KR100524156B1 - 금속시트재의 프리에칭 방법 및 그 장치_ - Google Patents

Abstract

금속시트재의 프리에칭방법 및 그 장치가 개시된다. 상기 프리에칭방법 및 그 장치는 초음파를 이용하여 금속시트재를 프리에칭하므로, 금속시트재와 감광막과의 분리현상 및 미제거된 잔막에 의한 불량요인이 제거된다. 그러므로, 후 공정인 에칭공정으로 투과공을 형성하면 투과공이 균일하게 형성된다. 또한, 짧은 시간 내에 프리에칭이 이루어지므로 생산성이 향상되고, 프리에칭액의 최적 적용범위도 넓어져 프리에칭액 관리도 쉽다. 또한, 짧은 시간내에 프리에칭이 이루어지므로 감광액 잔막에의 영향이 최소화되고, 이로인해 후 공정에서의 감광액 잔막 영향성을 줄일 수 있다. 또한, 인바재와 같이 화학적 프리에칭이 잘 되지 않는 소재의 경우에 적용하면 더욱 효과적이다.

Description

금속시트재의 프리에칭방법 및 그 장치{Pre-etching Method And Per-etching Apparatus of Metal Sheet}

본 발명은 금속시트재의 프리에칭방법 및 그 장치에 관한 것으로, 특히 에칭 전에 금속시트재를 초음파로 프리에칭하여 금속시트재에 남아있는 산화피막 및 감광액 잔막을 제거한 후 에칭을 시킴으로써 생산성을 향상시킨 금속시트재의 프리에칭방법 및 그 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 금속시트재의 표면처리 공정은 도 1에 도시된 바와 같이 방청유가 묻어있는 금속시트재가 탈지 공정(12)에서 방청유가 제거되고, 수세 공정(14)에서 탈지액이 제거된다. 수세 처리된 금속시트재에 감광액을 도포(16)하고 전자빔투과공틀을 금속시트재 앞/뒤면에 밀착시켜 일정 형상을 노광(18)한다. 이때 미노광 부분은 다음의 현상 공정(20)에서 제거된다.

상기의 금속시트재 재료의 원래 표면은 도 7a와 같다. 그리고, 프리에칭 전의 금속시트재 표면은 도 7b와 같이 산화피막 및 감광액 잔막이 수세 이후에도 그대로 존재하게 된다.

이러한 산화피믹과 감광액 잔막이 남아있는 상태에서 에칭 공정(24)에 들어간다면 에칭에 불균일을 유발하여 불량품 발생의 요인이 된다.

이를 제거하기 위해 프리에칭 공정(22)이 필요하다. 프리에칭 공정(22) 후에는 도 7e와 같이 산화피막 및 감광액 잔막이 제거되어 양품의 금속시트재를 얻을 수 있다.

한편, 프리에칭 처리가 강하게 될 경우에는 도 7d와 같이 금속시트재와 감광막 사이에 분리가 일어나며, 이 상태에서 에칭 공정(24)에 들어가면 원하는 투과공보다 더 큰 투과공이 생기게 된다.

프리에칭 공정(22)을 거쳐 에칭 공정(24)에 들어가게 되고, 그 다음 공정으로 금속시트재에서 감광막을 박리시키는 박막 공정(26)이 있으며, 그 후 수세 후 필요한 치수로 1장씩 절단하는 절단 공정(28)과 검사 공정을 거쳐 완제품(30)이 만들어진다.

도 2는 종래기술에 따른 침지 프리에칭장치의 구성도로서, 부호 120은 금속시트재이고, 부호 100은 프리에칭액탱크를 나타낸 것이다.

상기 프리에칭액 탱크(100)내에는 과산화 수소, 옥살산, 황산으로 이루어진 프리에칭액(106)이 있다. 또한 금속시트재(120)를 일정한 속도로 이동하게 하는 가이드롤러(102)가 있고, 금속시트재에 묻어있는 프리에칭액을 제거하기 위해 장치된 액절롤러(104)가 있다.

침지 프리에칭법에 있어서, 금속시트재(120)는 일정한 속도로 계속 이동하게 되면서 과산화수소, 옥살산, 황산으로 이루어진 프리에칭액(106)에 일정시간 침지되어 프리에칭이 이루어진다.

과산화수소, 옥살산, 황산으로 이루어진 프리에칭액(106)은 일정한 온도가 유지되도록 작동되며, 일정시간이 지난 후에는 새로운 프리에칭 용액을 주입하여 일정한 조성이 유지되도록 한다.

상기 프리에칭된 금속시트재(120)는 가이드롤러(102)의 작동방향에 따라 일정한 속도로 이동하여 다음의 에칭 공정으로 들어간다. 이때, 금속시트재(120)에 묻어 있는 프리에칭액(106)은 프리에칭액 탱크(100) 상부에 붙어 있는 액절롤러 (104)에 의해서 제거된다. 액절롤러(104)에 의해서 프리에칭액이 제거된 금속시트재(120)는 가이드롤러의 작동에 의해 일정한 속도로 에칭 공정에 들어가게 된다.

그런데, 상기와 같은 종래의 금속시트재의 프리에칭방법 및 그 장치에 의한 프리에칭은, 알루미늄 킬드강에 있어서는 상기와 같은 프리에칭이 적합하지만, 니켈이 36% 함유된 인바소재에 있어서는 그 니켈에 의하여 형성된 부동태 층이 형성되므로 종래의 화학침지 프리에칭방법으로 프리에칭이 원활하게 진행되지 않아 금속시트재의 산화피막과 감광액 잔막을 완전히 제거할 수 없다. 따라서, 산화피막과 감광액 잔막을 없애기 위하여 프리에칭용액의 조성과 농도를 바꾸거나 처리온도를 상승시켜야 되는데, 이 경우 산화피막과 감광액 잔막이 불균일하게 제거되고, 금속시트재와 감광막사이가 분리되는 현상을 초래하여 원하는 투과공을 얻기가 어려운 문제점이 있다.

이에, 본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 그 목적으로 하는 바는 에칭 전에 금속시트재를 초음파로 프리에칭하여 금속시트재에 남아있는 산화피막 및 감광액 잔막을 제거한 후, 에칭을 시킴으로써 생산성을 향상시킨 금속시트재의 프리에칭방법 및 그 장치를 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 금속시트재 프리에칭방법은,

적어도 프리에칭탱크에 일정 온도의 프리에칭액을 채우는 단계와,

상기 프리에칭액 속으로 금속시트재를 일정 속도로 이송시키는 단계와,

상기 프리에칭액 속으로 특정 주파수의 초음파를 발생시키는 단계와,

상기 초음파에 의해 기포를 발생시키는 단계와,

상기 기포는 프리에칭액 속에서 일정한 속도로 주행하는 상기 금속시트재 표면에서 붕괴하여 큰 압력을 발생시키고, 이에 따라 상기 금속시트재를 프리에칭시키는 단계와,

상기 프리에칭 후 금속시트재 상에 묻어있는 프리에칭액을 액절롤러에 의해 제거시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 프리에칭액은 옥살산 1.5 질량% 이상, 과산화수소 0.1∼2.5 질량%, 황산 0.1∼2.5 질량%의 비율로 이루어지며, 온도는 20∼40℃로 유지한다.

그리고, 상기 금속시트재가 프리에칭액 속에 침적되는 시간은 10∼50초로 유지되며, 상기 특정 주파수는 10㎑에서 100㎑까지의 다중 주파수를 연속하여 가변 시키는 것이 바람직하다.

또한 상기 목적을 달성하기 위한, 본발명의 금속시트재의 프리에칭장치는, 금속시트재를 프리에칭하기 위하여 프리에칭액을 충전한 프리에칭액 탱크와, 상기 프리에칭액으로 금속시트재를 이송 및 지지해 주는 가이드롤러와, 프리에칭후 상기 금속시트재에 묻은 프리에칭액을 제거해 주는 액절롤러를 포함한다. 그리고 금속시트재의 프리에칭장치는, 적어도 1개 이상의 초음파를 발생시키는 초음파발생장치가 설치되며, 상기 초음파발생 장치는 발생되는 초음파의 주파수를 가변하고 파워를 제어하는 초음파발생 제어수단을 구비하여야 한다.

여기에서 상기 초음파발생수단은 상기 프리에칭액 탱크 내부의 여러부분에 설치되며 상기 금속시트재와 일정한 거리를 유지하게 하여야 한다.

따라서 본 발명은 금속시트재의 프리에칭방법 및 그 장치에 대한 것이며, 에칭전에 금속시트재를 초음파로 프리에칭하여 금속시트재에 남아있는 산화피막 및 감광액 잔막을 제거한 후 에칭을 시킴으로써 생산성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

이하, 본 발명의 실시예에 관하여 첨부도면을 참조하면서 상세히 설명한다.

또, 실시예를 설명하기 위한 모든 도면에서 동일한 기능을 갖는 것은 동일한 부호를 사용하고 그 반복적인 설명은 생략한다.

도 3은 본 발명의 제 1실시예에 의한 침지 프리에칭장치의 구성도이다.

상기 도면에서, 본 발명의 금속시트재의 프리에칭장치는, 금속시트재(120)를 프리에칭 하기 위하여 과산화수소, 옥살산, 황산으로 구성된 프리에칭액(106)을 충전한 프리에칭액 탱크(100)와, 프리에칭 후 상기 금속시트재(120)에 남아있는 프리에칭액(106)을 제거하기 위한 액절롤러(104)와, 상기 금속시트재(120)를 지지·안내하는 다수개의 가이드롤러(102)와, 상기 프리에칭액 탱크(100)의 내부 바닥에 설치되며 초음파를 발생시키는 초음파발생수단인 초음파 발생 진동자(200)와, 상기 초음파 발생 진동자(200)에서 발생되는 초음파의 파장을 가변 제어하기 위하여 상기 프리에칭액 탱크(100)외부에 설치된 진동자 제어부(210)로 구성되어 있다.

한편, 본 발명은 상기 초음파 발생 진동자(200)를 상기 프리에칭액 탱크(100)의 바닥이나 양측벽, 또는 상기 프리에칭액 탱크(100)의 내부 중앙에 1개 또는 다수개로 설치하여 사용할 수 있다.

도 4는 본 발명의 제 2실시예에 의한 금속시트재의 프리에칭장치의 구성도로서, 상기 프리에칭액 탱크(100)의 내부바닥 및 양측벽에 다수개의 초음파 발생 진동자(200)를 설치한 것을 나타낸 것이다.

그리고, 도 5는 본 발명의 제 3실시예에 의한 금속시트재의 프리에칭장치의 구성도로서, 프리에칭액 탱크(100)의 내부바닥 및 양측벽에 각각 1개씩의 초음파 발생 진동자(200)를 설치하고, 상기 프리에칭액(106) 속에 가이드롤러(102)가 1개 설치된 경우를 도시한 것이다.

그리고, 도 6은 본 발명의 제 4실시예에 의한 금속시트재의 프리에칭장치의 구성도로서, 프리에칭액 탱크(100)의 내부바닥 및 양측벽에 다수개의 초음파 발생진동자(200)가 설치되며, 프리에칭액(106) 내부에 일정 간격으로 설치된 2개의 가이드롤러(102)와, 상기 가이드롤러(102)에 지지되는 금속시트재(120)의 안쪽에 다수개의 초음파 발생 진동자(200)가 설치된 경우를 나타낸 것이다.

상기 가이드롤러(102)에 있어서, 상기 프리에칭액(106) 속에 2개의 가이드 가이드롤러(102)를 넣어 초음파 발생 진동자(200)와 금속시트재(12)가 근접하도록 일정한 거리를 유지하도록 한다.

상기 금속시트재(120)는 초음파 프리에칭액(106)이 가해지면 케비테이션 현상에 의해 기포가 생성되는데 이러한 기포는 성장, 붕괴 과정을 거치게 된다. 기포가 붕괴될 때 초음파 발생 진동자(200)에서 발생되는 초음파에 의해서 1.5㎬ 정도의 큰 압력이 발생하며 이 압력은 금속시트재에 충격을 주어 기존의 화학적 프리에칭에서 보다 효과적으로 금속시트재(120)에 남아있는 산화피막과 감광액 잔막을 제거시킬 수 있다.

이때, 프리에칭액 탱크(100)내에 과산화수소, 옥살산, 황산으로 구성된 프리에칭액(106)을 충전하여 일정한 온도가 유지되도록 하고, 소정 개수의 가이드롤러(102)를 통하여 금속시트재(120)를 일정한 속도로 침지시킨다.

금속시트재(120)의 침지 상태에서, 초음파 파장을 가변제어하기 위하여 진동자 제어부(210)에서 파장을 일정하게 제어하여 초음파 발생 진동자(200)에 연결하고, 파워도 조절한다.

그러면, 초음파 발생 진동자(200)(1개 또는 여러개를 프리에칭액 탱크(100)의 바닥이나 양측벽 또는 상기 프리에칭액 탱크의 중앙에 설치되어 있음)는 일정 거리로 유지된 금속시트재(120)로 초음파를 발생시켜 압력을 상승시킴으로써 금속시트재(120)의 산화피막이나 감광액 잔막의 제거를 가속화시킨다.

이하, 본 발명에 의한 금속 시트재의 프리에칭방법 및 그 장치에 대해 좀더 상세히 설명하기로 한다.

과산화수소, 옥살산, 황산으로 구성된 프리에칭액(106)에 충전된 프리에칭액 탱크(100)내에 주행하면서 프리에칭이 이루어지며 프리에칭후의 금속시트재(120)의 프리에칭액은 액절롤러(104)에 의하여 제거된다. 본 발명은 프리에칭액 탱크(100) 내에 적어도 1개 이상의 초음파 발생 진동자(201)가 설치되어 있고, 이 진동자(200)는 외부의 초음파 진동자 제어부(210)에 연결되어 초음파의 파장이 제어되도록 되어 있다.

먼저, 주파수를 가변할 수 있는 진동자 제어부(210)에서 일정한 주파수를 발생시키면 진동자 제어부(210)와 연결된 초음파 발생 진동자(200)가 특정 주파수의 초음파를 일으키게 된다. 이 초음파는, 과산화수소, 옥살산, 황산으로 구성된 일정한 온도의 프리에칭액(106)이 충전된 프리에칭액 탱크(100)와 프리에칭액(106)에 전달되고 프리에칭액(106)에 전달된 초음파는 서서히 기포를 발생, 성장, 봉괴시킨다.

상기의 초음파의 케비테이션 현상에 의해 생긴 기포는 가이드롤러(102)를 따라 프리에칭액(106) 속으로 일정한 속도록 주행하는 금속시트재(120) 표면에서 붕괴하여 큰 압력을 발생시키고, 이에 따라 금속시트재(120)는 프리에칭이 된다.

프리에칭 후, 금속시트재(120)상의 프리에칭액(106)은 액절롤러(104)에 의해 제거되며, 프리에칭액(106)이 제거된 금속시트재(120)는 수세처리과정을 거쳐 다음의 에칭 공정에 들어가게 된다.

본 발명에서 프리에칭에 영향을 주는 변수로 프리에칭액의 조성과 농도, 초음파의 주파수, 프리에칭액의 온도, 반응시간(초음파의 조사시간), 프리에칭액 표면과 시편과의 거리, 파워(power)를 변화시키면서 실험하였다. 그 결과 주파수가 높을수록, 조사 시간이 길수록, 온도가 높을수록 프리에칭이 잘 된다는 것을 확인하였다. 그러나 강한 실험 조건에서는 감광막과 금속시트재 사이의 분리가 일어나므로 최적 조건을 결정할 필요가 있다. 상기 각 변수들에 대한 실험 결과는 표 1∼표 6에 표시한다.

이때, 기호 0은 프리에칭이 양호한 상태를 나타낸 것이고, 기호 △은 프리에칭이 중간 상태를 나타낸 것이고, 기호 x는 프리에칭이 불량한 상태를 나타낸 것이다.

표 1에 표시된 바와 같이, 프리에칭 용액의 농도는 옥살산 1.5 질량% 이상, 과산화수소와 황산의 농도는 2.5 질량% 이하 일 때 좋은 프리에칭 결과를 얻었다. 옥살산의 농도가 1.5 질량% 이하이고, 과산화수소의 농도와 관계없이 황산의 농도가 0.1 질량% 이하일 경우에는 도 7b와 동일하게 프리에칭이 안된 결과가 나왔고, 상기와 동일한 조건에서 황산의 농도가 2.5 질량% 이상일 경우에는 도 7d와 동일하게 프리에칭이 강하게 되어 금속시트재와 감광막의 분리가 일어났다. 그리고 옥살산의 농도가 1.5 질량% 이상일 때에는 과산화수소와 황산의 농도에 따라서 프리에칭의 정도가 달랐다. 과산화수소나 황산의 농도가 0.1 질량% 이하일 경우에는 도 7b의 경우가 얻어지며, 과산화수소나 황산의 농도가 0.1∼2.5 질량%일 경우에는 도 7e의 경우와 같이 프리에칭 결과가 좋게 나타났다.

과산화수소나 황산이 상기 이상의 농도에서는 도7d의 경우로 금속시트재와 감광막의 분리가 일어났다.

한편, 초음파의 주파수가 20∼40㎑일때, 도 7e와 동일한 양품을 얻을수 있다.

온도는 프리에칭액의 온도가 20℃ 이하에서는 도 7b, 20∼40℃에서는 도 7e, 40℃ 이상에서는 도 7d의 결과가 얻어진다.

반응시간은 10초 이하, 10∼50초 및 50초 이상 일때, 각각 도 7b, 7e 및 7d의 결과가 얻어진다.

프리에칭액 표면과 시편과의 거리는 1~7cm가 양호하다.

진동자 제어부(210)에서 제어되는 파워의 영향은 초음파의 주파수에 따라 차이가 있으나, 80∼160W에서 도 7e와 같은 양품을 얻을 수 있다.

한편, 주파수가 강한 조건에서는 파워를 작게하여도 도 7e와 같은 양품을 얻을 수 있다. 상기의 실험에서 초음파 발생 진동자(200)에서 발생되는 주파수는 20∼40kHz가 바람직하다.

상기에서 본 발명에 영향을 주는 변수에 대한 결과로서 최적조건을 제외한 실험 조건에서는 도 7b와 같이 프리에칭이 안 되어 에칭 후 투과공이 불균일하게 이루어져 불량을 발생하게 되거나, 도 7d와 같이 프리에칭이 강하게 되어 금속시트재와 감광막의 분리가 일어나 에칭 후 투과공이 더 크게 되는 불량을 유발하게 된다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 금속시트재의 프리에칭방법 및 그 장치는 초음파를 이용하여 금속시트재를 프리에칭하므로, 금속시트재와 감광막과의 분리현상 및 미제거된 잔막에 의한 불량요인이 제거된다. 그러므로, 후 공정인 에칭공정으로 투과공을 형성하면 투과공이 균일하게 형성된다.

또한, 짧은 시간내에 프리에칭이 이루어지므로 생산성이 향상되고, 프리에칭액의 최적 적용범위도 넓어져 프리에칭액 관리도 쉽다.

또한, 짧은 시간내에 프리에칭이 이루어지므로 감광액 잔막에의 영향이 최소화되고, 이로인해 후 공정에서의 감광액 잔막 영향성을 줄일 수 있다.

특히, 인바재와 같이 화학적 프리에칭이 잘 되지 않는 소재의 경우 본 발명을 적용하면 다음과 같이 효과적으로 프리에칭을 수행 할 수 있다. 도 7을 살펴보면, 도 7c는 인바재에서 화학적인 방법으로만 프리에칭한 것으로써, 감광액 잔막과 산화피막이 제거되지 않고 그대로 남아 프리에칭이 전혀 되지 않은 상태에 있다. 그러나 본 발명에서는 도 7e에서 보는 바와 같이 프리에칭이 비교적 효과적으로 된 상태에 있다.

아울러 본 발명의 바람직한 실시예들은 예시의 목적을 위해 개시된 것이며, 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가등이 가능할 것이며, 이러한 수정 변경등은 이하의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.

도 1은 일반적인 금속시트재의 처리 공정도.

도 2는 종래기술에 따른 침지 프리에칭장치의 구성도.

도 3은 본 발명의 제 1실시예에 의한 금속시트재의 프리에칭장치의 구성도.

도 4는 본 발명의 제 2실시예에 의한 금속시트재의 프리에칭장치의 구성도.

도 5는 본 발명의 제 3실시예에 의한 금속시트재의 프리에칭장치의 구성도.

도 6은 본 발명의 제 4실시예에 의한 금속시트재의 프리에칭장치의 구성도.

도 7a는 금속시트재의 원재료 표면 확대사진도.

도 7b는 감광액 도포 후의 금속시트재의 표면 확대 사진도.

도 7c는 프리에칭이 덜 된 금속시트재의 표면 확대 사진도.

도 7d는 프리에칭이 심하게 된 금속시트재의 표면 확대 사진도.

도 7e는 프리에칭이 잘된 금속시트재의 표면 확대 사진도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

100 : 프리에칭액 탱크 102 : 가이드 롤러

104 : 액절롤러 106 : 프리에칭액

120 : 금속시트재 200 : 초음파 발생 진동자

210: 진동자 제어부

Claims (7)

1. 금속시트재의 프리에칭방법에 있어서,

   적어도 프리에칭액 탱크에 일정 온도의 프리에칭액을 채우는 단계와,

   상기 프리에칭액 속으로 금속시트재를 일정 속도로 이송시키는 단계와,

   상기 프리에칭액 속으로 10KHz에서 40KHz 까지의 다중 주파수를 연속하여 가변시켜 초음파를 발생시키는 단계와,

   상기 초음파에 의해 기포를 발생시키는 단계와,

   상기 기포가 상기 프리에칭액 속에서 일정한 속도로 주행하는 상기 금속시트재 표면에서 붕괴하여 큰 압력을 발생시켜서 상기 금속시트재가 프리에칭되도록 하는 단계와,

   상기 프리에칭 후 금속시트재 상에 묻어있는 프리에칭액을 액절롤러에 의해 제거시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속시트재의 프리에칭방법.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 프리에칭액은,

   옥살산 1.5 질량% 이상, 과산화수소 0.1∼2.5 질량%, 황산 0.1∼2.5 질량%의 비율로 이루어진 것을 특징으로 하는 금속시트재의 프리에칭방법.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 프리에칭액은 온도를 20∼40℃로 유지하는 것을 특징으로 하는 금속시트재의 프리에칭방법.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 금속시트재가 프리에칭액 속에 침적되는 시간은 10∼50초로 유지하는 것을 특징으로 하는 금속시트재의 프리에칭방법.
5. 적어도 금속시트재를 프리에칭하기 위하여 프리에칭액을 충전하는 프리에칭액 탱크와, 상기 프리에칭액으로 금속시트재를 이송 및 지지해 주는 가이드롤러와, 프리에칭후 상기 금속시트재에 묻은 프리에칭액을 제거해 주는 액절롤러를 포함한 금속시트재의 프리에칭장치에 있어서,

   상기 프리에칭액 속에 적어도 1개 이상 설치되며 초음파를 발생시키는 초음파발생수단과,

   상기 초음파발생수단에서 발생되는 초음파의 주파수를 가변하고 파워를 제어하는 초음파발생 제어수단을 구비하여 이루어진 것을 특징으로 하는 금속시트재의 프리에칭장치.
6. 제 5항에 있어서,

   상기 초음파발생수단은 상기 프리에칭액 탱크 내부의 전부분에 걸쳐 설치되며 상기 금속시트재와 일정한 거리를 유지하는 것을 특징으로 하는 금속시트재의 프리에칭장치.
7. 제 5항에 있어서,

   상기 초음파발생수단은 상기 프리에칭액 속의 금속시트재를 사이에 두고 프리에칭액탱크 내부 전부분과 반대편 부분에 설치하여 상기 금속시트재와 일정한 거리를 유지하는 것을 특징으로 하는 금속시트재의 프리에칭장치.