KR102646682B1 - 다이아몬드 마이크로 휠 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 다이아몬드 매트릭스를 만드는 다이아몬드 매트릭스 제조단계와, 제조된 다이아몬드 매트릭스를 가공하여 다이아몬드 펠렛을 만드는 펠렛 가공단계와, 샹크 모재를 준비하는 샹크 모재 준비단계와, 준비된 샹크 모재를 가공하여 상기 다이아몬드 펠렛과 결합될 샹크를 만드는 샹크 제조단계와, 다이아몬드 펠렛과 샹크를 브레이징 결합하는 브레이징단계와, 샹크에 결합된 다이아몬드 펠렛의 외경을 설계된 수치로 만들어주는 외경 가공단계를 포함하는, 다이아몬드 마이크로 휠 제조방법에 관한 것이다.
Description
본 발명은 반도체용 웨이퍼 식각공정에 사용되는 샤워헤드의 미세 홀 표면 조도를 향상시켜, 식각공정의 균일도를 높일 수 있는 다이아몬드 마이크로 휠을 제공하는 것이다.
반도체 공정중 식각(에칭) 공정은 회로의 패턴 중 불필요한 부분을 깍아 제거하는 공정으로, 웨이퍼에 식각에 사용되는 가스를 균일하게 제공하는 것이 중요하다.
이런 균일성 향상을 위하여 도 1에 도시된 바와 같이 에칭 챔버(1)로 가스를 주입한 후, 샤워헤드(2)를 통해 웨이퍼(3)에 가스를 분배 주입하였다.
이때, 샤워헤드(2)에 형성된 미세 홀(2-1) 표면 조도가 낮을 경우 가스가 미세 홀을 통과하는 과정에서 와류가 형성되어 웨이퍼(3)에 균일하게 공급되지 못하는 문제점이 있다.
따라서, 종래에는 샤워헤드(2)의 미세 홀(2-1) 조도를 높이기 위하여 도 2에 도시된 바와 같이 샤워헤드(2)에 다이아몬드 드릴(4)로 미세 홀(2-1)을 천공한 후, 다이아몬드 와이어(5)를 이용하여 미세 홀 표면을 다듬는 조도향상 공정이 이루어졌다.
그러나, 다이아몬드 와이어(5)의 경우 자동화 공정에 적합하지 못한 내구성/형상/정밀도를 가지기 때문에, 종래에는 작업자들이 수천개의 미세 홀 표면을 수작업으로 직접 다듬어야 하는 문제점이 있었다.
수작업 공정의 경우 재현성이 떨어지는 단점이 있을 뿐만 아니라, 많은 시간과 비용을 필요로 하는 단점 또한 가지고 있으므로, 미세 홀 가공 자동화 장비에 결합 사용될 수 있는 새로운 장비 개발 필요성이 대두되고 있는 실정이다.
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 샤워헤드의 미세홀 가공에 최적화된 다이아몬드 마이크로 휠 제조방법을 제공하는 것이다.
또한, 다이아몬드 펠렛 제작 과정에서 다이아몬드 매트릭스 물성치 손상을 최소화 가능한 다이아몬드 마이크로 휠 제조방법을 제공하는 것이다.
그리고, 다이아몬드 펠렛을 만들기 위해 소모되는 에너지를 최소화 가능한 다이아몬드 마이크로 휠 제조방법을 제공하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명인 다이아몬드 마이크로 휠 제조방법은, 다이아몬드 매트릭스를 만드는 다이아몬드 매트릭스 제조단계(S100); 제조된 다이아몬드 매트릭스를 가공하여 다이아몬드 펠렛을 만드는 펠렛 가공단계(S200); 샹크 모재를 준비하는 샹크 모재 준비단계(S300); 준비된 샹크 모재를 가공하여 상기 다이아몬드 펠렛과 결합될 샹크를 만드는 샹크 제조단계(S400); 다이아몬드 펠렛과 샹크를 브레이징 결합하는 브레이징단계(S500); 및 샹크에 결합된 다이아몬드 펠렛의 외경을 설계된 수치로 만들어주는 외경 가공단계(S600);를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 펠렛 가공단계(S200)에서 만들어진 다이아몬드 펠렛 형상이 설계된 형상과 설정된 수치 이상의 유사성을 가지는지를 검사하는 펠렛 형상검사단계(S700); 상기 샹크 제조단계(S400)에서 만들어진 샹크 형상이 설계된 형상과 설정된 수치 이상의 유사성을 가지는지를 검사하는 샹크 형상검사단계(S800);를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 펠렛 가공단계(S200)와 상기 외경 가공단계(S600)에서 워터 젯 레이저(10)가 사용되는 것;을 특징으로 한다.
상기 다이아몬드 매트릭스 제조단계(S100)는 다이아몬드 매트릭스 원료를 혼합하는 매트릭스 원료 혼합단계(S110); 혼합된 원료를 성형틀에 넣어 제조 형상을 잡아주는 매트릭스 성형단계(S120); 성형틀에 위치된 원료를 프레스로 누른 후 가열하여 덩어리로 만들어 주는 매트릭스 소결단계(S130);를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 펠렛 가공단계(S200)는 다이아몬드 매트릭스에 워터젯 레이저를 인가하여 다이아몬드 펠렛을 추출하는 추출 가공단계(S210); 다이아몬드 펠렛의 중앙부에 레이저를 인가하여 상기 샹크가 결합되는 체결홈을 형성하는 체결홈 가공단계(S220);를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 샹크 제조단계(S400)는 샹크 모재를 설계 형상보다 크게 1차 가공하는 샹크 황삭단계(S410); 상기 샹크 황삭단계(S410)에서 1차 가공된 샹크 모재를 정밀 가공하여 샹크를 만드는 샹크 가공단계(S420);를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 브레이징 단계(S500) 에서의 브레이징은 650도 내지 750도에서 이루어지는 것;을 특징으로 한다.
상기 브레이징은 진공로에서 이루어지는 것;을 특징으로 한다.
상기 브레이징에서 상기 다이아몬드 펠렛과 샹크는 은납으로 연결되는 것;을 특징으로 한다.
또한, 다이아몬드 매트릭스를 만드는 다이아몬드 매트릭스 제조단계(S100); 제조된 다이아몬드 매트릭스를 가공하여 다이아몬드 펠렛을 만드는 펠렛 가공단계(S200); 샹크 모재를 준비하는 샹크 모재 준비단계(S300); 준비된 샹크 모재를 가공하여 상기 다이아몬드 펠렛과 결합될 샹크를 만드는 샹크 제조단계(S400); 다이아몬드 펠렛과 샹크를 브레이징 결합하는 브레이징단계(S500); 및 샹크에 결합된 다이아몬드 펠렛의 외경을 설계된 수치로 만들어주는 외경 가공단계(S600);를 포함하고, 상기 펠렛 가공단계(S200)와 상기 외경 가공단계(S600)에서 워터젯 레이저(10)가 사용되고, 상기 다이아몬드 매트릭스 제조단계(S100)는 다이아몬드 매트릭스 원료를 혼합하는 매트릭스 원료 혼합단계(S110)와, 혼합된 원료를 성형틀에 넣어 제조 형상을 잡아주는 매트릭스 성형단계(S120)와, 성형틀에 위치된 원료를 프레스로 누른 후 가열하여 덩어리로 만들어 주는 매트릭스 소결단계(S130);를 포함하고, 상기 펠렛 가공단계(S200)는 다이아몬드 매트릭스에 워터젯 레이저를 인가하여 다이아몬드 펠렛을 추출하는 추출 가공단계(S210)와, 다이아몬드 펠렛의 중앙부에 레이저를 인가하여 상기 샹크가 결합되는 체결홈을 형성하는 체결홈 가공단계(S220);를 포함하고, 상기 샹크 제조단계(S400)는 샹크 모재를 설계 형상보다 크게 1차 가공하는 샹크 황삭단계(S410)와, 상기 샹크 황삭단계(S410)에서 1차 가공된 샹크 모재를 정밀 가공하여 샹크를 만드는 샹크 가공단계(S420);를 포함하고, 상기 브레이징 단계(S500) 에서의 브레이징은 650도 내지 750도의 온도 및 5torr~10torr의 압력에서 진행되고, 워터젯 레이저(10)는 반경방향 일측에 물 유입구(11)가 형성되고 하측에 노즐(12)이 형성되는 레이저 챔버(13)와, 상기 레이저 챔버(13) 상측에 노즐(12)과 마주보게 배치되고 입사되는 레이저를 상기 노즐(12)의 배출구 내경에 맞춰 모아주는 윈도우(14)와, 상기 윈도우(14)로 입사되는 레이저(L)를 모아주는 포커싱 렌즈(15);를 포함하고, 상기 브레이징은 진공로에서 이루어지고, 상기 브레이징에서 상기 다이아몬드 펠렛과 샹크는 은납으로 연결되고, 상기 외경 가공단계(S600) 이후에 세척을 통해 가공 과정에서 다이아몬드 마이크로 휠에 부착된 이물질을 제거하는 세척단계(S910)와, 만들어진 다이아몬드 마이크로 휠(1000)의 품질을 검사하는 품질검사단계(S920)와, 다이아몬드 마이크로 휠(1000)의 마킹 및 포장이 이루어지는 마킹 및 포장단계(S930)와, 포장된 제품을 출하하는 출하단계(S940)가 이루어지는 것;을 특징으로 한다.
또한, 다이아몬드 매트릭스를 만드는 다이아몬드 매트릭스 제조단계(S100); 제조된 다이아몬드 매트릭스를 가공하여 다이아몬드 펠렛을 만드는 펠렛 가공단계(S200); 샹크 모재를 준비하는 샹크 모재 준비단계(S300); 준비된 샹크 모재를 가공하여 상기 다이아몬드 펠렛과 결합될 샹크를 만드는 샹크 제조단계(S400); 다이아몬드 펠렛과 샹크를 브레이징 결합하는 브레이징단계(S500); 및 샹크에 결합된 다이아몬드 펠렛의 외경을 설계된 수치로 만들어주는 외경 가공단계(S600);를 포함하고, 상기 펠렛 가공단계(S200)와 상기 외경 가공단계(S600)에서 워터젯 레이저(10)가 사용되고, 상기 다이아몬드 매트릭스 제조단계(S100)는 다이아몬드 매트릭스 원료를 혼합하는 매트릭스 원료 혼합단계(S110)와, 혼합된 원료를 성형틀에 넣어 제조 형상을 잡아주는 매트릭스 성형단계(S120)와, 성형틀에 위치된 원료를 프레스로 누른 후 가열하여 덩어리로 만들어 주는 매트릭스 소결단계(S130);를 포함하고, 상기 펠렛 가공단계(S200)는 다이아몬드 매트릭스에 워터젯 레이저를 인가하여 다이아몬드 펠렛을 추출하는 추출 가공단계(S210)와, 다이아몬드 펠렛의 중앙부에 레이저를 인가하여 상기 샹크가 결합되는 체결홈을 형성하는 체결홈 가공단계(S220);를 포함하고, 상기 샹크 제조단계(S400)는 샹크 모재를 설계 형상보다 크게 1차 가공하는 샹크 황삭단계(S410)와, 상기 샹크 황삭단계(S410)에서 1차 가공된 샹크 모재를 정밀 가공하여 샹크를 만드는 샹크 가공단계(S420);를 포함하고, 상기 브레이징 단계(S500) 에서의 브레이징은 650도 내지 750도의 온도 및 5torr~10torr의 압력에서 진행되고, 워터젯 레이저(10)는 반경방향 일측에 물 유입구(11)가 형성되고 하측에 노즐(12)이 형성되는 레이저 챔버(13)와, 상기 레이저 챔버(13) 상측에 노즐(12)과 마주보게 배치되고 입사되는 레이저를 상기 노즐(12)의 배출구 내경에 맞춰 모아주는 윈도우(14)와, 상기 윈도우(14)로 입사되는 레이저(L)를 모아주는 포커싱 렌즈(15);를 포함하고, 상기 브레이징은 진공로에서 이루어지고, 상기 브레이징에서 상기 다이아몬드 펠렛과 샹크는 은납으로 연결되고, 상기 외경 가공단계(S600) 이후에 세척을 통해 가공 과정에서 다이아몬드 마이크로 휠에 부착된 이물질을 제거하는 세척단계(S910)와, 만들어진 다이아몬드 마이크로 휠(1000)의 품질을 검사하는 품질검사단계(S920)와, 다이아몬드 마이크로 휠(1000)의 마킹 및 포장이 이루어지는 마킹 및 포장단계(S930)와, 포장된 제품을 출하하는 출하단계(S940)가 이루어지는 것;을 특징으로 한다.
본 발명인 다이아몬드 마이크로 휠 제조방법은 워터젯 레이저를 이용하여 가공이 이루어지므로, 보다 정밀한 가공이 가능한 장점이 있다.
상세히 설명하면, 워터젯 레이저를 이용하여 다이아몬드 펠렛을 가공하므로, 연마저항에 의해 다이아몬드 입자가 탈락하는 문제와, 다이아몬드 입자가 탈락하며 치수 규격이 부정확해지는 문제를 방지 가능한 것이다.
또한, 가공에 워터 젯 레이저를 사용하므로, 일반적인 레이저를 이용하여 가공을 진행할 때와 비교하여 가공 정밀도를 높이고 필요 에너지를 최소화 가능한 장점이 있다.
그리고, 진공 및 고온 분위기에서 브레이징이 이루어지므로, 다이아몬드 펠렛과 샹크의 결합이 공고히 이루어질 수 있을 뿐만 아니라, 다이아몬드 펠렛의 흑연화 또한 최소화 가능한 장점이 있다.
도 1은 에칭 공정에서 사용되는 에칭 챔버를 나타낸 사시도.
도 2는 샤워헤드에 미세 홀을 천공하는 공정을 설명하기 위한 개념도.
도 3은 본 발명인 다이아몬드 마이크로 휠 제조방법을 나타낸 순서도.
도 4는 본 발명인 다이아몬드 마이크로 휠 제조방법을 구체화한 순서도.
도 5는 본 발명인 다이아몬드 마이크로 휠 제조방법을 통해 만들어진 다이아몬드 마이크로 휠을 나타낸 측면도 및 부분 확대도.
도 6 내지 도 8은 본 발명인 다이아몬드 마이크로 휠 제조방법을 설명하기 위한 개념도.
도 9는 본 발명인 다이아몬드 마이크로 휠 제조방법에서 사용되는 워터 젯 레이저를 나타낸 개념도.
도 2는 샤워헤드에 미세 홀을 천공하는 공정을 설명하기 위한 개념도.
도 3은 본 발명인 다이아몬드 마이크로 휠 제조방법을 나타낸 순서도.
도 4는 본 발명인 다이아몬드 마이크로 휠 제조방법을 구체화한 순서도.
도 5는 본 발명인 다이아몬드 마이크로 휠 제조방법을 통해 만들어진 다이아몬드 마이크로 휠을 나타낸 측면도 및 부분 확대도.
도 6 내지 도 8은 본 발명인 다이아몬드 마이크로 휠 제조방법을 설명하기 위한 개념도.
도 9는 본 발명인 다이아몬드 마이크로 휠 제조방법에서 사용되는 워터 젯 레이저를 나타낸 개념도.
본 발명의 실시예들에 대한 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.
본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명의 실시예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 다이아몬드 마이크로 휠 제조방법(S1000)에 관하여 설명한다.
도 1은 에칭 공정에서 사용되는 에칭 챔버를 나타낸 사시도이고, 도 2는 샤워헤드에 미세 홀을 천공하는 공정을 설명하기 위한 개념도이고, 도 3은 본 발명인 다이아몬드 마이크로 휠 제조방법을 나타낸 순서도이고, 도 4는 본 발명인 다이아몬드 마이크로 휠 제조방법을 구체화한 순서도이고, 도 5는 본 발명인 다이아몬드 마이크로 휠 제조방법을 통해 만들어진 다이아몬드 마이크로 휠을 나타낸 측면도 및 부분 확대도이고, 도 6 내지 도 8은 본 발명인 다이아몬드 마이크로 휠 제조방법을 설명하기 위한 개념도이고, 도 9는 본 발명인 다이아몬드 마이크로 휠 제조방법에서 사용되는 워터 젯 레이저를 나타낸 개념도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명인 다이아몬드 마이크로 휠 제조방법(S1000)은 다이아몬드 매트릭스를 만드는 다이아몬드 매트릭스 제조단계(S100)와, 제조된 다이아몬드 매트릭스를 가공하여 다이아몬드 펠렛을 만드는 펠렛 가공단계(S200)와, 샹크 모재를 준비하는 샹크 모재 준비단계(S300)와, 준비된 샹크 모재를 가공하여 상기 다이아몬드 펠렛과 결합될 샹크를 만드는 샹크 제조단계(S400)와, 다이아몬드 펠렛과 샹크를 브레이징 결합하는 브레이징단계(S500)와, 샹크에 결합된 다이아몬드 펠렛의 외경을 설계된 수치로 만들어주는 외경 가공단계(S600)를 포함할 수 있다.
상세히 설명하면, 다이아몬드 마이크로 휠(1000)은 도 5에 도시된 바와 같이 다이아몬드 펠렛(100)이 샹크(200)에 결합된 구조를 가지므로, 상기 펠렛 가공단계(S200)에서 상기 다이아몬드 매트릭스 제조단계(S100)에서 만들어진 다이아몬드 매트릭스를 가공하여 다이아몬드 펠렛(100)을 만들고, 샹크 제조단계(S400)에서 샹크 모재 준비단계(S300)에서 준비된 샹크 모재를 이용하여 샹크를 만든 후, 상기 브레이징단계(S500)에서 브레이징 용접 방법을 이용하여 다이아몬드 펠렛(100)과 샹크(200)를 결합하여 다이아몬드 마이크로 휠(1000)을 만든 것이다.
그리고, 도 8에 도시된 바와 같이 외경 가공단계(S600)에서 샹크(200)의 중심축을 기준으로 다이아몬드 펠렛(100)의 가장자리를 가공하여, 샹크(200)의 상하방향 회전축을 중심으로 다이아몬드 펠렛(100)의 전방위 반지름이 일정한 길이를 가지게 하였다.
상세히 설명하면, 정밀한 가공이 이루어지더라도 가공 오차에 의해 결합된 다이아몬드 펠렛(100)과 샹크(200)의 중심축이 어긋나 동일선상에 위치되지 않을 수 있고, 이러한 문제는 다이아몬드 마이크로 휠(1000)을 이용해 이루어지는 샤워헤드의 미세 홀 내부조도(roughness) 개선을 저해하는 요소로 작용하므로, 다이아몬드 펠렛(100)과 샹크(200)를 결합 후 샹크(200)의 중심축을 기준으로 다이아몬드 펠렛(100)의 가장자리를 가공하여 서로의 중심축이 동일선상에 위치될 수 있도록 한 것이다.
또한, 상기 펠렛 가공단계(S200)에서 만들어진 다이아몬드 펠렛과, 상기 샹크 제조단계(S400)에서 만들어진 샹크는 각각 펠렛 형상검사단계(S700)와 샹크 형상검사단계(S800)를 통해 설계된 치수에 맞게 만들어졌는지 검사될 수 있다.
이때, 형상검사는 다양한 방법으로 이루어질 수 있고, 일 실시예로는 카메라를 이용해 촬영된 영상과 저장되어 있는 영상을 비교하여 치수 및 형상의 유사성을 판단하는 방법일 수 있으나, 이 외에도 다양한 방법이 사용될 수 있으므로 한정하지 않는다.
이하에서는 도 4를 참조하여 위에서 설명한 단계를 세분화 하여 구체적으로 설명하도록 한다.
상기 다이아몬드 매트릭스 제조단계(S100)는 다이아몬드 매트릭스 원료를 혼합하는 매트릭스 원료 혼합단계(S110)와, 혼합된 원료를 성형틀에 넣어 제조 형상을 잡아주는 매트릭스 성형단계(S120)와, 성형틀에 위치된 원료를 프레스로 누른 후 가열하여 덩어리로 만들어 주는 매트릭스 소결단계(S130)를 포함할 수 있다.
상세히 설명하면, 상기 매트릭스 원료 혼합단계(S110)에서 다이아몬드 매트릭스 원료가 되는 금속분말과 다이아몬드를 교반장치를 이용하여 혼합하고, 상기 매트릭스 성형단계(S120)에서 원기둥 형상을 가지는 틀에 혼합된 원료를 삽입한 후, 상기 매트릭스 소결단계(S130)에서 소결 공정을 통해 펠렛 가공에 적합한 형상을 가지는 원기둥 형태의 다이아몬드 매트릭스(M)를 만든 것이다.
다이아몬드 매트릭스 원료가 되는 금속분말은 구리, 주석, 철, 코발트, 황동, 텅스텐, 니켈 및 은 중에서 선택된 적어도 하나 이상의 금속분말을 포함한다.
도 6을 참조하면, 상기 펠렛 가공단계(S200)는 다이아몬드 매트릭스(M)에 워터젯 레이저(L)를 인가하여 다이아몬드 펠렛을 추출하는 추출 가공단계(S210)와, 다이아몬드 펠렛의 중앙부에 레이저를 인가하여 상기 샹크가 결합되는 체결홈을 형성하는 체결홈 가공단계(S220)를 포함할 수 있다.
상세히 설명하면, 상기 추출 가공단계(S210)에서 도 6에 도시된 바와 같이 다이아몬드 매트릭스(M)에 워터젯 레이저를 인가하여 다이아몬드 펠렛(100)을 추출하고, 체결홈 가공단계(S220)에서 만들어진 다이아몬드 펠렛(100) 중앙에 레이저를 인가하여 샹크가 결합되는 체결홈을 형성하여 준 것이다.
이때, 도면 상에는 상기 추출 가공단계(S210) 이후 체결홈 가공단계(S220)가 이루어지는 것이 도시되어 있으나, 체결홈 가공단계(S220)가 먼저 이루어진 후 추출 가공단계(S210)가 이루어질 수도 있고, 추출 가공단계(S210)가 먼저 이루어질 경우 추출 가공단계(S210)에서 다이아몬드 매트릭스(M)에 복수개의 체결홈을 형성하고, 추출 가공단계(S210)에서 레이저가 체결홈을 중심으로 원주방향으로 인가되어 다이아몬드 펠렛을 추출할 수 있다.
상기 추출 가공단계(S210)와 상기 체결홈 가공단계(S220)에서 가공이 보다 정밀하게 이루어지기 위해서 직경이 일정한 레이저를 방출하는 워터 젯 레이저를 이용하여 가공이 이루어지는 것을 권장한다.
상기 샹크 제조단계(S400)는 샹크 모재를 설계 형상보다 크게 1차 가공하는 샹크 황삭단계(S410)와, 상기 샹크 황삭단계(S410)에서 1차 가공된 샹크 모재를 정밀 가공하여 샹크를 만드는 샹크 가공단계(S420)를 포함할 수 있다.
샹크의 재질은 텅스텐카바이드, 스테인리스 등이 사용된다.
상세히 설명하면, 샹크(200)는 도 7의 (a)에 도시된 바와 같이 원기둥 형상을 가지되 길이방향 일측에 단면이 좁아지는 테이퍼부(211)가 형성되는 샹크 몸체(210)와, 상기 테이퍼부(211)에 결합되고 단부가 상기 다이아몬드 펠렛(100)과 밀착되어 브레이징 면적을 넓히는 원기둥 형상의 밀착 몸체(220)와, 상기 밀착 몸체(220)의 단부에 돌출 형성되고 상기 다이아몬드 펠렛(100)에 형성된 체결홈(101)에 삽입되는 체결돌기(230)를 포함할 수 있다.
이때, 도 7의 (b)에 도시된 바와 같이 샹크(200)와 다이아몬드 펠렛(100)의 결합이 원활하게 이루어지기 위해서는 밀착 몸체(220)와 체결돌기(230)가 정확한 형상을 가져야 하지만, 밀착 몸체(220)와 체결돌기(230)의 경우 사이즈가 매우 작아 가공이 어려우므로, 상기 샹크 모재 준비단계(S300)에서 선정된 샹크 모재를 샹크 황삭단계(S410)에서 1차 가공하여 기본 형상을 잡아준 후, 샹크 가공단계(S420)에서 정밀 가공하여, 가공이 보다 정확하게 이루어질 수 있도록 한 것이다.
이때, 상기 샹크 가공단계(S420)에서의 가공은 상기 펠렛 가공단계(S200)와 마찬가지로 워터 젯 레이저가 사용될 수 있음은 물론이다.
상기 브레이징단계(S500)에서는 상기 다이아몬드 펠렛(100)과 상기 샹크(200)의 접촉면적이 매우 작기 때문에 일반적인 브레이징으로는 접합강도가 부족할 뿐만 아니라, 펠렛이 쉽게 흑연화 되어 제품 품질이 저하되는 문제가 발생한다.
따라서, 본 발명에서는 650도 내지 750도에서 브레이징 공정을 실행하여 은납을 이용한 브레이징으로도 충분한 접합강도를 얻을 수 있도록 하였으며, 650도 미만에서는 은납이 완전히 용융되지 않아 브레이징이 잘되지 않아 부러지게되고, 750도를 초과하면 다이아몬드가 흑연화되어 절삭날 역할을 하는 다이아몬드가 연질되어 가공성이 떨어지므로, 5torr~10torr 진공로에서 브레이징이 이루어지도록 하여 높은 온도에서 브레이징을 진행할 경우 발생하는 다이아몬드 흑연화를 최소화 하였다.
상기 외경 가공단계(S600) 이후에는 세척을 통해 가공 과정에서 부착된 이물질을 제거하는 세척단계(S910)와, 만들어진 다이아몬드 마이크로 휠(1000)의 품질을 검사하는 품질검사단계(S920)와, 다이아몬드 마이크로 휠(1000)의 마킹 및 포장이 이루어지는 마킹 및 포장단계(S930)와, 포장된 제품을 출하하는 출하단계(S940)가 이루어질 수 있다.
도 9를 참조하면 상기 워터 젯 레이저(10)는 반경방향 일측에 물 유입구(11)가 형성되고 하측에 노즐(12)이 형성되는 레이저 챔버(13)와, 상기 레이저 챔버(13) 상측에 노즐(12)과 마주보게 배치되고 입사되는 레이저를 상기 노즐(12)의 배출구 내경에 맞춰 모아주는 윈도우(14)와, 상기 윈도우(14)로 입사되는 레이저(L)를 모아주는 포커싱 렌즈(15)를 포함할 수 있다.
상세히 설명하면, 레이저(L)의 경우 집중되는 과정에서 직경이 변화되어 정밀한 가공이 어려운 문제점이 있으므로, 본 발명에서는 물과 함께 레이저를 방출하여 레이저 폭이 일정하게 유지될 수 있도록 한 것이다.
다시한번 설명하면, 방출되는 물 내부에서 레이저가 반사되어 물 이상으로 레이저의 직경이 넓어지지 않을 수 있도록 한 것이다.
이때, 물 유입구(11)에서 제공되는 물의 압력은 50bar~800bar일 수 있고, 상기 레이저의 출력은 20W-400W일 수 있다.
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.
S100 : 다이아몬드 매트릭스 제조단계
S110 : 매트릭스 원료 혼합단계
S120 : 매트릭스 성형단계 S130 : 매트릭스 소결단계
S200 : 펠렛 가공단계 S210 : 추출 가공단계
S220 : 체결홈 가공단계
S300 : 샹크 모재 준비단계
S400 : 샹크 제조단계 S410 : 샹크 황삭단계
S420 : 샹크 가공단계
S500 : 브레이징단계
S600 : 외경 가공단계 S700 : 펠렛 형상검사단계
S800 : 샹크 형상검사단계
S110 : 매트릭스 원료 혼합단계
S120 : 매트릭스 성형단계 S130 : 매트릭스 소결단계
S200 : 펠렛 가공단계 S210 : 추출 가공단계
S220 : 체결홈 가공단계
S300 : 샹크 모재 준비단계
S400 : 샹크 제조단계 S410 : 샹크 황삭단계
S420 : 샹크 가공단계
S500 : 브레이징단계
S600 : 외경 가공단계 S700 : 펠렛 형상검사단계
S800 : 샹크 형상검사단계
Claims (9)
- 다이아몬드 매트릭스를 만드는 다이아몬드 매트릭스 제조단계(S100);
제조된 다이아몬드 매트릭스를 가공하여 다이아몬드 펠렛을 만드는 펠렛 가공단계(S200);
샹크 모재를 준비하는 샹크 모재 준비단계(S300);
준비된 샹크 모재를 가공하여 상기 다이아몬드 펠렛과 결합될 샹크를 만드는 샹크 제조단계(S400);
다이아몬드 펠렛과 샹크를 브레이징 결합하는 브레이징단계(S500); 및
샹크에 결합된 다이아몬드 펠렛의 외경을 설계된 수치로 만들어주는 외경 가공단계(S600);를 포함하고,
상기 펠렛 가공단계(S200)와 상기 외경 가공단계(S600)에서 워터젯 레이저(10)가 사용되고,
상기 다이아몬드 매트릭스 제조단계(S100)는 다이아몬드 매트릭스 원료를 혼합하는 매트릭스 원료 혼합단계(S110)와, 혼합된 원료를 성형틀에 넣어 제조 형상을 잡아주는 매트릭스 성형단계(S120)와, 성형틀에 위치된 원료를 프레스로 누른 후 가열하여 덩어리로 만들어 주는 매트릭스 소결단계(S130);를 포함하고,
상기 펠렛 가공단계(S200)는 다이아몬드 매트릭스에 워터젯 레이저를 인가하여 다이아몬드 펠렛을 추출하는 추출 가공단계(S210)와, 다이아몬드 펠렛의 중앙부에 레이저를 인가하여 상기 샹크가 결합되는 체결홈을 형성하는 체결홈 가공단계(S220);를 포함하고
상기 샹크 제조단계(S400)는 샹크 모재를 설계 형상보다 크게 1차 가공하는 샹크 황삭단계(S410)와, 상기 샹크 황삭단계(S410)에서 1차 가공된 샹크 모재를 정밀 가공하여 샹크를 만드는 샹크 가공단계(S420);를 포함하고,
상기 브레이징 단계(S500) 에서의 브레이징은 650도 내지 750도의 온도 및 5torr~10torr의 압력에서 진행되고,
워터젯 레이저(10)는 반경방향 일측에 물 유입구(11)가 형성되고 하측에 노즐(12)이 형성되는 레이저 챔버(13)와, 상기 레이저 챔버(13) 상측에 노즐(12)과 마주보게 배치되고 입사되는 레이저를 상기 노즐(12)의 배출구 내경에 맞춰 모아주는 윈도우(14)와, 상기 윈도우(14)로 입사되는 레이저(L)를 모아주는 포커싱 렌즈(15);를 포함하고,
상기 브레이징은 진공로에서 이루어지고, 상기 브레이징에서 상기 다이아몬드 펠렛과 샹크는 은납으로 연결되고,
상기 외경 가공단계(S600) 이후에 세척을 통해 가공 과정에서 다이아몬드 마이크로 휠에 부착된 이물질을 제거하는 세척단계(S910)와, 만들어진 다이아몬드 마이크로 휠(1000)의 품질을 검사하는 품질검사단계(S920)와, 다이아몬드 마이크로 휠(1000)의 마킹 및 포장이 이루어지는 마킹 및 포장단계(S930)와, 포장된 제품을 출하하는 출하단계(S940)가 이루어지는 것;을 특징으로 하는, 다이아몬드 마이크로 휠 제조방법.
- 제 1항에 있어서,
상기 펠렛 가공단계(S200)에서 만들어진 다이아몬드 펠렛 형상이 설계된 형상과 설정된 수치 이상의 유사성을 가지는지를 검사하는 펠렛 형상검사단계(S700);
상기 샹크 제조단계(S400)에서 만들어진 샹크 형상이 설계된 형상과 설정된 수치 이상의 유사성을 가지는지를 검사하는 샹크 형상검사단계(S800);를 포함하는, 다이아몬드 마이크로 휠 제조방법.
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