KR20170040998A

KR20170040998A - 진공흡착노즐의 제조방법

Info

Publication number: KR20170040998A
Application number: KR1020150140393A
Authority: KR
Inventors: 이향이; 김학범; 강성우; 황성욱
Original assignee: 주식회사 페코텍
Priority date: 2015-10-06
Filing date: 2015-10-06
Publication date: 2017-04-14
Also published as: CN106560306A

Abstract

본 발명은, 진공흡착노즐의 제조방법 및 그 방법으로 제조된 진공흡착노즐에 관한 것으로, 특히 폴리이미드 블럭의 절삭가공이 아닌 폴리이미드 분말의 압축성형 및 고온 등방압 압축에 의해 제조함으로써 수율을 높이고 불량률을 저감한 진공흡착노즐의 제조방법에 관한 것이다.

Description

진공흡착노즐의 제조방법 {MANUFACTURING METHOD OF VACUUM ADSORPTION NOZZZLE}

도 1 및 도 2와 같이 반도체 칩을 패키지에 장착하기 위하여 사용되는 진공 흡착 노즐의 재료는 금속이나 세라믹 또는 엔지니어링 플라스틱을 이용하고 있다. 그런데, 도 3과 같은 금속 및 세라믹의 진공흡착노즐은 높은 경도로 인해 반도체 칩에 타흔 등의 손상을 유발하고, 반도체 집적화로 인해 두께가 점점 얇아지는 칩에 크랙을 유발하기도 한다. 이를 방지하기 위하여 도 4와 같이 완충 기구가 삽입되어 제조 되기도 하는데 이 역시 충격을 완전히 흡수하지 못하여, 여전히 반도체 칩의 파손 불량을 초래한다.

이러한 반도체 칩의 파손 불량 때문에, 진공흡착노즐의 재질이 금속 및 세라믹에서 탄성을 가지고 있는 엔지니어링 플라스틱으로 변화되고 있다. 상기 엔지니어링 플라스틱은 금속 및 세라믹에 비해 내열성과 내모성은 떨어지지만, 충격에 의한 칩 파손을 예방할 수 있어 주목받고 있다. 이 중 슈퍼 엔지니어링 플라스틱인 폴리이미드 소재는 내열성이 높고 (> 260 ℃), 내마모성이 높아 도 5에 나타낸 바와 같이 반도체 픽업 노즐 제조 시 많이 이용되고 있다. 이러한 폴리이미드 진공흡착노즐은 70 ㎛의 홀(hole)이 형성되어 있으며, 도 6과 같이 칩의 소형화로 인해 홀은 점차 작아지는 추세이다.

폴리이미드 반도체 진공 흡착 노즐에 70 ㎛의 초미세홀을 가공하기 위해서는 고속 스핀들을 이용한 드릴가공을 실시하는데, 드릴가공으로는 마이크로 홀을 형성하기에 한계가 있고, 도 7과 같이 가공 도중 열에 의한 홀 형상 부적합 및 사이즈 부적합이 빈번히 발생되어, 제조 불량률을 높이고 있다.

또한, 도 8과 같이 폴리이미드 진공흡착노즐에 초미세홀을 가공 시 드릴의 마모가 빈번히 발생하여 30 ~ 40 회 천공 후 드릴을 교체해야 한다. 특히, 드릴가공 특성상 초기에 절삭 저항을 많이 받는데, 이때 외경 지름이 작은 마이크로 드릴은 부러짐 또한 자주 발생한다. 이러한 마모와 부러짐은 도 9에 나타낸 바와 같이 고가의 마이크로 드릴 교체로 인한 제조원가 상승을 초래한다.

또한 소형화된 반도체 칩의 본딩 공정에서, 플라스틱 소재의 단점인 정전기 현상으로 인하여 반도체 칩을 흡착 후 탈착이 이루어지지 않아 정확한 위치에 본딩을 수행하지 못하고, 본딩 시 필요한 고열에 의해 노즐 팁 선단부의 내마모성이 저하되어 반도체 칩 생산 시 많은 제조 불량을 유발한다.

한국공개특허 제 2012-0028635 호는 폴리이미드 범용 소재 대신 분말을 사용하여 이를 금형에 넣고 고온처리하는 기술을 개시하고 있으나, 정밀한 치수제어가 요구되는 본 발명의 진공흡착노즐에 적용하기는 어려운 문제점이 있어, 이에 대한 기술개선 요구가 대단히 높은 실정이다.

한국공개특허 제 2012-0028635 호

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 폴리이미드 범용 소재 대신 분말을 사용하고 이를 고온 등방압 압축하는 단계를 포함하는 진공흡착노즐의 제조방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 상기 방법으로 제조된 진공흡착노즐을 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.

본 발명의 진공흡착노즐 제조방법은 상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여,

(A) 금형부 내부에 통기관 형성용 코어(core)를 고정시키는 단계;

(B) 상기 금형부 내부에 폴리이미드 분말을 충전(充塡)하는 단계;

(C) 상기 폴리이미드 분말을, 중심에 통기관이 형성된 원기둥 형태로 압축성형하는 단계;

(D) 상기 통기관이 형성된 원기둥 형태로 성형된 폴리이미드 분말 성형물을 상기 금형부로부터 꺼내는 단계;

(E) 상기 성형된 폴리이미드 분말 성형물을 열처리하는 단계;

(F) 상기 열처리된 폴리이미드 분말 성형물을 금속 용융물로 표면 코팅하는 단계;

(G) 상기 표면 코팅된 폴리이미드 분말 성형물을 고온 등방압 압축하는 단계;

(H) 상기 표면 코팅된 금속 용융물을 제거하는 단계; 및

(I) 상기 금속 용융물을 제거된 폴리이미드 분말 성형물의 일단에 테이퍼형 선단을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 진공흡착노즐 제조방법은 상기 단계 (E) 이후 단계 (F) 이전에, 상기 열처리된 폴리이미드 분말 성형물을 냉각하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.

또한, 상기 냉각은 상온 내지 50 ℃까지 상기 성형물의 온도를 낮추는 것일 수 있다.

또한, 본 발명의 진공흡착노즐 제조방법은 상기 단계 (I) 도중 또는 전후로, 콜렛(collet) 결합부를 형성하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.

또한, 상기 단계 (A)의 통기관 형성용 코어는 서로 상이한 2 내지 4 개의 지름을 연속하여 갖고, 상기 상이한 지름의 경계는 단차지거나 테이퍼링된 원기둥 형태일 수 있다.

또한, 본 발명의 진공흡착노즐 제조방법은 상기 단계 (B)의 금형부 내부에 폴리이미드 분말과 함께 알루미나(Al₂O₃), 지르코니아(ZrO₂), 탄소나노튜브(CNT), 흑연(graphite), 이황화 몰리브덴(MoS₂), 구리(copper) 및 그 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 물질을 추가로 충전할 수 있다.

또한, 알루미나의 첨가량은 폴리이미드 100 중량부 당 0.5 내지 5 중량부일 수 있다.

또한, 지르코니아의 첨가량은 폴리이미드 100 중량부 당 0.5 내지 5 중량부일 수 있다.

또한, 탄소나노튜브의 첨가량은 폴리이미드 100 중량부 당 0.5 내지 5 중량부일 수 있다.

또한, 흑연의 첨가량은 폴리이미드 100 중량부 당 5 내지 45 중량부일 수 있다.

또한, 이황화 몰리브덴의 첨가량은 폴리이미드 100 중량부 당 5 내지 45 중량부일 수 있다.

또한, 구리의 첨가량은 폴리이미드 100 중량부 당 0.5 내지 5 중량부일 수 있다.

또한, 상기 단계 (B)의 폴리이미드 분말의 평균입경은 150 내지 500 ㎛일 수 있다.

또한, 상기 단계 (C)의 압축성형은 0 내지 380 ℃에서 이루어질 수 있다.

또한, 상기 단계 (C)의 압축성형은 30 내지 300 MPa에서 이루어질 수 있다.

또한, 상기 단계 (C)의 압축성형은 5 내지 30 초 동안 이루어질 수 있다.

또한, 상기 단계 (E)의 열처리는 200 내지 450 ℃에서 이루어질 수 있다.

또한, 상기 단계 (E)의 열처리는 10 내지 60 분 동안 이루어질 수 있다.

또한, 상기 단계 (F)의 표면 코팅하는 금속 용융물은 주석, 알루미늄 또는 그 합금일 수 있다.

또한, 상기 단계 (F)의 표면 코팅은 상기 금속 용융물에 성형된 상기 폴리이미드 분말 성형물을 담갔다 건져내는 것일 수 있다.

또한, 상기 단계 (G)의 상기 고온 등방압 압축은 200 내지 450 ℃에서 이루어질 수 있다.

또한, 상기 단계 (G)의 상기 고온 등방압 압축은 100 내지 150 MPa에서 이루어질 수 있다.

또한, 상기 단계 (G)의 상기 고온 등방압 압축은 2 내지 5 시간 동안 이루어질 수 있다.

한편, 본 발명의 진공흡착노즐은 상기 방법에 의해 제조된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 진공흡착노즐의 제조방법은 고가의 폴리이미드 범용 소재 대신 폴리이미드 분말을 사용함으로써 원료비용을 1/4 내지 1/6까지 낮출 수 있다. 또한, 범용 소재의 절삭가공을 통해 발생되는 폐기물의 처리비용이나 절삭에 사용되는 드릴의 마모 및 부러짐에 의한 제조원가 상승까지 원천적으로 없앨 수 있다. 무엇보다, 본 발명의 방법은 절삭을 통한 통기관 가공시 야기되었던 많은 불량을 현저하게 저감시킬 수 있다.

이는 저가의 폴리이미드 분말을 직접 성형하여 형상 구현도를 최종 완제품에 근접하게 성형함에 따라 절삭가공을 최소화하고, 통기관을 절삭가공 대신 성형으로 구현하여 공정상의 수율을 높이기 때문이며, 이를 통해 전체적인 제조원가를 낮추는 장점이 있다.

나아가, 본 발명은 폴리이미드 분말에 여러 기능성 첨가제를 배합하여 열처리함으로써 플라스틱의 단점인 정전기 현상 및 열에 의한 내마모성 저하 등의 각종 문제를 해결하는 장점 또한 가지고 있다.

도 1 및 도 2는 일반적인 다이 본딩 (die bonding) 공정을 촬영한 사진이다.
도 3은 종래 세라믹 소재의 진공흡착노즐을 클립과 함께 촬영한 사진이다.
도 4는 내부 스프링 완충장치를 구비한 종래 세라믹 소재의 진공흡착노즐을 촬영한 사진이다.
도 5는 폴리이미드 노즐을 구비한 일반적인 반도체 다이 픽업용 금속 콜렛을 촬영한 사진이다.
도 6은 크기의 소형화가 진전된 칩을 샤프펜슬과 함께 촬영한 사진이다.
도 7은 종래 폴리이미드 범용 소재를 절삭가공하여 진공흡착노즐을 제조할 때 발생하는 통기관 불량 사례들을 촬영한 사진이다.
도 8은 폴리이미드 홀가공에 의한 70 ㎛ 마이크로 드릴의 선단부 마모상태를 촬영한 사진이다.
도 9는 폴리이미드 진공흡착노즐과 마이크로 드릴의 가격을 비교하여 나타낸 도면이다.
도 10은 본 발명의 방법으로 제조된 폴리이미드 진공흡착노즐의 단면도이다.
도 11은 본 발명의 제조방법에서 금형부 내부에 통기관 형성용 내부 코어를 삽입하는 단계를 촬영한 사진이다.
도 12는 본 발명의 제조방법에 사용되는 폴리이미드 분말을 촬영한 사진이다.
도 13은 본 발명의 제조방법에서 금형부 내부에 폴리이미드 분말을 충전하는 단계를 촬영한 사진이다.
도 14는 본 발명의 제조방법에서 금형부 내부에 충전된 폴리이미드 분말을 압축성형하는 단계를 촬영한 사진이다.
도 15는 본 발명의 제조방법에서 압축성형된 폴리이미드 분말 성형물을 금형부로부터 인출하는 단계를 촬영한 사진이다.
도 16은 본 발명의 제조방법에서 압축성형된 폴리이미드 분말 성형물을 촬영한 사진이다.

본 발명에서 '금형부'라 함은 폴리이미드 분말의 압축성형 시 폴리이미드 분말을 수용한 상태에서 압력을 제공받음으로써 폴리이미드 분말 성형물의 외형을 원하는 형태로 성형할 수 있게 하는 것으로서, 상기 폴리이미드 분말과 접하는 면의 일부가 이동가능한 것을 포함한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명한다. 또한, 하기의 설명에서는 구체적인 구성요소 등과 같은 많은 특정사항들이 설명되어 있는데, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐 이러한 특정 사항들 없이도 본 발명이 실시될 수 있음은 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명하다 할 것이다. 그리고, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

본 발명은 저가의 폴리이미드 분말을 직접 성형하여 초기 원료의 가격을 낮추고, 형상 구현도를 최종 완제품에 근접하게 성형함으로써 절삭가공을 최소화하고, 통기관을 절삭가공 대신 성형으로 구현하여 공정상의 수율을 높여 제조원가를 낮출 수 있는 진공흡착노즐의 제조방법에 관한 것이다.

이러한 본 발명의 진공흡착노즐 제조방법은 상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 먼저 도 11에 도시된 바와 같이 통기관 형성용 코어(core)를 고정시키는 단계로부터 시작된다.

상기 단계 (A)에서 통기관 형성용 코어는 도 10에 도시된 바와 같이 본 발명의 진공흡착노즐 (1) 내부에 서로 상이한 지름의 통기관 (12,14)을 형성하기 위해, 이에 대응되도록 서로 상이한 2 내지 4 개의 지름을 연속하여 갖는 것이 바람직하다. 그리고, 상기 상이한 지름의 경계는 도 10에 도시된 바와 같이 단차지게 형성할 수도 있고, 테이퍼링된 원기둥 형태일 수도 있다.

상술한 바와 같이 통기관 형성용 코어가 고정되면 금형부 내부에 폴리이미드 분말을 충전(充塡)하게 된다. 본 발명은 저가의 폴리이미드 분말을 사용하여 성형하는 방식으로 채택함으로써 원자재의 가격을 낮출 수 있다. 기존의 폴리이미드 범용 소재는 제조원에 따라 물성이 제한되어 있지만, 본 발명에서는 폴리이미드 분말을 사용하기 때문에, 제조사는 원하는 폴리이미드 분말을 채택함으로써 다양한 물성을 가진 진공흡착노즐의 개발이 가능하다.

도 12에 도시한 바와 같은 폴리이미드 분말을 도 13에서처럼 바닥 아래에 형성된 금형부 내부에 충전시키게 되는데, 도 13의 금형부는 그 바닥이 전술한 통기관 형성용 코어가 고정된 채 하강하는 구조를 가지고 있다.

본 발명에서 금형부 내에 충전되는 폴리이미드 분말의 평균입경은 150 내지 500 ㎛일 수 있는데, 평균입경이 상기 범위 이내일 때 가스가 빠져 나갈 수 있는 기공이 존재하여 소결 후 크랙이 발생할 위험이 줄어들고, 적절한 성형밀도를 보유할 수 있어 소결 후 기계적 물성을 유지할 가능성이 높아진다.

본 발명의 진공흡착노즐 제조방법은 상기 단계 (B)의 금형부 내부에 폴리이미드 분말과 함께 알루미나(Al₂O₃), 지르코니아(ZrO₂), 탄소나노튜브(CNT), 흑연(graphite), 이황화 몰리브덴(MoS₂), 구리(copper) 및 그 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 물질을 추가로 충전할 수 있다.

폴리이미드와 함께 충전되는 물질 중 알루미나는 폴리이미드에 첨가 시 표면경도 등 기계적 물성을 향상시킬 수 있다. 알루미나의 첨가량은 폴리이미드 100 중량부 당 0.5 내지 5 중량부일 수 있는데, 상기 범위 이내일 때 소결 후 적절한 표면경도가 유지되고, 폴리이미드와의 균일한 혼합이 가능해져 성형후 크랙이 발생할 위험이 줄어든다.

그리고, 지르코니아는 폴리이미드에 첨가 시 표면경도 등 기계적 물성을 향상시킬 수 있다. 지르코니아의 첨가량은 폴리이미드 100 중량부 당 0.5 내지 5 중량부일 수 있는데, 상기 범위 이내일 때 소결 후 적절한 표면경도가 유지되고, 폴리이미드와의 균일한 혼합이 가능해져 성형후 크랙이 발생할 위험이 줄어든다.

그리고, 탄소나노튜브는 대전방지 특성이 우수하여, 폴리이미드에서 발생하는 정전기로 인한 문제점을 방지할 수 있다. 구체적으로, 폴리이미드의 대전에 의해 생기는 정전기가 방전하여 물질을 손상시키거나, 티끌이나 먼지가 부착되어 발생하는 문제점은 탄소나노튜브를 첨가함으로써 방지하는 것이 가능하다. 탄소나노튜브의 첨가량은 폴리이미드 100 중량부 당 0.5 내지 5 중량부일 수 있는데, 상기 범위 이내일 때 정전기 방지효과가 충분히 발휘되어 반도체 칩을 정확하게 본딩할 가능성이 높아지고, 폴리이미드와의 균일한 혼합이 가능해져 성형후 크랙이 발생할 위험이 줄어든다. 정전기 방지효과가 충분히 발휘되지 못하는 경우, 진공흡착노즐로 사용 시 정전기 현상으로 인해 반도체 칩의 흡탈착이 용이하지 않아 정확한 본딩을 수행할 수 없고 그 결과 불량을 초래하게 되는데, 이러한 문제점을 방지할 수 있는 것이다.

그리고, 흑연은 탁월한 내열성을 지녀 뛰어난 내마모성과 매우 낮은 마찰계수를 폴리이미드에 부여한다. 흑연의 첨가량은 폴리이미드 100 중량부 당 5 내지 45 중량부일 수 있는데, 상기 범위 이내일 때 진공흡착노즐로서 사용 시 내마모성이 유지되어 적절한 수명을 보장받을 수 있고, 폴리이미드와의 균일한 혼합이 가능해져 성형후 크랙이 발생할 위험이 줄어든다.

그리고, 이황화 몰리브덴은 매우 높은 마모저항성을 폴리이미드에 부여한다. 이황화 몰리브덴의 첨가량은 폴리이미드 100 중량부 당 5 내지 45 중량부일 수 있는데, 상기 범위 이내일 때 진공흡착노즐로서 사용 시 내마모성이 유지되고, 폴리이미드와의 균일한 혼합이 가능해져 성형후 크랙이 발생할 위험이 줄어든다.

그리고, 구리는 우수한 전기전도 특성, 내열성 및 기계적 물성을 지녀 폴리이미드에 첨가 시 이러한 특성을 폴리이미드에 부여한다. 구리의 첨가량은 폴리이미드 100 중량부 당 0.5 내지 5 중량부일 수 있는데, 상기 범위 이내일 때 진공흡착노즐로서 사용 시 적절한 전기전도성, 내열성 및 기계적 물성을 유지할 수 있고, 폴리이미드와의 균일한 혼합이 가능해져 성형후 크랙이 발생할 위험이 줄어든다.

이어서 상기 충전된 폴리이미드 분말은, 중심에 통기관이 형성된 원기둥 형태로 도 14에 도시된 바와 같이 프레스를 이용하여 압축성형하게 된다. 본 발명은 금형부에 분말을 충전하여 압축성형하는 방식으로서, 금형부를 이용하여 최종 제품의 형상과 근접하게 성형함으로써 이후의 절삭가공을 최소화할 수 있다. 나아가, 내부 코어를 이용하여 통기관을 성형하는 방식이므로 마이크로 드릴 가공공정이 필요치 않아, 전술한 바와 같은 불량을 최소화할 수 있다.

이러한 압축성형은 30 내지 300 MPa의 압력조건에서 이루어질 수 있다. 압축성형에 적용되는 압력이 상기 범위 이내일 때 적절한 성형밀도를 얻을 수 있어 결과적으로 원하는 기계적 물성을 보장받을 수 있고, 스프링백 현상의 발생을 막아 성형체에 균열이 초래되는 위험을 방지할 수 있다.

그리고 상기 압축성형은 5 내지 30 초의 시간 동안 이루어질 수 있다. 압축성형에 적용되는 시간이 상기 범위 이내일 때 적절한 성형밀도를 얻을 수 있어 결과적으로 원하는 기계적 물성을 보장받을 수 있고, 생산효율 측면에서나 제조단가 측면에서도 바람직하다.

이상과 같은 압축성형에 의해 통기관이 형성되고 원기둥 형태로 성형된 폴리이미드 분말 성형물은 상기 금형부로부터 꺼내게 된다. 도 15는 상기 금형부 바닥을 상승시켜 성형된 폴리이미드 분말 성형물을 인출하는 단계를 촬영한 사진이고, 도 16은 상기 압축성형에 의해 통기관이 형성되고, 이후 고온 등방압 압축 단계의 재료가 되는 본 발명의 폴리이미드 분말 성형물을 촬영한 사진이다.

본 발명의 진공흡착노즐 제조방법은 이어서 상기 성형된 폴리이미드 분말 성형물을 열처리하는 단계를 거치게 된다. 이러한 열처리 단계를 통해 안정된 1 차적 기계적 물성을 구현하여 추후 진행되는 고온 등방압 압축시 최적의 기계적 물성을 가질 수 있는 이점이 있다.

상기 열처리는 200 내지 450 ℃에서 10 내지 60 분 동안 이루어지는 것이 바람직한데, 상기 온도 및 시간 범위 이내일 때 적정 수준의 기계적 물성이 확보되고, 과소결로 인한 탄화의 발생을 방지하며, 생산효율 및 제조단가 측면에서 바람직하게 된다.

또한, 본 발명의 진공흡착노즐 제조방법은 상기 열처리된 폴리이미드 분말 성형물을 고온 등방압 압축하기 전에 냉각하는 단계를 추가로 포함하는 것이 바람직하다. 상기 냉각은 상온 내지 50 ℃까지 상기 성형물의 온도를 낮추는 것을 가리키며, 열처리가 이루어진 로 안에서 상기 냉각온도까지 서냉시키는 것이 더욱 바람직하다.

고온 등방압 압축은 수백 내지 2000 ℃의 고온과 수십 내지 200 MPa의 등방적인 압력을 피처리체에 동시에 가해서 처리하는 공정이다. 통상 아르곤이나 질소 등의 불활성 기체를 압력 매체로 해서 등방적인 압력을 가한다. 고온 등방압 압축은 피처리체에 균일하게 압력이 작용하여 가압 도중의 형상 변화가 적은 장점이 있다. 특히, 피처리체를 압력 매체 기체에 대해 기밀한 재료로 만들어진 캡슐 내에 봉입해서 탈기한 후 고온 등방압 압축을 수행하면 통상의 소결에서는 치밀하게 소결할 수 없는 재료라도 고밀도화를 달성할 수 있는 이점이 있다.

이러한 효과를 본 발명에 도입하기 위해 별도의 금속 용기에 상기 성형된 폴리이미드 분말 성형물을 넣거나, 금속 용융물로 상기 성형된 폴리이미드 분말 성형물을 표면 코팅하게 된다. 이 때 사용할 수 있는 금속은 본 발명의 압력 매체 기체에 대해 기밀을 유지할 수 있으면 별도의 제한이 없으며, 예컨대 주석, 알루미늄 또는 그 합금일 수 있다. 또한, 상기 표면 코팅의 구체적인 방법은 상기 금속 용융물에 성형된 상기 폴리이미드 분말 성형물을 담갔다 건져낸 후 표면의 금속 용융물을 응축시키는 것일 수 있다.

이처럼 금속 용기 또는 상기 금속으로 표면 코팅된 폴리이미드 분말 성형물은 고온 등방압 압축 단계를 거치게 된다.

또한, 상기 고온 등방압 압축은 200 내지 450 ℃에서 이루어질 수 있다. 상기 온도범위 이내일 때 최종 소결밀도에 도달할 수 있어 적정 수준의 기계적 물성이 확보되고, 과소결로 인한 탄화의 발생을 방지하여 진공흡착노즐로서의 사용이 용이해진다.

또한, 상기 고온 등방압 압축은 100 내지 150 MPa에서 이루어질 수 있다. 상기 압력범위 이내일 때 최종 소결밀도에 도달할 수 있어 적정 수준의 기계적 물성이 확보되고, 에너지 투입량 조절에 따른 제조비용 절감 측면에서 바람직하다.

또한, 상기 고온 등방압 압축은 2 내지 5 시간 동안 이루어질 수 있다. 상기 압력범위 이내일 때 치밀화에 필요한 충분한 에너지가 투입되어 원하는 수준의 최종 기계적 물성을 확보할 수 있고, 에너지 투입량 조절에 따른 제조비용 절감 측면에서 바람직하다.

상기 고온 등방압 압축이 완료되면 폴리이미드 분말 성형물의 표면에 코팅된 금속을 절삭, 용융 또는 산 처리 등의 방법으로 제거하여 본 발명의 진공흡착노즐 몸체 (20)를 완성한다. 그리고, 상기 진공흡착노즐 몸체 중 흡착구 (10) 측 말단에 테이퍼형 선단 (22)을 공지된 절삭 등의 방법으로 형성한다. 본 발명은 이처럼 폴리이미드 분말의 압축성형을 통해 최종 완제품에 근접하게 성형함으로써 절삭가공을 최소화한 것이 큰 특징이다.

또한, 상기 테이퍼형 선단 (22) 형성 단계 도중 또는 전후로, 콜렛(collet) 결합부 (24)를 형성하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.

한편, 본 발명의 진공흡착노즐 (1)은 상기 방법에 의해 제조된 것을 특징으로 한다.

실시예

실시예 1

평균입경이 150 ㎛인 폴리이미드 분말 (Evonik, 오스트리아)을 통기관 형성용 코어가 장착된 가압성형기 (코아정공, 한국)를 이용하여 290 MPa의 압력으로 10 초 동안 일축가압성형하였다. 이렇게 성형된 혼합물을 2.1 ℃/분의 승온속도로 380 ℃까지 승온하고 30 분 동안 유지 후 로냉하였다. 주석과 알루미늄이 14 : 86 중량비로 혼합된 용융물에 상기 냉각된 성형물을 침지시킨 후 꺼냈다. 이를 고온 등방압 압축기 (AIP, 미국)에 투입하고, 1.25 ℃/분의 승온속도로 300 ℃까지 승온시키고, 아르곤 가스를 이용하여 0.4 MPa의 승압속도로 120 MPa까지 승압시켜, 4 시간 동안 고온 등방압 압축을 실시하였다. 이어서 상기 성형물을 수평선반에 물린 후 초경 바이트를 이용하여 표면의 주석-알루미늄 코팅을 깎아내는 방식으로 제거하고, 일단에 테이퍼형 선단을 형성하였다.

실시예 2

폴리이미드 (Evonik, 오스트리아) 100 g에 알루미나 (Sumitmo, 일본) 1 g을 첨가한 뒤 건식 볼밀하였다. 상기 폴리이미드 평균입경은 150 ㎛이고, 첨가되는 상기 알루미나의 평균입경은 0.4 ㎛이었다. 상기 건식 볼밀은 알루미나 볼을 사용하였고, 90 내지 100 rpm에서 24 시간 동안 볼밀하여 폴리이미드 혼합물을 제조하였다. 상기 혼합물은 이어서 통기관 형성용 코어가 장착된 가압성형기 (코아정공, 한국)를 이용하여 290 MPa의 압력으로 10 초 동안 일축가압성형하였다. 이렇게 성형된 혼합물을 2.1 ℃/분의 승온속도로 380 ℃까지 승온하고 30 분 동안 유지 후 로냉하였다. 주석과 알루미늄이 14 : 86 중량비로 혼합된 용융물에 상기 냉각된 성형물을 침지시킨 후 꺼냈다. 이를 고온 등방압 압축기 (AIP, 미국)에 투입하고, 1.25 ℃/분의 승온속도로 300 ℃까지 승온시키고, 아르곤 가스를 이용하여 0.4 MPa의 승압속도로 120 MPa까지 승압시켜, 4 시간 동안 고온 등방압 압축을 실시하였다. 이어서 상기 성형물을 수평선반에 물린 후 초경 바이트를 이용하여 표면의 주석-알루미늄 코팅을 깎아내는 방식으로 제거하고, 일단에 테이퍼형 선단을 형성하였다.

실시예 3

지르코니아 (TOSOH, 일본)를 1 g 첨가한 것 외에는 실시예 2와 동일한 방법으로 제조하였다. 첨가되는 상기 지르코니아의 평균입경은 0.3 ㎛이었다.

실시예 4

탄소나노튜브 (Nanocyl, 벨기에)를 1 g 첨가한 것 외에는 실시예 2와 동일한 방법으로 제조하였다. 첨가되는 상기 탄소나노튜브의 평균입경은 9.5 nm이었다.

실시예 5

흑연 (SSNano, 미국)을 15 g 첨가한 것 외에는 실시예 2와 동일한 방법으로 제조하였다. 첨가되는 상기 흑연의 평균입경은 1 ㎛이었다.

실시예 6

이황화 몰리브덴 (Sigma-Aldrich, 미국)을 30 g 첨가한 것 외에는 실시예 2와 동일한 방법으로 제조하였다. 첨가되는 상기 이황화 몰리브덴의 평균입경은 2 ㎛이었다.

실시예 7

구리 (Sigma-Aldrich, 미국)를 1 g 첨가한 것 외에는 실시예 2와 동일한 방법으로 제조하였다. 첨가되는 상기 구리의 평균입경은 14 ㎛이었다.

시험예 1: 표면경도 측정

Rockwell 경도기를 이용하여 직경 1/16 인치 (1.588 mm)의 강제 볼을 끝부분에 붙인 압자를 시험편에 압입하여 그 깊이를 경도로 환산하여 측정하였다. 측정결과를 하기 표 1에 나타내었다.

시험예 2: 압축강도 측정

만능재료시험기를 이용하여 시편을 아래위로 압축했을 때, 압축하중을 시험편의 원 단면적으로 나눈 값을 측정하였다. 측정결과를 하기 표 1에 나타내었다.

시험예 3: 다이본딩 횟수 측정

바닥면에는 금속(SUS) 플레이트를 대고 진공흡착노즐을 상부 지그에 고정시킨 후 0.1 kg_f 힘을 가해 노즐의 팁이 금속 플레이트에 닿도록 상하운동을 시켜 일정한 본딩 횟수가 되면 진공흡착노즐 팁의 형상을 확인하였다. 이때 팁 형상이 변화되는 시점을 다이본딩 횟수로 측정하였다. 측정결과를 하기 표 1에 나타내었다.

시험예 4: 표면저항 측정

표면저항측정기를 이용하여 시험편 표면의 두 개의 전극 사이에 인가한 직류전압을, 표면층을 통해 흐르는 전류로 나눈 수치를 측정하였다. 측정결과를 하기 표 1에 나타내었다.

시험예 5: 마찰계수 측정

시편 위에 추를 올려놓은 상태에서 인장시험기를 이용하여 마찰계수를 측정 하였다. 측정결과를 하기 표 1에 나타내었다.

구성	실시예 1	실시예 2	실시예 3	실시예 4	실시예 5	실시예 6	실시예 7
표면경도 (Rockwell M)	70	100	90	85	80	80	80
압축강도 @10% strain (MPa)	110	140	150	130	115	120	125
다이본딩 횟수 (×1,000회)	80	120	120	110	100	100	100
표면저항 (Ω/□)	10¹⁴~10¹⁶	-	-	10⁶~10⁹	-	-	-
마찰계수 (0.98 MPa·m/sec)	0.34	0.35	0.36	0.32	0.21	0.32	0.32

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대해서 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본원 발명의 요지를 벗어남이 없이 다양한 변형 실시가 가능함은 물론이다. 따라서, 본 발명의 범위는 위의 실시예에 국한해서 해석되어서는 안되며, 후술하는 특허청구범위 뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 할 것이다.

1 : 진공흡착노즐 10 : 흡착구
12 : 제 1 통기관 14 : 제 2 통기관
20 : 몸체 22 : 테이퍼형 선단
24 : 콜렛 결합부

Claims

(A) 금형부 내부에 통기관 형성용 코어(core)를 고정시키는 단계;
(B) 상기 금형부 내부에 폴리이미드 분말을 충전(充塡)하는 단계;
(C) 상기 폴리이미드 분말을, 중심에 통기관이 형성된 원기둥 형태로 압축성형하는 단계;
(D) 상기 통기관이 형성된 원기둥 형태로 성형된 폴리이미드 분말 성형물을 상기 금형부로부터 꺼내는 단계;
(E) 상기 성형된 폴리이미드 분말 성형물을 열처리하는 단계;
(F) 상기 열처리된 폴리이미드 분말 성형물을 금속 용융물로 표면 코팅하는 단계;
(G) 상기 표면 코팅된 폴리이미드 분말 성형물을 고온 등방압 압축하는 단계;
(H) 상기 표면 코팅된 금속 용융물을 제거하는 단계; 및
(I) 상기 금속 용융물을 제거된 폴리이미드 분말 성형물의 일단에 테이퍼형 선단을 형성하는 단계;를 포함하는 진공흡착노즐의 제조방법.
청구항 1에 있어서,
상기 단계 (I) 도중 또는 전후로,
콜렛(collet) 결합부를 형성하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 진공흡착노즐의 제조방법.
청구항 1에 있어서,
상기 단계 (A)의 통기관 형성용 코어는 서로 상이한 2 내지 4 개의 지름을 연속하여 갖고, 상기 상이한 지름의 경계는 단차지거나 테이퍼링된 원기둥 형태인 것을 특징으로 하는 진공흡착노즐의 제조방법.
청구항 1에 있어서,
상기 단계 (B)의 금형부 내부에 폴리이미드 분말과 함께 알루미나(Al₂O₃), 지르코니아(ZrO₂), 탄소나노튜브(CNT), 흑연(graphite), 이황화 몰리브덴(MoS₂), 구리(copper) 및 그 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 물질을 추가로 충전하는 것을 특징으로 하는 진공흡착노즐의 제조방법.
청구항 1에 있어서,
상기 단계 (B)의 폴리이미드 분말의 평균입경은 150 내지 500 ㎛인 것을 특징으로 하는 진공흡착노즐의 제조방법.
청구항 1에 있어서,
상기 단계 (C)의 압축성형은 30 내지 300 MPa에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 진공흡착노즐의 제조방법.
청구항 1에 있어서,
상기 단계 (C)의 압축성형은 5 내지 30 초 동안 이루어지는 것을 특징으로 하는 진공흡착노즐의 제조방법.
청구항 1에 있어서,
상기 단계 (F)의 표면 코팅하는 금속 용융물은 주석, 알루미늄 또는 그 합금인 것을 특징으로 하는 진공흡착노즐의 제조방법.
청구항 1에 있어서,
상기 단계 (G)의 상기 고온 등방압 압축은 100 내지 150 MPa에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 진공흡착노즐의 제조방법.
청구항 1에 있어서,
상기 단계 (G)의 상기 고온 등방압 압축은 2 내지 5 시간 동안 이루어지는 것을 특징으로 하는 진공흡착노즐의 제조방법.
청구항 1 내지 청구항 10 중 어느 한 청구항의 제조방법에 의해 제조된 진공흡착노즐.