KR101776303B1 - 그라비아 롤 및 이의 제조 방법 - Google Patents

그라비아 롤 및 이의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

실시예에 따른 그라비아 롤은, 베이스 롤; 상기 베이스 롤에 형성되고, 표면에 다수의 홈이 형성된 구리도금층; 및 상기 구리도금층에 형성되는 니켈-인 합금층을 포함한다.

Description

그라비아 롤 및 이의 제조 방법{GRAVURE ROLL AND MANUFACTURING THE SAME}
본 기재는 그라비아 롤 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
디스플레이, 모바일 등의 전기 전자 제품을 제조하기 위하여 직접 패턴 인쇄 장치에 대한 기술 개발이 활발히 이루어지고 있다. 인쇄 장치에서는 닥터 블레이드를 이용하여 그라비아 롤의 패턴 홈에 페이스트를 충진한 후, 이 페이스트를 기판에 전사하여 소정 패턴을 인쇄한다.
이러한 인쇄 장치에서 사용되는 그라비아 롤에 표면강화피복층인 크롬층이 형성되는데, 이러한 크롬층은 독성이 있어 환경 오염을 유발한다는 문제가 있다.
실시예는 환경 오염을 유발하지 않고, 크롬층을 대체할 수 있는 충분한 강도를 가지는 그라비아 롤 및 이의 제조 방법을 제공하고자 한다.
실시예에 따른 그라비아 롤은, 베이스 롤; 상기 베이스 롤에 형성되고, 표면에 다수의 홈이 형성된 구리도금층; 및 상기 구리도금층에 형성되는 니켈-인 합금층을 포함한다.
실시예에 따른 그라비아 롤에서는, 크롬층을 대신한 니켈-인 합금층이 직접 형성되기 때문에 독성이 없고 공해 발생 염려가 적다. 또한, 별도의 금속층을 생략할 수 있어 두께를 줄이고 제조 공정 및 제조 비용을 줄일 수 있다.
한편, 실시예에 따른 그라비아 롤 제조 방법에서는, 상술한 형태의 그라비아 롤을 제조할 수 있다.
도 1은 인쇄 장치에 대한 개략적인 사시도이다.
도 2는 제1 실시예에 따른 그라비아 롤의 단면도이다.
도 3은 제2 실시예에 따른 그라비아 롤의 단면도이다.
도 4는 도 3의 A를 확대하여 도시한 단면도이다.
도 5 내지 도 9는 실시예에 따른 그라비아 롤의 제조 방법의 단계들을 도시한 단면도들이다.
실시예들의 설명에 있어서, 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들이 기판, 각 층(막), 영역, 패드 또는 패턴들의 “상/위(on)”에 또는 “하/아래(under)”에 형성된다는 기재는, 직접(directly) 또는 다른 층을 개재하여 형성되는 것을 모두 포함한다. 각 층의 상/위 또는 하/아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다.
도면에서 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들의 두께나 크기는 설명의 명확성 및 편의를 위하여 변형될 수 있으므로, 실제 크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.
먼저, 도 1을 참조하여 인쇄 장치에 대해 설명한다. 도 1은 인쇄 장치에 대한 개략적인 사시도이다.
도 1을 참조하면, 페이스트(110)를 수용하는 홈(500)을 포함하는 그라비아 롤(100)과, 이 그라비아 롤(100)에 접한 상태로 위치하여 홈(500)에 페이스트(110)를 충진하는 닥터 블레이드(200)를 포함한다. 그리고 인쇄 장치는 그라비아 롤(100)의 홈(500)에 충진된 페이스트(110)를 전사 받아 기판(400)에 전사하는 블랭킷 롤(300)을 포함할 수 있다.
즉, 이러한 인쇄 장치에서는, 닥터 블레이드(200)가 그라비아 롤(100)에 페이스트(110)를 충진하고, 충진된 페이스트(110)가 블랭킷 롤(300)에 옮겨지고, 블랭킷 롤(300)에서 기판(400)으로 페이스트(110)를 전사하여 패턴(410)을 인쇄할 수 있다.
이하 도 2를 참조하여, 이러한 인쇄 장치를 구성하는 그라비아 롤(100)에 대해 상세하게 설명한다.
도 2는 제1 실시예에 따른 그라비아 롤의 단면도이다.
도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 그라비아 롤(101)은, 베이스 롤(10), 이 베이스 롤(10)에 형성되고 홈(20a)이 형성된 구리도금층(20), 이 구리도금층(20)에 형성되는 니켈-인 합금층(30)을 포함한다.
베이스 롤(10)은 일례로 원기둥 형상을 가져 회전 가능하게 구비될 수 있다. 그러나 실시예가 이에 한정되는 것은 아니고, 베이스 롤(10)이 판 형상을 가져 회전하지 않는 평판형일 수 있다. 이러한 베이스 롤(10)은 반복적인 인쇄 공정에서 손상되지 않고 사용할 수 있는 다양한 물질로 이루어질 수 있다. 일례로, 베이스 롤(10)은 금속으로 형성될 수 있다.
이러한 베이스 롤(10)에 구리 도금 처리를 통해 구리도금층(20)이 형성될 수 있다. 이러한 구리도금층(20)은 그라비아 롤(101)의 경도를 향상시켜 그라비아 인쇄 시 요구하는 경도를 만족시킬 수 있다. 또한 그라비아 인쇄하고자 하는 패턴을 구리도금층에 형성시킴으로써 인쇄 패턴을 형성할 수 있다.
구리도금층(20)의 표면에는 다수의 홈(20a)이 형성된다. 앞서 설명한 바와 같이, 이 홈(20a)에는 추후에 페이스트(도 1의 참조부호 110, 이하 동일)가 충진 되어 인쇄 공정을 실시하게 된다. 이러한 구리도금층(20)의 두께가 50 um 내지 200 um 일 수 있다.
이어서, 구리도금층(20)에 니켈-인 합금층(30)을 형성한다.
이러한 니켈-인 합금층(30)에는 니켈(Ni) 및 인(P)을 포함할 수 있다. 니켈-인 합금은 700 Hv 이상의 경도를 가지고 내식성이 높으며, 표면광택이 우수하다.
구체적으로, 니켈-인 합금에서 인은 10 중량 % 내지 20 중량 % 포함될 수 있다. 인이 10 중량 % 보다 적게 포함될 경우, 종래의 크롬(Cr)층에 준하는 강도를 가지기 어려워 표면강화 피복층에 적합하지 않는다. 또한, 인이 20 중량 % 보다 많게 포함될 경우, 시간 대비 도금효율이 떨어질 수 있다.
인의 함량이 15 중량 % 이상일 경우, 니켈-인 합금은 비정질을 나타내고, 화학적으로 안정하며 경도가 높다. 또한 비정질이기 때문에 다른 약품 침투의 우려도 없다. 따라서, 인의 함량이 15 중량 % 내지 20 중량 % 포함되는 것이 바람직하다.
실시예가 이에 한정되는 것은 아니므로, 니켈-인 합금층(30)에는 니켈, 인 및 텅스텐(W)을 포함할 수 있다. 이때, 인이 10 중량 % 내지 20 중량 % 포함되고, 텅스텐은 1 중량 % 내지 20 중량 % 포함될 수 있다. 텅스텐을 더 포함함으로써 내마모성, 내식성 및 경도가 더 높아질 수 있다. 그러나, 텅스텐이 20 중량 % 보다 많게 포함될 경우, 시간 대비 도금효율이 떨어질 수 있다.
이러한 니켈-인 합금층(30)은 인쇄 공정 시 유리하게 작용한다. 인쇄 공정 시, 그라비아 롤의 홈(20a)에 페이스트(110)를 충진할 때 닥터 블레이드(도 1의 참조부호 200, 이하 동일)가 그라비아 롤(101)의 표면에 접하여 이동하게 된다. 이 때, 닥터 블레이드(200)와 그라비아 롤(101)의 접촉 횟수가 증가하면서 그라비아 롤(101) 표면이 손상되어 수명이 단축된다는 문제점이 있다. 따라서, 강도가 높은 니켈-인 합금층(30)을 통해 그라비아 롤(101) 표면도 강화하고, 공해 발생 염려가 있는 크롬층을 대체할 수 있어 공해 발생을 방지시킬 수 있다.
또한, 구리도금층(20)과 니켈-인 합금층(30) 사이에 별도의 금속층이나 탄화금속 경사층 등을 형성하지 않고, 니켈-인 합금층(30)을 구리도금층(20)에 직접 접촉하여 형성하므로 그라비아 롤(101)의 두께를 줄일 수 있다. 또한, 그라비아 롤(101)의 제조 공정 및 제조 비용을 줄일 수 있다.
이러한 니켈-인 합금층(30)의 두께가 1 um 내지 200 um 으로 형성될 수 있다. 니켈-인 합금층(30)의 두께가 1 um 보다 얇으면 표면강화 역할을 하기 어렵고, 두께가 200 um 보다 두꺼우면 내부 응력 때문에 들뜨게 된다. 또한, 200 um 보다 두꺼울 경우, 그라비아 롤(101)의 요구하는 깊이보다 낮아지고 폭도 좁아지므로 그라비아 롤(101)을 이용한 인쇄 공정 시 원하는 패턴을 형성하기 어렵다.
이하 도 3 및 도 4를 참조하여 제2 실시예에 따른 그라비아 롤을 상세하게 설명한다. 명확하고 간략한 설명을 위하여 제1 실시예와 동일 또는 극히 유사한 부분에 대해서는 상세한 설명을 생략하고 서로 다른 부분에 대해서 상세하게 설명한다.
도 3은 제2 실시예에 따른 그라비아 롤의 단면도이고, 도 4는 도 3의 A를 확대하여 도시한 단면도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 제2 실시예에 따른 그라비아 롤(102)에서는, 베이스 롤(10)에 형성되는 구리도금층(20)의 표면에 요철(20b)이 형성된다. 이러한 요철(20b)은 구리도금층(20)과 직접 접촉하여 형성되는 니켈-인 합금층(30)과의 접촉력을 높여준다. 즉, 미세한 요철이 구리도금층(20)과 니켈-인 합금층(30)과의 마찰을 발생시켜 별도의 금속층 없이도 접촉할 수 있게 해준다. 이러한 요철(20b)의 표면 거칠기는 10 nm 내지 100 nm 이고, 바람직하게는 10 nm 내지 45 nm 가 될 수 있다. 표면 거칠기가 10 nm 이하로 형성될 경우, 구리도금층(20)과 니켈-인 합금층(30)과의 접착력이 떨어질 수 있고, 100 nm 이상이 되어 너무 커지면 인쇄 공정 시 의도하지 않은 패턴이 형성될 수 있다.
이하, 도 5 내지 도 9를 참조하여 실시예에 따른 그라비아 롤 제조 방법을 설명한다.
도 5 내지 도 9는 실시예에 따른 그라비아 롤의 제조 방법의 단계들을 도시한 단면도들이다.
먼저 도 5에 도시한 바와 같이, 그라비아 롤에 적용될 수 있는 베이스 롤(10)을 준비한다.
이어서, 도 6에 도시한 바와 같이, 베이스 롤(10)에 구리를 도금 처리하여 구리도금층(20)을 형성한다.
도 7에 도시한 바와 같이, 이러한 구리도금층(20)에 적어도 하나 이상의 홈(20a)을 형성한다. 홈(20a)은 에칭법이나 전자조각법 등의 공지의 방법을 이용하여 형성할 수 있다. 구체적으로, 에칭법은 판동면에 감광액을 도포해서 직접 인화한 후 에칭하여 홈(20a)을 형성하는 방법이고, 전자조각법은 디지털 신호법에 의해 다이아몬드 조각침을 기계적으로 작동시켜 구리도금층(20) 표면에 홈(20a)을 형성하는 방법이다.
이어서, 도 8에 도시한 바와 같이 구리도금층(20)의 표면에 요철(20b)을 형성할 수 있다. 그러나 요철(20b)을 형성하는 단계를 생략하여 제1 실시예에 따른 그라비아 롤(도 2의 참조부호 101, 이하 동일)과 같이 요철(20b)이 없는 구리도금층(20)을 형성할 수 있다. 이러한 요철(20b)은 미세한 표면 거칠기를 위해 플라즈마 에칭법으로 형성할 수 있다. 플라즈마 에칭법은 라디칼에 의한 표면 확산에 의해 화학적으로 이루어 지거나, 전극을 이용한 이온의 충격에 의하여 물리적으로 이루어지는 에칭법을 말한다. 이러한 플라즈마 에칭법은 좀더 미세하고 섬세한 에칭이 요구될 때 사용되는 에칭법이다.
이어서, 도 9에 도시한 바와 같이 구리도금층(20)에 니켈-인 합금층(30)을 형성한다. 니켈-인 합금층(30)은 전기도금법 또는 무전해도금법으로 형성될 수 있다.
전기도금법은, 전기분해의 원리를 이용하여 도금하는 방법이다. 본 실시예에 따른 니켈-인 합금을 도금하기 위해 아인산염(phosphite)을 함유한 용액을 이용할 수 있다.
무전해도금법은, 전기를 사용하지 않고 화학반응을 통해 도금하는 방법이다. 즉, 도금용액 성분중에 환원제 성분이 포함되어, 이 환원제에 의해 금속이 환원되면서 금속이 도금되는 방법이다. 본 실시예에 따른 니켈-인 합금을 도금하기 위해 차아인산염(hypophosphite)을 이용할 수 있다.
상술한 실시예에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의하여 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
또한, 이상에서 실시예들을 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예들에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부한 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10: 베이스 롤
20: 구리도금층
20a: 홈
20b: 요철
30: 니켈-인 합금층

Claims (15)

  1. 베이스 롤;
    상기 베이스 롤에 형성되고, 표면에 다수의 홈이 형성된 구리도금층; 및
    상기 구리도금층에 형성되는 니켈(Ni)-인(P) 합금층을 포함하고,
    상기 니켈(Ni)-인(P) 합금층에서 인(P)은 15 중량 % 내지 20 중량 % 포함되고,
    상기 니켈(Ni)-인(P) 합금층은 비정질이고,
    상기 홈이 형성된 상기 구리도금층의 표면은 요철을 포함하는 그라비아 롤.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 니켈-인 합금층은 텅스텐(W)을 더 포함하는 그라비아 롤.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 텅스텐은 1 중량 % 내지 20 중량 % 포함되는 그라비아 롤.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 니켈-인 합금층의 두께가 1 um 내지 200 um인 그라비아 롤.
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 구리도금층의 표면의 표면 거칠기는 10 nm 내지 100 nm 인 그라비아 롤.
  8. 베이스 롤을 준비하는 단계;
    상기 베이스 롤에 구리도금층을 형성하는 단계;
    상기 구리도금층의 표면에 적어도 하나 이상의 홈을 형성하는 단계;
    상기 홈이 형성되는 상기 구리도금층의 표면에 요철을 형성하는 단계; 및
    상기 구리도금층에 니켈(Ni)-인(P) 합금층을 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 니켈(Ni)-인(P) 합금층에서 인(P)은 15 중량 % 내지 20 중량 % 포함되고,
    상기 니켈(Ni)-인(P) 합금층은 비정질인 그라비아 롤 제조 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 니켈-인 합금층을 형성하는 단계는 전기도금법 및 무전해도금법 중 적어도 어느 하나의 방법으로 형성되는 그라비아 롤 제조 방법.
  10. 삭제
  11. 제8항에 있어서,
    상기 요철을 형성하는 단계는, 플라즈마 에칭을 이용하는 그라비아 롤 제조 방법.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 요철을 형성하는 단계에서 상기 구리도금층의 표면 거칠기를 10 nm 내지 100 nm 로 형성하는 그라비아 롤 제조 방법.
  13. 삭제
  14. 제8항에 있어서,
    상기 니켈-인 합금층을 형성하는 단계에서,
    텅스텐을 더 포함하여 형성되는 그라비아 롤 제조 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 텅스텐이 1 중량 % 내지 20 중량 % 포함되는 그라비아 롤 제조 방법.
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