KR100631186B1 - 미세홀 가공을 위한 초음파 가공용 공구의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 미세홀 가공을 위한 초음파 가공용 공구의 제조방법에 관한 것으로, 금속 기판에 스핀 코터를 이용하여 포토레지스트를 형성시키는 노광시편 준비단계와, 상기 노광시편에 노광용 마스크를 정렬시킨 후 광선을 조사시키는 노광단계와, 상기 노광시편의 노광부위를 현상액을 이용하여 선택적으로 식각함으로써 상기 금속 기판의 상부면이 노출되도록 하는 현상단계와, 상기 금속 기판의 노출된 표면으로부터 하부방향으로 팁 제조용 금속을 채워 넣는 전주도금단계와, 전주도금된 팁 제조용 금속의 상부면을 연마하고 상기 포토레지스트를 제거하는 표면연마 및 포토레지스트 제거단계를 거쳐 초음파 가공용 공구를 제작하는 것이다.

따라서, 상기 초음파 가공용 공구는 노광공정과 현상공정 및 전주도금공정 등을 통해 제작됨으로서 공구에 수많은 팁을 원하는 위치에 정확히 형성시킬 수 있고, 이에 따라 초음파 가공용 공구를 정밀한 상태로 용이하게 제작할 수 있으며, 상기 공구에 형성되는 팁의 크기 및 형상을 자유롭게 제작할 수 있고, 일반적인 노광공정과 전주도금공정을 이용하여 초음파 가공용 공구를 제작하기 때문에 그 제작비용이 상당히 저렴하다.

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Description

미세홀 가공을 위한 초음파 가공용 공구의 제조방법{Fabrication Method of the Tools for Ultrasonic Machining of Micro Holes}

도 1은 일반적인 초음파 가공장비를 이용한 초음파 가공상태를 나타낸 상태도,

도 2는 종래의 기술에 따라 미세홀 가공을 위한 초음파 가공용 공구의 제조과정을 나타낸 공정도,

도 3은 본 발명에 따른 미세홀 가공을 위한 초음파 가공용 공구의 제조방법을 나타낸 공정도,

도 4는 본 발명에 따라 제작된 초음파 가공용 공구를 나타낸 사시도,

도 5는 본 발명에 따른 초음파 가공용 공구의 제 1 실시예를 나타낸 상태도,

도 6은 본 발명에 따른 초음파 가공용 공구의 제 2 실시예를 나타낸 상태도,

도 7은 본 발명에 따른 초음파 가공용 공구의 다양한 팁 형상을 나타낸 사시도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

1 : 금속 기판 2 : 포토레지스트

3 : 노광시편 4 : 노광용 마스크

5 : 팁 제조용 금속 6 : 초음파 가공용 공구

7 : 팁 8 : 제 3의 금속

본 발명은 초음파 가공장비의 미세홀 가공용 공구(tool)에 관한 것으로, 특히 미세홀을 가공하기 위해 사용되는 초음파 가공용 공구를 보다 용이하게 제작함과 아울러 공구를 이루는 다수의 팁을 견고한 상태로 정확한 위치에 고정할 수 있도록 한 미세홀 가공을 위한 초음파 가공용 공구의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 실리콘 기판이나 유리 기판 등에 미세한 홀을 가공하는 방법에는 Si Deep RIE(Si 기판에만 해당), 샌드 블래스트(Sand Blast) 공법, 레이저 가공법, 방전가공 및, 초음파 가공법 등 다양한 가공법이 있다.

상기 미세홀 가공법 중 초음파 가공법은 초음파 가공장비를 이용하는 바, 도 1은 일반적인 초음파 가공장비를 이용한 초음파 가공상태를 도시한 상태도로서, 이 초음파 가공장비(100)는 초음파를 발생시키는 장치와 발생된 진동을 공구에 전달시키는 장치로 이루어진다.

즉, 상기 초음파 가공장비(100)는 초음파를 발생시키는 초음파 발생기(101)와, 변환기(102), 변압기(103), 공구 고정대(104) 및, 초음파 가공용 공구(105) 등으로 이루어진다.

여기서, 상기 공구 고정대(104) 선단에는 미세홀 가공을 위해 별도로 제작된 초음파 가공용 공구(105)가 부착설치되고, 보통의 경우 상기 초음파 가공용 공구(105)는 한 개의 팁(tip)(106)을 가지고 있으며, 상기 팁(106)이 기판(107)과의 마찰에 의해 실리콘 기판이나 유리 기판 등에 미세홀을 가공하도록 되어 있다.

그리고, 상기 기판(107)에 다수의 미세홀을 가공하게 되는 경우, 상기 초음파 가공용 공구(105)에 다수개의 팁들을 고정하여 이 팁들의 진동에 의해 기판(107)에 필요한 다수의 미세홀을 형성하게 된다.

한편, 도 2는 종래의 기술에 따라 미세홀 가공을 위한 초음파 가공용 공구의 제조과정을 도시한 공정도로서, 다수의 정밀 팁(108)을 정렬용 슬리브(109) 및 정렬기구를 통해 정렬시킨 후, 상기 정렬용 슬리브(109)에 고정된 정밀 팁(108)의 반대쪽에 별도의 금속 기판(110)을 접촉시키고, 이 상태에서 애폭시(111)를 이용하여 다수의 정밀 팁(108)을 금속 기판(110)에 고정함으로써 초음파 가공용 공구(105)를 제작하는 것이다.

그런데, 상기한 바와 같이 종래의 기술에 의해 다수의 미세홀 가공을 위한 초음파 가공용 공구(105)를 제작할 경우, 다수의 정밀 팁(108)을 슬리브(109)에 고정시키고 정밀 팁(108)의 반대쪽을 애폭시(111)를 이용하여 금속 기판(110)에 고정하기 때문에 팁들간의 정렬이 매우 어렵고, 상기 정밀 팁(108)의 갯수가 늘어날수록 상기의 제작방법으로는 초음파 가공용 공구(105)를 제작하기가 불가능해 지며, 상기 정밀 팁(108)의 고정 및 정렬이 매우 어렵기 때문에 초음파 가공용 공구(105)의 제작시 많은 비용과 노력이 소요되는 등의 문제가 있었다.

이에 본 발명은 종래의 초음파 가공용 공구를 제작하는데 발생하는 문제를 해소하기 위해 안출된 것으로, 초음파 가공용 공구를 이루는 다수의 팁을 보다 용이하게 고정 및 정렬함과 더불어 팁의 크기와 형상을 자유롭게 제작함으로써 제작된 초음파 가공용 공구의 효율성을 향상시킬 수 있도록 한 미세홀 가공을 위한 초음파 가공용 공구의 제조방법을 제공함에 그 목적이 있는 것이다.

상기한 바의 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 금속 기판에 스핀 코터를 이용하여 포토레지스트를 형성시키는 노광시편 준비단계와, 상기 노광시편에 노광용 마스크를 정렬시킨 후 광선을 조사시키는 노광단계와, 상기 노광시편의 노광부위를 현상액을 이용하여 선택적으로 식각함으로써 상기 금속 기판의 상부면이 노출되도록 하는 현상단계와, 상기 금속 기판의 노출된 표면으로부터 하부방향으로 팁 제조용 금속을 채워 넣는 전주도금단계와, 전주도금된 팁 제조용 금속의 상부면을 연마하고 상기 포토레지스트를 제거하는 표면연마 및 포토레지스트 제거단계를 거쳐 초음파 가공용 공구를 제작하는 것이다.

그리고, 상기 노광단계 진행시 포토레지스트의 두께가 수㎛에서 수십㎛ 정도로 얇은 때에는 포토레지스트를 노광하기 위하여 자외선을 조사시킴으로써 상기 금속 기판에 높이가 낮은 팁을 성형할 수 있고, 상기 노광단계 진행시 포토레지스트의 두께가 수백㎛에서 수㎜ 정도로 두꺼울 때에는 포토레지스트를 노광하기 위하여 X-선을 조사시킴으로써 상기 금속 기판에 높이가 높은 팁을 성형할 수 있도록 한 것이다.

또한, 상기 노광단계를 수행하는 과정에서 X-선을 조사시킬 때 상기 포토레지스트가 PMMA로 이루어지고, 상기 노광단계를 수행하는 과정에서 X-선을 조사시킬 때 상기 포토레지스트가 SU-8로 이루어지는 것이다.

한편, 상기 전주도금단계 진행시 투입되는 팁 제조용 금속이 상기 금속 기판과 동일한 재질로 이루어진 것이다.

이에 비해, 상기 전주도금단계 진행시 투입되는 팁 제조용 금속이 상기 금속 기판과 다른 재질로 이루어지고, 상기 전주도금단계 진행시 팁 제조용 금속이 투입되기 전에 상기 금속 기판과 팁 제조용 금속과는 다른 재질로 이루어진 제 3의 금속을 금속 기판 상부면에 얇게 전주도금함으로써 제 3의 금속을 매개로 팁 제조용 금속이 금속 기판에 결합되도록 하는 것이다.

여기서, 상기 금속 기판에 결합되는 상기 팁 제조용 금속의 단면이 원형을 포함하는 다양한 형상으로 이루어져 제작된 공구의 팁이 다양한 형상의 단면을 이룰 수 있도록 한 것이다.

따라서, 상기와 같이 제작되는 초음파 가공용 공구는 노광공정과 현상공정 및 전주도금공정 등을 통해 제작됨으로서 공구에 수많은 팁을 원하는 위치에 정확히 형성시킬 수 있고, 이에 따라 초음파 가공용 공구를 정밀한 상태로 용이하게 제작할 수 있으며, 상기 공구에 형성되는 팁의 크기 및 형상을 자유롭게 제작할 수 있고, 일반적인 노광공정과 전주도금공정을 이용하여 초음파 가공용 공구를 제작하기 때문에 그 제작비용이 상당히 저렴하다는 장점이 있는 것이다.

이하 본 발명을 첨부된 예시도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명에 따른 미세홀 가공을 위한 초음파 가공용 공구의 제조방법 을 도시한 공정도로서, 초음파 가공용 공구를 제조하기 위하여 금속 기판(1)에 스핀 코터를 이용하여 포토레지스트(2)를 형성시켜 노광시편(3)을 준비하고, 상기 노광시편(3)에 노광용 마스크(4)를 정렬시킨 후 광선을 조사시키며, 상기 노광시편(3)의 노광부위를 현상액을 이용하여 선택적으로 식각함으로써 상기 금속 기판(1)의 상부면이 노출되도록 하고, 상기 금속 기판(1)의 노출된 표면으로부터 전주도금공정을 통해 하부방향으로 팁 제조용 금속(5)을 채워 넣으며, 전주도금된 상기 팁 제조용 금속(5)의 상부면을 연마하고 상기 포토레지스트(2)를 제거하는 것이다.

여기서, 상기와 같은 과정을 거쳐 제작되는 초음파 가공용 공구는 그 선단부에 형성된 다수의 팁을 이용하여 실리콘 기판이나 유리 기판에 다수의 미세홀을 가공하게 되는 것이다.

즉, 상기 초음파 가공용 공구의 제조과정을 단계별로 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.

노광시편 준비단계; 상기 금속 기판(1)에 스핀 코터를 이용하여 포토레지스트(2)를 형성시키는 과정이다.

노광단계; 노광시편(3)에 노광용 마스크(4)를 정렬시키고 자외선 또는 X-선을 조사시키는 과정이다.

상기 노광단계 진행시 포토레지스트(2)의 두께가 수㎛에서 수십㎛ 정도로 얇은 때에는 포토레지스트(2)를 노광하기 위하여 자외선(또는 UV)을 조사시킴으로써 상기 금속 기판(1)에 높이가 낮은 팁을 성형할 수 있고, 상기 노광단계 진행시 포토레지스트(2)의 두께가 수백㎛에서 수㎜ 정도로 두꺼울 때에는 포토레지스트(2)를 노광하기 위하여 포항가속기와 같은 싱크로트론 방사광을 이용함이 바람직하며, 주로 X-선을 조사시킴으로써 상기 금속 기판(1)에 높이가 높은 팁을 성형할 수 있도록 한 것이다.

상기 노광단계를 수행하는 과정에서 X-선을 조사시킬 때 상기 포토레지스트(2)가 PMMA(PolyMethylMethAcrylate)로 이루어거나 SU-8로 이루어지는 것이다.

현상단계; 노광 부위를 현상액을 이용하여 선택적으로 식각함으로써 상기 금속 기판(1)의 상부면이 부분적으로 노출되도록 하는 과정이다.

즉, 상기 포토레지스트(2)에 다수의 구멍을 형성하여 상기 금속 기판(1)의 상부에 다수의 공간을 마련하는 것이다.

전주도금단계; 노출된 상기 금속 기판(1)의 표면으로부터 전주도금 공정으로 팁 제조용 금속(5)을 채워 넣는 과정으로서, 상기 포토레지스트(2)에 형성된 다수의 구멍에 팁 제조용 금속(5)을 삽입시켜 공구의 팁을 제조하는 것이다.

표면연마 및 포토레지스트 제거단계; 전주도금 후 도금층 상부면을 연마하고 상기 포토레지스트층을 제거하는 과정이다.

도 4는 본 발명에 따라 제작된 초음파 가공용 공구를 도시한 사시도로서, 상기의 초음파 가공용 공구(6)의 제작과정을 거쳐 제작된 초음파 가공용 공구(6)는 크게 금속 기판(1)과 다수의 팁(7)으로 이루어지는 바, 상기 금속 기판(1)은 원판형으로 이루어지고 그 일면에 일정길이와 직경을 갖는 다수의 팁(7)이 고정설치된 것이다.

그러므로, 상기 초음파 가공용 공구(6)에 형성된 다수의 팁(7)을 이용하여 실리콘 기판이나 유리 기판 등에 다수의 미세홀을 가공할 수 있는 것이다.

도 5는 본 발명에 따른 초음파 가공용 공구의 제 1 실시예를 도시한 상태도로서, 이러한 초음파 가공용 공구(6)는 상기 전주도금단계 진행시 투입되는 팁 제조용 금속(5)이 상기 금속 기판(1)과 동일한 재질로 이루어진 것이다.

여기서, 상기 초음파 가공용 공구(6)의 제조과정에 있어서, 상기 금속 기판(1)은 니켈, 구리, 스테인레스 스틸 등을 이용할 수 있으며, 상기 전주도금에서 이용되는 팁 제조용 금속(5)은 니켈, 구리, 금, 니켈 합금 등을 이용할 수 있다. 이 때 상기 금속 기판(1)과 팁 제조용 금속(5)은 그 재료가 동일한 것을 이용함이 바람직하다.

즉, 니켈로 이루어진 금속 기판(1)에 니켈을 전주도금함으로써 금속 기판(1)과 상기 팁 제조용 금속(5)의 결합력을 보다 향상시킬 수 있는 것이다.

도 6은 본 발명에 따른 초음파 가공용 공구의 제 2 실시예를 도시한 상태도로서, 상기 금속 기판(1)과 전주도금의 재료인 팁 제조용 금속(5)이 서로 다른 재질일 경우, 상기 금속 기판(1)과 팁 제조용 금속(5) 사이에 제 3의 금속(8)을 얇게 전주도금함으로써 금속 기판(1)과 팁 제조용 금속(5)의 결합력을 증가시킬 수 있다.

다시말하자면, 상기 전주도금단계 진행시 투입되는 팁 제조용 금속(5)이 상기 금속 기판(1)과 다른 재질로 이루어지고, 상기 전주도금단계 진행시 팁 제조용 금속(5)이 투입되기 전에 상기 금속 기판(1)과 팁 제조용 금속(5)과는 다른 재질로 이루어진 제 3의 금속(8)을 금속 기판(1) 상부면에 얇게 전주도금함으로써 제 3의 금속(8)을 매개로 팁 제조용 금속(5)이 금속 기판(1)에 결합되도록 하는 것이다.

도 7은 본 발명에 따른 초음파 가공용 공구의 다양한 팁 형상을 도시한 사시도로서, 초음파 가공용 공구(6)의 제조방법에 의해 제조되는 공구의 팁(7)은 필요에 따라 자유로운 형상으로 제작할 수 있는 바, 상기 금속 기판(1)에 결합되는 상기 팁 제조용 금속(5)의 단면이 원형을 포함하는 다양한 형상으로 이루어져 제작된 공구의 팁(7)이 다양한 형상의 단면을 이룰 수 있도록 한 것이다.

즉, 도면에 도시된 바와 같이 원형 단면을 갖는 팁과, 삼각형 단면을 갖는 팁 및, 별모양의 단면을 갖는 팁 등 다양한 팁(7)을 제작할 수 있는 것이다.

따라서, 상기와 같이 미세홀 가공을 위한 초음파 가공용 공구(6)의 제조방법을 통해 공구를 보다 쉽고 간편하게 제작할 수 있고, 상기 초음파 가공용 공구(6)를 이루는 팁(7)의 갯수에 상관없이 많은 수의 팁(7)을 용이하게 제작할 수 있으며, 초음파 가공용 공구(6)의 기능을 향상시킴으로써 결국 초음파 가공장비의 장비효율 또한 높여줄 수 있는 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 미세홀 가공을 위한 초음파 가공용 공구의 제조방법에 의하면, 노광공정과 현상공정 및 전주도금공정 등을 통해 제작됨으로서 공구에 수많은 팁을 원하는 위치에 정확히 형성시킬 수 있고, 이에 따라 초음파 가공용 공구를 정밀한 상태로 용이하게 제작할 수 있으며, 상기 공구에 형성되는 팁의 크기 및 형상을 자유롭게 제작할 수 있고, 일반적인 노광공정과 전주도금공정을 이용하여 초음파 가공용 공구를 제작하기 때문에 그 제작비용이 상당 히 저렴하다는 효과가 있는 것이다.

Claims (9)

1. 삭제
2. 삭제
3. 금속 기판에 스핀 코터를 이용하여 포토레지스트를 형성시키는 노광시편 준비단계;와

   상기 노광시편에 노광용 마스크를 정렬시킨 후 광선을 조사시키는 노광단계;와

   상기 노광시편의 노광부위를 현상액을 이용하여 선택적으로 식각함으로써 상기 금속 기판의 상부면이 노출되도록 하는 현상단계;와

   상기 금속 기판의 노출된 표면으로부터 하부방향으로 팁 제조용 금속을 채워 넣는 전주도금단계;와

   전주도금된 팁 제조용 금속의 상부면을 연마하고 상기 포토레지스트를 제거하는 표면연마 및 포토레지스트 제거단계;를 포함하여 구성되고,

   상기 노광단계 진행시 포토레지스트의 두께가 수백㎛에서 수㎜ 정도로 두꺼울 때에는 포토레지스트를 노광하기 위하여 X-선을 조사시킴으로써 상기 금속 기판에 높이가 높은 팁을 성형할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 미세홀 가공을 위한 초음파 가공용 공구의 제조방법.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 노광단계를 수행하는 과정에서 X-선을 조사시킬 때 상기 포토레지스트가 PMMA로 이루어진 것을 특징으로 하는 미세홀 가공을 위한 초음파 가공용 공구의 제조방법.
5. 제 3 항에 있어서, 상기 노광단계를 수행하는 과정에서 X-선을 조사시킬 때 상기 포토레지스트가 SU-8로 이루어진 것을 특징으로 하는 미세홀 가공을 위한 초음파 가공용 공구의 제조방법.
6. 삭제
7. 삭제
8. 제 3 항에 있어서, 상기 전주도금단계 진행시 투입되는 팁 제조용 금속이 상기 금속 기판과 다른 재질로 이루어지고,

   상기 전주도금단계 진행시 팁 제조용 금속이 투입되기 전에 상기 금속 기판과 팁 제조용 금속과는 다른 재질로 이루어진 제 3의 금속을 금속 기판 상부면에 얇게 전주도금함으로써 제 3의 금속을 매개로 팁 제조용 금속이 금속 기판에 결합되도록 하는 것을 특징으로 하는 미세홀 가공을 위한 초음파 가공용 공구의 제조방법.
9. 제 3 항에 있어서, 상기 금속 기판에 결합되는 상기 팁 제조용 금속의 단면이 원형을 포함하는 다양한 형상으로 이루어져 제작된 공구의 팁이 다양한 형상의 단면을 이룰 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 미세홀 가공을 위한 초음파 가공용 공구의 제조방법.

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