KR20240051450A

KR20240051450A - 마이크로 금속 성형물 및 이의 제조방법

Info

Publication number: KR20240051450A
Application number: KR1020220131122A
Authority: KR
Inventors: 안범모; 박승호; 변성현
Original assignee: (주)포인트엔지니어링
Priority date: 2022-10-13
Filing date: 2022-10-13
Publication date: 2024-04-22
Also published as: WO2024080685A1

Abstract

본 발명은 인접한 마이크로 금속 성형물의 자성부들이 자력선에 의해 배향될 때 인접한 마이크로 금속 성형물의 도전부들이 서로 배향되도록 자성영역과 도전영역이 구분된 마이크로 금속 성형물을 제공한다.

Description

마이크로 금속 성형물 및 이의 제조방법{Micro Metal Product and Method for Manufacturing the Same}

본 발명은 마이크로 금속 성형물 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

마이크로 금속 성형물은 반도체, 디스플레이 분야에서 다양하게 이용되고 있다.

마이크로 금속 성형물은 반도체 소자와 같은 접속 대상물과 회로 기판 사이에 개재되어 접속 대상물과 직접적으로 또는 간접적으로 전기적으로 연결되어 전류 통로로서 기능한다.

이러한 마이크로 금속 성형물은 반도체 칩과 같은 접속 대상물을 플립칩(flip chip)본딩할 때 사용되거나 마이크로 LED와 같은 접속 대상물을 회로기판에 본딩할 때 사용되어 반도체 칩이나 마이크로 LED와 같은 접속 대상물에 전류를 인가하는데 이용된다. 또는 마이크로 금속 성형물은 반도체 패키지와 같은 접속 대상물을 검사하는 검사장치(예를 들어 프로브 카드 또는 테스트 소켓)에도 이용된다.

마이크로 금속 성형물은 크기가 수㎛에서 수백㎛의 크기로 제작되고 정렬해야 하는 개수도 많아 이들을 일일이 정렬하는 것이 곤란한 점이 있다. 정렬의 용이성을 위해, 마이크로 금속성형물은 니켈(Ni), 코발트(Co) 등의 자성을 갖는 금속 바디에 금(Au), 은(Ag) 등의 전도성 금속 재료로 표면 코팅하고 자력을 이용하여 정렬하는 방식이 사용되고 있다. 일례로 러버 타입 테스트 소켓이 있다. 러버 타입 테스트 소켓은, 고무 소재인 실리콘 러버 내부에 도전성 입자를 배치한 구조로, 접속 대상물(예를 들어, 반도체 패키지)을 올리고 소켓을 닫아 응력이 가해지면 마이크로 금속 성형물들이 서로를 강하게 누르면서 전도도가 높아져 전기적으로 연결되는 구조이다. 마이크로 금속 성형물은 니켈(Ni), 코발트(Co) 등의 자성을 갖는 금속 바디에 금(Au), 은(Ag) 등의 전도성 금속 재료로 표면 코팅하여 사용된다. 이를 제조하는 방법은, 금형 내부에 실리콘 러버와 마이크로 금속 성형물을 충진하고 상하방향으로 자력선을 갖는 자장을 작용시켜 도전성 입자가 두께 방향으로 배향되어 정렬되도록 함과 아울러 경화시킨 후 금형에서 분리시키는 과정을 통해 이루어진다. 이를 통해 작은 크기의 마이크로 금속 성형물을 자력선 방향으로 정렬시킴으로써, 회로기판과 접속 대상물 사이에서 전류 통로로서 기능할 수 있도록 한다.

하지만, 내부 마이크로 금속 성형물들끼리 접촉하는 부분은 점 접점으로 한정되어 있기 때문에 집중 하중이 발생되며, 도전성 입자의 도금이 쉽게 손상되고 형상이 쉽게 변형되고 마모된다.

또한, 마이크로 금속 성형물은 니켈(Ni), 코발트(Co) 등의 자성을 갖는 금속 바디에 금(Au), 은(Ag) 등의 전도성 금속 재료로 표면 코팅하여 사용되기 때문에, 자성의 금속 바디는 전기 저항이 높아 도전성 입자의 표면을 통해서만 전류가 흐르게 되고 이로 인해 전류 특성이 저하되는 문제가 발생한다.

또한 자성을 갖는 금속 바디가 전도성 금속 재료에 의해 코팅되어 있기 때문에 마이크로 금속 성형물들간의 결합력이 약하여 마이크로 금속 성형물들간의 표면 접촉을 확실히 하기 위해 높은 가압력으로 가압해야 하는 단점이 있다.

등록번호 제10-0671910호의 등록특허공보 등록번호 제10-0741228호의 등록특허공보

본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명은 인접한 마이크로 금속 성형물의 자성부들이 자력선에 의해 배향될 때 인접한 마이크로 금속 성형물의 도전부들이 서로 배향되도록 자성영역과 도전영역이 구분된 마이크로 금속 성형물을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 마이크로 금속 성형물은, 수직한 측벽을 가지는 3차원 형상의 마이크로 금속 성형물로서, 자성부; 및 도전부를 포함하고, 상기 자성부와 상기 도전부는 분할면을 기준으로 공간 분할된다.

또한, 상기 자성부와 상기 도전부는 길이 방향으로 동일 높이를 가진다.

또한, 상기 분할면에 나노 요철 패턴을 구비한다.

또한, 상기 측벽에 나노 요철 패턴을 구비한다.

또한, 상기 자성부는 상기 도전부의 내부에 구비되어 상기 자성부의 측면은 외부에 노출되지 않는다.

또한, 상기 도전부는 상기 자성부의 폭 방향 내부에 위치하는 제1도전부와 상기 자성부의 폭 방향 외부에 위치하는 제2도전부를 포함하고, 상기 분할면은 상기 제1도전부와 상기 자성부 사이의 제1분할면과 상기 제2도전부와 상기 자성부 사이의 제2분할면을 포함한다.

또한, 상기 자성부는 복수 개 구비되되, 각각의 자성부는 상기 도전부의 내부에서 이격되어 구비된다.

또한, 상기 도전부가 외주면을 형성한다.

또한, 상기 도전부와 상기 자성부가 외주면을 형성한다.

또한, 폭 방향 내측으로 오목하게 파인 삽입부를 포함한다.

또한, 상기 자성부는 니켈(Ni), 코발트(Co), 망간(Mn), 철(Fe)이나 이들을 포함하는 합금 중에서 선택된 금속으로 형성되고, 상기 도전부는 로듐(Rd), 백금(Pt), 이리듐(Ir), 팔라듐(Pd), 텅스텐(W), 인(Ph), 금(Au), 은(Ag), 구리(Cu)나 이들을 포함하는 합금 중에서 선택된 금속으로 형성된다.

한편, 본 발명에 따른 마이크로 금속 성형물의 제조방법은, 몰드에 제1내부 공간을 형성하는 단계; 상기 제1내부 공간에 제1금속층을 도금하는 단계; 상기 몰드에 상기 제1금속층과 접하여 제2내부 공간을 형성하는 단계; 상기 제2내부 공간에 제2금속층을 도금하는 단계; 및 상기 몰드를 제거하는 단계;를 포함하되, 상기 제1금속층 및 상기 제2금속층 중 하나는 자성부가 되고, 다른 하나는 도전부가 된다.

또한, 상기 몰드는 금속 모재를 양극산화한 후 상기 금속 모재를 제거하여 형성된 양극산화막이다.

도 1은 본 발명의 바람직한 제1실시예에 따른 마이크로 금속 성형물을 도시한 도면으로서 도 1a는 사시도이고, 도 1b는 도 1a의 A-A’단면도.
도 2는 본 발명의 바람직한 제1실시예에 따른 마이크로 금속 성형물의 일부를 확대한 확대도를 포함한 사시도.
도 3 내지 도 6은 본 발명의 바람직한 제1실시예에 따른 마이크로 금속 성형물의 각 제조방법을 도시한 도면.
도 7은 본 발명의 바람직한 제1실시예의 변형례에 따른 마이크로 금속 성형물을 도시한 도면으로서 도 7a는 사시도이고, 도 7b는 도 7a의 A-A’단면도.
도 8은 본 발명의 바람직한 제2실시예에 따른 마이크로 금속 성형물을 도시한 도면으로서 도 8a는 사시도이고, 도 8b는 도 8a의 A-A’단면도.
도 9는 본 발명의 바람직한 제2실시예에 따른 마이크로 금속 성형물의 일부를 확대한 확대도를 포함한 사시도.
도 10은 본 발명의 바람직한 제2실시예의 변형례에 따른 마이크로 금속 성형물을 도시한 도면으로서 도 10a는 사시도이고, 도 10b는 도 10a의 A-A’단면도.
도 11은 본 발명의 바람직한 제3실시예에 따른 마이크로 금속 성형물을 도시한 도면으로서 도 11a는 사시도이고, 도 11b는 도 11a의 A-A’단면도.
도 12는 본 발명의 바람직한 제3실시예에 따른 마이크로 금속 성형물의 일부를 확대한 확대도를 포함한 사시도.
도 13은 본 발명의 바람직한 제3실시예의 변형례에 따른 마이크로 금속 성형물을 도시한 도면으로서 도 13a는 사시도이고, 도 13b는 도 13a의 A-A’단면도.
도 14는 본 발명의 바람직한 제3실시예의 변형예에 따른 마이크로 금속 성형물의 일부를 확대한 확대도를 포함한 사시도.
도 15는 본 발명의 바람직한 제4실시예에 따른 마이크로 금속 성형물의 사시도로서, 도 15a는 단면이 원형인 것을 도시한 도면이고, 도 15b는 단면이 사각형인 것을 도시한 도면이고, 도 15c는 단면이 삼각형인 것을 도시한 도면.
도 16는 본 발명의 바람직한 제4실시예에 따른 마이크로 금속 성형물의 일부를 확대한 확대도를 포함한 사시도.
도 17은 본 발명의 바람직한 제5실시예에 따른 마이크로 금속 성형물을 도시한 도면으로서 도 17a는 자성부와 도전부 사이에 2개의 분할면이 있는 것을 도시한 도면이고, 도 17b는 자성부와 도전부 사이에 1개의 분할면이 있는 것을 도시한 도면.
도 18은 본 발명의 바람직한 제5실시예에 따른 마이크로 금속 성형물의 일부를 확대한 확대도를 포함한 사시도.

이하의 내용은 단지 발명의 원리를 예시한다. 그러므로 당업자는 비록 본 명세서에 명확히 설명되거나 도시되지 않았지만 발명의 원리를 구현하고 발명의 개념과 범위에 포함된 다양한 장치를 발명할 수 있는 것이다. 또한, 본 명세서에 열거된 모든 조건부 용어 및 실시 예들은 원칙적으로, 발명의 개념이 이해되도록 하기 위한 목적으로만 명백히 의도되고, 이와 같이 특별히 열거된 실시 예들 및 상태들에 제한적이지 않는 것으로 이해되어야 한다.

상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해질 것이며, 그에 따라 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다.

본 명세서에서 기술하는 실시 예들은 본 발명의 이상적인 예시 도인 단면도 및/또는 사시도들을 참고하여 설명될 것이다. 이러한 도면들에 도시된 막 및 영역들의 두께 등은 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. 제조 기술 및/또는 허용 오차 등에 의해 예시도의 형태가 변형될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시 예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니라 제조 공정에 따라 생성되는 형태의 변화도 포함하는 것이다. 본 명세서에서 사용한 기술적 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로서, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "구비하다" 등의 용어는 본 명세서에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

이하 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 설명한다.

제1실시예

도 1은 본 발명의 바람직한 제1실시예에 따른 마이크로 금속 성형물(1)을 도시한 도면으로서 도 1a는 사시도이고, 도 1b는 도 1a의 A-A’단면도이고, 도 2는 본 발명의 바람직한 제1실시예에 따른 마이크로 금속 성형물(1)의 일부를 확대한 확대도를 포함한 사시도이며, 도 3 내지 도 6은 본 발명의 바람직한 제1실시예에 따른 마이크로 금속 성형물(1)의 각 제조방법을 도시한 도면이고, 도 7은 본 발명의 바람직한 제1실시예의 변형례에 따른 마이크로 금속 성형물(1)을 도시한 도면으로서 도 7a는 사시도이고, 도 7b는 도 7a의 A-A’단면도이다.

본 발명의 바람직한 제1실시예에 따른 마이크로 금속 성형물(1)은 접속 대상물에 전기를 인가하는 기능을 수행한다. 마이크로 금속 성형물(1)은 회로 기판과 접속 대상물 사이에 개재되어 접속 대상물과 직접적으로 또는 간접적으로 전기적으로 연결되어 전류 통로로서 기능할 수 있다. 이러한 마이크로 금속 성형물(1)은 접속 대상물을 회로기판에 본딩할 때 사용되어 접속 대상물에 전류를 인가하는데 이용된다. 또는 마이크로 금속 성형물(1)은 접속 대상물을 검사하는 검사장치(예를 들어, 프로브 카드 또는 테스트 소켓)에 구비되어 검사 장치가 접속 대상물에 전기를 인가할 때 전류 통로서 기능할 수 있다.

여기서, 접속 대상물은 반도체 소자, 메모리 칩, 마이크로 프로세서 칩, 로직 칩, 발광소자, 혹은 이들의 조합을 포함할 수 있다. 예를 들어, 접속 대상물은 로직 LSI(ASIC, FPGA 및 ASSP과 같은), 마이크로프로세서(CPU 및 GPU와 같은), 메모리(DRAM, HMC(Hybrid Memory Cube), MRAM(Magnetic RAM), PCM(Phase-Change Memory), ReRAM(Resistive RAM), FeRAM(강유전성 RAM) 및 플래쉬 메모리(NAND flash)), 반도체 발광소자(LED, 미니 LED, 마이크로 LED 등 포함), 전력 장치, 아날로그IC(DC-AC 컨버터 및 절연 게이트 2극 트랜지스터(IGBT)와 같은), MEMS(가속 센서, 압력 센서, 진동기 및 지로 센서와 같은), 무배선 장치(GPS, FM, NFC, RFEM, MMIC 및 WLAN과 같은), 별개 장치, BSI, CIS, 카메라 모듈, CMOS, 수동 장치, GAW 필터, RF 필터, RF IPD, APE 및 BB를 포함한다.

본 발명의 바람직한 제1실시예에 따른 마이크로 금속 성형물(1)은 수직한 측벽을 가지는 3차원 형상으로 제공된다. 마이크로 금속 성형물(1)은 높이 방향으로 높이(H)를 가지고 폭 방향으로 폭(W)를 가진다. 여기서 마이크로 금속 성형물(1)은 지름(W)과 높이(H)를 가지는 원기둥 형상으로 구성될 수 있다. 마이크로 금속 성형물(1)의 높이(H)는 1㎛이상 500㎛이하의 범위를 가진다. 보다 바람직하게는, 마이크로 금속 성형물(1)의 높이(H)는 10㎛이상 200㎛이하의 범위를 가진다.

마이크로 금속 성형물(1)은 자성부(10)와 도전부(20)를 포함한다. 자성부(10)는 자성을 나타내는 금속 재료로 형성된다. 예를 들어 자성부(10)는 니켈(Ni), 코발트(Co), 망간(Mn), 철(Fe)이나 이들을 포함하는 합금 중에서 선택된 금속으로 형성된다.

도전부(20)는 로듐(Rd), 백금(Pt), 이리듐(Ir), 팔라듐(Pd), 텅스텐(W), 인(Ph), 금(Au), 은(Ag), 구리(Cu)나 이들을 포함하는 합금 중에서 선택된 금속으로 형성된다. 또는 도전부(20)는 로듐(Rd), 백금 (Pt), 이리듐(Ir), 팔라듐(Pd), 텅스텐(W), 인(Ph)이나 이들의 합금 중에서 선택된 제1금속층과, 금(Au), 은(Ag), 구리(Cu) 또는 이들의 합금 중에서 선택된 제2금속층을 포함하여 복수개의 이종의 금속층이 높이 방향으로 적층되어 형성될 수 있다. 제1금속층은 제2금속층에 비해 강성 또는 내마모성이 상대적으로 높은 금속이고, 제2금속층은 제1금속층에 비해 전기 전도도가 상대적으로 높은 금속이다.

자성부(10)와 도전부(20)는 분할면(30)을 기준으로 공간 분할된다. 분할면(30)는 자성부(10)와 도전부(20) 사이의 경계면을 의미한다.

자성부(10)와 도전부(20)는 높이 방향으로 동일 높이(H)를 가진다. 다시 말해, 자성부(10)의 길이 방향의 높이(H)는 도전부(20)의 길이 방향의 높이(H)와 동일하다. 분할면(30)을 기준으로 자성부(10)와 도전부(20)가 구분되므로 분할면(30)의 높이(H)는 자성부(10)와 도전부(20)의 높이(H)와 동일 높이로 형성된다.

자성부(10)는 원기둥 형상으로 구성된다. 다만 후술하는 변형례에서와 같이 자성부(10)는 다양한 형상으로 구성될 수 있다.

자성부(10)는 도전부(20)의 내부에 구비되어 자성부(10)의 둘레면에는 도전부(20)가 위치함으로써 자성부(10)의 측면은 외부에 노출되지 않는다. 도전부(20)는 마이크로 금속 성형물(1)의 외주면을 형성한다. 자성부(10)가 도전부(20)의 내부를 관통하듯이 자성부(10)는 도전부(20)의 내부에 구비된다. 자성부(10)의 상,하면은 도전부(20)에 의해 커버되지 않고, 자성부(10)의 측면은 도전부(20)에 커버되므로, 자력선이 자성부(10)에 미치는 힘은 자성부(10)의 상, 하 방향의 힘이 주된 힘이 된다.

자성부(10)의 높이(H)는 자성부(10)의 폭보다 크게 형성된다. 따라서 자력선을 갖는 자장을 작용시켜 마이크로 금속 성형물(1)을 배향시켜 정렬할 때, 자성부(10)는 그 높이(H)방향이 자력선의 방향과 평행하도록 배향된다. 그 결과 복수개의 마이크로 금속 성형물(1)들은 일정한 방향성을 가지면서 배향되므로 마이크로 금속 성형물(1)의 도전부(20)들이 보다 쉽게 면 접촉하게 된다.

자력선을 갖는 자장을 작용시켜 마이크로 금속 성형물(1)을 배향시켜 정렬할 때, 각각의 마이크로 금속 성형물(1)의 자성부(10)들은 자력선 방향으로 배향되고 인접하는 마이크로 금속 성형물의 도전부(20)들이 서로 면 접촉을 함으로써 전기적으로 연결된다. 이처럼, 니켈(Ni), 코발트(Co) 등의 자성을 갖는 금속 바디에 금(Au), 은(Ag) 등의 전도성 금속 재료로 표면 코팅한 종래 기술과 달리, 본 발명의 실시예에 따른 마이크로 금속 성형물(1)들은 자성부(10)들이 자력선에 이끌려 배향되면서 자성부(10) 주변의 도전부(20)들이 서로 면 접촉함으로써 전기적으로 연결된다는 점에서 차이가 있다.

자성부(10)의 면적은 도전부(20)의 면적보다 작다. 보다 구체적으로 자성부(10)의 원형의 단면적은 도전부(20)의 띠 모양의 단면적보다 작게 형성된다. 따라서 자성부(10)에 의해 마이크로 금속 성형물(1)이 배향될 때, 도전부(20)간의 접촉 면적이 크도록 함으로써 원활한 전류 패스를 형성하게 된다.

마이크로 금속 성형물(1)은, 그 측벽에 나노 요철 패턴(50)을 구비한다. 나노 요철 패턴(50)은 산(51)과 골(53)이 마이크로 금속 성형물(1)의 둘레 방향을 따라 반복되어 형성된다 나노 요철 패턴(50)의 산(51)과 골(53)은 마이크로 금속 성형물(1)의 높이 방향으로 길게 연장되어 형성된다. 여기서 마이크로 금속 성형물(1)의 높이 방향은 전기 도금 시 금속 충진물이 성장하는 방향을 의미한다.

나노 요철 패턴(50)의 산(51)은 그 정상이 평평한 형태로 구성되고 골(53)은 내부로 오목한 형태로 구성된다. 골(53)의 깊이는 20㎚ 이상 1㎛이하의 범위를 가지며, 골(53)의 폭 역시 20㎚ 이상 1㎛이하의 범위를 가진다. 나노 요철 패턴(50)은 양극산화막 재질의 몰드(100)의 제조시 형성된 포어(101)에 기인한 것이기 때문에 나노 요철 패턴(50)의 골(53)의 폭과 깊이는 양극산화막 재질의 몰드(100)의 포어(101)의 직경의 범위 이하의 값을 가진다. 양극산화막 재질의 몰드(100)는 수많은 포어(101)들을 포함하고 이러한 양극산화막 재질의 몰드(100)의 적어도 일부를 에칭하여 제2내부 공간(120)을 형성하고, 제2내부 공간(120) 내부로 전기 도금으로 도전부(20)를 형성하므로, 도전부(20)의 측면에는 양극산화막 재질의 몰드(10)의 포어와 접촉하면서 형성되는 나노 요철 패턴(50)가 구비되는 것이다.

위와 같은 나노 요철 패턴(50)은, 마이크로 금속 성형물(1)의 측면에 있어서 표면적으로 크게 할 수 있는 효과를 가진다. 마이크로 금속 성형물(1)의 측면에 형성되는 나노 요철 패턴(50)의 구성을 통해, 마이크로 금속 성형물(1)에서 발생한 열을 빠르게 방출할 수 있으므로 마이크로 금속 성형물(1)의 온도 상승을 억제할 수 있게 된다.

또한 마이크로 금속 성형물(1)의 측벽에 구비된 나노 요철 패턴(50)의 산(51)과 골(53)의 방향성은 마이크로 금속 성형물(1)의 높이 방향과 평행하다. 이로 인해, 마이크로 금속 성형물(1)을 유체 내에서 자력선에 의해 정렬할 때 마이크로 금속 성형물(1)의 측벽에 구비된 나노 요철 패턴(50)은 자력선의 방향과 평행하므로 마이크로 금속 성형물(1)의 유동 저항이 최소화되면서 마이크로 금속 성형물(1)이 이송된다.

마이크로 금속 성형물(1)은, 그 분할면(30)에도 나노 요철 패턴(50)을 구비한다. 분할면(30)에 구비된 나노 요철 패턴(50)은 산(51)과 골(53)이 분할면(30)의 둘레 방향을 따라 반복되어 형성된다. 산(51)은 그 정상이 평평한 형태로 구성되고 골(53)은 내부로 오목한 형태로 구성된다. 골(53)의 깊이는 20㎚ 이상 1㎛이하의 범위를 가지며, 골(53)의 폭 역시 20㎚ 이상 1㎛이하의 범위를 가진다. 분할면(30)에서 자성부(10)의 산(51)은 도전부(20)의 골(53)이 되고, 분할면(30)에서 자성부(10)의 골(53)은 도전부(20)의 산(51)이 된다.

양극산화막 재질의 몰드(100)의 적어도 일부를 에칭하여 제1내부 공간(110)을 형성하고, 제1내부 공간(110) 내부로 전기 도금으로 자성부(10)를 형성하고, 자성부(10)와 접하여 제2내부공간(120)을 형성하고 제2내부공간(120) 내부로 전기 도금으로 도전부(20)를 형성하므로, 분할면(30)의 측면에는 양극산화막 재질의 몰드(10)의 포어와 접촉하면서 형성되는 나노 요철 패턴(50)가 구비되는 것이다. 위와 같은 나노 요철 패턴(50)은, 분할면(30)의 측면에 있어서 표면적으로 크게 할 수 있는 효과를 가진다. 분할면(30)의 측면에 형성되는 나노 요철 패턴(50)의 구성을 통해, 자성부(10)와 도전부(20)의 결합력을 향상시킨다.

한편, 제1실시예의 변형례로서, 마이크로 금속 성형물(1)의 도전부(20)는 자성부(10)의 내부에 구비되어 도전부(20)의 측면이 외부에 노출되지 않도록 하는 구성도 가능하다. 다만, 수많은 마이크로 금속 성형물(1)을 이용하여 도전 통로를 형성할 때 측부로 인접한 마이크로 금속 성형물(1)과의 도전성을 고려하면, 자성부(10)보다는 도전부(20)가 폭 방향 외측에 위치하는 제1실시예의 구성이 보다 바람직하다.

마이크로 금속 성형물(1)의 제조방법은, 몰드(100)에 제1내부 공간(110)을 형성하는 단계; 제1내부 공간(110)에 제1금속층(111)을 도금하는 단계; 몰드(100)에 제1금속층(111)과 접하여 제2내부 공간(120)을 형성하는 단계; 제2내부 공간(120)에 제2금속층(121)을 도금하는 단계; 및 몰드(100)를 제거하는 단계를 포함하되, 제1금속층(111) 및 제2금속층(121) 중 하나는 자성부(10)가 되고, 다른 하나는 도전부(20)가 된다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 제1실시예에 따른 마이크로 금속 성형물(1)의 제조방법에 대해 설명한다. 도 3 내지 도 6은 본 발명의 바람직한 제1실시예에 따른 마이크로 금속 성형물의 각 제조방법을 도시한 도면이다.

먼저, 도 3a 및 도 3b를 참조하면, 몰드(100)에 제1내부 공간(110)을 형성하는 단계를 수행한다. 도 3a는 제1내부 공간(110)이 몰드(10)를 도시한 평면도이고, 도 3b는 도 3a의 A-A’단면도이다.

본 발명의 바람직한 실시예에서는 몰드(100)는 양극산화막 재질로 구성된다. 양극산화막은 2~3ppm/℃의 열팽창 계수를 갖는다. 이로 인해 고온의 환경에 노출될 경우, 온도에 의한 열변형이 적다. 따라서 마이크로 금속 성형물(1)의 제작 환경에 비록 고온 환경이라 하더라도 열 변형없이 정밀한 마이크로 금속 성형물(1)을 제작할 수 있다. 또한, 양극산화막 재질의 양극산화막 몰드(10)를 이용하면, 포토레지스트 재질의 몰드로는 구현하는데 한계가 있었던 형상의 정밀도, 미세 형상의 구현의 효과를 발휘할 수 있게 된다. 이상과 같은 이유로 본 발명의 바람직한 제1실시예에 따른 마이크로 금속 성형물(1)의 제조방법에 사용되는 몰드(100)는 양극산화막 재질의 몰드(100)이다.

양극산화막은 모재 금속을 양극산화하였울때 형성된 막을 의미하고, 포어(101)는 모재 금속을 양극산화하여 양극산화막을 형성하는 과정에서 형성되는 구멍을 의미한다. 예컨대, 모재 금속이 알루미늄(Al) 또는 알루미늄 합금인 경우, 모재 금속을 양극산화하면 모재 금속의 표면에 알루미늄 산화물(Al₂0₃) 재질의 양극산화막이 형성된다. 다만 모재 금속은 이에 한정되는 것은 아니며, Ta, Nb, Ti, Zr, Hf, Zn, W, Sb 또는 이들의 합금을 포함한다, 위와 같이 형성된 양극산화막은 수직적으로 내부에 포어(101)가 형성되지 않은 배리어층(102)과, 내부에 포어(101)가 형성된 다공층(103)으로 구분된다. 배리어층(102)과 다공층(103)을 갖는 양극산화막이 표면에 형성된 모재 금속에서, 모재 금속을 제거하게 되면, 알루미늄 산화물(Al₂0₃) 재질의 양극산화막만이 남게 된다.

제1내부 공간(110)는 양극산화막 몰드(100)를 습식 에칭하여 형성될 수 있다. 이를 위해 양극산화막 몰드(100)의 상면에 포토 레지스트를 구비하고 이를 패터닝한 다음, 패터닝되어 오픈된 영역의 양극산화막이 에칭 용액과 반응하여 제거됨에 따라 제1내부 공간(110)이 형성될 수 있다.

양극산화막 몰드(100)의 하면에는 하부 시드층(130)이 구비된다. 하부 시드층(130)은 양극산화막 몰드(100)에 제1내부 공간(110)을 형성하기 이전에 양극산화막 몰드(100)의 하면에 구비될 수 있다. 한편 양극산화막 몰드(100)의 하부에는 지지기판(미도시)이 형성되어 양극산화막 몰드(100)의 취급성을 향상시킬 수 있다. 또한 이 경우 지지기판의 상면에 하부 시드층(130)을 형성하고 제1내부 공간(110)이 형성된 양극산화막 몰드(100)를 지지기판에 결합하여 사용할 수도 있다. 하부 시드층(130)은 구리(Cu)재질로 형성될 수 있고, 증착 방법에 의해 형성될 수 있다.

그 다음 제1내부 공간(110)에 제1금속층(111)을 도금하는 단계를 수행한다. 도 4a는 제1내부 공간(110)에 전기 도금 공정을 수행하여 제1금속층(111)을 형성한 것을 도시한 평면도이고, 도 4b는 도 4a의 A-A’단면도이다.

하부 시드층(130)을 이용하여 도금하여 제1내부 공간(110)에 제1금속층(111)을 형성한다.

제1금속층(111)은 자성부(10) 또는 도전부(20)일 수 있으며, 본 발명의 바람직한 제1실시예에서는 자성부(10)이다. 자성부(10)는 니켈(Ni), 코발트(Co), 망간(Mn), 철(Fe)이나 이들을 포함하는 합금 중에서 선택된 금속으로 형성된다.

그 다음 몰드(100)에 제1금속층(111)과 접하여 제2내부 공간(120)을 형성하는 단계를 수행한다. 도 5a는 몰드(100)에 제1금속층(111)과 접하여 제2내부 공간(120)을 형성한 것을 도시한 평면도이고, 도 5b는 도 5a의 A-A’단면도이다.

제2내부 공간(120)는 양극산화막 몰드(100)를 습식 에칭하여 형성될 수 있다. 이를 위해 양극산화막 몰드(100)의 상면에 포토 레지스트를 구비하고 이를 패터닝한 다음, 패터닝되어 오픈된 영역의 양극산화막이 에칭 용액과 반응하여 제거됨에 따라 제2내부 공간(120)이 형성될 수 있다.

제2내부 공간(120)의 중앙에 제1금속층(111)이 위치한다. 다시 말해 제1금속층(111)의 주변으로는 제2내부 공간(120)이 형성된다.

그 다음 제2내부 공간(120)에 제2금속층(121)을 도금하는 단계를 수행한다. 도 6a는 제2내부 공간(120)에 제2금속층(121)을 도금한 것을 도시한 평면도이고, 도 6b는 도 6a의 A-A’단면도이다.

하부 시드층(130)을 이용하여 도금하여 제2내부 공간(120)에 제2금속층(121)을 형성한다. 제2금속층(121)은 자성부(10) 또는 도전부(20)일 수 있으며, 본 발명의 바람직한 제1실시예에서는 도전부(20)이다. 도전부(20)는 로듐(Rd), 백금(Pt), 이리듐(Ir), 팔라듐(Pd), 텅스텐(W), 인(Ph), 금(Au), 은(Ag), 구리(Cu)나 이들을 포함하는 합금 중에서 선택된 금속으로 형성된다. 또는 도전부(20)는 로듐(Rd), 백금 (Pt), 이리듐(Ir), 팔라듐(Pd), 텅스텐(W), 인(Ph)이나 이들의 합금 중에서 선택된 제1금속층과, 금(Au), 은(Ag), 구리(Cu) 또는 이들의 합금 중에서 선택된 제2금속층을 포함하여 복수개의 이종의 금속층이 높이 방향으로 적층되어 형성될 수 있다. 제1금속층은 제2금속층에 비해 강성 또는 내마모성이 상대적으로 높은 금속이고, 제2금속층은 제1금속층에 비해 전기 전도도가 상대적으로 높은 금속이다.

그 다음 몰드(100)를 제거하는 단계를 수행한다. 몰드(100)와 하부 시드층(130)을 제거하여 마이크로 금속 성형물(1)을 얻게 된다.

도 7은 본 발명의 바람직한 제1실시예의 변형례에 따른 마이크로 금속 성형물(1)을 도시한 도면으로서 도 7a는 사시도이고, 도 7b는 도 7a의 A-A’단면도이다.

마이크로 금속 성형물(1)은 직육면체 형상으로 구성된다는 점에서 제1실시예에 따른 마이크로 금속 성형물(1)이 원기둥 형상으로 구성되는 것과 차이가 있다. 자성부(10) 역시 직육면체 형상으로 구성된다.

다만 마이크로 금속 성형물(1)과 자성부(10)의 형상은 이에 한정되는 것은 아니고 수직한 측벽을 가지는 3차원 형상을 갖는 것이라면 다양한 형상으로 구성될 수 있다.

제2실시예

다음으로, 본 발명에 따른 제2실시예에 대해 살펴본다. 단, 제1실시예와 비교하여 특징적인 구성요소들을 중심으로 설명하겠으며, 제1실시예와 동일하거나 유사한 구성요소들에 대한 설명은 되도록이면 생략한다.

도 8은 본 발명의 바람직한 제2실시예에 따른 마이크로 금속 성형물(1)을 도시한 도면으로서 도 8a는 사시도이고, 도 8b는 도 8a의 A-A’단면도이고, 도 9는 본 발명의 바람직한 제2실시예에 따른 마이크로 금속 성형물(1)의 일부를 확대한 확대도를 포함한 사시도이다.

제2실시예에 따른 마이크로 금속 성형물(1)의 도전부(20)는 자성부(10)의 폭 방향 내부에 위치하는 제1도전부(21)와 자성부(10)의 폭 방향 외부에 위치하는 제2도전부(23)를 포함하고, 분할면(30)은 제1도전부(21)와 자성부(10) 사이의 제1분할면(31)과 제2도전부(23)와 자성부(10) 사이의 제2분할면(33)을 포함한다. 자성부(10)와 제1도전부(21)는 제1분할면(31)을 기준으로 공간 분할되고, 자성부(10)와 제2도전부(23)는 제2분할면(33)을 기준으로 공간 분할된다.

자성부(10)와 제1,2도전부(21,23)는 높이 방향으로 동일 높이(H)를 가진다. 다시 말해, 자성부(10)의 길이 방향의 높이(H)는 제1,2도전부(21, 23)의 길이 방향의 높이(H)와 동일하다.

자성부(10)는 제1도전부(21)와 제2도전부(24) 사이에 구비되어 폐쇄형의 띠 형태로 구비된다. 자성부(10)는 제2도전부(23)의 내부에 구비되어 자성부(10)의 둘레면에는 제2도전부(23)가 위치함으로써 자성부(10)의 측면은 외부에 노출되지 않는다.

다만, 이에 대한 변형례로서, 마이크로 금속 성형물(1)의 자성부(10)는 도전부(20)의 폭 방향 내부에 위치하는 제1자성부와 도전부(20)의 폭 방향 외부에 위치하는 제2자성부를 포함하고, 분할면(30)은 제1자성부와 도전부(20) 사이의 제1분할면(31)과 제2자성부와 도전부(10) 사이의 제2분할면(33)을 포함하여 구성될 수 있다. 다만, 수많은 마이크로 금속 성형물(1)을 이용하여 도전 통로를 형성할 때 측부로 인접한 마이크로 금속 성형물(1)과의 도전성을 고려하면, 자성부(10)보다는 도전부(20)가 폭 방향 외측에 위치하는 제2실시예의 구성이 보다 바람직하다.

마이크로 금속 성형물(1)의 외주면과 제1,2분할면(31, 33)에는 나노 요철 패턴(50)이 형성된다.

도 10은 본 발명의 바람직한 제2실시예의 변형례에 따른 마이크로 금속 성형물(1)을 도시한 도면으로서 도 10a는 사시도이고, 도 10b는 도 10a의 A-A’단면도이다.

제3실시예

다음으로, 본 발명에 따른 제3실시예에 대해 살펴본다. 단, 제1실시예와 비교하여 특징적인 구성요소들을 중심으로 설명하겠으며, 제1실시예와 동일하거나 유사한 구성요소들에 대한 설명은 되도록이면 생략한다.

도 11은 본 발명의 바람직한 제3실시예에 따른 마이크로 금속 성형물(1)을 도시한 도면으로서 도 11a는 사시도이고, 도 11b는 도 11a의 A-A’단면도이고, 도 12는 본 발명의 바람직한 제3실시예에 따른 마이크로 금속 성형물(1)의 일부를 확대한 확대도를 포함한 사시도이다.

제3실시예에 따른 마이크로 금속 성형물(1)의 자성부(10)는 복수 개 구비되되, 각각의 자성부(10)는 도전부(20)의 내부에서 이격되어 구비된다.

자성부(10)는 적어도 2개 이상 구비되되 각각의 자성부(10)는 서로 이격되어 구비된다. 다시 말해 자성부(10)와 자성부(10) 사이에는 도전부(20)를 구성하는 금속이 구비된다.

각각의 자성부(10)와 도전부(20)는 분할면(30)을 기준으로 공간 분할된다.

자성부(10)와 도전부(20)는 높이 방향으로 동일 높이(H)를 가진다. 다시 말해, 자성부(10)의 길이 방향의 높이(H)는 도전부(20)의 길이 방향의 높이(H)와 동일하다. 자성부(10)는 원기둥 형상으로 구성된다.

자성부(10)는 도전부(20)의 내부에 구비되어 자성부(10)의 둘레면에는 도전부(20)가 위치함으로써 자성부(10)의 측면은 외부에 노출되지 않는다.

마이크로 금속 성형물(1)의 외주면과 분할면(30)에는 나노 요철 패턴(50)이 형성된다.

도 13은 본 발명의 바람직한 제3실시예의 변형례에 따른 마이크로 금속 성형물(1)을 도시한 도면으로서 도 13a는 사시도이고, 도 13b는 도 13a의 A-A’단면도이고, 도 14는 본 발명의 바람직한 제3실시예의 변형예에 따른 마이크로 금속 성형물의 일부를 확대한 확대도를 포함한 사시도이다.

제4실시예

다음으로, 본 발명에 따른 제4실시예에 대해 살펴본다. 단, 제1실시예와 비교하여 특징적인 구성요소들을 중심으로 설명하겠으며, 제1실시예와 동일하거나 유사한 구성요소들에 대한 설명은 되도록이면 생략한다.

도 15는 본 발명의 바람직한 제4실시예에 따른 마이크로 금속 성형물(1)의 사시도로서, 도 15a는 단면이 원형인 것을 도시한 도면이고, 도 15b는 단면이 사각형인 것을 도시한 도면이고, 도 15c는 단면이 삼각형인 것을 도시한 도면이며, 도 16는 본 발명의 바람직한 제4실시예에 따른 마이크로 금속 성형물(1)의 일부를 확대한 확대도를 포함한 사시도이다.

제4실시예에 따른 마이크로 금속 성형물(1)의 자성부(10)와 도전부(20)는 마이크로 금속 성형물(1)의 외주면을 형성한다. 제1내지 제3실시예에 따른 마이크로 금속 성형물(1)은 도전부(20)만이 외주면을 형성하는 구성인 반면에 제4실시예에 따른 마이크로 금속 성형물(1)은 도전부(20)와 자성부(10)가 함께 외주면을 형성하는 구성이라는 점에서 구성상의 차이가 있다.

마이크로 금속 성형물(1)은 분할면(30)을 기준으로 자성부(10)와 도전부(20)가 면분할되어 분할면(30)의 일측에는 자성부(10)가 구비되고 분할면(30)의 타측에는 도전부(20)가 구비된다. 한편 분할면(30)은 복수개가 구비될 수 있으며, 이 경우 각각의 분할면(30)을 기준으로 자성부(10)와 도전부(20)가 면분할 될 수 있다.

마이크로 금속 성형물(1)은 그 단면이 형상이 도 15a에 도시된 바와 같이 원형일 수 있고, 도 15b에 도시된 바와 같이 사각형일 수 있으며, 도 15c에 도시된 바와 같이 삼각형일 수 있다. 다만 마이크로 금속 성형물(1)의 단면 형상은 이에 한정되는 것은 아니고, 다양한 형상이 가능하다.

제5실시예

도 17은 본 발명의 바람직한 제5실시예에 따른 마이크로 금속 성형물(1)을 도시한 도면으로서 도 17a는 자성부(10)와 도전부(20) 사이에 2개의 분할면(30)이 있는 것을 도시한 도면이고, 도 17b는 자성부와 도전부 사이에 1개의 분할면(30)이 있는 것을 도시한 도면이며, 도 18은 본 발명의 바람직한 제5실시예에 따른 마이크로 금속 성형물(1)의 일부를 확대한 확대도를 포함한 사시도이다.

제5실시예에 따른 마이크로 금속 성형물(1)은 폭 방향 내측으로 오목하게 파인 삽입부(40)를 포함한다. 삽입부(40)의 높이는 마이크로 금속 성형물(1)의 높이(H)와 동일 높이(H)로 형성된다.

삽입부(40)를 기준으로 그 양측에 자성부(10) 또는 도전부(20)가 구비될 수 있다. 도 17a에 도시된 바와 같이, 삽입부(40)를 기준으로 그 양측에 도전부(20)가 구비되고 각각의 도전부(20)와 자성부(10)는 분할면(30)에 의해 공간 분할된다.

한편, 삽입부(40)를 기준으로 어느 한 측에는 자성부(10)가 구비되고 다른 한 측에는 도전부(20)가 구비될 수 있다. 도 17b에 도시된 바와 같이, 삽입부(40)를 기준으로 양측 중 일측에는 자성부(10)가 구비되고 타측에는 도전부(20)가 구비된다.

전술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 통상의 기술자는 하기의 특허 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 또는 변형하여 실시할 수 있다.

1: 마이크로 금속 성형물 10: 자성부
20: 도전부 30: 분할면
40: 삽입부

Claims

수직한 측벽을 가지는 3차원 형상의 마이크로 금속 성형물로서,
자성부; 및
도전부를 포함하고,
상기 자성부와 상기 도전부는 분할면을 기준으로 공간 분할된, 마이크로 금속 성형물.
제1항에 있어서,
상기 자성부와 상기 도전부는 길이 방향으로 동일 높이를 가지는, 마이크로 금속 성형물.
제1항에 있어서,
상기 분할면에 나노 요철 패턴을 구비하는, 마이크로 금속 성형물.
제1항에 있어서,
상기 측벽에 나노 요철 패턴을 구비하는, 마이크로 금속 성형물.
제1항에 있어서,
상기 자성부는 상기 도전부의 내부에 구비되어 상기 자성부의 측면은 외부에 노출되지 않는, 마이크로 금속 성형물.
제1항에 있어서,
상기 도전부는 상기 자성부의 폭 방향 내부에 위치하는 제1도전부와 상기 자성부의 폭 방향 외부에 위치하는 제2도전부를 포함하고,
상기 분할면은 상기 제1도전부와 상기 자성부 사이의 제1분할면과 상기 제2도전부와 상기 자성부 사이의 제2분할면을 포함하는, 마이크로 금속 성형물.
제1항에 있어서,
상기 자성부는 복수 개 구비되되, 각각의 자성부는 상기 도전부의 내부에서 이격되어 구비되는, 마이크로 금속 성형물.
제1항에 있어서,
상기 도전부가 외주면을 형성하는, 마이크로 금속 성형물
제1항에 있어서,
상기 도전부와 상기 자성부가 외주면을 형성하는, 마이크로 금속 성형물.
제1항에 있어서,
폭 방향 내측으로 오목하게 파인 삽입부를 포함하는, 마이크로 금속 성형물.
제1항에 있어서,
상기 자성부는 니켈(Ni), 코발트(Co), 망간(Mn), 철(Fe)이나 이들을 포함하는 합금 중에서 선택된 금속으로 형성되고,
상기 도전부는 로듐(Rd), 백금(Pt), 이리듐(Ir), 팔라듐(Pd), 텅스텐(W), 인(Ph), 금(Au), 은(Ag), 구리(Cu)나 이들을 포함하는 합금 중에서 선택된 금속으로 형성된, 마이크로 금속 성형물.
몰드에 제1내부 공간을 형성하는 단계;
상기 제1내부 공간에 제1금속층을 도금하는 단계;
상기 몰드에 상기 제1금속층과 접하여 제2내부 공간을 형성하는 단계;
상기 제2내부 공간에 제2금속층을 도금하는 단계; 및
상기 몰드를 제거하는 단계;를 포함하되,
상기 제1금속층 및 상기 제2금속층 중 하나는 자성부가 되고, 다른 하나는 도전부가 되는, 마이크로 금속 성형물의 제조방법.
제12항에 있어서,
상기 몰드는 금속 모재를 양극산화한 후 상기 금속 모재를 제거하여 형성된 양극산화막인, 마이크로 금속 성형물의 제조방법.