KR100976419B1 - 패턴 형성용 3차원 전주 마스크의 제조방법 및 그에 따른3차원 전주 마스크 - Google Patents

Abstract

본 발명은 패턴 형성용 3차원 전주 마스크(electroforming mask)의 제조방법 및 그에 따른 전주 마스크에 관한 것이며, 본 발명에 따른 제조방법은 (A) 피도장품과 동일한 3차원 형태를 가지는 경금속의 외표면을 소정의 패턴으로 에칭하는 경금속 몰드 형성 단계; (B) 에칭된 경금속 몰드의 외표면에 실리콘 수지를 도포하고 경화시키는 실리콘 몰드 형성 단계; (C) 실리콘 몰드의 내표면에 에폭시 수지를 도포하고 경화시키는 에폭시 몰드 형성 단계; (D) 에폭시 몰드를 이용하여 전주 도금을 수행하는 전착층 형성 단계; 및 (E) 전착층을 에폭시 몰드로부터 분리하는 전주 마스크 탈형 단계로 구성되고, 본 발명의 제조방법에 따르면 소정의 원하는 패턴을 높은 정밀도로 비교적 간단하게 효과적으로 형성할 수가 있음과 아울러, 대량 생산을 위한 다수의 전주 마스크를 패턴의 균일성과 항상성을 갖도록 제조할 수가 있으며, 마스크와 마스크 고정부를 동시에 형성함으로써 마스크 제작 후 고정부를 별도로 제작하여 붙이는 번거롭고도 변형 초래 가능성이 큰 장치화 작업을 수행할 필요가 없어 시간과 노고를 대폭 저감시킬 수 있음과 아울러 변형 우려를 최소화하여 패턴의 정밀성을 제고할 수가 있다.

마스크, 전주(electroforming), 패턴, 고정부, 3차원

Description

패턴 형성용 3차원 전주 마스크의 제조방법 및 그에 따른 3차원 전주 마스크{MANUFACTURING METHOD FOR THREE DIMENSIONAL ELECTROFORMING MASK FOR PATTERN FORMING AND THE ELECTROFORMING MASK THEREOF}

본 발명은 패턴 형성용 3차원 전주 마스크의 제조방법 및 그에 따른 전주 마스크에 관한 것이며, 더욱 상세하게는 특정한 3차원의 형상으로 형상화된 합성수지 제품이나 세라믹 제품, 또는 금속 제품 등의 입체 표면, 특히 합성수지 제품의 입체적 곡선표면에 원하는 형태의 다양한 고품격의 질감을 부여하여 고급화하기 위한 패턴 형성용 3차원 전주 마스크의 제조방법 및 그에 따른 전주 마스크에 관한 것으로서, 소정의 원하는 패턴을 높은 정밀도로 비교적 간단하게 효과적으로 형성할 수가 있음과 아울러, 대량 생산을 위한 다수의 전주 마스크를 패턴의 균일성과 항상성을 갖도록 제조할 수가 있으며, 마스크와 마스크 고정부를 동시에 형성함으로써 마스크 제작 후 고정부를 별도로 제작하여 붙이는 번거롭고도 변형 초래 가능성이 큰 장치화 작업을 수행할 필요가 없어 시간과 노고를 대폭 저감시킬 수 있음과 아울러 변형 우려를 최소화하여 패턴의 정밀성을 제고할 수가 있다.

근래 들어 생활수준의 향상과 산업의 발전에 따라 소비자들은 제품 자체의 기능성뿐만 아니라 제품의 외관에 반영된 색감이나 질감과 같은 감성적 품질을 구매의 중요한 고려 요소로 간주하는 경향이 심화되는 추세에 있다.

따라서, 3차원의 입체적 형상을 갖는 제품에 대한 다양한 표면 가공을 통하여 제품의 외관을 미려하게 가공하여 고급화 및 고품격화를 이루려는 다양한 시도가 있어 왔다.

종래 이러한 시도로서의 전형적인 패턴 형성 방법으로서는, 컬러 페인트를 사용하여 숙련자가 제품의 표면에 소정의 패턴을 직접 수작업에 의해 페인팅하는 방법을 들 수 있으나 이 방법은 패턴의 형성이 숙련자의 기능에 절대적으로 의존적이며 형성 패턴의 균질성을 담보하기 곤란하고 숙련자에 따라 패턴 형성 정밀도의 편차 심하고 작업 효율성이 낮으므로 공업적 규모의 적용이 곤란하다는 문제점이 있으며, 소정의 패턴이 형성된 전사 필름을 이용하여 수(水)중에서 제품 표면에 패턴을 전사하는 수압전사방법은 매 제품 마다 적용하기 위한 일회용 전사 필름을 필요로 하며 물을 이용한 수작업을 수행하여야 하므로 공업적 규모로의 적용이 곤란하여 도자기와 같은 특정한 물품의 소량 전사에 주로 사용되고 있을 뿐이고, 소정의 패턴이 형성된 열압(熱壓) 전사 필름을 이용하는 열압전사방법은 합성수지제의 생활 용기 표면에 주로 적용되나 열압 전사 필름 역시 일회용이라는 단점이 있을 뿐만 아니라 일반적으로 내마모성이 취약하다는 문제점이 있으며, 필름에 소정의 패턴을 인쇄한 후 형상화하고 이 형상물을 성형 제품의 표면에 사출하여 결합시키는 인서트 (insert) 사출방법은 고가의 복잡하고 고도로 정밀한 성형 장치 및 성형 조건을 필요로 하므로 패턴 형성 비용이 현저히 높아지게 된다는 문제점이 있으며, 한국특허 제784,309호(2007.12.13.)가 채택하고 있는 바와 같은 마블링(marbling) 패턴 형성 방법은 수 표면에 염료를 혼합한 유기 용제를 이용하여 비중 차이에 의한 유막 형성 후 이에 소정의 각도로 제품을 침적시킴으로써 제품의 표면에 패턴을 형성시키는 방법이나 제품의 형상이나 제품의 침적 각도, 침적 속도, 침적 시간, 유막의 두께 등과 같은 다양한 파라메타에 의해 유막에 생성되는 패턴도 달라지므로 제품 표면에 형성되는 패턴도 균질성이 없으며 특정한 유막 형성 수조를 필요로 한다는 문제점이 있다.

한편, 한국특허 제784,308호(2007.12.13.) 및 제784,321호(2007.12.13.)는 금속 평판에 다수의 연결부를 갖는 나뭇결무늬 형상의 다수의 슬릿을 레이저로 천공하여 형성하고 이를 피도장물의 표면에 일정 거리 이격한 상태에서 고정하고 스프레이 하는 피도장물 무늬형성방법 및 나뭇결무늬 형성방법을 개시(開示)하고 있으나, 이 방법은 레이저 천공 가공 방식을 이용하고 있는 관계로 슬릿의 폭이 일정하므로 정밀하고 정교하며 자연스러운 패턴을 구현하기가 매우 곤란하며, 특히 입체적인 복잡한 곡면을 갖는 3차원 형태의 정교한 패턴이 형성된 무늬 형성 판을 얻을 수 없다는 문제점이 있어 정교하지 못한 패턴을 갖는 평판 형태로 적용되고 있을 뿐이다.

이러한 종래의 제반 문제점을 해결하기 위한 종래의 방법으로서, 본 출원인에 의하여 출원된 한국특허출원 제2007-129819호(2007.12.13일 출원)는 금속 평판에 포토레지스트 도막을 형성한 다음 소정의 인쇄 패턴을 갖는 필름으로 마스킹하고 자외선을 조사하여 현상한 후 세정하고 이를 에칭(etching)하여 금속 평판에 패 턴을 형성한 다음 폴리비닐 클로라이드나 폴리우레탄 또는 실리콘 수지로 된 유연성(flexible) 필름을 프레싱하여 패턴 필름을 얻고 이를 3차원의 입체 형태를 갖는 실제품의 표면에 부착시킨 후 표면에 도전성 트레이스(trace)로 기능하도록 은(Ag) 용액을 도포하여 전도화 처리하고 건조 시킨 다음 전도화되지 않아야 할 상단 표면을 연마하여 은 용액 건조물을 제거하고 이를 전주조(electroformimg cell)에 침적하고 전원을 인가하여 상기한 도전성 트레이스상에 니켈 전착층을 형성시킨 다음 이를 실제품으로부터 분리하여 전주 마스크를 제작하는 우드 패턴 형성을 위한 마스크 제작방법을 제안하고 있다.

그러나 이 방법은 종래의 기술에 있어 전술한 바와 같은 제반 문제점을 상당한 정도 해소하고는 있으나, 패턴 형성 금속 평판상에 유연성 필름을 프레싱하여 형성되는 패턴 필름 자체가 탄성을 가지므로 정교하고 정밀한 패턴의 완벽한 구현이 곤란할 뿐만 아니라, 상기한 패턴 필름의 두께가 일정치 이하이면 실제품에 부착 시 패턴 변형량이 커지는 문제점이 있는 반면, 일정치를 초과하면 실제품에의 부착이 곤란하게 된다는 문제점이 있고, 프레싱에 의해 형성되는 패턴 형성 필름을 3차원의 입체적인 복잡한 형상을 갖는 실제품에 부착 시마다 매번 패턴의 변형은 불가피하며 실제품의 치수 및 형태 역시 사출 조건이나 계절적 온도 변화에 따라 미세하지만 변형 편차가 있으므로 대량 생산을 위한 다수의 전주 마스크를 균일하고도 동일한 정밀성으로 항상성 있게 제작하기 곤란하고, 더욱이 패턴 형성 필름을 실제품에 부착하여 전주 공정을 수행하므로 실제품 보다 더 외측으로 연장되는 고정을 위한 부분을 전주 공정을 통하여 마스크에 형성할 수가 없으며 따라서 마스크 제작 후 고정부를 별도로 제작하여 붙이는 번거롭고도 변형 초래 가능성이 큰 장치화 작업을 수행하여야만 하는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명의 첫 번째 목적은 정교하고도 정밀한 패턴을 갖는 고품질의 전주 마스크를 높은 신뢰도로서 비교적 간단하고도 효과적으로 제조할 수가 있는 패턴 형성용 3차원 전주 마스크의 제조방법을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 두 번째 목적은 대량 생산을 위한 다수의 전주 마스크를 제품의 사출 조건에 따른 실제품의 미세 변형 편차나 온도 변화를 수반하는 경시적인 계절적 변화에 따른 미세 변형 편차와 무관하게 패턴의 균일한 정밀성과 항상성을 갖도록 제조할 수가 있는 패턴 형성용 3차원 전주 마스크의 제조방법을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 세 번째 목적은 전주 공정을 통하여 마스크와 마스크 고정부를 동시에 형성함으로써 마스크 제작 후 고정부를 별도로 제작하여 붙이는 번거롭고도 변형 초래 가능성이 큰 장치화 작업을 수행할 필요가 없어 피도장물에의 패턴 형성을 위한 장치화 공정을 단순화함으로써 시간과 노고를 대폭 저감시킬 수 있음과 아울러 변형 우려를 최소화하여 패턴의 정밀성을 제고할 수가 있는 패턴 형성용 3차원 전주 마스크의 제조방법을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 네 번째 목적은 전술한 본 발명의 첫 번째 내지 세 번째 목적에 따른 제조방법에 의하여 제조되는 정교하고도 정밀한 패턴을 갖는 고품질의 패턴 형성용 3차원 전주 마스크를 제공하기 위한 것이다.

상기한 본 발명의 첫 번째 및 두 번째 목적을 원활히 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 일 양태(樣態)에 따르면, (A) 피도장품과 동일한 3차원 형태를 가지는 경금속의 외표면 중 적어도 일부 영역을 소정의 패턴으로 에칭하는 경금속 몰드 형성 단계; (B) 상기한 에칭된 경금속 몰드의 외표면에 실리콘 수지를 도포하고 경화시키는 실리콘 몰드 형성 단계; (C) 상기한 실리콘 몰드의 내표면에 에폭시 수지를 도포하고 경화시키는 에폭시 몰드 형성 단계; (D) 상기한 에폭시 몰드를 이용하여 전주 도금을 수행하는 전착층 형성 단계; 및 (E) 상기한 전착층을 에폭시 몰드로부터 분리하는 전주 마스크 탈형 단계로 구성되는 패턴 형성용 3차원 전주 마스크의 제조방법이 제공된다.

상기한 본 발명의 첫 번째 및 두 번째 목적을 원활히 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 다른 일 양태에 따르면, 상기한 소정의 패턴이 길이 및 폭과 형태가 상호 상이한 다수의 슬릿과 각 슬릿 들을 가로 질러 연결하는 다수의 브리지(bridge)로 이루어지며 상기한 개개의 슬릿은 그 길이 방향을 따라 폭이 불규칙하게 변화되는 우드 그레인 형태인 패턴 형성용 3차원 전주 마스크의 제조방법이 제공된다.

상기한 본 발명의 첫 번째 및 두 번째 목적을 원활히 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 또 다른 일 양태에 따르면, 상기한 (A) 경금속 몰드 형성 단계가 (A1) 피도장품과 동일한 3차원 형태를 가지는 경금속의 외표면 중 적어도 일부 영역에 포토레지스트(photoresist) 도막(塗膜)을 형성하는 단계; (A2) 상기한 포토레지스트 도막 위에 소정의 패턴이 인쇄된 포토마스크(photo mask) 필름을 부착시키는 단 계; (A3) 자외선을 조사하여 현상하고 세정하는 단계; (A4) 에칭액에 침적하여 경금속 몰드에 소정의 패턴을 에칭하여 형성시키는 단계로 구성되는 패턴 형성용 3차원 전주 마스크의 제조방법이 제공된다.

상기한 본 발명의 첫 번째 및 두 번째 목적을 원활히 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 또 다른 일 양태에 따르면, 상기한 (D) 전착층 형성 단계가 (D1) 도전성 트레이스(electric conductive trace)로 기능하는 전도화 영역을 형성시키고 건조시키는 단계; (D2) 비전도화 대상 영역의 표면을 연마 제거하여 비전도화 영역을 형성시키는 한편, 패턴 비형성 영역을 마스킹하는 단계; 및 (D3) 전주조(electroformimg cell)에 침적하고 전원을 인가하여 상기한 도전성 트레이스로 된 전도화 영역 상에 전착층을 형성시키는 단계로 구성되는 패턴 형성용 3차원 전주 마스크의 제조방법이 제공된다.

상기한 본 발명의 세 번째 목적을 원활히 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 일 양태에 따르면, 상기한 (A) 경금속 몰드 형성 단계에서 제공되는 경금속이 피도장품과 동일한 3차원 형태를 가지나 적어도 일부 영역에서 외측으로 더 길게 연장된 연장부를 가지며 상기한 연장부도 소정의 패턴으로 에칭되고, 상기한 (D) 전착층 형성 단계에서 상기한 연장부에도 전착층을 형성하며, 상기한 (E) 전주 마스크 탈형 단계에서 에폭시 몰드로부터 분리되는 전착층에 상기한 연장부로부터 유래하는 고정부가 일체로 형성되는 패턴 형성용 3차원 전주 마스크의 제조방법이 제공된다.

상기한 본 발명의 네 번째 목적을 원활히 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 일 양태에 따르면, 길이 및 폭과 형태가 상호 상이한 다수의 슬릿과 각 슬릿 들을 가로 질러 연결하는 다수의 브리지를 가지고 상기한 개개의 슬릿은 그 길이 방향을 따라 폭이 불규칙하게 변화되는 패턴을 가지며, 외주연의 적어도 일부 영역에 복수개의 고정부가 외측 또는 외측 하방으로 연장되어 있는 본 발명의 첫 번째 내지 세 번째 목적을 원활히 달성하기 위한 양태에 따른 제조방법에 의하여 제조되는 패턴 형성용 3차원 전주 마스크가 제공된다.

본 발명에 따른 패턴 형성용 3차원 전주 마스크의 제조방법에 따르면, 정교하고도 정밀한 패턴을 갖는 고품질의 전주 마스크를 높은 신뢰도로서 비교적 간단하고도 효과적으로 제조할 수가 있음과 아울러, 대량 생산을 위한 다수의 전주 마스크를 제품의 사출 조건에 따른 실제품의 미세 변형 편차나 온도 변화를 수반하는 경시적인 계절적 변화에 따른 미세 변형 편차와 무관하게 패턴의 균일한 정밀성과 항상성을 갖도록 제조할 수가 있으며, 마스크와 마스크 고정부를 동시에 형성함으로써 마스크 제작 후 고정부를 별도로 제작하여 붙이는 번거롭고도 변형 초래 가능성이 큰 장치화 작업을 수행할 필요가 없어 피도장물에의 패턴 형성을 위한 장치화 공정을 단순화함으로써 시간과 노고를 대폭 저감시킬 수 있음과 아울러 변형 우려를 최소화하여 패턴의 정밀성을 제고할 수가 있다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.

도 1a 내지 도 1m은 본 발명에 따른 패턴 형성용 3차원 전주 마스크(1)의 제 조방법을 설명하는 축차 설명도로서 이에 관하여 언급하기로 하나, 상기한 축차 설명도에서는 도시하고 있지는 않지만 하기와 같은 패턴 제작 단계 및 포토마스크 필름으로서의 전사 필름 제작 단계와 경금속 모델 제작 단계의 사전 단계가 수행되므로 이에 대하여 먼저 설명해 두기로 한다.

우선 패턴 제작 단계는 원하는 소정의 패턴을 디자인하는 단계로서, 예컨대, 다양한 자연 상태의 감성적인 환경친화적 패턴 이미지 또는 인공적인 창작적 이미지를 공지의 사진 기법과 공지의 컴퓨터 응용 프로그램을 이용하여 소정의 원하는 디자인을 창작하고 이것을 표현하고자 하는 대상물과 결합 표현하게 된다.

전사 필름 제작 단계는 패턴화된 소정의 문양을 후술하는 경금속 몰드(10)의 외표면에 전사하기 위한 포토마스크 필름을 제작하는 단계로서, 이 단계는 피도장물에 형성되는 패턴의 품질에 직접적인 영향을 주게 되므로 중요하며, 시간과 노력이 많이 소요되고 이 단계에서 패턴 형성용 3차원 전주 마스크의 생산성과 내구성이 결정된다.

도 1a는 피도장물 제품과 동일한 형상의 경금속 몰드(10)를 제작하여 제공하는 단계로서 피도장품의 형태 및 치수와 관련된 데이터를 제품 개발 업체나 생산 업체로부터 입수하고 그에 따라 경금속으로 소정의 몰드(10)를 제작한다.

여기서, 몰드(10)의 소재는 에칭이 가능한 소재로서 가격이 저렴한 경금속 소재를 선택하는 것이 바람직하며, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니지만, Fe나 Cu 또는 그 합금 계열, Aℓ이나 그 합금 계열, Sn이나 Sn 합금 계열, Ni이나 그 합금 계열 등의 소재를 들 수 있으며, 이와 별도의 공정으로 진행시 적용 가능한 것 으로서는 에폭시나 케미칼 우드 등의 수지 계열을 들 수 있다. 한편, 제품의 형태 및 치수 데이터를 고려하여 정밀한 패턴이 발현될 수 있도록 그리고 경험 및 실험 정보에 기초하여 약 0.1∼10㎜ 정도의 크기 변환이 이루어지도록 데이터를 수정하며, 이러한 데이터 수정은 피도장물에의 용이하고도 정밀한 패턴 형성을 위한 장치화 공정을 고려한 것이다.

또한, 장치화에 필요한 내구성을 가지기 위한 적당한 두께를 선택하고 제품 형상을 재작업하여 디자인하고 그 작업 데이터를 저장하며, 이와 같이 재작업에 의해 디자인된 경금속 몰드(10)에 대한 수정 데이터는 생산성과 직접적인 연관이 있으므로 장착 및 탈형을 위한 작동 방향, 각도 등과 같은 측면에서의 다양한 검토를 수행하게 된다.

여기서, 경금속 몰드(10)의 가공 표면 조도는 샌드페이퍼 기준으로 #600 이상인 것이 말끔하고 정교한 패턴 형성에 바람직하다.

도 1b는 피도장품과 실질적으로 동일한 3차원 형태를 가지는 경금속 몰드(10)의 외표면 중 적어도 일부 영역, 즉 패턴 형성 영역에 포토레지스트 도막(11)을 형성하는 단계이다.

이어서, 도 1c는 전술한 전사 필름 제작 단계에서 준비된 소정의 패턴이 인쇄된 포토마스크 필름(12)을 상기한 포토레지스트 도막(11) 위에 부착시키는 단계로서, 경금속 몰드(10) 표면을 세정하여 포토마스크 필름(12)이 부착하기 용이하도록 준비하고 원하는 패턴을 형상과 방향에 맞추어 재단하여 부착시킨다.

도 1d는 자외선을 조사하여 현상하고 세정하는 단계로서 UV 램프(1~3Kwh)를 이용하여 포토레지스트 도막(11) 위에 부착된 마스크 인쇄 패턴(13)을 갖는 포토 마스크(12) 상에 자외선을 약 40초 정도 조사하고 전사된 패턴을 검사하여 수정이 필요한 부분에 대한 수정 작업을 수행하여 도 1e의 현상처리가 완료된 경금속 몰드(10)를 얻는다.

다음으로, 도 1f는 에칭액에 침적하여 경금속 몰드(10)에 소정의 패턴을 에칭하여 형성시키는 단계로서 패턴 전사가 완료된 경금속 몰드(10)를 에칭 용액 속에 넣고 약 5㎛∼500㎛ 정도의 깊이로 에칭부(골부)(14)를 에칭 가공하여 도 1g에 모식적으로 도시한 바와 같이 마루부(15)와 골부(14)의 형태로 소정의 패턴이 형성된 경금속 몰드(10)를 제작한다. 이러한 에칭 단계는 습식 에칭법 대신에 건식 에칭법을 사용할 수도 있으며, 이는 본 발명에 있어 제한적이지 않으며 임의 선택적이다.

에칭 후의 경금속 몰드(10)의 표면 상태는 패턴 품질에 직접적인 영향을 미치므로 필요하다면 별도의 고광택 표면 가공이나 무광택 표면 가공을 수행할 수도 있다.

에칭된 경금속 몰드(10)의 패턴은 다수의 골부(14)와 마루부(15)가 형성되며, 직접 도시하지는 않았지만 상기한 패턴은 길이 및 폭과 형태가 상호 상이한 다수의 슬릿(도 3 및 도 5a에서의 도면부호 4 참조)과 각 슬릿 들을 가로 질러 연결하는 다수의 브리지(도 3 및 도 5a에서의 도면부호 3 참조)를 가지며 상기한 개개의 슬릿은 그 길이 방향을 따라 폭이 불규칙하게 변화되는 패턴을 가진다.

다음으로는, 도 1h에 도시한 바와 같이 경금속 몰드(10)의 표면 전사에 의한 실리콘 몰드(20) 형성 단계가 수행되며, 이 단계는 소정의 패턴이 에칭된 경금속 몰드(10)의 표면을 용제로 세정한 후 이형제를 바르고 여기에 탄성이 우수하여 탈형 시 형성된 미세하고 정교한 패턴의 손상 우려가 없이 전사 가능한 실리콘 수지를 도포하고 경화시켜 실리콘 수지의 적층 두께를 5∼20㎜의 일정한 두께로 하여 형상화한 다음, 실온에서 약 24∼48 시간 정치하여 경화시킨다.

이어서, 도 1i에 도시한 바와 같이 패턴의 표면 전사가 완료된 실리콘 몰드(20)에 다시 에폭시 수지를 적용하고 실온에서 약 24∼48 시간 정치하여 경화시킴으로써 골부(34)와 마루부(35)가 도 1h에서의 경금속 몰드와 동일하게 형성된 에폭시 몰드(30)를 제작한다.

에폭시 몰드(30)를 사용하면 전착층으로서의 전주 마스크(1)를 탈형 시 패턴의 변형 우려를 최소화할 수 있는 장점이 있다.

그 다음에는, 도 1j에 나타낸 바와 같이 에폭시 몰드(30)에 예컨대 은 용액 등을 도포하여 건조시켜 골부(34)에 대한 전도화 처리를 하여 두고 마루부(35)에 도포된 잉여의 은 용액 건조물을 연마하여 제거함으로써 비전도화시키고 도 1k에 나타낸 바와 같이 패턴 비형성면인 측면과 저면은 마스킹(굵은 선으로 표시)시킨다.

이어서, 도 1l에 도시한 바와 같이 전도화 및 마스킹 처리된 에폭시 몰드(30)에 전기장치를 연결하고 전주 도금액이 수용된 전착조에 넣어 전주(전착) 도금을 수행하면 니켈 펠릿의 니켈 이온이 전주 도금액을 통해 이동하여 전도화 처리된 에폭시 몰드(30) 상의 은 도포물 상에 전착되어 Ni 전착층(즉, 도 1m에 도시한 바와 같은 패턴 형성용 3차원 전주 마스크(1))을 형성시킨다.

전착 조건은 일반적으로 1∼12V, 1∼10A/d㎡로 0.15㎜∼1.5㎜의 두께의 전착 층으로서의 패턴 형성용 3차원 전주 마스크(1)를 형성한다. 원하는 두께가 완성될 때까지 여러 번 확인 절차를 거치고 완성되면 여기에 세팅 장치(미도시)를 변형이 생기지 않도록 부착하고 탈형하여 도 1m에 나타낸 바와 같은 본 발명에 따른 패턴 형성용 3차원 전주 마스크(1)를 얻는다. 상기한 본 발명에 따른 패턴 형성용 3차원 전주 마스크(1)는 전착층(2)과 이를 연결하는 브리지(3)로 이루어진다.

여기서, 필요하다면 미리 준비된 고정 장치에 맞추어 부분적인 조정 작업을 수행할 수도 있다.

상기한 전착층으로서의 패턴 형성용 3차원 전주 마스크(1)는 니켈 외에도 철이나 크롬 등과 같은 다른 금속을 사용할 수도 있음은 물론이다.

이어서, 도 2는 본 발명에 따른 패턴 형성용 3차원 전주 마스크(1)의 사용 예시도로서, 피도장물(200)에의 패턴 형성을 위한 조립 고정(즉, 장치화)은 생산성에 직접적인 연관성이 있는 관계로 중요하다.

본 발명에 따른 패턴 형성용 3차원 전주 마스크(1)는 제품의 크기 및 중량에 따라 크기와 수량을 변경하여 제작하게 되나 그 기본 구성은 전술한 바와 같이 실질적으로 동일하다.

피도장물(200)의 패턴 형성 과정은 코팅 라인 전용 설비를 이용하여 구현되며, 하기의 단계로 이루어진다.

1) 피도장 제품(즉, 피도장물) 표면의 이물질을 제거한다.

2) 피도장 제품을 전착 마스크 조립 장치에 고정시킨 후 베이스 코팅을 실시한다.

3) 실온에 약 3분간 세팅한다.

4) 다시 본 발명에 따른 패턴 형성용 3차원 전주 마스크(1)를 이용하여 피도장 제품의 소정 표면에 원하는 패턴의 코팅을 수행한다.

5) 실온에서 약 5분간 세팅한다.

6) 시너를 이용하여 부분적인 처리를 한다.

7) 실온에서 다시 약 5분간 세팅한다.

7) 투명 코팅을 약 20∼30㎛의 두께로 실시한다.

8) 실온에서 약 1∼5분간 세팅한다.

9) 필요하다면, 선택적으로 패턴 형성용 3차원 전주 마스크(1)를 이용하여 다양한 효과를 나타내는 고체 분체(나노 입자)를 슬릿을 통하여 분무하여 보는 각도에 따라 색상이 달라지는 비단벌레색이나 홀로그램 등을 형성할 수도 있다.

10) 온도 약 80℃에서 40분간 세팅시킨다.

11) 톱 코팅을 두께 약 20∼35㎛ 정도로 실시한다.

12) 건조로에서(약 80℃) 40분간 건조 경화시킨다.

본 발명에 따른 패턴 형성용 3차원 전주 마스크(1)와 피도장물 사이의 간격은 절대적인 것은 아니나 정밀한 우드 그레인 패턴인 경우에는 0.15∼0.2㎜의 범위이고 모호하게 넓게 퍼지는 패턴인 경우에는 1.5∼5㎜의 범위일 수 있으며, 이는 형성하고자 하는 패턴의 형태나 안료와 페인트의 종류, 시너의 양, 패턴 형성용 3 차원 전주 마스크(1)의 평균 슬릿 폭 등과 같은 다양한 파라메터에 의하여 영향 받게 되므로 상황에 맞게 조절하여 사용할 수 있다.

도 3은 클러스터 패시아 패널(cluster facia panel)에 대한 본 발명에 따른 패턴 형성용 3차원 전주 마스크(1)의 예시도로서 실시예 1에서 제조된 것이며, 도 4는 도 3의 본 발명에 따른 패턴 형성용 3차원 전주 마스크(1)와 함께 사용되는 피도장물 재치용 하형 지그(50)를 나타내는 참고도이다.

도 5a는 클러스터 패시아 패널의 재떨이 커버에 대한 본 발명에 따른 패턴 형성용 3차원 전주 마스크(1)의 예시도로서 실시예 2에서 제조된 것이며 도 5b는 그 하형 지그(50)를 나타내는 참고도이다.

한편, 도 6a는 실시예 1의 본 발명에 따른 패턴 형성용 3차원 전주 마스크(1)를 이용하여 패턴 형성된 완제품(201)으로서의 클러스터 패시아 패널의 예시도이고, 도 6b는 그 일부 확대도이다.

이하, 본 발명을 실시예 및 비교예를 들어 더욱 상세히 설명하기로 하나, 이는 본 발명을 예증하기 위한 것일 뿐 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다.

실시예 1: 클러스터 패시아 패널용 전주 마스크의 제조

피도장물의 제품 형태 및 치수 데이터를 0.1∼10㎜ 범위에서 더 크게 데이터 변경 작업된 알루미늄 합금으로 된 3차원 형상의 경금속 몰드에 미리 준비된 메시와 도트 형상의 전사 필름(몰텍스양산 사 제)을 부착하고 UV-LAMP(2Kwh)로 40초 도 안 자외선 광을 조사한 후 현상하여 소정의 패턴을 전사하였다. 이것을 수정 보완 공정을 거쳐 패턴을 확인한 후 에칭 용액에 침적하여 5㎛∼500㎛ 범위에 걸친 에칭 깊이로 가공하였다. 이것을 물로 세정하고 방청을 위한 중화 처리를 수행하였다. 이것에 이형제를 바르고 실리콘 수지를 적층하고 24시간 동안 상온에서 경화시켜 성형 한 다음 탈형하고 이것에 다시 에폭시 수지를 적층하고 24시간 동안 상온에서 경화시켜 성형한 다음 탈형하고 세정제로 세정 후에 은 용액을 이용한 전도화 공정을 수행한 후 부분적으로 마스킹하고 전기 장치를 체결하여 전착용액(썰파민산 용액)에 넣고 전원을 인가하여 평균 두께 약 1.2㎜의 니켈 전착층을 형성한 다음 이것을 탈형하여 패턴 형성용 3차원 전주 마스크를 제작하였다.

제작된 전주 마스크는 매우 정밀한 패턴을 나타냈으며 작업이 상대적으로 간단하고 용이하였고 동일하고도 균질한 패턴의 전주 마스크를 수차에 걸쳐 반복적복제에 의해 제작할 수가 있었으므로 높은 신뢰도의 반복 재현성과 항상성을 나타냄과 아울러, 연장부에 의한 고정부(스커트부) 형성을 전착 공정에서 동시에 형성할 수가 있으므로 장치화가 간단하고 용이하며 장치화 과정에서의 패턴 변형 우려가 거의 없어 대량 생산 공정에 특히 적합한 것으로 결론 지워졌다.

결과물에 대한 사진을 도 3에 나타낸다.

실시예 2: 재떨이 커버용 전주 마스크의 제조

실시예 1과 동일한 절차 및 방법에 의해 재떨이 커버용 전주 마스크를 제작하였으며, 실시예 1과 유사한 결론에 도달하였고, 결과물을 도 5a에 나타낸다.

비교예 1: 클러스터 패시아 패널용 전주 마스크의 제조

피도장물의 제품 형태 및 치수 데이터를 0.1∼10㎜ 범위에서 더 크게 데이터 변경 작업된 알루미늄 합금으로 된 2차원 평판 형상의 경금속 몰드에 미리 준비된 메시와 도트 형상의 전사 필름(몰텍스양산 사 제)을 부착하고 UV-LAMP(2Kwh)로 40초 도안 자외선 광을 조사한 후 현상하여 소정의 패턴을 전사하였다. 이것을 수정 보완 공정을 거쳐 패턴을 확인한 후 에칭 용액에 침적하여 5㎛∼500㎛ 범위에 걸친 에칭 깊이로 가공하였다. 이것을 물로 세정하고 방청을 위한 중화 처리를 수행하였다.

패턴 형성된 평판상 경금속 몰드에 두께 2.0㎜의 폴리우레탄 유연성 시트를 프레싱하여 패턴 필름을 제조하였다. 상기한 패턴 필름을 3차원 형상의 피도장물 실제품에 부착하고 은 용액을 이용한 전도화 공정을 수행한 후 부분적으로 마스킹하고 전기 장치를 체결하여 전착용액(썰파민산 용액)에 넣고 전원을 인가하여 평균 두께 약 1.2㎜의 니켈 전착층을 형성한 다음 이것을 탈형하여 패턴 형성용 3차원 전주 마스크를 제작하였다.

이 방법은 전주 마스크의 제작은 가능하나 공정이 까다롭고 정밀성이 낮으며 전주 마스크의 복제 제작을 위해서는 매번 대부분의 제작과정을 반복하여야 하는 번거로움이 있고, 장치화 과정에서 별도의 고정부를 붙여야 하므로 그 과정이 까다롭고 손이 많이 가며 패턴 변형의 우려가 커서 바람직하지 못하다는 결론에 도달하였다.

비교예 2: 클러스터 패시아 패널용 전주 마스크의 제조

피도장물의 제품 형태 및 치수 데이터를 0.1∼10㎜ 범위에서 더 크게 데이터 변경 작업되었으나 패턴을 형성하지 아니한 상태의 알루미늄 합금으로 된 3차원 형상의 경금속 몰드를 준비하고, 메시와 도트 형상의 패턴이 형성된 두께 2.0㎜의 폴리비닐클로라이드 유연성 시트를 상기한 경금속 몰드에 부착하였다.

패턴 형성 유연성 시트를 부착시킨 경금속 몰드에 이형제를 바르고 실리콘 수지를 적층하고 24시간 동안 상온에서 경화시켜 성형 한 다음 탈형하고 이것에 다시 에폭시 수지를 적층하고 24시간 동안 상온에서 경화시켜 성형한 다음 탈형하고 세정제로 세정 후에 은 용액을 이용한 전도화 공정을 수행한 후 부분적으로 마스킹하고 전기 장치를 체결하여 전착용액(썰파민산 용액)에 넣고 전원을 인가하여 평균 두께 약 1.2㎜의 니켈 전착층을 형성한 다음 이것을 탈형하여 패턴 형성용 3차원 전주 마스크를 제작하였다.

제작된 전주 마스크는 비록 공정이 번거롭기는 하지만 비록 그 실현 가능성은 인정되었으나 패턴 정밀도가 낮아 품질이 낮다는 문제점이 있었다.

시험예 1: 피도장물에의 패턴 형성 테스트

ABS(acrylonitrile-butadiene-styrene) 수지(LG 화학사 제)로 사출 성형한 3차원 입체 형상의 클러스터 패시아 패널(피도장물)에 그에 맞게 제작된 실시예 1의 패턴 형성용 3차원 전주 마스크를 도 2에 나타낸 바와 같이 적용하여(피도장물과 전주 마스크 사이의 간격은 0.18㎜) 전용 도장 부스 내에서 다음과 같이 패턴을 형성하였다.

먼저, 클러스터 패시아 패널(피도장물) 표면의 이물질을 깨끗이 제거한 다음, 피도장물을 전착 마스크 조립 장치에 고정시킨 후 통상의 베이스 코팅을 실시하고 실온에 3분간 세팅한 후 전주 마스크를 이용하여 피도장물의 표면에 소정의 패턴을 코팅하고 실온에서 5분간 세팅한 다음, 시너를 이용하여 부분적인 수정 보완 처리를 하고 실온에서 다시 5분간 세팅한 다음, 당업계 공지의 투명 코팅을 25㎛의 두께로 실시하고 실온에서 3분간 세팅한 다음, 역시 당업계 공지의 톱 코팅을 두께 25㎛로 실시하고, 건조로에서(약 80℃) 40분간 건조 경화시켰다.

공정별 상기한 도장 코팅액의 종류 및 배합비 등은 DBC사의 권장 사양에 따랐으며 내구성 및 내약품성 등과 같은 자동차 품질 규격 기준을 통과 가능한 시험 기준에 적합하도록 수행하였다.

미려하고 정교하게 패턴 형성된 클러스터 패시아 패널을 도 6a 및 도 6b에 나타낸다.

시험예 2: 피도장물에의 패턴 형성 테스트

ABS(acrylonitrile-butadiene-styrene) 수지(LG 화학사 제)로 사출 성형한 3차원 입체 형상의 패널 스위치 및 재떨이와 커버(피도장물)에 그에 맞게 제작된 패턴 형성용 3차원 전주 마스크(예컨대 도 5a 참조)를 도 2에 나타낸 바와 같이 적용하여(피도장물과 전주 마스크 사이의 간격은 0.18㎜) 전용 도장 부스 내에서 시험 예 1과 동일한 절차 및 방법에 의하여 패턴을 형성하였다.

미려하고 정교하게 패턴 형성된 재떨이 커버가 부착된 상태의 클러스터 패시아 패널을 도 6a에 나타낸다.

이상, 본 발명을 바람직한 실시예 및 비교예를 들어 구체적으로 설명하였으나 당업자라면 본 발명의 사상 및 영역으로부터 일탈하는 일 없이도 다양한 변화 및 수정이 가능함은 물론이나 이 또한 본 발명의 영역 내이다.

도 1a 내지 도 1m은 본 발명에 따른 패턴 형성용 3차원 전주 마스크의 제조방법을 설명하는 축차 설명도이다.

도 2는 본 발명에 따른 패턴 형성용 3차원 전주 마스크의 사용 예시도이다.

도 3은 클러스터 패시아 패널(cluster facia panel)에 대한 본 발명에 따른 패턴 형성용 3차원 전주 마스크의 예시도이다.

도 4는 도 3의 본 발명에 따른 패턴 형성용 3차원 전주 마스크와 함께 사용되는 피도장물 재치용 하형 지그를 나타내는 참고도이다.

도 5a는 클러스터 패시아 패널의 재떨이 커버에 대한 본 발명에 따른 패턴 형성용 3차원 전주 마스크의 예시도이고 도 5b는 그 하형 지그를 나타내는 참고도이다.

도 6a는 본 발명에 따른 패턴 형성용 3차원 전주 마스크를 이용하여 패턴 형성된 클러스터 패시아 패널의 예시도이고, 도 6b는 그 일부 확대도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

1: 본 발명에 따른 패턴 형성용 3차원 전주 마스크(electroforming mask)

2: 전착층(electroforming layer) 3 : 브리지(bridge)

4: 슬릿(slit)

10: 경금속

11: 포토레지스트 도막(photoresist coating)

12: 포토마스크(photo mask) 필름 13: 마스크 인쇄 패턴

14: 에칭부(골부) 15: 마루부

20: 실리콘 몰드 30: 에폭시 몰드

40: 전도화 금속 용액 50: 하형 지그

60: 베이스 70: 고정구

80:분사 노즐

200: 피도장물(패턴 형성용 중간 제품)

201: 패턴 형성 완제품

Claims (12)

1. 하기의 단계로 구성되는 패턴 형성용 3차원 전주 마스크(electroforming mask)의 제조방법:

   (A) 피도장품과 동일한 3차원 형태를 가지는 경금속의 외표면 중 적어도 일부 영역을 소정의 패턴으로 에칭하는 경금속 몰드 형성 단계;

   (B) 상기한 에칭된 경금속 몰드의 외표면에 실리콘 수지를 도포하고 경화시키는 실리콘 몰드 형성 단계;

   (C) 상기한 실리콘 몰드의 내표면에 에폭시 수지를 도포하고 경화시키는 에폭시 몰드 형성 단계;

   (D) (D1) 도전성 트레이스(electric conductive trace)로 기능하는 전도화 영역을 형성시키고 건조시키는 단계; (D2) 비전도화 대상 영역의 표면을 연마 제거하여 비전도화 영역을 형성시키는 한편, 패턴 비형성 영역을 마스킹하는 단계; 및 (D3) 전주조(electroformimg cell)에 침적하고 전원을 인가하여 상기한 도전성 트레이스로 된 전도화 영역 상에 전착층을 형성시키는 단계로 구성되는,

   상기한 에폭시 몰드를 이용하여 전주 도금을 수행하는 전착층 형성 단계; 및

   (E) 상기한 전착층을 에폭시 몰드로부터 분리하는 전주 마스크 탈형 단계.
2. 제1항에 있어서, 상기한 (A) 경금속 몰드 형성 단계가 (A1) 피도장품과 동일한 3차원 형태를 가지는 경금속의 외표면 중 적어도 일부 영역에 포토레지스트(photoresist) 도막(塗膜)을 형성하는 단계; (A2) 상기한 포토레지스트 도막 위에 소정의 패턴이 인쇄된 포토마스크(photo mask) 필름을 부착시키는 단계; (A3) 자외선을 조사하여 현상하고 세정하는 단계; 및 (A4) 에칭액에 침적하여 경금속 몰드에 소정의 패턴을 에칭하여 형성시키는 단계로 구성되는 패턴 형성용 3차원 전주 마스크의 제조방법.
3. 삭제
4. 제1항에 있어서, 상기한 (A) 경금속 몰드 형성 단계에서 제공되는 경금속이 피도장품과 동일한 3차원 형태를 가지나 적어도 일부 영역에서 외측으로 더 길게 연장된 연장부를 가지며 상기한 연장부도 소정의 패턴으로 에칭되고, 상기한 (D) 전착층 형성 단계에서 상기한 연장부에도 전착층을 형성하며, 상기한 (E) 전주 마스크 탈형 단계에서 에폭시 몰드로부터 분리되는 전착층에 상기한 연장부로부터 유래하는 고정부가 일체로 형성되는 패턴 형성용 3차원 전주 마스크의 제조방법.
5. 제1항 또는 제2항 또는 제4항에 있어서, 상기한 소정의 패턴이 길이 및 폭과 형태가 상호 상이한 다수의 슬릿과 각 슬릿 들을 가로질러 연결하는 다수의 브리지(bridge)로 이루어지며 상기한 개개의 슬릿은 그 길이 방향을 따라 폭이 불규칙하게 변화되는 우드 그레인 형태인 패턴 형성용 3차원 전주 마스크의 제조방법.
6. 제1항에 있어서, 상기한 전착층이 니켈 전착층이고 평균 두께가 0.15㎜∼1.5㎜인 패턴 형성용 3차원 전주 마스크의 제조방법.
7. 제1항에 있어서, 전도화 영역이 에폭시 몰드의 골부에 도포되는 은 용액 건조물로 형성되는 패턴 형성용 3차원 전주 마스크의 제조방법.
8. 제1항에 있어서, 상기한 3차원 형상의 경금속 몰드가 피도장물의 제품 형태 및 치수가 0.1∼10㎜ 더 크게 형성되고, 표면 조도가 최소 샌드페이퍼 #600인 패턴 형성용 3차원 전주 마스크의 제조방법.
9. 제1항에 있어서, 상기한 경금속 몰드의 패턴을 형성하는 에칭 깊이가 5㎛∼500㎛의 범위 내인 패턴 형성용 3차원 전주 마스크의 제조방법.
10. 제1항에 있어서, 상기한 전주 마스크에 스커트로서의 고정부가 전착 단계에서 전주 마스크와 동시에 일체로 형성되는 패턴 형성용 3차원 전주 마스크의 제조방법.
11. 길이 및 폭과 형태가 상호 상이한 다수의 슬릿과 각 슬릿 들을 가로 질러 연결하는 다수의 브리지를 가지고 상기한 개개의 슬릿은 그 길이 방향을 따라 폭이 불규칙하게 변화되는 패턴을 가지며 외주연의 적어도 일부 영역에 복수개의 고정부가 외측 또는 외측 하방으로 연장되어 있는, 제1항 또는 제2항 또는 제4항 또는 제6항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 제조방법에 의하여 제조되는 패턴 형성용 3차원 전주 마스크.
12. 제11항에 있어서, 상기한 전주 마스크가 니켈 전착층으로 구성되며 평균 두께가 0.15㎜∼1.5㎜인 패턴 형성용 3차원 전주 마스크.

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