PulseEQ: 열 손상 없이 가장 정밀하게 재료를 가공합니다

오늘날 특히 마이크로전자공학 및 디스플레이 제조 분야에서많은 제품에는 얇거나 기계적으로 섬세하거나 열에 민감한 재료가 사용됩니다. 레이저는 세 가지 주요 이유로 이러한 종류의 재료를 가공(절단, 마킹, 용접 등)하는 데 널리 사용되어 왔습니다. 첫째, 다른 어떤 기술보다 작고 정밀한 구조를 만들 수 있습니다. 둘째, 가공물에 기계적인 힘을 가하지 않으므로 응력이나 파손의 가능성이 없습니다. 마지막으로, 올바르게 사용하면 레이저 가공 중 부품이 가열되는 정도를 제한할 수 있습니다. 열이 부품을 손상시키거나 부품의 물리적 특성을 변화시킬 수 있으므로 이러한 점은 중요합니다.  

핫 이슈

제조업체들이 처리량을 지속적으로 늘려가며 더욱 복잡한 부품을 생산하고 가능성의 한계를 뛰어넘음에 따라, 열 손상 문제가 더욱 중요해지고 있습니다. 이러한 사례의 대표적인 예는 휴대폰 디스플레이 생산 과정에서 나타납니다. 대개는 연성 OLED 모듈을 기반으로 합니다. 이러한 모듈을 생산하려면 대형 패널에 여러 개의 디스플레이를 제작한 다음, 최종 단계에서 개별 휴대폰 디스플레이를 절단해야 합니다.

이러한 절개부의 형태는 둥근 모서리, 버튼의 오목한 부분, 카메라 및 기타 센서용 구멍 등으로 인해 상당히 복잡할 수 있습니다. 또한 절단 공정에서 부품을 과도하게 가열하지 않는 것이 절대적으로 중요하며, 그렇지 않으면 디스플레이의 외관(예: 변색)에 영향을 주거나 기능이 저하될 수 있습니다. 

이러한 문제가 다양한 용도에 영향을 미치기 때문에, 레이저 제조업체들은 오랫동안 이 문제를 해결하기 위한 기술을 개발해 왔습니다. 몇 년 전 산업용 초단파 펄스(USP) 레이저 분야에서 이루어진 발전은 중요한 돌파구가 되었습니다. 이 레이저는 대부분의 열이 전도될 시간이 되기 전에 재료가 부품에서 증발할 정도로 짧은 빛의 펄스를 방출합니다. 

곡선 문제

그러나 가장 까다롭고 민감한 일부 용도의 경우, USP 기술만으로는 부품의 열 손상을 완전히 방지하기에는 다소 한계가 있습니다. 그 이유를 이해하기 위해, 모서리가 구부러진 휴대폰 디스플레이를 절단하는 예를 살펴보겠습니다. 

이를 위해서는 레이저 빔이 부품 표면에서 원하는 절단 패턴을 따라야 합니다. 다시 말해, 빔이 부품을 기준으로 움직여 원하는 모양을 절단해야 합니다. 이는 전동 플랫폼을 이용해 부품을 이동시키거나 스캐너 미러(또는 이 두 가지를 함께 조합)를 사용하여 레이저 빔을 이동시킴으로써 수행할 수 있습니다.

어느 쪽이든, 빔 모션을 생성하는 기계 시스템에는 질량이 있습니다. 그렇기 때문에 즉시 멈추거나 시작할 수 없습니다. 방향을 바꾸려면 가속하거나 감속해야 합니다. 따라서 빔이 절단 패턴의 곡선 부분에 도달하면, 곡선 부분으로 진입하면서 속도가 느려지고, 곡선 부분을 빠져나오면서 다시 속도가 빨라지게 됩니다. 마치 자동차가 곡선 도로를 주행할 때와 똑같습니다.

그렇다면 이게 무슨 뜻일까요? 레이저는 일련의 빛 펄스를 생성합니다. 앞서 언급한 초단파 펄스인지 더 긴 펄스인지는 중요하지 않습니다. 어느 쪽이든, 일반적으로 예를 들어 100만 분의 1초마다 한 펄스씩과 같이 시간 간격이 일정합니다(맞습니다. 실제로는 훨씬 더 빠릅니다!). 

그러나 레이저가 일정한 속도로 펄스를 생성하는 동안, 모션 시스템이 곡선 구간을 통과할 때 어떤 일이 발생하는지 살펴보겠습니다. 빔의 이동 속도가 느려졌다가 곡선을 따라 다시 빨라지기 때문에, 펄스들은 직선 구간을 절단할 때보다 부품 상에서 서로 더 가깝게 배치됩니다. 이는 레이저가 해당 지점에서 부품에 더 많은 열을 가하고 있다는 뜻입니다. 이는 바람직하지 않은 현상입니다.

PulseEQ의 온도는 얼마나 낮은가요?

개념적으로 이 솔루션은 정말 간단합니다. 빔이 표면을 따라 이동하는 속도와 관계없이, 절단 공정 중에 레이저 펄스의 속도를 조절하여 각 펄스가 공작물에 닿는 위치 사이의 물리적 간격이 항상 일정하도록 하면 됩니다.

물론 실제 상황에서는 그렇게 간단하지 않습니다. 한 가지 이유로, USP 레이저의펄스 반복률을 낮추면 펄스 에너지가 기하급수적으로 증가합니다. 또한 레이저 빔이 부품 표면을 이동하는 속도를 정확히 파악할 수 있는 제어 시스템이 필요합니다. 그런 다음 레이저 펄스 속도를 시스템에 맞게 조정해야 합니다. 

그리고 이것이 바로 PulseEQ가 달성한 상태입니다. 작동을 시작하고 정확하고 안정적으로 작동하도록 하는 기술은 여러 가지가 있습니다. 그러나 결론은 레이저의 작동 주파수와 관계없이, PulseEQ가 펄스 에너지를 원하는 수준으로 일정하게 유지한다는 것입니다. 또한 레이저의 반복 주파수가 부품의 움직임과 일치하도록 합니다. 따라서 스캔 패턴과 스캔 속도가 어떠하든, 작업 표면의 레이저 절단 성능은 항상 동일하게 유지됩니다. 이를 통해 레이저는 부품에 열 손상을 일으키지 않으면서 가장 정밀하고 까다로운 가공 작업을 수행할 수 있습니다. 

PulseEQ는 Coherent 다양한 분야에서 최상의 결과를 얻을 수 있도록 지원하며, Coherent의 산업용 USP 및 나노초 레이저의모든 기능을 활용할 수 있게 해줍니다.

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