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KR100573259B1 - Laser cutting device using heat induced crack propagation - Google Patents

Laser cutting device using heat induced crack propagation Download PDF

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KR100573259B1
KR100573259B1 KR1020040049110A KR20040049110A KR100573259B1 KR 100573259 B1 KR100573259 B1 KR 100573259B1 KR 1020040049110 A KR1020040049110 A KR 1020040049110A KR 20040049110 A KR20040049110 A KR 20040049110A KR 100573259 B1 KR100573259 B1 KR 100573259B1
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cutting line
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박정호
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Abstract

본 발명은 레이저 절단 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 레이저를 사용하여 취성 물질에 절단 부위에 크랙을 유발함으로써 상기 취성 물질을 절단하는 레이저 절단 장치에 관한 것이다. 본 발명은 레이저 빔을 방출하여 기판 상의 예정된 절단선 부위를 가열하는 레이저 유닛, 유입된 소정 압력의 기체를 상기 레이저 빔에 의해 가열된 상기 기판상의 소정 부위로 분사하도록 상기 절단선 방향으로 길쭉한 토출 슬릿을 구비하는 냉각 스트림 공급 수단 및 상기 예정된 절단선을 따라 상기 기판에 대해 상기 레이저 유닛 및 상기 냉각 스트림 공급 수단의 상대적인 위치를 이동시키는 이송 유닛을 포함하는 레이저 절단 장치를 제공한다. 본 발명에 따르면, 높은 냉각 효율을 제공하는 동시에 기판 오염의 문제를 발생하지 않는 건식 냉각 시스템을 갖는 열유발 크랙 전파법을 이용한 레이저 절단 장치를 제공할 수 있다. The present invention relates to a laser cutting device, and more particularly, to a laser cutting device for cutting the brittle material by causing a crack in the cutting site to the brittle material using a laser. The present invention provides a laser unit which emits a laser beam to heat a predetermined cutting line portion on a substrate, and an ejection slit elongated in the cutting line direction to spray a gas having a predetermined pressure into a predetermined portion on the substrate heated by the laser beam. And a conveying unit for moving a relative position of said laser unit and said cooling stream supply means with respect to said substrate along said predetermined cutting line. According to the present invention, it is possible to provide a laser cutting device using a heat-induced crack propagation method having a dry cooling system that provides high cooling efficiency and does not cause a problem of substrate contamination.

레이저 절단, 냉각 스트림, 토출 슬릿, 예열, 완전 절단 Laser cutting, cooling stream, discharge slit, preheating, complete cutting

Description

열유발 크랙 전파를 이용한 레이저 절단 장치{LASER CUTTING MACHINE USING THERMALLY INDUCED CRACK PROPAGATION TECHNIQUE}LASER CUTTING MACHINE USING THERMALLY INDUCED CRACK PROPAGATION TECHNIQUE}

도 1a는 종래의 열유발 크랙 전파법을 이용한 모재를 절단하는 메커니즘을 개략적으로 도시한 도면이다. Figure 1a is a diagram schematically showing a mechanism for cutting the base material using a conventional heat induced crack propagation method.

도 1b는 습식 냉각법을 사용하는 종래의 레이저 절단 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.FIG. 1B is a view schematically showing a conventional laser cutting device using the wet cooling method.

도 2는 레이저 절단 장치내에서 기판의 완전한 절단을 가능하게 하는 종래의 절단 메커니즘을 개략적으로 설명하기 위한 도면이다.FIG. 2 is a diagram schematically illustrating a conventional cutting mechanism that enables complete cutting of a substrate in a laser cutting device.

도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 레이저 절단 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.3 is a view schematically showing a laser cutting device according to a first embodiment of the present invention.

도 4는 도 3의 냉각 스트림 공급 수단을 보다 상세하게 도시한 도면이다.4 shows the cooling stream supply means of FIG. 3 in more detail.

도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 레이저 절단 장치를 개략적으로 도시한 도면이다. 5 is a view schematically showing a laser cutting device according to a second embodiment of the present invention.

도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 레이저 절단 장치를 개략적으로 도시한 도면이다. 6 is a view schematically showing a laser cutting device according to a third embodiment of the present invention.

도 7은 본 발명의 제4 실시예에 따른 레이저 절단 장치를 개략적으로 도시한 도면이다. 7 is a view schematically showing a laser cutting device according to a fourth embodiment of the present invention.

도 8은 도 6 및 도 7과 관련하여 설명한 본 발명의 실시예에서 각 레이저 빔의 조사 구간을 확대 도시한 도면이다.8 is an enlarged view illustrating an irradiation section of each laser beam in the embodiment of the present invention described with reference to FIGS. 6 and 7.

<도면의 부호에 대한 간단한 설명><Short description of the symbols in the drawings>

10 : 절단선 100 : 기판10: cutting line 100: substrate

150 : 이송 및 회전 스테이지 200 : 레이저 유닛150: transfer and rotation stage 200: laser unit

210, 210A, 210B : 레이저 소스 211, 211A, 211B : 레이저 빔210, 210A, 210B: laser source 211, 211A, 211B: laser beam

222, 222A, 222B, 222C, 222D : 집속 렌즈222, 222A, 222B, 222C, 222D: Focusing Lens

310 : 냉각 스트림 공입구 400 : 냉각 스트림 공급 수단310: cooling stream inlet 400: cooling stream supply means

410 : 토출 슬릿 420 : 가스 유입구410: discharge slit 420: gas inlet

600 : 콤프레셔600: compressor

본 발명은 레이저 절단 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 레이저를 사용하여 취성 물질에 절단 부위에 크랙을 유발함으로써 상기 취성 물질을 절단하는 레이저 절단 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a laser cutting device, and more particularly, to a laser cutting device for cutting the brittle material by causing a crack in the cutting site to the brittle material using a laser.

LCD 패널 또는 반도체 소자들과 같은 많은 소자들은 복수의 디바이스 또는 소자가 형성되어 있는 대면적의 글라스 패널 또는 실리콘 및 사파이어 등의 웨이퍼로부터 개별 패널 또는 소자로 절단하는 방식으로 제조되고 있다.Many devices, such as LCD panels or semiconductor devices, are manufactured by cutting individual panels or devices from large area glass panels or wafers, such as silicon and sapphire, on which a plurality of devices or devices are formed.

종래에는 개별 패널 또는 소자의 절단에 다이아몬드 휠과 같은 기계적인 절 단 장치로 모재, 즉 패널 또는 웨이퍼를 절단하는 방식을 사용하여 왔다. 그러나, 기계적인 절단 방식은 절단 과정에서 발생하는 칩핑이나 윤활유에 의한 오염으로 인해 추가적인 세정 과정이 반드시 필요하다. 또한 모재에서 휠의 두께에 해당하는 스크라이브 면적이 낭비되어 비경제적이며, 휠의 마모로 인해 절단 공정을 표준화하기도 어렵다.Conventionally, the cutting of a base material, ie, a panel or a wafer, with a mechanical cutting device such as a diamond wheel has been used to cut individual panels or devices. However, the mechanical cutting method requires an additional cleaning process due to chipping or contamination by lubricating oil generated during the cutting process. In addition, the scribe area corresponding to the thickness of the wheel in the base material is wasted, which is uneconomical, and the wear of the wheel makes it difficult to standardize the cutting process.

종래의 기계적 절단 공정을 대신하는 것으로는 레이저 융제법(laser ablation method)을 이용한 절단 방법이 있다. 이 방법은 모재의 사전 결정된 절단선을 따라 고출력의 레이저로 국부적으로 가열하여 기화시킴으로써 모재를 절단한다. 그러나, 이 방법 또한 레이저빔의 빔 사이즈가 상대적으로 넓은 편이며, 용융 기화된 가스에 의한 모재의 오염의 우려가 있다. 특히, 레이저 융제법은 모재를 기화시키기 위해 충분한 에너지를 가해야 하기 때문에 절단 속도에서 만족스럽지 못하다.As an alternative to the conventional mechanical cutting process, there is a cutting method using a laser ablation method. This method cuts the base material by locally heating and vaporizing it with a high power laser along a predetermined cutting line of the base material. However, this method also has a relatively large beam size of the laser beam, and there is a fear of contamination of the base metal by the melt vaporized gas. In particular, the laser ablation method is not satisfactory at the cutting speed because sufficient energy must be applied to vaporize the base material.

레이저를 이용하여 모재를 절단하는 다른 방법으로는 모재의 절단할 부위에 크랙을 유발하고, 유발된 크랙을 임의의 절단선을 따라 진행하도록 제어하여 모재를 절단하는 방법이 있다. 이 방법은 상대적으로 빠른 절단 속도를 가지고 있으며, 절단 과정에서의 오염을 방지할 수 있다는 장점을 가지고 있어, 최근 많은 관심이 모아지고 있다.Another method of cutting the base material using a laser is a method of causing a crack in a portion to be cut of the base material and cutting the base material by controlling the crack to proceed along an arbitrary cutting line. This method has a relatively fast cutting speed and has the advantage of preventing contamination in the cutting process, attracting a lot of attention in recent years.

도 1a에 이 방법에 의해 모재를 절단하는 메커니즘을 개략적으로 도시한 도면이다. Figure 1a schematically shows a mechanism for cutting the base material by this method.

도 1a를 참조하면, 레이저 유닛(도시하지 않음)로부터 레이저 빔(211)을 발 생시켜 적당한 광학 시스템(도시하지 않음)을 통해 기판(100)에 조사한다. 상기 레이저 빔에 의해 가열된 조사 영역은, 곧이어 냉각 스트림(310)의 분사에 의해 냉각된다. 이 과정을 통해 상기 기판(100) 표면의 레이저 빔 조사 영역은 매우 큰 열응력하에 놓이게 되며, 그 결과 조사 영역에 크랙이 발생된다. 상기 기판(100)이 상기 레이저 빔(211)과 냉각 스트림(410)에 대해 상기 기판(100)의 절단선(10)을 따라 상대적으로 이동하면서 상기 기판(S)을 가열 및 냉각하면, 크랙은 기판(100) 표면 전체에 걸쳐 연장되어 형성된다. 전술한 과정을 거쳐 기판 전체에 걸쳐 크랙을 형성한 뒤, 기판(100)에 적당한 인장 응력을 가함으로써 절단할 수 있다. Referring to FIG. 1A, a laser beam 211 is generated from a laser unit (not shown) and irradiated to the substrate 100 through a suitable optical system (not shown). The irradiation area heated by the laser beam is subsequently cooled by injection of the cooling stream 310. Through this process, the laser beam irradiation area on the surface of the substrate 100 is placed under a very large thermal stress, and as a result, cracks are generated in the irradiation area. When the substrate 100 heats and cools the substrate S while moving relative to the laser beam 211 and the cooling stream 410 along the cutting line 10 of the substrate 100, the cracks It extends over the entire surface of the substrate 100 and is formed. After forming a crack over the entire substrate through the above-described process, it can be cut by applying a suitable tensile stress to the substrate 100.

도 1a와 관련하여 설명한 레이저 절단 기술에는 기판을 급속히 냉각하는 것이 필수적이다. 이를 위해 종래에는 He, Ne, Ar, CO2 또는 압축 공기 등의 가스 스트림을 기판에 분사하는 건식 냉각 방식 또는 상기 냉각 가스와 냉각액을 혼합하여 기판에 분사하는 습식 냉각 방식을 사용해 왔다. 습식 냉각 방식에서 냉각액은 가스에 비해 단위 부피당 열용량이 높아 보다 효율적인 냉각이 가능하다는 점에서 바람직한 반면, 분출된 냉각액이 기판에 흩어져 기판을 오염시킬 우려가 매우 높다.Rapid cooling of the substrate is essential for the laser cutting technique described in connection with FIG. 1A. To this end, conventionally, a dry cooling method of spraying a gas stream such as He, Ne, Ar, CO 2, or compressed air on a substrate, or a wet cooling method of mixing the cooling gas and a cooling liquid and spraying the substrate on a substrate has been used. In the wet cooling method, the cooling liquid is preferable in that the heat capacity per unit volume is higher than that of the gas, thereby enabling more efficient cooling. However, there is a high possibility that the ejected cooling liquid is scattered on the substrate and contaminates the substrate.

도 1b에 냉각액을 사용하여 기판(100)을 냉각하는 종래의 레이저 절단 장치를 개략적으로 도시하였다. 도시된 바와 같이, 상기 레이저 절단 장치는 레이저 유닛(200), 냉각액 공급구(310) 및 냉각액 흡입구(410)를 포함하여 구성되어 있다. 상기 냉각액 흡입구(410)는 상기 냉각액 공급구(310)로부터 기판(100)으로 분출된 냉각액을 흡입한다. 상기 냉각액 공급구(310)는 상기 냉각액이 기판(100)과 접촉하 기 전에 흡입되지 않도록 적절한 위치에 형성되어 있다. 그러나, 이러한 조치에도 불구하고 냉각액이 상기 흡입구(410)에 의해 제대로 회수되기를 기대하기는 어렵다. 1B schematically illustrates a conventional laser cutting device for cooling a substrate 100 using a coolant. As shown, the laser cutting device includes a laser unit 200, a coolant supply port 310, and a coolant suction port 410. The coolant suction port 410 sucks the coolant ejected from the coolant supply port 310 to the substrate 100. The coolant supply port 310 is formed at an appropriate position so that the coolant is not sucked before contacting the substrate 100. However, despite such measures, it is difficult to expect the coolant to be properly recovered by the inlet 410.

이와 같이, 종래의 열유발 크랙 전파법을 이용한 레이저 절단 장치는 효율적인 냉각 용량을 제공하면서 기판의 오염을 초래하지 않는 냉각 시스템의 제공이라는 문제점을 해결하지 못하고 있다.As described above, the laser cutting apparatus using the conventional thermally induced crack propagation method does not solve the problem of providing a cooling system that does not cause contamination of the substrate while providing an efficient cooling capacity.

한편, 전술한 종래의 레이저 절단 장치에 의해서는 기판의 완전한 절단을 얻을 수는 없다. 기판을 절단하기 위해서는 인장 응력을 가하는 등의 다른 외부적인 수단이 존재하여야 한다. 이러한 단점을 개선하기 위해 별도의 외력 없이 레이저 절단 장치내에서 기판의 완전한 절단을 가능하게 하는 장치를 제공하고자 하는 노력이 시도되어 왔다. 이러한 시도 중 하나로, 헥스트라(Heokstra)의 미국특허번호 제6,420,678호를 들 수 있다. On the other hand, with the above-described conventional laser cutting device, complete cutting of the substrate cannot be obtained. To cut the substrate, there must be other external means such as applying a tensile stress. In order to remedy this drawback, efforts have been made to provide a device that enables complete cutting of a substrate in a laser cutting device without a separate external force. One such attempt is Heokstra, US Pat. No. 6,420,678.

상기 특허의 방법은 두 개의 레이저 빔을 갖는 레이저 절단 장치로 기판을 절단하는 방법을 개시하고 있다. 도 2를 참조하여, 상기 특허의 방법을 구체적으로 설명하면 다음과 같다. 먼저, 미리 설정된 절단선(10)을 따라 기판(100) 표면의 일정 영역을 스크라이브 빔(211A)을 조사하여 가열한다. 이어서, 상기 조사 영역에는 냉기 분사구(310)를 통해 냉각제가 공급되는 데, 이로 인해 상기 영역에는 마이크로 크랙이 형성된다. 다음 단계로 상기 가열 및 냉각을 거친 상기 절단선(10) 양측에 한 쌍의 브레이킹 빔(211B)을 조사한다. 상기 브레이킹 빔(211B)은 상기 절단선(10) 양측 표면에 인장 응력을 발생시키는데, 이 인장 응력은 절단선(10)에 형성된 마이크로 크랙을 전파시키는 구동력으로 작용한다. 상기 스크라이브 빔(211A), 냉기 분사구(310) 및 브레이킹 빔(211B)은 상기 기판(100)의 절단선(10)을 따라 이동함으로써, 절단선(10)을 따라 기판(100)이 절단되도록 한다.The method of the patent discloses a method of cutting a substrate with a laser cutting device having two laser beams. Referring to Figure 2, the method of the patent will be described in detail. First, a predetermined region of the surface of the substrate 100 is irradiated with a scribe beam 211A along a preset cutting line 10 to be heated. Subsequently, a coolant is supplied to the irradiation area through the cold air injection port 310, and thus microcracks are formed in the area. Next, a pair of braking beams 211B is irradiated to both sides of the cutting line 10 that has undergone the heating and cooling. The breaking beam 211B generates tensile stress on both surfaces of the cutting line 10, which acts as a driving force for propagating micro cracks formed in the cutting line 10. The scribe beam 211A, the cold air injection port 310 and the braking beam 211B move along the cutting line 10 of the substrate 100, thereby cutting the substrate 100 along the cutting line 10. .

전술한 바와 같이, 상기 특허는 취성 물질의 파괴 메커니즘을 두 단계로 나누어 고찰하고 있다. 즉, 스크라이브 빔을 사용하여 크랙을 발생시키며, 브레이킹 빔을 이용하여 크랙을 전파시킨다는 것이다. 그러나, 상기 특허의 방법에 의해서도 기판 두께 전체에 걸친 완전한 절단은 달성되지 않는다. 이것은 상기 특허의 방법에 의해서는 크랙의 발생 및 전파에 의해 기판의 완전한 절단이 이루어질 정도로 충분한 에너지가 공급되지 못하기 때문으로 보인다.As mentioned above, the patent considers the mechanism of breaking brittle materials in two stages. That is, cracks are generated using a scribe beam, and cracks are propagated using a breaking beam. However, even by the method of the patent, no complete cutting across the substrate thickness is achieved. This seems to be because the method of the patent does not provide enough energy to complete cutting of the substrate by the generation and propagation of cracks.

따라서, 열유발 크랙 전파법에 의한 취성 물질의 완전한 절단을 달성하기 한 새로운 레이저 절단 장치 및 방법이 절실히 요구되고 있다.Therefore, there is an urgent need for a new laser cutting device and method for achieving complete cutting of brittle material by thermally induced crack propagation.

본 발명은 높은 냉각 성능을 제공하는 동시에 기판 오염의 문제를 발생하지 않는 건식 냉각 시스템을 갖는 열유발 크랙 전파법을 이용한 레이저 절단 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to provide a laser cutting device using a heat-induced crack propagation method having a dry cooling system that provides high cooling performance and does not cause substrate contamination.

또한, 본 발명은 기판의 완전한 절단을 보장하는 열유발 크랙 전파법을 이용한 레이저 절단 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. In addition, an object of the present invention is to provide a laser cutting device using the heat-induced crack propagation method to ensure the complete cutting of the substrate.

또한, 본 발명은 기판의 완전한 절단을 보장하는 동시에 높은 정밀도 및 절단 속도를 갖는 레이저 절단 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.It is also an object of the present invention to provide a laser cutting device having high precision and cutting speed while ensuring complete cutting of the substrate.

상기 기술적 과제를 달성하기 위해 본 발명은 레이저 빔을 방출하여 기판 상의 예정된 절단선 부위를 가열하는 레이저 유닛, 유입된 소정 압력의 기체를 상기 레이저 빔에 의해 가열된 상기 기판상의 소정 부위로 분사하도록 상기 절단선 방향으로 길쭉한 토출 슬릿을 구비하는 냉각 스트림 공급 수단 및 상기 예정된 절단선을 따라 상기 기판에 대해 상기 레이저 유닛 및 상기 냉각 스트림 공급 수단의 상대적인 위치를 이동시키는 이송 유닛을 포함하는 레이저 절단 장치를 제공한다.In order to achieve the above technical problem, the present invention provides a laser unit which emits a laser beam to heat a predetermined cutting line portion on a substrate, and injects a gas of a predetermined pressure into a predetermined portion on the substrate heated by the laser beam. And a cooling stream supply means having an elongated discharge slit in a cutting line direction and a conveying unit for moving a relative position of the laser unit and the cooling stream supply means with respect to the substrate along the predetermined cutting line. do.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 레이저 유닛은 방출된 레이저 빔을 소정 간격을 갖는 두 개의 빔으로 분할하는 빔 분할기를 더 포함하는 것이 좋다. 또한, 상기 장치는 상기 냉각 스트림 공급 수단에 압축 기체를 공급하기 위한 콤프레셔를 더 포함할 수 있으며, 필요에 따라 상기 냉각 스트림 공급 수단에 냉각 기체를 공급하기 위한 냉각 장치를 더 포함할 수 있다. 본 발명에서 상기 토출 슬릿의 폭은 상기 기판에서의 상기 레이저 빔 조사 영역의 폭보다 작은 것이 바람직하며, 상기 토출 슬릿의 폭은 10 ~ 200 ㎛인 것이 좋다. 또한, 상기 토출 슬릿은 상기 냉각 스트림 공급 수단의 내측으로부터 외측으로 갈수록 개구부의 폭이 좁아지도록 경사진 구조를 가질 수 있다.According to a preferred embodiment of the present invention, the laser unit may further include a beam splitter for dividing the emitted laser beam into two beams having a predetermined interval. In addition, the apparatus may further include a compressor for supplying compressed gas to the cooling stream supply means, and may further include a cooling device for supplying cooling gas to the cooling stream supply means as necessary. In the present invention, the width of the discharge slit is preferably smaller than the width of the laser beam irradiation area in the substrate, the width of the discharge slit is preferably 10 ~ 200 ㎛. In addition, the discharge slit may have a structure inclined so that the width of the opening becomes narrower from the inner side to the outer side of the cooling stream supply means.

본 발명은 또한 소정 간격으로 기판 상의 예정된 절단선을 따라 가열하는 제1 레이저 빔과 제2 레이저 빔을 방출하는 레이저 유닛, 유입된 기체를 상기 제1 및 제2 레이저 빔에 의해 가열된 상기 예정된 절단선상의 소정 부위로 분사하도록 상기 절단선 방향으로 길쭉한 토출 슬릿을 구비하는 냉각 스트림 공급 수단 및 상기 예정된 절단선을 따라 상기 기판에 대해 상기 레이저 유닛 및 냉각 스트림 공급 수 단의 상대적인 위치를 이동시키는 이송 유닛을 포함하는 레이저 절단 장치를 제공한다. The present invention also relates to a laser unit that emits a first laser beam and a second laser beam that heat along a predetermined cutting line on a substrate at predetermined intervals, the predetermined cutting being heated by the first and second laser beams of incoming gas. Cooling stream supply means having an ejection slit elongated in the cutting line direction so as to spray to a predetermined portion on the line and a transfer unit for moving the relative position of the laser unit and the cooling stream supply end with respect to the substrate along the predetermined cutting line. It provides a laser cutting device comprising a.

본 발명에서 상기 레이저 유닛으로부터 방출되는 상기 제1 및 제2 레이저 빔은 각각 다른 소스로부터 발생될 수 있다. In the present invention, the first and second laser beams emitted from the laser unit may be generated from different sources, respectively.

이와 달리, 상기 레이저 유닛은 레이저 소스, 상기 레이저 소스로부터 발생된 레이저를 상기 제1 레이저 빔 및 제2 레이저빔으로 분할하는 빔 분할기 및 상기 제1 및 제2 레이저 빔 각각을 상기 소정 간격으로 상기 예정된 절단선상으로 집속하는 광학 시스템을 포함할 수 있다.Alternatively, the laser unit may include a laser source, a beam splitter for dividing a laser generated from the laser source into the first laser beam and the second laser beam, and each of the first and second laser beams at the predetermined interval. And an optical system that focuses on the cut line.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 제1 및 제2 레이저 빔 각각은 상기 기판상의 상기 예정된 절단선을 따라 소정 영역을 가열하며, 상기 제1 레이저 빔에 의한 가열 영역은 상기 제2 레이저 빔에 의한 가열 영역보다 넓은 면적을 갖는 것이 바람직하다. 또한, 상기 제1 및 제2 레이저 빔 각각은 상기 기판상의 상기 예정된 절단선을 따라 소정 영역을 가열하며, 상기 제1 및 상기 제2 레이저 빔의 가열 영역은 상기 예정된 절단선을 따라 길쭉한 형상인 것이 바람직하다. 이를 위해, 상기 광학 시스템은 상기 제1 레이저 빔을 위한 제1 실린더형 렌즈와 상기 제2 레이저 빔을 위한 제2 실린더형 렌즈를 포함하여 구성될 수 있다. According to a preferred embodiment of the present invention, each of the first and second laser beams heats a predetermined area along the predetermined cutting line on the substrate, and the heating area by the first laser beam is connected to the second laser beam. It is preferable to have an area larger than the heating area. The first and second laser beams each heat a predetermined area along the predetermined cutting line on the substrate, and the heating areas of the first and second laser beams are elongated along the predetermined cutting line. desirable. To this end, the optical system may comprise a first cylindrical lens for the first laser beam and a second cylindrical lens for the second laser beam.

또한 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 제1 및 제2 레이저 빔 각각이 상기 기판상의 상기 예정된 절단선을 따라 소정 영역을 가열할 때, 상기 제1 레이저 빔의 가열 영역 및 상기 제2 레이저 빔의 가열 영역은 약간 겹쳐지도록 구성될 수 있다.Also in accordance with a preferred embodiment of the present invention, when each of the first and second laser beams heats a predetermined area along the predetermined cutting line on the substrate, the heating area of the first laser beam and the second laser beam The heating zones of can be configured to overlap slightly.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명을 상술한다. 첨부된 도면에서 동일한 참조 번호는 동일한 요소를 지칭한다. Hereinafter, the present invention will be described in detail by explaining preferred embodiments of the present invention with reference to the drawings. Like reference numerals in the accompanying drawings refer to like elements.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 레이저 절단 장치를 개략적으로 도시한 도면이다. 도시된 바와 같이, 본 발명의 레이저 절단 장치는 레이저 유닛(200), 냉각 스트림 공급 수단(400) 및 이송 유닛(500)을 포함하여 구성된다. 3 is a view schematically showing a laser cutting device according to an embodiment of the present invention. As shown, the laser cutting device of the present invention comprises a laser unit 200, a cooling stream supply means 400 and a conveying unit 500.

구체적으로 도시하지는 않았지만, 상기 레이저 유닛(200)은 레이저 소스(210) 및 상기 레이저 소스(210)에서 발생된 레이저 빔(211)을 기판(S)으로 유도하는 광학 시스템(222, 224)을 포함하고 있다. Although not specifically illustrated, the laser unit 200 includes a laser source 210 and optical systems 222 and 224 for guiding the laser beam 211 generated from the laser source 210 to the substrate S. FIG. Doing.

도 4는 본 발명의 냉각 스트림 공급 수단(400)을 구체적으로 도시한 도면이다. 도 4를 참조하여 이를 설명한다.4 is a view showing in detail the cooling stream supply means 400 of the present invention. This will be described with reference to FIG. 4.

도 4의 우측 도면은 본 발명의 냉각 스트림 공급 수단(400)을 길이 방향으로 절단한 단면도를 도시한 것이며, 좌측 도면은 냉각 스트림 유출측에서 바론 본 정면도를 도시한 것이다. 단면도에 도시된 바와 같이, 상기 냉각 스트림 공급 수단(400)은 일단에 가스 공급 도관과 연결되는 가스 유입구(420)를 가지고 있다. 유입된 공기는 상기 냉각 스트림 공급 수단(400)의 내부를 통과하여 타단에 설치된 토출 슬릿(410)을 통해 배출된다. 상기 토출 슬릿(410)은 길쭉한 슬릿 형상을 가지며, 상기 슬릿(410)은 길이 방향이 기판의 절단선 방향으로 배치되도록 상기 레이저 절단 장치에 장착된다. 상기 냉각 스트림 공급 수단(400)을 상기 레이저 절단 장치에 부착시키기 위해 상기 냉각 스트림 공급 수단(400)의 외측 둘레를 따라 고정용 지그와 같은 고정 수단(460)이 설치되어 있다. 4 shows a cross-sectional view of the cooling stream supply means 400 of the present invention in the longitudinal direction, and the left view shows a front view of the baron seen from the outlet of the cooling stream. As shown in the cross-sectional view, the cooling stream supply means 400 has a gas inlet 420 connected at one end to a gas supply conduit. The introduced air passes through the inside of the cooling stream supply means 400 and is discharged through the discharge slit 410 installed at the other end. The discharge slit 410 has an elongated slit shape, the slit 410 is mounted to the laser cutting device so that the longitudinal direction is disposed in the direction of the cutting line of the substrate. A fixing means 460, such as a fixing jig, is provided along the outer circumference of the cooling stream supply means 400 to attach the cooling stream supply means 400 to the laser cutting device.

본 발명에서 상기 슬릿의 폭(WS)은 상기 레이저 빔이 기판상에 형성하는 조사 영역을 고려하여 결정된다. 상기 슬릿의 폭(WS)은 바람직하게는 상기 레이저 빔의 조사 영역에 국부적인 열응력을 제공하기 위하여 상기 레이저 빔의 조사 영역 폭보다 좁은 것이 좋다. 본 발명에서 레이저 빔의 조사 영역의 폭은 약 200 ㎛ 이하인 것이 바람직하므로, 상기 슬릿의 폭 또한 10 ㎛ ~ 200 ㎛ 범위에 있는 것이 바람직하다. 이와 같은 좁은 폭을 갖는 슬릿은 초음파 랩핑 또는 레이저 가공에 의해 제조될 수 있다.In the present invention, the width W S of the slit is determined in consideration of the irradiation area formed by the laser beam on the substrate. The width W S of the slit is preferably narrower than the width of the irradiation area of the laser beam in order to provide local thermal stress to the irradiation area of the laser beam. In the present invention, since the width of the irradiation area of the laser beam is preferably about 200 μm or less, the width of the slit is also preferably in the range of 10 μm to 200 μm. Such narrow width slits can be produced by ultrasonic lapping or laser processing.

본 발명에서 상기 토출 슬릿(410)은 도시된 바와 같은 장방형에 한정되지 않으며, 길쭉한 임의의 형상, 예컨대 타원형을 가질 수도 있다. In the present invention, the discharge slit 410 is not limited to the rectangle as shown, and may have any shape elongated, for example, elliptical.

한편, 본 발명에서 토출되는 가스의 직진성을 확보할 수 있도록 상기 토출 슬릿의 깊이(δ)는 적절하게 조절될 수 있다. 또한 상기 토출 슬릿(410)은 상기 냉각 스트림 공급 수단의 내측으로부터 외측으로 갈수록 개구부가 좁아지도록 경사진 구조를 가질 수도 있다. 이와 같은 구조는 토출 슬릿(410)으로 배출되는 가스를 기판(100)의 절단선상에 집속되도록 하는 효과를 부여할 수 있다.On the other hand, the depth δ of the discharge slit can be appropriately adjusted to ensure the straightness of the discharged gas in the present invention. In addition, the discharge slit 410 may have a structure inclined so that the opening becomes narrower from the inner side to the outer side of the cooling stream supply means. Such a structure may give an effect of focusing the gas discharged to the discharge slit 410 on the cutting line of the substrate 100.

본 발명에서 레이저 절단 장치의 동작시 레이저 빔(211)이 조사하는 기판(100)상의 지점과 잘 정렬되도록 하고 상기 슬릿의 배열 방향이 바뀌지 않도록 상기 슬릿(410)은 상기 레이저 유닛의 하우징(200)에 부착될 수 있다. 물론, 이에 한정되지 않고 토출 슬릿을 레이저 빔과 정렬할 수 있는 한 다른 방법을 사용할 수도 있다. In the present invention, the slit 410 is the housing 200 of the laser unit so that the laser beam 211 is well aligned with the point on the substrate 100 to be irradiated during operation of the laser cutting device and the arrangement direction of the slit is not changed. It can be attached to. Of course, not limited to this, other methods may be used as long as the discharge slit can be aligned with the laser beam.

본 발명에서 상기 냉각 스트림 공급 수단(400)으로 유입되는 가스의 종류에는 제한이 없으나, 공기를 사용하는 것이 경제적인 측면에서 바람직하다. 또한, 본 발명에서 상기 공기는 압축 공기일 수 있으며, 상기 압축 공기는 압축 공기 봄베(bombe)를 통해 공급될 수 있다. 이와 달리 정압의 압축 공기를 지속적으로 공급하기 위해 도시된 바와 같은 콤프레셔(600)를 사용할 수도 있다. 또한, 상기 가스는 냉각되어 제공될 수도 있으며, 이를 위해 상기 냉각 스트림 공급 수단(400)으로 유입되는 가스의 공급 경로 상에는 별도의 냉각 장치가 구비될 수 있다.In the present invention, the type of gas introduced into the cooling stream supply means 400 is not limited, but it is preferable to use air in terms of economy. In addition, in the present invention, the air may be compressed air, and the compressed air may be supplied through a compressed air bombe. Alternatively, the compressor 600 as shown may be used to continuously supply a constant pressure of compressed air. In addition, the gas may be provided by being cooled, and for this purpose, a separate cooling device may be provided on the supply path of the gas flowing into the cooling stream supply means 400.

본 발명의 레이저 절단 장치는 기판(100)상에 예정된 절단선(도시하지 않음)을 따라 상기 레이저 유닛(200) 및 상기 냉각 스트림 공급 수단(400)이 이동할 수 있도록 이송 수단(500)이 구비되어 있다. 상기 이송 수단(500)은 3축(x축, y축, z축) 방향으로 상기 레이저 유닛(200) 및 냉각 스트림 공급 수단(400)을 이송할 수 있다. 본 발명에서 상기 이송 수단(500)은 상기 레이저 유닛(200) 및 상기 냉각 스트림 공급 수단(400)을 지지하는 역할을 하고 있다. 그러나, 도시된 이송 및 지지를 위한 본 발명의 구성은 예시적인 것에 불과하다. 이와 달리 상기 기판(100)을 고정시키는 기판 지지대(도시하지 않음)가 이동할 수도 있다. Laser cutting device of the present invention is provided with a transfer means 500 to move the laser unit 200 and the cooling stream supply means 400 along a predetermined cutting line (not shown) on the substrate 100 have. The transfer means 500 may transfer the laser unit 200 and the cooling stream supply means 400 in three axes (x-axis, y-axis, z-axis) direction. In the present invention, the transfer means 500 serves to support the laser unit 200 and the cooling stream supply means 400. However, the configuration of the present invention for the transport and support shown is merely exemplary. Alternatively, a substrate support (not shown) for fixing the substrate 100 may move.

상술한 본 발명의 장치를 통해 본 발명에서는 임의의 예정된 절단선(도시하지 않음)을 따라 상기 레이저 유닛 및 냉각 스트림 공급 수단을 이송할 수 있으며, 기판(100)상의 지점을 연속적으로 가열 및 냉각할 수 있다. 이에 따라, 절단선을 따라 기판 표면에 마이크로 크랙을 형성할 수 있으며, 후속 벤딩 공정 등에 의해 인장 응력을 가함으로써 상기 절단선을 따라 기판을 절단할 수 있다.The above-described apparatus of the present invention allows the present invention to transfer the laser unit and cooling stream supply means along any predetermined cutting line (not shown), and to continuously heat and cool the points on the substrate 100. Can be. Accordingly, microcracks may be formed on the surface of the substrate along the cutting line, and the substrate may be cut along the cutting line by applying tensile stress by a subsequent bending process or the like.

이상 도 4와 관련하여 설명한 본 발명의 레이저 절단 장치가 가지는 장점은 다음과 같다.Advantages of the laser cutting device of the present invention described with reference to FIG. 4 are as follows.

냉각 매체로 He, Ne, Ar, CO2 또는 압축 공기 등의 압축 가스를 사용하는 종래의 건식 레이저 절단 장치는 가스의 배출 수단으로 노즐을 사용하여 왔다. 그러나, 가스가 노즐에서 분사되어 기판에 도달할 때에는 확산으로 인해 실제 냉각하는 영역의 폭이 매우 넓어진다는 문제점을 가지고 있었다. 이에 따르면, 레이저 빔 조사 영역 뿐만 아니라 주변의 기판 영역도 함께 냉각되어 냉각 효율이 떨어질 수 밖에 없으며, 불필요한 영역도 한꺼번에 냉각됨으로써 원하는 영역에 국부적으로 큰 열응력을 제공할 수가 없게 된다. 그러나, 본 발명의 토출 슬릿은 절단선 방향으로 길쭉한 형상을 가지고 있으며, 그 폭이 매우 좁기 때문에 절단선 상의 원하는 부분만을 냉각시킬 수 있게 되어 냉각 효율을 증대시킬 뿐만 아니라 절단할 부위에 급격한 열응력을 제공할 수 있다.Conventional dry laser cutting devices using compressed gas such as He, Ne, Ar, CO 2 or compressed air as the cooling medium have used nozzles as the means for discharging the gas. However, when the gas is injected from the nozzle to reach the substrate, there is a problem that the width of the actual cooling region becomes very wide due to diffusion. As a result, not only the laser beam irradiation area but also the surrounding substrate area is cooled together and the cooling efficiency is inevitably decreased, and unnecessary areas are also cooled at a time, thereby providing a large thermal stress locally in a desired area. However, the discharge slit of the present invention has an elongated shape in the direction of the cutting line, and since the width thereof is very narrow, only the desired portion on the cutting line can be cooled, thereby increasing the cooling efficiency as well as applying rapid thermal stress to the cut part. Can provide.

또한, 콤프레스와 같은 압축 수단을 이용하는 경우 고압의 압축 가스를 상기 토출 슬릿으로 집중 분사하여 기판에 충격을 가함으로써 크랙 형성을 용이하게 할 수 있다. In addition, in the case of using a compression means such as a compressor, crack formation can be facilitated by intensively spraying a high-pressure compressed gas into the discharge slit to impact the substrate.

도 5는 전술한 냉각 스트림 공급 수단을 이용한 본 발명의 다른 실시예를 설명하는 도면이다. 5 is a view for explaining another embodiment of the present invention using the aforementioned cooling stream supply means.

도시된 바와 같이, 본 실시예에서는 2개의 레이저 빔을 사용하여 기판을 절단하고 있다. 하나의 레이저 소스(210)에 의해 발생된 레이저 빔은 빔 분할기(226) 및 반사경(224)에 의해 스크라이브 빔(211B)과 브레이킹 빔(211A)으로 나뉘어 기판에 조사된다. 냉각 스트림 공급 수단(400)은 스크라이브 빔(211B)이 조사하는 기판상의 영역(A1)과 브레이킹 빔이 조사하는 기판상의 영역(A2) 사이에 냉각 스트림을 공급한다. 상기 스크라이브 빔(211B), 냉각 스트림 및 상기 브레이킹 빔(211A)은 기판의 절단선(10)에 대해 정렬되어 있다. 상기 기판(100)은 이송 유닛(도시하지 않음)에 의해 상기 스크라이브 빔(211B), 브레이킹 빔(211A) 및 냉기 스트림에 대해 상대적으로 이동하도록 되어 있다. 따라서, 절단선을 따른 기판상의 임의의 지점은 가열→냉각→가열의 순으로 열이력을 경험하게 된다. 상기 스크라이브 빔(211B) 및 냉기 스트림은 크랙을 유발하며, 브레이킹 빔(211A)은 크랙의 전파를 유발한다.As shown, in this embodiment, two laser beams are used to cut the substrate. The laser beam generated by one laser source 210 is divided into a scribe beam 211B and a breaking beam 211A by the beam splitter 226 and the reflector 224 to be irradiated onto the substrate. The cooling stream supply means 400 supplies a cooling stream between the region A1 on the substrate irradiated by the scribe beam 211B and the region A2 on the substrate irradiated by the breaking beam. The scribe beam 211B, cooling stream and the braking beam 211A are aligned with the cutting line 10 of the substrate. The substrate 100 is adapted to move relative to the scribe beam 211B, the breaking beam 211A and the cold air stream by a transfer unit (not shown). Therefore, any point on the substrate along the cut line will experience thermal history in the order of heating → cooling → heating. The scribe beam 211B and the cold air stream cause cracks, and the breaking beam 211A causes crack propagation.

본 실시예에서 상기 두 레이저 빔을 기판으로 집속하는 렌즈(222A, 222B)는 각각의 목적에 따라 적절히 구성될 수 있다. 예컨대, 절단선(10) 방향으로 길쭉한 스크라이브 빔(211B)을 형성하기 위해 길이 방향이 기판의 절단선 방향으로 배열된 실린더형 렌즈를 사용할 수 있으며, 넓은 조사 면적을 갖는 브레이킹 빔은 상기 볼록 렌즈를 디포커스 위치에 배치함으로써 얻을 수 있다. 물론, 상기 브레이킹 빔(211A)을 전술한 미국 특허 제6,420,678호에 기재된 바와 같이 절단선에 평행한 두 개의 길쭉한 브레이킹 빔으로 구현할 수도 있으며, 이를 위해 다면 렌즈(faceted lens)를 포함하는 렌즈 시스템을 사용할 수 있다. In this embodiment, the lenses 222A and 222B that focus the two laser beams onto the substrate may be appropriately configured according to their respective purposes. For example, to form an elongated scribe beam 211B in the direction of the cutting line 10, a cylindrical lens having a longitudinal direction arranged in the direction of the cutting line of the substrate may be used, and a breaking beam having a large irradiation area may be used to fix the convex lens. It can obtain by arrange | positioning in a defocus position. Of course, the braking beam 211A can also be embodied as two elongated braking beams parallel to the cutting line, as described above in US Pat. No. 6,420,678, for which a lens system comprising a faceted lens can be used. Can be.

본 실시예에서 토출 슬릿을 구비하는 냉각 스트림 공급 수단(400)에 의해 공급되는 가스는 크랙의 발생에 충분한 응력을 제공할 뿐만 아니라, 나아가 높은 에 너지 상태의 크랙을 형성함으로써, 후속 브레이킹 빔의 가열에 의한 인장 응력이 가해질 때 손쉽게 크랙이 전파되도록 하여 기판의 완전한 절단을 용이하게 한다.The gas supplied by the cooling stream supply means 400 with discharge slits in this embodiment not only provides sufficient stress for the generation of cracks, but also forms cracks of high energy state, thereby heating the subsequent breaking beam. Cracks propagate easily when tensile stress is applied, thereby facilitating complete cutting of the substrate.

도 3 내지 도 5와 관련하여 전술한 본 발명의 레이저 절단 장치는 크랙의 발생과 크랙의 전파라는 각 단계를 구분하여 기판의 취성 파괴를 유도할 수 있다.The laser cutting device of the present invention described above with reference to FIGS. 3 to 5 may induce brittle fracture of a substrate by dividing each stage of generation of cracks and propagation of cracks.

도 6은 본 발명의 다른 실시예로서 기판의 완전한 절단을 달성하기 위한 레이저 절단 메커니즘을 설명하기 위한 도면이다.6 is a view for explaining a laser cutting mechanism for achieving complete cutting of the substrate as another embodiment of the present invention.

도 6을 참조하면, 본 발명에서는 두 개의 레이저 빔(211A, 211B)이 사용되고 있다. 상기 두 개의 레이저 빔(211A, 211B)은 하나의 레이저 소스(210)로부터 분할되며, 이를 위해 본 발명의 레이저 절단 장치에는 빔 분할기(226) 및 반사경(224)이 구비되어 있다. Referring to FIG. 6, two laser beams 211A and 211B are used in the present invention. The two laser beams 211A and 211B are divided from one laser source 210. For this purpose, the laser cutting device of the present invention is provided with a beam splitter 226 and a reflector 224.

도시된 바와 같이, 제1 레이저 빔(222B) 및 제2 레이저 빔(222A)은 기판 상의 예정된 절단선(10)에 소정 간격으로 정렬되어 있다. 또한, 상기 제2 레이저 빔(222A)으로부터 상기 절단선(10)을 따라 소정 간격 이격되어 냉각 스트림이 제공되고 있다. 본 발명에서 상기 제1 레이저 빔(222B), 제2 레이저 빔(222A) 및 상기 냉각 스트림이 형성하는 간격은 최적의 절단 속도를 구현하기 위해 적절히 제어될 수 있다.As shown, the first laser beam 222B and the second laser beam 222A are aligned at predetermined intervals with a predetermined cutting line 10 on the substrate. In addition, a cooling stream is provided spaced a predetermined distance from the second laser beam 222A along the cutting line 10. In the present invention, an interval formed by the first laser beam 222B, the second laser beam 222A, and the cooling stream may be appropriately controlled to achieve an optimal cutting speed.

적절한 이송 수단(도시하지 않음)에 의해, 상기 절단선상에서 상기 제1 레이저 빔(222B), 제2 레이저 빔(222A) 및 상기 냉각 스트림이 공급되는 상기 절단선상의 구간은 변화한다. 상기 이송은 기판의 이동 또는 상기 제1 레이저 빔(222B), 제2 레이저 빔(222A) 및 상기 냉각 스트림의 이동에 의해 달성될 수 있다. By means of suitable conveying means (not shown), the section on the cut line through which the first laser beam 222B, the second laser beam 222A and the cooling stream are supplied changes on the cut line. The transfer may be accomplished by movement of the substrate or movement of the first laser beam 222B, the second laser beam 222A and the cooling stream.

전술한 구성으로 인해 기판(100) 절단선(10)상의 임의의 지점은 제1 레이저 빔(211B)에 의한 예열, 제2 레이저 빔(211A)에 의한 가열 및 상기 냉각 스트림에 의해 냉각의 순으로 열이력을 경험한다. 따라서 기판(100)의 이동 방향(화살표 참조)을 고려할 때, 도시된 도면에서 영역(A1')의 절단선상의 각 지점은 제1 레이저 빔에 의한 가열, 영역(A2')의 각 지점은 제1 및 제2 레이저 빔에 의한 가열, 영역(A3')의 각 지점은 제1 및 제2 레이저 빔에 의한 가열 및 냉각 스트림에 의한 냉각을 경험한 상태에 있다. 기판의 이송으로 인해 상기 기판의 절단성상의 모든 지점은 예열, 가열 및 냉각의 순으로 열이력을 경험하게 된다.Due to the above configuration, any point on the cutting line 10 of the substrate 100 is in the order of preheating by the first laser beam 211B, heating by the second laser beam 211A, and cooling by the cooling stream. Experience the heat history. Therefore, in consideration of the moving direction of the substrate 100 (see arrow), in the illustrated drawing, each point on the cutting line of the region A1 'is heated by the first laser beam, and each point of the region A2' is Each point of heating by the first and second laser beams, area A3 ', is in a state where it has experienced heating by the first and second laser beams and cooling by a cooling stream. Due to the transfer of the substrate, every point of the cutting properties of the substrate undergoes thermal history in the order of preheating, heating and cooling.

본 발명에서 절단선상의 기판(100) 표면은 제1 레이저 빔(211B)에 의한 예열 단계와 상기 제2 레이저 빔(211A)에 의한 가열 단계의 2 단계의 가열 단계를 경험하고 있는데, 이로 인해 도입되는 효과는 다음과 같이 설명할 수 있다.In the present invention, the surface of the substrate 100 on the cutting line is subjected to two heating stages: a preheating step by the first laser beam 211B and a heating step by the second laser beam 211A. The effect can be explained as follows.

통상의 열유발 크랙 전파법에 의한 레이저 절단 방법에서 레이저 빔에 의해 기판, 예컨대 글라스 기판 표면은 국부적으로 연화점 온도(softening temperature) 이상으로 가열된다. 그러나, 종래의 1단계 가열 방식에 따르면 기판에서 가열되는 깊이는 매우 얕을 수밖에 없다. 기판 표면으로부터 보다 깊은 영역을 가열하기 위해서는 긴 시간 동안의 가열이 필요하지만, 이것은 필연적으로 절단 속도의 감소를 가져올 수밖에 없으며, 오랜 시간의 가열은 기판 표면 일부의 용융을 유발할 수도 있다. 본 발명에서는 기판을 2 단계로 나누어 가열함으로써, 기판 표면이 레이저 빔에 노출되는 시간을 길게 하여 기판 표면으로부터 보다 깊은 지점까지 가열할 수 있다. 따라서, 후속되는 기판 냉각에 의해 발생되는 기판 표면에서 발생하는 열응 력은 종래의 레이저 절단 메커니즘이 제공하는 것에 비해 매우 크게 될 것이다.In a conventional laser cutting method by heat-induced crack propagation, the surface of a substrate, such as a glass substrate, is locally heated by a laser beam above a softening temperature. However, according to the conventional one-step heating method, the depth to be heated in the substrate is inevitably very shallow. Long time heating is required to heat deeper areas from the substrate surface, but this inevitably leads to a reduction in cutting speed, and long time heating may cause melting of a portion of the substrate surface. In the present invention, by heating the substrate in two stages, it is possible to lengthen the time the substrate surface is exposed to the laser beam and to heat to a deeper point from the substrate surface. Thus, the thermal stresses generated at the substrate surface generated by subsequent substrate cooling will be much greater than those provided by conventional laser cutting mechanisms.

전술한 바와 같이 본 발명의 2 단계 과정을 거치면 기판 표면으로부터 깊은 부위까지 가열할 수 있으므로, 가열된 기판을 냉각하기 위한 냉각 스트림은 보다 높은 열 제거 능력을 필요로 한다. 이러한 관점에서 전술한 본 발명의 냉각 스트림 공급 수단(400)이 냉각 스트림의 제공을 위한 바람직한 수단이 될 수 있다. As described above, the two-step process of the present invention allows heating from the substrate surface to deep regions, so that a cooling stream for cooling the heated substrate requires higher heat removal capability. In this regard, the cooling stream supply means 400 of the present invention described above may be a preferred means for providing the cooling stream.

도 7은 도 6과 관련하여 설명한 본 발명의 절단 메커니즘을 구현하는 다른 실시예를 도시한 도면이다. 도시된 바와 같이, 두 레이저 빔(211A, 211B)이 서로 다른 레이저 소스(210A, 210B)로부터 발생된다는 점을 제외하고는 도 6과 관련하여 설명한 것과 동일하다.FIG. 7 illustrates another embodiment of implementing the cutting mechanism of the present invention described with reference to FIG. 6. As shown, the same as described with respect to FIG. 6 except that the two laser beams 211A, 211B are generated from different laser sources 210A, 210B.

도 8은 도 6 및 도 7에 도시한 실시예에서 본 발명에서 기판(100)상의 제1 레이저 빔(211B)과 제2 레이저 빔(211A)의 조사 구간(A1', A2')을 확대 도시한 도면이다. 도시된 바와 같이, 기판 표면에 형성되는 두 레이저 빔의 조사 구간(A1', A2')은 각각 절단선(10)을 따라 길쭉한 형상을 갖도록 하는 것이 바람직하다. 이것은 상기 제1 레이저 빔(211B)과 상기 제2 레이저 빔(211A)의 조사 시간을 증가시켜 열이 기판으로 침투하는 깊이를 증대시킬 수 있기 때문이다.FIG. 8 is an enlarged view of irradiation sections A1 ′ and A2 ′ of the first laser beam 211B and the second laser beam 211A on the substrate 100 in the embodiment shown in FIGS. 6 and 7. One drawing. As shown, it is preferable that the irradiation sections A1 'and A2' of the two laser beams formed on the substrate surface have an elongated shape along the cutting line 10, respectively. This is because the irradiation time of the first laser beam 211B and the second laser beam 211A can be increased to increase the depth at which heat penetrates into the substrate.

이와 같이 길쭉한 조사 구간(A1', A2')을 형성하기 위해서는 레이저 빔을 선형으로 집속하는 렌즈를 사용하는 것이 바람직하며, 이를 위해 본 발명에서는 각 레이저 빔(211A, 211B)을 집속하는 광학 렌즈(222C, 222D)로 축 방향이 기판의 절단선(10) 방향으로 정렬된 실린더형 렌즈를 사용할 수 있다. In order to form the elongated irradiation sections A1 'and A2', it is preferable to use a lens that focuses the laser beam linearly. To this end, in the present invention, an optical lens that focuses each laser beam 211A and 211B ( 222C and 222D, cylindrical lenses whose axial direction is aligned with the cutting line 10 direction of the substrate can be used.

또한, 상기 제1 레이저 빔의 조사 구간(A1')은 상기 제2 레이저 빔의 조사 구간(A2')에 비해 넓은 면적을 갖는 것이 바람직하다. 이것은 제1 레이저 빔(211B)이 기판 표면을 집중적으로 조사함으로써 기판 표면 온도의 급격한 상승을 방지한다. 그 일례로 도 8에 도시된 본 발명의 실시예에서, 조사 구간(A1')은 조사 구간(A2')에 비해 넓은 폭을 가지고 있다. 즉, W1>W2의 관계가 성립하고 있다. 이와 같은 조사 구간(A2')은 전술한 광학 렌즈 시스템에서 상기 제1 레이저 빔을 집속하는 상기 실린더형 렌즈(222C)를 디포커스 위치에 배치함으로써 얻을 수 있다. In addition, it is preferable that the irradiation section A1 'of the first laser beam has a larger area than the irradiation section A2' of the second laser beam. This prevents a sudden rise of the substrate surface temperature by the first laser beam 211B intensively irradiating the substrate surface. For example, in the embodiment of the present invention illustrated in FIG. 8, the irradiation section A1 ′ has a wider width than the irradiation section A2 ′. In other words, the relationship W1> W2 is established. Such an irradiation section A2 ′ can be obtained by arranging the cylindrical lens 222C focusing the first laser beam in a defocused position in the above-described optical lens system.

또한, 레이저 빔의 가열 효율을 높이기 위해 상기 기판 절단선상의 임의의 지점은 상기 예열 단계와 상기 가열 단계를 연속적으로 겪는 것이 바람직하다. 따라서, 본 발명에서 상기 제1 레이저 빔의 조사 구간(A1')과 상기 제2 레이저 빔의 조사 구간(A2')은 약간 겹쳐지도록, 즉 d=0이 되도록 상기 제1 레이저 빔(211B)과 상기 제2 레이저 빔(211A)의 간격(S)를 조절하는 것이 바람직하다. Further, in order to increase the heating efficiency of the laser beam, it is preferable that any point on the substrate cutting line undergoes the preheating step and the heating step continuously. Therefore, in the present invention, the irradiation section A1 ′ of the first laser beam and the irradiation section A2 ′ of the second laser beam overlap each other, that is, d = 0 and the first laser beam 211B. It is preferable to adjust the interval S of the second laser beam 211A.

전술한 본 발명의 일측면에 따르면, 기판의 절단선 방향으로 길쭉하며 좁은 폭을 갖는 토출 슬릿을 통해 냉각 가스를 배출함으로써, 기판상의 원하는 부분만 국부적으로 냉각할 수 있으므로 냉각 효율을 높일 수 있을 뿐만 아니라 기판 표면에 보다 큰 열응력을 제공할 수 있다.According to one aspect of the present invention, by discharging the cooling gas through the discharge slits having a long and narrow width in the direction of the cutting line of the substrate, it is possible to locally cool only the desired portion on the substrate, thereby increasing the cooling efficiency. It can also provide greater thermal stress to the substrate surface.

또한 토출 슬릿을 구비한 냉각 스트림 공급 수단을 레이저 빔에 의한 예열 및 가열을 포함하는 절단 메커니즘을 갖는 레이저 절단 장치에 적용할 경우 기판의 완전한 절단을 보장하는 동시에 매우 빠른 절단 속도를 구현할 수 있다.In addition, the application of a cooling stream supply means having discharge slits to a laser cutting device having a cutting mechanism including preheating and heating by a laser beam ensures a very fast cutting speed while ensuring complete cutting of the substrate.

또한, 본 발명의 절단 메커니즘은 비정질 유리 기판뿐만 아니라 다결정질 기 판의 절단에도 적용될 수 있으므로, 취성 물질 전반에 걸쳐 매우 넓게 적용될 수 있다.





In addition, the cutting mechanism of the present invention can be applied not only to amorphous glass substrates but also to polycrystalline substrates, and thus can be applied very widely throughout brittle materials.





Claims (20)

삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 소정 간격으로 기판 상의 예정된 절단선을 따라 가열하는 제1 레이저 빔과 제2 레이저 빔을 발생시키고, 상기 제1 및 제2 레이저 빔 각각은 상기 기판상의 상기 예정된 절단선을 따라 소정 영역을 가열하며, 상기 제1 레이저 빔에 의한 가열 영역은 상기 제2 레이저 빔에 의한 가열 영역보다 넓은 면적을 갖는 레이저 유닛;Generating a first laser beam and a second laser beam that heat along a predetermined cutting line on the substrate at predetermined intervals, each of the first and second laser beams heating a predetermined area along the predetermined cutting line on the substrate, A laser unit having a larger area than the heating area by the second laser beam; 유입된 기체를 상기 제1 및 제2 레이저 빔에 의해 가열된 상기 예정된 절단선상의 소정 부위로 분사하도록 상기 절단선 방향으로 길쭉한 토출 슬릿을 구비하는 냉각 스트림 공급 수단; 및Cooling stream supply means having an ejection slit elongated in the cutting line direction to spray the introduced gas into a predetermined portion on the predetermined cutting line heated by the first and second laser beams; And 상기 예정된 절단선을 따라 상기 기판에 대해 상기 레이저 유닛 및 냉각 스트림 공급 수단의 상대적인 위치를 이동시키는 이송 유닛을 포함하는 레이저 절단 장치.And a transfer unit for moving a relative position of said laser unit and cooling stream supply means relative to said substrate along said predetermined cutting line. 제8항에 있어서,The method of claim 8, 상기 레이저 유닛으로부터 방출되는 상기 제1 및 제2 레이저 빔은 각각 다른 소스로부터 발생되는 것인 레이저 절단 장치.And the first and second laser beams emitted from the laser unit are each generated from different sources. 제8항에 있어서,The method of claim 8, 상기 레이저 유닛은The laser unit 레이저 소스;Laser source; 상기 레이저 소스로부터 발생된 레이저를 상기 제1 레이저 빔 및 제2 레이저빔으로 분할하는 빔 분할기; 및A beam splitter dividing a laser generated from the laser source into the first laser beam and the second laser beam; And 상기 제1 및 제2 레이저 빔 각각을 상기 소정 간격으로 상기 예정된 절단선상으로 집속하는 광학 시스템을 포함하는 것인 레이저 절단 장치.And an optical system for focusing each of the first and second laser beams on the predetermined cutting line at the predetermined intervals. 삭제delete 제8항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 8 to 10, 상기 제1 및 제2 레이저 빔 각각은 상기 기판상의 상기 예정된 절단선을 따라 소정 영역을 가열하며,Each of the first and second laser beams heats a predetermined area along the predetermined cutting line on the substrate, 상기 제1 및 상기 제2 레이저 빔의 가열 영역은 상기 예정된 절단선을 따라 길쭉한 형상인 것인 레이저 절단 장치.And the heating area of the first and second laser beams is elongated along the predetermined cutting line. 제10항에 있어서,The method of claim 10, 상기 광학 시스템은 상기 제1 레이저 빔을 위한 제1 실린더형 렌즈와 상기 제2 레이저 빔을 위한 제2 실린더형 렌즈를 포함하는 것인 레이저 절단 장치.And the optical system comprises a first cylindrical lens for the first laser beam and a second cylindrical lens for the second laser beam. 제13항에 있어서,The method of claim 13, 상기 제2 실린더형 렌즈는 상기 제2 레이저 빔을 상기 기판상의 상기 예정된 절단선에 디포커스하는 것인 레이저 절단 장치.And the second cylindrical lens defocuss the second laser beam onto the predetermined cutting line on the substrate. 제8항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 8 to 10, 상기 제1 및 제2 레이저 빔 각각은 상기 기판상의 상기 예정된 절단선을 따라 소정 영역을 가열하며,Each of the first and second laser beams heats a predetermined area along the predetermined cutting line on the substrate, 상기 제1 레이저 빔의 가열 영역 및 상기 제2 레이저 빔의 가열 영역은 약간 겹쳐지는 것인 레이저 절단 장치.And the heating area of the first laser beam and the heating area of the second laser beam overlap slightly. 제8항에 있어서,The method of claim 8, 상기 토출 슬릿의 폭은 상기 기판에서의 상기 제2 레이저 빔 조사 영역의 폭보다 작은 것인 레이저 절단 장치.And the width of the discharge slit is smaller than the width of the second laser beam irradiation area in the substrate. 제16항에 있어서,The method of claim 16, 상기 토출 슬릿의 폭은 10 ~ 200 ㎛인 것인 레이저 절단 장치.The width of the discharge slit is a laser cutting device of 10 ~ 200 ㎛. 제8항에 있어서,The method of claim 8, 상기 토출 슬릿은 상기 냉각 스트림 공급 수단의 내측으로부터 외측으로 갈수록 개구부의 폭이 좁아지도록 경사져 있는 것인 레이저 절단 장치.And the discharge slit is inclined so that the width of the opening becomes narrower from the inside to the outside of the cooling stream supply means. 제8항에 있어서,The method of claim 8, 상기 냉각 스트림 공급 수단에 압축 기체를 공급하기 위한 콤프레셔를 더 포함하는 것인 레이저 절단 장치.And a compressor for supplying compressed gas to the cooling stream supply means. 제8항 또는 제19항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to claim 8 or 19, 상기 냉각 스트림 공급 수단에 냉각 기체를 공급하기 위한 냉각 장치를 더 포함하는 것인 레이저 절단 장치.And a cooling device for supplying cooling gas to said cooling stream supply means.
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