KR20170037066A - 전기 도금 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 전기 도금 장치 및 방법은 도금층이 형성되는 피도금체, 전원을 공급받아 피도금체의 표면에 전기도금을 하기위한 음극전극 및 양극전극, 음극전극 및 양극전극에 교류전원을 공급하는 제1 전원공급원, 음극전극 및 양극전극과 제1 전원공급원 사이에 연결되어 전원 공급을 스위칭하는 스위칭부, 및 스위칭부를 제어하여 음극전극 및 양극전극에 교류전원을 공급하며 피도금체에 도금층을 형성하도록 제어하는 제어부를 포함한다. 본 발명의 전기 도금 장치 및 방법은 교류전원을 인가하여 부도체에 도금이 가능하고, 피도금체의 표면을 균일하고 치밀한 원자구조를 갖도록 도금하여 보다 견고한 도금층을 형성할 수 있다.

Description

전기 도금 장치 및 방법{Apparatus and method for electroplating}
본 발명은 도금 방법에 관한 것으로, 구체적으로는 부도체에 도금이 가능하며 보다 균일하고 견고하게 도금할 수 있는 전기 도금 장치 및 방법에 관한 것이다.
도금기술은 소재 및 부품의 표면을 물리적 처리, 화학적 처리, 전기화학적 처리에 의해 내식성, 내구성, 전도성 등의 기능을 부여하거나 외관을 미려하게 하여 최종 제품의 부가가치를 높이는 기술로, 소재 및 부품산업의 핵심기술이라고 할 수 있다. 도금기술은 크게 수용액에서 이루어지는 습식도금 기술과 대기 및 진공상태에서 이루어지는 건식도금 기술로 분류할 수 있으며, 습식도금 분야는 전기도금, 무전해도금, 양극산화, 화성처리 등으로 이루어져 있고, 건식도금 분야는 용융도금, 용사, 물리증착, 화학증착 등으로 이루어져 있다. 습식도금은 여러 가지 문제점을 나타내고 있으나 빠른 도금속도, 높은 경제성, 다양한 기능성 부여 용이, 연속공정 및 대량생산 용이 등의 장점으로 인해 현재뿐 아니라 앞으로도 계속 성장할 분야이다.
용사(Thermal Spray)란 분말 혹은, 선형재료를 고온열원으로부터 용융액적으로 변화시켜 고속으로 기재에 충돌시켜 급냉응고 적층한 피막을 형성하는 기술이다. 재료의 가열, 용융을 위해 에너지 밀도가 높은 연소화염, Arc 및 플라즈마 등의 열원을 필요로 한다. 용사는 성질이 다른 재료로 기재표면에 피막을 형성하는 기술은 기재가 보유하고 있는 특성을 살리고, 결함을 보완할 수 있으며, 재료기능의 다양화 및 고도화를 가능하게 하는 표면처리법의 하나이다. 용사 도금법을 이용하면 고속으로 두꺼운 피막형성이 가능하며, 금속, 세라믹, 유리 및 플라스틱 등의 재료를 사용할 수 있다. 그리고, 재료의 종류 및 용사공정의 독자적 특징을 잘 이용하는 것으로부터 다른 방법을 이용해서 얻을 수 없는 표면층을 만들어 낼 수 있다. 그러나 이러한 용사 도금법은 균일한 피막의 형성이 어려워 상품성이 저하될 수 있는 단점이 있다.
합착 방식을 이용한 도금은 금속재질의 판을 피도금체에 압력 등을 가하여 합착하는 방식이다. 그러나 이러한 합착 방식의 도금법은 일정 두께를 갖는 금속재질의 판을 합착하여야 하므로 부피 및 무게가 증가하는 단점이 있다.
전기도금은 도금하고자 하는 대상을 캐소드전극으로 하고, 전착시키고자 하는 금속을 애노드 전극으로 하여, 전착시키고자 하는 금속 이온을 함유한 전해액 속에 피전해물과 도금용 금속을 넣고, 두 전극을 통전하여 전리시킴으로써 피전해물의 표면에 금속이온을 침적시키는 현상을 이용하는 것이다. 그러나 이러한 전기도금은 도체를 도금하는데 유용한 방식으로, 부도체의 도금 시에 한계가 있다.
따라서 보다 균일한 도금 표면을 형성하며, 피도금체의 부피 및 무게를 증가시키지 않으며 부도체에 도금이 가능한 도금법이 요구된다.
본 발명의 목적은 도체는 물론 부도체에 도금이 가능한 전기 도금 장치 및 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 균일한 표면 및 치밀한 원자구조를 갖도록 피도금체의 도금이 가능한 보다 향상된 전기 도금 장치 및 방법을 제공하는데 있다.
상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일면은 전기 도금 장치 및 방법에 관한 것이다. 본 발명의 전기 도금 장치 및 방법은 도금층이 형성되는 피도금체; 전원을 공급받아 상기 피도금체의 표면에 전기도금을 하기위한 음극전극 및 양극전극; 상기 음극전극 및 양극전극에 교류전원을 공급하는 제1 전원공급원; 상기 음극전극 및 양극전극과 상기 제1 전원공급원 사이에 연결되어 전원 공급을 스위칭하는 스위칭부; 및 상기 스위칭부를 제어하여 상기 음극전극 및 양극전극에 교류전원을 공급하며 상기 피도금체에 도금층을 형성하도록 제어하는 제어부를 포함한다.
그리고 직류전원을 공급하는 제2 전원공급원을 더 포함한다.
또한 상기 피도금체 도금층의 두께를 측정하기 위한 레벨 측정부를 더 포함한다.
그리고 상기 음극전극 및 양극전극에 공급되는 전원의 필터링을 위한 필터부를 더 포함한다.
또한 양극전극 및 음극전극에 교류전원을 공급하는 단계; 상기 양극전극 및 음극전극에 의해 피도금체에 도금층이 형성되는 단계를 포함한다.
그리고 상기 양극전극 및 음극전극에 의해 피도금체에 도금층이 형성되는 단계는 상기 피도금체에 박막 도금층이 형성되는 단계; 상기 양극전극 및 음극전극에 교류전원의 공급을 중단하는 단계; 상기 형성된 박막 도금층 및 양극전극에 직류전원을 공급하여 도금층의 두께를 증가시키는 단계를 더 포함한다.
또한 상기 양극전극 및 음극전극에 의해 피도금체에 도금층이 형성되는 단계는 상기 피도금체에 박막 도금층이 형성되는 단계; 상기 형성된 박막 도금층 및 양극전극에 직류전원을 공급하고, 음극전극 및 양극전극에 교류전원을 공급하여 도금층의 두께를 증가시키는 단계를 더 포함한다.
또한 상기 피도금체에 박막 도금층이 형성되는 단계는 상기 박막 도금층의 두께를 측정하는 단계를 더 포함한다.
본 발명의 전기 도금 장치 및 방법은 교류전원을 인가하여 부도체에 도금이 가능하고, 피도금체의 표면을 균일하고 치밀한 원자구조를 갖도록 도금하여 보다 견고한 도금층을 형성할 수 있다.
도 1은 본 발명의 전기 도금 장치의 개략적인 구성을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 전기 도금 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 전기 도금 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 전기 도금 방법의 실행과정을 나타내는 순서도이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 전기 도금 방법의 실행과정을 나타내는 순서도이다.
본 발명을 충분히 이해하기 위해서 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상세히 설명하는 실시예로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공 되어지는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어 표현될 수 있다. 각 도면에서 동일한 구성은 동일한 참조부호로 도시한 경우가 있음을 유의하여야 한다. 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 기술은 생략된다.
도 1은 본 발명의 전기 도금 장치의 개략적인 구성을 도시한 도면이고, 도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 전기 도금 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하여, 본 발명의 제1 실시예에 따른 전기 도금 장치(100)는 도금조(10), 피도금체(20), 양극전극(30), 음극전극(32), 제1 전원공급원(50), 제2 전원공급원(40), 스위칭부(56), 제1 필터부(54), 제2 필터부(44), 제어부(60) 및 액추에이터(70)를 포함한다. 전기 도금 장치(100)는 도 1에 도시된 바와 같이 제1 전원공급원(50)으로부터 교류전원이 양극전극(30) 및 음극전극(32)에 인가되는 개시조건을 갖는다. 도금조(10)는 전기 도금을 위한 전해액을 담고 있으며, 전해액이 담긴 도금조(10)에 피도금체(20)를 넣어 전기 도금을 실행한다. 피도금체(20)는 도체 또는 부도체일 수 있으며, 피도금체(20)의 내부에 음극전극(32)이 배치되고, 외부에 양극전극(30)이 전해액에 잠겨 배치되어 음극 및 양극전극(32, 30)에 전원이 공급되면 피도금체(20)의 표면에 도금층이 형성된다.
양극전극(30) 및 음극전극(32)은 전원을 공급받아 피도금체(20)의 표면에 도금층을 형성하도록 한다. 예를 들어 양극전극(30) 및 음극전극(32)에 제1 전원공급원(50)으로부터 교류전원이 공급되면, 양극전극(30) 및 음극전극(32)은 커패시터와 같이 작동하여 두 전극 간에 전기의 흐름이 발생해 피도금체(20)의 표면에 박막 도금층을 형성한다.
제1 전원공급원(50)은 양극전극(30) 및 음극전극(32)에 교류전원을 공급한다. 여기서 교류전원은 정현파, 펄스파 및 삼각파 등 다양한 형상의 파형일 수 있다. 양극전극(30) 및 음극전극(32)에 의해 피도금체(20)의 표면에 일정 기준 두께를 충족하는 박막 도금층이 형성되면, 제어부(60)를 통해 제1 스위치(52)를 오프 시키고 제2 스위치(42)를 온 시켜 이때 형성된 박막 도금층에 제2 전원공급원(40)으로부터 직류전원을 공급하여 박막 도금층의 두께를 증가시켜 도금층(22)을 형성한다. 여기서 표면의 박막 도금층의 두께는 예를 들어 레벨 측정부(미도시)를 통해 전압레벨을 측정한다. 이에 대한 보다 자세한 설명은 도 4 및 도 5를 참조하여 아래에서 하도록 한다.
스위칭부(56)는 제1 스위치(52) 및 제2 스위치(42)를 포함한다. 제1 스위치(52)는 제1 전원공급원(50) 및 제1 필터부(54) 사이에 구성되어 양극전극(30) 및 음극전극(32)에 공급되는 교류전원의 온/오프 동작을 수행한다. 제2 스위치(42)는 제2 전원공급원(40) 및 제2 필터부(44) 사이에 구성되어 박막 도금층 및 양극전극(30)에 공급되는 직류전원의 온/오프 동작을 수행한다.
제1 필터부(54)는 제1 스위치(52) 및 음극전극(32) 사이에 구성되어 직류를 차단하며, 여기서 필터 역할은 커패시터가 대신할 수 있다. 제2 필터부(44)는 제2 스위치(42) 및 액추에이터(70) 사이에 구성되어 교류를 차단하며, 여기서 필터 역할은 인덕터가 대신할 수 있다. 액추에이터(70)는 제2 필터부(44)의 종단에 연결된 프로브(72)가 박막 도금층에 커넥팅될 수 있도록 수직 또는 수평방향으로 이동시킨다. 제어부(60)는 스위치부(56) 및 액추에이터(70)의 동작을 제어하여 음극전극, 양극전극 및 박막 도금층에 교류전원 또는 직류전원을 인가하여 피도금체(20)에 도금층(22)을 형성한다.
따라서 먼저 피도금체(20)의 양극전극(30) 및 음극전극(32)에 교류전원을 인가하여 박막 도금층을 형성하고, 여기에 직류전원을 인가하여 박막 도금층의 두께를 보다 빠르게 증가시켜 도금층(22)을 형성할 수 있으므로, 피도금체(20)가 도체가 아닐 경우에도 교류전원을 이용해 전기도금을 실행할 수 있다. 이러한 도금방법은 예를 들어 인덕션용 주방기구에 강자성체의 도금층을 형성하는 경우 적용되어 도체가 아닌 부도체의 주방기구에도 도금을 할 수 있다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 전기 도금 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 3을 참조하여, 제2 실시예에 따른 전기 도금 방법은 제1 전원공급원(50)과 제2 전원공급원(40)을 이용하여 교류전원과 직류전원을 모두 공급하여 도금을 실행한다. 먼저 제1 실시예와 동일한 방식으로 박막 도금층을 형성하고, 이때 제1 스위치(52)는 오프 시키지 않고 계속 온 상태를 유지시키면서 제2 스위치(42)를 온 시켜 교류전원과 직류전원이 동시에 공급되도록 하여 박막 도금층의 두께를 증가시켜 도금층(22)의 형성을 완료한다.
따라서 음극전극(32), 양극전극(30) 및 박막 도금층에 교류전원와 직류전원을 동시에 공급함으로써 피도금체(20)에 보다 빠르게 도금층(22)을 형성할 수 있고, 전하의 흐름이 주기적으로 방향을 반전시키는 교류전원의 특성을 이용하여 도금층(22)을 치밀한 원자구조를 갖도록 형성하여 보다 균일하고 견고한 도금층(22)을 형성할 수 있다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 전기 도금 방법의 실행과정을 나타내는 순서도이다.
도 4를 참조하여, 전해액에 피도금체를 담금 단계(S100)는 도금조(10)에 채워진 전해액에 피도금체(20)를 담그는 단계이다. 양극전극(30) 및 음극전극에(32) AC 전원 인가 단계(S110)는 제1 스위치(52)를 온 시켜 양극전극(30) 및 음극전극(32)에 교류전원을 인가하는 단계이다. 여기서 제1 스위치(52)와 음극전극(32) 사이에는 제1 필터부(54)가 구성되어 직류를 차단한다. 박막 도금층 형성 단계(S120)는 양극전극(30) 및 음극전극(32)이 커패시터로 동작하여 피도금체(20)의 표면에 박막 도금층을 형성하는 단계이다. 박막 도금층 전압 레벨 측정 단계(S130)는 레벨 측정부를 통해 예를 들어 박막 도금층의 전압레벨을 측정하여 박막 도금층에서 일정 기준 레벨 이상의 전압이 측정되는지를 판별한다. AC 전원 OFF 단계(S140)는 전 단계에서 일전 기준 레벨 이상의 전압이 측정되면 제어부(60)를 통해 제1 스위치(52)를 오프 시켜 교류전원의 공급을 중단하는 단계이다. 박막 도금층 및 양극전극에 DC 전원 인가 단계(S150)는 제어부(60)를 통해 제2 스위치를 온 시켜 박막 도금층과 양극전극(30)에 직류전원을 공급하여 박막 도금층의 두께를 증가시키는 단계이다. 여기서 제2 스위치(42)와 액추에이터(70) 사이에는 제2 필터부(44)가 구성되어 교류를 차단한다. 이와 같은 동작을 통해 도금층 형성 완료 단계(S160)로 넘어가 도금층(22)의 형성함으로써 도금을 완료한다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 전기 도금 방법의 실행과정을 나타내는 순서도이다.
도 5를 참조하여, 전해액에 피도금체를 담금 단계(S200)는 도금조(10)에 채워진 전해액에 피도금체(20)를 담그는 단계이다. 양극전극(30) 및 음극전극에(32) AC 전원 인가 단계(S210)는 제1 스위치(52)를 온 시켜 양극전극(30) 및 음극전극(32)에 교류전원을 인가하는 단계이다. 여기서 제1 스위치(52)와 음극전극(32) 사이에는 제1 필터부(54)가 구성되어 직류를 차단한다. 박막 도금층 형성 단계(S220)는 양극전극(30) 및 음극전극(32)이 커패시터로 동작하여 피도금체(20)의 표면에 박막 도금층을 형성하는 단계이다. 박막 도금층 전압 레벨 측정 단계(S230)는 레벨 측정부를 통해 예를 들어 박막 도금층의 전압레벨을 측정하여 박막 도금층에서 일정 기준 레벨 이상의 전압이 측정되는지를 판별한다. 여기서 제1 실시예와는 달리 제1 스위치(52)는 온 상태를 유지시킨다. 박막 도금층 및 양극전극에 DC 전원 인가 단계(S240)는 제어부(60)를 통해 제2 스위치(42)를 온 시켜 박막 도금층과 양극전극(30)에 직류전원을 공급하여 계속적으로 공급되던 교류전원과 동시에 공급되어 박막 도금층의 두께를 증가시키는 단계이다. 여기서 제2 스위치(42)와 액추에이터(70) 사이에는 제2 필터부(44)가 구성되어 교류를 차단한다. 이와 같은 동작을 통해 도금층 형성 완료 단계(S250)로 넘어가 도금층(22)의 형성함으로써 도금을 완료한다.
따라서 음극전극(32), 양극전극(30) 및 박막 도금층에 교류전원와 직류전원을 동시에 공급함으로써 피도금체(20)에 보다 빠르게 도금층(22)을 형성할 수 있고, 전하의 흐름이 주기적으로 방향을 반전시키는 교류전원의 특성을 이용하여 도금층(22)을 치밀한 원자구조를 갖도록 형성하여 보다 균일하고 견고한 도금층(22)을 형성할 수 있다.
이상에서 설명된 본 발명의 전기 도금 장치 및 방법의 실시예는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속한 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 잘 알 수 있을 것이다.
그럼으로 본 발명은 상기의 상세한 설명에서 언급되는 형태로만 한정되는 것은 아님을 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다. 또한, 본 발명은 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 그 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
10 : 도금조 20 : 피도금체
22 : 도금층 30 : 양극전극
32 : 음극전극 40 : 제2 전원공급원
42 : 제2 스위치 44 : 제2 필터부
50 : 제1 전원공급원 52 : 제1 스위치
54 : 제1 필터부 56 : 스위칭부
60 : 제어부 70 : 액추에이터
72 : 프로브 100 : 전기 도금 장치

Claims (8)

  1. 도금층이 형성되는 피도금체;
    전원을 공급받아 상기 피도금체의 표면에 전기도금을 하기위한 음극전극 및 양극전극;
    상기 음극전극 및 양극전극에 교류전원을 공급하는 제1 전원공급원;
    상기 음극전극 및 양극전극과 상기 제1 전원공급원 사이에 연결되어 전원 공급을 스위칭하는 스위칭부; 및
    상기 스위칭부를 제어하여 상기 음극전극 및 양극전극에 교류전원을 공급하며 상기 피도금체에 도금층을 형성하도록 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 도금 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    직류전원을 공급하는 제2 전원공급원을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 도금 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 피도금체 도금층의 두께를 측정하기 위한 레벨 측정부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 도금 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 음극전극 및 양극전극에 공급되는 전원의 필터링을 위한 필터부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 도금 장치.
  5. 양극전극 및 음극전극에 교류전원을 공급하는 단계;
    상기 양극전극 및 음극전극에 의해 피도금체에 도금층이 형성되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 도금 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 양극전극 및 음극전극에 의해 피도금체에 도금층이 형성되는 단계는
    상기 피도금체에 박막 도금층이 형성되는 단계;
    상기 양극전극 및 음극전극에 교류전원의 공급을 중단하는 단계;
    상기 형성된 박막 도금층 및 양극전극에 직류전원을 공급하여 도금층의 두께를 증가시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 도금 방법.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 양극전극 및 음극전극에 의해 피도금체에 도금층이 형성되는 단계는
    상기 피도금체에 박막 도금층이 형성되는 단계;
    상기 형성된 박막 도금층 및 양극전극에 직류전원을 공급하고, 음극전극 및 양극전극에 교류전원을 공급하여 도금층의 두께를 증가시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 도금 방법.
  8. 제6항 또는 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 피도금체에 박막 도금층이 형성되는 단계는
    상기 박막 도금층의 두께를 측정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 도금 방법.
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