초정밀 금형 기술의 향후 전망

초정밀 금형 기술의 향후 전망

우리나라 금형업체들은 수출경쟁력을 확보하기 위해서 다양한 노력을 기울이고 있다. 이러한 목표를 달성하기 위해서는 우수한 생산설비를 도입하고, 마케팅 능력을 확보하는 것은 물론 향후 금형기술의 발전방향에 대하여 준비하는 것 또한 중요하다. 본지는 특허청이 지난 12월 5일 COEX컨퍼런스센터에서 개최한 「2002 신기술 동향조사 보고서」 중 서울산업대학교 박 근 교수가 발표한 <초정밀 금형기술의 향후전망>에 대한 내용을 요약, 게재한다.

1. 초정밀 플라스틱 금형 기술의 전망
가. 기존의 금속제품을 고 기능성 플라스틱으로 대체
나. 초 미세  금 형 설계, 가공 및 성형기술의 발전
다. 정밀사출성형
  - 수지의 특성을 고려한 정밀도 향상, 진보된 금형 가공기술 도입, 성형품에 적합한 성형조건 향상,

   광학 사출품 설계 및 제작기술
라. 분말성형
  - 기존 제품의 재료 대체 효과, 수지의 유동성 향상을 위한 연구, 사출 유닛의 개발
마. 블로우 성형
 - 복잡한 모양의 형상에서 연신을 증가시키면서 두께를 균일하게 성형하는 기술, 가스 차단성을

   높이면서 재료비를 절감하기 위해 다중벽을 갖는 병의 성형기술
 

2. 초정밀 프레스 금형기술의 전망
가. 초미세(EMMS/NANO) 제품 개발을 위한 금형기술의 지원
나. 미세구멍 성형
  - 미세 펀칭 금형제작 기술, 미세 전단기술, 다수 개의 미세구멍 성형기술
다. 정밀 Progressive 금형
  - 적층 성형용 금형(소형 모터코어), 초정밀 전단 금형(반도체 리드프레임) 등
마. 체적 성형
  - 박판성형과 체적성형의 경계가 모호할 정도의 미 세 단조기술, 극세선 압출기술, 초정밀 주조기술
바. 박판 성형
  - 미세박판 성형기술, 미세 굽힘 가공기술, 스프링백 정밀제어기술 등

3. 성형품별 금형기술 전망
가. 미세구멍 성형용  금 형 기술
나. 광디스크 성형용  금 형 기술
다. 비구면 렌즈 사출성형용  금 형 기술
라. TFT-LCD용 도광판 성형용  금 형 기술
마. 미세치차(Micro Gear) 성형용  금 형 기술

가. 미세구멍 성형용 금형기술
① 미세 Piercing 가공에 의한 Hole 성형
·박판의 미세 구멍 펀칭기술
·전해 연마를 이용한 Burr 제거기술
·미세 박판재의 정밀 가공 및 이송장치 개발
② 미세 방전가공에 의한 Hole 성형
③ Ink Jet Nozzle Plate용 Hole Array 성형
·Φ32㎛의 미세구멍 (Embossing+Lapping+Ploishing)
·다수개의 구멍 Array (A4 × 4열)

 

나. 광디스크 성형용 금형기술
① 광디스크의 형상 특성
·수지(PMMA, PC) 기판에 레이저 광선을 반사시키는 알루미늄막을 증착후 프라스틱 보호막 도포
·미세 홈 성형(길이 수㎛, 폭 및 높이는 1㎛이하)
② Stamper 제조공정
·Stamper : 디스크 성형을 위한 금형 역할
Step1 : 원판 위에 감광제 도포 Step3 : Groove 패턴현상
Step2 : Laser로 Groove영역 집광 Step4 : Ni 금속판 전사성형
③ 광디스크의 성형시 유의사항
·광학적 특성 : 투명성, 복굴절(잔류응력)
·형상정밀도 : 외경, 내경, 두께, 휨, 면 정밀도, 원주의 동심도

다. 비구면렌즈 사출성형용 금형기술
① 렌즈설계 - 렌즈의 수차(Aberration;收差)
·모든 광선들이 상편면상의 한 곳에 상을 맺지 못하는 현상
·원인 : 광학계 내에 존재하는 무한한 광선간의 광경로차
·종류 : 구면수차, 코마수차, 비점수차, 상면만곡, 왜곡수차, 색수차
② 렌즈설계 - 비구면렌즈 설계기술
·광학적 수차를 최소화할 수 있도록 설계
·

렌즈 및 광학소자의 개수 절감

 

라. TFT-LCD용 도광판 금형기술
①. TFT-LCD용 Backlight Unit
·기능 : 광원으로부터 입사된 광을 LCD Panel에 균일하게 전달
② 도광판(Light Guide Panel ; LGP)
·기능 : 측면으로부터 입사된 광을 Panel의 전면으로 균일하게 출사
·인쇄형 도광판 : PMMA 소재에 패턴인쇄 후 부식시키는 방법
·무인쇄형 도광판 : 도광판 표면에 미세 홈을 성형하여 인쇄과정을 생략하면서도 광학적 형상을 향상시킬 수 있는 공법
③ 고성능, 고효율의 도광판 발전방향
·Diffusion sheet-less LGP : 기존의 도광판 수행기능에 확산(diffusion) 기능 부가적으로 수행
·Prism sheet-less LGP : 기존의 도광판 수행

마. 마이크로 기어 성형용 금형기술
① 마이크로 기어의 개발현황
·마이크로 기어 : 모듈(m) 0.1이하 ⇒ 미세가공
·게이트 직경 감소에 따른 성형성 문제(0.1mm 이하)
② 초미세 사출성형기술
· 게이트부 응고나 극소 두께에 의한 미성형 방지 성형기술
· 일반 제품과 차별화된 사출성형 조건(수지 및 금형온도, 사출속도, 사출압 및 보압 등)의 적절한 설정이 필요
③ 초미세 사출성형기의 특성
·정밀한 온도 및 압력의 제어기능
·극소 유량조절 기능(초정밀 계량)
·초소형 제품 성형을 위한 구조(취출 및 가스배출 시스템)

④ 초미세 와이어가공기술
·극미세 와이어를 사용하여 금형의 캐비티면(기어의 모듈) 형상가공
·가공시 사용하는 와이어의 반경에 해당하는 만큼의 곡률부(round)가 형성되기 때문에 기어

  치면의 미세화에 한계
·와이어 가공을 위한 미세구멍 가공기술, 와이어 제작기술
⑤ 초미세 방전가공기술
·미세 전극 가공기술, 정밀 방전조건 제어기술

바. X-선 사진식각(LIGA) 공정
① 1단계 : X-선 마스크 제조 공정
·기판에 Plating base를 증착시키고 포토레지스트 코팅, UV 노광과정을 거친 후에 Mask 현상
② 2단계 : X-선 노광/현상 공정
·방사가속기에서 실시
·X-선은 마스크를 통과하여 X-선 감광용 기판(PMMA)에 선택적으로 조사
·PMMA 노광시편을 현상액을 이용하여 노광된 부분을 식각
·마스크 형상이 전사된 PMMA 구조물 완성
③ 3단계 : 전주도금 공정 및 코어 금형제작
·완성된 PMMA 구조물에 Ni 전기도금 실시
·PMMA 구조물로부터 음각으로 도금된 부분 분리
·외곽 완성가공을 실시하여 최종 금형 인서트물 제작

·비구면 수식에 의한 렌즈표면 묘사
③ 렌즈가공 - 비구면렌즈 가공기술
④ 비구면렌즈 금형제작 사례
⑤ 입체요소 기반 사출성형의 CAE 해석