KR20210027694A - A method of manufacturing gravure roll and a gravure roll manufactured by the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 그라비어(gravure) 인쇄에 사용되는 그라비어 롤의 제조 방법 및 그에 의해 제조된 그라비어 롤에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 인쇄 패턴이 형성되는 구리도금층 표면에 스퍼터링 방법에 의해 형성되는 금속증착층을 형성하여 표면을 강화한 구조의 그라비어 롤 제조 방법 및 그 방법에 의해 제조된 그라비어 롤에 관한 것이다.The present invention relates to a method of manufacturing a gravure roll used for gravure printing and a gravure roll manufactured thereby, and more particularly, to a metal deposition layer formed by a sputtering method on the surface of a copper plating layer on which a printing pattern is formed. It relates to a method for manufacturing a gravure roll having a structure in which the surface is reinforced by forming and a gravure roll manufactured by the method.
그라비어 인쇄는 원통 형태의 롤 표면에 음각으로 패턴을 형성하고 그 패턴에 잉크를 주입한 후 롤 형태로 감겨 있는 연속된 인쇄 대상물의 표면에 패턴을 전사하여 인쇄하는 방법을 말한다. 그라비어 인쇄는 속도가 빠르고 품질이 우수하여 사진, 포장재, 직물 분야 뿐만 아니라 전자소재 분야까지 다양하게 활용되고 있다.Gravure printing refers to a method of forming a pattern on the surface of a cylindrical roll in an intaglio shape, injecting ink into the pattern, and then transferring the pattern onto the surface of a continuous print object wound in a roll shape for printing. Gravure printing is widely used not only in photography, packaging, textiles, but also in electronic materials due to its high speed and high quality.
종래 그라비어 인쇄에 사용되는 그라비어 롤은 원통형의 코어 표면에 판면 형성용의 구리도금층을 형성한 후, 구리도금층에 인쇄패턴을 형성하고, 그 위에 다시 크롬도금층을 형성하여 내마모성을 갖도록 하였다.In the gravure roll used for conventional gravure printing, a copper plating layer for plate surface formation is formed on the cylindrical core surface, a printing pattern is formed on the copper plating layer, and a chromium plating layer is formed thereon to have abrasion resistance.
그런데 구리도금층을 보호하기 위한 크롬도금층의 경우 통상적으로 6가 크롬을 함유하는 도금욕(plating bath)을 사용하는 점에서 작업자에게 피부 질환 또는 호흡기 질환을 일으킬 수 있어 위험하고, 가스 및 폐수를 발생시켜 자연 환경을 오염시키는 요인이 되었다. 6가 크롬 화합물은 크롬산염 및 중크롬산염이 주류를 이루고 있는데, 화학적으로 활성이 높고, 독성이 강하며 인체에 매우 유해하다. 유럽, 미국, 일본 등 주요 선진국에서는 6가 크롬의 사용을 엄격히 규제하고 있다.However, in the case of the chromium plating layer to protect the copper plating layer, since a plating bath containing hexavalent chromium is used, it is dangerous because it can cause skin disease or respiratory disease to the worker, and it generates gas and wastewater. It has become a factor that pollutes the natural environment. The hexavalent chromium compound is mainly composed of chromate and dichromate, which are chemically active, highly toxic, and very harmful to the human body. The use of hexavalent chromium is strictly regulated in major developed countries such as Europe, the United States, and Japan.
또한, 종래 그라비어 롤은 구리도금층 표면을 패터닝한 후 크롬도금층을 약 5 내지 7㎛ 두께로 적용하여 표면경도와 내마모성을 향상시키고 있으나 이 경우 내부 잔류응력 밀도도 함께 증가되어 크롬도금층에 상당량의 미세균열(micro crack)을 유발 시키게 된다. 이러한 미세 균열은 크롬도금층 표면에서 칩핑(chipping) 현상을 유발하게 되어 인쇄 불량 요인으로 작용하는 문제가 있었다.In addition, conventional gravure rolls have improved surface hardness and abrasion resistance by patterning the surface of the copper plating layer and then applying the chromium plating layer to a thickness of about 5 to 7 μm. It causes (micro crack). These microcracks cause a chipping phenomenon on the surface of the chromium plating layer, and thus there is a problem that acts as a factor of printing defects.
본 발명은 전술한 문제점을 해결 하기 위한 것으로, 6가 크롬을 이용하는 크롬 도금 공정 없이 그라비어 롤을 제조할 수 있는 방법 및 그 방법에 의해 제조된 그라비어 롤을 제공하는 것을 목적으로 한다. .The present invention is to solve the above-described problem, and an object of the present invention is to provide a method capable of manufacturing a gravure roll without a chromium plating process using hexavalent chromium, and a gravure roll manufactured by the method. .
또한, 본 발명은 그라비어 롤의 표면을 이루는 크롬도금층에 발생하던 미세균열 및 그에 따른 칩핑 현상을 방지할 수 있는 그라비어 롤의 제조 방법 및 그 방법에 의해 제조된 그라비어 롤을 제공하는 것을 목적으로 한다.In addition, an object of the present invention is to provide a method of manufacturing a gravure roll capable of preventing microcracks occurring in the chromium plating layer forming the surface of the gravure roll and the resulting chipping phenomenon, and a gravure roll manufactured by the method.
또한, 본 발명은 작업장의 안전성이 높고 환경 오염을 방지할 수 있는 그라비어 롤의 제조 방법 및 그 방법에 의해 제조된 그라비어 롤을 제공하는 것을 목적으로 한다.In addition, an object of the present invention is to provide a method of manufacturing a gravure roll capable of high safety in a workplace and preventing environmental pollution, and a gravure roll manufactured by the method.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 그라비어 롤의 제조 방법은 원통형의 금속 코어 표면에 50 ~ 200 ㎛(마이크로미터) 두께의 구리도금층을 형성하는 구리도금층 형성 단계와, 상기 구리도금층의 표면에 포토레지스트를 도포하는 포토레지스트 코팅 단계와, 상기 구리도금층 상에 형성할 인쇄 패턴에 대응되는 패턴을 갖도록 상기 포토레지스트의 일부를 제거하여 상기 포토레지스트 상에 소정의 패턴을 형성하는 노광 및 현상 단계와, 상기 노광 및 현상 단계에서 형성된 패턴이 형성된 포토레지스트를 마스크로 하여 상기 구리도금층을 식각하여 소정의 인쇄 패턴을 성형하는 에칭 단계와, 인쇄 패턴이 성형된 상기 구리도금층 표면에 남아 있는 포토레지스트를 제거하는 박리 단계와, 포토레지스트가 제거된 상태의 상기 구리도금층 표면의 경도 및 내마모성을 강화하기 위한 표면강화층을 형성하는 표면강화층 형성 단계를 포함하고, 상기 표면강화층 형성 단계는 구리도금층 표면을 플라즈마로 에칭하는 플라즈마 표면처리 단계와, 상기 플라즈마 표면 처리 단계에서 처리된 구리도금층 표면에 스퍼터링 공정에 의해 3 ~ 7 ㎛(마이크로미터) 두께의 금속증착층을 형성하는 금속증착층 형성 단계를 포함한다.The method of manufacturing a gravure roll according to the present invention for achieving the above object includes a copper plating layer forming step of forming a copper plating layer having a thickness of 50 to 200 μm (micrometer) on the surface of a cylindrical metal core, and on the surface of the copper plating layer. A photoresist coating step of applying a photoresist, an exposure and development step of forming a predetermined pattern on the photoresist by removing a part of the photoresist so as to have a pattern corresponding to a print pattern to be formed on the copper plating layer; , An etching step of forming a predetermined print pattern by etching the copper plating layer using the photoresist with the pattern formed in the exposure and development steps as a mask, and removing the photoresist remaining on the surface of the copper plating layer on which the print pattern is formed. And a peeling step of forming a surface reinforcing layer for enhancing hardness and abrasion resistance of the surface of the copper plating layer in a state in which the photoresist is removed, and the step of forming the surface reinforcing layer comprises forming a surface of the copper plating layer. A plasma surface treatment step of etching with plasma, and a metal deposition layer forming step of forming a metal deposition layer having a thickness of 3 to 7 µm (micrometer) by a sputtering process on the surface of the copper plating layer treated in the plasma surface treatment step. .
또한, 상기 금속증착층 형성 단계에서 형성되는 금속증착층은 크롬(Cr), 질화크롬(CrN), 탄화크롬(CrC), 탄화텅스텐(WC)중 어느 하나일 수 있다.In addition, the metal deposition layer formed in the metal deposition layer forming step may be any one of chromium (Cr), chromium nitride (CrN), chromium carbide (CrC), and tungsten carbide (WC).
또한, 상기 금속증착층이 크롬(Cr)인 경우, 상기 금속증착층 형성 단계는 크롬 타겟을 이용한 스퍼터링 공정으로써 챔버에 아르곤(Ar) 가스를 소정 유량으로 주입하면서 바이어스 전압을 인가하여 수행될 수 있다.In addition, when the metal deposition layer is chromium (Cr), the metal deposition layer forming step is a sputtering process using a chromium target, and may be performed by injecting argon (Ar) gas into the chamber at a predetermined flow rate and applying a bias voltage. .
또한, 상기 금속증착층이 질화크롬(CrN)인 경우, 상기 금속증착층 형성 단계는 크롬 타겟을 이용한 스퍼터링 공정으로써 챔버에 아르곤(Ar) 가스와 질소(N2) 가스를 2 : 1 ~ 9 : 1의 혼합비로 소정 유량 주입하면서 바이어스 전압을 인가하여 수행될 수 있다.In addition, when the metal deposition layer is chromium nitride (CrN), the metal deposition layer forming step is a sputtering process using a chromium target, in which argon (Ar) gas and nitrogen (N 2 ) gas are added to the chamber 2: 1 to 9: It can be performed by applying a bias voltage while injecting a predetermined flow rate at a mixing ratio of 1.
또한, 상기 금속증착층이 탄화크롬(CrC)인 경우, 상기 금속증착층 형성 단계는 크롬 타겟을 이용한 스퍼터링 공정으로써 챔버에 아르곤(Ar) 가스와 메탄(CH4) 가스를 2 : 1 ~ 9 : 1의 혼합비로 소정 유량 주입하면서 바이어스 전압을 인가하여 수행될 수 있다.In addition, when the metal deposition layer is chromium carbide (CrC), the metal deposition layer forming step is a sputtering process using a chromium target, in which argon (Ar) gas and methane (CH 4 ) gas are added to the chamber 2: 1 to 9: It can be performed by applying a bias voltage while injecting a predetermined flow rate at a mixing ratio of 1.
또한, 상기 금속증착층이 탄화텅스텐(WC)인 경우, 상기 금속증착층 형성 단계는 텅스텐 타겟을 이용한 스퍼터링 공정으로써 챔버에 아르곤(Ar) 가스와 메탄(CH4) 가스를 2 : 1 ~ 9 : 1의 혼합비로 소정 유량 주입하면서 바이어스 전압을 인가하여 수행될 수 있다.In addition, when the metal deposition layer is tungsten carbide (WC), the metal deposition layer forming step is a sputtering process using a tungsten target, in which argon (Ar) gas and methane (CH 4 ) gas are added to the chamber from 2: 1 to 9: It can be performed by applying a bias voltage while injecting a predetermined flow rate at a mixing ratio of 1.
또한, 상기 표면강화층 형성 단계는 상기 금속증착층 형성 단계에서 형성된 금속증착층 표면에 다이아몬드상 카본층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.In addition, the step of forming the surface reinforcement layer may further include forming a diamond-like carbon layer on the surface of the metal deposition layer formed in the step of forming the metal deposition layer.
이러한 본 발명에 따른 그라비어 롤 제조 방법은 종래 6가 크롬도금 공정이 없이도 내마모성이 우수한 그라비어 롤의 제조 방법을 제공한다. 본 발명에 따른 그라비어 롤 제조 방법은 인쇄 패턴이 형성된 구리도금층 표면에 스퍼터링 공정에 의한 금속증착층을 형성하여 경도 및 내마모성이 우수한 그라비어 롤을 제조할 수 있는 방법을 제공한다. 따라서 종래 크롬 도금 공정시 발생될 수 있는 6가 크롬에 의한 환경오염을 방지할 수 있고, 작업 환경의 안전성을 높일 수 있다. 또한, 스퍼터링 공정에 의해 형성되는 금속증착층은 치밀한 조성 구조를 가지며 경도 및 내마모성이 우수하여 종래 그라비어 롤의 크롬 도금을 대체할 수 있다. 따라서 크롬도금층에 수반되던 마이크로 크랙 및 칩핑 불량을 해소할 수 있다.The method of manufacturing a gravure roll according to the present invention provides a method of manufacturing a gravure roll having excellent wear resistance even without a conventional hexavalent chromium plating process. The method for manufacturing a gravure roll according to the present invention provides a method for manufacturing a gravure roll having excellent hardness and abrasion resistance by forming a metal deposition layer by a sputtering process on the surface of a copper plating layer on which a printing pattern is formed. Therefore, it is possible to prevent environmental pollution due to hexavalent chromium, which may occur during the conventional chromium plating process, and increase the safety of the working environment. In addition, the metal deposition layer formed by the sputtering process has a dense composition structure and has excellent hardness and abrasion resistance, so that it can replace the chromium plating of the conventional gravure roll. Therefore, micro-cracks and chipping defects accompanying the chromium plating layer can be eliminated.
도1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 그라비어 롤의 제조 방법을 도시한 순서도.
도2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 그라비어 롤의 제조 방법에 따라 제조되는 그라비어 롤 각 층의 단면 구성을 개략적으로 도시한 도면.1 is a flow chart showing a method of manufacturing a gravure roll according to an embodiment of the present invention.
2 is a view schematically showing a cross-sectional configuration of each layer of a gravure roll manufactured according to a method of manufacturing a gravure roll according to a preferred embodiment of the present invention.
이하에서는 본 발명의 바람직한 일 실시예를 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이하에서 설명되는 실시예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형이 가해질 수 있다. 이하에서 설명되는 실시예는 본 발명을 해당 실시예로 한정하기 위해 기술되는 것이 아니다. 본 발명은 이하의 실시예 뿐만 아니라 본 명세서 전체로부터 이해되는 기술 사상의 범위 내에서 다양한 변형물, 대체물, 균등물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.Hereinafter, a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Various modifications may be made to the embodiments described below by those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains. The embodiments described below are not described to limit the present invention to the corresponding embodiments. It should be understood that the present invention includes various modifications, substitutes, and equivalents within the scope of the technical idea understood from the entire specification as well as the following examples.
이하에서 사용될 수 있는 “포함한다”, “구성된다”, “가진다” 등의 표현은 추가적인 구성 요소나 기능을 배제하지는 않은 것으로 이해되어야 한다. 이하에서 용어의 사용에 있어서 단수의 표현은 명시적으로 언급되지 않는 한 복수의 표현을 배제하지 않은 것으로 이해되어야 한다.
It should be understood that expressions such as "include", "consist of" and "have" that may be used hereinafter do not exclude additional elements or functions. Hereinafter, in the use of terms, the singular expression should be understood as not excluding the plural expression unless explicitly stated.
도1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 그라비어 롤의 제조 방법을 도시한 순서도이며, 도2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 그라비어 롤의 제조 방법에 의해 제조되는 그라비어 롤 각 층의 단면 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.1 is a flowchart showing a method of manufacturing a gravure roll according to a preferred embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a cross-sectional view of each layer of a gravure roll manufactured by a method of manufacturing a gravure roll according to a preferred embodiment of the present invention. It is a diagram schematically showing the configuration.
이들을 참조하면, 본 발명에 따른 그라비어 롤의 제조 방법은 코어 준비 단계(S10)를 포함한다(도2 (a) 참조). 코어(1)는 중공의 원통 형태를 갖는다. 코어(1)는 소정의 기계적 강성과 내구성을 갖는 금속으로 제조될 수 있으며, 예를 들어 스틸, 알루미늄으로 제조될 수 있다.Referring to these, the method of manufacturing a gravure roll according to the present invention includes a core preparation step (S10) (see Fig. 2 (a)). The
다음으로 준비된 코어(1)의 표면에 인쇄를 위한 패턴을 형성하기 위한 구리도금층을 형성하는 구리도금층 형성단계(S20)가 수행된다(도2 (b) 참조). 코어(1) 표면에 형성되는 구리도금층(2)은 인쇄를 위한 요철 패턴이 성형되는 층이다. 인쇄 패턴은 후술할 에칭 공정으로 성형될 수 있다. 구리도금층(2)은 패턴 성형이 용이한 금속으로써, 코어의 표면에 전해 도금 방식에 의해 형성될 수 있다. 구리도금층(2)은 소정의 두께를 갖는 것이 바람직하며, 예를 들어 50 ~ 200㎛(마이크로미터)일 수 있다. 두께가 50㎛(마이크로미터)이하인 경우는 인쇄 패턴을 형성할 충분한 두께를 확보할 수 없으며, 두께가 200㎛(마이크로미터)를 초과하는 경우는 연질인 구리도금층(2)이 너무 두꺼워져 기계적 강도 측면에서 불리할 수 있다. 또한 구리도금층 형성단계(S20)은 구리도금층(2) 표면에 이물질을 제거하고, 표면을 평탄화하기 위한 폴리싱(polishing) 단계를 포함할 수 있다. 본 실시예에 있어서는 인쇄 패턴을 형성하기 위해 구리도금층이 사용되는 경우를 예로 들었으나, 경우에 따라서는 구리도금층 대신에 금, 은, 아연, 카드뮴, 주석, 납 등으로 이루어진 금속층이 구성될 수 도 있다.Next, a copper plating layer forming step S20 of forming a copper plating layer for forming a pattern for printing on the prepared surface of the
다음으로 구리도금층 위에 포토레지스트(Photo Resist)를 도포하는 포토레지스트 코팅 단계(S30)가 수행된다(도2 (c) 참조). 포토레지스트(3)는 후출할 에칭 공정에서 마스크(Mask)로 기능하기 위한 것이다. 포토레지스트(3)는 포지티브(Positive) 포토레지스트이거나 네거티브(Negative) 포토레지스트일 수 있다.Next, a photoresist coating step (S30) of applying a photoresist on the copper plating layer is performed (see FIG. 2(c)). The
다음으로 도포된 포토레지스트에 소정의 패턴을 형성하기 위한 노광(Exposure) 및 현상(Develop) 단계(S40)가 수행된다(도2 (d) 참조). 노광 및 현상 단계(40)에서 구리도금층(2)에 형성될 인쇄 패턴에 대응 되는 위치의 포토레지스트(3)가 제거된다. 예를 들어 포지티브 포토레지스트가 사용된 경우 인쇄 패턴이 형성될 위치에 대응되는 포토레지스트 상에 광이 조사되고, 광이 조사된 부분의 포토레지스트가 제거된다. 반대로 네거티브 포토레지스트가 사용된 경우는 인쇄 패턴이 형성되지 않는 위치에 대응되는 포토레지스트 상에 광이 조사되고, 광이 조사된 부분을 제외한 나머지 부분의 포토레지스트가 제거된다. 노광 및 현상 단계(S40)에 의해 일부가 제거되어 패턴화 된 포토레지스트(3p)가 남게 된다.Next, exposure and development steps (S40) for forming a predetermined pattern on the applied photoresist are performed (see FIG. 2(d)). In the exposure and development step 40, the
다음으로 구리도금층에 인쇄 패턴을 형성하기 위한 에칭 단계(S50)가 수행된다(도2 (e) 참조). 노광 및 현상 단계(S40)를 통해 패턴화 된 포토레지스트(3p)를 에칭 마스크로 하여 구리도금층(2)이 식각된다. 구리도금층(2)에는 소정 깊이의 인쇄 패턴이 형성되어 패턴화 된 구리도금층(2p)이 만들어진다.Next, an etching step (S50) for forming a print pattern on the copper plating layer is performed (see Fig. 2(e)). The
다음으로 에칭 마스크로 사용된 포토레지스트를 제거하는 박리(stripping) 단계(S60)가 수행된다(도2 (f) 참조). 박리 단계(S60)에서는 인쇄 패턴이 형성된 구리도금층(2p) 표면에 부착되어 있던 포토레지스트(3p)가 모두 제거된다.Next, a stripping step (S60) of removing the photoresist used as an etching mask is performed (see Fig. 2(f)). In the peeling step (S60), all of the photoresist 3p attached to the surface of the copper plating layer 2p on which the printed pattern is formed is removed.
다음으로 인쇄 패턴이 형성된 구리도금층 표면에 소정의 경도 및 내마모성을 부여하기 위한 표면강화층 형성 단계(S70)가 수행된다. 표면강화층 형성 단계(S70)에서는 물리적 기상 증착(PVD, Physical Vapor Deposition) 방법에 의한 금속증착층(4A)이 패턴화 된 구리도금층(2p) 표면 위에 형성된다.Next, a surface reinforcing layer forming step (S70) for imparting predetermined hardness and abrasion resistance to the surface of the copper plating layer on which the printed pattern is formed is performed. In the surface enhancement layer forming step (S70), a
금속증착층(4A)은 크롬(Cr), 질화크롬(CrN), 탄화크롬(CrC) 중 어느 하나로 구성될 수 있다. 또는 금속증착층(4A)은 탄화텅스텐(WC) 으로 구성될 수 있다.The
표면강화층 형성 단계(S70)는 금속증착층(4A)을 형성하기에 앞서 인쇄 패턴이 형성된 구리도금층(2p) 표면에 접착력을 향상시키기 위한 플라즈마 표면 처리 단계(S71)를 포함할 수 있다. 플라즈마 표면 처리 단계(S71)에서는 인쇄 패턴이 형성된 구리도금층(2p) 표면에 소정의 조건에 따른 플라즈마 처리가 수행된다. 예를 들어 플라즈마 표면 처리 단계(S71)는 5 X 10-5 Torr 진공 조건하의 플라즈마 챔버에 아르곤(Ar) 가스를 주입하면서 1500V(볼트), 0.35A(암페어), 500W(와트)의 바이어스(Bias)로 1 ~ 2 시간 동안 수행될 수 있다.The surface reinforcement layer forming step S70 may include a plasma surface treatment step S71 for improving adhesion to the surface of the copper plating layer 2p on which the printed pattern is formed prior to forming the
플라즈마 표면 처리된 구리도금층(2p) 위에 금속증착층(4A)을 형성하기 위한 금속증착층 형성 단계(S72)는 물리적 기상 증착(PVD) 방식의 일종인 스퍼터링(sputtering) 공정에 의해 수행될 수 있다(도 2 (g) 참조).The metal deposition layer forming step (S72) for forming the
금속증착층(4A)이 크롬(Cr)인 경우 고순도(예, 99.9% 내지 99.95%) 크롬 타겟을 이용한 스퍼터링(sputtering) 공정에 의해 금속증착층(4A)이 형성될 수 있다. 스퍼터링 공정은 챔버에 고순도(예, 99.999%)의 아르곤(Ar) 가스를 소정의 유량(예, 70 sccm)으로 주입하면서, 소정의 바이어스(예, 70 ~ 100V(볼트)) 전압을 인가하는 조건에서 수행될 수 있다. 금속증착층(4A)의 두께는 3 ~ 7 ㎛(마이크로미터)인 것이 바람직하다.When the
금속증착층(4A)이 질화크롬(CrN)인 경우에도 고순도 크롬 타겟을 이용한 스퍼터링 공정에 의해 금속증착층(4A)이 형성될 수 있으며, 이 때는 고순도의 아르곤(Ar) 가스와 고순도의 질소(N2) 가스를 혼합한 가스를 소정 유량(예, 70 sccm)으로 주입하면서 소정의 바이어스(예, 70 ~ 100V(볼트)) 전압을 인가하여 질화크롬(CrN)층을 형성할 수 있다. 아르곤 가스와 질소 가스의 혼합비는 2 : 1 ~ 9 : 1 범위인 것이 바람직하다. 한편, 질화크롬(CrN)층 증착 시작 단계에서는 일정 시간(예, 10분 이내) 동안 아르곤(Ar)가스만 주입하여 스퍼터링을 실시함으로써 구리도금층(2p) 표면에 접하는 가장 아래부분에는 순수한 크롬(Cr)층이 형성되도록 하여 구리도금층(2p)과의 접착력을 높일 수 있다. 금속증착층(4A)의 두께는 3 ~ 7 ㎛(마이크로미터)인 것이 바람직하다.Even when the
금속증착층(4A)이 탄화크롬(CrC)인 경우에도 고순도 크롬 타겟을 이용한 스퍼터링 공정에 의해 금속증착층(4A)이 형성될 수 있다. 이 때는 고순도의 아르곤(Ar) 가스와 메탄(CH4) 가스를 혼합한 가스를 소정 유량(예, 70 sccm)으로 주입하면서 챔버에 소정의 바이어스(예, 70 ~ 100V(볼트)) 전압을 가하여 탄화크롬(CrC)층을 형성할 수 있다. 아르곤 가스와 메탄 가스의 혼합비는 2 : 1 ~ 9 : 1 범위인 것이 바람직하다. 탄화크롬(CrC)층 증착 시작 단계에서는 일정 시간(예, 10분 이내) 동안 아르곤(Ar) 가스만 주입하여 스퍼터링을 실시함으로써 구리도금층 표면에 접하는 가장 아래 부분에는 순수한 크롬(Cr)층이 형성되도록 하여 구리도금층과의 접착력을 높일 수 있다. 금속증착층(4A)의 두께는 3 ~ 7 ㎛(마이크로미터)인 것이 바람직하다.Even when the
한편, 금속증착층(4A)이 탄화텅스텐(WC)인 경우는 고순도(예, 99.95%)의 텅스텐(W) 타겟을 이용한 스퍼터링 공정에 의해 금속증착층(4A)이 형성될 수 있다. 이 스퍼터링 공정에서는 고순도의 아르곤(Ar) 가스와 메탄(CH4) 가스를 혼합한 가스를 소정 유량(예, 70 sccm)으로 주입하면서 챔버에 소정의 바이어스(예, 70 ~ 100V(볼트)) 전압을 가하여 탄화텅스텐(WC)층을 형성할 수 있다. 아르곤 가스와 메탄 가스의 혼합비는 2 : 1 ~ 9 : 1 범위인 것이 바람직하다. 탄화텅스텐(WC)층 증착 시작 단계에서는 일정 시간(예, 10분 이내) 동안 아르곤(Ar) 가스만 주입하여 스퍼터링을 실시함으로써 구리도금층 표면에 접하는 가장 아래 부분에는 순수한 텅스텐(W)층이 형성되도록 하여 구리도금층과의 접착력을 높일 수 있다. 금속증착층(4A)의 두께는 3 ~ 7 ㎛(마이크로미터)인 것이 바람직하다. 그리고 탄화텅스텐(WC)층을 형성하기 위한 스퍼터링 공정에 있어서 텅스텐(W) 타겟 대신에 탄화텅스텐(WC) 타겟이 사용될 수도 있다.Meanwhile, when the
스퍼터링 공정에 의해 형성된 금속증착층(4A)은 구리도금층(2p) 표면에 소정의 경도 및 내마모성을 제공한다. 스퍼터링 공정에 의해 형성된 금속증착층(4A)은 치밀한 조직을 가지며 종래 도금 방식에 의해 형성된 크롬도금 표면에 수반되던 마이크로 크랙 현상이 발생되지 않는다.The
이러한 본 발명에 따른 스퍼터링 공정에 의해 형성된 금속증착층(4A)은 종래 기술에 따른 6가크롬도금면 대비하여 우수한 경도 및 내마모성을 제공한다. 아래 <표1>은 종래의 6가크롬도금면 대비 본 발명의 그라비어 롤의 제조 방법에 의해 형성된 금속증착층(4A), 즉 크롬(Cr), 질화크롬(CrN), 탄화크롬(CrC)의 내마모성을 실험한 결과를 정리한 것이다. 내마모성실험은 공구용합금강(예, SK11)을 마모재로하여 시편 표면을 왕복운동하며 마찰시킨 후 마찰 전과 후의 시편 무게를 비교하여 마모율을 확인하는 방식으로 수행되었다. 마찰운동 조건은 속도 60 rpm, 하중 1Kg중, 마찰횟수 5,000회, 마찰거리 30±1㎜, 실험온도 23±2℃, 실험습도 50±5%이었다.The
<표1>을 참조하면 6가크롬도금면에 대비하여 본 발명에 따른 금속증착층면(크롬, 질화크롬, 탄화크롬)에서 무게감소율이 현저히 적게 나타나는 것을 알 수 있다. 즉, 내마모성이 6가크롬도금면 대비하여 월등히 우수하다는 점이 확인된다.Referring to Table 1, it can be seen that the weight reduction rate is significantly lower in the metal deposition layer surface (chromium, chromium nitride, chromium carbide) according to the present invention compared to the hexavalent chromium plated surface. That is, it is confirmed that the abrasion resistance is far superior to that of hexavalent chromium plated surface.
또한, 표면 강화층 형성 단계(S70)는 형성된 금속증착층(4A) 표면에 다이아몬드상 카본(DLC, Diamond Like Carbon)층을 형성하는 DLC층 형성 단계(S73)를 더 포함할 수 있다(도 2 (h) 참조). 다이아몬드상 카본(DLC)층은 금속증착층(4A)과 함께 표면강화층(4)을 구성할 수 있다. 다이아몬드상 카본층은 비정질(Amorphous)의 카본(Carbon) 증착에 의해 형성된 층으로 내산화성이 우수하고, 경도가 높으며, 마찰계수가 낮은 특성을 갖는다. DLC층 형성 단계(S73)는 필요에 따라 선택적으로 수행될 수 있다.In addition, the step of forming a surface enhancement layer (S70) may further include a step of forming a DLC layer (S73) of forming a diamond-like carbon (DLC) layer on the surface of the formed
이상에서 상세히 설명한 본 발명에 따른 그라비어 롤 제조 방법은 종래 6가 크롬도금 공정이 없이도 내마모성이 우수한 그라비어 롤의 제조 방법을 제공한다. 본 발명에 따른 그라비어 롤 제조 방법은 인쇄 패턴이 형성된 구리도금층 표면에 스퍼터링 공정에 의한 금속증착층(4A)을 형성하여 경도 및 내마모성이 우수한 그라비어 롤을 제조할 수 있는 방법을 제공한다. 따라서 종래 크롬 도금 공정시 발생될 수 있는 6가 크롬에 의한 환경오염을 방지할 수 있고, 작업 환경의 안전성을 높일 수 있다. 또한, 스퍼터링 공정에 의해 형성되는 금속증착층(4A)은 치밀한 조성 구조를 가지며 경도 및 내마모성이 우수하여 종래 그라비어 롤의 크롬 도금을 대체할 수 있다. 따라서 크롬도금층에 수반되던 마이크로 크랙 및 칩핑 불량을 해소할 수 있다.The method of manufacturing a gravure roll according to the present invention described in detail above provides a method of manufacturing a gravure roll having excellent wear resistance even without a conventional hexavalent chromium plating process. The method for manufacturing a gravure roll according to the present invention provides a method for manufacturing a gravure roll having excellent hardness and abrasion resistance by forming a
1 : 코어
2, 2p : 구리도금층
3, 3p : 포토레지스트
4A : 금속증착층
4B : 다이아몬드상 카본층
S10 : 코어 준비 단계
S20 : 구리도금층 형성 단계
S30 : 포토레지스트 코팅 단계
S40 : 노광 및 현상 단계
S50 : 에칭 단계
S60 : 박리 단계
S70 : 표면강화층 형성 단계1: core
2, 2p: copper plating layer
3, 3p: photoresist
4A: metal deposition layer
4B: diamond-shaped carbon layer
S10: core preparation stage
S20: copper plating layer formation step
S30: Photoresist coating step
S40: Exposure and development stage
S50: etching step
S60: peeling step
S70: Surface reinforcement layer formation step
Claims (8)
상기 구리도금층의 표면에 포토레지스트를 도포하는 포토레지스트 코팅 단계와,
상기 구리도금층 상에 형성할 인쇄 패턴에 대응되는 패턴을 갖도록 상기 포토레지스트의 일부를 제거하여 상기 포토레지스트 상에 소정의 패턴을 형성하는 노광 및 현상 단계와,
상기 노광 및 현상 단계에서 형성된 패턴이 형성된 포토레지스트를 마스크로 하여 상기 구리도금층을 식각하여 소정의 인쇄 패턴을 성형하는 에칭 단계와,
인쇄 패턴이 성형된 상기 구리도금층 표면에 남아 있는 포토레지스트를 제거하는 박리 단계와,
포토레지스트가 제거된 상태의 상기 구리도금층 표면의 경도 및 내마모성을 강화하기 위한 표면강화층을 형성하는 표면강화층 형성 단계를 포함하고,
상기 표면강화층 형성 단계는 구리도금층 표면을 플라즈마로 에칭하는 플라즈마 표면처리 단계와, 상기 플라즈마 표면 처리 단계에서 처리된 구리도금층 표면에 스퍼터링 공정에 의해 3 ~ 7 ㎛(마이크로미터) 두께의 금속증착층을 형성하는 금속증착층 형성 단계를 포함하는 그라비어 롤의 제조 방법.
A copper plating layer forming step of forming a copper plating layer having a thickness of 50 to 200 μm (micrometer) on the surface of the cylindrical metal core, and
A photoresist coating step of applying a photoresist to the surface of the copper plating layer,
An exposure and development step of forming a predetermined pattern on the photoresist by removing a part of the photoresist so as to have a pattern corresponding to the printing pattern to be formed on the copper plating layer;
An etching step of forming a predetermined print pattern by etching the copper plating layer using the photoresist on which the pattern formed in the exposure and development steps is formed as a mask,
A peeling step of removing the photoresist remaining on the surface of the copper plating layer on which the printed pattern is formed,
A surface reinforcement layer forming step of forming a surface reinforcement layer for enhancing hardness and abrasion resistance of the surface of the copper plating layer in a state in which the photoresist is removed,
The surface reinforcement layer forming step includes a plasma surface treatment step of etching the surface of the copper plating layer with plasma, and a metal deposition layer having a thickness of 3 to 7 µm (micrometer) by a sputtering process on the surface of the copper plating layer treated in the plasma surface treatment step. Method of manufacturing a gravure roll comprising the step of forming a metal deposition layer to form a.
상기 금속증착층 형성 단계에서 형성되는 금속증착층은 크롬(Cr), 질화크롬(CrN), 탄화크롬(CrC), 탄화텅스텐(WC)중 어느 하나인 그라비어 롤의 제조 방법.
The method of claim 1,
The metal deposition layer formed in the metal deposition layer forming step is any one of chromium (Cr), chromium nitride (CrN), chromium carbide (CrC), and tungsten carbide (WC).
상기 금속증착층이 크롬(Cr)인 경우, 상기 금속증착층 형성 단계는 크롬 타겟을 이용한 스퍼터링 공정으로써 챔버에 아르곤(Ar) 가스를 소정 유량으로 주입하면서 바이어스 전압을 인가하여 수행되는 그라비어 롤의 제조 방법.
The method of claim 2,
When the metal deposition layer is chromium (Cr), the metal deposition layer forming step is a sputtering process using a chromium target, and manufacture of a gravure roll performed by injecting argon (Ar) gas into the chamber at a predetermined flow rate and applying a bias voltage. Way.
상기 금속증착층이 질화크롬(CrN)인 경우, 상기 금속증착층 형성 단계는 크롬 타겟을 이용한 스퍼터링 공정으로써 챔버에 아르곤(Ar) 가스와 질소(N2) 가스를 2 : 1 ~ 9 : 1의 혼합비로 소정 유량 주입하면서 바이어스 전압을 인가하여 수행되는 그라비어 롤의 제조 방법.
The method of claim 2,
1: the metallized layer is a case of chromium nitride (CrN), the metallized layer forming step is argon to the chamber by a sputtering process using a chromium target (Ar) gas and nitrogen (N 2) gas 2: 1-9 A method of manufacturing a gravure roll performed by applying a bias voltage while injecting a predetermined flow rate at a mixing ratio.
상기 금속증착층이 탄화크롬(CrC)인 경우, 상기 금속증착층 형성 단계는 크롬 타겟을 이용한 스퍼터링 공정으로써 챔버에 아르곤(Ar) 가스와 메탄(CH4) 가스를 2 : 1 ~ 9 : 1의 혼합비로 소정 유량 주입하면서 바이어스 전압을 인가하여 수행되는 그라비어 롤의 제조 방법.
The method of claim 2,
When the metal deposition layer is chromium carbide (CrC), the metal deposition layer forming step is a sputtering process using a chromium target. Argon (Ar) gas and methane (CH 4 ) gas are added to the chamber in a ratio of 2:1 to 9:1. A method of manufacturing a gravure roll performed by applying a bias voltage while injecting a predetermined flow rate at a mixing ratio.
상기 금속증착층이 탄화텅스텐(WC)인 경우, 상기 금속증착층 형성 단계는 텅스텐 타겟을 이용한 스퍼터링 공정으로써 챔버에 아르곤(Ar) 가스와 메탄(CH4) 가스를 2 : 1 ~ 9 : 1의 혼합비로 소정 유량 주입하면서 바이어스 전압을 인가하여 수행되는 그라비어 롤의 제조 방법.
The method of claim 2,
When the metal deposition layer is tungsten carbide (WC), the metal deposition layer forming step is a sputtering process using a tungsten target. Argon (Ar) gas and methane (CH 4 ) gas are added to the chamber from 2:1 to 9:1. A method of manufacturing a gravure roll performed by applying a bias voltage while injecting a predetermined flow rate at a mixing ratio.
상기 표면강화층 형성 단계는 상기 금속증착층 형성 단계에서 형성된 금속증착층 표면에 다이아몬드상 카본층을 형성하는 단계를 더 포함하는 그라비어 롤의 제조 방법.
The method of claim 2,
The step of forming the surface reinforcement layer further comprises forming a diamond-like carbon layer on the surface of the metal deposition layer formed in the metal deposition layer forming step.
A gravure roll manufactured by the method for manufacturing a gravure roll according to any one of claims 1 to 7.
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