KR100735448B1 - Ｃｍｐ 프로세스를 적용한 연료전지용 초소형 개질 기제조방법 - Google Patents

Ｃｍｐ 프로세스를 적용한 연료전지용 초소형 개질 기제조방법 Download PDF

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Abstract

연료 또는 발생 가스의 누설을 효과적으로 방지하여 고성능의 개질 효과를 얻을 수 있는 CMP 프로세스를 적용한 연료전지용 초소형 개질 기 제조방법이 제공된다.
본 발명은 탄화수소계 액체연료를 사용하여 수소를 생산하는 연료전지용 개질 기의 제조방법에 있어서, 실리콘 웨이퍼로 이루어지고 내부에 채널을 형성한 기판 수단을 제공하는 단계; 상기 기판 수단의 채널을 가열시키기 위한 가열 수단을 제공하는 단계; 상기 기판 수단의 채널에 촉매를 코팅하는 단계; 상기 기판 수단의 표면을 CMP 가공하는 단계; 및 상기 기판 수단의 상,하부 면을 덮는 커버 수단을 부착하는 단계;를 포함하는 CMP 프로세스를 적용한 연료전지용 초소형 개질 기 제조방법을 제공한다.
본 발명에 의하면 CMP 공정을 실시하여 이물질을 접착 면으로부터 제거하고, 그 상태에서 커버가 실리콘 웨이퍼에 부착되기 때문에, 매우 안정된 상태로 커버 수단이 기판 수단에 부착되어 액체 연료 또는 발생 가스의 외부 누설을 효과적으로 방지하는 효과를 얻는다.
CMP 프로세스, 연료전지, 초소형 개질 기, 실리콘 웨이퍼, 촉매

Description

ＣＭＰ 프로세스를 적용한 연료전지용 초소형 개질 기 제조방법{Method of Producing A Micro Reformer for Fuel Cells By Using CMP Process}
제 1도는 종래의 기술에 따른 연료 전지용 개질 기를 도시한 단면도.
제 2도는 종래의 기술에 따른 연료 전지용 개질 기를 도시한 외관 구조도.
제 3도는 본 발명에 따른 CMP 프로세스를 적용한 연료전지용 초소형 개질 기 제조방법을 단계적으로 도시한 제작 공정도.
제 4도는 본 발명에 따른 CMP 프로세스를 적용한 연료전지용 초소형 개질 기 제조방법에 의해서 제작된 개질 기의 단면도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
1..... 본 발명에 따른 개질 기 제조방법
10.... 기판 수단 12.... Si3N4층
14.... 포토 레지스터(photo resister) 16.... 오목 홈
18,51.... 포토 레지스터 22,72.... SiO2층
30.... 가열 수단 32.... 전극
34.... 포토 레지스터 38.... 촉매 형성용 용액
40,62.... 촉매 수단 60.... 일산화 탄소 제거 부(PROX)
70.... 커버 수단 100....본 발명에 따른 개질 기
102... 연료 유입구 106.... 수소 배출구
200.... 종래의 개질 기 210.... 기판
220.... 촉매 연소 부 230.... 증발 부
240.... 수소 생성 부 250.... 일산화 탄소 제거 부
260.... 히터 270.... 커버
본 발명은 연료 전지에 사용되는 개질 기와 그 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세히는 실리콘 웨이퍼 기판을 사용하여 내부에 깊고 넓은 채널을 형성함으로써 소형이면서도 고성능을 얻을 수 있고, 촉매 코팅 후에는 CMP(Chemical Mechanical Polishing) 공정을 실시함으로써 커버의 부착시 완벽한 접착을 이룰 수 있으며 그에 따라서 연료 또는 발생 가스의 누설을 효과적으로 방지하여 고성능의 개질 효과를 얻을 수 있는 CMP 프로세스를 적용한 연료전지용 초소형 개질 기 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 연료전지는 고분자연료전지, 직접메탄올연료전지, 용융탄산염연료전지, 고체산화물연료전지, 인산형 연료전지, 알카리 연료전지 등 여러 종류가 있으며, 휴대용 연료전지를 개발하기 위해서는 소형화 및 출력밀도가 중요하다. 이 중에서 휴대용 소형 연료전지로서 가장 많이 사용되는 것으로는 직접 메탄올 연료전지 (Direct Methanol Fuel Cell, DMFC)와 고분자 전해질 연료전지(Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell, PEMFC)등이 있다.
이런 방식의 차이는 연료로서 메탄올과 디메틸 에테르(dimethyl-ether : DME) 등의 액체 연료를 주입하는가, 또는 기체상태의 수소 연료를 주입하는가에 대한 것이다. 이런 방식의 차이는 곧 단위용량에 따른 출력밀도의 차이를 나타내고, 연료전지의 성능과 직결되는 중요한 인자가 된다.
따라서, 연료 전지가 높은 전원 출력밀도를 얻기 위해서는 액체 연료를 사용하는 것이 필요하고, 이를 위해서는 액체 연료를 기체 연료로 만들어주기 위한 개질 기(Reformer)가 필수적으로 사용되는데 지금 현재 상용화되는 고성능의 소형 개질 기는 거의 없는 실정이다. 따라서, 고성능을 갖는 소형 개질 기의 연구 개발이 필요하게 되고 이러한 연구의 성공은 소형 연료전지의 출력 문제점을 해결할 수 있는 방안으로서 필수요건이 되고 있다.
휴대기기용 연료전지에서 개질 기를 실현할 때의 조건으로는 소형화 및 실장 면적의 삭감이다. 이것은 자동차용이나 가정용 연료전지와는 비견될 수 없을 정도 로 중요한 요소가 된다. 휴대기기의 본체를 생각하면 연료전지를 평면으로 전면에 배치할 필요가 있고, 평면으로 배치된 연료 전지의 하부 측 수소 연료 주입구에는 개질 기를 평면으로 제작하여 부착시킴으로써 효율 극대화와 크기의 감소를 이루고자하고 있다.
그렇지만 아직은 실현의 어려움으로 인하여 유로를 통하여 개질되어 나온 수소를 연료 전지로 공급하는 방식으로 연구가 이루어지고 있으며, 이와 같은 종래 방식의 문제점은 인위적으로 만든 좁은 유로를 거쳐 연료가 개질되기 때문에 이러한 유로를 거쳐 나오는 수소가스의 량은 미비하고, 제작 공정상의 어려움으로 인하여 연료전지 개발에 있어서 많은 어려움을 겪고 있다.
보통 개질 기는 Si, 유리(glass), 스테인레스 스틸(Stainless Steel)과 같은 기판에 미세 공정을 통하여 마이크로 유로를 형성시키고, 그 유로에 촉매를 도포하여 개질 기를 평면으로 형성시키고 이들을 적층하여 소형화를 이루고자 노력을 해오고 있다.
예를 들어 도 1에 도시된 바와 같은 종래의 개질 기(200)의 경우, 실리콘 웨이퍼나 글라스들로 이루어진 기판(210)들을 차례로 적층시킨 것이고, 이와 같은 기판(210)들에는 수소의 형성에 필요한 촉매 연소 부(220), 증발 부(230), 수소 생성 부(240), 일산화 탄소 제거 부(250), 센서와 히터(260) 등을 통합시키며, 이를 커버(270)로 에워싸서 하나의 개질 기(200)를 구성한 것이다.
그리고 도 2는 도 1에 도시된 개질 기(200)의 외관 구조도로서, 상기 개질 기(200)의 내부에는 금(Au)을 이용한 박막 히터(260)를 구비함으로써 280℃ 이상의 고온 부를 만들고, 이와 더불어 촉매 연소를 실행하여 개질에 필요한 고온 환경을 만드는 것이다.
이와 같은 종래의 개질 기(200)는 그 내부의 위치에 따라서 온도가 다르게 형성되고, 차례로 적층된 기판(210)에는 다수의 유로가 형성되며, 이러한 유로에 연료를 차례로 통과시킴으로써 '개질 연료 증발', '연소 연료 증발' 및 '일산화 탄소 제거'의 각 처리를 실행하는 시스템이다. 그렇지만 이와 같은 종래의 개질 기(200)는 고온을 단열시키는 문제와 연료 누출의 문제가 발생하여 상용화에는 큰 어려움이 있는 것이다.
특히 기판(210)들을 적층한 다음, 이를 외부와 단열시키고 밀봉시키기 위해서는 글라스 재료의 커버(270)를 기판(210)에 완전 밀착시키는 것이 필요하다. 그렇지만, 종래에는 기판(210)에 유로들이 다수 형성되어 그 강도가 취약한 상태이고, 기판(210)에는 촉매 재료 또는 기판(210)의 가공과정에서 발생한 여러 종류의 이물질이 그 표면에 부착되어 기판(210)과 커버(270)들은 서로 완벽한 밀착을 이루지 못하는 것이었다.
따라서 이와 같은 기판(210)과 커버(270)들의 접착 면에서는 안정된 접착을 이룰 수가 없어서 액체 연료 또는 발생 가스등이 그 접착 면을 통하여 누출될 가능 성이 매우 높은 것이고 개질 기(200)의 안정성에 악영향을 주는 것이다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해소하기 위한 것으로서, 개질 과정에서 기판 사이의 접착 면, 또는 기판과 커버와의 접착 면에서 연료 또는 발생 기체의 누설을 효과적으로 방지하여 고성능의 개질 효과를 얻을 수 있는 CMP 프로세스를 적용한 연료전지용 초소형 개질 기 제조방법을 제공함에 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 탄화수소계 액체연료를 사용하여 수소를 생산하는 연료전지용 개질 기의 제조방법에 있어서,
실리콘 웨이퍼로 이루어지고 내부에 채널을 형성한 기판 수단을 제공하는 단계;
상기 기판 수단의 채널을 가열시키기 위한 가열 수단을 제공하는 단계;
상기 기판 수단의 채널에 촉매를 코팅하는 단계;
상기 기판 수단의 표면을 CMP 가공하는 단계; 및
상기 기판 수단의 상,하부 면을 덮는 커버 수단을 부착하는 단계;를 포함하고,
상기 기판 수단의 표면을 CMP 가공하는 단계는, 연마재의 입경이 10-50㎛인 연마 패드가 500 ㎛ 두께와 300 ㎛의 유로 깊이가 형성된 기판 수단에 대하여 70-75kgf/㎠의 압력(항장력)으로서 3000± 50 rpm 으로 16-24 분간 연마하는 연마(Grinding) 단계와, 조도 #1000-2000를 가진 지석 연마 패드를 150 ± 10 rpm 으로 8-12 분간 진행하는 래핑(lapping) 단계 및 연마재의 입경이 1-3㎛인 연마 패드를 이용하여 100 ± 10 rpm 에서 16-24 분간 진행하여 표면 광택을 내는 폴리싱 단계들을 포함하는 것을 특징으로 하는 CMP 프로세스를 적용한 연료전지용 초소형 개질 기 제조방법을 제공한다.
또한 본 발명은 바람직하게는 상기 래핑 단계에서 사용된 슬러리는 #10,000-30,000의 입도를 가진 일반 융합 알루미나 분말(Regular Fused Alumina)로 이루어진 연마재 30중량%, 물 70중량% 가 혼합된 것임을 특징으로 하는 CMP 프로세스를 적용한 연료전지용 초소형 개질 기 제조방법을 제공한다.
이하, 첨부된 도면에 따라 본 발명을 상세하게 설명한다.
본 발명에 따른 CMP 프로세스를 적용한 연료전지용 초소형 개질 기 제조방법(1)은 도 3에 도시된 바와 같이, 먼저 실리콘 웨이퍼로 이루어지고 내부에 채널(C)을 형성한 기판 수단(10)을 제공하는 단계가 이루어진다.
이는 도 3a)에 도시된 바와 같이, 기판 수단(10)을 이루는 실리콘 웨이퍼의 양면을 클리닝 면 처리(Cleaning) 하고, 습식 에칭 용액(Wet Etching Solution)에 실리콘 웨이퍼 표면을 보호하기 위한 Si3N4층(12)을 증착시킨다. 이때에는 저압화학 증착 장비(LPCVD), 또는 플라즈마 화학 증착 장치(PECVD)를 이용하여 증착한다.
그리고 도 3b)에 도시된 바와 같이, 실리콘 웨이퍼의 하면에 열선을 형성하기 위한 오목 홈(cavity)을 형성하기 위하여 포토 레지스터(photo resister)(14)를 코팅한 후, 포토리소그래프 처리(Photolithography)를 한다. 또한 이와 같은 실리콘 웨이퍼의 기판 수단(10) 하면에는 Si3N4층(12)을 습식 에칭 또는 건식 에칭으로 제거한다.
그리고 도 3c)에 도시된 바와 같이, KOH 또는 TMAH((Tetramethyl ammonium hydroxide) 등의 용액을 이용하여 기판 수단(10)의 식각 처리를 하고, 이후에 설명되는 가열 수단(30)이 부착되는 오목 홈(16)을 형성한 다음, 상기 오목 홈(16)을 제외한 나머지 부분으로부터 포토 레지스터(photo resister)(14)를 제거한다.
또한 도 3d)에 도시된 바와 같이, 본 발명은 개질 부(15)를 형성하기 위하여 기판 수단(10)의 윗면에 포토 레지스터(18)를 코팅한 후, 포토리소그래프 처리(Photolithography)를 한다. 그리고 상기 기판 수단(10)의 윗면에는 채널(C)을 형성하기 위해 ICP를 이용한 식각 처리를 한다.
또한 기판 수단(10)의 윗면에는 채널(C)을 제외한 부분의 포토 레지스터(photo resister)(18)를 제거한다.
그리고 상기 기판 수단(10)의 하면에는 가열 수단(30)의 전극(32)이 실리콘 웨이퍼와 통전되는 것을 방지하기 위해서 SiO2층(22)을 증착 방식(CVD)으로 형성한다.
또한, 본 발명은 다음으로 상기 기판 수단(10)의 하부 측에 상기 채널(C)을 가열시키기 위한 가열 수단(30)을 제공하는 단계가 이루어진다.
이는 상기 기판 수단(10)의 오목 홈(16) 내에 가열 수단(30)의 전극(32) 형성을 위해 열선용 포토 레지스터(34) 코팅을 하고, 포토리소그래프 처리를 한다.
그리고 도 3e)에 도시된 바와 같이, 상기 기판 수단(10)의 하면 오목 홈(16)에 형성된 SiO2층(22) 상에 가열 수단(30)을 이루는 Pt의 전극(32)을 스퍼터링으로 증착한다. 이와 같이 하여 상기 기판 수단(10)의 하면 오목 홈(16)에는 가열 수단(30)의 전극(32)이 형성되는 것이다. 또한 상기 기판 수단(10)의 윗면에는 촉매 형성용 용액(solution)(38)을 코팅하고 열처리한다.
그 다음으로 본 발명은 상기 기판 수단(10)의 채널(C)에 탄화수소 연료를 수소(H2) 기체로 개질시키는 촉매 수단(40)을 코팅하는 단계가 이루어진다.
이 단계는 상기 개질 부(15)의 촉매 수단(40) 형성을 위해 도 3f)에 도시된 바와 같이, 상기 기판 수단(10)의 윗면에 포토 레지스터 코팅을 하고, 포토리소그래프 처리를 한 후, 상기 개질 부(15)의 채널(C) 내에 촉매 수단(40)을 증착 또는 도포한다.
이와 같은 경우, 상기 개질 부(15)의 촉매 수단(40)으로는 CuO/ZnO/Al2O3가 사용되며, 이때 형성 방법은 RF 스퍼터를 이용하여 증착하거나 코팅하는 방법을 이용할 수 있다. 그리고 촉매 수단(40)의 형성 후에는 포토 레지스터 층을 제거한다.
그리고 상기 기판 수단(10)의 하면에는 전극(32)의 불필요한 일부분과 포토 레지스터(34) 등을 함께 제거한다.
그 다음으로 본 발명은 상기 개질 부(15)의 채널(C)에 연이어서 상기 개질 부(15)에서 생성된 CO 가스를 제거시키는 촉매 수단(62)이 코팅된 일산화 탄소 제거 부(PROX)(60)를 형성하는 단계가 이루어진다.
이 단계에서는 상기 일산화 탄소 제거 부(PROX: Preferential Oxidation)(60)의 형성을 위해 도 3g)에 도시된 바와 같이, 기판 수단(10)의 윗면에 포토 레지스터(51)를 코팅한 후, 포토리소그래프 처리를 한다.
또한, 상기 일산화 탄소 제거 부(60)의 채널(C) 내에 촉매 수단(62)을 코팅하거나 도포하여 형성시키고, 나머지 부분은 리프트 오프(lift-off) 방식을 사용하여 포토 레지스터(51)를 제거한다.
상기 일산화탄소 제거 부(60)에서 사용되는 촉매 수단(62)은 바람직하게는 Pt, Pt/Ru, Cu/CeO/Al2O3 중의 어느 하나이다.
그리고 본 발명은 상기 기판 수단(10)의 상하면을 CMP 가공하는 단계가 이루어진다. 이와 같은 CMP 공정은 아래와 같다.
본 발명이 적용되는 CMP 공정은 슬러리(slurry)를 사용하며, 연마 패드의 연마작용(abrasion)을 통하여 프로세스가 진행되기 때문에 결함이 발생할 수 있는 확률이 타 공정에 비해 매우 높다. 그러므로 이와 같은 연마 공정 중에 발생할 수 있는 결함(defect)의 제어가 무엇보다 중요한 공정이다.
종래의 반도체 제조시에는 표면 거칠기 제어 및 배선 평탄화 작업을 위한 공정으로서 CMP 공정이 주로 이용되어 왔으나, 이와 같은 종래의 반도체 가공공정은 그 표면이 평탄한 웨이퍼를 가공하는 것으로서, 본 발명에서와 같이 표면에 채널(C)이 형성된 연료전지의 기판 수단(10)을 표면 가공하는 데에는 적용될 수 없다.
본 발명이 적용되는 연료 전지의 기판 수단(10)은 그 표면상에 다수의 채널(C)을 형성하여 그 구조적인 강도가 일반적인 실리콘 웨이퍼에 비하여 매우 취약하므로 이러한 구조적인 강도의 취약성을 극복할 수 있는 연마 조건의 확립이 매우 중요한 것이다.
본 발명의 CMP 공정을 실시하는 연마장치는 기판 수단(10)을 장착하는 캐리어(carrier)와 연마 패드(gringing pad)를 장착하는 테이블, 그리고 연마 슬러리 (slurry)가 공급되는 장치로 구성되어 있으며, 기판 수단(10)과 연마 패드의 양면에서 이루어지는 상대운동과 그 상대운동 면 사이에 화학적인 반응성을 가진 유체인 슬러리를 공급하면서 연마가 이루어진다. 즉 슬러리와의 반응으로 생성된 기판 수단(10) 표면의 반응 층을 기판 수단(10)과 연마 패드의 상대운동으로 인하여 가압된 연마 입자가 반응 층을 제거하면서 연마가 이루어진다.
이와 같은 본 발명의 CMP 공정은 그 변수(variables)로서, 연마압력 및 기판 수단(10)을 장착한 캐리어(carrier)의 상대속도가 연마장비의 기계적 요소에 중요한 변수로 작용한다. 기판 수단(10)에 가해지는 압력이 증가할수록, 그리고 캐리어와 기판 수단(10)의 회전속도가 증가한다는 점은 일반적으로 연마속도가 빠르다는 것을 의미하고, 이는 본 발명의 양산성 측면에서 매우 큰 장점이 있는 것이다.
본 발명의 CMP 공정에서 사용되는 연마 슬러리는 화학 첨가물을 포함한 수용액과 수용액 내 미립자로 분산되어 있는 연마입자로 크게 구성되었으며, 이러한 슬러리는 연마 패드의 중심에 일정한 양과 속도로 제공되며, CMP 공정 중 원심력에 의해 연마 패드 전면에 유체 층을 형성하게 된다.
본 발명의 CMP 공정에서 연마 조건(grinding condition)은 아래와 같다.
먼저, 시편준비 및 로딩을 위한 20분 정도의 작업 후, 연마(Grinding) 단계에서 흑연 연마재의 입경이 10-50㎛인 철제(steel) 연마 패드가 준비되었다. 그리고, 500 ㎛ 두께와 300 ㎛의 유로 깊이가 형성된 기판 수단(10)에 대하여 70-75kgf/㎠의 압력(항장력)으로서 약 3000± 50 rpm 의 회전속도 16-24분간, 바람직하게는 20분간 연마작업이 진행되었다.
그 후 조도 #1000-2000를 가진 지석 연마 패드를 이용하여 래핑(lapping) 작업을 약 150 ± 10 rpm 으로 8-12분간, 바람직하게는 10분간 진행하였다.
이와 같은 래핑 작업에서 사용된 슬러리는 #10,000-30,000의 입도를 가진 일반 융합 알루미나 분말(Regular Fused Alumina)의 연마재 25-35중량%, 바람직하게는 30중량%, 물 65-75중량% 바람직하게는 70중량%, 미량의 방청제와 윤활제가 혼합된 것이었다.
그 다음, 폴리싱(polishing) 작업에서는 연마재의 입경이 1-3㎛인 주석/납(Tin/lead) 연마 패드가 준비되었고, 100 ± 10 rpm 에서 약 16-24분간 바람직하게는 20분간 진행하여 표면 광택을 내었다.
본 발명은 상기와 같은 연마조건보다 가혹한 조건, 즉 보다 빠른 연마 조건에 대해서는 기판 수단(10)의 채널(C) 내 바닥면이 200 ㎛ 두께 밖에 되지 못하는 취약성 때문에 기판 수단(10)이 압력을 견디지 못하고 크랙(crack) 등과 같이 파괴되는 결과를 보였다. 따라서 상기와 같은 연마 조건이 본 발명의 양산성 측면에서 가장 효율적인 공정 조건인 것이다.
마지막으로 본 발명은 도3h)에 도시된 바와 같이, 상기 개질 부(15), 일산화 탄소 제거 부(60) 및 가열 수단(30) 등을 외부와 격리시키기 위하여 상기 기판 수단(10)의 상,하부 면을 덮는 커버 수단(70)을 제공하는 단계가 이루어진다.
이러한 단계에서 상기 커버 수단(70)은 파이렉스(pyrex)로 이루어지며, 이와 같은 커버 수단은 상기 CMP 공정과는 별도의 표면 연마공정을 통하여 이물질이 제 거된 상태이다.
그리고 상기 기판 수단(10)의 윗면에 파이렉스(pyrex)의 커버 수단(70)을 아노드 본딩(Anodic Bonding)으로 결합시켜 개질 부(15), 일산화 탄소 제거 부(60)등을 외부와 격리 및 단열시킨다. 또한 상기 기판 수단(10)의 하면에는 열 발산 방지용으로 SiO2 층(72)을 전극(32) 위에 증착을 통하여 형성한 다음, 동일하게 하부 커버 수단(70)을 부착하여 외부와 차단시킨다.
이와 같이 본 발명에 의하여 CMP 공정이 실행된 다음, 상기 커버 수단(70)을 기판 수단(10)의 상하면에 부착시키면, 그 접착 면에는 이물질이 완벽하게 제거된 상태이기 때문에 상기 커버 수단(70)은 기판 수단(10)에 안정적으로 부착된다. 따라서, 상기 커버 수단(70)과 기판 수단(10)의 사이에는 아무런 누설도 발생하지 않게 되어 액체 연료 또는 가스의 누설이 일어나지 않는다.
상기와 같이 제작된 본 발명에 따른 개질 기(100)는 도 4에 도시된 바와 같은 구조를 갖는다.
그리고 상기 기판 수단(10)의 윗면에 배치된 커버 수단(70), 즉 개질 부(15)와 일산화탄소 제거 부(60)의 채널(C) 측에 결합 되는 파이렉스 재료의 윗면 커버 수단(70)은 일측에 연료 유입구(102)가 형성되고, 타측에 수소 배출구(106)가 형성 된 것이다.
따라서 상기 개질 부(15)의 채널(C)은 연료 유입구(102)에 연결되고, 상기 일산화 탄소 제거 부(60)의 채널(C)은 수소 배출구(106)에 연결되도록 배치되는 것이다.
또한 상기와 같은 기판 수단(10)의 윗면 커버 수단(70)에는 상기 일산화 탄소 제거 부(60)에서 필요한 산소를 제공하기 위한 공기 유입 구(미 도시)를 필요로 하는 경우, 상기 일산화 탄소 제거 부(60)의 채널 전방 부근에 공기 유입구(미 도시)를 형성할 수 있는 것이다.
상기와 같이 본 발명에 의해서 제조된 개질 기(100)는 상기 가열 수단(30)의 전극(32)이 상기 전원 공급 부(미 도시)에 전기적으로 연결되고, 연료 유입구(102)는 액체 연료 공급 펌프(미도시)에 연결되어 액체 연료를 받고, 상기 수소 배출구(106)는 연료 전지에서 전류를 발생시키는 스택 부(미도시)에 연결되어 수소 기체를 제공하게 된다.
상기와 같은 본 발명의 박막형 소형 개질 기(100)는 연료 유입구(102)를 통하여 메탄올이나 디메틸 에테르(dimethyl-ether : DME) 등의 연료가 공급되면, 이는 개질 부(15)를 통과하면서 가열 수단(30)을 통하여 가열되고, 촉매 수단(40)에 의해서 수소와 일산화 탄소 등의 혼합 기체상태로 변환된다.
이와 같은 수소와 일산화 탄소 등의 혼합 기체는 개질 부(15)에 뒤이어서 배 치되는 일산화 탄소 제거 부(60)를 통과하면서 가열되어 일산화 탄소는 공기 유입구(미 도시)로부터 제공되는 공기 중의 산소와 반응하여 이산화 탄소로 바뀌어 제거되며, 수소 배출구(106)를 통하여 수소를 연료전지의 스택 부로 제공하는 것이다.
상기와 같이 본 발명에 의하면, 실리콘 웨이퍼로 이루어진 기판 수단에 CMP 공정을 실시하여 이물질을 접착 면으로부터 제거하고, 그 상태에서 커버가 실리콘 웨이퍼에 부착되기 때문에, 접착 면에서는 그 표면 조도가 매우 정밀하고, 굴곡이 없이 매우 안정된 상태로 유지되기 때문에 커버 수단이 기판 수단에 완전 밀착된다.
따라서 상기 기판 수단과 커버의 접합 면에서는 완전 밀착이 이루어짐으로써 개질 과정에서 발생할 수 있는 액체 연료 또는 발생 가스의 누설을 효과적으로 방지할 수 있고, 결과적으로 고성능의 개질 효과를 얻을 수 있으며 초소형의 개질 기 구조를 제작할 수 있는 것이다.
상기에서 본 발명은 특정한 실시 예에 관하여 도시되고 설명되었지만, 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 알 수 있을 것이다. 그렇지만 이러한 수정 및 변형 구조들은 모두 본 발명의 권리범위 내에 포함되는 것임을 분명하게 밝혀두고자 한다.

Claims (3)

  1. 탄화수소계 액체연료를 사용하여 수소를 생산하는 연료전지용 개질 기의 제조방법에 있어서,
    실리콘 웨이퍼로 이루어지고 내부에 채널을 형성한 기판 수단을 제공하는 단계;
    상기 기판 수단의 채널을 가열시키기 위한 가열 수단을 제공하는 단계;
    상기 기판 수단의 채널에 촉매를 코팅하는 단계;
    상기 기판 수단의 표면을 CMP 가공하는 단계; 및
    상기 기판 수단의 상,하부 면을 덮는 커버 수단을 부착하는 단계;를 포함하고,
    상기 기판 수단의 표면을 CMP 가공하는 단계는,
    연마재의 입경이 10-50㎛인 연마 패드가 500 ㎛ 두께와 300 ㎛의 유로 깊이가 형성된 기판 수단에 대하여 70-75kgf/㎠의 압력(항장력)으로서 3000± 50 rpm 으로 16-24 분간 연마하는 연마(Grinding) 단계와,
    조도 #1000-2000를 가진 지석 연마 패드를 150 ± 10 rpm 으로 8-12 분간 진행하는 래핑(lapping) 단계 및
    연마재의 입경이 1-3㎛인 연마 패드를 이용하여 100 ± 10 rpm 에서 16-24 분간 진행하여 표면 광택을 내는 폴리싱 단계들을 포함하는 것을 특징으로 하는 CMP 프로세스를 적용한 연료전지용 초소형 개질 기 제조방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 래핑 단계는 그 래핑 작업에서 사용된 슬러리가 #10,000-30,000의 입도를 가진 일반 융합 알루미나 분말(Regular Fused Alumina)로 이루어진 연마재 25-35중량%, 물 65-75중량% 가 혼합된 것임을 특징으로 하는 CMP 프로세스를 적용한 연료전지용 초소형 개질 기 제조방법.
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