KR102007920B1 - 전주를 이용한 금형코어의 제조방법 - Google Patents

전주를 이용한 금형코어의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 금형코어의 제조방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 전주(전기 주조)를 이용하여 동일한 금형코어를 반복적으로 제작할 수 있고 전주물에 형성된 가공 기준인 모서리나 꼭지점을 활용하여 금형코어의 치수와 직각도를 정밀하게 가공할 수 있는 전주를 이용한 금형코어의 제조방법에 관한 것이다.

Description

전주를 이용한 금형코어의 제조방법{Method of manufacturing mold core using electro-forming}
본 발명은 금형코어의 제조방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 전주(전기 주조)를 이용하여 동일한 금형코어를 반복적으로 제작할 수 있고 전주물에 형성된 가공 기준인 모서리나 꼭지점을 활용하여 금형코어의 치수와 직각도를 정밀하게 가공할 수 있는 전주를 이용한 금형코어의 제조방법에 관한 것이다.
금형코어란 다이캐스트와 같은 금형 주조법으로 제품을 사출성형할 때, 상부 금형 및 하부 금형 사이의 성형공간에 삽입하여 성형품에 소정의 패턴을 형성하기 위한 삽입물이다.
일반적으로 금형코어는 평판에 CNC가공이나 레이저가공등을 통해 패턴을 형성하고 원하는 치수와 형태로 잘라내어 제작되는데, 최근 패턴이 미세화되면서 절삭가공을 통해 패턴을 형성하는데 어려움이 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위해 한국등록특허 제10-1409438호에는 패턴이 형성된 금속 모형의 면에 전주(電鑄, 전기 주조) 도금을 수행하여 전주 도금에 의해 제작된 전주물(금속층)을 금형코어로 제작함으로써 간단한 공정으로 여러가지 형태의 미세 패턴이 형성된 금형코어를 제작할 수 있는 '사출 패턴 형성 방법'이 개시되어 있다.
이 종래의 '사출 패턴 형성 방법'은 전주를 통해 금형코어를 제작하므로 미세 패턴의 형성이 유리하고, 금형코어가 파손되거나 교체시기가 될 경우 동일한 금형코어를 다시 전주하여 간편하게 제작할 수 있는 장점이 있다.
그러나 종래의 '사출 패턴 형성 방법'은 전주를 통해 제작된 전주물을 원하는 치수 및 형태의 잘라내어 금형코어로 가공하여야 하는데, 가공위치에 대한 기준이 없으므로 전주 후에 전주물을 동일한 치수와 형태의 금형코어로 제작할 수 없는 문제점이 있다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로 본 발명의 목적은 전주를 통해 미세패턴이 형성된 금형코어를 제조할 수 있는 금형코어의 제조방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명은 전주물을 정확한 치수 및 형태, 직각도로 가공하여 동일한 금형코어를 반복적으로 제작할 수 있는 금형코어의 제조방법을 제공하는 것이다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 제1 기판의 상면에 원하는 패턴을 형성하는 단계; 상기 제1 기판의 면적보다 큰 면적을 갖는 제2 기판의 상면 중앙부에 상기 제1 기판의 하면을 부착하여 상기 제2 기판 상에 상기 제1 기판이 부착된 하나의 전주(電鑄)용 기판을 제작하는 단계; 상기 전주용 기판 상에 도전층을 형성하는 단계; 상기 전주용 기판을 전주하여, 상기 전주용 기판 상에 상기 패턴의 양형 또는 음형이 형성된 전주물을 제작하는 단계; 및 상기 전주물을 상기 전주용 기판에서 분리하여 가공한 후 금형코어로 제작하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전주를 이용한 금형코어의 제조방법을 제공한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 제1 기판의 상면 모서리(이하, '기판 모서리'라 함)에 대응하여 형성되는 상기 전주물의 모서리(이하, '전주물 모서리'라 함)를 가공 기준으로 하여 가공한 후 상기 금형코어를 제작한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 제1 기판의 상면은 복수의 꼭짓점(이하, '기판 꼭짓점'이라 함)을 갖는 다각형의 면이다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 기판 꼭짓점에 대응하여 형성되는 상기 전주물의 꼭짓점(이하, '전주물 꼭짓점'이라 함)을 가공 기준으로 하여 가공한 후, 상기 금형코어를 제작한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 가공 기준을 기준으로 상기 전주물을 절단하여, 상기 패턴의 양형 또는 음형이 형성된 부분을 상기 금형코어로 획득한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 제2 기판 상에 상기 제1 기판을 부착하기 이전에, 상기 패턴이 형성된 상기 제1 기판을, 소정의 크기로 다이싱(dicing)하는 단계를 더 포함한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 제1 기판의 상면에 원하는 패턴을 형성하는 단계는, 상기 제1 기판을 준비하는 단계; 상기 제1 기판상에 포토 레지스트(photo resist)를 코팅하는 단계; 상기 패턴으로 상기 포토 레지스트를 노광하여 현상하는 단계; 상기 제1 기판의 상면을 에칭하여 상기 패턴을 형성하는 단계; 및 상기 제1 기판에서 상기 포토 레지스트를 제거하는 단계;를 포함한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 제1 기판과 상기 제2 기판은 실리콘 기판이다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 도전층은 증착공정(deposition)을 통해 형성된다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 도전층은 상기 전주용 기판 상에 증착되는 크롬(Cr)층과 상기 크롬층 상에 증착되는 니켈(Ni)층을 포함한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 도전층은 니켈과 크롬을 증착하여 형성된다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 전주물은 니켈 전주를 통해 제작되는 니켈 전주물이다.
본 발명은 다음과 같은 우수한 효과를 가진다.
먼저, 본 발명의 일 실시예에 따른 금형코어의 제조방법에 의하면, 전주를 통해 동일한 금형코어를 반복적으로 제작할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 금형코어의 제조방법에 의하면, 제1 기판과 제2 기판을 서로 결합하여 전주용 기판을 제작하므로 제1 기판 상면 모서리와 꼭지점에 대응하는 꼭지점 및 모서리를 전주물에도 형성할 수 있고, 전주물에 형성된 꼭지점 및 모서리를 가공 기준으로 이용하여 정확한 치수 및 형태, 직각도를 갖는 금형코어를 반복적으로 제작할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전주를 이용한 금형코어의 제조방법의 흐름도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전주를 이용한 금형코어의 제조방법을 도식화한 도면,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전주를 이용한 금형코어의 제조방법에서 가공 기준을 기준으로 금형코어를 가공하는 방법을 설명하기 위한 도면,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전주를 이용한 금형코어의 제조방법으로 제작된 금형코어로 사출품을 성형하는 것을 보여주는 도면이다.
본 발명에서 사용되는 용어는 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어를 선택하였으나, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있는데 이 경우에는 단순한 용어의 명칭이 아닌 발명의 상세한 설명 부분에 기재되거나 사용된 의미를 고려하여 그 의미가 파악되어야 할 것이다.
이하, 첨부한 도면에 도시된 바람직한 실시예들을 참조하여 본 발명의 기술적 구성을 상세하게 설명한다.
그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐 동일한 참조번호는 동일한 구성요소를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전주를 이용한 금형코어의 제조방법의 흐름도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전주를 이용한 금형코어의 제조방법을 도식화한 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전주를 이용한 금형코어의 제조방법(이하, '금형코어의 제조방법'이라 함)은 전주(電鑄, 전기 주조)를 이용하여 금형코어를 제작하는 방법으로써, 먼저, 제1 기판(100) 상면에 원하는 패턴을 형성한다(S1000).
더욱 자세하게는 먼저, 상기 제1 기판(100)을 준비한다(S1100).
또한, 상기 제1 기판(100)은 실리콘 기판일 수 있으며, 두께가 1T(mm)인 평판 기판일 수 있다.
다음, 상기 제1 기판(100) 상에 포토 레지스트(200)를 코팅한다(S1200).
또한, 상기 포토 레지스트(200)는 상기 제1 기판(100) 상에 스핀 코팅(spin coating) 방법으로 코팅될 수 있다.
다음, 상기 포토 레지스트(200) 상에 패턴이 형성된 마스크(10)를 올리고 광원(20)을 조사하여 노광(exposure)한 후, 현상(develop)하여 상기 포토 레지스트(200) 상에 현상 패턴(210)이 형성되게 한다(S1300).
또한, 도 2에서는 상기 현상 패턴(210)이 음형으로 형성되는 것을 도시하였으나 양형으로 형성될 수도 있다.
다음, 상기 제1 기판(100)을 에칭(etching)하여(S1400), 상기 현상 패턴(210)에 대응하는 부위에 패턴(110)이 형성되게 한다(S1500).
다음, 상기 제1 기판(100) 상의 포토 레지스트(200)를 제거하고, 상기 제1 기판(100)을 원하는 치수로 다이싱(dicing)한다(S2000).
본 발명에서는 상기 제1 기판(100)의 상면이 네 개의 꼭지점(122)과 네 개의 모서리(121)를 갖도록 직사각형으로 정밀하게 다이싱하였다.
또한, 상기 꼭지점(122)과 상기 모서리(121)는 추후 금형코어의 가공시 가공 기준으로 이용된다.
다만, 상기 제1 기판(100)은 직사각형뿐만 아니라 꼭지점과 모서리를 갖는다면, 삼각형 또는 오각형 등의 다각형 형태로도 다이싱될 수도 있다.
다음, 다이싱된 제1 기판(120)을 상기 다이싱된 제1 기판(120)의 면적보다 큰 제2 기판(300)의 상면에 부착하여 하나의 전주용 기판(400)을 제작한다(S3000).
또한, 상기 제2 기판(300)은 6인치 실리콘 웨이퍼일 수 있으며, 두께는 0.7T일 수 있다.
또한, 상기 제1 기판(120)은 상기 제2 기판(300)의 중앙부에 부착된다.
다만, 상기 제1 기판(120)이 상기 제2 기판(300)의 외측부로 노출되지 않는다면, 반드시 중앙부에 부착되지 않을 수 있다.
이 전주용 기판(400)은 본 발명의 핵심이 되는 기판으로 추후 제작된 전주물을 금형코어로 가공할 때, 상기 제1 기판(120)의 모서리(121)와 꼭지점(122)에 대응하여 전주물에 형성되는 모서리와 꼭지점을 금형코어의 가공 기준선 또는 가공 기준점으로 이용하여 전주물을 정밀한 치수 및 직각도로 가공하여 금형코어를 제작할 수 있게 한다.
다음, 상기 전주용 기판(400) 상에 도전층(500)을 형성한다(S4000).
또한, 상기 도전층(500)은 전주시 전류의 통전을 위한 전극으로 기능하며, 증착 공정을 통해 형성될 수 있다.
또한, 상기 도전층(500)은 크롬(Cr)과 니켈(Ni)을 증착하여 형성될 수 있다.
본 발명에서는 상기 전주용 기판(400) 상에 크롬층(510)과 니켈층(520)을 증착하여 상기 도전층(500)을 형성하였다.
또한, 상기 크롬층(510)은 500[Angstrom], 상기 니켈층(520)은 1500[Angstrom]의 두께로 증착될 수 있다.
그러나, 상기 도전층(500)의 재료는 크롬과 니켈에 한정되는 것은 아니며, 전극으로 이용할 수 있는 공지된 다양한 재료를 이용할 수 있다.
다음, 상기 전주용 기판(400)을 전주하여 상기 도전층(500) 상에 전주물(600)이 형성되게 한다(S5000).
또한, 상기 전주는 니켈 전주일 수 있으며, 상기 전주물(600)은 니켈 전주물일 수 있다.
다음, 상기 전주물(600)의 상면을 평탄화하고 상기 전주물(600)에서 상기 전주용 기판(400)을 떼어내어 가공된 전주물(700)을 획득한다(S6000).
이때, 상기 전주용 기판(400)은 상기 전주물(600)에서 녹여 제거될 수 있으며, 상기 가공된 전주물(700)의 하면에는 상기 도전층(500)이 부착되어 있다.
다음, 상기 가공된 전주물(700)에 형성된 가공기준을 기준으로 추가 가공하여(S6000) 최종적인 금형코어(800)를 획득한다(S7000).
도 3은 상기 가공된 전주물(700)로부터 금형코어(800)를 획득하는 과정을 보여주는 도면으로, 도 4을 참조하면, 상기 가공된 전주물(700)에는 상기 제1 기판(100)에 형성된 패턴(110)에 대응하여 양형 또는 음형의 패턴이 형성되며, 상기 다이싱된 제1 기판(120)의 상면에 네 개의 꼭지점(122)과 네 개의 모서리(121)에 대응하는 꼭지점(720)과 모서리(710)가 음형으로 형성된다.
이 꼭지점(720)과 모서리(710)는 상기 가공된 전주물(700)을 상기 금형코어(800)로 가공하기 위한 가공 기준점 및 가공 기준선으로 이용된다.
여기서 가공이란 상기 가공된 전주물(700)을 정해진 수치와 직각도를 같은 금형코어(800)로 절단하는 작업일 수 있다.
즉, 본 발명에 의하면, 전주를 통해 금형코어(800)를 제작할 때, 전주물(700)에 가공 기준점 또는 가공 기준선이 형성되게 하여 정확한 치수, 면적, 직각도로 금형코어(800)를 가공하여 제작할 수 있다.
이는 하나의 전주용 기판(400)으로부터 복수개의 동일한 금형코어(800)를 제작하거나 반복적으로 금형코어(800)를 제작할 때, 제작되는 금형코어들(800)이 모두 동일한 치수 및 직각도(금형코어에서 패턴의 방향 또는 각도를 일정하게 하기 위함)를 가질 수 있다는 것을 의미한다.
즉, 도 4에 도시한 바와 같이 금형(10) 내부에 상기 금형코어(800)를 위치시키고 제품(20)을 사출할 때, 상기 금형코어(800)가 교체되더라도 제품의 정확한 위치에 패턴을 형성할 수 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명은 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.
100:제1 기판 110:패턴
120:다이싱된 제1 기판 200:포토 레지스트
210:현상 패턴 300:제2 기판
400:전주용 기판 500:도전층
510:크롬층 520:니켈층
600:전주물 700:가공된 전주물
800:금형코어

Claims (12)

  1. 제1 기판의 상면에 원하는 패턴을 형성하는 단계;
    상기 제1 기판의 면적보다 큰 면적을 갖는 제2 기판의 상면 중앙부에 상기 제1 기판의 하면을 부착하여 상기 제2 기판 상에 상기 제1 기판이 부착된 하나의 전주(電鑄)용 기판을 제작하는 단계;
    상기 전주용 기판 상에 도전층을 형성하는 단계;
    상기 전주용 기판을 전주하여, 상기 전주용 기판 상에 상기 패턴의 양형 또는 음형이 형성된 전주물을 제작하는 단계; 및
    상기 전주물을 상기 전주용 기판에서 분리하여 가공한 후 금형코어로 제작하는 단계;를 포함하고,
    상기 제1 기판의 상면 모서리(이하, '기판 모서리'라 함)에 대응하여 형성되는 상기 전주물의 모서리(이하, '전주물 모서리'라 함)를 가공 기준으로 하여 가공한 후 상기 금형코어를 제작하며,
    상기 제1 기판의 상면은 복수의 꼭짓점(이하, '기판 꼭짓점'이라 함)을 갖는 다각형의 면이고,
    상기 기판 꼭짓점에 대응하여 형성되는 상기 전주물의 꼭짓점(이하, '전주물 꼭짓점'이라 함)을 가공 기준으로 하여 가공한 후, 상기 금형코어를 제작하는 것을 특징으로 하는 전주를 이용한 금형코어의 제조방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 가공 기준을 기준으로 상기 전주물을 절단하여, 상기 패턴의 양형 또는 음형이 형성된 부분을 상기 금형코어로 획득하는 것을 특징으로 하는 전주를 이용한 금형코어의 제조방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2 기판 상에 상기 제1 기판을 부착하기 이전에,
    상기 패턴이 형성된 상기 제1 기판을, 소정의 크기로 다이싱(dicing)하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전주를 이용한 금형코어의 제조방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 기판의 상면에 원하는 패턴을 형성하는 단계는,
    상기 제1 기판을 준비하는 단계;
    상기 제1 기판상에 포토 레지스트(photo resist)를 코팅하는 단계;
    상기 패턴으로 상기 포토 레지스트를 노광하여 현상하는 단계;
    상기 제1 기판의 상면을 에칭하여 상기 패턴을 형성하는 단계; 및
    상기 제1 기판에서 상기 포토 레지스트를 제거하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전주를 이용한 금형코어의 제조방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 기판과 상기 제2 기판은 실리콘 기판인 것을 특징으로 하는 전주를 이용한 금형코어의 제조방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 도전층은 증착공정(deposition)을 통해 형성되는 것을 특징으로 하는 전주를 이용한 금형코어의 제조방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 도전층은 상기 전주용 기판 상에 증착되는 크롬(Cr)층과 상기 크롬층 상에 증착되는 니켈(Ni)층을 포함하는 것을 특징으로 하는 전주를 이용한 금형코어의 제조방법.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 도전층은 니켈과 크롬을 증착하여 형성되는 것을 특징으로 하는 전주를 이용한 금형코어의 제조방법.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 전주물은 니켈 전주를 통해 제작되는 니켈 전주물인 것을 특징으로 하는 전주를 이용한 금형코어의 제조방법.
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