KR100372401B1 - 플레이트형 프레스 공구 및 그 제조 방법 - Google Patents

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뵐러 블레쉐 게엠베하
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Abstract

본 발명은 적어도 한 측면에 코팅을 갖는 합성수지 평면 층구조물을 제조하기 위한 플레이트형 프레스 공구에 관한 것이다. 본 발명은 특히 프린트 회로 기판의 제조를 위한 프레스 판 및 상기 프레스 판의 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따라 가열 가능한 프레스 공구의 작업면은 코팅 재료와 2.5×10-6/K 미만의 차이를 갖는 길이 열팽창 계수 및 44 HRC 보다 더 큰 경도, 그리고 경우에 따라 경질층을 갖는다.본 발명에 따른 방법에서는 제 1단계에서 마주놓인 면의 높은 평면 평행성 및 양호한 질을 가진 미가공 시이트를 제조하며, 그 다음 단계에서 상기 시이트의 적어도 한 면에 5㎛ 내지 55㎛의 두께를 가진 경질층을 제공한다.

Description

플레이트형 프레스 공구 및 그 제조 방법 {PLATE-TYPE PRESS TOOL AND THE METHOD FOR PRODUCING THEREOF}
본 발명은 고온에서 적어도 한 측면에 코팅을 갖는, 경우에 따라 섬유 보강된 평면 합성수지 층구조물을 제조하기 위한 플레이트형 프레스 공구에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 산업 레미네이트를 가공하기 위한, 특히 구리층을 갖는 프린트 회로 기판을 제조하기 위한 플레이트형 프레스 공구의 제조 방법에 관한 것이다.
산업 레미네이트는 예컨대 페놀수지와 같은 합성수지로 함침된 지지층을 중첩하여 열간 프레싱함으로써 제조된 평면체이다. 지지층으로는 종이, 유리 섬유 매트와 같은 섬유 매트 등이 사용될 수 있다. 온도가 상승할 때 일어나는 합성수지의 경화 과정은 부분 단계로 이루어지므로, 부분 경화된 또는 예비 경화된 플레이트를 만들고 여기에 코팅 등을 제공하거나 및/또는 상기 플레이트를 서로 중첩하여 플레이트형 프레스 공구, 예컨대 프레스 판 사이에서 압착력 및 열에 의해 완전히 경화시킴으로써 소위 다층 플레이트를 제조할 수 있다.
전자 기기 및 그와 같은 부품들을 제조하기 위해 사용되는 프린트 회로 기판은 적어도 한 면에 금속(특히, 구리) 코팅을 갖는 합성수지 층구조물이다. 특히 5㎛ 내지 35㎛ 두께의 구리 박막을 예비 경화된 층구조물의 측면에 놓고, 최상의 표면 질을 갖춘 프레스 판 사이에 고정시켜, 압력 하에 150℃ 내지 450℃의 온도로 가열하는 방식으로 상기 프린트 회로 기판이 제조될 경우, 합성수지의 완전한 경화가 이루어 질 수 있다.
산업 레미네이트용 프레스 판은 3.0㎡ 이하 및 이상의 표면 넓이 및 0.8 mm 내지 3.0 mm의 두께를 가지며, 두께 차가 적고 최상의 표면질을 갖는다. 화학적 부하 및 대기 부식으로 인해 프레스 공구는 높은 내식성, 높은 경도 및 높은 내마모성을 가져야만 한다. 이러한 조건을 충족시키기 위해 프레스 판에는 대개 마르텐사이트 크롬강이 사용되며, 상기 판은 특수한 경화 방법으로 경화된다. 또한, 석출 경화된 철 기본 합금이 프레스 판 재료로 사용된다.
상기 프레스 판 재료의 큰 단점은 실온에서의 길이 열팽창 계수가 10.0×10-6/K 내지 13.0×10-6/K 로 비교적　작다는　데　있다． 프린트 회로 기판의 제조시 프레스 판의 작업면이 층구조물의 구리 박막 위를 압착하고 상기 시스템이 예컨대 230℃의 경화 온도에 이르게 되면, 16.8×10-6/K의 길이 열팽창 계수를 가진 구리가 공구의 압착면 보다 더 많이 팽창된다. 수지의 경화 온도로 가열될 때 층구조물의 코팅과 공구의 팽창 특성에 있어서의 이러한 차이로 인해, 구리 박막이 뒤틀리거나 접힐 수 있으며 그와 같은 프린트 회로 기판은 사용할 수 없게 된다.
상기 단점을 피하기 위해, 적어도 코팅 금속인 구리의 팽창 계수와 유사한 팽창 계수를 가진 재료로 프레스 판을 제조하려는 시도가 이미 이루어졌다. 경질 청동과 더불어, 오스테나이트 강, 및 16×10-6/K 내지 17×10-6/K의 길이 열팽창 계수를 가진 합금이 사용된다. 이러한 공구 재료에 의해, 층구조물 수지의 경화시 또는 프레스시 온도 상승에 의해 코팅 박막이 접히거나 뒤틀리는 것을 피할 수 있긴 하지만, 이러한 프레스 판의 수명은 그다지 길지 않다. 상기 단점은 상기 재료의 낮은 경도 및 국부적 압축 하중에서의 흐름 특성 및 적은 내마모성 때문에, 예컨대 입자와 같은 이물질 및/또는 층구조물의 에지에 의한 흔적들이 작업면에 형성됨으로써 야기된다. 상기 흔적들 때문에 후속하는 프린트 회로 기판의 프레스시 금속 코팅이 돌출되며, 이는 상기 층 영역에서 상이한 옴 저항으로 인해 스트립 도체의 에칭시 불리하게 작용한다.
본 발명의 목적은 공지된 프레스 판 재료의 단점을 제거하고, 층구조물, 특히 프린트 회로 기판의 품질을 개선시키며 긴 수명을 갖는 공구를 제공하는 것이다. 본 발명의 또다른 목적은 산업 레미네이트, 특히 프린트 회로 기판을 가공하기 위한 개선된 프레스 공구의 제조 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적은 프레스 공정시 특히 층구조물의 금속 코팅에 놓이는, 가열 프레스 공구의 작업면이 각각의 코팅 재료, 특히 코팅 금속과 비교했을 때 2.5×10-6/K 미만, 바람직하게는 2.0×10-6/K 미만, 더욱 바람직하게는 1.4×10-6/K 미만의 차이를 갖는 길이 열팽창 계수를 가지며 44 HRC 보다 큰 경도를 가짐으로써 달성된다.
본 발명에 의해 얻어지는 장점은 특히 온도 변동시 형성되는 전단 변형, 및 시스템 내에서 작용 압착면의 방향으로의 변형이 적게 유지됨으로써, 층의 뒤틀림 또는 접힘이 발생하지 않는다는 것이다. 먼지 입자와 같은 이물질 및/또는 층구조물의 에지에 의한 흔적을 피하기 위해서는, 공구 작업면의 재료 경도가 44 HRC 보다 큰 값을 갖는다는 것이 중요하다.
내식성을 개선하고 공구 작업면의 마모성 및 접착 경향을 줄이기 위해서는 작업면이 경질층을 갖는 것이 바람직하다.
프레스 판이 구리 코팅 또는 구리층을 가진 산업 레미네이트, 예컨대 프린트 회로 기판을 제조하기 위해 입방 면심 원자구조를 가진 내식성 금속 또는 그와 같은 합금으로 형성되면, 공구의 수명 연장 및 제품의 질 향상에 특히 바람직한 것으로 나타났다. 구리는 입방 면심 원자구조를 가지며, 이러한 구조로 인해 균일한 열팽창이 이루어질 수 있다.
밝혀진 바와 같이, 프레스 공구 또는 프레스 판이 내식성 오스테나이트 강으로 이루어지고 작업면에 900 HV0.1의 경도 및 마이크로 크랙을 가진 핫(hot) 크롬/경질 크롬층을 가지면, 5㎛ 범위의 얇은 구리 박막이 층구조물의 코팅으로 사용될지라도 공구의 긴 수명 및 최상의 제품 질이 얻어질 수 있다. 크롬이 오스테나이트 강과 비교했을 때 대략 2.5배 정도 더 작은 6.6×10-6/K 의 길이 열팽창 계수를 가짐에도 불구하고, 고온 크롬 도금에 의해, 베이스 구조물의 길이 열팽창을 따르며 지지체에 고정 접착된 얇은 경질 크롬층이 베이스 구조물 상에 제공되고 최종 가공된다. 높은 경도에도 불구하고 마이크로 크랙에 의해 크롬층이 연성을 가질 수 있다.
대안으로서, 작업면의 경질층이 900 HV0.1보다 큰 경도를 가진, 인 함량이 높은 화학 니켈 층으로 형성될 수 있다. 자가 촉매 작용에 의한 니켈 인 석출층은 템퍼링에 의해 높은 경도를 가진 구조로 바뀌며, 바람직하게 개선된 내식성을 갖는다. 작업면의 내마모성을 더욱 높이기 위해 경질층이 분산층으로 형성되는 것이 바람직하다. 상기 분산층은 예컨대 다이아몬드 또는 탄화규소로 이루어진 경질 재료 입자를 경질층에 분산 축적시킨다.
프레스 공구의 제조 방법을 제공하려는 본 발명의 또다른 목적은 제 1 단계에서, 입방 면심 원자 구조를 가지며 최대 두께 차가 0.1㎜ 보다 작고, 바람직하게는 0.06㎜ 보다 작고, 마주놓인 면의 높은 평면 평행성 및 양호한 품질을 갖는 내식성 미가공 플레이트 또는 시이트를 제조하고, 다음 단계에서 플레이트 또는 시이트의 적어도 한 면에 5 ㎛ 내지 55㎛의 두께를 가진 경질층을 제공함으로써 달성된다.
본 발명에 따른 장점은 한편으로는 최상의 표면 질을 가진 미가공 시이트가 베어링에 지지되고, 다른 한편으로는 단시간에 미가공 부품에 소정의 각각의 경질층이 제공될 수 있다는 것이며, 이로 인해 매우 짧은 시간 내에 경제적으로 프레스 공구가 제조될 수 있다는 데 있다. 미가공 플레이트 또는 미가공 시이트 위에 바람직하게 5㎛ 내지 30㎛의 두께 및 마이크로 크랙을 가진 연성 핫 크롬/경질 크롬 층이 제공된 다음 최종 가공되면, 특히 연속 작동시 공구의 바람직한 사용 특성이 얻어진다.
공구가 부식 부하를 많이 받는 경우에는 자가 촉매 작용에 의해 바람직하게는 5㎛ 내지 55㎛의 두께를 가진, 인 함량이 높은 화학 니켈 층이 미가공 플레이트 또는 미가공 시이트에 제공되고 템퍼링되면 유리하다.
이하, 실시예를 참고로 본 발명을 설명한다. 석출 경화 가능한 스테인레스 크롬강 (DIN-재료 No. X5CrNiCuNb 17 4)으로 2.0 ㎜의 두께, 49 HRC의 경도 및 특별한 표면 질을 가진, 프레스 판을 제조하여 프린트 회로 기판 제조에 사용한다. 5㎛ + 10%의 두께를 가진 구리 박막을 미가공 플레이트의 양측면에 제공한 후 프레스 판에 의해 층 플레이트에 압착하고, 합성수지의 경화를 위해 상기 시스템을 195℃로 가열한다. 프린트 회로 기판의 고정을 풀고 조사한 결과, 구리 코팅이 층 플레이트와 잘 접착되어 있긴 하지만, 접히고 중첩된 파형을 갖는 것으로 나타났다. 측정 결과, 전술한 재료에 따른 조성을 갖는 프레스 판은 10.9×10-6/K의 열 팽창을 갖는다.
대안으로서, 한편으로는 14㎛ 두께의 핫 크롬/경질 크롬층을 갖고 다른 한편으로는 46㎛ 두께의, 인 함량이 높은 화학 니켈 층을 갖는, 오스테나이트 CrNi-강으로 된 2.0㎜ 두께의 프레스 판을 제조한다. 상기 층의 최종 가공 또는 템퍼링 후에 상기 프레스 판을 프린트 회로 기판 제조에 사용한다. 상기 프린트 회로 기판에서는 5㎛ 두께의 구리 코팅의 접힘 또는 파형 형성이 검출되지 않았고 계속적인 실험 결과, 접착 경향이 적고 현저히 개선된 품질을 나타냈다. 프레스 판의 열 팽창 측정 결과는 16.6×10-6/K였다.
본 발명에 의해, 공지된 프레스 판 재료의 단점을 제거하고, 층구조물, 특히 프린트 회로 기판의 품질을 개선시키며 긴 수명을 갖는 공구가 제공된다.

Claims (11)

  1. 고온에서 적어도 한 측면에 코팅을 갖는, 섬유 보강 가능한 평면 합성수지 층 구조물을 제조하기 위한 플레이트형 프레스 공구에 있어서,
    프레스 공정시 상기 코팅, 즉 층 구조물의 금속 코팅에 놓이는 가열 가능한 프레스 공구의 작업면이 코팅 재료와 비교했을 때 2.5 X 10_6/K 미만의 차이를 갖는 길이 열팽창 계수를 가지며 44 HRC 보다 더 큰 경도를 갖는 것을 특징으로 하는 플레이트형 프레스 공구.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 프레스 공구의 작업면이 경질층을 갖는 것을 특징으로 하는 프레스 공구.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 프레스 공구가 프린트 회로 기판과 같은 구리 코팅 또는 구리 층을 갖는 산업 레미네이트를 제조하기 위해 입방 면심 원자구조를 가진 내식성 금속 또는 그와 같은 합금으로 이루어진 프레스 판으로 형성되는 것을 특징으로 하는 프레스 공구.
  4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 프레스 공구 또는 프레스 판이 내식성 오스테나이트 강으로 이루어지고 작업면에 900 HV0.1보다 큰 경도 및 마이크로 크랙을 가진 핫 크롬/경질 크롬 층 갖는 것을 특징으로 하는 프레스 공구.
  5. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 작업면의 경질층이 900 HV0.1보다 큰 경도를 가진, 인 함량이 높은 화학 니켈 층으로 형성된 것을 특징으로 하는 프레스 공구.
  6. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 경질층이 분산층으로 형성된 것을 특징으로 하는 프레스 공구.
  7. 구리층(들)을 가진 프린트 회로 기판과 같은 산업 레미네이트를 가공하기 위한 플레이트형 프레스 공구의 제조 방법에 있어서,
    제 1 단계에서 입방 면심 원자 구조를 가지며 최대 두께 차가 0.1㎜ 보다 작고 마주놓인 면의 높은 평면 평행성 및 양호한 품질을 갖는 내식성 미가공 플레이트 또는 시이트를 제조하고, 다음 단계에서 플레이트 또는 시이트의 적어도 한 면에 5 ㎛ 내지 55㎛의 두께를 가진 경질층을 제공하는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 미가공 플레이트 및 미가공 시이트에 마이크로 크랙을 가진 연성 핫 크롬/경질 크롬 층이 제공된 다음, 최종 가공되는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제 7항 또는 제 8항에 있어서,
    5㎛ 내지 20㎛의 두께를 가진 핫 크롬/경질 크롬 층이 제공되는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제 7항에 있어서,
    인 함량이 높은 화학 니켈 층이 자가 촉매 작용에 의해 미가공 플레이트 및 미가공 시이트에 제공되고 템퍼링되는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제 7항 또는 제 10항에 있어서,
    5㎛ 내지 55㎛의 두께를 가진 화학 니켈 층이 제공되는 것을 특징으로 하는 방법.
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