KR101132748B1

KR101132748B1 - 마이크로 몰드 시스템과 이의 제조 방법 및 이를 이용한 초소형 정밀 부품의 제조 방법

Info

Publication number: KR101132748B1
Application number: KR1020100003124A
Authority: KR
Inventors: 이봉기; 권태헌; 박성제; 김동성
Original assignee: 포항공과대학교 산학협력단
Priority date: 2010-01-13
Filing date: 2010-01-13
Publication date: 2012-04-06
Also published as: KR20110083090A

Abstract

다중 스케일의 성형면을 가지는 초소형 정밀 부품을 제조하기 위한 마이크로 몰드 시스템과 이의 제조 방법 및 이를 이용한 초소형 정밀 부품의 제조 방법을 제공한다. 마이크로 몰드 시스템은 초소형 정밀 부품을 사출 성형 방식으로 제작하기 위한 것으로서, 미세 요철이 형성된 성형면을 구비하면서 바닥에서 성형면까지의 높이가 서로 다른 적어도 두 종류의 베이스 몰드를 포함하며, 다단 구조의 제1 스케일과 미세 요철 구조의 제2 스케일이 조합된 다중 스케일의 성형면을 제공한다.

Description

마이크로 몰드 시스템과 이의 제조 방법 및 이를 이용한 초소형 정밀 부품의 제조 방법 {MICRO MOLD SYSTEM, MANUFACTURING METHOD THEREOF, AND MANUFACTURING METHOD OF MICRO-PRECISION PARTS}

본 발명은 마이크로 몰드 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 다중 스케일의 성형면을 가지는 초소형 정밀 부품을 제조하기 위한 마이크로 몰드 시스템과 이의 제조 방법 및 이를 이용한 초소형 정밀 부품의 제조 방법에 관한 것이다.

플라스틱 초소형 정밀 부품은 광학 제품, 전자 제품, 및 미세 유체 칩과 같은 바이오 응용 제품 등 다양한 분야에 사용되고 있으며, 활용도가 높아지고 있다. 초소형 대량 성형 기술은 이러한 플라스틱 초소형 정밀 부품을 안정적으로 대량 생산하기 위한 기술로서, 초소형 사출 성형과 핫 엠보싱 등이 대표적인 예이다. 특히 이 기술은 몰드를 이용한 연속적인 대량 성형이 가능하므로 높은 생산성과 뛰어난 가격 경쟁력 등을 보이고 있다.

초소형 대량 성형 기술에 있어서 성형하고자 하는 초소형 정밀 부품과 반대의 형상을 가지는 몰드를 정밀하고 안정적으로 제작하는 것이 필수적이다. 이러한 몰드 제작을 위하여 초소형 정밀 머시닝, 초소형 방전 가공, 및 레이저 가공 등과 같은 직접적인 가공 형태의 정밀 제작 기술이 도입되고 있다. 이 기술들을 사용하면 다양한 형상의 몰드를 제작할 수 있으나, 오랜 제작 시간이 소요되므로 생산성이 낮고 정밀도가 뛰어나지 못한 한계가 있다.

다중 스케일의 성형면을 가지는 초소형 정밀 부품은 평면 위에 마이크로미터 단위의 미세 요철이 형성된 일반적인 경우와 달리 소정의 높이 차이를 가지는 여러 단으로 구성된 표면 또는 여러 방향으로 경사가 형성된 표면 등 복잡한 형상의 표면 위에 미세 요철이 마련된 형상으로 이루어진다. 이러한 다중 스케일의 초소형 정밀 부품은 형상적인 복잡성을 기반으로 향상된 집적도 및 다양한 기능성을 구현할 수 있으므로 활용 가능성이 높아지고 있다.

다중 스케일의 초소형 정밀 부품을 초소형 대량 성형 기술을 이용하여 제조하고자 하는 경우, 기존에는 대상의 복잡한 형상 때문에 직접 가공 방식의 초소형 제작 기술을 이용한 몰드 제작이 주를 이루어 왔다. 그러나 이와 같은 제작 기술들은 제작 효율성과 정밀도 및 형상적 자유도가 낮은 단점을 보이고 있다.

본 발명은 복잡한 형상의 다중 스케일의 성형면을 가지는 초소형 정밀 부품을 용이하게 제조하며, 제작 효율성과 정밀도 및 형상적 자유도를 향상시킬 수 있는 마이크로 몰드 시스템과 이의 제조 방법 및 이를 이용한 초소형 정밀 부품의 제조 방법을 제공하고자 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 몰드 시스템은 초소형 정밀 부품을 사출 성형 방식으로 제작하기 위한 것으로서, 미세 요철이 형성된 성형면을 구비하면서 바닥에서 성형면까지의 높이가 서로 다른 적어도 두 종류의 베이스 몰드를 포함하며, 다단 구조의 제1 스케일과 미세 요철 구조의 제2 스케일이 조합된 다중 스케일의 성형면을 제공한다.

적어도 두 종류의 베이스 몰드는 순서 변경이 가능하도록 임의로 조합되며, 서로 이웃하는 방향을 따라 가해지는 외력에 의해 서로 밀착될 수 있다. 성형면은 바닥과 평행하게 위치할 수 있다. 다른 한편으로, 성형면은 경사면으로 형성될 수 있으며, 어느 한 베이스 몰드의 성형면과 다른 한 베이스 몰드의 성형면은 경사 방향이 서로 반대일 수 있다.

적어도 두 종류의 베이스 몰드 중 어느 한 베이스 몰드의 성형면과 다른 한 베이스 몰드의 성형면은 동일선 상에 위치하는 철부를 포함하거나, 서로 어긋나게 위치하는 철부를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 몰드 시스템의 제조 방법은, 금속판 위에 모 기판을 부착하는 단계와, 모 기판 위에 노광 마스크를 형성한 후 패터닝하여 일측에 미세 요철을 구비하면서 높이가 서로 다른 적어도 두 종류의 개구부를 형성하는 단계와, 모 기판을 엑스선과 자외선 중 어느 하나로 노광 후 현상하여 모 기판에 개구부와 같은 형상을 가지는 적어도 두 종류의 음각 패턴을 형성하는 단계와, 음각 패턴에 의해 노출된 금속판 위에 금속 물질을 도금하여 음각 패턴과 같은 형상을 가지는 적어도 두 종류의 베이스 몰드를 제조하는 단계와, 적어도 두 종류의 베이스 몰드를 미세 요철이 형성된 성형면이 같은 측에 위치하도록 조합 후 베이스 몰드가 조합된 방향을 따라 외력을 가하여 밀착시키는 단계를 포함한다.

모 기판은 엑스선 감광재와 자외선 감광재 중 어느 하나로 제조되고, 노광 마스크는 엑스선 흡수재와 자외선 흡수재 중 어느 하나로 제조될 수 있다.

노광 마스크의 개구부를 형성할 때 미세 요철이 형성된 일측면이 개구부의 바닥과 평행하도록 형성할 수 있다.

다른 한편으로, 노광 마스크의 개구부를 형성할 때 미세 요철이 형성된 일측면이 개구부의 바닥에 대해 경사각을 갖도록 형성할 수 있으며, 이 경우 베이스 몰드를 조합할 때 서로 이웃한 두 베이스 몰드에서 미세 요철이 형성된 성형면의 경사 방향이 반대가 되도록 조합할 수 있다.

금속판 위에 금속 물질을 도금할 때 니켈 또는 니켈 합금을 전기 도금할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 초소형 정밀 부품의 제조 방법은, 미세 요철이 형성된 성형면을 구비하면서 바닥에서 성형면까지의 높이가 서로 다른 적어도 두 종류의 베이스 몰드를 제작하는 단계와, 사출 성형용 몰드 코어의 내부에 적어도 두 종류의 베이스 몰드를 성형면이 노출되도록 조합 배치하여 다단 구조의 제1 스케일과 미세 요철 구조의 제2 스케일이 조합된 다중 스케일의 성형면을 제공하는 단계와, 성형면을 통해 플라스틱을 사출 성형하여 성형면과 반대 형상의 성형면을 가지는 다중 스케일의 초소형 정밀 부품을 제조하는 단계를 포함한다.

본 발명의 실시예들에 따르면 적어도 두 종류의 베이스 몰드를 단독 또는 복수개로 조합하여 마이크로 몰드 시스템의 성형면을 복잡하게 만들 수 있으므로 여러 가지 다양한 형상의 초소형 정밀 부품을 용이하게 제조할 수 있다. 그 결과 기존 기술로는 구현하기 어려웠던 여러 가지 추가 기능을 수행할 수 있는 기능성 정밀 부품을 설계 및 개발할 수 있으며, 특히 미세 광 패턴을 가지는 시트 및 복잡한 미세 유체 기능을 수행하는 미세 유체 칩 등을 높은 정밀도로 용이하게 제조할 수 있다.

도 1과 도 2는 각각 본 발명의 제1 실시예에 따른 마이크로 몰드 시스템의 분해 사시도와 결합 상태 사시도이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 마이크로 몰드 시스템의 사시도이다.
도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 마이크로 몰드 시스템의 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 몰드 시스템의 제조 방법을 나타낸 공정 순서도이다.
도 6은 도 5에 도시한 제1 단계와 제2 단계의 모 기판을 나타낸 개략 사시도이다.
도 7은 도 5에 도시한 제3 단계의 모 기판을 나타낸 개략 사시도이다.
도 8은 도 5에 도시한 제4 단계의 모 기판과 베이스 몰드를 나타낸 개략 사시도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 초소형 정밀 부품의 제조 방법을 나타낸 공정 순서도이다.
도 10은 도 6의 A 부분을 나타낸 노광 마스크의 확대 사진이다.
도 11은 음각 패턴이 형성된 모 기판과 티타늄판을 나타낸 사진이다.
도 12는 복수의 베이스 몰드가 장착된 사출 성형용 몰드 코어를 나타낸 사진이다.
도 13은 본 발명의 가공예에 따라 제조된 초소형 정밀 부품의 성형면을 나타낸 사진이다.
도 14와 도 15는 도 13의 확대 사진이다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

도 1과 도 2는 각각 본 발명의 제1 실시예에 따른 마이크로 몰드 시스템의 분해 사시도와 결합 상태 사시도이다.

도 1과 도 2를 참고하면, 제1 실시예의 마이크로 몰드 시스템(100)은 플라스틱 초소형 정밀 부품을 사출 성형하기 위한 것으로서, 미세 요철이 형성된 성형면(11, 12, 13)을 구비하면서 바닥에서 성형면(11, 12, 13)까지의 높이가 서로 다른 적어도 두 종류의 베이스 몰드(21, 22, 23)를 포함한다.

마이크로 몰드 시스템(100)은, 제1 성형면(11)을 구비하며 바닥에서 제1 성형면(11)까지 제1 높이(h1)를 가지는 제1 베이스 몰드(21)와, 제2 성형면(12)을 구비하며 바닥에서 제2 성형면(12)까지 제2 높이(h2)를 가지는 제2 베이스 몰드(22)와, 제3 성형면(13)을 구비하며 바닥에서 제3 성형면(13)까지 제3 높이(h3)를 가지는 제3 베이스 몰드(23)를 포함할 수 있다. 이때 제1 높이(h1)와 제2 높이(h2) 및 제3 높이(h3)는 서로 다른 값을 가진다.

도 1과 도 2에서는 제1 높이(h1)가 가장 크고 제3 높이(h3)가 가장 작은 경우를 예로 들어 도시하였다. 제1 높이(h1)와 제2 높이(h2)의 차이 값과 제2 높이(h2)와 제3 높이(h3)의 차이 값은 같거나 다를 수 있다. 도 1과 도 2에서는 제1 높이(h1)와 제2 높이(h2)의 차이 값과 제2 높이(h2)와 제3 높이(h3)의 차이 값이 같은 경우를 예로 들어 도시하였다.

제1 내지 제3 성형면(11, 12, 13)은 철부와 요부를 포함하며, 삼각형, 톱니형, 사인(sine) 파형 등 만들고자 하는 초소형 정밀 부품의 성형면 형상에 맞추어 다양한 모양으로 형성될 수 있다. 바닥에서 성형면(11, 12, 13)까지의 수직 거리로 정의되는 베이스 몰드(21, 22, 23)의 높이는 철부 꼭대기를 기준으로 하거나 철부 바닥점을 기준으로 하거나 철부 꼭대기와 바닥점 사이의 중간 지점을 기준으로 할 수 있다.

베이스 몰드(21, 22, 23)의 서로간 높이 차이는 미세 요철을 구성하는 철부의 높이(또는 요부의 깊이) 및 철부 또는 요부의 최대 폭보다 클 수 있다. 그러나 반드시 전술한 경우에 한정되지 않으며 제조하고자 하는 초소형 정밀 부품의 사양에 따라 다양하게 변화 가능하다.

베이스 몰드(21, 22, 23)는 니켈 또는 니켈 합금과 같은 기계적 물성이 뛰어난 금속으로 제조될 수 있다. 제1 내지 제3 베이스 몰드(21, 22, 23)는 성형면(11, 12, 13)이 같은 측에 위치하도록 배치되며, 베이스 몰드(21, 22, 23)의 두께 방향(도면의 x축 방향)을 따라 3개의 성형면(11, 12, 13)이 이어지도록 서로 밀착된다.

제1 내지 제3 베이스 몰드(21, 22, 23)는 접착제 등으로 영구히 결합되는 방식이 아닌 외력에 의해 서로 밀착된 상태만 유지하도록 조합된다. 그리고 각각의 베이스 몰드(21, 22, 23)는 제조하고자 하는 초소형 정밀 부품의 형상에 맞게 그 위치가 변할 수 있다. 즉, 각각의 베이스 몰드(21, 22, 23)는 다음에 설명하는 사출 성형용 몰드 코어의 내부에 적절하게 조합 배치되어 플라스틱 초소형 정밀 부품을 사출 성형하는데 사용된다.

제1 내지 제3 성형면(11, 12, 13)은 바닥과 평행하며, 베이스 몰드(21, 22, 23)의 두께 방향(도면의 x축 방향)을 따라 철부가 일직선 상에 위치하도록 형성될 수 있다. 다른 한편으로, 제1 내지 제3 성형면(11, 12, 13) 중 적어도 두개의 성형면은 성형면(11, 12, 13)의 길이 방향(도면의 y축 방향)을 따라 철부의 위치가 서로 어긋나게 형성될 수 있다. 도 2에서는 첫 번째 경우를 예로 들어 도시하였으며, 두 번째 경우 보다 다양한 형상의 초소형 정밀 부품을 제작할 수 있다.

철부의 위치가 서로 어긋나는 경우, 제1 내지 제3 성형면(11, 12, 13) 중 적어도 두개의 성형면 자체는 철부의 위치가 어긋난 모양으로 형성될 수 있다. 이 경우, 제1 내지 제3 베이스 몰드(21, 22, 23)는 측면이 나란하게 배치된다. 다른 한편으로, 제1 내지 제3 성형면(11, 12, 13)은 철부의 위치가 동일한 모양으로 형성될 수 있으며, 이 경우 제1 내지 제3 베이스 몰드(21, 22, 23) 중 적어도 두개의 베이스 몰드는 그 측면이 서로 어긋나게 배치된다.

이와 같이 마이크로 몰드 시스템(100)은 높이가 서로 다른 두 종류 이상의 베이스 몰드(21, 22, 23)가 조합된 구성으로 이루어지므로 다중 스케일의 성형면(30)을 형성한다. 여기서 다중 스케일이란 서로간 높이 차이를 가지는 다단 구조의 제1 스케일과, 같은 기본 높이에서 요부와 철부가 반복 배치되는 요철 구조의 제2 스케일이 조합된 형상을 의미한다. 주로 제1 스케일의 크기(높이 차이)가 제2 스케일의 크기(철부의 높이 및 철부의 최대 폭)보다 클 수 있다.

따라서 전술한 다중 스케일의 성형면(30)으로 플라스틱을 사출 성형하여 이 성형면(30)과 반대 형상의 성형면을 가지는 다중 스케일의 플라스틱 초소형 정밀 부품을 제조할 수 있다.

한편, 도 1과 도 2에서는 높이가 서로 다른 세 종류의 베이스 몰드(21, 22, 23)를 포함하는 마이크로 몰드 시스템(100)을 나타내었으나, 마이크로 몰드 시스템(100)은 높이가 서로 다른 두 종류의 베이스 몰드를 포함할 수도 있다.

도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 마이크로 몰드 시스템의 사시도이다.

도 3을 참고하면, 제2 실시예의 마이크로 몰드 시스템(110)은 제1 내지 제3 베이스 몰드(21, 22, 23)를 복수개 조합시킨 것을 제외하고 전술한 제1 실시예의 마이크로 몰드 시스템과 동일한 구성으로 이루어진다. 제1 실시예와 같은 부재에 대해서는 같은 인용 부호를 사용한다.

제1 내지 제3 베이스 몰드(21, 22, 23)는 일정한 규칙으로 배열될 수 있다. 도 3에서는 제1 베이스 몰드(21), 제2 베이스 몰드(22), 및 제3 베이스 몰드(23)가 순서대로 반복 배치되는 경우를 도시하였다. 그러나 베이스 몰드의 순서는 도시한 예에 한정되지 않으며, 제1 베이스 몰드(21), 제2 베이스 몰드(22), 제3 베이스 몰드(23), 제2 베이스 몰드(22), 제1 베이스 몰드(21)가 반복 배치되는 등 다양한 조합이 가능하다.

제2 실시예의 마이크로 몰드 시스템(110)은 전술한 제1 실시예의 경우보다 큰 면적의 성형면(31)을 형성하므로 초소형 정밀 부품을 대량 성형하는데 보다 유리하다.

도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 마이크로 몰드 시스템의 사시도이다.

도 4를 참고하면, 제3 실시예의 마이크로 몰드 시스템(120)은 미세 요철이 형성된 성형면(14, 15)이 경사면으로 형성되면서 경사 방향이 반대인 적어도 두 종류의 베이스 몰드(24, 25)를 포함한다.

즉, 마이크로 몰드 시스템(120)은 미세 요철이 형성된 제4 성형면(14)이 제4 성형면(14)의 길이 방향(도면의 y축 방향)을 따라 일측에서 반대편 일측(도면을 기준으로 왼쪽에서 오른쪽)을 향해 높아지는 제4 베이스 몰드(24)와, 미세 요철이 형성된 제5 성형면(15)이 제5 성형면(15)의 길이 방향을 따라 일측에서 반대편 일측을 향해 낮아지는 제5 베이스 몰드(25)를 포함한다.

마이크로 몰드 시스템(120)은 하나의 제4 베이스 몰드(24)와 하나의 제5 베이스 몰드(25)를 포함하거나, 제4 베이스 몰드(24)와 제5 베이스 몰드(25)를 하나씩 교대로 반복 배치한 조합으로 이루어질 수 있다. 도 4에서는 두 번째 경우를 예로 들어 도시하였다. 따라서 마이크로 몰드 시스템(120)의 성형면(32)은 중앙부를 제외한 나머지 영역에서 서로 이웃한 베이스 몰드(24, 25)간 소정의 높이 차이(단차)를 가지며, 이 높이 차이는 성형면(32)의 양측 가장자리로 갈수록 커진다.

제3 실시예의 마이크로 몰드 시스템(120)에 있어서도 제4 성형면(14)과 제5 성형면(15)은 제4 및 제5 베이스 몰드(24, 25)의 두께 방향(도면의 x축 방향)을 따라 철부의 위치가 같거나 서로 어긋나도록 위치할 수 있다. 전술한 제3 실시예의 마이크로 몰드 시스템(120)을 이용하여 사출 성형 방식으로 경사면과 이 경사면에 미세 요철이 형성된 다중 스케일의 초소형 정밀 부품을 제조할 수 있다.

다음으로, 마이크로 몰드 시스템의 제조 방법에 대해 설명한다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 몰드 시스템의 제조 방법을 나타낸 공정 순서도이다.

도 5를 참고하면, 마이크로 몰드 시스템의 제조 방법은, 금속판 위에 모 기판을 부착하는 제1 단계(S10)와, 모 기판 위에 노광 마스크를 형성한 후 이를 패터닝하여 적어도 두 종류의 개구부를 형성하는 제2 단계(S20)와, 모 기판을 노광 후 현상하여 모 기판에 적어도 두 종류의 음각 패턴을 형성하는 제3 단계(S30)와, 음각 패턴에 의해 노출된 금속판 위에 금속 물질을 도금하여 적어도 두 종류의 베이스 몰드를 제조하는 제4 단계(S40)와, 적어도 두 종류의 베이스 몰드를 조합 후 외력을 가하여 밀착시키는 제5 단계(S50)를 포함한다.

도 6은 도 5에 도시한 제1 단계와 제2 단계의 모 기판을 나타낸 개략 사시도이고, 도 7은 도 5에 도시한 제3 단계의 모 기판을 나타낸 개략 사시도이다.

도 6을 참고하면, 모 기판(40) 아래에 금속판(50)을 부착하고, 모 기판(40) 위에 노광 마스크(60)를 형성한다. 모 기판(40)은 엑스선 노광의 경우 엑스선 감광재로 형성되고, 자외선 노광의 경우 자외선 감광재로 형성된다. 모 기판(40)은 고분자 수지, 예를 들어 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA)로 제조될 수 있으며, 금속판(50)은 티타늄판일 수 있다. 노광 마스크(60)는 엑스선 노광의 경우 엑스선 흡수재로 형성되고, 자외선 노광의 경우 자외선 흡수재로 형성된다. 엑스선 흡수재로는 금이 사용될 수 있다.

노광 마스크(60)를 패터닝하여 만들고자 하는 베이스 몰드와 같은 모양의 개구부(61, 62, 63)를 형성한다. 즉, 개구부(61, 62, 63)는 일측에 미세 요철이 형성되고, 바닥에서 미세 요철까지의 높이가 서로 다른 적어도 두 종류의 개구부(61, 62, 63)를 포함한다. 미세 요철이 형성된 개구부(61, 62, 63)의 일측은 소정의 경사각을 가질 수 있다. 도 6에서는 제1의 높이(h1)를 가지는 제1 개구부(61), 제2의 높이(h2)를 가지는 제2 개구부(62), 및 제3의 높이(h3)를 가지는 제3 개구부(63)를 예로 들어 도시하였다.

모 기판(40)은 노광 마스크(60)의 개구부(61, 62, 63)에 대응하는 부분만 외측으로 노출된다. 이 상태에서 방사광 가속기를 이용하여 모 기판(40)에 엑스선을 조사하거나, 자외선 램프를 이용하여 모 기판(40)에 자외선을 조사한 다음 현상 공정을 거친다. 노광 공정에서 모 기판(40) 중 노광 마스크(60)의 아래 부분은 노광 마스크(60)에 의해 엑스선 또는 자외선이 차단되는 반면, 개구부(61, 62, 63)에 의해 노출된 부분은 엑스선 또는 자외선에 노출되므로 용해도가 증가한다. 용해도가 증가된 부분은 현상 공정에서 제거된다.

따라서 도 7에 도시한 바와 같이 모 기판(40)에 개구부(61, 62, 63)와 동일한 모양을 가지는 적어도 두 종류의 음각 패턴(41, 42, 43)이 형성되며, 현상 공정 후 노광 마스크(60)를 제거한다.

도 8은 도 5에 도시한 제4 단계의 모 기판과 베이스 몰드를 나타낸 개략 사시도이다.

도 8을 참고하면, 음각 패턴(41, 42, 43)에 대응하는 금속판(50) 위에 니켈 또는 니켈 합금과 같은 기계적 물성이 우수한 금속 물질을 도금하여 음각 패턴(41, 42, 43)과 같은 모양을 가지는 적어도 두 종류의 베이스 몰드(21, 22, 23)를 제조한다. 이후 모 기판(40)과 금속판(50)으로부터 베이스 몰드(21, 22, 23)를 분리하고, 제조된 베이스 몰드(21, 22, 23)를 조합하여 마이크로 몰드 시스템을 완성한다.

마이크로 몰드 시스템은 바닥에서 성형면까지의 높이가 다르거나 경사 방향이 반대인 적어도 두 종류의 베이스 몰드를 조합하여 다중 스케일의 성형면을 형성한다. 따라서 다중 스케일의 성형면을 가지는 초소형 정밀 부품을 용이하게 제조할 수 있으며, 조합되는 베이스 몰드의 개수를 늘려 성형면의 면적을 크게 하는 경우 초소형 정밀 부품을 대량 생산하는데 유리하다.

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 초소형 정밀 부품의 제조 방법을 나타낸 공정 순서도이다.

도 9를 참고하면, 초소형 정밀 부품의 제조 방법은, 바닥에서 성형면까지의 높이가 서로 다른 적어도 두 종류의 베이스 몰드를 제작하는 제1 단계(S100)와, 사출 성형용 몰드 코어의 내부에 성형면이 노출되도록 적어도 두 종류의 베이스 몰드를 조합 배치하는 제2 단계(S200)와, 마이크로 몰드 시스템으로 플라스틱을 사출 성형하여 베이스 몰드의 성형면과 반대 형상의 성형면을 가지는 초소형 정밀 부품을 제조하는 제3 단계(S300)를 포함한다.

제1 단계(S100)에서 적어도 두 종류의 베이스 몰드는 미세 요철이 형성된 성형면이 바닥과 평행하거나 소정의 경사각을 갖도록 형성된다. 제2 단계(S200)에서 사출 성형용 몰드 코어는 베이스 몰드 장착을 위한 내부 공간을 형성하며, 이 내부 공간에 적어도 두 종류의 베이스 몰드가 밀착 배치된다. 제3 단계(S300)에서 마이크로 몰드 시스템의 성형면을 이용하여 플라스틱을 사출 성형함으로써 마이크로 몰드 시스템의 성형면과 반대 형상의 성형면을 가지는 초소형 정밀 부품을 제조한다.

이와 같이 적어도 두 종류의 베이스 몰드를 단독 또는 복수개로 조합하여 마이크로 몰드 시스템의 성형면을 복잡하게 만들 수 있으며, 그 결과 복잡한 형상의 초소형 정밀 부품을 용이하게 제조할 수 있다. 따라서 기존 기술로는 구현하기 어려웠던 여러 가지 추가 기능을 수행할 수 있는 기능성 정밀 부품을 설계 및 개발할 수 있다. 특히 미세 광 패턴을 가지는 시트 및 복잡한 미세 유체 기능을 수행하는 미세 유체 칩 등을 제조할 수 있다.

실시예

티타늄판 위에 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA)로 형성된 1mm 두께의 모 기판을 부착하였다. 모 기판 위에 엑스선 흡수재를 도포하여 노광 마스크를 형성한 다음 노광 마스크를 패터닝하여 높이 차이가 100㎛인 세 종류의 개구부를 형성하였다.

도 10은 노광 마스크의 확대 사진으로서 도 6의 A 부분을 나타내고 있다. 도 10에서 검은 부분은 노광 마스크(50)이고, 밝은 부분은 노광 마스크(50)의 개구부에 의해 노출된 모 기판(40)의 표면이다. 노광 마스크에 형성된 미세 요철은 개구부를 기준으로 밑변 길이가 150㎛이고 높이가 50㎛인 삼각형 모양의 철부가 연속으로 배열된 형상으로 이루어진다.

이후 방사광 가속기를 이용하여 모 기판에 엑스선을 조사한 다음 현상하여 모 기판에 개구부와 같은 모양의 음각 패턴을 형성하였다. 도 11에 음각 패턴(41, 42, 43)이 형성된 모 기판(40)과, 모 기판(40)의 후면에 위치하는 티타늄판(50)의 사진을 나타내었다.

이어서 음각 패턴에 의해 노출된 티타늄판 위에 니켈 전기도금 공정을 진행하여 음각 패턴과 같은 모양의 베이스 몰드를 제작하였다. 그리고 모 기판과 티타늄판으로부터 베이스 몰드를 분리시킨 후 사출 성형용 몰드 코어의 내부에 베이스 몰드를 장착하였다.

도 12는 복수의 베이스 몰드가 장착된 사출 성형용 몰드 코어를 나타낸 사진이다. 도 12에서 부호 70은 사출 성형용 몰드 코어이고, 부호 33은 베이스 몰드의 성형면을 나타낸다. 도 12에서 일부 베이스 몰드의 성형면(33)은 바닥과 평행하고, 나머지 베이스 몰드의 성형면(33)은 소정의 경사각을 가진다. 도 12에 나타낸 베이스 몰드의 조합은 하나의 예이며, 다양한 조합으로 변형 가능하다.

도 12에 도시한 사출 성형용 몰드 코어를 이용하여 플라스틱을 사출 성형함으로써 초소형 정밀 부품을 제조하였다. 도 13은 제조된 초소형 정밀 부품의 성형면(34)을 나타낸 사진이고, 도 14와 도 15는 도 13의 확대 사진이다. 도 13 내지 도 15를 참고하면, 초소형 정밀 부품의 성형면(34)은 베이스 몰드의 성형면(33)과 반대 형상을 가지며, 다단 구조의 제1 스케일과 요철 구조의 제2 스케일이 조합된 다중 스케일을 구현하고 있음을 확인할 수 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.

100, 110, 120: 마이크로 몰드 시스템
11, 12, 13, 14, 15: 제1 내지 제5 성형면
21, 22, 23, 24, 25: 제1 내지 제5 베이스 몰드
30, 31, 32, 33, 34: 성형면
40: 모 기판 41, 42, 43: 음각 패턴
50: 금속판 60: 노광 마스크
61, 62, 63: 개구부 70: 사출 성형용 몰드 코어

Claims

초소형 정밀 부품을 사출 성형 방식으로 제작하기 위한 마이크로 몰드 시스템에 있어서,
미세 요철이 형성된 성형면을 구비하면서 바닥에서 상기 성형면까지의 높이가 서로 다른 적어도 두 종류의 베이스 몰드를 포함하며, 다단 구조의 제1 스케일과 미세 요철 구조의 제2 스케일이 조합된 다중 스케일의 성형면을 제공하고, 상기 적어도 두 종류의 베이스 몰드는 순서 변경이 가능하도록 임의로 조합되는 마이크로 몰드 시스템.
제1항에 있어서,
상기 적어도 두 종류의 베이스 몰드는 서로 이웃하는 방향을 따라 가해지는 외력에 의해 서로 밀착되는 마이크로 몰드 시스템.
제2항에 있어서,
상기 성형면은 상기 바닥과 평행하게 위치하는 마이크로 몰드 시스템.
제2항에 있어서,
상기 성형면은 경사면으로 형성되는 마이크로 몰드 시스템.
제4항에 있어서,
상기 적어도 두 종류의 베이스 몰드 중 어느 한 베이스 몰드의 성형면과 다른 한 베이스 몰드의 성형면은 경사 방향이 서로 반대인 마이크로 몰드 시스템.
제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 적어도 두 종류의 베이스 몰드 중 어느 한 베이스 몰드의 성형면과 다른 한 베이스 몰드의 성형면은 동일선 상에 위치하는 철부를 포함하는 마이크로 몰드 시스템.
제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 적어도 두 종류의 베이스 몰드 중 어느 한 베이스 몰드의 성형면과 다른 한 베이스 몰드의 성형면은 서로 어긋나게 위치하는 철부를 포함하는 마이크로 몰드 시스템.
금속판 위에 모 기판을 부착하는 단계;
상기 모 기판 위에 노광 마스크를 형성한 후 패터닝하여 일측에 미세 요철을 구비하면서 높이가 서로 다른 적어도 두 종류의 개구부를 형성하는 단계;
상기 모 기판을 엑스선과 자외선 중 어느 하나로 노광 후 현상하여 상기 모 기판에 상기 개구부와 같은 형상을 가지는 적어도 두 종류의 음각 패턴을 형성하는 단계;
상기 음각 패턴에 의해 노출된 상기 금속판 위에 금속 물질을 도금하여 상기 음각 패턴과 같은 형상을 가지는 적어도 두 종류의 베이스 몰드를 제조하는 단계;
상기 적어도 두 종류의 베이스 몰드를 미세 요철이 형성된 성형면이 같은 측에 위치하도록 조합 후 상기 베이스 몰드가 조합된 방향을 따라 외력을 가하여 밀착시키는 단계
를 포함하는 마이크로 몰드 시스템의 제조 방법.
제8항에 있어서,
상기 모 기판은 엑스선 감광재와 자외선 감광재 중 어느 하나로 제조되고, 상기 노광 마스크는 엑스선 흡수재와 자외선 흡수재 중 어느 하나로 제조되는 마이크로 몰드 시스템의 제조 방법.
제8항에 있어서,
상기 노광 마스크의 개구부를 형성할 때 상기 미세 요철이 형성된 일측면이 상기 개구부의 바닥과 평행하도록 형성하는 마이크로 몰드 시스템의 제조 방법.
제8항에 있어서,
상기 노광 마스크의 개구부를 형성할 때 상기 미세 요철이 형성된 일측면이 상기 개구부의 바닥에 대해 경사각을 갖도록 형성하는 마이크로 몰드 시스템의 제조 방법.
제11항에 있어서,
상기 베이스 몰드를 조합할 때 서로 이웃한 두 베이스 몰드에서 상기 미세 요철이 형성된 성형면의 경사 방향이 반대가 되도록 조합하는 마이크로 몰드 시스템의 제조 방법.
제8항에 있어서,
상기 금속판 위에 금속 물질을 도금할 때 니켈 또는 니켈 합금을 전기 도금하는 마이크로 몰드 시스템의 제조 방법.
미세 요철이 형성된 성형면을 구비하면서 바닥에서 상기 성형면까지의 높이가 서로 다른 적어도 두 종류의 베이스 몰드를 제작하는 단계;
사출 성형용 몰드 코어의 내부에 상기 적어도 두 종류의 베이스 몰드를 상기 성형면이 노출되도록 조합 배치하여 다단 구조의 제1 스케일과 미세 요철 구조의 제2 스케일이 조합된 다중 스케일의 성형면을 제공하는 단계;
상기 성형면을 통해 플라스틱을 사출 성형하여 상기 성형면과 반대 형상의 성형면을 가지는 다중 스케일의 초소형 정밀 부품을 제조하는 단계
를 포함하는 초소형 정밀 부품의 제조 방법.