KR100371311B1

KR100371311B1 - Cleaning method of workpiece for electrochemical etching

Info

Publication number: KR100371311B1
Application number: KR10-2000-0060088A
Authority: KR
Inventors: 김수현; 임영모; 임형준
Original assignee: 한국과학기술원
Priority date: 2000-10-12
Filing date: 2000-10-12
Publication date: 2003-02-07
Also published as: KR20020029238A

Abstract

본 발명은 전해 에칭을 수행하는 동안 균일한 가공 형상을 얻기 위하여 가공대상물의 표면을 세척하는 방법에 관한 것으로, 특히 전해 에칭을 수행하는 동안 순간적인 전위차의 변화로 발생하는 수소기포를 이용한 전해 에칭 가공물 세척 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of cleaning the surface of a workpiece to obtain a uniform processing shape during electrolytic etching, and in particular, an electrolytic etching workpiece using hydrogen bubbles generated by a change in instantaneous potential difference during electrolytic etching. It relates to a washing method.

본 발명에 따르면, 전극과 음극을 전해액 속에서 전해 가공하는 도중에 세척을 수행하기 위한 방법으로서,According to the present invention, as a method for performing cleaning during the electrolytic processing of the electrode and the cathode in the electrolyte,

전해 가공중인 전극에 순간적인 전위차의 변화를 준 후 소정의 시간동안 전극의 위치를 전해액 속에 유지시켜 기포를 발생시키는 단계와;Giving a change in the potential difference to the electrode during the electrolytic processing and maintaining the position of the electrode in the electrolyte for a predetermined time to generate bubbles;

기포 발생이 완료되면 전극을 전해액 수면위로 이동시켜 수 초간 대기하여 전극에 부착된 기포를 제거하는 단계를 전해 가공중 적어도 1회 포함하여 가공물의 세척이 수행되는 것을 특징으로 한다.When the bubble generation is completed, the electrode is moved to the surface of the electrolyte solution, and waiting for a few seconds to remove the bubbles attached to the electrode, characterized in that the cleaning of the workpiece is performed, including at least one time during the electrolytic processing.

Description

Cleaning method of workpiece for electrochemical etching

일반적으로 전해 에칭은 화학반응을 이용하여 가공하기 때문에 가공물 표면에 이물질이 묻어 있으면 가공이 불균일하게 일어나게 된다. 따라서 가공하기 전(前)은 물론이고 가공 중에도 이물질을 제거하는 세척과정이 필요하다.In general, electrolytic etching is processed using a chemical reaction, so that foreign matters on the surface of the workpiece will cause uneven processing. Therefore, a cleaning process is required to remove foreign substances before and during processing.

가공전 세척방법에는 물리적 연마(physical polishing)와 화학에칭(chemical etching) 등 여러 방법이 있으나, 예비세척 공정만을 수행하고 전해 에칭을 하였을 경우 전극의 형상이 균일하지 못하고 울퉁불퉁한 형태로 가공된다.There are various methods such as physical polishing and chemical etching, but the pre-processing process is performed in the form of an uneven and uneven shape when only the pre-cleaning process is performed and the electrolytic etching is performed.

즉, 아세톤과 증류수를 사용하여 초음파 세척만을 수행한 후 미세전극을 가공하였을 경우 도 1과 같이 균일한 직경의 가공물을 얻을 수 없었다.That is, when only the ultrasonic cleaning using acetone and distilled water after processing the microelectrode could not obtain a workpiece of uniform diameter as shown in FIG.

이와 같은 형상은 가공하는 중에 축의 주변에 있는 이물질이나 화학반응에 의한 슬러지(sludge) 등이 축 표면에 부착되어 화학반응이 균일하게 일어나지 못했기 때문에 발생한다.Such a shape occurs because foreign matters around the shaft or sludge due to a chemical reaction adhere to the surface of the shaft during processing, so that the chemical reaction did not occur uniformly.

따라서 균일한 형상의 미세 전극을 제작하기 위해서는 가공하는 중간에 전극을 세척하는 과정이 필요하다.Therefore, in order to manufacture a fine electrode of a uniform shape, it is necessary to wash the electrode in the middle of processing.

그런데, 가공 중에 전극을 분리해서 세척하는 방법은 전극의 정열이나 가공길이의 제어 등 정밀도를 유지하는데 어려움이 있고 번거로운 작업이다.However, the method of separating and cleaning the electrode during processing is difficult and cumbersome to maintain the precision, such as the alignment of the electrode and the control of the processing length.

본 발명은 상기와 같은 사정을 감안하여 창안된 것으로, 전해 에칭을 수행하는 동안 전극을 분리하지 않고 표면 이물질을 제거하여 전극을 균일한 형상으로 가공할 수 있도록 한 전해 에칭을 위한 가공물 세척방법을 제공함에 그 목적이 있다.The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a method for cleaning a workpiece for electrolytic etching, which enables the electrode to be processed into a uniform shape by removing surface foreign substances without separating the electrode during the electrolytic etching. Has its purpose.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구체적인 수단은,Specific means of the present invention for achieving the above object,

전극과 음극을 전해액속에서 전해 가공하는 도중에 세척을 수행하기 위한 방법으로서,As a method for performing cleaning during electrolytic processing of an electrode and a cathode in an electrolyte solution,

전해 가공 중인 전극에 순간적인 전위차의 변화를 준 후 소정의 시간동안 전극의 위치를 전해액 속에 유지시켜 기포를 발생시키는 단계와;Giving a change in the potential difference to the electrode during the electrolytic processing and then maintaining the position of the electrode in the electrolyte for a predetermined time to generate bubbles;

본 발명에 따르면, 기포가 제거된 전극을 전해액 속에 다시 담금시켜 에칭 가공을 수행한 후 기포발생과 기포제거 및 에칭가공을 순차적으로 수 회 반복하여 세척을 수행한다.According to the present invention, the electrode from which the bubble is removed is immersed again in the electrolyte solution, and then subjected to etching, and then the foaming, bubble removing, and etching processing are repeatedly performed several times in sequence.

본 발명에 따르면, 상기 전극에 인가된 전원을 차단하여 0V하에서 기포를 발생시킴을 특징으로 한다.According to the invention, it is characterized by generating a bubble under 0V by cutting off the power applied to the electrode.

도 1은 종래 아세톤과 증류수를 사용하여 초음파 세척한 경우에 나타난 전해에칭시의 다양한 전극 형상도.1 is a variety of electrode shapes when the electrolytic etching shown in the case of ultrasonic cleaning using conventional acetone and distilled water.

도 2는 본 발명에 따른 전해 가공 프로세스의 개념도.2 is a conceptual diagram of an electrolytic machining process according to the present invention.

도 3은 본 발명에 따른 전극에서의 기포발생 상태도.Figure 3 is a state of bubble generation in the electrode according to the present invention.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>

1,2 : 전극 3 : 전해액1,2 electrode 3: electrolyte

10 : 기포10: bubble

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 2는 본 발명의 개략적인 가공물 전해 에칭을 위한 시스템의 구성도이다.2 is a schematic diagram of a system for schematic workpiece electrolytic etching of the present invention.

도 2에서와 같이 양 전극(1)은 텅스텐 로드(tunsten rod)로서 미세 직경 100㎛ 이하이고, 음 전극(2)은 카본 로드(carbon rod)이다. 이때 전해액으로 수산화칼륨(KOH; potassium hydroxide) 용액을 사용하였다.As shown in FIG. 2, the positive electrode 1 is a tungsten rod having a fine diameter of 100 μm or less, and the negative electrode 2 is a carbon rod. At this time, a potassium hydroxide (KOH) solution was used as the electrolyte.

양 전극(1)과 음 전극(2)은 신호변환기(11,12,13)를 거쳐 컴퓨터(14)에 연결되어 있고, 컴퓨터에 기록된 기록매체에 의해 일련의 프로그램으로 전해 가공이 진행되도록 한다.The positive electrode 1 and the negative electrode 2 are connected to the computer 14 via signal converters 11, 12 and 13, and the electrolytic processing is carried out in a series of programs by the recording medium recorded in the computer. .

이 상태에서 두 전극(1)(2)에 일정한 전압을 인가하면 양 전극(1)에 연결되어 있는 텅스텐은 하기식과 같은 두 단계의 화학반응을 거쳐 표면으로부터 떨어져 나가게 된다.In this state, when a constant voltage is applied to the two electrodes 1 and 2, the tungsten connected to both electrodes 1 is separated from the surface through a two-step chemical reaction as shown in the following equation.

반응Ⅰ: Reaction I:

반응 Ⅱ : Reaction II:

반응Ⅰ은 양 전극(1)을 구성하는 텅스텐 로드의 표면의 텅스텐 원자들이 주위의 수산화 이온(hydroxide)들과 반응하여 텅스텐 산화물(tungsten oxide)로 바뀌는 과정으로 반응속도는 인가된 전류에 비례한다. 반응 Ⅱ는 텅스텐 산화물이 다시 주변의 수산화이온과 반응하여 이온으로 변하여 전해액 속으로 용해되는 과정으로 전류에는 상관없이 화학반응 조건에 따라 항상 일정한 속도로 반응이 일어난다.Reaction I is a process in which tungsten atoms on the surface of the tungsten rod constituting the positive electrode 1 are converted into tungsten oxide by reacting with surrounding hydroxide ions, and the reaction rate is proportional to the applied current. Reaction II is a process in which tungsten oxide is reacted with hydroxide ions to turn into ions and dissolved into electrolyte. The reaction always occurs at a constant rate depending on the chemical reaction conditions regardless of the current.

음 전극(2)에서의 반응은 음극 주변에 있는 물 분자가 수소 이온과 수산화이온으로 분해되면서 수소 이온들이 전자를 얻어 수소 기체로 되는 반응이 일어난다. 생성된 수소 기체들은 기포를 형성하여 음 전극(2) 표면을 따라 올라오게 된다. 음전극(2)에서 일어나는 반응식은 다음과 같다.In the reaction at the negative electrode 2, the water molecules around the cathode are decomposed into hydrogen ions and hydroxide ions, and hydrogen ions acquire electrons to form hydrogen gas. The generated hydrogen gases form bubbles and rise along the surface of the negative electrode 2. The reaction formula occurring at the negative electrode 2 is as follows.

이때 전해 가공은 가역전위(reversible potential)보다 큰 전위를 유지하면서 가공을 수행하고 있기 때문에 양 전극(1) 주위의 전위는 용액 내부보다 높게 된다.At this time, since the electrolytic machining is performed while maintaining the potential higher than the reversible potential, the potential around the positive electrode 1 becomes higher than the inside of the solution.

즉, 전해 에칭이 이루어지는 동안에 전해액 내부에는 가해지는 전압의 크기에 비례하여 전위의 분포가 형성되는데, 전위 0V인 음 전극 주변에서 시작하여 양 전극(1)쪽으로 갈수록 서서히 증가하는 형태이다.That is, during the electrolytic etching, a distribution of potentials is formed in proportion to the magnitude of the voltage applied to the inside of the electrolyte, and starts gradually around the negative electrode having a potential of 0 V and gradually increases toward the positive electrode 1.

상대적으로 전위가 높은 양 전극(1)에서는 산화반응이, 전위가 작은 음 전극(2)에서는 수소기체가 환원반응이 일어난다.Oxidation reaction occurs at the positive electrode 1 having a relatively high potential, and hydrogen gas undergoes a reduction reaction at the negative electrode 2 having a small potential.

따라서 가공이 수행되는 도중에 양 전극(1)의 전위를 음 전극(2)과 같이 전위 0V로 만들게 되면 양 전극(1)이 마치 음 전극(2)과 같이 작용하여 잠시동안 환원반응이 일어나게 된다.Therefore, when the potential of the positive electrode 1 is made to be the potential 0V like the negative electrode 2 while the processing is performed, the positive electrode 1 acts like the negative electrode 2 and a reduction reaction occurs for a while.

이러한 현상은 전해액 내부의 모든 위치에서 전위가 0V가 될 때까지 계속되며, 그 시간은 수백 ms 정도이다.This phenomenon continues until the potential reaches zero volts at all locations within the electrolyte, which is several hundred ms.

본 실시예서는 수소기체가 생성되어 양 전극(1)을 따라 흐르는 시간까지 고려하여 전위를 차단한 후 10초 동안 기다리며 세척이 이루어짐을 관찰하였다.In the present embodiment, it was observed that the washing was performed while waiting for 10 seconds after blocking the potential in consideration of the time to generate hydrogen gas flowing along the both electrodes (1).

즉, 양 전극(1) 주위에 생성된 수소기체는 도 3에서 볼 수 있듯이 기포(10)를 형성하여 전극(1)을 따라 올라오면서 양 전극(1)표면의 이물질을 제거하는 세척 작용이 수행된다.That is, as shown in FIG. 3, the hydrogen gas generated around the positive electrode 1 forms a bubble 10 and rises along the electrode 1 to remove foreign substances on the surface of the positive electrode 1. do.

이와 같은 순간적인 전위차는 반응이 진행됨에 따라 사라지게 되고 수소기체의 생성은 멈추게 된다.The instantaneous potential difference disappears as the reaction proceeds, and hydrogen gas production stops.

그런데, 생성된 수소 기포중에 공기 속으로 이동하지 못한 기포는 전극의 표면에 부착되어 화학반응을 방해하여 표면을 불균일하게 하는 요인이 되므로 양 전극(1)을 공기중으로 이동시켜서 표면에 부착되어 있는 기포를 제거한 후 다시 전해액에 담구어 가공을 수행한다.However, bubbles that do not move into the air in the generated hydrogen bubbles adhere to the surface of the electrode and interfere with chemical reactions, thereby causing the surface to be uneven. Thus, bubbles that are attached to the surface by moving both electrodes 1 into the air After removing, immerse in the electrolyte again to perform the processing.

본 실시예에서는 전해액 수면으로부터 1mm만큼 양 전극(1)을 상승시켜 10초 동안 기다린 후 다시 삽입하는 방법을 사용하였다.In this embodiment, the positive electrode 1 was raised by 1 mm from the surface of the electrolyte, waited for 10 seconds, and then reinserted.

초기직경 0.5mm로부터 직경 50㎛, 길이 2㎜의 양 전극(1)을 가공하는 경우 4∼5회의 세척만으로도 충분한 효과를 얻을 수 있음을 실험을 통해서 확인하였다.When the positive electrode 1 having a diameter of 50 μm and a length of 2 mm from the initial diameter of 0.5 mm was processed, it was confirmed through experiments that sufficient effects can be obtained by only 4 to 5 washings.

이상과 같이 본 발명은 전극에 순간적인 전원을 차단한 후 일정 시간동안 대기하여 기포의 생성을 발생시키는 단계, 기포 생성이 완료되면 전극을 전해액속에서 꺼내어 수면위로 상승 유지시켜 일정 시간동안 기포 제거가 이루어질 동안 대기하는 단계, 기포제거가 완료되면 양 전극을 다시 하강시켜 전해액속에 투입시켜 가공을 수행하는 단계를 순환하면서 가공물의 세척을 수행한다.As described above, the present invention is a step for generating a bubble by waiting for a predetermined time after the instantaneous power supply to the electrode, when the bubble generation is complete, the electrode is taken out of the electrolyte and maintained above the water surface to remove the bubble for a certain time Waiting for a while, when the bubble removal is completed, the positive electrode is lowered again and put into the electrolyte solution to perform the washing while circulating the step of performing the processing.

이상과 같은 과정을 수행하면 가공하는 중간에 양 전극(1)을 분리하지 않아도 표면 주위의 이물질을 제거할 수 있어서 균일한 형상의 미세전극을 가공할 수 있다.When the above process is performed, foreign matters around the surface can be removed without separating the positive electrode 1 in the middle of processing, so that a fine electrode having a uniform shape can be processed.

상술한 바와 같이 본 발명에 따르면 전극을 분리하지 않고 기포의 흐름으로 표면 주위의 이물질을 제거할 수 있어서 균일한 가공 형상과 높은 가공정밀도를 얻을 수 있다.As described above, according to the present invention, foreign matters around the surface can be removed by the flow of bubbles without separating the electrodes, thereby obtaining a uniform processing shape and high processing precision.

이상에서 본 발명의 전해 에칭을 위한 가공물 세척방법에 대한 기술 사상을 첨부도면과 함께 서술하였지만, 이는 본 발명의 가장 양호한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명은 한정하는 것은 아니다.The technical idea of the workpiece cleaning method for the electrolytic etching of the present invention has been described above with reference to the accompanying drawings, but this is by way of example to illustrate the best embodiment of the present invention, but the present invention is not limited.

또한, 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자이면 누구나 본 발명의 기술사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.In addition, it is obvious that any person skilled in the art can make various modifications and imitations without departing from the scope of the technical idea of the present invention.

Claims

In the method for performing the cleaning during the electrolytic processing of the positive electrode and negative electrode in the electrolyte,

(a) generating a bubble by maintaining the position of the positive electrode in the electrolyte for less than 1 second after the potential difference is changed to 0 V on both electrodes during electrolytic processing;

(b) after the step (a) is completed, the positive electrode is moved to the surface of the electrolyte solution for 10 seconds to remove air bubbles attached to the positive electrode, and then immersed in the electrolyte solution, characterized in that it comprises the step of performing an etching process Process for cleaning workpieces for electrolytic etching.

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