KR102410394B1 - 알루미늄 튜브를 이용한 vcr 피팅유닛의 제조방법 - Google Patents

알루미늄 튜브를 이용한 vcr 피팅유닛의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 알루미늄 튜브를 이용한 VCR 피팅유닛의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 반도체 또는 디스플레이 제조 공정에서 가스와의 화학반응에 의한 불순물 생성을 최소화할 수 있는 VCR 피팅유닛의 제조방법으로서, 알루미늄 튜브를 460~480℃에서 25~30시간 열처리한 후 서서히 노냉시키는 1차 열처리 단계; 상기 1차 열처리된 알루미늄 튜브 내부를 버프 연마(buffing)하는 단계; 상기 버프 연마된 알루미늄 튜브에 알루미늄 그랜드를 용접하는 단계; 상기 알루미늄 그랜드가 용접된 알루미늄 튜브를 460~480℃에서 25~30시간 열처리한 후 서서시 공냉시키는 2차 열처리 단계; 상기 알루미늄 튜브로부터 용접 단계에서 생성된 백비드(back bead)를 제거하는 단계; 상기 알루미늄 튜브의 외부를 광택 처리하는 단계; 상기 광택 처리된 알루미늄 튜브 내부를 액체호닝(liquid honing) 처리하는 단계; 상기 액체호닝 처리된 알루미늄 튜브 내외부를 배럴(barrel) 연마하는 단계; 및 상기 배럴 연마된 알루미늄 튜브를 세정하는 단계;를 포함하는 알루미늄 튜브를 이용한 VCR 피팅유닛의 제조방법에 대한 것이다.

Description

알루미늄 튜브를 이용한 VCR 피팅유닛의 제조방법 {Manufacturing Method of VCR fitting Unit Using Aluminum Tube}
본 발명은 알루미늄 튜브를 이용한 VCR 피팅유닛의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 반도체 또는 디스플레이 제조 공정에서 가스와의 화학반응에 의한 불순물 생성을 최소화할 수 있는 VCR 피팅유닛의 제조방법으로서, 알루미늄 튜브를 460~480℃에서 25~30시간 열처리한 후 서서히 노냉시키는 1차 열처리 단계; 상기 1차 열처리된 알루미늄 튜브 내부를 버프 연마(buffing)하는 단계; 상기 버프 연마된 알루미늄 튜브에 알루미늄 그랜드를 용접하는 단계; 상기 알루미늄 그랜드가 용접된 알루미늄 튜브를 460~480℃에서 25~30시간 열처리한 후 서서시 공냉시키는 2차 열처리 단계; 상기 알루미늄 튜브로부터 용접 단계에서 생성된 백비드(back bead)를 제거하는 단계; 상기 알루미늄 튜브의 외부를 광택 처리하는 단계; 상기 광택 처리된 알루미늄 튜브 내부를 액체호닝(liquid honing) 처리하는 단계; 상기 액체호닝 처리된 알루미늄 튜브 내외부를 배럴(barrel) 연마하는 단계; 및 상기 배럴 연마된 알루미늄 튜브를 세정하는 단계;를 포함하는 알루미늄 튜브를 이용한 VCR 피팅유닛의 제조방법에 대한 것이다.
일반적으로 반도체나 디스플레이 제조 공정과 같은 정밀분야에서 사용되는 가스 배관은 SUS 튜브를 사용하는 것이 일반적이며, SUS 304,316, 316L 등이 대표적으로 사용되었다.
상기 SUS 튜브는 반응성이 낮으며, 강성 및 여러가지 후처리가 가능하여 가스 공급 및 이송 배관으로 널리 활용되었지만, Cleaning Gas(NF3)와 같은 일부 특정가스와 부식작용을 하여 Fe 성분과 같은 불순물을 발생시키고 발생된 불순물이 반도체와 디스플레이 박막에 흡착되어 불량의 원인이 되었다.
한편, 알루미늄 튜브는 SUS 와 반응하는 특정가스와 반응하지 않아, 유착 구간을 최소화하여 반도체나 디스플레이 제조시 화학반응에 의한 불순물 검출을 최소화할 수 있으나, 연성으로 인해 변형이 심하고 전해연마 후처리가 불가능하다는 제한이 있었다. 또한, 튜브 밴딩시 크랙이 발생하기 쉬워 가스의 흐름에 따라 와류현상이 발생할 수 있으며, 용접 과정에서 가스 튜브 내부 막힘현상이 발생할 수 있다는 문제점이 있었다.
한편, 반도체 제조공정을 포함하여 가스를 사용하는 모든 공정에서는 가스의 연결과정에서 가스 누설이 생기지 않도록 완벽하게 실링을 해야 한다. 이를 위한 실링방법은 다양한 피팅 방법이 있으나, 그 중 VCR 피팅 방식(도 1)은 그랜드(gland)를 튜브에 용접하고 두 그랜드 사이에 금속 개스킷을 삽입하고 조임으로써 실링하는 방법이다.
구체적으로 SUS 튜브에 너트를 끼우고 그랜드를 용접하여 붙인다. 두 그랜드 사이에 개스킷을 삽입하고 볼트와 너트를 조여서 두 그랜드 사이를 개스킷으로 압착시킨다. 이러한 VCR형의 피팅은 실링이 완전할 뿐만 아니라 개스킷을 교체함으로써 풀림과 조임을 반복하여 사용할 수 있는 장점이 있는 한편, 가격이 높고 용접을 해야 하는 작업 상의 번거로움이 있다.
본 발명은 알루미늄 튜브를 사용하여 반도체나 디스플레이 제조공정에서 특정가스와의 반응을 막아 불순물을 최소화하면서도, 낮은 강성, 크랙 발생 및 용접시 튜브 내부 막힘현상 등 알루미늄 튜브의 단점을 최소화할 수 있는 VCR 피팅유닛의 제조방법을 개발하였다.
한국공개공보 KR 10-2010-0079218 A 한국공개공보 KR 10-2021-0151532 A
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 알루미늄을 사용하여 SUS 튜브와 달리 특정가스와의 화학적 반응으로 인한 불순물 생성을 최소화하면서도, 낮은 강성, 크랙 발생 및 용접시 튜브 내부 막힘현상 등 알루미늄 튜브의 단점을 최소화할 수 있는 알루미늄 튜브를 이용한 VCR 피팅유닛의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 알루미늄 튜브, 알루미늄 그랜드 및 알루미늄 커넥터를 포함하는 VCR 피팅유닛의 제조방법으로서, 알루미늄 튜브를 460~480℃에서 25~30시간 열처리한 후 서서히 노냉시키는 1차 열처리 단계; 상기 1차 열처리된 알루미늄 튜브 내부를 버프 연마(buffing)하는 단계; 상기 버프 연마된 알루미늄 튜브에 알루미늄 그랜드를 용접하는 단계; 상기 알루미늄 그랜드가 용접된 알루미늄 튜브를 460~480℃에서 25~30시간 열처리한 후 서서시 공냉시키는 2차 열처리 단계; 상기 알루미늄 튜브로부터 용접 단계에서 생성된 백비드(back bead)를 제거하는 단계; 상기 알루미늄 튜브의 외부를 광택 처리하는 단계; 상기 광택 처리된 알루미늄 튜브 내부를 액체호닝(liquid honing) 처리하는 단계; 상기 액체호닝 처리된 알루미늄 튜브 내외부를 배럴(barrel) 연마하는 단계; 및 상기 배럴 연마된 알루미늄 튜브를 세정하는 단계;를 포함하는, 알루미늄 튜브를 이용한 VCR 피팅유닛의 제조방법을 제공한다.
본 발명은 상기 알루미늄 튜브를 세정하는 단계 후에, 알루미늄 그랜드와 용접된 알루미늄 튜브를 알루미늄 그랜드와 용접된 알루미늄 커넥터와 VCR 피팅하는 단계;를 추가로 포함할 수 있다.
또한, 상기 알루미늄 튜브, 알루미늄 그랜드 및 알루미늄 커넥터는 Al-Mg-Si계 합금으로 이루어진 것이 바람직하다.
본 발명의 의하여 제조된 VCR 피팅유닛은 SUS 대신에 알루미늄 튜브를 사용하여 반도체나 디스플레이 제조공정에서 특정가스와의 반응을 막아 불순물을 최소화하면서도, 낮은 강성, 크랙 발생 및 용접시 튜브 내부 막힘현상 등 알루미늄 튜브의 단점을 최소화할 수 있다.
도 1은 기존의 VCR 피팅 방식을 간략히 도시한 단면도이다.
도 2, 3은 본 발명에 따라 VCR 피팅 방식으로 체결된 알루미늄 튜브와 알루미늄 커넥터를 포함하는 피팅유닛을 보여주는 사진이다.
이하, 본 발명의 실시예와 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위해 예시적으로 제시한 것일 뿐, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되지 않는다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가지는 자에 있어서 자명할 것이다.
또한, 달리 정의하지 않는 한, 본 명세서에서 사용되는 모든 기술적 및 과학적 용어는 본 발명이 속하는 기술 분야의 숙련자에 의해 통상적으로 이해되는 바와 동일한 의미를 가지며, 상충되는 경우에는, 정의를 포함하는 본 명세서의 기재가 우선할 것이다.
도면에서 제안된 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다. 그리고, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에서 기술한 "부"란, 특정 기능을 수행하는 하나의 단위 또는 블록을 의미한다.
각 단계들에 있어 식별부호(제1, 제2, 등)는 설명의 편의를 위하여 사용되는 것으로 식별부호는 각 단계들의 순서를 설명하는 것이 아니며, 각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않는 이상 명기된 순서와 다르게 실시될 수 있다. 즉, 각 단계들은 명기된 순서와 동일하게 실시될 수도 있고 실질적으로 동시에 실시될 수도 있으며 반대의 순서대로 실시될 수도 있다.
본 발명은 반도체 또는 디스플레이 제조 공정에서 가스와의 화학반응에 의한 불순물 생성을 최소화하기 위하여, VCR 피팅유닛에서 SUS 튜브가 아닌 알루미늄 튜브를 사용하며, 그 외에도 알루미늄 그랜드 및 알루미늄 커넥터를 사용하는 것을 특징으로 한다.
SUS 튜브는 반응성이 낮으며, 강성 및 여러가지 후처리가 가능하여 가스 공급 및 이송 배관의 재료로 널리 활용되었지만, 일부 특정가스와 반응하여 불순물을 발생시키고 발생된 불순물이 반도체와 디스플레이 박막에 흡착되어 불량의 원인이 되었다.
다만, SUS 튜브 대신 알루미늄 튜브를 사용하는 경우, 알루미늄의 연성으로 인하여 변형이 생길 수 있으며, 전해연마와 같은 후처리가 불가능하고, 밴딩시 크랙이 발생하거나 용접 과정에서 가스 튜브 내부 막힘현상이 발생할 수 있다.
이에 본 발명에서는 알루미늄 튜브로 Al-Mg-Si계 합금 튜브를 사용하고 이후 일련의 후처리 과정을 거침으로써 알루미늄 튜브가 가지는 한계를 극복하는 것을 특징으로 한다.
상기 Al-Mg-Si계 합금 튜브는 알루미늄 튜브의 강성을 높이고 외부에 장기 노출시 산화되어 부식되는 현상을 방지할 수 있으며, 일 실시예로 AL6062, 6063 등이 사용될 수 있다.
이와 같이 준비된 알루미늄 튜브는 알루미늄 튜브를 460~480℃에서 25~30시간 열처리한 후 서서히 노냉시키는 1차 열처리 단계; 상기 1차 열처리된 알루미늄 튜브 내부를 버프 연마(buffing)하는 단계; 상기 버프 연마된 알루미늄 튜브에 알루미늄 그랜드를 용접하는 단계; 상기 알루미늄 그랜드가 용접된 알루미늄 튜브를 460~480℃에서 25~30시간 열처리한 후 서서시 공냉시키는 2차 열처리 단계; 상기 알루미늄 튜브로부터 용접 단계에서 생성된 백비드(back bead)를 제거하는 단계; 상기 알루미늄 튜브의 외부를 광택 처리하는 단계; 상기 광택 처리된 알루미늄 튜브 내부를 액체호닝(liquid honing) 처리하는 단계; 상기 액체호닝 처리된 알루미늄 튜브 내외부를 배럴(barrel) 연마하는 단계; 및 상기 배럴 연마된 알루미늄 튜브를 세정하는 단계;를 거치게 되며, 이하 각 단계를 자세히 살펴본다.
먼저 준비된 알루미늄 튜브는 460~480℃의 고온에서 25~30시간 동안 어닐링(annealing) 과정을 거친 후, 조직이 갑자기 수축하는 것을 방지하기 위하여 용광로 안에서 20~30시간 동안 서서히 냉각 과정을 거친다. 이후 상기 1차 열처리가 완료된 알루미늄 튜브는 내부를 버프 연마(buffing)하여 내부 조도를 매끈하게 처리한다.
이때, 필요에 따라 상기 알루미늄 튜브는 버프 연마 후에 열처리를 통해 밴딩(bending)하는 단계를 추가로 거칠 수 있다. 상기 밴딩 단계에서는 밴딩부를 200~250℃로 가열 후 벤딩처리를 하는 것이 바람직하다.
상기 버프 연마가 완료된 알루미늄 튜브는 이후 알루미늄 그랜드와 용접 연결되게 된다. 상기 알루미늄 그랜드 또한 강성을 높이고 외부에 장기간 노출시 산화되어 부식되는 현상을 방지하기 위하여 Al-Mg-Si계 합금으로 이루어지는 것이 바람직하며, 일 예로 가공성이 좋은 AL 7072 등이 사용될 수 있다.
상기 용접시 백비드(back bead)가 형성되는 조건으로 가공되며, 바람직하게는 튜브 내부로 백비드가 형성되는 1차 용접단계, 튜브 외부로 용접 비드가 형성되며 용접부위를 이중으로 보강하는 2차 용접단계를 거쳐 용접이 이루어질 수 있다.
상기 알루미늄 그랜드와 용접된 알루미늄 튜브는 다시 2차 열처리 과정을 거치게 되며, 1차 열처리와 마찬가지로 460~480℃의 고온에서 25~30시간 동안 어닐링(annealing) 과정을 거친 후, 공냉 방식으로 서서히 냉각 과정을 거친다.
2차 열처리 과정을 거친 후에는 용접부의 백비드(back bead)를 제거하게 되는데, 이는 가스 유체의 흐름을 방해하지 않기 위함이며, 상기 백비드 제거는 래핑(lapping) 처리를 통해서 제거할 수 있다.
상기 백비드까지 제거된 알루미늄 튜브는 외부를 광택 처리(mirror polishing)하는 과정을 거치게 되며, 광택 처리가 완료된 알루미늄 튜브는 내부를 액체호닝(liquid honing) 처리하는 단계를 거치게 된다. 상기 액체호닝 처리 단계는 연마재나 부식 억제제를 첨가한 액체를 고속으로 뿜어내어 연마하는 가공법으로 이 과정에서 앞서 래핑 처리 과정에서 생길 수 있는 표면이 찌그러지거나 갈라진 현상을 보완할 수 있다.
상기 액체호닝 처리 과정에서 사용되는 연마재 슬러리는 다양한 연마재 슬러리가 사용될 수 있으나, 바람직하게는 이산화규소, 산화알루미늄, 산화세륨, 산화 지르코늄, 산화티탄, 질화규소 및 이산화망간으로 구성되는 군에서 선택되는 적어도 하나 이상의 연마재, 탄산암모늄, 탄산수소암모늄, 과염소산 암모늄, 질산암모늄, 황산암모늄, 황산 수소 암모늄 및 요오드화 암모늄으로 구성되는 군에서 선택되는 적어도 하나 이상의 암모늄화합물 및 물을 포함하는 것이 바람직하다.
상기 구성을 가지는 연마재 슬러리는 피연마물의 스크래치 발생이 적고 연마속도가 빨라 본 발명의 알루미늄 튜브 연마에 적합하며, 저장 안정성이 높다. 이는 연마재 입자 간의 과도한 응집물 발생을 암모늄 이온이 방지하고, 암모늄 이온의 피연마물 표면에 작용하여 연마재의 기계적 연마 효과가 극대화될 수 있도록 하기 때문이다.
상기 연마재는 연마용 입자로서 기계적 작용에 의해 피연마면을 연마하며, 이 중 이산화규소의 평균입자 지름은 5~500nm, 바람직하게는 10~200nm이며, 산화알루미늄, 산화지르코늄, 산화티탄, 질화규소 및 이산화망간의 평균입자 지름은 10~10,000nm, 바람직하게는 50~3,000 nm이고, 산화세륨의 평균입자 지름으로 일반적으로 10~10,000nm, 바람직하게는 50~3,000 nm이다.
상기 연마재는 전체 조성물 100 중량부에 대하여 1~25 중량부 포함되는 것이 바람직하며, 연마재의 함유량이 너무 적으면 연마 속도가 떨어지고, 너무 많으면 분산력이 낮아지고 점도가 높아져 취급이 곤란해질 수 있다.
상기 암모늄화합물은 연마 촉진제로서 케미컬의 작용에 의해 연마 작용을 촉진하는 것으로서, 전체 조성물 100 중량부에 대하여 0.05~20 중량부 사용되는 것이 바람직하다. 함유량이 너무 적으면 연마 촉진 효과가 떨어지고 너무 많으면 개량의 정도가 작고 전체적인 연마 물성이 떨어질 수 있다.
또한, 상기 연마재 슬러리는 연마 대상면을 보호하고 분산 안정성을 높이기 위하여 계면활성제를 추가로 포함할 수 있다. 상기 계면활성제는 다양한 종류의 계면활성제가 사용될 수 있으나, 바람직하게는 평균 분자량이 100 이상 1,000 미만인 폴리옥시에틸렌알킬에테르와 평균분자량이 1,000 이상 10,000 미만인 옥시에틸렌과 옥시프로필렌의 공중합체를 포함하는 것이 바람직하다. 이러한 구성에 의하면, 연마 대상면에 흡착되는 성질이 서로 다른 계면 활성제들에 의하여 연마 대상면이 보호되어 연마 대상면인 알루미늄 튜브의 표면 품질이 좀 더 향상될 수 있다.
상기 계면 활성제의 함유량은 특별히 제한하지 않으나, 바람직하게는 전체 연마재 슬러리 100 중량부 기준으로 0.0001~0.05 중량부가 사용될 수 있다. 또한, 상기 옥시에틸렌알킬에테르과 옥시에틸렌과 옥시프로필렌의 공중합체의 중량 비율은 1~10:1인 것이 바람직하다.
한편, 상기 연마재 슬러리는 연마재의 환원을 유도하여 슬러리 조성물의 반응성을 증대시키기 위하여 용존 수소 가스를 추가로 포함할 수 있으며, 예를 들어, 산화세륨의 경우 상기 용존 수소가스에 의해 3가 세륨이온이 증가되고, 4가 세륨 이온이 감소될 수 있으며, 상기 3가 세륨이온의 증가로 인하여 연마재의 반응성이 높아져 연마 대상체와 빠르게 반응할 수 있어 연마 속도가 높아질 수 있다. 상기 용존수소가스의 함량은 0 ppb 초과 2,000 ppb 이하인 것이 바람직하나, 이에 제한되는 것은 아니다.
이와 같이 액체호닝 처리까지 완료된 알루미늄 튜브는 튜브 내외부를 배럴(barrel) 연마하는 단계를 거쳐 미세 불순물등 이물질을 1차적으로 제거한 후, 마지막으로 세정작업을 거칠 수 있다. 상기 세정작업은 화학적 1차 세정, 초음파 2차 세정, 고압(10Mpa 10초 이상 분사) 분사 3차 세정, 알콜 4차 세정으로 이루어질 수 있다.
이와 같이 세정까지 완료된 알루미늄 튜브의 조도를 측정했을 때 최종 조도는 Ra<=0.1㎛인 것이 바람직하다.
상기 알루미늄 튜브의 세정까지 완료한 후에, 마지막으로 알루미늄 그랜드와 용접된 알루미늄 튜브를 알루미늄 그랜드와 용접된 알루미늄 커넥터와 VCR 피팅하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
또한, 상기 알루미늄 커넥터는 엘보우 타입 등 다양한 형태가 사용될 수 있으며, 강성을 높이고 외부에 장기간 노출시 산화되어 부식되는 현상을 방지하기 위하여 Al-Mg-Si계 합금으로 이루어지는 것이 바람직하며, 일 예로 가공성이 좋은 AL 7072 등이 사용될 수 있다.
본 발명은 상기에서 언급한 바와 같이 바람직한 실시예와 관련하여 설명되었으나, 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고, 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.
10 : 암나사형 너트 20 : 그랜드
30: 가스켓 40 : 커넥터 몸체

Claims (3)

  1. 알루미늄 튜브, 알루미늄 그랜드 및 알루미늄 커넥터를 포함하는 VCR 피팅유닛의 제조방법으로서,
    알루미늄 튜브를 460~480℃에서 25~30시간 열처리한 후 서서히 노냉시키는 1차 열처리 단계;
    상기 1차 열처리된 알루미늄 튜브 내부를 버프 연마(buffing)하는 단계;
    상기 버프 연마된 알루미늄 튜브에 알루미늄 그랜드를 용접하는 단계;
    상기 알루미늄 그랜드가 용접된 알루미늄 튜브를 460~480℃에서 25~30시간 열처리한 후 서서시 공냉시키는 2차 열처리 단계;
    상기 알루미늄 튜브로부터 용접 단계에서 생성된 백비드(back bead)를 제거하는 단계;
    상기 알루미늄 튜브의 외부를 광택 처리하는 단계;
    상기 광택 처리된 알루미늄 튜브 내부를 액체호닝(liquid honing) 처리하는 단계;
    상기 액체호닝 처리된 알루미늄 튜브 내외부를 배럴(barrel) 연마하는 단계; 및
    상기 배럴 연마된 알루미늄 튜브를 세정하는 단계;
    를 포함하는, 알루미늄 튜브를 이용한 VCR 피팅유닛의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 알루미늄 튜브를 세정하는 단계 후에,
    알루미늄 그랜드와 용접된 알루미늄 튜브를 알루미늄 그랜드와 용접된 알루미늄 커넥터와 VCR 피팅하는 단계;를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 알루미늄 튜브를 이용한 VCR 피팅유닛의 제조방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 알루미늄 튜브, 알루미늄 그랜드 및 알루미늄 커넥터가 Al-Mg-Si계 합금으로 이루어진 것을 특징으로 하는, 알루미늄 튜브를 이용한 VCR 피팅유닛의 제조방법.
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