Nothing Special   »   [go: up one dir, main page]

KR101334067B1 - 초고속 레이저를 이용한 휠 선단부의 미세 노치 제작 장치 및 방법 - Google Patents

초고속 레이저를 이용한 휠 선단부의 미세 노치 제작 장치 및 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR101334067B1
KR101334067B1 KR1020120035748A KR20120035748A KR101334067B1 KR 101334067 B1 KR101334067 B1 KR 101334067B1 KR 1020120035748 A KR1020120035748 A KR 1020120035748A KR 20120035748 A KR20120035748 A KR 20120035748A KR 101334067 B1 KR101334067 B1 KR 101334067B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
wheel
laser
notch
tip
fine
Prior art date
Application number
KR1020120035748A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20130113289A (ko
Inventor
정세채
이흥순
이현규
김수광
Original Assignee
이화다이아몬드공업 주식회사
한국표준과학연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 이화다이아몬드공업 주식회사, 한국표준과학연구원 filed Critical 이화다이아몬드공업 주식회사
Priority to KR1020120035748A priority Critical patent/KR101334067B1/ko
Priority to JP2015503134A priority patent/JP6043421B2/ja
Priority to CN201380018630.5A priority patent/CN104203485B/zh
Priority to PCT/KR2013/002808 priority patent/WO2013151350A1/en
Publication of KR20130113289A publication Critical patent/KR20130113289A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101334067B1 publication Critical patent/KR101334067B1/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/36—Removing material
    • B23K26/362—Laser etching
    • B23K26/364—Laser etching for making a groove or trench, e.g. for scribing a break initiation groove
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/064—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by means of optical elements, e.g. lenses, mirrors or prisms
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/36—Removing material
    • B23K26/40—Removing material taking account of the properties of the material involved
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q15/00—Automatic control or regulation of feed movement, cutting velocity or position of tool or work
    • B23Q15/007—Automatic control or regulation of feed movement, cutting velocity or position of tool or work while the tool acts upon the workpiece
    • B23Q15/013—Control or regulation of feed movement
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2103/00—Materials to be soldered, welded or cut
    • B23K2103/50—Inorganic material, e.g. metals, not provided for in B23K2103/02 – B23K2103/26

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Laser Beam Processing (AREA)

Abstract

본 발명의 목적은 취성 재료 절단에 사용되는 도구로서 휠 선단부에 다수 개의 미세 노치가 형성되어 있는 스크라이빙 휠을 제작하는 장치 및 방법으로서, 레이저를 이용하여 노치를 형성함으로써 비접촉식 공정을 실현하는, 초고속 레이저를 이용한 휠 선단부의 미세 노치 제작 장치 및 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 초고속 레이저를 이용한 휠 선단부의 미세 노치 제작 장치는, 휠(500)의 선단부(510)에 다수 개의 미세 노치(520)를 제작하는 장치(1000)로서, 초고속 레이저를 조사하는 레이저 조사부(100); 상기 레이저 조사부(100)에서 조사되는 레이저 빔의 광경로 상에 상기 휠(500)의 선단부(510)가 배치되도록 상기 휠(500)을 수평 이동, 수직 이동 또는 회전 이동시키는 휠 이동부(200); 를 포함하여 이루어져, 상기 레이저 조사부(100)에 의하여 조사되는 레이저 빔에 의하여 상기 휠(500)의 선단부(10)에 상기 노치(520)가 형성되는 것을 특징으로 한다.

Description

초고속 레이저를 이용한 휠 선단부의 미세 노치 제작 장치 및 방법{Manufacturing system and method using fs-laser for micro-notches on circumference ridge-line of the scribing wheel}
본 발명은 초고속 레이저를 이용한 휠 선단부의 미세 노치 제작 장치 및 방법에 관한 것이다. 보다 상세히는, 본 발명은 취성 재료를 절단 혹은 절단하기 위하여 취성 재료 위에 흠집을 내는 도구인 스크라이빙 휠에 대하여, 취성 재료 표면에 보다 효율적으로 흠집을 만들어 스크라이빙을 위한 수직 크랙(crack)을 보다 잘 발생시킬 수 있게 하는, 초고속 레이저를 이용하여 다이아몬드 혹은 초경합금으로 제작된 휠의 선단부에 미세한 노치(notch)를 제작하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
LCD, TFT-LCD, OLED 기반 FPD(Flat panel Display), 터치 패널(touch panel) 등을 포함하는 평면형 소자에 대한 요구가 많아지고 있으며, 이에 따라 생산성의 증대를 위해 소자 자체의 생산 시 대형화 및 경박화 추세가 강해지고 있다. 이에 따라 이들을 이용한 최종 제품(end-product)을 생산하기 위해서는 기 생산된 대형 평면 소자를 목적에 맞게 절단하는 과정이 필수적이다. 이 뿐만 아니라 일반적으로 반도체 생산 공정에 있어서, 웨이퍼 상에 집적 회로를 형성한 후 스크라이브(scribe) 공정을 통해 각각의 다이로 분리하는 과정이 반드시 들어가게 된다.
스크라이브 공정이란, 소자 기판, 웨이퍼 등과 같은 판형 대상물에 스크라이빙 선을 형성하고, 이 스크라이빙 선을 중심으로 양쪽에 힘을 가하여 스크라이빙 선을 따라 부러지도록 하여 절단이 이루어지도록 하는 공정이다. 일반적으로 웨이퍼는 글래스 등과 같은 취성 재료로 되어 있는데, 취성 재료는 외부 힘이 가해졌을 때 크랙의 전파가 매우 빠르게 잘 일어나는 성질을 가지고 있으므로, 취성 재료의 절단에 있어 스크라이브 공정은 매우 유용하게 사용된다. 특히 이러한 취성 재료의 경우, 절단용 공구를 이용하여 대상물 전체를 절단하는 것보다, 약간의 크랙만 형성시킨 후 나머지는 스크라이빙을 이용하여 절단하도록 하는 것이 훨씬 용이하다는 장점도 있다. 이러한 스크라이빙 장치 또는 방법에 대해서는, 한국특허공개 제2011-0079977호("칩 전처리기를 포함하는 스크라이빙 장치 및 스크라이빙 방법", 2011.07.12), 일본특허공개 제2010-194784호("스크라이브 장치 및 스크라이브 방법", 2010.09.09), 한국특허공개 제2010-0056216호("스크라이빙 장치 및 이를 이용한 스크라이빙 방법", 2010.05.27) 등에 상세히 잘 설명되어 있다.
그런데, 이처럼 스크라이브 공정을 사용할 경우, 절단용 공구로 완전히 절단을 하는 것이 아니기 때문에 절단 방향을 마음대로 제어하기가 어려울 수 있고, 이에 따라 스크라이브 공정 중 불량이 발생하게 될 여지가 있다. 스크라이빙 시 절단 방향은 결국은 크랙의 전파 방향이 되는 것으로, 크랙이 수직 방향으로 정확하게 형성되도록 함으로써 이러한 문제를 어느 정도 해소하는 것이 가능하다. 이에 따라 보다 정확하고 효율적으로 취성 재료로 된 대상물 상에 스크라이빙 선을 형성하기 위한 여러 기술들이 연구되어 왔다.
현재에는 일반적으로 대상물보다 높은 강도를 가지는 스크라이빙 휠을 이용하여 스크라이빙 선을 형성하는 방법이 사용되고 있다. 국제특허공개 제WO09/099130호호("POLYCRYSTALLINE DIAMOND", 2009.08.13)에 다이아몬드 다결정체 재료가 스크라이빙 휠을 제조하는데 사용될 수 있음이 나타나 있는 등과 같이, 이러한 스크라이빙 휠은 일반적으로 다결정 다이아몬드나 초경합금 등과 같은 재질로 만들어진다.
물론, 이러한 스크라이빙 휠 자체에 대해서도 보다 스크라이빙 선을 잘 형성할 수 있도록 하기 위하여 그 형상이나 제조 방법에 대한 다양한 연구가 이루어져 오고 있다. 스크라이빙 휠의 형상이나 제조 방법의 개선에 관한 기술로서, 한국특허공개 제2011-0129050 호("스크라이빙 휠 및 그 제조 방법", 2011.12.01), 미국특허등록 제7975589호("Scribing wheel for brittle material and manufacturing method for same, as well as scribing method, scribing apparatus and scribing tool using the same", 2011.07.12) 등이 개시되어 있다. 간략히 설명하자면, 스크라이빙 휠은 동일한 원뿔대 형상 두 개의 넓은 밑면 측이 붙어 있는 형상으로 되는데, 이 두 원뿔대가 붙어 있는 선단부에 다수 개의 미세 노치가 형성되어 원형 톱날과 같은 형태가 된다. 이러한 미세 노치의 크기, 형상, 배치 형태 등이 스크라이빙의 질에 직접적으로 영향을 주기 때문에, 앞서 예시한 선행문헌 등에서도 이러한 부분에 주안점을 두고 연구가 이루어져 오고 있다.
이처럼 스크라이빙 휠의 형상을 어떻게 형성할 것인가에 대한 연구는 다양하게 개시되어 있는 반면, 스크라이빙 휠에 미세 노치를 형성하는 방법 자체에 대해서는 단순히 (스크라이빙 휠보다 더 강한 소재로 된 공구를 사용한) 연삭 가공 등과 같은 접촉식 방법을 사용한다는 정도이다. 그런데, 앞서 설명한 바와 같이 이러한 스크라이빙 휠은 다결정 다이아몬드나 초경합금 등과 같은 매우 강도가 높은 재질로 이루어지기 때문에, 연삭 가공 등을 함에 있어서 (스크라이빙 휠보다 더 강한 소재로 된 공구를 사용한다 하더라도) 공구 소모가 빠르게 이루어지는 등의 문제가 발생할 위험성이 높다. 또한 이러한 접촉식 공정은 열적 손상을 발생시키기 때문에, 원하는 형태의 미세 노치를 정확하고 균일하게 형성하기에도 어려움이 있는 문제가 있다.
이외에도, 집속 이온 빔(FIB, Focused Ion Beam)과 같은 고에너지 하전입자 혹은 파티클을 사용하여 미세 노치를 형성하는 공정이 도입되기도 하였다. 그러나 이 경우에는 제작 공정 환경으로써 고진공이 필수적이며 이는 또한 공정 단가 상승 및 공정의 복잡화 등의 문제를 피할 수 없다.
또한, 이러한 종래의 여러 공정들의 경우 그 특성상 동시에 다수 개의 휠 선단부에 노치를 제작할 수 없는 기술적인 제한점이 있다.
1. 한국특허공개 제2011-0079977호("칩 전처리기를 포함하는 스크라이빙 장치 및 스크라이빙 방법", 2011.07.12) 2. 일본특허공개 제2010-194784호("스크라이브 장치 및 스크라이브 방법", 2010.09.09) 3. 한국특허공개 제2010-0056216호("스크라이빙 장치 및 이를 이용한 스크라이빙 방법", 2010.05.27) 4. 국제특허공개 제WO09/099130호호("POLYCRYSTALLINE DIAMOND", 2009.08.13) 5. 한국특허공개 제2011-0129050 호("스크라이빙 휠 및 그 제조 방법", 2011.12.01) 6. 미국특허등록 제7975589호("Scribing wheel for brittle material and manufacturing method for same, as well as scribing method, scribing apparatus and scribing tool using the same", 2011.07.12)
따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 취성 재료 절단에 사용되는 도구로서 휠 선단부에 다수 개의 미세 노치가 형성되어 있는 스크라이빙 휠을 제작하는 장치 및 방법으로서, 레이저를 이용하여 노치를 형성함으로써 비접촉식 공정을 실현하는, 초고속 레이저를 이용한 휠 선단부의 미세 노치 제작 장치 및 방법을 제공함에 있다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 초고속 레이저를 이용한 휠 선단부의 미세 노치 제작 장치는, 휠(500)의 선단부(510)에 다수 개의 미세 노치(520)를 제작하는 장치(1000)로서, 초고속 레이저를 조사하는 레이저 조사부(100); 상기 레이저 조사부(100)에서 조사되는 레이저 빔의 광경로 상에 상기 휠(500)의 선단부(510)가 배치되도록 상기 휠(500)을 수평 이동, 수직 이동 또는 회전 이동시키는 휠 이동부(200); 를 포함하여 이루어져, 상기 레이저 조사부(100)에 의하여 조사되는 레이저 빔에 의하여 상기 휠(500)의 선단부(10)에 상기 노치(520)가 형성되는 것을 특징으로 한다.
이 때, 상기 레이저 조사부(100)는, 레이저 광원(110), 상기 레이저 광원(110)에서 조사되는 레이저 빔을 상기 휠(500)의 선단부(510)로 집속시키는 대물렌즈(120), 상기 레이저 광원(110) 및 상기 대물렌즈(120) 사이의 광경로 상에 배치되며, 상기 레이저 광원(110)에서 조사되는 레이저 빔의 파장 범위의 빛을 전반사하고 그 외의 파장 범위의 빛을 투과시키는 이색성 거울(130, dichroic mirror), 상기 이색성 거울(130)에 의하여 투과된 빛을 이용하여 상기 휠(500)의 선단부(510)를 촬영하는 촬영부(140)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다. 또한 이 때, 상기 레이저 조사부(100)는 펨토초 또는 피코초 펄스폭을 가지는 레이저 광을 조사하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 휠 이동부(200)는, 스테이지(210), 상기 휠(500)의 중심공(530)에 끼워지는 회전축(220), 상기 스테이지(210) 상에 배치되며 상기 회전축(220)의 일측 끝단에 구비되어 상기 회전축(220)을 회전시켜 상기 휠(500)을 회전 이동시키는 스텝 모터(230), 상기 스테이지(210)와 결합 구비되며 상기 회전축(220)의 타측 끝단에 구비되어 상기 휠(500)을 수평 또는 수직 이동시키는 트랜슬레이터(240, translator)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이 때, 상기 휠 이동부(200)는, 상기 스텝 모터(230) 및 상기 회전축(220)의 연결부에 구비되어, 상기 스텝 모터(230) 축의 세차 운동을 포함하는 노이즈 움직임의 전달을 제거하는 커플러(250)를 더 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다. 또한, 상기 휠 이동부(200)는, 상기 스테이지(210) 상에 배치되며 상기 회전축(220)이 관통되어 상기 회전축(220)을 지지하되, 상기 회전축(220)이 관통 지지되는 부분에 베어링(265)이 구비되는 적어도 하나 이상의 서포터(260)를 더 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다.
또한, 상기 휠 이동부(200)는, 상기 레이저 조사부(100)에서 조사되는 레이저 빔의 광경로의 연장선 및 상기 휠(500)에 레이저 빔이 조사되는 지점에서의 접선이 예각 내지 수직을 이루도록 상기 휠(500)을 수평 이동시키는 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 휠 이동부(200)는, 상기 촬영부(140)에 의하여 촬영된 이미지 또는 별도 구비된 높이 측정 센서(270)에 의하여 측정된 높이 값을 이용하여 상기 휠(500)을 수직 이동시키는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 미세 노치 제작 장치(1000)는, 복수 개의 상기 휠(500)에 상기 노치(520)를 형성하는 것을 특징으로 한다. 이 때, 상기 미세 노치 제작 장치(1000)는, 복수 개의 상기 휠(500)이 동축 상에 적층 배열되어 형성되는 적층체, 상기 적층체의 양측 끝단에 구비되는 한 쌍의 지지판(310) 및 상기 휠(500)들의 사이에 채워지는 필링재(320)를 포함하여 이루어지는 휠 카트리지(300); 를 포함하여 이루어지며, 상기 휠 카트리지(300)에 상기 노치(520)를 형성하는 것을 특징으로 한다. 이 때, 상기 필링재(320)는 상기 휠(500)에 물리적 및 화학적 손상을 주지 않는 용매에 용해 가능한 재료인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 휠 선단부의 미세 노치 제작 방법은, 휠(500)의 선단부(510)에 다수 개의 미세 노치(520)를 제작하는 방법으로서, 상기 휠(500)의 선단부(510)에 레이저가 조사되어 노치(520)가 형성되는 레이저 조사 단계; 상기 휠(500)이 미리 결정된 각도만큼 회전되는 휠 회전 단계; 상기 레이저 조사 단계 및 상기 휠 회전 단계가 순차적으로 반복 수행되는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이 때, 상기 레이저는 펨토초 또는 피코초 펄스폭을 가지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 레이저 조사 단계는 상기 레이저가 상기 휠(500)의 축 방향으로 상대 이동되면서 적어도 1회 이상 조사되는 공정으로 이루어지는 것을 특징으로 한다. 이 때, 상기 미세 노치 제작 방법은 상기 노치(520)의 넓이, 깊이, 상기 휠(500)에 따라 레이저의 에너지, 레이저의 펄스 반복률, 레이저의 상대 이동 속도, 조사 반복 횟수가 결정되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 미세 노치 제작 방법은 복수 개의 상기 휠(500)이 동축 상에 적층 배열되어 형성되는 적층체에 상기 노치(520)를 형성하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 스크라이빙 휠을 제작함에 있어서, 휠 선단부의 미세 노치를 초고속 레이저를 이용한 비접촉식 공정을 통해 형성하도록 하기 때문에, 종래 연삭 가공을 이용한 접촉식 공정을 통해 미세 노치를 형성하도록 하였던 것에 비하여 훨씬 정확하고 용이하게 미세 노치 형성을 구현할 수 있게 되는 큰 효과가 있다.
또한 본 발명에 의하면, 스크라이빙 휠 제작 시 하나씩 만드는 것이 아니라 다수 개의 스크라이빙 휠을 모아 카트리지 형태로 만들어 한꺼번에 미세 노치 형성 작업을 하게 되므로, 종래에 비하여 생산성이 비약적으로 향상되는 큰 효과가 있다. 더불어, 휠 카트리지 제작 시 휠 선단과 선단 사이를 고분자와 같은 필링재로 코팅 혹은 채움으로써, 레이저 공정 시 발생할 수 있는 휠 선단부 이외의 부분에 대한 부분적인 어블레이션을 방지할 수 있고, 또는 코팅의 정도를 변화시킴으로써 어블레이션 정도를 제어하여 제작된 노치의 3차원적인 구조를 인위적으로 제어할 수 있는 등의 효과 또한 있다.
뿐만 아니라 본 발명의 스크라이빙 휠 제작 방법은 상술한 바와 같이 초고속 레이저를 이용한 비접촉식 공정으로 이루어지기 때문에, 종래의 경우 진공 환경 등과 같은 특수 환경을 만들어주어야 했던 것과는 달리 공정 환경에 대한 제한이 없어, 공정 구현이 훨씬 용이하고 경제적으로 이루어지게 되는 효과 또한 있다.
도 1은 휠 선단부에 미세 노치가 균등하게 제작되어 있는 초경합금 혹은 다결정 다이아몬드(PCD, polycrystalline diamond) 휠의 모식도.
도 2는 초경합금 혹은 다결정 다이아몬드 재질 휠의 선단부 상에 미세 노치를 제작하기 위한 본 발명의 초고속 레이저 공정 장치의 개략도.
도 3은 초경합금 혹은 다결정 다이아몬드 재질 휠의 선단부에 미세 노치를 제작하는 장비의 모식도.
도 4는 본 발명의 휠 카트리지의 전형적인 모식도.
도 5는 본 발명에 의한, 노치의 중심축으로부터의 각도 제어 방법 원리.
이하, 상기한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 초고속 레이저를 이용한 휠 선단부의 미세 노치 제작 장치 및 방법을 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.
상술한 바와 같이, 디스플레이나 반도체 제작 공정에서 기판을 절단하기 위해서는 스크라이빙 선을 형성한 후 부러뜨리는 식으로 절단하는 방식이 사용되며, 이 절단 공정에서의 불량 발생률을 낮추기 위해서는 스크라이빙 선을 잘 형성하는 것이 중요하다는 점은 잘 알려져 있다. 또한 이를 위하여, 스크라이빙 선을 잘 형성하기 위해서 어떻게 스크라이빙 휠을 잘 제작할 것인가에 대한 여러 관점에서의 연구가 이루어져 오고 있다.
도 1은 본 발명을 통하여 제작하고자 하는 스크라이빙 휠의 모식도이다. 도 1에 도시된 바와 같이 스크라이빙 휠(500)은, 휠(500) 선단부(510)에 미세 노치(520)가 방사상으로 균등하게 형성되어 있는 형태로 되어 있으며, 앞서 설명한 바와 같이 일반적으로 그 재질은 초경합금 또는 다결정 다이아몬드(PCD, polycrystalline diamond)와 같이 매우 강도가 높은 재질이다. 보다 상세히는, 상기 휠(500)의 선단부(510)는 특정 각도로 양방향으로 일정하게 날을 세운 모양으로 되어 있으며, 상기 휠(510)의 중앙에는 높은 정밀도를 갖으며 일정한 지름을 갖는 중심공(530)이 형성되어 있다. 상기 중심공(530)은 상기 휠(500)을 사용하여 취성 재료 표면에 흠집(즉 스크라이빙 선)을 내고자 할 때 공정 축을 삽입하여 사용할 목적으로 형성되어 있는 것이다. 이때 사용상의 목적에 따라 상기 노치(520)의 폭은 1마이크론 내지 20마이크론 정도의 범위에서 변화 가능하며, 깊이는 0.3마이크론 내지 10마이크론 정도의 범위에서 변화 가능하다. 또한 상기 휠(500)의 선단부(510)에 제작될 상기 노치(520)의 개수도, 1개 내지 1,080개 정도의 범위에서 그 사용 재료 및 목적에 따라 다양하게 변화가 가능하다.
도 2는 휠의 선단부 상에 미세 노치를 제작하기 위한 본 발명의 초고속 레이저 공정 장치의 개략도를, 도 3은 본 발명의 장치의 모식도를 각각 도시하고 있다.
본 발명의 미세 노치 제작 장치(1000)는 기본적으로 레이저 조사부(100) 및 휠 이동부(200), 두 부분을 포함하여 이루어진다. 앞서 설명한 바와 같이, 본 발명의 미세 노치 제작 장치(1000)는 종래의 스크라이빙 휠 제작 시 연삭 가공 등과 같은 열적 변형을 수반하는 접촉식 공정을 사용하는 것과는 달리, 레이저를 사용한 비접촉식 공정임과 동시에 또한 초고속 레이저를 사용하여 열적 변형을 최소화하는 비열적 공정을 실현하도록 하고 있다. 간략히 설명하자면, 본 발명에서 상기 레이저 조사부(100)에서는 초고속 레이저를 조사하며, 상기 휠 이동부(200)는 상기 레이저 조사부(100)에서 조사되는 레이저 빔의 광경로 상에 상기 휠(500)의 선단부(510)가 배치되도록 상기 휠(500)을 수평 이동, 수직 이동 또는 회전 이동시키도록 형성되어, 상기 레이저 조사부(100)에 의하여 조사되는 레이저 빔에 의하여 상기 휠(500)의 선단부(10)에 상기 노치(520)가 형성되도록 하는 것이다. 이하 각부에 대하여 보다 상세히 설명한다.
상기 레이저 조사부(100)는 도 3에 도시된 바와 같이 레이저 광원(110), 대물렌즈(120), 이색성 거울(130, dichroic mirror), 촬영부(140)를 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 레이저 광원(110)은 앞서 설명한 바와 같이 비접촉식 및 비열적 공정을 실현할 수 있도록 하기 위하여, 열적 변형을 최소화하는 초고속 레이저인 것이 바람직하다. 보다 구체적으로는, 상기 레이저 조사부(100)는 펨토초 또는 피코초 펄스폭을 가지는 레이저 광을 조사하도록 되는 것이 바람직하다.
상기 대물렌즈(120)는 상기 레이저 광원(110)에서 조사되는 레이저 빔을 상기 휠(500)의 선단부(510)로 집속시키는 역할을 한다. 이와 같은 광 집속 역할을 하는 광학 장치는, 단일 개의 렌즈로 이루어지는 형태, 다수 개의 렌즈로 이루어지는 형태, 렌즈와 더불어 별도의 다른 광학 부품들을 더 포함하는 형태 등 다양한 형태로 개시되어 있다. 즉 본 발명의 상기 대물렌즈(120)의 구성으로서, 이처럼 잘 알려져 있는 대물렌즈에 해당하는 장치 구성 중에서 레이저 가공에 적절한 구성을 채용하여도 무방하며, 이에 따라 상기 대물렌즈(120)의 상세한 구성에 대한 설명은 생략한다.
상기 이색성 거울(130, dichroic mirror)은, 상기 레이저 광원(110) 및 상기 대물렌즈(120) 사이의 광경로 상에 배치되며, 상기 레이저 광원(110)에서 조사되는 레이저 빔의 파장 범위의 빛을 전반사하고 그 외의 파장 범위의 빛을 투과시키는 역할을 한다. 한편 상술한 바와 같이 특정 파장 범위의 빛은 전반사하고 그 외의 파장 범위의 빛은 투과시키는 기능을 하는 광학 부품으로 빔 스플리터 등도 있다. 즉 상기 이색성 거울(130) 역할을 하는 장치로서, (명확히 이색성 거울이 아니더라도) 상술한 바와 같은 기능을 할 수 있다면 다른 어떤 광학 부품을 사용하여도 무방하다.
상기 촬영부(140)는 상기 이색성 거울(130)에 의하여 투과된 빛을 이용하여 상기 휠(500)의 선단부(510)를 촬영하는 역할을 한다. 구체적으로 이러한 기능을 하는 부품으로서, CCD(charge coupled device) 카메라 등이 널리 사용되는 바, 상기 촬영부(140)는 CCD 카메라 등으로 이루어질 수 있다.
상기 휠 이동부(200)는 도 3에 도시된 바와 같이 스테이지(210), 회전축(220), 스텝 모터(230), 트랜슬레이터(240, translator)를 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 스테이지(210)는 말 그대로 작업대로서, 상기 휠(500)이 놓여져 노치 제작 공정이 이루어질 수 있도록 하는 공간을 형성한다. 상기 스테이지(210)는 수평 방향, 즉 도 2 또는 도 3에서 XY 방향으로 표시된 방향으로 이동 가능하게 형성될 수 있다.
상기 회전축(220)은 상기 휠(500)의 중심공(530)에 끼워지게 되며, (이하에서 더욱 상세히 설명되겠으나) 그 양측 끝단에 스텝 모터(230) 및 트랜슬레이터(240)가 결합 구비된다. 상기 회전축(220)에 상기 휠(500)이 끼워진 채로 상기 회전축(220)을 수평, 수직, 회전 이동시킴으로써 레이저가 조사되는 부위를 조절할 수 있으며, 이에 따라 레이저 가공에 의하여 상기 휠(500) 선단부(510) 상의 원하는 부위에 원하는 크기의 노치(520)를 형성할 수 있게 되는 것이다. 상기 회전축(220)을 수평, 수직, 회전 이동시키는 장치들이 바로 이후 설명될 스텝 모터(230) 및 트랜슬레이터(240)이다. 각각에 대하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
상기 스텝 모터(230)는 상기 휠(500)의 회전 이동을 담당한다. 즉 상기 스텝 모터(230)는, 상기 스테이지(210) 상에 배치되며 상기 회전축(220)의 일측 끝단에 구비되어 상기 회전축(220)을 회전시켜 상기 휠(500)을 회전 이동시키는 기능을 한다. 이 때 상기 휠 이동부(200)에는, 상기 스텝 모터(230) 축의 세차 운동을 포함하는 노이즈 움직임의 전달을 제거하도록, 상기 스텝 모터(230) 및 상기 회전축(220)의 연결부에 구비되는 커플러(250)를 더 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다. 또한 상기 휠 이동부(200)에는, 상기 회전축(220)의 회전 시의 정밀도를 보장하고 또한 상기 회전축(220)이 안정적으로 지지될 수 있도록, 상기 스테이지(210) 상에 배치되며 상기 회전축(220)이 관통되어 상기 회전축(220)을 지지하되, 상기 회전축(220)이 관통 지지되는 부분에 베어링(265)이 구비되는 적어도 하나 이상의 서포터(260)를 더 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 트랜슬레이터(240, translator)는 상기 휠(500)의 수평(즉 도 2, 3에서 XY 방향) 또는 수직(즉 도 2, 3에서 Z 방향) 이동을 담당한다. 즉 상기 트랜슬레이터(240)는, 상기 스테이지(210)와 결합 구비되며 상기 회전축(220)의 타측 끝단에 구비되어 상기 휠(500)을 수평 또는 수직 이동시키는 기능을 한다. 상기 트랜슬레이터(240)는 물론 공정 시작 전 상기 휠(500)을 원하는 위치에 정렬할 때 사용되며, 공정 과정 중에도 위치를 조정하기 위해 사용될 수 있다. 특히, 레이저 조사 시 형성되는 노치(520)의 깊이를 조절하기 위하여 상기 휠(500)의 수직 방향 높이를 조절하기 위해서도 사용될 수 있다. 이러한 정밀 조작을 위해서는, 상기 휠 이동부(200)는, 상기 촬영부(140)에 의하여 촬영된 이미지를 이용하거나 또는 별도 구비된 높이 측정 센서(270)에 의하여 측정된 높이 값을 이용하여 상기 휠(500)을 수직 이동시킬 수 있도록 형성되는 것이 바람직하다.
이 때, 본 발명에서는 특히 상기 휠(500) 하나씩에 대하여 상기 노치(520) 제작 공정을 수행하는 것이 아니라, 복수 개의 상기 휠(500)에 대하여 한꺼번에 상기 노치(520)를 제작하도록 하는 것이 큰 특징이다. 즉, 상기 미세 노치 제작 장치(1000)는 복수 개의 상기 휠(500)이 동축 상에 적층 배열되어 형성되는 적층체에 상기 노치(520)를 형성하도록 이루어지는 것이다. 복수 개의 상기 휠(500)을 안정적으로 고정하기 위해서 본 발명에서는 휠 카트리지(300) 구조를 도입한다. 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 4는 본 발명의 휠 카트리지의 전형적인 모식도를 도시하고 있다. 상기 휠 카트지리(300)는, 복수 개의 상기 휠(500)이 동축 상에 적층 배열되어 형성되는 적층체, 상기 적층체의 양측 끝단에 구비되는 한 쌍의 지지판(310) 및 상기 휠(500)들의 사이에 채워지는 필링재(320)를 포함하여 이루어질 수 있다. 상기 휠 카트리지(300)에는 상기 휠(500)을 하나만 넣어도 되고, 수십 개 내지 수백 개를 넣어도 무방하다. 이와 같이 복수 개의 상기 휠(500)들이 적층되어 있는 상태에서 상기 레이저 조사부(100)를 이용하여 한꺼번에 상기 노치(520)를 형성하도록 함으로써, 하나하나의 휠에 노치를 형성하는 것에 비하여 생산성을 비약적으로 향상시킬 수 있다.
상기 지지판(310)은 상기 휠(500) 간 간격이 벌어지지 않고 적층체 형태를 잘 유지할 수 있는 것이기만 하다면 어떻게 형성되어도 무방하며, 재질 또한 글래스 등 어떤 것이어도 무방하다. 휠(500)과 휠(500) 사이에는 상기 필링재(320)가 채워지는데, 상기 필링재(320)는 상기 휠(500)에 물리적 및 화학적 손상을 주지 않는 용매(물 등이어도 무방하다)에 용해 가능한 재료(고분자 재료 등이어도 무방하다)일 수 있다. 상기 필링재(320)는 휠(500)과 휠(500) 사이 및 휠(500)과 지지판(310) 사이의 접착 능력을 향상하고, 초고속 레이저를 이용한 노치 제작 시 레이저 유발 플럼(plum) 등에 의하여 발생할 수도 있는 필요 공정면 이외의 휠 표면 손상을 방지해 주는 역할을 한다. 이 때, 상기 휠(500)의 선단부(510) 위에는 고분자 재료 등으로 된 상기 필링재(320)의 두께가 수십 나노미터 이하가 되도록 하여 초고속 레이저를 이용한 노치 제작 시 상기 필링재(320) 두께에 의하여 공정 정밀도에 영향이 없도록 한다.
이처럼 휠(500) 선단과 선단 사이를 고분자와 같은 필링재(320)로 코팅 혹은 채움으로써, 레이저 공정 시 발생할 수 있는 휠(500) 선단부(510) 이외의 부분에 대한 부분적인 어블레이션을 방지할 수 있다. 또는 코팅의 정도를 변화시킴으로써 어블레이션 정도를 제어하여 제작된 노치(520)의 3차원적인 구조를 인위적으로 제어할 수도 있다.
이와 같이 이루어지는 상기 미세 노치 제작 장치(1000)를 이용한 미세 노치 제작 방법을 개략적으로 설명하면 다음과 같다. 본 발명의 미세 노치 제작 방법은, 휠(500)의 선단부(510)에 다수 개의 미세 노치(520)를 제작하는 방법으로서, 상기 휠(500)의 선단부(510)에 레이저가 조사되어 노치(520)가 형성되는 레이저 조사 단계; 상기 휠(500)이 미리 결정된 각도만큼 회전되는 휠 회전 단계; 상기 레이저 조사 단계 및 상기 휠 회전 단계가 순차적으로 반복 수행되는 단계; 를 포함하여 이루어진다.
이 때 상기 레이저 조사 단계는, 상기 레이저가 상기 휠(500)의 축 방향으로 상대 이동되면서 적어도 1회 이상 조사되는 공정으로 이루어지도록 한다. 즉 상기 레이저 조사부(100)가 직접 상기 휠(500)의 축 방향으로 이동할 수도 있고, 또는 상기 레이저 조사부(100)는 고정시켜 둔 채로 상기 휠 이동부(200)를 사용하여 상기 휠(500)을 직접 이동시킬 수도 있는 등, 그 구현은 어떻게 이루어져도 무방하다. 앞서 설명한 바와 같이 복수 개의 상기 휠(500)이 동축 상에 적층 배열되어 형성되는 적층체에 상기 노치(520)를 형성하도록 할 경우(즉 휠 카트리지(300)를 사용할 경우), 상기 레이저 조사부(100)가 상기 휠(500)의 축 방향으로 길게 왔다 갔다 하면서 노치(520)를 형성하도록 할 수 있다.
즉 전체적인 구동을 종합적으로 설명하면 다음과 같다. 먼저 도 2, 3에 보이는 바와 같이, 상기 휠(500)이 수평면(즉 XY면) 상에 대하여 수직임과 동시에 상기 휠(500)의 면 방향이 공정 동작의 구동축 방향에 수직하도록 배치되도록 한다. 이 때 상기 휠(500)의 축 방향이 X축 또는 Y축 중 어느 하나와 나란하게 배치되도록 하는 것이 바람직하다. (상기 휠 카트리지(300)를 사용할 경우에도 마찬가지이다.) 이러한 정렬 배치 작업은 수동으로 수행할 수도 있고, 또는 상기 촬영부(240)를 통해 채득된 이미지를 이용하여 자동으로 수행되도록 할 수도 있다.
상기 휠(500)(또는 상기 휠 카트리지(300))를 작업대 즉 스테이지(210) 상에 정렬 배치한 후에는, 상기 대물렌즈(120)의 높이를 조절하거나 또는 상기 트랜슬레이터(240)를 사용하여 상기 휠(500)의 높이를 조절함으로써, 상기 레이저 조사부(100)에서 조사되는 레이저 빔의 초점이 상기 휠(500)의 선단부(510)에 맞추어지도록 한다. 이러한 초점 정렬 작업 역시 상기 촬영부(240)를 통해 채득된 이미지를 이용하여 수행되도록 할 수도 있고, 또는 이러한 초점 정렬 작업은 앞서 설명한 바와 같이 상기 휠 이동부(200)에 별도 구비된 상기 높이 측정 센서(270)를 이용해 측정된 높이 값을 이용하여 수행되도록 할 수도 있다.
이처럼 3차원(XYZ) 공간 상에서 상기 휠(500)(또는 상기 휠 카트리지(300))의 정렬 배치 작업이 완료되고 나면, 상기 레이저 조사부(100)에 의해서 조사되는 초고속 레이저가 상기 휠(500)의 선단부(510)에 집속 조사되도록 하여 노치(520)가 제작된다. 이 때 상기 노치(520)의 넓이, 깊이, 상기 휠(500)에 따라 레이저의 에너지, 레이저의 펄스 반복률, 레이저의 상대 이동 속도, 조사 반복 횟수가 결정될 수 있다. 구체적인 실시예를 들자면 다음과 같다.
특정 재질에서의 초고속 레이저 펄스 당 어블레이션 깊이(d) 및 넓이(w)는 레이저 플루언스(F, J/cm2)와 다음과 같은 관계식을 갖는다.
d = a-1 x ln(F/F0)
w2 = 2 x w0 2 x ln(F/F0)
a는 재료의 사용된 레이저 파장에서의 흡광계수로써 a-1 는 광학적으로 레이저 빔이 재료 속으로 침투할 수 있는 깊이를 의미한다. (참고 : JOSK Vol. 7 2003, PP150-155, Transition of femtosecond laser ablation mechanism for sodalime glass caused by photoinduced defects) 이 때의 레이저 에너지 플루언스는 재료에 열적 변형을 유발하지 않는 영역에 해당하는 것이며, F0는 어블레이션이 일어나는 최소 플루언스인 임계 플루언스(ablation threshold fluence)이다. 또한 w0는 파장이 l인 레이저 빔을 일정한 개구수(NA, Numerical Aperture)인 대물렌즈를 통하여 집속할 경우 갖는 빔 사이즈로서, 2l/NA의 관계식에 따라 결정된다.
한편 펄스 반복률이 증가하면 펄스와 펄스간의 시간 간격(t)이 감소하게 된다. 재료의 열확산 속도에 대한 시간 상수(t)가 펄스 간 간격 t에 비하여 길다는 것은, 최초 펄스에 의한 증가된 열에너지가 완전히 확산되기 전에 다음 펄스에 의하여 결과적으로 열에너지가 계속적으로 누적됨을 의미한다. 따라서 공정 대상 휠의 선단부 단위 면적당 평균 레이저의 펄스 수가 증가하게 되면, 열이 계속적으로 누적되어 결국 온도 증가가 이루어지고 레이저 펄스가 끝난 부분에서 급격한 온도 감소가 이루어질 것이다. (참고: 한국특허공개 제2012-0022169호, "웨이퍼 가공 및 그 장치", 2012.03.12, 정세채 외) 이에 의한 대상 재료의 기계적 스트레스 증가와 이에 의한 강도 감소를 극복하기 위하여서는 레이저의 평균 조사 펄스 수(Np)을 최대 1 이하가 되게 하여야 한다. 한편 주어진 레이저 반복률 PRR(pulse repetition rate, Hz)과 공정 축의 움직임 속도 v(stage speed, m/sec)와 레이저 빔 사이즈, w0에 의하여 결정된다.
Np = PRR x w0 / v
상기 실시예에서 사용한 레이저 반복률, PRR 및 빔 사이즈 w0가 각각 100kHz 및 3μm인 경우, 스테이지의 최소 이동 속도(stage speed) v를 0.3m/sec로 할 때 평균 조사 펄스 수는 1이 된다.
한편 일정 레이저 플루언스에서 펄스당 어블레이션 깊이가 75nm 인 경우 총 30번의 공정 반복을 함으로써 1.5micron 깊이의 노치를 휠의 선단부에 형성할 수 있다.
결과적으로 이상의 과정을 통하여 휠(500)의 선단부(510)에 하나의 노치(520)를 제작할 수 있다. 이렇게 노치(520)가 만들어지면, 상기 휠(500)을 미리 결정된 각도만큼 회전시킨 후 다시 이상의 과정을 반복한다. 이러한 과정을 거쳐 최종적으로 상기 휠(500) 상에 방사상으로 배치된 복수 개의 노치(520)를 형성할 수 있게 되는 것이다.
한편 이상의 과정을 전체적으로 소요시간을 살펴보면 다음과 같다. 즉 스테이지를 동작함에 있어 총 소요시간은 스테이지 정지 상태로부터 등속도(v) 구간, 즉 가공공정구간에 진입하기 위한 가속 구간 및 공정 등속구간과 등속구간으로부터 정지하는 시간과 스텝 모터를 구동하여 휠 카트리지를 회전하는 구간으로부터 산출될 수 있다. 이 때 주요 공정 소요 시간은 가속 및 감속구간으로서, 이를 휠 하나당 평균 소요시간을 최소화하는 것은 생산성 향상에 매우 중요하다. 한편 이상에서 검토한 바와 같이 재질의 강도를 유지하며 고품질의 노치를 제작을 유지하며 생산성을 극대화하기 위하여서는 평균적으로 소요되는 가속 및 감속구간을 최소화하는 방법이 최선으로 판단된다. 이 때 본 발명에서는, 앞서 설명한 바와 같이 휠 카트리지(300) 구조를 도입함으로써, 휠(500) 하나하나에 대하여 노치(520)를 제작하는 것이 아니라 수백 개까지의 휠(500)에 한꺼번에 노치(520)를 제작할 수 있게 되어, 이러한 생산성 향상 효과를 극대화할 수 있게 된다.
도 5는 본 발명에 의한, 노치의 중심축으로부터의 각도 제어 방법 원리를 나타내고 있다. 본 발명에서 상기 휠 이동부(200)는, 상기 레이저 조사부(100)에서 조사되는 레이저 빔의 광경로의 연장선 및 상기 휠(500)에 레이저 빔이 조사되는 지점(이후 '조사 지점'이라고 칭한다)에서의 접선이 예각 내지 수직을 이루도록 상기 휠(500)을 수평 이동시키도록 형성된다. 도 5를 참조하여 상세히 설명한다.
도 5(A)에는, 레이저 빔의 광경로의 연장선 및 조사 지점에서의 접선이 수직을 이루도록 형성되는 경우이다. 이 경우 노치(520)의 제작 각도는 조사 지점에서의 선단부(510) 접선 방향에 대하여 수직이 된다. 도 5(B)는 상기 휠(500)의 축과 레이저 빔의 광경로가 어긋나도록 상기 휠(500)을 수평 이동 배치한 경우로서, 이 경우 레이저 빔의 광경로의 연장선 및 조사 지점에서의 접선이 예각(도 5(B)에서는 45도 정도)을 이루게 된다. 이 경우 노치(520) 역시 45도 정도로 휘어진(tilting) 형태로 형성되게 된다. 도 5(C)는 도 5(B)의 경우보다 더욱 어긋나게 배치한 것으로서, 이 경우 레이저 빔의 광경로의 연장선 및 조사 지점에서의 접선이 거의 0도를 이루게 된다. 이처럼 레이저 빔의 광경로 연장선에 대하여 상기 휠(500)의 수평 위치를 적절하게 조절함으로써, 원하는 각도 및 형태의 노치(520)를 자유롭게 제작할 수 있게 된다.
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.
1000: (본 발명의) 미세 노치 제작 장치
100: 레이저 조사부
110: 레이저 광원 120: 대물렌즈
130: 이색성 거울 140: 촬영부
200: 휠 이동부
210: 스테이지 220: 회전축
230: 스텝 모터 240: 트랜슬레이터
250: 커플러 260: 서포터
265: 베어링 270: 높이 측정 센서
300: 휠 카트리지
310: 지지판 320: 필링재
500: 휠 510: 선단부
520: 노치 530: 중심공

Claims (16)

  1. 휠(500)의 선단부(510)에 다수 개의 미세 노치(520)를 제작하는 장치(1000)로서,
    초고속 레이저를 조사하는 레이저 조사부(100);
    상기 레이저 조사부(100)에서 조사되는 레이저 빔의 광경로 상에 상기 휠(500)의 선단부(510)가 배치되도록 상기 휠(500)을 수평 이동, 수직 이동 또는 회전 이동시키는 휠 이동부(200);
    복수 개의 상기 휠(500)이 동축 상에 적층 배열되어 형성되는 적층체, 상기 적층체의 양측 끝단에 구비되는 한 쌍의 지지판(310) 및 상기 휠(500)들의 사이에 채워지는 필링재(320)를 포함하여 이루어지는 휠 카트리지(300);
    를 포함하여 이루어져, 상기 레이저 조사부(100)에 의하여 조사되는 레이저 빔에 의하여, 복수 개의 상기 휠(500)이 동축 상에 적층 배열되어 형성되는 적층체를 포함하는 상기 휠 카트리지(300)에 상기 노치(520)가 형성됨으로써, 상기 휠(500)의 선단부(10)에 상기 노치(520)가 형성되는 것을 특징으로 하는 초고속 레이저를 이용한 휠 선단부의 미세 노치 제작 장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 레이저 조사부(100)는
    레이저 광원(110),
    상기 레이저 광원(110)에서 조사되는 레이저 빔을 상기 휠(500)의 선단부(510)로 집속시키는 대물렌즈(120),
    상기 레이저 광원(110) 및 상기 대물렌즈(120) 사이의 광경로 상에 배치되며, 상기 레이저 광원(110)에서 조사되는 레이저 빔의 파장 범위의 빛을 전반사하고 그 외의 파장 범위의 빛을 투과시키는 이색성 거울(130, dichroic mirror),
    상기 이색성 거울(130)에 의하여 투과된 빛을 이용하여 상기 휠(500)의 선단부(510)를 촬영하는 촬영부(140)
    를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 초고속 레이저를 이용한 휠 선단부의 미세 노치 제작 장치.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 레이저 조사부(100)는
    펨토초 또는 피코초 펄스폭을 가지는 레이저 광을 조사하는 것을 특징으로 하는 초고속 레이저를 이용한 휠 선단부의 미세 노치 제작 장치.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 휠 이동부(200)는
    스테이지(210),
    상기 휠(500)의 중심공(530)에 끼워지는 회전축(220),
    상기 스테이지(210) 상에 배치되며 상기 회전축(220)의 일측 끝단에 구비되어 상기 회전축(220)을 회전시켜 상기 휠(500)을 회전 이동시키는 스텝 모터(230),
    상기 스테이지(210)와 결합 구비되며 상기 회전축(220)의 타측 끝단에 구비되어 상기 휠(500)을 수평 또는 수직 이동시키는 트랜슬레이터(240, translator)
    를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 초고속 레이저를 이용한 휠 선단부의 미세 노치 제작 장치.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 휠 이동부(200)는
    상기 스텝 모터(230) 및 상기 회전축(220)의 연결부에 구비되어, 상기 스텝 모터(230) 축의 세차 운동을 포함하는 노이즈 움직임의 전달을 제거하는 커플러(250)
    를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 초고속 레이저를 이용한 휠 선단부의 미세 노치 제작 장치.
  6. 제 4항에 있어서, 상기 휠 이동부(200)는
    상기 스테이지(210) 상에 배치되며 상기 회전축(220)이 관통되어 상기 회전축(220)을 지지하되, 상기 회전축(220)이 관통 지지되는 부분에 베어링(265)이 구비되는 적어도 하나 이상의 서포터(260)
    를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 초고속 레이저를 이용한 휠 선단부의 미세 노치 제작 장치.
  7. 제 4항에 있어서, 상기 휠 이동부(200)는
    상기 레이저 조사부(100)에서 조사되는 레이저 빔의 광경로의 연장선 및 상기 휠(500)에 레이저 빔이 조사되는 지점에서의 접선이 예각 내지 수직을 이루도록 상기 휠(500)을 수평 이동시키는 것을 특징으로 하는 초고속 레이저를 이용한 휠 선단부의 미세 노치 제작 장치.
  8. 제 2항에 있어서, 상기 휠 이동부(200)는
    상기 촬영부(140)에 의하여 촬영된 이미지 또는 별도 구비된 높이 측정 센서(270)에 의하여 측정된 높이 값을 이용하여 상기 휠(500)을 수직 이동시키는 것을 특징으로 하는 초고속 레이저를 이용한 휠 선단부의 미세 노치 제작 장치.
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 제 1항에 있어서, 상기 필링재(320)는
    상기 휠(500)에 물리적 및 화학적 손상을 주지 않는 용매에 용해 가능한 재료인 것을 특징으로 하는 초고속 레이저를 이용한 휠 선단부의 미세 노치 제작 장치.
  12. 제 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 11항 중 선택되는 어느 한 항의 장치를 사용하여 휠(500)의 선단부(510)에 다수 개의 미세 노치(520)를 제작하는 방법으로서,
    상기 휠(500)의 선단부(510)에 레이저가 조사되어 노치(520)가 형성되는 레이저 조사 단계;
    상기 휠(500)이 미리 결정된 각도만큼 회전되는 휠 회전 단계;
    상기 레이저 조사 단계 및 상기 휠 회전 단계가 순차적으로 반복 수행되는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 초고속 레이저를 이용한 휠 선단부의 미세 노치 제작 방법.
  13. 제 12항에 있어서, 상기 레이저는
    펨토초 또는 피코초 펄스폭을 가지는 것을 특징으로 하는 초고속 레이저를 이용한 휠 선단부의 미세 노치 제작 방법.
  14. 제 12항에 있어서, 상기 레이저 조사 단계는
    상기 레이저가 상기 휠(500)의 축 방향으로 상대 이동되면서 적어도 1회 이상 조사되는 공정으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 초고속 레이저를 이용한 휠 선단부의 미세 노치 제작 방법.
  15. 제 14항에 있어서, 상기 미세 노치 제작 방법은
    상기 노치(520)의 넓이, 깊이, 상기 휠(500)에 따라 레이저의 에너지, 레이저의 펄스 반복률, 레이저의 상대 이동 속도, 조사 반복 횟수가 결정되는 것을 특징으로 하는 초고속 레이저를 이용한 휠 선단부의 미세 노치 제작 방법.
  16. 제 12항에 있어서, 상기 미세 노치 제작 방법은
    복수 개의 상기 휠(500)이 동축 상에 적층 배열되어 형성되는 적층체에 상기 노치(520)를 형성하는 것을 특징으로 하는 초고속 레이저를 이용한 휠 선단부의 미세 노치 제작 방법.
KR1020120035748A 2012-04-05 2012-04-05 초고속 레이저를 이용한 휠 선단부의 미세 노치 제작 장치 및 방법 KR101334067B1 (ko)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020120035748A KR101334067B1 (ko) 2012-04-05 2012-04-05 초고속 레이저를 이용한 휠 선단부의 미세 노치 제작 장치 및 방법
JP2015503134A JP6043421B2 (ja) 2012-04-05 2013-04-04 超高速レーザを用いたホイールの先端部の微小切欠の製造装置および方法
CN201380018630.5A CN104203485B (zh) 2012-04-05 2013-04-04 使用超快激光在划线轮的边缘线部分处制造微缺口的设备和方法
PCT/KR2013/002808 WO2013151350A1 (en) 2012-04-05 2013-04-04 Apparatus and method of manufacturing micro-notches at the edge line portion of scribing wheel using ultrafast laser

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020120035748A KR101334067B1 (ko) 2012-04-05 2012-04-05 초고속 레이저를 이용한 휠 선단부의 미세 노치 제작 장치 및 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20130113289A KR20130113289A (ko) 2013-10-15
KR101334067B1 true KR101334067B1 (ko) 2013-12-06

Family

ID=49300769

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020120035748A KR101334067B1 (ko) 2012-04-05 2012-04-05 초고속 레이저를 이용한 휠 선단부의 미세 노치 제작 장치 및 방법

Country Status (4)

Country Link
JP (1) JP6043421B2 (ko)
KR (1) KR101334067B1 (ko)
CN (1) CN104203485B (ko)
WO (1) WO2013151350A1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015514018A (ja) * 2012-04-05 2015-05-18 コリア リサーチ インスティチュート オブ スタンダーズ アンド サイエンス 超高速レーザを用いたホイールの先端部の微小切欠の製造装置および方法

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107876975A (zh) * 2017-12-18 2018-04-06 深圳光韵达激光应用技术有限公司 一种复合片双头激光切割分片装置及分片加工方法
CN109175730B (zh) * 2018-10-31 2024-02-06 山东泰鹏智能家居股份有限公司 全移动式多卡盘切割装置及方法
CN110682007B (zh) * 2019-09-11 2021-12-17 前海晶方云(深圳)测试设备有限公司 一种芯片加工用切割装置
CN115415666B (zh) * 2022-09-07 2024-08-16 哈尔滨理工大学 一种铍材专用的激光辅助刻划和粉末回收装置
JP7454717B1 (ja) 2023-01-16 2024-03-22 株式会社アマダ レーザ加工システム

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007136692A (ja) * 2005-11-15 2007-06-07 Tatsumi Yoda 装飾品レーザ加工方法
KR100847677B1 (ko) * 2007-01-24 2008-07-23 한국과학기술원 투명 유리를 이용한 레이저 미세 가공 장치
JP2008200699A (ja) * 2007-02-19 2008-09-04 Enshu Ltd 外周体の周期構造体加工方法と外周体の周期構造体加工装置
KR20120017124A (ko) * 2010-08-18 2012-02-28 (주)큐엠씨 레이저 가공 방법 및 레이저 가공 장치

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS56157830A (en) * 1980-05-08 1981-12-05 Toshiba Corp Laser machining apparatus
GB8722087D0 (en) * 1987-09-19 1987-10-28 Cambridge Consultants Multiple cutter
JPH0537449U (ja) * 1991-10-25 1993-05-21 株式会社丸栄機械製作所 水晶板積層体研摩装置
JPH09192858A (ja) * 1996-01-11 1997-07-29 Olympus Optical Co Ltd 可撓性管の製造方法及び装置
US7723642B2 (en) * 1999-12-28 2010-05-25 Gsi Group Corporation Laser-based system for memory link processing with picosecond lasers
CN2431069Y (zh) * 2000-06-30 2001-05-23 陆建毅 电火花线切割机床贮丝筒的联轴器
KR100389003B1 (ko) * 2000-10-09 2003-06-25 삼성전자주식회사 디스크의 밸런싱장치 및 그 방법
JP2003251475A (ja) * 2002-03-01 2003-09-09 Sumitomo Heavy Ind Ltd レーザ加工方法
KR100621550B1 (ko) * 2004-03-17 2006-09-14 삼성전자주식회사 테이프 배선 기판의 제조방법
TWI380868B (zh) * 2005-02-02 2013-01-01 Mitsuboshi Diamond Ind Co Ltdl Fine processing method of sintered diamond using laser, cutter wheel for brittle material substrate, and method of manufacturing the same
JP2006263879A (ja) * 2005-03-24 2006-10-05 Hoya Corp 磁気ディスク用基板の製造方法、磁気ディスク用基板の製造装置及び磁気ディスクの製造方法
DE102007045383A1 (de) * 2007-09-22 2008-07-17 Bohle Ag Verfahren zur Herstellung von Schneidrädchen
US20100116799A1 (en) * 2007-11-05 2010-05-13 Kazuyoshi Momoi Roller machining method and roller machining apparatus
JP2012045581A (ja) * 2010-08-27 2012-03-08 Mitsubishi Materials Corp レーザ加工方法
KR101334067B1 (ko) * 2012-04-05 2013-12-06 이화다이아몬드공업 주식회사 초고속 레이저를 이용한 휠 선단부의 미세 노치 제작 장치 및 방법

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007136692A (ja) * 2005-11-15 2007-06-07 Tatsumi Yoda 装飾品レーザ加工方法
KR100847677B1 (ko) * 2007-01-24 2008-07-23 한국과학기술원 투명 유리를 이용한 레이저 미세 가공 장치
JP2008200699A (ja) * 2007-02-19 2008-09-04 Enshu Ltd 外周体の周期構造体加工方法と外周体の周期構造体加工装置
KR20120017124A (ko) * 2010-08-18 2012-02-28 (주)큐엠씨 레이저 가공 방법 및 레이저 가공 장치

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015514018A (ja) * 2012-04-05 2015-05-18 コリア リサーチ インスティチュート オブ スタンダーズ アンド サイエンス 超高速レーザを用いたホイールの先端部の微小切欠の製造装置および方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN104203485B (zh) 2016-06-08
JP2015514018A (ja) 2015-05-18
WO2013151350A1 (en) 2013-10-10
CN104203485A (zh) 2014-12-10
KR20130113289A (ko) 2013-10-15
JP6043421B2 (ja) 2016-12-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI592244B (zh) 於透明材料內部施行雷射絲化之方法與裝置
KR101334067B1 (ko) 초고속 레이저를 이용한 휠 선단부의 미세 노치 제작 장치 및 방법
JP6085895B2 (ja) 微細構造の溝を持つスクライビングホイール
CN106132627B (zh) 用于对脆性材料进行划割并随后进行化学蚀刻的方法和系统
US9828277B2 (en) Methods for separation of strengthened glass
JP5432658B2 (ja) 透過型電子顕微鏡法用サンプルの作成方法および装置
JP2019064916A (ja) 透明及び半透明な基板をレーザ切断する方法及び装置
TW201531361A (zh) 藉由叢發超快雷射脈衝之絲化雷射加工矽之方法及裝置
JP2005288503A (ja) レーザ加工方法
Hörstmann-Jungemann et al. 3D-microstructuring of sapphire using high power fs-laser radiation and selective etching

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20161027

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20171017

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20181101

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190926

Year of fee payment: 7