KR101116783B1 - 레이저를 이용한 부분 도금 장치 및 부분 도금 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 레이저를 이용한 부분 도금 장치 및 부분 도금 방법에 관한 발명으로, 본 발명에 의한 레이저를 이용한 부분 도금 장치는 피도금체를 담그는 도금액을 포함하고, 상기 피도금면에 미리 설정된 패턴으로 레이저빔을 조사할 수 있는 레이저빔 조사부; 및 상기 레이저빔 조사부를 통하도록 상기 피도금체를 이송할 수 있는 이송 부재를 포함하고, 상기 피도금체와 상기 도금액의 반응 파라미터 중 어느 하나 이상의 값은 반응 시작 임계값 미만이며, 상기 피도금체의 상기 레이저빔이 조사된 부분에서 상기 반응 파라미터 중 어느 하나 이상의 값이 상기 반응시작 임계값 이상이 되는 것을 특징으로 한다.

도금, 부분 도금, 레이저, 도금액, 임계값

Description

레이저를 이용한 부분 도금 장치 및 부분 도금 방법{APPARATUS AND METHOD FOR SELECTIVE PLATING USING A RASER}

본 발명은 레이저를 이용한 부분 도금 장치 및 부분 도금 방법에 관한 발명으로, 보다 상세하게는 레이저를 이용하여 도금 패턴을 형성할 수 있는 부분 도금 장치 및 부분 도금 방법에 관한 발명이다.

도금은 물건의 표면 상태를 개선할 목적으로 다른 물질의 얇은 층으로 피복하는 것을 말하며, 일반적으로 금속 표면에 다른 금속 또는 합금의 얇은 층을 입히는 것을 말한다.

도금의 종류에는 전기도금, 양극 산화 피막처리, 인산염 피막처리, 무전해 도금 등이 있으며, 일반적으로 도금이라고 하면 전기도금을 가리킨다.

전기도금은 전기화학적 분해를 이용한 것으로 양극에는 도금시킬 금속재료를, 음극에는 도금될 제품을 전기적으로 연결시켜 양극에서의 용해와 음극에서의 금속이온을 석출시키는 방법이다.

전기도금과는 달리 양극 산화 피막처리는 양극에 제품을 배치하여 발생기 산소에 의해 인공적으로 산화 피막을 만드는 방법이고, 인산염 피막처리는 전기를 사 용하지 않고 피막액 성분과 제품의 금속 소지성분과의 화학작용에 의해 피막을 형성하는 방법이며, 무전해 도금은 전기를 사용하지 않으나 도금액 중에 함유된 금속성분을 적절한 환원 재료를 사용하여 제품의 표면에 도금층을 형성하는 방법이다.

물건의 표면 일부 영역에만 도금 처리를 하는 것을 선택적 도금 또는 부분 도금(selective plating)이라 하며, 부분 도금을 위한 방식에는 피도금체를 부분적으로 도금 용액에 담그는 방식, 노즐을 이용하여 부분적으로 도금 용액을 분사하는 방식, 부직포 등의 흡수체를 이용하여 도금 용액을 원하는 부위에 묻히는 방식, 도금 패턴을 미리 마스크로 제작하여 노광, 에칭 공정에 의하는 방식이 있었다.

그러나, 상기와 같은 종래의 부분 도금 방식에 의하면 피도금체의 미세한 일부분을 도금 용액에 담그는 것이 불가능하고, 노즐을 이용하여 미세한 선을 형성하도록 분사하는 것이 불가능하며, 흡수체를 이용하여 미세한 부분에 묻히는 것이 불가능하므로 복잡한 형상의 패턴, 수㎛의 미세 패턴을 형성할 수 없는 문제점이 있었다.

또한, 일부 영역에만 도금 처리를 하기 위해 마스크를 제작하고, 피도금체를 노광, 현상, 에칭하는 등 복잡한 공정을 거쳐야 하는 문제점이 있었다.

또한, 마스크를 제작하여 노광, 에칭 공정에 의하는 경우 다양한 도금 패턴을 형성하기 위해서는 마스크를 각 도금 패턴마다 별도로 여러 개 제작하여야 하므로 비용이 많이 드는 문제점과 에칭액을 사용함으로써 환경을 오염시키는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로, 복잡한 형상의 패턴, 수㎛의 미세 패턴을 형성할 수 있는 부분 도금 장치 및 부분 도금 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 종래의 복잡한 부분 도금 공정을 단순화시키고, 다양한 도금 패턴을 용이하게 구현할 수 있는 부분 도금 장치 및 부분 도금 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 종래의 부분 도금 공정에서 사용하는 에칭액을 사용하지 않음으로써, 환경오염을 방지할 수 있는 부분 도금 장치 및 부분 도금 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적에 따른 본 발명에 의한 레이저를 이용한 부분 도금 장치는 피도금체를 담그는 도금액을 포함하고, 상기 피도금면에 미리 설정된 패턴으로 레이저빔을 조사할 수 있는 레이저빔 조사부; 및 상기 레이저빔 조사부를 통하도록 상기 피도금체를 이송할 수 있는 이송 부재를 포함하고, 상기 피도금체와 상기 도금액의 반응 파라미터 중 어느 하나 이상의 값은 반응 시작 임계값 미만이며, 상기 피도금체의 상기 레이저빔이 조사된 부분에서 상기 반응 파라미터 중 어느 하나 이상의 값이 상기 반응시작 임계값 이상이 되는 것을 특징으로 한다.

상기 도금이 전해 도금인 경우, 상기 반응 파라미터는 상기 도금액에 인가되 는 전류, 도금액의 온도, 농도, 및 pH로 이루어진 그룹에서 선택된 어느 하나 이상인 것을 특징으로 한다.

상기 도금이 무전해 도금인 경우, 상기 반응 파라미터는 상기 도금액의 온도, 상기 도금액에 첨가되는 첨가제의 농도, 및 pH로 이루어진 그룹에서 선택된 어느 하나 이상인 것을 특징으로 한다.

상기 레이저빔 조사부는 상기 레이저빔을 조사하는 레이저 장치를 포함하며, 상기 레이저 장치는 2차원 평면 또는 3차원 입체 가공 장치인 것을 특징으로 한다.

상기 레이저 장치의 이동 속도는 상기 이송 부재의 이동속도와 동일한 것을 특징으로 한다.

상기 레이저빔 조사부는 상기 레이저 장치의 동작을 설정된 패턴에 따라 제어할 수 있는 제어부를 더 포함한다.

상기 레이저 장치는 스팟 사이즈 가변모듈, 초점 가변 모듈, 및 레이저 에너지 균질 장치를 포함한다.

본 발명에 의한 부분 도금 장치는 상기 피도금체의 공급을 조절할 수 있는 공급 버퍼; 상기 레이저빔 조사부 이전에 상기 피도금체를 세척할 수 있는 전처리부; 및 상기 피도금체의 회수를 조절할 수 있는 회수 버퍼를 더 포함한다.

본 발명에 의한 레이저를 이용한 부분 도금 방법은 (A) 피도금체를 도금액에 담는 단계; 및 (B) 상기 피도금체에 미리 설정된 패턴으로 레이저빔을 조사하는 단계를 포함하고, 상기 피도금체와 상기 도금액의 반응 파라미터 중 어느 하나 이상의 값은 반응 시작 임계값 미만이며, 상기 피도금체의 상기 레이저빔이 조사된 부 분에서 상기 반응 파라미터 중 어느 하나 이상의 값이 상기 반응시작 임계값 이상이 되는 것을 특징으로 한다.

상기 도금이 전해 도금인 경우, 상기 반응 파라미터는 상기 도금액에 인가되는 전류, 도금액의 온도, 농도, 및 pH로 이루어진 그룹에서 선택된 어느 하나 이상인 것을 특징으로 한다.

상기 도금이 무전해 도금인 경우, 상기 반응 파라미터는 상기 도금액의 온도, 상기 도금액에 첨가되는 첨가제의 농도, 및 pH로 이루어진 그룹에서 선택된 어느 하나 이상인 것을 특징으로 한다.

상기한 바와 같은 본 발명에 의한 레이저를 이용한 부분 도금 장치 및 부분 도금 방법은 다음과 같은 효과가 있다.

본 발명에 의한 레이저를 이용한 부분 도금 장치 및 부분 도금 방법은 스팟 사이즈 가변모듈, 초점 가변 모듈, 및 레이저 에너지 균질 장치를 포함한 레이저 장치를 통해 레이저빔을 조사하여 도금 패턴을 형성함으로써, 복잡한 형상의 패턴, 수㎛의 미세 패턴을 형성할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 의한 레이저를 이용한 부분 도금 장치 및 부분 도금 방법은 레이저빔을 이용하여 부분 도금을 함으로써 종래의 복잡한 부분 도금 공정을 단순화시킬 수 있고, 다양한 도금 패턴을 용이하게 구현할 수 있으며, 마스크를 별도로 제작하지 않아 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 의한 레이저를 이용한 부분 도금 장치 및 부분 도금 방법은 종래의 부분 도금 공정에서 사용하는 에칭액을 사용하지 않음으로써, 환경오염을 방지할 수 있는 효과가 있다.

또한, 부분 도금의 각 단계가 이송 부재에 의해 연속적으로 이루어짐으로써 생산속도 및 효율이 증가할 수 있는 효과가 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 부분 도금 장치에 대해 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 의한 레이저를 이용한 부분 도금 장치의 일 실시예를 나타낸 도면이다.

본 발명에 따른 레이저를 이용한 부분 도금 장치는 도 1에 도시된 바와 같이, 피도금체를 담그는 도금액을 포함하고, 상기 피도금면에 미리 설정된 패턴으로 레이저빔을 조사할 수 있는 레이저빔 조사부(106)를 포함하여 구성된다.

레이저빔 조사부(106)에서는 도금액에 피도금체를 담그고, 피도금체의 피도금면에 레이저빔을 조사하여 도금층을 형성한다. 이때, 레이저빔 조사부(106)는 피도금체를 도금액에 담그기 위한 용기를 구비함이 바람직하다. 피도금체와 도금액의 반응 파라미터들 중 어느 하나 이상의 값은 반응 시작 임계값 미만으로 설정하여, 피도금체를 도금액에 담근 상태에서는 도금이 일어나지 않는다. 피도금체에 레이저빔이 조사되면 임계값 미만의 반응 파라미터의 값이 임계값 이상으로 되어 레이저빔이 조사된 부분에만 도금이 일어나게 된다.

레이저빔 조사부(106)는 레이저빔을 조사하는 레이저 장치 및 레이저 장치의 움직임을 제어할 수 있는 제어부를 더 포함한다. 이때, 레이저 장치는 2차원 평면 또는 3차원 입체 가공 장치인 것이 바람직하며, 제어부를 통해 미리 정해진 패턴을 입력하면, 레이저 장치가 입력된 패턴에 따라 2차원 평면 또는 3차원 입체상에 레이저빔을 조사한다. 따라서 도금 패턴의 변경을 위해서 변경된 패턴을 레이저빔 조사부(106)의 제어부에 삽입하면, 제어부는 변경된 패턴에 따라 레이저 장치의 이동을 제어하게 되므로, 도금 패턴의 변경이 용이하다. 이와 같이 레이저빔 조사부(106)에서 원하는 부분만 도금이 일어나도록 함으로써, 부분적으로 원하는 패턴의 도금을 형성할 수 있다.

레이저 장치는 스팟 사이즈 가변모듈, 초점 가변 모듈, 및 레이저 에너지 균질 장치를 포함한다. 스팟 사이즈 가변모듈은 레이저 장치의 투영렌즈로 조사되는 레이저빔의 사이즈를 증가시키는 과정을 통해 초점 스팟을 감소시킨다. 이를 통해 레이저빔이 조사되는 선폭을 조정할 수 있다. 초점 가변 모듈은 레이저 장치의 반사체로부터 반사되어 굴절되는 광을 보정 광학계를 통해 광경로의 오차를 보정하고, 보정 광학계에서 출수된 광을 투영렌즈를 통해 원하는 부분에 초점이 맞춰지도록 조정한다. 이를 통해 돌출 또는 함몰 부위의 초점을 정확히 맞출 수 있다. 레이저 에너지 균질 장치는 레이저빔의 단면의 에너지 분포를 균일하도록 만들어 준다. 이를 통해 레이저빔이 조사된 부분의 중앙과 외곽의 두께가 일정하도록 할 수 있다.

도 2a는 종래 기술에 의한 레이저 장치에 의한 레이저빔 단면의 에너지 분포를 나타낸 도면이고, 도 2b는 본 발명에 의한 레이저 장치에 의한 레이저빔 단면의 에너지 분포를 나타낸 도면이다. 도 2a 및 도 2b를 참고하여 살펴보면, 종래 기술에 의한 레이저 장치에 의한 레이저빔 단면의 에너지 분포는 중앙 부분은 높고 주변 부분은 낮은 가우시안 분포를 나타내는 반면에, 본 발명에 의한 레이저 장치에 의한 레이저빔 단면의 에너지 분포는 레이저 에너지 균질 장치에 의해 전체적으로 균일하게 나타난다.

본 발명에 따른 레이저를 이용한 부분 도금 장치는 레이저빔 조사부(106)를 통하도록 피도금체를 이송할 수 있는 이송 부재(미도시)를 포함할 수 있다. 따라서 이송 부재에 의해 피도금체가 이동하면서 도금이 이루어진다.

본 발명에 따른 레이저를 이용한 부분 도금 장치는 레이저빔 조사부(106) 이전에 제 1 세척부(120)를 더 포함할 수 있고, 레이저빔 조사부(106) 이후에 제 2 세척부(122)를 더 포함할 수 있다. 제 1 세척부(120) 및 제 2 세척부(122)는 피도금체를 세척하는 역할을 한다. 제 1 세척부(120)는 피도금체를 도금액에 담그기 전에 피도금체를 세척함으로써 피도금체 외부 면의 불순물들을 제거할 수 있다. 제 2 세척부(122)는 피도금체에 레이저빔을 조사한 후에 도금액에서 피도금체를 꺼낸 후에 피도금체를 세척함으로써, 피도금체에 남아있는 도금액을 용이하게 제거할 수 있다.

본 발명에 따른 레이저를 이용한 부분 도금 장치의 시작 단에는 공급 버퍼를, 종료 단에는 회수 버퍼를 더 포함함이 바람직하다. 공급 버퍼는 피도금체의 공급을 조절할 수 있고, 회수 버퍼는 피도금체의 회수를 조절할 수 있어서, 피도금체가 이송 부재에 의해 원활하게 이동하면서 연속적으로 도금 공정이 이루어질 수 있 도록 한다.

본 발명에 따른 레이저를 이용한 부분 도금 장치의 레이저빔 조사부(106) 이전에 전처리부를 더 포함할 수 있으며, 전처리부에서는 피도금체를 세척하는 등 도금액에 담그기 전에 피도금체를 일정한 상태로 준비할 수 있다. 이때, 제 1 세척부(120)는 전처리부에 포함될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 레이저를 이용한 부분 도금 장치는 1회의 부분 도금이 이루어질 수 있는 장치로 구성되어 있으나 본 발명은 이에 한정되지 아니하고, 다수의 부분 도금이 다수의 층으로 형성될 수 있도록 부분 도금 장치가 복수로 연결되어 형성될 수 있다. 또한, 피도금체의 전면에 도금을 할 수 있는 전체 도금 장치와 부분 도금 장치가 결합되어 형성될 수도 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 부분 도금 방법에 대해 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 3a 내지 도 3d는 본 발명에 의한 부분 도금 방법의 일 실시예를 나타낸 공정 단면도이다.

본 발명에 따른 레이저를 이용한 부분 도금 방법은 도 3a에 도시된 바와 같이, 피도금체(210)를 세척하여, 피도금체(210) 외부 면의 불순물들을 제거한다.

도 3b에 도시된 바와 같이, 피도금체(210)를 도금액(230)에 담그고, 피도금체(210)의 피도금면에 레이저빔(220)을 조사하여 도금층(미도시)을 형성한다. 이때, 피도금체(210)와 도금액(230)의 반응 파라미터들 중 어느 하나 이상의 값은 반응 시작 임계값 미만으로 설정하여, 피도금체(210)를 도금액(230)에 담근 상태에서 는 도금이 일어나지 않는다. 피도금체(210)에 레이저빔(220)이 조사되면 임계값 미만의 반응 파라미터의 값이 임계값 이상으로 되어 레이저빔(220)이 조사된 부분에만 도금이 일어나게 된다. 레이저빔(220)은 레이저 장치(미도시)로부터 조사되며, 레이저 장치는 제어부(미도시)에 의해 2차원 평면 또는 3차원 입체 가공을 할 수 있도록 제어된다. 이에 따라 도금을 원하는 일부분만 선택적으로 도금할 수 있다.

도 3c에 도시된 바와 같이, 피도금체(210)를 도금액(230)에서 꺼내어 세척함으로써 피도금체의 외부면에 남아있는 도금액을 제거한다.

도 3d에 도시된 바와 같이, 피도금체(210)의 피도금면 상에 도금층(240)이 형성되어 원하는 패턴의 부분 도금이 완성된다.

본 발명에 따른 레이저를 이용한 부분 도금 방법에서는 피도금체(210)를 도금액(230)에 담그기 전, 도금액(230)에서 꺼낸 후에 각각 세척 공정이 이루어지나, 이는 경우에 따라 생략하고 진행될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 레이저를 이용한 부분 도금 방법에서는 1회의 부분 도금이 이루어질 수 있도록 구성되어 있으나 본 발명은 이에 한정되지 아니하고, 다수의 부분 도금이 다수의 층으로 형성될 수 있도록 부분 도금 방법이 복수 회 연속적으로 이루어질 수 있다. 또한, 피도금체의 전면에 도금을 할 수 있는 전체 도금 방법과 부분 도금 방법이 결합되어 이루어질 수도 있다.

본 발명에 따른 레이저를 이용한 부분 도금 장치 및 부분 도금 방법에 사용되는 피도금체 및 도금액 등은 사용자의 필요에 따라 다양한 금속, 비금속 등의 물질을 사용할 수 있다.

이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 설명하였으나 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 아니하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 변경, 변형할 수 있는 발명은 본 발명의 범위 내로 볼 것이다.

도 1은 본 발명에 의한 부분 도금 장치의 일 실시예를 나타낸 도면

도 2a는 종래 기술에 의한 레이저 장치에 의한 레이저빔 단면의 에너지 분포를 나타낸 도면

도 2b는 본 발명에 의한 레이저 장치에 의한 레이저빔 단면의 에너지 분포를 나타낸 도면

도 3a 내지 도 3d는 본 발명에 의한 부분 도금 방법의 일 실시예를 나타낸 공정 단면도

Claims (11)

1. 피도금체를 담그는 도금액을 포함하고, 상기 도금액에 담긴 상기 피도금체의 피도금면에 미리 설정된 패턴으로 레이저빔을 조사할 수 있는 레이저빔 조사부; 및

   상기 레이저빔 조사부를 통하도록 상기 피도금체를 이송할 수 있는 이송 부재를 포함하고,

   상기 피도금체와 상기 도금액의 반응 파라미터 중 어느 하나 이상의 값은 반응 시작 임계값 미만이며,

   상기 피도금체의 상기 레이저빔이 조사된 부분에서 상기 반응 파라미터 중 어느 하나 이상의 값이 상기 반응시작 임계값 이상이 되는 것을 특징으로 하는,

   레이저를 이용한 부분 도금 장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 도금이 전해 도금인 경우,

   상기 반응 파라미터는 상기 도금액에 인가되는 전류, 도금액의 온도, 농도, 및 pH로 이루어진 그룹에서 선택된 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는,

   레이저를 이용한 부분 도금 장치.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 도금이 무전해 도금인 경우,

   상기 반응 파라미터는 상기 도금액의 온도, 상기 도금액에 첨가되는 첨가제의 농도, 및 pH로 이루어진 그룹에서 선택된 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는,

   레이저를 이용한 부분 도금 장치.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 레이저빔 조사부는

   상기 레이저빔을 조사하는 레이저 장치를 포함하며,

   상기 레이저 장치는 2차원 평면 또는 3차원 입체 가공 장치인 것을 특징으로 하는,

   레이저를 이용한 부분 도금 장치.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 레이저 장치의 이동 속도는 상기 이송 부재의 이동속도와 동일한 것을 특징으로 하는,

   레이저를 이용한 부분 도금 장치.
6. 제 4 항에 있어서,

   상기 레이저빔 조사부는

   상기 레이저 장치의 동작을 설정된 패턴에 따라 제어할 수 있는 제어부를 더 포함하는,

   레이저를 이용한 부분 도금 장치.
7. 제 4 항에 있어서,

   상기 레이저 장치는 스팟 사이즈 가변모듈, 초점 가변 모듈, 및 레이저 에너지 균질 장치를 포함하는,

   레이저를 이용한 부분 도금 장치.
8. 제 1 항에 있어서,

   상기 피도금체의 공급을 조절할 수 있는 공급 버퍼;

   상기 레이저빔 조사부 이전에 상기 피도금체를 세척할 수 있는 전처리부; 및

   상기 피도금체의 회수를 조절할 수 있는 회수 버퍼를 더 포함하는,

   레이저를 이용한 부분 도금 장치.
9. (A) 피도금체를 도금액에 담는 단계; 및

   (B) 상기 도금액에 담긴 상기 피도금체에 미리 설정된 패턴으로 레이저빔을 조사하는 단계를 포함하고,

   상기 피도금체와 상기 도금액의 반응 파라미터 중 어느 하나 이상의 값은 반응 시작 임계값 미만이며,

   상기 피도금체의 상기 레이저빔이 조사된 부분에서 상기 반응 파라미터 중 어느 하나 이상의 값이 상기 반응시작 임계값 이상이 되는 것을 특징으로 하는,

   레이저를 이용한 부분 도금 방법.
10. 제 9 항에 있어서,

    상기 도금이 전해 도금인 경우,

    상기 반응 파라미터는 상기 도금액에 인가되는 전류, 도금액의 온도, 농도, 및 pH로 이루어진 그룹에서 선택된 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는,

    레이저를 이용한 부분 도금 방법.
11. 제 9 항에 있어서,

    상기 도금이 무전해 도금인 경우,

    상기 반응 파라미터는 상기 도금액의 온도, 상기 도금액에 첨가되는 첨가제의 농도, 및 pH로 이루어진 그룹에서 선택된 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는,

    레이저를 이용한 부분 도금 방법.

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