KR20070102666A - 미세구조체를 성형하는 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

미세구조체의 어레이를 미세성형하는 방법은, 돌기(620)의 어레이를 갖는 펀치를, 이 펀치(620)와 다이(630) 사이에 배치된 소재(640)의 시트 쪽으로 전진시키는 단계; 소재(640)의 시트를 적소에 유지하기 위한 홀더를 제공하는 단계; 및 펀치(620) 상의 돌기로 소재(640)의 시트를 천공하여 소재(640)의 시트 상에 미세구조체의 어레이를 성형하는 단계를 포함하되, 각 돌기(625)는 소재(640)의 시트가 대응하는 미세구조체로 변형되도록 하는 형태로 되어 있다.

Description

미세구조체를 성형하는 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR FORMING MICROSTRUCTURES}

본 발명은 미세구조체의 어레이를 미세성형(microforming)하는 방법 및 장치에 관한 것이다.

가령, 마이크로니들(microneedle) 같은 미세구조체는 다수의 상이한 기술분야에서 사용되고 있다. 예를 들면, 피하 주사 및 경구 투여는, 그들의 신속성, 유효성 및 직진성으로 인해서, 인간의 신체에 약제를 투여하기 위해 가장 일반적으로 실시된다. 이들 방법의 일부 단점은 초기 급상승 농도, 피하주사로 인한 외상, 소화관에서의 약제의 손상, 또는 약제가 경구적으로 투여될 때 목표 기관외 다른 신체의 일부에서 일어나는 합병증을 포함한다. 한편, 경피 약제 전달, 대안적인 피하 주사 또는 정맥내 주사는 인간의 신체에 약제를 투여하기 위한 무통 수단이다. 이 대안적인 약제 전달 수단은 약제가 소화관 내에서 부서지거나 간에 의해 즉시 흡수되는 것을 방지한다. 종래의 경피 약제 전달용 제품은 대개 환자의 이동성을 제한함이 없이, 장기간의 약제 전달을 위해서 인간의 신체에 부착할 수 있는 패치 형태로 만들어진다. 이들 제품은 대개 불침투성의 이형지와 약제 전달의 정상 상태 속도를 조절하는 박막의 표면 사이에 개재된 약제 저장소를 갖는다. 기존의 경피 약 제 전달에 대한 일부 용도로는 운동 멀미 방지용 스코폴라민, 금연을 돕는 니코틴 패치, 관상동맥 협심증 치료용 니트로글리세린 및 호르몬 보충용 에스트로겐이 있다.

경피 약제 전달계는 능동 운반계 및 수동 확산계로 대별할 수 있다. 능동 전달계는 피부 보호제를 가로질러 인간의 신체 내로의 약제의 전이 증가를 위한 전리요법, 전기 천공법, 초음파 같은 외적인 방법을 혼용한다. 이들 방법은 약제의 흡수를 향상시키기 위해, 전기적 수단이나 고주파 전기 펄스의 적용, 또는 피부로의 음파에 의한 약물의 확산을 증대시킨다. 상술한 방법을 실행하기 위한 통상적인 디바이스는 높은 장비 및 운전 코스트와 휴대형 전기장비를 제공하기 위해 수반되는 불편함으로 인해서 상업적으로 성공하지는 못하였다.

상술한 경피 부착포는 그의 기능이 피부 내로 및 피부를 통한 화학 약품의 확산을 토대로 하며 피부의 공극률, 약제 분자의 크기 및 극성, 각질층(사람 피부의 최외층)에 걸친 농도 구배 등과 같은 파라미터에 따라 달라진다. 일반적으로, 종래의 경피 패치는 피부를 통한 패치로부터의 약제 확산속도가 낮은 단점이 있다.

확산속도를 높이는 하나의 방법으로는 피부(각질층)의 파괴에 의해 확산벽을 무너뜨리는 것이 있다. 이것은 가령, 마이크로니들 어레이 같은 중실 또는 중공의 날카로운 돌기를 이용하여, 피부를 긁거나 직접 천공하여 실행할 수 있다. 이것은 경피 약제 전달에서 일반적으로 직면하는 낮은 확산 문제를 해결하거나 개선하기 위한 효과적이면서 저렴한 방법이다.

마이크로니들 어레이를 생산하기 위한 종래의 방법은, 가령 금속 증착 및 사 출성형과 관련하여 실리콘 기판을 사용하는 단계를 포함한다. 그러한 방법은 높은 제조 코스트 및 시간을 수반하며 대량생산에는 부적합하다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 미세구조체의 어레이를 미세성형하는 방법이 제공되며, 이 방법은 돌기의 어레이를 갖는 펀치를, 이 펀치와 다이 사이에 배치된 소재의 시트 쪽으로 전진시키는 단계; 소재의 시트를 적소에 유지하기 위한 홀더를 제공하는 단계; 및 펀치 상의 돌기로 소재의 시트를 천공하여 소재의 시트 상에 미세구조체의 어레이를 성형하는 단계를 포함하되, 각 돌기는 소재의 시트가 대응하는 미세구조체로 변형되도록 하는 형태로 되어 있다.

상기 미세구조체는 마이크로니들일 수 있다.

이 방법은 미세성형 동안에 각각의 미세구조체 영역에서 소재의 시트 상에 실질적으로 일정한 반작용 서포트를 제공하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.

상기 실질적으로 일정한 반작용 서포트는 다이에 의해 제공될 수 있다.

상기 다이는 변형가능한 다이일 수 있다.

상기 펀치의 종횡비는 소재 시트의 주어진 두께에 대해, 미세구조체의 성형 동안에 소재의 시트에서 평면 응력이 감소되거나 회피되도록 선택할 수 있다.

각 미세구조체는 중실 팁(solid tip)으로 성형될 수 있다.

각 미세구조체는 그의 팁에 구멍이 성형될 수 있다.

상기 펀치의 각 돌기의 팁의 곡률은 소재 시트의 주어진 두께에 대해서, 미세성형의 초기 단계에서 구멍 또는 균열이 생성되도록 선택할 수 있으며, 상기 구멍 또는 균열은 이후 미세성형 동안에 팽창되어 각 미세구조체의 팁에 개구를 만든다.

상기 변형가능한 다이는 변형 후에 부분적으로 또는 실질적으로 복원되는 소재로 제조할 수 있다.

상기 소재는 반결정성 중합체 물질을 포함할 수 있다.

상기 변형가능한 다이는 고밀도 폴리에틸렌(HDPE), 폴리프로필렌(PP), 테플론(폴리테트라 플루오로에틸렌, PTFE) 및 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)로 이루어진 군으로부터 선택된 소재로 제조할 수 있다.

상기 방법은 펀치에 고체 윤활제를 도포하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.

고체 윤활제는 테라헤드럴-비정질 탄소(terahedral-amorphous carbon, Ta-C) 코팅을 포함할 수 있다.

상기 방법은 미세구조체의 경화를 위해서 각각의 미세구조체의 내부면을 코팅하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.

상기 코팅 단계는 전기도금 공정을 포함할 수 있다.

상기 전기도금공정은 니켈 도금을 포함할 수 있다.

상기 소재의 시트는 스틸, 알루미늄 1100 및 구리(99%)로 이루어진 군으로부터 선택된 금속 소재일 수 있다.

본 발명의 제 2측면에 따르면, 미세구조체의 어레이를 미세성형하는 장치가 제공되며, 이 장치는 돌기의 어레이를 갖는 펀치; 다이; 및 미세성형 동안 적소에서 소재의 시트를 유지하기 위한 홀더를 포함하고, 각 돌기는 소재의 시트가 대응하는 미세구조체로 변형되도록 하는 형태로 되며, 상기 소재의 시트는 돌기의 어레이로 펀칭되어 미세구조체의 어레이를 성형한다.

상기 미세구조체는 마이크로니들일 수 있다.

미세성형 동안에 각각의 미세구조체 영역에서 소재의 시트에 실질적으로 일정한 반작용 서포트가 제공될 수 있다.

상기 실질적으로 일정한 반작용 서포트는 다이에 의해 제공될 수 있다.

상기 다이는 변형가능한 다이일 수 있다.

상기 펀치의 종횡비는 소재 시트의 주어진 두께에 대해, 미세구조체의 성형 동안에 소재의 시트에서 평면 응력이 감소되거나 회피되도록 선택할 수 있다.

각 미세구조체는 중실 팁으로 성형될 수 있다.

각 미세구조체는 그의 팁에 구멍이 성형될 수 있다.

상기 펀치의 각 돌기의 팁의 곡률은 소재 시트의 주어진 두께에 대해서, 미세성형의 초기 단계에서 구멍 또는 균열이 생성되도록 선택할 수 있으며, 상기 구멍 또는 균열은 이후 미세성형 동안에 팽창되어 각 미세구조체의 팁에 개구를 만든다.

상기 변형가능한 다이는 변형 후에 부분적으로 또는 실질적으로 복원되는 소재로 제조할 수 있다.

이 소재는 반결정성 중합체 물질을 포함할 수 있다.

상기 변형가능한 다이는 고밀도 폴리에틸렌(HDPE), 폴리프로필렌(PP), 테플론(폴리테트라 플루오로에틸렌, PTFE) 및 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)로 이루어진 군으로부터 선택된 소재로 제조할 수 있다.

상기 펀치에는 고체 윤활제를 도포할 수 있다.

상기 고체 윤활제는 테라헤드럴-비정질 탄소(terahedral-amorphous carbon, Ta-C) 코팅을 포함할 수 있다.

상기 장치는 미세구조체의 경화를 위해서 각각의 미세구조체의 내부면을 코팅하는 수단을 추가로 포함할 수 있다.

상기 코팅은 전기도금 공정을 포함할 수 있다.

상기 전기도금공정은 니켈 도금을 포함할 수 있다.

상기 소재의 시트는 스틸, 알루미늄 1100 및 구리(99%)로 이루어진 군으로부터 선택된 금속 소재일 수 있다.

도 1(a)는 일 실시예에 따른 마이크로니들을 성형하는 장치의 분해 사시도;

도 1(b)는 도 1(a)에 도시한 장치의 사시도;

도 2(a)는 다른 실시예에 따라서 밀링에 의해 제조되는 펀치를 나타낸 도면;

도 2(b)는 도 2(a)에 있어서의 다수의 펀치를 나타낸 도면;

도 2(c)는 다른 실시예에 따라 EDM에 의해 제조되는 펀치를 나타낸 도면;

도 2(d)는 다른 실시예에 따라 정밀 와이어컷팅에 의해서 제조되는 6×6 펀치의 입체도;

도 2(e)는 도 2(d)에 있어서의 펀치 어레이의 측면도;

도 (3a) 내지 도 3(e)는 다른 실시예에 따른 미세성형에 의해 마이크로니들 을 제조하는 공정 흐름의 개략도;

도 4는 다른 실시예에 따른 약 1.2의 종횡비를 갖는 마이크로니들의 주사형 전자현미경(Scanning Electron Microscope, SEM) 사진;

도 5는 다른 실시예에 따른 마이크로니들의 SEM 사진;

도 6(a) 내지 도 6(e)는 다른 실시예에 따라서 미세성형에 의해 마이크로니들을 제조하는 공정 흐름의 개략도;

도 7(a) 내지 도 7(e)는 다른 실시예에 따라서 미세성형에 의해 마이크로니들을 제조하는 공정 흐름의 개략도;

도 8(a)는 다른 실시예에 따른 마이크로니들의 SEM 사진;

도 8(b)는 도 8(a)에 있어서의 마이크로니들의 확대 사진;

도 9(a)는 다른 실시예에 따라서 성형한 마이크로니들의 어레이를 나타내는 사진;

도 9(b)는 다른 실시예에 따라서 성형한 마이크로니들의 어레이를 나타내는 사진;

도 10(a) 및 도 10(b)는 각각 다른 실시예에 따른 마이크로니들의 사시도 및 단면도를 나타내는 사진;

도 11(a) 및 도 11(b)는 각각 다른 실시예에 따른 마이크로니들의 사시도 및 단면도;

도 12(a) 및 도 12(b)는 각각 다른 실시예에 따른 마이크로니들의 사시도 및 단면도;

도 13(a) 및 도 13(b)는 각각 다른 실시예에 따른 마이크로니들 어레이의 평면도 및 등각도의 사진;

도 14(a) 및 도 14(b)는 1 내지 1.5 범위의 종횡비를 갖는 와이어컷팅 펀치 어레이에 의해서 성형된 마이크로니들 어레이의 예를 나타낸 도면;

도 15(a) 내지 도 15(c)는 각각 다른 실시예에 따른 전체 마이크로니들, 마이크로니들의 바닥부 및 마이크로니들의 팁(정점)의 단면을 나타내는 SEM 사진;

도 16(a)는 다른 실시예에 따른 마이크로니들의 단면에 대한 SEM 사진;

도 16(b)는 다른 실시예에 따른 마이크로니들의 단면에 대한 SEM 사진;

도 17(a) 내지 도 17(c)는 알루미늄 시트의 상이한 두께 및 펀치 기하학적 형상을 이용하여 제조한 중공 마이크로니들의 예를 나타내는 SEM 사진;

도 17(d)는 다른 실시예에 따른 도 17(c)에 도시한 중공 마이크로니들의 등각도;

도 18(a) 내지 도 18(d)는 다른 실시예에 따라서 마이크로니들을 제조하는 공정을 나타내는 개략도;

도 19(a)는 도 18(a) 내지 도 18(d)의 실시예에 따라서 성형한 마이크로니들 어레이를 나타낸 도면;

도 20(a) 내지 도 20(c)는 각각 미세성형에 의해 제조한 3개의 실패(failure) 모드, 즉 캡 모드, 왕관 모드 및 분화구 모드를 나타낸 도면;

본 발명의 실시예는 첨부 도면을 참조하여 단지 예로서 주어지는 다음의 실 시예로부터 당업자라면 보다 쉽게 이해할 수 있을 것이며 용이하게 명백해질 것이다.

일반적으로, 기술한 실시예는 미세성형을 이용하여, 가령 마이크로니들 같은 미세구조체를 제조하는 것에 관한 것이다. 마이크로니들은 어레이의 형태일 수 있으며, 약제를 살아 있는 유기체에 투여하거나 살아 있는 유기체로부터 체액을 추출하기 위해 경피 약제 전달계에서 사용할 수 있다.

미세성형은 1㎜ 이내의 범위 내에서 적어도 2차원으로, 금속 성형에 의해 부품이나 구조체를 제조하는 것으로 정의될 수 있다. 일반적으로, 미세성형은 통상적인 금속 성형공정의 규모축소로 볼 수 있으며, 둘다 4개의 주요 구성품, 즉 관련 소재, 사용 공구, 실행 공정 및 사용 기계로 특징지을 수 있다. 관련 소재는 중요한 인자이다. 통상적인 금속 성형의 규모축소와 관련한 관련 소재의 문제는 자체 소형화와 밀접하게 결부되어 있다: (a)미세구조체는 가령, 공정의 규모에 영향을 받지 않으며; (b)표면의 지형학은 변하지 않는다. 이들 인자는 입자 사이즈나, 소형화에 의한 표면의 변화 같이, 부품의 치수 대 미세구조체의 파라미터의 비인 소위 사이즈 효과를 가져온다. 이들 인자는 모두 미세성형 분야에서 통상적인 금속성형 공정에 대한 노하우의 적용을 막거나 방해한다.

미세성형의 기술적인 의미는 유동 응력, 수직 평균 이방성 및 연성이 감소되어, 성형성의 한계를 점차 감소시키는 데 있다. 또한 연구를 통해서 오일을 갖는 윤활제의 경우에 소형화로 인해 마찰이 증가되는 것을 보였으며, 마찰은 건조 성형의 경우, 사이즈에 영향을 받지 않는다.

미세성형을 위해 사용한 장치(10)의 실시예가 도 1(a) 및 도 1(b)에 도시되어 있다. 도 1(a)는 장치(10)의 분해 사시도를 나타낸다. 장치(10)는 펀치(20), 홀더(30) 및 다이(40)를 포함한다. 이 실시예에 있어서, 펀치(20), 홀더(30) 및 다이(40)는 원통형이다. 그러나, 이들은 임의의 다른 형상을 가질 수 있음을 이해해야 한다. 도 1(b)는 펀치(20), 홀더(30) 및 다이(40)가 함께 조립되었을 때의 장치(10)의 사시도의 단면을 나타낸다. 장치(10)는 가령, 압인기나 심지어 손과 같은 다양한 수단에 의해서 작동될 수 있다. 또한, 보다 정밀한 방식으로 제조 절차를 실행하기 위해서 장치(10)의 작동에 서보 프레스기를 이용할 수 있다. 서보 프레스기의 작동 범위의 예로는 펀치 하중에 대해 5N 내지 500N 및 펀치 속도에 대해 0.1㎜/s 내지 35㎜/s 일 수 있다. 펀치 하중 및 펀치 속도는 원하는 마이크로니들의 사이즈와 관련해서 증가될 수 있다.

펀치(20)와 다이(30)는 가령, 밀링, 방전 가공(electro-discharge machining, EDM), 또는 정밀 와이어컷팅 같은 다양한 방법으로 제조할 수 있다. 다이(30)는 가령, 와이어컷팅에 의해서 다이 내에 관통 구멍을 형성할 수 있다. 한편, 다이 내에 관통 구멍이 없어도 되는 경우는, EDM으로 다이를 제조할 수 있다.

도 2(a)는 다른 실시예에 따라 밀링에 의해 제조된 원추형상 돌기(225)를 갖는 펀치(220)를 나타낸다. 펀치(200)의 표면 다듬질은 일관된 결과를 얻는데 충분한 것을 알 수 있었으며, 이는 전형적으로 마이크로니들(또는 미세구조체)의 성형 후에 펀치의 수축에 크게 영향을 받는다. 예를 들면, 통상적인 CNC 밀링 다듬질로 얻어진 표면 거칠기(표면 다듬질)는 가령, 약 500 마이크론 이상의 보다 큰 치수를 갖는 최상의 용도를 만족시킨다. 가령, 약 100 마이크론 이하인 구조체를 성형하기 위해서, 요구되는 평균 표면 거칠기는 약 0.1 마이크론 이하임을 알 수 있다. 또한, 고체 윤활제가 사용되면, 표면 거칠기의 요건은 약 0.5 내지 0.1까지 완화될 수 있다. 펀치(220)의 어레이는 도 2(b)에 도시한 바와 같이, 펀치 홀더(230)에 펀치(220)를 장착하기 전에 따로따로, 각각의 펀치(220)를 밀링 및 트리밍 가공하여 얻을 수 있다. 이 실시예에 있어서, 펀치 홀더(230)에는 4개의 펀치(220)가 장착되어 2×2 펀치 어레이(220)를 형성한다. 도 2(c)는 다른 실시예에 따라서, EDM에 의해 제조한 펀치(250)를 나타낸다. EDM으로 제조한 펀치(250)의 표면 다듬질은 밀링이나 정밀 와이어컷팅과 비교하여 적절하였음을 알 수 있었다.

도 2(d) 및 도 2(e)는 각각 다른 실시예에 따라서, 정밀 와이어컷팅에 의해 제조한 6×6 펀치 어레이(260)의 입체도 및 측면도를 나타낸다. 펀치(265)는 3번의 컷팅 통과로 제조되며, 각 펀치(265)의 바닥 및 높이의 대략적인 크기는 각각 0.25㎜ 및 0.75㎜이다. 와이어컷팅 공정은 펀치(265)의 바닥 및, 따라서 사용한 와이어의 반경으로 인한 마이크로니들의 바닥(도 2(a) 내지 도 2(e)에는 도시하지 않음)에 대해서 고유의 유한 곡률을 제공한다. 그럼에도 불구하고, 니들의 외측 바닥에서 이들 반경은, 도 2(b)에서 볼 수 있는 바와 같이, 날카로운 모서리를 없앰으로써 펀치의 구조를 보강한다. 본 실시예에 있어서, 펀치(및 따라서 다이)는 테이퍼진 벽을 지녀, 미세성형 동안 펀치의 후퇴를 허용한다. 또한, 성형에 따라서 블랭킹이나 천공 공정이 수행됨에 따라서, 소재를 펀치의 형상으로 소성 변형시켜 일치되도록 하기 위해서 펀치 벽을 어느 정도의 테이퍼로 만들 필요가 있다.

상술한 실시예에 있어서, 펀치는 실질적으로 원형 단면을 갖는다. 그러나, 용도에 따라서는 가령, 삼각형, 직사각형 또는 팔각형 등의 다양한 형상도 가능하다.

도 3(a) 내지 도 3(e)는 다른 실시예에 따라서, 미세성형에 의해 마이크로니들을 제조하는 공정 흐름의 개략도이다. 금속시트(340)는 펀치 어레이(320)와 고정 다이(330) 사이에 배치된다. 홀더(310)는 금속 시트(340)의 상부에 놓여져서 미세성형 공정 동안에 금속시트(340)의 이동을 막고 금속시트(340)의 주름을 방지한다. 금속 시트(340)를 추가적으로 구속하여 감김 및 주름을 방지하기 위해서, 고정 다이(330)에 대한 금속시트(340)의 추가적인 클랭핑(도시 생략)이 필요할 수도 있다. 금속시트(340)는 스틸 304, 알루미늄 1100 및 구리(99%)와 같은 금속 소재로 제조할 수 있다. 금속 시트(340)는, 이 금속 시트(340)의 최단 길이가 다이(330) 직경의 대략 5배를 초과하는 방식으로 작용 영역(다이(330)의 직경)을 충분히 덮거나 감싸야 한다.

타격기(ram)(350)는 도 3(b)에 도시한 바와 같이, 적절한 속도로 펀치 어레이를 하강시키고, 이어서 금속 시트(340) 상에 마이크로니들(345)의 어레이를 성형하도록 설정된다. 이 실시예에 있어서, 펀치(320)는 원추형 돌기(325)의 어레이를 가지며, 다이(330)는 펀치(320) 상의 원추형상 돌기(325)와 대응하는 음각(negative) 패턴을 갖는다. 성형된 마이크로니들(345)의 기하학적 형상은 펀치(320)와 다이(330)의 기하학적 형상과 대응한다. 금속 시트(340) 상에 마이크로니들(345)을 성형한 후에, 펀치(320)는 타격기(350)에 의해 후퇴한다. 성형된 마 이크로니들(345)의 어레이를 갖는 금속 시트(340)가 다이 상에 남아 있도록, 펀치(320)는 도 3(c)에 도시한 바와 같이 후퇴할 수 있다. 도 3(d)에 도시한 바와 같이, 홀더(310) 및 마이크로니들(345)의 성형된 어레이를 갖는 금속 시트(340)가 펀치(320) 상에 유지되도록 해서 펀치(320)를 후퇴시킬 수도 있다. 결국, 성형된 마이크로니들(345)은 장치의 설계 및 변동요인에 따라서 펀치 어레이(320) 또는 고정 다이(330)로부터 분리할 수 있다(도 3(e)). 보다 큰 마이크로니들 어레이에 대해서는 보다 큰 펀치 하중이 필요할 수 있음을 주목해야 한다. 펀치 하중의 증가는, 성형되는 마이크로니들 어레이 내의 마이크로니들의 수에 거의 비례한다.

후퇴 행정 동안에 성형된 마이크로니들(345)이 손상될 수 있으므로 펀치의 후퇴에 있어서 마찰은 중요한 역할을 한다. 펀치의 후퇴에 의해서 마이크로 니들이 손상되는 것을 방지하기 위해서, 펀치에 윤활제 코팅을 도포할 수 있다(도시 생략).

다른 실시예에 있어서, 약 2 마이크론의 두께를 갖는 몬드형 탄소 코팅인 Ta-C와 같은 고체 윤활제가 펀치에 도포된다. 도 4는 다이(도시 생략)로서 약 6㎜ 두께의 고밀도 폴리에틸렌(HDPE) 패드를 이용하여, 약 0.15㎜ 두께의 알루미늄 시트(순도 99%) 상에 형성되는 약 1.2의 종횡비를 갖는 마이크로니들(410)의 주사형 현미경(SEM) 사진을 나타낸다. 펀치(도시 생략)의 높이는 약 1.5㎜인 한편, 바닥 직경은 1㎜ 였으므로, 약 1.5의 종횡비(펀치 팁의 라운드 가공 후에, 실제 높이는 대략 1.45㎜이다)를 제공한다. 펀치 팁의 라운드 가공으로 개구 또는 균열로 인한 지연 및 구멍 확장 공정 없이도 중실 마이크로니들이 얻어진다.

도 5는 다른 실시예에 따라서 성형된 마이크로니들(510)의 SEM 사진으로, 마이크로니들(510)의 푸트(foot) 반경 상의 역(retro) 펀칭효과를 나타내며, 이것은 강제로 긁힘으로써 "과에칭 효과(over-etched effect)를 남긴다. 마이크로니들(510)은 바닥직경이 약 0.15㎜이고, 높이가 약 1㎜의 치수를 갖는 펀치(도시 생략)가 가압되는 약 0.15㎜ 두께의 알루미늄 시트(순도 99%)를 이용하여 성형되었다. 마이크로니들(510)의 내부면 바닥에 모이는 스트립은 연마 공정 동안에 발생되어 집적된 절삭칩형 부산물이다. 다음에 성형된 마이크로니들(510)은 암 펀치(도시 생략)에 의해서 역으로 펀칭되며, 이것은 본질적으로 테이퍼진 중공이 되었다. 역 펀칭단계는 마이크로니들(510)의 푸트 반경을 크게 감소시키며, 따라서 약 1.4의 종횡비를 갖는 마이크로니들(510)이 만들어진다. 이러한 치수의 상당한 감소에도 불구하고, 마이크로니들(510)의 두께는 치료 및 피부 침투 동안에 기계적인 하중을 견디기에 충분히 크다. 또한, 이것은 피부 침투를 용이하게 하기 위해 미세성형된 마이크로니들이 어떻게 그들의 후방면 상에 추가로 패터닝될 수 있는지도 보여준다. 예를 들면, 피부 침투를 용이하게 하기 위해서 각 마이크로니들의 외부면 상에, 마이크로니들을 날카롭게 만드는 파형 미세라인 또는 다른 패턴을 형성하거나 새겨넣을 수 있다.

도 6(a) 내지 도 6(e)는 다른 실시예에 따라서, 미세성형에 의해 마이크로니들을 제조하는 공정 흐름의 개략도이다. 이 실시예에 있어서, 도 3(a) 내지 도 3(e)의 고정 다이(330)는 변형가능한 다이(630)로 대체되었다. 변형가능한 다이(630)는 예를 들면, 통상적으로 분해에 대해 보다 강하고 보다 내성이 크며, 다 공성 고분자에 비해서 열에 의해 연화되는, 고밀도 폴리에틸렌(HDPE), 폴리프로필렌(PP), 테플론(폴리테트라 플루오로에틸렌, PTFE) 및 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 등과 같이 변형가능한 반결정성 중합체인 유연한 소재로 만들어진 시트의 형태로 제조할 수 있다. 변형가능한 다이(630)에 사용한 소재는 변형가능한 다이(630)의 재사용을 가능케 하기 위해 펀치(620)에 의해서 천공된 후에 부분적으로 또는 실질적으로 회복되어야 함을 이해해야 한다. 변형가능한 다이(630)는 펀치(620)가 전진함에 따라서 소재의 연속적인 흐름을 허용하며, 따라서 미세성형 공정 동안에 연신에 의해 마이크로니들(645)의 목이 좁아지는 넥킹(necking)을 막을 수 있다. 도 3(a) 내지 도 3(e)에 도시한 고정 다이(330)와 비교해서, 펀치(620) 상의 돌기(625) 형상의 음각을 미세성형 전에 변형가능한 다이(630) 상에 형성할 필요는 없다.

펀치(620)는 가령, Ta-C 같은 고체 윤활제로 도포할 수 있다. 펀치(620)가 하강하여 도 6(b)에 도시한 바와 같이, 변형가능한 다이(630) 상에 안착되는 금속 시트(640)에 대해서 가압된다. 이와 동시에, 변형가능한 다이(630)는 펀치(620)에 의해서 천공되어 펀치(620) 상의 돌기(625) 형상의 음각에 대응하여 공동(635)을 형성한다. 마이크로니들(645)의 전체 길이가 얻어지면, 펀치(620)의 운동은 정지된다. 마찬가지로, 성형된 마이크로니들(645)은 공정의 설계 및 변동요인에 따라서 펀치(620)나 변형가능한 다이(630)로부터 분리할 수 있다. 성형된 마이크로니들(645)의 제거에 대한 용이성은 성형 압력 및 변형가능한 다이(630)와 금속 시트(640)에 사용한 중합성 물질의 특성에 따라서 달라진다. 비록 변형가능한 다 이(630) 내에 공동(635)이 영구적으로 형성되더라도, 공동(635)은 변형가능한 다이(630)의 재사용을 가능케하기에 충분히 수축 및 회복된다. 이것은 변형가능한 다이(630)에 사용한 소재의 본성으로 인한 것이다.

도 7(a) 내지 도 7(e)는 다른 실시예에 따라서, 미세성형에 의해 마이크로니들을 제조하는 공정 흐름의 개략도이다. 이 실시예에 있어서, 고체 윤활막이 형성된 펀치(720)는 중합성의 변형가능한 다이(730) 상에 배치되는 금속 시트(740)에 대해 가압된다. 마이크로니들(745)의 전체 길이가 얻어진 후에, 도 7(c) 및 도 7(d)에 도시한 바와 같이, 금속 시트(740)의 나머지로부터 성형된 마이크로니들 어레이(748)를 타출하기 위해 추가적으로 가하는 압력에 의해서, 펀치(720)는 더 전진한다. 성형된 마이크로니들 어레이(748)은 공정 설계 및 변동요인에 따라서, 후퇴한 펀치(720)(도 7(c))에 부착되어 있거나, 변형가능한 다이(730)(도 7(d)) 상에 남아 있으며, 이어서 제거되어 도 7(e)에 도시한 바와 같은 마이크로니들 어레이(748)가 얻어지게 된다.

통상적인 금속 성형에서 주로 행해지는 다이의 2가지 역할로는, 특히 다이 쇼울더에서 블랭크를 3차원 구조체로 변형하는 것 및/또는 아이언 효과에 의해 소재의 정확한 박막화를 보증하기 위해 성형 공정 동안에 구조체의 측면몸체에서 "아이언 보드(iron board)"로서 작용하는 것이 있으며, 일반적으로 미세성형에는 가해지지 않는다는 것을 알 수 있다. 펀치의 설계, 특히 펀치의 종횡비 및 마이크로니들의 성형에 사용한 소재 시트의 두께에 따라서 마이크로니들의 성형이 달라지는 것을 알 수 있다. 또한, 소재 시트 상의 반작용 서포트는 성형 공정 동안에 마이크 로니들의 영구 고장을 지연시키는 것을 알 수 있다. 일반적으로, 비록 얇은 소재 및 두꺼운 소재 시트 모두 미세성형 동안에 펀치와 소재 시트 간의 접촉면에서 펀치의 기하학적 형상에 충실히 따르지만, 두꺼운 소재의 시트에 비해서 얇은 소재의 시트 쪽이 마이크로니들의 외부면에서 펀치 기하학적의 형상과 일치하는 개선된 형상을 가져오는 것을 알 수 있다. 일반적으로, 소재 시트의 두께가 펀치 높이보다 약 5 내지 10배 작으면, 소재 시트는 얇은 것으로 생각된다.

미세성형 동안에 소재 시트 상의 일정한 반작용 서포트는 가령, 도 6(a) 내지 6(e) 및 도 (a) 내지 도 7(e)의 실시예에서 상술한 바와 같이, 변형가능한 다이(630, 730)에 의해 제공될 수 있다. 도 8(a)는 약 3과 동일한 종횡비(펀치의 후퇴 없이)를 갖는 펀치(도시 생략)를 사용하여 약 0.2㎜ 두께의 알루미늄 시트(1100)를 이용하여 성형한 마이크로니들(850)의 실시예에 대한 SEM 사진을 나타낸다. 도 8(b)는 대략적으로 표시한 치수를 갖는 마이크로니들(850)의 확대한 사진이다. 펀치의 후퇴 동안에 마이크로니들(850)에 손상을 야기할 수 있는 마찰의 감소를 위해서, 펀치 상에 가령, 테라헤드럴-비정질 탄소 코팅 같은 다이아몬드형 탄소 등의 고체 윤활제를 도포할 수 있다. 또한, 펀치의 표면 거칠기를 개선하여 펀치와 소재 시트 간의 마찰 및 접촉을 줄임으로써 소재와 펀치 간의 경계면 부착을 최소화할 수 있다. 이 실시예에 있어서, 펀치는 경화 공구 스틸로 제조되며, 마이크로니들(850)을 성형하기 위한 시트재는 알루미늄으로 제조되었다. 펀치의 후퇴시에 마이크로니들(850)의 실패에 대한 하나의 가능한 원인으로 미세성형 동안에 소재 시트가 받게 되는 높은 변형을 들 수 있다.

또한, 변형가능한 다이의 사용에 대한 이점으로는, 가령, 성형 압력의 약 10% 내지 50%인 압력과 같이, 약간 상승한 압력에서의 스탬핑 목적을 위해서 만능 다이로서 사용할 수 있다는 점이다. 도 9(a) 및 도 9(b)는 중합성의 변형가능한 다이(도시 생략)을 이용하여 약 0.15㎜ 두께의 알루미늄 시트를 성형 및 스탬핑한 마이크로니들(920, 930)의 어레이 예의 사진이다. 마이크로니들(920, 930) 어레이는 단단한 다이와 비교하여 변형가능한 다이로서 우수한 능력을 나타내 보이며, 이것은 특히 복잡한 기하학적 형상을 갖는 그러한 유닛 다이의 대형 어레이가 필요할 경우, 높은 제조 코스트를 필요로 하는 것을 알 수 있다.

사이즈 효과는 소재의 미세구조가 소재의 치수감소시에 변하지 않는다는 사실로부터 기인한다. 마이크로니들의 미세성형을 위해 사용한 시트재의 미세구조는 시편의 상이한 위치, 즉 광범위한 연신이 가해졌던 마이크로니들의 가슴부(중간 높이)에서, 그리고 아무런 변형도 가해지지 않은 마이크로니들로부터 멀리 떨어진 바닥 영역에서 검사하였다. 변형 및 변형되지 않은 영역의 입자 사이즈의 관찰은, 그러한 변형이 소재의 미세구조에 중대한 변화를 일으킴이 없이 실행될 수 있다는 것을 의미하며, 이것은 나노미터의 몇 십배 영역에서 대표적인 평균 입자 사이즈를 갖는다. 마이크로니들의 성형을 위해서 사용한 소재의 두께는 높은 종횡비를 갖는 마이크로니들을 얻는데 중요한 역할을 한다. 예를 들면, 가령 소재의 두께에 대한 펀치 높이의 비가 약 4 이하와 같이 매우 두꺼운 소재의 시트를 사용하면, 잘 규정된 니들을 성형할 수 없거나, 가령 소재의 두께에 대한 펀치 높이의 비가 약 20 이상과 같이 펀치 사이즈에 비해서 너무 얇은 시트를 사용하면, 천공 또는 블랭크 공 정이 행해지는 곳에 평면 응력현상을 가져와서 마이크로니들 대신에 구멍만을 형성하게 된다. 펀치 사이즈의 감소에 따라서, 소재 시트의 두께 역시 감소될 필요가 있으나, 이 규모축소는 선형적임을 알 수 있다. 특정 기하학적 형상을 갖는 펀치가 변형가능한 다이의 서포트와 함께, 마이크로니들을 충분히 성형할 수 있는 소재 두께에 대한 최적의 범위가 있음을 알 수 있다.

도 10(a), 도 10(b), 도 11(a), 도 11(b), 도 12(a) 및 도 12(b)는 약 50 마이크론 두께의 알루미늄 시트로부터 얻어진 마이크로니들의 실시예를 나타낸다. 도 10(a) 및 도 10(b)는 각각 1㎜의 바닥 직경 및 1.5㎜의 높이(즉, 1.5의 종횡비)를 갖는 펀치(도시 생략)를 이용하여 성형한 마이크로니들(1020)의 사시도 및 단면도를 나타낸 사진이다. 마이크로니들(1020)의 벽 두께(1022)가 원래 시트의 두께(1024) 보다 약 절반 이상이 감소되었음을 알 수 있다. 도 11(a) 및 도 11(b)는 각각 약 2의 종횡비와 약 1㎜의 바닥을 갖는 펀치(도시 생략)로 성형한 마이크로니들(1120)의 사시도 및 단면도를 나타낸다. 단면의 바닥에 있는 절삭칩형 핀(1125)은 연삭으로 인한 것이다. 도 12(a) 및 도 12(b)는 각각 약 0.5㎜의 바닥 직경과 약 1㎜의 높이(즉, 약 2의 종횡비)를 갖는 펀치(도시 생략)로 형성한 마이크로니들(1220)의 사시도 및 단면도를 나타낸다. 마이크로니들(1220)의 팁(정점) 및 평균 벽 두께는 각각 대략 20 내지 30 및 15 내지 30 마이크론의 범위를 갖는다.

성형된 니들의 벽 두께가 원래 블랭크 두께의 2분의 1 내지 5분의 1로 감소될 수 있음에 따라서, 보다 작은 마이크로니들을 만들기 위한 얇은 소재 시트의 요구조건으로 인해 성형된 마이크로니들의 벽 두께에 보다 낮은 한계가 주어져서, 실 용의 목적을 위해서는 부적합한 니들이 만들어진다. 가령, 바닥 치수가 약 150마이크론 이하 같이, 필요한 마이크로니들의 사이즈가 매우 작으면, 필요한 최적의 소재 두께는 매우 얇다. 이것은 굽힘 및 변형을 받을 수 있는 마이크로니들 어레이의 유연한 플랫폼을 만들게 된다. 이러한 사이즈 및 두께의 감소는 신뢰할 수 없는 약한 마이크로니들을 만드는 결과를 가져온다. 이 문제는 마이크로니들의 전체 두께를 증가시키기 위해 니켈 같은 소재의 층으로 마이크로니들을 전기성형함으로써, 마이크로니들을 보강시키는 것에 의해 극복할 수 있다. 또한, 마이크로니들을 양극처리하여 단단하고 취성이 있는 알루미나 층을 형성할 수 있다.

마이크로니들의 어레이를 제조하는 한가지 방법으로서, 소재 시트 상의 분리된 어레이에 각 니들을 반복적으로 성형하기 위해 단일 펀치(도시 생략)를 사용할 수 있다. 도 13(a) 및 도 13(b)는 각각 단일 펀치(도시 생략)를 이용하여 형성한 마이크로니들 어레이(1320)의 실시예를 보이는 평면도 및 등각도의 사진이다. 마이크로니들 둘레에는 아무런 중대한 변형도 생기지 않음으로써, 인접한 마이크로니들(1325)은 서로에 대해 보다 근접하게 형성될 수 있음을 알 수 있다.

도 14(a) 및 도 14(b)는 1 내지 1.5 범위의 종횡비를 갖는 펀치 어레이(도시 생략)의 와이어컷팅에 의해서 형성된 마이크로니들 어레이(1420, 1430)의 예를 나타낸다. 이들 펀치 어레이는 3번의 통과로 와이어컷팅되어 충분한 표면 다듬질을 보증하며, 약 2 마이크론 두께의 고체 윤활제로 코팅된다. 각각의 마이크로니들(1420, 1430)은 약 0.5㎜의 바닥 직경을 가지며, 마이크로니들의 높이는 각각 2×2 마이크로니들 어레이(1420)(도 16(a))에 대해 약 0.5㎜ 및 3×3 마이크로니들 어레이(1420)에 대해 약 0.75㎜이다. 마이크로니들 어레이(1420, 1430)의 성형을 위해 사용한 알루미늄 시트(1100)의 두께는 약 50 마이크론이었다. 마이크로니들(1425, 1435)의 최종 벽 두께는 약 8 내지 20 마이크론이었다. 최종 벽 두께는 가령, 니켈 또는 중합성 물질을 포함하는 다른 금속/비금속 물질로 마이크로니들(1425, 1435)의 외부면을 양극처리, 또는 전기도금/증착에 의해서 추가로 증가시킬 수 있다. 또한, 마이크로니들 어레이(1420, 1430)의 양면은 마이크로니들 어레이(1420, 1430)의 경화를 위해서 산화 알루미늄의 층으로 양극처리할 수 있다. 45V(약 10×10㎟의 유효 영역)의 일정한 전압으로 3분 동안 5% 수산에서 마이크로니들 어레이(1420, 1430)를 양극처리한 후에, 마이크로니들(1425, 1435)의 벽 두께는 약 20 마이크론 내지 약 30마이크론 증가하였다. 도 15(a) 내지 도 15(c)는 각각 다른 실시예에 따라서, 전체 마이크로니들(1550), 마이크로니들(1550)의 바닥부 및 마이크로니들(1550)의 팁(정상)의 단면을 나타내는 SEM 사진이다. 이 예의 마이크로니들(1550)은 3×3 마이크로니들 어레이(도시 생략)의 일부이다. 마이크로니들의 바닥에 최대 변형이 가해졌으며, 마이크로니들(1550)의 팁은 미세성형 후에 가장 많이 치환되었음을 알 수 있다.

다른 실시예에 있어서, 약 0.2㎜의 알루미늄 시트는 1:4의 비율로 과염소산(30%)과 메탄올(순수)의 혼합물 내에서 전해연마하였다. 12.5V의 일정한 전압이 장시간 가해져서 원하는 두께의 알루미늄 시트를 얻었다. 각각, 9분 및 14분 동안 전해도금한 후에 85마이크론 두께 및 130마이크론 두께가 얻어졌으며, 알루미늄 시트의 펀칭 및 양극처리 후에, 도 16(a) 및 도 16(b)에 도시한 바와 같이, 각각 1.0 및 0.6의 종횡비를 가져왔다. 양 실시예에 있어서, 마이크로니들 어레이(도시 생략)의 플랫폼뿐만 아니라, 예시한 마이크로니들(1620, 1630)은 피부 침투 동안에 치료 및 변형력에 견딜 정도로 충분히 강했음을 알 수 있다. 도 16(b)의 마이크로니들(1630)은 도 16(a)의 마이크로니들(1620)보다 더욱 큰 외부 푸트 반경을 가짐을 주목해야 한다. 이것은 도 16(b)에 도시한 마이크로니들(1630)의 성형에 사용한 알루미늄 시트의 보다 큰 두께(즉, 130마이크론)로 인한 것이며, 마이크로니들(1630)의 종횡비로 약 40%의 감소를 가져왔다.

중실 및 중공 마이크로니들 모두는 상기의 실시예에서 설명한 바와 거의 유사한 실험 장비와 소재를 이용하여 제조할 수 있다. 펀치의 팁을 통해 날카로움을 조절함으로써, 마이크로니들은 중실(펀칭 행정 동안에 구멍 생성이 없음) 또는 중공(펀칭 행정 동안에 펀치의 팁에 구멍을 생성 및 확장함)으로 제조할 수 있다. 생산되는 중실 및 중공 마이크로니들에서의 유일한 변동요인은 펀치 팁의 날카로움뿐이다. 펀치 팁의 날카로움은 순전히 금속 시트의 상대 두께에 따라 달라진다. 그러므로, 특정 펀치의 팁은 상대적으로 두꺼운 금속 시트에 대해 충분히 날카로울 수 있으나, 작은 두께를 갖는 동일한 소재에 대해 너무 무딜 수도 있다. 라운드형 팁이 성형 행정 동안에 균열을 형성하지 않거나 소재 시트 상에서 실패를 초래하지 않음으로써, 중실 마이크로니들을 성형할 수 있음을 손쉽게 가정할 수 있다. 역으로, 중공 마이크로니들은 성형 행정의 초기 단계에서 구멍이나 균열을 생성하기 위해 날카로운 팁을 필요로 하며, 이것은 펀치의 행정을 따라서 적절히 팽창되어, 팁에 균일한 개구를 만들게 된다. 이 구멍-생성 및 확장 메카니즘은 제 3실패 모드, 또는 분화구 모드에 따른 것이다. 도 17(a) 내지 도 17(c)는 상이한 두께의 알루미늄 시트와 펀치 기하학을 이용하여 제조한 중공 마이크로니들의 예를 보이는 SEM 사진이다. 도 17(a)는 1.5의 종횡비 및 0.2㎜ 두께의 알루미늄 시트를 갖는 펀치(도시 생략)를 이용하여 형성한 중공 마이크로니들 어레이(1750)를 나타낸다. 도 17(b)는 50마이크론 중공 팁(1765)을 갖는 마이크로니들(1760)의 평면도이다. 도 17(c) 및 도 17(d)는 각각 2의 종횡비를 갖는 펀치(도시 생략)로 형성된 중공 마이크로니들(1770)의 평면도 및 등각도이다.

도 18(a) 내지 도 18(d)는 다른 실시예에 따라서, 마이크로니들(1850)을 제조하는 공정의 개략도를 나타낸다. 마이크로니들(1850)은 4×4 펀치 어레이(1820)로 50마이크론 두께의 알루미늄 시트를 펀칭하여 얻는다. 각 마이크로니들(1850)의 내부면은 니켈 도금 같은 전기도금 공정에 의해서 코팅된다. 돌출면(1860)은 에폭시(1855)로 코팅하여, 마이크로니들(1850)의 외부면 상의 니켈 도금을 방지한다. 펀칭한 마이크로니들 어레이(1840)는 다음에, 0.08Å의 일정한 전류로 12시간 동안 염화니켈 용액(산업 등급)내에서 전기도금하여, 도 18(c) 및 도 18(d)에 도시한 바와 같이, 마이크로니들(1850)의 내부면 상에 니켈 도금(1858) 층을 형성하였다. 도 19(a)는 도 18(a) 내지 도 18(d)에 도시한 실시예에 따라서 형성한 잘 규정된 마이크로니들 어레이(1920)를 나타낸다. 마이크로니들 어레이(1920)는 피부 긁힘을 용이하게 하기 위해서 약간 외측으로 만곡되어 있다. 도 19(b)는 상이한 두께를 보이는, 양극처리한 마이크로니들 어레이(가령, 1922)의 다양한 예를 보이는 것으로, 어두운 회색부분은 증가된 두께를 나타낸다.

도 20(a) 내지 도 20(c)는 각각 미세성형에 의해서 제조된 마이크로니들에 대한 3개의 실패 모드, 즉 캡 모드, 왕관 모드 및 분화구 모드를 나타낸다. 실패 모드의 형태는 소재 내에서 넥킹(과처리)이 일어나는 위치에 따라 달라진다. 캡 모드 실패는 넥킹이 성형된 마이크로니들의 측벽에서 발생될 때에 생성되며, 이어서 균열이 진행되어, 도 20(a)에 도시한 바와 같이, 원추형 마이크로니들에 부착된 반구형 덮개(2010)를 둥글게 형성한다. 한편, 왕관형태의 실패는 펀치(도시 생략)의 팁이 가압되는 영역에서 생성된 균열의 반경방향 진행에 의한 것으로, 관련 소재의 시트는 대개 펀치 사이즈(바닥 직경)에 비해서 충분히 얇다. 왕관 형태의 실패가 일어나는 펀치 사이즈에 대해 소재의 시트 두께의 대표적인 반경은 약 10이상이다. 마이크로니들의 파쇄면은 종종 균열의 진행에 따라 말려올라가, 긁힘 목적을 위해서는 양호한 날카로운 모서리(2020)(도 20(b))를 형성한다. 마지막으로, 분화구 형태의 실패는 펀치에 의해서 구멍이 초기에 생성되고 이어서 펀치의 전진에 따라 확장되는 구멍-확장 공정에서 생긴다. 이 모드는 도 20(c)에 도시한 바와 같이, 마이크로니들의 팁에 비교적 날카롭고 부드러운 원주(2030)를 만든다. 분화구 모드 실패는 상술한 바와 같이, 중공 마이크로니들의 성형에 사용된다.

실시예에 있어서, 마이크로니들의 성형을 위해 미세성형이 이용된다. 다른 형상의 미세구조체 역시 상이한 실시예에서 만들 수 있음을 이해해야 한다.

마이크로니들을 만들기 위해 미세성형을 이용하는 것은 그러한 마이크로니들 어레이의 생산 시간 및 코스트를 실질적으로 감소시켜, 상업화를 위해 실행가능한 기술을 만든다.

또한, 상술한 실시예는 가령, 실리콘 기술 같은 특정 기술에 대해서 현재는 제한 인자인 미세성형될 종횡비 및 폭넓은 범위의 길이를 갖는 중공 또는 중실 미세구조체를 가능케 한다. 예를 들면, 다양한 종횡비를 갖는 마이크로니들은 금속 시트의 적절한 두께를 이용하여 펀치의 테이퍼를 증가시킴으로써 얻을 수 있다.

미세성형은 또한, 성형, 트리밍, 분할, 연마, 구멍 드릴링, 전기성형 등과 같은 후 제조공정에 의해서 복잡한 기하학적 형상을 갖는 마이크로니들 어레이의 제조를 가능케 한다.

성형된 마이크로니들의 기계적인 특성을 조정/최적화하거나, 마이크로니들의 기하학적 형상을 추가로 개선하기 위해서 추가적인 공정을 혼용할 수 있다.

또한, 본 발명은 가령, 마이크로 시스템즈 테크놀러지(MST) 및 IC 캐리어, 마이크로 스크류, 파스너, 프레임, 스프링, 패드와 핀 등의 접촉 요소를 포함하는 전자기 모듈에서 사용되는 마이크로 콤포넌트를 포함하는 다른 미세구조체에도 적용할 수 있다.

당업자라면 광범위하게 한정하는 바로서 본 발명의 정신이나 범위를 벗어남이 없이 특정 실시예에서 도시한 바와 같이 다양한 변형 및/또는 수정이 본 발명에 의해서 만들어질 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 실시예는 모두에 대해서 예시적인 것일 뿐, 한정하는 것이 아님을 알아야 한다.

Claims (36)

1. 미세구조체의 어레이를 미세성형하는 방법에 있어서,

   돌기의 어레이를 갖는 펀치를, 이 펀치와 다이 사이에 배치된 소재의 시트 쪽으로 전진시키는 단계;

   소재의 시트를 적소에 유지하기 위한 홀더를 제공하는 단계; 및

   펀치 상의 돌기로 소재의 시트를 천공하여 소재의 시트 상에 미세구조체의 어레이를 성형하는 단계를 포함하되,

   각 돌기는 소재의 시트가 대응하는 미세구조체로 변형되도록 하는 형태로 되어 있는 것인 방법.
2. 제 1항에 있어서, 상기 미세구조체는 마이크로니들을 포함하는 것인 방법.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 미세성형 동안에 각각의 미세구조체 영역에서 소재의 시트 상에 실질적으로 일정한 반작용 서포트를 제공하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
4. 제 3항에 있어서, 상기 실질적으로 일정한 반작용 서포트는 상기 다이에 의해 제공되는 것인 방법.
5. 제 4항에 있어서, 상기 다이는 변형가능한 다이인 방법.
6. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서, 펀치의 종횡비는 소재 시트의 주어진 두께에 대해, 미세구조체의 성형 동안에 소재의 시트에서 평면 응력이 감소되거나 회피되도록 선택되는 것인 방법.
7. 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서, 각 미세구조체는 중실 팁(solid tip)으로 성형되는 것인 방법.
8. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서, 각 미세구조체는 그의 팁에 구멍이 성형되는 것인 방법.
9. 제 8항에 있어서, 상기 펀치의 각 돌기의 팁의 곡률은 소재 시트의 주어진 두께에 대해서, 미세성형의 초기 단계에서 구멍 또는 균열이 생성되도록 선택되고, 상기 구멍 또는 균열은 이후 미세성형 동안에 팽창되어 각 미세구조체의 팁에 개구를 만드는 것인 방법.
10. 제 5항에 있어서, 상기 변형가능한 다이는 변형 후에 부분적으로 또는 실질적으로 복원되는 소재로 제조되는 것인 방법.
11. 제 10항에 있어서, 상기 소재는 반결정성 중합체 물질을 포함하는 것인 방법.
12. 제 10항 또는 제 11항에 있어서, 상기 변형가능한 다이는 고밀도 폴리에틸렌(HDPE), 폴리프로필렌(PP), 테플론(폴리테트라 플루오로에틸렌, PTFE) 및 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)로 이루어진 군으로부터 선택된 소재로 제조되는 것인 방법.
13. 제 1항 내지 제 12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 펀치에 고체 윤활제를 도포하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
14. 제 13항에 있어서, 상기 고체 윤활제는 Ta-C(테라헤드럴-비정질 탄소) 코팅을 포함하는 것인 방법.
15. 제 1항 내지 제 14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 미세구조체의 경화를 위해서 각각의 미세구조체의 내부면을 코팅하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
16. 제 15항에 있어서, 상기 코팅하는 단계는 전기도금 공정을 포함하는 것인 방법.
17. 제 16항에 있어서, 상기 전기도금공정은 니켈 도금을 포함하는 것인 방법.
18. 제 1항 내지 제 17항의 어느 한 항에 있어서, 상기 소재의 시트는 스틸, 알루미늄 1100 및 구리(99%)로 이루어진 군으로부터 선택된 금속 소재인 방법.
19. 미세구조체의 어레이를 미세성형하는 장치에 있어서,

    돌기의 어레이를 갖는 펀치;

    다이; 및

    미세성형 동안 적소에서 소재의 시트를 유지하기 위한 홀더를 포함하되,

    각 돌기는 소재의 시트가 대응하는 미세구조체로 변형되도록 하는 형태로 되며; 상기 소재의 시트는 돌기의 어레이로 펀칭되어 미세구조체의 어레이를 성형하는 장치.
20. 제 19항에 있어서, 상기 미세구조체는 마이크로니들을 포함하는 것인 장치.
21. 제 19항 또는 제 20항에 있어서, 실질적으로 일정한 반작용 서포트가 미세성형 동안에 각각의 미세구조체 영역에서 소재의 시트 상에 제공되는 것인 장치.
22. 제 16항에 있어서, 상기 실질적으로 일정한 반작용 서포트가 상기 다이에 의해 제공되는 것인 장치.
23. 제 22항에 있어서, 상기 다이는 변형가능한 다이인 장치.
24. 제 19항 내지 제 23항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 펀치의 종횡비는 소재 시트의 주어진 두께에 대해, 미세구조체의 성형 동안에 소재의 시트에서 평면 응력이 감소되거나 회피되도록 선택되는 것인 장치.
25. 제 19항 내지 제 23항 중 어느 한 항에 있어서, 각 미세구조체는 중실 팁(solid tip)으로 성형되는 것인 장치.
26. 제 19항 내지 제 23항 중 어느 한 항에 있어서, 각 미세구조체는 그의 팁에 구멍이 성형되는 것인 장치.
27. 제 26항에 있어서, 상기 펀치의 각 돌기의 팁의 곡률은 소재 시트의 주어진 두께에 대해서, 미세성형의 초기 단계에서 구멍 또는 균열이 생성되도록 선택되고, 상기 구멍 또는 균열은 이후 미세성형 동안에 팽창되어 각 미세구조체의 팁에 개구를 만드는 것인 장치.
28. 제 23항에 있어서, 상기 변형가능한 다이는 변형 후에 부분적으로 또는 실질적으로 복원되는 소재로 제조되는 것인 장치.
29. 제 28항에 있어서, 상기 소재는 반결정성 중합체 물질을 포함하는 것인 장치.
30. 제 28항 또는 제 29항에 있어서, 상기 변형가능한 다이는 고밀도 폴리에틸렌(HDPE), 폴리프로필렌(PP), 테플론(폴리테트라 플루오로에틸렌, PTFE) 및 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)로 이루어진 군으로부터 선택된 소재로 제조되는 것인 장치.
31. 제 19항 내지 제 30항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 고체 윤활제는 상기 펀치에 도포되는 것인 장치.
32. 제 31항에 있어서, 상기 고체 윤활제는 Ta-C(테라헤드럴-비정질 탄소) 코팅을 포함하는 것인 장치.
33. 제 19항 내지 제 32항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 미세구조체의 경화를 위해서 각각의 미세구조체의 내부면 상에 코팅을 도포하는 수단을 추가로 포함하는 장치.
34. 제 33항에 있어서, 상기 코팅은 전기도금 공정을 포함하는 것인 장치.
35. 제 34항에 있어서, 상기 전기도금공정은 니켈 도금을 포함하는 것인 장치.
36. 제 19항 내지 제 35항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 소재의 시트는 스틸, 알루미늄 1100 및 구리(99%)로 이루어진 군으로부터 선택된 금속 소재인 장치.

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