KR101733574B1 - 패턴이 형성된 금속기판 제조방법 및 이를 이용해 제조된 패턴이 형성된 금속기판 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 종래 도금 방식 또는 기계적인 결합을 이용하는 방법에 비해 외력에 의한 균열, 마모 및 박리를 방지할 수 있는 패턴이 형성된 금속기판 제조방법에 관한 것으로, 금속기판(100)의 상부에 패턴을 형성하는 패턴 형성단계, 상기 금속기판(100)에 형성된 상기 패턴을 따라 패턴층(200)을 형성하는 패턴층 형성단계 및 상기 패턴층 형성단계를 거친 금속기판(100)을 열처리하는 열처리단계를 포함하되, 상기 패턴층(200)을 형성하는 금속의 확산계수는 상기 금속기판(100)을 형성하는 금속의 확산계수보다 큰 것을 특징으로 한다.

Description

패턴이 형성된 금속기판 제조방법 및 이를 이용해 제조된 패턴이 형성된 금속기판{Manufacturing method for metal including pattern and metal including pattern using there}
본 발명은 패턴이 형성된 금속기판 제조방법 및 이를 이용해 제조된 패턴이 형성된 금속기판에 관한 것으로, 보다 상세히는 종래 도금 방식 또는 기계적인 결합을 이용하는 방법에 비해 외력에 의한 균열, 마모 및 박리를 방지할 수 있는 패턴이 형성된 금속기판 제조방법 및 이를 이용해 제조된 패턴이 형성된 금속기판에 관한 것이다.
일반적으로 금속에 패턴을 제조하는 방법으로는 습식이나 건식도금 방법 또는 기계적인 결합을 이용하여 금속 표면에 패턴을 형성하는 방법이 주로 적용되어 왔으며, 금속 표면에 패턴을 형성하는 종래 건식도금에 관해서는 한국등록특허 제10-1040768호("다기공 소결 발향체의 건식 도금 방법", 2011.06.03.)에 개시되어 있다. 이러한 종래의 방식은 단일 금속을 적용하는 것이 일반적이며, 다양한 금속의 특성을 이용한 적용기술은 시도되지 않고 있는 실정이다.
이러한 도금의 경우 기지금속의 표면에 코팅되는 단순한 구조로 형성되어 외력에 의해 균열이 발생하거나 쉽게 박리되는 문제점이 있고, 이러한 손상에 의해 기지금속이 외부로 드러나는 문제점이 있다. 또한 단순히 금속표면에 코팅되는 수준의 결합강도는 이차적인 소성가공을 통한 변형이나 가공을 적용하는 것에 한계가 있다.
한국등록특허 제10-1040768호("다기공 소결 발향체의 건식 도금 방법", 2011.06.03.)
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로써, 본 발명에 의한 패턴이 형성된 금속기판 제조방법 및 이를 이용해 제조된 패턴이 형성된 금속기판의 목적은 기존 도금 구조에서 발생되는 도금층의 균열이나 박리, 마모 등의 발생을 방지할 수 있는 금속 표면에 패턴을 형성할 수 있는 패턴이 형성된 금속기판 제조방법 및 이를 이용해 제조된 패턴이 형성된 금속기판을 제공함에 있다.
또한 본 발명의 목적은, 이종의 금속을 적용하여 패턴층을 형성하기가 용이한 패턴이 형성된 금속기판 제조방법 및 이를 이용해 제조된 패턴이 형성된 금속기판을 제공함에 있다.
상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명에 의한 패턴이 형성된 금속기판 제조방법 및 이를 이용해 제조된 패턴이 형성된 금속기판은, 금속기판(100)의 상부에 패턴을 형성하는 패턴 형성단계, 상기 금속기판(100)에 형성된 상기 패턴을 따라 패턴층(200)을 형성하는 패턴층 형성단계 및 상기 패턴층 형성단계를 거친 금속기판(100)을 열처리하는 열처리단계를 포함하되, 상기 패턴층(200)을 형성하는 금속의 확산계수는 상기 금속기판(100)을 형성하는 금속의 확산계수보다 큰 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 패턴이 형성된 금속기판 제조방법은 상기 패턴 형성단계 이전에 수행되며, 상기 금속기판(100)의 상면에 마스크층(300)을 형성하는 마스크층 형성단계를 더 포함하며, 상기 패턴 형성단계는 상기 마스크층(300)에 패턴을 형성하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 마스크층 형성단계 및 패턴 형성단계는 패드인쇄, 스크린인쇄 또는 프린팅을 통해 패턴이 형성된 마스크층(300)을 상기 금속기판(100)의 상부에 직접 형성하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 패턴 형성단계는 레이저, 전자빔, 포토리소그래피를 통해 상기 마스크층(300)에 상기 패턴을 형성하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 패턴 형성단계는 상기 금속기판(100)을 가압하는 프레스 가공을 통해 상기 패턴을 형성하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 패턴이 형성된 금속기판 제조방법은 상기 패턴층 형성단계와 열처리단계 사이에 수행되며, 상기 패턴층(200)을 제외한 마스크층(300)을 제거하는 마스크층 제거단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 패턴층 형성단계는 도금 및 용사를 통해 상기 패턴층(200)을 형성하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 패턴 형성단계와 패턴층 형성단계는 금속분말을 인쇄하거나, 금속분말의 가압하여 상기 금속기판(100)의 상측에 패턴층(200) 및 패턴을 동시에 형성하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 금속기판(100)은 적어도 두 개 이상의 서로 다른 금속층이 적층된 구조인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 금속기판(100)은 서로 다른 종류의 금속의 합금으로 이루어지며, 상기 패턴층 형성단계는 상기 패턴층(200)을 상기 금속기판(100)을 이루는 서로 다른 종류의 금속 중 확산계수가 높은 금속으로 제조하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 패턴이 형성된 금속기판 제조방법은 상기 패턴층 형성단계와 열처리단계 사이에 수행되며, 상기 열처리단계를 거친 상기 금속기판(100)을 캔에 적층하는 적층단계 및 상기 캔을 가압하여 적층된 상기 금속기판(100) 사이의 공극을 없앤 빌렛을 제조하는 빌렛 제조단계를 더 포함하며, 상기 열처리단계는 상기 빌렛을 열처리하며 압출하는 것을 특징으로 한다.
상기 패턴이 형성된 금속기판 제조방법을 통해 제조된 패턴이 형성된 금속기판은, 금속기판(100) 및 상기 금속기판(100)의 상부에 미리 정해진 형태로 형성되되, 상기 금속기판(100) 내부로 확산된 패턴층(200)을 포함하되, 상기 패턴층(200)을 형성하는 금속의 확산계수는 상기 금속기판(10)을 형성하는 금속의 확산계수보다 큰 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 금속기판(100)은 서로 다른 종류의 금속의 합금으로 이루어지며, 상기 패턴층(200)은 상기 금속기판(100)을 이루는 서로 다른 종류의 금속 중 확산계수가 높은 금속으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 금속기판(100)은 서로 다른 종류의 금속층이 적층된 구조인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 패턴이 형성된 금속기판 제조방법 및 이를 이용해 제조된 패턴이 형성된 금속기판에 의하면, 금속기판의 상부에 형성된 패턴층의 금속이 열처리과정을 통해 금속기판 내부로 확산이 일어나게 되므로, 종래의 도금에 비해 패턴층의 단차가 적거나 거의 없어 도금층의 균열이나 박리, 마모 등의 발생을 방지하면서 금속 표면에 패턴을 형성할 수 있는 효과가 있다.
또한 본 발명에 의하면, 패턴층을 서로 다른 두 개 이상의 금속을 이용하여 형성할 수 있는 효과가 있다.
또한 본 발명에 의하면, 확산이 일어난 패턴층과 금속기판의 색상을 동일하게 하여 육안으로 확인 불가능한 패턴을 제조해 이 패턴을 보안요소로 활용 가능한 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 패턴형성단계에서 패턴이 형성된 금속기판(100)의 개략도.
도 2는 본 발명의 마스크층 형성단계의 단면도.
도 3은 본 발명의 패턴 형성단계의 단면도.
도 4는 본 발명의 패턴층 형성단계의 단면도.
도 5는 본 발명의 마스크층 제거단계의 단면도.
도 6은 본 발명의 열처리단계의 단면도.
도 7 내지 도 9는 본 발명의 패턴 형성단계의 다른 실시예의 단면도.
도 10은 본 발명의 패턴층 형성단계의 다른 실시예의 단면도.
도 11은 본 발명의 패턴이 형성된 금속기판.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 의한 패턴이 형성된 금속기판 제조방법에 관하여 상세히 설명한다.
본 발명에 의한 패턴이 형성된 금속기판 제조방법은, 패턴 형성단계, 패턴층 형성단계 및 열처리단계를 포함한다.
상기 패턴 형성단계는 금속기판의 상부에 패턴을 형성하는 단계이다. 상기 패턴 형성단계에서 패턴이 형성되는 대상이 금속기판이냐, 마스크층이냐에 따라 달라질 수 있다. 상기 패턴이 형성되는 대상이 마스크층일 경우, 금속기판의 상면에 마스크층(300)을 형성하는 마스크층 형성단계가 상기 패턴 형성단계 이전에 수행된다.
먼저 패턴이 형성되는 대상이 마스크층인 경우에 대해서 설명한다. 도 1은 금속기판(100)의 상부에 마스크층(300)이 형성되고, 상기 마스크층(300)이 부분적으로 제거되어 상기 금속기판(100)의 상부에 노출면(10)이 형성된 상태를 도시한 것이다. 상기 마스크층(300)이 제거된 부분이 후술할 패턴층(200)이 채워져 일정한 패턴을 형성할 수 있다. 도 1에서 상기 노출면(10)이 이루는 형상, 즉 패턴은 마름모꼴 형상을 하고 있지만, 이는 본 발명의 일실시예에로, 이에 한정되지 않고 다양한 형상이 될 수 있다.
도 2는 금속기판(100)의 상부에 마스크층(300)이 형성된 상태를 개략적으로 도시한 것이다. 상기 마스크층(300)은 고분자로 형성되며, 용매에 녹는 특징을 가진다. 상기 마스크층(300)은 상기 금속기판(100)의 전체에 형성될 수 있고, 일부분에 부분적으로 적용될 수 있으며, 이는 형성할 패턴의 형상이나 패턴이 형성되는 부위에 따라 달라질 수 있다. 상기 마스크층(300)은 마스크층(300)을 형성하는 재질의 고분자 용액을 스프레이, 디핑(deeping), 스핀코터 등과 같은 방법을 이용해 상기 금속기판(100)의 상부에 도포한 후 경화시키거나 건조시키는 방식으로 형성한다.
상기 마스크층(300)의 역할은 도금될 부분과 비도금될 부분을 분리하는 역할을 하며, 다양한 방법으로 상기 마스크층(300)을 부분적으로 제거하여 패턴을 형성할 수 있다. 상기 마스크층(300)을 부분적으로 제거하여 패턴을 형성하는 방법은 레이저, 전자빔 또는 포토리소그래피가 될 수 있다. 이렇게 레이저 및 전자빔을 이용하여 상기 마스크층(300)을 제거하는 방법은 상기 마스크층(300)에 패턴을 물리적으로 제거하는 방법이며, 상기 레이저 및 전자빔을 통해 상기 마스크층(300)은 부분적으로 제거되어 상기 마스크층(300)의 하부에 위치한 상기 금속기판(100)의 일부분이 노출될 수 있도록 한다.
상기 마스크층(300)을 부분적으로 제거하여 패턴을 형성하는 다른 방법으로는 포토리소그래피가 있을 수 있는데, 상기 포토리소그래피는 반도체공정에서 주로 사용되는 방식이다.
상기 포토리소그래피를 본 발명에 적용한 경우를 간략히 설명하면, 먼저 스핀코팅(Spin-Coating)을 이용하여 감광제(Photoresist)를 상기 마스크층(300)의 상면에 균일한 두께로 도포한다. 감광제는 빛에 민감한 물질로, 노광된 부분은 세척액으로 쉽게 벗겨져 나간다. 이후 상기 마스크층(300)에 형성할 패턴이 인쇄된 별도의 마스크를 상기 마스크층(300)에 전사시킨 후, 세척액을 통해 상기 감광제의 노광된 부분을 제거한다. 이러면 노광된 부분의 상기 마스크층(300)은 노출되게 되며, 이 부분을 상기 마스크층(300)의 용매를 통해 제거하여, 상기 금속기판(100)의 상부가 노출될 수 있도록 한다. 상기 포토리소그래피의 경우 비교적 복잡하고 정밀한 패턴을 상기 마스크층(300)에 형성하고자 할 때 사용되는 방식이다.
상술한 방법들 외에도, 패턴이 형성된 상기 마스크층(300)을 직접 상기 금속기판(100)의 상부에 형성하는 방법이 있으며, 이 방법은 패드인쇄, 스크린인쇄 또는 프린팅을 통한 방법이다. 즉, 상술한 인쇄방법들은 상기 마스크층(300)을 만드는 마스크층 형성단계 및 패턴 형성단계가 동시에 수행될 수 있는 방법이다.
상술한 패턴 형성단계의 다양한 방법은 단일의 방법만이 사용될 수 도 있고, 하나 이상의 방법이 복합적으로 사용될 수 있으며, 이는 형성하고자 하는 패턴의 형태 또는 설계사항에 따라 변경될 수 있다.
도 3은 상기 패턴 형성단계를 거쳐 상기 금속기판(100)의 상부가 부분적으론 노출된, 즉 상기 마스크층(300)에 패턴이 형성된 상태를 도시한 것이다. 상기 마스크층(300)의 상부 중 일부가 상술한 방법으로 제거된 후에는 다음 단계를 위해 상기 금속기판(100) 및 마스크층(300)을 세척 및 건조하는 단계가 필요할 수 있다.
도 4는 상기 패턴층 형성단계가 수행된 후를 개략적으로 도시한 것으로, 상기 금속기판(100)에 형성된 상기 패턴, 즉 상기 노출면(10)에 패턴층(200)을 채우는 단계이다. 상기 패턴층(200)을 형성하는 방식은 다양한 방법이 있을 수 있으며, 그 방법으로 도금, 용사, 금속분말의 인쇄가 될 수 있다.
도금은 가장 전통적인 방식으로, 건식 또는 습식도금이 사용될 수 있다. 습식도금의 경우, 상기 금속기판(100)을 도금조에 통과시키며 상기 노출면(10)을 도금하는 방식일 수 있고, 이 외에도 랙도금, 무전해도금 또는 전해도금이 사용될 수 있다. 도금을 통해 상기 패턴층(200)을 형성할 때 상기 패턴층(200)의 두께는 인가된 전류, 전압, 기판소재의 이동속도에 따라 조절될 수 있다. 건식도금인 증착의 경우 진공 챔버내에서 롤투롤 공정을 통해 증착속도 및 롤 이동속도의 제어를 통해 상기 패턴층(200)의 형성이 가능하다.
용사(Thermal spray)는 금속분말을 플라즈마와 함께 분사하여 금속분말을 모재의 표면과 접합되게 하여 코팅하는 방식이다. 상기 용사의 경우 상기한 마스크층(300)과 다른 재질의 마스크층이 사용되어야 하는데, 이는 상기 용사를 통해 분사되는 금속분말이 매우 고온이여서 이에 의해 상기 마스크층(300)이 손상될 수 있기 때문이다. 따라서 용사 방식으로 상기 패턴층(200)을 형성할 경우 용사의 분사온도보다 높은 온도에서 녹는점을 가지는 금속 재질의 마스크층이 필요하다.
상기 금속분말의 인쇄는 금속분말을 잉크화 하여, 프린팅 하는 방식이며 상기 금속분말을 원하는 패턴대로 형성할 수 있다면 상기 마스크층(300)은 사용되지 않아도 된다.
상기 패턴층 형성단계 또한 상기한 방법 중 선택되는 한 가지 이상의 방식으로 상기 패턴층(200)을 형성할 수 있다. 상기 패턴층(200)에 형성되는 금속은 상기 금속기판(100)을 형성하는 금속보다 확산계수가 높아야 한다. 이는 후술할 상기 열처리과정에서 상기 패턴층(200)이 상기 금속기판(100) 내부로 확산이 일어나게 하기 위함으로, 상세한 사항은 후술한다.
상기 패턴층(200)이 형성된 후, 상기 마스크층(300)은 제거되는 마스크층 제거단계가 수행되어야 한다. 도 5는 상기 마스크층(300)을 제거한 상태를 도시한 것으로, 도 5에 도시된 바와 같이 상기 금속기판(100)의 상면에 패턴을 따라 형성된 상기 패턴층(200)만이 남게 된다. 상기 마스크층(300)을 제거하는 방법은 화학적으로 용매를 통해 제거한다. 상기 마스크층(300)을 제거한 후, 세척 및 건조과정이 수행될 수 있으며, 필요에 의해 세척 및 건조과정이 반복될 수 있다.
도 5에 도시된 상기 마스크층 제거단계 까지는 일반적인 도금 과정에 포함되는 단계로, 도 5에 도시된 바와 같이 상기 패턴층(200)은 상기 금속기판(100)의 상측으로 돌출되어 있어 균열, 마모, 박리와 같은 현상이 쉽게 일어날 수 있으며, 이를 극복하기 위해 후술할 상기 열처리단계가 수행된다.
도 6은 상기 열처리단계가 수행되는 과정을 개략적으로 도시한 것이다. 본 발명의 하나의 실시예로 상기 금속기판(100)은 구리일 수 있고, 상기 패턴층(200)은 아연일 수 있다. 확산계수는 상기 패턴층(200)을 형성하는 아연이 상기 금속기판(100)을 형성하는 구리보다 높다. 상기 열처리단계에서는 상기 금속기판(100)을 상기 아연이 녹는점(섭씨 420도) 이상의 온도로 열처리하게 되면, 상기 아연이 녹으면서 구리 재질의 상기 금속기판(100) 내부로 확산이 일어난다. 이 과정에서 상기 패턴층(200)이 돌출된 부분이 줄어들게 되고, 상기 열처리단계가 끝나면 상기 패턴층(200)의 단차가 줄어들거나, 아예 없어지게 된다.
상기 패턴층(200)의 확산이 일어난 부분에는 상기 금속기판(100)과 패턴층(200)의 합금이 형성된다. 상기한 실시예의 경우, 구리와 아연의 합금인 황동이 형성되는데, 황동은 노란색을 띄고, 구리는 붉은색을 띄므로 상기 패턴층(200)이 사라져도 패턴은 남게 된다.
상기 열처리단계는 상기 금속기판(100)을 전체적으로 일정온도 이상의 환경으로 만들어 열처리하는 방법이 있을 수 있고, 또 다른 방법으로는 확산이 일어나는 부분인 상기 패턴층(200)에만 부분적으로 열을 공급하는 것이다. 이는 플라즈마, 레이저, 전자빔, 고주파, 토치램프등을 사용하여 상기 패턴층(200)에 열을 공급해 상기 금속기판(100)의 내부로 상기 패턴층(200)의 확산을 유도하는 방식으로, 확산계수 차가 상이한 금속소재의 적용에 유리하며, 가열부위를 임의로 조정함에 따라 확산범위를 인위적으로 조정하여 패턴의 선예성(Sharpness)를 향상시킬 수 있다. 상기한 방법 중 레이저나 전자빔을 이용한 경우 적용 빔의 크기는 수 마이크로미터에 불과하기 때문에 정밀한 조사가 가능하여 패턴의 선예성을 높일 수 있다.
상기 열처리단계를 통해 상기 패턴층(200)의 확산이 끝난 상기 금속기판(100)은 별도의 클리닝 공정을 통해 패턴이 형성된 금속기판을 완성하게 된다.
상술한 단계는 사용자의 필요에 의해 반복 수행이 가능하다. 이의 일예로써, 상기한 모든 과정을 통해 구리 재질의 금속기판의 상부에 아연을 도금하고, 이후 다시 상기한 모든 과정을 걸쳐 아연의 상부에 니켈을 도금함으로써, 구리-아연-니켈 3원계 합금으로 이루어진 패턴을 제조할 수 있다.
이하 마스크층이 필요하지 않은 패턴이 형성된 금속기판 제조방법에 관하여 설명한다. 마스크층이 필요하지 않은 패턴이 형성된 금속기판 제조방법은, 상기 패턴을 마스크를 이용하지 않고 제작하는 방식으로, 패턴 형성단계, 패턴층 형성단계 및 열처리단계를 포함할 수 있다.
도 7은 상기 패턴 형성단계에서 상기 패턴을 형성하는 방법 중 프레스 가공을 개략적으로 도시한 것으로, 금속기판(100)의 상부에 프레스장치(20)가 위치하며, 상기 프레스장치(20)가 상기 금속기판(100)의 상면을 가압한다. 도 8은 상기 금속기판(100)을 상기 프레스장치(20)가 가압한 것을 개략적으로 도시한 것으로, 도 7 및 8에 도시된 바와 같이 상기 프레스장치(20)의 하측에는 형성하고자 하는 패턴 형상의 돌출부가 형성되어 있다. 도 9는 상기 프레스 가공이 끝난 것을 도시한 것으로, 도 9에 도시된 바와 같이 상기 금속기판(100)의 상면에는 함몰면(30)이 형성된다. 즉 마스크가 필요하지 않는 상기 패턴 형성단계에서는 상기 금속기판(100)의 상면 중 원하는 부분을 함몰시켜 패턴을 형성하며, 이 과정에서 함몰된 함몰면(30)에 패턴층(200)이 형성된다.
도 10은 패턴층 형성단계가 수행된 것을 도시한 것으로, 상기 함몰면(30)에 패턴층(200)이 형성되어 있다. 이후 열처리단계를 거치면 상기 패턴층(200)은 상기 금속기판(100) 내부로 확산이 일어나 패턴이 최종적으로 형성된다.
상기한 마스크층이 필요하지 않은 패턴 형성단계에서 프레스 가공을 하는 것 외에도, 상술한 금속분말을 잉크화 하여 직접 상기 금속기판의 상면에 패턴을 인쇄하는 방식이 사용될 수 있다. 상기 금속분말을 잉크화하여 인쇄하는 경우, 인쇄 후 UV수지를 통해 경화시키는 단계가 추가적으로 필요하며, 이를 위해 후술할 과정에서 별도의 공정이 필요하다.
마스크층을 사용하지 않고 패턴을 형성할 수 있는 다른 방식으로는 금속분말을 가압하는 방법이 있을 수 있다. 금속분말을 상기 금속기판(100)에 가압하는 방법을 보다 상세히 설명하면, 먼저 금속분말을 패턴이 형상을 따라 내부가 형성된 금형에 삽입한 후, 이를 상기 금속기판(100)의 상면에 가압하여 상기 금속기판(100)의 상면에 패턴을 형성한다. 금속분말을 가압하는 형태의 경우, 서로 다른 종류의 금속분말을 섞어 사용하거나, 합금분말을 이용해 상기 패턴층(200)을 형성하는 것 또한 가능하다.
상기 금속기판(100)은 서로 다른 종류의 금속으로 이루어질 수 있다. 이는 확산계수에 따라 상기 금속기판(100)의 재질이 상기 패턴층(200)의 재질에 의해 한정될 수 있음을 막기 위함이다. 이의 예를 들어보면, 금속기판은 확산계수가 큰 재질의 제1금속을 사용하여 형성되고, 상기 제1금속의 금속기판의 상부에 확산계수가 작은 제2금속을 이용해 패턴을 형성하고자 하는 경우가 있을 수 있다. 이때 상기한 열처리과정이 수행되더라도 제2금속이 제1금속의 내부로 확산이 일어나지 않으므로, 금속기판과 패턴층의 사이에 제3금속층을 형성한다. 이때 상기 제3금속의 확산계수는 상기 제2금속의 확산계수보다 작으며, 따라서 열처리 과정이 진행되면 제2금속은 제3금속의 내부로 확산이 일어나게 된다. 이때 열처리되는 온도는 제1금속의 녹는점 이상이 되지 않도록 한다.
상기한 예는 상기 금속기판(100)이 서로 다른 금속의 층으로 이루어지는 일실시예로, 더 많은 종류의 금속이 사용될 수 도 있으며, 강도의 강화나 별도의 목적을 위해 상기 금속기판(100)이 서로 다른 금속의 층으로 이루어질 수 있고, 또 합금으로 이루어질 수 있다.
상기 금속기판(100)이 서로 다른 금속의 합금으로 이루어질 경우, 보안요소를 포함할 수 있다. 이의 예로써, 금속기판의 소재를 질량비 구리 80% 니켈 20%의 백동으로 하고, 패턴층의 소재를 니켈로 한 후 상기 열처리단계를 거쳐 패턴이 형성된 금속기판을 제조할 수 있다. 이 경우 상기 금속기판의 색상이 패턴이 형성된 부분과 형성되지 않은 부분이 서로 동일하므로 패턴을 육안으로 확인할 수 없지만, 패턴이 형성된 부분의 니켈의 농도는 증가하기 때문에 농도차를 검출할 수 있는 장비가 별도로 필요해, 이를 보안요소로 활용할 수 있다.
이의 다른 예로써, 금속기판을 질량비 기준 구리 70% 아연 30%의 황동소재로 제작하고, 패턴층을 아연으로 도금하여 확산하면 육안상 금속기판과 패턴의 색상이 동일하므로, 육안이나 감촉으로 이를 인식하지 못해 이를 보안요소로 활용할 수 있다.
이러한 보안요소로써의 패턴은 상기 금속기판의 양면에 형성될 수 도 있으며, 상기 금속기판이 서로 다른 금속의 층으로 형성되어 양면에 서로 다른 패턴이 형성되어 보안요소로 활용할 수 있다.
상기 금속기판(100) 및 패턴층(200)은 다양한 재질의 금속이 형성될 수 있으며, Cu, Zn, Pt, Ni, Al, V, Ag, Sn, Pb, B, Be, Bi, In, Mg, Co, Cr, Zr, Ti, Fe, Sr, Sb, Nb, Cd, W, Se, P, Ce, Nd, Li, Na, Ca, K 등의 다양한 금속 중 선택되어 사용될 수 있으며, 상기한 금속 중 선택되는 적어도 두 개 이상의 합금이 사용될 수 도 있다.
이하 본 발명에 의해 형성된 패턴이 형성된 금속기판의 다른 제조방법에 대해서 설명한다. 이하 방법에서는 도 5에 도시된 상기 패턴층 형성단계가 끝난 상기 금속기판(100)을 사용되며, 상기 패턴층 형성단계와 열처리단계 사이에 수행되는 적층단계 및 빌렛 제조단계가 더 포함된다.
상기 적층단계는 상기 패턴층 형성단계가 끝난 상기 금속기판(100)을 일측이 개구된 통 형상의 캔 내부에 적층하는 단계이다. 이 과정은 캐닝(Canning)이라고 하며, 일측이 개구된 캔의 내부에 상기 금속기판(100)이 가득 차면 개구된 부분을 용접과 같은 방법을 통해 막는다.
상기 빌렛 제조단계는 상기 적층단계를 통해 제조된 캔을 일정온도 이상으로 가열하며 3차원방향에서 동일한 압력으로 가압하는 단계이다. 상기 빌렛 제조단계에서의 가열온도는 금속기판 및 패턴층의 재질에 따라 달라지지만, 본 실시예에서는 금속기판이 구리재질이고, 패턴층이 아연인 경우에 대해서 설명하며, 이 경우 상기 빌렛 제조단계에서 가열의 온도는 섭씨 750도이다. 상기 빌렛 제조단계를 진행하는 과정에서 적층된 금속기판(100) 사이의 공극이 없어지며, 이 과정을 거쳐 제조된 것을 빌렛이라 부른다.
이후 상기 빌렛은 열처리단계를 거치게 되는데, 상기 열처리단계는 상기 빌렛을 열처리하며 압출한다. 이때의 온도는 상기 금속기판이 구리, 패턴층이 아연인 경우 약 섭씨 850도로, 상기 열처리단계 중 상기 패턴층이 상기 금속기판(100) 내부로 확산하게 되며, 적층된 상기 금속기판이 서로 결합하게 된다. 압출된 빌렛은 단면적이 작아지며, 길이가 증가한 통(bar) 형상이 되는데, 이 단면적에는 패턴이 형성되어 있으며 이를 소정의 길이로 재단하여 사용하게 된다.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 의한 패턴이 형성된 금속기판에 관하여 상세하게 설명한다.
도 11은 상기한 패턴이 형성된 금속기판 제조방법에 의해 제조된 패턴이 형성된 금속기판을 도시한 것으로, 도 11에 도시된 바와 같이 본 발명에 의한 패턴이 형성된 금속기판은 금속기판(100) 및 패턴층(200)을 포함한다.
상기 금속기판(100)은 금속으로 형성된 기판으로, 단일의 금속일 수 도 있지만 서로 다른 종류의 금속이 적층된 형태이거나, 서로 다른 종류의 금속의 합금일 수 있다.
상기 패턴층(200)은 상기 금속기판(100)을 형성하는 금속과는 다른 종류의 금속이되, 상기 금속기판(100)을 형성하는 금속보다 확산계수가 높은 종류의 금속이다.
상기 패턴층(200)은 상기 금속기판(100) 내부로 확산이 일어나 돌출되지 않은 형태이다. 이는 상술한 패턴이 형성된 금속기판 제조방법에서 열처리 단계를 통해 상기 금속기판(100)의 상부에 위치했던 패턴층(200)이 상기 금속기판(100) 내부로 확산되어 상기 패턴층(200)의 단차가 사라지기 때문이다.
도 11에 도시된 상기 금속기판(100) 및 패턴층(200)은 이루는 재질에 따라 상기 패턴층(200)의 색상이 다를 수 있고, 상기 금속기판(100)과 패턴층(200)을 육안으로 구분하지 못할 수 도 있다.
상기 금속기판(100) 및 패턴층(200)의 색상이 구분되는 경우는 상기 금속기판(100) 및 패턴층(200)이 서로 다른 재질의 금속으로 이루어지는 경우이고, 상기 금속기판(100)과 패턴층(200)을 육안으로 구분하지 못하는 경우는 상기 금속기판(100)이 서로 다른 재질의 금속의 합금으로 이루어지고, 상기 패턴층(200)은 상기 금속기판(100)을 이루는 금속 중 확산계수가 높은 금속재질로 형성되는 경우이다. 이는 본 발명에 의한 패턴이 형성된 금속기판 제조방법의 일실시예에서 기설명된 부분으로, 상기 패턴층(200)을 육안으로 확인하지 못하게 하고, 별도의 장비를 통해 상기 패턴층(200)의 금속농도를 측정하는 방법으로 이를 확인할 수 있게 함으로써 보안요소로 사용가능하게 한다. 이를 일반화하면, 상기 금속기판(100)은 제1금속으로, 상기 패턴층(200)은 제2금속으로 이루어질 수 있으며, 상기 제1금속은 상기 제2금속과 다른 적어도 하나의 금속과 제2금속의 합금으로 이루어지고, 상기 제2금속의 확산계수는 상기 제1금속의 확산계수보다 크다.
상기 금속기판(100)은 서로 다른 종류의 금속층이 적층된 구조일 수 있으며, 이 경우에 대해서도 상술한 패턴이 형성된 금속기판의 제조방법의 실시예에서 설명되었다.
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.
10 : 노출면
20 : 프레스장치
30 : 함몰면
100 : 금속기판
200 : 패턴층
300 : 마스크층

Claims (14)

  1. 제1금속으로 이루어지는 금속기판(100)의 상부에 패턴을 형성하는 패턴 형성단계;
    상기 금속기판(100)에 형성된 상기 패턴을 따라 제2금속으로 패턴층(200)을 형성하는 패턴층 형성단계; 및
    상기 패턴층 형성단계를 거친 금속기판(100)을 열처리하는 열처리단계;
    를 포함하되,
    상기 제1금속은, 상기 제2금속과 다른 적어도 하나의 금속과 제2금속의 합금으로 이루어지고, 상기 제2금속의 확산계수는 상기 제1금속의 확산계수보다 큰 것을 특징으로 하는 패턴이 형성된 금속기판 제조방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 패턴이 형성된 금속기판 제조방법은
    상기 패턴 형성단계 이전에 수행되며, 상기 금속기판(100)의 상면에 마스크층(300)을 형성하는 마스크층 형성단계를 더 포함하며,
    상기 패턴 형성단계는 상기 마스크층(300)에 패턴을 형성하는 것을 특징으로 하는 패턴이 형성된 금속기판 제조방법.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 마스크층 형성단계 및 패턴 형성단계는
    패드인쇄, 스크린인쇄 또는 프린팅을 통해 패턴이 형성된 마스크층(300)을 상기 금속기판(100)의 상부에 직접 형성하는 것을 특징으로 하는 패턴이 형성된 금속기판 제조방법.
  4. 제 2항에 있어서, 상기 패턴 형성단계는
    레이저, 전자빔, 포토리소그래피를 통해 상기 마스크층(300)에 상기 패턴을 형성하는 것을 특징으로 하는 패턴이 형성된 금속기판 제조방법.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 패턴 형성단계는
    상기 금속기판(100)을 가압하는 프레스 가공을 통해 상기 패턴을 형성하는 것을 특징으로 하는 패턴이 형성된 금속기판 제조방법.
  6. 제 2항에 있어서, 상기 패턴이 형성된 금속기판 제조방법은
    상기 패턴층 형성단계와 열처리단계 사이에 수행되며, 상기 패턴층(200)을 제외한 마스크층(300)을 제거하는 마스크층 제거단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 패턴이 형성된 금속기판 제조방법.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 패턴층 형성단계는
    도금 및 용사를 통해 상기 패턴층(200)을 형성하는 것을 특징으로 하는 패턴이 형성된 금속기판 제조방법.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 패턴 형성단계와 패턴층 형성단계는
    금속분말을 인쇄하거나, 금속분말의 가압하여 상기 금속기판(100)의 상측에 패턴층(200) 및 패턴을 동시에 형성하는 것을 특징으로 하는 패턴이 형성된 금속기판 제조방법.
  9. 제 1항에 있어서, 상기 금속기판(100)은
    적어도 두 개 이상의 서로 다른 금속층이 적층된 구조인 것을 특징으로 하는 패턴이 형성된 금속기판 제조방법.
  10. 삭제
  11. 제 1항에 있어서, 상기 패턴이 형성된 금속기판 제조방법은
    상기 패턴층 형성단계와 열처리단계 사이에 수행되는 적층단계 및 빌렛 제조단계를 더 포함하며,
    상기 적층단계는 상기 열처리단계를 거친 상기 금속기판(100)을 캔에 적층하고,
    상기 빌렛 제조단계는 상기 캔을 가압하여 적층된 상기 금속기판(100) 사이의 공극을 없앤 빌렛을 제조하며,
    상기 열처리단계는 상기 빌렛을 열처리하며 압출하는 것을 특징으로 하는 패턴이 형성된 금속기판 제조방법.
  12. 1항 내지 제 9항, 제 11항 중 선택되는 어느 한 항의 패턴이 형성된 금속기판 제조방법을 통해 제조된 패턴이 형성된 금속기판에 관한 것으로,
    금속기판(100); 및
    상기 금속기판(100)의 상부에 미리 정해진 형태로 형성되되, 상기 금속기판(100) 내부로 확산된 패턴층(200);
    을 포함하되,
    상기 패턴층(200)을 형성하는 금속의 확산계수는 상기 금속기판(100)을 형성하는 금속의 확산계수보다 큰 것을 특징으로 하는 패턴이 형성된 금속기판.
  13. 제 12항에 있어서, 상기 금속기판(100)은
    서로 다른 종류의 금속의 합금으로 이루어지며,
    상기 패턴층(200)은 상기 금속기판(100)을 이루는 서로 다른 종류의 금속 중 확산계수가 높은 금속으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 패턴이 형성된 금속기판.
  14. 제 12항에 있어서, 상기 금속기판(100)은
    서로 다른 종류의 금속층이 적층된 구조인 것을 특징으로 하는 패턴이 형성된 금속기판.
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