KR100995243B1 - 나노 패턴 형성용 원통형 금형의 제조방법 및 그 원통형 금형 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 나노 미터(nano - meter : nm)크기의 미세무늬(나노패턴) 형성을 용이하게 하는 원통형 금형제조에 있어 수월하고 효율적인 표면 가공이 되게 하여 가공에 따르는 제조원가를 대폭 절감할 수 있도록 하는 나노 패턴 형성용 원통형 금형의 제조방법 및 그 원통형 금형에 관한 것으로, 알루미늄 재질로 원통형 금형을 제조하는 원통형 금형 제조단계와, 알루미늄 재질의 원통형 금형 표면에 인(P) 함유량이 8 ~ 12%인 니켈(Ni)층이 형성될 수 있도록 무전해 니켈 도금처리하는 원통형 금형 도금단계와, 알루미늄 재질의 원통형 금형의 표면경도 900 ~ 950 HV 가 되도록 열처리를 하는 열처리단계와, 알루미늄 재질의 원통형 금형 표면에 표면 조도(Ra) 2 ~ 3nm 가 될 수 있도록 경면 처리를 하는 원통형 금형 경면 처리단계를 포함하되, 상기 경면 처리단계는 입도 크기 30㎛ ~ 1㎛의 규격을 갖는 알루미나(AL203) 랩핑필름 중 5 ~ 7 종류의 서로 다른 입도 크기의 알루미나(AL203) 랩핑필름을 선택하여 입도 크기가 작은 순으로 3 ~ 8회 단계적으로 실시하는 랩핑공정과, 입도 크기 3㎛ ~ 0.05㎛의 규격을 갖는 다이아몬드 서스펜션 중 3 ~ 5종류의 서로 다른 입도 크기의 다이아몬드 서스펜션을 선택하여 입도 크기가 작은 순으로 각각 25 ~ 35분간 단계적으로 실시하는 폴리싱공정으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 나노 패턴 형성용 원통형 금형의 제조방법 및 그 원통형 금형에 관한 것으로서, 더욱 상세히는 나노미터(nano - meter : nm)크기의 미세무늬(나노패턴) 형성을 용이하게 하는 원통형 금형제조에 있어 소재의 경량화를 추구하여 수월하고 효율적인 표면 가공이 되게 함으로써 가공에 따르는 제조원가를 대폭 절감할 수 있도록 하는 나노 패턴 형성용 원통형 금형의 제조방법 및 그 원통형 금형에 관한 것이다.
반도체 및 디스플레이에서 일반적인 노광 공정으로는 증착, 노광(마스크), 현상, 식각 등의 기본 공정을 수차례 내지 수십 차례에 걸쳐 반복해야할 뿐만 아니라, 나노미터 단위의 초정밀 인쇄를 실현할 수 없었으며, 나노 패턴을 인쇄하기 위해서는 평판형 임프린트(Imprint) 공정을 통해 나노패턴이 새겨진 평판 금형을 이용해 소형 기판 위에 마치 도장을 찍듯이 눌러서 인쇄를 하였다.
상기와 같은 평판 인쇄 공정을 대면적에 적용할 경우 패턴의 균일도 및 제작비용이 상승하는 문제점이 발생하여 현재는 상기와 같은 문제점을 해소한 원통 금형을 이용한 나노 인쇄공정이 적용되고 있다.
상기와 같은 원통형 금형을 이용한 나노 인쇄공정은 대면적 적용시 패턴의 균일도 확보가 용이하며, 이음매 없는 원통형 금형을 이용한 대면적화에 유리한 장점이 있다.
그러나 상기 원통형 금형은 여러 장점이 있는 반면에 원통형 금형을 제작함에 따른 가공의 어려움 및 그로 인한 높은 제조원가가 부담이 되었으며, 특히 원통형 금형으로 사용되는 스테인리스 재질은 경면처리는 용이하나 비중과, 경도가 높아 효율적인 절삭 가공이 되지 못했으며, 경도가 낮은 비철금속의 경우 향후 경면처리시 기준에 맞는 표면 조도를 얻을 수 없었다.
즉, 원통형 금형에 나노미터 단위의 패턴을 형성시키기 위해서는 가공성이 우수함과 동시에 미세 공정제어가 용이하여야 하나 스테인리스 재질의 종래 원통형 금형은 중량물에다 경도가 있어 나노미터 단위의 패턴을 형성시키기 위한 미세한 공정 제어에 어려움이 있었던 것이다.
이에 본 발명에서는 상기와 같은 문제점을 일소키 위해 안출한 것으로 원통형 금형을 경량화시켜 미세 공정 제어에 의한 수월한 절삭 가공이 될 수 있도록 하며, 경도(Hv)의 폭을 자유롭게 선택함으로써 효율적인 경면처리 및 그에 따른 우수한 표면 조도가 보장된 나노 패턴 형성용 원통형 금형의 제조방법 및 그 원통형 금형을 제공함에 그 목적이 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 가공의 수월함을 제공하여 원통 금형 제조에 소요되는 원가를 대폭 절감시킴으로써 경제적 부담을 경감시킴은 물론, 신속한 가공공정이 진행될 수 있도록 함에 있다.
본 발명에서 제공하는 나노 패턴 형성용 원통형 금형의 제조방법은,
알루미늄 재질로 원통형 금형을 제조하는 원통형 금형 제조단계와,
알루미늄 재질의 원통형 금형 표면에 인(P) 함유량이 8~12%인 니켈(Ni)층이 형성될 수 있도록 무전해 니켈 도금처리하는 원통형 금형 도금단계와,
알루미늄 재질의 원통형 금형의 표면경도 900 ~ 950 HV 가 되도록 열처리를 하는 열처리단계와,
알루미늄 재질의 원통형 금형 표면에 표면 조도(Ra) 2 ~ 3nm 가 될 수 있도록 경면 처리를 하는 원통형 금형 경면 처리단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
이때 상기 경면 처리단계는 입도 크기 30㎛ ~ 1㎛의 규격을 갖는 알루미나(AL203) 랩핑필름 중 5 ~ 7 종류의 서로 다른 입도 크기의 알루미나(AL203) 랩핑필름을 선택하여 입도 크기가 작은 순으로 3 ~ 8회 단계적으로 실시하는 랩핑공정과, 입도 크기 3㎛ ~ 0.05㎛의 규격을 갖는 다이아몬드 서스펜션 중 3 ~ 5종류의 서로 다른 입도 크기의 다이아몬드 서스펜션을 선택하여 입도 크기가 작은 순으로 각각 25 ~ 35분간 단계적으로 실시하는 폴리싱공정으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 경면 처리단계의 랩핑공정 및 폴리싱공정의 진행은 원통형 금형의 좌,우측 끝단면을 공작기계의 스핀들과, 회전센타에 각각 클랭핑 한 상태에서 원통형 금형은 스핀들에 의해 회전되게 하고, 랩핑공정의 랩핑필름 및 폴리싱 공정의 다이아몬드 서스펜션은 고정부재를 이용하여 원통형 금형의 표면에 밀착시킨 상태에서 좌,우측으로 직선 왕복운동을 하여 공정을 진행하는 것을 특징으로 한다.
상기 알루미늄은 재료기호 AL6061-0, AL6061-T4, AL6061-T6, AL7050-0, AL7050-T6 중 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 제공하는 나노 패턴 형성용 원통 금형의 제조방법 및 그 원통 금형은 소재가 경량물이기 때문에 미세한 공정제어가 용이하여 수월한 표면 가공을 할 수 있으며, 수월하고 편리한 가공에 따라 원통형 금형의 제작에 소요되는 제조원가를 대폭 절감할 수 있음은 물론, 경도의 폭을 임의 선택할 수 있어 랩핑 및 폴리싱 등의 경면처리 후 우수한 원통도와 진직도, 표면 조도를 제공받을 수 있어 원통형 금형의 표면에 효율적인 나노 패턴을 형성할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일실시 예를 보인 제조공정도
도 2는 경면처리단계를 설명하기 위한 개략적인 평면 구조도
도 2는 경면처리단계를 설명하기 위한 개략적인 평면 구조도
상기한 목적을 달성하기 위하여 첨부된 각 도면에 의거하여 나노 패턴 형성용 원통 금형의 제조방법에 대해 상세히 설명하면 하기와 같다.
먼저 도 1 내지 2 에서 도시된 바와 같이 알루미늄 재질로 원통형 금형을 제조하되, 원통형 금형의 지름 및 길이는 나노 패턴 형성을 감안하여 규격별 제조한다. 참고로 본원에서는 지름 100 ~ 300mm, 길이 300mm ~ 1200mm의 원통형 금형을 그 대상물로 하며, 크기가 클수록 나노단위의 가공이 어려운 점이 있었으나 본원에서는 이를 극복하였다.
상기와 같은 규격을 갖는 알루미늄 재질의 원통형 금형이 제조되면 그 표면에 인(P) 함유량이 8 ~ 12%인 니켈(Ni)층이 형성될 수 있도록 무전해 니켈 도금처리를 한 다음 열처리를 하며, 열처리 후의 원통형 금형 표면 경도는 900 ~ 950Hv가 됨이 바람직하다.
상기와 같이 알루미늄 재질의 원통형 금형 표면에 무전해 니켈 도금처리 및 열처리가 완료되면 그 다음 단계인 원통형 금형 표면에 표면 조도(Ra)가 2 ~ 3nm 가 되도록 경면 처리를 실시한다.
상기 경면 처리단계는 랩핑공정과 폴리싱 공정으로 나뉘어 실시되며 각각의 공정은 모두 공작기계에서 실시되는바, 상기 랩핑공정은 입도 크기 30㎛ ~ 1㎛의 규격을 갖는 알루미나(AL203) 랩핑필름 중 5 ~ 7 종류의 서로 다른 입도 크기의 알루미나(AL203) 랩핑필름을 선택하여 입도 크기가 작은 순으로 3 ~ 8회 단계적으로 실시한다.
또한 상기 폴리싱공정은 입도 크기 3㎛ ~ 0.05㎛의 규격을 갖는 다이아몬드 서스펜션 중 3 ~ 5종류의 서로 다른 입도 크기의 다이아몬드 서스펜션을 선택하여 입도 크기가 작은 순으로 각각 25 ~ 35분간 단계적으로 실시한다.
상기 경면 처리단계의 랩핑공정 및 폴리싱공정의 진행은 도 2에서 도시된 바와 같이 원통형 금형(10)의 좌,우측 끝단을 공작기계의 스핀들(20)과, 회전센타(30)에 각각 클랭핑 한 상태에서 원통형 금형은 스핀들에 의해 회전되게 하고, 랩핑공정의 랩핑필름(50) 및 폴리싱 공정의 다이아몬드 서스펜션(60)은 고정부재(40)를 이용하여 원통형 금형의 표면에 밀착시킨 상태에서 좌,우측으로 직선 왕복운동을 하여 공정을 진행하는 것을 특징으로 한다.
상기 랩핑공정에서 사용되는 알루미나(AL203) 랩핑필름 및 폴리싱 공정에서 사용되는 다이아몬드 서스펜션은 모두 연마패드의 한 형태로 봐도 무방하다
한편, 상기 알루미늄은 재료기호 AL6061-0, AL6061-T4, AL6061-T6, AL7050-0, AL7050-T6 중 선택된 어느 하나를 사용하여 소재의 경량화를 추구함이 바람직하며, 소재의 크기가 클수록 소재의 경량화는 더 큰 기대효과를 제공받을 수 있다.
본 발명에서 도금두께 및 경면처리 단계에서의 절삭유 공급 방법 및 스핀들의 회전 수 등은 작업조건에 따라 통상적인 공작기계 운용지식을 가진자라면 얼마든지 반복에 의해 최고의 방법을 취득하여 가공을 할 수 있다.
10:원통형금형 20:스핀들
30:회전센타 40:고정부재
50:랩핑필름 60:다이아몬드 서스펜션
30:회전센타 40:고정부재
50:랩핑필름 60:다이아몬드 서스펜션
Claims (6)
- 알루미늄 재질로 원통형 금형을 제조하는 원통형 금형 제조단계와,
알루미늄 재질의 원통형 금형 표면에 인(P) 함유량이 8 ~ 12%인 니켈(Ni)층이 형성될 수 있도록 무전해 니켈 도금처리하는 원통형 금형 도금단계와,
알루미늄 재질의 원통형 금형의 표면경도 900 ~ 950 HV 가 되도록 열처리를 하는 열처리단계와,
알루미늄 재질의 원통형 금형 표면에 표면 조도(Ra) 2 ~ 3nm 가 될 수 있도록 경면 처리를 하는 원통형 금형 경면 처리단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 나노 패턴 형성용 원통 금형의 제조방법. - 제 1항에 있어서,
상기 무전해 니켈 도금 및 열처리 후 원통형 금형의 표면 경도(Hv)는 900 ~ 950인 것을 특징으로 하는 나노 패턴 형성용 원통형 금형의 제조방법. - 제 1항에 있어서,
상기 경면 처리단계는 입도 크기 30㎛ ~ 1㎛의 규격을 갖는 알루미나(AL203) 랩핑필름 중 5 ~ 7 종류의 서로 다른 입도 크기의 알루미나(AL203) 랩핑필름을 선택하여 입도 크기가 작은 순으로 3 ~ 8회 단계적으로 실시하는 랩핑공정과, 입도 크기 3㎛ ~ 0.05㎛의 규격을 갖는 다이아몬드 서스펜션 중 3 ~ 5종류의 서로 다른 입도 크기의 다이아몬드 서스펜션을 선택하여 입도 크기가 작은 순으로 각각 25 ~ 35분간 단계적으로 실시하는 폴리싱공정으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 나노 패턴 형성용 원통형 금형의 제조방법. - 제 1항에 있어서,
상기 알루미늄은 재료기호 AL6061-0, AL6061-T4, AL6061-T6, AL7050-0, AL7050-T6 중 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 나노 패턴 형성용 원통형 금형의 제조방법. - 제 3항에 있어서,
상기 경면 처리단계의 랩핑공정 및 폴리싱공정의 진행은 원통형 금형의 좌,우측 끝단면을 공작기계의 스핀들과, 회전센타에 각각 클랭핑 한 상태에서 원통형 금형은 스핀들에 의해 회전되게 하고, 랩핑공정의 랩핑필름 및 폴리싱 공정의 다이아몬드 서스펜션은 고정부재를 이용하여 원통형 금형의 표면에 밀착시킨 상태에서 좌,우측으로 직선 왕복운동을 하여 공정을 진행하는 것을 특징으로 하는 나노 패턴 형성용 원통형 금형의 제조방법. - 제 1항 내지 제 5항 중 선택된 어느 한 항의 방법으로 제조되는 것을 특징으로 하는 나노 패턴 형성용 원통형 금형.
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|---|---|---|---|---|
| WO2019225871A1 (ko) * | 2018-05-23 | 2019-11-28 | 엘에스전선 주식회사 | 가공송전선 및 그 제조 방법 |
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|---|---|---|---|---|
| JP2009012307A (ja) | 2007-07-05 | 2009-01-22 | Fuji Xerox Co Ltd | 円筒状芯体およびその製造方法、ベルト管状体および画像形成装置 |
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| WO2019225871A1 (ko) * | 2018-05-23 | 2019-11-28 | 엘에스전선 주식회사 | 가공송전선 및 그 제조 방법 |
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Payment date: 20151023 Year of fee payment: 6 |
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