KR100897509B1 - 음각부, 양각부와 관통부를 갖는 금속박판체를 제조하기위한 미세금속몰드, 그 제조방법 및 위의 미세금속몰드로제조된 금속박판체 - Google Patents

음각부, 양각부와 관통부를 갖는 금속박판체를 제조하기위한 미세금속몰드, 그 제조방법 및 위의 미세금속몰드로제조된 금속박판체 Download PDF

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KR100897509B1 KR1020070040094A KR20070040094A KR100897509B1 KR 100897509 B1 KR100897509 B1 KR 100897509B1 KR 1020070040094 A KR1020070040094 A KR 1020070040094A KR 20070040094 A KR20070040094 A KR 20070040094A KR 100897509 B1 KR100897509 B1 KR 100897509B1
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Abstract

본 발명의 하나의 구성은 최초 부도체기판의 준비(S401)로부터 시작하여 1차 감광액도포 단계(S402), 감광액의 패터닝을 위한 1차 노광 및 현상 단계(S403), 패턴닝된 감광액의 경화를 위한 1차 베이킹 단계(S404), 양각부 또는 음각부의 형상구현을 위한 기판식각 단계(S405), 도금시의 절연보강효과와 기판과 금속시드층의 접착력보강을 위한 절연막증착 단계(S406), 전주도금의 전극을 형성하기 위한 금속시드층증착 단계(S407), 2차 감광액도포 단계(S408), 2차 노광 및 현상 단계(S409), 2차 베이킹 단계(S410), 관통부 패턴 구현을 위한 금속시드층식각 단계(S411), 상기 금속시드층의 내구성확보를 위한 1차도금으로 시드도금전주체를 형성하는 단계(S412)의 순서로 금속박판체 전주도금용 미세금속몰드를 제조하는 방법을 제공한다.
본 발명의 다른 구성은 본 발명의 미세금속몰드(S501) 또는 미세금속몰드로부터 분리된 전주체(S502)의 관통부의 저면에 절연체막을 형성하는 단계(S503)와 전주도금(S504) 후 이형분리하는 단계(S505)를 포함하여 전주도금 금속박판체를 제조하는 방법을 제공한다.
본 발명은 미세금속몰드, 그 제조방법 및 그 미세금속몰드로부터 제조한 금속박판체에 관한 것으로서, 1 마이크로미터까지의 음각부와 양각부, 관통부가 형성될 수 있는 미세금속몰드를 제조하는 방법 및 본 발명의 미세금속몰드를 사용하여 전주도 금복제와 이형분리에 의해 제조한 금속박판체에 관한 것으로서, 최소 두께 10 마이크로미터까지의 원하는 금속박판체를 한차례의 도금공정에 의해 제조할 수 있는 효과가 있다.
특히 본 발명으로부터 제조한 금속박판체는 그 표면에 숫자, 글자, 도형, 문양 등 복잡한 형상의 음각부, 양각부와 관통부를 동시에 구현될 수 있다는 점과 음각부와 관통부, 또는 양각부와 관통부를 자유롭게 겹치게 할 수 있다는 점, 또한 그 금속박판체의 두께 및 음각부, 양각부, 관통부의 치수가 미세하고 정교하다는 점, 그리고 대량생산성이 우수하다는 점에서 종래의 기술과 차별된다.
미세금속몰드, MEMS, 도금, 전주복제, 금속박판체

Description

음각부, 양각부와 관통부를 갖는 금속박판체를 제조하기 위한 미세금속몰드, 그 제조방법 및 위의 미세금속몰드로 제조된 금속박판체 {A micro-metal-mold with patterns of grooves, protrusions and through-openings, a processes for fabricating the mold, and micro-metal-sheet product made from the mold}
도 1은 종래 기술의 금속키패드의 제조방법의 구성도,
도 2는 종래 기술의 전주금속키패드의 제조공정도,
도 3은 종래 기술의 금속마스크 제작방법의 흐름도,
도 4는 본 발명의 하나의 실시예에 의한 미세금속몰드의 제조방법을 보여주는 흐름도
도 5은 본 발명의 미세금속몰드를 제조하는 공정을 그 단면도에 의해 나타낸 도면
도 6는 본 발명의 하나의 실시예에 의해 제조되는 미세금속몰드를 나타낸 도면
도 7은 본 발명의 미세금속몰드를 이용하여 금속박판체를 제조하는 공정을 나타낸 도면
도 8는 본 발명의 하나의 실시예에 의한 금속박판체의 제조방법을 그 단면도에 의해 나타낸 도면
도 9은 본 발명의 하나의 실시예로서 생산되는 금속박판체인 일체형 금속키패드의 사진을 나타낸 도면
도 10은 본 발명의 하나의 실시예로서 생산되는 금속박판체인 일체형 금속키보드의 사진을 나타낸 도면
도 11은 본 발명의 하나의 실시예로서 생산되는 금속박판체인 일체형 메탈마스크의 사진을 나타낸 도면
도 12는 본 발명의 하나의 실시예로서 생산되는 금속박판체인 일체형 바이오칩 제작용 금속스탬프의 사진을 나타낸 도면
도 13은 본 발명의 하나의 실시예로서 생산되는 금속박판체인 일체형 도광판 제작용 금속스탬프를 모식적으로 나타낸 도면
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
701 : 부도체 기판 705 : 양각부
709 : 음각부 710 : 절연막
715 : 금속시드층 716 : 관통부
718 : 시드도금전주체 801 : 몰드도금전주체
802 : 절연체 803 : 복제도금전주체
804 : 양각부 805 : 음각부
806 : 관통부
본 발명은 음각부, 양각부와 함께 관통부를 갖는 금속박판체를 제조하기 위한 미세금속몰드, 그 제조방법 및 그 미세몰드에 의해 제조한 금속박판체에 관한 것이다.
최근 휴대용으로 가치가 중시되고 있는 전자제품의 경쟁이 치열해짐에 따라, 미세하고, 강하며, 그 디자인 및 색상 또한 미려한 요소부품들이 요구되고 있으며, 그 요소부품들을 구현할 수 있는 미세금속몰드 제조기술의 중요성이 커지고 있다.
도 1, 도2, 도 3은 각각 특허 제 592114호, 특허 제 485436호, 그리고 특허 제 561705호의 금속키패드 제조공정 또는 금속마스크의 제조방법을 보여주는 도면이다.
먼저, 도 1은 0.1-0.5mm 두께의 황동 또는 스테인리스판을 도금의 시드층으로 활용해 그 위에 Ni 등 금속을 1차 도금공정(S102)과 2차 도금공정(S106)을 시행하여 일체형 금속키패드를 생산하는 기술에 관한 것으로서, 키패드 구현에 필수적인 음각부, 양각부, 관통부를 부식에칭방법(S101)이나 레이져(S104) 또는 프레스공정(S105) 등추가공정을 이용하여 생산품마다 개별적으로 가공하여 생산하는 방법이므로, 그 생산과정이 복잡하여 대량생산에 불리하고 최초 황동 및 스테인리스판을 포함한 최종생산품의 두께가 상대적으로 두꺼우며 그 표면의 거칠기 뿐 아니라 음각부, 양각부, 관통부의 최소구현치수 및 재현성면에서 정교하지 못한 문제점이 있었다.
도 2는 도체판을 기계조각하여 음각부 또는 양각부를 갖는 조각모형판(조각모형, S201)을 획득하고 그것을 전주도금을 위한 몰드로 이용해 전주도금하여 얻은 금속몰드 또는 금속키패드 전주체(전착판, S202)를 만들고 그 전주체를 표면가공한 후 몰드로 사용하여 음각부 또는 양각부를 갖는 마스터몰드(S203)를 생산한 후 제2, 제3의 복제전주체(S204)를 다량 전주복제하는 기술을 설명하고 있으나 최종제품의 숫자, 문자, 그림 등의 관통부는 개별적인 제품마다 별도로 기계조각, 레이져가공, 부식에칭, 샌딩, 다이아컷팅 등의 별도공정에 의해 가공(S208, S209)하여 구현하므로 개별적인 제조공정이 추가되어 공정단계가 복잡하여 대량생산에 불리하고, 관통부의 최소구현치수 및 재현성면에서 정교하지 못한 문제점이 있었다.
도 3은 SUS 기판과 같은 전도성기판을 전극층으로 사용하고 감광액(S301)과 광리소그래피기술(S302, S303)을 이용하여 원하는 관통부를 갖는 미세 금속마스크를 생산하기 위해 니켈 또는 니켈합금을 전주도금(S304)하는 기술에 관한 것이나, 금속기판 자체를 가공하지 않으므로 위 공정만으로는 관통부 이외에 음각부와, 양각부를 구현할 수 없고, 치수 정밀도는 높으나 관통부를 구현하기 위한 감광액층을 매번 제거(S306)하여야 함에 따라, 모든 제품마다 다시 감광제 도포와 광리소그래피 공정의 반복이 필수이므로 그 생산공정이 복잡하여 대량생산에 불리한 문제점이 있었다.
또한, 정밀한 마이크로몰드를 제작하고자 감광액과 광리소그래피 방법을 사용하는 그 특허 제 465531호가 공지되어 있으나 부도체가 아닌 도체 기판을 시드층으로 사용하며 패턴된 감광제를 마스크로 활용하고 도금하여 생산된, 도금층과 일체화된 기판 전체를 단지 플라스틱, 세라믹, 금속분말로 구성된 사출재료를 도입하여 복제 하기 위해 마스터몰드로 사용하는 것으로서, 양각부를 형성할 수는 있으나, 기판자체를 식각하거나 가공하지 않으므로 음각부를 구현할 수 없고 이후 금속박판체의 전주복제를 위한 몰드가 아닌 사출복제용 몰드이므로 관통부를 구현할 수 없는 문제점이 있었다.
본 발명은 위와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 단일공정으로 금속박판체를 제조를 위한 미세금속몰드 및 미세금속박판체를 제조하는 것을 목적으로 한다. 본 발명은 또한 관통부를 갖는 금속박판체를 단일공정으로 제조하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 이와 같은 목적을 위해 본 발명의 하나의 측면은 최초 부도체기판의 준비(S401)로부터 시작하여 1차 감광액도포 단계(S402), 감광액의 패터닝을 위한 1차 노광 및 현상 단계(S403), 패턴닝된 감광액의 경화를 위한 1차 베이킹 단계(S404), 양각부 또는 음각부의 형상구현을 위한 기판식각 단계(S405), 도금시의 절연보강효과와 기판과 금속시드층의 접착력보강을 위한 절연막증착 단계(S406), 전주도금의 전극을 형성하기 위한 금속시드층증착 단계(S407), 2차 감광액도포 단계(S408), 2차 노광 및 현상 단계(S409), 2차 베이킹 단계(S410), 관통부 패턴 구현을 위한 금속시드층식각 단계(S411), 상기 금속시드층의 내구성확보를 위한 1차도금으로 시드도금전주체를 형성하는 단계(S412)의 순서로 금속박판체 전주도금용 미세금속몰드를 제조하는 방법을 제공한다.
본 발명의 다른 측면은 본 발명의 미세금속몰드(S501) 또는 미세금속몰드로부터 분리된 전주체(S502)의 관통부의 저면에 절연체막을 형성하는 단계(S503)와 전주도금(S504) 후 이형분리하는 단계(S505)를 포함하여 전주도금 금속박판체를 제조하는 방법을 제공한다.
본 발명의 제조방법으로부터 금속박판체는 최소 1 마이크로미터의 미세한 치수까지 그 양각부, 음각부 및 관통부의 선폭이 제어될 수 있으며, 두께 또한 최소 10 마이크로미터까지로 초박막형으로의 구현이 가능하고, 요구되는 특성에 따른 금속시드층과 도금층의 선택으로 기계적 강도 및 탄성력을 증가시켜 내구성이 향상될 수 있으며, 내마모성 및 내부식성이 크고, 거울면과 같이 표면 거칠기가 대단히 매끄럽고 우수하며, 다양한 색을 가질 수 있는 금속박판체 및 그 금속박판체 제조용 미세금속몰드를 제조할 수 있다.
이하 본 발명을 그 실시예에 의해 첨부도면을 참고로 아래에서 상세히 설명하기로 한다.
도4는 본 발명에 의한 미세금속몰드의 제조방법을 보여주는 흐름도로서, 부도체 기판을 준비는 단계(S401)와 1차 감광액도포 단계(S402)와, 제조할 금속박판체의 음각부, 양각부 패턴 구현을 위해 감광액을 패터닝하는 1차 노광 및 현상 단계(S403), 패터닝된 감광액의 경화를 위한 1차 베이킹 단계(S404), 제조할 금속박판체의 양각부 또는 음각부의 소요형상 구현을 위한 기판식각 단계(S405), 도금시의 절연보강효과와 기판과 금속시드층의 접착력보강을 위한 절연막증착 단계(S406), 전주도금을 위한 전극을 형성하기 위한 금속시드층증착 단계(S407)와, 2차 감광액도포 단계(S408), 제조할 금속박판체의 관통부 패턴 구현을 위한 2차 노 광 및 현상 단계(S409)와, 2차 베이킹 단계(S410)와, 관통부의 소요형상 구현을 위한 금속시드층 식각 단계(S411)와, 상기 금속시드층의 내구성확보를 위한 1차도금으로 시드도금전주체를 형성하는 단계(S412)의 순서로 미세금속몰드의 제조공정이 도시되어 있다.
상기 도 4에서의 1차 감광액도포 단계(S402)와, 제조할 금속박판체의 음각부, 양각부 패턴 구현을 위해 감광액을 패터닝하는 1차 노광 및 현상 단계(S403), 패터닝된 감광액의 경화를 위한 1차 베이킹 단계(S404), 제조할 금속박판체의 양각부 또는 음각부의 소요형상 구현을 위한 기판식각 단계(S405)는 음각부와 양각부를 모두 구현하고자 할 때 1회 더 반복해야하며, 음각부나 양각부 중 한쪽만을 구현하고자 할 때는 반복할 필요가 없다.
도 5은 본 발명에 의한 금속박판체의 제조방법을 보여주는 도면으로서, 미세금속몰드(S501) 또는 미세금속몰드로부터 분리된 몰드도금전주체를 준비하는 단계(S502)와, 미세금속몰드로부터 전주도금(S504)을 시행하거나, 그 전주체인 몰드도금전주체의 저면 전체 또는 적어도 그 관통부의 바닥부에 절연체막을 형성하는 단계(S503) 후 금속박판체를 전주도금 하는 단계(S504)와, 제조된 금속박판체의 이형분리 단계(S505)가 도시되어 있다.
도 6는 본 발명의 첫 번째 실시예 설명을 위한 목표로 양각부와, 음각부, 관통부를 갖는 금속박판체를 제조하기 위한 미세금속몰드의 평면도(도 6 (a)) 및 사시도(도 6 (b))이다.
도 7은 본 발명의 하나의 실시예인 도 6의 미세금속몰드를 제조하는 공정을 그 단 면도에 의해 나타낸 것이다. 상기 도 7은 도 6의 가-나의 절개선을 제조 단계별로 도시한 도면으로서, 먼저 부도체 기판(701)에 감광액을 도포하여 감광액층(702)을 형성하고(도 7 (a)) 포토마스크(703)를 통해 감광액층을 자외선에 노광 및 현상하여 제조할 금속박판체의 양각부에 상응하는 부분(705) 이외의 부분(704)을 1차적으로 식각 제거한 후 노출시키며(도 7 (a)∼도 7(c)), 도 7 (c)의 기판(701)의 표면위에 다시 감광액층(706)을 형성하고 포토마스크(707)를 통해 제조할 금속박판체의 음각부에 상응하는 부분의 감광액층(706)을 제거한 후 베이킹한 뒤 노출된 기판의 표면(708)을 2차적으로 식각하여 기판상에 소정의 깊이의 음각부(709)가 형성되게 한다(도 7 (d)∼도 7 (f) 참조). 도 7 (f)의 양각부, 음각부 문양이 구현된 기판(701)상에 금속시드층과의 접착력강화효과와 전기절연보강효과, 표면평탄화효과를 위해 증착하는 절연막(710)을 형성하고, 그 표면 위에 전기도금을 시행하기 위한 전극층을 형성하기 위해 소정의 두께로 금속시드막(711)을 증착한 후 다시 감광액층(712)을 형성하고 포토마스크(713)를 통해 제조할 금속박판체의 관통부에 상응하는 부분의 감광액층(711)을 제거한 후 베이킹한 뒤 노출된 금속시드층의 표면(714)을 식각하여 금속박판체의 관통부에 상응하는 부분의 절연막 표면(716)이 노출되게 한다(도 7 (g)∼도 7 (i) 참조). 도 7 (i)의 금속시드층을 전주도금을 위한 전극으로 도금을 시행하여 노출된 금속시드층의 표면(717)을 따라 금속시드층의 기계적 내구성을 보완하는 역할을 하는 시드도금전주체(718)를 형성한다(도 7 (j)).
상기 도 7의 미세금속몰드 제조공정 중 양각부 또는 음각부 중 어느 한쪽만을 구현 하고자 할 때는 감광액도포 단계와, 제조할 금속박판체의 음각부 또는 양각부 패턴 중 목표로 하는 어느 한쪽의 형상 구현을 위해 감광액을 패터닝하는 노광 및 현상 단계, 패터닝된 감광액의 경화를 위한 베이킹 단계와, 기판식각을 통해 해당하는 소요형상을 구현하는 단계만을 수행하면 된다.
절연체 기판의 종류는 플라스틱, 유리, 실리콘, 세라믹 기판 등 절연성이 확보된 기판이 모두 적용가능하나, 이후 증착될 상부 막들의 표면 거칠기가 거울면과 같이 평탄화된 면을 얻기 위해서는 표면연마가공으로 평탄화시키는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 절연체 기판은 표면의 평탄화와는 별도로 기판전체의 곡률이 없는 평면을 포함하여 일정 곡률의 곡면을 가지는 기판을 포함할 수 있다.
감광액의 종류는 AZ계열의 양성감광액, SU계열의 음성감광액이 모두 적용가능하며, 이후 금속박판체에 구현하고자하는 양각부, 음각부, 및 관통부 형상의 구현을 위해 미세금속몰드의 기판 또는 금속시드막을 식각하는 깊이의 정도와 선폭의 치수에 따라 요구되는 감광액의 두께와 감광민감도를 고려한 다른 감광액(예를 들면, JSR 계열, GLM 계열 등)도 적용가능하다.
절연체 기판의 식각을 위한 방법은 이후 금속박판체에 구현하고자하는 양각부, 음각부, 및 관통부 형상의 구현을 위해 미세금속몰드 기판을 식각하는 깊이의 정도와 선폭의 치수에 따라 요구되는 식각속도(etch rate)와 등방, 비등방 식각특성에 따라 진공건식식각(vacuum dry etching) 또는 습식식각(wet etching)법이 적용가능하 며, 건식식각의 경우는 , 유도커플플라스마(ICP, Inductive Coupled Plasma)방법, 고등산화물식각(AOE, Advanced Oxide Etching)법 등을 포함하며, 습식식각의 경우는 HF, HCl, HNO3, H2SO4 등의 산용액을 적정비율 혼합하고 희석하여 만든 액체식각제(liquid etchant)가 적용가능하다. 특히 실리콘기판의 경우는 반응성이온식각(RIE, Reactive Ion Etching)방법, 심화반응성이온식각(DTRIE, Deep TrenchReactive Ion Etching)방법의 진공건식식각이나 KOH 수용액, TMAH(Tetra-Methyl Ammonium Hydroxide) 수용액을 이용한 습식식각(wet etching)법을 적용하여 식각하는 것이 바람직하다. 또한 습식식각을 이용하는 경우 기판의 결정방향에 따른 식각속도에 있어서 차이가 나는 이방적 식각이 가능하기 때문에 양각부는 테이퍼(taper) 형상이, 음각부는 역테이퍼 형상이 나타나게 식각할 수 있으며, 이방성과 등방성의 정도를 조절할 수 있는 건식식각으로도 테이퍼 형상 및 역테이퍼 형상 구현이 가능하다.
감광액을 이용한 광리소그래피기술과 기판 식각기술을 이용해 구현할 수 있는 양각부 또는 음각부의 치수는 최소 1 마이크로미터까지 가능하다.
절연막의 종류는 산화막이나 질화막 등 세라믹 절연막과 고분자 절연막 등 절연성이 있는 물질이 적용가능하나, 절연막 하부에 있는 기판의 종류와 절연막 위에 형성되는 금속시드층의 종류에 따라 각 층간의 접착력 및 내구성을 고려하여 선택하는 것이 바람직하며, 특히 실리콘기판의 경우는 금속시드층의 종류에 따라 인장응 력이 형성되는 실리콘질화막이나, 압축응력이 적용되는 실리콘산화막이 바람직하다.
절연막을 증착하는 방법은 그 증착하고자 하는 절연막의 성분에 따라 스핀코팅(spin coating)법, 분무건조법(spray drying), 열산화(thermal oxidation)법을 이용하거나, 스퍼터링(sputtering)법 또는 진공증발증착(Evaporating)법 등의 물리증착(PVD, Physical Vapor Deposition)법 또는 저압화학기상증착(LPCVD, Low Pressure Chemical Vapor Deposition)법, 플라즈마보강화학기상증착(PECVD, Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition)법, 금속유기물화학기상증착(MOCVD, Metal Organic Chemical Vapor Deposition)법 등의 화학기상증착(CVD, Chemical Vapor Deposition)법 등이 적용가능하나, 일반적으로 질화막이나 산화막 등 세라믹 절연막의 증착을 위해서는 저압화학기상증착(LPCVD, Low Pressure Chemical Vapor Deposition)법이나 플라즈마보강화학기상증착(PECVD, Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition)법을 이용하는 것이 바람직하며, 특히 실리콘기판의 절연막으로 실리콘산화막의 증착방법은 열산화법도 적용될 수 있다. 또한 고분자 절연막의 식각을 위해서는 스핀코팅(spin coating)법, 분무건조법(spray drying)이나 진공증발증착(Evaporating)법, (MOCVD, Metal Organic Chemical Vapor Deposition)법을 적용하는 것이 바람직하다.
상기 절연막의 두께는 기판과 절연막의 성분에 따라 다소 차이가 나나, 0.1 마이크로미터에서 10 마이크로미터까지 증착가능하며, 특히 실리콘기판 상의 실리콘질화막 또는 실리콘산화막의 적정 두께는 1 마이크로미터에서 3 마이크로미터의 범위가 바람직하다.
절연막 형성단계는 그 하부에 있는 절연체 기판의 절연성의 정도가 뛰어나며 이후 증착되는 금속시드층과의 결합력이 충분히 강한 경우에는 생략가능하다.
금속시드층의 성분는 Cr, Au, Ti, Ta, Pt, Ni, Cu, Al, Zn, Fe, Co, W 등의 금속물질이 모두 적용가능하나, 절연체 기판 또는 절연막의 성분에 따른 결합력 및 필요한 내구성의 정도에 따라 위 금속 중 1가지부터 5가지까지 조합하여 증착할 수 있으며, 특히 실리콘기판과 그 위에 절연막으로서 실리콘산화막 또는 실리콘질화막이 증착되는 경우는 Cr-Au, Cr-Au-Ni, Cr-Au-Ni-W, Cr-Au-Ni-W-Co의 조합이나, Ti-Pt, Ta-Pt, Ti-Pt-Ni, Ta-Pt-Ni, Ti-Pt-Ni-W, Ta-Pt-Ni-W, Ti-Pt-Ni-W-Co, Ta-Pt-Ni-W-Co의 조합이 그 결합력과 내구성면에서 뛰어나다.
금속시드층의 증착을 위한 방법은 증착할 시드금속의 성분 및 기판의 성분에 따라 차이가 있으나, 스퍼터링(sputtering)법 또는 진공증발증착(Evaporating)법 등의 물리증착(PVD, Physical Vapor Deposition)법을 이용하면 균일한 증착이 가능하다.
금속시드층의 두께는 0.01 마이크로미터에서 10 마이크로미터까지 구성가능하며 적정 총 두께는 기판과 절연막의 성분 및 증착될 금속에 따라 차이가 있으나, 특히 실리콘기판과 그 위에 절연막으로서 실리콘산화막 또는 실리콘질화막이 증착되는 경우의 금속시드층의 두께는 0.1 마이크로미터에서 0.3 마이크로미터가 적합하며 적층으로 이루어진 복합시드층의 경우에는 1:5, 1:2:5, 1:2:3:5, 1:2:3:4:5의 두께 조합이 내구성면에서 우월하다.
금속시드층의 식각을 위한 방법은 금속의 종류에 따라 차이가 있으나, 반응성이온 식각(RIE, Reactive Ion Etching)방법, 심화반응성이온식각(DTRIE, Deep Trench Reactive Ion Etching)방법, 유도커플플라스마(ICP, Inductive Coupled Plasma)방법, 고등산화물식각(AOE, Advanced Oxide Etching)법 등의 진공건식식각(vacuum dry etching)법이나 HCl, HNO3 H2SO4 계열의 산용액을 적정비율 혼합하고 희석한 액체식각제를 이용한 습식식각(wet etching)법이 모두 가능하며, 특히 위 장비의존성을 탈피하고 금속시드층 식각 시 그 하부의 기판이나 절연막의 표면을 보호하기 위해서는 금속시드층을 증착하기 전 기판 또는 절연막 상에 먼저 감광액을 코팅하고 관통하기를 원하는 패턴으로 감광액이 남도록 현상한 후 금속시드층을 증착한 이후에, 남아있는 감광액을 녹여 패터닝하는 리프트오프(lift-off) 방법을 이용하면 보다 수월하며 저렴하게 금속시드층을 제거할 수 있다.
상기 금속시드층의 식각 또는 리프트오프 방법으로부터 형성되는 관통부를 위한 패턴의 치수는 최소 1 마이크로미터까지 가능하다.
1차도금막(시드도금전주체)의 종류는 현재 상용적으로 도금할 수 있는 Au, Ni, Cu, Al, Zn, Fe, Co, W, Sn, P 등이 모두 가능하나, 그 하부에 있는 금속시드층의 종류와 이후 다시 도금될 2차도금막(몰드도금전주체)의 종류 및 1차도금막의 용도(예컨대, 시드도금전주체로 사용할 것인지, 그 자체를 분리하게 되는 몰드도금전주체로 사용할 것인지의 선택)에 따라 차이가 있으나, 도금의 용이성과 도금막의 강도, 경도, 탄성도 등의 기계적 특성과 화학적 안정성이 우수한 Ni 또는 Ni-W, Ni-Co 성분의 도금막이 바람직하며, 이후 복제도금전주체와의 이형분리의 용이성 및 Ni 또는 Ni 적층막의 강도를 고려하여 그 두께는 10 마이크로미터에서 30마이크로미터 범위내로 형성하는 것이 바람직하다.
1차도금막(시드도금전주체)은 금속시드층과 함께 이후 전주도금복제를 위한 전극으로 사용할 경우 금속시드층에 형성된 양각부, 음각부의 형상과 관통부 패턴을 그대로 따라 도금되어 형성되며, 금속시드층과 함께 전극층으로 사용하면 보다 내구성이 강한 반영구적인 전극층을 확보할 수 있으나, 금속시드층만으로도 충분한 내구성을 확보한 경우에는 1차도금막(시드도금전주체) 형성단계는 생략가능하다.
도 8은 본 발명의 하나의 실시예인 도 7의 미세금속몰드를 이용해 금속박판체를 제조하는 공정을 그 단면도에 의해 나타낸 것으로서, 본 발명의 미세금속몰드를 이용해 미세금속몰드로부터 유래하는 양각부, 음각부 및 관통부가 구비되는 금속박판체를 전주도금 생산하기 위한 제조공정은 시드도금전주체(718), 또는 시드도금전주체가 생략될 경우 금속시드층(715)의 준비로부터 출발하여 위에 이후 전주도금될 몰드도금전주체(801)와의 분리를 위해 이형제를 도포하고 시드도금전주체 또는 금속시드층을 전극으로 도금공정을 시행하여 그 미세금속몰드 기판(701)과 시드도금전주체(718) 또는 금속시드층(715)이 가지고 있는 양각부, 음각부 및 관통부 패턴을 따라 형성되는 도금층(몰드도금전주체)(701)을 형성(도 8 (a))하고, 상기 몰드도금전주체와 미세금속몰드를 상기 이형제를 통해 분리하는 이형분리(도 8 (b))한다. 도 8 (b)의 분리된 몰드도금전주체(801)를 금속박판체 제품으로 해도 되나, 보다 큰 대량생산성을 확보하기 위하여 몰드도금전주체(801)로부터 이후 같은 양각부와, 음각부, 관통부를 구비한 복제도금전주체를 생산하기 위하여 몰드도금전주체의 관 통부를 포함한 뒷면 또는 앞면 전면에 절연체(802)를 도포하고, 상기 몰드도금전주체와 이후 전주도금될 복제도금전주체(803)를 분리하기 위하여 몰드도금전주체의 표면에 이형제를 도포하고 몰드도금전주체를 전극으로 도금공정을 시행하고 몰드도금전주체 상에 전주도금으로 형성된 복제도금전주체(803)를 이형분리한다(도 8 (c)∼도 8 (c) 참조). 상기 도 8 (c)로부터 제조된 복제도금전주체는 몰드도금전주체가 가지고 있는 패턴을 따라 같은 패턴의 양각부(804), 음각부(805) 및 관통부(806)가 형성된다.
상기 이형제는 중크롬산칼륨(K2Cr2O7)계의 이형제를 사용하나, 이후 도금 시 전기전도에 저항으로 작용하지 않으며 금속과 금속의 이형효과를 부여하는 다른 종류의 이형제(stamperprep 등)나 이형분리장치(electro cleaning station 등)도 사용가능하다.
상기 몰드도금전주체의 종류는 현재 상용적으로 도금할 수 있는 Au, Ni, Cu, Al, Zn, Fe, Co, W, Sn, P 등이 모두 가능하며, 그 하부에 있는 시드도금전주체 또는 금속시드층의 종류와 이후 다시 도금될 몰드도금전주체의 요구특성(색 및 기계, 화학적 특성 등) 및 용도(일반구조체, 기계요소부품, 전자소재부품 등)에 따라 차이가 있으나, 도금의 용이성과 도금막의 강도, 경도, 탄성도 등의 기계적 특성과 화학적 안정성이 우수한 Ni 또는 Ni-W, Ni-Co 성분의 도금막이 바람직하며 이 경우 Ni 또는 Ni 적층막의 강도를 고려하여 그 두께를 100 마이크로미터 이상으로 하는 것이 바람직하다.
또한, 전주도금시 인가전압 및 주파수, 전류밀도의 조절을 통해서 상면도금 대 측면도금의 선택비를 조절 할 수 있으며, 따라서 역시 관통부 주위 도금층의 스텝퍼 형상과 역스텝퍼 형상의 구현이 가능하고, 위 도금조건에 따른 상면과 측면의 도금 선택비와 몰드도금전주체를 포함한 금속박판체 상에서 구현하고자 하는 관통부 치수를 고려해 최초 마스크를 제작하면 원하는 형상과 정확한 치수의 관통부 구현이 가능하다.
위 이형분리의 방법은 이형분리할 몰드도금전주체의 도금 이전에 도포한 이형제를 통하여 일정한 힘을 인가하면 쉽게 분리가 가능하지만, 그 양각부의 높이나 음각부의 깊이 변화가 심하고 관통부의 모양이 복잡하며, 몰드도금전주체의 두께가 수백 마이크로미터 이상으로 두꺼울 경우 이형제처리와 정확한 압력과 온도유지 및 기체분사를 이용한 이형분리강화장치를 병행하면 이형분리 시의 하부의 금속시드층 또는 시드도금전주체와 상부의 몰드도금전주체 사이의 파손의 확률이 적고 보다 깨끗한 경계면을 얻을 수 있으므로 상기 미세금속몰드 및 몰드도금전주체의 내구성을 향상시킬 수 있다.
위 절연체의 종류는 상용 접착용 에폭시나 열경화성수지, 광경화성수지 등 특정조건이나 처리시간 후에 경화되며 내구적으로 몰드도금전주체의 관통부를 포함한 몰드도금전주체의 전면을 차폐해줄 수 있는 고분자 수지나 세라믹 페이스트 등 기타 절연성을 나타내며 유동적인 성형이 가능한 유동성 절연물질은 모두 적용가능하며, 상용 에폭시는 저렴하나 소정의 시간 후에 경화되어 활용성이 떨어지고, 광경화성수지는 상대적으로 비싸지만 광에 의해 경화되므로 활용성 및 재현성이 우수하다.
절연체를 전주도금이 시행되지 않을 부분과 함께 몰드도금전주체의 관통부에 도포하는 방법은 유동성 절연물질을 몰드도금전주체의 앞면 또는 뒷면의 전면에 도포하여 그 관통부를 충진하는 페인팅(painting)방법과, 그 필요부분 만을 선택적으로 도포하는 스크린프린팅(screen printing) 방법이 있으며 몰드도금전주체의 두께가 100 마이크로미터 이하로 대단히 얇거나 관통부의 치수가 약 100 마이크로미터 이하로 미세한 경우에는 정밀성과 재현성이 좋은 스크린프린팅을 이용한 절연체 도포가 바람직하다.
또한, 위 관통부의 치수에 대한 스프린프린팅의 마진 치수를 조절하면 실제 관통부의 크기보다 일정 마진만큼 작은 크기의 관통부의 구현이 가능하다.
복제도금전주체의 종류 및 처리과정도 몰드도금전주체와 유사하나, 본 발명의 최초 미세금속몰드를 아버지금속몰드(father mold)라고 하며, 전주복제되어 생산되는 금속박판체 중에서 미세금속몰드로부터 전주복제된 몰드도금전주체를 어머니금속몰드(mother mold)이라고 하고, 다시 몰드도금전주체로부터 전주복제된 복제도금전주체를 아들금속몰드(son mold)이라고 하며, 그 이상 연속되는 도금과 이형분리에 의해 제조되는 금속박판체를 통칭 복제전주체라 하여 구분할 수 있다.
이때 상기 몰드도금전주체(어머니금속몰드)의 앞면(미세금속몰드와의 경계면)을 전극층으로 이용하여 전주복제를 시행하면 그 복제도금전주체(아들금속몰드)의 양각부 또는 음각부가 어머니금속몰드가 구비한 양각부 또는 음각부의 방향과 역전되어 나타나며, 상기 몰드도금전주체(어머니금속몰드)의 뒷면(연속도금방향)을 전극층으 로 이용하여 전주복제를 시행하면 그 복제도금전주체(아들금속몰드)의 양각부 또는 음각부가 어머니금속몰드가 구비한 양각부 또는 음각부의 방향과 일치되어 나타난다.
위에 설명한 공정으로 제작한 미세금속몰드 및 금속박판체가 구비한 양각부, 음각부와 관통부의 선폭은 최소 1 마이크로미터까지 제어될 수 있으며, 두께 또한 최소 10 마이크로미터까지 초박막형 구현이 가능하고, 전극시드층 및 전주금속의 종류에 따라 기계적 강도 및 탄성력을 증가시켜 내구성이 좋으며, 내마모성 및 내부식성이 크고, 거울면과 같이 표면 거칠기가 대단히 매끄럽고 우수하며, 다양한 색을 가지게 할 수 있다.
특히, 휴대용 전자제품의 대표 물품인 휴대폰과 노트북의 정보입력을 담당하는 키패드 및 키보드 부품으로서 그 중 특히 전체두께에서 큰 비중을 차지했던 키탑(key top) 부분은 기존 상품의 두께가 약 1mm 이상으로, 본 발명에 개시된 기술로 그 두께를 0.2mm 미만의 크기로 줄임으로서 전체 휴대폰 및 노트북컴퓨터의 두께를 최소화함과 동시에, 버튼조작 시 반복적으로 가해지는 힘에 의한 변형과 파손이 없도록 견고하게 제조할 수 있으며, 인체 또는 주변환경과의 반복접촉 시에 발생하는 마모나 부식에 강해 물리적 화학적으로 안정하고, 소비자의 요구에 맞게 보다 복잡하고 정확하며 미세한 치수의 양각부, 음각부, 관통부의 무늬, 문양을 구현할 수 있으며, 그 표면 및 색상 또한 미려하게 구현 할 수 있다. 또한 보다 큰 정교함과 표면가공 특성이 기대되는 도광판스탬프, 메탈마스크와 금속하우징 분야 뿐 아니라, 미래필수기술로서 각광받는 질병진단을 위한 마이크로어레이칩(micro-array chip) 또 는 마이크로플루이딕칩(micro-fluidic chip)을 포함한 바이오칩(bio chip)스탬프 또한 본 발명의 기술을 통해 제조 및 대량생산이 가능하다.
도 9는 본 발명의 하나의 실시예의 제조방법으로 제작한 일체형 금속키패드의 사진을 나타낸 도면으로서, 가로 4.5 센티미터, 세로 6센티미터, 두께 150 마이크로미터의 치수로 제작된 휴대폰용 일체형 Ni 금속키패드를 보여준다.
이 금속 키패드에 구비된 음각부(901)의 선폭은 약 1.5 밀리미터이며 관통부(902)의 최소 치수는 약 150 마이크로미터이다.
이 금속 키패드의 두께는 금속박판체의 전체 크기와 Ni로 제작했을 경우 정보입력을 위해 접촉할 시 숫자 및 문자 부위의 Ni 금속박판체의 강도를 고려해서 약 130 마이크로미터 이상으로 제작하는 것이 바람직하다.
도 10은 본 발명의 제조방법으로 제작한 일체형 금속키보드의 사진을 나타낸 도면으로서, 가로 13 센티미터, 세로 10 센티미터, 두께 180 마이크로미터의 치수로 제작된 노트북용 일체형 Ni 금속키보드를 보여준다.
이 금속키보드에 구비된 음각부(1001)의 선폭은 약 1.5 밀리미터이며 관통부(1002)의 최소 치수는 약 150 마이크로미터이다.
금속키보드의 두께는 금속박판체의 전체 크기와 Ni로 제작했을 경우 정보입력을 위해 접촉할 시 숫자 및 문자 부위의 Ni 금속박판체의 강도를 고려해서 약 150 마이크로미터 이상으로 제작하는 것이 바람직하다.
이 금속키보드는 그 표면에 지문마킹방지를 위해서 유성도료를 에폭시와 혼합하여 분무건조하였으며, 금속자체의 광택을 원하지 않을 경우 유성도료 색의 선택을 통 해서 다양한 착색이 가능하다.
상기 도 8과 도 9의 금속키패드와 금속키보드의 제조과정을 상세히 서술하겠다.
먼저, 제조할 금속박판체인 금속키패드와 금속키보드의 음각부(901, 1001)의 패턴을 위해 4인치(금속키보드) 또는 6인치(금속키패드) 직경과 500마이크로미터 두께의, 실리콘 웨이퍼를 미세금속몰드의 기판으로 선택한 후 상기 기판 상에 AZ 계열의 양성 감광액을 스핀코팅으로 도포한 후 베이킹(baking)하여 고형화한 뒤 감광제가 코팅되어 고형화된 면에 원하는 음각부의 패턴으로 뚫려있는 고분자필름 광마스크(photo mask)를 관통해 자외선(UV)을 노광(exposure)한 후 CD계열의 현상액을 이용해 현상 후 드러나 감광액이 보호하고 있지 않은 실리콘 웨이퍼의 노출면을 심화반응성이온식각(DTRIE, Deep Trench Reactive Ion Etching)방법)으로 깊이 약 40 마이크로미터까지 식각한 뒤 남은 감광액을 제거하여 원하는 모양의 음각부를 구성하였다.
상기 음각부로 식각된 실리콘 웨이퍼(606)상에 전기적장벽층(electrical passivation layer)으로서 실리콘질화물(Si3N4)을 저압화학기상증착(LPCVD, Low Pressure Chemical Vapor Deposition)법을 이용하여 두께 1 마이크로미터까지 증착하여 실리콘 기판과 일체화된 실리콘질화막인 절연막을 구성하여 전기절연효과와 접착력강화효과를 부여하고, 이 절연막 상에 Ta-Pt의 금속물질을 순차적으로 스퍼터링(sputtering)법을 이용해 0.02-0.1 마이크로미터 두께로 증착하여 금속시드층을 구성하였다. 금속키패드와 금속키보드인 금속박판체의 관통부(902, 1102)를 구 현하기 위하여 금속시드층에 AZ 계열의 양성 감광액으로 스핀코팅(spin coating)한 후 경화를 위해 베이킹(baking)한 뒤 원하는 관통부 패턴으로 뚫린 고분자필름 광마스크(photo mask)를 관통해 자외선(UV)에 노광(exposure)한 뒤 현상액을 이용해 현상 후 드러나 감광액이 보호하고 있지 않은 금속시드층의 노출면을 유도커플플라스마(ICP, Inductive Coupled Plasma)방법으로 완전 식각한 상기 금속시드층을 제거한 뒤 남은 감광액을 제거하여 금속박판체의 관통부가 형성될 부분의 하부 절연막이 노출되게 하였다. 진공증착한 금속시드층 전체를 이후 형성될 몰드도금전주체와 분리하기 위해 중크롬산칼륨(K2Cr2O7)의 이형제를 도포처리한 후 금속시드층의 노출면 위에 전극층의 내구성을 부여하기 위한 시드도금전주체를 형성하기 위해 Ni을 두께 약 20 마이크로미터로 금속시드층 상에 전주도금하여 진공증착한 금속시드층과 함께 이후 전주도금복제를 위한 전극으로 사용하여 내구성을 확보하였다. 상기 음각부로 식각된 기판과 관통부 형상으로 패턴된 금속시드층과 시드도금전주체를 포함한 전극층을 도금을 위한 전극으로 삼아 다시 Ni을 130 마이크로미터로 전기도금시켜 몰드도금전주체를 형성하였다. 도금공정 후 이형제 처리되었던 시드도금전주체층을 몰드도금전주체와 완벽히 분리시켜 원하는 음각부(901, 1001)와. 관통부(902, 1002)를 갖는 몰드도금전주체를 얻었다.
분리 공정으로 구현된 몰드도금전주체를 그대로 금속키패드나 금속키보드인 목표로 하는 금속박판체로 활용해도 되나, 본 발명의 금속박판체를 대량으로 복제생산하기 위해 몰드도금전주체의 뒷면에 상용 에폭시를 페인팅(painting)법으로 도포하여 몰 드도금전주체의 관통부를 절연체로 완전히 충진시켜 막은 후 이형제를 도포하고, 이 관통부가 충진되어 막힌 몰드도금전주체로 하여금 전기도금의 전극층 역할을 하도록 부도체 기판에 고정시켜 다시 Ni을 두께 약 130 마이크로미터로 도금하고 이형분리하여 몰드도금전주체가 가지는 음각부(901, 1001)와 및 관통부(902, 1002)가 그대로 전달된 복제도금전주체를 생산했으며, 이 복제도금전주체는 목표로 하는 금속키패드와 금속키보드로 사용가능하였다.
도 11은 본 발명의 제조방법으로 제작한 일체형 메탈마스크의 사진을 나타낸 도면으로서 직경 10 센티미터, 두께 200 마이크로미터의 치수로 제작된 전자빔 또는 광차폐용 일체형 Ni 메탈마스크를 보여준다.
이 메탈마스크에 구비된 관통부(1101)의 선폭은 약 1.5 밀리미터이다.
메탈마스크의 두께는 금속박판체의 전체 크기와 Ni로 제작했을 경우 Ni-W 금속박판체의 강도 및 전자파 차폐능력을 고려해서 약 150 마이크로미터 이상으로 제작하는 것이 바람직하다.
도 12은 본 발명의 제조방법으로 제작한 일체형 바이오칩 제작용 금속스탬프의 현미경 사진을 나타낸 도면서, 두께 400 마이크로미터의 치수로 제작된 곡선형(도 12 (a)) 또는 직선형(도 12 (a)) 및 십자형(도 12 (b)) 미세채널을 구비한 마이크로플루이딕 바이오칩 제작용 일체형 Ni 금속스탬프를 보여준다.
바이오칩 제작용 금속스탬프에 구비된 미세채널은 바이오칩의 유체유동의 속도와 균일성, 그리고 재현성을 결정짓는데 미세채널의 형상과 치수는 칩의 목적에 따라 달라지며, 일반적으로 미세채널의 치수가 미세할수록 미세채널의 치수와 표면의 균 일성을 확보하기 힘들며, 미세하면서도 채널의 치수 및 표면이 균일할수록 미세 유체유동칩으로서의 가치가 상승하게 되는데, 상기 바이오칩 제작용 금속스탬프에 구비된 음각부(1301)의 선폭은 약 10 마이크로미터로 대단히 미세하며, 그 표면 또한 우수한 것을 관찰할 수 있다.
바이오칩 제작용 금속스탬프의 두께는 금속박판체의 전체 크기와 Ni로 제작했을 경우 Ni 금속박판체의 강도 및 플라스틱 사출용 몰드에서 요구되는 강도를 고려해서 약 300 마이크로미터 이상으로 제작하는 것이 바람직하다.
도 13의 바이오칩 제작용 금속스탬프의 제조과정을 상세히 설명하기로 한다.
먼저, 제조할 금속박판체인 바이오칩 제작용 금속스탬프의 음각부 또는 채널부의 패턴을 위해 4인치 직경과 500마이크로미터 두께의, 실리콘 웨이퍼를 미세금속몰드의 기판으로 선택한 후 기판 상에 SU 계열의 음성 감광액을 스핀코팅으로 도포한 후 베이킹(baking)하여 고형화한 뒤 감광제가 코팅되어 고형화된 면에 원하는 음각부의 패턴의 역상으로 뚫려있는 소다라임 광마스크(photo mask)를 관통해 자외선(UV)을 노광(exposure)한 후 SU remover 계열의 현상액을 이용해 현상 후 드러나 감광액이 보호하고 있지 않은 실리콘 웨이퍼의 노출면을 반응성이온식각(RIE, Reactive Ion Etching)방법)으로 깊이 약 10 마이크로미터까지 식각한 뒤 남은 감광액을 제거하여 원하는 모양의 음각부 또는 채널부를 구성하였다. 음각부로 식각된 실리콘 웨이퍼상에 전기적장벽층(electrical passivation layer)으로서 실리콘산화물(SiO2)을 열산화(thermal oxidation)법을 이용하여 두께 1 마이크로미터까지 증착하여 실리콘 기판과 일체화된 실리콘산화막인 절연막을 구성하여 전기절연효과와 접찹력강화효과를 부여하고, 절연막 상에 Cr-Au의 금속물질을 순차적으로 진공증발증착(Evaporating)법)을 이용해 0.02-0.1 마이크로미터 두께로 증착하여 금속시드층을 구성하였다. 진공증착한 금속시드층 전체를 이후 형성될 몰드도금전주체와 분리하기 위해 중크롬산칼륨(K2Cr2O7)의 이형제를 도포처리한 후 금속시드층의 노출면 위에 Ni을 400 마이크로미터로 전기도금시켜 몰드도금전주체를 형성하였다. 도금공정 후 이형제 처리되었던 시드도금전주체층을 몰드도금전주체 와 완벽히 분리시켜 원하는 음각부 또는 채널부(1201)를 갖는 몰드도금전주체를 얻었다.
분리 공정으로 구현된 몰드도금전주체를 그대로 바이오칩 제조를 위한 금속스태프인 목표로 하는 금속박판체로 활용해도 되나, 본 금속박판체를 대량으로 복제생산하기 위해 몰드도금전주체의 뒷면에 이형제를 도포하고, 이 몰드도금전주체로 하여금 전기도금의 전극층 역할을 하도록 고정시켜 다시 Ni을 두께 약 400 마이크로미터로 도금하고 이형분리하여 몰드도금전주체가 가지고 음각부(1201)가 전달된 복제도금전주체를 생산했으며, 이 복제도금전주체는 목표로 하는 바이오칩 제조를 위한 금속스탬프로 사용가능하다.
도 9부터 도 12에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 개시된 기술을 이용하여 제작한 일체형 미세금속몰드에 구현된 다양한 양각부 또는 음각부의 문양과 관통부가 미세하고 정교하며, 생산되는 금속박판체의 경박단소(輕薄短小)화가 가능하고 그 표면의 거칠기가 대단히 우수하여 시각적으로 미려함을 알 수 있다.
도 13는 본 발명의 제조방법으로 제작가능한 일체형 도광판 제작용 금속스탬프를 모식적으로 나타낸 도면으로서, LCD 디스플레이 기술의 요소부품인 BLU(Back Light Unit)에 필요한 양각렌즈형(도 13 (a)) 도광판과 음각렌즈형(도 13 (b)) 도광판을 제작하기 위한 금속스탬프를 보여준다.
위의 도광판 제작용 금속스탬프에 구비된 미세렌즈는 도광판의 도광효율과 빛의 휘도, 조도 및 균일성(uniformity)를 결정짓는데 일반적으로 렌즈의 치수가 미세할수록 렌즈의 구면이 깨끗하며 곡률이 고를수록 그 도광특성이 향상되며, 본 발명으로 구현 할 수 있는 미세렌즈부(1301)의 선폭은 최소 약 10 마이크로미터까지 구현가능하다.
위의 도광판 제작용 금속스탬프의 두께는 금속박판체의 전체 크기와 Ni-W으로 제작했을 경우 Ni-W 금속박판체의 강도 및 플라스틱 사출용 몰드에서 요구되는 강도를 고려해서 약 300 마이크로미터 이상으로 제작하는 것이 바람직하다.
본 발명은 미세금속몰드, 그 제조방법 및 그 미세금속몰드로부터 제조한 금속박판체에 관한 것으로서, 도금전극층 보존을 이용하여 목표로 하는 금속박판체가 갖추어야할 최소 치수 1 마이크로미터까지의 음각부와 양각부, 관통부가 형성될 수 있는 미세금속몰드를 제조하는 방법 및 본 발명의 미세금속몰드를 사용하여 전주도금복제와 이형분리에 의해 제조한 금속박판체에 관한 것으로서, 최소 두께 10 마이크로미터까지의 원하는 금속박판체를 한차례의 도금공정에 의해 제조할 수 있는 효과가 있다.
특히 본 발명으로부터 제조한 금속박판체는 그 표면에 숫자, 글자, 도형, 문양 등 복잡한 형상의 음각부, 양각부와 관통부를 동시에 구현될 수 있다는 점과 음각부와 관통부, 또는 양각부와 관통부를 자유롭게 겹치게 할 수 있다는 점, 또한 그 금속박판체의 두께 및 음각부, 양각부, 관통부의 치수가 미세하고 정교하다는 점, 그리고 대량생산성이 우수하다는 점에서 종래의 기술과 차별된다.
본 발명의 미세금속몰드 및 금속박판체는 그 전극시드층 및 전주금속의 종류에 따라 기계적 강도, 경도 및 탄성도를 증가시켜 내구성이 향상될 수 있으며, 내마모성 및 내부식성, 내화학성이 크고, 거울면과 같이 표면 거칠기가 대단히 매끄럽고 우수하며, 다양한 금속색을 갖을 수 있다.
또한 본 발명에서 복잡한 형상의 음각부, 양각부 및 관통부를 갖는 금속박판체를 대량으로 생산할 수 있는 제조방법은 현재 요구되고 있거나 미래에 그 가치가 커지게 될 구조제품 및 전자제품들의 요소부품인 금속키패드와 금속키보드, 금속하우징(metal housing), 금속악세사리, 금속명판, 메탈마스크, 시계판(숫자판)과, 도광판 및 바이오칩 제작용 금속스탬프(metal stamp) 등의 제조에 적용될 수 있으며, 따라서 정밀가공업체 및 전자부품 업체에서, 고심하고 있는 요구사항인 고정밀도, 고기능성과 동시에 대량생산성 확보라는 쉽지 않은 상충목표를 달성하는데 있어서 큰 해결책을 제시한다.

Claims (42)

  1. 식각에 의해 형성된 음각부와 양각부의 한 가지 또는 전부를 가지는 부도체기판, 상기 기판의 음각부와 양각부를 포함하는 상면에 형성된 금속시드층, 상기 기판과 상기 금속시드층 사이에 형성된 절연막을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 금속박판체 전주도금용 미세금속몰드.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 금속시드층이 도금에 의해 제조할 금속박판체의 관통부에 상응하는 절결부를 가지는 것을 특징으로 하는 금속박판체 전주도금용 미세금속몰드.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 금속시드층 위에 일정두께로 형성된 시드도금전주체층을 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 금속박판체 전주도금용 미세금속몰드.
  5. 제4항에 있어서,
    도금에 의해 제조할 금속박판체의 관통부에 상응하는 절결부가 상기 금속시드층과 상기 시드도금전주체층을 관통하여 형성된 것을 특징으로 하는 금속박판체 전주도금용 미세금속몰드.
  6. 상면이 평면으로 된 부도체기판, 도금에 의해 제조할 금속박판체의 관통부에 상응하는 절결부를 가지도록 상기 기판위에 형성된 금속시드층을 포함하여 구성된 금속박판체 전주도금용 미세금속몰드
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 기판과 상기 금속시드층 사이에 형성된 절연막을 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 금속박판체 전주도금용 미세금속몰드
  8. 제 6항 또는 제 7항에 있어서,
    상기 금속시드층의 위에 형성된 시드도금전주체층을 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 금속박판체 전주도금용 미세금속몰드
  9. 제1항, 제6항 또는 제7항에 있어서,
    상기 기판이 실리콘, 플라스틱, 유리, 세라믹으로 이루어지는 군으로부터 선택된 것을 특징으로 하는 금속박판체 전주도금용 미세금속몰드.
  10. 제1항 또는 제7항에 있어서,
    상기 절연막이 질화막 또는 산화막인 것을 특징으로 하는 금속박판체 전주도금용 미세금속몰드.
  11. 제1항, 제6항 또는 제7항에 있어서,
    상기 금속시드층의 재료가 Cr, Au, Ti, Ta, Pt, Ni, Cu, Al, Zn, Fe, Co, W으로 구성되는 군으로부터 선택된 하나의 성분 또는 그 이상의 성분인 것을 특징으로 하는 금속박판체 전주도금용 미세금속몰드.
  12. 제4항에 있어서,
    상기 시드도금전주체층의 Au, Ni, Cu, Al, Zn, Fe, Co, W, Sn, P으로 구성되는 군으로부터 선택된 하나의 성분 또는 그 이상의 성분인 것을 특징으로 하는 금속박판체 전주도금용 미세금속몰드.
  13. 미세금속몰드의 제조에 있어서,
    부도체기판을 식각하여 하나 이상의 음각부와 하나 이상의 양각부의 일부 또는 전부를 형성하는 단계와, 상기 부도체기판 위에 절연막을 형성하는 단계와, 상기 절연막의 상면에 금속시드층을 형성하는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 금속박판체 전주도금용 미세금속몰드 제조방법.
  14. 삭제
  15. 제13항에 있어서,
    상기 부도체기판 또는 절연막 상에 형성된 금속시드층이 제조할 금속 박판체의 관통부에 상응하는 절결부를 가지는 것을 특징으로 하는 금속박판체 전주도금용 미세금속몰드 제조방법.
  16. 제13항에 있어서,
    상기 금속시드층 위에 상기금속 시드층의 절결부에 상응하는 절결부를 가지는 시드도금전주체층을 형성하는 단계를 더 포함하여 구성되는 금속박판체 전주도금용 미세금속몰드의 제조방법.
  17. 부도체기판의 상면을 평면으로 가공하는 단계와, 상기 부도체 기판상의 금속시드층이 제조할 금속박판체의 관통부에 상응하는 하나 이상의 절결부를 상기금속 시드층에 형성하는 단계를 포함하여 구성되는 금속박판체 전주도금용 미세금속몰드의 제조방법
  18. 제17항에 있어서,
    상기 기판과 금속시드층 사이에 절연막을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 금속박판체 전주도금용 미세금속몰드의 제조방법
  19. 제17항 또는 제18항에 있어서,
    상기 금속시드층 위에 상기 금속시드층의 절결부에 상응하는 절결부를 가지는 시드도금전주체층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 금속박판체 전주도금용 미세금속몰드의 제조방법
  20. 제17항에 있어서,
    상기 기판의 재료가 실리콘, 플라스틱, 유리, 세라믹으로 이루어지는 군으로부터 선택된 것을 특징으로 하는 금속박판체 전주도금용 미세금속몰드 제조방법
  21. 제13항에 있어서,
    상기 기판의 식각이 유도커플플라스마(ICP, Inductive Coupled Plasma)방법, 고등산화물식각(AOE, Advanced Oxide Etching)법, 반응성이온식각(RIE, Reactive Ion Etching)방법, 심화반응성이온식각(DTRIE, Deep TrenchReactive Ion Etching)방법, 습식식각(wet etching)법 중 어느 하나에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 금속박판체 전주도금용 미세금속몰드 제조방법
  22. 제13항 또는 제17항에 있어서,
    상기 금속시드층의 재료가 Cr, Au, Ti, Ta, Pt, Ni, Cu, Al, Zn, Fe, Co, W으로 구성되는 군으로부터 선택된 하나의 성분 또는 그 이상의 성분인 것을 특징으로 하는 금속박판체 전주도금용 미세금속몰드 제조방법
  23. 제13항 또는 제17항에 있어서,
    상기 금속시드층 형성이 스퍼터링(sputtering)법 또는 진공증발증착(Evaporating)법 중의 하나에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 금속박판체 전주도금용 미세금속몰드 제조방법
  24. 제15항 또는 제17항에 있어서,
    상기 금속시드층의 절결부가 반응성이온식각(RIE, Reactive Ion Etching)방법, 심화반응성이온식각(DTRIE, Deep Trench Reactive Ion Etching)방법, 유도커플플라스마(ICP, Inductive Coupled Plasma)방법, 고등산화물식각(AOE, Advanced Oxide Etching)법, 습식식각(wet etching)법, 리프트오프(lift-off)법 중 하나에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 금속박판체 전주도금용 미세금속몰드 제조방법.
  25. 제13항 또는 제18항에 있어서,
    상기 절연막이 질화막 또는 산화막인 것을 특징으로 하는 금속박판체 전주도금용 미세금속몰드 제조방법.
  26. 제25항에 있어서,
    상기 질화막이 스퍼터링(sputtering)법, 진공증발증착(Evaporating)법, 저압화학기상증착(LPCVD, Low Pressure Chemical Vapor Deposition)법, 플라즈마보강화학기상증착(PECVD, Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition)법, 금속유기물화 학기상증착(MOCVD, Metal Organic Chemical Vapor Deposition)법 중 하나로 형성되는 것을 특징으로 하는 금속박판체 전주도금용 미세금속몰드 제조방법
  27. 제25항에 있어서,
    상기 산화막이 스퍼터링(sputtering)법, 진공증발증착(Evaporating)법, 저압화학기상증착(LPCVD, Low Pressure Chemical Vapor Deposition)법, 플라즈마보강화학기상증착(PECVD, Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition)법, 금속유기물화학기상증착(MOCVD, Metal Organic Chemical Vapor Deposition)법 중 하나로 형성되는 것을 특징으로 하는 금속박판체 전주도금용 미세금속몰드 제조방법
  28. 제16항에 있어서,
    시드도금전주체층의 재료가 Au, Ni, Cu, Al, Zn, Fe, Co, W, Sn, P으로 구성되는 군으로부터 선택된 하나의 성분 또는 그 이상의 성분인 것을 특징으로 하는 금속박판체 전주도금용 미세금속몰드 제조방법.
  29. 제16항에 있어서,
    시드도금전주체층의 형성이 전기도금에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 금속박판체 전주도금용 미세금속몰드 제조방법.
  30. 제16항에 있어서,
    상기 시드도금전주체층의 절결부가 금속시드층의 절결부에 의해 드러난 기판 또는 절연막을 따라 형성되는 것을 특징으로 하는 금속박판체 전주도금용 미세금속몰드 제조방법.
  31. 제1항, 제3항 내지 제7항 또는 제12항 중 어느 한 항의 미세금속몰드를 사용하는 전주도금에 의해 제조되는 휴대폰용 금속키패드.
  32. 제1항, 제3항 내지 제7항 또는 제12항 중 어느 한 항의 미세금속몰드를 사용하는 전주도금에 의해 제조되는 노트북용 금속키보드.
  33. 제1항, 제3항 내지 제7항 또는 제12항 중 어느 한 항의 미세금속몰드를 사용하는 전주도금에 의해 제조되는 시계숫자판.
  34. 제1항, 제3항 내지 제7항 또는 제12항 중 어느 한 항의 미세금속몰드를 사용하는 전주도금에 의해 제조되는 메탈마스크.
  35. 제1항, 제3항 내지 제7항 또는 제12항 중 어느 한 항의 미세금속몰드를 사용하는 전주도금에 의해 제조되는 금속스탬프(metal stamp).
  36. 삭제
  37. 제1항, 제3항 내지 제7항 또는 제12항 중 어느 한 항의 미세금속몰드를 사용하는 전주도금에 의해 제조되는 금속하우징(metal housing).
  38. 제1항, 제3항 내지 제7항 또는 제12항 중 어느 한 항의 미세금속몰드를 사용하는 전주도금에 의해 제조되는 금속악세사리.
  39. 제8항에 있어서,
    상기 시드도금전주체층의 Au, Ni, Cu, Al, Zn, Fe, Co, W, Sn, P으로 구성되는 군으로부터 선택된 하나의 성분 또는 그 이상의 성분인 것을 특징으로 하는 금속박판체 전주도금용 미세금속몰드.
  40. 제19항에 있어서,
    시드도금전주체층의 재료가 Au, Ni, Cu, Al, Zn, Fe, Co, W, Sn, P으로 구성되는 군으로부터 선택된 하나의 성분 또는 그 이상의 성분인 것을 특징으로 하는 금속박판체 전주도금용 미세금속몰드 제조방법.
  41. 제19항에 있어서,
    시드도금전주체층의 형성이 전기도금에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 금속박판체 전주도금용 미세금속몰드 제조방법.
  42. 제19항에 있어서,
    상기 시드도금전주체층의 절결부가 금속시드층의 절결부에 의해 드러난 기판 또는 절연막을 따라 형성되는 것을 특징으로 하는 금속박판체 전주도금용 미세금속몰드 제조방법.
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