KR20230101741A - 빔의 조사 영역을 재배치하는 빔 재배치부를 포함하여 이루어진 레이저 조사 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 레이저 빔을 조사하는 빔 조사부; 및 상기 레이저 빔 중 적어도 일부의 이동경로를 조절하여 상기 레이저 빔의 조사 영역을 재배치하는 빔 재배치부를 포함하고, 상기 빔 재배치부는 제1 렌즈 어레이 및 상기 제1 렌즈 어레이와 중첩되는 제2 렌즈 어레이를 포함하고, 상기 레이저 빔은 상기 빔 재배치부 상면의 제1 영역으로 입사한 후 상기 빔 재배치부를 통과하면서 굴절되어 상기 빔 재배치부 아래에 위치한 대상 부재의 제2 영역에 조사되는 레이저 조사 장치를 제공한다.

Description

빔의 조사 영역을 재배치하는 빔 재배치부를 포함하여 이루어진 레이저 조사 장치 {The Laser Irradiating Apparatus consisting of Beam Rearrangement Part which control the Irradiation Area of the light}
본 발명은 빔의 조사 영역을 재배치하는 빔 재배치부를 포함하여 이루어진 레이저 조사 장치에 관한 것이다.
광원으로서 레이저를 이용하는 광학 시스템의 경우, 성질이 우수하고 큰 에너지를 가지는 빔을 장거리까지 방출할 수 있는 특징을 가지고 있기 때문에, 우주 통신, 정밀 공작, 의료, 물성 연구, 군사 등 광범위한 영역에서 활용되고 있다.
전자 장치는 반도체 칩 또는 반도체 패키지와 같은 다양한 전자 부품을 포함하고 있다. 상기 전자 부품은 솔더에 의해서 인쇄 회로 기판에 실장되어 있다. 따라서, 상기 전자 부품의 전극 패드를 상기 인쇄 회로 기판의 전극 패드와 접속하기 위하여 솔더링 공정이 요구된다.
다양한 크기의 전자 부품을 인쇄 회로 기판 위에 실장하기 위해선 다양한 크기의 솔더가 요구되고, 상기 다양한 크기의 솔더를 동시에 용융시키기 위하여 레이저 솔더링 기술이 이용될 수 있다.
레이저 솔더링이란 레이저 빔을 이용하여 솔더를 용융시키고 용융된 솔더 위에 전자 부품을 가압시켜 인쇄 회로 기판에 접속시키는 과정을 의미한다.
레이저 솔더링 과정에서는 레이저 빔을 균일화하고, 균일화한 레이저 빔을 대상 부재에 조사하게 되는데, 대상 부재의 중심 부분과 가장 자리 부분의 열 손실율이 달라, 중심 부분의 온도가 가장 자리 부분에 비해서 높아지는 현상이 생긴다. 중심 부분의 온도가 너무 올라가면 버닝 현상에 의해, 전자 부품을 사용하지 못하게 되고, 중심 부분의 온도를 적절한 온도로 조절하는 경우에는 가장 자리 부분이 목표하는 온도에 도달하지 못해 전자 부품이 인쇄 회로 기판 상에 접속되지 못할 수 있다.
다양한 크기의 전자 부품을 동시에 실장하기 위해서는 보다 큰 조사 면적을 갖는 레이저 조사 장치가 필요하다. 그러나, 하나의 레이저 조사 장치로 큰 조사 면적을 얻기 위해서는 높은 출력이 필요한데, 높은 출력의 레이저 빔의 경우에는 비용이 문제가 된다.
본 발명은 전술한 종래의 문제점을 해결하기 위해 고안된 것으로서, 빔 재배치부를 이용하여 레이저 빔의 세기 분포를 조절함으로써 대상 부재의 온도를 균일하게 상승시키는 레이저 조사 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 레이저 빔을 조사하는 빔 조사부; 및 상기 레이저 빔 중 적어도 일부의 이동경로를 조절하여 상기 레이저 빔의 조사 영역을 재배치하는 빔 재배치부를 포함하고, 상기 빔 재배치부는 제1 렌즈 어레이 및 상기 제1 렌즈 어레이와 중첩되는 제2 렌즈 어레이를 포함하고, 상기 레이저 빔은 상기 빔 재배치부 상면의 제1 영역으로 입사한 후 상기 빔 재배치부를 통과하면서 굴절되어 상기 빔 재배치부 아래에 위치한 대상 부재의 제2 영역에 조사되는 레이저 조사 장치를 제공한다.
이상과 같은 본 발명에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 광학 시스템을 이용하여, 다양한 크기, 모양 및 세기 분포를 갖도록 레이저 빔을 재배치하여 대상 부재의 크기, 모양에 맞게 레이저 빔을 최적화하여 사용할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 빔 재배치부를 이용하여 레이저 빔의 세기 분포를 자유자재로 조절할 수 있어, 대상 부재의 중심 부분의 온도와 가장 자리 부부의 온도를 균일하게 상승시킬 수 있어 전자 부품을 실장하는 과정에서 오류를 최소화할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 큰 면적의 대상 부재에 레이저 빔을 조사하는 경우에 있어서, 둘 이상의 레이저 조사 장치를 이용하더라도 레이저 조사 장치의 위치를 조정하지 않고도 멀티 빔을 형성할 수 있고, 나아가, 레이저 조사 장치의 각도를 기울여서 사용하지 않기 때문에 각 레이저 조사 장치의 각도에 따라 레이저 빔의 에너지 강도 분포를 추가적으로 조절할 필요가 없다.
본 발명의 효과는 이상에서 언급한 효과에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 다른 효과는 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 조사 장치의 개략도이다.
도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 빔 재배치부에 의해 레이저 빔이 재배치되는 것을 나타낸 개략도이다.
도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 조사 장치에 의해 형성된 제1 영역 및 제2 영역의 평면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 빔 재배치부의 개략도이다.
도 4a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 빔 재배치부에 의해 레이저 빔이 재배치되는 것을 나타낸 개략도이다.
도 4b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 레이저 조사 장치에 의해 형성된 제1 영역 및 제2 영역의 평면도이다.
도 5a는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 빔 재배치부에 의해 레이저 빔이 재배치되는 것을 나타낸 개략도이다.
도 5b, 도 5c 및 도 5d는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 레이저 조사 장치에 의해 형성된 제1 영역 및 제2 영역의 평면도이다.
도 6a는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 빔 재배치부에 의해 레이저 빔이 재배치되는 것을 나타낸 개략도이다.
도 6b 및 6c는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 레이저 조사 장치에 의해 형성된 제1 영역 및 제2 영역의 평면도이다.
도 7a는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 빔 재배치부에 의해 레이저 빔이 재배치되는 것을 나타낸 개략도이다.
도 7b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 레이저 조사 장치에 의해 형성된 제1 영역 및 제2 영역의 평면도이다.
도 7c는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 레이저 조사 장치에 의해 형성된 제2 영역의 에너지 강도를 나타낸 개략도이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 레이저 조사 장치의 개략도이다.
도 9a는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 빔 재배치부에 의해 레이저 빔이 재배치되는 것을 나타낸 개략도이다.
도 9b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 레이저 조사 장치에 의해 형성된 제2 영역 및 제4 영역의 평면도이다.
도 9c는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 레이저 조사 장치에 의해 형성된 제2 영역 및 제4 영역의 에너지 강도를 나타낸 개략도이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예들을 상세하게 설명한다. 다만, 아래에서 설명되는 실시 예들은 본 발명의 명확한 이해를 돕기 위한 예시적 목적으로 제시되는 것일 뿐, 본 발명의 범위를 제한하지 않는다.
본 발명의 실시 예들을 설명하기 위한 도면에 개시된 형상, 크기, 비율, 각도, 개수 등은 예시적인 것이므로, 본 발명이 도면에 도시된 사항에 한정되는 것은 아니다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 구성 요소는 동일 참조 부호로 지칭될 수 있다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그 상세한 설명은 생략된다.
본 명세서에서 언급된 '포함한다', '갖는다', '이루어진다' 등이 사용되는 경우 '~만'이라는 표현이 사용되지 않는 이상, 다른 부분이 추가될 수 있다. 구성 요소가 단수로 표현된 경우, 특별히 명시적인 기재 사항이 없는 한 복수를 포함한다. 또한, 구성 요소를 해석함에 있어서, 별도의 명시적 기재가 없더라도 오차 범위를 포함하는 것으로 해석한다.
위치 관계에 대한 설명일 경우, 예를 들어, '~상에', '~상부에', '~하부에', '~옆에' 등으로 두 부분의 위치 관계가 설명되는 경우, '바로' 또는 '직접'이라는 표현이 사용되지 않는 이상 두 부분 사이에 하나 이상의 다른 부분이 위치할 수 있다.
공간적으로 상대적인 용어인 "아래(below, beneath)", "하부 (lower)", "위(above)", "상부(upper)" 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 구성 요소들과 구성 요소들과의 상관관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용시 또는 동작시 구성 요소의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다. 예를 들면, 도면에 도시되어 있는 구성 요소를 뒤집을 경우, 다른 구성 요소의 "아래(below)" 또는 "아래(beneath)"로 기술된 구성 요소는 다른 구성 요소의 "위(above)"에 놓일 수 있다. 따라서, 예시적인 용어인 "아래"는 아래와 위의 방향을 모두 포함할 수 있다. 마찬가지로, 예시적인 용어인 "위" 또는 "상"은 위와 아래의 방향을 모두 포함할 수 있다.
시간 관계에 대한 설명일 경우, 예를 들어, '~후에', '~에 이어서', '~다음에', '~전에' 등으로 시간적 선후 관계가 설명되는 경우, '바로' 또는 '직접'이라는 표현이 사용되지 않는 이상 연속적이지 않은 경우도 포함할 수 있다.
제1, 제2 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않는다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있다.
"적어도 하나"의 용어는 하나 이상의 관련 항목으로부터 제시 가능한 모든 조합을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, "제1 항목, 제2 항목 및 제3 항목 중 적어도 하나"의 의미는 제1 항목, 제2 항목 또는 제3 항목 각각뿐만 아니라 제1 항목, 제2 항목 및 제3 항목 중에서 2개 이상으로부터 제시될 수 있는 모든 항목의 조합을 의미할 수 있다.
본 발명의 여러 실시 예들의 각각 특징들이 부분적으로 또는 전체적으로 서로 결합 또는 조합 가능하고, 기술적으로 다양한 연동 및 구동이 가능하며, 각 실시 예들이 서로에 대하여 독립적으로 실시 가능할 수도 있고 연관 관계로 함께 실시될 수도 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 레이저 조사 장치가 작동하는 과정에 관한 개략도이다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 조사 장치(100)의 개략도이다.
도 1a 및 도 1b에서 알 수 있듯이, 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 조사 장치(100)는 빔 조사부(110), 빔 균질화부(120) 및 빔 재배치부(130)를 포함하여 이루어지고, 일 실시예에 따른 상기 레이저 조사 장치(100)는 상기 레이저 조사 장치(100) 아래에 위치하는 대상 부재(200) 상에 레이저 빔을 조사한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 조사 장치(100)는 상기 빔 재배치부(130)를 포함하여 이루어짐으로써, 상기 대상 부재(200)의 모양 및 크기에 맞추어 다양한 모양 또는 크기의 레이저 빔을 조사할 수 있다.
상기 빔 조사부(110)는 레이저 빔을 만들어 방출한다. 상기 빔 조사부(110)에서 조사된 레이저 빔의 에너지 강도는 가우시안 분포(Gaussian Distribution)를 따른다. 따라서, 상기 레이저 빔은 중심부의 에너지 강도는 높고 상기 중심부를 기준으로 주변 영역으로 갈수록 에너지 강도가 낮아지는 형상의 에너지 분포를 가지게 된다.
상기 빔 균질화부(120)는 상기 빔 조사부(110)에서 방출된 레이저 빔을 균질화시킬 수 있다. 구체적으로, 상기 빔 조사부(110)에서 방출된 레이저 빔의 에너지 강도를 균질화시킬 수 있다. 예를 들어, 상기 빔 조사부(110)에서 통과된 레이저 빔이 가우시안 분포를 따르는 경우, 상기 가우시안 분포를 따르는 레이저 빔은 상기 빔 균질화부(120)를 통과하여 균질화됨으로써, 상기 레이저 빔의 에너지 강도는 플랫탑 분포를 따를 수 있다. 따라서, 상기 레이저 빔의 중심부의 에너지 강도와 상기 레이저 빔의 중심부의 에너지 강도가 균일하게 형성될 수 있다.
상기 빔 균질화부(120)는 예를 들어, 빔 호모지나이저(Beam Homogenizer) 또는, 콜리메이터(Collimater)를 포함할 수 있으며 이에 제한되지 않고 레이저 빔의 에너지 강도 분포를 균일하게 조절할 수 있는 다양한 구성을 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 빔 재배치부(130)는 상기 빔 균질화부(120)로부터 조사되는 균일한 에너지 강도의 레이저 빔 중 적어도 일부의 이동 경로를 조절하여 상기 레이저 빔의 조사 영역을 재배치하여 상기 대상 부재(200) 상에 다양한 세기, 모양 또는 크기의 레이저 빔으로 조사할 수 있다.
예를 들어, 도 1b에서 알 수 있듯이, 상기 빔 재배치부(130)에 의해 재배치된 레이저 빔의 조사 영역은 상기 대상 부재(200) 상에 중심부에는 빔이 조사되지 않는 원형으로 형성될 수 있다. 한편, 상기 빔 재배치부(130)가 레이저 빔 중 적어도 일부의 이동 경로를 조절하여 조사 영역을 재배치하는 원리에 대해서는 도 3a 및 도 3b를 통해 구체적으로 설명하도록 한다.
상기 대상 부재(200)는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 조사 장치(100)의 타겟이 될 수 있다. 상기 대상 부재(200)는, 예를 들어 PCB(Printed Circuit Board) 상에 위치하는 솔더(Solder)일 수 있다. 한편, 상기 대상 부재(200)는 이에 제한되는 것은 아니고, 레이저 빔이 조사될 수 있는 모든 피조사물이 될 수 있다.
도 2a, 도 4a, 도 5a 및 도 6a는 본 발명의 실시예에 따른 빔 재배치부에 의해 레이저 빔의 적어도 일부가 재배치되어 대상 부재 상면에 조사되는 것을 나타낸 개략도이다.
도 2a, 도 4a, 도 5a 및 도 6a의 실시예에 따르면, 상기 대상 부재(200) 상면에 조사되는 레이저 빔의 에너지 강도는 균일할 수 있다. 아래에서는 각각의 도면을 통해서 본 발명의 실시예에 따른 빔 재배치부(130)에 의해 레이저 빔이 어떻게 재배치되는지에 관하여 설명하도록 한다.
도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 빔 재배치부에 의해 레이저 빔이 재배치되는 것을 나타낸 개략도이다.
도 2a에서 알 수 있듯이, 재배치되기 전의 레이저 빔(140a)이 상기 빔 재배치부(130)에 의하여 재배치된 레이저 빔(140b)이 되고, 상기 재배치되기 전의 레이저 빔(140a)에 비하여 상기 재배치된 레이저 빔(140b)이 굴절되어 이동 경로가 변경될 수 있다.
도 2a에 따르면, 상기 재배치되기 전의 레이저 빔(140a)은 상기 빔 균질화부(120)에 의하여 균질화되어 에너지 강도의 분포가 균일한 레이저 빔일 수 있다. 나아가, 상기 재배치되기 전의 레이저 빔(140a)은 상기 빔 재배치부(130)의 상면에 조사되어 제1 영역(A1)을 형성할 수 있다. 상기 재배치되기 전의 레이저 빔(140a)을 제1 레이저 빔(140a)라 할 수 있다.
상기 제1 레이저 빔(140a)은 상기 빔 재배치부(130)에 의해 상기 제1 레이저 빔(140a) 중 적어도 일부의 이동 경로가 굴절되어 재배치될 수 있다. 본 발명의 실시예에 따르면, 상기 제1 레이저 빔(140a) 중 적어도 일부의 이동 경로가 상기 빔 재배치부(130)에 의하여 굴절되어 재배치될 수 있고, 상기 빔 재배치부(130)를 통과하여 재배치된 레이저 빔(140b)이 될 수 있다. 상기 재배치된 레이저 빔(140b)을 제2 레이저 빔(140b)이라 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제1 레이저 빔(140a)이 상기 빔 재배치부(130)에 의해 재배치되어 상기 제2 레이저 빔(140b)이 되고, 상기 제2 레이저 빔(140b)은 일측, 예로서 좌측으로 굴절되어 상기 대상 부재(200) 상에 조사될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제1 레이저 빔(140a)이 상기 빔 재배치부(130)에 의해 재배치되어 상기 제1 레이저 빔(140a)과 상기 제2 레이저 빔(140b)의 이동 경로가 달라질 수 있다. 구체적으로, 상기 제2 레이저 빔(140b)의 이동 경로는 상기 제1 레이저 빔(140a)과 일정 각도를 형성하도록 재배치될 수 있다.
상기 제2 레이저 빔(140b)은 상기 대상 부재(200) 상에 조사되어 제2 영역(A2)을 형성할 수 있다. 본 발명의 실시예에 따르면, 상기 제2 영역(A2)은 상기 제1 영역(A1)에 비해 상대적으로 왼쪽으로 치우쳐 형성될 수 있다. 이때, 상기 제2 영역(A2)의 에너지 강도의 분포는 상기 제1 영역(A1)의 에너지 강도의 분포와 동일할 수 있다. 즉, 상기 제2 영역(A2)의 에너지 강도의 분포는 균일할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제2 영역(A2)이 상기 제1 영역(A1)의 일측에 형성되고, 상기 제2 영역(A2)의 에너지 강도의 분포가 상기 제1 영역(A1)의 에너지 강도의 분포와 동일하게 형성됨으로써, 상기 레이저 조사 장치(100)의 위치를 조정하지 않거나 또는 상기 레이저 조사 장치(100)의 빔 조사부(110)의 각도를 기울이지 않고도 레이저 빔이 상기 대상 부재(200) 상에 조사되는 위치를 조절할 수 있다.
도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 빔 재배치부에 의해 레이저 빔이 재배치되는 것을 나타낸 개략도이다. 이때, 도 2b는 도 2a의 실시예를 평면 상에서 바라본 평면도에 해당한다.
도 2b에서 알 수 있듯이, 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 조사 장치(100)에 의해, 상기 대상 부재(200) 상에는 상기 제2 영역(A2)이 형성되고 상기 빔 재배치부(130) 상에는 점선으로 도시된 상기 제1 영역(A1)이 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 제1 영역(A1)의 일부는 상기 제2 영역(A2)과 중첩하고, 상기 제1 영역(A1)의 나머지 부분은 상기 제2 영역(A2)과 중첩하지 않는다. 또한, 상기 제2 영역(A2)의 일부는 상기 제1 영역(A1)과 중첩하고, 상기 제2 영역(A2)의 나머지 부분은 상기 제1 영역(A1)과 중첩하지 않는다.
구체적으로, 상기 제2 영역(A2)은 상기 제1 영역(A1)의 일측 예로서 좌측에 형성될 수 있으며, 이때, 상기 제1 영역(A1) 및 제2 영역(A2)의 면적은 동일하게 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면 상기 빔 재배치부(130)에 의해서 상기 제2 영역(A2)이 상기 제1 영역(A1)의 일측에 형성되도록 레이저 빔을 재배치될 수 있다. 이와 같이 형성됨으로써, 본 발명의 실시예에 따른 레이저 조사 장치(100)는 장치의 위치를 조정하거나 또는 상기 빔 조사부(110)의 각도를 기울이지 않고도 레이저 빔이 상기 대상 부재(200) 상에 도달하는 위치를 자유자재로 조절할 수 있다.
도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따른 빔 재배치부의 개략도이다. 도 3a에서는 도 2a에서 상기 빔 재배치부를 구체적으로 설명하는 도면에 해당한다.
상기 빔 재배치부(130)는 복수의 렌즈 어레이(131)를 포함하여 이루어진다. 이때, 상기 복수의 렌즈 어레이(131)는 제1 렌즈 어레이(131a), 제2 렌즈 어레이(131b), … 및 제n 렌즈 어레이(131n)를 포함하여 이루어진다. 이때, 상기 각각의 렌즈 어레이(131a, 131b, …,131n)는 적어도 하나의 볼록부(v) 및 적어도 하나의 평면부(f)를 포함하여 이루어지거나 또는, 적어도 하나의 오목부(c) 및 적어도 하나의 평면부(f)를 포함하여 이루어질 수 있다. 이와 관련해서는 도 3a의 확대 도면인 도 3b에서 구체적으로 설명하도록 한다.
상기 각각의 렌즈 어레이(131a, 131b, …, 131n)는 서로 중첩하여 형성됨으로써, 상기 제1 렌즈 어레이(131a)를 통과하는 상기 제1 레이저 빔(140a)의 이동 경로가 재배치되어 상기 제2 렌즈 어레이(131b)를 통과하여 지나가고, 상기 제2 렌즈 어레이(131b)를 통과하는 레이저 빔의 이동 경로가 다시 재배치되는 과정을 반복하고 마지막으로, 상기 제n 렌즈 어레이(131n)를 통과함으로써 이동 경로가 최종적으로 재배치된 상기 제2 레이저 빔(140b)이 형성될 수 있다.
상기 복수의 렌즈 어레이(131) 각각에 구비되는 렌즈의 크기, 렌즈의 곡률 및 렌즈 어레이 사이의 거리 등을 조절하는 것으로 상기 제1 레이저 빔(140a)의 이동 경로를 재배치하여 원하는 형태 및 세기로 자유자재로 재배치하여 상기 제2 레이저 빔(140b)을 형성할 수 있다.
아래에서는 도 3a의 확대도인 도 3b를 참고하여 상기 복수의 렌즈 어레이(131)가 레이저 빔을 재배치하는 원리에 대해서 설명하도록 한다. 한편, 설명의 편의를 위하여, 상기 제1 렌즈 어레이(131a) 및 제2 렌즈 어레이(131b)의 일부를 이용하여 레이저 빔이 재배치되는 원리를 설명하도록 한다.
도 3b는 도 3a 상기 빔 재배치부(130)의 일부를 확대한 확대도이다.
도 3b에서 알 수 있듯이, 상기 제1 렌즈 어레이(131a)는 적어도 하나의 볼록부(v) 및 적어도 하나의 평면부(fa)를 포함하여 이루어지고, 상기 제2 렌즈 어레이(131b)는 적어도 하나의 오목부(c) 및 적어도 하나의 평면부(fb)를 포함하여 이루어질 수 있다. 한편, 앞서 설명한 바와 같이, 상기 제1 렌즈 어레이(131a) 및 제2 렌즈 어레이(131b)는 이에 제한되는 것은 아니고 렌즈의 크기, 렌즈의 곡률 및 각 어레이 사이의 거리 등 다양한 조합에 의해서 당업자의 지식에 따라 제조될 수 있다.
상기 제1 렌즈 어레이(131a) 및 제2 렌즈 어레이(131b)는 서로 중첩하여 형성될 수 있다. 이때, 도 3b에서 알 수 있듯이, 상기 제1 렌즈 어레이(131a)는 제1 볼록부(v1), 제2 볼록부(v2) 및 제1 평면부(fa1)를 포함하고, 상기 제2 렌즈 어레이(131b)는 제1 오목부(c1), 제2 오목부(c2) 및 제1 평면부(fb1)를 포함하여 이루어진다.
상기 제1 렌즈 어레이(131a)는, 예를 들어, 상기 제1 볼록부(v1)가 도면 상의 좌측에 구비되고, 상기 제2 볼록부(v2)가 도면 상의 우측에 구비되며, 상기 제1 평면부(fa1)는 상기 제1 볼록부(v1) 및 제2 볼록부(v2) 사이에 구비될 수 있다. 본 발명의 실시예에 따르면, 제1 볼록부(v1) 및 제2 볼록부(v2)의 크기는 동일하고 동일한 형상일 수 있으며, 동일한 곡률을 가질 수 있다. 한편, 이에 제한되는 것은 아니고 서로 다른 크기, 서로 다른 형상 및 서로 다른 곡률을 가질 수 있다.
상기 제2 렌즈 어레이(131b)는, 예를 들어, 상기 제1 오목부(c1)가 도면 상의 좌측에 구비되고, 상기 제2 오목부(c2)가 도면 상의 우측에 구비되며, 상기 제1 평면부(fb1)는 상기 제1 오목부(c1) 및 제2 오목부(c2) 사이에 구비될 수 있다. 본 발명의 실시예에 따르면, 제1 오목부(c1) 및 제2 오목부(c2)의 크기는 동일하고 동일한 형상일 수 있으며, 동일한 곡률을 가질 수 있다. 한편, 이에 제한되는 것은 아니고 서로 다른 크기, 서로 다른 형상 및 서로 다른 곡률을 가질 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 제1 볼록부(v1)는 상기 제1 오목부(c1)와 중첩하고, 상기 제2 볼록부(v2)는 상기 제2 오목부(c2)와 중첩하며 상기 제1 평면부(fa1)는 상기 제2 평면부(fa2)와 중첩할 수 있다. 따라서, 상기 제1 볼록부(v1)를 통과하는 평행한 상기 제1 레이저 빔(140a)은 상기 제1 볼록부(v1)의 중심 방향으로 레이저 빔이 모이게 되고, 상기 제1 볼록부(v1)를 지나 모인 레이저 빔은 다시 상기 제1 오목부(c1)를 통과하면서 상기 제1 오목부(c1)의 중심을 기준으로 퍼지게 된다. 상기 제1 렌즈 어레이(131a)의 제1 평면부(fa1)를 통과한 레이저 빔은 재배치되지 않고 그대로 투과하여 상기 제2 렌즈 어레이(131b)의 제1 평면부(fb1)를 통과하게 된다. 나아가, 상기 제2 볼록부(v2) 및 제2 오목부(c2)를 통과하는 레이저 빔은 상기 제1 볼록부(v1) 및 제1 오목부(c1)를 통과하는 레이저 빔과 동일한 경로로 재배치되어 통과할 수 있다.
결국, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 빔 재배치부(130)에 의해 상기 제1 볼록부(v1)와 제1 오목부(c1)를 통과하는 레이저 빔과 상기 제2 볼록부(v2)와 제2 오목부(c2)를 통과하는 레이저 빔은 상기 레이저 빔의 이동 경로가 재배치되고, 상기 제1 렌즈 어레이(131a)의 제1 평면부(fa1)와 제2 렌즈 어레이(131b)의 제1 평면부(fb1)를 통과하는 레이저 빔은 이동 경로가 재배치되지 않을 수 있다.
한편, 상기 제1 렌즈 어레이(131a) 및 제2 렌즈 어레이(131b)가 중첩되는 방식은 이에 제한되는 것은 아니고, 상기 제1 볼록부(v1)가 상기 제2 렌즈 어레이(131b)의 제1 평면부(fb1)와 중첩하고, 상기 제1 렌즈 어레이(131a)의 제1 평면부(fa1)가 상기 제1 오목부(c1)와 중첩할 수도 있다. 또한, 도시하지는 않았지만, 상기 제1 렌즈 어레이(131a)에 구비된 제1 볼록부(v1)의 일부가 상기 제1 오목부(c1)와 중첩하면서 상기 제1 볼록부(v1)의 나머지 일부가 상기 제2 렌즈 어레이(131b)의 상기 제1 평면부(fb1)와 중첩하도록 설계될 수도 있다.
이와 같이, 상기 빔 재배치부(130)에 구비된 각각의 렌즈 어레이(131)를 조합하여 상기 제2 레이저 빔(140b)이 재배치되는 경로를 자유자재로 조절할 수 있다.
나아가, 상기 제2 레이저 빔(140b)이 재배치되는 경로를 조절하여 상기 제2 영역(A2)의 세기 분포를 조절할 수 있다. 예를 들어, 상기 복수의 렌즈 어레이(131)를 조절하여, 상기 제2 영역(A2)의 일측에는 더 많은 양의 레이저 빔이 재배치되도록 이동 경로를 조절하고, 상기 제2 영역(A2)의 타측에는 적은 양의 레이저 빔이 재배치되도록 이동 경로를 조절함으로써, 상기 제2 영역(A2)의 세기 분포를 조절할 수 있다.
또한, 상기 제2 레이저 빔(140b)이 재배치되는 경로를 조절하여 상기 제2 영역(A2)의 모양을 조절할 수도 있다. 예를 들어, 상기 제1 영역(A1)의 모양이 정사각형인 경우에, 상기 제1 영역(A1)의 일측 및 타측에 조사되는 상기 제1 레이저 빔(140a)의 일부를 상기 정사각형의 중심으로 향하도록 이동 경로를 재배치하는 것으로서 상기 제2 영역(A2)의 모양을 직사각형으로 형성할 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따르면 상기 빔 재배치부(130)에 의해서 상기 제2 레이저 빔(140b)에 의해 형성된 상기 제2 영역(A2)의 이동 경로, 세기 분포, 크기 및 모양을 다양하게 조절할 수 있다.
도 4a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 빔 재배치부에 의해 레이저 빔이 재배치되는 것을 나타낸 개략도이다. 한편, 도 4a에 따른 실시예는 도 2a에 따른 실시예와 상기 제2 레이저 빔(140b)이 재배치된 형태를 제외하고는 동일하므로, 아래에서는 상이한 점을 위주로 설명하도록 한다.
도 4a에서 알 수 있듯이, 상기 제1 레이저 빔(140a)이 상기 빔 재배치부(130)에 의해서 이동 경로가 재배치되어 상기 제2 레이저 빔(140b)이 될 수 있고, 본 발명의 실시예에 따르면, 상기 제2 레이저 빔(140b)은 상기 제1 레이저 빔(140a)보다 일측 및 타측 방향, 예로서 좌측 및 우측 방향으로 확대될 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따르면, 상기 제2 영역(A2)의 면적은 상기 제1 영역(A1)의 면적보다 넓게 형성될 수 있다.
도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 빔 재배치부에 의해 레이저 빔이 재배치되는 것을 나타낸 개략도이다. 이때, 도 4b는 도 4a의 실시예를 평면 상에서 바라본 평면도에 해당된다. 한편, 도 4b에 따른 실시예는 도 2b에 따른 실시예와 상기 제2 레이저 빔(140b)이 재배치된 형태를 제외하고는 동일하므로, 아래에서는 상이한 점을 위주로 설명하도록 한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 제1 영역(A1)의 전체는 상기 제2 영역(A2)과 중첩하고, 상기 제2 영역(A2)의 일부는 상기 제1 영역(A1)과는 중첩하고, 상기 제2 영역(A2)의 나머지 부분은 상기 제1 영역(A1)과 중첩하지 않는다.
도 4b에서 알 수 있듯이, 상기 제2 레이저 빔(140b)이 상기 대상 부재(200) 상면에 조사되면서 형성된 상기 제2 영역(A2)은 상기 제1 영역(A1)보다 넓게 형성될 수 있다.
상기 제2 영역(A2)의 면적이 상기 제1 영역(A1)의 면적보다 넓게 형성되고 상기 제2 영역(A2)의 전체 에너지는 상기 제1 영역(A1)의 전체 에너지와 동일하기 때문에, 상기 제2 영역(A2)의 단위 면적 당 레이저 빔의 에너지는 상기 제1 영역(A1)의 단위 면적당 에너지보다 낮게 형성될 수 있다.
도 5a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 빔 재배치부에 의해 레이저 빔이 재배치되는 것을 나타낸 개략도이다. 한편, 도 5a에 따른 실시예는 도 4a에 따른 실시예와 상기 제2 레이저 빔(140b)이 재배치된 형태를 제외하고는 동일하므로, 아래에서는 상이한 점을 위주로 설명하도록 한다.
도 5a에서 알 수 있듯이, 상기 제1 레이저 빔(140a)이 상기 빔 재배치부(130)에 의해서 이동 경로가 재배치되어 상기 제2 레이저 빔(140b)이 될 수 있고, 상기 제2 레이저 빔(140b)은 상기 제1 레이저 빔(140a)보다 일측 및 타측 방향, 예로서 좌측 및 우측 방향으로 축소될 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따르면, 상기 제2 영역(A2)의 면적은 상기 제1 영역(A1)의 면적보다 작게 형성될 수 있다.
도 5b, 도 5c 및 도 5d는 본 발명의 일 실시예에 따른 빔 재배치부에 의해 레이저 빔이 재배치되는 것을 나타낸 개략도이다. 이때, 도 5b, 도 5c 및 도 5d는 도 5a의 실시예를 평면 상에서 바라본 평면도에 해당된다. 한편, 5b, 도 5c 및 도 5d에 따른 실시예는 도 4b에 따른 실시예와 상기 제2 레이저 빔(140b)이 재배치된 형태를 제외하고는 동일하므로, 아래에서는 상이한 점을 위주로 설명하도록 한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 제1 영역(A1)의 일부는 상기 제2 영역(A2)과 중첩하고, 상기 제1 영역(A1)의 나머지 부분은 상기 제2 영역(A2)과는 중첩하지 않는다. 그리고, 상기 제2 영역(A2)의 전체는 상기 제1 영역(A1)과 중첩한다.
5b, 도 5c 및 도 5d에서 알 수 있듯이, 상기 제2 레이저 빔(140b)이 상기 대상 부재(200) 상면에 조사되면서 형성된 상기 제2 영역(A2)은 상기 제1 영역(A1)보다 작게 형성될 수 있다.
한편, 상기 제2 영역(A2)의 면적이 상기 제1 영역(A1)의 면적보다 좁게 형성되고 상기 제2 영역(A2)의 에너지는 상기 제1 영역(A1)의 에너지와 동일하기 때문에, 상기 제2 영역(A2)의 단위 면적 당 레이저 빔의 에너지는 상기 제1 영역(A1)의 단위 면적당 에너지보다 크게 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 제2 영역(A2)은 상기 제1 영역(A1)과 다른 모양으로 형성될 수도 있다. 본 발명의 실시예에 따른 상기 빔 재배치부(130)에 의해 상기 제1 레이저 빔(140a)의 이동 경로는 다양하게 변화할 수 있고, 이를 통해, 상기 재배치된 제2 레이저 빔(140b)이 조사되어 형성되는 상기 제2 영역(A2)은 다양한 모양으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 도 5b의 실시예에 따르면, 상기 제2 영역(A2)은 상기 제1 영역(A1)과 동일한 모양인 사각형의 모양으로 형성될 수 있고, 도 5c의 실시예에 따르면, 상기 제2 영역(A2)은 상기 제1 영역(A1)과 동일하지 않은 모양인 육각형의 모양으로 형성될 수 있으며, 도 5d의 실시예에 따르면, 상기 제2 영역(A2)은 상기 제1 영역(A1)과 동일하지 않은 모양인 원형으로 형성될 수도 있다. 한편, 상기 제2 영역(A2)의 모양은 상기 도 5b 내지 도 5d의 실시예에 제한되는 것은 아니고 당업자의 지식에 따라 상기 빔 재배치부(130)의 상기 복수의 렌즈 어레이(131)를 다양하게 조합하여 다양한 형태로 형성될 수 있다.
도 6a는 본 발명의 실시예에 따른 빔 재배치부의 개략도이다. 한편, 도 6a에 따른 실시예는 도 5a에 따른 실시예와 상기 제2 레이저 빔(140b)이 재배치된 형태를 제외하고는 동일하므로, 아래에서는 상이한 점을 위주로 설명하도록 한다.
도 6a에서 알 수 있듯이, 본 발명의 실시예에 따르면, 상기 제2 레이저 빔(140b)이 상기 대상 부재(200) 상에 조사되어 형성된 상기 제2 영역(A2)은 중심 부분에 레이저 빔이 도달하지 않고 상기 중심부의 일측 및 타측에만 레이저 빔이 도달하는 형태로 형성될 수 있다. 이때, 상기 제2 영역(A2)의 일단, 예로서 좌측 끝단은 상기 제1 영역(A1)의 좌측 끝단과 일치할 수 있고, 상기 제2 영역(A2)의 타단, 예로서 우측 끝단은 상기 제1 영역(A1)의 우측 끝단과 일치할 수 있다.
한편, 상기 제2 영역(A2)은 상기 중심부를 기준으로 상기 중심부의 좌측 및 우측이 동일하게 형성되는 형태에 제한되는 것은 아니고, 상기 좌측 영역이 상기 우측 영역보다 크게 형성될 수도 있다.
도 6b 및 도 6c는 본 발명의 일 실시예에 따른 빔 재배치부에 의해 레이저 빔이 재배치되는 것을 나타낸 개략도이다. 이때, 도 6b 및 도 6c는 도 6a의 실시예를 평면 상에서 바라본 평면도에 해당된다. 한편, 6b 및 도 6c에 따른 실시예는 도 5b에 따른 실시예와 상기 제2 레이저 빔(140b)이 재배치된 형태를 제외하고는 동일하므로, 아래에서는 상이한 점을 위주로 설명하도록 한다.
도 6b에서 알 수 있듯이, 상기 제2 영역(A2)은 빔이 조사되지 않은 중앙의 영역을 둘러싸는 사각형 모양의 도넛 형태로 이루어질 수 있다. 한편, 도넛의 형태는 사각형 모양의 도넛 형태에 제한되는 것은 아니고, 도 6c에 따른 실시예와 같이, 상기 제2 영역(A2)은 빔이 조사되지 않은 중앙의 영역을 둘러싸는 원 모양의 도넛 형태로 이루어질 수도 있다.
도 7a는 본 발명의 실시예에 따른 빔 재배치부의 개략도이다. 한편, 도 7a에 따른 실시예는 도 6a에 따른 실시예와 상기 제2 레이저 빔(140b)이 재배치된 형태를 제외하고는 동일하므로, 아래에서는 상이한 점을 위주로 설명하도록 한다.
도 7a에 따른 실시예는 도 6a와 유사하게, 상기 제2 레이저 빔(140b)이 상기 대상 부재(200) 상면에 조사되면서 상기 제2 영역(A2)을 형성하고, 이때, 상기 제2 영역(A2)의 에너지 강도의 분포는 불균일할 수 있다.
구체적으로, 상기 제2 영역(A2)의 가운데 중심 부분의 세기는 상기 제2 영역(A2)의 중심 부분의 일측 및 타측, 예로서 좌측 및 우측에 조사되는 에너지 강도의 세기보다 낮게 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 빔 재배치부(130)에 의해 재배치된 레이저 빔은 에너지 분포가 균일하지 않고 불균일하게 형성될 수 있다. 상기 빔 재배치부(130)에 의해서 상기 제2 영역(A2)의 에너지 강도의 분포를 조절할 수 있다. 따라서, 도 7a에 제한되지 않고 상기 제2 영역(A2)의 중심 부분에 조사되는 에너지 강도를 상기 제2 영역(A2)의 외측 부분에 조사되는 에너지 강도보다 크게할 수 있다.
도 7b는 본 발명의 일 실시예에 따른 빔 재배치부에 의해 레이저 빔이 재배치되는 것을 나타낸 개략도이다. 이때, 도 7b는 도 7a의 실시예를 평면 상에서 바라본 평면도에 해당된다. 한편, 7b에 따른 실시예는 도 6b에 따른 실시예와 상기 제2 레이저 빔(140b)이 재배치된 형태를 제외하고는 동일하므로, 아래에서는 상이한 점을 위주로 설명하도록 한다.
도 7b에 따르면, 상기 제2 영역(A2)은 상기 제1 영역(A1)과 중첩될 수 있다. 이때, 상기 빔 재배치부(130)에 의해서 상기 제2 영역(A2)의 에너지 강도의 분포가 균일하지 않도록 조절될 수 있는데, 아래에서 이에 관하여 설명하도록 한다.
상기 균질화된 제1 레이저 빔(140a)이 상기 빔 재배치부(130)에 의해 재배치되지 않고 상기 대상 부재(200) 상에 조사되는 경우에는 상기 대상 부재(200)의 중심 부분이 상기 대상 부재(200)의 외측 부분에 비해 온도가 더 빨리 상승하게 되고, 레이저 빔 조사가 완료되면 상기 대상 부재(200)의 중심 부분이 상기 대상 부재(200)의 외측 부분에 비해 온도가 더 빨리 감소하게 된다. 균질화된 레이저 빔을 상기 대상 부재(200)에 조사하더라도 온도차이가 발생하는 이유는, 상기 대상 부재(200)의 외측 부분에서의 열손실율이 상기 대상 부재(200)의 중심부분에서의 열손실율보다 크기 때문이다.
한편, 본 발명의 실시예에 따르면, 상기 빔 재배치부(130)에 의해서 재배치된 레이저 빔인 상기 제2 레이저 빔(140b)이 상기 제2 영역(A2)을 형성하고, 상기 제2 영역(A2)의 에너지 강도의 분포는 상기 제2 영역(A2)의 중심 부분의 에너지 강도는 낮고, 상기 제2 영역(A2)의 외측 부분의 에너지 강도는 높아지도록 형성할 수 있다.
구체적으로, 상기 제2 영역(A2) 상에 단면 I-I'에 대하여, 상기 제2 영역(A2)의 일단, 예로서 좌측 끝단으로부터 제1 지점(Pa1)까지를 제1 서브 영역(S1)이라 하고, 상기 제1 지점(Pa1)으로부터 제2 지점(Pa2)까지를 제2 서브 영역(S2)이라 하고, 상기 제2 지점(Pa2)으로부터 제3 지점(Pa3)까지를 제3 서브 영역(S3)이라 하고, 상기 제3 지점(Pa3)로부터 제4 지점(Pa4)까지를 제4 서브 영역(S4)이라 하고, 상기 제4 지점(Pa4)로부터 상기 제2 영역(A2)의 타단, 예로서 우측 끝단까지를 제5 서브 영역(S5)이라 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 제1 서브 영역(S1)과 상기 제2 서브 영역(S2) 사이의 에너지 강도 및 상기 제4 서브 영역(S4)과 상기 제5 서브 영역(S5) 사이의 에너지 강도는 제1 타겟값(T1)으로 상대적으로 높게 형성되고 상기 제3 서브 영역(S3)의 에너지 강도는 제2 타겟값(T2)으로 상대적으로 낮게 형성될 수 있다. 따라서, 상기 제2 영역(A2)의 중심 부분에 도달하는 레이저 빔의 강도를 상기 제2 영역(A2)의 외측 부분에 도달하는 레이저 빔의 강도보다 낮도록 형성함으로써, 상기 대상 부재(200)의 온도 차이가 최소화되도록 형성될 수 있다. 한편, 각 서브 영역에서의 에너지 강도의 분포에 대해서는 도 7c를 통해서 설명하도록 한다.
도 7c는 본 발명의 실시예에 따른 제2 영역의 에너지 강도의 분포 그래프이다. 이때, 도 7c의 그래프는 도 7b의 I-I' 단면의 에너지 강도의 분포 그래프이다.
도 7c에서 알 수 있듯이, 본 발명의 실시예에 따른 상기 빔 재배치부(130)에 의해서, 재배치된 상기 제2 레이저 빔(140b)이 도 7c의 그래프와 같은 에너지 분포를 갖도록 상기 제2 영역(A2)이 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 제2 영역(A2)의 에너지 강도는 제1 서브 영역(S1)에서는 기준값(R)에서 제1 타겟값(T1)까지 증가하고, 상기 제2 서브 영역(S2) 에서는 상기 제1 타겟값(T1)에서 제2 타겟값(T2)까지 감소하며, 상기 제3 서브 영역(S3)에서는 상기 제2 타겟값(T2)으로 일정하게 유지되고, 상기 제4 서브 영역(S4)에서는 상기 제2 타겟값(T2)에서 다시 상기 제1 타겟값(T1)으로 상승하며, 상기 제5 서브 영역(S5)에서는 상기 제1 타겟값(T1)에서 상기 기준값(R)으로 감소할 수 있다. 한편, 본 발명의 실시예에 따르면, 상기 기준값(R)은 0일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 제2 영역(A2)의 에너지 강도의 분포가 위와 같이 형성됨으로써, 상기 대상 부재(200)의 중심 부분의 에너지 강도는 상기 대상 부재(200)의 외측 부분의 에너지 강도보다 낮게 형성될 수 있다. 따라서, 상기 대상 부재(200)의 중심 부분이 외측 부분보다 더 온도가 높게 상승하여 상기 대상 부재(200)의 중심 부분과 외측 부분의 온도 분포를 균일하게 하여 상기 대상 부재(200), 예를 들어, 솔더를 균일하게 용융시킬 수 있다. 한편, 상기 제2 영역(A2)의 세기 분포는 이와 같은 형태에 제한되는 것은 아니다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 레이저 조사 장치를 2개 이용하여, 각각의 레이저 조사 장치에 구비된 빔 재배치부에 의해 레이저 빔이 재배치되는 것을 나타낸 개략도이다. 한편, 도 8의 실시예에 따른 각각의 레이저 조사 장치는 도 1에 따른 레이저 조사 장치와 동일하므로 이하 상이한 구성 위주로 설명하도록 한다.
도 8에서 알 수 있듯이, 본 발명의 실시예에 따른 레이저 조사 장치(100)는 제1 레이저 조사 장치(100a) 및 제2 레이저 조사 장치(100b)를 포함하여 이루어질 수 있다. 이때, 상기 제1 레이저 조사 장치(100a)는 제1 빔 조사부(110a), 제1 빔 균질화부(120a) 및 제1 빔 재배치부(130a)를 포함하고, 상기 제2 레이저 조사 장치(100b)는 제2 빔 조사부(110b), 제2 빔 균질화부(120b) 및 제2 빔 재배치부(130b)를 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 각각의 레이저 조사 장치(100a, 100b)는 상기 대상 부재(200) 상에 재배치된 레이저 빔을 조사할 수 있다.
도 9a는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 빔 재배치부에 의해 레이저 빔이 재배치되는 모습을 나타낸 개략도이다.
도 9a에서 알 수 있듯이, 상기 제1 레이저 조사 장치(100a) 및 제2 레이저 조사 장치(100b)에 의해 레이저 빔이 재배치되어 상기 대상 부재(200) 상으로 조사될 수 있다.
상기 제1 레이저 조사 장치(100a)는 제1 빔 조사부(110a) 및 제1 빔 균질화부(120a)를 통해서 재배치되기 전의 제1 레이저 빔(140a)을 조사한다. 이때, 상기 제1 레이저 빔(140a)은 균질화된 평행빔에 해당될 수 있다.
상기 제1 레이저 빔(140a)은 상기 제1 빔 재배치부(130a) 상에 조사되어 제1 영역(A1)을 형성하고, 상기 제1 빔 재배치부(130a)에 의해 이동 경로가 재배치되어 상기 제2 레이저 빔(140b)이 된다.
상기 제2 레이저 빔(140b)은 상기 대상 부재(200) 상에 조사되어 상기 대상 부재(200) 상면에 제2 영역(A2)을 형성할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 제2 레이저 조사 장치(100b)는 상기 제1 레이저 조사 장치(100a)의 일측, 예로서 도면상의 우측에 형성될 수 있다.
상기 제2 레이저 조사 장치(100b)는 제2 빔 조사부(110b) 및 제2 빔 균질화부(120b)를 통해서 재배치되기 전의 제3 레이저 빔(140c)을 조사한다. 이때, 상기 제3 레이저 빔(140c)은 균질화된 평행빔에 해당될 수 있다.
상기 제3 레이저 빔(140c)은 상기 제2 빔 재배치부(130b) 상에 조사되어 제3 영역(A3)을 형성하고, 상기 제2 빔 재배치부(130b)에 의해 이동 경로가 재배치되어 상기 제4 레이저 빔(140d)이 된다.
상기 제4 레이저 빔(140d)은 상기 대상 부재(200) 상에 조사되어 상기 대상 부재(200) 상면에 제4 영역(A4)을 형성할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 제1 레이저 조사 장치(100a) 및 제2 레이저 조사 장치(100b)를 통해서 넓은 면적의 멀티 빔을 형성할 수 있다. 상기 재배치된 제2 레이저 빔(140b) 및 제4 레이저 빔(140d)에 의해 멀티 빔을 형성할 수 있기 때문에, 상기 제1 빔 조사부(110a) 및 제2 빔 조사부(110b)의 각도를 기울일 필요가 없다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따르면, 상기 제1 빔 조사부(110a) 및 제2 빔 조사부(110b)를 종래와 같이 각도를 기울여서 레이저 빔을 조사할 필요가 없다. 상기 제1 빔 조사부(110a)에서 조사되는 레이저 빔과 상기 제2 빔 조사부(110b)에서 조사되는 레이저 빔은 서로 평행할 수 있다.
상기 대상 부재(200)의 면적이 큰 경우에는 그에 맞추어 조사되는 레이저 빔의 면적도 커질 필요가 있다. 그러나, 하나의 레이저 조사 장치로 큰 면적의 빔을 형성하기 위해서는 상기 대상 부재(200)에 조사되는 레이저 조사 장치의 단위 면적당 에너지 강도가 낮아져 상기 대상 부재(200)에 필요한 에너지를 전달하지 못할 수 있고, 둘 이상의 레이저 조사 장치를 이용하는 경우에는 레이저 조사 장치의 크기 등에 대한 제한으로 각각의 레이저 조사 장치의 단면이 서로 일치하는 연속적인 큰 레이저 빔을 만들어내기 쉽지 않다. 따라서, 둘 이상의 레이저 조사 장치를 이용하는 경우에는 빔 조사부의 각도를 기울여서 사용해야 하고, 이 경우에는 조사되는 에너지 빔의 출력을 다시 조정해서 사용해야한다.
본 발명의 실시예에 따른 레이저 조사 장치(100)는 제1 레이저 조사 장치(100a) 및 제2 레이저 조사 장치(100b)의 2개의 레이저 조사 장치를 포함하여 이루어진다. 한편, 상기 제1 레이저 조사 장치(100a)는 상기 제1 빔 재배치부(130a)에 의해 레이저 빔의 이동경로를 조절하여, 도 2a에서 설명한 것과 같이, 상기 제1 레이저 빔(140a)이 조사되어 형성되는 상기 제1 영역(A1)의 일측 하면에 상기 제2 영역(A2)이 형성될 수 있다.
또한, 상기 제2 레이저 조사 장치(100b)는 상기 제2 빔 재배치부(130b)에 의해 레이저 빔의 이동경로를 조절하여, 도 2a에서 설명한 것과 같이, 상기 제3 레이저 빔(140b)이 조사되어 형성되는 상기 제3 영역(A3)의 일측 하면에 상기 제4 영역(A4)이 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 제2 영역(A2) 일단, 예로서 우측 끝단이 상기 제4 영역(A4)의 일단, 예로서 좌측 끝단과 일치함으로써 상기 제2 영역(A2) 및 제4 영역(A4)의 면적을 합친 크기의 면적을 갖는 멀티 빔이 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 제1 빔 재배치부(130a) 및 제2 빔 재배치부(130b)에 의해서 상기 제1 빔 조사부(110a) 및 제2 빔 조사부(110b)의 각도를 기울이지 않고 넓은 면적을 갖는 멀티 빔이 형성될 수 있기 때문에, 별도의 에너지 빔의 세기 분포를 조절할 필요가 없다. 나아가, 상기 제2 레이저 빔(140b) 및 제4 레이저 빔(140d)이 굴절되어 재배치되어 형성됨으로써, 상기 각각의 레이저 조사 장치(100a, 100b)의 크기 제한이 있더라도 연속적으로 형성된 멀티 빔을 구현할 수 있다.
도 9b는 본 발명의 실시예에 따른 빔 재배치부에 의해 재배치된 레이저 빔의 개략도이다. 이때, 도 9b는 도 9a의 II-II' 단면에 대한 평면도이다.
도 9b에서 알 수 있듯이, 상기 제2 레이저 빔(140b) 및 제4 레이저 빔(140d)은 상기 대상 부재(200) 상에 조사되어 상기 제2 영역(A2) 및 제4 영역(A4)을 형성할 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이, 상기 제2 영역(A2)의 일단과 상기 제4 영역(A4)의 일단이 일치하도록 형성됨으로써, 본 발명의 실시예에 따른 레이저 조사 장치(100)는 멀티빔을 형성할 수 있다.
이때, 상기 제2 영역(A2) 및 제4 영역(A4) 상에 단면 II-II'에 대하여, 상기 제2 영역(A2)의 일단, 예로서 좌측 끝단으로부터 제1 지점(Pb1)까지를 제1 서브 영역(S1)이라 하고, 상기 제1 지점(Pb1)으로부터 제2 지점(Pb2)까지를 제2 서브 영역(S2)이라 하고, 상기 제2 지점(Pb2)으로부터 제3 지점(Pb3)까지를 제3 서브 영역(S3)이라 하고, 상기 제3 지점(Pb3)로부터 제4 지점(Pb4)까지를 제6 서브 영역(S6)이라 하고, 상기 제4 지점(Pb4)로부터 제5 지점(Pb5)까지를 제5 서브 영역(S5)이라 하고, 상기 제5 지점(Pb5)로부터 상기 제4 영역(A4)의 타단, 예로서 우측 끝단까지를 제3 서브 영역(S3)이라 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 제2 영역(A2) 및 제4 영역(A4)의 에너지 강도가 상기 제1 서브 영역(S1) 내지 제6 서브 영역(S6)과 같이 형성됨으로써, 상기 대상 부재(200)에 조사된 레이저 빔에 의해 온도 분포가 균일하게 형성될 수 있다. 구체적인 내용은, 아래 도 9c를 통해서 설명하도록 한다.
도 9c는 본 발명의 실시예에 따른 제2 영역 및 제4 영역의 에너지 강도의 분포 그래프이다. 이때, 도 9c의 그래프는 도 9b의 II-II' 단면의 에너지 강도의 분포 그래프이다.
도 9c에서 알 수 있듯이, 본 발명의 실시예에 따른 상기 빔 재배치부(130)에 의해서, 재배치된 상기 제2 레이저 빔(140b) 및 제4 레이저 빔이 도 9c의 그래프와 같은 에너지 분포를 갖도록 상기 제2 영역(A2) 및 제4 영역(A4)이 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 제2 영역(A2) 및 제4 영역(A4)의 에너지 강도는 제1 서브 영역(S1)에서는 기준값에서 제1 타겟값(T1)까지 증가하고, 상기 제2 서브 영역(S2) 에서는 제1 타겟값(T1)에서 제2 타겟값(T2)까지 감소하며, 상기 제3 서브 영역(S3)에서는 상기 제2 타겟값(T2)로 일정하게 유지될 수 있다. 한편, 상기 제1 서브 영역(S1)은 상기 제4 서브 영역(S4)과 상기 제3 지점(Pb3)을 중심으로 대칭되고, 상기 제2 서브 영역(S2)은 상기 제5 서브 영역(S5)과 상기 제3 지점(Pb3)을 중심으로 대칭되며, 상기 제3 서브 영역(S3)은 상기 제6 서브 영역(S6)과 상기 제3 지점(Pb3)을 중심으로 대칭으로 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 제2 영역(A2) 및 제4 영역(A4)의 에너지 강도의 분포가 위와 같이 형성됨으로써, 상기 대상 부재(200)의 중심 부분의 에너지 강도는 상기 대상 부재(200)의 외측 부분의 에너지 강도보다 낮게 형성될 수 있다. 따라서, 상기 대상 부재(200)의 중심 부분이 외측 부분보다 더 온도가 높게 상승하여 상기 대상 부재(200)의 중심 부분과 외측 부분의 온도 분포를 균일하게 할 수 있다. 한편, 상기 제2 영역(A2) 및 제4 영역(A4)의 세기 분포는 이와 같은 형태에 제한되는 것은 아니다.
나아가, 도 9a 내지 도 9c에 따른 실시예는 레이저 조사 장치(100)가 제1 레이저 조사 장치(100a) 및 제2 레이저 조사 장치(100b)를 포함하여 멀티 빔을 형성하였으나, 이에 제한되는 것은 아니고, 상기 레이저 조사 장치(100)는 복수 개의 레이저 조사 장치를 이용하여 멀티 빔을 형성할 수도 있다. 예를 들어, 상기 레이저 조사 장치(100)는 4개의 레이저 조사 장치를 포함하여 이루어질 수 있고, 9개의 레이저 조사 장치를 포함하여 이루어질 수도 있다.
100: 레이저 조사 장치 110: 빔 조사부
120: 빔 균질화부 130: 빔 재배치부
131: 렌즈 어레이 140a: 제1 레이저 빔
140b: 제2 레이저 빔 A1: 제1 영역
A2: 제2 영역

Claims (16)

  1. 레이저 빔을 조사하는 빔 조사부; 및
    상기 레이저 빔 중 적어도 일부의 이동경로를 조절하여 상기 레이저 빔의 조사 영역을 재배치하는 빔 재배치부를 포함하고,
    상기 빔 재배치부는 제1 렌즈 어레이 및 상기 제1 렌즈 어레이와 중첩되는 제2 렌즈 어레이를 포함하고,
    상기 레이저 빔은 상기 빔 재배치부 상면의 제1 영역으로 입사한 후 상기 빔 재배치부를 통과하면서 굴절되어 상기 빔 재배치부 아래에 위치한 대상 부재의 제2 영역에 조사되는 레이저 조사 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 영역의 일부는 상기 제2 영역과 중첩하고, 상기 제1 영역의 나머지 부분은 상기 제2 영역과 중첩하지 않는 레이저 조사 장치.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 제2 영역의 일부는 상기 제1 영역과 중첩하고, 상기 제2 영역의 나머지 부분은 상기 제1 영역과 중첩하지 않는 레이저 조사 장치.
  4. 제2 항에 있어서,
    상기 제2 영역의 전체는 상기 제1 영역과 중첩하는 레이저 조사 장치.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 영역의 전체는 상기 제2 영역과 중첩하고, 상기 제2 영역의 일부는 상기 제1 영역과 중첩하고 상기 제2 영역의 나머지 부분은 상기 제1 영역과 중첩하지 않는 레이저 조사 장치.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 영역은 빔이 조사되지 않은 중앙의 영역을 둘러싸는 도넛 형태로 이루어진 레이저 조사 장치.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 영역의 모양은 상기 제2 영역의 모양과 동일한 레이저 조사 장치.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 영역의 모양은 상기 제2 영역의 모양과 상이한 레이저 조사 장치.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 영역은 에너지 강도가 기준값에서 제1 타겟값까지 증가하는 제1 서브 영역, 상기 에너지 강도가 상기 제1 타겟값에서 제2 타겟값까지 감소하는 제2 서브 영역, 상기 에너지 강도가 상기 제2 타겟값에서 유지되는 제3 서브 영역, 상기 에너지 강도가 제2 타겟값에서 제1 타겟값까지 상승하는 제4 서브 영역 및 상기 에너지 강도가 제1 타겟값에서 기준값으로 감소하는 제5 서브 영역을 포함하는 레이저 조사 장치.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 제2 타겟값은 기준값과 동일한 세기의 에너지 강도를 가지는 레이저 조사 장치.
  11. 레이저 빔을 조사하는 제1 빔 조사부 및 제2 빔 조사부;
    상기 제1 빔 조사부에서 조사된 레이저 빔 중 적어도 일부의 이동경로를 조절하여 상기 레이저 빔의 조사 영역을 재배치하는 제1 빔 재배치부; 및
    상기 제2 빔 조사부에서 조사된 레이저 빔 중 적어도 일부의 이동경로를 조절하여 상기 레이저 빔의 조사 영역을 재배치하는 제2 빔 재배치부를 포함하고,
    상기 제1 빔 재배치부는 제1 렌즈 어레이 및 상기 제1 렌즈 어레이와 중첩되는 제2 렌즈 어레이를 포함하고,
    상기 제2 빔 재배치부는 제3 렌즈 어레이 및 제3 렌즈 어레이와 중첩되는 제4 렌즈 어레이를 포함하며,
    상기 제1 빔 조사부에서 조사된 레이저 빔은 상기 제1 빔 재배치부 상면의 제1 영역으로 입사한 후 상기 제1 빔 재배치부를 통과하면서 상기 제1 빔 재배치부 아래에 위치한 대상 부재의 제2 영역에 조사되고,
    상기 제2 빔 조사부에서 조사된 레이저 빔은 상기 제2 빔 재배치부 상면의 제3 영역으로 입사한 후 상기 제2 빔 재배치부를 통과하면서 상기 제2 빔 재배치부 아래에 위치한 대상 부재의 제4 영역에 조사되는 레이저 조사 장치.
  12. 제10 항에 있어서,
    상기 제1 빔 조사부 및 제2 빔 조사부가 각각 상기 레이저 빔을 조사하는 각도는 서로 평행한 레이저 조사 장치.
  13. 제10 항에 있어서,
    상기 제2 영역의 일단과 상기 제4 영역의 일단은 서로 접하는 레이저 조사 장치.
  14. 제10 항에 있어서,
    상기 제2 영역은 상기 레이저 빔의 에너지 강도가 기준값에서 제1 타겟값까지 증가하는 제1 서브 영역, 상기 에너지 강도가 상기 제1 타겟값에서 제2 타겟값까지 감소하는 제2 서브 영역 및 상기 에너지 강도가 상기 제2 타겟값에서 유지되는 제3 서브 영역을 포함하고,
    상기 제4 영역은 상기 에너지 빔의 에너지 강도가 상기 기준값에서 상기 제1 타겟값까지 증가하는 제4 서브 영역, 상기 에너지 강도가 상기 상기 제1 타겟값에서 상기 제2 타겟값까지 감소하는 제5 서브 영역 및 상기 에너지 강도가 상기 제2 타겟값에서 유지되는 제6 서브 영역을 포함하고,
    상기 제1 내지 제3 서브 영역은 상기 제6 내지 제4 서브 영역과 대칭되도록 구비되는 레이저 조사 장치.
  15. 제1 항 내지 제14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 렌즈 어레이는 적어도 하나의 볼록부 및 적어도 하나의 제1 평면부를 포함하고,
    상기 제2 렌즈 어레이는 적어도 하나의 오목부 및 적어도 하나의 제2 평면부를 포함하는 레이저 조사 장치.
  16. 제15 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 볼록부는 크기 또는 곡률이 상이한 제1 볼록부 및 제2 볼록부를 포함하고,
    상기 적어도 하나의 오목부는 크기 또는 곡률이 상이한 제1 오목부 및 제2 오목부를 포함하는 레이저 조사 장치.
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