일반기술

미세한 입체물품을 제조하는 레이저 가공방법 및 그 장치

본 기술은 레이저빔을 이용한 가공방법 및 그 장치에 관한 것으로서, 특히 미세한 형상을 정밀하게 가공하는 펄스 레이저를 이용한 가공방법 및 그 장치에 관한 것이다. 레이저빔은 렌즈로 미소한 점에 집광할 수 있기 때문에 여러 가지 미세 정밀가공에 사용되고 있다. 종래에는 가공물을 미세하게 정밀가공하기 위하여 마스크를 이용한 레이저 가공방법이 많이 사용되었다. 마스크를 이용한 레이저 가공은 마스크를 통과한 레이저빔을 집광하여 가공물 표면을 가공하는 것이다. 그러나 형상에 따라 고가의 마스크를 제작해야 하는 단점이 있고 레이저가공의 특성상 레이저빔이 닿는 쪽 면만이 가공될 수 있다. 즉, 레이저가공에 의하면 평면만이 가공될 수 있다. 따라서 완전한 입체의 형상을 가공하는 데에는 제한이 따른다. 본 기술은 이러한 점을 보완하여 완전한 3차원 형상을 가공하기 위한 방법과 장치에 관한 것이다.본 기술의 특징은 가공물의 윗면과 아랫면에 대한 가공은 자외선 레이저와 같은 짧은 파장의 레이저를 이용한 어블레이션(ablation) 가공에 의하여 마스크 없이 이루어진다. 어블레이션은 단 펄스 레이저빔을 가공물에 조사하여 가공물의 표면을 깎아내는 것을 말한다. 이러한 단 펄스 레이저빔에 의한 어블레이션 가공은 연속 발진 레이저나 통상의 펄스 레이저에 의한 가공에 비해 가공부의 열영향부가 압도적으로 작기 때문에 정밀도가 매우 높은 미세가공이 가능하게 된다. 또한, 레이저를 이용한 미세가공은 레이저 빔이 렌즈나 거울과 같은 광학부품을 통하여 수 마이크로미터에서 수백 마이크로 미터의 크기로 집속할 수 있는 특성이 있기 때문에 적절한 렌즈의 선택을 통해 초점크기를 손쉽게 전환할 수 있다. 마스크를 사용하지 않고 레이저로 직접 가공하므로 비용이 절감된다. 그리고 평면가공용 고정장치와 함께 양면 가공용 고정장치가 함께 구비되므로 평면가공뿐만 아니라 입체가공이 모두 가능하다. 또한 가공물의 정렬이 보다 정확하게 이루어지므로 양면가공시 보다 정확한 입체형상을 얻을 수 있다. 그리고 가공물에 레이저빔을 감싸는 보호액체가 레이저빔과 함께 분사되므로 가공시 발생하는 작은 입자들이 재증착하는 것을 막을 수 있으며, 열에 의한 변형을 최소화할 수 있다. 이러한 기술을 응용하면 3차원의 미소부품을 쉽게 제작할 수 있어 prototype의 제작을 통한 기술개발을 앞당길 수 있다.MEMS 공정등의 반도체 공정을 사용하지 않고 쉽게 미세한 3차원 부품을 제작할 수 있어 시험 평가를 위하여 다양한 모델의 시제품을 제작할 수 있다. 초기 단계의 제품시험을 위한 도구로 사용할 수 있어 제품 개발의 단계차원에서 활용할 수 있는 장비 및 공정 기술로 활용될 수 있다.