KR102669493B1 - 3D microstructure replication method using Poisson effect - Google Patents

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Abstract

본 발명은 포아송 효과를 이용한 3D 미세구조 복제방법에 관한 것으로, 본 발명에 따르면, 마스터 몰드에 소프트 리소그래피(Soft lithography) 방법으로 초탄성재료를 전사하여, 소프트 몰드를 성형하는 소프트 몰드준비단계, 상기 소프트 몰드에 레진을 도포하는 레진도포단계, 상기 소프트 몰드의 상면에 수직 압력을 가하고, 수직 압력에 의한 포아송 효과를 이용해 상기 소프트 몰드의 형태를 변형시키는 압축단계, 형태가 변형된 상기 소프트 몰드에 열 또는 자외선을 가해 상기 레진을 경화시켜 상기 3D 미세구조물을 생성하는 레진 경화단계 및 상기 소프트 몰드에 수직 압력을 제거하여 상기 소프트 몰드의 형태를 복원시키고, 상기 3D 미세구조물을 이형시키는 이형단계를 포함하는 포아송 효과를 이용한 3D 미세구조 복제방법을 제공할 수 있다.The present invention relates to a 3D microstructure replication method using the Poisson effect. According to the present invention, a soft mold preparation step of forming a soft mold by transferring a superelastic material to a master mold using a soft lithography method, the above A resin application step of applying resin to a soft mold, a compression step of applying vertical pressure to the upper surface of the soft mold and deforming the shape of the soft mold using the Poisson effect caused by the vertical pressure, and applying heat to the soft mold whose shape has been deformed. Or a resin curing step of curing the resin by applying ultraviolet rays to create the 3D microstructure and a release step of restoring the shape of the soft mold by removing vertical pressure on the soft mold and releasing the 3D microstructure. A 3D microstructure replication method using the Poisson effect can be provided.

Description

포아송 효과를 이용한 3D 미세구조 복제방법{3D microstructure replication method using Poisson effect}3D microstructure replication method using Poisson effect}

본 발명은 포아송 효과를 이용한 3D 미세구조 복제방법에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 3차원적 미세구조체를 복제하는 과정에서 동일한 형태의 미세구조를 동일한 방법으로 반복 복제하여 3차원적 미세구조의 양산이 가능한 포아송 효과를 이용한 3D 미세구조 복제방법에 관한 것이다.The present invention relates to a 3D microstructure replication method using the Poisson effect. More specifically, in the process of replicating a 3D microstructure, it is possible to mass-produce a 3D microstructure by repeatedly replicating the same type of microstructure using the same method. This relates to a 3D microstructure replication method using the Poisson effect.

일반적으로, 3차원 구조체를 제작하기 위해서는 3차원 구조체의 형상을 만들어 낼 수 있는 금형을 제작해야 한다.Generally, in order to manufacture a three-dimensional structure, a mold that can create the shape of the three-dimensional structure must be manufactured.

이를 위해 목형을 제작하고, 다수의 공정을 거쳐 최종적으로 금형을 만들어 3차원 구조체를 생산하게 된다. To achieve this, a wooden mold is manufactured, and through a number of processes, a final mold is made to produce a three-dimensional structure.

이때, 3차원 구조체의 금형을 만들어 내기 위해서 쾌속 조형 공정을 이용할 수 있다. At this time, a rapid prototyping process can be used to create a mold for a three-dimensional structure.

여기서, 쾌속 조형 공정이란 종이, 왁스, ABS 및 플라스틱 등의 재료를 사용하여 3차원 캐드 데이터로부터 금형없이 직접 3차원 형상의 시작품을 성형하는 것을 말한다.Here, the rapid prototyping process refers to forming a 3D prototype directly from 3D CAD data without a mold using materials such as paper, wax, ABS, and plastic.

이와 같은 신속성형 공정분야로, 한국공개특허 제10-2000-0054896호 '금속박판의 전기식 롤러용접을 이용한 3차원 시작품 제작방법 및 장치'가 공개되어 있다.In the field of such rapid forming processes, Korean Patent Publication No. 10-2000-0054896, 'Method and device for producing 3D prototypes using electric roller welding of thin metal plates' has been disclosed.

종래 기술은, 같이 금속박판에 형상부를 제작하고, 형상부가 형성된 금속박판을 적층하여 용접롤러로 금속박판을 서로 용착시킴으로써, 원하는 형상의 시작품을 만들 수 있다.In the prior art, a prototype of a desired shape can be made by manufacturing a shaped part on a thin metal plate, stacking the thin metal plates on which the shaped part is formed, and welding the thin metal plates to each other with a welding roller.

그러나, 종래 기술과 같은 3차원 구조체의 제조방법에서는, 금속박판의 두께를 줄이는 데 한계가 있고, 금속박판을 수 나노미터 내지 수십 나노미터의 두께로 작게 형성하는 경우, 금속박판을 롤러에 권취하기 어려운 문제가 발생할 수 있다.However, in the manufacturing method of a three-dimensional structure such as the prior art, there is a limit to reducing the thickness of the metal sheet, and when the metal sheet is formed small to a thickness of several nanometers to tens of nanometers, the metal sheet must be wound on a roller. Difficult problems may arise.

또한, 미세한 3차원 구조체에 대한 구조의 복제가 극히 제한되고, 생산성이 낮아 3차원 구조체의 양산이 힘들었다.In addition, the replication of structures for fine three-dimensional structures was extremely limited, and productivity was low, making mass production of three-dimensional structures difficult.

따라서, 3차원 미세구조를 제작하고, 작업의 공정 수 및 복잡도를 감소시킴으로써, 양산이 가능한 미세구조 복제방법에 대한 개발이 필요하다.Therefore, there is a need to develop a microstructure replication method that can be mass-produced by manufacturing three-dimensional microstructures and reducing the number of steps and complexity of the work.

상기와 같은 문제를 해결하고자, 본 발명은 포아송 효과를 이용한 3D 미세구조물의 복제방법으로, 작업의 공정 수 및 복잡도를 감소시켜 효율적이고 정밀한 3D 미세구조물의 복제 및 양산 기술을 제공하는데 목적이 있다.In order to solve the above problems, the present invention is a method of replicating 3D microstructures using the Poisson effect. The purpose of the present invention is to provide efficient and precise replication and mass production technology for 3D microstructures by reducing the number of work processes and complexity.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 포아송 효과를 이용한 3D 미세구조 복제방법은 마스터 몰드에 소프트 리소그래피(Soft lithography) 방법으로 초탄성재료를 전사하여, 소프트 몰드를 성형하는 소프트 몰드준비단계, 상기 소프트 몰드에 레진을 도포하는 레진도포단계, 상기 소프트 몰드의 상면에 수직 압력을 가하고, 수직 압력에 의한 포아송 효과를 이용해 상기 소프트 몰드의 형태를 변형시키는 압축단계, 형태가 변형된 상기 소프트 몰드에 열 또는 자외선을 가해 상기 레진을 경화시켜 상기 3D 미세구조물을 생성하는 레진 경화단계 및 상기 소프트 몰드에 수직 압력을 제거하여 상기 소프트 몰드의 형태를 복원시키고, 상기 3D 미세구조물을 이형시키는 이형단계를 포함할 수 있다.The 3D microstructure replication method using the Poisson effect according to an embodiment of the present invention to solve the above problem involves a soft mold preparation step of forming a soft mold by transferring a superelastic material to the master mold using a soft lithography method. , a resin application step of applying resin to the soft mold, a compression step of applying vertical pressure to the upper surface of the soft mold and deforming the shape of the soft mold using the Poisson effect caused by the vertical pressure, and the soft mold whose shape is deformed. a resin curing step of curing the resin by applying heat or ultraviolet rays to create the 3D microstructure; and a release step of restoring the shape of the soft mold by removing vertical pressure on the soft mold and releasing the 3D microstructure. It can be included.

또한, 소프트 몰드준비단계는 상기 마스터 몰드가 상측으로 이동할수록 좁아지는 형태로 형성된 격벽 및 상기 격벽의 외면에 형성된 돌출돌기를 포함할 수 있다.Additionally, the soft mold preparation step may include a partition wall formed in a shape that becomes narrower as the master mold moves upward, and a protruding protrusion formed on an outer surface of the partition wall.

또한, 소프트 몰드준비단계는 상기 소프트 몰드가 상기 격벽에 의해 형성된 이격공간 및 상기 돌출돌기에 의해 형성된 공간인 레진 캐비티를 포함할 수 있다.Additionally, in the soft mold preparation step, the soft mold may include a space formed by the partition wall and a resin cavity, which is a space formed by the protruding protrusion.

또한, 상기 압축단계는 포아송 효과에 의해 상기 이격공간이 좁혀지고 상기 이격공간을 중심으로 이웃하여 위치한 상기 레진 캐비티가 연통된 상태가 되어 상기 3D 미세구조물을 형성할 수 있다.In addition, in the compression step, the separation space is narrowed due to the Poisson effect and the resin cavities located adjacent to each other around the separation space become connected, thereby forming the 3D microstructure.

또한, 상기 압축단계는 하기 [수학식 1]을 통해 상기 이격공간의 현재 너비 변화에 따른 수직 변형률을 산출하고, 이 중 목표 수직 변형률 값을 선택하여 상기 목표 수직 변형률까지 상기 소프트 몰드의 형태를 변형시킬 수 있다.In addition, the compression step calculates the vertical strain according to the change in the current width of the separation space through the following [Equation 1], selects a target vertical strain value, and transforms the shape of the soft mold up to the target vertical strain. You can do it.

[수학식 1][Equation 1]

(여기서, 는 이격공간의 현재 너비, 는 이격공간의 초기 너비, 는 이격공간과 마주하는 이격공간 사이의 너비, 는 수직 변형률, 는 포아송비이다.)(here, is the current width of the separation space, is the initial width of the separation space, is the width between the space facing the space, is the vertical strain, is Poisson's ratio.)

상기와 같은 본 발명의 실시 예에 따른 포아송 효과를 이용한 3D 미세구조 복제방법은 포아송 효과에 의한 몰드의 형태 변형을 유도함으로써, ㎛ 단위의 너비를 가지는 3D 구조물의 미세구조를 복제할 수 있다.The 3D microstructure replication method using the Poisson effect according to the embodiment of the present invention as described above can replicate the microstructure of a 3D structure with a width in ㎛ units by inducing a shape deformation of the mold due to the Poisson effect.

또한, 포아송 효과를 적용할 수 있는 소프트 몰드를 사용하여 작업의 공정 수 및 복잡도를 감소시킬 수 있다.Additionally, the number of steps and complexity of work can be reduced by using a soft mold that can apply the Poisson effect.

또한, 대면적, 연속적 생산으로 동일한 형태의 3D 미세구조물을 정확도 높게 양산할 수 있다.In addition, 3D microstructures of the same shape can be mass-produced with high accuracy through large-area, continuous production.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 포아송 효과를 이용한 3D 미세구조 복제방법을 개략적으로 도시한 흐름도이다.
도 2는 도 1의 마스터 몰드를 도시한 예시도이다.
도 3은 도 1의 소프트 몰드를 도시한 예시도이다.
도 4의 (a) 내지 (c)는, 도 3의 종단면도로, 소프트 몰드가 압축단계를 통해 형태가 변형되는 순서를 도시한 예시도이다.
도 5의 (a)는 도 1의 압축단계가 이루어지지 않을 경우 복제되는 3D 미세구조물, (b)는 압축단계가 이루어지는 경우 복제되는 3D 미세구조물, (c)는 (b)를 확대한 3D 미세구조물을 나타낸 사진이다.
도 6의 (a)는 도 5의 (a)와 다른 형태의 3D 미세구조물, (b)는 도 5의 (b)와 다른 형태의 3D 미세구조물, (c)는 도 5의 (c)와 다른 형태의 3D 미세구조물을 나타낸 사진이다.
도 7의 (a)는 복제할 3D 미세구조물 타겟 패턴을 나타낸 예시도이고, (b) 및 (c)는 도 1에 의해 (a)의 형태로 복제한 3D 미세구조물을 나타낸 사진이다.
도 8의 (a)는 도 7의 (a)와 다른 형태의 3D 미세구조물 타겟 패턴을 나타낸 예시도이고, 도 8의 (b) 및 (c)는 도 8의 (a)의 형태로 복제한 3D 미세구조물을 나타낸 사진이다.
도 9의 (a) 내지 (d)는 도 1에 의해 각각 다른 수직 변형률로 복제된 3D 미세구조물을 나타낸 사진이다.
Figure 1 is a flowchart schematically showing a 3D microstructure replication method using the Poisson effect according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an exemplary diagram showing the master mold of FIG. 1.
Figure 3 is an exemplary diagram showing the soft mold of Figure 1.
Figures 4 (a) to (c) are longitudinal cross-sectional views of Figure 3, and are exemplary views showing the order in which the shape of the soft mold is deformed through the compression step.
Figure 5 (a) is a 3D microstructure replicated when the compression step of Figure 1 is not performed, (b) is a 3D microstructure replicated when the compression step is performed, and (c) is an enlarged 3D microstructure of (b). This is a photo showing the structure.
Figure 6 (a) is a 3D microstructure of a different form from Figure 5 (a), (b) is a 3D microstructure of a different form from Figure 5 (b), and (c) is a different form from Figure 5 (c). This is a photo showing a different type of 3D microstructure.
Figure 7 (a) is an example diagram showing a 3D microstructure target pattern to be copied, and (b) and (c) are photographs showing a 3D microstructure replicated in the form (a) of Figure 1.
Figure 8 (a) is an example diagram showing a 3D microstructure target pattern of a different form from Figure 7 (a), and Figures 8 (b) and (c) are duplicates of the form of Figure 8 (a). This is a photo showing the 3D microstructure.
Figures 9 (a) to (d) are photographs showing 3D microstructures replicated in Figure 1 at different vertical strain rates.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.Since the present invention can make various changes and take various forms, specific embodiments will be described in detail in the text. However, this is not intended to limit the present invention to a specific disclosed form, and should be understood to include all changes, equivalents, and substitutes included in the spirit and technical scope of the present invention.

본 출원에서 사용 한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수 의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 구성요소 등을 조합한 것이 존재함을 지정하려 는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 구성요소 등을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terms used in this application are only used to describe specific embodiments and are not intended to limit the invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In this application, terms such as “comprise” or “have” are intended to designate the existence of a combination of features, numbers, steps, components, etc. described in the specification, but are not limited to one or more other features or numbers, It should be understood that the existence or addition possibility of combinations of steps, components, etc. is not excluded in advance.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자 에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless otherwise defined, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as generally understood by a person of ordinary skill in the technical field to which the present invention pertains. Terms defined in commonly used dictionaries should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the related technology, and unless clearly defined in the present application, should not be interpreted in an ideal or excessively formal sense. No.

여기서, 반복되는 설명, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능, 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 본 발명의 실시형태는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.Here, repeated descriptions, known functions that may unnecessarily obscure the gist of the present invention, and detailed descriptions of configurations are omitted. Embodiments of the present invention are provided to more completely explain the present invention to those skilled in the art.

이하, 본 발명의 실시 예를 설명하기 위한 도 1 내지 도 9를 참조하여 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 1 to 9.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 포아송 효과를 이용한 3D 미세구조 복제방법을 개략적으로 도시한 흐름도이고, 도 2는 도 1의 마스터 몰드를 도시한 예시도이며, 도 3은 도 1의 소프트 몰드를 도시한 예시도이고, 도 4의 (a) 내지 (c)는, 도 3의 종단면도로, 소프트 몰드가 압축단계를 통해 형태가 변형되는 순서를 도시한 예시도이며, 도 5의 (a)는 도 1의 압축단계가 이루어지지 않을 경우 복제되는 3D 미세구조물, (b)는 압축단계가 이루어지는 경우 복제되는 3D 미세구조물, (c)는 (b)를 확대한 3D 미세구조물을 나타낸 사진이고, 도 6의 (a)는 도 5의 (a)와 다른 형태의 3D 미세구조물, (b)는 도 5의 (b)와 다른 형태의 3D 미세구조물, (c)는 도 5의 (c)와 다른 형태의 3D 미세구조물을 나타낸 사진이며, 도 7의 (a)는 복제할 3D 미세구조물 타겟 패턴을 나타낸 예시도이고, (b) 및 (c)는 도 1에 의해 (a)의 형태로 복제한 3D 미세구조물을 나타낸 사진이며, 도 8의 (a)는 도 7의 (a)와 다른 형태의 3D 미세구조물 타겟 패턴을 나타낸 예시도이고, 도 8의 (b) 및 (c)는 도 8의 (a)의 형태로 복제한 3D 미세구조물을 나타낸 사진이며, 도 9의 (a) 내지 (d)는 도 1에 의해 각각 다른 수직 변형률로 복제된 3D 미세구조물을 나타낸 사진이다.Figure 1 is a flowchart schematically showing a 3D microstructure replication method using the Poisson effect according to an embodiment of the present invention, Figure 2 is an exemplary diagram showing the master mold of Figure 1, and Figure 3 is a soft mold of Figure 1. is an example diagram showing, and Figures 4 (a) to (c) are longitudinal cross-sectional views of Figure 3 and are examples showing the order in which the soft mold is deformed through the compression step, and Figure 5 (a) is a 3D microstructure that is replicated when the compression step of Figure 1 is not performed, (b) is a 3D microstructure that is duplicated when the compression step is performed, (c) is a photograph showing an enlarged 3D microstructure of (b), Figure 6 (a) is a 3D microstructure of a different form from Figure 5 (a), (b) is a 3D microstructure of a different form from Figure 5 (b), and (c) is a different form from Figure 5 (c). This is a photograph showing a different type of 3D microstructure. Figure 7 (a) is an example showing a 3D microstructure target pattern to be copied, and (b) and (c) are replicated in the form of (a) in Figure 1. It is a photograph showing a 3D microstructure, and Figure 8 (a) is an example diagram showing a 3D fine structure target pattern of a different form from Figure 7 (a), and Figures 8 (b) and (c) are Figure 8 It is a photograph showing a 3D microstructure replicated in the form of (a), and Figures 9 (a) to (d) are photographs showing a 3D microstructure replicated at different vertical strain rates as shown in Figure 1.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 포아송 효과를 이용한 3D 미세구조 복제방법은 ㎛ 단위의 너비를 가지는 3D 미세구조물을 복제하는 방법으로, 소프트 몰드준비단계(S10), 레진도포단계(S20), 압축단계(S30), 레진 경화단계(S40) 및 이형단계(S50)를 포함할 수 있다.Referring to Figure 1, the 3D microstructure replication method using the Poisson effect according to an embodiment of the present invention is a method of replicating a 3D microstructure with a width in ㎛ units, and includes a soft mold preparation step (S10) and a resin application step ( It may include a compression step (S30), a resin curing step (S40), and a release step (S50).

먼저, 소프트 몰드준비단계(S10)는 마스터 몰드(10)에 소프트 리소그래피(Soft lithography) 방법으로 초탄성재료를 전사하여, 소프트 몰드(20)를 성형하는 단계이다.First, the soft mold preparation step (S10) is a step of forming the soft mold 20 by transferring a superelastic material to the master mold 10 using a soft lithography method.

여기서, 도 2를 참조하면 마스터 몰드(10)는 상측으로 이동할수록 좁아지는 형태로 형성된 격벽(11) 및 격벽(11)의 외면에 형성된 돌출돌기(12)를 포함할 수 있다.Here, referring to FIG. 2 , the master mold 10 may include a partition wall 11 formed in a shape that becomes narrower as it moves upward, and a protruding protrusion 12 formed on the outer surface of the partition wall 11.

구체적으로, 마스터 몰드(10)는 두 개의 광자와 펄스 레이저를 이용하여 펄스 레이저가 초점이 맞는 부분에 두 개의 광자가 흡수되어 화학반응을 일으키고, 화학반응에 의해 생성되는 물질의 적층으로 물체를 출력하는 3D 프린팅 방식인 2PP(2 Photon Polymerization) 방식으로 제작될 수 있다.Specifically, the master mold 10 uses two photons and a pulse laser to cause a chemical reaction by absorbing the two photons in the area where the pulse laser is focused, and outputs the object by layering the material generated by the chemical reaction. It can be produced using 2PP (2 Photon Polymerization), a 3D printing method.

이에, 마스터 몰드(10)를 세밀하게 제작할 수 있다.Accordingly, the master mold 10 can be manufactured in detail.

또한, 격벽(11)은 복제하고자 하는 3D 미세구조물의 너비와 같거나 넓은 너비를 가질 수 있다.Additionally, the partition wall 11 may have a width equal to or greater than the width of the 3D microstructure to be replicated.

이에, 3D 미세구조물은 격벽(11)에 의해 형성되는 이격공간(21)으로부터 안정적으로 이형될 수 있다.Accordingly, the 3D microstructure can be stably released from the separation space 21 formed by the partition wall 11.

또한, 돌출돌기(11)는 사용자가 복제하고자 하는 3D 미세구조물의 형태에 따라 형태가 달라질 수 있다.Additionally, the shape of the protruding protrusion 11 may vary depending on the shape of the 3D microstructure that the user wishes to replicate.

구체적으로 돌출돌기(11)는 3D 미세구조물의 일부 형태로, 복수의 돌출돌기(11)가 모여 하나의 3D 미세구조물의 형태를 이룰 수 있다.Specifically, the protruding protrusions 11 are a part of a 3D microstructure, and a plurality of protruding protrusions 11 can be gathered together to form one 3D microstructure.

예를 들면, 도 2에 도시된 바와 같이 하프 링(Half ring) 형태의 3D 미세구조물을 복제할 경우, 돌출돌기(11)는 하프 링이 좌, 우 대칭을 이루도록 나누어진 형태로 형성될 수도 있다.For example, when replicating a 3D microstructure in the form of a half ring as shown in FIG. 2, the protruding protrusions 11 may be formed in a divided form so that the half ring is left and right symmetrical. .

소프트 리소그래피 방법은 유연한 유기물질을 사용하여 패턴이나 구조물을 만드는 전사법이다.Soft lithography is a transfer method that creates patterns or structures using flexible organic materials.

구체적으로 소프트 리소그래피 방법은 레플리카 몰딩, 모세관 힘 리소그래피, 모세관-미세몰딩, 미세전사몰딩, 액체중재전사몰딩 등의 몰딩 방법이 사용될 수 있다.Specifically, soft lithography methods may include molding methods such as replica molding, capillary force lithography, capillary-micro-molding, micro-transfer molding, and liquid-mediated transfer molding.

또한, 유연한 무유기물질로는 초탄성재료가 이용될 수 있다.Additionally, superelastic materials can be used as flexible inorganic materials.

여기서, 초탄성재료는 물체의 변형이 약 500% 이상이 발생하더라도, 하중을 제거하였을 때, 초기 상태로 되돌아가는 재료를 뜻하는 것이다.Here, a superelastic material refers to a material that returns to its initial state when the load is removed, even if the object is deformed by approximately 500% or more.

이러한 초탄성재료는 실리콘, 고무 등이 사용될 수 있다.Silicone, rubber, etc. may be used as such superelastic materials.

이에, 소프트 몰드(20)는 수직 압력(VP)에 의해 형태가 변형되어도 초기 형태로 되돌아올 수 있어, 재사용이 가능하고, 3D 미세구조물의 형태를 일관성 있게 제작할 수 있다. Accordingly, the soft mold 20 can return to its initial form even if its shape is deformed by vertical pressure (VP), allowing it to be reused, and the shape of a 3D microstructure can be manufactured consistently.

또한, 도 3을 참조하면 소프트 몰드(20)는, 소프트 몰드(20)가 격벽(11)에 의해 형성된 이격공간(21) 및 돌출돌기(12)에 의해 형성된 공간인 레진 캐비티(22)를 포함할 수 잇다.In addition, referring to FIG. 3, the soft mold 20 includes a space between the space 21 formed by the partition wall 11 and a resin cavity 22, which is a space formed by the protruding protrusion 12. You can do it.

구체적으로, 이격공간(21)은 격벽(11)으로 인해, 하측이 개방되고, 상측으로 이동할수록 좁아지는 형태로 형성될 수 있다.Specifically, the separation space 21 may be formed in a shape where the lower side is open due to the partition wall 11 and becomes narrower as it moves toward the upper side.

이에, 소프트 몰드(20)는 포아송 효과(PE)가 적용될 수 있는 이격공간(21)이 마련될 수 있다.Accordingly, the soft mold 20 may be provided with a space 21 where the Poisson effect (PE) can be applied.

또한, 레진 캐비티(22)는 돌출돌기(12)로 인해, 돌출돌기(12)의 형태로 함몰된 공간을 형성할 수 있다.Additionally, the resin cavity 22 may form a depressed space in the form of the protruding protrusion 12 due to the protruding protrusion 12 .

즉, 소프트 몰드(20)는 마스터 몰드(10)의 역상으로 형성될 수 있다.That is, the soft mold 20 may be formed as a reverse image of the master mold 10.

다음으로, 레진도포단계(S20)는 소프트 몰드(20)에 레진을 도포하는 단계이다.Next, the resin application step (S20) is a step of applying resin to the soft mold (20).

구체적으로, 레진도포단계(S20)는 이격공간(21) 및 레진 캐비티(22)에 레진을 도포할 수 있다.Specifically, the resin application step (S20) may apply resin to the separation space 21 and the resin cavity 22.

이때, 레진도포단계(S20)는 이격공간(21) 및 레진 캐비티(22)에 3D 미세구조물이 형태를 이룰 수 있을 정도의 레진을 도포할 수 있다.At this time, in the resin application step (S20), a sufficient amount of resin can be applied to the space 21 and the resin cavity 22 to form a 3D microstructure.

또한, 레진도포단계(S20)는 사용자의 요구에 따라 열 경화성 레진 또는 자외선 경화성 레진을 사용할 수 있다.Additionally, in the resin application step (S20), thermosetting resin or ultraviolet curing resin can be used depending on the user's needs.

다음으로, 압축단계(S30)는 소프트 몰드(20)의 상면에 수직 압력(VP)을 가하고, 수직 압력(VP)에 의한 포아송 효과(PE)를 이용해 소프트 몰드(20)의 형태를 변형시키는 단계이다.Next, the compression step (S30) is a step of applying vertical pressure (VP) to the upper surface of the soft mold 20 and deforming the shape of the soft mold 20 using the Poisson effect (PE) caused by the vertical pressure (VP). am.

이때, 압축단계(S30)는 소프트 몰드(20)의 상면과 하면에 기판(미도시)을 대고, 수직 압력(VP)을 가할 수 있다.At this time, in the compression step (S30), a substrate (not shown) may be placed on the upper and lower surfaces of the soft mold 20, and vertical pressure (VP) may be applied.

여기서, 기판은 유리, 실리콘 웨이퍼, 필름 등이 사용될 수 있다.Here, glass, silicon wafer, film, etc. may be used as the substrate.

이에, 압축단계(S30)는 소프트 몰드(20)의 상면에 대는 기판으로 소프트 몰드(20)의 전체 면적에 동일한 세기의 수직 압력(VP)을 가할 수 있다.Accordingly, in the compression step (S30), the same intensity of vertical pressure (VP) can be applied to the entire area of the soft mold 20 with the substrate placed on the upper surface of the soft mold 20.

또한, 압축단계(S30)는 소프트 몰드(20)의 하면에 대는 기판에 레진을 도포하여, 소프트 몰드(20)의 형태 변형 시 소프트 몰드(20)와의 마찰에 의해 발생할 수 있는 형태 변형 방해, 마모, 열 등의 문제를 줄일 수 있다.In addition, the compression step (S30) applies resin to the substrate applied to the lower surface of the soft mold 20, preventing shape deformation and wear that may occur due to friction with the soft mold 20 when the soft mold 20 is deformed. , heat, etc. problems can be reduced.

또한, 압축단계(S30)는 소프트 몰드(20)에 수직 압력(VP)을 가함으로써, 소프트 몰드(20)에 포아송 효과(PE)를 발생시킬 수 있다.Additionally, the compression step (S30) may generate a Poisson effect (PE) in the soft mold 20 by applying vertical pressure (VP) to the soft mold 20.

여기서, 포아송 효과(PE)는 물체가 한 방향으로 압축되는 경우, 압축되는 방향과 직각을 이루는 방향으로 확장하려는 성질이다.Here, the Poisson effect (PE) is a property that when an object is compressed in one direction, it expands in a direction perpendicular to the compressed direction.

이에, 압축단계(S30)는 소프트 몰드(20)에 수직 압력(VP)을 가해 수직 압력(VP)과 직각을 이루며 수평방향으로 발생하는 힘을 발생시킴으로써, 소프트 몰드(20)를 변형시켜 이격공간(21)을 좁힐 수 있다.Accordingly, in the compression step (S30), vertical pressure (VP) is applied to the soft mold (20) to generate a force generated in the horizontal direction at a right angle to the vertical pressure (VP), thereby deforming the soft mold (20) to create a separation space. (21) can be narrowed down.

구체적으로, 도 4를 참조하면, 도 4의 (a)는 레진도포단계(S20) 이후, 레진이 도포된 소프트 몰드(20)의 단면 상태를 나타낸 것이다.Specifically, referring to FIG. 4, (a) of FIG. 4 shows a cross-sectional state of the soft mold 20 to which the resin has been applied after the resin application step (S20).

또한, 도 4의 (b)는 (a) 상태에서 소프트 몰드(20)에 수직 압력(VP)을 가한 상태이다.Additionally, (b) in FIG. 4 shows a state in which vertical pressure (VP) is applied to the soft mold 20 in state (a).

이때, 소프트 몰드(20)가 포아송 효과(PE)에 의해 이격공간(21)이 내측으로 힘을 받는 것을 확인할 수 있다.At this time, it can be confirmed that the soft mold 20 receives an inward force from the space 21 due to the Poisson effect (PE).

또한, 도 4의 (c)는 (b)의 상태에서, 수직 압력(VP)이 계속 가해져 포아송 효과(PE)를 받아 이격공간(21)이 좁혀진 상태를 나타낸 것이다.In addition, (c) of FIG. 4 shows a state in which the vertical pressure (VP) is continuously applied and the separation space 21 is narrowed due to the Poisson effect (PE) in the state of (b).

이에, 이격공간(21)을 중심으로 이웃하여 위치한 레진 캐비티(22)가 연통된 상태가 되어 도포된 레진이 레진 캐비티(22)에 채워져 3D 미세구조물의 형태를 이룬 것을 확인할 수 있다.Accordingly, it can be confirmed that the resin cavities 22 located adjacent to each other centered on the space 21 are in a communication state, and the applied resin is filled in the resin cavity 22 to form a 3D microstructure.

또한, 도 5 및 도 6의 (a) 내지 (c)를 참조하면, (a)는 압축단계(S30)가 이루어지지 않을 경우, 복제되는 3D 구조물의 형태를 나타낸 것이다.In addition, referring to (a) to (c) of FIGS. 5 and 6, (a) shows the shape of the 3D structure to be replicated when the compression step (S30) is not performed.

여기서, 이격공간(21)과 레진 캐비티(22)의 형태가 그대로 복제된 것을 확인할 수 있다.Here, it can be seen that the shapes of the separation space 21 and the resin cavity 22 are copied as is.

또한, 도 5 및 도 6의 (b)는 압축단계(S30)가 이루어졌을 경우, 복제되는 3D 구조물의 형태를 나타낸 것이다.In addition, Figures 5 and 6 (b) show the shape of the 3D structure to be replicated when the compression step (S30) is performed.

여기서, 이격공간(21)의 형태는 좁혀지고, 이격공간(21)을 중심으로 이웃하여 위치한 레진 캐비티(22)가 연통된 상태가 되어 3D 미세구조물의 형태를 이루는 것을 확인할 수 있다.Here, it can be seen that the shape of the space 21 is narrowed, and the resin cavities 22 located adjacent to the space 21 are connected to form a 3D microstructure.

또한, 도 5 및 도 6의 (c)는 (b)의 3D 구조물을 확대한 것을 나타낸 것이다.Additionally, Figures 5 and 6 (c) show an enlarged version of the 3D structure in (b).

여기서, 3D 미세구조물이 레진 캐비티(22)가 연통되어 완전한 형태의 3D 미세구조물이 복제된 것을 확인할 수 있다.Here, it can be confirmed that the 3D microstructure is in communication with the resin cavity 22 and that the complete 3D microstructure is replicated.

또한, 압축단계(S30)는 하기 [수학식 1]을 통해 상기 이격공간의 현재 너비 변화에 따른 수직 변형률을 산출하고, 이 중 목표 수직 변형률 값을 선택하여 목표 수직 변형률까지 소프트 몰드(20)의 형태를 변형할 수 있다.In addition, the compression step (S30) calculates the vertical strain according to the change in the current width of the separation space through the following [Equation 1], selects the target vertical strain value, and compresses the soft mold 20 up to the target vertical strain. The shape can be changed.

[수학식 1][Equation 1]

여기서, 는 이격공간(21)의 현재 너비, 는 이격공간(21)의 초기 너비, 는 이격공간(21)과 마주하는 이격공간(21) 사이의 너비, 는 수직 변형률, 는 포아송비이다.here, is the current width of the separation space 21, is the initial width of the separation space 21, is the width between the space 21 and the space 21 facing each other, is the vertical strain, is Poisson's ratio.

또한, 포아송비는, 소프트 몰드(20)의 변형에 대한 변형률의 비를 나타내는 것으로, 소프트 몰드(20)의 높이가 변화된 수직 변형률과, 소프트 몰드(20)의 폭이 변화된 수평 변형률을 통해 산출될 수 있다.In addition, Poisson's ratio represents the ratio of strain to the deformation of the soft mold 20, and can be calculated through the vertical strain at which the height of the soft mold 20 is changed and the horizontal strain at which the width of the soft mold 20 is changed. You can.

구체적으로, 포아송비는, '- 수평 변형률 / 수직 변형률'으로 산출될 수 있다.Specifically, Poisson's ratio can be calculated as '-horizontal strain / vertical strain'.

이때, 포아송비를 구하기 위해 '-'를 취하는 것은, 수평 변형률이 양수가 되면, 수직 변형률이 음수가 되고, 수평 변형률이 음수가 되면, 수직 변형률이 양수가 되기 때문에 포아송비를 양의 값으로 산출하기 위함이다.At this time, taking '-' to calculate Poisson's ratio means that when the horizontal strain becomes positive, the vertical strain becomes negative, and when the horizontal strain becomes negative, the vertical strain becomes positive, so the Poisson's ratio is calculated as a positive value. This is to do it.

이때, 바람직한 목표 수직 변형률은 의 값 즉, 이격공간(21)의 현재 너비를 0에 근접하게 만드는 값으로 선택될 수 있다.At this time, the desired target vertical strain is The value of may be selected, that is, a value that makes the current width of the separation space 21 close to 0.

또한, 바람직한 목표 수직 변형률은, 0에 근접하게 만드는 값들의 범위로 선택될 수도 있다.Additionally, the desired target normal strain may be selected to be a range of values that bring it close to zero.

또한, 수직 변형률은 사용자가 복제하고자 하는 3D 미세구조물의 형태에 따라 의 값이 달라질 수 있다.Additionally, the vertical strain varies depending on the shape of the 3D microstructure the user wishes to replicate. The value may vary.

이에, 사용자가 복제하고자 하는 3D 미세구조물의 형태를 복제하기 위해 필요한 목표 수직 변형률을 산출하여 3D 미세구조물의 정확한 형태를 복제할 수 있는 소프트 몰드(20)를 제작할 수 있다.Accordingly, it is possible to manufacture a soft mold 20 capable of replicating the exact shape of the 3D microstructure by calculating the target vertical strain required to replicate the shape of the 3D microstructure that the user wishes to replicate.

다음으로, 레진 경화단계(S40)는 형태가 변형된 소프트 몰드(20)에 열 또는 자외선을 가해 레진을 경화시켜 3D 미세구조물을 생성할 수 있다.Next, in the resin curing step (S40), a 3D microstructure can be created by curing the resin by applying heat or ultraviolet rays to the soft mold 20 whose shape has been deformed.

구체적으로, 레진 경화단계(S40)는 소프트 몰드(20)에 수직 압력이 제거되지 않은 상태에서, 열 경화성 레진일 경우, 열을 가해 열 경화성 레진을 경화시킬 수 있다.Specifically, in the resin curing step (S40), in the case of a thermosetting resin, heat may be applied to cure the thermosetting resin while the vertical pressure on the soft mold 20 is not removed.

또한, 자외선 경화성 레진일 경우, 자외선을 가해 자외선 경화성 레진을 경화시킬 수 있다.Additionally, in the case of ultraviolet curable resin, the ultraviolet curable resin can be cured by applying ultraviolet rays.

더욱 구체적으로, 열 경화성 레진일 경우, 20℃이상, 100℃이하의 온도로 열 경화성 레진을 경화시킬 수 있다.More specifically, in the case of a thermosetting resin, the thermosetting resin can be cured at a temperature of 20°C or higher and 100°C or lower.

구체적으로, 열 경화성 레진은, 사용하는 열 경화성 레진의 종류에 따라 열 경화를 위한 온도가 20℃이상, 100℃이하의 범위 내에서 다양하게 형성될 수 있다.Specifically, thermosetting resin can be formed in various ways, depending on the type of thermosetting resin used, at a temperature for thermal curing within the range of 20°C or higher and 100°C or lower.

여기서, 레진 경화단계(S40)는 20℃미만의 온도로 경화할 경우, 열 경화성 레진이 완전히 경화되지 않아, 3D 미세구조물의 형태를 유지하기 어려울 수 있고, 100℃ 초과의 온도로 경화할 경우, 과하게 경화되어 3D 미세구조물의 수축이 일어날 수 있다.Here, in the resin curing step (S40), when cured at a temperature of less than 20℃, the thermosetting resin is not completely cured, and it may be difficult to maintain the shape of the 3D microstructure, and when cured at a temperature exceeding 100℃, Excessive hardening may cause shrinkage of the 3D microstructure.

또한, 자외선 경화성 레진일 경우, 광대역 자외선을 10mW/cm2이상, 1000mW/cm2이하의 세기로 1분 이상, 10분 이하로 조사하여 경화시킬 수 있다.In addition, in the case of ultraviolet curable resin, it can be cured by irradiating broadband ultraviolet rays at an intensity of 10 mW/cm 2 or more and 1000 mW/cm 2 or less for 1 minute or more and 10 minutes or less.

구체적으로, 자외선 경화성 레진은, 사용하는 자외선 경화성 레진의 종류에 따라 자외선 경화를 위한 적정 광량이 10mW/cm2이상, 1000mW/cm2이하의 범위 내에서 다양하게 형성될 수 있다.Specifically, the ultraviolet curable resin can be formed in various ways, with an appropriate amount of light for ultraviolet curing ranging from 10 mW/cm 2 to 1000 mW/cm 2 , depending on the type of ultraviolet curable resin used.

여기서, 레진 경화단계(S40)는 광대역 자외선을 10mW/cm2미만의 세기로 경화할 경우, 자외선 경화성 레진이 완전히 경화되지 않아, 3D 미세구조물의 형태를 유지하기 어려울 수 있고, 1000mW/cm2초과의 세기로 경화할 경우, 과하게 경화되어 3D 미세구조물의 수축이 일어날 수 있다.Here, in the resin curing step (S40), when the broadband ultraviolet ray is cured at an intensity of less than 10 mW/cm 2 , the ultraviolet curable resin is not completely cured, so it may be difficult to maintain the shape of the 3D microstructure, and if the ultraviolet ray is cured at an intensity of less than 1000 mW/cm 2 When cured at a strength of , excessive curing may occur and shrinkage of the 3D microstructure may occur.

또한, 레진 경화단계(S40)는 광대역 자외선을 1분 미만으로 조사할 경우, 자외선 경화성 레진이 완전히 경화되지 않아, 3D 미세구조물의 형태를 유지하기 어려울 수 있고, 10분 초과로 조사할 경우, 이미 충분히 경화된 상태로 작업의 비효율을 발생시킬 수 있다.In addition, in the resin curing step (S40), if broadband ultraviolet light is irradiated for less than 1 minute, the ultraviolet curable resin is not completely cured, and it may be difficult to maintain the shape of the 3D microstructure, and if irradiated for more than 10 minutes, it may already be damaged. In a sufficiently hardened state, it may cause inefficiency in work.

다음으로, 이형단계(S50)는 소프트 몰드(20)에 수직 압력을 제거하여 소프트 몰드(20)의 형태를 복원시키고, 3D 미세구조물을 이형시키는 단계이다.Next, the release step (S50) is a step of restoring the shape of the soft mold 20 by removing the vertical pressure on the soft mold 20 and releasing the 3D microstructure.

이때, 이형단계(S50)는 소프트 몰드(20)의 이격공간(21) 너비가 3D 미세구조물의 너비보다 넓은 초기 상태로 복원되면서, 3D 미세구조물이 안전하게 이형될 수 있다.At this time, in the release step (S50), the width of the separation space 21 of the soft mold 20 is restored to its initial state where it is wider than the width of the 3D microstructure, and the 3D microstructure can be safely released.

또한, 이형단계(S50)는 소프트 몰드(20)의 형태에 따라, 다수의 3D 미세구조물을 이형시킬 수 있다.Additionally, the release step (S50) may release a number of 3D microstructures depending on the shape of the soft mold 20.

상기에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 포아송 효과를 이용한 3D 미세구조 복제방법은 포아송 효과(PE)를 이용하여 3D 미세구조물을 복제함으로써, 기존 미세구조물 복제 대비 더욱 정밀한 형태의 3D 미세구조물을 복제할 수 있다.As described above, the 3D microstructure replication method using the Poisson effect according to an embodiment of the present invention replicates the 3D microstructure using the Poisson effect (PE), thereby producing a 3D microstructure in a more precise form compared to existing microstructure replication. can be copied.

또한, 포아송 효과(PE)를 적용할 수 있는 초탄성재료로 형성된 소프트 몰드(20)를 사용하여 작업의 공정 수 및 복잡도를 감소시킬 수 있다.In addition, the number of processes and complexity of work can be reduced by using a soft mold 20 formed of a superelastic material capable of applying the Poisson effect (PE).

또한, 소프트 몰드(20)의 재사용으로 대면적, 연속적 생산으로 동일한 형태의 3D 미세구조물을 정확도 높게 양산할 수 있다.In addition, by reusing the soft mold 20, 3D microstructures of the same shape can be mass-produced with high accuracy through large-area, continuous production.

또한, 도 7의 (a)와 같이 사용자의 요구에 따른 3D 미세구조물의 타겟 패턴에 따라 (b) 및 (c)와 같이 3D 공간을 활용하여 면적 대비 밀도 높은 3D 미세구조물의 배열을 제작할 수 있다.In addition, as shown in (a) of Figure 7, an array of 3D microstructures with high density compared to area can be produced by utilizing the 3D space as shown in (b) and (c) according to the target pattern of the 3D microstructure according to the user's request. .

또한, 도 8의 (a)와 같이 종래의 기술로 복제하기 힘들었던 연결된 고리 형태의 타겟 패턴을 가진 3D 미세구조물을 (b) 및 (c)와 같이 복제할 수 있다.In addition, as shown in (a) of FIG. 8, 3D microstructures with a connected ring-shaped target pattern, which were difficult to replicate with conventional technology, can be replicated as shown in (b) and (c).

이와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 포아송 효과를 이용한 3D 미세구조 복제방법은 미세 박막, 초발수성 표면 등의 건축자재, 전자용 부재, 화장품 등 넓은 산업분야에 적용되는 3D 미세구조물을 복제할 수 있다.As such, the 3D microstructure replication method using the Poisson effect according to an embodiment of the present invention can replicate 3D microstructures applied to a wide range of industrial fields such as building materials such as fine thin films and superhydrophobic surfaces, electronic components, and cosmetics. there is.

이하, 실시 예에 의하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail through examples.

단, 하기 실시 예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시 예에 의해 한정되는 것은 아니다.However, the following examples only illustrate the present invention, and the content of the present invention is not limited by the following examples.

[실시 예][Example]

[실시 예 1][Example 1]

10㎛ 너비를 가진 3D 미세구조물을 복제하기 위해, 15㎛ 초기 너비의 이격공간 및 그물 형태의 레진 캐비티가 형성된 소프트 몰드를 준비하고, 소프트 몰드의 캐비티와 이격공간에 자외선 경화성 레진인 MINS 311RM을 도포하였으며, 목표 수직 변형률 값을 약 0.292로 하여 목표 수직 변형률 값에 도달할 때까지 수직 압력을 가해, 소프트 몰드의 형태를 변형시켰고, 100mW/cm2세기의 광대역 자외선을 1분간 조사하여 MINS 311RM를 경화시켰으며, 이후, 수직 압력을 제거하고, 3D 미세구조물을 복제하였다.To replicate a 3D microstructure with a width of 10㎛, prepare a soft mold with a gap space of 15㎛ initial width and a net-shaped resin cavity, and apply MINS 311RM, an ultraviolet curable resin, to the cavity and gap of the soft mold. The target vertical strain value was set at approximately 0.292, and vertical pressure was applied until the target vertical strain value was reached to deform the shape of the soft mold. MINS 311RM was cured by irradiating broadband ultraviolet rays of 100 mW/cm 2 intensity for 1 minute. Afterwards, the vertical pressure was removed and the 3D microstructure was replicated.

[비교 예 1][Comparative Example 1]

실시 예 1과 동일한 방법으로 복제되되, 목표 수직 변형률 값을 약 0.224로 하여 3D 미세구조물을 복제하였다.The 3D microstructure was replicated in the same manner as Example 1, but with a target vertical strain value of about 0.224.

[비교 예 2][Comparative Example 2]

실시 예 1과 동일한 방법으로 복제되되, 목표 수직 변형률 값을 약 0.252로 하여 3D 미세구조물을 복제하였다.The 3D microstructure was replicated in the same manner as Example 1, but with a target vertical strain value of about 0.252.

[비교 예 3][Comparative Example 3]

실시 예 1과 동일한 방법으로 복제되되, 목표 수직 변형률 값을 약 0.324로 하여 3D 미세구조물을 복제하였다.The 3D microstructure was replicated in the same manner as Example 1, but with a target vertical strain value of about 0.324.

[실험 예 1] 3D 미세구조물의 복제 형태 평가[Experimental Example 1] Evaluation of replication form of 3D microstructure

본 실험에서는 SEM(Scanning Electron Microscope)를 사용하여 실시 예 1의 3D 미세구조물을 촬영하고, 복제 형태를 평가하였다.In this experiment, the 3D microstructure of Example 1 was photographed using a scanning electron microscope (SEM), and the replication shape was evaluated.

이때, 비교를 위해, 실시 예 1과 동일하게 비교 예 1 내지 비교 예 3의 3D 미세구조물을 촬영하고, 복제 형태를 평가하였다.At this time, for comparison, the 3D microstructures of Comparative Examples 1 to 3 were photographed in the same manner as in Example 1, and the replication shape was evaluated.

먼저, 10㎛ 너비를 가진 3D 미세구조물을 바람직한 형태로 복제하기 위한, 목표 수직 변형률 값의 범위는 0.275 내지 0.295이다.First, the target normal strain value ranges from 0.275 to 0.295 to replicate a 10-μm-wide 3D microstructure in a desired shape.

이때, 목표 수직 변형률 값의 범위는, 10㎛ 너비를 가진 3D 미세구조물을 복제할 경우 필요한 목표 수직 변형률의 범위일 뿐, 이에 한정하지 않고, 복제하고자 하는 3D 미세구조물의 형태에 따라 다양하게 형성될 수 있다.At this time, the range of the target vertical strain value is only the range of the target vertical strain required when replicating a 3D microstructure with a width of 10㎛, but is not limited to this and can be formed in various ways depending on the shape of the 3D microstructure to be replicated. You can.

실시 예 1은 도 9의 (c)와 같이, 3D 미세구조물이 그물의 형태가 서로 끊기지 않고, 완전히 연결되며, 그 형태가 정확하고 단단하게 형성된 것을 확인할 수 있다.In Example 1, as shown in (c) of FIG. 9, it can be confirmed that the 3D microstructure is completely connected without being disconnected from each other, and that the shape is formed accurately and firmly.

또한, 비교 예 1은 도 9의 (a)와 같이, 3D 미세구조물이 그물의 형태를 이루는 레진 캐비티의 형태보다는, 이격공간의 형태와 가까운 형태이며, 그 형태가 온전하게 형성되지 않은 것을 확인할 수 있다.In addition, in Comparative Example 1, as shown in Figure 9 (a), it can be confirmed that the 3D microstructure is closer to the shape of the spaced space than to the shape of the resin cavity forming a net, and that the shape is not completely formed. there is.

또한, 비교 예 2는 도 9의 (b)와 같이, 3D 미세구조물이 그물의 형태가 서로 끊겨 있고, 부분적으로는 이격공간의 형태와 가까운 형태이며, 그 형태가 온전하게 형성되지 않은 것을 확인할 수 있다.In addition, in Comparative Example 2, as shown in Figure 9 (b), it can be seen that the 3D microstructure has a disconnected network shape, is partially close to the shape of the space, and is not fully formed. there is.

또한, 비교 예 3은 도 9의 (d)와 같이 3D 미세구조물이 부분적으로는 그물의 형태를 형성하나, 서로 끊긴 부분이 많은 것을 확인할 수 있으며, 그 형태가 온전하게 형성되지 않은 것을 확인할 수 있다.In addition, in Comparative Example 3, as shown in Figure 9 (d), it can be confirmed that the 3D microstructure partially forms a net shape, but there are many disconnected parts, and the shape is not completely formed. .

이를 통해, 바람직한 목표 수직 변형률 범위에 포함되는 목표 수직 변형률로 복제되는 실시 예 1의 3D 미세구조물이, 바람직한 목표 수직 변형률 범위를 벗어나는 목표 수직 변형률로 복제되는 비교 예 1 내지 비교 예 3의 3D 미세구조물에 비해 그 형태가 온전하게 복제되는 것으로 판단할 수 있다.Through this, the 3D microstructure of Example 1, which is replicated with a target vertical strain within the preferred target vertical strain range, and the 3D microstructure of Comparative Examples 1 to 3, which are replicated with a target vertical strain outside the preferred target vertical strain range. Compared to , it can be judged that the form is copied completely.

나아가, 포아송 효과를 이용하여 사용자가 복제하고자 하는 3D 미세구조물을 정확도 높게 복제할 수 있는 것을 확인할 수 있다.Furthermore, it can be confirmed that the 3D microstructure that the user wants to replicate can be replicated with high accuracy using the Poisson effect.

이상에서 설명한 본 발명의 실시 예는 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시 예의 구성에 대응하는 기능을 실현하기 위한 방법, 그 방법에 포함된 구성 등을 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시 예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.The embodiments of the present invention described above are not implemented only through methods, but may also be implemented through methods for realizing functions corresponding to the configurations of the embodiments of the present invention, configurations included in the methods, etc., and such implementations. can be easily implemented by an expert in the technical field to which the present invention belongs based on the description of the above-described embodiments.

또한, 이상에서 본 발명의 실시 예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.In addition, although the embodiments of the present invention have been described in detail above, the scope of the present invention is not limited thereto, and various modifications and improvements can also be made by those skilled in the art using the basic concept of the present invention defined in the following claims. It falls within the scope of invention rights.

10 : 마스터 몰드
11 : 격벽
12 : 돌출돌기
20 : 소프트 몰드
21 : 이격공간
22 : 레진 캐비티
PE : 포아송 효과
R : 레진
VP : 수직 압력
10: master mold
11: Bulkhead
12: protruding protrusion
20: soft mold
21: Separation space
22: Resin cavity
PE: Poisson effect
R: Resin
VP: vertical pressure

Claims (5)

마스터 몰드에 소프트 리소그래피(Soft lithography) 방법으로 초탄성재료를 전사하여, 소프트 몰드를 성형하는 소프트 몰드준비단계;
상기 소프트 몰드에 레진을 도포하는 레진도포단계;
상기 소프트 몰드의 상면에 수직 압력을 가하고, 수직 압력에 의한 포아송 효과를 이용해 상기 소프트 몰드의 형태를 변형시키는 압축단계;
형태가 변형된 상기 소프트 몰드에 열 또는 자외선을 가해 상기 레진을 경화시켜 3D 미세구조물을 생성하는 레진 경화단계 및
상기 소프트 몰드에 수직 압력을 제거하여 상기 소프트 몰드의 형태를 복원시키고, 상기 3D 미세구조물을 이형시키는 이형단계를 포함하는 포아송 효과를 이용한 3D 미세구조 복제방법.
A soft mold preparation step of forming a soft mold by transferring a superelastic material to the master mold using a soft lithography method;
A resin application step of applying resin to the soft mold;
A compression step of applying vertical pressure to the upper surface of the soft mold and deforming the shape of the soft mold using the Poisson effect caused by the vertical pressure;
A resin curing step of curing the resin by applying heat or ultraviolet rays to the soft mold whose shape has been deformed to create a 3D microstructure; and
A 3D microstructure replication method using the Poisson effect, comprising a release step of removing vertical pressure on the soft mold, restoring the shape of the soft mold, and releasing the 3D microstructure.
제 1항에 있어서,
소프트 몰드준비단계는,
상기 마스터 몰드가 상측으로 이동할수록 좁아지는 형태로 형성된 격벽 및 상기 격벽의 외면에 형성된 돌출돌기를 포함하는 것을 특징으로 하는 포아송 효과를 이용한 3D 미세구조 복제방법.
According to clause 1,
The soft mold preparation step is,
A 3D microstructure replication method using the Poisson effect, comprising a partition formed in a shape that becomes narrower as the master mold moves upward, and a protruding protrusion formed on an outer surface of the partition.
제 2항에 있어서,
소프트 몰드준비단계는,
상기 소프트 몰드가 상기 격벽에 의해 형성된 이격공간 및 상기 돌출돌기에 의해 형성된 공간인 레진 캐비티를 포함하는 것을 특징으로 하는 하는 포아송 효과를 이용한 3D 미세구조 복제방법.
According to clause 2,
The soft mold preparation step is,
A 3D microstructure replication method using the Poisson effect, wherein the soft mold includes a space formed by the partition wall and a resin cavity that is a space formed by the protruding protrusion.
제 3항에 있어서,
상기 압축단계는,
포아송 효과에 의해 상기 이격공간이 좁혀지고 상기 이격공간을 중심으로 이웃하여 위치한 상기 레진 캐비티가 연통된 상태가 되도록 상기 소프트 몰드의 형태를 변형시키는 것을 특징으로 하는 포아송 효과를 이용한 3D 미세구조 복제방법.
According to clause 3,
The compression step is,
A 3D microstructure replication method using the Poisson effect, characterized in that the separation space is narrowed by the Poisson effect and the shape of the soft mold is modified so that the resin cavities located adjacent to the separation space are in a connected state.
제 4항에 있어서,
상기 압축단계는,
하기 [수학식 1]을 통해 상기 이격공간의 현재 너비 변화에 따른 수직 변형률을 산출하고, 이 중 목표 수직 변형률 값을 선택하여 상기 목표 수직 변형률까지 상기 소프트 몰드의 형태를 변형시키는 것을 특징으로 하는 포아송 효과를 이용한 3D 미세구조 복제방법.
[수학식 1]

(여기서, 는 이격공간의 현재 너비, 는 이격공간의 초기 너비, 는 이격공간과 마주하는 이격공간 사이의 너비, 는 수직 변형률, 는 포아송비이다.)
According to clause 4,
The compression step is,
Poisson, characterized in that the vertical strain according to the change in the current width of the separation space is calculated through the following [Equation 1], and a target vertical strain value is selected from these to deform the shape of the soft mold up to the target vertical strain. 3D microstructure replication method using effects.
[Equation 1]

(here, is the current width of the separation space, is the initial width of the separation space, is the width between the space facing the space, is the vertical strain, is Poisson's ratio.)
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