KR100762048B1 - 광폭 방향의 중량편차 저감을 위한 금속박막 제박기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 광폭방향의 중량편차 보정을 위한 금속박막 제박기를 개시한다. 본 발명의 금속박막 제박기는, 전착 금속의 양이온이 포함된 도금액이 수용되어 있는 도금조; 상기 도금조에 일부가 침지되어 회전하는 음극드럼; 상기 음극드럼과 소정 거리 이격되어 음극드럼의 하방에 음극드럼의 회전축을 기준으로 좌우 대칭으로 설치되고, 각각 음극드럼의 폭방향으로 연장된 절연바에 의해 상단 및 하단 애노드로 구획된 제1 및 제2애노드; 상기 제1 및 제2애노드 사이의 간극에 설치되어 음극드럼과 제1 및 제2애노드 사이로 도금액을 분사하는 도금액 분사수단; 상기 제1 및 제2애노드의 상단 애노드와 하단 애노드에 각각 접속되어 개별적으로 전류의 공급을 제어할 수 있는 전류공급기; 및 상기 음극드럼에 전착된 금속박막을 박리하여 권취하는 권취 보빈;을 포함한다.

본 발명에 따르면, 광폭방향의 중량편차를 최소화할 수 있으며, 도금액 분사 수단의 상부에서 도금전류를 일정하게 하기 위한 노즐 설계의 노력을 줄일 수 있고, 도금액 분사 수단 근처의 애노드 마모로 인한 설비의 유지보수 비용을 절감할 수 있고, 중량편차 보정판을 제박기에 별도로 설치하지 않아도 되는 장점이 있다.

Description

광폭 방향의 중량편차 저감을 위한 금속박막 제박기{Metal thin film Electrolysing machine for manufacturing metal thin film capable of reducing transverse deviation of weight}

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.

도 1은 통상적인 전해동박 제조용 제박기의 구성을 도시한 단면도이다.

도 2는 도 1에 도시된 도금액 분사수단의 상부 평면도이다.

도 3은 도 2에 도시된 도금액 분사수단을 사용하여 도금액을 공급할 때 금속박막의 광폭 방향에 따른 급액 분포의 불균일을 나타내는 그래프이다.

도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 금속박막 제박기의 구성을 도시한 단면도이다.

본 발명은 전기도금 방식으로 동박 등 금속 박막을 제조하는 제박기에 대한 것으로서, 더욱 상세하게는 광폭 방향으로 중량편차를 저감시킬 수 있는 금속박막 제박기에 관한 것이다.

일반적으로, 전해동박은 전기·전자 산업분야에서 사용되는 PCB(Printed Circuit Board: 인쇄회로기판)의 기초재료로서 널리 사용되는 것으로써, 슬림형 노트북 컴퓨터, 개인휴대 단말기(PDA), 전자북, MP3 플레이어, 차세대 휴대폰, 초박형 평판 디스플레이 등의 소형 제품을 중심으로 그 수요가 급속히 증대되고 있다.

최근에는 전기·전자 기기류의 경박단소(輕薄短小)화가 가속화되고 있으며, 이에 따라 그 기기에 내장되는 회로도 미세화되는 추세이다. 따라서, PCB에 형성되는 회로도 점점 초박판화되고 있다. 이에 따라 전해동박도 초박형화 되어 전해동박의 두께 및 밀도의 품질 즉, 중량 품질에 대한 중요도가 더욱 커지고 있다.

이러한 전해동박은 음극드럼 및 상기 음극드럼에 대해 소정 간격을 갖고 전해조 내에 수장되는 애노드 전극을 포함하는 구조의 제박기에 의해 제조된다. 이러한 제박기의 회전하는 음극드럼 및 애노드 전극에 전류를 인가하면, 음극드럼과 애노드 전극 사이에는 전해석출이 발생되어 동박이 음극드럼의 표면에 전착된다. 그리하여, 음극드럼의 표면에 전착된 동박은 박리되어 보빈에 권취됨으로써, 권취 드럼 형태의 제품으로 제조된다.

그런데, 음극드럼과 애노드 전극 사이에 공급되는 전해액의 분포나 전류 밀도가 불균일할 경우, 제조되는 전해동박은 광폭 방향으로 고르지 못한 중량의 편차가 생기고, 이러한 전해동박의 중량편차는 PCB 제조의 불량으로 이어져 PCB의 제조수율을 현저히 저하시키는 요인으로 작용한다. 이를 첨부도면을 참조하여 좀더 상 세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 전해동박 제조를 위한 통상적인 제박기를 개략적으로 도시한 단면도이고, 도 2는 도 1에 도시된 제박기에 구비된 도금액 분사수단(40)의 상부 평면도이다.

도면을 참조하면, 통상의 제박기는 도금액이 수용되는 도금조(10); 도금조(10)에 일부분이 침지되어 회전하는 음극드럼(20); 음극드럼(20)의 하부에 소정 간격 이격되고, 도 1에서 좌우 대칭으로 설치된 두 개의 애노드 전극(30); 두 개의 애노드 전극(30) 사이에 구비되어 음극드럼(20)과 애노드 전극(30) 사이로 도금액을 지속적으로 분사하는(60 참조) 도금액 분사수단(40); 및 음극드럼(20)에 전착된 전해동박(70)을 박리하여 권취하는 보빈(50)을 구비한다.

이때 상기 도금액 분사수단(40)에는 다수개의 분사 노즐(41)이 있어 분사 노즐(41)을 통하여 도금액이 분사되게 된다.

그런데, 도금액 분사수단(40)의 주변(-θ부터 +θ까지)에는 도금액의 분사로 인해 도금액의 농도 분포가 일정하지 않게 되고, 따라서, 도금액 분사수단(40) 근방에서는 음극드럼(20)의 광폭 방향(즉, Z 방향)으로 전해동박 전착량의 중량 편차가 유발된다. 또한, 도금액 분사수단(40) 주변은 도금액의 농도가 다른 영역에 비해 상대적으로 높으므로 도금 전류가 많이 흐르게 되어 애노드의 수명을 단축시킨다.

도 3은 도 2에 도시된 도금액 분사수단을 사용하여 도금액을 분사하였을 때 도금액 분사수단(40) 근방의 도금액의 급액 분포를 나타내는 그래프로서, x축은 음 극드럼(20)의 폭방향(도 1의 Z 방향)의 위치를 나타내고 y축은 공급되는 도금액의 속도량으로 나타낸 급액 분포이다. 도 3으로부터, 도금액 분사수단(40)에 가까울수록(θ가 작을수록) 급액 분포가 균일하지 못하다는 것을 알 수 있다.

따라서, 이러한 광폭 방향에서의 중량편차를 해소하기 위한 방안이 지속적으로 요구되고 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 고려하여 창안된 것으로서, 전기도금 방식을 이용한 금속박막의 제조시 광폭방향에서 유발되는 중량편차를 최소화하고 도금액 분사수단 근처에 위치한 애노드의 수명을 증대시킬 수 있는 금속박막 제박기를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 도금액 분사수단을 중심으로 좌우 대칭으로 설치되는 애노드를, 음극드럼의 폭방향을 따라 분할된 복수로 구성하여 분할된 각각의 애노드들에 전류의 공급을 개별적으로 제어한다.

즉, 본 발명의 일 측면에 따른 광폭방향의 중량편차 보정을 위한 금속박막 제박기는, 전착 금속의 양이온이 포함된 도금액이 수용되어 있는 도금조; 상기 도금조에 일부가 침지되어 회전하는 음극드럼; 상기 음극드럼과 소정 거리 이격되어 음극드럼의 하방에 음극드럼의 회전축을 기준으로 좌우 대칭으로 설치되고, 각각 음극드럼의 폭방향으로 연장된 절연바에 의해 상단 및 하단 애노드로 구획된 제1 및 제2애노드; 상기 제1 및 제2애노드 사이의 간극에 설치되어 음극드럼과 제1 및 제2애노드 사이로 도금액을 분사하는 도금액 분사수단; 상기 제1 및 제2애노드의 상단 애노드와 하단 애노드에 각각 접속되어 개별적으로 전류의 공급을 제어할 수 있는 전류공급기; 및 상기 음극드럼에 전착된 금속박막을 박리하여 권취하는 권취 보빈;을 포함한다.

여기서, 상기 제1 및 제2애노드의 하단 애노드에 접속된 전류공급기는, 상기 제1 및 제2애노드의 상단 애노드에 접속된 전류공급기보다 상대적으로 적은 양의 전류를 공급하거나, 상기 제박기에 의한 금속박막의 제조 공정의 초기 단계에는 전류를 공급하고, 상기 권취 보빈에 의해 금속박막이 권취되기 시작하면 전류의 공급을 중단함으로써, 급액 분포가 균일하지 못한 영역에서의 전착량을 억제한다.

이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의기와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 금속박막 제박기의 구성을 도시한 단면도이다.

도 4를 참조하면, 본실시예에 따른 금속박막 제박기는, 도금액이 수용되는 도금조(10), 도금조에 일부분이 침지되어 회전하는 음극드럼(20), 음극드럼의 하부에 설치된 애노드, 음극드럼과 애노드 사이로 도금액을 분사하는 도금액 분사수단(40), 및 전착이 완료된 금속박막(70)을 권취하는 보빈(50)을 포함한다.

상기 음극드럼(20)에는 음전위가 인가되어 도금액 중의 금속 이온을 환원시켜 증착된다. 음극드럼(20)은 금속의 전착과 전착된 금속박막의 박리가 용이한 재질, 예컨대 티타늄이 바람직하다.

상기 애노드에는 양전위가 인가되고, 예컨대 티타늄 표면에 산화 이리듐을 코팅하여 이루어진다. 한편, 본 실시예의 애노드는, 먼저 도금액 분사수단(40)을 중심으로 대칭적으로 배치된 우측 애노드(제1애노드)(31a, 33a)와 좌측 애노드(제2애노드)(31b, 33b)로 이루어진다. 또한, 좌우측 애노드의 각각은, 음극드럼(20)의 폭방향 즉, 음극드럼의 회전축 및 도금액 분사수단에 평행한 방향으로 연장된 절연바(80)에 의해 상단 애노드(33a, 33b)와 하단 애노드(31a, 31b)로 구획되어 형성된다. 즉, 본 실시예의 애노드는, 예컨대 PVC와 같은 절연재질로 이루어진 절연바(80)에 의해 상단 애노드(33a, 33b)와 하단 애노드(31a, 31b)로 전기적으로 분할되어 있다.

한편, 이렇게 상단 및 하단 애노드로 구획된 각각의 애노드들(31a, 31b, 33a, 33b)에는 각각 양전위의 직류 전류를 공급하는 정류기(전류공급기)(91a, 91b, 93a, 93b)가 전기적으로 연결된다. 이 정류기들은 그 각각에 연결된 애노드들에 대 한 전류의 공급/차단, 또는 전류량을 개별적으로 제어하도록 도시하지 않은 제어부에 의해 제어된다.

상기 애노드를 상단 애노드(33a, 33b)와 하단 애노드(31a, 31b)로 분할하여 형성하고 그 각각에 정류기(91a, 91b, 93a, 93b)를 개별적으로 연결한 것은, 후술하는 도금 공정에서 광폭 방향으로 분균일한 농도 분포를 보이는 영역에 대한 전류의 공급을 개별적으로 제어하여 음극드럼(20)에 전착되는 금속의 폭방향 편차를 제어하기 위함이다. 즉, 도 3을 참조하여 설명한 바와 같이, 도금액 분사수단(40) 근방(θ가 작은 영역)은 폭방향 급액 분포가 균일하지 못한 영역으로서, 이에 대응되는 하단 애노드(31a, 31b)에 공급하는 전류량을 적게 하거나 차단함으로써 그에 대응하는 부분의 음극드럼(20)에 전착되는 금속의 양을 줄이거나 거의 없게 하기 위함이다.

따라서, 전류 공급이 제어되는 하단 애노드(31a, 31b)의 영역을 규정하는 절연바(80)의 위치는, 도금에 의한 금속박막의 제조시에 급액 분포가 불균일한 영역의 경계로서, 도 3의 그래프와 같이 경험적인 데이터에 의해 최적화될 수 있다.

이상과 같이 구성된 본 실시예에 따른 제박기의 동작을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 금속박막을 제조하는 도금 공정의 초기 단계에서는, 상기 음극드럼(20)은 회전하지 않고 정지해 있다. 이 상태에서 도금액 분사수단(40)에 의해 도금하고자 하는 금속이온을 함유하는 도금액을 분사하고, 음극드럼(20)에는 음전위를, 또한 애노드들(31a, 31b, 33a, 33b)에는 각각의 정류기(91a, 91b, 93a, 93b)를 통 해 양전위의 전류를 공급한다. 그러면 음극드럼(20)과 애노드들(31a, 31b, 33a, 33b) 사이에서 도금전류가 흐르게 되어 도금액에 포함된 금속이온이 음극드럼(20)으로 이동되어 전착 된다.

소정의 시간이 경과하여 음극드럼(20)의 표면에 소정 두께의 금속박막이 형성되면, 음극드럼(20)을 회전시켜 그 표면에 전착된 금속박막을 박리하여 권취 보빈(50)에 권취함으로써 지속적으로 금속박막을 제조하게 된다. 이때, 즉, 권취 보빈(50)과 음극드럼(20)이 안정적으로 회전하기 시작하면 좌우측 애노드의 하단 애노드(31a, 31b)에 대한 전류의 공급을 차단하거나 공급량을 줄인다. 이에 따라 하단 애노드(31a, 31b)에 대응되는 부분의 음극드럼(20) 표면에는 금속 전착이 거의 일어나지 않거나 전착되는 금속의 양이 줄어들게 되고, 폭방향 전착량이 불균일한 이 부분에서의 전착이 감소됨으로써 금속박막 전체로서의 폭방향 중량편차가 감소된다.

한편, 전술한 실시예에서는 좌우 애노드를 각각 상단과 하단 애노드의 두 개의 애노드로 분할한 경우를 예로 들어 설명하였으나, 본 발명이 반드시 이에 한하지는 않는다. 즉, 절연바(80)의 수를 증가시킴으로써 애노드의 수를 늘릴 수 있다. 이렇게 애노드의 수를 늘려 세분하면 공정의 진행에 따른 각 영역의 전착량 제어를 더욱 미세하게 행하여 폭방향 중량편차를 더욱 미세하게 제어할 수 있다.

또한, 전술한 실시예에서는 절연바(80)에 의해 애노드를 구획하였으나, 별도의 절연바를 마련하지 않고 복수의 애노드를 서로 이격시켜 도금조(10) 내에 고정하더라도 상술한 본 발명의 효과는 달성될 수 있다.

나아가, 전술한 실시예는 각각의 애노드(31a, 31b, 33a, 33b)에 각각의 정류기(91a, 91b, 93a, 93b)를 연결시키는 구성이었으나, 단순히 각각의 애노드에 연결되는 복수의 단자를 가지고 각 단자에 대한 전류공급을 개별적으로 제어할 수 있는 하나의 전류공급기를 구비할 수도 있다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

본 발명에 따르면, 애노드를 분할된 복수로 구성하고 각각의 전류공급을 개별적으로 제어할 수 있다. 따라서, 급액 분포가 불균일하여 폭방향 중량편차가 심한 영역의 전착을 방지함으로써 제조되는 금속박막의 광폭방향의 중량편차를 최소화할 수 있으며, 도금액 분사수단의 상부에서 도금전류를 일정하게 하기 위한 노즐 설계의 노력을 줄일 수 있고, 애노드의 수명을 연장시켜 설비의 유지보수 비용을 절감할 수 있으며, 광폭방향의 중량편차를 줄이기 위해 중량판을 설치하는 등의 번거로움을 해소할 수 있다.

Claims (4)

1. 전착 금속의 양이온이 포함된 도금액이 수용되어 있는 도금조;

   상기 도금조에 일부가 침지되어 회전하는 음극드럼;

   상기 음극드럼과 이격되어 음극드럼의 하방에 음극드럼의 회전축을 기준으로 좌우 대칭으로 설치되고, 각각 음극드럼의 폭방향으로 연장된 절연바에 의해 상단 및 하단 애노드로 구획된 제1 및 제2애노드;

   상기 제1 및 제2애노드 사이의 간극에 설치되어 음극드럼과 제1 및 제2애노드 사이로 도금액을 분사하는 도금액 분사수단;

   상기 제1 및 제2애노드의 상단 애노드와 하단 애노드에 각각 접속되어 개별적으로 전류의 공급을 제어할 수 있는 전류공급기; 및

   상기 음극드럼에 전착된 금속박막을 박리하여 권취하는 권취 보빈;을 포함하는 광폭방향의 중량편차 보정을 위한 금속박막 제박기.
2. 제1항에 있어서,

   상기 제1 및 제2애노드의 하단 애노드에 접속된 전류공급기는, 상기 제1 및 제2애노드의 상단 애노드에 접속된 전류공급기보다 상대적으로 적은 양의 전류를 공급하는 것을 특징으로 하는 광폭방향의 중량편차 보정을 위한 금속박막 제박기.
3. 제1항에 있어서,

   상기 제1 및 제2애노드의 하단 애노드에 접속된 전류공급기는, 상기 제박기에 의한 금속박막 제조의 초기 단계에는 전류를 공급하고, 상기 권취 보빈에 의해 금속박막이 권취되기 시작하면 전류의 공급을 중단하는 것을 특징으로 하는 광폭방향의 중량편차 보정을 위한 금속박막 제박기.
4. 전착 금속의 양이온이 포함된 도금액이 수용되어 있는 도금조;

   상기 도금조에 일부가 침지되어 회전하는 음극드럼;

   상기 음극드럼과 이격되어 음극드럼의 하방에 음극드럼의 회전축을 기준으로 좌우 대칭으로 설치된 제1 및 제2애노드;

   상기 제1 및 제2애노드 사이의 간극에 설치되어 음극드럼과 제1 및 제2애노드 사이로 도금액을 분사하는 도금액 분사수단;

   상기 제1 및 제2애노드에 접속되어 전류를 공급하는 전류공급기; 및

   상기 음극드럼에 전착된 금속박막을 박리하여 권취하는 권취 보빈;을 포함하고,

   상기 제1 및 제2애노드는 각각, 상기 음극드럼의 폭방향을 따라 분할된 복수의 애노드들로 이루어지고,

   상기 전류공급기는 상기 복수의 애노드들에 공급하는 전류를 개별적으로 제어가능한 것을 특징으로 하는 광폭방향의 중량편차 보정을 위한 금속박막 제박기.

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