KR101008647B1 - 곡면스탬퍼의 제작방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 곡면스탬퍼의 제작방법에 관한 것으로서, 상세하게는 신속하게 용이하게 곡면스탬퍼를 제작할 수 있는 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 기판에 소정의 패턴을 형성하는 패턴형성단계와; 상기 기판에 형성된 기판에 대하여 도금을 수행하여 평면의 스탬퍼를 형성하는 스탬퍼 형성단계와; 상기 스탬퍼의 표면이 소정의 곡률을 갖는 곡면스탬퍼가 되도록 상기 스탬퍼에 소정의 압력을 가하는 가압단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 곡면스탬퍼의 제작방법을 제공하고 있다.

평면스탬퍼, 곡면스탬퍼, 프레스, 유압몰드, 사출금형

Description

곡면스탬퍼의 제작방법{A production method of A curved stamper having a curved surface}

본 발명은 곡면스탬퍼의 제작방법에 관한 것으로서, 상세하게는 평면스탬퍼에 소정의 압력을 가하여 곡면스탬퍼로 변형시키되, 그 변형이 신속하고도 용이하게 수행될 수 있도록 하는 발명에 관한 것이다.

현대의 정밀 가공기술, 예를 들어 MEMS(Micro Electro Mechanical System)와 같은 기술의 발달과 더불어 미세패턴이 형성된 스탬퍼를 이용하여 다양한 형태의 미세구조물이 제작되고 있으며, 이러한 미세구조물들은 우주항공기술이나 정밀의료기기등에 널리 적용되고 있다.

소정의 제품에 원하는 미세패턴을 형성시키기 위해서는 그러한 패턴을 구비하는 스탬퍼를 이용하여 제작하는 것이 일반적이며, 종래의 미세 패턴을 만들기 위해 LIGA(Lithographie, Galvanoformug, Abformung in German) 공정이 이용된다.

즉, 이 공정은 기판을 세척하는 단계, 세착한 기판위에 감광막을 도포하는 단계, 도포된 감광막을 열처리(Soft Bake)하는 단계, 소정 형태의 패턴마스크를 올리고 노광하는 단계, 노광된 감광막을 통해 현상하는 단계, 감광막이 부분적으로 제거된 곳에 열처리(Hard Bake)를 통해 소정 형태의 형상을 만드는 단계, 제작된 형상위에 전도층(Cu, Ni 등)막을 증착하는 단계, 완성된 패턴금속(Cu, Ni 등) 면을 니켈도금을 통해 마스터 스탬퍼를 제작하는 단계, 및 상기 마스터스탬퍼를 이형시켜 재도금하여 스탬퍼를 제작하는 단계를 포함하고 있다.

보통 이와 같은 공정에 사용되는 기판은 평면인 경우가 대부분이므로, 상술한 공정에서 나오게 되는 스탬퍼의 면도 평면일 수 밖에 없다.

그러나, 최근에 들어서 초정밀 가공기술에 있어서, 곡면에 미세패턴을 갖는 구조물에 대한 수요가 증대되는 경향이 있는데, 상술한 평면 스탬퍼로서는 그러한 곡면에 배치된 미세패턴을 구현하는데 어려움이 있었다.

또한, 평면스탬퍼를 변형시켜 곡면스탬퍼를 구현한다고 하더라도, 스탬퍼에 형성된 미세패턴의 손상이 발생할 수 있다는 문제점이 있으며, 곡면스탬퍼의 곡면부분의 곡률이 불균일하게 된다는 문제점도 있었다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 마련된 것으로서, 스탬퍼의 패턴을 손상시키지 않으면서도 용이하고도 신속하게 곡면스탬퍼를 생산할 수 있는 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 기판에 소정의 패턴을 형성하는 패턴형성단계와; 상기 기판에 형성된 기판에 대하여 도금을 수행하여 평면의 스탬퍼를 형성하는 스탬퍼 형성단계와; 상기 스탬퍼의 표면이 소정의 곡률을 갖는 곡면스탬퍼가 되도록 상기 스탬퍼에 소정의 압력을 가하는 가압단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 곡면스탬퍼의 제작방법을 제공한다.

또한, 상기 가압단계는 상호 이격되며 곡면이 형성되는 프레스 금형에 평면 스탬퍼를 배치시키는 단계와; 상기 평면스탬퍼 배치후 상기 프레스의 금형을 이동시켜 상기 평면 스탬퍼를 상하로 가압하여 곡면스탬퍼로 변형시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 가압단계는 소정의 곡률을 갖는 캐비티를 구비한 유압몰드에 평면 스탬퍼를 배치시키는 단계와; 상기 평면스탬퍼 방향으로 작동유를 이동시켜 상기 평면스탬퍼를 곡면스탬퍼로 변형시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 가압단계는 소정의 곡률을 갖는 캐비티를 구비한 사출금형에 평면스탬퍼를 배치시키는 단계와; 상기 사출금형을 이동시켜 상기 캐비티 내부를 밀 폐시키는 단계와; 상기 캐비티 내부로 소정의 유체를 매개로 사출압을 가하여 상기 평면스탬퍼를 상기 곡면스탬퍼로 변형시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 가압단계 이전에 상기 평면스탬퍼에 형성된 패턴의 변형을 방지하도록 상기 패턴에 소정의 보호부재를 부착하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 보호부재는 테이프로 구성되는 것을 특징으로 한다.

이와 같은 본 발명에 의하여 곡면스탬퍼가 신속하고도 용이하게 생산될 수 있으므로 곡면스탬퍼에 대한 생산성이 제고될 수 있는 효과를 기대할 수 있다.

또한, 곡면스탬퍼 형성시 별도의 보호부재를 부착함으로써 패턴부분의 변형을 방지하여 패턴의 정밀도가 손상되는 것을 방지할 수 있는 효과를 기대할 수 있다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 알아보기로 하겠다.

도1(a)에서 개시된 바와 같이, 우선 원하는 패턴을 형성하기 위하여 소정의 평면기판(10)위에 감광액(20)을 도포한다. 그리고, 도1(b)에서 개시된 바와 같이, 소정의 패턴이 그려진 마스크(30)를 상기 평면기판(10)위에 배치하고, 상기 마스크(30)의 상면 부분에서 노광을 시키면, 도1(c)에서 도시한 것처럼, 상기 평면기판(10)의 상면에는 상기 마스크(30)에 프린트된 패턴에 대응되는 패턴(40)이 형성 된다.

여기서 패턴(40)은 나노크기 또는 마이크로 크기의 미세패턴으로 구성되는 것이 바람직하다.

그리고, 도2(a)에서 개시된 바와 같이, 스탬퍼 제작을 위해 필요한 도금을 위하여 기판(10)과 패턴(40) 위에 일정 두께의 금속 씨앗층(Seed layer)(50)를 도포하고, 도2(b)에서 개시된 바와 같이, 금속씨앗층(50)이 도포된 패턴 위에 미세패턴 위에 이들을 덮는 니켈(Ni)이나 구리(Cu)와 같은 구조물(60)을 도금(electroforming)공정을 통하여 형성하고, 이후 도2(c)와 같이 그 도금구조물(60)을 상기 기판으로부터 떼어내면 소정의 패턴을 스탬퍼(60)가 제작되는 것이다.

상술한 도2(a) 내지 도2(c)의하여 얻어진 스탬퍼(60)는 기판이 평면인 이유로 인하여 패턴이 형성된 면과 그 반대면이 대략 평면상태를 유지하게 된다. 금속재질의 평면을 갖는 스탬퍼(60)는 외력을 가하게 되면 그 외력이 원하는 형상대로 변하게 되는 소성을 가지게 되므로 그 스탬퍼(60)를 절곡시킬 수 있다.

다만, 스탬퍼(60)를 절곡하여 곡면스탬퍼로 변형시키는데 있어서, 제작속도와 패턴의 정밀성 유지를 위하여 소정의 절곡과정을 거쳐야 하며, 이하에서는 곡면스탬퍼를 제작하는 과정에 대하여 상세하게 알아보기로 하겠다.

도3(a)내지 도3(b)는 본 발명에 의한 곡면스탬퍼를 제작하는 일실시예를 도시한 것이다. 여기서 곡면스탬퍼는 프레스 장치를 이용하여 제작되는 것이 특징이다.

도3(a)에서 도시한 바와 같이, 우선 평면 형태의 스탬퍼(60)를 프레스의 하부금형(100)에 얹는데, 이때 상기 하부금형(100)의 일면(101)은 사용자가 원하는 곡면형태로 돌출되어 있는 것이 특징이다.

상기 스탬퍼(60)를 상기 하부금형(100)에 얹히기 전에 상기 스탬퍼(60)에는 상기 스탬퍼(60)에 형성되는 패턴을 보호하기 위하여 소정의 보호부재(70)를 부착하는데, 여기서 상기 보호부재(70)는 테이프로 구성되거나, 소정의 강도를 갖는 플레이트로 구성되는 것이 바람직하다.

상기 도3(a)에서 도시되지는 않았지만, 상기 스탬퍼(60)의 위치를 고정하도록 소정의 고정부재, 예를 들자면 지그와 같은 장치를 이용하는 것이 바람직하다.

이와 같이 상기 스탬퍼(60)의 위치를 상기 하부금형에 고정시킨 상태에서 도3(b)에서 개시된 바와 같이 상기 하부금형(100)의 상부에 소정간격 이격되어 있는 상부금형(200)을 상기 하부금형(100) 방향으로 하강시켜서 상기 스탬퍼(60)를 압착한다.

상기 상부 금형(200)의 일면(201)에는 상기 하부금형(100)의 일면(101)의 곡면에 대응되는 형태의 곡면이 개시되어 있는데, 여기서, 상기 상부금형(200)의 곡면은 음각형태로, 하부 금형(100)의 곡면은 양각형태로 배치된 것을 개시하고 있지만, 그 반대의 경우도 고려할 수 있음은 물론이다.

상기 상부 금형(200)과 하부금형(100)의 압착작용에 의하여 그 사이에 배치되어 있는 상기 스탬퍼(60)는 상기 상하부 금형에 배치된 곡면형태대로 구부러져서 그 상하면이 소정의 곡률을 갖게 되는 것이다.

그리고 도3(c)와 같이, 상기 상부금형(200)의 상부로 다시 이동시키게 되면, 상기 하부금형(100)의 상부에는 소정의 곡률을 갖는 곡면스탬퍼(60)가 얹혀지게 되고, 이후, 상기 곡면스탬퍼(60)를 상기 하부금형(100)으로부터 이격시키고, 상기 곡면스탬퍼(60)의 하부에 부착된 보호부재(70)를 제거하면 완전한 곡면스탬퍼가 얻어진다.

도4는 곡면스탬퍼를 형성시키는 다른 실시예를 보이고 있다.

여기서는 가압프레스를 사용하지 않고, 유압장치 또는 사출장치를 이용하여 곡면스탬퍼를 제작하는 공정이다.

도4(a)에 개시된 바와 같이, 우선, 평면 형태의 금속스탬퍼(60)를 소정의 평면 바닥이 형성된 유압몰드 또는 사출금형에 장착을 한다. 여기서 상기 평면 바닥이 형성된 몰드 또는 금형을 제1몰드/금형(300)이라고 하고, 상기 제1몰드/금형과 이격되어 소정의 곡면이 형성되어 있는 몰드 또는 금형을 제2몰드/금형(400)이라고 하겠다.

여기서, 상기 제1몰드/금형(300)에는 유압 또는 사출압이 캐비티(303) 내부로 전달될 수 있도록 하는 소정의 통로(302)가 마련되고, 그 통로(302)는 상기 제1몰드/금형(300)이 지지되는 지지대(305)를 관통하여 상기 제1몰드/금형(300) 까지 연장된다.

상기 제1몰드/금형(300)에 스탬퍼(60)를 장착하기 이전에 상기 스탬퍼(60)의 하부에는 상기 스탬퍼(60)의 하면에 형성되는 패턴을 보호하기 위한 보호부재(70)를 부착하는 것이 바람직하다. 여기서, 상기 보호부재(70)는 테이프로 구성되는 것 도 고려할 수 있고, 상기 통로를 통과하여 상기 스탬퍼(60) 방향으로 고압으로 이동하는 작동유체로 인한 충격을 방지하기 위하여 소정의 금속플레이트로 구성되는 것도 고려할 수 있다.

상기 제1몰드/금형(300)에는 상기 스탬퍼(60)를 수용할수 있는 평면바닥을 구비하는 수용부(301)가 형성되고, 상기 제2몰드/금형(300)에는 상술한 소정의 곡률를 갖는 성형공간(401)이 형성되며, 도4(b)에서 개시된 바와 같이, 상기 제1,2 몰드/금형(300,400)이 밀착되는 경우에, 상기 성형공간(401)과 상기 수용부(301)가 함께 캐비티(303)를 형성한다.

도4(c)에서 개시된 바와 같이 밀폐된 캐비티(303)가 형성된 상태에서 상기 통로를 통하여 작동유체(L)를 주입시키면 상기 작동유체(L)는 상기 스탬퍼(60)를 상기 성형공간(401)방향으로 미는 작용을 하게 되고, 이러한 작동유체(L)의 압력에 의하여 상기 스탬퍼(60)의 면 중 패턴이 형성되어 있지 않은 면은 상기 성형공간(401)의 곡면부분에 밀착되어 상기 스탬퍼(60)가 전체적으로 평면상태에서 곡면상태로 소성변형한다.

이후 상기 캐비티(303)에서 작동유체를 제거하고, 상기 제1,2몰드/금형(300,400)을 상호 이격시켜 캐비티(303)를 개방시켜 상기 스탬퍼(60)를 상기 떼어낸 후 상기 보호부재(70)를 제거하면 곡면스탬퍼가 완성된다.

도1은 기판위에 미세패턴을 형성하는 과정을 도시한 도면이다.

도2는 미세패턴을 구비하는 스탬퍼를 제작하는 과정을 도시한 도면이다.

도3은 본 발명의 일 실시예에 의하여 곡면스탬퍼를 제작하는 과정을 도시한 도면이다.

도4는 본 발명의 다른 실시예에 의하여 곡면스탬퍼를 제작하는 과정을 도시한 도면이다.

*도면의 주요부분에 대한 설명*

60: 스탬퍼 70: 보호부재

100: 프레스 하부금형 200: 프레스 상부금형

300: 제1몰드/금형 400: 제2몰드/금형

Claims (6)

1. 기판에 소정의 패턴을 형성하는 패턴형성단계와;

   상기 기판에 형성된 기판에 대하여 도금을 수행하여 평면의 스탬퍼를 형성하는 스탬퍼 형성단계와;

   상기 스탬퍼를 절곡시켜 소성변형시킴으로써 상기 스탬퍼의 표면이 소정의 곡률을 갖는 곡면스탬퍼가 되도록 상기 스탬퍼에 소정의 압력을 가하는 가압단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 곡면스탬퍼의 제작방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 가압단계는 상호 이격되며 곡면이 형성되는 프레스 금형에 평면 스탬퍼를 배치시키는 단계와;

   상기 평면스탬퍼 배치후 상기 프레스의 금형을 이동시켜 상기 평면 스탬퍼를 상하로 가압하여 곡면스탬퍼로 변형시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 곡면스탬퍼의 제작방법.
3. 제1항에 있어서,

   상기 가압단계는 소정의 곡률을 갖는 캐비티를 구비한 유압몰드에 평면 스탬퍼를 배치시키는 단계와;

   상기 평면스탬퍼 방향으로 작동유체를 이동시켜 상기 평면스탬퍼를 곡면스탬퍼로 변형시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 곡면스탬퍼의 제작방법.
4. 제1항에 있어서,

   상기 가압단계는 소정의 곡률을 갖는 캐비티를 구비한 사출금형에 평면스탬퍼를 배치시키는 단계와;

   상기 사출금형을 이동시켜 상기 캐비티 내부를 밀폐시키는 단계와;

   상기 캐비티 내부로 소정의 유체를 매개로 사출압을 가하여 상기 평면스탬퍼를 상기 곡면스탬퍼로 변형시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 곡면스탬퍼의 제작방법.
5. 제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 가압단계 이전에 상기 평면스탬퍼에 형성된 패턴의 변형을 방지하도록 상기 패턴에 소정의 보호부재를 부착하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 곡면스탬퍼의 제작방법.
6. 제5항에 있어서,

   상기 보호부재는 테이프로 구성되는 것을 특징으로 하는 곡면스탬퍼의 제작방법.

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