KR100465531B1 - 마이크로 부품 복제를 위한 마이크로 몰드 및 그제조방법 - Google Patents

마이크로 부품 복제를 위한 마이크로 몰드 및 그제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 마이크로 부품 복제를 위한 마이크로 몰드 및 그 제조방법에 관한 것으로, 마스터 몰드로 사용하기 위한 Ni 도금의 수행과 그 위에 연속적인 Ni-W 합금의 코팅을 통하여 Ni 도금 몰드보다 우수한 기계적 특성을 보이는 마이크로 몰드를 제작하는 것에 관한 것이다.
본 발명의 마이크로 부품 복제를 위한 마이크로 몰드 및 그 제조방법은 기판 위의 현상과 식각이 된 부분에 전주도금을 하여 Ni 마스터 몰드(200)를 형성하는 제1공정; 상기 Ni 마스터 몰드(200)의 위쪽 표면에 Ni-W 합금(300a)을 코팅하는 제2공정; 및 상기 기판 위의 포토레지스트(100)를 제거하는 제3공정을 포함하는 마이크로 부품 복제를 위한 마이크로 몰드 및 그 제조방법에 기술적 특징이 있다.
따라서, 본 발명의 마이크로 부품 복제를 위한 마이크로 몰드 및 그 제조방법은 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, Ni-W 합금 코팅된 Ni-W/Ni 몰드는 종래의 Ni 몰드와 비교하여 우수한 내마모성을 보인다.
둘째, Ni-W 합금 코팅된 마이크로 몰드를 이용하여 플라스틱은 물론 세라믹과 금속 재질의 마이크로 광부품 및 유체소자를 복제할 수 있다.

Description

마이크로 부품 복제를 위한 마이크로 몰드 및 그 제조방법{Micro mold and manufacturing method for micro part replication}
본 발명은 마이크로 부품 복제를 위한 마이크로 몰드 및 그 제조방법에 관한 것으로, 마스터 몰드로 사용하기 위한 Ni 도금의 수행과 그 위에 연속적인 Ni-W 합금의 코팅을 통하여 Ni 도금 몰드보다 우수한 기계적 특성을 보이는 마이크로 몰드를 제작하는 것에 관한 것이다.
종래의 반복 복제를 위한 마이크로 몰드의 제작에 있어서 몰드의 기계적 특성은 몰드의 수명에 영향을 준다. 그리고, 몰드의 표면 거칠기는 복제품의 치수 정밀도에 영향을 주게 된다. 따라서, 현재 몰드의 기계적 특성을 향상시키고 표면 거칠기를 낮추기 위한 연구가 수행되고 있다. 일반적으로 도금은 도금 방법에 따라서 여러 가지 특성을 보인다. N.S.Qu, K.C.Chan, D.Zhu, Surf. Coating Tech. 91 (1997) 220-224에서 볼 수 있듯이 현재까지의 대부분의 연구들은 도금욕 조성 변화에 따른 특성 평가가 주류를 이루었는데, Frederick A. lowenheim (Ed.), Moden Electroplating, 3rd Ed., The Electrochemical Society, Inc. (1974) 314-315에서는 마이크로 몰드를 제작하기 위한 전주도금에서는 가장 낮은 전류응력과 높은 도금속도를 보이는 설퍼메이트(sulfamate) 타입이 가장 적절한 방법으로 보고되고 있다. 또한, 첨가제, 도금욕의 온도 그리고 pH 등에 대한 최적의 공정조건이 보고 되어 왔다. 한편, K.P.Wong, K.C.Chan, T.M.Yue, Journal of Materials Processing Technology 117 (2001) 97-104에서는 최근의 전류인가방법의 변화에 따른 도금특성이 많이 연구되고 있다고 보고하고 있다. 위와 같이 여러 가지 도금조건을 달리 하여 우수한 Ni 몰드를 제작하는 연구가 많이 수행되고 있다.
그러면, 다음과 같은 종래의 마이크로 부품 복제를 위한 마이크로 몰드 및그 제조방법을 도 1을 통하여 상세히 살펴보도록 한다.
마이크로 몰드를 제조하기 위한 첫번째 방법은 도 1a 내지 도 1g에서 잘 나타내고 있다. 먼저, 기판 위의 산화막 위에 포토레지스트(10)를 도포한다. 그리고, 상기 도포된 포토레지스트(10) 위에 마스크를 놓고, 자외선을 통과시켜 노광한다. 그 다음에 상기 포토레지스트(10)를 현상하고, 기판 위의 산화막을 식각한다. 그 다음에 상기 현상과 식각이 된 부분에 전주도금을 하여 Ni 마스터 몰드(20)를 형성한다. 마지막으로, 상기 포토레지스트(10)를 제거한다.
그러나, 상기와 같은 종래의 복제공정을 위한 마이크로 몰드 제작의 직류전류인가 방식은 높은 표면 거칠기를 보임으로써 복제품의 치수 정밀도에 해로운 영향을 끼친다. 또한, 전주도금에서는 미세 패턴에서 이온의 순환이 어렵다. 따라서, 도금 표면의 거칠기를 낮추는 공정조건이 필요하며, 이온의 순환을 돕는 방법이 요구된다. 또한, 여러 가지의 도금 특성이 달라지더라도 Ni 금속 자체의 고유한 특성으로 인하여 사출재료가 플라스틱으로 한정되어 있으며, 반복 복제 시에 마모로 인한 파괴가 일어나기도 한다. Ni 보다 높은 기계적 특성을 보이는 Ni-W 합금을 이용하여 수십 마이크로 두께의 몰드를 제작할 시에는 잔류 응력이 많이 발생되어 고종횡비의 몰드를 제작하기 어렵고, 잔류 응력을 줄이기 위해서는 저전류 밀도로 오랜 시간을 도금해야 하는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로,마스터 몰드로 사용되기 위한 Ni 도금의 수행과 그 위에 연속적인 Ni-W 합금의 코팅을 통하여 Ni 도금 몰드보다 우수한 기계적 특성을 보이는 마이크로 몰드의 제작에 본 발명의 목적이 있다.
도 1은 종래기술의 마이크로 부품 복제를 위한 마이크로 몰드 제조방법을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명에 의한 마이크로 부품 복제를 위한 마이크로 몰드 제조를 위한 첫번째 방법을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명에 의한 마이크로 부품 복제를 위한 마이크로 몰드 제조를 위한 두번째 방법을 나타낸 도면이다.
(도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명)
10, 100: 포토레지스트 20, 200: Ni 마스터 몰드
300a, 300b: Ni-W 합금 30, 400a, 400b: 복제
본 발명의 상기 목적은 기판 위의 현상과 식각이 된 부분에 전주도금을 하여 Ni 마스터 몰드(200)를 형성하는 제1공정; 상기 Ni 마스터 몰드(200)의 위쪽 표면에 Ni-W 합금(300a)을 코팅하는 제2공정; 및 상기 기판 위의 포토레지스트(100)를 제거하는 제3공정을 포함하는 마이크로 부품 복제를 위한 마이크로 몰드 제조방법에 의해 달성된다.
마이크로 부품을 복제하기 위하여 마이크로 몰드를 제조방법은 다음과 같이 두 가지 방법이 있다.
첫째, 도 2a 내지 도 2g와 같이 Ni 마스터 몰드 도금 후에 포토레지스트를 제거하지 않은 상태에서 Ni 마스터 몰드 위에 Ni-W 합금을 코팅하는 방법이 있다.
둘째, 도 3a 내지 도 3g와 같이 Ni 마스터 몰드 도금 후에 포토레지스트를 제거한 상태에서 Ni 마스터 몰드 위에 Ni-W 합금을 코팅하는 방법이 있다.
본 발명의 상기 목적과 기술적 구성 및 그에 따른 작용효과에 관한 자세한 사항은 도면을 참조하여 살펴보기로 한다.
마이크로 몰드를 제조하기 위한 첫번째 방법은 도 2a 내지 도 2g에서 잘 나타내고 있다. 먼저, 기판 위의 산화막 위에 포토레지스트(100)를 도포한다.그리고, 상기 도포된 포토레지스트(100) 위에 마스크를 놓고, 자외선을 통과시켜 노광한다. 그 다음에 상기 포토레지스트(100)를 현상하고, 기판 위의 산화막을 식각한다. 그 다음에 상기 현상과 식각이 된 부분에 전주도금을 하여 Ni 마스터 몰드 (200)를 형성한다. 여기서, Ni 도금의 표면 거칠기를 낮추기 위하여 전류를 인가한다. 상기 전류인가방식은 직류(direct current)방식, 펄스(pulse)방식 및 펄스리버스 (pulse-reverse)방식을 도입한다.
상기 Ni 도금은 펄스리버스 방식을 도입한 경우에는 평균전류밀도는 3~8A/dm2로 하며, 사출재료는 플라스틱으로 한다. 또한, Ni 전기도금에서 미세폭에 대한 이온의 순환을 돕기 위해 도금 중에 버블(bubble)을 공급하여 몰드의 기계적 특성을 증가시켜 준다.
그리고, Ni 몰드의 특성을 개선하기 위하여 Ni 마스터 몰드(200) 위에 Ni-W 합금(300a)을 코팅한다. Ni-W 합금(300a)은 Ni에 비해 높은 경도, 높은 내열성 및 높은 내부식성이 있다.
Ni 마스터 몰드(200) 도금 후에 포토레지스트(100)를 제거하지 않은 상태에서 Ni 마스터 몰드(200) 위에 2차원적으로 Ni-W 합금(300a)을 코팅한다. 즉, Ni 마스터몰드(200)의 위쪽 표면에 Ni-W 합금(300a)을 코팅한다.
상기와 같이 Ni-W 합금(300a)을 Ni 마스터 몰드(200)에 표면 코팅함으로 종래의 마스터 몰드보다 우수한 기계적 특성을 보이며, 두께에 기인한 잔류응력의 영향을 최소화한다. 또한, Ni-W 합금(300a)을 300~600℃에서 열처리함으로써 기계적특성을 더욱 증가시킬 수 있다. 상기 Ni-W 합금(300a)의 pH는 7~10, 도금액의 온도는 50~90℃. 전류밀도는 0.1~0.6A/dm2. Ni-W 합금에서 W의 조성비는 1~5%이다. Ni 마이크로 몰드는 사출재료가 플라스틱으로 한정되지만, Ni-W 합금(300a)이 코팅된 Ni-W/Ni 마이크로 몰드는 사출재료를 PE, PP, PMMA 및 PDMS같은 플라스틱은 물론 분말사출몰딩(powder injection molding)과 같은 공정을 활용할 경우에 PZT, Al203, 페라이트(ferrite)와 같은 세라믹과 다양한 금속 복제로도 확대될 수 있다.
상기의 공정 후에 포토레지스트(100)를 제거하여 공정을 마친 후, 마이크로 몰드를 형성하여 복제를 할 수 있다.
마이크로 몰드를 제조하기 위한 두번째 방법도 첫번째 방법과 흡사하다고 할 수 있다. 그러나, 도 3a 내지 도 3g에서 잘 나타내고 있듯이 Ni 마스터 몰드(200) 도금 후에 포토레지스트(100)를 제거하여 Ni 마스터 몰드(200) 위에 3차원적으로 Ni-W 합금(300b)을 코팅한다. 즉, Ni 마스터 몰드(200)의 위의 표면뿐만 아니라 옆의 표면 및 기판위의 포토레지스트(100)를 제거한 부분까지 Ni-W 합금(300b)을 코팅한다는 점에 있어서 차이가 있다.
상기 두 가지 제조방법의 가장 큰 차이는 첫번째 방법이 전주도금과 Ni-W 합금(300a)을 코팅한 후에 포토레지스트(100)를 제거하는 반면에, 두번째 방법은 전주도금과 포토레지스트(100)를 제거한 후에 Ni-W 합금(300b)을 코팅하므로 Ni-W 합금의 코팅(300a)과 포토레지스트(100)의 제거의 공정순서에 있어서 큰 차이가 있다.
따라서, 본 발명의 마이크로 부품 복제를 위한 마이크로 몰드 및 그 제조방법은 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, Ni-W 합금 코팅된 Ni-W/Ni 몰드는 종래의 Ni 몰드와 비교하여 우수한 내마모성을 보인다.
둘째, Ni-W 합금 코팅된 마이크로 몰드를 이용하여 플라스틱은 물론 세라믹과 금속 재질의 마이크로 광부품 및 유체소자를 복제할 수 있다.

Claims (24)

  1. 마이크로 몰드의 제조방법에 있어서,
    기판 위의 현상과 식각이 된 부분에 전주도금을 하여 Ni 마스터 몰드(200)를 형성하는 제1공정;
    상기 Ni 마스터몰드(200)의 위쪽 표면에 Ni-W 합금(300a)을 코팅하는 제2공정; 및
    상기 기판 위의 포토레지스트(100)를 제거하는 제3공정
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 부품 복제를 위한 마이크로 몰드 제조방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1공정은 직류 방식, 펄스 방식, 펄스리버스 방식을 도입하여 전류를 인가하는 것을 특징으로 하는 마이크로 부품 복제를 위한 마이크로 몰드 제조방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 펄스리버스 방식을 도입한 전류를 인가하는 것은 평균전류밀도를3~8A/dm2로 하는 것을 특징으로 하는 마이크로 부품 복제를 위한 마이크로 몰드 제조방법.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 펄스리버스 방식을 도입한 제1공정은 플라스틱을 사출재료로 하는 것을 특징으로 하는 마이크로 부품 복제를 위한 마이크로 몰드 제조방법.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 펄스리버스 방식을 도입한 제1공정은 도금 중에 버블을 공급하는 것을 특징으로 하는 마이크로 부품 복제를 위한 마이크로 몰드 제조방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2공정의 pH는 7~10임을 특징으로 하는 마이크로 부품 복제를 위한 마이크로 몰드 제조방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2공정의 도금액의 온도는 50~90℃임을 특징으로 하는 마이크로 부품 복제를 위한 마이크로 몰드 제조방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2공정의 전류밀도는 0.1~0.6A/dm2임을 특징으로 하는 마이크로 부품 복제를 위한 마이크로 몰드 제조방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2공정의 W의 조성비는 1~5%임을 특징으로 하는 마이크로 부품 복제를 위한 마이크로 몰드 제조방법.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2공정의 열처리공정은 300~600℃에서 열처리함을 특징으로 하는 마이크로 부품 복제를 위한 마이크로 몰드 제조방법.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2공정은 플라스틱, 세라믹, 금속을 사출재료로 하는 것을 특징으로 하는 마이크로 부품 복제를 위한 마이크로 몰드 제조방법.
  12. 상기 제 1 항의 방법으로 제조된 마이크로 부품 복제를 위한 마이크로 몰드.
  13. 마이크로 몰드의 제조방법에 있어서,
    기판 위의 현상과 식각이 된 부분에 전기도금을 하여 Ni 마스터 몰드(200)를 형성하는 제1공정;
    상기 기판 위의 포토레지스트(100)를 제거하는 제2공정; 및
    상기 Ni 마스터 몰드(200)의 위쪽 표면, 옆쪽 표면 및 기판 위에 Ni-W 합금 (300b)을 코팅하는 제3공정
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 부품 복제를 위한 마이크로 몰드 제조방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 제1공정은 직류 방식, 펄스 방식, 펄스리버스 방식을 도입하여 전류를 인가하는 것을 특징으로 하는 마이크로 부품 복제를 위한 마이크로 몰드 제조방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 펄스리버스 방식을 도입한 전류를 인가하는 것은 평균전류밀도를 3~8A/dm2로 하는 것을 특징으로 하는 마이크로 부품 복제를 위한 마이크로 몰드 제조방법.
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 펄스리버스 방식을 도입한 제1공정은 플라스틱을 사출재료로 하는 것을 특징으로 하는 마이크로 부품 복제를 위한 마이크로 몰드 제조방법.
  17. 제 14 항에 있어서,
    상기 펄스리버스 방식을 도입한 제1공정은 도금 중에 버블을 공급하는 것을 특징으로 하는 마이크로 부품 복제를 위한 마이크로 몰드 제조방법.
  18. 제 13 항에 있어서,
    상기 제3공정의 pH는 7~10임을 특징으로 하는 마이크로 부품 복제를 위한 마이크로 몰드 제조방법.
  19. 제 13 항에 있어서,
    상기 제3공정의 도금액의 온도는 50~90℃임을 특징으로 하는 마이크로 부품 복제를 위한 마이크로 몰드 제조방법.
  20. 제 13 항에 있어서,
    상기 제3공정의 전류밀도는 0.1~0.6A/dm2임을 특징으로 하는 마이크로 부품 복제를 위한 마이크로 몰드 제조방법.
  21. 제 13 항에 있어서,
    상기 제3공정의 W의 조성비는 1~5%임을 특징으로 하는 마이크로 부품 복제를 위한 마이크로 몰드 제조방법.
  22. 제 13 항에 있어서,
    상기 제3공정의 열처리공정은 300~600℃에서 열처리함을 특징으로 하는 마이크로 부품 복제를 위한 마이크로 몰드 제조방법.
  23. 제 13 항에 있어서,
    상기 제3공정은 플라스틱, 세라믹, 금속을 사출재료로 하는 것을 특징으로 하는 마이크로 부품 복제를 위한 마이크로 몰드 제조방법.
  24. 상기 제 13 항의 방법으로 제조된 마이크로 부품 복제를 위한 마이크로 몰드.
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KR20240000739U (ko) 2022-10-28 2024-05-08 오태순 눈 보호대

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