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초음파 패턴성형시 유동방향 구속에 따른 미세패턴의 성형특성 고찰
Effect of Material Flow Direction on the Replication Characteristics of the Ultrasonic Patterning Process 원문보기

소성가공 = Transactions of materials processing : Journal of the Korean society for technology of plastics, v.21 no.2, 2012년, pp.119 - 125  

서영수 (서울과학기술대학교 NID 융합기술대학원) ,  이기연 (서울과학기술대학교 NID 융합기술대학원) ,  박근 (서울과학기술대학교 기계시스템디자인공학과)

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

The present study addresses a direct patterning process on a plastic film using ultrasonic vibration energy. In this process, a tool horn containing micro-patterns is attached to an ultrasonic power supply, and is used with ultrasonic vibration to replicate micro-patterns on the surface of a plastic...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 즉 외측부 패턴을 채워야 할 수지가 상대적으로 유동이 용이한 바깥쪽으로 흘러감에 따라 외측부 패턴의 미성형이 발생하는 것으로 볼 수 있다. 따라서 본 연구에서는 금형구조를 변경하여 측부로의 수지흐름을 억제함과 동시에 패턴성형시 공구혼의 중앙부와 외측부사이의 압력 불균일을 최소화하기 위하여 Fig. 9 에 도시한 바와 같이 측부금형을 설계 및 제작 하였다.
  • 하지만 여전히 외측부의 미성형 문제를 근본적으로 해결하지는 못하였으며, 특히 패턴의 증가로 인한 성형부의 확장은 외측부의 성형성 저하를 초래한 것으로 분석된다. 본 연구에서는 이러한 현상을 고찰하기 위해 성형과정에 대한 유한요소해석을 실시하였다.
  • 하지만 상기 공정들은 부차적인 공정을 수반하여 공정시간, 생산비용 및 생산성 측면에서 문제점을 초래하고 있다[4,5]. 본 연구에서는 초음파 진동에너지를 미세패턴 성형공정에 적용하여 기존의 미세패턴 성형 공정에 비해 공정 및 생산효율을 개선할 수 있는 공정을 개발하고자 한다. 최근에는 초음파 진동에너지를 이용한 성형기술로서 초음파 진동에너지를 핫엠보싱 공정에 적용하여 미세패턴 전사성을 향상시킨 연구가 진행되었다[6,7].
  • 본 연구에서는 초음파 진동에너지를 이용한 미세패턴 성형 공정에서의 성형성 향상을 위해 성형실험과 유한요소해석을 병행하였으며, 금형설계 및 성형조건의 영향을 분석하였다. 본 연구의 결과를 요약하면 아래와 같다.
  • 본 연구의 목적은 기존에 진행된 초음파 패턴 성형공정에서 패턴의 전사성을 향상시키기 위해 유한요소해석을 통한 고찰을 실시하였다. 특히 패턴의 수가 많아질수록 외측부의 성형성이 저하되는 현상을 해석을 통해 고찰하고, 이를 개선하기 위해 측면부 구속이 부과되도록 금형형상을 변경 하여 그 효과를 해석적으로 검증하고자 한다.
  • 본 연구의 목적은 기존에 진행된 초음파 패턴 성형공정에서 패턴의 전사성을 향상시키기 위해 유한요소해석을 통한 고찰을 실시하였다. 특히 패턴의 수가 많아질수록 외측부의 성형성이 저하되는 현상을 해석을 통해 고찰하고, 이를 개선하기 위해 측면부 구속이 부과되도록 금형형상을 변경 하여 그 효과를 해석적으로 검증하고자 한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
대표적인 미세패턴의 성형방법들이 가지고 있는 문제점은 무엇인가? 대표적인 미세패턴의 성형방법들로는 고분자재료를 이용한 리소그래피(Lithography), 나노임프린트(Nano-imprint), 핫엠보싱(Hot embossing) 및 사출성형(Injection molding) 등이 있다[1~3]. 하지만 상기 공정들은 부차적인 공정을 수반하여 공정시간, 생산비용 및 생산성 측면에서 문제점을 초래하고 있다[4,5]. 본 연구에서는 초음파 진동에너지를 미세패턴 성형공정에 적용하여 기존의 미세패턴 성형 공정에 비해 공정 및 생산효율을 개선할 수 있는 공정을 개발하고자 한다.
미세패턴 성형 방법에는 어떠한 것들이 있는가? 미세패턴 성형공정은 전자 및 디스플레이 분야의 발전으로 인한 초고정세(Fine-pitch) 및 박판화 경향에 따른 고집적화 및 성형성 향상이 요구되고 있다. 대표적인 미세패턴의 성형방법들로는 고분자재료를 이용한 리소그래피(Lithography), 나노임프린트(Nano-imprint), 핫엠보싱(Hot embossing) 및 사출성형(Injection molding) 등이 있다[1~3]. 하지만 상기 공정들은 부차적인 공정을 수반하여 공정시간, 생산비용 및 생산성 측면에서 문제점을 초래하고 있다[4,5].
초음파 미세패턴 성형시스템은 어떻게 구성되어 있는가? 1 에 초음파 진동에너지를 이용한 미세패턴 성형시스템의 구성을 도시하였다. 초음파 미세패턴 성형시스템은 크게 초음파 발진장치, 소형 프레스, 성형시 고분자필름에 적용되는 하중에 대한 정량적 측정을 위한 계측장치(indicater)및 전원공급장치로 구성되어 있다. 여기서 초음파 발진장치는 진동자(converter), 부스터(booster) 그리고 공구혼(tool horn)으로 구성된다.
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참고문헌 (11)

  1. C. A. Mirkin, J. A. Rogers, 2001, Emerging Methods for Micro-and Nanofabrication, MRS Bull., Vol. 26, No. 7, pp. 506-508. 

  2. J. H. Kim, Y. S. Kim, 2010, The Review for Various Mold Fabrication toward Economical Imprint Lithography, J. Kor. Vac. Soc., Vol. 19, No. 2, pp. 96-104. 

  3. C. L. Chen, F. Jen, 2004, Fabrication of Polymer Splitter by Micro Hot Embossing Technique, Tamkang J. Sci. Eng., Vol. 7, No. 1, pp. 5-9. 

  4. J. Becker, U. Heim, 2000, Hot Embossing as a Method for the Fabrication of Polymer High Aspect Ratio Structures, Sens. Actuators A, Vol. 83, No. 1-3, pp. 130-135. 

  5. D. H. Sohn, Y. S. Seo, K. Park, 2010, Three-dimensional Finite Element Analysis of the Induction Heating Procedure of an Injection Mold, Trans. Mater. Proc., Vol. 19, No. 3, pp. 152-159. 

  6. S. J. Liu, Y. T. Dung, 2005, Hot Embossing Precise Structure onto Plastic Plates by Ultrasonic Vibration, Polym. Eng. Sci., Vol. 45, No.7, pp. 1282-1287. 

  7. H. Mekaru, H. Goto, M. Takahashi, 2007, Development of Ultrasonic Micro Hot Embossing Technology, Microelectron. Eng., Vol. 84, No.5-8, pp. 1282-1287. 

  8. J. Tsujino, M. Hongoh, R. Tanaka, R. Onoguchi, T. Ueoka, 2002, Ultrasonic Plastic Welding Using Fundamental and Higher Resonance Frequencies, Ultrason., Vol. 40, No. 1-8, pp. 375-378. 

  9. Y. S. Seo, K. Park, 2010, Finite Element Analysis of an Ultrasonic Tool Horn for Pattern Forming, J. Kor. Soc. Precis. Eng., Vol. 28, No. 3, pp. 363-369. 

  10. Y. S. Seo, K. Park, 2011, Direct Patterning of Micro-Features on a Polymer Substrate Using Ultrasonic Vibration, Microsys. Technol(accepted for publication). 

  11. R. C. Progelhof, J. L. Throne, 1993, Polymer Engineering Principles: Properties, Processes, Test for Designs, Hanser Gardner Publications, New York. 

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