KR20020016113A - Method of manufacturing for micro-lens - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 마이크로렌즈의 제조방법에 관한 것으로 특히 플라스틱 등의 재료가 유리전이 온도이상으로 표면장력에 의해 곡면의 표면을 가지려 하는 성질을 이용하여 임의의 곡률을 가지는 렌즈형상의 마스터를 제작하고 이 마스터 면위에 전기주조를 통하여 렌즈면을 가지는 금형을 제조한 뒤 마이크로렌즈를 사출 및 압축성형할 수 있도록 하는 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing a microlens, and in particular, a lens-shaped master having an arbitrary curvature is manufactured by using a property such that a material such as plastic has a curved surface due to surface tension above a glass transition temperature. After manufacturing a mold having a lens surface through electroforming on the master surface to enable injection and compression molding of the microlens.
마이크로 렌즈는 액정표시장치, 광수신기 및 광통신 시스템에서 내부 파이버 연결 등과 같이 다양하게 적용되어 사용된다.Micro lenses are used in various applications such as internal fiber connections in liquid crystal displays, optical receivers, and optical communication systems.
마이크로 렌즈의 가공에 있어서 기계가공에 의존할 경우 많은 어려움이 따르는데 이러한 문제를 극복하고자 새로운 가공기술들이 시도되었으나 제품간의 치수편차를 줄이는데 한계가 있었고 고가라는 단점이 있었다.There are many difficulties in relying on the machining of micro lenses, but new processing techniques have been tried to overcome these problems. However, there are limitations in reducing dimensional deviation between products and high price.
이온 교환 방법을 이용한 마이크로렌즈 제조방법은, 이온 교환 방법을 사용함으로써, 다중 성분 유리기판의 복수의 장소에서 굴절률이 상승한다. 따라서, 복수의 렌즈는 고굴절률 장소에 형성된다. 그러나 이 방법에 있어서는, 렌즈들 간의 간격에 비해 렌즈의 직경이 클 수 없다. 따라서, 큰 개구수(NA:Numerical Aperture)를 갖는 렌즈를 설계하는 것이 어렵다. 또한, 그러한 마이크로렌즈 어레이를 생성하기 위해서는 이온 확산 장치와 같은 대규모의 제조장치가 요구되므로, 넓은 영역의 마이크로렌즈 어레이를 제조하기가 곤란하다. 또한, 몰드를 이용하는 몰딩 방법과는 대조적으로 이온 교환 공정이 각각의 유리에 요구된다.In the microlens manufacturing method using the ion exchange method, the refractive index increases at a plurality of places of the multi-component glass substrate by using the ion exchange method. Thus, a plurality of lenses are formed at high refractive index locations. However, in this method, the diameter of the lens cannot be large compared to the distance between the lenses. Therefore, it is difficult to design a lens having a large numerical aperture (NA). In addition, in order to produce such a microlens array, a large-scale manufacturing apparatus such as an ion diffusion device is required, and therefore it is difficult to manufacture a microlens array having a large area. In addition, an ion exchange process is required for each glass as opposed to a molding method using a mold.
그러므로, 제조장치에서 제조 조건의 관리가 조심스럽게 실행되지 않는 한, 초점 길이와 같은 렌즈의 품질 변화가 로트(lots)들간에 증가하기 쉽다. 이뿐만 아니라 이 방법을 이용하는데에는 몰드를 이용하는 방법에 비해서 단가가 상대적으로 높다.Therefore, unless the management of manufacturing conditions in the manufacturing apparatus is carefully carried out, a change in the quality of the lens, such as the focal length, is likely to increase between the lots. In addition, the cost of using this method is relatively high compared to the method using a mold.
또한 이온교환방법에 있어서는, 유리 기판 상에서 이온 교환을 위한 알카라인 이온이 유리 기판에 필요 불가결한 것이므로, 기판 재료는 알칼리 유리에 한정된다. 그러나, 알칼리 유리는, 알칼리 이온이 없어야만 하는 반도체-기반 소자에는 적절하지 않다.Moreover, in the ion exchange method, since alkaline ions for ion exchange are indispensable for a glass substrate on a glass substrate, a substrate material is limited to alkali glass. However, alkali glass is not suitable for semiconductor-based devices that must be free of alkali ions.
더구나 유리기판의 열팽창계수는 광조사 또는 수신소자기판의 열팽창계수와 상당히 차이가 생기므로, 소자들의 집적밀도가 증가함에 따라 열팽창계수들간의 불일치에 기인해 마이크로렌즈 어레이와 소자들간의 미스얼라인먼트가 발생하기 쉽다.Moreover, the coefficient of thermal expansion of the glass substrate is significantly different from that of light irradiation or the receiving element substrate, so that the misalignment between the microlens array and the elements occurs due to the mismatch between the coefficients of thermal expansion as the integration density of the elements increases. easy to do.
또한, 압축 스트레인은 이온교환방법에 의해 처리되는 유리표면상에 내재하고 있다. 따라서, 유리는 비틀림 경향이 있으므로, 마이크로렌즈 어레이의 크기가 증가함에 따라 유리와 광 조사 또는 수신 소자간의 결합 또는 본딩이 곤란해진다.In addition, compression strain is inherent on the glass surface treated by the ion exchange method. Therefore, the glass tends to be twisted, so that as the size of the microlens array increases, bonding or bonding between the glass and the light irradiation or receiving element becomes difficult.
레지스트 리플로우(또는 용해) 방법을 이용한 다른 종래의 마이크로렌즈 어레이 제조방법에 있어서는, 도 1과 같이 포토리소그래피(Photo Lithography)기술을 이용하여(S10), 기판상에 형성된 수지를 원통형으로 패턴하고(S11), 수지를 가열 및 리플로우 하여(S12), 마이크로렌즈 어레이를 제조한다(S13).In another conventional microlens array manufacturing method using a resist reflow (or dissolution) method, a resin formed on a substrate is patterned in a cylindrical shape by using photolithography technology as shown in FIG. S11), the resin is heated and reflowed (S12) to produce a microlens array (S13).
레지스트 리플로우 방법을 이용하여 다앙한 형태의 렌즈를 낮은 단가로 제조할 수 있다. 또한, 이 방법은 이온교환방법과는 대조적으로 열팽창계수, 비틀림 등의 문제를 갖고 있지 않다. 그러나, 레지스트 리플로우 방법에 있어서, 마이크로렌즈의 프로파일은 수지의 두께, 기판과 수지간의 습식조건 및 열 온도에 크게 의존한다. 그러므로, 단일 기판 표면당 재생율이 높은 반면 로트들간의 편차가 발생하기 쉽다.By using the resist reflow method, various types of lenses can be manufactured at low cost. In addition, this method does not have problems such as thermal expansion coefficient and torsion in contrast to the ion exchange method. However, in the resist reflow method, the profile of the microlens depends greatly on the thickness of the resin, the wet conditions between the substrate and the resin, and the thermal temperature. Therefore, while the refresh rate per single substrate surface is high, variations between lots are likely to occur.
또한, 인접한 렌즈들이 리플로우에 기인해서 서로 접촉하게 되는 경우에는 표면 장력 때문에 원하는 렌즈 프로파일을 얻을 수 없다. 따라서, 인접한 렌즈들을 접촉시키고 렌즈들 간의 비사용 영역을 감소시키는 방식으로는 높은 집광율을 성취하기가 어렵다. 또한, 20 또는 30 마이크론 내지 200 또는 300 마이크론의 렌즈 직경이 바람직한 경우, 피착된 수지의 두께는 리플로우에 의해 구형 표면을 얻을 수 있을 만큼 충분히 커야 한다. 그러나, 굴절률 및 광 투과율 같은 원하는 광 특성을 갖는 수지 재료를 균일하고 두껍게 피착하는 것이 어렵다. 따라서, 큰 곡률 및 상대적으로 큰 직경을 갖는 마이크로렌즈를 생성하는 것이 어렵다.In addition, when adjacent lenses are brought into contact with each other due to reflow, the desired lens profile cannot be obtained due to the surface tension. Therefore, it is difficult to achieve high light collecting rate in a manner of contacting adjacent lenses and reducing the unused area between the lenses. In addition, where a lens diameter of 20 or 30 microns to 200 or 300 microns is desired, the thickness of the deposited resin should be large enough to obtain a spherical surface by reflow. However, it is difficult to deposit a resin material having desired optical properties such as refractive index and light transmittance uniformly and thickly. Thus, it is difficult to produce microlenses having a large curvature and a relatively large diameter.
다른 종래의 방법에서는 마이크로렌즈의 원(original)플레이트가 제조되고, 이 원 플레이트에 렌즈 재료가 파착된 다음, 피착된 렌즈 재료가 분리된다. 원 플레이트 또는 몰드는 전자 빔 리소그래피 방법, 또는 습식에칭방법에 의해 제조된다. 그러나, 이온 빔 리소그래피 방법에 있어서는 이온 빔 리소그래피 장치가 고가이므로 큰 투자가 필요하다. 또한, 전자빔 충격 영역이 제한되므로 큰 영역을 갖는 몰드를 제조하기는 곤란하다.In another conventional method, an original plate of microlenses is manufactured, and the lens material is deposited on the original plate, and then the deposited lens material is separated. One plate or mold is manufactured by the electron beam lithography method or the wet etching method. However, in the ion beam lithography method, since the ion beam lithography apparatus is expensive, a large investment is required. In addition, it is difficult to manufacture a mold having a large area because the electron beam impact area is limited.
또한, 습식에칭방법에서, 화학반응을 이용한 등방성 에칭이 원칙적으로 사용되므로, 금속 플레이트의 조성 및 결정구조가 아주 조금만 변해도 플레이트를 세정하지 않으면 에칭이 계속될 것이다.In addition, in the wet etching method, since isotropic etching using a chemical reaction is used in principle, even if the composition and crystal structure of the metal plate change only a little, the etching will continue unless the plate is cleaned.
미세 마이크로렌즈를 형성하는 경우, 원하는 프로파일이 얻어지는 시간으로부터 마이크로렌즈가 얻어지는 시간까지의 기간 동안 지속되는 에칭에 기인해서 원하는 것으로부터 일탈된 형태가 나타날 수 있다. 그러나, 종래의 렌즈 제조 기술로수백 마이크론 이하의 직경 및 최성의 구형부분에서 200㎛미만의 곡률 반경을 갖는 마이크로렌즈를 정확하게 형성하는 것은 어렵다. 또한 대부분의 종래 기술들은 그 렌즈가 놓일 기판에 부착된 채로 제조가 이루어지므로 사용에 제한이 크다.In the case of forming the micromicrolens, a shape may deviate from the desired due to the etching that lasts for a period from the time at which the desired profile is obtained to the time at which the microlens is obtained. However, it is difficult to accurately form microlenses having a radius of curvature of less than 200 μm in diameters of several hundred microns and the best spherical portions with conventional lens manufacturing techniques. Also, most of the prior arts are limited in their use as they are made with the lens attached to the substrate on which it is to be placed.
따라서 본 발명의 목적은 마이크로렌즈 제작에 있어서 그 제조방법의 적용에 융통성을 주면서도 마이크로렌즈의 제작을 용이하게 하고 또한 마이크로렌즈 제작이 안정적으로 운용될 수 있는 마이크로렌즈 제조에 적합한 제조방법을 제공하는 것이다.Accordingly, it is an object of the present invention to provide a manufacturing method suitable for manufacturing a microlens which can be easily manufactured and also stably operate the microlens while providing flexibility in the application of the method of manufacturing the microlens. .
본 발명의 다른 목적은 마이크로렌즈의 사이즈를 감소시키는 것이 용이하고, 상대적으로 적은 비용과 높은 제어율로 용이하게 제조할 수 있으며, 원하는 곡률 또는 큰 개구수를 갖는 마이크로렌즈용 몰드 또는 마이크로렌즈 어레이를 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to easily reduce the size of the microlenses, to be easily manufactured at a relatively low cost and high control rate, and to provide a mold or a microlens array for a microlens having a desired curvature or a large numerical aperture. It is.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 마이크로렌즈 제조방법은,Microlens manufacturing method of the present invention for achieving this object,
마이크로 단위의 미세구조를 지닌 예비 플라스틱 제품을 예비성형 하는 단계;Preforming a preliminary plastic product having a microstructured microstructure;
상기 성형공정으로부터 플라스틱 제품의 예비성형이 완료되면 그 제품을 리플로우 방식에 의하여 곡률을 가지는 렌즈형상을 지닌 마스터로 제조하는 단계;When the preforming of the plastic product is completed from the molding process, manufacturing the product as a master having a lens shape having a curvature by a reflow method;
상기 리플로우 공정을 통해 렌즈 형상을 지닌 마스터의 제조가 완료되면 그 윗면에 전기주조를 실행하는 단계;Performing electroforming on an upper surface of the master having a lens shape through the reflow process;
상기 전기주조를 통하여 렌즈의 반대 형상을 지닌 몰딩인서트를 제작하는 단계;Manufacturing a molding insert having an opposite shape of a lens through the electroforming;
상기 몰딩인서트를 기초로 마이크로렌즈를 사출 및 압축성형하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 한다.Injection and compression molding the microlens based on the molding insert is characterized in that.
도 1은 마이크로렌즈 성형의 레지스트 리플로우법1 is a resist reflow method for microlens molding
도 2는 본 발명에 따른 마이크로렌즈의 성형 순서도2 is a molding flow chart of the microlens according to the present invention.
도 3은 본 발명에 따른 몰드인서트 구조물의 성형 과정을 도식적으로 나타낸 도면3 is a diagram schematically illustrating a molding process of a mold insert structure according to the present invention.
도 4는 본 발명에 따른 마이크로렌즈의 압축 성형의 예를 보인 순서도4 is a flow chart showing an example of compression molding of a microlens according to the present invention.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명** Description of the symbols for the main parts of the drawings *
1:고체촬상소자 2:포토레지스트1: solid-state image pickup device 2: photoresist
2a:레지스트 3:시드메탈층2a: resist 3: seed metal layer
4:전기주조되는금형 4a:전기주조된금형4: electro-molded mold 4a: electro-molded mold
5:마이크로렌즈5: microlens
이하, 본 발명을 도면을 참고로 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the present invention will be described with reference to the drawings.
도 2는 본 발명에 따른 마이크로렌즈의 성형 블록도이고, 도 3은 본 발명에 따른 몰드인서트 구조물의 성형 과정을 도식적으로 나타낸 것이며, 도 4는 본 발명에 따른 마이크로렌즈의 성형방법을 나타낸 것이다.FIG. 2 is a block diagram of a microlens according to the present invention, and FIG. 3 schematically illustrates a molding process of a mold insert structure according to the present invention, and FIG. 4 illustrates a method of molding a microlens according to the present invention.
본 발명에서는 플라스틱 등의 재료가 유리전이 온도이상으로 표면장력에 의해 곡면의 표면을 가지려 하는 성질을 이용하여 임의의 곡률을 가지는 렌즈형상의 마스터를 제작하고 이 마스터 면위에 전기주조를 통하여 렌즈면을 가지는 금형을 제조한 뒤 마이크로렌즈를 사출성형 및 압축성형을 통하여 대량생산하는 것을 목표로 한다.In the present invention, a lens-shaped master having an arbitrary curvature is produced by using a property such as plastic to have a curved surface by surface tension above the glass transition temperature, and the lens surface is formed by electroforming on the master surface. After manufacturing a mold having a microlens aims to mass production through injection molding and compression molding.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 마이크로렌즈의 가공을 위한 미세렌즈를 제작하기 위한 압축성형용 몰딩의 제조 흐름도이다.2 is a manufacturing flowchart of a compression molding for manufacturing a microlens for processing a microlens according to an embodiment of the present invention.
우선 마이크로 단위의 미세구조를 지닌 예비 플라스틱 제품을 예비성형한다(S20).First, preliminary molding of a preliminary plastic product having a microstructure of micro units (S20).
상기 성형공정으로부터 플라스틱 제품의 예비성형이 완료되면 그 제품을 리플로우 방식에 의하여 렌즈형상을 지닌 마스터를 제조한다(S21).When the preforming of the plastic product is completed from the molding process, the product is manufactured in a master having a lens shape by a reflow method (S21).
상기 리플로우 공정을 통해 렌즈 형상을 지닌 마스터의 제조가 완료되면 그 윗면에 전기주조를 실행한다(S22).When the manufacturing of the master having a lens shape is completed through the reflow process, electroforming is performed on the upper surface (S22).
상기 전기주조를 통하여 렌즈의 반대 형상을 지닌 몰딩인서트를 제작하여 미세렌즈를 몰딩한다(S23).Through the electroforming to produce a molding insert having the opposite shape of the lens to mold the fine lens (S23).
도 3은, 도 2의 스탭(S20~S23)에 따라 만들어지는 구조물을 도식적으로 나타낸 것이다.FIG. 3 schematically shows a structure made according to the steps S20 to S23 of FIG. 2.
S20의 예비성형단계에서 고체촬상소자(1)의 윗면에 포토레지스트(2)가 돌출된다.In the preforming step S20, the photoresist 2 protrudes from the top surface of the solid state image pickup device 1.
S21의 리플로우공정을 통해 고체촬상소자(1)의 윗면은 리플로우되어 곡률을 가지는 포토레지스트(2a)가 형성된다.Through the reflow process of S21, the top surface of the solid state image pickup device 1 is reflowed to form a photoresist 2a having a curvature.
S22의 전기주조를 통해 고체촬상소자(1)의 포토레지스트(2a) 상부에서 금형인서트(4)가 전기주조되며, 포토레지스트(2a)와 전기주조된 이 금형인서트(4)의 경계면을 따라 시드메탈층(3)이 형성된다.The mold insert 4 is electroformed at the upper portion of the photoresist 2a of the solid state imaging device 1 through the electroforming of S22, and seeded along the interface between the photoresist 2a and the mold insert 4 electroformed. The metal layer 3 is formed.
S23의 미세렌즈몰딩에서는 전기주조된 금형인서트(4a)를 통해 마이크로렌즈(5)가 형성된다.In the microlens molding of S23, the microlens 5 is formed through the electroformed mold insert 4a.
도 2와 같은 마이크로렌즈를 성형하기 위한 금형과 도 3과 같이 마이크로렌즈 성형을 위해 준비된 금형인서트를 통해 마이크로렌즈를 성형하는 방법은 다음과 같다.A method of molding a microlens through a mold for molding the microlens as shown in FIG. 2 and a mold insert prepared for molding the microlens as shown in FIG. 3 is as follows.
우선 렌즈형상에 가까운 볼록한 형상의 포토레지스트(2)가 있는 고체촬상소자(1)로 이루어진 기판을 준비한다. 재료는 가열시 유동성을 가지는 재료를 사용하는데 열가소성수지나 PR이 대표적이다. 가공방식은 전통적인 CNC 가공이라든지 PR을 기판 위에 스핀 코팅한 후에 포토작업을 통해 제작할 수 있다.First, a substrate made of the solid state image pickup device 1 having the convex photoresist 2 close to the lens shape is prepared. The material used is a material having fluidity when heated, and thermoplastic resin or PR is typical. The processing method can be manufactured by traditional CNC machining or photo-processing after spin coating the PR onto the substrate.
이렇게 준비된 예비마스터에 레이저를 통해 국부적으로 요철부에 유리전이 온도이상으로 가열해주면 요철부는 점성을 지닌 상태가 되며 이 경우 표면에서는 표면장력이 존재하게 되어 요철부 전체가 하나의 곡률반경을 지니는 곡면의 형태가 된다.In this way, the preliminary master is locally heated by the laser to the unevenness of the glass transition temperature, and the unevenness becomes viscous. Form.
현재의 기술은 이렇게 제작된 렌즈를 그대로 사용하는 방식이다. 이 방식은 대량생산의 측면이나 개연성, 재료의 제한 등의 문제가 존재한다.The current technology is to use the manufactured lens as it is. This method has problems in terms of mass production, probability, material limitation, and the like.
이렇게 만들어진 렌즈형의 마스터 위에 시드메탈층(3)을 씌우고 전기주조를 통해서 렌즈형상으로 파여지게 된 금형인서트(4a)를 제작하여 마이크로렌즈의 몰딩을 하게 된다. 즉 하나의 잘 만들어진 렌즈 마스터(금형인서트)만 만들면 이를 통해 대량생산이 가능한 몰드인서트를 제작하여 재료의 제약없이 성형할 수 있게 된다.The seed metal layer 3 is covered on the lenticular master thus formed, and a mold insert 4a which is excavated into a lens shape through electroforming is manufactured to mold the microlens. In other words, if only one well-made lens master (mold insert) is made, a mold insert that can be mass-produced can be manufactured and molded without material constraints.
본 발명에 따른 압축성형 금형을 사용하는 마이크로렌즈의 가공방법의 예는 도 4와 같은 일반적인 미세압축성형 또는 사출성형방법과 유사하다.An example of the microlens processing method using the compression molding mold according to the present invention is similar to the general microcompression molding or injection molding method as shown in FIG. 4.
도 2 및 도 3과 같은 제조방법을 통해 금형인서트(4a)가 준비되면 압축성형기에 장착하고(S30), 압축성형기에 장착된 금형의 캐비티내에 마이크로렌즈가 되는 기초재료를 넣는다(S31). 그 뒤 압축성형용 금형 상하판을 닫고 예압을 준다(S32). 여기서의 예압은 성형을 하기 위한 압력이 아니라 재료를 가공온도까지 빨리 도달하도록 하기 위하여 가열되는 금형과 접하게 하기 위함이다. 금형은 상하판을 균일하게 전기저항발열체를 설치하여 가열하게 되며 정해진 온도(플라스틱이나 바인더의 유리전이온도 이상 100℃~300℃)까지 상승하면 상하판에 압력을 가해 압축성형하게 된다(S33). 금형인서트의 미세구조체의 기계적 물성치(압축강도,파괴강도,전단강도)에 따라 압축압력 사용의 제약을 받지만 일반적으로 30MPa 이하의 압축응력으로 충분히 충분한 성형성을 가진다. 압축압력을 가한 뒤 금형의 가열은 끝나게 되고(S34), 냉각 및 보압 단계로 들어간다(S35). 냉각은 몰드내에 설치된 냉각라인을 통해 냉각을 하며 이 과정중에 제품의 수축에 따른 치수변화를 막기 위하여 압력을 풀지 않고 유지하여 보압을 주게 된다. 일정 온도 이하로 금형이 냉각되었을 때 압력을 서서히 낮춘다(S36). 이후 더욱 냉각이 진행되어(S37), 금형벽면과의 제품(마이크로렌즈)의 분리를 유도하면서 취출한다(S38).When the mold insert 4a is prepared through the manufacturing method as shown in FIGS. 2 and 3, the mold insert 4a is mounted (S30), and the base material, which is a microlens, is placed in the cavity of the mold mounted on the compression molding machine (S31). Thereafter, the upper and lower plates for compression molding are closed and preloaded (S32). The preload here is not the pressure for shaping, but the contact with the heated mold in order to reach the material quickly to the processing temperature. The mold heats the upper and lower plates by installing an electric resistance heating element uniformly, and compresses the upper and lower plates by applying pressure to the upper and lower plates when the temperature rises to a predetermined temperature (more than 100 ° C. to 300 ° C. above the glass transition temperature of the plastic or the binder) (S33). Depending on the mechanical properties (compressive strength, fracture strength, shear strength) of the microstructure of the mold insert, the use of compression pressure is restricted, but generally has sufficient moldability with a compressive stress of 30 MPa or less. After applying the compression pressure, the heating of the mold is finished (S34), and enters the cooling and holding step (S35). Cooling is performed through a cooling line installed in the mold. During this process, pressure is maintained by keeping the pressure free to prevent dimensional changes due to shrinkage of the product. When the mold is cooled below the predetermined temperature, the pressure is gradually lowered (S36). After further cooling proceeds (S37), taking out while inducing the separation of the product (microlens) with the mold wall surface (S38).
사용되는 미세 압축성형 금형은 마이크로 크기 이하의 구조체를 지닌 제품을 성형하는 방식으로 재료를 금형과 접한 상태에서 가열하여 재료가 유리전이온도 이상에서 유동성을 지니게 하여 금형에 압력을 가해 재료가 미세구조를 지니게 하는 방식이다. 여기서 금형은 금형 및 금형인서트를 포함하는 넓은 의미로서 사용되며, 그 재질은 금속재료외에 실리콘 등과 같은 재료도 가능하다.The micro-compression molding mold used is a method of forming a product having a structure of micro size or less, heating the material in contact with the mold to make the material flowable above the glass transition temperature, and applying pressure to the mold to make the material have a microstructure. It is the way to carry it. Here, the mold is used in a broad sense including a mold and a mold insert, and the material may be a material such as silicon in addition to the metal material.
본 발명에서 제시하는 금형은 미세 성형품의 성형에 적합하도록 설계된 금형으로 수mm이하의 제품의 후가공이 금형 내에서 이루어진다. 미세 성형에 쓰이는 미세몰드인서트는 LIGA나 건식 또는 습식 식각에 의한 실리콘 마이크로머시닝(Silicon micro-machining)에 의해 만들어진 미세구조를 전기도금(전기주조, electroforming,electroplating)을 통해 복제하여 사용하거나, 건식, 습식 식각에 의해 제작된 미세구조를 지닌 실리콘기판을 사용하는 것이다. 미세부품의 대량생산에 적합한 미세 압축성형은 충격하중을 적고 사출성형에서보다 저압으로 성형이 가능하기 때문에 충분히 실리콘 기판을 몰드인서트로 사용할 수 있다. 또한 실리콘 기판위에 금속 구조물을 증착하여 사용할 수도 있다. 사용가능한 성형재료는 플라스틱,메탈,세라믹 등의 분말과 필요에 따라서는 바인더(binder)의 사용까지 가능하다.The mold proposed in the present invention is a mold designed to be suitable for molding a fine molded product, and post-processing of a product of several mm or less is performed in the mold. Micromolded inserts used for microforming can be used by replicating microstructures made by LIGA or silicon micro-machining by dry or wet etching through electroplating (electroforming, electroplating, electroplating), dry, Silicon substrates with microstructures produced by wet etching are used. Micro-compression molding suitable for mass production of micro components can use silicon substrates as mold inserts sufficiently because they can be molded at a lower pressure than in injection molding. It is also possible to deposit and use a metal structure on a silicon substrate. The molding materials that can be used are powders of plastics, metals, ceramics, and the like, as well as the use of binders if necessary.
마이크로렌즈의 압축성형 공정에 의하면 기존의 미세부품의 생산공정에 비해 간단한 공정이며 대량생산이 가능한 장점을 가진다.According to the compression molding process of the microlenses, it is a simple process and a mass production is possible as compared to the existing microparts production process.
이러한 방법을 통해 반구형 렌즈, 플라이아이 렌즈 및 수정체 렌즈와 같은 마이크로렌즈, 광픽업렌즈 등의 제조가 가능하다.Through this method, it is possible to manufacture microlenses such as hemispherical lenses, fly-eye lenses, and lens lenses, and optical pickup lenses.
제품간의 치수편차를 줄이고 저가 제조가 가능하다. 렌즈들 간의 간격에 비해 렌즈의 직경을 크게 하여 큰 개구수(NA:Numerical Aperture)를 갖는 렌즈의 설계도 가능하다. 대규모의 제조장치 없이도 넓은 영역의 마이크로렌즈 어레이를 제조할 수 있다.It is possible to reduce the dimensional deviation between products and to manufacture at low cost. It is also possible to design a lens having a large numerical aperture (NA) by increasing the diameter of the lens as compared with the distance between the lenses. A large area microlens array can be manufactured without a large manufacturing apparatus.
초점 길이와 같은 렌즈의 품질 변화가 적고 이온교환방법이나 레지스트 리플로우 방법에 비해 상대적으로 제조 단가가 낮다.The change in the quality of the lens such as the focal length is small and the manufacturing cost is relatively lower than the ion exchange method or the resist reflow method.
이와 같은 본 발명에 의하면, 마이크로렌즈를 몰딩해서 재생할 수 있어 마이크로렌즈를 낮은 단가로 제조할 수 있으며, 이온교환방법과는 대조적으로 열팽창계수 차이에 따른 얼라인먼트 에러 및 비틀림의 문제를 해결할 수 있다.According to the present invention, the microlenses can be molded and reproduced, so that the microlenses can be manufactured at a low unit cost, and in contrast to the ion exchange method, the problem of alignment error and torsion due to the difference in thermal expansion coefficient can be solved.
또한 수백 마이크론 이하의 직경 및 최상의 구형부분에서 200㎛이하 또는 그 이상의 곡률반경을 갖는 마이크로렌즈를 정확하게 성형할 수 있으며 그 신뢰성도 증대된다.In addition, microlenses with a radius of curvature of less than 200 μm or more at diameters of several hundred microns and at the best spherical portions can be accurately molded and their reliability is increased.
또한 몰딩을 통하여 낱개단위의 제조가 가능하여 여러소자에 응용 폭이 넓다.In addition, it is possible to manufacture individual units through molding, so the application range is wide for many devices.
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