KR20110055439A - Roll-type micromold system and fabrication method of the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 롤 방식의 초소형 구조물의 대량 성형기술에 적용되어 초소형 구조물을 연속적으로 성형하는 롤 형상의 마이크로 몰드 시스템 및 그 제조 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a roll-shaped micro mold system and a method of manufacturing the same, which are applied to a mass forming technology of a roll-type micro structure, continuously forming a micro structure.
최근, 다양한 종류의 플라스틱 초소형 구조물들의 대량 성형기술로써, 초소형 사출성형 및 핫 엠보싱과 같은 성형기술들이 연구/개발되고 있다. 이 성형기술들을 통하여 고집적도, 고효율 및 고기능성 등의 초소형 구조물의 응용 제품들이 개발/생산되고 있다. 또한, 고생산성의 초소형 구조물의 대량 성형기술을 위하여, 롤 방식의 성형기술이 개발되고 있다. 롤 방식의 초소형 구조물의 대량 성형기술은 최종 성형품을 연속적으로 성형하므로 다른 성형기술들에 비하여 높은 생산성을 가진다.Recently, as a mass molding technology of various kinds of plastic microstructures, molding techniques such as micro injection molding and hot embossing have been researched and developed. Through these molding technologies, applications for microstructures such as high integration, high efficiency and high functionality are being developed / produced. In addition, a roll molding technology has been developed for mass forming technology of a highly productive microstructure. The mass forming technology of the roll-type micro structure has a high productivity compared to other forming technologies because the final molded product is continuously molded.
이와 같은 초소형 구조물의 대량 성형기술에는 최종 성형품의 반대 형상을 가지는 몰드 혹은 몰드 인서트의 정밀 제작이 필수적이다. 최종 성형품의 치수 정밀도 및 생산성 향상을 위하여, 정밀하고 견고한 몰드의 제작이 필요하다. 이에 초소형 정밀 머시닝, 초소형 방전 가공 및 레이저 가공과 같은 제작 기술들을 이용하여, 복잡한 형상의 초소형 구조물 성형용 몰드를 제작한다. 그러나 이와 같은 직접 가공 방식의 제작 기술들은 형상적으로 높은 자유도를 가지지만 몰드의 제작에 많은 시간을 필요로 하고, 낮은 정밀도를 가진다.In the mass forming technology of such a microstructure, it is essential to precisely manufacture a mold or a mold insert having a shape opposite to the final molded product. In order to improve the dimensional accuracy and productivity of the final molded product, it is necessary to manufacture a precise and rigid mold. Accordingly, molds for forming a microstructure having a complicated shape are manufactured by using manufacturing techniques such as micro precision machining, micro discharge processing, and laser machining. However, such direct fabrication techniques have a high degree of freedom in shape, but require a lot of time to manufacture a mold, and have a low precision.
예를 들면, 독일에서 개발된 리가 공정(LIGA process)은 X-선 노광, 전기도금 및 대량 성형의 연속적인 공정으로 이루어진다. 구체적으로 설명하면, 리가 공정은 X-선 등을 이용한 노광으로 초소형 구조물을 정밀하게 제작하고, 초소형 구조물에 전기도금으로 견고한 몰드를 제작하며, 몰드를 이용하여 초소형 구조물을 대량으로 복제한다. 이와 같은 리가 공정은 종래의 직접 가공 방식의 단점들을 극복한다. 현재, 초소형 구조물의 대량 성형용 몰드 제작을 위하여, 리가 공정이 적용된다. 리가 공정은 방사광 가속기에서 발생하는 고에너지 X-선 또는 일반적인 UV-노광을 이용할 수 있다.For example, the Liga process developed in Germany consists of a continuous process of X-ray exposure, electroplating and mass forming. Specifically, the Riga process precisely fabricates a microstructure by exposure using X-rays, produces a rigid mold by electroplating on the microstructure, and replicates the microstructure in large quantities using the mold. This Riga process overcomes the disadvantages of the conventional direct processing method. Currently, for fabricating molds for mass forming of microstructures, the Liga process is applied. The Liga process may utilize high energy X-rays or general UV-exposures generated by an emission accelerator.
리가 공정으로 제작되는 몰드는 롤 방식의 초소형 구조물 성형기술에 직접적으로 적용되기 어렵다. 즉 X-선 노광 또는 UV-노광과 같은 노광 기술은 기본적으로 평면 형상의 구조물 제작에 용이하므로 실린더 형상의 기본 구조를 가지는 롤 형상의 몰드 제작에 직접적으로 적용되기 어렵다. 따라서 롤 방식의 초소형 구조물의 대량 성형기술은 초소형 구조물을 포함하는 얇은 금속 몰드를 전기도금으로 제작하고, 금속 몰드를 미리 제작된 롤에 감아 고정하는 방식을 적용한다. 또한 롤 방식의 초소형 구조물의 대량 성형기술은 유연성을 가지도록 얇게 도금하여 금속 몰드 제작하고, 플라스틱 기판과 금속 몰드를 함께 가열하여 롤로 가압함으로써, 플라스틱 기판에 초소형 구조물을 성형하는 방식을 적용한다.The mold produced by the liga process is difficult to be directly applied to the microstructure forming technology of the roll method. That is, the exposure technique such as X-ray exposure or UV-exposure is basically easy to manufacture a planar structure, so it is difficult to directly apply to roll-shaped mold fabrication having a basic structure of cylinder shape. Therefore, the mass forming technology of the roll-type microstructure is applied to a method of manufacturing a thin metal mold including the microstructure by electroplating and winding the metal mold on a pre-fabricated roll. In addition, the mass-molding technology of the roll-type microstructure is applied to a method of forming a microstructure on a plastic substrate by pressing a roll by heating the plastic substrate and the metal mold together to form a metal mold by thinly plating to have flexibility.
이와 같은 롤 방식의 초소형 구조물의 대량 성형기술은 롤 형상의 몰드 제작기술들의 여러 단점들과 한계 때문에 제한적으로 적용된다. 예를 들면, 복잡한 초소형 구조물을 가지는 강건하고 정밀한 금속 몰드의 제작이 어려우므로 최종 성형품의 형상 역시 제한적이다. 또한, 비교적 제작이 용이한 유연한 플라스틱 몰드를 제작한 후, 낮은 점도를 가지는 광경화성 플라스틱 재료를 이용하는 롤 방식의 초소형 구조물의 대량 성형기술 또는 다양한 잉크를 이용한 롤 방식의 프린팅 기술이 주로 개발되고 있다.The mass forming technology of such a roll-shaped microstructure is limited because of the disadvantages and limitations of the roll-shaped mold fabrication techniques. For example, the shape of the final molded part is also limited because it is difficult to manufacture a robust and precise metal mold with a complex microstructure. In addition, after fabricating a flexible plastic mold that is relatively easy to manufacture, a mass forming technology of a roll type microstructure using a photocurable plastic material having a low viscosity or a roll type printing technology using various inks is mainly developed.
본 발명의 일 측면은, 롤 방식의 초소형 구조물의 대량 성형기술에 적용되어 초소형 구조물을 연속적으로 성형하는 롤 형상의 마이크로 몰드 시스템을 제공하는 것이다.One aspect of the present invention is to provide a roll-shaped micro-molding system that is applied to the mass-forming technology of the roll-type microstructures continuously forming the microstructures.
본 발명의 일 측면은 롤 방식의 초소형 구조물의 대량 성형기술을 적용하여 복잡한 형상의 플라스틱 초소형 구조물을 대량으로 성형하는 롤 형상의 마이크로 몰드 시스템을 제공하는 것이다.One aspect of the present invention is to provide a roll-shaped micro-molding system for forming a large-size plastic microstructure of a complex shape by applying a mass-forming technology of a roll-shaped microstructure.
또한, 본 발명의 일 측면은 롤 형상의 마이크로 몰드 시스템을 제작하는 제조 방법을 제공하는 것이다.In addition, one aspect of the present invention is to provide a manufacturing method for manufacturing a roll-shaped micro mold system.
본 발명의 일 실시예에 따른 롤 형상의 마이크로 몰드 시스템 제조 방법은, 노광 공정으로 초소형 모구조물을 제작하는 제1 단계, 금속 전기도금 공정으로 상기 모구조물의 표면에 초소형 구조물을 형성하여 마이크로 몰드 형성용 모듈을 제작하는 제2 단계, 및 상기 모듈을 조합 및 결합하여 롤 형상의 마이크로 몰드 시스템을 형성하는 제3 단계를 포함한다.In the method of manufacturing a roll-shaped micro mold system according to an embodiment of the present invention, a micro mold is formed by forming a micro structure on a surface of the parent structure by a metal electroplating process in a first step of manufacturing a micro structure by an exposure process. A second step of manufacturing a module for use, and a third step of combining and combining the modules to form a roll-shaped micro mold system.
상기 제1 단계의 상기 노광 공정은, 방사광 가속기의 X-선을 이용하는 DXRL(deep x-ray lithography) 공정 및 UV를 광원으로 이용하는 노광 공정 중 어느 하나일 수 있다.The exposure process of the first step may be any one of a deep x-ray lithography (DXRL) process using X-rays of an emission accelerator and an exposure process using UV as a light source.
상기 제2 단계의 금속 전기도금 공정은, 구리 전기도금, 니켈 전기도금 및 니켈 합금 전기도금 중 어느 하나일 수 있다.The metal electroplating process of the second step may be any one of copper electroplating, nickel electroplating and nickel alloy electroplating.
상기 제2 단계는, 표면에 상기 초소형 구조물을 가지는 상기 모듈을 다양한 두께로 형성할 수 있다.The second step may form the module having the microstructure on the surface in various thicknesses.
상기 제3 단계는, 다양한 초소형 구조물을 가지는 다양한 두께의 상기 모듈들을 선택하고, 상기 모듈들을 조합 및 결합하여, 상기 롤 형상의 마이크로 몰드 시스템을 다양한 구조로 형성할 수 있다.In the third step, the modules having various thicknesses having various microstructures may be selected, and the modules may be combined and combined to form the roll-shaped micro mold system in various structures.
본 발명의 일 실시예에 따른 롤 형상의 마이크로 몰드 시스템 제조 방법은, 설정된 두께의 실린더 상으로 형성되고, 표면에 초소형 구조물을 가지는 롤 형상의 마이크로 몰드 형성용 모듈들, 상기 모듈의 중심에 형성된 결합구에 삽입되는 축부재, 및 조합 및 결합된 상기 모듈들의 양측에서 상기 축부재에 결합되어 상기 모듈들을 지지하는 지지부재를 포함한다.Roll-shaped micro-molding system manufacturing method according to an embodiment of the present invention, the roll-shaped micro-molding module having a microstructure on the surface formed on a cylinder of a predetermined thickness, the coupling formed in the center of the module A shaft member inserted into the sphere, and a support member coupled to the shaft member at both sides of the combined and coupled modules to support the modules.
상기 모듈들은, 표면에 상기 초소형 구조물을 가지고 다양한 두께를 가질 수 있다.The modules may have various thicknesses with the microstructure on the surface.
상기 모듈의 표면에 형성된 초소형 구조물은 삼각형, 사각형 및 사다리꼴형 중 하나로 형성될 수 있다.The micro structure formed on the surface of the module may be formed of one of a triangle, a square and a trapezoid.
이와 같이 본 발명의 일 실시예는, 복잡한 형상을 가지는 초소형 구조물들을 성형할 수 있고, 또한 복잡한 형상의 초소형 구조물을 연속적인 공정으로 대량 성형할 수 있다. 본 발명의 일 실시예는 다양한 모듈들의 조합으로 복잡한 초소형 구조물을 용이하게 성형하고, 초소형 구조물을 포함하는 고효율의 광학 시트 및 다양한 기능성의 플라스틱 표면을 연속적으로 용이하게 제작할 수 있게 한다.As such, one embodiment of the present invention may form microstructures having a complicated shape, and may also mass-form a microstructure of a complicated shape in a continuous process. One embodiment of the present invention facilitates the shaping of complex microstructures with a combination of various modules, and allows for the easy and continuous manufacture of highly efficient optical sheets and various functional plastic surfaces including microstructures.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 롤 형상의 마이크로 몰드 시스템의 제조 방법에 대한 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 롤 형상의 마이크로 몰드 시스템에 적용되며, 평면 방향의 노광 및 금속 전기도금으로 제작된 롤 형상의 마이크로 몰드 형성용 모듈의 사시도이다.
도 3은 표면에 다양한 형상의 초소형 구조물을 형성한 모듈들을 조합한 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 롤 형상의 마이크로 몰드 시스템을 이용하여, 초소형 구조물을 연속적으로 성형하는 공정의 사시도이다.
도 5는 도 1의 제조 방법 중에서, 방사광 가속기를 이용한 X-선 노광 공정으로 초소형 모구조물을 제작하는 개념도이다.
도 6a는 X-선 노광 공정으로 제작된 롤 형상의 마이크로 몰드 형성용 모듈의 모구조물들의 사시도이다.
도 6b는 도 6a의 모구조물에 대한 전기도금 공정으로 제작된 롤 형상의 마이크로 몰드 형성용 모듈들의 사시도이다.
도 7a, 도 7b 및 도 7c는 표면에 삼각형, 사각형 및 사다리꼴형 초소형 구조물을 가지는 롤 형상의 마이크로 몰드 형성용 모듈의 부분 사시도이다.
도 8a는 다양한 초소형 구조물을 가지는 마이크로 몰드 형성용 모듈들을 조합/결합하여 제작된 롤 형상의 마이크로 몰드 시스템의 사시도이다.
도 8b는 도 8a의 부분 확대도이다.
도 9a는 제작된 롤 형상의 마이크로 몰드 시스템을 이용하여 시성형된 플라스틱 구조물의 사시도이다.
도 9b는 도 9a의 부분 확대도이다.1 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a roll-shaped micro mold system according to an embodiment of the present invention.
2 is a perspective view of a roll-shaped micro mold forming module which is applied to a roll-shaped micro mold system according to an exemplary embodiment of the present invention and manufactured by exposure in a plane direction and metal electroplating.
3 is a perspective view of a combination of modules forming a microstructure of various shapes on the surface.
4 is a perspective view of a process of continuously forming a microstructure by using a roll-shaped micro mold system according to an embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a conceptual view of manufacturing a microminiature structure by an X-ray exposure process using a radiation accelerator in the manufacturing method of FIG. 1.
6A is a perspective view of parent structures of a roll-shaped micro mold forming module manufactured by an X-ray exposure process.
FIG. 6B is a perspective view of roll-shaped micro mold forming modules manufactured by an electroplating process for the parent structure of FIG. 6A.
7A, 7B and 7C are partial perspective views of a roll-shaped micro mold forming module having triangular, square and trapezoidal microstructures on its surface.
FIG. 8A is a perspective view of a roll-shaped micro mold system manufactured by combining / combining modules for forming a micro mold having various micro structures.
8B is an enlarged partial view of FIG. 8A.
9A is a perspective view of a plastic structure prototyped using a fabricated roll-shaped micro mold system.
9B is an enlarged partial view of FIG. 9A.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the present invention. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. In order to clearly illustrate the present invention, parts not related to the description are omitted, and the same or similar components are denoted by the same reference numerals throughout the specification.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 롤 형상의 마이크로 몰드 시스템의 제조 방법(이하에서 편의상, "마이크로 몰드 시스템의 제조 방법"이라 한다)에 대한 흐름도이다.1 is a flowchart of a method of manufacturing a roll-shaped micro mold system according to an embodiment of the present invention (hereinafter referred to as "a method of manufacturing a micro mold system" for convenience).
도 1을 참조하면, 일 실시예에 따른 마이크로 몰드 시스템의 제조 방법은 노광 공정을 이용한 초소형 모구조물을 제작하는 제1 단계(ST1), 금속 전기도금 공정을 이용하여 모구조물의 표면에 초소형 구조물을 형성하여 마이크로 몰드 형성용 모듈(이하에서 편의상, "모듈"이라 한다)을 제작하는 제2 단계(ST2), 및 모듈들을 조합하고 결합하여 롤 형상의 마이크로 몰드 시스템(이하에서 편의상, "마이크로 몰드 시스템"이라 한다)을 형성하는 제3 단계(ST3)를 포함한다.Referring to FIG. 1, in the method of manufacturing a micro mold system according to an exemplary embodiment, a first step (ST1) of manufacturing a micro matrix structure using an exposure process, a micro structure is formed on a surface of the matrix structure using a metal electroplating process. A second step (ST2) of forming a micro mold forming module (hereinafter referred to as "module" for convenience), and combining and combining the modules to form a roll-shaped micro mold system (hereinafter referred to as "micro mold system"). A third step ST3 of forming " "
제1 단계(ST1)에 적용되는 노광 공정은 방사광 가속기의 X-선을 이용하는 DXRL(deep x-ray lithography) 공정 또는 UV 광원을 이용하는 노광 공정으로 초소형 모(母)구조물(도 6a 참조)을 제작한다. 모듈이 두꺼운 경우 또는 뛰어난 표면 조도가 요구되는, UV 노광에 비하여, DXRL 노광이 초소형 모구조물을 제작하는데 더 유리하다.The exposure process applied to the first step ST1 is a deep x-ray lithography (DXRL) process using X-rays of an emission accelerator or an exposure process using a UV light source to fabricate a very small parent structure (see FIG. 6A). do. Compared to UV exposure, where the module is thick or where excellent surface roughness is required, DXRL exposure is more advantageous for producing micromatrix.
제2 단계(ST2)의 금속 전기도금 공정은, 최종 목적에 따라 모구조물을 기반으로 구리, 니켈, 니켈 합금, 및 이들 중 하나를 포함하는 금속을 이용한 전기도금 공정으로 진행된다. 즉 구리 전기도금, 니켈 전기도금 또는 니켈 합금 전기도금 공정으로 초소형 구조물을 가지는 모듈을 제작한다. 제2 단계(ST2)는 다양한 형상의 초소형 구조물을 표면에 가지는 모듈을 다양한 두께로 형성한다.The metal electroplating process of the second step ST2 proceeds to an electroplating process using copper, nickel, a nickel alloy, and a metal including one of them, based on the parent structure, depending on the final purpose. That is, a module having a microstructure is manufactured by a copper electroplating, nickel electroplating, or nickel alloy electroplating process. The second step ST2 forms modules having various shapes on the surface of the microstructure in various thicknesses.
제3 단계(ST3)는 다양한 초소형 구조물을 가지는 다양한 두께의 모듈들을 선택하고, 선택된 모듈들을 조합 및 결합하여, 전체적으로 다양한 구조로 마이크로 몰드 시스템을 형성한다.The third step ST3 selects modules of various thicknesses having various microstructures, combines and combines the selected modules, and forms a micro mold system with various structures as a whole.
따라서 일 실시예의 마이크로 몰드 시스템은 다양하게 설정된 두께를 가지는 모듈들을 조합 및 결합하여 롤 형상으로 형성하여, 롤 형상의 표면에 복잡한 형상을 구성하므로 다양하고 복잡한 형상을 가지는 초소형 구조물을 연속적으로 대량 성형할 수 있다.Therefore, the micro mold system according to the embodiment forms a roll shape by combining and combining modules having various set thicknesses, and forms a complicated shape on the surface of the roll shape, thereby continuously forming a large amount of micro structures having various and complicated shapes continuously. Can be.
설명의 중복을 피하기 위하여, 이하에서 마이크로 몰드 시스템의 구성과 이의 제조 방법의 구체적인 예에 대하여 같이 설명한다.In order to avoid duplication of explanation, the following describes the structure of the micro mold system and specific examples of the manufacturing method thereof.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 롤 형상의 마이크로 몰드 시스템에 적용되며, 평면 방향의 노광 및 금속 전기도금으로 제작된 롤 형상의 마이크로 몰드 형성용 모듈의 사시도이다.2 is a perspective view of a roll-shaped micro mold forming module which is applied to a roll-shaped micro mold system according to an exemplary embodiment of the present invention and manufactured by exposure in a plane direction and metal electroplating.
금속 기판에 감광재인 PMMA(polymethyl methacrylate)를 부착하고, X-선 마스크를 이용하여 PMMA를 선택적으로 X-선 노광한 후, 현상함으로써 모구조물이 제작된다(미도시). 금속 전기도금 공정을 진행하여, 제작된 모구조물의 빈 공간에 금속 구조물을 형성한 후, 남아 있는 모구조물을 제거함으로써, 금속 기판(104) 상에 모듈들(101)이 남는다.A mother structure is prepared by attaching polymethyl methacrylate (PMMA), which is a photosensitive material to a metal substrate, selectively exposing the PMMA using an X-ray mask, and then developing it (not shown). After the metal electroplating process is performed to form the metal structure in the empty space of the fabricated parent structure, the remaining parent structure is removed, thereby leaving the
이와 같이 모듈(101)은 제1, 제2 단계(ST1, ST2)에 의하여 제작되며, 설정된 두께(t)를 가지고 실린더 상으로 형성되고, 표면에 초소형 구조물(103)을 가지며, 중심에 결합구(102)를 가진다. 초소형 구조물(103)은 설정된 두께(t)의 실린더 상의 표면에 노광으로 제작된다. 결합구(102)는 모듈(101)의 중심에 형성되어 모듈들(101)의 조합 및 결합을 용이하게 한다.In this way, the
도 3은 표면에 다양한 형상의 초소형 구조물을 형성한 모듈들을 조합한 사시도이다. 도 3을 참조하면, 복수의 모듈들(101)은 각각 다양한 두께(t)를 가지며, 각각 서로 다른 형상의 초소형 구조물(103)을 가지므로 다양한 조합 및 결합에 의하여 다양한 마이크로 몰드 시스템을 형성할 수 있다.3 is a perspective view of a combination of modules forming a microstructure of various shapes on the surface. Referring to FIG. 3, each of the plurality of
예를 들면, 모듈들(101)은 표면에 형성된 초소형 구조물을 삼각형으로 형성하는 제1 모듈(201), 사각형으로 형성하는 제2 모듈(202) 및 사다리꼴형으로 형성하는 제3 모듈(203)을 포함한다. 또한, 모듈들은 도시하지 않은 곡선형과 같이 다양하게 형성될 수도 있다.For example, the
적어도 제1, 제2, 제3 모듈(201, 202, 203)을 조합하는 경우, 일반적인 제작 기술로는 구현하기 어려운 복잡한 형상을 가지는 마이크로 몰드 시스템을 구현할 수 있다. 또한, 모듈들(101)은 기제작된 모듈들의 다양한 조합을 통하여 몰드의 원하는 최종 형상을 자유롭게 변경 설정할 수 있다.When at least the first, second, and
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 롤 형상의 마이크로 몰드 시스템을 이용하여, 초소형 구조물을 연속적으로 성형하는 공정의 사시도이다. 도 4를 참조하면, 마이크로 몰드 시스템(301)은 롤 방식의 초소형 구조물의 대량 성형기술에 적용되어, 복잡한 형상의 초소형 구조물(304)을 연속적으로 성형할 수 있다.4 is a perspective view of a process of continuously forming a microstructure by using a roll-shaped micro mold system according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 4, the
마이크로 몰드 시스템(301)은 복수의 모듈들(302)을 조합 및 결합하여, 전체적으로 롤 형상으로 형성되며, 평평한 플라스틱 판재(303)(또는 용융된 플라스틱)에 롤-투-플레이트 방식으로 초소형 구조물(304)을 용이하게 성형할 수 있다.The
도 5는 도 1의 제조 방법 중에서, 방사광 가속기를 이용한 X-선 노광 공정으로 초소형 모구조물을 제작하는 개념도이다.FIG. 5 is a conceptual view of manufacturing a microminiature structure by an X-ray exposure process using a radiation accelerator in the manufacturing method of FIG. 1.
도 5를 참조하면, 방사광 가속기의 선형 가속기에서 가속된 전자들은 저장링(401)을 회전하면서 일정한 지점에서 접선 방향으로 다양한 파장대의 고에너지 방사광을 방출한다. 고에너지 방사광은 여러 빔라인 설비들(402)을 거친 후, X-선 노광 공정에 이용된다.Referring to FIG. 5, the electrons accelerated in the linear accelerator of the emission accelerator emit high energy radiation of various wavelengths in a tangential direction at a predetermined point while rotating the
최종적인 고에너지 X-선(403)을 원하는 영역에 선택적으로 조사하기 위하여 X-선 마스크(미도시)가 요구되며, 이와 같은 X-선 마스크와 감광재는 스캐너(404)에 부착되어 일정한 속도로 움직인다. 따라서 감광재가 X-선으로 노광되고 현상 후, 초소형 모(母)구조물로 제작된다.An X-ray mask (not shown) is required to selectively irradiate the final high-
도 6a는 X-선 노광 공정으로 제작된 롤 형상의 마이크로 몰드 형성용 모듈의 모구조물들의 사시도이다. 도 6a를 참조하면, 실시예의 제조 방법으로 실제 제작된 것으로서, X-선 노광 공정시, 티타늄 기판(504)에 두께 1mm의 PMMA 판재(503)를 부착하여 감광재로 이용한다.6A is a perspective view of parent structures of a roll-shaped micro mold forming module manufactured by an X-ray exposure process. Referring to FIG. 6A, as actually manufactured by the manufacturing method of the embodiment, in the X-ray exposure process, the
즉 도 6a는 X-선 노광 공정 및 현상 공정을 통하여 제작된 PMMA 모구조물(501)을 나타낸다. 노광 공정 후, 금속 전기도금을 위한 모구조물(501)로 이용되므로 제작된 PMMA 모구조물(501)은 최종 모듈의 반대 형상을 가진다. 예를 들면, 모구조물(501)은 외측에 대응 초소형 구조물(511)과 중심에 대응 돌기(512)를 가진다.That is, FIG. 6A illustrates a
도 6b는 도 6a의 모구조물에 대한 전기도금 공정으로 제작된 롤 형상의 마이크로 몰드 형성용 모듈들의 사시도이다. 도 6b를 참조하면, 실시예의 제조 방법으로 실제 제작된 것으로서, 모구조물(501)의 빈 공간에 전기도금 공정을 통하여 구리를 채우고, 모구조물(501) 즉 PMMA 판재(503)를 제거함으로써 모구조물들(501)에 대응하는 자리에 모듈들(505)이 형성된다.FIG. 6B is a perspective view of roll-shaped micro mold forming modules manufactured by an electroplating process for the parent structure of FIG. 6A. Referring to FIG. 6B, as actually manufactured by the manufacturing method of the embodiment, the empty structure of the
제작된 모듈들(505)은 대응 초소형 구조물(511)에 의하여 형성되는 다양한 초소형 구조물(506)을 측면에 가지며, 대응 돌기(512)에 의하여 형성되는 결합구(507)를 중심에 가진다.The fabricated
도 7a, 도 7b 및 도 7c는 표면에 삼각형, 사각형 및 사다리꼴형 초소형 구조물을 가지는 롤 형상의 마이크로 몰드 형성용 모듈의 부분 사시도이다.7A, 7B and 7C are partial perspective views of a roll-shaped micro mold forming module having triangular, square and trapezoidal microstructures on its surface.
도 7a, 도 7b 및 도 7c를 참조하면, 실시예의 제조 방법으로 실제 제작된 것으로서, 모듈들(601, 602, 603)은 X-선 노광 및 전기도금 공정을 통하여 실린더 형상을 가지며, 그 표면에 각각 삼각형, 사각형 및 사다리꼴형의 초소형 구조물들을 가지는 것을 예시한다.7A, 7B, and 7C, which are actually manufactured by the manufacturing method of the embodiment, the
도 8a는 다양한 초소형 구조물을 가지는 마이크로 몰드 형성용 모듈들을 조합/결합하여 제작된 롤 형상의 마이크로 몰드 시스템의 사시도이고, 도 8b는 도 8a의 부분 확대도이다.FIG. 8A is a perspective view of a roll-shaped micro mold system manufactured by combining / combining modules for forming a micro mold having various microstructures, and FIG. 8B is a partially enlarged view of FIG. 8A.
도 8a 및 도 8b를 참조하면, 실시예의 제조 방법으로 실제 제작된 것으로서, 마이크로 몰드 시스템(700)은 모듈들(701)을 원하는 구조로 조합함으로써 롤 형상으로 구성된다.8A and 8B, as actually manufactured by the manufacturing method of the embodiment, the
이를 위하여, 마이크로 몰드 시스템(700)은 축부재(702)와 지지부재(703)를 포함한다. 축부재(702)는 복수 모듈(701)의 중심에 형성된 각 결합구(도 3의 102 참조)에 삽입되고, 지지부재(703)는 조합 및 결합된 모듈들(701)의 양측에서 축부재(702)에 결합되어 모듈들(701)을 지지하여, 축부재(702)와 모듈(701)의 안정된 결합 구조를 형성한다.To this end, the
축부재(702)는 길게 형성되어 롤 방식의 초소형 대량 성형기술에 적용될 수 있게 한다. 축부재(702)와 결합구(미도시)는 서로 대응하여 형성 및 결합되며, 즉 축부재(702)는 단면 사각형으로 형성되고, 결합구는 사각형 구멍으로 형성되므로 축부재(702) 상에서 모듈들(701)이 회전 방지된다.The
즉 마이크로 몰드 시스템(700)은 모듈들(701)로 롤 상태를 형성하고, 표면에 초소형 구조물들에 의한 형상을 복잡하게 구현한다.That is, the
도 9a는 제작된 롤 형상의 마이크로 몰드 시스템을 이용하여 시성형된 플라스틱 구조물의 사시도이고, 도 9b는 도 9a의 부분 확대도이다. 도 9a 및 도 9b는 시성형된 플라스틱 초소형 구조물을 예시한다.FIG. 9A is a perspective view of a plastic structure prototyped using a fabricated roll-shaped micro mold system, and FIG. 9B is a partial enlarged view of FIG. 9A. 9A and 9B illustrate plastic molded microstructures.
용융된 LDPE(Low Density Polyethylene) 상에 롤 성형을 수행하여, LDPE 구조물(801)을 성형하였다. 용융된 LDPE는 플라스틱의 점성을 낮추어 성형 조건을 유리하게 한다. LDPE 구조물(801)은 표면에 초소형 구조물들(802, 803, 804)을 구비하고 있다.An
이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.Although the preferred embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited thereto, and various modifications and changes can be made within the scope of the claims and the detailed description of the invention and the accompanying drawings. Naturally, it belongs to the scope of the invention.
101, 302, 505, 601, 602, 603, 701 : 모듈 102, 507 : 결합구
103, 304, 802, 803, 804 : 초소형 구조물 104 : 금속 기판
201, 202, 203 : 제1, 제2, 제3 모듈 301, 700 : 마이크로 몰드 시스템
303 : 플라스틱 판재 402 : 빔라인 설비
403 : 고에너지 X-선 404 : 스캐너
504 : 티타늄 기판 503 : PMMA 판재
501 : 모구조물 511 : 대응 초소형 구조물
512 : 대응 돌기 702 : 축부재
703 : 지지부재 801 : LDPE 구조물
t : 두께101, 302, 505, 601, 602, 603, 701:
103, 304, 802, 803, 804: ultra-small structure 104: metal substrate
201, 202, 203: first, second and
303: plastic sheet 402: beamline equipment
403: high energy X-ray 404: scanner
504: titanium substrate 503: PMMA plate
501: parent structure 511: corresponding micro structure
512: corresponding projection 702: shaft member
703: support member 801: LDPE structure
t: thickness
Claims (8)
금속 전기도금 공정으로 상기 모구조물의 표면에 초소형 구조물을 형성하여 마이크로 몰드 형성용 모듈을 제작하는 제2 단계; 및
상기 모듈을 조합 및 결합하여 롤 형상의 마이크로 몰드 시스템을 형성하는 제3 단계
를 포함하는 롤 형상의 마이크로 몰드 시스템 제조 방법.A first step of fabricating an ultra-small parent structure by an exposure process;
A second step of forming a micro mold forming module by forming a micro structure on the surface of the parent structure by a metal electroplating process; And
A third step of combining and combining the modules to form a roll-shaped micro mold system
Roll-shaped micro mold system manufacturing method comprising a.
상기 제1 단계의 상기 노광 공정은,
방사광 가속기의 X-선을 이용하는 DXRL(deep x-ray lithography) 공정 및
UV를 광원으로 이용하는 노광 공정 중 어느 하나인 롤 형상의 마이크로 몰드 시스템 제조 방법.The method according to claim 1,
The exposure step of the first step,
Deep x-ray lithography (DXRL) process using X-rays of an emission accelerator, and
The roll-shaped micro mold system manufacturing method which is any one of the exposure process which uses UV as a light source.
상기 제2 단계의 상기 금속 전기도금 공정은,
구리 전기도금, 니켈 전기도금 및 니켈 합금 전기도금 중 어느 하나인 롤 형상의 마이크로 몰드 시스템 제조 방법.The method according to claim 1,
The metal electroplating process of the second step,
A method of manufacturing a roll-shaped micro mold system, which is any one of copper electroplating, nickel electroplating and nickel alloy electroplating.
상기 제2 단계는,
표면에 상기 초소형 구조물을 가지는 상기 모듈을 다양한 두께로 형성하는 롤 형상의 마이크로 몰드 시스템 제조 방법.The method according to claim 1,
The second step,
A method of manufacturing a roll-shaped micro mold system for forming the module having the microstructure on the surface in various thicknesses.
상기 제3 단계는,
다양한 초소형 구조물을 가지는 다양한 두께의 상기 모듈들을 선택하고,
상기 모듈들을 조합 및 결합하여,
상기 롤 형상의 마이크로 몰드 시스템을 다양한 구조로 형성하는
롤 형상의 마이크로 몰드 시스템 제조 방법.The method of claim 4, wherein
In the third step,
Select the modules of varying thickness with different microstructures,
Combining and combining the modules,
Forming the roll-shaped micro mold system into various structures
Method of manufacturing a roll-shaped micro mold system.
상기 모듈의 중심에 형성된 결합구에 삽입되는 축부재; 및
조합 및 결합된 상기 모듈들의 양측에서 상기 축부재에 결합되어 상기 모듈들을 지지하는 지지부재
를 포함하는 롤 형상의 마이크로 몰드 시스템.A roll-shaped micro mold forming module which is formed on a cylinder having a predetermined thickness and has a micro structure on its surface;
A shaft member inserted into a coupler formed at the center of the module; And
Support members coupled to the shaft member at both sides of the combined and coupled modules to support the modules
Roll-shaped micro mold system comprising a.
상기 모듈들은,
표면에 상기 초소형 구조물을 가지고 다양한 두께를 가지는 롤 형상의 마이크로 몰드 시스템.The method of claim 6,
The modules,
Roll-shaped micro mold system having the microstructure on the surface and having a variety of thickness.
상기 모듈의 표면에 형성된 초소형 구조물은
삼각형, 사각형 및 사다리꼴형 중 하나로 형성되는 롤 형상의 마이크로 몰드 시스템.The method of claim 6,
The micro structure formed on the surface of the module
Roll-shaped micro mold system formed into one of triangular, square and trapezoidal.
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