KR101401782B1 - 모재의 간접가열방식을 이용한 에칭장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 모재의 간접가열방식을 이용한 에칭장치에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 에칭액을 공급하기 위한 에칭액공급부; 에칭 가공을 위한 모재(母材)가 얹히는 지지판; 및 상기 지지판을 가열하여 상기 모재의 간접가열을 가능하게 하는 히팅수단;을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
따라서 본 발명은 히팅수단에 의하여 지지판을 가열함으로써 모재가 가열되는 간접가열방식을 통하여 에칭작업을 수행함으로써 종래와 같이 부식 반응 촉진을 위해 강산액이나, 고온의 산성액을 에칭액으로 사용하지 않아 에칭 작업 시, 안전성 확보가 가능해질 뿐만 아니라, 수월성을 향상시킬 수 있는 모재의 간접가열방식을 이용한 에칭장치를 제안하고자 한다.

Description

모재의 간접가열방식을 이용한 에칭장치{ETCHING APPARATUS}

본 발명은 히팅수단에 의하여 지지판을 가열함으로써 모재가 가열되는 간접가열방식을 통하여 에칭작업을 수행함으로써 종래와 같이 부식 반응 촉진을 위해 강산액이나, 고온의 산성액을 에칭액으로 사용하지 않아 에칭 작업 시, 안전성 확보가 가능해질 뿐만 아니라, 수월성을 향상시킬 수 있는 모재의 간접가열방식을 이용한 에칭장치에 관한 것이다.

종래의 애칭장치로는 대한민국 등록특허 제10-1185476호(2012.09.18. 이하 '종래기술'이라 함) “에칭 탱크 쿨링 및 히팅 시스템”이 개시되어 있다.

상기 종래기술은 에칭 공정에서 사용할 에칭액을 에칭 공정 챔버에 공급하고, 에칭 공정 챔버로부터 빠져나오는 에칭액을 수집하는 에칭 탱크, 상기 에칭 탱크 내부에 배치되어, 냉각수 흐름 관로 및 가열수 흐름 관로로 공용되는 쿨링 및 히팅 관로, 상기 쿨링 및 히팅 관로에 냉각수를 공급 순환시켜 상기 에칭 탱크에 수용된 에칭액을 냉각시키는 쿨링 수단, 상기 쿨링 및 히팅 관로에 가열수를 공급 순환시켜 상기 에칭 탱크에 수용된 에칭액을 가열시키는 히팅 수단으로 구성된다.

상기 종래기술은 에칭 탱크로부터 도 1에 도시된 바와 같이 에칭액공급부(110)를 통하여 에칭액을 지지판(120) 위에 얹힌 모재(BM´)에 분사하게 되면 마스크층(140)으로 덮인 부분을 제외한 에칭 영역(ER´)에 에칭액이 도포되어 화학적 반응을 통하여 부식이 일어나게 된다.

그라나 상기한 바와 같은 종래기술은 내열성이나 내식성이 우수한 금속소재를 모재로 사용하는 경우 에칭 작업을 위하여 강산액을 사용하여야 하거나, 또는 고온으로 가열된 산성액을 사용하여 에칭 작업을 수행하여야 하나, 이러한 방식은 사용자에 위험성이 크다는 단점이 있다.

또한 상기한 바와 같이 부식성이 좋은 강산, 강알칼리와 같은 에칭액이나, 고온의 에칭액을 사용하는 경우 에칭액이 비산하거나, 또는 흩날리는 것을 방지하기 위해 안전설비와 같은 방호장치를 추가적으로 설치하여야 하므로 경제성이 떨어질 뿐만 아니라, 에칭 공정의 효과를 저하시키는 문제가 있다.

따라서 상기한 바와 같은 종래의 문제들을 해결하기 위해 안전성과 수월성을 향상시킬 수 있으면서도, 비용을 절감할 수 있는 에칭장치의 개발이 절실히 요구되고 있다.

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로,

히팅수단에 의하여 지지판을 가열함으로써 모재가 가열되는 간접가열방식을 통하여 에칭작업을 수행함으로써 종래와 같이 부식 반응 촉진을 위해 부식성이 좋은 강산과 같은 에칭액이나, 고온의 에칭액을 사용하지 않아 에칭 작업 시, 안전성 확보가 가능해질 뿐만 아니라, 수월성을 향상시키고자 하는 것을 하나의 목적으로 한다.

본 발명은 종래와 같이 에칭액으로 강산, 강알칼리나, 고온의 에칭액을 사용하지 않기 때문에 별도의 안전설비가 필요하지 않을 뿐만 아니라, 이를 위하여 지출되는 비용을 절감하여 경제성을 제고할 수 있고, 에칭 공정의 효과를 높이고자 하는 것을 또 하나의 목적으로 한다.

본 발명은 고온고압 운전조건을 가지는 인쇄기판형 열교환기나, 수소생산을 위해 초고온가스로의 출구온도가 950℃로 증가되는 초고온가스 중간열교환기의 후보 소재로 각광을 받고 있는 Alloy 합금소재의 경우 내열성뿐만 아니라, 내식성 또한 뛰어나 사용자에게 매우 위험한 강산액이나, 고온의 산성액을 에칭액으로 사용하여야 하므로 국내 생산이 거의 불가능한 상태에 있었으나, 모재의 간접가열방식을 통하여 에칭이 가능하도록 함으로서 국내 자체기술의 확보를 통하여 국가 경쟁력을 높이고자 하는 것을 또 하나의 목적으로 한다.

본 발명에 따른 모재의 간접가열방식을 이용한 에칭장치는 에칭액을 공급하기 위한 에칭액공급부; 에칭 가공을 위한 모재(母材)가 얹히는 지지판; 및 상기 지지판을 가열하여 상기 모재의 간접가열을 가능하게 하는 히팅수단;을 포함하여 이루어진다.

본 발명에 따른 상기 모재는 내식성이 큰 합금소재인 것을 특징으로 하고,

바람직하게는 상기 합금소재는 alloy617 합금인 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 따른 상기 히팅수단에 의한 가열온도는 에칭액 사용 영역의 최고온도 내지 에칭액의 비등점인 것을 특징으로 한다.

또한, 에칭액의 공급 유량은 히팅수단에 의해 출구온도가 에칭액 사용 영역의 최고온도를 넘지 않도록 설정하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 모재의 간접가열방식을 이용한 에칭장치는 히팅수단에 의하여 지지판을 가열함으로써 모재가 가열되는 간접가열방식을 통하여 에칭작업을 수행함으로써 종래와 같이 부식 반응 촉진을 위해 강산, 강알칼리, 혹은 고온의 에칭액을 사용하지 않아 에칭 작업 시, 안전성 확보가 가능해질 뿐만 아니라, 수월성을 향상시킬 수 있게 된다.

또한 본 발명은 종래와 같이 에칭액으로 강산, 강알칼리, 혹은 고온의 에칭액을 사용하지 않기 때문에 별도의 안전설비가 필요하지 않을 뿐만 아니라, 이를 위하여 지출되는 비용을 절감하여 경제성을 제고할 수 있고, 에칭 공정의 효과를 높이고자 하는 것을 또 하나의 목적으로 한다.

특히 본 발명은 고온고압 운전조건을 가지는 인쇄기판형 열교환기나, 수소생산을 위해 초고온가스로의 출구온도가 950℃로 증가되는 초고온가스 중간열교환기의 후보 소재로 각광을 받고 있는 Alloy 합금소재의 경우 내열성뿐만 아니라, 내식성 또한 뛰어나 사용자에게 매우 위험한 강산, 강알칼리, 혹은 고온의 에칭액을 사용하여야 하므로 국내 생산이 거의 불가능한 상태에 있었으나, 모재의 간접가열방식을 통하여 에칭이 가능하도록 함으로서 국내 자체기술의 확보를 통하여 국가 경쟁력을 높일 수 있게 된다.

도 1은 종래의 에칭장치를 나타내는 개념도,
도 2는 본 발명에 따른 모재의 간접가열방식을 이용한 에칭장치를 나타내는 개념도.

이하에서는 본 발명에 따른 모재의 간접가열방식을 이용한 에칭장치를 첨부된 도면을 참조하여 보다 자세하게 설명하기로 한다.

본 명세서상에서 모재는 금속소재나, 합금소재뿐만 아니라, 글라스나 합성수지재 등과 같은 소재를 포함하는 광의의 개념이나,

이하에서는 금속소재로 제작된 모재로 특정하여 설명하기로 한다.

도 2에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 모재의 간접가열방식을 이용한 에칭장치는

에칭액을 공급하기 위한 에칭액공급부(10)와, 에칭 가공을 위해 모재(BM)가 얹히는 지지판(20)과, 상기 지지판(20)을 가열하여 상기 모재(BM)의 간접가열을 가능하게 하는 히팅수단(30)으로 구성된다.

우선 본 발명에 따른 상기 에칭액공급부(10)는 에칭액이 담긴 탱크(미도시)와, 상기 탱크에 연결되어 에칭액을 분사하기 위한 분사노즐이 구비되어 상기 탱크에 저장된 에칭액을 공급하게 된다.

그리고 상기 지지판(20) 위에는 에칭 대상물인 금속모재(BM)가 얹히게 되고, 상기 지지판(20)은 세라믹소재로 이루어진 세라믹판으로 구성되고, 상기 지지판(20)에 얹힌 금속모재(BM)는 에칭될 영역을 제외하고 마스크층(40)이 형성되어 금속모재(BM)의 에칭 영역(ER)만이 노출되도록 구성된다.

이 상태에서 상기 에칭액공급부(10)에 의하여 분사되는 에칭액은 상기 금속모재(BM)의 에칭 영역(ER)에 도포되어 부식 반응을 통하여 에칭을 하게 되는데,

이때 사용되는 에칭액은 통상의 Ferric Chloride Etchant를 사용하게 된다.

그리고 상기 에칭액의 공급온도는 30℃ 내지 50℃ 범위내의 온도에서 공급되는 것이 바람직하고, 최적의 에칭을 위해서는 45℃로 공급되는 것이 에칭의 품질을 높일 수 있다. 또한 상기한 바와 같은 에칭액의 끓는점 온도는 대략 111℃이다.

본 발명에 따른 히팅수단(30)은 상기 지지판(20) 하부에 배열되어 상기 지지판(20)을 가열하고, 이렇게 가열되는 지지판(20)은 그 상면에 얹힌 금속모재(BM)를 가열하는 간접가열방식으로 금속모재(BM)를 가열하게 된다.

이는 종래에 모재 중, 내식성이 강한 합금소재를 에칭하는 경우 부식 반응을 위하여 강산액을 사용하거나, 또는 고온으로 가열된 산성액(또는 약산액)을 사용하여야 하므로, 작업 중, 사용자에 대한 위험성이 커 안전성이 문제가 있고, 또한 수월성이 저감되는 문제가 있었다.

특히 고온고압 운전조건을 가지는 인쇄기판형 열교환기나, 수소생산을 위해 초고온가스로의 출구온도가 950℃로 증가되는 초고온가스 중간열교환기의 후보 소재로 각광을 받고 있는 Alloy 합금소재의 경우에는 내열성뿐만 아니라, 내식성이 아주 우수하여 상기한 바와 같이 강산액이나, 고온의 산성액을 에칭액으로 사용하여야만 에칭이 가능하고, 이에 따라 국내에서는 그 위험성이 커, 에칭이 사실상 불가능한 실정이다.

따라서 본 발명에서는 사용자에게 매우 위험한 강산액이나, 고온의 산성액을 에칭액으로 사용하지 않고,

상기 히팅수단(30)에 의하여 금속모재(BM)를 간접 가열하는 방식을 도입하여 강산액이나, 고온의 산성액을 사용하는 경우 야기되는 위험성을 제거하면서도 종래의 방식으로 에칭이 불가능하던 Alloy617 합금소재의 에칭을 가능하도록 하여 국가적인 경쟁력을 높일 수 있게 된다.

나아가 상기 히팅수단(30)에 의하여 에칭 작업이 보다 효율적으로 이루어지기 위해서는 상기 히팅수단(30)에 의하여 가열되는 온도는 에칭액의 기화되어 증발되는 것을 방지하면서도, 에칭이 효과적으로 수행될 수 있는 온도범위가 제안되어야 한다.

따라서 본 발명에서는 상기 히팅수단(30)에 의한 가열온도는 에칭액의 사용 영역의 최고온도 내지 에칭액의 비등점으로 하는 온도범위를 갖도록 하는 것이 바람직하다.

우선 상기한 바와 같은 통상의 에칭액의 경우 비등점(또는 끓는점)은 111℃이므로 상기 히팅수단(30)에 의한 가열온도는 상기 에칭액의 비점인 111℃를 초과하지 않도록 상한치를 110℃로 함으로써 에칭액이 기화되어 증발하는 것을 방지할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

다음으로 통상의 에칭액의 경우 상기한 바와 같이 에칭액공급부에 유입되는 에칭액의 온도는 대략 30℃이고, 에칭액공급부를 통하여 배출되는 에칭액의 배출온도는 대략 50℃라고 할 때, 상기 히팅수단에 의한 가열온도의 하한치는 50℃ 이상이 되도록 하는 것이 바람직하다.

이는 금속모재(BM)의 부식 반응을 촉진시키기 위해서는 금속모재(BM)의 온도가 에칭액공급부(10)로부터 배출되는 에칭액의 온도보다 높을 때, 에칭이 보다 효과적으로 이루어질 수 있기 때문이다.

따라서 상기 히팅수단(30)은 상기한 바와 같은 통상의 에칭액의 경우 가열온도는 50℃ 내지 110℃의 온도범위로 한정하는 것이 바람직하다.

이와 같은 히팅수단의 가열온도 범위는 상기한 바와 같이 일반적으로 사용되는 에칭액, 즉 Ferric Chloride Etchant을 에칭액으로 사용하는 경우로 다양한 구현례들 중 일례에 불과한 것이고, 상기한 바와 같은 에칭액 이외의 에칭액을 사용하는 경우 사용되는 에칭액의 사용온도와, 비등점에 따라 상기 히팅수단에 의한 가열온도의 설정범위는 변경될 수 있다.

따라서 적용되는 에칭액에 따라 히티수단에 의한 가열온도범위 내에서 에칭 작업을 수행하는 경우 효과적인 에칭 작업이 가능하게 되면서도, 에칭액의 증발을 방지하여 에칭 공정의 효율성을 높일 수 있게 된다.

이를 위한 상기 히팅수단(30)으로는 전열선을 이용한 전열기나, 히터 등과 같은 다양한 형태의 장치들의 도입이 가능하다.

나아가 상기 히팅수단에 의한 온도 제어를 위하여 온도센서(미도시)가 구비되어 상기 히팅수단에 의하여 가열된 에칭장치 내부의 온도를 감지하여 히팅장치 내부의 온도가 에칭액의 끓는점 이상으로 상승되는 것을 방지하고, 에칭장치 내부의 온도가 하한치인 50℃ 이하로 하강되는 것을 방지하여 에칭 공정의 효율성을 높일 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

이 경우 상기 온도센서는 히팅장치 내부나, 히팅수단, 지지판, 금속모재 중 어느 하나에 구비되거나, 이들 모두에 구비되는 것이 가능하다.

또한 본 발명에 따른 에칭장치에는 컨트롤러(미도시)가 구비되어 상기 온도센서에 감지된 온도에 따라 히팅수단을 제어하거나, 또는 에칭장치 자체의 가동을 제어하는 것이 가능하다. 필요에 따라서는 온도가 급상승하는 것을 방지하기 위해 냉각장치와 같은 별도의 설비를 설치하는 것도 가능하다.

상기한 바와 같은 본 발명의 에칭장치는 종래와 달리 사용자에게 위험성이 큰 강산액이나, 고온의 산성액을 사용하지 않아 안전성이 매우 크고,

또한 에칭 작업 시, 분사된 에칭액이 작업장으로 비산하거나, 또는 흩날리는 것을 차단하기 위한 안전설비를 별도로 마련하여야 할 필요가 없어 추가적인 비용의 지출을 줄여 경제성을 높일 수 있으며, 에칭 공정의 효율을 높일 수 있게 된다.

이상에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명인 모재의 간접가열방식을 이용한 에칭장치를 설명함에 있어 특정 형상 및 방향을 위주로 설명하였으나, 본 발명은 당업자에 의하여 다양한 변형 및 변경이 가능하고, 이러한 변형 및 변경은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

BM : 모재
ER : 에칭 영역
10 : 에칭액공급부
20 : 지지판
30 : 히팅수단
40 : 마스크층

Claims (4)

1. 에칭액을 공급하기 위한 에칭액공급부(10);
   에칭 가공을 위한 모재(母材)(BM)가 얹히는 지지판(20); 및
   상기 지지판(20)을 가열하여 상기 모재(BM)의 간접가열을 가능하게 하는 히팅수단(30);
   을 포함하여 이루어진 모재의 간접가열방식을 이용한 에칭장치.
   
2. 제 1 항에 있어서
   상기 모재(BM)는 강내식성을 갖는 합금소재인 것을 특징으로 하는 모재의 간접가열방식을 이용한 에칭장치.
   
3. 제 2 항에 있어서
   상기 합금소재는 alloy617 합금인 것을 특징으로 하는 모재의 간접가열방식을 이용한 에칭장치.
   
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 히팅수단(30)에 의한 가열온도는 에칭액의 비등점 미만인 것을 특징으로 하는 모재의 간접가열방식을 이용한 에칭장치.

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