KR102133679B1 - 사이즈에 따라 표준화한 몰드베이스 기반 바이오칩 사출용 단납기 금형장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 사이즈에 따라 표준화한 몰드베이스 기반 바이오칩 사출용 금형장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 바이오칩의 기판에 마이크로미터 단위의 미세패턴을 사출을 통해 정밀하게 제조할 수 있고, 금형코어에 미세한 패턴을 기판상에 형성하기 위해 반도체 제조공정을 이용한 스탬퍼를 적용하여 정밀한 패턴을 사출로 제조할 수 있고, 단납기 금형을 적용하되 바이오칩의 사이즈에 따라 단계별로 표준화된 몰드베이스를 적용하여 사출 제조단가를 절감할 수 있고, 스탬퍼의 표면에 금속으로 코팅함으로써 사출의 정밀도를 향상시키고 불량률을 저감시킬 수 있으며 스탬퍼의 내구성을 향상시킬 수 있는 사이즈에 따라 표준화한 몰드베이스 기반 바이오칩 사출용 단납기 금형장치에 관한 것이다.
본 발명의 사이즈에 따라 표준화한 몰드베이스 기반 바이오칩 사출용 단납기 금형장치는 표준 몰드베이스 기반 바이오칩 사출용 단납기 금형장치에 있어서, 상기 바이오칩의 사출을 위해 수지가 주입되고 사출될 바이오칩의 외형과 동일한 형상의 캐비티가 내부에 형성되는 금형코어부와, 상기 금형코어부의 외곽부를 파지하고 바이오칩의 사출을 위해 금형코어부를 구동하는 사출장치와 결합시키는 몰드베이스와, 상기 금형코어부 내부에 형성되는 캐비티의 일면에 배치되어 상기 바이오칩의 표면에 일정한 패턴을 형성할 패턴이 음각 또는 양각으로 형성된 스탬퍼를 포함하되, 상기 몰드베이스는 사출될 바이오칩의 외형 사이즈에 따라 표준화된 몰드베이스인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 사이즈에 따라 표준화한 몰드베이스 기반 바이오칩 사출용 금형장치는 종래 유리로 제작되던 바이오칩의 기판을 사출로 저렴하고 정밀하게 제조할 수 있고, 바이오칩의 사이즈에 따라 단계별로 표준화된 몰드베이스를 채용하여 바이오칩의 제조단가를 낮출 수 있으며, 반도체 제조공정으로 제작된 스탬퍼를 채용하여 미세한 패턴을 정밀하고 구현할 수 있고 표면을 금속으로 코팅하여 스탬퍼의 내구성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

사이즈에 따라 표준화한 몰드베이스 기반 바이오칩 사출용 단납기 금형장치{Biochip quick delivery molding based on mold base standardized by the biochip size}

본 발명은 바이오칩을 사출하는 단납기 금형장치로서 표준화된 몰드베이스에 기반한 바이오칩 사출용 단납기 금형장치에 대한 것이다. 보다 상세하게는 종래 마이크로미터 단위의 미세 패턴을 형성하기 위해 유리 등으로 제작하던 바이오칩 기판을 플라스틱 수지를 이용하여 사출하는 금형장치로서 제조원가나 소량 다품종의 특징이 있는 바이오칩 기판의 특성에 최적화된 표준화된 몰드베이스 기반 바이오칩 사출용 단납기 금형장치에 대한 것이다.

바이오칩은 랩온어칩(lab on a chip)으로 불리기도 하는 반도체칩의 일종으로 생화학 반응을 탐지할 수 있는 단백질, 유전체 분석이 가능한 칩이다.

종래 바이오칩은 유리나 실리콘 기판 상에 미세한 패턴을 형성하고 DNA, 단백질, 세포, 뉴런 등 생체 유기물을 패턴에 배열하고 분석하고자 하는 생체물질을 바이오칩의 게이트에 주입하고 생화학 반응에 따라 발생하는 빛, 전기, 질량 등을 일정한 신호로 변환해주는 변환기를 통해 생체분석을 수행하는 칩이다.

종래의 바이오칩은 마이크로미터 단위의 미세한 패턴이 필요하기 때문에 종래 사출기술로는 사출이 매우 어려워 유리 등에 미세한 패턴을 음각/양각으로 형성하여 기판으로 사용하였는데 이 때문에 바이오칩의 제조원가가 비싼 것이 단점이었다.

이러한 바이오칩의 기판을 사출로 제조할 경우 마이크로미터 단위의 패턴을 구현하는 것이 어렵고 사출을 통해 제조하더라도 불량률이 높고 품질관리가 어려운 문제점이 있었다.

또한, 사출로 바이오칩의 기판을 제조할 때 바이오칩의 특성 상 다양한 사이즈의 기판이 필요하고 기판의 제조량이 많지 않은데 종래 사출용 금형장치의 경우 기판의 사이즈 및 패턴에 따라 금형 코어를 매번 제작해야하고 금형코어를 사출장치와 연결하기 위한 몰드베이스도 제작하여야 하므로 제조단가가 매우 높아지는 문제가 있었다.

또한, 소량 다품종에 적합한 단납기 금형을 적용할 경우에도 바이오칩의 미세패턴 및 기판의 사이즈에 따라 금형 코어를 제작해야하는 문제가 있어 제작단가가 높아지는 문제가 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 바이오칩의 기판에 마이크로미터 단위의 미세패턴을 사출을 통해 정밀하게 제조할 수 있고, 금형코어에 미세한 패턴을 기판상에 형성하기 위해 반도체 제조공정을 이용한 스탬퍼를 적용하여 정밀한 패턴을 사출로 제조할 수 있고, 단납기 금형을 적용하되 바이오칩의 사이즈에 따라 단계별로 표준화된 몰드베이스를 적용하여 사출 제조단가를 절감할 수 있고, 스탬퍼의 표면에 금속으로 코팅함으로써 사출의 정밀도를 향상시키고 불량률을 저감시킬 수 있으며 스탬퍼의 내구성을 향상시킬 수 있는 사이즈에 따라 표준화한 몰드베이스 기반 바이오칩 사출용 단납기 금형장치를 제공함에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명의 사이즈에 따라 표준화한 몰드베이스 기반 바이오칩 사출용 단납기 금형장치는 표준 몰드베이스 기반 바이오칩 사출용 단납기 금형장치에 있어서, 상기 바이오칩의 사출을 위해 수지가 주입되고 사출될 바이오칩의 외형과 동일한 형상의 캐비티가 내부에 형성되는 금형코어부와, 상기 금형코어부의 외곽부를 파지하고 바이오칩의 사출을 위해 금형코어부를 구동하는 사출장치와 결합시키는 몰드베이스와, 상기 금형코어부 내부에 형성되는 캐비티의 일면에 배치되어 상기 바이오칩의 표면에 일정한 패턴을 형성할 패턴이 음각 또는 양각으로 형성된 스탬퍼를 포함하되, 상기 몰드베이스는 사출될 바이오칩의 외형 사이즈에 따라 표준화된 몰드베이스인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 몰드베이스는 사출된 바이오칩의 기판 사이즈에 따라 단계별로 표준화되되, 상기 금형코어부의 캐비티 밸런스를 고려하여 4단계로 표준화되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 스탬퍼는 실리콘 재질의 웨이퍼로 이루어지고 상기 바이오칩의 표면에 형성할 음각/양각의 패턴은 반도체 제조공정을 이용하여 형성하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 스탬퍼는 상기 웨이퍼 상에 2 이상의 음각/양각 패턴을 형성하고 사각형으로 절단하여 사용하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 스탬퍼는 상기 웨이퍼 상에 반도체 공정으로 형성된 음각/양각의 패턴이 있는 표면에 사출될 바이오칩의 사출효율성을 고려하여 금속 코팅층을 형성하는 것을 특징으로 한다.

이상과 같은 구성의 본 발명은 종래 유리로 제작되던 바이오칩의 기판을 사출로 저렴하고 정밀하게 제조할 수 있는 효과가 있다.

또한, 바이오칩의 사이즈에 따라 단계별로 표준화된 몰드베이스를 채용하여 바이오칩의 제조단가를 낮출 수 있다.

또한, 반도체 제조공정으로 제작된 스탬퍼를 채용하여 미세한 패턴을 정밀하고 구현할 수 있고 표면을 금속으로 코팅하여 스탬퍼의 내구성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 사이즈에 따라 표준화한 몰드베이스 기반 바이오칩 사출용 단납기 금형장치의 사시도이고,
도 2는 본 발명의 사이즈에 따라 표준화된 몰드베이스를 나타내는 평면도이고,
도 3a, 3b는 본 발명의 금형코어부를 이루는 상부코어와 하부코어를 나타내는 사시도이고,
도 4a, 4b는 본 발명의 스탬퍼를 나타내는 평면도와 단면도이고,
도 5는 본 발명의 바이오칩 사출용 단납기 금형장치의 스탬퍼의 제조과정을 나타내는 도면이다.

이하에서 도면을 참조하여 본 발명에 따른 사이즈에 따라 표준화한 몰드베이스 기반 바이오칩 사출용 단납기 금형장치에 대해 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 사이즈에 따라 표준화한 몰드베이스 기반 바이오칩 사출용 단납기 금형장치의 사시도이고, 도 2는 본 발명의 사이즈에 따라 표준화된 몰드베이스를 나타내는 평면도이고, 도 3a, 3b는 본 발명의 금형코어부를 이루는 상부코어와 하부코어를 나타내는 사시도이고, 도 4a, 4b는 본 발명의 스탬퍼를 나타내는 평면도와 단면도이고, 도 5는 본 발명의 바이오칩 사출용 단납기 금형장치의 스탬퍼의 제조과정을 나타내는 도면이다.

본 발명은 바이오칩의 기판을 사출하기 위한 단납기 금형장치에 대한 것으로 종래에는 바이오칩의 기판을 유리 등으로 제작하였다. 이는 바이오칩의 표면에는 마이크로미터 단위의 선폭을 갖는 선로, 홀, 돌기 등이 형성되는데 이를 정밀하게 사출하는 것이 매우 어려웠기 때문이다. 또한, 바이오칩이 기본적으로 소량 다품종의 특성을 가지고 있고 다양한 사이즈의 기판을 가지고 있어 종래 금형장치로는 몰드베이스와 금형코어를 각 바이오칩의 기판별로 제작하는 것이 매우 불합리하여 바이오칩 기판을 사출로 제작하지 못한 문제점이 있었다.

본 발명은 이러한 종래 바이오칩의 기판 제작과정에 문제점을 해결하기 위한 것으로 소량 다품종의 바이오칩의 기판 사이즈에 제조원가의 측면에서 효율적으로 대응하고 제조기간을 종래 바이오칩 기판 제작방법에 비해 현격하게 단축시킬 수 있고 마이크로미터 단위의 미세패턴(P)을 정밀하게 사출할 수 있는 사이즈에 따라 표준화한 몰드베이스 기반 바이오칩 사출용 단납기 금형장치에 대한 것이다.

본 발명의 사이즈에 따라 표준화한 몰드베이스 기반 바이오칩 사출용 단납기 금형장치는 바이오칩 기판을 이룰 수지가 노즐을 통해 주입되고 기판의 외형과 공일한 형상의 캐비티가 내부에 형성되는 금형코어부(100)와 금형코어부(100)를 사출을 위한 수지가 주입되어 경화된 후 사출품의 취출 등 사출에 필요한 구동, 수지공급 및 냉각 등 사출과정에 필요한 구성이 마련된 사출장치에 결합시기는 몰드베이스(200)와 금형코어부(100)의 내부 캐비티 일면에 설치되어 바이오칩 기판 표면에 일정한 패턴을 형성하기 위한 패턴(P)이 음각/양각으로 형성되는 스탬퍼(300)를 포함하여 이루어지되 본 발명의 몰드베이스(200)는 앞서 바이오칩의 사이즈 크기에 효율적으로 대응하기 위해 단계별로 표준화되어 제작되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 금형코어부(100)는 바이오칩의 기판을 사출 제작하기 위해 금속재질로 이루어지고 기판의 외형과 동일한 형태의 캐비티가 내부에 형성되는 구성이다. 본 발명의 금형코어부(100)는 기본금형인 경우 도 3a, 3b에 도시된 것과 같이 상부금형(110)과 하부금형(120)으로 이루어진다.

종래 양상 금형인 경우 금형의 내구성을 감안하여 KP4, NAK80, SKD11 등 사출품의 특성을 감안하여 제작되는데 몰드베이스와 함께 제작되고 정밀도, 가공 난이도 등으로 제작기간, 가격이 매우 고가인 것이 일반적이다. 이에 비해 단납기 금형의 경우 양산 전 시금형으로 활용되는 것이 보통이라 가공이 용이하고 저가의 재료를 사용하되 내구성이 떨어지는 문제가 있다. 하지만 바이오칩의 경우 소량 다품종의 특징이 있어 단납기 금형으로 대응하는 것이 효율적인데 종래 단납기 금형의 경우 범용 몰드베이스를 사용함에 따라 바이오칩 기판의 사이즈에 대응하는 것이 어려운 문제가 있었다.

본 발명의 금형코어부(100)는 단납기 금형으로 바이오칩의 기판 사이즈에 따라 내부의 캐비티를 설계하고 cavity balance를 고려하여 단계별로 표준화된 몰드베이스(200)에 맞춰 제작된다. 또한, 바이오칩의 기판에는 마이크로미터 단위의 미세패턴(P)을 형성하여야 하므로 이를 금형코어부(100) 표면에 직접 음각/양각으로 새기는 것이 아니라 미세한 패턴(P)이 정밀하게 새겨진 스탬퍼(300)를 사용하고 이 스탬퍼(300)가 고정될 스탬퍼고정부(130)가 금형코어부(100)의 일면에 마련된다.

본 발명의 몰드베이스(200)는 금형코어부(100)의 외곽부를 파지하여 사출을 위해 금형코어부(100)를 구동하는 사출장치와 연결시키는 구성이다. 몰드베이스(200)는 금형코어부(100)를 사출장치와 연결하고 수지를 주입하는 노즐, 금형코어부(100)가 사출에 적절한 온도를 갖도록 하는 냉각라인과 기타 사출에 필요한 구성과 연결부가 마련된다. 본 발명의 몰드베이스(200)는 도 2에 도시된 것과 같이 바이오칩의 기판 사이즈에 따라 단계별(200a, 200b, b00c)로 마련되고 몰드베이스(200)에 삽입되는 금형코어부(100)의 사이즈에 따라 코어부 삽입홈(210)의 가로(W1, W2, W3)와 세로(L1, L2, L3)의 길이가 다르게 제작된다. 즉, 기본적으로 바이오칩 기판의 사이즈에 따라 몰드베이스(200)를 표준화하지만 금형코어부(100)의 제작의 효율성 및 금형코어부(100)의 높이, 무게를 포함하여 사출 시 구동의 효율성도 고려하여 몰드베이스(200)의 표준화를 정하는 것이 바람직하다.

본 발명의 몰드베이스(200)에는 금형코어부(100)가 삽입될 코어부 삽입홈(210)이 마련되고 금형코어부(100)가 삽입된 후 코어고정부(220)으로 고정된다. 금형코어부(100)는 바이오칩의 사이즈에 따라 표준화된 몰드베이스(200)를 우선 정하고 몰드베이스(200)에 마련된 코어부 삽입홈(210)의 크기에 맞춰 금형코어부(100)를 제작하고 내부에 사출될 바이오칩의 기판 외형과 동일한 캐비티를 가공한다. 따라서 본 발명의 경우 바이오칩 기판의 크기에 따라 단계별로 표준화된 몰드베이스(200)를 사용하고 그에 맞춰 금형코어부(100)를 가공하게 되므로 금형코어부(100)의 제작의 효율성 및 사출 시 구동의 효율성도 높일 수 있는 장점이 있다.

본 발명의 스탬퍼(300)는 바이오칩의 기판에 형성할 미세패턴(P)이 음각/양각으로 형성되는 구성이다. 앞서 설명한 바와 같이 바이오칩의 기판에는 마이크로미터 단위의 미세한 패턴(P)이 형성되는데 이를 금형코어에 직접 새기는 것이 매우 어렵고 바이오칩 기판 사이즈는 동일하다 하더라도 미세패턴(P)이 변경되는 경우 금형코어 자체를 다시 제작해야하는 문제점이 있었다. 이러한 문제를 해결하기 위해 본 발명은 스탬퍼(300)에 미세패턴(P)을 음각/양각으로 새기고 이를 금형코어부(100) 일면에 부착하여 보다 손쉽게 바이오칩 기판을 사출 제작할 수 있는 장점이 있다.

또한, 미세한 패턴(P)을 종래의 가공방식을 사용하여 제작하는 경우 정밀도를 맞추기가 어렵고 매번 바이오칩의 기판에 따라 스탬퍼(300)를 제작하여야 하므로 제작기간이나 제작비용이 큰 것이 문제이다. 따라서 본 발명의 스탬퍼(300)는 반도체 제조공정을 통해 웨이퍼로 여러 개의 기판을 한 번에 제작한 후 이를 절단하여 사용함으로써 스탬퍼(300)의 제작비용, 기간을 현격히 절감할 수 있는 장점이 있다. 따라서 본 발명의 스탬퍼(300)는 반도체 제조공정을 통해 제작됨에 따라 리소그래피나 에칭, 증착 등의 공정이 가능한 재질로 이루어져야 하며 본 발명의 스탬퍼(300)는 실리콘으로 제작하는 것이 바람직하다. 이렇게 스탬퍼(300)를 실리콘으로 제작하는 경우 스탬퍼(300)의 내구성에 문제가 생길 수도 있으므로 스탬퍼(300)의 상부에 내구성, 바이오칩의 특성을 감안하여 금속코팅층(310)을 형성하는 것이 바람직하다. 금속코팅층(310)의 경우 도금의 방식으로 형성할 수도 있으나 패턴(P)의 사이즈가 마이크로미터 단위이므로 증착으로 형성하는 것도 무방하다.

또한, 도 5와 같이 스탬퍼(300) 제작 시 웨이퍼에 여러 가지의 패턴(P1~P4)을 한 번에 제작한 후 이를 절단할 때 패턴(P)의 형태와 무관하게 사각형으로 절단하는 것이 바람직한데 이는 스탬퍼(300)를 금형코어부(100)에 장착할 때 위치 정밀도를 맞춰야 하는데 이 경우 사각형 타입의 스탬퍼(300)가 유리하기 때문이다.

금형코어부 : 100 몰드베이스 : 200
스탬퍼 : 300

Claims (5)

1. 표준 몰드베이스 기반 바이오칩 사출용 단납기 금형장치에 있어서,
   상기 바이오칩의 사출을 위해 수지가 주입되고 사출될 바이오칩의 외형과 동일한 형상의 캐비티가 내부에 형성되는 금형코어부와,
   상기 금형코어부의 외곽부를 파지하고 바이오칩의 사출을 위해 금형코어부를 구동하는 사출장치와 결합시키는 몰드베이스와,
   상기 금형코어부 내부에 형성되는 캐비티의 일면에 배치되어 상기 바이오칩의 표면에 일정한 패턴을 형성할 패턴이 음각 또는 양각으로 형성된 스탬퍼를 포함하되,
   상기 몰드베이스는 사출될 바이오칩의 외형 사이즈에 따라 표준화된 몰드베이스이고,
   상기 몰드베이스는 사출된 바이오칩의 기판 사이즈에 따라 단계별로 표준화되되, 상기 금형코어부의 캐비티 밸런스를 고려하여 4단계로 표준화되며,
   상기 스탬퍼는 실리콘 재질의 웨이퍼로 이루어지고 상기 바이오칩의 표면에 형성할 음각/양각의 패턴은 반도체 제조공정을 이용하여 형성하고,
   상기 스탬퍼는 상기 웨이퍼 상에 2 이상의 음각/양각 패턴을 형성하고 사각형으로 절단하여 사용하며,
   상기 스탬퍼는 상기 웨이퍼 상에 반도체 공정으로 형성된 음각/양각의 패턴이 있는 수지와 접촉하는 표면에 사출될 바이오칩의 사출효율성을 고려하여 금속 코팅층을 형성하며,
   상기 사각형으로 절단된 스탬퍼는 수지가 주입되는 노즐이 마련된 일측을 제외한 나머지 3면을 고정하는 스탬퍼 고정부에 의해 고정되는 것을 특징으로 하는 사이즈에 따라 표준화한 몰드베이스 기반 바이오칩 사출용 단납기 금형장치.
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