실리콘 트랜스퍼 몰딩은 균형 잡힌 공정으로 흔히 묘사됩니다.
공장 현장의 우리 입장에서 STM은 균형보다는 제어에 더 중점을 둡니다.
일반적으로 압축 성형이 예측 불가능하게 느껴지고 사출 성형이 대량 생산에 불필요하거나 너무 비싸다고 판단될 때 트랜스퍼 성형을 고려합니다. 대부분의 STM 프로젝트는 한 가지 명확한 요구 사항을 가지고 저희에게 옵니다. 바로 여러 번의 조립이나 수정 단계를 거치지 않고 처음부터 완벽한 부품을 만들어야 한다는 것입니다.
이 글은 교과서에서 설명하는 방식대로 STM을 설명하지 않습니다. 금형 시험, 소량 생산 및 실제 고객 프로젝트에서 STM이 실제로 어떻게 작동하는지 설명합니다.
실리콘 전사 성형이란?
실리콘 트랜스퍼 몰딩(STM)은 미경화 실리콘을 트랜스퍼 포트에서 압력을 가해 밀폐된 가열 금형으로 밀어 넣은 다음, 최종 형태로 경화시키는 공정입니다.
실제로 STM은 부품이 복잡하다는 이유만으로 선택되는 경우는 드뭅니다.
이 부품은 불균일한 충전, 삽입물의 움직임 또는 치수 편차를 허용할 수 없기 때문에 선택됩니다.
STM은 의료용 손잡이, 전자 부품 캡슐화, 금속 또는 플라스틱 인서트에 직접 성형되는 실리콘 부품 등에 가장 많이 사용됩니다. 이러한 부품들은 압축 성형으로는 균일하게 채우기 어렵고, 사출 성형은 비용과 복잡성만 증가시키면서 뚜렷한 이점이 없는 경우에 적합합니다.
실리콘 전사 성형은 작업 현장에서 어떻게 작동할까요?
금형 준비
트랜스퍼몰딩으로 제작된 부품이 검사에서 불합격하는 경우, 근본 원인은 금형 설계 단계에서 몇 주 전에 발견되는 경우가 많습니다.
저희는 강철과 알루미늄 금형을 모두 사용합니다. 강철은 장기적인 안정성이 중요할 때 사용됩니다. 알루미늄은 리드 타임을 단축할 수 있기 때문에 초기 샘플링 단계에서 흔히 사용됩니다. 하지만 재질에 관계없이 STM 금형은 플라스틱 금형과는 다른 방식으로 설계되어야 합니다.
서류상으로는 모든 것이 완벽해 보였지만, 실리콘 성형에 필요한 금형 공차가 너무 빡빡했던 프로젝트들을 본 적이 있습니다. 그 결과, 어떤 부분에서는 플래시가 과도하게 발생하고, 다른 부분에서는 사출 불량이 발생했습니다. 그 이후로 우리는 STM 금형을 단순한 사출 금형으로 취급하지 않게 되었습니다. STM 금형은 결코 단순하지 않습니다.
생산에 앞서 금형은 세척 후 이형제를 도포합니다. 이 단계는 간단해 보이지만, 생략하거나 잘못된 이형제를 사용하면 여러 번의 생산 주기 후에야 나타나는 점착 문제나 표면 결함이 발생할 수 있습니다.
재료 준비
STM은 주로 고점도 고무(HCR)를 사용합니다. 그 이유는 간단합니다. HCR은 특히 인서트가 사용될 때 전달 압력 하에서 더욱 예측 가능한 거동을 보이기 때문입니다.
혼합 비율은 화합물에 따라 보통 10:1에서 20:1 사이입니다. 이론상으로는 작은 편차는 심각해 보이지 않지만, 실제로는 비율 오류가 즉시 나타나지 않는 경우가 많습니다.
예전에 배합 비율이 약간 어긋난 생산 배치가 있었던 적이 있습니다. 부품은 깔끔하게 탈형되었고 외관상으로는 괜찮아 보였습니다. 하지만 최종 검사 단계에서 같은 캐비티 내에서도 경도 차이가 발견되었습니다. 그 때문에 해당 배치는 불합격 처리되었습니다.
그 이후로 우리는 재료 혼합을 준비 단계가 아닌 통제된 공정으로 취급해 왔습니다. 비율이 잘못되면 후속 조정으로는 완전히 고칠 수 없습니다.
혼합 후 실리콘을 이송 용기에 넣습니다. 이때 예열을 하면 확연한 차이가 나타납니다. 차가운 재료를 사용하면 압력을 높여야 하는데, 이는 유동성 문제를 해결하기보다는 오히려 새로운 문제를 야기하는 경우가 많습니다.
이송 단계
금형이 닫히면 플런저가 실리콘을 캐비티 안으로 밀어 넣습니다. 일반적인 압력 범위는 500~2,000psi입니다.
일반적으로 압력이 높을수록 충전이 잘 된다고 생각하지만, STM에서는 부분적으로만 그렇습니다. 압력으로 인해 통풍이 제대로 되지 않는 것을 보완하려 하면 플래시가 더 많이 발생하고 인서트가 어긋나는 경우가 많습니다.
저희는 게이트 및 벤트 설계에 세심한 주의를 기울입니다. 매 주기마다 같은 위치에 기포가 나타나는 경우, 그 원인은 거의 대부분 소재가 아닙니다. 대개는 빠져나갈 곳이 없는 공기가 갇혀 있는 것입니다.
우수한 유동성은 단순히 힘으로 얻는 것이 아니라 온도 조절과 금형 설계에서 비롯됩니다.
경화
경화 온도는 일반적으로 150°C에서 200°C 사이이며, 사이클 시간은 부품 두께에 따라 달라집니다.
얇은 부품의 경우 경화 과정이 빠르고 간단해 보입니다. 하지만 두껍거나 구조적인 부품의 경우 경화 시간이 매우 중요해집니다. 특히 의료용이나 고온 환경에 사용되는 경우, 200°C에서 수 시간 동안 후경화를 진행하는 것을 권장합니다.
후경화 공정을 생략하면 생산 시간을 절약할 수 있지만, 몇 달 후 압축 변형이나 기계적 결함과 같은 문제가 발생할 수 있습니다. 이러한 문제는 초기 경화 공정을 길게 잡는 것보다 고객에게 설명하기가 훨씬 어렵습니다.
탈형
탈형 작업은 문제가 발생하기 전까지는 거의 관심을 받지 못하는 단계 중 하나입니다.
이젝터 핀은 신중하게 배치해야 합니다. 너무 강한 힘을 주거나 위치가 잘못되면 부드러운 실리콘이 변형되거나 눈에 띄는 자국이 남을 수 있습니다. 섬세한 부품의 경우, 제거 과정에서 발생하는 스트레스를 줄이기 위해 진공 보조 이형 방식을 사용하기도 합니다.
이 단계에서 부품이 손상되면 상류에서 아무리 훌륭한 성형 작업을 하더라도 복구할 수 없습니다.
후처리
플래시는 STM에서 흔히 발생하는 현상입니다. 일반적인 플래시 두께는 금형 적합도와 클램핑 힘에 따라 0.05mm에서 0.2mm 사이입니다.
대량 생산 부품의 경우 극저온 디플래싱을 주로 사용합니다. 눈에 잘 띄거나 소량 생산되는 부품의 경우 수동 트리밍을 통해 더욱 정밀한 가공이 가능합니다. 접착이나 코팅이 필요한 경우에는 플라즈마 활성화와 같은 표면 처리를 추가합니다.
견적 과정에서 이러한 단계들이 종종 과소평가되지만, 최종 결과물의 외관과 일관성에 매우 중요한 역할을 합니다.
재료 선택: HCR이 여전히 기본값인 이유
HCR은 우수한 인열 저항성과 압력 하에서의 치수 안정성을 제공하기 때문에 STM의 주요 소재로 남아 있습니다.
경도는 일반적으로 쇼어 A 30~80 범위입니다. 무른 재료는 유동성이 좋지만 통풍이 잘 되어야 합니다. 단단한 재료는 형태를 더 잘 유지하지만 온도와 압력을 더욱 정밀하게 제어해야 합니다.
의료 및 식품 접촉 용도에는 인증된 화합물이 표준으로 사용됩니다. 당사는 데이터시트만으로는 확인하지 않고 실제 시험을 통해 경화 거동을 항상 검증합니다.
수율에 영향을 미치는 공정 변수
생산 데이터 분석 결과, 가장 민감한 매개변수는 다음과 같습니다.
- 전달 압력: 500~2,000psi
- 금형 온도: 150~200°C
- 전송 속도: 너무 빠르면 공기가 갇히고, 너무 느리면 조기 경화의 위험이 있습니다.
- 건조 시간: 시간이 부족하면 코어가 약해지는 경우가 많습니다.
이러한 매개변수가 변동하면 결함이 빠르게 발생합니다.
나중에 시간을 절약해주는 디자인 가이드라인
벽 두께가 균일해야 한다는 것이 여전히 가장 신뢰할 수 있는 규칙입니다. 두께가 갑자기 변하면 불완전한 충전이나 내부 응력이 발생할 수 있습니다.
게이트와 러너의 배치는 최단 경로뿐만 아니라 원활한 흐름을 지원해야 합니다. 인서트는 가능한 한 기계적으로 고정해야 합니다. 실리콘의 흐름에만 의존하여 인서트를 고정하면 정렬 문제가 발생하는 경우가 많습니다.
훌륭한 설계는 공격적인 매개변수 조정보다 불량품 발생량을 효과적으로 줄입니다.
품질 관리: 문제를 조기에 발견하기
STM에서 흔히 발생하는 결함으로는 기포, 짧은 경화 시간, 과도한 플래시, 그리고 불완전 경화 등이 있습니다.
당사는 경도, 인장 강도 및 치수를 정기적으로 검사합니다. 의료 및 전자 부품의 경우, 장기적인 성능을 보장하기 위해 추가적인 검증을 실시합니다.
대부분의 결함은 재료 품질보다는 환기 설계 또는 매개변수 불안정성에서 비롯됩니다.
실제 사용 시 장점과 한계점
STM의 장점
- 복잡한 형상에 대한 일관된 채우기
- 2차 조립이 필요 없는 안정적인 인서트 성형
- 중규모 생산에 적합한 합리적인 금형 비용
STM의 한계점
- 사출 성형보다 경화 시간이 더 오래 걸립니다.
- 러너 및 이송 용기에서 발생하는 재료 폐기물
- 금형 및 공정 전문 지식에 대한 의존도 증가
STM은 속도보다 정밀도와 신뢰성이 더 중요할 때 가장 효과적입니다.
당사가 처리하는 일반적인 애플리케이션
STM은 일반적으로 다음과 같은 용도로 사용됩니다.
- 의료기기 부품
- 전자 캡슐화
- 인서트가 있는 산업용 씰
- 특수 소비자 제품
이 회사의 강점은 단순히 보기 좋은 것뿐만 아니라 일관된 성능을 발휘해야 하는 부품을 생산하는 데 있습니다.
트랜스퍼 몰딩과 다른 실리콘 몰딩 방법 비교
이적 vs 압축 성형
압축 성형은 단순하고 두꺼운 부품에 비용 효율적입니다. 트랜스퍼 성형은 정밀 부품에 대해 더 나은 유동 제어 및 인서트 통합을 제공합니다.
이적 vs 사출 성형
사출 성형은 대량 생산 자동화에 탁월합니다. 트랜스퍼 성형은 HCR 소재를 사용하는 중량 생산에 더 유연하고 비용 효율적입니다.
자주 묻는 질문
STM 비용은 얼마인가요?
비용은 부품의 복잡성과 생산량에 따라 달라집니다. STM은 일반적으로 전체 비용 면에서 압축 성형과 사출 성형의 중간에 위치합니다.
STM 주기 1회는 얼마나 걸립니까?
전사 자체는 빠르지만, 경화 시간은 두께와 재질에 따라 일반적으로 1분에서 15분 정도 소요됩니다.
STM은 의료기기에 적합한가?
예. STM은 소재의 안정성과 인서트 몰딩 기능 덕분에 의료 부품에 널리 사용됩니다.
STM은 사출성형과 어떻게 다른가요?
STM은 낮은 압력에서 작동하며 중간 규모의 복잡한 부품 생산에 적합합니다. 사출 성형은 대량 생산 및 자동화 생산에 유리합니다.
결론
실리콘 전사 성형은 유행이거나 간단해서 선택되는 것이 아닙니다. 다른 성형 방법들이 해결하기 어려운 특정한 문제들을 해결해주기 때문에 선택되는 것입니다.
금형 설계, 재료 선택 및 공정 제어가 올바르게 이루어지면 STM은 후속 공정에서 예상치 못한 문제가 발생할 가능성을 줄이면서 일관되고 고성능의 부품을 제공합니다.
저희는 수년간 다양한 산업 분야에서 실리콘 성형 기술을 활용해 왔습니다. 귀사 제품에 STM(스테레오타이드 마이크로 성형)을 적용하는 것을 고려하시거나 여러 성형 옵션을 비교 검토 중이시라면, 추측이 아닌 실제 생산 환경을 바탕으로 귀사의 프로젝트에 대해 자세히 상담해 드리겠습니다.
