저압성형 금형 설계 기초: 게이트·벤트·인서트 고정

저압성형 금형 설계의 핵심은 녹은 폴리아마이드가 민감한 부품을 피해 고르게 흐르도록 게이트를 두고, 마지막으로 채워지는 곳에 벤트를 만들며, 인서트(기판·케이블)가 주입 중에 움직이지 않도록 고정하는 것입니다. 저압성형(LPM)은 일반 사출보다 낮은 압력으로 전자부품을 감싸는 공정이라 금형도 가볍고 단순하게 만들 수 있지만, 인서트가 부품 자체이기 때문에 설계 실수가 곧바로 부품 손상이나 방수 불량으로 이어집니다. 이 글에서는 금형을 처음 설계할 때 정해야 할 항목과 게이트·벤트·인서트 고정의 기본 원칙을 정리합니다.

저압성형 금형이 사출 금형과 다른 점

일반 사출성형은 수백 bar 이상의 높은 압력으로 수지를 밀어 넣지만, 저압성형은 일반적으로 수 bar에서 수십 bar 범위의 낮은 압력을 씁니다. 폴리아마이드 핫멜트는 녹았을 때 점도가 낮아 낮은 압력으로도 좁은 틈을 채울 수 있기 때문입니다. 압력이 낮으니 금형을 알루미늄으로 만드는 경우가 많고, 가공 기간과 비용도 강철 금형보다 줄일 수 있습니다.

대신 금형 안에 들어가는 것이 완성된 기판, 센서, 케이블이라는 점이 다릅니다. 금형이 인서트를 정확히 잡아 주지 못하면 주입 중에 기판이 기울거나 케이블이 밀려 수지가 한쪽으로 몰립니다. 또 녹은 수지의 온도가 일반적으로 180~240°C 수준이므로, 열에 약한 부품 근처로 수지가 오래 머무르지 않도록 흐름을 설계해야 합니다.

정리하면 저압성형 금형은 높은 압력을 견디는 구조보다 인서트를 정확히 놓고, 흐름과 공기 배출을 관리하고, 빠르게 식히는 구조가 중요합니다. 공정 조건은 LPM 저압성형 공정 조건 글에서 더 자세히 다룹니다.

저압성형 금형 설계 순서

금형 설계는 성형 형상을 정하는 데서 시작해 시사출로 다듬는 과정까지 이어집니다. 아래 순서대로 검토하면 놓치는 항목을 줄일 수 있습니다.

두께는 되도록 고르게 잡는 것이 좋습니다. 폴리아마이드는 식으면서 수축하므로 두께 차이가 크면 두꺼운 쪽에 수축 자국이나 내부 기포가 생기고, 얇은 쪽은 먼저 굳어 흐름이 막힐 수 있습니다. 일반적으로 1~5 mm 정도의 두께에서 다루기 쉽고, 아주 얇은 부분은 충전 시험으로 먼저 확인하는 편이 안전합니다(예시 범위이며 그레이드와 형상에 따라 다릅니다).

모서리는 둥글게 처리하면 흐름이 부드러워지고 응력이 모이는 곳이 줄어듭니다. 탈형 방향으로 약간의 구배를 주면 성형품을 꺼낼 때 기판에 힘이 덜 걸립니다.

게이트 위치와 크기 정하기

게이트는 수지가 금형 안으로 들어오는 입구입니다. 위치를 정할 때는 다음 원칙을 따릅니다.

• 두꺼운 곳에서 얇은 곳으로: 두꺼운 부분에서 주입하면 수지가 끝까지 녹은 상태로 흐르기 쉽습니다.
• 민감한 부품을 정면으로 때리지 않기: 수지가 작은 칩 부품, 납땜부, 센서 소자에 직접 부딪히지 않도록 방향을 틀어 줍니다.
• 흐름 길이를 짧고 고르게: 여러 갈래로 흐르다 만나는 곳은 웰드 라인이 생기므로, 기능상 중요한 실링면을 피해 만나도록 합니다.
• 후가공을 고려: 게이트 자국이 실링면이나 외관면에 남지 않는 위치가 좋습니다.

게이트가 너무 작으면 압력 손실이 커져 미충전이 생기고, 너무 크면 게이트 주변이 늦게 굳어 사이클이 길어집니다. 시사출 때 미충전 위치와 웰드 라인 위치를 보고 게이트를 옮기거나 키우는 방식으로 다듬는 것이 일반적입니다.

벤트(가스 배출) 설계

금형이 닫히면 안에 있던 공기가 빠져나갈 길이 필요합니다. 벤트가 없거나 부족하면 공기가 갇혀 기포, 미충전, 표면 탄 자국이 생깁니다. 벤트는 수지가 마지막으로 도달하는 곳, 흐름이 만나는 곳, 깊은 홈의 끝에 둡니다.

저압성형용 폴리아마이드는 녹았을 때 묽어서 벤트가 깊으면 그 틈으로 수지가 새어 버(flash)가 됩니다. 그래서 벤트는 일반적으로 수십 마이크로미터 수준(예: 0.02~0.05 mm)으로 얕게 만들고, 바깥쪽으로 갈수록 깊어지는 배출 홈과 연결합니다. 정확한 깊이는 그레이드의 점도와 작업 온도에 따라 시사출로 확인해야 합니다.

냉각도 함께 봐야 합니다. 금형 온도가 일정하지 않으면 같은 조건에서도 충전 상태와 수축이 달라집니다. 냉각수 채널을 성형부 가까이 고르게 배치하면 사이클 타임을 줄이고 품질 편차를 낮출 수 있습니다.

인서트 고정과 케이블 실링

저압성형 품질은 인서트를 얼마나 정확히 잡느냐에 크게 좌우됩니다. 기판은 핀, 받침 블록, 커넥터 하우징을 이용해 위치를 정하고, 주입 압력 방향 반대쪽에 받침을 두어 휘거나 밀리지 않도록 합니다. 받침이 닿는 자리는 성형 후 노출되므로, 노출돼도 괜찮은 위치를 미리 정해 두어야 합니다.

케이블이나 와이어 하네스가 금형 밖으로 나가는 부분은 수지가 새기 쉬운 곳입니다. 케이블 지름보다 약간 작은 홈으로 케이블을 살짝 눌러 잡는 방식이 흔히 쓰이며, 케이블 지름 공차가 크면 버가 생기거나 반대로 케이블이 눌려 손상될 수 있습니다. 케이블 피복의 재질(PVC, PA 등)에 따라 폴리아마이드와의 접착성도 달라지므로, 방수가 필요한 부품은 피복 재질을 함께 확인합니다. 커넥터 실링 사례는 커넥터 실링에 핫멜트를 쓰는 이유와 공정 글을 참고하십시오.

시사출 단계에서는 성형품을 잘라 내부 기포, 인서트 위치, 기판과 수지의 밀착 상태를 확인하는 것이 좋습니다. 겉보기에 문제가 없어도 내부에 기포가 있으면 방수 시험이나 열 사이클 시험에서 문제가 드러날 수 있습니다.

실버스타케미칼의 LPM용 폴리아마이드

실버스타케미칼㈜은 ERAMID 브랜드로 PCB, 센서, 커넥터, 와이어 하네스에 쓰는 LPM용 무용제 폴리아마이드를 직접 제조합니다. UL 94 V-0 난연 그레이드와 최대 200°C 열 안정성 그레이드가 있으며, 포팅보다 짧은 사이클로 부품을 보호하는 데 쓰입니다. 원료 선정, 배합, 품질 검수를 자체 수행하므로 금형 형상과 장비 조건에 맞춰 점도와 배합을 맞춤 개발할 수 있습니다. 제품 정보는 LPM용 폴리아마이드 솔루션에서, 회사 정보는 실버스타케미칼 회사 FAQ에서 볼 수 있습니다.

자주 묻는 질문

Q. 저압성형 금형 설계에서 가장 먼저 정할 것은 무엇인가요?
인서트의 크기와 열에 약한 부품 위치, 노출해야 할 부분을 먼저 확인하고 성형 형상과 두께를 정합니다. 그다음 인서트 고정, 게이트, 벤트 순서로 검토합니다.

Q. 저압성형 금형은 왜 알루미늄으로 만드나요?
저압성형은 일반 사출보다 낮은 압력을 쓰기 때문에 강철만큼 높은 강도가 필요하지 않은 경우가 많습니다. 알루미늄은 가공이 빠르고 열전도가 좋아 냉각에도 유리합니다.

Q. 벤트를 깊게 만들면 안 되나요?
저압성형용 폴리아마이드는 녹았을 때 묽어서 벤트가 깊으면 수지가 새어 버가 생깁니다. 일반적으로 얕은 벤트를 바깥쪽 배출 홈과 연결하고 시사출로 깊이를 확인합니다.

Q. 케이블이 나가는 부분에서 버가 생기면 어떻게 하나요?
케이블 지름과 금형 홈 크기가 맞는지, 케이블 지름 공차가 큰지 확인합니다. 홈 크기를 조정하거나 작업 온도와 압력을 낮춰 개선하는 경우가 많습니다.

Q. 실버스타케미칼에 금형 조건에 맞는 그레이드를 문의할 수 있나요?
가능합니다. 부품 도면이나 사진, 사용 장비와 작업 온도, 요구 성능을 알려 주시면 맞는 그레이드를 제안하고 필요하면 점도와 배합을 맞춤 개발합니다.

금형 설계 단계부터 소재 조건을 함께 검토하고 싶으시면 부품 도면이나 사진과 함께 문의해 주십시오. 기술 문의하기 · 전화 055-337-8841 · snschem@snschem.kr