KR20230154673A - Apparatus and method of forming hole - Google Patents
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Abstract
홀 형성 장치 및 방법이 개시된다. 개시된 홀 형성 장치는 레이저 광원; 적어도 한 매의 렌즈를 포함하며, 레이저 광원으로부터 제공되는 레이저 빔을 플랫-탑 빔으로 성형하도록 구성된 플랫-탑 광학계; 플랫-탑 광학계의 후단에 배치되고 복수의 렌즈를 포함하며 빔 강도 분포는 유지시키면서 빔 크기를 가변 조정하는 빔 크기 조절 모듈; 플랫-탑 광학계에서 성형된 플랫-탑 빔을 음향 광학 효과를 이용하여 플랫-탑 빔의 진행 각도에 대해 이차원적으로 편향시키는 음향 광학 편향기; 플랫-탑 빔을 스캐닝하여 플랫-탑 빔의 가공 위치를 변경하는 갈바노 스캐너; 및 플랫-탑 빔을 가공 대상물에 결상하도록 구성된 결상 광학계;를 포함한다.A hole forming apparatus and method are disclosed. The disclosed hole forming device includes a laser light source; a flat-top optical system including at least one lens and configured to shape a laser beam provided from a laser light source into a flat-top beam; a beam size adjustment module disposed at the rear of the flat-top optical system, including a plurality of lenses, and variably adjusting the beam size while maintaining the beam intensity distribution; an acousto-optic deflector that two-dimensionally deflects a flat-top beam formed in a flat-top optical system with respect to the traveling angle of the flat-top beam using an acousto-optic effect; A galvano scanner that scans the flat-top beam and changes the machining position of the flat-top beam; and an imaging optical system configured to image the flat-top beam onto the processing object.
Description
본 개시는 홀 형성 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 레이저 빔을 이용하여 반도체 기판에 대한 천공하는 홀 형성 장치 및 방법에 관한 것이다.The present disclosure relates to an apparatus and method for forming holes, and more particularly, to an apparatus and method for forming holes in a semiconductor substrate using a laser beam.
최근의 IT기술은 급격한 성장과 함께 고도의 제조 기술력을 요구하고 있다. 특히 모바일 관련 제품들은 초미세 인쇄회로의 초정밀도와 초미세화 기술을 요구한다. 모바일 제품내의 주요 부품들은 대부분 SiP (System in Package) 형태로 구성되어 있고 그것들을 상호연결 가능하도록 베이스 역할을 하는 플립칩(flip chip) 기판의 경우는 연결 성능뿐만 아니라 패키지 사이즈 축소 측면에서도 많은 기술을 필요로 한다. Recent IT technology is experiencing rapid growth and requires advanced manufacturing technology. In particular, mobile-related products require ultra-precision and ultra-minimization technology for ultra-fine printed circuits. Most of the major components in mobile products are composed of SiP (System in Package), and the flip chip board that serves as a base to enable them to be interconnected has developed many technologies not only in terms of connection performance but also in terms of package size reduction. in need.
이러한 요구에 부합하기 위해 플립칩 기판은 SiP를 구성하는 반도체칩들에 대해 가능한 인쇄회로기판(Printed Circuit Board, PCB) 기판과의 거리를 최소화 해야 소자들간에 신호 유실이 적어 신호 특성을 좋게 할 수 있다. 또한 반도체칩들에 대해 미세 범프 피치(bump pitch)를 가능한 많은 수로 구성하여 밀도를 높게 해야 고집적 입출력(input/output) 구조를 만들 수 있다.In order to meet these requirements, the flip chip board should minimize the distance between the semiconductor chips that make up the SiP and the printed circuit board (PCB) board as much as possible to reduce signal loss between devices and improve signal characteristics. there is. In addition, semiconductor chips must be configured with as many fine bump pitches as possible to increase density to create a highly integrated input/output structure.
반도체 미세화 기술의 발전으로 관련 제품의 고집적화, 고속화, 저전력화가 계속 진행되고 있으며 이를 실장하는 회로기판 또한 이러한 특징에 대응할 수 있는 패키지 기판을 필요로 한다.With the advancement of semiconductor miniaturization technology, related products continue to become more highly integrated, faster, and consume less power, and the circuit boards on which they are mounted also require package boards that can respond to these characteristics.
해결하고자 하는 과제는 이러한 반도체용 패키지 기판에 적용하는 인쇄회로 기판(PCB)에 레이저를 이용해 고품질 미세 블라인드 비아홀(blind via hole)의 형성할 수 있는 홀 형성 장치 및 방법을 제공하는데 있다.The problem to be solved is to provide a hole forming device and method that can form high-quality fine blind via holes using a laser on a printed circuit board (PCB) applied to such semiconductor package substrates.
해결하려는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제들로 한정되지 않으며, 또 다른 기술적 과제들이 존재할 수 있다.The technical challenges to be solved are not limited to those described above, and other technical challenges may exist.
일 측면에 따르는 홀 가공 장치는 레이저 광원; 적어도 한 매의 렌즈를 포함하며, 레이저 광원으로부터 제공되는 레이저 빔을 플랫-탑 빔으로 성형하도록 구성된 플랫-탑 광학계; 플랫-탑 광학계의 후단에 배치되고 복수의 렌즈를 포함하며 빔 강도 분포는 유지시키면서 빔 크기를 가변 조정하는 빔 크기 조절 모듈; 플랫-탑 광학계에서 성형된 플랫-탑 빔을 음향 광학 효과를 이용하여 플랫-탑 빔의 진행 각도에 대해 이차원적으로 편향시키는 음향 광학 편향기; 플랫-탑 빔을 스캐닝하여 플랫-탑 빔의 가공 위치를 변경하는 갈바노 스캐너; 및 플랫-탑 빔을 가공 대상물에 결상하도록 구성된 결상 광학계;를 포함한다.A hole processing device according to one aspect includes a laser light source; a flat-top optical system including at least one lens and configured to shape a laser beam provided from a laser light source into a flat-top beam; a beam size adjustment module disposed at the rear of the flat-top optical system, including a plurality of lenses, and variably adjusting the beam size while maintaining the beam intensity distribution; an acousto-optic deflector that two-dimensionally deflects a flat-top beam formed in a flat-top optical system with respect to the traveling angle of the flat-top beam using an acousto-optic effect; A galvano scanner that scans the flat-top beam and changes the machining position of the flat-top beam; and an imaging optical system configured to image the flat-top beam onto the processing object.
일 실시예에서, 빔 크기 조절 모듈은 빔 크기를 축소 배율로 가변 조정하는 역 BET(inverse Beam Expanding Telescope) 광학계일 수 있다.In one embodiment, the beam size adjustment module may be an inverse Beam Expanding Telescope (BET) optical system that variably adjusts the beam size at a reduction magnification.
일 실시예에서, 역 BET 광학계는 광축방향으로 이동가능한 제1 및 제2 렌즈를 포함할 수 있다.In one embodiment, the inverse BET optical system may include first and second lenses that are movable in the optical axis direction.
일 실시예에서, 제1 및 제2 렌즈는 모터에 의해 구동될 수 있다.In one embodiment, the first and second lenses may be driven by a motor.
일 실시예에서, 음향 광학 편향기는, 플랫-탑 빔의 진행 경로를 제1 방향으로 편향시키는 제1 서브 음향 광학 변조기와, 플랫-탑 빔의 진행 경로를 제1 방향에 직교하는 제2 방향으로 편향시키는 제2 서브 음향 광학 변조기와, 제1 음향 광학 변조기와 제2 음향 광학 변조기 사이에 배치되어, 플랫-탑 빔의 편광 방향을 90도 회전시키는 배치되는 1/2파장판을 포함할 수 있다.In one embodiment, the acousto-optic deflector includes a first sub-acousto-optic modulator that deflects the travel path of the flat-top beam in a first direction, and a first sub-acousto-optic modulator that deflects the travel path of the flat-top beam in a second direction orthogonal to the first direction. It may include a second sub acousto-optic modulator for deflecting, and a 1/2 wave plate disposed between the first acousto-optic modulator and the second acousto-optic modulator to rotate the polarization direction of the flat-top beam by 90 degrees. .
일 실시예에서, 홀 가공 장치는 음향 광학 편향기의 후단에 배치되어 음향 광학 편향기에서 회절된 고차 회절광을 차단하는 빔 덤퍼를 더 포함할 수 있다.In one embodiment, the hole processing device may further include a beam dumper disposed at a rear end of the acousto-optic deflector to block high-order diffracted light diffracted by the acousto-optic deflector.
음향 광학 편향기는, 가공 경로를 홀 라인에 따라 편향시키고, 갈바노 스캐너는 형성하고자 하는 홀의 위치에 따라 플랫-탑 빔을 스캐닝할 수 있다.An acousto-optic deflector deflects the machining path along the hole line, and a galvano scanner can scan the flat-top beam according to the location of the hole to be formed.
개시된 홀 형성 장치 및 방법은 플랫-탑 광학계를 적용함으로서 홀 가공의 수직도를 종래의 메탈 마스크 방식보다 높게 구현하는 것이 가능하다.The disclosed hole forming device and method can achieve higher verticality of hole processing than the conventional metal mask method by applying a flat-top optical system.
개시된 홀 형성 장치 및 방법은 입사되는 레이저 광의 바깥쪽을 자르지 않고도 균일한 광 조사가 가능하므로 에너지 손실이 거의 없은 장점이 있다.The disclosed hole forming device and method have the advantage of almost no energy loss because they enable uniform light irradiation without cutting the outside of the incident laser light.
개시된 홀 형성 장치 및 방법은 전동화된 빔 크기 조절 모듈을 후단에 설치해 홀 사이즈 변경을 미세하고 자유롭게 조절 가능한 장점이 있다.The disclosed hole forming device and method have the advantage of being able to finely and freely control hole size changes by installing a motorized beam size adjustment module at the rear end.
또한, 개시된 홀 형성 장치 및 방법은 스폿 사이즈보다 큰 패턴된 홀의 가공에서도 홀 사이즈에 적합한 스폿 사이즈를 최적화해서 선택이 가능하고 이로 인해 가공효율 및 생산성을 향상시킬 수 있다.In addition, the disclosed hole forming device and method can optimize and select a spot size appropriate for the hole size even in the processing of patterned holes larger than the spot size, thereby improving processing efficiency and productivity.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 홀 형성 장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 홀 형성 장치의 이미지 전달 시스템을 설명하는 도면이다.
도 3은 종래의 메탈 마스크에서의 광량 손실을 설명하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 플랫-탑 광학계에서의 광량 손실이 방지되는 것을 설명하는 도면이다.
도 5는 종래의 메탈 마스크를 이용한 홀 형성 장치의 이미지 전달 시스템을 설명하는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 플랫-탑 광학계를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 홀 형성 장치에서 레이저 빔의 스캐닝 동작을 설명하는 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 홀 가공 방법을 설명하는 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 홀 형성 장치에 의한 레이저 빔의 스캐닝 영역을 설명하는 도면이다.
도 10은 종래의 홀 형성 장치와 본 발명의 일 실시예에 따른 홀 형성 장치에서의 홀 가공 결과를 비교한 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 홀 형성 방법을 설명하는 흐름도이다.1 is a diagram schematically showing a hole forming device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram illustrating an image transmission system of a hole forming device according to an embodiment of the present invention.
Figure 3 is a diagram explaining light loss in a conventional metal mask.
Figure 4 is a diagram explaining the prevention of light loss in a flat-top optical system according to an embodiment of the present invention.
Figure 5 is a diagram explaining an image transmission system of a conventional hole forming device using a metal mask.
Figure 6 is a diagram schematically showing a flat-top optical system according to an embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a diagram illustrating a scanning operation of a laser beam in a hole forming device according to an embodiment of the present invention.
Figure 8 is a diagram explaining a hole processing method according to an embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a diagram illustrating a scanning area of a laser beam by a hole forming device according to an embodiment of the present invention.
Figure 10 is a diagram comparing hole processing results in a conventional hole forming device and a hole forming device according to an embodiment of the present invention.
Figure 11 is a flowchart explaining a hole forming method according to an embodiment of the present invention.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 개시가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 개시의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 개시는 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 개시를 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다. Below, with reference to the attached drawings, embodiments of the present disclosure will be described in detail so that those skilled in the art can easily implement the present disclosure. However, the present disclosure may be implemented in many different forms and is not limited to the embodiments described herein. In order to clearly explain the present disclosure in the drawings, parts that are not related to the description are omitted, and similar parts are given similar reference numerals throughout the specification.
본 명세서의 실시예들에서 사용되는 용어는 본 개시의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 실시예의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 명세서에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 개시의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.The terms used in the embodiments of the present specification are general terms that are currently widely used as much as possible while considering the function of the present disclosure, but this may vary depending on the intention or precedent of a person working in the art, the emergence of new technology, etc. . In addition, in certain cases, there are terms arbitrarily selected by the applicant, and in this case, the meaning will be described in detail in the description of the relevant embodiment. Therefore, the terms used in this specification should not be defined simply as the names of the terms, but should be defined based on the meaning of the term and the overall content of the present disclosure.
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.Singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. Additionally, when a part "includes" a certain component, this means that it may further include other components rather than excluding other components, unless specifically stated to the contrary.
“제1", "제2" 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. "및/또는" 이라는 용어는 복수의 관련된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 항목들 중의 어느 하나의 항목을 포함한다.Terms containing ordinal numbers, such as “first”, “second”, etc., may be used to describe various components, but the components are not limited by the terms. Terms refer to the separation of one component from another. It is used for distinguishing purposes only. For example, a first component may be named a second component without departing from the scope of the present invention, and similarly, the second component may also be named a first component. The term “and/or” includes a combination of a plurality of related items or any one item among a plurality of related items.
이하에서, '전단' 및 '후단'은 광학계를 경유하는 광빔의 진행방향을 기준으로 정의된다. 예를 들어, 광학계에 광빔이 입사될 때 광학계의 전단은 광학계에서 광빔이 입사되는 쪽이며, 광학계의 후단은 광학계에서 광빔이 출사되는 쪽을 의미한다.Hereinafter, 'front end' and 'back end' are defined based on the direction in which the light beam passes through the optical system. For example, when a light beam is incident on an optical system, the front end of the optical system refers to the side from which the light beam is incident, and the rear end of the optical system refers to the side from which the light beam exits the optical system.
가공 대상물 상에서 레이저가 지나는 경로를 나타낼 수 있다.It can indicate the path that the laser passes through on the processing object.
이하에서, '가공 경로'는 가공 대상물 상에서 레이저가 지나는 경로를 나타낼 수 있다.Hereinafter, 'processing path' may represent the path that the laser passes through on the processing object.
이하에서, '레이저 빔이 일 방향으로의 편향된다'는 것은 편향된 후의 레이저 빔이 편향되기 전의 레이저 빔의 진행 방향과 일 방향의 합성 방향으로 진행한다는 것을 나타낼 수 있다.Hereinafter, 'the laser beam is deflected in one direction' may indicate that the laser beam after deflection travels in a direction that is a combination of the direction of travel of the laser beam before deflection and one direction.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 개시를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, the present disclosure will be described in detail with reference to the attached drawings.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 홀 형성 장치(100)를 개략적으로 나타낸 도면이며, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 홀 형성 장치(100)의 이미지 전달 시스템을 설명하는 도면이다.FIG. 1 is a diagram schematically showing a hole forming apparatus 100 according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a diagram explaining an image transmission system of the hole forming apparatus 100 according to an embodiment of the present invention. .
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 실시예의 홀 형성 장치(100)는 레이저 광원(110)과, 플랫-탑 광학계(120), 빔 크기 조절 모듈(130), 음향 광학 편향기(Acousto-Optic Deflector: AOD)(140)와, 스캐너(scanner)(160), 집광광학계(170), 및 스테이지(180)를 포함할 수 있다. 1 and 2, the hole forming device 100 of this embodiment includes a laser light source 110, a flat-top optical system 120, a beam size adjustment module 130, and an acousto-optic deflector (Acousto-Optic). It may include a deflector: AOD (140), a scanner (160), a condensing optical system (170), and a stage (180).
레이저 광원(110)은 레이저 빔(B)을 방출할 수 있다. 일 실시예에서 레이저 광원(110)은 예를 들어 펄스 레이저를 생성하는 펄스 레이저 광원일 수 있다.The laser light source 110 may emit a laser beam (B). In one embodiment, the laser light source 110 may be, for example, a pulsed laser light source that generates pulsed laser light.
플랫-탑 광학계(120)는 입사되는 레이저 빔(B)의 횡단면의 빔 강도를 균일하게 하는 광학계로서, 특히 횡단면의 빔 강도가 플랫-탑 형상의 분포를 갖도록 성형시킬 수 있다. 이러한 플랫-탑 광학계(120)는 하나 혹은 복수의 렌즈를 포함할 수 있다. 일 실시예로 플랫-탑 광학계(120)는 가우시안 분포의 빔을 플랫-탑 분포의 빔으로 성형하는 비구면 렌즈로 구성될 수 있다.The flat-top optical system 120 is an optical system that equalizes the beam intensity of the cross-section of the incident laser beam B. In particular, it can be formed so that the beam intensity of the cross-section has a flat-top shape distribution. This flat-top optical system 120 may include one or more lenses. In one embodiment, the flat-top optical system 120 may be composed of an aspherical lens that shapes a Gaussian distributed beam into a flat-top distributed beam.
홀 형성 장치(100)에 있어서, 홀 가공 특성을 향상시키기 위하여 레이저 빔의 횡단면의 빔 강도를 균일하게 할 것이 요구된다. 종래의 홀 형성 장치는 메탈 마스크(M)를 이용하여 레이저 빔을 성형하여 홀 가공에 이용하였다. 그런데, 레이저 빔을 균일하게 하기 위해서는 메탈 마스크(M)에서 레이저 빔(B)의 자르고 중심부만 투영해야 하기 때문에 많은 에너지 손실이 따른다. 도 3은 종래의 메탈 마스크에서의 광량 손실을 설명하는 도면이며, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 플랫-탑 광학계(120)에서의 광량 손실이 방지되는 것을 설명하는 도면이다. 도 3을 참조하면, 메탈 마스크(M)를 이용하여 가우시안(Gaussian) 빔 강도 분포(P1)를 갖는 빔(B1)을 균일하게 하고자 한다면, 빔(B1)의 외곽을 자르고 중심부만 남기게 된다. 이와 같이 메탈 마스크(M)를 통과한 빔(B2)은 비록 균일한 강도 분포(P2)를 갖지만, 가우시안 빔 강도 분포(P1)의 외곽 성분이 손실되게 된다. 반면에 본 발명의 일 실시예에 따른 플랫-탑 광학계(120)에서는 가우시안 빔 강도 분포(P1)를 갖는 레이저 빔(B)을 렌즈(들)의 광학적 굴절을 이용하여 플랫-탑 강도 분포(Pflat-top)를 갖도록 성형함으로써 광손실을 방지할 수 있고, 이에 따라 가공 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 후술하는 바와 같이 플랫-탑 광학계(120)를 이용하여 플랫-탑 강도 분포(Pflat-top)를 갖도록 성형함으로써 기존의 메탈 마스크(M)를 이용하는 경우와 비교하여 홀 가공 부위의 품질을 향상시킬 수 있다.In the hole forming device 100, it is required to make the beam intensity of the cross section of the laser beam uniform in order to improve hole processing characteristics. A conventional hole forming device uses a metal mask (M) to shape a laser beam and uses it for hole processing. However, in order to make the laser beam uniform, the laser beam (B) must be cut on the metal mask (M) and only projected to the center, resulting in a lot of energy loss. FIG. 3 is a diagram explaining light loss in a conventional metal mask, and FIG. 4 is a diagram explaining preventing light loss in the flat-top optical system 120 according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 3, if the beam B1 having a Gaussian beam intensity distribution P1 is to be made uniform using the metal mask M, the outer edge of the beam B1 is cut off and only the center is left. In this way, although the beam B2 passing through the metal mask M has a uniform intensity distribution P2, the outer component of the Gaussian beam intensity distribution P1 is lost. On the other hand, in the flat-top optical system 120 according to an embodiment of the present invention, a laser beam (B) having a Gaussian beam intensity distribution (P1) is converted into a flat-top intensity distribution (P) using optical refraction of the lens(s). By molding to have a flat-top, optical loss can be prevented, thereby improving processing efficiency. In addition, as described later, the quality of the hole processing area is improved compared to the case of using a conventional metal mask (M) by molding to have a flat-top intensity distribution (P flat-top ) using the flat-top optical system 120. It can be improved.
빔 크기 조절 모듈(130)는 플랫-탑 광학계(120)의 후단에 배치되는 복수의 렌즈를 포함할 수 있다. 일 실시예에서 빔 크기 조절 모듈(130)는 레이저 빔(B)의 횡단면의 빔 강도 분포는 유지시키면서 빔 크기(beam size)를 축소 배율로 가변 조정하는 역 BET(inverse Beam Expanding Telescope) 광학계일 수 있다. 일 실시예에서 빔 크기 조절 모듈(130)는 광축방향으로 이동가능하도록 설치된 제1 및 제2 렌즈(131, 132)를 포함하는 역 BET 광학계일 수 있다. 제1 및 제2 렌즈(131, 132) 사이의 거리를 조정함으로써 빔 크기를 조절할 수 있다. 제1 및 제2 렌즈(131, 132)는 제1 및 제2 모터(163, 164)가 연결되어 빔 크기 조절 모듈(130)의 축소 배율이 제어부(미도시)에 의해 가변되도록 구성될 수도 있다.The beam size adjustment module 130 may include a plurality of lenses disposed at the rear end of the flat-top optical system 120. In one embodiment, the beam size adjustment module 130 may be an inverse Beam Expanding Telescope (BET) optical system that variably adjusts the beam size at a reduced magnification while maintaining the beam intensity distribution of the cross section of the laser beam (B). there is. In one embodiment, the beam size adjustment module 130 may be an inverse BET optical system including first and second lenses 131 and 132 installed to be movable in the optical axis direction. The beam size can be adjusted by adjusting the distance between the first and second lenses 131 and 132. The first and second lenses 131 and 132 may be configured to be connected to the first and second motors 163 and 164 so that the reduction magnification of the beam size adjustment module 130 can be varied by a control unit (not shown). .
도 2에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 홀 형성 장치(100)의 이미지 전달 시스템은 빔 크기 조절 모듈(130)와 집광 광학계(170)를 포함한다. 이러한 이미지 전달 시스템에서 최종단의 레이저 빔(B)의 축소 결상은 하기의 수학식 1을 따른다.As shown in FIG. 2, the image transmission system of the hole forming device 100 according to this embodiment includes a beam size adjustment module 130 and a condensing optical system 170. In this image transmission system, the reduced imaging of the laser beam (B) at the final stage follows Equation 1 below.
여기서, D1은 플랫-탑 광학계(120)에서 규정된 레이저 빔(B)의 직경, D2는 집광 광학계(170)에 의해 결상면(190)에 집광된 빔 스폿의 직경, a는 플랫-탑 광학계(120)와 집광 광학계(170) 사이의 광 경로 길이, b는 집광 광학계(170)와 결상면(190) 사이의 거리, α는 집광 광학계(170)의 배율을 의미한다. a는 빔 크기 조절 모듈(130)와 갈바노 스캐너(160) 사이의 광 경로 길이 a1과 갈바노 스캐너(160)와 집광 광학계(170) 사이의 광 경로 길이 a2의 합으로 주어질 수 있다.Here, D 1 is the diameter of the laser beam (B) defined in the flat-top optical system 120, D 2 is the diameter of the beam spot focused on the imaging surface 190 by the converging optical system 170, and a is the flat-top optical system 120. b is the optical path length between the top optical system 120 and the converging optical system 170, b is the distance between the condensing optical system 170 and the imaging surface 190, and α is the magnification of the condensing optical system 170. a may be given as the sum of the optical path length a 1 between the beam size adjustment module 130 and the galvano scanner 160 and the optical path length a 2 between the galvano scanner 160 and the condensing optical system 170.
전술한 바와 같이 빔 크기 조절 모듈(130)는 제어부의 제어에 의해 축소 배율이 조절가능하게 구성될 수 있다. 상기 수학식 1에서 알 수 있듯이, D2은 집광 광학계(170)의 배율 α와 더불어 빔 크기 조절 모듈(130)에서의 축소 배율(즉, b/(a1+a2))에 비례한다. 예를 들어, 빔 크기 조절 모듈(130)는 입사되는 레이저 빔(B)의 사이즈를 0.25 배 내지 1.00배로 조절할 수 있다.As described above, the beam size adjustment module 130 may be configured to adjust the reduction magnification under control of the control unit. As can be seen from Equation 1, D 2 is proportional to the magnification α of the condensing optical system 170 and the reduction magnification of the beam size adjustment module 130 (that is, b/(a 1 + a 2 )). For example, the beam size adjustment module 130 can adjust the size of the incident laser beam B from 0.25 times to 1.00 times.
도 5는 종래의 메탈 마스크를 이용한 홀 형성 장치의 이미지 전달 시스템을 설명하는 도면이다. 도 5를 참조하면, 기존의 메탈 마스크를 이용하여 관통홀을 가공하는 방식에서는, 제1 메탈 마스크(M1)에서 1차 균일화된 레이저 빔이 집광 광학계(FL)에서 집광되며, 제2 메탈 마스크(M2)에서 2차 균일화되어 가공 대상물에 빔 스폿을 형성하며, 가공 대상물에 관통홀을 형성하게 된다. 이때, 관통홀의 크기는 최종 단에 위치한 제2 메탈 마스크(M2)의 홀 크기(D2)에 의해 결정되므로, 관통홀의 홀 크기를 변경하고자 한다면, 제2 메탈 마스크(M2)를 교체하여야 했다. 따라서, 전술한 바와 같이 제1 및 제2 메탈 마스크(M1, M2)에 의해 에너지 손실이 발생될 뿐만 아니라, 제2 메탈 마스크(M2)를 교체함에 따른 시간 소요, 공정의 복잡성 등의 문제가 발생된다. 또한, 장기간 메탈 마스크의 사용시 마스크 차단 빔(mask blocking beam)에 의한 노화 문제가 발생될 수 있다. 반면에, 본 실시예의 홀 형성 장치(100)는 기존과 같은 물리적인 마스크(mask)를 교체하는 방식이 아닌 빔 크기 조절 모듈(130)를 사용함으로써, 메탈 마스크를 이용하는 방식에 비하여 에너지 손실을 방지할 뿐만 아니라, 빔 스폿 사이즈를 자유롭게 조절하고, 공정 시간 절약 등 메탈 마스크 사용에 따른 문제점을 해결할 수 있다.Figure 5 is a diagram explaining an image transmission system of a conventional hole forming device using a metal mask. Referring to FIG. 5, in the method of processing a through hole using an existing metal mask, the primary homogenized laser beam in the first metal mask (M1) is focused in the converging optical system (FL), and the second metal mask (M1) At M2), secondary homogenization is performed to form a beam spot on the object to be processed, and a through hole is formed in the object to be processed. At this time, the size of the through hole is determined by the hole size (D2) of the second metal mask (M2) located at the last stage, so if the hole size of the through hole is to be changed, the second metal mask (M2) must be replaced. Therefore, as described above, not only energy loss occurs due to the first and second metal masks (M1, M2), but also problems such as time consumption and process complexity due to replacing the second metal mask (M2) occur. do. Additionally, when using a metal mask for a long period of time, aging problems may occur due to mask blocking beam. On the other hand, the hole forming device 100 of this embodiment uses a beam size adjustment module 130 rather than a conventional physical mask replacement method, thereby preventing energy loss compared to a method using a metal mask. In addition, it is possible to freely adjust the beam spot size and solve problems caused by using a metal mask, such as saving process time.
도 1 및 도 2에 도시된 플랫-탑 광학계(120)는 1매의 렌즈이나, 이에 제한되는 것은 아니다. 도 6을 참조하면, 플랫-탑 광학계(220)는 제1 및 제2 렌즈(221, 222)를 포함하며, 가우시안 분포를 갖는 빔을 플랫-탑 분포를 갖는 빔으로 성형할 수 있다. 예시적으로, 플랫-탑 광학계(220)는 반치폭(full width at half maximum, FWHM)이 5mm이고 빔경이 5mm인 빔을 반치폭이 3mm보다 크며 빔경이 3mm인 플랫-탑 빔으로 성형할 수 있다.The flat-top optical system 120 shown in FIGS. 1 and 2 includes one lens, but is not limited thereto. Referring to FIG. 6, the flat-top optical system 220 includes first and second lenses 221 and 222, and can shape a beam with a Gaussian distribution into a beam with a flat-top distribution. As an example, the flat-top optical system 220 can form a beam with a full width at half maximum (FWHM) of 5 mm and a beam diameter of 5 mm into a flat-top beam with a full width at half maximum (FWHM) of 5 mm and a beam diameter of 3 mm.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 홀 형성 장치에서 레이저 빔의 스캐닝 동작을 설명하는 도면이다. FIG. 7 is a diagram illustrating a scanning operation of a laser beam in a hole forming device according to an embodiment of the present invention.
도 1 및 도 7을 참조하면, 음향 광학 편향기(140)는 빔 크기 조절 모듈(130)르 통과한 레이저 빔(B)을 진행 각도에 대해 이차원적으로 제어한다. 음향 광학 편향기(140)의 빔의 각도 제어는 후단에 위치하는 스캐너(160)의 각도 제어에 비해 작고 동작속도가 빠르며 미세한 제어가 가능하다.Referring to FIGS. 1 and 7 , the acousto-optic deflector 140 two-dimensionally controls the traveling angle of the laser beam B that has passed through the beam size adjustment module 130. The angle control of the beam of the acousto-optic deflector 140 is smaller and faster in operation than the angle control of the scanner 160 located at the rear, and fine control is possible.
음향 광학 편향기(140)는 제1 및 제2 서브 음향 광학 편향기(141, 143)를 포함할 수 있다. 제1 및 제2 서브 음향 광학 편향기(141, 143) 사이에는 1/2 파장판(142)이 배치될 수 있다. 1/2 파장판(142)은 제1 서브 음향 광학 변조기(141)에서 출사된 빔(B)이 편광 방향을 90° 바꾸어 제2 서브 음향 광학 변조기(143)에 입사되도록 한다. 제1 서브 음향 광학 변조기(141) 및 제2 서브 음향 광학 변조기(143)는 음향 광학 효과를 이용하여 레이저 빔(B)을 편향시킬 수 있다. 예를 들어, 제1 서브 음향 광학 변조기(141) 및 제2 서브 음향 광학 변조기(143)의 각각은 크리스탈층, 크리스탈층의 일측에 진동을 제공하는 압전 변환기, 및 크리스탈층의 타측에 제공되어 크리스탈층의 음향을 흡수하는 흡수부를 포함할 수 있다. 크리스탈층은 진동에 의해 음파를 생성할 수 있는 재질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 크리스탈층은 유리(Glass) 또는 석영(Quarz)을 포함할 수 있다. 압전 변환기가 전기 신호에 의해 진동함에 따라, 크리스탈층에서 음파가 생성될 수 있다. 크리스탈층에 입사하는 레이저 빔(B)의 일부는 생성된 음파에 의해 크리스탈층에서 회절(또는 편향)되고, 크리스탈층에 입사하는 레이저 빔(B)의 다른 일부는 크리스탈층에서 회절되지 않고 크리스탈층을 투과한다. 레이저 빔(B)의 회절 각도(또는 편향 정도)는 생성된 음파의 주파수에 따라 달라질 수 있다. The acousto-optic deflector 140 may include first and second sub-acousto-optic deflectors 141 and 143. A 1/2 wave plate 142 may be disposed between the first and second sub acousto-optic deflectors 141 and 143. The 1/2 wave plate 142 changes the polarization direction of the beam B emitted from the first sub acousto-optic modulator 141 by 90° so that it is incident on the second sub acousto-optic modulator 143. The first sub acousto-optic modulator 141 and the second sub acousto-optic modulator 143 may deflect the laser beam B using an acousto-optic effect. For example, each of the first sub acousto-optic modulator 141 and the second sub acousto-optic modulator 143 includes a crystal layer, a piezoelectric transducer providing vibration to one side of the crystal layer, and a crystal layer provided to the other side of the crystal layer. It may include an absorbing portion that absorbs the sound of the layer. The crystal layer may include a material that can generate sound waves by vibration. For example, the crystal layer may include glass or quartz. As the piezoelectric transducer vibrates due to the electrical signal, sound waves can be generated in the crystal layer. A part of the laser beam (B) incident on the crystal layer is diffracted (or deflected) in the crystal layer by the generated sound wave, and the other part of the laser beam (B) incident on the crystal layer is not diffracted in the crystal layer but is instead diffracted in the crystal layer. penetrates. The diffraction angle (or degree of deflection) of the laser beam (B) may vary depending on the frequency of the generated sound wave.
제1 서브 음향 광학 변조기(141)는 레이저 빔(B)을 제1 방향(BD1)으로 편향시킬 수 있다. 제2 서브 음향 광학 변조기(143)는 레이저 빔(B)을 제2 방향(BD2)으로 편향시킬 수 있다. 제1 방향(BD1)과 제2 방향(BD2)은 서로 수직할 수 있다. 예를 들어, 제1 방향(BD1)과 제2 방향(BD2)은 제1 서브 음향 광학 변조기(141) 및 제2 서브 음향 광학 변조기(143)의 배열 방향과 수직할 수 있다. The first sub acousto-optic modulator 141 may deflect the laser beam B in the first direction BD1. The second sub acousto-optic modulator 143 may deflect the laser beam B in the second direction BD2. The first direction BD1 and the second direction BD2 may be perpendicular to each other. For example, the first direction BD1 and the second direction BD2 may be perpendicular to the arrangement direction of the first sub acousto-optic modulator 141 and the second sub acousto-optic modulator 143.
제1 서브 음향 광학 변조기(141) 및 제2 서브 음향 광학 변조기(143)는 음향 광학 효과를 이용함으로써, 모터의 회전과 같은 기구적인 동작 없이 레이저 빔(B)을 편향시킬 수 있으므로, 가공 속도 및 레이저 빔(B)의 가공 정밀도를 향상시킬 수 있다. The first sub acousto-optic modulator 141 and the second sub acousto-optic modulator 143 can deflect the laser beam B without mechanical operation such as rotation of a motor by using the acousto-optic effect, thereby increasing the processing speed and The processing precision of the laser beam (B) can be improved.
빔 덤퍼(Beam Dumper)(150)가 음향 광학 편향기(140)의 후단에 배치될 수 있다. 빔 덤퍼(150)는 음향 광학 편향기(140)에서 회절된 레이저 빔(B)의 고차 회절 성분을 차단하는 기능을 수행한다.A beam dumper 150 may be placed at the rear of the acousto-optic deflector 140. The beam dumper 150 functions to block high-order diffraction components of the laser beam B diffracted by the acousto-optic deflector 140.
갈바노(glavano) 스캐너(160)는 음향 광학 편향기(140)의 후단에 배치되어 레이저 빔(B)의 진행방향을 바꾸는 소자이다. 스캐너(160)는 2축 구동되는 하나의 가동 미러로 구성되거나 단축 구동되는 2개의 가동 미러로 구성될 수 있다.The galvano scanner 160 is an element disposed at the rear of the acousto-optic deflector 140 to change the direction of movement of the laser beam B. The scanner 160 may be comprised of one movable mirror driven in two axes or two movable mirrors driven in a single axis.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 홀 형성 장치의 홀 가공 방법을 설명하는 도면이다. 도 8을 참조하면, 갈바노 스캐너(160)의 제2 빔 편향 영역(SA2)은 음향 광학 편향기(140)의 제1 빔 편향 영역(SA1)보다 클 수 있다. 예시적으로 음향 광학 편향기(140)의 제1 빔 편향 영역(SA1)은 0.4mm * 0.4mm의 면적을 갖고, 갈바노 스캐너(160)의 제2 빔 편향 영역(SA2)은 20mm * 20mm의 면적을 가질 수 있다. 8 is a diagram illustrating a hole processing method of a hole forming device according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 8, the second beam deflection area SA2 of the galvano scanner 160 may be larger than the first beam deflection area SA1 of the acousto-optic deflector 140. For example, the first beam deflection area (SA1) of the acousto-optic deflector 140 has an area of 0.4 mm * 0.4 mm, and the second beam deflection area (SA2) of the galvano scanner 160 has an area of 20 mm * 20 mm. It can have an area.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 홀 형성 장치에 의한 레이저 빔의 스캐닝 영역을 설명하는 도면이다. 도 9에 도시되듯이, 음향 광학 편향기(140)는, 레이저 빔(B)을 가공 대상물(T)의 가공면에 대해 제1 빔 편향 영역(SA1) 내에서 원형 궤적(320)을 따라 편향시킨다. 레이저 빔(B)은 펄스 광일 수 있으며, 이에 따라 원형 궤적(320)을 따라 조사되는 빔 스폿(S)에 의한 미세홀들이 원형 궤적(320)을 따라 형성되며, 이 결과 원형 궤적(320)의 크기에 상응하는 홀(310)을 형성할 수 있다. 즉, 음향 광학 편향기(140)에 의한 원형 궤적(320)은 홀 라인을 형성한다. 이와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 홀 형성 장치는 스폿 사이즈보다 큰 패턴된 홀(patterned hole)도 용이하게 가공할 수 있다. 전술한 바와 같이 본 발명은 빔 크기 조절 모듈(130)를 이용하여 빔 스폿 사이즈를 자유롭게 변경가능한 바, 이러한 패턴된 홀 가공에서도 홀 사이즈에 적합한 스폿 사이즈를 최적화해서 선택이 가능하고 이로 인해 종래의 가우시안 빔 모드를 적용한 것보다 가공효율 및 생산성을 극대화 할 수 있다.FIG. 9 is a diagram illustrating a scanning area of a laser beam by a hole forming device according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 9, the acousto-optic deflector 140 deflects the laser beam B along a circular trajectory 320 within the first beam deflection area SA1 with respect to the processing surface of the processing object T. I order it. The laser beam (B) may be pulsed light, and accordingly, microholes are formed along the circular trajectory (320) by the beam spot (S) irradiated along the circular trajectory (320). As a result, the circular trajectory (320) A hole 310 corresponding to the size can be formed. That is, the circular trajectory 320 caused by the acousto-optic deflector 140 forms a hole line. In this way, the hole forming device according to an embodiment of the present invention can easily process patterned holes larger than the spot size. As described above, the present invention allows the beam spot size to be freely changed using the beam size adjustment module 130, so even in patterned hole processing, it is possible to optimize and select a spot size suitable for the hole size, thereby replacing the conventional Gaussian Processing efficiency and productivity can be maximized compared to applying beam mode.
본 실시예의 홀 형성 장치(100)는 음향 광학 편향기(140)와 갈바노 스캐너(160)를 조합하여 레이저 빔(B)을 편향시킴으로써, 가공 대상물(T)의 가공 면적 전체에 대해서는 갈바노 스캐너(160)를 이용하여 홀의 위치에 따라 레이저 빔(B)을 이동시키고, 갈바노 스캐너(160)보다 제어 영역은 작게 되지만 갈바노 스캐너 제어 영역내의 작은 부분영역(즉, 홀 형성 부위)에서 고속, 정밀 이동을 음향 광학 편향기(140)를 이용해 제어함으로서 갈바노 스캐너(160)를 독립적으로 사용하는 것보다 고속, 고품질의 홀 가공이가능하도록 할 수 있다.The hole forming device 100 of this embodiment deflects the laser beam B by combining the acousto-optic deflector 140 and the galvano scanner 160, so that the entire processing area of the processing object T is covered by the galvano scanner. Using (160), the laser beam (B) is moved according to the position of the hole, and although the control area is smaller than that of the galvano scanner 160, high speed, By controlling precise movement using the acousto-optic deflector 140, high-speed, high-quality hole processing can be achieved compared to using the galvano scanner 160 independently.
집광광학계(170)는 레이저 빔(B)을 집속하여 레이저 빔(B)이 가공 대상물(T)의 가공영역에 스폿을 맺도록 한다. 집광광학계(170)는 음향 광학 편향기(140)와 갈바노 스캐너(160)에 의해 주사되는 레이저 빔(B)을 가공 대상물(T)의 가공영역에 집광하면서 등속 주사하도록 하는 fθ 광학 특성을 갖도록 설계될 수 있다.The converging optical system 170 focuses the laser beam (B) so that the laser beam (B) forms a spot in the processing area of the processing object (T). The converging optical system 170 has fθ optical characteristics that allow the laser beam B scanned by the acousto-optic deflector 140 and the galvano scanner 160 to be scanned at a constant speed while concentrating it on the processing area of the processing object T. can be designed.
스테이지(180)는 가공 대상물(T)을 적재하는 부재이다. 가공 대상물(T)은 예를 들어 반도체용 패키지 기판용 인쇄회로 기판 (PCB)일 수 있다. 스테이지(180)는 가공 대상물(T)을 적재한 상태로 제어부의 제어에 의해 이동시킬 수 있도록 구성될 수 있다. The stage 180 is a member that loads the processing object (T). The processing object T may be, for example, a printed circuit board (PCB) for a semiconductor package board. The stage 180 may be configured to move the processing object T under the control of the control unit while loading it.
도 10은 종래의 홀 형성 장치와 본 발명의 일 실시예에 따른 홀 형성 장치에서의 홀 가공 결과를 비교한 도면이다.Figure 10 is a diagram comparing hole processing results in a conventional hole forming device and a hole forming device according to an embodiment of the present invention.
도 10을 참조하면, 기존의 메탈 마스크 방식의 홀 형성 장치에 비해 본 발명의 일 실시예에 따른 홀 형성 장치에서의 빔 모드가 좀 더 균일함을 볼 수 있다. 이에 따라, 기존의 메탈 마스크 방식의 홀 형성 장치에서 형성되는 단일 빔 스폿에 의한 미세홀의 수직 경사도(taper ratio)가 77.00%인데 비하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 홀 형성 장치에서 형성되는 단일 빔 스폿에 의한 미세홀의 수직 경사도는 88%로서, 수직 경사도가 11% 향상됨을 볼 수 있다. 도 9에서 설명한 바와 같은 다수의 미세홀들의 궤적에 의해 형성되는 홀(310)의 품질은 단일 빔 스폿에 의한 미세홀에 의존하게 되는데, 본 발명의 일 실시예에 따른 홀 형성 장치에서 단일 빔 스폿에 의한 미세홀의 수직 경사도가 높음에 따라, 빔 형상의 품질, 특히 홀(310)의 수직 경사도를 향상시킬 수 있다. 최근의 IT기술의 급격한 발달에 따라 가령 모바일 제품내의 인쇄회로에 초정밀도와 초미세화 기술이 요구되고 있으며, 이에 따라 반도체용 패키지 기판용 PCB에는 미세 블라인드 비아홀이 요구되는데, 본 발명의 일 실시예에 따른 홀 형성 장치는 패턴된 홀(310)의 수직 경사도를 향상시킴으로써 이러한 품질 요구를 만족시킬 수 있다.Referring to FIG. 10, it can be seen that the beam mode in the hole forming device according to an embodiment of the present invention is more uniform compared to the existing metal mask type hole forming device. Accordingly, while the vertical inclination (taper ratio) of the microhole by the single beam spot formed in the existing metal mask type hole forming device is 77.00%, the single beam formed in the hole forming device according to an embodiment of the present invention is 77.00%. The vertical inclination of the microhole by the spot is 88%, and it can be seen that the vertical inclination is improved by 11%. The quality of the hole 310 formed by the trajectory of a plurality of micro holes as described in FIG. 9 depends on the micro hole created by a single beam spot. In the hole forming device according to an embodiment of the present invention, the single beam spot As the vertical inclination of the fine hole is high, the quality of the beam shape, especially the vertical inclination of the hole 310, can be improved. With the recent rapid development of IT technology, ultra-precision and ultra-miniaturization technology is required for printed circuits in mobile products, and accordingly, fine blind via holes are required in PCBs for semiconductor package substrates, according to an embodiment of the present invention. The hole forming device can meet these quality requirements by improving the vertical inclination of the patterned hole 310.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 홀 형성 방법을 설명하는 흐름도이다. 도 11을 참조하면, 홀 형성 방법은, 레이저 빔을 가공 대상물에 조사하여 홀을 형성하는 방법으로서, 적어도 한 매의 렌즈로 구성된 플랫-탑 광학계를 이용하여 레이저 빔을 플랫-탑 빔으로 성형하는 단계(S410); 플랫-탑 빔의 빔 강도 분포는 유지시키면서 빔 크기를 조절하는 단계(S420); 음향 광학 효과를 이용하여 플랫-탑 빔을 진행 각도에 대해 이차원적으로 편향시키는 단계(S430); 갈바노 스캐너를 이용하여 플랫-탑 빔을 스캐닝하여 플랫-탑 빔의 가공 위치를 변경하는 단계(S440); 및 플랫-탑 빔을 가공 대상물에 결상하는 단계(S450);를 포함할 수 있다.Figure 11 is a flowchart explaining a hole forming method according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 11, the hole forming method is a method of forming a hole by irradiating a laser beam to a processing object, and forming the laser beam into a flat-top beam using a flat-top optical system consisting of at least one lens. Step (S410); Adjusting the beam size while maintaining the beam intensity distribution of the flat-top beam (S420); Two-dimensionally deflecting the flat-top beam with respect to the traveling angle using the acousto-optic effect (S430); Changing the processing position of the flat-top beam by scanning the flat-top beam using a galvano scanner (S440); and forming an image of the flat-top beam on the processing object (S450).
일 실시예에서, 빔 크기를 조절하는 단계는 역 BET(inverse Beam Expanding Telescope) 광학계를 이용하여 빔 크기를 축소 배율로 조절하는 것일 수 있다.In one embodiment, the step of adjusting the beam size may be adjusting the beam size to a reduced magnification using an inverse Beam Expanding Telescope (BET) optical system.
일 실시예에서, 역 BET 광학계는 광축방향으로 이동가능한 제1 및 제2 렌즈를 포함하며, 빔 크기를 조절하는 단계는 제1 및 제2 렌즈 사이의 거리를 조정하는 것일 수 있다. 제1 및 제2 렌즈 사이의 거리 조정은 모터를 이용하여 전동화시킬 수 있다.In one embodiment, the inverse BET optical system includes first and second lenses movable in the optical axis direction, and adjusting the beam size may include adjusting the distance between the first and second lenses. Distance adjustment between the first and second lenses can be motorized using a motor.
일 실시예에서 플랫-탑 빔을 진행 각도에 대해 이차원적으로 편향시키는 단계는, 음향 광학 효과를 이용하여 플랫-탑 빔의 진행 경로를 제1 방향으로 편향시키는 단계와, 제1 방향으로 편향된 플랫-탑 빔의 편광 방향을 90도 회전시키는 단계와, 편광 방향이 90도 회전된 플랫-탑 빔의 진행 경로를 제1 방향에 직교하는 제2 방향으로 편향시키는 단계를 포함할 수 있다.In one embodiment, the step of two-dimensionally deflecting the flat-top beam with respect to the traveling angle includes deflecting the traveling path of the flat-top beam in a first direction using an acousto-optic effect, and the flat-top beam deflected in the first direction. -It may include the step of rotating the polarization direction of the top beam by 90 degrees, and the step of deflecting the travel path of the flat-top beam whose polarization direction is rotated by 90 degrees in a second direction orthogonal to the first direction.
일 실시예에서 플랫-탑 빔을 진행 각도에 대해 이차원적으로 편향시키는 단계는, 플랫-탑 빔의가공 경로를 홀 라인에 따라 편향시키는 것을 포함할 수 있다.In one embodiment, bidimensionally deflecting the flat-top beam with respect to the travel angle may include deflecting the machining path of the flat-top beam along a hole line.
전술한 본 발명인 홀 형성 장치 및 방법은 이해를 돕기 위하여 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.The above-described hole forming apparatus and method of the present invention have been described with reference to the embodiments shown in the drawings to aid understanding, but these are merely examples, and those skilled in the art will be able to make various modifications and equivalent alternatives. It will be appreciated that embodiments are possible. Therefore, the true technical protection scope of the present invention should be determined by the appended claims.
100: 홀 형성 장치
110: 레이저 광원
120, 220: 플랫-탑 광학계
130: 빔 크기 조절 모듈
140: 음향 광학 편향기
141, 143: 서브 음향 광학 변조기
142: 1/2 파장판
150: 빔 덤퍼
160: 스캐너
163, 164: 모터
170: 집광광학계
180: 스테이지
190: 결상면
310: 홀
320: 원형 궤적
B, B1, B2: 빔
S: 빔 스폿
SA1, SA2: 빔 편향 영역
T: 가공 대상물100: hole forming device 110: laser light source
120, 220: Flat-top optics 130: Beam size adjustment module
140: acousto-optic deflector 141, 143: sub-acousto-optic modulator
142: 1/2 wave plate 150: beam dumper
160: scanner 163, 164: motor
170: condensing optical system 180: stage
190: imaging surface 310: hole
320: circular trajectory B, B1, B2: beam
S: Beam spot SA1, SA2: Beam deflection area
T: object to be processed
Claims (12)
적어도 한 매의 렌즈를 포함하며, 상기 레이저 광원으로부터 제공되는 레이저 빔을 플랫-탑 빔으로 성형하도록 구성된 플랫-탑 광학계;
상기 플랫-탑 광학계의 후단에 배치되고 복수의 렌즈를 포함하며 빔 강도 분포는 유지시키면서 빔 크기를 가변 조정하는 빔 크기 조절 모듈;
상기 플랫-탑 광학계에서 성형된 플랫-탑 빔을 음향 광학 효과를 이용하여 상기 플랫-탑 빔의 진행 각도에 대해 이차원적으로 편향시키는 음향 광학 편향기;
상기 플랫-탑 빔을 스캐닝하여 상기 플랫-탑 빔의 가공 위치를 변경하는 갈바노 스캐너; 및
상기 플랫-탑 빔을 가공 대상물에 결상하도록 구성된 결상 광학계;를 포함하는,
홀 가공 장치.laser light source;
a flat-top optical system including at least one lens and configured to shape a laser beam provided from the laser light source into a flat-top beam;
a beam size adjustment module disposed at the rear of the flat-top optical system, including a plurality of lenses, and variably adjusting the beam size while maintaining the beam intensity distribution;
an acousto-optic deflector that two-dimensionally deflects the flat-top beam formed in the flat-top optical system with respect to the traveling angle of the flat-top beam using an acousto-optic effect;
A galvano scanner that scans the flat-top beam and changes the processing position of the flat-top beam; and
Including, an imaging optical system configured to image the flat-top beam on a processing object.
Hole processing device.
상기 빔 크기 조절 모듈은 빔 크기를 축소 배율로 가변 조정하는 역 BET(inverse Beam Expanding Telescope) 광학계인,
홀 가공 장치.According to claim 1,
The beam size adjustment module is an inverse Beam Expanding Telescope (BET) optical system that variably adjusts the beam size by reducing the magnification,
Hole processing device.
상기 역 BET 광학계는 광축방향으로 이동가능한 제1 및 제2 렌즈를 포함하는,
홀 가공 장치.According to clause 2,
The inverse BET optical system includes first and second lenses movable in the optical axis direction,
Hole processing device.
상기 제1 및 제2 렌즈는 모터에 의해 구동되는,
홀 가공 장치.According to clause 3,
The first and second lenses are driven by a motor,
Hole processing device.
상기 음향 광학 편향기는,
상기 플랫-탑 빔의 진행 경로를 제1 방향으로 편향시키는 제1 서브 음향 광학 변조기와,
상기 플랫-탑 빔의 진행 경로를 상기 제1 방향에 직교하는 제2 방향으로 편향시키는 제2 서브 음향 광학 변조기와,
상기 제1 음향 광학 변조기와 제2 음향 광학 변조기 사이에 배치되어, 상기 플랫-탑 빔의 편광 방향을 90도 회전시키는 배치되는 1/2파장판을 포함하는,
홀 가공 장치.According to claim 1,
The acousto-optic deflector,
a first sub-acousto-optic modulator that deflects the travel path of the flat-top beam in a first direction;
a second sub-acousto-optic modulator that deflects the travel path of the flat-top beam in a second direction orthogonal to the first direction;
A half-wave plate disposed between the first acousto-optic modulator and the second acousto-optic modulator to rotate the polarization direction of the flat-top beam by 90 degrees,
Hole processing device.
상기 음향 광학 편향기의 후단에 배치되어 상기 음향 광학 편향기에서 회절된 고차 회절광을 차단하는 빔 덤퍼를 더 포함하는,
홀 가공 장치. According to claim 1,
Further comprising a beam dumper disposed at the rear end of the acousto-optic deflector to block high-order diffracted light diffracted from the acousto-optic deflector,
Hole processing device.
상기 음향 광학 편향기는, 가공 경로를 홀 라인에 따라 편향시키고, 상기 갈바노 스캐너는 형성하고자 하는 홀의 위치에 따라 상기 플랫-탑 빔을 스캐닝하는,
홀 가공 장치.According to claim 1,
The acousto-optic deflector deflects the processing path along the hole line, and the galvano scanner scans the flat-top beam according to the position of the hole to be formed.
Hole processing device.
적어도 한 매의 렌즈로 구성된 플랫-탑 광학계를 이용하여 레이저 빔을 플랫-탑 빔으로 성형하는 단계;
상기 플랫-탑 빔의 빔 강도 분포는 유지시키면서 빔 크기를 조절하는 단계;
음향 광학 효과를 이용하여 상기 플랫-탑 빔을 진행 각도에 대해 이차원적으로 편향시키는 단계;
갈바노 스캐너를 이용하여 상기 플랫-탑 빔을 스캐닝하여 상기 플랫-탑 빔의 가공 위치를 변경하는 단계; 및
상기 플랫-탑 빔을 가공 대상물에 결상하는 단계; 를 포함하는,
홀 가공 방법.In the hole forming method of forming a hole by irradiating a laser beam to a processing object,
Forming a laser beam into a flat-top beam using a flat-top optical system consisting of at least one lens;
adjusting the beam size while maintaining the beam intensity distribution of the flat-top beam;
Two-dimensionally deflecting the flat-top beam with respect to its propagation angle using an acousto-optic effect;
Changing the processing position of the flat-top beam by scanning the flat-top beam using a galvano scanner; and
forming an image of the flat-top beam on a processing object; Including,
Hole processing method.
상기 빔 크기를 조절하는 단계는 역 BET(inverse Beam Expanding Telescope) 광학계를 이용하여 빔 크기를 축소 배율로 조절하는 것인,
홀 가공 방법.According to clause 8,
The step of adjusting the beam size is to adjust the beam size to a reduced magnification using an inverse Beam Expanding Telescope (BET) optical system.
Hole processing method.
상기 역 BET 광학계는 광축방향으로 이동가능한 제1 및 제2 렌즈를 포함하며,
상기 빔 크기를 조절하는 단계는 제1 및 제2 렌즈 사이의 거리를 조정하는 것인,
홀 가공 방법.According to clause 9,
The inverse BET optical system includes first and second lenses movable in the optical axis direction,
The step of adjusting the beam size is adjusting the distance between the first and second lenses,
Hole processing method.
상기 상기 플랫-탑 빔을 진행 각도에 대해 이차원적으로 편향시키는 단계는,
상기 음향 광학 효과를 이용하여 상기 플랫-탑 빔의 진행 경로를 제1 방향으로 편향시키는 단계와,
상기 제1 방향으로 편향된 상기 플랫-탑 빔의 편광 방향을 90도 회전시키는 단계와,
편광 방향이 90도 회전된 상기 플랫-탑 빔의 진행 경로를 상기 제1 방향에 직교하는 제2 방향으로 편향시키는 단계를 포함하는,
홀 가공 방법.According to clause 8,
The step of two-dimensionally deflecting the flat-top beam with respect to the traveling angle,
Deflecting a traveling path of the flat-top beam in a first direction using the acousto-optic effect;
rotating the polarization direction of the flat-top beam biased in the first direction by 90 degrees;
Comprising the step of deflecting the travel path of the flat-top beam whose polarization direction is rotated by 90 degrees in a second direction orthogonal to the first direction,
Hole processing method.
상기 상기 플랫-탑 빔을 진행 각도에 대해 이차원적으로 편향시키는 단계는,
상기 플랫-탑 빔의가공 경로를 홀 라인에 따라 편향시키는 것을 포함하는,
홀 가공 방법.According to clause 8,
The step of two-dimensionally deflecting the flat-top beam with respect to the traveling angle,
Including deflecting the processing path of the flat-top beam along the hole line,
Hole processing method.
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020220054384A KR20230154673A (en) | 2022-05-02 | 2022-05-02 | Apparatus and method of forming hole |
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| KR (1) | KR20230154673A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117518537A (en) * | 2023-11-21 | 2024-02-06 | 爱司凯科技股份有限公司 | Printing method of direct platemaking machine based on double acousto-optic modulator |
-
2022
- 2022-05-02 KR KR1020220054384A patent/KR20230154673A/en not_active Application Discontinuation
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