KR200438788Y1 - 마이크로 렌즈 성형을 위한 금형장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 PCB 기판, 리드 프레임 또는 Ceramic 기판상에 마이크로 렌즈를 융착시키는 금형장치에 관한 것이다. 기판 상부에 위치하여 기판을 가압 가열하는 가압 프레스와 기판 하부에 위치하고 마이크로 렌즈의 성형 재료를 포함하는 공동부(Cavity)가 형성된 금형으로 구성되되 특히, 승강이 가능하며 공동부를 포함하는 코어 금형이 구성된 금형을 제공한다.

본 고안에 따른 마이크로 렌즈 성형을 위한 금형장치는 목적 기판에 있어서 렌즈의 형성 부위만을 가압하도록 하여, 금형 공동부 내에 충진된 렌즈 성형 재료가 상기 기판과의 융착 시 주위로 흘러 나가 결과적으로 기판을 손상시키고 렌즈의 변형과 파손 등과 같은 종래 금형장치의 문제점을 해결하여 보다 양질의 마이크로 렌즈를 구성할 수 있다.

오브몰딩, 오토몰딩, PCB, 기판, 리드 프레임, Ceramic, 공동부

Description

마이크로 렌즈 성형을 위한 금형장치{metallic pattern device for micro-lens}

도 1a 내지 도 1b 각각은 본 고안에 따른 금형장치의 일 예로서, 렌즈의 성형을 보여주는 공정도.

도 2a 내지 도 2b 각각은 본 고안에 따른 금형장치의 다른 예로서, 렌즈의 성형을 보여주는 공정도.

도 3a 내지 도 3b 각각은 본 고안에 따른 금형장치의 또 다른 예로서, 렌즈의 성형을 보여주는 공정도.

도 4a 내지 도 4c 각각은 종래의 금형장치로서 렌즈의 성형을 보여주는 공정도.

**도면의 참조부호에 대한 설명**

10 : 기판 20 : 가압 프레스

30 : 금형 40 : 마이크로 렌즈

45 : 렌즈 성형 재료

100 : 고정 금형부 200 : 코어 금형

300 : 상승 지그판

110 : 관통 홀 235 : 공동부

350 : 돌출부 340 : 에어 홀

본 고안은 PCB 기판, 리드 프레임 또는 Ceramic 기판 상에 마이크로 렌즈를 융착시키는 금형장치에 관한 것이다.

일반적으로 기판상에 밀착되어 구비되고 내부에 발광 다이오드를 포함하는 마이크로 렌즈는, 출사광선을 원하는 방향으로 편향시키기 위하여 그 형상을 볼록하게 하거나 요구되는 광 특성에 따라 볼록한 정도를 달리하여 형성시킨다.

상기 마이크로 렌즈를 형성하는 방법으로 목적 기판에 먼저 발광부를 구성한 후 상기 발광부 위에 열을 가하여 액상 상태의 실리콘 재질 등을 볼록하게 융착시킨 후 냉각시켜 구성한다.

도 4a 내지 도 4c 각각은 종래의 금형장치로서 렌즈의 성형을 보여주는 공정도를 보여주고 있다.

먼저, 도 4a에서와 같이, 종래의 금형장치는 기판(10) 상부에 위치하여 기판(10)을 가압 가열하는 가압 프레스(20)과, 상기 기판(10) 하부에 위치하고 마이크로 렌즈의 성형 재료(45)를 포함하는 공동부(35)가 형성된 금형(30)으로 구성된 다.

상기 공동부(Cavity)(35)에는 금형 상에 구성되며 이후 렌즈의 형상에 대응되도록 함몰되어 구성되는 것으로 그 내부에는 마이크로 렌즈의 성형재료(45)인 실리콘 레지 또는 수지 재료가 용융된 상태로 충진된다. 또한, 상기 공동부(35)에 충진되는 성형 재료(45)는 별도로 구비되는 정량 토출기에 의해 성형재료(45)의 토출량이 제어된다.

다음으로, 도 4b에서와 같이, 기판(10)을 가압 프레스(20)가 눌러 기판 아래에 위치하는 금형(30)에 밀착시켜 금형(30)상의 위치되는 성형재료(45)가 기판(10)에 융착된다. 이때 상기 가압 프레스(20)는 150℃ ~ 180℃ 정도의 열과 20ton ~ 40ton 정도의 압력을 기판(10)으로 전달하게 되며, 기판(10) 아래에 위치하는 금형(30)또한 지속적인 열을 상기 기판(10)과 공동부(35)에 가한다.

이후, 도 4c에서와 같이, 가압프레스(20)를 제거하고 기판(10)을 금형(30)으로부터 이탈시키면, 금형(30)의 공동부(35)에 충진된 성형재료(45)가 상기 기판(10)상에 융착되어 마이크로 렌즈(40)를 이루게 된다.

한편, 상기 기술된 종래의 마이크로 렌즈 성형을 위한 금형장치는 다음과 같은 문제점이 있었다. 먼저, 도 4a에서 성형재료(45)가 공동부(35)에 충진되는 과정에서 정량토출기의 제어 오차 등으로 인하여 토출된 성형재료(45)의 일부가 공동부(35)의 주연부로 흘러 넘치게 되는 경우가 있었다.

이런 경우 4b에서와 같이 가압 프레스(20)에 의해 기판(10)을 가압하는 과정 에서 흘려 넘친 성형재료(가)가 기판(10)의 표면에 묻어 고착되어 버린다. 이렇게 공동부(35)에서 흘려 나온 성형재료(가)는 기판(10)을 오염시켜 최종 제품에 대한 불량률을 높이는 원인이 되었다. 또한, 흘려나온 성형재료(가)는 기판(10)상에 존재하는 홀을 막아 버리기도 하였다.

또한, 흘려 나온 성형재료(가)에 의해 원래 융착되어야 할 마이크로 렌즈(40)의 부피가 감소하여 결과적으로 마이크로 렌즈(40) 또한 불량이 나오는 경우가 빈번하였다. 이를 해결하고자 공동부(35)에 토출시키는 성형재료(45)를 넘쳐 흘러나가는 양(가)만큼 더 공급하기도 하였지만 이는 재료를 과다하게 사용하게 되며 기판(10)을 오염시키는 문제를 해결하지는 못하였다.

또한, 4b에서와 같이, 기판(10)을 가압하는 과정에서 무리한 압력 전달에 의한 기판(10)의 크랙이 일어나거나, 가압 프레스(20)로부터 전달되는 열로 인해 기판(10)상의 프린트가 벗겨지거나 특수 도포된 잉크 등이 손상을 입는 문제점이 발생 되기도 하였다.

또한, 4c에서와 같이, 기판(10)을 금형(30)으로부터 이탈시키는 과정에서 상기 흘려나온 성형재료(가)에 의한 점착력으로 인해 금형(30)과 기판(10)의 이탈에 무리한 힘이 들어가게 되고 이는 기판(10)의 파손으로 이어지기도 하였다.

또한, 상기 금형(30)으로는 평평한 기판에만 사용할 수 있어 그 용도가 매우 제한적이었다.

본 고안은 상기와 같은 종래의 문제점을 해소하기 위하여, 기판에 융착되는 렌즈이 성형 재료가 금형의 공동부로부터 흘려나가 기판에 고착되지 않도록 하여, 제품 불량률을 최소화하는 마이크로 렌즈 성형을 위한 금형장치를 제공하는 것이다.

상기와 같은 목적을 위해 본 고안은, 기판 상부에 위치하여 기판을 가압 가열하는 가압 프레스와 기판 하부에 위치하고 마이크로 렌즈의 성형 재료를 포함하는 공동부(Cavity)가 형성된 금형으로 구성되어 기판상에 마이크로 렌즈를 융착시키는 금형장치에 있어서, 상기 금형은 다수의 관통 홀이 구비되는 고정 금형부와; 상면에는 렌즈의 성형 재료가 충진되는 공동부가 형성되며 상기 고정 금형부 의 각 관통 홀에 상/하 기동이 가능하도록 내설되는 다수의 코어 금형과; 상기 고정 금형부 하부에 위치하여 상기 다수의 코어 금형의 하단부를 밀어 올리는 상승 지그판;으로 이루어져 다수의 코어 금형이 기판으로 상승하여 렌즈를 융착시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 마이크로 렌즈 성형을 위한 금형장치를 제공한다.

또한, 상기 금형의 상승 지그판은 상기 고정 금형의 관통 홀 각각에 대응되는 돌출부가 상면에 구성되어 상기 각 돌출부가 관통 홀 하단부에 끼워져 승강하도록 하여 상기 각 코어 금형의 하단부를 밀어 올리는 것을 특징으로 하는 마이크로 렌즈 성형을 위한 금형장치를 제공한다.

또한, 상기 금형의 상승 지그판은 상기 고정 금형의 관통 홀 하단부 각각으로 공기를 주입할 수 있는 다수의 에어 홀을 구비하여 상기 관통 홀의 하단부로 주입되는 공기압으로 인해 내설된 각 코어 금형이 상승할 수 있도록 구성한 것을 특 징으로 하는 마이크로 렌즈 성형을 위한 금형장치를 제공한다.

본 고안은 PCB 기판, 리드 프레임 또는 Ceramic 기판상에 마이크로 렌즈를 융착시키는 금형장치에 관한 것으로서, 기판 상부에 위치하여 기판을 가압 가열하는 가압 프레스, 기판 하부에 위치하고 마이크로 렌즈의 성형 재료를 포함하는 공동부가 형성된 금형이되, 상기 금형에는 몸체의 고정 금형부와 상기 고정 금형부에 끼워져 승강하며 공동부가 상면부에 형성된 다수의 코어 금형과 상기 고정 금형부 하단부에 구성되어 상기 다수의 코어 금형을 밀어 올리는 상승 지그판이 구성된다.

이에, 본 고안에 따른 마이크로 렌즈를 융착시키는 금형장치는 기판에 마이크로 렌즈의 형성에 있어서 렌즈의 형성 부위만을 가압하도록 하여 기판을 손상시키지않으며 형성되는 렌즈의 변형 및 파손을 방지할 수 있다.

또한, 본 고안은 리드 프레임 또는 Ceramic 기판, PCB 기판 등에 구성되는 마이크로 렌즈를 구성하는 금형장치에 관한 것으로서 상기 리드 프레임, Ceramic 기판, PCB 기판 등은 그 용어를 기판으로 동일하게 사용하도록 한다.

이하, 본 고안에 따른 바람직한 각 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 살펴보면 다음과 같으며, 본 고안을 설명함에 있어서 관련된 공지기술 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 고안의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략하기로 하고, 또한, 상기에서 설명된 본 고안에 대한 구성요소 간의 관계 등에 따른 설명이 중복되는 경우에는 그 설명을 생략하기로 한다.

도 1a 내지 도 1b와, 도 2a 내지 도 2b와, 도 3a 내지 도 3b 각각은 본 고안에 따른 금형장치의 서로 다른 실시 예를 보여주는 공정도이다.

도 1 내지 도 3 각각에서 보이는 것과 같이, 금형장치는 크게, 대상 기판(10)을 사이에 두고 상단에는 가압 프레스(20), 하단에는 금형(30)으로 구성되며, 본 고안에 따른 금형장치는 상기 금형(30)에 관한 것이다.

먼저, 상기 가압 프레스(Press M/C)(20)는 종래의 금형장치에서 사용되는 것이면 충분하며, 기판(10)을 가압하여 기판(10) 아래에 위치하는 금형(30)에 밀착시키며 가압과 더불어 열을 전달할 수 있으면 충분하다.

다음으로, 상기 금형(30)의 구성을 알아보면, 베이스부를 구성하며 다수의 관통 홀(110)이 구비되어 있는 고정 금형부(100)가 마련된다. 통상의 금형틀의 몸체와 그 재질은 동일하면 충분하다. 상기 관통 홀(110)은 지면에 수직 방향으로 구성되고 목적 기판(10)에 융착되는 렌즈의 각 위치에 대응하여 구성되도록 한다.

다음으로, 상기 각 관통 홀(110)에 내설되는 다수의 코어 금형(200)이 구성되는데, 상기 각 코어 금형(200)은 상기 관통 홀(110)에 끼워져 상/하 기동이 가능하도록 기둥형상의 구성하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 코어 금형(200)에는 그 상면에는 렌즈의 성형 재료(45)가 충진될 수 있는 공동부(235)가 형성되어 금형(30)의 이격된 상단에 위치하게 되는 기판(10)으로 상기 코어 금형(200)이 상승하여 렌즈를 융착시킬 수 있도록 한다.

그리고, 상기 코어 금형(200)의 상승 동작을 구현하기 위하여 고정 금형부(100) 하부에 위치하여 다수의 코어 금형(200)의 하단부를 밀어 올리는 상승 지 그판(300)이 구성된다.

한편, 상기 상승 지그판(300)은 고정 금형부(100)에 구성된 관통 홀(110)의 하단부에 각각 대응되어 삽입 가능한 돌출부(350)가 구성된 판 형상으로 구성할 수 있다. 따라서, 상기 돌출부(350)가 관통 홀(100)의 하단부에 끼워 상승하면, 내설된 코어 금형(200)의 하단부를 밀어 올리도록 하는 것이다.

특히, 상기 돌출부(350)는 코어 금형(200)을 밀어 올릴 수 있는 형상이면 충분하며 탄성을 가지는 스프링으로 이루어질 수도 있다. 상기 돌출부(350)가 스프링으로 이루어짐에 따라 기판(10)을 가압하게 되는 코어 금형(200)의 상승압력을 완화할 수 있어 무리하게 상기 기판(10)을 가압하지 않도록 하여 기판의 파손 등을 예방할 수 있다.

또한, 상기 상승 지그판(300)은 다수의 돌출부(350)를 포함하는 단일 판 형상으로 구성함으로써, 코어 금형(200)을 기판(10)으로 밀어 올리는 상승 동작시 금형(30)에 내설된 모든 코어 금형(200)이 일시에 상승하도록 구성할 수 있다.

이와 달리, 상승 지그판(300)을 다수로 독립된 별개의 판들로 구성하여 선택적으로 상승하도록 하여 금형(30)에 내설된 코어 금형(200)을 선택적으로 상승시킬 수도 있다.

또한, 상기 상승 지그판(300)은 상기와 같이 다수의 돌출부(350)의 구성 대신 압축 공기를 이용하여 구성할 수도 있다. 이는 직접적인 접촉으로 코어 금형(200)을 밀어올리는 것이 아니라 고정 금형부(100)의 각 관통 홀(100)에 압축 공기를 불어 넣거나 빼거나 하여 상기 각 관통 홀(100)에 내설된 코어 금형(200)을 밀어 올리게 하도록 구성할 수 있다.

이 경우 상승 지그판(300)은 상기 고정 금형부(100)의 하단에 밀착 구성되도록 하고 외부에서 주입되는 압축 공기 등을 각 관통 홀(100)로 안내하기 위한 다수의 에어 홀(340)이 구비될 수 있도록 구성하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 상승 지그판(300)에 구비되는 다수의 에어 홀(340) 또한 유입되는 공기를 동시에 또는 선택적으로 각 관통 홀(110)의 하단부로 주입할 수 있도록 하여 기판(10)에 구성되는 다수의 렌즈를, 동시에 또는 선택적으로 구성할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

이하, 본 고안에 따른 금형장치의 바람직한 서로 다른 실시 예에 의거 상세히 설명하겠는바, 상기 본 고안이 실시 예들에 의해 한정되는 것은 아니다.

본 고안에서 제안하는 금형장치는 기판상에 마이크로 렌즈를 융착시키는 공정에 사용되는 장치에 관한 것으로, 실리콘 레진(silicone resin) 또는 수지 재료와 같은 성형 재료를 금형의 공동부에 토출시켜 충진 시킨 다음, 기판에 가압하여 가류공정을 거치고 이후 탈형 공정으로 이루어진다.

본 고안에 따른 금형장치는 기판(10)을 금형(30)으로 가압하기 위한 가압 프레스(20)와, 다수의 코어 금형(200)을 승강 가능하도록 포함하고 있는 금형(30)으로 이루어진다. 이에, 상기 공정상에서 사용되는 금형 장치에 대한 각 실시 예를 들어본다.

먼저, 도 1a에서와 같이, 금형(30)은 고정 금형부(100)와, 상기 고정 금형 부(100)의 관통 홀(110)에 각각 내설된 다수의 코어 금형(200)과, 상기 코어 금형(200)을 상승 시키기 위한 수단인 상승 지그판(300)이 구성되되, 상승 지그판(300)은 단일 판형으로 상기 고정 금형부(100)의 하부에 위치하고 상면에는 각 관통 홀(110)에 대응 삽입 가능한 돌출부(350)가 구성되어 있다.

또한, 고정 금형(200)의 관통 홀(110)에는 지름이 서로 다르게 구성되고 아래 단이 윗단보다 작게 구성되도록 단차진 부분을 가지는 관통 홀(110)을 마련할 수 있다. 이와 대응되게 상기 코어 금형(200)의 외형 또한, 단차져 형성되는 기둥형상으로 구현하여 고정 금형(100)의 관통 홀(100)에 내설시 하단으로 이탈을 방지하는 스토퍼 역할을 상기 단차져 형성된 부분(나)으로 이룰 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

도 1b은 상기 상승 지그판(300)이 수직 상단으로 움직여 각 돌출부(350)가 대응되는 코어 금형(350)을 밀어 올려 기판(10)의 렌즈가 융착되어야 할 부분에 코어 금형(200)의 상단면인 공동부(235)가 밀착됨을 보여준다.

이에, 다른 실 시예를 간단히 살펴 보면, 도 2a 내지 도 2b 각각에는 상기 상승 지그판(300)에 구성된 각 돌출부(350)가 스프링으로 구성되어짐을 보여주고 있으며, 또한, 도 3a 내지 도 3b 각각은 상승 지그판(300)에 에어홀(340)이 마련되어 압력 공기 등을 안내하여 코어 금형(200)을 밀어 올리는 것을 보여주고 있다.

상술 된 각 실시 예에서 보이는 것과 같이, 코어 금형(200)의 공동부(235)에 충진된 성형 재료(45)가 공동부(235) 주연부로 흘러 넘치더라도 기판(10)과 맞닿는 부분은 공동부(235)로만 한정되는 것을 알 수 있다. 즉, 흘러나온 잉여 성형재료(가)는 그대로 고정 금형(100)의 상단부에 남아 있게 된다.

이 결과, 렌즈의 융착 후 기판(10)을 코어 금형(200)과 떼어내는 탈형의 과정에서, 종래와는 다르게 흘러나온 성형재료(가)의 기판(10)과 점착하지 않게 되어 기판(10)에 탈형을 위한 무리한 힘을 줄 필요가 없다.

따라서, 기판(10)과 기판(10)의 표면에서의 손상을 예방할 수 있다. 또한, 흘러나온 잉여 성형재료(가)가 기판(10)의 표면을 오염시키지 않기 때문에 요철이 있거나 구멍이 있는 기판(10)에 대한 렌즈의 융착이 가능하다.

상기에서는 본 고안에 따른 바람직한 실시한 예에 한정하여 상술하였으나, 본 고안이 이에 한정되지 않고 다양하게 변경 또는 수정될 수 있음은 당업자에 자명하다 할 것이다.

상술한 것과 같이, 본 고안에 따른 마이크로 렌즈 성형을 위한 금형장치는 기판에 있어서 렌즈의 형성 부위만을 가압하도록 하여, 금형 공동부 내에 충진된 렌즈 성형 재료가 상기 기판과의 융착시 기판을 오염시키지 않도록 하여 기판을 탈형시키기 위한 과도한 힘이 필요 없으며 나아가 기판과 기판의 표면을 손상시키지 않는 이점이 있다.

또한, 렌즈를 형성하기 위한 부분에만 각 코어 금형이 기판에 닿아지므로 요철이 있는 기판이나 구멍이 형성된 기판에 양질의 마이크로 렌즈를 구성할 수 있는 이점이 있다.

Claims (4)

1. 기판 상부에 위치하여 기판을 가압 가열하는 가압 프레스와 기판 하부에 위치하고 마이크로 렌즈의 성형 재료를 포함하는 공동부(Cavity)가 형성된 금형으로 구성되어 기판상에 마이크로 렌즈를 융착시키는 금형장치에 있어서,

   상기 금형은,

   다수의 관통 홀이 구비되는 고정 금형부와;

   상면에는 렌즈의 성형 재료가 충진되는 공동부가 형성되며 상기 고정 금형부 의 각 관통 홀에 상/하 기동이 가능하도록 내설되는 다수의 코어 금형과;

   상기 고정 금형부 하부에 위치하여 상기 다수의 코어 금형의 하단부를 밀어 올리는 상승 지그판;으로 이루어져 다수의 코어 금형이 기판으로 상승하여 렌즈를 융착시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 마이크로 렌즈 성형을 위한 금형장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 금형의 상승 지그판은,

   상기 고정 금형의 관통 홀 각각에 대응되는 돌출부가 상면에 구성되어 상기 각 돌출부가 관통 홀 하단부에 끼워져 승강하도록 하여 상기 각 코어 금형의 하단부를 밀어 올리는 것을 특징으로 하는 마이크로 렌즈 성형을 위한 금형장치.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 돌출부는 스프링인 것을 특징으로 하는 마이크로 렌즈 성형을 위한 금 형장치.
4. 제 1항에 있어서, 상기 금형의 상승 지그판은,

   상기 고정 금형의 관통 홀 하단부 각각으로 공기를 주입할 수 있는 다수의 에어 홀을 구비하여 상기 관통 홀의 하단부로 주입되는 공기압으로 인해 내설된 각 코어 금형이 상승할 수 있도록 구성한 것을 특징으로 하는 마이크로 렌즈 성형을 위한 금형장치.

Images