KR102495880B1 - 카본복합재 펠리클 프레임 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 카본복합재 펠리클 프레임 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 카본재질의 프리프레그를 복합성형치구에 감은상태로 복합성형치구을 탈거하지 않고 그대로 성형이 이루어지도록 하여, 제조가 간편하면서 금형과 관련된 설비비용을 절감하도록 한 카본복합재 펠리클 프레임 제조방법에 관한 것이다.
즉, 본 발명은 복합성형치구를 준비하고 회전장치에 복합성형치구를 설치하는 단계와, 상기 복합성형치구를 회전시키면서 복합성형치구의 둘레에 카본 프리프레그를 연속적으로 감아서 일정두께로 적층하여 다각형의 프레임을 형성하는 단계와, 상기 복합성형치구의 둘레에 가압치구를 더 결합하여 프레임이 복합성형치구에 결합된 상태로 압력을 가하는 단계와, 상기 가압치구가 결합된 상태로 복합성형치구를 오븐장치로 이동하여 일정시간동안 경화하는 단계와, 상기 복합성형치구를 오븐장치에서 꺼내고 가압치구와 복합성형치구를 분해하여 경화된 프레임을 탈형하는 단계;로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

카본복합재 펠리클 프레임 제조방법{a manufacturing method of pellicle frame}

본 발명은 카본복합재 펠리클 프레임 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 카본재질의 프리프레그를 복합성형치구에 감은상태로 복합성형치구을 탈거하지 않고 그대로 성형이 이루어지도록 하여, 제조가 간편하면서 금형과 관련된 설비비용을 절감하도록 한 카본복합재 펠리클 프레임 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 펠리클(pellicle)은 반도체 디바이스, 프린트 기판, 액정 디스플레이를 제조할 때 노광공정에서 사용되는데, 이때 필름원판 역할을 하는 포토마스크에 먼지가 부착되면 그대로 전사되어 불량을 유발하기 때문에 포토마스크 표면에 일정간격을 유지한 상태로 펠리클을 부착하여 먼지로 인한 오염을 방지한다.

상기 펠리클에는 먼지가 부착되더라도 포토마스크와 위상차이가 존재하기 때문에 전사패턴에 영향을 미치지 않는 것이다.

상기 펠리클의 구조는 펠리클 프레임과 펠리클 막으로 이루어져 있으며, 펠리클 프레임에는 내측과 외측을 통기시키기 위한 통기구멍이 형성되고 하단에는 마스크 점착층용 단턱 또는 홈이 형성되어 있으며, 펠리클 막은 광투과성이 우수한 투명한 수지(니트로 셀루로오즈, 불소수지 등)로 형성된다.

이러한 펠리클 프레임은 주로 알루미늄합금(A7075)으로 제조가 이루어지고 있으나, 펠리클 프레임에는 펠리클 막이 150~300N 정도의 강한장력으로 당겨진 상태로 부착되기 때문에 펠리클 프레임이 내측으로 휨 변형이 발생하게 된다. 특히 액정 디스플레이에 적용되는 펠리클 프레임의 경우, 대형 사이즈로 제작되기 때문에 휨 변형이 내측뿐만 아니라 상하방향의 변형도 심하게 발생하며, 이와 같은 변형은 노광영역을 줄어들게 하여 효율 및 정밀도를 악화시키는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명자에 의해 개시된 특허 등록특허 제10-1671151호(펠리클 프레임의 제조방법)에는 탄소섬유에 수지를 함침시킨 복합재에 전기방사장치를 통해 탄소나노튜브가 첨가된 프리프레그를 준비하는 단계와, 상기 준비된 프리프레그를 다각형의 성형치구에 일정두께가 되도록 연속적으로 감아 적층하여 프레임을 형성하는 1차 성형단계와, 상기 1차 성형된 프레임을 프레스장치에 넣고 적층방향과 직각 방향으로 압력을 가해 경화과정을 거치는 2차 성형단계;로 이루어지는 기술이 나와 있다.

상기 선행기술은 탄소섬유를 통해 높은 강성을 갖도록 하면서 경량화를 갖도록 한 펠리클 프레임을 제공하고 있으나, 성형방식에 있어서 프리프레그를 성형치구에 감은 상태에서 다시 분리하고, 분리된 프레임을 별도의 금형장치 즉 프레스장치에 결합한 다음 압력을 가하여 성형이 이루어지기 때문에, 성형에 따른 제조공정이 복잡하였으며, 고비용의 프레스장치를 설비비용으로 사용되는 문제점이 있었다.

등록특허 제10-1671151호(펠리클 프레임의 제조방법)

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 카본재질의 프리프레그를 이용하여 펠리클 프레임을 제조함에 있어서 초기에 복합성형치구에 감은 프리프레그를 탈거하지 않고 그대로 성형할 수 있도록 한 방법을 제공하여, 별도의 금형장치 사용에 따른 공정이 생략되어 제조가 간편하게 이루어지고, 금형장치 대한 설비비용을 절감할 수 있는 카본복합재 펠리클 프레임 제조방법을 제공함에 목적을 두고 있다.

본 발명은 복합성형치구를 준비하고 회전장치에 복합성형치구를 설치하는 단계와, 상기 복합성형치구를 회전시키면서 복합성형치구의 둘레에 카본 프리프레그를 연속적으로 감아서 일정두께로 적층하여 다각형의 프레임을 형성하는 단계와, 상기 복합성형치구의 둘레에 가압치구를 더 결합하여 프레임이 복합성형치구에 결합된 상태로 압력을 가하는 단계와, 상기 가압치구가 결합된 상태로 복합성형치구를 오븐장치로 이동하여 일정시간동안 경화하는 단계와, 상기 복합성형치구를 오븐장치에서 꺼내고 가압치구와 복합성형치구를 분해하여 경화된 프레임을 탈형하는 단계;로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 다각형의 프레임을 형성하는 단계에서 공급되는 카본 프리프레그는 지관에 카본 프리프레그 원단을 롤링된 형태로 고정한 다음, 지관의 일측에 설치된 컷팅장치에 의해 원단을 재단하여 공급하게 되는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 복합성형치구를 오븐장치로 이동하여 일정시간동안 경화하는 단계에서 경화조건은 80℃의 온도에서 30분동안 가열하는 1차가열을 거치고 나서 130℃의 온도에서 90분동안 가열하는 2차가열을 통해 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 최초 복합성형치구에 카본 프리프레그를 감는 과정부터 경화하는 과정까지 펠리클 프레임을 분리하거나 별도의 금형장치와 같은 성형설비에 옮기는 공정이 전혀 없기 때문에, 제조가 간편하게 이루어지고 제조시간을 단축시킬 수 있는 효과가 있고, 금형이나 프레스와 같은 장비가 사용되지 않기 때문에 설비비용을 크게 절감할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 카본복합재 펠리클 프레임 제조방법을 나타낸 블록도
도 2는 본 발명의 복합성형치구를 준비하고 회전장치에 복합성형치구를 설치하는 단계를 나타낸 도면
도 3은 본 발명에서 복합성형치구의 둘레에 카본 프리프레그를 연속적으로 감아서 일정두께로 적층하여 다각형의 프레임을 형성하는 단계를 나타낸 도면
도 4는 본 발명의 제조방법에 사용되는 복합성형치구의 단면 구조를 확대하여 나타낸 도면
도 5 내지 6은 본 발명의 제조방법에서 복합성형치구의 둘레에 가압치구를 더 결합하여 프레임이 복합성형치구에 결합된 상태로 압력을 가하는 단계를 나타낸 도면
도 7은 본 발명의 복합성형치구를 오븐장치로 이동하여 일정시간동안 경화하는 단계
도 8은 본 발명의 복합성형치구를 오븐장치로 이동하여 일정시간동안 경화하는 단계에서 오븐장치의 경화조건을 나타낸 도면
도 9는 본 발명의 가압치구와 복합성형치구를 분해하여 경화된 프레임을 탈형하는 단계를 나타낸 도면

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

본 발명의 카본복합재 펠리클 프레임 제조방법은 도 1에 도시한 바와 같이 복합성형치구를 준비하고 회전장치에 복합성형치구를 설치하는 단계(S1)와, 상기 복합성형치구를 회전시키면서 복합성형치구의 둘레에 카본 프리프레그를 연속적으로 감아서 일정두께로 적층하여 다각형의 프레임을 형성하는 단계(S2)와, 상기 복합성형치구의 둘레에 가압치구를 더 결합하여 프레임이 복합성형치구에 결합된 상태로 압력을 가하는 단계(S3)와, 상기 가압치구가 결합된 상태로 복합성형치구를 오븐장치로 이동하여 일정시간동안 경화하는 단계(S4)와, 상기 복합성형치구를 오븐장치에서 꺼내고 가압치구와 복합성형치구를 분해하여 경화된 프레임을 탈형하는 단계(S5);로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기 회전장치에 복합성형치구를 설치하는 단계(S1)는 도 2에 도시한 바와 같이 복합성형치구를 준비하여 복합성형치구의 중앙에 형성된 회전축을 회전장치에 설치하여 복합성형치구를 회전축을 중심으로 회전가능하도록 한다. 상기 복합성형치구는 회전장치에 설치하기에 앞서 프리프레그가 와인딩되는 부분의 세척과정이 필요하다.

그리고 상기 복합성형치구는 재질은 steel 재질로 적용되는 것이 바람직하다. 본 발명의 제조방법은 복합성형치구를 단순히 프리프레그를 감는것에 그치지 않고 오븐장치에 넣고 열처리 공정까지 거쳐야 하기 때문에, 열팽창계수가 낮은 steel 재질로 적용되는 것이다. 만약, 일반적으로 성형치구에 사용되는 알루미늄 재질로 적용할 경우, 오븐장치를 통해 경화하는 과정에서 과다하게 팽창하여 펠리클 프레임의 손상 또는 뒤틀림이 발생할 수 있다.

상기 다각형의 프레임을 형성하는 단계(S2)는 도 3에 도시한 바와 같이 1줄로 공급되는 카본 프리프레그를 복합성형치구에 고정한 다음 복합성형치구가 회전되면서 둘레를 감는 형태로 프레임을 형성한다. 상기 복합성형치구는 회전장치에 의해 회전되며, 회전수를 정확하게 카운팅하여 제조하고자 하는 펠리클 프레임의 규격에 맞게 적층수를 조정하게 된다.

상기 다각형의 프레임을 형성하는 단계(S2)에서 공급되는 카본 프리프레그는 도 3에 도시한 바와 같이 지관에 카본 프리프레그 원단을 롤링된 형태로 고정한 다음, 지관의 일측에 설치된 컷팅장치에 의해 원단을 재단하여 공급하게 된다.

상기 복합성형치구의 테두리에는 도 4에 도시한 바와 같이 프리프레그가 잘 감길 수 있도록 하면서 프레임 형상을 갖도록 하기 위해서는 안착홈을 형성하게 된다. 이때 안착홈의 깊이는 프리프레그가 적층되는 두께보다 깊게 형성되는 것이 바람직하다.

그리고 나서 도 5에 도시한 바와 같이 복합성형치구의 둘레에 가압치구를 더 결합하여 프레임이 복합성형치구에 결합된 상태로 압력을 가하는 단계(S3)를 거치게 된다. 상기 가압치구는 복합성형치구에서 펠리클 프레임을 탈거하지 않은 상태에서 결합을 하게 된다. 4각형의 프레임을 기준으로 각 면마다 적용하여 총 4개의 가압치구를 복합성형치구의 테두리에 결합하게 된다.

상기와 같이 가압치구를 결합함에 따라 프레임에 압력이 가해지게 된다. 상기 가압치구의 결합은 다수의 볼트를 통해 이루어지게 되며 볼트의 결합력에 의해 강한 압력을 발생시키게 된다. 상기 가압치구의 단면은 도 6에 도시한 바와 같이 "T" 자 형태의 단면구조로 이루어지도록 하여 강한 볼트압력에도 가압치구의 변형이 발생하지 않도록 하면서, 안착홈의 내측에 위치한 프레임에 제대로 압력을 가할 수 있게 되는 것이다.

그리고 상기 볼트의 결합부에 각각 스프링와셔를 결합하여 볼트의 압력이 일정하게 유지될 수 있도록 하여, 가압치구의 압력이 균일하게 이루어지도록 하는 것이 바람직하다.

가압치구의 결합이 완료되면 도 7에 도시한 바와 같이 상기 복합성형치구를 오븐장치로 이동하여 일정시간동안 경화하는 단계(S4)를 거치게 된다. 즉, 가압치구가 결합된 상태로 복합성형치구를 오븐장치에 넣어서 온도를 상승시켜서 프레임의 경화과정이 이루어진다.

상기 복합성형치구를 오븐장치로 이동하여 일정시간동안 경화하는 단계(S4)에서 경화조건은 도 8에 도시한 바와 같이 80℃의 온도에서 30분동안 가열하는 1차가열을 거치고 나서 130℃의 온도에서 90분동안 가열하는 2차가열을 통해 이루어진다. 이때 승온시간은 15분에 걸쳐서 이루어지도록 한다.

상기와 같이 1차가열 및 2차가열을 통해서 서서히 가열하는 이유는 복합성형치구의 열팽창을 최소화하고, 복합성형치구 내에서 경화작용이 안정적으로 이루어지도록 하기 위함이다.

상기 오븐장치에서 경화가 완료되면, 도 9에 도시한 바와 같이 최종적으로 상기 복합성형치구를 오븐장치에서 꺼내고 가압치구와 복합성형치구를 분해하여 경화된 프레임을 탈형하는 단계(S5)를 거치게 된다. 분해순서는 결합의 역순으로 이루어지며, 가압치구를 먼저 복합성형치구에서 분리한 다음 복합성형치구를 분리하여 프레임을 꺼내게 된다.

이와 같이 이루어지는 본 발명은 최초 복합성형치구에 카본 프리프레그를 감는 과정부터 경화하는 과정까지 펠리클 프레임을 분리하거나 별도의 금형장치와 같은 성형설비에 옮기는 공정이 전혀 없기 때문에, 제조가 간편하게 이루어지고 제조시간을 단축시킬 수 있게 되는 것이다. 또한 금형이나 프레스와 같은 장비가 사용되지 않기 때문에 설비비용을 크게 절감할 수 있게 되는 것이다.

이상에서 본 발명은 상기 실시예를 참고하여 설명하였지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형실시가 가능함은 물론이다.

S1 ~ S5 : 카본복합재 펠리클 프레임 제조방법
10 : 복합성형치구
11 : 안착홈
20 : 가압치구

Claims (3)

1. 복합성형치구를 준비하고 회전장치에 복합성형치구를 설치하는 단계(S1)와,
   상기 복합성형치구를 회전시키면서 복합성형치구의 둘레에 카본 프리프레그를 연속적으로 감아서 일정두께로 적층하여 다각형의 프레임을 형성하는 단계(S2)와,
   상기 복합성형치구는 테두리에 안착홈(11)이 형성되고, 복합성형치구의 둘레에 "T" 자 형태의 단면구조를 가지는 가압치구를 더 결합하여 프레임이 복합성형치구에 결합된 상태로 압력을 가하는 단계(S3)와,
   상기 가압치구가 결합된 상태로 복합성형치구를 오븐장치로 이동하여 일정시간동안 경화하는 단계(S4)와,
   상기 복합성형치구를 오븐장치에서 꺼내고 가압치구와 복합성형치구를 분해하여 경화된 프레임을 탈형하는 단계(S5);로 이루어지는 것을 특징으로 하는 카본복합재 펠리클 프레임 제조방법.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 다각형의 프레임을 형성하는 단계(S2)에서 공급되는 카본 프리프레그는 지관에 카본 프리프레그 원단을 롤링된 형태로 고정한 다음, 지관의 일측에 설치된 컷팅장치에 의해 원단을 재단하여 공급하게 되는 것을 특징으로 하는 카본복합재 펠리클 프레임 제조방법.
   
3. 제 1항에 있어서,
   상기 복합성형치구를 오븐장치로 이동하여 일정시간동안 경화하는 단계(S4)에서 경화조건은 80℃의 온도에서 30분동안 가열하는 1차가열을 거치고 나서 130℃의 온도에서 90분동안 가열하는 2차가열을 통해 이루어지는 것을 특징으로 하는 카본복합재 펠리클 프레임 제조방법.
   
   
   

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