KR101826428B1 - 알루미늄바디 다이아몬드 연삭구의 제조방법 - Google Patents

알루미늄바디 다이아몬드 연삭구의 제조방법 Download PDF

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Abstract

알루미늄바디 다이아몬드 연삭구의 제조방법이 소개된다.
이를 위해 본 발명은, (a)알루미늄 합금으로 이루어진 알루미늄바디를 비이온계면활성제와 솔벤트 나프타를 이용하여 에멀션탈지를 하는 단계; (b)상기 탈지된 알루미늄바디를 수산화나트륨을 이용하여 에칭하는 단계; (c)상기 에칭된 알루미늄바디를 질산을 이용하여 스머트를 제거하는 디스머트단계; (d)상기 디스머트단계를 거친 알루미늄바디에 1차 징케이트 처리를 실시하는 단계; (g)상기 징케이트 처리가 수행된 알루미늄바디에 하지니켈도금하는 단계; (h)상기 하지니켈도금된 알루미늄바디를 1차 건조하는 단계; (i)1차 건조된 상기 알루미늄바디에 전류를 공급하면서 다이아몬드를 부착할 부위에만 다이아몬드를 부착도금할 수 있도록 제작한 치구를 조립하는 치구조립단계; (j)상기 치구를 조립한 알루미늄바디에 알칼리탈지를 수행하는 단계; (k)알칼리탈지 후 전기분해를 이용하여 전해탈지를 수행하는 단계; (l)전해탈지 공정이 수행된 상기 알루미늄바디에 니켈스트라이크도금을 수행하는 단계; (m)상기 니켈스트라이크도금이 완료된 알루미늄바디에 다이아몬드를 첨가한 니켈복합도금액을 이용하여 다이아몬드부착도금을 수행하는 단계; (n)다이아몬드부착도금 수행 후 치구분리를 수행하는 단계; 및 (o)치구분리 후 상기 알루미늄바디를 2차 건조하는 단계;를 포함한다.

Description

알루미늄바디 다이아몬드 연삭구의 제조방법{Method for manufacturing grinding tool with aluminium diamond grinder}
본 발명은 전착법을 이용하여 알루미늄바디에 다이아몬드를 직접 부착할 수 있는 연삭구의 제조 방법에 관한 것이다.
도 2는 피삭제의 모서리를 연삭할 때에 사용되는 그라인더 머쉰의 연삭장비를 나타내는 도면이다.
도시된 바와 같이, 종래에는 웨이퍼(80)의 모서리를 연삭할 때에 사용되는 다이아몬드연삭구를 제조하는 방법으로 메탈법(소결)과 전착법(도금)을 이용한 제조방법을 사용하였으며, 그 중에서 전착법(도금)을 이용한 제조방법은 스테인레스로 제작한 바디에 전해도금 및 무전해도금을 이용하여 다이아몬드(100)와 보조입자를 스테인레스바디에 다이아몬드부착도금층(30)으로 고정 부착하는 방법을 사용하였으며, 다이아몬드와 보조입자(GC,A,WA)를 전착법을 이용하여 안정적으로 연마구에 고정 부착되도록 하기 위해 다이아몬드부착도금층(30)으로는 내산성과 내열성 및 내마모성이 우수한 니켈 금속을 사용하였다.
이하, 설명에서부터는 다이아몬드와 보조연마제를 총칭하여 다이아몬드라 설명한다.
참고로, 보조연마제의 종류에는 GC,A,WA 가 있으며, 이 중 'GC'는 녹색 탄화 규소 연마재로 다이아몬드 다음으로 높은 경도를 가지고 있고, 'A'는 일명 아런덤으로 이 역시 연마재로 사용되며, 'WA'는 대표적인 정밀 가공용 알루미나 미분이다.
한편, 종래에는, 연마구 표면에 니켈을 도금하기 위해서는 니켈도금층(90)과 연마구와의 밀착력이 우수해야 하는바, 일반적으로 니켈도금층(90)과 밀착력이 우수하고, 내산성도 우수한 스테인레스를 연마구의 소재로 사용하였으며, 전착법을 이용한 부착방법으로는 제품의 사용용도에 따라서 전기도금법 및 무전해도금법으로 제작방법을 선별하여 사용하였는데 두 가지 방법 모두 스테인레스바디에 니켈이온을 환원 도금화하여 다이아몬드(100)를 고정 부착하는 방법으로 "다이아몬드 연삭구"를 제작하여 사용하였다.
그런데, 종래 연마구의 소재로 사용하는 스틸(Steel) 또는 SUS(stainless)의 금속 비중 무게값이 다른 금속에 비해 무겁고(대략 7.9), 이 무거운 스틸(Steel) 또는 SUS(stainless)가 사용된 연마구를 도 2에 도시된 그라인딩머쉰의 스핀들축(50)에 장착하고, 세정분사구(70)를 통해 세척수를 공급하면서 그라인딩 작업을 진행하였으나, 그라인딩작업시 "다이아몬드 연삭구"(20)의 자체중량이 무거워 연삭작업시 스핀들축(50)에 과하부가 걸리고, 이 과부하에 의해 스핀들축(50)에 장착된 베어링(60)에서 발생하는 마찰열로 인해 베어링(60)이 마모되어 피삭체의 연삭지정값만큼 정확하게 연삭되지 않음은 물론, 심할 경우 웨이퍼(80)가 파손되는 현상이 발생하고, 연삭작업을 과다하게 진행하면 그라인딩머신이 고장을 일으키는 문제점이 있어 왔다.
이에 최근에는 상기와 같은 문제점을 보완하기 위해 도 1에 도시된 바와 같이 내경부 모터측에는 비중이 2.7g/cm3인 알루미늄으로, 다이아몬드가 부착되는 외경부에는 비중이 7.9g/cm3 인 SUS(stainless)로 조립 제작된 이른바 '투톤바디연마구'를 개발하였다.
이 '투톤바디연마구'의 경우 종래에 사용하던 '스테인레스바디연삭구'에 비해 중량이 30~40% 정도 감소되는 이점이 있다.
한편, 도 1(a)는 알루미늄과 SUS(stainless)의 연접된 부분을 '압착본딩형'으로 조립한 것이고, 도 1(b)는 알루미늄과 SUS(stainless)의 연접된 부분을 나사산으로 가공하고 본드를 이용하여 조립한 '나사산본딩형'을 도시한 단면도이다.
그러나, 도 1에 도시된 '투톤바디연마구'를 사용하는 경우 알루미늄의 비중이 SUS(stainless)에 비해 낮기 때문에 연삭구의 중량이 줄어들어 그라인딩머쉰의 고장률이 낮아지기는 하나, '투톤바디연마구'는 내경부쪽이 비중이 2.7g/cm3인 알루미늄바디이고, 다이아몬드가 부착되는 외경부쪽이 비중이 7.9g/cm3인 스테인레스바디로 제작되어 있기 때문에 그라인딩 작업시 원심력에 의해 '투톤바디연마구'의 중량이 SUS(stainless)가 구비된 외경부 측으로 집중되어 진동현상이 발생하여 피삭체인 웨이퍼(80)의 연삭지정값이 정확하게 연삭되지 않음은 물론, 진동이 심할 경우 웨이퍼(80)가 깨지는 문제가 발생하는 문제가 발생하였다.
또한, '투톤바디연마구'는 제품 자체의 무게가 종래에 비해 가벼워 이를 사용하는 사용장비에도 무리가 없을 수 있으나, '투톤바디연마구'는 조립식 바디이기 때문에 제작시 제조공정도 많아지고, 제작 시간도 길어지며, 조립품이기 때문에 발란싱의 편차율도 높고 무엇보다도 제조단가가 스테인레스바디에 비해 2배 정도 비싸지는 문제가 발생하였다.
상기한 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.
KR 10-1070976 (2011.09.29 등록)
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점인, 비중이 높은 스테인레스바디를 연마구로 사용할 때 발생하는 그라인더머신의 장비고장률 및 피삭체를 정확한 수치로 연삭하지 못하는 연삭불량을 해결하면서 생산률을 상승시키고, 연마구의 생산원가를 줄이기 위한 전착법을 이용한 “알루미늄바디 다이아몬드 연삭구”의 제조방법을 제공함에 그 목적이 있다.
알루미늄바디 다이아몬드 연삭구의 제조방법이 소개된다.
이를 위해 본 발명은, (a)알루미늄 합금으로 이루어진 알루미늄바디를 비이온계면활성제와 솔벤트 나프타를 이용하여 에멀션탈지를 하는 단계; (b)상기 탈지된 알루미늄바디를 수산화나트륨을 이용하여 에칭하는 단계; (c)상기 에칭된 알루미늄바디를 질산을 이용하여 스머트를 제거하는 디스머트단계; (d)상기 디스머트단계를 거친 알루미늄바디에 1차 징케이트 처리를 실시하는 단계; (g)상기 징케이트 처리가 수행된 알루미늄바디에 하지니켈도금하는 단계; (h)상기 하지니켈도금된 알루미늄바디를 1차 건조하는 단계; (i)1차 건조된 상기 알루미늄바디에 전류를 공급하면서 다이아몬드를 부착할 부위에만 다이아몬드를 부착도금할 수 있도록 제작한 치구를 조립하는 치구조립단계; (j)상기 치구를 조립한 알루미늄바디에 알칼리탈지를 수행하는 단계; (k)알칼리탈지 후 전기분해를 이용하여 전해탈지를 수행하는 단계; (l)전해탈지 공정이 수행된 상기 알루미늄바디에 니켈스트라이크도금을 수행하는 단계; (m)상기 니켈스트라이크도금이 완료된 알루미늄바디에 다이아몬드를 첨가한 니켈복합도금액을 이용하여 다이아몬드부착도금을 수행하는 단계; (n)다이아몬드부착도금 수행 후 치구분리를 수행하는 단계; 및 (o)치구분리 후 상기 알루미늄바디를 2차 건조하는 단계;를 포함한다.
상기와 같은 구성으로 이루어진 본 발명인 알루미늄바디 다이아몬드 연삭구의 제조방법에 의한다면 아래와 같은 다양한 효과가 구현된다.
첫째, 알루미늄바디 표면에 징케이트(아연치환도금) 처리를 하면 알루미늄바디 자체에 전해니켈 및 무전해니켈 도금이 가능하게 되어 다이아몬드를 직접적으로 부착시킬 수 있는 이점이 있다.
둘째, 본 발명에 의해 구현되는 '알루미늄바디 다이아몬드 연삭구'는 알루미늄바디의 제작형상에 따라 변형제작이 가능하여 피삭제의 연삭 용도 및 형상에 따라 '모서리 연마공정', '평탄화 연마공정', '원형연마공정' 및 피삭제의 '홀컷팅공정','절삭공정' 등 모든 공정에 사용할 수 있음은 물론, 원자재 절감효과로 인한 가격인하, 불량률 감소로 인한 생산 효율성이 증대되는 이점이 있다.
셋째, 본 발명에 의해 제작된 '알루미늄바디 다이아몬드 연삭구'를 사용하는 경우 제품 자체의 중량이 가볍기 때문에 발란싱의 편차율도 줄어들어 그라인딩머쉰의 스핀들축과 베어링의 파손율도 감소함으로써 그에 따른 장비의 고장율이 감소하는 이점이 있다.
넷째, 본 발명에 의해 제작된 '알루미늄바디 다이아몬드 연삭구'는 무게 진동에 의한 제품 불량률이 종래에 비해 월등히 감소됨은 물론, 피삭제의 연삭시 연삭구에서 발생하는 마찰열을 빠른 속도로 제어해주는 방열 효과도 증대되는 등 다양한 효과가 구현된다.
도 1은 종래 제작된 투톤바디에 전착법을 이용하여 제작한 다이아몬드연삭구의 중심축을 기준으로 한 단면도,
도 2는 피삭제의 모서리를 연삭할 때에 사용되는 그라인더머쉰의 연삭장비를 나타내는 구성도,
도 3은 본 발명에 의해 제조된 알루미늄바디 다이아몬드 연삭구의 사시도,
도 4는 본 발명인 알루미늄바디 다이아몬드 연삭구의 제조방법 중 알루미늄바디 전체를 니켈도금하는 순서도,
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예로 알루미늄바디 다이아몬드 연삭구의 제조방법 중 다이아몬드 부착부위만 니켈도금하는 순서도,
도 6(a)는 본 발명에서 사용되는 알루미늄바디의 도금 전 표면을 나타낸 표면사진(X500배 확대),
도 6(b)는 본 발명에서 사용되는 알루미늄바디에 징케이트(아연치환도금) 처리 후의 표면사진(X500배 확대),
도 6(c)는 본 발명의 작업공정으로 다이아몬드를 부착한 알루미늄바디 다이아몬드 연삭구의 표면사진(10um~15um 다이아몬드 - X500배 확대)이다.
이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명인 알루미늄바디 다이아몬드 연삭구의 제조방법의 바람직한 실시 예를 설명한다.
도 4는 본 발명인 알루미늄바디 다이아몬드 연삭구의 제조방법 중 알루미늄바디 전체를 니켈도금하면서 연삭구 부분에만 다이아몬드를 부착도금하는 순서도이다.
다만, 각각의 제조공정 사이에는 수세공정이 진행되지만 제조공정 설명시에는 생략함을 밝혀둔다.
우선, (a)알루미늄 합금으로 이루어진 연마구 바디를 비이온계면활성제와 솔벤트 나프타를 이용하여 탈지하는 단계(도 6(a) 참조)가 이루어진다.
주지하다시피, 탈지 단계란 알칼리 용액을 사용하여 연마구 바디 표면에 존재하는 유무기 오염 물질을 제거하는 단계이다.
이러한 탈지 단계는 공지된 바와 같이, 증기 탈지, 용제 탈지 및 에멀전 탈지 등이 사용될 수 있고, 일반적으로 탈지제는 세제성과 분산성이 좋고 유화작용 및 억제작용 역할의 약품들로 구성된다.
본 발명에서는, 에멀전 탈지 방법을 사용하였으며, 바람직하게는 물 1L와 10ml/L의 솔벤트나프타와 5ml/L의 비이온계면활성제의 혼합액을 PH 9 내지 10, 50 내지 60℃ 및 2 내지 5분 동안의 환경에서 연마구 바디를 탈지하는 것을 특징으로 한다.
물론, 상기 건욕액은 소지에 큰 오염이 있는 경우가 아니라면, 본 발명의 효과에 거의 영향을 미치지 않으므로 알려진 조성으로 합성하여 사용할 수 있다.
상기의 탈지 단계 이후에는 도면에는 도시되어 있지 않지만, 수세단계가 수행되고, 이하 후술할 활성화(Activation) 처리가 수행된다.
활성화 처리 단계란 알루미늄 합금으로 이루어진 연마구 표면에 형성된 비도전성인 알루미늄산화(Al203) 피막의 제거 및 유무기 불순물의 이차적 제거, 기타 합금성분의 제거와 더불어 징케이트 처리의 효과를 높이기 위한 알루미늄 표면상에 활성부위를 증가시키는 공정이다.
알루미늄 합금으로 이루어진 연마구 표면이 최상의 조건으로 균일하게 에칭 되어야, 징케이트 처리시 균일한 아연 핵이 형성되고, 다음 층인 니켈 피막과의 접착력도 향상되기 때문에 활성화 단계는 중요하다.
본 발명에서는 일반적으로 수산화나트륨을 사용한 에칭처리(b)와, 질산을 사용한 스머트를 제거하는 디스머팅 단계(c)가 수행되는데, 수산화나트륨 용액을 사용한 에칭 처리액이 산화알루미늄 표면과 반응하면서, 수소가스가 발생되고 산화알루미늄(Al203)층이 제거된다.
한편, 에칭 및 디스머팅 단계에서는 처리시간, 온도, 교반 및 대상물의 재질 등이 주된 영향요소로 작용한다.
일반적으로는 10초 내지 5분의 처리시간, 상온 내지 60℃ 의 온도 및 일반교반으로 구성되는데, 본 발명에서는 바람직하게 50 내지 80g/L의 수산화나트륨을 PH 12 내지 13, 30 내지 50℃ 및 1 내지 3분 동안의 환경에서 연마구 바디를 에칭하는 것을 특징으로 한다.
다만, 주지하다시피 상기의 조건에 제한되지는 않으며 알루미늄 합금의 오염도나 조도 등에 따라 달라질 수 있으며, 알루미늄의 두께, 조도, 조직, 합금성분 등에 따라 적절한 전처리 조건이 요구된다.
상기 에칭 단계 이후에는 표면에 형성된 산화물을 제거하기 위해 수세 과정이 이어지고, 그 후 질산을 이용한 디스머팅 단계가 이루어진다.
이미 공지된 바와 같이 디스머팅 단계란, 에칭 처리시 생성된 산화알루미늄(Al203)과 기타 합금성분을 동시에 제거함으써 이후 진행되는 징케이트 처리 효과를 높이기 위한 알루미늄의 활성화처리 공정이다.
이를 위해 본 발명에서 바람직하게는, 400 내지 500ml/L의 질산을 PH 1 이하에서 30 내지 60℃ 및 20 내지 60초 동안의 환경에서 연마구 바디를 디스머팅하는 것을 특징으로 하는데, 이 역시 에칭 단계와 마찬가지로 상기의 조건에 제한되지는 않으며 알루미늄 합금의 오염도나 조도 등에 따라 달라질 수 있으며, 알루미늄의 두께, 조도, 조직, 합금성분 등에 따라 적절한 전처리 조건이 요구된다.
한편, 상기 디스머팅 단계 이후 도면에는 도시되어 있지는 않지만 수세과정을 거친 뒤 이하 후술할 징케이트 단계(d)가 이루어진다.
주지하다시피, 알루미늄 표면상에 도금을 할 때에는 도금시 발생하는 산화막을 제어하기 위해 이른바 '중간층' 이 필요하고, 이 중간층을 형성하는 방법으로 '아연치환법(징케이트)', '아연합금 치환법', '주석산염 활성화법(스타네트법)', '양극산화법', '무전해도금법' 등이 알려져 있다.
본 발명에서는 징케이트 방법을 사용하는데, 징케이트 처리 공정이란 공지된 바와 같이 대상물 표면의 산화층 제거 및 활성화 공정에 해당하는 것으로, 이 공정을 통해 알루미늄 피막에 전도성이 부여됨은 물론, 이하 도금되는 니켈 층의 직접적인 소지가 되는데, 알루미늄 표면과 징케이트 용액내의 아연과의 전위차를 이용하여 알루미늄 표면에 아연핵을 치환시켜 아연치환도금층(도 6(b) 참조)을 형성시킨다.
이 아연치환도금층을 치환 석출되게 함으로 전해니켈도금 및 무전해니켈도금을 진행할 수 있게 한다.
즉, 주지하다시피 세척 처리한 알루미늄을 징케이트 처리액에 침적시, 알루미늄 표면에서는 산화와 환원반응이 동시에 일어나, 알루미늄이 Zn2 +로 치환되어 아연이 알루미늄 조직에 석출하게 되는데, 징케이트 처리시 알루미늄 표면의 화학반응에 의해, 알루미늄 표면에는 Zn2 +가 침전되고 아연이 석출되며, 동시에 Al3 +가 알루미늄 소지로부터 산화되어 떨어져 나온다.
이때, 징케이트 처리시 동시에 수소이온의 환원반응이 수반되어 수소가스가 발생하게 되는데, 치환된 아연 결정은 니켈도금을 가능하게 하는 핵으로써 작용하게 되고, 아연의 치환상태는 니켈 도금의 상태와 직결되는바 치환 석출된 아연 입자들이 많고, 미세하고, 균일할수록, 알루미늄 소지와 니켈 피막간의 접착력이 우수해 진다.
또한, 징케이트액(아연 치환도금액)은 아연90~95%와 니켈5~10%를 함유한 치환도금액이기 때문에 니켈도금을 가능하게 하는 핵으로써 작용하게 되고, 아연치환도금층의 상태는 니켈 도금의 밀착성과 직결되는바 치환 석출된 아연 입자들이 많고, 미세하고, 균일할수록, 알루미늄 소지와 니켈도금층과의 밀착력이 우수하게 되어 전해니켈도금 및 무전해니켈도금을 진행할 수 있게 하는 것을 특징으로 하는 공정이다.
이를 위해 주지하다시피, 보다 더 미세하고 균일한 아연 표면 조직 상태를 부여하기 위해, 일반적으로 2차 징케이트 처리를 추가로 수행하는데, 알루미늄 표면의 산화막 제거 및 합금 함유물의 제거, 1차적인 아연결정을 석출하는 것이 제1차징 케이트이고, 제2차 징케이트 처리는 상기 처리를 한 번 더 수행하는 것이다.
이로써 알루미늄 표면에 얇고 밀집된, 보다 균일한 아연 표면의 조직상태가 부여된다.
본 발명 역시 2번의 징케이트 처리 공정이 수행되고, 이를 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
본 발명에서는 독일의 화학약품제조사인 'ATOTECH'의 'Alumseal W-2000'의 징케이트 도금욕을 사용한다.
바람직하게는, 12 내지 13의 PH를 갖는 징케이트 도금욕 550내지 600ml/L를 15 내지 30℃ 범위 내에서 1 내지 2분 동안 1,2차 징케이트 처리 단계(d,f)를 수행하는 것을 특징으로 하고, 상기 1차 징케이트 처리시 생성된 아연만 남기고 동시에 도금된 다수의 합금금속이 제거되도록, 400 내지 500ml/L의 질산을 PH 1 이하, 30 내지 60℃ 및 10 내지 30초 동안의 환경에서 수행하는 질산박리(e) 과정이 수행된다.
물론, 제1차 징케이트 처리 단계 이후와, 질산박리 단계 이후 및 제2차 징케이트 처리 단계 이후에는 도면에는 도시되어 있지 않지만 수세 과정이 진행된다.
다만, 징케이트의 치환 시간은 반드시 상기의 조건에 구속되는 것은 아니고, 액의 온도, 알루미늄 합금의 종류, 표면의 활성 상태 및 합금의 조성 비율에 다르며, 그 일 예로 주석이 포함된 알루미늄 합금인 경우에는 그 처리 온도를 40℃까지 가온할 필요가 있고, 실리콘이나 동을 함유한 합금인 경우에는 그 치환시간을 2분 정도로 하는 것이 필요하며, 다른 합금인 경우 이보다 짧을 수 있다.
한편, 상기 2차 징케이트 처리 이후에는 이른바 하지니켈도금 과정(g)이 수행된다.
이 하지니켈도금 과정은 징케이트(아연치환도금)처리를 완료한 아연치환도금층에 니켈도금을 함으로써 표면경도의 향상과 산화 방지 및 표면 조도의 편차가 최소화되도록 하는 것을 특징으로 하는 공정이다.
하지니켈도금시 사용되는 도금액으로는 Watt욕 또는 Sulfamate욕 또는 무전해니켈욕을 사용할 수 있으며, 니켈도금액의 선택은 제작할 제품의 제품사항에 따라 선별할 수 있다는 것을 특징으로 한다.
참고로, 하지니켈도금 및 이하 후술할 부착도금액에 관한 도금액의 건욕 및 작업사항을 아래의 표 1에 의해 설명하면 다음과 같다.

≪하지도금 및 다이아몬드 부착도금액 건욕사항.≫

1번- Watts욕 전해니켈도금액 작업조건.

(황산니켈:250~260g/L+염화니켈:40~45g/L+붕산:45~50g/L+광택제첨가(작업자가 선정))

PH: 4~4.8, 온도: 50~55℃, 전류밀도: 1~6A/dm2, 도금시간: 작업자가 선정.


2번-Sulfamate욕 전해니켈도금액 작업조건.

(Sulfamate-니켈(60% 액상):560~600ml/L+염화니켈: 5g/L+붕산:45~50g/L+광택제첨가(작업자가 선정))

PH : 3.8~4.0, 온도: 50~55℃, 전류밀도: 1~6A/dm2, 도금시간: 작업자가 선정.


3번- (Ni-P욕)무전해니켈도금액 작업조건.

황산니켈:26g/L +하이포인산나트륨:16g/L + 아세트산나트륨: 26g/L + 구연산나트 륨:15g/L + 티오요소:3~5g/L

PH: 5~5.5, 온도: 90℃, 도금시간: 작업자가 선정


※ 참조사항.※
1. 하지도금용으로 도금액을 사용시에는 상기 건욕조건의 도금액을 사용.
2. 다이아몬드 부착도금액으로 도금액을 사용시에는 상기 건욕조건에 다이아몬드를 첨 가 후 사용. (다이아몬드첨가량: 작업자가 선정.)
한편, (h)상기 하지니켈도금된 연마구를 1차 건조하는 단계가 이루어지는데, Air 및 건조기를 이용해서 건조함으로써 부분산화 및 물얼룩 발생 방지를 목적으로 한다.
그 후, (i)1차 건조된 상기 연마구에 전류를 공급할 수 있도록 치구를 조립하는 단계가 이루어진다.
치구조립공정은, 알루미늄바디(20)에 전류를 공급할 수 있도록 제작한 PVC치구를 조립하여, 다이아몬드를 부착할 부분만 제외하고 나머지 부분은 도금되지 않도록 차단하여, 니켈 도금시 발생하는 저전류도금층과 고전류도금층과의 도금편차를 제어하며, 다이아몬드부착도금의 불량률을 최소화 하는 것을 특징으로 하는 공정이다.
알루미늄바디에서 다이아몬드를 부착할 부분만 제외하고, 나머지 부분은 PVC로 제작된 치구를 이용하여 도금되지 않도록 차단한다. (치구는 알루미늄바디에 도금에 필요한 전류를 공급할 수 있도록 제작한다.)
한편, 치구조립 공정 이후에는, (j)상기 연마구에 알칼리탈지 공정을 수행하는 단계와 (k)알칼리 탈지 공정 후 전해탈지 공정을 수행하는 단계가 이루어진다.
알칼리 탈지 공정은 알루미늄 합금으로 이루어진 연마구 바디에서 다이아몬드가 부착될 부분의 표면을 침적탈지제로 탈지함으로써 유무기불순물을 제거하고 도금층의 밀착불량성이 방지되도록 하는 과정이다.
바람직하게는, 30g/L의 수산화나트륨과 15g/L의 탄산나트륨(Na2CO3) 및 비이온계면활성제 2g/L의 혼합액을 PH 11 내지 13 범위, 50 내지 60℃ 및 5 내지 10 분 동안의 환경에서 침적탈지를 수행하는 것을 특징으로 한다.
전해 탈지 공정은, 상기 알칼리탈지 공정을 완료한 알루미늄바디(20)를전해탈지액에 침적후 전류를 가하여 전기분해 작용을 이용해서 불순물을 제거함으로써 도금층의 밀착불량을 최소화 할 수 있는 것을 특징으로 하는 공정 이다.
바람직하게는, 40g/L의 수산화나트륨과 8g/L의 인산나트륨(Na3PO4)과 10g/L의 탄산나트륨(Na2CO3) 및 비이온계면활성제 1.5g/L의 혼합액을 PH 11 내지 13 범위에서, 50 내지 60℃, 5 내지 10 A/dm2 및 1 내지 3 분 동안의 환경에서 수행하는 것을 특징으로 한다.
상기의 징케이트 처리, 알칼리 탈지 및 전해 탈지 과정에 의해 형성된 아연층은 다음 층인 니켈 도금을 가능하게 하고, 그 밀착성을 향상시킨다. 이러한 방법으로 이하 후술하겠지만, 징케이트 공정을 통해 형성된 아연층으로부터 니켈 도금 반응이 시작되고, 니켈 도금 층을 일정 두께로 전착한다.
상기와 같이 전처리 공정을 완료하여 아연으로 침전도금 되어 있는 알루미늄 합금으로 이루어진 연마구에 니켈 도금층을 이용하여 다이아몬드와 보조입자를 부착 도금하는 공정이 수행된다.
다만, 상기의 공정은 크게 '무전해도금법', '전해도금법' 및 '무전해도금법과 전해도금법이 혼합된 방법' 이 있으며, 본 발명은 이중 '전해도금법'을 이용한 도금 공정을 수행한다.
우선, 니켈 스트라이크 공정(l)이 수행되는데, 니켈 스트라이크 공정은 1차 베리어(barrier) 피막하는 것으로, 전처리 된 알루미늄의 표면에 무전해 도금층의 밀착성을 유지시키고, 최종 니켈 도금의 촉매 활성화를 위한 과정이다.
이를 위해 본 발명은 바람직하게 240g/L의 염화니켈과 120ml/L의 염산을 PH 1이하, 상온에서 5 내지 10 A/dm2 및 1 내지 3분 동안의 환경에서 수행하는 것을 특징으로 한다.
다음으로 (m)상기 니켈 스트라이크 도금된 연마구 바디에 다이아몬드를 첨가한 니켈복합도금액을 이용하여 다이아몬드를 부착하는 다이아몬드부착도금 공정을 수행하는 단계가 이루어진다.
다이아몬드부착도금공정은, 상기 니켈스트라이크도금이 완료된 알루미늄 바디(20)에 다이아몬드(100)를 첨가한 니켈복합도금액을 이용하여 다이아몬드 (100)를 부착하는 공정으로, 도금에 필요한 전류와 도금시간의 조정으로 다이몬드부착도금층(30)의 두께를 조정할 수 있음으로, 부착할 다이아몬드(100)와 보조연마제(GC, A, WA)크기에는 제한을 받지 않으며, 어떠한 사용 용도에도 제작이 가능한 알루미늄 다이아몬드 연삭구를 제작할 수 있는 것을 특징으로 하는 공정이다.
이 과정은 표 1 도시된 바와 같이, Watt욕 또는 Sulfamate욕 또는 무전해니켈욕에 다이아몬드가 첨가된 니켈도금액을 사용할 수 있음으로 도금액의 종류에도 제한을 받지 않으므로, 제품의 사용용도에 따라 도금액을 선정하여 다이아몬드(100)를 첨가한 니켈부착도금액으로 사용할 수 있는 것을 특징으로 한다.
그 후, (n)다이아몬드부착도금 수행 후 치구분리를 수행하는 단계 및 (o)치구분리 후 상기 연마구를 2차 건조하는 단계가 이루어지는데, 치구분리 공정은, 다이아몬드 부착도금작업을 완료후 알루미늄바디다이아몬드연삭구를 치구에서 탈착하는 과정이고, 2차 건조 공정은, 치구에서 탈착한 알루미늄 바디 다이아몬드 연삭구의 수분을 Air 및 건조기를 이용해서 건조함으로 부분산화 및 물 얼룩발생을 방지하는 것을 특징으로 하는 공정이다.
상기 공정을 완료함으로, 알루미늄바디 다이아몬드연삭구의 제작을 완료하게 된다.
도 6(c)에는 상기와 같은 제조공정을 이용하여 알루미늄합금 소재로 제작한 알루미늄바디(20)에 10~15μm의 두께를 가지는 다이아몬드를 부착 도금한 표면을 현미경(X500배)으로 관찰한 사진이다.
도시된 바와 같이, 다이아몬드(100)가 니켈도금층(90)하에서 알루미늄 바디(20)에 균일하게 도금된 것을 확인할 수 있으며, 이를 통해 알루미늄 합금에 상기와 같은 일련의 과정으로 다이아몬드 및 보조 입자를 균일하게 도금할 수 있는 것을 확인할 수 있다.
한편, 도 5는 본 발명의 또 다른 실시예로 연삭구 부분에만 다이아몬드 부착도금을 하는 알루미늄바디 다이아몬드 연삭구를 제작하는 제조방법 순서도이다. (상기 설명에서 제조공정과 작업조건에 대한 설명은 자세히 설명 하였는바 아래 설명에서는 생략함을 밝혀둔다.)
도시된 바와 같이, (i)알루미늄바디에 전류를 공급하면서 다이아몬드를 부착할 부위에만 다이아몬드를 부착도금 할 수 있도록 제작한 치구를 조립하는 치구조립단계; (a)알루미늄 합금으로 이루어진 알루미늄바디를 비이온계면활성제와 솔벤트 나프타를 이용하여 에멀션탈지하는 단계; (b)상기 탈지된 알루미늄바디를 수산화나트륨을 이용하여 에칭하는 단계; (c)상기 에칭된 알루미늄바디를 질산을 이용하여 스머트를 제거하는 디스머트단계; (d)상기 디스머트단계를 거친 알루미늄바디에 1차 징케이트 처리를 실시하는 단계; (m)상기 1차 징케이트 처리를 수행한 알루미늄 바디에 다이아몬드를 첨가한 니켈복합도금액을 이용하여 다이아몬드를 부착하는 다이아몬드부착도금 공정을 수행하는 단계; (n)다이아몬드부착도금 수행 후 치구분리를 수행하는 단계; 및 (o)치구분리 후 상기 알루미늄바디를 2차 건조하는 단계;를 포함한다.
상기 (d) 단계 이후에, (l)1차 징케이트 처리가 수행된 알루미늄바디에 니켈스트라이크도금단계를 수행하는 것을 특징으로 하고, 상기 (d) 단계 이후에, (g)상기 1차 징케이트 처리가 수행된 일루미늄바디에 하지니켈도금단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는 상기 (d) 단계 이후에, (e)질산박리 공정을 이용하여 합금니켈을 박리하는 단계와, (f)2차 징케이트 처리 단계를 포함하고, 상기 (f) 단계 이후에, (l)2차 징케이트 처리가 수행된 알루미늄바디에 니켈스트라이크도금단계를 수행하는 것을 특징으로 한다.
더욱 바람직하게는 (f) 단계 이후에, (g)상기 2차 징케이트 처리가 수행된 알루미늄바디에 하지니켈도금단계를 수행하는 것을 특징으로 한다.
그 구체적인 단계에 대한 설명은 기 설명한 바 여기서는 생략한다.
본 발명은 특정한 실시 예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
20 : 알루미늄 바디 30 : 다이아몬드부착 도금층
40 : 아연치환도금 50 : 스핀들 축
60 : 베어링 70 : 세정분사구
80 : 웨이퍼 90 : 니켈 도금층
100 : 다이아몬드

Claims (19)

  1. (a)알루미늄 합금으로 이루어진 알루미늄바디를 비이온계면활성제와 솔벤트 나프타를 이용하여 에멀션탈지를 하는 단계;
    (b)상기 탈지된 알루미늄바디를 수산화나트륨을 이용하여 에칭하는 단계;
    (c)상기 에칭된 알루미늄바디를 질산을 이용하여 스머트를 제거하는 디스머트단계;
    (d)상기 디스머트단계를 거친 알루미늄바디에 1차 징케이트 처리를 실시하는 단계;
    (g)상기 징케이트 처리가 수행된 알루미늄바디에 하지니켈도금하는 단계;
    (h)상기 하지니켈도금된 알루미늄바디를 1차 건조하는 단계;
    (i)1차 건조된 상기 알루미늄바디에 전류를 공급하면서 다이아몬드를 부착할 부위에만 다이아몬드를 부착도금할 수 있도록 제작한 치구를 조립하는 치구조립단계;
    (j)상기 치구를 조립한 알루미늄바디에 알칼리탈지를 수행하는 단계;
    (k)알칼리탈지 후 전기분해를 이용하여 전해탈지를 수행하는 단계;
    (l)전해탈지 공정이 수행된 상기 알루미늄바디에 니켈스트라이크도금을 수행하는 단계;
    (m)상기 니켈스트라이크도금이 완료된 알루미늄바디에 다이아몬드를 첨가한 니켈복합도금액을 이용하여 다이아몬드부착도금을 수행하는 단계;
    (n)다이아몬드부착도금 수행 후 치구분리를 수행하는 단계; 및
    (o)치구분리 후 상기 알루미늄바디를 2차 건조하는 단계;를 포함하는,
    알루미늄바디 다이아몬드 연삭구의 제조방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 (d) 단계 이후에,
    (e)질산박리 공정을 이용하여 합금니켈을 박리하는 단계와,
    (f)2차 징케이트 처리 단계를 포함하는,
    알루미늄바디 다이아몬드 연삭구의 제조방법.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 (a) 단계는,
    상기 알루미늄 합금으로 이루어진 알루미늄바디에 존재하는 유무기 오염물질이 제거되도록 하기의 작업조건에서 에멀션탈지를 수행하는 것을 특징으로 하는, 알루미늄바디 다이아몬드 연삭구의 제조방법.

    작업조건= 에멀션탈지(물:1L + 솔벤트나프샤:10ml/L + 계면활성제:5ml/L),
    PH:9~10, 온도: 50~60℃, 작업시간: 2~5분
  4. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 (b) 단계는,
    상기 탈지공정을 완료한 알루미늄바디에 존재하는 알루미늄 산화막이 제거되도록, 하기의 작업조건에서 연마구 바디를 에칭하는 것을 특징으로 하는, 알루미늄바디 다이아몬드 연삭구의 제조방법.

    작업조건= NaOH: 50~80g/L, PH: 12~13, 온도: 30~50℃, 작업시간: 1~3분
  5. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 (c) 단계는,
    상기 에칭처리 후 알루미늄바디에 존재하는 스머트를 제거하고, 알루미늄을 활성화할 수 있도록 질산을 이용하여 하기의 작업조건에서 디스머트 처리하는 것을 특징으로 하는, 알루미늄바디 다이아몬드 연삭구의 제조방법.

    작업조건= 질산: 400~500ml/L, PH :1이하, 온도:30~60 ℃,작업시간: 20~60초.
  6. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 (d) 단계와 (f) 단계는,
    상기 질산을 이용한 디스머트 및 아연도금층의 활성화 처리를 완료한 알루미늄바디에 니켈도금 층과의 밀착성이 향상되도록, 하기의 작업조건에서 징케이트처리를 하는 것을 특징으로 하는, 알루미늄바디 다이아몬드 연삭구의 제조방법.

    작업조건=징케이트액(550~600ml/L), PH: 12~13, 온도:15~30℃, 작업시간: 1~2분
  7. 청구항 2에 있어서,
    상기 (e) 단계는,
    상기 1차 징케이트 처리시 생성된 아연만 남기고 활성화시키고, 동시에 도금된 니켈 및 다수의 합금금속이 제거되도록, 하기의 작업조건에서 아연치환 도금층을 질산박리하는 것을 특징으로 하는, 알루미늄바디 다이아몬드 연삭구의 제조방법.

    작업조건= 질산(400~500ml/L), PH:1이하, 온도: 30~60℃, 작업시간: 10~30초
  8. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 (g) 단계는,
    상기 징케이트 처리가 완료된 알루미늄바디에 표면경도의 향상과 산화 방지 및 표면 조도의 편차가 최소화되도록 하지니켈도금을 수행하되,
    상기 하지니켈도금시 사용되는 도금액은 제작될 제품사항에 따라 Watt욕 또는 Sulfamate욕 또는 무전해니켈욕을 사용하는 것을 특징으로 하는, 알루미늄바디 다이아몬드 연삭구의 제조방법.
  9. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 (i) 단계는,
    니켈 도금시 발생하는 저전류도금층과 고전류도금층 과의 도금편차를 제어하고, 다이아몬드부착도금의 불량률이 최소화되도록 알루미늄 합금으로 이루어진 알루미늄바디에 전류를 공급할 수 있도록 제작한 PVC 소재로 이루어진 치구를 이용하되, 다이아몬드를 부착할 부분만 제외하고 나머지 부분은 도금되지 않도록 차단시키는 것을 특징으로 하는, 알루미늄바디 다이아몬드 연삭구의 제조방법.
  10. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 (j) 단계는,
    상기 치구조립을 완료한 알루미늄바디에 생성되어 있는 유무기 불순물을 제거하여 니켈도금층과의 밀착불량이 방지되도록 하기의 작업조건에서 알칼리탈지를 수행하는 것을 특징으로 하는, 알루미늄바디 다이아몬드 연삭구의 제조방법.

    작업조건== NaOH(30g/L)+Na2CO3(15g/L)+계면활성제(2g/L), PH: 11~13, 온도: 50~60℃, 침적탈지시간: 5~10분
  11. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 (k) 단계는,
    상기 알칼리탈지 공정을 완료한 알루미늄바디를 전해탈지액에 침적 후 전류를 가하여 전해분리 작용을 이용해서 불순물을 제거하여 도금층의 밀착불량이 최소화되도록 하기의 작업조건에서 전해탈지를 수행하는 것을 특징으로 하는, 알루미늄바디 다이아몬드 연삭구의 제조방법.

    작업조건= NaOH(40g/L)+Na3PO4(8g/L)+Na2CO3(10g/L)+계면활성제(1.5g/L),
    PH: 11~13, 온도: 50~60℃, 전류밀도: 5~10A/dm2, 도금시간: 1~3분.
  12. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 (l) 단계는,
    상기 전해탈지공정을 완료한 알루미늄바디에 도금되어있는 아연치환 도금과 다이아몬드부착도금 층과의 밀착력이 향상되도록 고전류밀도를 이용하여 하기의 작업조건에서 니켈도금을 수행하는 것을 특징으로 하는, 알루미늄바디 다이아몬드 연삭구의 제조방법.

    작업조건= 염화니켈(240g/L)+염산(120ml/L), PH: 1이하, 온도: 상온, 전류밀도: 5~10A/dm2, 도금시간: 1~3분.
  13. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 (m) 단계는,
    Watt욕 또는 Sulfamate욕 또는 무전해니켈욕에 다이아몬드가 첨가된 니켈도금액을 사용하는 것을 특징으로 하는, 알루미늄바디 다이아몬드 연삭구의 제조방법.
  14. (i)알루미늄바디에 전류를 공급하면서 다이아몬드를 부착할 부위에만 다이아몬드를 부착도금 할 수 있도록 제작한 치구를 조립하는 치구조립단계;
    (a)알루미늄 합금으로 이루어진 알루미늄바디를 비이온계면활성제와 솔벤트 나프타를 이용하여 에멀션탈지하는 단계;
    (b)상기 탈지된 알루미늄바디를 수산화나트륨을 이용하여 에칭하는 단계;
    (c)상기 에칭된 알루미늄바디를 질산을 이용하여 스머트를 제거하는 디스머트단계;
    (d)상기 디스머트단계를 거친 알루미늄바디에 1차 징케이트 처리를 실시하는 단계;
    (m)상기 1차 징케이트 처리를 수행한 알루미늄 바디에 다이아몬드를 첨가한 니켈복합도금액을 이용하여 다이아몬드를 부착하는 다이아몬드부착도금 공정을 수행하는 단계;
    (n)다이아몬드부착도금 수행 후 치구분리를 수행하는 단계; 및
    (o)치구분리 후 상기 알루미늄바디를 2차 건조하는 단계;를 포함하는,
    알루미늄바디 다이아몬드 연삭구의 제조방법.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 (d) 단계 이후에,
    (l)1차 징케이트 처리가 수행된 알루미늄바디에 니켈스트라이크도금단계를 수행하는 것을 특징으로 하는, 알루미늄바디 다이아몬드 연삭구의 제조방법.
  16. 청구항 14 또는 청구항 15에 있어서,
    상기 (d) 단계 이후에,
    (g)상기 1차 징케이트 처리가 수행된 일루미늄바디에 하지니켈도금단계를 수행하는 것을 특징으로 하는, 알루미늄바디 다이아몬드 연삭구의 제조방법.
  17. 청구항 14에 있어서,
    상기 (d) 단계 이후에,
    (e)질산박리 공정을 이용하여 합금니켈을 박리하는 단계와,
    (f)2차 징케이트 처리 단계를 포함하는,
    알루미늄바디 다이아몬드 연삭구의 제조방법.
  18. 청구항 17에 있어서,
    상기 (f) 단계 이후에,
    (l)2차 징케이트 처리가 수행된 알루미늄바디에 니켈스트라이크도금단계를 수행하는 것을 특징으로 하는, 알루미늄바디 다이아몬드 연삭구의 제조방법.
  19. 청구항 17에 있어서,
    상기 (f) 단계 이후에,
    상기 (f) 단계에 의한 2차 징케이트 처리가 수행된 알루미늄바디에 (g)하지니켈도금단계를 수행하는 것을 특징으로 하는, 알루미늄바디 다이아몬드 연삭구의 제조방법.
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