플라스틱 사출렌즈의 제작 및플라스틱 사출렌즈의 제작 및플라스틱 사출렌즈의 제작 및플라스틱 사출렌즈의 제작 및Multi-cavityMulti-cavityMulti-cavityMulti-cavity

수율향상 기술 지원수율향상 기술 지원수율향상 기술 지원수율향상 기술 지원

2007. 2.2007. 2.2007. 2.2007. 2.

한 국 기 계 연 구 원한 국 기 계 연 구 원한 국 기 계 연 구 원한 국 기 계 연 구 원

유 성 정 밀 주 식 회 사유 성 정 밀 주 식 회 사유 성 정 밀 주 식 회 사유 성 정 밀 주 식 회 사

산 업 자 원 부산 업 자 원 부산 업 자 원 부산 업 자 원 부

- 2 -

별지 제 호 서식별지 제 호 서식별지 제 호 서식별지 제 호 서식[ 9 ][ 9 ][ 9 ][ 9 ]

관리번호관리번호관리번호관리번호::::

종합기술지원사업 기술지원성과보고서종합기술지원사업 기술지원성과보고서종합기술지원사업 기술지원성과보고서종합기술지원사업 기술지원성과보고서

사 업 명 플라스틱 사출렌즈의 제작 및 수율향상 기술 지원Multi-cavity

지원책임자소속 한국기계연구원:

성명 하 태 호:지원기간

부터2005. 11. 1.

까지2006. 12. 31.

사업비 규모

총 백만원160

지원기관의

참여연구원

하태호

송준엽

이창우

정 부 출 연 금 :

기업부담금현금 :

현물 :

백만원80

백만원48

백만원32

부품 소재종합기술지원사업운영요령 제 조의 규정에 의해 종합기술지원사업18ㆍ

수행에 대한 기술지원성과보고서를 제출합니다.

첨 부 기술지원성과보고서 부첨 부 기술지원성과보고서 부첨 부 기술지원성과보고서 부첨 부 기술지원성과보고서 부: 5: 5: 5: 5

년 월 일년 월 일년 월 일년 월 일2007 22007 22007 22007 2

지 원 책 임 자지 원 책 임 자지 원 책 임 자지 원 책 임 자 하 태 호하 태 호하 태 호하 태 호::::

한국기계연구원원장한국기계연구원원장한국기계연구원원장한국기계연구원원장 박 화 영박 화 영박 화 영박 화 영::::

유성정밀 주유성정밀 주유성정밀 주유성정밀 주( )( )( )( ) 김 정 기김 정 기김 정 기김 정 기::::

한국부품소재산업진흥원장 귀하한국부품소재산업진흥원장 귀하한국부품소재산업진흥원장 귀하한국부품소재산업진흥원장 귀하

- 3 -

제 출 문제 출 문제 출 문제 출 문

산 업 자 원 부 장 관 귀 하산 업 자 원 부 장 관 귀 하산 업 자 원 부 장 관 귀 하산 업 자 원 부 장 관 귀 하

본 보고서를 플라스틱 사출렌즈의 제작 및 수율향상 기술 지원 지원“Multi-cavity ”(

기간 과제의 기술지원성과보고서로 제출합니다: 2005. 11. 1 ~ 2006. 12. 31) .

2007. 2. .2007. 2. .2007. 2. .2007. 2. .

지원기관 한국기계연구원지원기관 한국기계연구원지원기관 한국기계연구원지원기관 한국기계연구원::::

박 화 영박 화 영박 화 영박 화 영

지원기업 주 유성정밀지원기업 주 유성정밀지원기업 주 유성정밀지원기업 주 유성정밀: ( ): ( ): ( ): ( )

김 정 기김 정 기김 정 기김 정 기

지원책임자지원책임자지원책임자지원책임자 하 태 호하 태 호하 태 호하 태 호::::

참여연구원참여연구원참여연구원참여연구원 송 준 엽송 준 엽송 준 엽송 준 엽::::

″″″″ 이 창 우이 창 우이 창 우이 창 우::::

″″″″ 김 영 규김 영 규김 영 규김 영 규::::

″″″″ 이 동 관이 동 관이 동 관이 동 관::::

″″″″ 박 덕 창박 덕 창박 덕 창박 덕 창::::

- 4 -

기술지원성과 요약서기술지원성과 요약서기술지원성과 요약서기술지원성과 요약서

과제고유번호 연구기간 2005. 11. 1 2006. 12. 31～

연구사업명 부품소재종합기술지원사업

지원과제명 플라스틱 사출렌즈의 제작 및 수율향상 기술 지원Multi-cavity

지원책임자 하태호 지원연구원수

총 명: 3

내부 명: 3

외부 명:

총

사업비

정부:

기업:

계:

천원80,000

천원80,000

천원160,000

지원기관명 한국기계연구원 소속부서명 지능기계연구센터

참여기업 기업명 유성정밀 주: ( ) 기술책임자 :

요약 연구결과를 중심으로 개조식 자 이내( 500 )보고서

면수67

생산성 향상을 위한 금형제작의 경우 당시 금형을 대상으Multi-cavity , 8 Cavity

로 지원계획을 설전 진행하였으나 과제 종료 시에는 이 목표치를 상회하는, 16

공정을 도입하여 금형의 제작 지원은 물론 실지 양산에 적용하는 성과를Cavity

달성하였다 금형의 유동 시뮬레이션 해석을 통하여. Multi-cavity , Spool,

의 설계와 사출조건의 선정을 통한 최적 금형 설계 지원을 행하였Runner, Gate

다 수율 향상 기술 지원을 통해서는 온도 유지기구를 클린룸 환경에서도 도입.

시킴으로써 사출시 금형의 균일한 온도분포를 유지 시켜 수율을 향상시키는 것

은 물론 금형 셋업시간을 단축시켜 생산성 향상을 통한 경비 절감효과를 얻을,

수 있었다 또한 사출렌즈의 반사막코팅 공정에 반전식 코팅방식을 도입하여. , ,

기존의 단면 코팅 공정의 총 개 공정을 개 공정으로 단축시킴으로써 생산성의8 5

향상 및 원가 절감 효과를 얹을 수 있었다 렌즈 평가법의 경우 복굴절 평가법. ,

의 검토 및 실험을 통하여 현장 적용이 가능한 복굴절 평가법을 제안하였으며, ,

그 유용성을 확인하였다 이 이외에도 편심측정 장비의 및 보조기구 등의 제. Jig

작 및 사양결정 등의 지원을 행하였다.

색 인 어

각 개 이상( 5 )

한 글 멀티 캐비티 금형 시뮬레이션 복굴절 수율, , , ,

영 어 Multi-Cavity, Mold, Simulation, Bireferengence, Yield

- 5 -

기술지원성과 요약문기술지원성과 요약문기술지원성과 요약문기술지원성과 요약문

사업목표사업목표사업목표사업목표1.1.1.1.

지원기업인 유성정밀 주 는 최근 급격히 증가하고 있는 카메라 폰 등에 사용되( )

는 용 소형 플라스틱 사출렌즈가 주 생산 수출CCM(Compact Camera Module) /

품목이다 이들 제품은 한 개의 금형에서 다수개의 렌즈를 취출하는.

방식을 통하여 생산성 향상을 꾀하고 있으나 의 개수는 늘이Multi-cavity , Cavity

면서 각 별로 생산되는 사출품의 성능 확보가 중요한 관건이다 또한, Cavity . ,

제작기술 향상을 통한 수율 향상이 직접적인 제품의 성능향상 및 비용절감에 직

결되는 문제이다 양산 체제에서의 제작 기술 지원 및 수율 향상을 위한 평가.

기술 등 기반 기술을 제공하여 지원기업의 생산 경쟁력 확보를 통해 기업의 수

출 지원하는데 목적이 있다.

기술지원내용 및 범위기술지원내용 및 범위기술지원내용 및 범위기술지원내용 및 범위2.2.2.2.

지원기업이 직면하고 있는 현장 애로 기술인 플라스틱 사출렌즈 제Multi-cavity

작과 수율향상에 대한 기술 지원.

렌즈의 광학 특성 평가 기술 복굴절 편심 측정 해상력- ( , , )

사출 성형 을 통한 사출 조건 및 최적 금형 설계- Simulation

플라스틱 사출렌즈 제작 기술지원 대응 최종- Multi-cavity (8 Cavity 16→

대응Cavity )

사출 조립 측정 공정개선 및 장비 개량 지원을 통한 수율 향상- / /

제작 사출 코팅공정 개선(Jig , , )

지원실적지원실적지원실적지원실적3.3.3.3.

지원항목지원내용

비고기술지원前 기술지원後

렌즈 광학 특성평가 - 복굴절 평가현장적용의 복굴절 평가

법 제안

사출렌즈 수율 향상 불량률 : 14 % 불량률 : 8 %

감소에 따른 금액원의%

절감의 효과 생산성 향,

상

사출성형 Simulation기본해석8 Cavity

단계

금형16 Cavity

내 소재 유동해석

를 통한 최적금형CAE

설계

Multi-Cavity

금형제작 지원

안정화8 Cavity

시도 단계

현장16 Cavity

적용

당초계획인 를 초8Cavity

과달성 금형16Cavity

적용

※ 지원항목 번항목의 기술지원내용 및 범위를 근거로 지원실적을 항목별1. : 2

로 구분하여 기재

지원내용 지원항목별로 기술지원 상황을 비교하여 기재2. : 前 後ㆍ

- 6 -

기술지원 성과 및 효과기술지원 성과 및 효과기술지원 성과 및 효과기술지원 성과 및 효과4.4.4.4.

해당기술 적용제품해당기술 적용제품해당기술 적용제품해당기술 적용제품1)1)1)1)

적용제품명 용 소형 사출렌즈 카메라 폰o : CCM (Compact Camera Module) ( )

모 델 명 급 소형 렌즈o : VGA / Mega

품질 및 가격품질 및 가격품질 및 가격품질 및 가격2)2)2)2)

구 분 경쟁 제품해당기술적용제품

비 고지원전 지원후

경쟁제품 대비 품질

경쟁제품 대비 가격

객관화 된 를 근거로 작성DATA※

원가절감 효과원가절감 효과원가절감 효과원가절감 효과3)3)3)3)

구 분 절 감 금 액 비 고

원부자재 절감 백만원 년350 / ( %)

인건비 절감 백만원 년50 / ( %)

계 백만원 년400 / ( %)

공정개선 및 품질향상 등으로 인한 절감효과 반영※

적용제품 시장전망 매출성과적용제품 시장전망 매출성과적용제품 시장전망 매출성과적용제품 시장전망 매출성과4) ( )4) ( )4) ( )4) ( )

구 분 당해연도 매출 차년도 예상매출전년대비

증가비율비고

내 수 백만원 년28,000 / 백만원 년37,000 / 32 % 광학사업부

수 출 천달러 년/ 천달러 년/ %

계 백만원 년28,000 / 백만원 년37,000 / % 광학사업부

참고) 적용제품 주요수출국1. :

작성당시 환율기준2. :

- 7 -

수입대체효과수입대체효과수입대체효과수입대체효과5)5)5)5)

해당기술의 기술력 향상 효과해당기술의 기술력 향상 효과해당기술의 기술력 향상 효과해당기술의 기술력 향상 효과6)6)6)6)

사업 계획 및 시작 시 금형 제작 및 공정에서의 수율향상을 목표로 하8 Cavity

였다 과제 진행 중 최초 계획하였던 공정 기술을 뛰어넘는. 8 Cavity 16 Cavity

공정의 도입하여 생산성 향상 및 양산 투입을 완료하였다 향후 렌즈의 고성능, .

화의 요구에 따른 급 렌즈를 한 단계 더 업그레이드된 공정과Mega 32 Cavity

같은 고도화 공정에의 적용 가능한 기반 기술을 확보하였다.

기술적 파급효과기술적 파급효과기술적 파급효과기술적 파급효과7)7)7)7)

소형 고정도 렌즈의 제작 기술 및 평가 기술의 확보를 통하여 향후 차세대,

의 표준으로 제시되고 있는 및 용 고개구율DVD HD-DVD Blu-Ray( =405nm)λ

렌즈 및 레이저 프린터의 스캔에 사용되는 렌즈와(N.A. = 0.85) Pick-up fΘ

같은 고부가가치의 고정도 광학부품의 생산에의 적용이 가능하다 또한 평가 및. ,

공정 기술의 개선을 통한 수율 향상으로 경비 절감 가격 경쟁력 향상 제품 성, ,

능 향상을 통하여 현재 기업이 생산중인 휴대폰 케이스 등과 같은 기타 사출제

품은 물론 유사 평가 항목을 갖는 렌즈에도 적용하여 기업 수출 경쟁력Glass

향상 효과 및 신사업분야에의 진출 기반기술로 기대되어 경제적 파급효과는 물

론 높은 기술적 파급효과를 가지고 있다.

적용기술 인증 지적재산권 획득여부적용기술 인증 지적재산권 획득여부적용기술 인증 지적재산권 획득여부적용기술 인증 지적재산권 획득여부5. ,5. ,5. ,5. ,

규격 인증획득규격 인증획득규격 인증획득규격 인증획득1) ,1) ,1) ,1) ,

- 8 -

지적재산권지적재산권지적재산권지적재산권2)2)2)2)

세부지원실적세부지원실적세부지원실적세부지원실적6.6.6.6.

항 목지원

건수지 원 성 과

기술정보제공 건7 관련 논문 국외 자료 제공/

시제품제작 건2 복굴절 시험 평가기 메쉬 픽커/

양산화개발 건1 금형16 Cavity

공정개선 건3 제작 및 사출 코팅 검사공정 개선 지원Jig / /

품질향상 건2 수율 향상 불량률 감소( )

시험분석 건

수출 및 해외바이어발굴 건

교육훈련 건2 광기술 교육 정보 제공 및 교육방안 형의

기술마케팅 경영자문/ 건-

정책자금알선 건-

논문게재 및 학술발표 건-

사업관리시스템

지원실적업로드 회수건

지원기업 방문회수 건23

기 타 건5 해외바이어 발표용 번역자료 검토 등

상기 세부지원실적에 대한 세부내용 첨부※

종합의견종합의견종합의견종합의견7.7.7.7.

본 지원 사업을 통하여 기업의 취약 부분인 연구개발 인력의 부족 생산 모델의,

이 최대 개월 정도로 단기간인 점 적용대상을 최초 계획의 에서Cycle 6 , 8 Cavity

로 상향조정으로 인한 비용의 증가 등의 문제점이 있었으나 현재는 종16Cavity ,

합기술 지원 사업에서 반영된 기술을 바탕으로 사출 공정을 양산라인16 Cavity

에 적용하고 있으며 제반 공정개선을 통한 수율 향상에 성공하였다 현재 생산, .

품은 국내 유수의 휴대폰 메이커에 납품되어 국외에 수출되고 있으며 향후 지,

원기업의 고부가 가치의 모델의 생산에 연계되는 기반 기술의 확보에 기여하였

다고 판단된다.

- 9 -

연구과제 세부과제 성과연구과제 세부과제 성과연구과제 세부과제 성과연구과제 세부과제 성과( )( )( )( )□□□□

과학기술 연구개발 성과과학기술 연구개발 성과과학기술 연구개발 성과과학기술 연구개발 성과1.1.1.1.

논문게재 성과논문게재 성과논문게재 성과논문게재 성과□□□□

사업화 성과사업화 성과사업화 성과사업화 성과2.2.2.2.

특허 성과특허 성과특허 성과특허 성과□□□□

출원된 특허의 경우○

등록된 특허의 경우○

- 10 -

사업화 현황사업화 현황사업화 현황사업화 현황□□□□

사업화 세부사항

사업(9)

화명

(10)

사업화

내용

사업화 업체 개요(11)(12)

기 매출액

백만원( )

(13)

당해연도

매출액

백만원( )

(14)

매출액 합계

백만원( )업체명 대표자 종업원수

사업화

형태

주11) 사업화 업체 개요의 사업화 형태는 연구책임자 창업 기술이전에1. , 2.

의한 창업 창업지원 기존업체에서 상품화 중에서 선택하여 번호, 3. , 4.

기입

고용창출효과고용창출효과고용창출효과고용창출효과□□□□

고용창출 세부사항

(9)

창업

명( )

(10)

사업체 확장

명( )

(11)

합계

명( )

주9) 창업의 경우는 사업화 성과 에서 사업화 현황의 종업원 수를 기입“2. ”

10)사업체 확장에 의한 고용창출은 국가연구개발사업을 통해서 기업체의 팀

이나 부서의 신규 생성 및 확대에 의한 것을 의미하며 확인된 경우만 기

입

- 11 -

세부지원실적 증빙 내용세부지원실적 증빙 내용세부지원실적 증빙 내용세부지원실적 증빙 내용□□□□

기술정보제공 건기술정보제공 건기술정보제공 건기술정보제공 건1. : 71. : 71. : 71. : 7

No. 일자 구체적 내용 증빙유무

1 2005. 11. 과제 소개 및 관련 기술 정보 소개 유

2 2006. 2 .렌즈 사출관련 국외전문 서적 소개

( )技術 用ブラスチックンズの と応유

3 2005. 12. 평가법 관련 논문 자료 제공/ 유

4 2006. 5. 제품 강도 강화법 관련 논문 제공 유

5 2006. 8. 카메라 폰 렌즈설계 교육 세미나 소개 유

6 2006. 7. 용 조정 스테이지 카탈로그 제공Jig 유

7 2006. 10. 기타 관련 논문 제공 유

시제품제작 건시제품제작 건시제품제작 건시제품제작 건2. : 22. : 22. : 22. : 2

NO. 일자 구체적 내용 증빙유무

1 2006. 4 . 복굴절 평가기 시제작 유

2 2006. 12 . 메쉬 픽커 시제작 유

시험분석 건시험분석 건시험분석 건시험분석 건3. :3. :3. :3. :

- 12 -

목 차목 차목 차목 차

제 장 사업의 개요제 장 사업의 개요제 장 사업의 개요제 장 사업의 개요1111

제 절 기술지원 필요성제 절 기술지원 필요성제 절 기술지원 필요성제 절 기술지원 필요성1111

제 절 기술지원 목표제 절 기술지원 목표제 절 기술지원 목표제 절 기술지원 목표2222

제 절 기술지원 내용제 절 기술지원 내용제 절 기술지원 내용제 절 기술지원 내용3333

제 장 기술지원 수행 내용 및 결과제 장 기술지원 수행 내용 및 결과제 장 기술지원 수행 내용 및 결과제 장 기술지원 수행 내용 및 결과2222

제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행1111

제 절 기술지원 성과제 절 기술지원 성과제 절 기술지원 성과제 절 기술지원 성과2222

기술지원 추진체계기술지원 추진체계기술지원 추진체계기술지원 추진체계1.1.1.1.

기술지원 추진일정기술지원 추진일정기술지원 추진일정기술지원 추진일정2.2.2.2.

수행주체 담당업무수행주체 담당업무수행주체 담당업무수행주체 담당업무3.3.3.3.

기술지원 성과기술지원 성과기술지원 성과기술지원 성과4.4.4.4.

제 장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도제 장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도제 장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도제 장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도3333

제 장 기술지원 결과의 활용계획제 장 기술지원 결과의 활용계획제 장 기술지원 결과의 활용계획제 장 기술지원 결과의 활용계획4444

부 록부 록부 록부 록

- 13 -

제 장 사업의 개요제 장 사업의 개요제 장 사업의 개요제 장 사업의 개요1111

제 절 기술지원 필요성제 절 기술지원 필요성제 절 기술지원 필요성제 절 기술지원 필요성1111

카메라 폰의 소형 카메라 모듈에 사용되는 소형 플라스틱 사출렌즈 휴대폰 케이스,

등을 생산하고 있는 유성정밀 주 는 현재 삼성전기 삼성 테크윈 등과 같은 카메라( ) ,

폰 생산을 하고 있는 대기업에 소형 플라스틱 렌즈의 생산은 물론 CCM (Compact

의 조립 공급을 행하고 있는 중견회사이다 그러나 고급 인력의Camera Module) , . ,

부족 개발투자 자금원 확보의 어려움 상대적으로 취약한 역량 등의 어려움, , R&D

이 있으며 각 공정을 분석 평가하여 이를 반영한 개선 프로세스의 구축에 여러, ㆍ

가지 인프라가 부족한 상황이었다.

대량생산 저가격 경량 등의 장점에도 불구하고 플라스틱 사출 렌즈는 수축에 의한, ,

형상 치수 변형 내부 응력에 따른 복굴절 발생 등 렌즈의 성능결함이 발생하며 또,

한 금형의 적용으로 생산률 향상을 꽤할 수는 있으나 금형 설계에 많, Multi-cavity ,

은 노하우가 필요하며 각 별로 일관된 광학특성을 얻기 힘든 문제점이 있다, Cavity .

특히 최근은 카메라 폰 등과 같이 메가 픽셀급 렌즈 모듈에 사용되는 고성능 렌즈,

의 경우 높은 형상 정도와 광학 특성을 요하게 되며 복수의 렌즈 군의 조합으로,

사용되므로 최종적인 렌즈 모듈의 수율향상을 위해서는 사출공정 및 장비의 개선뿐

만 아니라 각 렌즈의 별 특성 평가 및 개선이 필수적이다Cavity .

금형을 이용한 플라스틱 사출렌즈 제작 및 수율 향상 기술 지원을 통Multi-cavity

하여 단순한 생산성 향상뿐만 아니라 이와 더불어 수율의 향상을 동시에 얻을 수,

있도록 하여 업체의 경쟁력 향상에 기여하고자 하였다.

세부적인 사향으로는 광학특성 평가기술 사출조건 및 금형설계 개선 등을 통한 수,

율 향상을 위한 종합적인 지원을 행하였다 한 예로 과제 시작시 금형을. 8 Cavity

이용한 플라스틱 사출렌즈의 제작을 행하고 있었으나 그중 는 전부 불량, 1 Cavity

처리가 되는 현실이었다 또한 나머지 에서 얻어진 양품중 사출시 불량률. , 7 Cavity

메가급 모듈의 경우 그 불량률이 에 달하였다 사출렌즈의 경우 불량률1.5%, 7% .

감소 시 연간 억 천만원 정도의 경제적 손실을 막을 수 있게 된다1% 3 6 .

이번 기술지원 사업을 통하여 이와 같은 필요성을 가지고 있는 핵심기술에 대한 연

구 경험이 있는 정부출연 연구소와 생산 현장에서 많은 경험을 보유하고 있는 기업

의 협력으로 보다 경쟁력있는 업체로 발돋음 할 수 있는 계기가 될 수 있는 기술지

원이 절실히 필요하였다.

- 14 -

기술지원을 하는 한국기계연구원은 기계 및 부품 개발 관련하여 과기부 산자부 등,

의 정부 연구과제 수행경험과 국가지정연구실 사업 등의 풍부한 연구개발 경NRL( )

험을 통해 축적된 기계기술 생산기술 시스템기술 평가기술의 노하우를 보유하고ㆍ ㆍ ㆍ

있다 따라서 지원목표의 달성을 위해 연구자의 전공분야는 기계공학 전공자와 산. ,

업공학 전공자의 협력으로 이루어져 금형 개발을 통한 생산성 향상, Multi-cavity ,

광학특성 평가 프로세스 피드백 등을 통하여 업체의 경쟁력 향상을 위한 기술을,

지원하게 되었다.

- 15 -

제 절 기술지원 목표제 절 기술지원 목표제 절 기술지원 목표제 절 기술지원 목표2222

최근 급격히 그 수요가 증가되고 있는 휴대폰용 CCM (Compact Camera Module)

에 사용되는 플라스틱 사출렌즈의 생산 시 수율 향상을 위하여 금형의Multi-Cavity

설계 개선을 통하여 신뢰성을 검증하고 렌즈 특성 평가를 통한 수율향상 기술을,ㆍ

바탕으로 양산체계 구축에 필요한 기반기술 등을 제공한다.

그림 플라스틱 사출렌즈 예그림 플라스틱 사출렌즈 예그림 플라스틱 사출렌즈 예그림 플라스틱 사출렌즈 예1. Multi-cavity1. Multi-cavity1. Multi-cavity1. Multi-cavity

- 16 -

제 절 기술지원 내용제 절 기술지원 내용제 절 기술지원 내용제 절 기술지원 내용3333

본 지원과제를 통하여 지원된 기술 내용을 정리하면 다음과 같다.

금형제작 지원- Multi-cavity

과제 기획시 목표 과제 종료 시 결과( 8 Cavity 16 Cavity)⇒

생산성 향상을 위해 최초 대상으로 최초 기획 벚 진행을 하였으나 과제: 8 Cavity ,

수행 중 목표치를 상회하는 공정을 도입하여 금형의 제작 지원 및 양산16 Cavity

투입을 행하였음.

그림 제작된 금형그림 제작된 금형그림 제작된 금형그림 제작된 금형2. 16 Cavity2. 16 Cavity2. 16 Cavity2. 16 Cavity

금형 유동 해석을 위한 시뮬레이션-

그림 금형의 성형 해석 예그림 금형의 성형 해석 예그림 금형의 성형 해석 예그림 금형의 성형 해석 예3. 16 Cavity (Filling Pattern)3. 16 Cavity (Filling Pattern)3. 16 Cavity (Filling Pattern)3. 16 Cavity (Filling Pattern)

- 17 -

금형 설계에 있어서 사출시 플라스틱 재료의 유동은 재품의 광학적: Multi-cavity

성질을 결정하는 중요한 요소임 시뮬레이션을 통하여 의 설. , Spool, Runner, Gate

계와 사출조건의 선정을 통하여 최적 금형 설계 지원을 행하였음.

수율 향상 온도 유지 기구- ( )

사출 성형시 금형의 온도는 사출물의 수율에 큰 영향을 미침 온도 유지 기구를: .

클린룸에 도입시킴으로써 금형의 온도 일정한 온도를 유지 시켜 수율을 향상시키는

것은 물론 금형 셋업시의 시간을 단축시키는 효과를 얻었음, .

수율 향상 반전식 코팅돔- ( )

사출렌즈의 반사막 코팅 공정중 기존의 단면 코팅 공정을 개선하여 반전식 코팅:

돔을 도입함으로써 생산성의 향상 및 원가 절감 효과를 얻었음.

시제작 공정의 기술지원 및 제작 지원 등- Jig

금형제작 기술지원과 편심측정 장비의 제작 지원 및 보조기구 등의 사양결정: Jig

등의 지원을 행하였음.

렌즈 평가법 개선-

복굴절 평가법을 통한 렌즈의 성능 평가법의 지원:

- 18 -

제 장 기술지원 수행 내용 및 결과제 장 기술지원 수행 내용 및 결과제 장 기술지원 수행 내용 및 결과제 장 기술지원 수행 내용 및 결과2222

제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행1111

기술지원 달성정도

금형 유동 시뮬레이션 해석- Multi-Cavity

달성: 100 %

사출 금형 제작 개선 지원- Multi-Cavity /

달성: 100 %

공정 개선 수율 향상 에서 적용 반전식 코팅돔 도입- / (8 Cavity 16 Cavity , )

달성: 100 %

편심측정 설계 및 제작 지원- Jig

달성: 100 %

복굴절 평가법 개발 지원-

달성: 100 %

이상의 기술지원 계획 사항을 달성하였으며 아래와 같은 항목에 대하여 검100% ,

증을 하였다.

- 19 -

제 절 기술지원 성과제 절 기술지원 성과제 절 기술지원 성과제 절 기술지원 성과2222

기술지원 추진체계기술지원 추진체계기술지원 추진체계기술지원 추진체계1.1.1.1.

- 20 -

기술지원 추진일정기술지원 추진일정기술지원 추진일정기술지원 추진일정2.2.2.2.

- 21 -

수행주체 담당업무수행주체 담당업무수행주체 담당업무수행주체 담당업무3.3.3.3.

- 22 -

기술 지원 성과기술 지원 성과기술 지원 성과기술 지원 성과4.4.4.4.

여기에서는 본 종합기술 지원사업을 통해서 얻어진 지원 성과에 대해서 논한다 먼.

저 기술지원 대상의 이해를 위하여 기술적용 대상물과 그 생산 프로세스에 대하여

설명한다.

가 카메라 렌즈 모듈 생산 프로세스가 카메라 렌즈 모듈 생산 프로세스가 카메라 렌즈 모듈 생산 프로세스가 카메라 렌즈 모듈 생산 프로세스....

카메라 렌즈 모듈카메라 렌즈 모듈카메라 렌즈 모듈카메라 렌즈 모듈1)1)1)1)

그림 카메라 모듈그림 카메라 모듈그림 카메라 모듈그림 카메라 모듈1.1.1.1.

휴대폰에서 영상정보 획득에 사용되는 카메라 모듈은 CCM (Compact Camera

으로 불리며 휴대폰 뿐 아니라 소형 컴퓨터 등에 카메라 모듈로 사Module) , PDA,

용되고 있다 그림 에서 보는 바와 같이 크게 렌즈 모듈 필터 이미지 센서. 1. , IR , ,

및 커넥터로 구성된다FPCB .

그림 카메라 렌즈 모듈그림 카메라 렌즈 모듈그림 카메라 렌즈 모듈그림 카메라 렌즈 모듈2.2.2.2.

- 23 -

이중 렌즈 모듈은 그림 와 같이 이미지를 센서 면에 결상시켜 주는 역할을 하며2.

최근의 메가 픽셀급 카메라폰의 경우 매 내지 매의 렌즈를 조합해서 주로 사용되2 3

고 있다 그림과 같이 홀더에 매의 렌즈 매의 글래스 렌즈와 매의 플라스틱. 2~3 (1 2

렌즈의 조합 혹은 전부 플라스틱 렌즈 와 스페이서 등을 삽입하는 방법으로 생산, )

된다 최근에는 플라스틱 렌즈만으로 구성된 렌즈 모듈도 다수 등장하고 있으며 이.

들 렌즈는 플라스틱 사출 공정을 통하여 대량 생산되게 된다 이러한 플라스틱 렌.

즈는 렌즈를 성형하가 위한 금형 금형에 용융된 수지를 사출하여 생산하게 되는데

금형의 형상설계는 물론 사출 조건 등이 렌즈의 외관뿐만 아니라 광학적 특성에 큰

영향을 미치게 된다.

플라스틱 렌즈 사출 공정플라스틱 렌즈 사출 공정플라스틱 렌즈 사출 공정플라스틱 렌즈 사출 공정2)2)2)2)

그림 사출 코팅 프로세스그림 사출 코팅 프로세스그림 사출 코팅 프로세스그림 사출 코팅 프로세스3.3.3.3. ㆍㆍㆍㆍ

그림 은 현재 지원 대상 업체에서의 원재료 입고에서 단품 렌즈 최종 생산까지의3

사출 코팅 프로세스를 나타내었다 그림에서 본 수 있는 바와 같이 전체 총 여. 20ㆍ

종 이상의 공정을 거치게 되며 사출 성형 이후 금형을 통해 사출된, Multi-cavity

사출물에서 를 절단하여 각 단 렌즈를 얻기 위한 및 사출물에 대Gate Gate cutting

한 공정검사 코팅 공정을 거쳐 최종 단품 렌즈로서의 제작이 완료된다, .

- 24 -

금형금형금형금형3) Multi-cavity3) Multi-cavity3) Multi-cavity3) Multi-cavity

플라스틱 렌즈의 비용절감은 설비비 금형비의 저감 수율의 향상과 함께 고생산성, ,

의 성형기술이 필수적이다 성형의 생산성을 향상 시키는 방법으로는 성형 사이클.

의 단축과 한번의 성형 시 다수 개를 성형하기 위하여 금형을 이용하Multi-Cavity

는 가지 방법이 적용될 수 있다 이중 한 번의 성형 시 다수 개를 성형하는2 .

금형 개발을 통한 고생산성 성형기술에 대하여 논한다Multi-Cavity .

그림 사출 성형의 원리 및 사출 성형기의 구조그림 사출 성형의 원리 및 사출 성형기의 구조그림 사출 성형의 원리 및 사출 성형기의 구조그림 사출 성형의 원리 및 사출 성형기의 구조4.4.4.4.

먼저 사출 성형의 원리에 대해서 간단히 설명하도록 한다 그림 에 사출 성형의. 4

원리 및 일반적인 사출 성형기의 구조에 대해서 나타내었다 먼저 재료를 성형기.

호퍼에 공급하고 가열된 실린더 안에서 재료는 스크류에 의해 이동하며 용융 혼합, , /

과정을 거치게 된다 그 후 용융된 수지는 고압으로 금형으로 사출되어 일정시간이.

경과된 후 금형에서 이형되기 위해 금형 내에서 냉각된다 성형품이 이형 된 후 새.

로운 사출 성형이 시작되는 사이클을 거치게 된다 이때 금형 부분을 보면.

금형의 경우 그림 와 같은 구조를 가진다Multi-cavity 5 .

- 25 -

그림 금형 개략도그림 금형 개략도그림 금형 개략도그림 금형 개략도5. Multi-cavity5. Multi-cavity5. Multi-cavity5. Multi-cavity

그림과 같이 상부가 고정측 금형 하부가 가동측 금형으로 구성되어 있다 사출 성, .

형기의 노즐로부터 시출된 용해 수지를 에 유도하는 을 통해Cavity Spool r Runner,

를 통해 각 로 흘러가 렌즈가 성형되게 된다 최종 단품 렌즈를 얻기 위Gate Cavity .

해서는 사출 후 를 절단하여 각각의 렌즈를 취득한다 렌즈 생산의 경우 특히Gate . ,

각 간 사출 보압 냉각 이형의 밸런스를 유지하기 위해서는Cavity , , , Runner, Gate

의 설계 온도 분포 금형의 가공정도의 확보가 필수적으로 고난도의 설계기술 제, , ,

작기술 생산기술이 필요하다, .

나 금형 개발나 금형 개발나 금형 개발나 금형 개발. Multi-Cavity. Multi-Cavity. Multi-Cavity. Multi-Cavity

전술한 바와 같이 금형을 이용하여 생산성 향상을 꾀하였다 그림Multi-Cavity , . 6

에 한 예로 금형을 이용한 사출렌즈의 구조를 나타내고 각각8 Cavity Spool,

를 도시하였다 사출시 소재는 로부터 를 통해 로Runner, Gate . Spool , Runner Gate

흘러 렌즈를 형성하게 된다 양호한 사출물을 확보하기 위하여 이와 같은 부분의.

최적 설계가 필수적일 뿐만 아니라 사출 성형조건의 도출이 중요하다 본 과제에서.

실제 금형제작에 앞서 해석을 통하여 설계의 타당성의 검증 및 각 성형조건에CAE

따른 성형결과를 평가하였다.

- 26 -

그림 사출성형물의 구조예그림 사출성형물의 구조예그림 사출성형물의 구조예그림 사출성형물의 구조예6. (Spool, Runner, Gate)6. (Spool, Runner, Gate)6. (Spool, Runner, Gate)6. (Spool, Runner, Gate)

금형의 해석 및 균형 제작금형의 해석 및 균형 제작금형의 해석 및 균형 제작금형의 해석 및 균형 제작1) 8 Cavity CAE1) 8 Cavity CAE1) 8 Cavity CAE1) 8 Cavity CAE

해석 프로그램을 이용하여 사출 렌즈의 형상 성형조건CAE , Multi-Cavity Runner ,

사출 압력 보압 에 따른 충진 패턴 형체력 유동선단 온도 시간에 따( , ) , Air Trap, , ,

른 온도변화 전단 응력 충진 시 잔류응력 보압 시 잔류응력 냉각 변형 시 잔류, , , , /

응력 복굴절률 두께방향 변위 두께 방향, , Retardation, Polarization, Deflection, ,

수축률 등과 같은 다양한 항목의 해석을 통하여 설계의 타당성을 검증하였다.

가 의 해석가 의 해석가 의 해석가 의 해석) 8 Cavity CAE) 8 Cavity CAE) 8 Cavity CAE) 8 Cavity CAE

먼저 금형의 해석을 행하였다 해석에 사용된 구조는 그림8 Cavity CAE . 8 Cavity

과 동일하다 그림 는 그중 렌즈 성형부의 모델링 형상과 해석을 위한6. . 7. Mesh

형상을 자세히 도시하고 있다 여기서는 를 해석 형상. Hexa Element Model Mesh

으로 사용하였다.

그림 모델링 형상 및 해석을 위한 형상그림 모델링 형상 및 해석을 위한 형상그림 모델링 형상 및 해석을 위한 형상그림 모델링 형상 및 해석을 위한 형상7. Mesh (1st Lens)7. Mesh (1st Lens)7. Mesh (1st Lens)7. Mesh (1st Lens)

성형해석을 위하여 보압 크기와 냉각시간의 효과를 검토하기 위하여 성형조건을 변

화시켜 해석을 행하였다 이때 사용한 기본 성형 조건은 다음과 같다. .

- 27 -

사출시간- : 1 sec

보압시간- : 2 sec

사활온도- : 280 ℃

금형온도- : 126 ℃

충진 패턴충진 패턴충진 패턴충진 패턴 (Filling Pattern)(Filling Pattern)(Filling Pattern)(Filling Pattern)①①①①

그림 에 용융수지의 충전 패턴을 나타내었다 충전 패턴은 사출시 시간경과에 따8 .

라 수지가 충진되는 과정을 보여주는 것으로 이로부터 유동 중에 두 개 이상의 수,

지 흐름이 만날 때 발생하는 등을 예측할 수 있다Weld line .

그림그림그림그림 8. Filling Pattern8. Filling Pattern8. Filling Pattern8. Filling Pattern

그림 의 좌측 그림은 로부터 각 까지 충진되는 과정을 시간에 따라8 Spool Cavity

들 이 용하여 도시하였다 각 까지 충진이 완료되는 시간은 약Color Bar . Cavity 9.5

정도인 것으로 나타났으며 전체적으로 균일하게 수지가 충진되고 있음을 알sec ,

수 있다 부분만을 보면 는 약 이내에 충진이 완료되며 전. Cavity , Cavity 0.04 Sec ,

체적으로 비교적 균일하게 수지가 충진되고 있음을 알 수 있다.

사출 압력사출 압력사출 압력사출 압력 (Injection Pressure)(Injection Pressure)(Injection Pressure)(Injection Pressure)②②②②

그림 는 사출압력에 대한 해석결과를 나타내고 있다 결과에서 알 수 있듯이 사출9 .

을 위한 최대 사출압력은 끝단에서 약 정도가 필요한 것으로 나타Spool 17.3 ㎫

나 사출압력이 상대적으로 높게 나타나고 있다 실제 사출 시에는 부위와, . Runner

그리고 에서의 유속을 보다 정교하게 조절할 수 있도록 하는 것이 유Gate, Cavity

리할 것으로 판단된다.

- 28 -

그림그림그림그림 9. Injection Pressure9. Injection Pressure9. Injection Pressure9. Injection Pressure

공기 갇힘공기 갇힘공기 갇힘공기 갇힘 (Air Trap)(Air Trap)(Air Trap)(Air Trap)③③③③

그림 에 공기 갇힘에 대한 해석 결과를 나타내었다 공기 갇힘은 유동경로가 한10 .

부위에 둘러싸이거나 불충분한 유동 및 보압에 의한 기포의 포집이 발생함을 가리

킨다 공기 갇힘이 발생하는 장소가 렌즈의 유효경 이내의 경우 이것이 바로 불량. ,

으로 연결되게 된다 그림에서 보는 바와 같이 유동의 끝부분이나 제품의 끝단에서. ,

공기의 갇힘 현상이 발생 하므로 에는 큰 문제가 없을 것으로 판단된다Air Trap .

그림그림그림그림 10. Air Trap10. Air Trap10. Air Trap10. Air Trap

시간에 따른 온도 변화시간에 따른 온도 변화시간에 따른 온도 변화시간에 따른 온도 변화 (Temperature History)(Temperature History)(Temperature History)(Temperature History)④④④④

그림 은 시간에 따른 렌즈부의 온도 변화를 나타내고 있다 축은 시간경과를11 . X Y

축은 온도를 나타낸다 내에 수지가 충진된 후의 각 위치에 따른 온도변화를. Cavity

각각 타나 내었다.

- 29 -

그림 시간에 따른 온도 변화그림 시간에 따른 온도 변화그림 시간에 따른 온도 변화그림 시간에 따른 온도 변화11.11.11.11.

이 결과에서 볼 수 있는 바와 같이 충진 완료 직후에 에서의 고화가 빠르게Gate

진행되며 이는 보압이 작용하는 시간이 약 이내일 것이며 초기 보압의, 1~2 Sec ,

크기의 영향이 가장 클 것으로 예측가능하다 해석 결과에서 알 수 있듯이 충진 후.

약 의 보압 시간이 적절함을 알 수 있다2 Sec .

전단 응력전단 응력전단 응력전단 응력Shear Stress ( )Shear Stress ( )Shear Stress ( )Shear Stress ( )④④④④

그림 는 전단응력의 해석 결과를 그 크기에 따라 로 표시하였다 해12 Color Scale .

석 결과 전단응력은 최대 정도가 될 것으로 나타났다233416 Pa .

그림그림그림그림 12. Shear Stress12. Shear Stress12. Shear Stress12. Shear Stress

- 30 -

에서 느리게 진행된 유속이 부근에서의 단면 감소에 따라 유속이 상승Runner Gate

하게 되어 이에 따라 전단응력이 상승한다 이에 따라서 부근에서의 전단응력. Gate

이 최대로 나타났다 전단응력을 낮추는 방법으로 사출속도를 조절하는 방법이 고.

려될 수 있으나 현 조건에서는 크게 광학적인 특성에는 기여하지 못할 것으로 예,

상된다.

잔류 응력잔류 응력잔류 응력잔류 응력 (Residual Stress)(Residual Stress)(Residual Stress)(Residual Stress)⑥⑥⑥⑥

잔류응력은 외력이 제거된 뒤에도 남아있는 응력으로 내부응력의 원인 중의 하나이

다 플라스틱 성형에 있어서는 성형과정에서 용융수지에 여러 가지 힘이 부과되기.

때문에 성형품 내부에 응력이 남는 경우가 많은데 이것을 잔류응력이라고 한다 각.

공정에서의 잔류 응력을 분석함에 따라 각 공정의 광학적 특성에 대한 기여도를,

예측할 수 있다 잔류응력을 각각 충진 시 보압 시 냉각 변형 시로 나누어 각각. , , /

분석하였다.

충진 시 잔류응력충진 시 잔류응력충진 시 잔류응력충진 시 잔류응력 (Residual Stress during Filling)(Residual Stress during Filling)(Residual Stress during Filling)(Residual Stress during Filling)㉮㉮㉮㉮

그림 은 제품의 충진 시 발생하는 잔류응력의 분포를 나타낸다 해석 결과로부터13 .

충진 시 최대 정도의 잔류응력이 발생을 함을 불 수 있다 이는 이후의19292 Pa .

해석 결과인 냉각에 의한 잔류응력에 비하여 그 미치는 영향이 적음을 알 수 있다.

그림그림그림그림 13. Residual Stress during Filling13. Residual Stress during Filling13. Residual Stress during Filling13. Residual Stress during Filling

- 31 -

보압 시 잔류응력보압 시 잔류응력보압 시 잔류응력보압 시 잔류응력(Residual Stress during Packing)(Residual Stress during Packing)(Residual Stress during Packing)(Residual Stress during Packing)㉯㉯㉯㉯

보압이란 사출이 끝난 후 수지의 역류 방지를 위해 스크류를 꾸준히 밀어주는 상태

를 말하여 보압은 수축률 보상에 도움을 주고 수지의 역류를 방지하는 역할을 한,

다 그림 는 보압공정에서 발생하는 잔류응력을 나타내고 있다 최대. 14 . 76703 Pa

정도가 존재하며 이때 발생하는 잔류응력은 미미하여 광학적 특성에 미치는 영향,

은 미미할 것으로 예상된다.

그림그림그림그림 14. Residual Stress during Packing14. Residual Stress during Packing14. Residual Stress during Packing14. Residual Stress during Packing

냉각 변형 시 잔류응력냉각 변형 시 잔류응력냉각 변형 시 잔류응력냉각 변형 시 잔류응력/ (Residual Stress during Cooling/Warpage)/ (Residual Stress during Cooling/Warpage)/ (Residual Stress during Cooling/Warpage)/ (Residual Stress during Cooling/Warpage)㉰㉰㉰㉰

저품의 냉각 변형 시에 발생하는 잔류응력 분포를 그림 에 나타내고 있다 해석l / 15 .

결과에 나타나는 바와 같이 충진 및 보압 공정에 발생하는 잔류응력과 비교 시 이,

공정에서 발생하는 잔류 응력이 가장 큼을 알 수 있다.

- 32 -

그림그림그림그림 15. Residual Stress during Cooling/Warpage15. Residual Stress during Cooling/Warpage15. Residual Stress during Cooling/Warpage15. Residual Stress during Cooling/Warpage

최종 잔류 응력최종 잔류 응력최종 잔류 응력최종 잔류 응력 (Total Residual Stress)(Total Residual Stress)(Total Residual Stress)(Total Residual Stress)㉱㉱㉱㉱

그림 은 각 공정에서 발생한 잔류응력의 영향을 종합한 최종 잔류응력 해석 결과16

를 나타낸다 일반적으로 제품의 두께가 얇고 유동길이가 긴 경우에는 유동시 전단.

에 의한 잔류응력이 가장 크게 영향을 미친다 본 설계의 경우 두께는 얇으나 유동.

거리가 짧아 전단에 의한 영향 보다 냉각 변형시 영향이 가장 크게 나타났다, / .

그림그림그림그림 16. Total Residual Stress16. Total Residual Stress16. Total Residual Stress16. Total Residual Stress

- 33 -

복굴절률복굴절률복굴절률복굴절률 (Birefringence)(Birefringence)(Birefringence)(Birefringence)⑦⑦⑦⑦

복굴절이란 굴절률이 방향에 따라 다른 재료에 광이 입사했을 때 방향으로 편광면X

을 가진 빛과 방향으로 편광면을 가진 빛의 위상이 어긋나는 현상을 말한다 이와Y .

같이 복굴절이 크면 집광 스팟 형상이 변형해 해상도 저하를 일으키게 된다 그림.

에 복굴절률 해석 결과를 나타내었다 부위를 제외하고는 냉각과 변형에17 . Gate

의하여 복굴절이 영향을 받고 있음을 알 수 있다 복굴절 분포가 일정하지 하는 부.

분도 있으나 복굴절의 절대 값이 전체적으로 낮은 분포를 보이고 있음을 알 수 있

다.

그림 복굴절률그림 복굴절률그림 복굴절률그림 복굴절률17.17.17.17.

변형변형변형변형⑧⑧⑧⑧

그림 에 각각 방향으로의 변형을 나타내었다18 X, Y, Z .

그림 각 방향 변형그림 각 방향 변형그림 각 방향 변형그림 각 방향 변형18. (X,Y,Z)18. (X,Y,Z)18. (X,Y,Z)18. (X,Y,Z)

분석 결과 축 방향의 변형이 축 쪽 변형보다 더 커 많은 수축이 발생하고 있음X Y

을 알 수 있다.

- 34 -

표면에서의 변형을 보다 정밀하게 검토하고 평가하기 위하여 각 방향에서의 두께

방향의 변형의 단면을 표시하였다.

두께 방향 변형-

그림 에 방향 단면의 두께 방향 변형을 나타내었다 해석결과에서 볼수 있듯19 X .

이 유효경이 중심부의 수축이 크며 상측면의 유효경이 하측면의 유효경보다 수축,

이 크게 발생함을 알 수 있다.

그림 두께방향 변형 방향단면그림 두께방향 변형 방향단면그림 두께방향 변형 방향단면그림 두께방향 변형 방향단면19. (X )19. (X )19. (X )19. (X )

그림 에 방향 단면의 두께 방향 변형을 나타내었다 역시 유효경의 중심부의20 Y .

수축이 상대적으로 크며 상측면의 유효경이 하측면의 유효경보다 수축이 크게 나,

타남을 보인다.

- 35 -

그림 두께방향 변위 방향단면그림 두께방향 변위 방향단면그림 두께방향 변위 방향단면그림 두께방향 변위 방향단면20. (Y )20. (Y )20. (Y )20. (Y )

나 제작된 금형나 제작된 금형나 제작된 금형나 제작된 금형) 8 Cavity) 8 Cavity) 8 Cavity) 8 Cavity

전술한 바와 같은 해석을 통하여 설계 보완되어 제작되어 양산에 사용된CAE / 8

금형 사진을 그림 에 예시하였다 그림 에는 이 금형을 이용하여 생산Cavity 21 . 22

한 사출 성형품의 사진을 나타내었다.

그림 금형 사진 상하측그림 금형 사진 상하측그림 금형 사진 상하측그림 금형 사진 상하측21. Cavity ( )21. Cavity ( )21. Cavity ( )21. Cavity ( )

- 36 -

그림 사출 성형된 렌즈그림 사출 성형된 렌즈그림 사출 성형된 렌즈그림 사출 성형된 렌즈22.22.22.22.

금형 해석 및 금형 제작금형 해석 및 금형 제작금형 해석 및 금형 제작금형 해석 및 금형 제작2) 16 Cavity CAE2) 16 Cavity CAE2) 16 Cavity CAE2) 16 Cavity CAE

여기에서는 에서의 해석결과를 바탕으로 금형에의 유통해8 Cavity CAE 16 Cavity

석을 통한 최적 설계를 행하였다.

충진 패턴충진 패턴충진 패턴충진 패턴 (Filling pattern)(Filling pattern)(Filling pattern)(Filling pattern)①①①①

그림그림그림그림 23. Filling Pattern23. Filling Pattern23. Filling Pattern23. Filling Pattern

그림 는 용융 수지의 충진패턴을 나타내고 있다 로부터 각 까지 충23 . Spool Cavity

진되는 과정을 시간에 따라 를 이용하여 도시하였다 전체적으로 균일하Color Bar .

게 수지가 충진되고 있음을 알 수 있다 에서 충진에 소요되는 시간. Cavity 2.594

로 때보다 약간 늦어짐을 알 수 있으나 유사한 충진 시간을 확보할Sec 8 Cavity

수 있었다.

사출 압력사출 압력사출 압력사출 압력 (Injection Pressure)(Injection Pressure)(Injection Pressure)(Injection Pressure)②②②②

- 37 -

그림 는 금형의 사출압력에 대한 해석결과를 나타내고 있다 결과에서25 16 Cavity .

알 수 있듯이 사출을 위한 최대 사출압력은 끝단에서 약 정도가 필요Spool 3.8 ㎫

한 것으로 나타났다.

그림그림그림그림 25. Injection Pressure25. Injection Pressure25. Injection Pressure25. Injection Pressure

시간에 따른 압력 변화시간에 따른 압력 변화시간에 따른 압력 변화시간에 따른 압력 변화③③③③

그림 은 시간에 따른 각 위치에서의 압력 변화를 나타내고 있다 전체적인 압력26 .

은 보압 공정애서 설정된 압력에 의해 지배 받고 있음을 알 수 있어 보압크기에 따

른 광학적 물성과 제품의 표면 수축정도의 검토가 중요함을 나타내 주고 있다.

그림 시간에 따른 압력변화그림 시간에 따른 압력변화그림 시간에 따른 압력변화그림 시간에 따른 압력변화26.26.26.26.

- 38 -

공기 갇힘공기 갇힘공기 갇힘공기 갇힘 (Air Trap)(Air Trap)(Air Trap)(Air Trap)④④④④

그림 에 공기 갇힘에 대한 해석 결과를 나타내었다 전술한 바와 같이 공기 갇힘27 .

은 유동경로가 한 부위에 둘러싸이거나 불충분한 유동 및 보압에 의한 기포의 포집

이 발생함을 가리킨다 공기 갇힘이 발생하는 장소가 렌즈의 유효경 이내의 경우. ,

이것이 바로 불량으로 연결되게 된다 그림에서 보는 바와 같이 유동의 끝부분이나. ,

제품의 끝단에서 공기의 갇힘 현상이 발생하므로 에는 큰 문제가 없을 것Air Trap

으로 판단된다.

그림그림그림그림 27. Air Trap27. Air Trap27. Air Trap27. Air Trap

형체력형체력형체력형체력 (Clamp Force)(Clamp Force)(Clamp Force)(Clamp Force)⑤⑤⑤⑤

형체력은 사출시 금형이 밀리지 않게 장비가 받쳐주는 힘을 말하며 일반적으로 장

비의 크기를 구분하는 기준이 된다 그림 에 시간에 따른 형체력을 도시하였다. 28 .

그림그림그림그림 28. Clamp Force28. Clamp Force28. Clamp Force28. Clamp Force

- 39 -

형체력은 보압에 의해 결정되며 약 의 보압을 가할시 최대 형체력50 10.9 ton㎫

정도로 현재 사용중인 사출기의 경우 최대 의 보압설정이 가능하여 적50ton 100㎫

용에 문제없음을 확인하였다.

유동 선단 온도유동 선단 온도유동 선단 온도유동 선단 온도 (Melt Front Temperature)(Melt Front Temperature)(Melt Front Temperature)(Melt Front Temperature)⑥⑥⑥⑥

그림 는 유동선단 온도 분포를 나타내고 있다 내의 렌즈 생성부분에서의29 . Cavity

유동선 단의 온도 편차가 약 이내로 매우 균일함으로 초기 온도차에 의한 수2 ,℃

축률의 과도한 편차는 없을 것으로 예측된다.

그림 유동선단 온도그림 유동선단 온도그림 유동선단 온도그림 유동선단 온도29.29.29.29.

시간에 따른 온도 변화시간에 따른 온도 변화시간에 따른 온도 변화시간에 따른 온도 변화Temperature History ( )Temperature History ( )Temperature History ( )Temperature History ( )⑦⑦⑦⑦

그림 은 시간에 따른 렌즈부의 온도 변화를 나타내고 있다 축은 시간경과를30 . X Y

축은 온도를 나타낸다 내에 수지가 충진된 후의 각 위치에 따른 온도변화를. Cavity

각각 나타내었다 이 결과에서 불 수 있는 바와 같이 충진 완료 직후에 에서의. Gate

고화가 빠르게 진행되며 이는 보압이 작용하는 시간이 약 이내일 것이, 1~2 Sec

며 초기 보압의 크기의 영향이 가장 클 것으로 예측가능하다 해석 결과에서 알 수, .

있듯이 충진 후 약 의 보압 시간이 적절함을 알 수 있다2 Sec .

- 40 -

그림 시간에 따른 온도 변화그림 시간에 따른 온도 변화그림 시간에 따른 온도 변화그림 시간에 따른 온도 변화30.30.30.30.

전단응력전단응력전단응력전단응력 (Shear Stress)(Shear Stress)(Shear Stress)(Shear Stress)⑧⑧⑧⑧

그림 는 전단응력의 해석 결과를 그 크기에 따라 로 표시하였다 해31 Color Scale .

석 결과 전단응력은 최대 정도가 될 것으로 나타났다 에서 느리112042 . Runner㎫

게 진행된 유속이 부근에서의 단면 감소에 따라 유속이 상승하게 되어 이에Gate

따라 전단응력이 상승한다 이에 따라서 의 경우도 부근에서의 전단. 16 Cavity Gate

응력이 최대로 나타났다 전단응력을 낮추는 방법으로 사출속도를 조절하는 방법이.

고려될 수 있으나 현 조건에서는 크게 광학적인 특성에는 기여하지 못할 것으로,

예상된다.

그림그림그림그림 31. Shear Stress31. Shear Stress31. Shear Stress31. Shear Stress

- 41 -

잔류응력잔류응력잔류응력잔류응력 (Residual Stress)(Residual Stress)(Residual Stress)(Residual Stress)⑨⑨⑨⑨

전술 한 바와 같이 잔류응력은 외력이 제거된 뒤에도 남아있는 응력으로 내부응력

의 원인 중의 하나이다 플라스틱 성형에 있어서는 성형과정에서 용융수지에 여러.

가지 힘이 부과되기 때문에 성형품 내부에 응력이 남는 경우가 많은데 이것을 잔류

응력이라고 한다 의 경우의 잔류응력을 각각 충진 시 보압 시 냉각 변. 16 Cavity , , /

형 시로 나누어 각각 분석하였다.

충진시 잔류응력충진시 잔류응력충진시 잔류응력충진시 잔류응력 (Residual Stress during Filling)(Residual Stress during Filling)(Residual Stress during Filling)(Residual Stress during Filling)㉮㉮㉮㉮

그림 는 제품의 충진 시 발생하는 잔류응력의 분포를 나타낸다 해석 결과로부터32 .

충진 시 최대 정도의 잔류응력이 발생을 함을 볼 수 있다 이는 이후의8528 Pa .

해석 결과인 냉각에 의한 잔류응력에 비하여 그 미치는 영향이 적음을 알 수 있다.

그림그림그림그림 32. Residual Stress during Filling32. Residual Stress during Filling32. Residual Stress during Filling32. Residual Stress during Filling

보압시 잔류응력보압시 잔류응력보압시 잔류응력보압시 잔류응력 (Residual Stress during Packing)(Residual Stress during Packing)(Residual Stress during Packing)(Residual Stress during Packing)㉯㉯㉯㉯

보압이란 사출이 끝난 후 수지의 역류 방지를 위해 스크류를 꾸준히 밀어주는 상태

를 말하여 보압은 수축률 보상에 도움을 주고 수지의 역류를 방지하는 역할을 한,

다 그림 은 보압공정에서 발생하는 잔류응력을 나타내고 있다 최대. 33 . 30996 Pa

정도가 존재하며 이때 발생하는 잔류응력은 미미하여 광학적 특성에 미치는 영향,

은 없을 것으로 예상된다.

- 42 -

그림그림그림그림 33. Residual Stress during Packing33. Residual Stress during Packing33. Residual Stress during Packing33. Residual Stress during Packing

냉각 변형시 잔류응력냉각 변형시 잔류응력냉각 변형시 잔류응력냉각 변형시 잔류응력/ (Residual Stress during Cooling/Warpage)/ (Residual Stress during Cooling/Warpage)/ (Residual Stress during Cooling/Warpage)/ (Residual Stress during Cooling/Warpage)㉰㉰㉰㉰

제품의 냉각 변형 시에 발생하는 잔류응력 분포를 그림 에 나타내고 있다 해석/ 34 .

결과에 나타나는 바와 같이 충진 및 보압 공정에 발생하는 잔류응력과 비교 시 그,

차이가 수백배에 이르러 이 공정에서 발생하는 잔류 응력이 가장 큼을 알 수 있다, .

이는 냉각 변형 시의 잔류응력이 렌즈의 광학 특성에 가장 큰 영향을 줄 수 있음을/

예측할 수 있다.

그림그림그림그림 34. Residual Stress during Cooling/Warpage34. Residual Stress during Cooling/Warpage34. Residual Stress during Cooling/Warpage34. Residual Stress during Cooling/Warpage

- 43 -

최종 잔류 응력최종 잔류 응력최종 잔류 응력최종 잔류 응력 (Total Residual Stress)(Total Residual Stress)(Total Residual Stress)(Total Residual Stress)㉱㉱㉱㉱

그림 는 각 공정에서 발생한 잔류응력의 영향을 종합한 최종 잔류응력 해석 결과35

를 나타낸다 해석 때와 동일한 경향으로 전단에 의한 영향 보다 냉각 변. 8 Cavity /

형시 영향이 가장 크게 나타났다 이 결과에 따라 로의 양산성을 높여도. 16 Cavity

성형조건의 최적화를 통하여 동일한 성능의 제품을 얻을 수 있을 것으로 예측된다, .

그림그림그림그림 35. Total Residual Stress35. Total Residual Stress35. Total Residual Stress35. Total Residual Stress

복굴절률복굴절률복굴절률복굴절률 (Birefringence)(Birefringence)(Birefringence)(Birefringence)⑪⑪⑪⑪

그림 에 복굴절률 해석 결과를 나타내었다 부위를 제외하고는 냉각과 변36 . Gate

형에 의하여 북굴절이 영향을 받고 있음을 알 수 있다 때보다는 높은 수. 8 Cavity

치를 나타내고 있으나 크게 문제될 수준은 아니며 균일한 복굴절 분포를 보임을 알

수 있다.

그림그림그림그림 36. Birefringence36. Birefringence36. Birefringence36. Birefringence

- 44 -

변형변형변형변형 ((((DDDDeflection)eflection)eflection)eflection)⑫⑫⑫⑫

그림 에 각각 방향으로의 변형을 나타내었다 각 방향으로 균일한 변형37 X, Y, Z .

이 나타내고 있음을 알 수 있다.

그림그림그림그림 37.37.37.37. DDDDeflectioneflectioneflectioneflection

두께 방향 변위-

그림 에 각각 방향 단면과 방향 단면의 두께 방향 변형을 나타내었다38, 39 X Y .

제품의 두꺼운 부분에서 얇은 부분보다 수축이 큼을 알 수 있으며 부근에서, Gate

의 수축이 유동 끝단보다 약 정도 큼을 확인 할 수 있다 이러한 편차와 제0.1 m .

품의 의 만족 관계를 검토할 필요가 있다Tolerance .

- 45 -

그림 두께방향 변위 방향단면그림 두께방향 변위 방향단면그림 두께방향 변위 방향단면그림 두께방향 변위 방향단면38. (X )38. (X )38. (X )38. (X )

그림 두께방향 변위 방향단면그림 두께방향 변위 방향단면그림 두께방향 변위 방향단면그림 두께방향 변위 방향단면39. (Y )39. (Y )39. (Y )39. (Y )

나 제작된 금형나 제작된 금형나 제작된 금형나 제작된 금형) 16 Cavity) 16 Cavity) 16 Cavity) 16 Cavity

이상과 같이 해석을 바탕으로 설계 보완되어 제작되어 양산에 사용된CAE / 16

금형 사진을 그림 에 예시하였다Cavity 40 .

- 46 -

그림 금형 사진 상하측그림 금형 사진 상하측그림 금형 사진 상하측그림 금형 사진 상하측40. 16 Cavity ( )40. 16 Cavity ( )40. 16 Cavity ( )40. 16 Cavity ( )

와와와와 의 생산성의 생산성의 생산성의 생산성 비교비교비교비교3) 8 Cavity 16 Cavity3) 8 Cavity 16 Cavity3) 8 Cavity 16 Cavity3) 8 Cavity 16 Cavity

전술한 바와 같이 금형을 이용한 생산에 있어서 의 증가는 생Multi-Cavity , Cavity

산성과 직결한다 금형을 사용한 사출성형을 행하였을 때의 사. 8 Cavity 16 Cavity

출시간 생산성 그리고 이에 따른 소재 절감 효과를 비교하였다, , .

표 에 각각 와 금형을 사용하였을 때 각 렌즈 사출에 소요되1 8 Cavity 16 Cavity

는 사출시간을 비교하였다 각각의 금형에 대하여 전체 대의 사출기에서의 사출시. 7

간의 평균을 구하여 표기하였다 표에서 보는 바와 같이 금형의 각 사출. 16 Cavity

기에서의 평균 사출 시간은 로 금형을 사용한 경우의 평균 사출45.9 Sec , 8 Cavity

시간은 보다 약 초 정도 더 소요되었음을 알 수 있다39 Sec 7 .

표 사출시간의표 사출시간의표 사출시간의표 사출시간의 비교비교비교비교1.1.1.1.

이와 같이 한 사이클에서 소요되는 사출시간은 의 경우가 기나 실제 생16 Cavity ,

산되는 성형품의 수는 의 경우가 의 배에 이르므로 표 에 각각16 Cavity 8 Cavity 2 2

와 금형을 사용하였을 때의 금형의 생산성 비교를 하였다8 Cavity 16 Cavity .

- 47 -

표 금형 이용 생산성표 금형 이용 생산성표 금형 이용 생산성표 금형 이용 생산성 비교비교비교비교2. Multi-cavity2. Multi-cavity2. Multi-cavity2. Multi-cavity

표에서 보는 바와 같이 월 일 생산기준으로 하였을 때 의 경우 월 생산25 , 8 Cavity

량이 개이며 의 경우 개로 금형의 도입으로443,077 16 Cavity 753,645 , 16 Cavity

생산성 향상 대비 생산성 를 확보할 수 있었다70 %, 8 Cavity 170 % .

또한 금형 사용 시 사출기 대에 대하여 기대되는 소재 절감효과를 표, 16 Cavity 1

에 나타내었다3 .

표표표표 소소소소재 절감 효과 월 기준재 절감 효과 월 기준재 절감 효과 월 기준재 절감 효과 월 기준3. ( )3. ( )3. ( )3. ( )

소재 절감은 렌즈 성형 시 등에 소요되는 소재를 절감함에 따Spool, Runner, Gate

라 얻어진다 표에서 보는 바와 같이 를 사용하였을 경우 소재의 절감율. 16 Cavity ,

은 에 이른다 월간 사출기 대당 총 소재 사용금액의 절감은25.14 % . 1 1,638,00

원이며 이를 년 기준으로 대의 사출기에 적용시켰을 경우 소재만으로도 약, 1 10 , 1

억 천 백만원 정도의 절감 효과를 기대할 수 있는 등 그 파급효과가 막대하다9 6 .

이와 같이 금형의 개발로 인하여 생산성의 향상은 물론 소재 절감으로Multi-cavity

생산 단가를 낮출 수 있어 가격 경쟁력의 확보에도 중요한 역할을 한다.

다다다다 플라스틱 사출렌즈플라스틱 사출렌즈플라스틱 사출렌즈플라스틱 사출렌즈 평평평평가가가가법법법법....

카메라 폰에 사용되고 있는 플라스틱 렌즈의 경우 글래스 렌즈와 다른 특성을 가,

지고 있다 플라스특 렌즈가 가지고 있는 고유의 성질을 이해하고 이 특성을 고려.

한 생산 관리 평가 체계가 필요하다 먼저 글래스 렌즈와 다른 플라스틱 렌즈의 성.

질을 정리하면 다음과 같다.

- 48 -

플라스틱 렌즈의 성질플라스틱 렌즈의 성질플라스틱 렌즈의 성질플라스틱 렌즈의 성질1).1).1).1).

저 비증 경량화에 유효- :

충격에 강하여 잘 깨어지지 않음-

대량생산 용의 가격저렴- ,

착색 염색 차 가공용이- , , 2

전기 열의 절연체- ,

화학적으로 비교적 안정 부식하지 않음- ( )

부드럽고 상처나기 쉬움-

열에 약함-

온도 영향 큼 크기 굴절률 변화- ( , )

습도 영향 큼 굴절률 변화- ( )

성형유동에 의한 잔류 응력 큼-

유기용제에 약함-

대전되기 쉬워 쉽게 오염됨-

이중 렌즈의 제조에 사용되는 광학용 플라스틱의 특징을 정리하면

굴절률의 보증단위 수가 유리에 비해서 단위 작음- 2

유리 소수점 이하 자리 플라스틱 소수점 이하 자리( : 5 , : 3 )

수의 분포 범위 재료선택범위 가 한정- Abbe ( )

굴절률 형상의 온도 변화 흡습 변화가 큼- , ,

복굴절 발생하기 쉬움-

장착 시 변형을 받기 쉬움-

단렌즈의단렌즈의단렌즈의단렌즈의 광광광광학학학학평평평평가가가가2)2)2)2)

단렌즈의 광학평가 항목은 다음과 같으며 그 중 플라스틱 렌즈 특유의 평가 항목,

을 정리 하였다.

가 단렌즈의 기가 단렌즈의 기가 단렌즈의 기가 단렌즈의 기본본본본적적적적 광광광광학특성학특성학특성학특성))))

초점거리 주점 백포거스- , ,

집광성능 스팟형상- ,

색수차 구면수차 코마수차 비점수차 화상완곡 왜곡수차- , , , , ,

나 플라스틱 렌즈 특유의나 플라스틱 렌즈 특유의나 플라스틱 렌즈 특유의나 플라스틱 렌즈 특유의 평평평평가가가가항항항항목목목목))))

복굴절-

맥리 위치에 따른 굴절률의 변동- ( )

회전 비대칭성 성분- (Ass)

내부 산란-

온도 특성 습도 특성- ,

내열성 내구성 내환경성- , ,

- 49 -

복굴절복굴절복굴절복굴절 평평평평가가가가3)3)3)3)

플라스틱 렌즈 고유의 특성평가 중 중요하나 지원 기업에서 현재 평가 되고 있지,

않은 복굴절 평가에 대한 이론적 해석을 행하였다 먼저 복굴절이란 그림 과 같이.

굴절률이 방향에 따라 다른 재료에 광이 입사했을 때 방향으로 편광면을 가진 빛X

과 방향으로 편광면을 가진 빛의 위상이 어긋나는 현상을 말한다 대표적인 복굴Y .

절을 가지는 재료로는 그림 에 나타낸 방해석 이 있다 만약 복굴절이41 (calcite) . ,

크면 집광 스팟 형상이 변형해 해상도 저하에 직결된다.

그림 복굴절 현상그림 복굴절 현상그림 복굴절 현상그림 복굴절 현상41414141

그림 성형에 의한그림 성형에 의한그림 성형에 의한그림 성형에 의한 배배배배향 복굴절 발생향 복굴절 발생향 복굴절 발생향 복굴절 발생42. 1 ( )42. 1 ( )42. 1 ( )42. 1 ( )

그림 는 사출 성형으로 인하여 폴리머 분자가 불규칙한 생태에서 일정한 방향성42

을 가지는 배향상태로의 변화를 나타낸다 초기에는 폴리머 분자가 불규칙한 상태.

즉 아몰퍼스 상태로 방향성이 없어 입사광에 대해서는 균일한 매체이나 성형을 통

하여 폴리머 분자가 방향성을 가져 그림 에서 보는 바와 같이 배향방향으로 편광43

한 굴절률 nx과 배향방향에 직교하는 방향에 편광한 굴절률 ny로 복굴절이 발생하

게 된다.

- 50 -

그림 복굴절의 정의그림 복굴절의 정의그림 복굴절의 정의그림 복굴절의 정의43.43.43.43.

복굴절은 식 과 같이 정의 된다1 .

여기서 t

vs

vf

c

d

ns

nf

Ds

nΔ

: transit time

: velocity of the slow axis

: velocity of the fast axis

: velocity of light in vacuum

: thickness of the sample

: refractive index of the slow axis

: refractive index of the fast axis

: retardation between the two axes

: birefringence

를 나타낸다.

복굴절복굴절복굴절복굴절 평평평평가가가가법법법법4)4)4)4)

복굴절을 평가하기 위한 평가법으로 크게 과Cross nicole arrangement system

으로 나누어진다 각각의 특징과 현장 적용성에 대해서 평가하였다Parallel system . .

가가가가) Cross-nicole arrangement system) Cross-nicole arrangement system) Cross-nicole arrangement system) Cross-nicole arrangement system

그림 는 의 개념도를 나타낸다 두 개의 편광44 Cross-nicole arrangement system .

판을 상태로 배치한 형태이다 그림 은 시스템에 관측 대상물이 없을Cross-nicole .

경우를 나타내고 있다 광원과 서로 직교되게 배치된 두 개의 편광판 그리고 상을. ,

관찰 할수 있는 관측시스템으로 구성되어있다.

- 51 -

편광상태를 가지고 있는 않은 광원으로 부터의 빛이 편광판을 통과하게 되면서 일,

정 방향의 편광상분만이 남게 된다 그러나 이 편광성분은 다른 나머지 하나의 편. ,

광판과 직교방향이므로 결국 관측부에는 빛이 도달하지 않게 된다.

그림 대상물그림 대상물그림 대상물그림 대상물 없없없없을을을을 경경경경우우우우44. Cross-nicole arrangement system ( )44. Cross-nicole arrangement system ( )44. Cross-nicole arrangement system ( )44. Cross-nicole arrangement system ( )

그림 과 같이 직교하는 두 개의 편광판 사이에 관측 대상물이 존재하는 경우45 ,

대상물의 복굴절률에 따라 선형 편광된 빛이 타원 편광광으로 변화되며 이에 따라

이 중 두 번째 편광판을 통과하는 성분이 존재하여 대상물이 없을 경우와 비교하여

대상물의 복굴절률을 반영하는 상을 얻게 된다.

그림 대상물그림 대상물그림 대상물그림 대상물 있있있있을을을을 경경경경우우우우46. Cross-nicole arrangement system ( )46. Cross-nicole arrangement system ( )46. Cross-nicole arrangement system ( )46. Cross-nicole arrangement system ( )

이 경우 샘플이 의 각도로 회전할 경우 로 표현하면Jones matrixθ

와 같이 나타낼 수 있다.

식에서 볼 수 있는 바와 같이 간섭 패턴은 편광판에 따라 의 방향성에 의Fast axis

존하여 샘플의 놓은 방향에 따라 서로 다른 패턴이 얻어짐을 알 수 있다 그림. 47

은 를 나타낸다 간섭색과 관계를 그래Michel-Levy Interference Chart . retardation

픽하게 나타낸 챠트로 횡축은 을 종축은 시료의 두께를 나타낸다retardation .

- 52 -

복굴절은 시료의 두께와 얻어진 색깔을 기준으로 챠트에 매칭하여 구하게 된다.

그림그림그림그림 47. Michel-Levy Interference Chart47. Michel-Levy Interference Chart47. Michel-Levy Interference Chart47. Michel-Levy Interference Chart

나나나나) Parallel system) Parallel system) Parallel system) Parallel system

은 그림 과 에서 보는 바와 같이Parallel system 48 49 cross-nicole arrangement

의 매의 편광판 사이에 파장판 매를 추가한 구성이다 이 파장판system 2 /4 2 . /4λ λ

사이에 피 검사물 즉 플라스틱 사출 렌즈를 배치하여 검사를 행하게 된다, .

그림 대상물이그림 대상물이그림 대상물이그림 대상물이 없는 경없는 경없는 경없는 경우우우우48. Parallel system ( )48. Parallel system ( )48. Parallel system ( )48. Parallel system ( )

그림 대상물이그림 대상물이그림 대상물이그림 대상물이 있는 경있는 경있는 경있는 경우우우우49. Parallel system ( )49. Parallel system ( )49. Parallel system ( )49. Parallel system ( )

- 53 -

에서 샘플이 의 각도로 회전할 경우 로 표현하면 다Parallel system Jones matrixθ

음과 같이 표현된다.

이 경우 가 과 비교하여 상대Color Sensitivity Cross-nicole arrangement system

적으로 취약한 점을 가지고 있으나 위 식에서 알 수 있는 바와 같이, Cross-nicole

과는 달리 간섭 패턴은 의 값에 의존할 뿐 편광의 방향성과arrangement system α

는 관계가 없음을 알 수 있다.

복굴절 실험 장복굴절 실험 장복굴절 실험 장복굴절 실험 장치치치치5)5)5)5)

그림 은 복굴절 실험 장치의 사진을 나타낸다 상부에 균일 조명을 위한50 .

조명계를 하부에 이미지 캡쳐를 위한 카메라를 설치하였으며 그Backlight CCD ,

사이의 광학소자를 배치하여 과Cross-nicole arrangement system Pararell system

를 구성 할 수 있도록 하였다.

그림 복굴절 실험 장그림 복굴절 실험 장그림 복굴절 실험 장그림 복굴절 실험 장치치치치 시작품시작품시작품시작품50.50.50.50.

가 과 의 성가 과 의 성가 과 의 성가 과 의 성능비교능비교능비교능비교) Cross-nicole system Parallel system) Cross-nicole system Parallel system) Cross-nicole system Parallel system) Cross-nicole system Parallel system

시스템과 시스템의 비교를 위하여 그림 과 같은 플라스틱Cross-nicole Parallel 51

플레이트를 이용하여 복굴절 확인을 하였다 그림 과 같이 약 의 플라. 51 7 × 4㎝

스틱 플레이트를 각각의 시스템을 통하여 그 특성을 확인하였다.

- 54 -

그림 사용된그림 사용된그림 사용된그림 사용된51. Plastic Plate51. Plastic Plate51. Plastic Plate51. Plastic Plate

그림 는 시스템을 이용하여 플라스틱 플레이트의 복52 Cross-Nicole arrangement

굴절을 도시한 사진이다 플레이트를 씩 회전시켜 가며 각각의 이미지를 캡쳐. 45°

하였다 그림에서 알 수 있는 바와 같이 회천각도에 따라 그 패턴이 달라짐을 알.

수 있다.

그림그림그림그림 52. Cross-52. Cross-52. Cross-52. Cross-NNNNicole arrangement systemicole arrangement systemicole arrangement systemicole arrangement system

- 55 -

이는 수식에서 볼 수 있었듯이 회전각도가 간섭 패턴에 직접적인 영향을 미침을 알

수 있다 대상물의 배향에 따란 그 패턴이 달라짐으로 현장 적용에의 문제점이 될.

것으로 생각된다.

그림 은 을 이용하여 동일한 실험을 한 결과를 나타내고 있다53 Parallel system .

시스템과 달리 대상물의 회전에 관계없이 일정한 패턴Cross-nicole arrangement

을 나타내고 있음을 알 수 있다 이와 같이 익 경우 측정 대상물의. , Parallel system ,

방향성에 무관한 특성을 가지고 있어 방향성에 민감한, Cross-nicole arrangement

시스템에 비해 실제 생산 라인에서의 복굴절 평가에 적합하리라 판단된다.

그림그림그림그림 53. Parallel system53. Parallel system53. Parallel system53. Parallel system

그림 에 을 이용한 단렌즈에 대한 복굴절 캡쳐 사진을 도시하였54 Parallel system

다 사진에서 보는 바와 같이 간단히 복굴절의 발생여부를 확인하였으며 전술한. ,

를 이용하여 그 복굴절 정도를 판단 할 수 있다 렌Michel-Levy Interference Chart .

즈의 성능스펙을 만족시키는 렌즈의 복굴절의 한계 값을 정의하여 그 샘플과의 비,

교를 통하여 양불 판정에 사용할 수 있을 것으로 기대된다 또한. , Michel-Levy

를 사용할 경우 피측정물 즉 렌즈의 각 부분에서의 두께에 대Interference Chart , ,

한 정보가 필요하게 되나 굴절률 정합액 을 사용함으로써, (Index Matching Fluid)

렌즈의 두께의 변화에 관계없이 복굴절률을 평가 할 수 있을 것을 기대된다.

- 56 -

그림 렌즈복굴절그림 렌즈복굴절그림 렌즈복굴절그림 렌즈복굴절 평평평평가가가가54.54.54.54.

라라라라 미미미미세온도 유지 기구세온도 유지 기구세온도 유지 기구세온도 유지 기구....

그림 는 지원기업이 사용 중인 사의 사출기 의 각각 금형 적치 전 후의55 S (50ton) /

사출기 사진을 나타낸다 그림 은 사출 성형 조건을 조성하기 위하여 금형온도를. 56

컨트롤하기 위환 온조기의 사진이다 온조기를 이용하여 균형을 원하는 온도로 높.

여 유지하게 된다 즉 금형부를 에서 시작하여 완료 온도인. , 28 ~ 29 120℃ ℃ ℃

까지 상승시킨 다음 사출 성형을 행하게 된다 이때 문제가 되는 것은 다음과 같다. .

완료 온도까지의 온도 상승시간-

온도 하락까지의 온도 하락시간-

성형사의 금형 온도의 불균일성-

이는 금형 시간의 단축 일정한 온도 유지를 통한 사출품의 품질 유지를 위Set-up ,

해 필요하게 된다.

그림 금형 적그림 금형 적그림 금형 적그림 금형 적치치치치 전전전전 후후후후 사진사진사진사진55. /55. /55. /55. /

- 57 -

그림 금형과 온조기 연그림 금형과 온조기 연그림 금형과 온조기 연그림 금형과 온조기 연결결결결56.56.56.56.

본 지원 사업에서는 이러한 문제점을 해결하기 위하여 사출기와 금형사이에 온도유

지 기구를 도입하였다 이는 온조기에서 금형에의 온도조절이 사출기 쪽으로의 열.

전도에 인하여 금형내 온도상승 및 온도 유지가 곤란한 문제를 해결하기 위함이다.

그림 과 은 각각 온도 유지기구의 도면 및 제작품과 사출기에 장착된 사진을57 58

나타낸다.

그림 온도 유지 기구 도면그림 온도 유지 기구 도면그림 온도 유지 기구 도면그림 온도 유지 기구 도면57.57.57.57.

- 58 -

그림 제작된 온도 유지 기구그림 제작된 온도 유지 기구그림 제작된 온도 유지 기구그림 제작된 온도 유지 기구58.58.58.58.

기존의 사출기에 적용 가능하도록 설계되었으며 사출기에의 장착성 성능 등을 고, ,

려한 최적 두께인 인 에폭시 계열의 재료를 적용하였다5 .㎜

그림 는 사출기에 장착된 미세 온도 유지 기구의 사진을 나타낸다 그림과 같이59 .

금형부과 사출기 사이에 위치하게 된다.

그림 장그림 장그림 장그림 장착착착착된된된된 미미미미세온도 유지기구 금형 개세온도 유지기구 금형 개세온도 유지기구 금형 개세온도 유지기구 금형 개폐폐폐폐시시시시59 ( )59 ( )59 ( )59 ( )

온도 유지기구의 성능 검증을 위하여 실험한 온도 유지기구 설치 전 후의/ setting

시간 비교 결과를 표 에 나타내었다4 .

온도 유지기구 장착 전후의 온도 상승 및 온도 하락에 각각 소요된 시간을 측정하

였으며 이 시간을 기준으로 단축된 시간을 비교하였다 실험시의 클린룸의 실내온, .

도는 습도는 로 유지하였다23 , 55% ~ 60 % .℃

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표 온도 유지표 온도 유지표 온도 유지표 온도 유지 설치설치설치설치 전전전전 후후후후 시간시간시간시간 비교비교비교비교4. / Setting4. / Setting4. / Setting4. / Setting

표에서 보는 바와 같이 미세 온도 유지 기구의 도입 전에는 완료 온도 까지, 120 ℃

약 분 정도가 소요되었으며 온도 하락에는 분 정도가 소요되었던 것이 각각62 , 23

분 과 분으로 단축되어 총소요시간이 단축되었다39 18 32 % .

표 에 온도 유지기구 설치 후 시간 단축으로 인한 효과 금액을 나타내었다 표에5 .

서 보는 바와 같이 그 효과금액은 대당 원으로 예상된다 이를 대 설1 134,115 . 48

치 기준으로 볼 경우 원이 되며 월 회 금형 셋업의 경우 월간6,437,520 , 2.5

원이 되며 연간 효과를 계산하면 원의 생산성 향상에 의16,093,800 193,125,600

한 금액효과를 볼 수 있을 것으로 기대된다 온도 유지기구의 설치는 금액적인 효.

과뿐만 아니라 온도 분포의 균일성을 보장하여 성형품의 품질 향상에도 크게 기여

하게 되어 그 효용성이 높다.

표 온도 유지기구표 온도 유지기구표 온도 유지기구표 온도 유지기구 설치 후설치 후설치 후설치 후 효과 금효과 금효과 금효과 금액액액액 대당대당대당대당5. (1 )5. (1 )5. (1 )5. (1 )

마 반마 반마 반마 반전식 코팅 도입전식 코팅 도입전식 코팅 도입전식 코팅 도입.... JJJJigigigig

렌즈 생산 프로세스에서 설명하였듯이 사출된 렌즈는 반사 방지를 위한 코팅 공정

음 거치게 된다 지원 대상 기업에서는 그림 에서 보는 바와 같이 제품의 장착. 60 ,

어닐링 챔버 청소 및 제품 교체 전면 코팅 제품 전환 챔버 청소 및 시료 교체를, , , ,

한 후 후면 코팅을 거쳐 최종 제품을 포장하는 총 단계의 공정을 거치게 된다8 .

이 증 전면 코팅과 후면 코팅을 동시에 행하며 제품의 전환 챔버 청소 및 시료, /

교체 공정을 생략하는 공정 개선을 행하였다.

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그림 기그림 기그림 기그림 기존존존존의 코팅 공정의 코팅 공정의 코팅 공정의 코팅 공정60.60.60.60.

개선된 공정은 그림과 같이 코팅 공정 시 제품을 반전시키는 방식을 채택하여 공정

수를 단계에서 단계로 공정을 감소시켰다8 5 .

그림 개선된 코팅 공정그림 개선된 코팅 공정그림 개선된 코팅 공정그림 개선된 코팅 공정61.61.61.61.

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기존의 코팅돔의 경우 그림 와 같이 가 부분으로 구성되어 있으며 챔, 62 1 set 3 ,

버로부터 돔을 내려 작업자가 직접 홀더를 전환하는 구조로 되어 있다 이에 따라.

전면 코팅 후면 코팅을 행할시 제품의 전환 및 챔버 청소 시료 교체가 필요하게, /

된다.

그림 기그림 기그림 기그림 기존존존존의 코팅의 코팅의 코팅의 코팅돔돔돔돔62.62.62.62.

이에 반해 그림 에 나타낸 것처럼 반전식 코팅 는 측 중심으로 회전이 가능63 Jig

하게 제작되어 있어 전면코팅과 후면코팅을 연속적으로 행하게 되어 공정 간소화를

실현 가능하게 된다.

그림그림그림그림 반반반반전식 코팅전식 코팅전식 코팅전식 코팅63.63.63.63. JJJJigigigig

이와 같은 반적식 코팅 의 도입으로 인한 효과를 파악하기 위해 표 에 일반Jig 6

코팅돔과 반전식 코팅 돔을 사용하였을 때 사이클 타임을 비교한 값을 나타내었다.

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일반 코팅돔의 사이클 타임이 분인 것과 비교하여 반전식 돔은 분으로185 125 32

의 단축을 보였으며 가동 일수로 볼 때 가동일을 일 늘릴 수 있다% , 3 .

표 사이표 사이표 사이표 사이클 타클 타클 타클 타임임임임 비교비교비교비교6666

표 에 각 방식에 따른 생산성을 비교한 값을 나타내었다 표에서 볼 수 있듯이7 . 30

의 생산성 향상이 가능하며 원가 절감면에서 분석해 본 결과 표 과 같이 월% , 8 1

억 천여만 원의 원가 절감이 기대된다 이를 연간으로 환산할 경우 억여 원의9 . 23

절감이 가능할 것으로 판단된다.

표 생산성표 생산성표 생산성표 생산성 비교비교비교비교7.7.7.7.

표 원가 절감표 원가 절감표 원가 절감표 원가 절감8.8.8.8.

이 이외에도 표 에서 볼 수 있는 바와 같이 요구 가동 설비대수도 대에서 대로9 5 3

감소가 가능하여 설비 운용 대수의 감소 유지 보수 및 관리 용이 작업 및 인원, , ,

관리 효율화의 효과를 볼 수 있다.

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표 요구 가동표 요구 가동표 요구 가동표 요구 가동설비설비설비설비 대수대수대수대수9.9.9.9.

바 편심바 편심바 편심바 편심 측정기 제작측정기 제작측정기 제작측정기 제작.... JJJJigigigig

단렌즈의 편심이란 한 방향의 면에 대한 또 다른 면의 기울기로 정의 된다 즉 중. ,

심의 축이 어느 쪽으로 기울어진 상태를 말한다 측정 대상물인 렌즈에 광을 조사.

하여 렌즈를 회전시켰을 때 빔이 중심에서 벗어나는 정도로 판단을 하며 대체로 1

분 혹은 분 이내의 편심은 양품판정을 받게 된다 현재 지원기업에서는 그림 의2 . 64

사의 편심 측정기름 사용하고 있으나 현재 생산되고 있는 플라스틱 렌즈가 여T , 20

종을 넘어 측정 시 렌즈 자체의 편심에 의한 영향보다 렌즈의 문제 고, , Chucking ,

정 시 가 발생하는 문제 등이 발생하여 편심 측정의 신뢰성을 저하하는 주요한Tilt

요인이 되고 있었다.

그림그림그림그림 편심편심편심편심 측정기측정기측정기측정기64.64.64.64.

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이에 그림 과 같이 과 을 이용하여 이와 같은 문제를 해결65 Ring Chuck V-Block

하기 위한 를 제작하였다 제작된 편심 측정기용 의 예를 그림 에 나타내Jig . Jig 66

었다 렌즈의 종류에 따라 각각의 과 를 이용하게 되며. Ring Chuck V-Block set ,

은 미세 위치 조절 스테이지에 의해서 그 위치를 조정하게 되어 편심측V-Block XY

정기의 측정 신뢰성을 높일수 있도록 설계되었다.

그림그림그림그림 편심편심편심편심측정측정측정측정65.65.65.65. JJJJigigigig

그림 제작된그림 제작된그림 제작된그림 제작된 편심편심편심편심 측정기 예측정기 예측정기 예측정기 예66.66.66.66. JJJJigigigig

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제 장 목표 달성도 및 관력분야에의 기여도제 장 목표 달성도 및 관력분야에의 기여도제 장 목표 달성도 및 관력분야에의 기여도제 장 목표 달성도 및 관력분야에의 기여도3333

본 지원과제에서 설정된 목표를 정리하면 다음과 같다.

금형제작 지원- Multi-cavity

금형 유동 해석을 위한 시뮬레이션-

공정 개선 수율 향상 기술 지원- /

렌즈 평가법 개선-

시제작 공정의 기술지원 및 제작 지원 등- Jig

달성: 100 %

달성: 100 %

달성: 100 %

달성: 100 %

달성: 100 %

이들 목표에 대하여 금형제작의 경우 생산성 향상을 위하여 당시Multi-cavity , 8

금형을 대상으로 지원계획을 설정 진행하였으나 과제 수행 중 이 목표치를Cavity ,

상회하는 공정을 도입하여 금형의 제작 지원은 물론 실제 양산에 적용하16 Cavity

는 결과를 보였다 이를 행함에 있어 금형 설계에서의 사출시 플라스. Multi-cavity

틱 재료의 유동 및 특성은 제품의 광학적 성질을 결정하는 중요한 요소이므로 시뮬

레이션 해석을 통하여 의 설계와 사출조건의 선정을 통한, Spool, Runner, Gate

최적 금형 설계 지원을 행하였다.

수율 향상 기술 지원을 통해서는 온도 유지기구를 클린룸 환경에서도 도입시킴으로

써 사출시 금형의 균일한 온도분포를 유지 시켜 수율을 향상시키는 것은 물론 금,

형 셋업시간을 단축시켜 생산성 향상을 통한 정비 절감효과를 얻을 수 있었다 또.

한 사출렌즈의 반사막 코팅 공정중 에 반전식 코팅방식을 도입하여 기존의 단면, ,

코팅 공정의 총 개 공정을 개 공정으로 단축시킴으로써 생산성의 향상 및 원가8 5

절감 효과를 얻을 수 있었다.

렌즈 평가법의 경우 복굴절 평가법의 검토 및 실험을 통하여 현장 적용이 가능한, ,

복굴절 평가법을 제안하였으며 기존의 급에서 적용하고 있는 방식에서, VGA MTF

급의 고해상도 렌즈 평가에 적합한 방식의 도입을 지원하였다 이 이외Mega SFR .

에도 기타 금형제작 기술지원과 편심측정 장비의 및 보조기구 등의 제작 및 사Jig

양결정 등의 지원을 행하였다.

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제 장 기술지원결과의 활용계획제 장 기술지원결과의 활용계획제 장 기술지원결과의 활용계획제 장 기술지원결과의 활용계획4444

본 지원과제는 최근에 휴대폰의 필수적인 기능으로 자리잡아 그 수요가 폭발적으로

증가하고 있는 휴대폰용 카메라 모듈 즉 에 사, , CCM (Compact Camera Module)

용되는 플라스틱 사출렌즈의 수율 향상을 위한 지원을 목표로 하였다 즉 이와 같. ,

은 플라스틱 사출렌즈는 생산성 향상을 위하여 다수의 를 가지는Cavity

금형을 통하여 생산되는데 이를 위한 금형 설계 및 제작 지원을 하였Multi-Cavity

다 설계 형상 최적화 및 형상 모델링 시뮬레이션을 통하여 시제품 제작을 위한 기. ,

술지원 등을 수행하여 신뢰성을 검증하고 양산체제 구축에 필요한 기반구축을 지원

하여 지원 기업의 생산 경쟁력 향상에 기여하였다.

금형 제작 지원을 통하여 최초 금형의 제작 지원계획에서Multi-Cavity 8 Cavity

단계를 뛰어 넘어 금형 제작에 성공한 것처럼 보다 생산성을12 Cavity 16 Cavity

높이기 위하여 금형와 같은 금형 제작에 사출 성형 해32 Cavity Multi-Cavity CAE

석을 통한 최적 설계 및 생산기술이 기반이 될 것으로 기대된다.

또한 생산성 향상과 수율 향상을 위한 공정개선을 통한 생산성 향상 및 수율 향상,

기술은 국내 타 기업과의 경쟁력 확보는 물론 중국과 같이 인건비가 저렴한 국가와

의 가격 경쟁력 확보에도 중요한 역할을 하리라 기대된다 복굴절 평가 및 방. SFR

식의 도입과 같은 렌즈의 광학 특성 평가법의 개선을 통하여 생산성뿐만 아니라,

품질향상을 통하여 향후 개발 트렌드인 급 이상의 고해상도 렌즈의 개발에3 mega

활용될 것으로 고려된다 또한 소형 고정도 렌즈의 제작 기술 및 평가 기술의 확보. ,

를 통하여 향후 차세대 의 표준으로 제시되고 있는 및, DVD HD-DVD Blu-Ray (λ

용 고개구율 렌즈 및 레이저 프린터의 스캔에 사용= 405 ) (N.A = 0.85) Pick-up㎚

되는 렌즈와 같은 고부가가치의 고정도 광학부품의 생산에의 적용이 가능하다f .θ

또한 평가 및 공정 기술의 개선을 통한 수율 향상으로 경비 절감 가격 경쟁력 향, ;

상 제품 성능 향상을 통하여 현재 기업이 생산중인 휴대폰 케이스 등과 같은 기타,

사출제품은 에도 적용하여 기업 수출 경쟁력 향상 효과 및 신사업분야에의 진출 기

반기술로 기대되어 경제적 파급효과 및 높은 기술적 파급효과를 가지고 있어 그 활

용도는 높을 것으로 기대된다.

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