일반기술

마이크로사이즈 금속 식각가공 장치 및 그 가공방법

●첫째로, 금속에 대한 전기화학적 방법을 이용한 식각은 볼록한 부분이 집중적으로 용해되어 매끄러운 표면을 형성되고, 이에 따라 표면 조도가 크게 향상된다.●둘째로, 마이크로 수준의 미세한 패턴을 정확하게 형상화할 수 있다. ●셋째로, 전해액에 전류를 흐르게 하기만 하면 전기화학적 방법을 이용한 식각을 수행할 수 있어 그 장치가 간단하고, 공정이 단순하다는 장점이 있다. ●넷째로, 습식 식각시 발생하는 사이드 에칭(side etching) 현상을 현저히 감소시킬 수 있다.●다섯째로, 전류량에 의해 식각 속도나 식각 깊이를 조절할 수 있다. ●여섯째로, 전기화학적 방법을 이용한 식각의 특성상 전기화학적 방법을 이용한 식각 전후에 금속 표면의 조성이 변화되어 내식성이 향상되므로 제품의 수명을 늘릴 수 있다.●금속 기판에 마이크로 구조물을 가공하기 위해 사용되는 방법에는 건식 식각, 습식 식각, 리프트-오프(Lift off) 기술, 도금을 이용한 증착법 등이 있다.●건식 식각은 식각시 방향성이 있어 사이드 에칭(side etching)이 일어나지 않고 정밀한 식각이 가능하다. 그러나 식각 속도가 느리고, 식각율이 너무 작아 마이크로 사이즈의 깊이로 금속을 식각하기에는 무리가 있어 아직까지는 수십 나노 사이즈의 깊이를 식각하는 데에만 제한되어 있다.●한편, 습식 식각은 식각 속도가 빠르고, 공정이 단순하다는 장점이 있으나, 등방성 식각에 기인하여 사이드 에칭(side etching)이 많이 일어나고, 식각 부분의 표면 조도가 일정하지 못하여 마이크로 수준의 미세한 구조물을 정확하게 형상화하는데 어려움이 있다.●또한 리프트-오프 방법은 주로 나노(nano) 사이즈 급의 가공 기술에 사용되는 것으로, 증착속도의 한계로 인하여 수 마이크로 두께로 증착하는데 무리가 있으며 기판과 증착된 금속과의 접착력이 좋지 않아 금형으로 사용할 수 없다.●도금에 의한 증착을 이용하여 금속 상에 원하는 패턴을 형성할 수도 있는데 제작 가격이 상당히 비싸고, 마스터 몰드의 의존성이 강하며, 제작 후 스트레스에 의한 휨 현상이 발생할 우려가 있다. 더욱이 증착하고자 하는 금속의 재료에 한계가 있고, 높은 두께로 금속을 증착할 수 없다는 단점도 있다.●따라서 정밀한 패턴의 형성이 가능하고 공정이 간편하고 공정 시간을 단축할 뿐만 아니라 마이크로 수준의 식각이 가능한 방법이 요구된다.●본 기술은 전기화학적인 방법을 이용한 금속의 미세 가공 방법에 관한 것으로, 사이드 에칭(side etching) 현상이 감소되며 정밀한 미세 패턴을 용이하게 형성할 수 있고, 식각 속도 및 깊이의 조절이 용이할 뿐만 아니라 공정이 단순하고 공정 시간을 단축시킬 수 있는 전기화학적 방법을 이용한 금속의 미세 가공 방법에 관한 것이다.●본 기술은 1)금속 기판 상에 포토레지스트를 도포 2)포토레지스트를 노광 3) 포토레지스트를 현상하여 포토레지스트 패턴을 형성 4)포토레지스트 패턴이 형성된 금속 기판에 전기를 인가하여 전기화학적인 방법으로 금속을 식각 5)금속 기판 상에 잔존하는 포토레지스트 패턴을 제거하여 금속을 마이크로급 사이즈로 미세 가공하는 방법이다.●국제금형협회의 통계자료에 따르면 2010년 세계 금형시장의 생산 규모는 약 310억불에 이를 것으로 전망되며 2003년 현재 우리나라는 금형생산에 있어 4위를 차지하고 있다. 우리나라의 금형수출은 94년 무역수지 흑자를 달성한 이후 꾸준히 증가하여 현재 일본, 독일, 이태리, 미국에 이어 세계 5위의 수출국으로 성장하였으며, 금형업체들의 수입대체를 위한 국산화 개발이 결실을 맺음으로써 금형수입은 오히려 급감하고 있다. 미국, 일본 독일 등 금형선진국들은 산업기반 강화를 위하여 국가주도로 연구센터, 연구개발 사업추진, 차세대 신기술 개발주도, 기반 기술 분야의 표준화 × 규격화를 통하여 기반기술로서 위치를 공고히 구축하고 있다 . 또한 뒤늦게 금형산업에 뛰어든 중국의 경우 2001년 현재까지는 9억3천만 불의 금형관련 무역수지 적자를 보이고 있으나(한국무역협회 통계자료 2002년)값싼 노동력을 바탕으로 중국 정부의 금형사업 육성계획과 일본 등의 선진 금형국가의 합작투자 등이 맞물려져 매년 약 14%의 성장세를 보이고 있다. ●금형산업은 자동차·전기·전자·반도체·생활용품 등 전방산업과 기계설비·부품·소재 등 후방산업 발전의 근간을 이루는 국가 기반산업이다. 특히 우리나라의 금형산업은 생산성 향상, 기술개발, 해외시장 개척 등 꾸준한 노력으로 세계 금형생산 및 수출이 각각 5위의 반열에 올라서 있다. 그러나 우리나라 금형산업이 한 단계 더 발전하고 신흥 금형경쟁국의 부상, 환율하락 등 대내외적 경영환경의 악재를 극복하기 위해서는 고부가가치이며 기술경쟁력있는 제품을 만들어 그 위치를 확고히 해야할 것으로 생각된다.