WO2024253220A1 - 포아송 효과를 이용한 3d 미세구조 복제방법 - Google Patents

포아송 효과를 이용한 3d 미세구조 복제방법 Download PDF

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WO2024253220A1
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soft mold
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poisson effect
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곽문규
김민수
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C59/00—Surface shaping of articles, e.g. embossing; Apparatus therefor
    • B29C59/02—Surface shaping of articles, e.g. embossing; Apparatus therefor by mechanical means, e.g. pressing
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor

Definitions

  • the present invention relates to a method for replicating a 3D microstructure using the Poisson effect, and more specifically, to a method for replicating a 3D microstructure using the Poisson effect, which enables mass production of a 3D microstructure by repeatedly replicating a microstructure of the same shape using the same method in the process of replicating a 3D microstructure.
  • a mold is created, and through a number of processes, a final mold is created to produce a three-dimensional structure.
  • rapid prototyping process refers to forming a prototype of a three-dimensional shape directly from three-dimensional CAD data without a mold using materials such as paper, wax, ABS, and plastic.
  • Korean Patent Publication No. 10-2000-0054896 ‘Method and device for manufacturing 3D prototypes using electric roller welding of metal sheets’ is disclosed.
  • a prototype having a desired shape can be made by forming a shape part on a metal sheet, stacking the metal sheets on which the shape part has been formed, and welding the metal sheets together using a welding roller.
  • the present invention aims to provide an efficient and precise 3D microstructure replication and mass production technology by reducing the number of work processes and complexity through a method for replicating 3D microstructures using the Poisson effect.
  • a method for replicating a 3D microstructure using the Poisson effect may include a soft mold preparation step of transferring a superelastic material to a master mold using soft lithography to form a soft mold, a resin application step of applying resin to the soft mold, a compression step of applying vertical pressure to an upper surface of the soft mold and deforming the shape of the soft mold using the Poisson effect due to the vertical pressure, a resin curing step of applying heat or ultraviolet rays to the soft mold whose shape has been deformed to harden the resin and generate the 3D microstructure, and a releasing step of removing the vertical pressure from the soft mold to restore the shape of the soft mold and releasing the 3D microstructure.
  • the soft mold preparation step may include a partition formed in a shape in which the master mold becomes narrower as it moves upward, and a protrusion formed on an outer surface of the partition.
  • the soft mold preparation step may include a resin cavity, which is a space formed by the partition wall and a space formed by the protrusion.
  • the compression step can form the 3D microstructure by narrowing the space due to the Poisson effect and connecting the resin cavities located adjacent to the space.
  • the compression step calculates the vertical strain according to the current width change of the separation space through the following [Mathematical Formula 1], and selects a target vertical strain value among these to deform the shape of the soft mold up to the target vertical strain.
  • 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 having a width in the ⁇ m unit by inducing shape deformation of a mold due to the Poisson effect.
  • the number of processes and complexity of the work can be reduced by using a soft mold that can apply the Poisson effect.
  • FIG. 1 is a flow chart schematically illustrating a 3D microstructure replication method using the Poisson effect according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 2 is an example drawing illustrating the master mold of Figure 1.
  • Figure 3 is an example drawing illustrating the soft mold of Figure 1.
  • Figures 4a to 4c are cross-sectional views of Figure 3, showing examples of the order in which the shape of the soft mold is transformed through the compression step.
  • FIG. 5a is a photograph showing a 3D microstructure replicated when the compression step of FIG. 1 is not performed
  • FIG. 5b is a photograph showing a 3D microstructure replicated when the compression step is performed
  • FIG. 5c is a photograph showing a 3D microstructure enlarged from FIG. 5b.
  • Fig. 6a is a photograph showing a 3D microstructure having a different shape from Fig. 5a
  • Fig. 6b is a photograph showing a 3D microstructure having a different shape from Fig. 5b
  • Fig. 6c is a photograph showing a 3D microstructure having a different shape from Fig. 5c.
  • Fig. 7a is an example diagram showing a 3D microstructure target pattern to be replicated
  • Figs. 7b and 7c are photographs showing a 3D microstructure replicated in the form of Fig. 7a using Fig. 1.
  • Fig. 8a is an example diagram showing a 3D microstructure target pattern of a different shape from Fig. 7a
  • Figs. 8b and 8c are photographs showing a 3D microstructure replicated in the shape of Fig. 8a.
  • Figures 9a to 9d are photographs showing 3D microstructures replicated with different vertical strains by Fig. 1, respectively.
  • FIG. 1 is a flow chart schematically illustrating a method for replicating a 3D microstructure using the Poisson effect according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is an exemplary diagram illustrating a master mold of FIG. 1
  • FIG. 3 is an exemplary diagram illustrating a soft mold of FIG. 1
  • FIGS. 4A to 4C are longitudinal cross-sectional views of FIG. 3, illustrating an order in which a shape of a soft mold is transformed through a compression step
  • FIG. 5A is a 3D microstructure replicated when the compression step of FIG. 1 is not performed
  • FIG. 5B is a 3D microstructure replicated when the compression step is performed
  • FIG. 5C is a photograph illustrating a 3D microstructure enlarged from FIG. 5B
  • FIG. 6A is a 3D microstructure having a different shape from FIG. 5A
  • FIG. 6B is a 3D microstructure having a different shape from FIG. 5B
  • FIG. 6C is a photograph illustrating a 3D microstructure having a different shape from FIG. 5C
  • FIG. 7A is a 3D microstructure to be replicated.
  • An example diagram showing a target pattern is provided
  • FIGS. 7b and 7c are photographs showing a 3D microstructure replicated in the form of FIG. 7a by FIG. 1
  • FIG. 8a is an example diagram showing a 3D microstructure target pattern of a different form from FIG. 7a
  • FIGS. 8b and 8c are photographs showing a 3D microstructure replicated in the form of FIG. 8a
  • FIGS. 9a to 9d are photographs showing 3D microstructures replicated at different vertical strains by FIG. 1, respectively.
  • a method for replicating a 3D microstructure using the Poisson effect is a method for replicating a 3D microstructure having a width in the ⁇ m unit, and may include a soft mold preparation step (S10), a resin application step (S20), a compression step (S30), a resin curing step (S40), and a release step (S50).
  • the soft mold preparation step (S10) is a step of forming a soft mold (20) by transferring a superelastic material to a master mold (10) using a soft lithography method.
  • the master mold (10) may include a partition wall (11) formed in a shape that becomes narrower as it moves upward, and a protrusion (12) formed on the outer surface of the partition wall (11).
  • the master mold (10) can be manufactured using the 2PP (2 Photon Polymerization) method, which is a 3D printing method that uses two photons and a pulse laser to cause a chemical reaction by absorbing two photons at a focused portion of the pulse laser, and outputs an object by laminating materials produced by the chemical reaction.
  • 2PP Photon Polymerization
  • the master mold (10) can be manufactured in detail.
  • the bulkhead (11) may have a width equal to or wider than the width of the 3D microstructure to be replicated.
  • the 3D microstructure can be stably released from the separation space (21) formed by the partition wall (11).
  • the shape of the protrusion (11) may vary depending on the shape of the 3D microstructure that the user wishes to replicate.
  • the protrusion (11) is a part of a 3D microstructure, and a plurality of protrusions (11) can come together to form a single 3D microstructure.
  • the protrusion (11) when replicating a 3D microstructure in the form of a half ring as illustrated in Fig. 2, the protrusion (11) may be formed in a form in which the half ring is divided so as to form left and right symmetry.
  • Soft lithography is a transfer method that creates patterns or structures using flexible organic materials.
  • soft lithography methods may be used, such as replica molding, capillary force lithography, capillary-micromolding, microtransfer molding, and liquid-mediated transfer molding.
  • superelastic materials can be used as flexible inorganic materials.
  • a superelastic material refers to a material that returns to its initial state when the load is removed, even if the deformation of the object is approximately 500% or more.
  • These superelastic materials can include silicone, rubber, etc.
  • the soft mold (20) can return to its initial shape even if its shape is deformed by vertical pressure (VP), so it can be reused and can consistently produce the shape of a 3D microstructure.
  • VP vertical pressure
  • the soft mold (20) may include a resin cavity (22), which is a space formed by a partition wall (11) and a protrusion (12).
  • the separation space (21) can be formed in a form in which the lower side is open and the upper side becomes narrower due to the bulkhead (11).
  • a space (21) can be provided in the soft mold (20) to which the Poisson effect (PE) can be applied.
  • the resin cavity (22) can form a sunken space in the shape of a protrusion (12) due to the protrusion (12).
  • the soft mold (20) can be formed as an inverse image of the master mold (10).
  • the resin application step (S20) is a step of applying resin to the soft mold (20).
  • the resin application step (S20) can apply resin to the separation space (21) and the resin cavity (22).
  • the resin application step (S20) can apply resin to an extent that a 3D microstructure can be formed in the separation space (21) and the resin cavity (22).
  • the resin application step (S20) can use a heat-curable resin or an ultraviolet-curable resin depending on the user's needs.
  • 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) by using the Poisson effect (PE) due to the vertical pressure (VP).
  • VP vertical pressure
  • the compression step (S30) can apply vertical pressure (VP) by placing a substrate (not shown) on the upper and lower surfaces of the soft mold (20).
  • the substrate can be glass, silicon wafer, film, etc.
  • the compression step (S30) can apply a vertical pressure (VP) of the same strength to the entire area of the soft mold (20) by placing the substrate on the upper surface of the soft mold (20).
  • VP vertical pressure
  • the compression step (S30) applies resin to a substrate placed on the lower surface of the soft mold (20), thereby reducing problems such as shape deformation interference, wear, and heat that may occur due to friction with the soft mold (20) when the shape of the soft mold (20) is deformed.
  • the compression step (S30) can cause a Poisson effect (PE) in the soft mold (20) by applying vertical pressure (VP) to the soft mold (20).
  • PE Poisson effect
  • VP vertical pressure
  • the Poisson effect is the property of an object to expand in a direction perpendicular to the direction of compression when the object is compressed in one direction.
  • the compression step (S30) can narrow the separation space (21) by deforming the soft mold (20) by applying vertical pressure (VP) to the soft mold (20) and generating a force that occurs in a horizontal direction perpendicular to the vertical pressure (VP).
  • VP vertical pressure
  • FIG. 4a shows a cross-sectional state of a soft mold (20) to which resin has been applied after the resin application step (S20).
  • Fig. 4b shows a state in which vertical pressure (VP) is applied to the soft mold (20) in the state of Fig. 4a.
  • VP vertical pressure
  • Fig. 4c shows a state in which the vertical pressure (VP) is continuously applied in the state of Fig. 4b, resulting in the Poisson effect (PE) and narrowing of the separation space (21).
  • VP vertical pressure
  • PE Poisson effect
  • FIG. 6a shows the shape of a 3D structure that is replicated when the compression step (S30) is not performed.
  • FIGS. 5 and 6b show the shape of a 3D structure that is replicated when the compression step (S30) is performed.
  • the shape of the separation space (21) is narrowed, and the resin cavities (22) located adjacent to the separation space (21) are connected to form a 3D microstructure.
  • FIGS. 5 and 6c show enlarged views of the 3D structure of FIG. 6b.
  • the compression step (S30) calculates the vertical strain according to the current width change of the above-mentioned separation space through the following [Mathematical Formula 1], and selects a target vertical strain value among these to deform the shape of the soft mold (20) up to the target vertical strain.
  • the current width of the separation space (21) is the initial width of the separation space (21), is the width between the space (21) facing the space (21), is the vertical strain, is Poisson's ratio.
  • the Poisson's ratio represents the ratio of the strain to the deformation of the soft mold (20), and can be calculated through the vertical strain when the height of the soft mold (20) is changed, and the horizontal strain when the width of the soft mold (20) is changed.
  • Poisson's ratio can be calculated as '- horizontal strain / vertical strain'.
  • the reason for taking '-' to obtain the Poisson's ratio is to calculate the Poisson's ratio as a positive value because when the horizontal strain becomes positive, the vertical strain becomes negative, and when the horizontal strain becomes negative, the vertical strain becomes positive.
  • the desired target vertical strain is The value of , that is, the current width of the separation space (21), can be selected as a value that makes it approach 0.
  • the desired target vertical strain may be selected over a range of values that makes it approach zero.
  • the vertical strain depends on the shape of the 3D microstructure that the user wants to replicate. The value may vary.
  • a soft mold (20) capable of replicating the exact shape of a 3D microstructure can be manufactured by calculating the target vertical strain required to replicate the shape of a 3D microstructure that the user wants to replicate.
  • the resin curing step (S40) can create a 3D microstructure by applying heat or ultraviolet rays to the soft mold (20) whose shape has been deformed to cure the resin.
  • thermosetting resin if it is a thermosetting resin, heat can be applied to harden the thermosetting resin while the vertical pressure is not removed from the soft mold (20).
  • the UV-curable resin can be cured by applying UV rays.
  • thermosetting resin 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.
  • thermosetting resin can be formed at various temperatures within a range of 20°C or higher and 100°C or lower for thermosetting, depending on the type of thermosetting resin used.
  • thermosetting resin may not be completely cured, making it difficult to maintain the shape of the 3D microstructure, and if cured at a temperature above 100°C, excessive curing may occur, causing shrinkage of the 3D microstructure.
  • ultraviolet-curable resin in the case of ultraviolet-curable resin, it can be cured by irradiating it with 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.
  • the UV-curable resin can be formed in various ways within the range of an appropriate light amount for UV curing of 10 mW/cm 2 or more and 1000 mW/cm 2 or less, depending on the type of UV-curable resin used.
  • the ultraviolet-curable resin may not be completely cured, making it difficult to maintain the shape of the 3D microstructure, and if the resin is cured at an intensity of more than 1000 mW/cm 2 , excessive curing may occur, causing shrinkage of the 3D microstructure.
  • the ultraviolet-curable resin may not be completely cured, making it difficult to maintain the shape of the 3D microstructure, and if the irradiation is irradiated for more than 10 minutes, it may cause work inefficiency as it is already in a sufficiently cured state.
  • the release step (S50) is a step of removing the vertical pressure on the soft mold (20) to restore the shape of the soft mold (20) and release the 3D microstructure.
  • the release step (S50) restores the initial state in which the width of the separation space (21) of the soft mold (20) is wider than the width of the 3D microstructure, so that the 3D microstructure can be safely released.
  • the forming step (S50) can form a plurality of 3D microstructures depending on the shape of the soft mold (20).
  • the 3D microstructure replication method using the Poisson effect replicates a 3D microstructure using the Poisson effect (PE), thereby replicating a 3D microstructure with a more precise shape than the existing microstructure replication.
  • PE Poisson effect
  • the number of processes and complexity of the work can be reduced by using a soft mold (20) formed of a superelastic material to which the Poisson effect (PE) can be applied.
  • PE Poisson effect
  • 3D microstructures of the same shape can be mass-produced with high accuracy through large-area, continuous production.
  • an array of 3D microstructures with high density per area can be manufactured by utilizing 3D space as shown in Figs. 7b and 7c according to a target pattern of 3D microstructures according to a user's request.
  • FIGS. 8b and 8c a 3D microstructure having a target pattern in the form of a connected ring, which was difficult to replicate with conventional techniques, as shown in FIG. 8a, can be replicated as shown in FIGS. 8b and 8c.
  • the 3D microstructure replication method using the Poisson effect can replicate 3D microstructures applied to a wide range of industrial fields, such as building materials, electronic components, cosmetics, etc., such as fine thin films and superhydrophobic surfaces.
  • a soft mold with a gap space of 15 ⁇ m initial width and a mesh-shaped resin cavity was prepared, and MINS 311RM, a UV-curable resin, was applied to the cavity and gap space of the soft mold.
  • the shape of the soft mold was deformed by applying vertical pressure until the target vertical strain value was reached, which was set to approximately 0.292.
  • MINS 311RM was cured by irradiating it with broadband UV light at an intensity of 100 mW/cm 2 for 1 minute. Thereafter, the vertical pressure was removed, and the 3D microstructures were replicated.
  • the 3D microstructure was replicated in the same manner as Example 1, but with a target vertical strain value of approximately 0.224.
  • the 3D microstructure was replicated in the same manner as Example 1, but with a target vertical strain value of approximately 0.252.
  • the 3D microstructure was replicated in the same manner as Example 1, but with a target vertical strain value of approximately 0.324.
  • Example 1 the 3D microstructure of Example 1 was photographed using a Scanning Electron Microscope (SEM) and the replica morphology was evaluated.
  • SEM Scanning Electron Microscope
  • the target normal strain value range for replicating a 3D microstructure with a width of 10 ⁇ m into a desirable shape is 0.275 to 0.295.
  • the range of the target vertical strain value is not limited to the range of the target vertical strain required when replicating a 3D microstructure with a width of 10 ⁇ m, and can be formed in various ways depending on the shape of the 3D microstructure to be replicated.
  • Example 1 as shown in Fig. 9c, can confirm that the 3D microstructures are formed accurately and firmly without any disconnection in the form of a mesh, but are completely connected to each other.
  • Comparative Example 1 has a shape closer to a spaced space shape than a resin cavity shape in which a 3D microstructure forms a mesh shape, and it can be confirmed that the shape is not completely formed.
  • the 3D microstructures are in the form of meshes that are disconnected from each other, partially in a form close to the form of a spaced space, and that the form is not completely formed.
  • Comparative Example 3 shows that the 3D microstructure partially forms a mesh shape as shown in Fig. 9d, but it can be confirmed that there are many disconnected parts and that the shape is not completely formed.
  • Example 1 which is replicated with a target vertical strain within the desired target vertical strain range, is replicated in its shape intact compared to the 3D microstructures of Comparative Examples 1 to 3, which are replicated with a target vertical strain outside the desired target vertical strain range.
  • the 3D microstructure that the user wants to replicate can be replicated with high accuracy by utilizing the Poisson effect.

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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.

Description

포아송 효과를 이용한 3D 미세구조 복제방법
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.
일반적으로, 3차원 구조체를 제작하기 위해서는 3차원 구조체의 형상을 만들어 낼 수 있는 금형을 제작해야 한다.
이를 위해 목형을 제작하고, 다수의 공정을 거쳐 최종적으로 금형을 만들어 3차원 구조체를 생산하게 된다.
이때, 3차원 구조체의 금형을 만들어 내기 위해서 쾌속 조형 공정을 이용할 수 있다.
여기서, 쾌속 조형 공정이란 종이, 왁스, ABS 및 플라스틱 등의 재료를 사용하여 3차원 캐드 데이터로부터 금형없이 직접 3차원 형상의 시작품을 성형하는 것을 말한다.
이와 같은 신속성형 공정분야로, 한국공개특허 제10-2000-0054896호 '금속박판의 전기식 롤러용접을 이용한 3차원 시작품 제작방법 및 장치'가 공개되어 있다.
종래 기술은, 같이 금속박판에 형상부를 제작하고, 형상부가 형성된 금속박판을 적층하여 용접롤러로 금속박판을 서로 용착시킴으로써, 원하는 형상의 시작품을 만들 수 있다.
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.
또한, 미세한 3차원 구조체에 대한 구조의 복제가 극히 제한되고, 생산성이 낮아 3차원 구조체의 양산이 힘들었다.
따라서, 3차원 미세구조를 제작하고, 작업의 공정 수 및 복잡도를 감소시킴으로써, 양산이 가능한 미세구조 복제방법에 대한 개발이 필요하다.
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.
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.
또한, 소프트 몰드준비단계는 상기 마스터 몰드가 상측으로 이동할수록 좁아지는 형태로 형성된 격벽 및 상기 격벽의 외면에 형성된 돌출돌기를 포함할 수 있다.
또한, 소프트 몰드준비단계는 상기 소프트 몰드가 상기 격벽에 의해 형성된 이격공간 및 상기 돌출돌기에 의해 형성된 공간인 레진 캐비티를 포함할 수 있다.
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.
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.
[수학식 1]
Figure PCTKR2023007846-appb-img-000001
(여기서,
Figure PCTKR2023007846-appb-img-000002
는 이격공간의 현재 너비,
Figure PCTKR2023007846-appb-img-000003
는 이격공간의 초기 너비,
Figure PCTKR2023007846-appb-img-000004
는 이격공간과 마주하는 이격공간 사이의 너비,
Figure PCTKR2023007846-appb-img-000005
는 수직 변형률,
Figure PCTKR2023007846-appb-img-000006
는 포아송비이다.)
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.
또한, 포아송 효과를 적용할 수 있는 소프트 몰드를 사용하여 작업의 공정 수 및 복잡도를 감소시킬 수 있다.
또한, 대면적, 연속적 생산으로 동일한 형태의 3D 미세구조물을 정확도 높게 양산할 수 있다.
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 4a 내지 도 4c는, 도 3의 종단면도로, 소프트 몰드가 압축단계를 통해 형태가 변형되는 순서를 도시한 예시도이다.
도 5a는 도 1의 압축단계가 이루어지지 않을 경우 복제되는 3D 미세구조물, 도 5b는 압축단계가 이루어지는 경우 복제되는 3D 미세구조물, 도 5c는 도 5b를 확대한 3D 미세구조물을 나타낸 사진이다.
도 6a는 도 5a와 다른 형태의 3D 미세구조물, 도 6b는 도 5b와 다른 형태의 3D 미세구조물, 도 6c는 도 5c와 다른 형태의 3D 미세구조물을 나타낸 사진이다.
도 7a는 복제할 3D 미세구조물 타겟 패턴을 나타낸 예시도이고, 도 7b 및 도 7c는 도 1에 의해 도 7a의 형태로 복제한 3D 미세구조물을 나타낸 사진이다.
도 8a는 도 7a와 다른 형태의 3D 미세구조물 타겟 패턴을 나타낸 예시도이고, 도 8b 및 도 8c는 도 8a의 형태로 복제한 3D 미세구조물을 나타낸 사진이다.
도 9a 내지 도 9d는 도 1에 의해 각각 다른 수직 변형률로 복제된 3D 미세구조물을 나타낸 사진이다.
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.
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.
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.
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.
이하, 본 발명의 실시 예를 설명하기 위한 도 1 내지 도 9를 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
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 4a 내지 도 4c는 도 3의 종단면도로, 소프트 몰드가 압축단계를 통해 형태가 변형되는 순서를 도시한 예시도이며, 도 5a는 도 1의 압축단계가 이루어지지 않을 경우 복제되는 3D 미세구조물, 도 5b는 압축단계가 이루어지는 경우 복제되는 3D 미세구조물, 도 5c는 도 5b를 확대한 3D 미세구조물을 나타낸 사진이고, 도 6a는 도 5a와 다른 형태의 3D 미세구조물, 도 6b는 도 5b와 다른 형태의 3D 미세구조물, 도 6c는 도 5c 와 다른 형태의 3D 미세구조물을 나타낸 사진이며, 도 7a는 복제할 3D 미세구조물 타겟 패턴을 나타낸 예시도이고, 도 7b 및 도 7c는 도 1에 의해 도 7a의 형태로 복제한 3D 미세구조물을 나타낸 사진이며, 도 8a는 도 7a와 다른 형태의 3D 미세구조물 타겟 패턴을 나타낸 예시도이고, 도 8b 및 도 8c는 도 8a의 형태로 복제한 3D 미세구조물을 나타낸 사진이며, 도 9a 내지 도 9d는 도 1에 의해 각각 다른 수직 변형률로 복제된 3D 미세구조물을 나타낸 사진이다.
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.
먼저, 소프트 몰드준비단계(S10)는 마스터 몰드(10)에 소프트 리소그래피(Soft lithography) 방법으로 초탄성재료를 전사하여, 소프트 몰드(20)를 성형하는 단계이다.
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.
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.
이에, 마스터 몰드(10)를 세밀하게 제작할 수 있다.
또한, 격벽(11)은 복제하고자 하는 3D 미세구조물의 너비와 같거나 넓은 너비를 가질 수 있다.
이에, 3D 미세구조물은 격벽(11)에 의해 형성되는 이격공간(21)으로부터 안정적으로 이형될 수 있다.
또한, 돌출돌기(11)는 사용자가 복제하고자 하는 3D 미세구조물의 형태에 따라 형태가 달라질 수 있다.
구체적으로 돌출돌기(11)는 3D 미세구조물의 일부 형태로, 복수의 돌출돌기(11)가 모여 하나의 3D 미세구조물의 형태를 이룰 수 있다.
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.
소프트 리소그래피 방법은 유연한 유기물질을 사용하여 패턴이나 구조물을 만드는 전사법이다.
구체적으로 소프트 리소그래피 방법은 레플리카 몰딩, 모세관 힘 리소그래피, 모세관-미세몰딩, 미세전사몰딩, 액체중재전사몰딩 등의 몰딩 방법이 사용될 수 있다.
또한, 유연한 무유기물질로는 초탄성재료가 이용될 수 있다.
여기서, 초탄성재료는 물체의 변형이 약 500% 이상이 발생하더라도, 하중을 제거하였을 때, 초기 상태로 되돌아가는 재료를 뜻하는 것이다.
이러한 초탄성재료는 실리콘, 고무 등이 사용될 수 있다.
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.
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.
구체적으로, 이격공간(21)은 격벽(11)으로 인해, 하측이 개방되고, 상측으로 이동할수록 좁아지는 형태로 형성될 수 있다.
이에, 소프트 몰드(20)는 포아송 효과(PE)가 적용될 수 있는 이격공간(21)이 마련될 수 있다.
또한, 레진 캐비티(22)는 돌출돌기(12)로 인해, 돌출돌기(12)의 형태로 함몰된 공간을 형성할 수 있다.
즉, 소프트 몰드(20)는 마스터 몰드(10)의 역상으로 형성될 수 있다.
다음으로, 레진도포단계(S20)는 소프트 몰드(20)에 레진을 도포하는 단계이다.
구체적으로, 레진도포단계(S20)는 이격공간(21) 및 레진 캐비티(22)에 레진을 도포할 수 있다.
이때, 레진도포단계(S20)는 이격공간(21) 및 레진 캐비티(22)에 3D 미세구조물이 형태를 이룰 수 있을 정도의 레진을 도포할 수 있다.
또한, 레진도포단계(S20)는 사용자의 요구에 따라 열 경화성 레진 또는 자외선 경화성 레진을 사용할 수 있다.
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.
이때, 압축단계(S30)는 소프트 몰드(20)의 상면과 하면에 기판(미도시)을 대고, 수직 압력(VP)을 가할 수 있다.
여기서, 기판은 유리, 실리콘 웨이퍼, 필름 등이 사용될 수 있다.
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.
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.
또한, 압축단계(S30)는 소프트 몰드(20)에 수직 압력(VP)을 가함으로써, 소프트 몰드(20)에 포아송 효과(PE)를 발생시킬 수 있다.
여기서, 포아송 효과(PE)는 물체가 한 방향으로 압축되는 경우, 압축되는 방향과 직각을 이루는 방향으로 확장하려는 성질이다.
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.
구체적으로, 도 4를 참조하면, 도 4a는 레진도포단계(S20) 이후, 레진이 도포된 소프트 몰드(20)의 단면 상태를 나타낸 것이다.
또한, 도 4b 는 도 4a 상태에서 소프트 몰드(20)에 수직 압력(VP)을 가한 상태이다.
이때, 소프트 몰드(20)가 포아송 효과(PE)에 의해 이격공간(21)이 내측으로 힘을 받는 것을 확인할 수 있다.
또한, 도 4c는 도 4b의 상태에서, 수직 압력(VP)이 계속 가해져 포아송 효과(PE)를 받아 이격공간(21)이 좁혀진 상태를 나타낸 것이다.
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.
또한, 도 5 및 도 6a 내지 도 6c를 참조하면, 도 6a는 압축단계(S30)가 이루어지지 않을 경우, 복제되는 3D 구조물의 형태를 나타낸 것이다.
여기서, 이격공간(21)과 레진 캐비티(22)의 형태가 그대로 복제된 것을 확인할 수 있다.
또한, 도 5 및 도 6b는 압축단계(S30)가 이루어졌을 경우, 복제되는 3D 구조물의 형태를 나타낸 것이다.
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.
또한, 도 5 및 도 6c는 도 6b의 3D 구조물을 확대한 것을 나타낸 것이다.
여기서, 3D 미세구조물이 레진 캐비티(22)가 연통되어 완전한 형태의 3D 미세구조물이 복제된 것을 확인할 수 있다.
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.
[수학식 1]
Figure PCTKR2023007846-appb-img-000007
여기서,
Figure PCTKR2023007846-appb-img-000008
는 이격공간(21)의 현재 너비,
Figure PCTKR2023007846-appb-img-000009
는 이격공간(21)의 초기 너비,
Figure PCTKR2023007846-appb-img-000010
는 이격공간(21)과 마주하는 이격공간(21) 사이의 너비,
Figure PCTKR2023007846-appb-img-000011
는 수직 변형률,
Figure PCTKR2023007846-appb-img-000012
는 포아송비이다.
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.
구체적으로, 포아송비는, '- 수평 변형률 / 수직 변형률'으로 산출될 수 있다.
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.
이때, 바람직한 목표 수직 변형률은
Figure PCTKR2023007846-appb-img-000013
의 값 즉, 이격공간(21)의 현재 너비를 0에 근접하게 만드는 값으로 선택될 수 있다.
또한, 바람직한 목표 수직 변형률은, 0에 근접하게 만드는 값들의 범위로 선택될 수도 있다.
또한, 수직 변형률은 사용자가 복제하고자 하는 3D 미세구조물의 형태에 따라
Figure PCTKR2023007846-appb-img-000014
의 값이 달라질 수 있다.
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.
다음으로, 레진 경화단계(S40)는 형태가 변형된 소프트 몰드(20)에 열 또는 자외선을 가해 레진을 경화시켜 3D 미세구조물을 생성할 수 있다.
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.
또한, 자외선 경화성 레진일 경우, 자외선을 가해 자외선 경화성 레진을 경화시킬 수 있다.
더욱 구체적으로, 열 경화성 레진일 경우, 20℃이상, 100℃이하의 온도로 열 경화성 레진을 경화시킬 수 있다.
구체적으로, 열 경화성 레진은, 사용하는 열 경화성 레진의 종류에 따라 열 경화를 위한 온도가 20℃이상, 100℃이하의 범위 내에서 다양하게 형성될 수 있다.
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.
또한, 자외선 경화성 레진일 경우, 광대역 자외선을 10mW/cm2이상, 1000mW/cm2이하의 세기로 1분 이상, 10분 이하로 조사하여 경화시킬 수 있다.
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.
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.
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.
다음으로, 이형단계(S50)는 소프트 몰드(20)에 수직 압력을 제거하여 소프트 몰드(20)의 형태를 복원시키고, 3D 미세구조물을 이형시키는 단계이다.
이때, 이형단계(S50)는 소프트 몰드(20)의 이격공간(21) 너비가 3D 미세구조물의 너비보다 넓은 초기 상태로 복원되면서, 3D 미세구조물이 안전하게 이형될 수 있다.
또한, 이형단계(S50)는 소프트 몰드(20)의 형태에 따라, 다수의 3D 미세구조물을 이형시킬 수 있다.
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.
또한, 포아송 효과(PE)를 적용할 수 있는 초탄성재료로 형성된 소프트 몰드(20)를 사용하여 작업의 공정 수 및 복잡도를 감소시킬 수 있다.
또한, 소프트 몰드(20)의 재사용으로 대면적, 연속적 생산으로 동일한 형태의 3D 미세구조물을 정확도 높게 양산할 수 있다.
또한, 도 7a와 같이 사용자의 요구에 따른 3D 미세구조물의 타겟 패턴에 따라 도 7b 및 도 7c와 같이 3D 공간을 활용하여 면적 대비 밀도 높은 3D 미세구조물의 배열을 제작할 수 있다.
또한, 도 8a와 같이 종래의 기술로 복제하기 힘들었던 연결된 고리 형태의 타겟 패턴을 가진 3D 미세구조물을 도 8b 및 도 8c와 같이 복제할 수 있다.
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.
이하, 실시 예에 의하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다.
단, 하기 실시 예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시 예에 의해 한정되는 것은 아니다.
[실시 예]
[실시 예 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.
[비교 예 1]
실시 예 1과 동일한 방법으로 복제되되, 목표 수직 변형률 값을 약 0.224로 하여 3D 미세구조물을 복제하였다.
[비교 예 2]
실시 예 1과 동일한 방법으로 복제되되, 목표 수직 변형률 값을 약 0.252로 하여 3D 미세구조물을 복제하였다.
[비교 예 3]
실시 예 1과 동일한 방법으로 복제되되, 목표 수직 변형률 값을 약 0.324로 하여 3D 미세구조물을 복제하였다.
[실험 예 1] 3D 미세구조물의 복제 형태 평가
본 실험에서는 SEM(Scanning Electron Microscope)를 사용하여 실시 예 1의 3D 미세구조물을 촬영하고, 복제 형태를 평가하였다.
이때, 비교를 위해, 실시 예 1과 동일하게 비교 예 1 내지 비교 예 3의 3D 미세구조물을 촬영하고, 복제 형태를 평가하였다.
먼저, 10㎛ 너비를 가진 3D 미세구조물을 바람직한 형태로 복제하기 위한, 목표 수직 변형률 값의 범위는 0.275 내지 0.295이다.
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.
실시 예 1은 도 9c와 같이, 3D 미세구조물이 그물의 형태가 서로 끊기지 않고, 완전히 연결되며, 그 형태가 정확하고 단단하게 형성된 것을 확인할 수 있다.
또한, 비교 예 1은 도 9a와 같이, 3D 미세구조물이 그물의 형태를 이루는 레진 캐비티의 형태보다는, 이격공간의 형태와 가까운 형태이며, 그 형태가 온전하게 형성되지 않은 것을 확인할 수 있다.
또한, 비교 예 2는 도 9b와 같이, 3D 미세구조물이 그물의 형태가 서로 끊겨 있고, 부분적으로는 이격공간의 형태와 가까운 형태이며, 그 형태가 온전하게 형성되지 않은 것을 확인할 수 있다.
또한, 비교 예 3은 도 9d와 같이 3D 미세구조물이 부분적으로는 그물의 형태를 형성하나, 서로 끊긴 부분이 많은 것을 확인할 수 있으며, 그 형태가 온전하게 형성되지 않은 것을 확인할 수 있다.
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.
나아가, 포아송 효과를 이용하여 사용자가 복제하고자 하는 3D 미세구조물을 정확도 높게 복제할 수 있는 것을 확인할 수 있다.
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.
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.
[부호의 설명]
10 : 마스터 몰드
11 : 격벽
12 : 돌출돌기
20 : 소프트 몰드
21 : 이격공간
22 : 레진 캐비티
PE : 포아송 효과
R : 레진
VP : 수직 압력

Claims (5)

  1. 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 복제방법.
  2. 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.
  3. 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.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 압축단계는,
    포아송 효과에 의해 상기 이격공간이 좁혀지고 상기 이격공간을 중심으로 이웃하여 위치한 상기 레진 캐비티가 연통된 상태가 되어 상기 3D 미세구조물을 형성하는 것을 특징으로 하는 포아송 효과를 이용한 3D 미세구조 복제방법.
  5. 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]
    Figure PCTKR2023007846-appb-img-000015
    (여기서,
    Figure PCTKR2023007846-appb-img-000016
    는 이격공간의 현재 너비,
    Figure PCTKR2023007846-appb-img-000017
    는 이격공간의 초기 너비,
    Figure PCTKR2023007846-appb-img-000018
    는 이격공간과 마주하는 이격공간 사이의 너비,
    Figure PCTKR2023007846-appb-img-000019
    는 수직 변형률,
    Figure PCTKR2023007846-appb-img-000020
    는 포아송비이다.)
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100643684B1 (ko) * 2005-11-04 2006-11-10 한국과학기술원 폴리머 또는 레지스트 패턴 및 이를 이용한 금속 박막패턴, 금속 패턴, 플라스틱 몰드 및 이들의 형성방법
KR20080107801A (ko) * 2007-06-08 2008-12-11 삼성전자주식회사 일체형도광판 제조방법
KR20100049324A (ko) * 2008-11-03 2010-05-12 주식회사 엘지화학 모세관 현상을 이용한 ｃｒｆ 패턴 제조 방법
KR20110134175A (ko) * 2010-06-08 2011-12-14 미래나노텍(주) 패턴 형성용 몰드 및 그 제조 방법
KR20230101293A (ko) * 2021-12-29 2023-07-06 경북대학교 산학협력단 포아송 효과를 이용한 3d 미세구조 복제방법

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100643684B1 (ko) * 2005-11-04 2006-11-10 한국과학기술원 폴리머 또는 레지스트 패턴 및 이를 이용한 금속 박막패턴, 금속 패턴, 플라스틱 몰드 및 이들의 형성방법
KR20080107801A (ko) * 2007-06-08 2008-12-11 삼성전자주식회사 일체형도광판 제조방법
KR20100049324A (ko) * 2008-11-03 2010-05-12 주식회사 엘지화학 모세관 현상을 이용한 ｃｒｆ 패턴 제조 방법
KR20110134175A (ko) * 2010-06-08 2011-12-14 미래나노텍(주) 패턴 형성용 몰드 및 그 제조 방법
KR20230101293A (ko) * 2021-12-29 2023-07-06 경북대학교 산학협력단 포아송 효과를 이용한 3d 미세구조 복제방법

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
KIM MINSU, KYEONG DOKYUNG, KWAK MOON KYU: "Poisson Effect‐Assisted Replication Lithography for Rapid Fabrication of Three‐Dimensional Microstructures", SMALL STRUCTURES, WILEY, vol. 5, no. 6, 1 June 2024 (2024-06-01), XP093245671, ISSN: 2688-4062, DOI: 10.1002/sstr.202300460 *

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