

레이저 헤드(200)는 가공대상물(10)로부터 상하 방향(z 축 방향)으로 이격되어 마련될 수 있다. 레이저 헤드(200)는 광원(100)으로부터 방출되는 레이저 빔을 가이드하여 가공대상물(10)로 향하도록 할 수 있다. 이에 따라, 레이저 헤드(200)로부터의 레이저빔이 상하 방향(z축 방향)으로 진행하여 가공대상물(10)에 조사될 수 있다. 레이저 헤드(200) 내부에는 레이저빔의 진행 경로를 변경시키도록 구성된 소정의 광학계(미도시)가 마련될 수 있다. 예를 들어, 레이저 헤드(200) 내부에는 콜리메이팅 렌즈(미도시) 등의 다양한 렌즈들이 마련될 수 있다.

레이저 헤드(200)는 가공대상물(10)이 놓이는 스테이지(20) 상의 평면(ex, xy평면)과 나란한 제1 방향(e.g. x축 방향)으로 평행 이동하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 레이저 헤드(200)는 고정된 스테이지(20) 상에 놓인 가공대상물(10)에 대해 제1 방향(e.g. x축 방향)으로의 상대적인 평행 이동을 하도록 구성될 수 있다. 이에 따라, 레이저 헤드(200)의 가공대상물(10)에 대한 제1 방향(e.g. x축 방향)으로의 상대적인 위치가 변경될 수 있다. 레이저 헤드(200)가 가공대상물(10)에 대해 제1 방향(e.g. x축 방향)으로 평행 이동함에 따라, 가공대상물(10) 상에 레이저빔에 의한 제1 방향(e.g. x축 방향)으로 연장된 패터닝 라인(PL)이 형성될 수 있다.

레이저 헤드(200)의 평행 이동은 제어 장치(500)에 의해 제어될 수 있다. 다시 말해, 제어 장치(500)의 제어에 따라, 레이저 헤드(200)의 가공대상물(10)에 대한 제1 방향(e.g. x축 방향)으로의 상대적 위치가 변경될 수 있다. 레이저 헤드(200)의 제1 방향(e.g. x축 방향)으로의 평행 이동을 위하여 리니어(linear) 모터 또는 스텝(step) 모터(미도시)가 설치될 수 있고, 이는 제어 장치(500)에 의하여 동작이 제어될 수 있다. 또한, 레이저 헤드(200)의 위치를 실시간으로 제어하기 위하여 제어 장치(500)는 디지털 신호 처리(DSP) 방식의 구동칩(미도시)을 포함할 수 있다.

집속렌즈 교체 장치(300)는 레이저 헤드(200)의 하부에 마련된 상태에서, 레이저 헤드(200)를 기준으로 가공대상물(10)이 놓이는 스테이지(20) 상의 평면(e.g. xy평면)과 나란한 일직선 방향으로 평행 이동하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 집속렌즈 교체 장치(300)는 슬라이딩 부재(미도시) 등을 통해 레이저 헤드(200)의 하부에 장착될 수 있고, 슬라이딩 부재(미도시)의 동작으로 집속렌즈 교체 장치(300)가 일직선 방향으로 평행 이동할 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니며, 집속렌즈 교체 장치(300)는 다양한 방식으로 레이저 헤드(200)의 하부에 장착될 수 있다. 집속렌즈 교체 장치(300)의 일직선 방향으로의 평행 이동을 위하여 리니어(linear) 모터 또는 스텝(step) 모터(미도시)가 설치될 수 있고, 이는 제어 장치(500)에 의하여 동작이 제어될 수 있다. 또한, 집속렌즈 교체 장치(300)의 위치를 실시간으로 제어하기 위하여 제어 장치(500)는 디지털 신호 처리(DSP) 방식의 구동칩(미도시)을 포함할 수 있다.

집속렌즈 교체 장치(300)의 평행 이동의 일직선 방향은 가공대상물(10)이 놓이는 스테이지(20) 상의 평면(e.g. xy평면)과 나란한 임의의 일직선 방향일 수 있다. 예를 들어, 집속렌즈 교체 장치(300)의 평행 이동의 일직선 방향은, 레이저 헤드(200)의 평행 이동의 방향인 제1 방향(e.g. x축 방향)과 나란한 방향일 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니며, 집속렌즈 교체 장치(300)의 평행 이동의 일직선 방향은, 레이저 헤드(200)의 평행 이동의 방향인 제1 방향(e.g. x축 방향)과 교차하는 임의의 일직선 방향일 수 있다.

집속렌즈 교체 장치(300)에 포함된 복수 개의 집속렌즈(L1, L2, L3, L4, L5)는 일직선 방향으로 일렬로 나란히 마련될 수 있다. 예를 들어, 복수 개의 집속렌즈(L1, L2, L3, L4, L5)는 집속렌즈 교체 장치(300)의 평행 이동의 방향인 일직선 방향과 나란한 방향으로 일렬로 배치될 수 있다. 이에 따라, 집속렌즈 교체 장치(300)가 평행 이동함에 따라, 복수 개의 집속렌즈(L1, L2, L3, L4, L5)의 가공대상물(10)에 대한 상기 일직선 방향으로의 상대적 위치가 변경될 수 있다. 나아가, 집속렌즈 교체 장치(300)가 일직선 방향으로의 평행 이동함에 따라, 복수 개의 집속렌즈(L1, L2, L3, L4, L5) 각각의 중심이 순차적으로 레이저 헤드(200)로부터의 레이저빔의 진행 경로 상에 마련될 수 있다. 다시 말해, 집속렌즈 교체 장치(300)의 상기 일직선 방향으로의 평행 이동에 따라, 가공대상물(10)을 가공하는 데에 사용되는 집속렌즈가 교체될 수 있다. 가공 조건에 따라, 제어 장치(500)가 집속렌즈 교체 장치(300)의 동작을 제어하여 복수 개의 집속렌즈(L1, L2, L3, L4, L5) 중 임의의 어느 하나가 레이저빔의 진행 경로 상에 마련되도록 교체할 수 있다.

복수 개의 집속렌즈(L1, L2, L3, L4, L5)는 대물렌즈를 포함할 수 있다. 예를 들어, 복수 개의 집속렌즈(L1, L2, L3, L4, L5)는 서로 배율이 다른 복수 개의 대물렌즈를 포함할 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니고, 복수 개의 집속렌즈(L1, L2, L3, L4, L5)는 초점 거리가 서로 다른 어떠한 형태의 복수 개의 렌즈도 포함할 수 있다.

이동 지지대(400)는 레이저 헤드(200)가 장착되는 부재일 수 있다. 레이저 헤드(200)는 이동 지지대(400)에 장착된 상태로 제1 방향(e.g. x축 방향)으로 평행 이동을 할 수 있다. 예를 들어, 레이저 헤드(200)는 슬라이딩 부재(미도시) 등을 통해 이동 지지대(400)에 장착될 수 있고, 슬라이딩 부재(미도시)의 동작으로 레이저 헤드(200)가 제1 방향(e.g. x축 방향)으로 평행 이동할 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니며, 레이저 헤드(200)는 다양한 방식으로 이동 지지대(400)에 장착될 수 있다.

이동 지지대(400)는 가공대상물(10)이 놓이는 스테이지(20) 상의 평면(ex, xy평면)과 나란한 제2 방향(e.g. y축 방향)으로 평행 이동하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 이동 지지대(400)는 고정된 스테이지(20) 상에 놓인 가공대상물(10)에 대해 제2 방향(e.g. y축 방향)으로의 상대적인 평행 이동을 하도록 구성될 수 있다. 이러한 이동 지지대(400)에는 레이저 헤드(200)가 장착될 수 있고, 이동 지지대(400)가 제2 방향(e.g. y축 방향)으로 평행 이동함에 따라, 레이저 헤드(200)의 가공대상물(10)에 대한 제2 방향(e.g. y축 방향)으로의 상대적인 위치가 변경될 수 있다. 제2 방향(e.g. y축 방향)은 제1 방향(e.g. x축 방향)에 대해 수직한 방향일 수 있다. 이동 지지대(400)가 가공대상물(10)에 대해 제2 방향(e.g. y축 방향)으로 평행 이동함에 따라, 가공대상물(10) 상에 레이저빔에 의한 제1 방향(e.g. x축 방향)으로 연장된 패터닝 라인(PL)이 제2 방향(e.g. y축 방향)으로 나란하게 복수 개로 형성될 수 있다.

이처럼, 레이저 헤드(200) 자체의 제1 방향(e.g. x축 방향)으로의 평행 이동과 이동 지지대(400)의 제2 방향(e.g. y축 방향)으로의 평행 이동의 조합으로 인해, 레이저 헤드(200)의 가공대상물(10)이 놓이는 평면(e.g. xy평면) 상에서의 위치가 변경될 수 있다. 가공 조건에 따라, 제어 장치(500)가 레이저 헤드(200)와 이동 지지대(400)의 평행 이동을 제어함으로써, 레이저 헤드(200)의 위치를 제어할 수 있다. 이동 지지대(400)의 제2 방향(e.g. y축 방향)으로의 평행 이동을 위하여 리니어(linear) 모터 또는 스텝(step) 모터(미도시)가 설치될 수 있고, 이는 제어 장치(500)에 의하여 동작이 제어될 수 있다. 또한, 이동 지지대(400)의 위치를 실시간으로 제어하기 위하여 제어 장치(500)는 디지털 신호 처리(DSP) 방식의 구동칩(미도시)을 포함할 수 있다.

이동 지지대(400)는 디귿자 형상의 구조물을 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 3을 참조하면, 이동 지지대(400)는 레이저 헤드(200)가 장착되는 몸체(410)를 포함할 수 있다. 또한, 이동 지지대(400)는 가공대상물(10)이 놓이는 지면으로부터 몸체(410)가 이격되도록 몸체(410)를 받치는 적어도 하나의 다리부(420, 421)를 포함할 수 있다. 도 3에는 두 개의 다리부(420, 421)가 도시되었으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 이동 지지대(400)가 하나 또는 세 개 이상의 다리부를 포함하는 것도 가능하다. 한편, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 이동 지지대(400)에 포함된 몸체(410)와 적어도 하나의 다리부(420, 421)는 일체형으로 형성될 수도 있다. 도 3에는 레이저 헤드(200)가 몸체(410)의 전면에 장착된 모습이 도시되었으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 레이저 헤드(200)는 몸체(410)의 후면, 하면 중 어느 하나에도 장착될 수 있다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 이동 지지대(400)의 적어도 하나의 다리부(420, 421)는 스테이지(20)의 양 측면에 마련될 수 있다. 예를 들어, 이동 지지대(400)가 제1 다리부(420) 및 제2 다리부(421)를 포함하는 경우, 제1 다리부(420)는 스테이지(20)의 좌측 가장자리 쪽에 마련되고, 제2 다리부(421)는 스테이지(20)의 우측 가장자리 쪽에 마련될 수 있다.

한편, 레이저 가공 장치(1000)는 이동 지지대(400)가 장착되는 하부 받침대(600)를 더 포함할 수 있다. 고정된 하부 받침대(600)에 장착된 상태에서 이동 지지대(400)는 제2 방향(e.g. y축 방향)으로 평행 이동할 수 있다. 예를 들어, 하부 받침대(600)는 평판형의 구조물일 수 있다. 평판형의 구조물인 하부 받침대(600)의 상부 표면의 중앙부에는 스테이지(20)가 놓일 수 있다. 또한, 하부 받침대(600)의 상부 표면의 가장자리에는 이동 지지대(400)가 장착될 수 있다. 예를 들어, 이동 지지대(400)의 제1 및 제2 다리부(420, 421)가 하부 받침대(600)의 상부 표면의 가장자리에 장착될 수 있다. 예를 들어, 제1 및 제2 다리부(420. 421)는 슬라이딩 부재(미도시) 등을 통해 하부 받침대(600)의 상부 표면에 장착될 수 있고, 슬라이딩 부재(미도시)의 동작으로 이동 지지대(400)가 제2 방향(e.g. y축 방향)으로 평행 이동할 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니며, 이동 지지대(400)는 다양한 방식으로 하부 받침대(600)의 상부 표면에 장착될 수 있다. 그러나, 하부 받침대(600)의 구조가 평판형의 구조물로 한정되는 것은 아니다. 하부 받침대(600)는 이동 지지대(400)가 장착될 수 있는 면적을 포함하는 다양한 형태의 구조물을 가질 수 있다.

도 4는 다른 일 실시예에 따른 레이저 가공 장치(1100)의 구성을 간략하게 도시한 측단면도이다. 도 4의 레이저 가공 장치(1100)는 도 1의 레이저 가공 장치(1000)와 비교하여, 광원(100) 대신에, 레이저 발진기(110)와 광섬유(120)를 포함한다는 점을 제외하고는 실질적으로 동일할 수 있다. 도 4를 설명함에 있어, 도 1 내지 도 3과 중복되는 내용은 생략한다. 도 4에는 설명의 편의를 위해, 도 1의 제어 장치(500)가 생략되었다.

도 4를 참조하면, 레이저 발진기(110)에는 광섬유(120)가 연결될 수 있다. 또한, 광섬유(120)의 일 단부는 레이저 헤드(200)에 설치될 수 있다. 레이저 발진기(110)로부터 방출되는 레이저빔은 광섬유(120)를 통해 레이저 헤드(200)로 전송될 수 있다. 이에 따라, 광섬유(120)로부터 방출되는 레이저빔은 집속렌즈 교체 장치(300)로 전송될 수 있다.

플렉시블(flexible)한 광섬유(120)는 레이저 헤드(200)의 평행 이동을 구속하지 않으면서, 레이지 발진기(110)에서 출사된 레이저빔을 광모드의 변동 없이 그대로 레이저 헤드(200)에 전송할 수 있다. 광섬유(120)는 광경로가 길어지더라도 광모드, 광수차의 변동이나 광 에너지의 손실없이 레이저빔을 레이저 헤드(200)로 전송할 수 있다.

도 5는 도 1의 레이저 가공 장치(1000)에 적용될 수 있는 일 실시예에 따른 집속렌즈 교체 장치(300)의 일 상태를 설명하기 위한 것이다. 도 6은 도 5의 집속렌즈 교체 장치(300)의 다른 일 상태를 설명하기 위한 것이다.

도 5를 참조하면, 집속렌즈 교체 장치(300)의 하면에는 복수 개의 집속렌즈(L1, L2, L3, L4, L5)가 일렬로 배열될 수 있다. 예를 들어, 복수 개의 집속렌즈(L1, L2, L3, L4, L5)는 제1 방향(e.g. x축 방향)으로 일렬로 나란히 배열될 수 있다. 복수 개의 집속렌즈(L1, L2, L3, L4, L5) 중 적어도 두 개의 초점 거리는 서로 다를 수 있다. 예를 들어, 복수 개의 집속렌즈(L1, L2, L3, L4, L5)의 초점 거리가 상기 일직선 방향을 따라 증가하다가 감소하도록 복수 개의 집속렌즈(L1, L2, L3, L4, L5)의 배치가 정해질 수 있다. 도 5에 도시된 바와 같이, 제1 집속렌즈(L1)부터 제5 집속렌즈(L5)까지 제1 방향(e.g. x축 방향)을 따라 순차적으로 마련될 수 있다. 제1 집속렌즈(L1)부터 제3 집속렌즈(L3)까지는 초점거리가 점차 증가할 수 있다. 반면에, 제3 집속렌즈(L3)부터 제5 집속렌즈(L5)까지는 초점거리가 점차 감소할 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니고, 복수 개의 집속렌즈(L1, L2, L3, L4, L5)의 초점 거리가 상기 일직선 방향을 따라 감소하다가 증가하도록 복수 개의 집속렌즈(L1, L2, L3, L4, L5)의 배치가 정해질 수도 있다.

도 5를 참조하면, 레이저빔(LB)의 진행 경로에 제1 집속렌즈(L1)의 중심이 마련된 경우에는, 패터닝 라인(PL) 상의 어느 한 지점에 제1 스폿점(BS1)이 형성될 수 있다. 도 6을 참조하면, 집속렌즈 교체 장치(300)가 제1 방향(e.g. x축 방향)으로 평행 이동함에 따라, 레이저빔(LB)의 진행 경로에 제2 집속렌즈(L2)의 중심이 마련된 경우에는, 패터닝 라인(PL) 상의 상기 어느 한 지점에 제1 스폿점(BS1)이 형성될 수 있다. 다시 말해, 도 5와 도 6의 제1 스폿점(BS1)과 제2 스폿점(BS2)이 형성된 지점은 동일한 지점이다. 이 경우, 초점 거리가 비교적 짧은 제1 집속렌즈(L1)를 통과한 레이저빔에 의해 형성된 제1 스폿점(BS1)의 면적은 초점 거리가 비교적 긴 제2 집속렌즈(L2)를 통과한 레이저빔에 의해 형성된 제2 스폿점(BS2)의 면적보다 넓을 수 있다.

이와 같이, 면적이 다양한 스폿점을 형성하는 데에 사용되는 집속렌즈를 교체함으로써, 다양한 두께의 패터닝 라인(PL)을 형성할 수 있다. 가공 조건에 따라, 다양한 두께의 패터닝 라인(PL)을 형성하는 데에 사용되는 스폿점의 종류를, 집속렌즈 교체 장치(300)의 평행 이동을 제어함으로써 바꿔줄 수 있다.

도 7은 도 1의 레이저 가공 장치에 적용될 수 있는 다른 일 실시예에 따른 집속렌즈 교체 장치의 구성을 간략하게 도시한 것이다.

도 7을 참조하면, 집속렌즈 교체 장치(300)의 하면에는 복수 개의 집속렌즈(L1, L2, L3, L4, L5)가 일렬로 배열될 수 있다. 예를 들어, 복수 개의 렌즈(L1, L2, L3, L4, L5)는 제1 방향(e.g. x축 방향)으로 일렬로 나란히 배열될 수 있다. 복수 개의 렌즈(L1, L2, L3, L4, L5) 중 적어도 두 개의 초점 거리는 서로 다를 수 있다. 예를 들어, 복수 개의 집속렌즈(L1, L2, L3, L4, L5)의 초점 거리가 상기 일직선 방향을 따라 일방향으로 변화하도록 복수 개의 집속렌즈(L1, L2, L3, L4, L5)의 배치가 정해질 수 있다. 도 7에 도시된 바와 같이, 제1 집속렌즈(L1)부터 제5 집속렌즈(L5)까지 제1 방향(e.g. x축 방향)을 따라 순차적으로 마련될 수 있다. 제1 집속렌즈(L1)부터 제5 집속렌즈(L3)까지 초점거리가 점차 감소할 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니고, 복수 개의 집속렌즈(L1, L2, L3, L4, L5)의 초점 거리가 상기 일직선 방향을 따라 점차 증가하도록 복수 개의 집속렌즈(L1, L2, L3, L4, L5)의 배치가 정해질 수도 있다.

레이저빔(LB)의 진행 경로에 제1 집속렌즈(L1)의 중심이 마련된 경우에는, 패터닝 라인(PL) 상의 어느 한 지점에 제3 스폿점(BS3)이 형성될 수 있다. 집속렌즈 교체 장치(300)가 제1 방향(e.g. x축 방향)으로 평행 이동함에 따라, 레이저빔(LB)의 진행 경로에 제2 집속렌즈(L2), 제3 집속렌즈(L3), 제4 집속렌즈(L4), 제5 집속렌즈(L5) 의 중심이 순차적으로 마련될 수 있다. 이에 따라, 패터닝 라인(PL) 상의 상기 어느 한 지점에 제1 스폿점(BS1)의 면적보다 넓은 면적을 갖는 스폿점들이 순차적으로 형성될 수 있다.

상술한 레이저 가공 장치는 이해를 돕기 위하여 도면에 도시된 실시예를 참고하여 설명하였으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 분진 제거 장치의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.

10: 가공대상물
20: 스테이지
100: 광원
110: 레이저 발진기
120: 광섬유
200: 레이저 헤드
300: 집속렌즈 교체 장치
400: 이동 지지대
410: 몸체
420, 421: 다리부
500: 제어 장치
600: 하부 받침대
L1, L2, L3, L4, L5: 집속렌즈

Claims

스테이지에 적재된 가공대상물을 레이저빔을 이용하여 가공하는 레이저 가공 장치에 있어서,
레이저빔을 방출하는 광원;
상기 레이저빔을 상기 가공대상물에 조사하며, 상기 가공대상물이 놓이는 상기 스테이지 상의 평면과 나란한 제1 방향으로 평행 이동하도록 구성되는 레이저 헤드;
서로 다른 초점 거리를 가지며 상기 레이저빔을 상기 가공대상물에 집속하도록 배치되는 복수 개의 집속렌즈를 포함하고, 상기 가공대상물이 놓이는 상기 스테이지 상의 평면과 나란한 일직선 방향으로 평행 이동하도록 구성되는, 집속렌즈 교체 장치;
상기 레이저 헤드가 장착되는 것으로서 상기 레이저 헤드가 상기 가공대상물로부터 소정의 거리만큼 이격되어 마련되도록 하며, 상기 가공대상물이 놓이는 상기 스테이지 상의 평면과 나란하며 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 평행 이동하도록 구성되는 이동 지지대; 및
상기 레이저 헤드와 상기 이동 지지대의 상기 평행 이동을 제어하는 제어 장치; 를 포함하는 레이저 가공 장치.
제1 항에 있어서,
상기 집속렌즈 교체 장치는 상기 레이저 헤드의 하부에 마련되고, 상기 집속렌즈 교체 장치가 상기 일직선 방향으로 평행 이동함에 따라, 상기 복수 개의 집속렌즈의 각각의 중심이 순차적으로 레이저빔의 진행 경로 상에 마련되는, 레이저 가공 장치.
제1 항에 있어서,
상기 복수 개의 집속렌즈는 상기 일직선 방향으로 일렬로 나란히 마련되는, 레이저 가공 장치.
제3 항에 있어서,
상기 복수 개의 집속렌즈의 초점 거리가 상기 일직선 방향을 따라 증가하다가 감소하도록 상기 복수 개의 집속렌즈의 배치가 정해지는, 레이저 가공 장치.
제3 항에 있어서,
상기 복수 개의 집속렌즈의 초점 거리가 상기 일직선 방향을 따라 일방향으로 변화하도록 상기 복수 개의 집속렌즈의 배치가 정해지는, 레이저 가공 장치.
제1 항에 있어서,
상기 이동 지지대는 디귿자 형상의 구조물을 포함하는, 레이저 가공 장치.
제1 항에 있어서,
상기 이동 지지대는 상기 레이저 헤드가 장착되는 몸체와 상기 몸체가 상기 가공대상물로부터 상방향으로 이격되도록 상기 몸체를 받치는 적어도 하나의 다리부를 포함하는, 레이저 가공 장치.
제7 항에 있어서,
상기 몸체와 상기 적어도 하나의 다리부는 일체형으로 형성되는, 레이저 가공 장치.
제1 항에 있어서,
상기 이동 지지대가 장착되는 하부 받침대; 를 더 포함하는 레이저 가공 장치.
제9 항에 있어서,
상기 하부 받침대의 상부 표면의 중앙부에는 상기 스테이지가 놓이고, 상기 하부 받침대의 상부 표면의 가장자리에는 상기 이동 지지대가 장착되는, 레이저 가공 장치.
제1 항에 있어서,
상기 광원은, 상기 레이저빔을 생성하는 레이저 발진기와 상기 레이저 발진기로부터 방출된 레이저빔을 상기 레이저 헤드로 전송하는 광섬유; 를 포함하는 레이저 가공 장치.
제1 항에 있어서,
상기 제어 장치는 가공 조건에 따라, 상기 집속렌즈 교체 장치의 동작을 제어하여 상기 복수 개의 집속렌즈 중 임의의 어느 하나가 상기 레이저빔의 진행 경로 상에 마련되도록 교체하며, 상기 레이저 헤드와 상기 이동 지지대의 평행 이동을 제어하도록 구성되는, 레이저 가공 장치.
제1 항에 있어서,
상기 복수 개의 집속렌즈는 대물렌즈를 포함하는, 레이저 가공 장치.
제1 항에 있어서,
상기 제2 방향은 상기 제1 방향에 대해 수직한 방향인, 레이저 가공 장치.
제1 항에 있어서,
상기 레이저 헤드의 내부에는 상기 레이저빔의 진행 경로를 변경시키도록 구성된 소정의 광학계가 마련되는, 레이저 가공 장치.