KR20170106941A - 에칭액 재생 및 구리 회수 장치 - Google Patents

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김영석
임성환
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레캅 주식회사
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Abstract

본 발명은 에칭액 재생 및 구리 회수 장치에 관한 것으로, 폐 에칭액을 재생시키는 재생조 및 전해구리도금조 없이 에칭조에서 에칭액을 재생하고 구리를 회수하는 장치에 있어서, 에칭공정이 수행되는 에칭조; 상기 에칭조를 채우며, 에칭력을 갖는 에칭액; 상기 에칭조에 배치된 양극전극 및 음극전극; 상기 양극전극과 음극전극을 연결하여 전류를 인가하는 정류기; 상기 에칭조에 배치되어 구리 농도를 측정하는 광센서; 및 상기 에칭조와 정류기를 제어하기 위한 제어부; 를 포함하여 폐 예칭액의 재생과 구리의 회수가 에칭조에서 이루어지는 것을 기술적 특징으로 하며, 재생조 또는 전해구리도금조가 필요 없으며, 사용 중인 에칭액 내에서 곧바로 황산 기반의 에칭액 재생 및 구리 회수가 가능한 장점이 있다.

Description

에칭액 재생 및 구리 회수 장치{Device for Regeneration of Etchant and Copper Recovery}
본 발명은 재생조 또는 전해구리도금조가 필요 없으며, 사용 중인 에칭액 내에서 곧바로 황산 기반의 에칭액 재생 및 구리 회수가 가능한, 에칭액 재생 및 구리 회수 장치에 관한 것이다.
에칭은 PCB(Printed Circuit Board), TAB(Tape Automated Bonding), BGA(Ball Grid Array), COF(Chip On Flexible Printed Circuit), 리드 프레임(Lead frame)등의 전자부품 및 정밀부품의 회로 형성에 있어서, 선택적으로 회로만을 남겨두고 구리 및 구리합금을 제거하는 공정이다.
일반적으로, 에칭 메카니즘은 먼저 에칭액이 구리 및 구리합금의 표면을 산화시켜 금속산화물이 되고, 이러한 금속산화물을 용해시키는 과정을 반복하여 이루어지게 된다.
이러한 에칭 공정에 의해 발생되는 폐 에칭액은 유독성을 가지며, 이를 처리하기 위하여 폐 에칭액의 화학적인 희석, 침전, 치환 등의 여러 가지 방법을 사용하고 있는 실정이다.
그러나, 폐 에칭액을 처리하기 위하여, 다량의 중화제 및 산화 환원제의 사용하는 것은 2차 오염물을 생성시키는 원인이 되고 있으며, 화학적 처리 방법에 의해 생성되는 슬러지를 다시 처리해야 한다는 문제점이 있었다.
상기 문제점을 해결하기 위해, 대한민국등록특허공보 제10-1291554호(2013.08.08.)에는 알지비 컬러센서를 이용한 에칭액 재생 및 구리 회수 장치 및 방법이 개시되어 있다.
상기 에칭액 재생 및 구리 회수 장치는 에칭조에서 에칭이 진행됨에 따라 노화되는 폐 에칭액을 재생조로 이송시키고, 이를 전기분해 방식으로 실시간 재생시킴으로써, 폐 에칭액이 발생되는 것을 방지할 수 있고, 유독한 농염산의 음극실액과 섞인 구리를 자동으로 분리 회수한 후, 압착 방식으로 염산액을 짜내어 구리를 덩어리 형태로 회수하여 작업자를 유독한 환경으로부터 보호할 수 있는 장점이 있지만, 염산 기반의 에칭액 재생에 적용되는 것으로 황산 기반의 에칭액 재생에는 적합하지 않으며, 에칭조에서 생성된 폐 에칭액을 재생시키기 위한 재생조와 재생조에서 석출된 구리를 회수하기 위한 회수조가 별도로 구비되어야 하는 단점이 있다.
KR 10-1291554 B1 2013.08.08.
본 발명의 목적은 재생조 또는 전해구리도금조가 필요 없으며, 사용 중인 에칭액 내에서 곧바로 황산 기반의 에칭액 재생 및 구리 회수가 가능한, 에칭액 재생 및 구리 회수 장치를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 다음과 같은 수단을 제공한다.
본 발명은, 폐 에칭액을 재생시키는 재생조 및 전해구리도금조 없이 에칭조에서 에칭액을 재생하고 구리를 회수하는 장치에 있어서, 에칭공정이 수행되는 에칭조; 상기 에칭조를 채우며, 에칭력을 갖는 에칭액; 상기 에칭조에 배치된 양극전극 및 음극전극; 상기 양극전극과 음극전극을 연결하여 전류를 인가하는 정류기; 및 상기 에칭조와 정류기를 제어하기 위한 제어부; 를 포함하는, 폐 예칭액의 재생과 구리의 회수가 에칭조에서 이루어지는 에칭액 재생 및 구리 회수 장치를 제공한다.
상기 에칭액은 과산화수소(H2O2)와 황산(H2SO4), 과산화이중황산나트륨(Na2S2O8)과 황산(H2SO4), 과산화이중황산칼륨(K2S2O8)과 황산(H2SO4) 및 과산화황산수소칼륨(KHSO5)과 황산(H2SO4)으로 구성된 군으로부터 선택된 어느 하나를 포함한다.
상기 에칭조에 배치되어 구리 농도를 측정하는 광센서를 추가적으로 포함한다.
상기 제어부는 상기 광센서로부터 상기 에칭액의 구리 농도를 전달받으며, 구리 농도가 일정 수준을 초과하면 정류기에 신호를 송출하여 상기 정류기로부터 상기 양극전극과 음극전극에 전류를 공급하도록 한다.
본 발명에 따른 에칭액 재생 및 구리 회수 장치는, 재생조 또는 전해구리도금조가 필요 없으며, 사용 중인 에칭액 내에서 곧바로 황산 기반의 에칭액 재생 및 구리 회수가 가능한 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 에칭액 재생 및 구리 회수 장치의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 에칭액 재생 및 구리 회수 장치의 개략도이다.
이하, 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 에칭액 재생 및 구리 회수 장치의 개략도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 에칭액 재생 및 구리 회수 장치는,
에칭공정이 수행되는 에칭조(10);
상기 에칭조(10)를 채우며, 에칭력을 갖는 에칭액(20);
상기 에칭조(10)에 배치되어 구리 농도를 측정하는 광센서(30);
상기 에칭조(10)에서 생성된 폐 에칭액(50)을 재생시키기 위한 전해구리도금조(40);
상기 전해구리도금조(40)에 배치된 음극전극(60) 및 양극전극(70);
상기 음극전극(60)과 양극전극(70)을 연결하여 전류를 인가하는 정류기(80); 및
상기 에칭조(10)와 정류기(80)를 제어하기 위한 제어부(90);
를 포함한다.
상기 에칭조(10)는 절연기판 상에 형성된 금속층에 대하여 에칭 공정을 행하기 위한 공간을 제공한다. 상기 에칭조(10)에는 에칭력을 갖는 에칭액(20)으로 채워진다.
상기 에칭액은 과산화수소(H2O2)와 황산(H2SO4), 과산화이중황산나트륨(Na2S2O8)과 황산(H2SO4), 과산화이중황산칼륨(K2S2O8)과 황산(H2SO4) 및 과산화황산수소칼륨(KHSO5)과 황산(H2SO4)으로 구성된 군으로부터 선택된 어느 하나를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 광센서(30)는 상기 에칭액(20)의 구리 농도를 측정하여 본 발명에 따른 에칭액 재생 및 구리 회수 장치의 구리 회수율을 최적화시키기 위한 구성요소로써, 도 1에서와 같이, 상기 에칭조(10)에 설치될 수 있다.
상기 전해구리도금조(40)는 에칭조(10)와 배관 연결되어 에칭조(10)로부터 이송된 폐 에칭액(50)을 수용하도록 마련된다.
상기 전해구리도금조(40)에는 음극전극(60) 및 양극전극(70)이 설치된다.
상기 전해구리도금조(40)에서는 전해구리도금을 통해 폐 에칭액(50)의 재생 및 구리의 회수가 이루어진다.
상기 양극전극(70)은 티타늄 표면에 이리듐을 포함한 백금족 산화물이 코팅된 불용성 전극을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 음극전극(60)의 재질은 특별히 한정되지 아니한다.
상기 음극전극(60)의 면적은 상기 양극전극(70)의 면적의 2배 이하인 것이 바람직하며, 전기도금시 전압이 2~6V 인 것이 바람직하다.
상기 음극전극(60)의 면적이 상기 양극전극(70)의 면적의 2배 초과이면 전압이 상승하여 정류기가 Down되는 현상이 발생할 수 있다. 상기 전기도금시 전압이 2V 미만이면 구리 회수율이 저하되는 문제가 있고, 6V 초과이면 정류기가 Down되는 현상이 발생할 수 있다.
상기 음극전극(60)은 플레이트 형태 또는 메쉬(Mesh) 형태로 마련되는 것이 바람직하다.
상기 음극전극(60)은 구리 회수 후, 쉽게 교체할 수 있도록 구성하는 것이 바람직하다.
상기 양극전극(70)과 음극전극(60)은 상기 정류기(80)로 연결된다. 상기 정류기(80)는 상기 양극전극(70)과 음극전극(60)에 전류를 공급한다.
에칭액의 구리 농도를 감지하는 광센서(30)는 구리 농도가 일정 수준을 초과할 경우 제어부(90)에 신호를 송출한다.
상기 제어부(90)는 상기 광센서(30)로부터 상기 에칭액(20)의 구리 농도를 전달받으며, 구리 농도가 일정 수준을 초과하면 정류기(80)에 신호를 송출하여 정류기(80)로부터 상기 양극전극(70)과 음극전극(60)에 전류를 공급하도록 한다.
상기 양극전극(70)과 음극전극(60)에 인가되는 전원은, 전류밀도 3~16(A/d㎡)의 직류 전원을 각 전극에 공급하는 것이 바람직하다. 상기 전류밀도가 3(A/d㎡) 미만이면 구리 전착율이 저하되는 문제가 있고, 16(A/d㎡) 초과이면 정류기가 Down되는 현상이 발생할 수 있다.
전원 인가로 인해 폐 에칭액(50) 속에 구리 이온이 음극전극(60)의 표면에 전착되며, 폐 에칭액(50)은 재생 처리된다.
상기 에칭조(10)와 전해구리도금조(40)에는 에칭액순환라인이 설치되며, 상기 에칭액순환라인을 통해 상기 에칭조(10)에서 생성된 폐 에칭액(50)이 상기 전해구리도금조(40)로 이송되며, 상기 전해구리도금조(40)에서 재생된 에칭액이 상기 에칭조(10)로 순환되도록 마련될 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 에칭액 재생 및 구리 회수 방법을 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 에칭액 재생 및 구리 회수 방법은,
에칭액(20)의 구리 농도를 감지하는 단계(단계 1);
구리 농도가 일정 수준을 초과하면 양극전극(70) 및 음극전극(60)에 전원을 인가하는 단계(단계 2); 및
상기 구리 이온이 표면에 전착된 음극전극(60)을 교체하는 단계(단계 3);
를 포함한다.
본 발명은 에칭조(10)에 있는 에칭액(20)이 전해구리도금조(40)로 이송되고, 전해구리도금조(40)에서 전해구리도금을 실시한 후에 다시 에칭조(10)로 이송되는 순환이 반복적으로 수행된다.
상기 단계 1에서, 에칭액(20)의 구리 농도를 감지하는 광센서(30)는 구리 농도가 일정 수준을 초과할 경우 제어부(90)에 신호를 송출한다.
상기 단계 2에서, 상기 제어부(90)는 상기 광센서(30)로부터 상기 에칭액(20)의 구리 농도를 전달받으며, 구리 농도가 일정 수준을 초과하면 정류기(80)에 신호를 송출하여 정류기(80)로부터 상기 양극전극(70)과 음극전극(60)에 전류를 공급하도록 한다.
상기 양극전극(70) 및 음극전극(60)에 인가되는 전원은, 전류밀도 3~16(A/d㎡)의 직류 전원을 각 전극에 공급하는 단계로 마련될 수 있다. 전기도금시 전압이 2~6V인 것이 바람직하다.
상기 전류밀도가 3(A/d㎡) 미만이면 구리 전착율이 저하되는 문제가 있고, 16(A/d㎡) 초과이면 정류기가 Down되는 현상이 발생할 수 있다.
상기 전압이 2V 미만이면 구리 회수율이 저하되는 문제가 있고, 6V 초과이면 정류기가 Down되는 현상이 발생할 수 있다.
전원 인가로 인해 폐 에칭액(50) 속에 구리 이온이 음극전극(60)의 표면에 전착되며, 폐 에칭액(50) 속의 구리 이온 농도가 낮아져서 재생된다.
상기 전해구리도금조(40)에서 재생된 에칭액이 에칭액순환라인 및 펌프의 구동에 의해 에칭조(10)로 순환된다.
상기 단계 3에서 상기 음극전극(60)를 교체하므로써 회수조가 필요없이 음극전극(60)에 도금된 구리를 용이하게 회수할 수 있는 장점이 있다.
전술한 과정이 반복됨으로써, 에칭 공정의 진행과 동시에 구리를 간단한 방법으로 회수시킬 수 있으며, 폐 에칭액 또한 재생시켜 반복적으로 사용이 가능하게 된다.
본 발명에 따른 에칭액 재생 및 구리 회수 장치 및 방법은, 에칭조에서 에칭이 진행됨에 따라 노화되는 폐 에칭액을 전해구리도금조로 이송시키고, 전기도금 방식으로 재생시킴으로써, 폐 에칭액이 발생되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 에칭조에서 생성된 폐 에칭액을 재생시키기 위한 재생조와 재생조에서 석출된 구리를 회수하기 위한 회수조가 필요 없으며, 전해구리도금을 통해 간단한 방법으로 구리를 회수하고 폐 에칭액을 재생시킬 수 있다.
다음은, 도 2를 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 에칭액 재생 및 구리 회수 장치에 대해 설명한다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 에칭액 재생 및 구리 회수 장치의 개략도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 에칭액 재생 및 구리 회수 장치는,
에칭공정이 수행되는 에칭조(110);
상기 에칭조(110)를 채우며, 에칭력을 갖는 에칭액(120);
상기 에칭조(110)에 배치된 양극전극(130) 및 음극전극(140);
상기 양극전극(130)과 음극전극(140)을 연결하여 전류를 인가하는 정류기(150);
상기 에칭조(110)에 배치되어 구리 농도를 측정하는 광센서(160); 및
상기 에칭조(110)와 정류기(150)를 제어하기 위한 제어부(170);
를 포함한다.
상기 에칭조(110)는 절연기판 상에 형성된 금속층에 대하여 에칭 공정을 행하기 위한 공간을 제공한다. 상기 에칭조(110)에는 에칭력을 갖는 에칭액(120)으로 채워진다.
상기 에칭조(110)는 에칭 공정뿐만 아니라, 구리 회수 및 폐 에칭액을 재생시키는 전해구리도금조의 역할까지 수행하므로, 별도로 전해구리도금조가 필요없는 것이 특징이다.
상기 에칭액은 과산화수소(H2O2)와 황산(H2SO4), 과산화이중황산나트륨(Na2S2O8)과 황산(H2SO4), 과산화이중황산칼륨(K2S2O8)과 황산(H2SO4) 및 과산화황산수소칼륨(KHSO5)과 황산(H2SO4)으로 구성된 군으로부터 선택된 어느 하나를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 양극전극(130)은 상기 에칭조(110)에 배치되며, 전원연결 시 양극전극이 용해되어 상기 에칭액(120)을 용해시키지 않도록 구성하는 것이 바람직하며, 티타늄 표면에 이리듐을 포함한 백금족 산화물이 코팅된 불용성 전극을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 음극전극(140)은 상기 양극전극(130)과 일정 거리 이격되어 상기 에칭조(110)에 배치되며, 상기 에칭액(120)을 오염시키지 않는 범위 내에서 재질이 특별히 한정되지 아니한다.
상기 음극전극(140)의 면적은 상기 양극전극(130)의 면적의 2배 이하인 것이 바람직하며, 전원 연결시 전압이 2~6V 인 것이 바람직하다. 상기 전압이 2V 미만이면 구리 회수율이 저하되는 문제가 있고, 6V 초과이면 정류기가 Down되는 현상이 발생할 수 있다.
상기 음극전극(140)은 플레이트 형태 또는 메쉬(Mesh) 형태로 마련되는 것이 바람직하다.
상기 음극전극(140)은 구리 회수 후, 쉽게 교체할 수 있도록 구성하는 것이 바람직하다.
상기 양극전극(130)과 음극전극(140)은 상기 정류기(150)로 연결된다. 상기 정류기(150)는 상기 양극전극(130)과 음극전극(140)에 전류를 공급한다.
상기 광센서(160)는 상기 에칭액(120)의 구리 농도를 측정하여 본 발명에 따른 에칭액 재생 및 구리 회수 장치의 구리 회수율을 최적화시키기 위한 구성요소로써, 도 2에서와 같이, 상기 에칭조(110)에 설치될 수 있다.
상기 제어부(170)는 상기 광센서(160)로부터 상기 에칭액(120)의 구리 농도를 전달받으며, 구리 농도가 일정 수준을 초과하면 정류기(150)에 신호를 송출하여 정류기(150)로부터 상기 양극전극(130)과 음극전극(140)에 전류를 공급하도록 한다.
상기 양극전극(130)과 음극전극(140)에 인가되는 전원은, 전류밀도 3~16(A/d㎡)의 직류 전원을 각 전극에 공급하는 것이 바람직하다.
전원 인가로 인해 상기 음극전극(140) 표면에 구리가 전착되고, 이에 따라 폐 에칭액은 재생 처리되며, 상기 음극전극(140)를 교체하므로써 회수조가 필요없이 음극전극(140)에 도금된 구리를 용이하게 회수할 수 있는 장점이 있다.
본 발명의 다른 실시예는 재생조 또는 전해구리도금조가 필요 없으며, 사용 중인 에칭액 내에서 곧바로 황산 기반의 에칭액 재생 및 구리 회수가 가능한 장점이 있다.
이하, 실시 예를 통하여 본 발명의 구성 및 효과를 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시 예는 오로지 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐 본 발명의 범위가 이들 실시 예에 의해 제한되는 것은 아니다.
도 1과 같이 에칭액 재생 및 구리 회수 장치를 제조하였다. 에칭조(10)에서 생성된 폐 에칭액을 전해구리도금조(40)로 이송시켰다. 양극전극(70) 및 음극전극(60)에 전원을 인가하여 폐 에칭액 속에 구리 이온이 음극전극(60)의 표면에 전착되며, 폐 에칭액이 재생되도록 하였다. 상기 전해구리도금조(40)에서 재생된 에칭액이 에칭조(10)로 순환되도록 하였다. 상기 에칭액은 과산화수소(H2O2)와 황산(H2SO4)을 포함하도록 하였다. 전해구리도금조(40)에 위치한 양극전극(70)과 음극전극(60)에 인가되는 전원은, 전류밀도 6(A/d㎡)의 직류 전원을 각 전극에 공급하였다. 전해구리도금 시간은 5분으로 하였다.
실시예 1에서 에칭액을 과산화수소(H2O2)와 황산(H2SO4) 대신 과산화이중황산나트륨(Na2S2O8)과 황산(H2SO4)을 포함한 것을 제외하고, 나머지는 동일하게 하였다.
실시예 1에서 에칭액을 과산화수소(H2O2)와 황산(H2SO4) 대신 과산화이중황산칼륨(K2S2O8)과 황산(H2SO4)을 포함한 것을 제외하고, 나머지는 동일하게 하였다.
실시예 1에서 에칭액을 과산화수소(H2O2)와 황산(H2SO4) 대신 과산화황산수소칼륨(KHSO5)과 황산(H2SO4)을 포함한 것을 제외하고, 나머지는 동일하게 하였다.
[비교예 1]
실시예 1에서 에칭액을 과산화수소(H2O2)와 황산(H2SO4) 대신 염화제이구리(CuCl2·2H2O)와 염산(HCl)을 포함한 것을 제외하고, 나머지는 동일하게 하였다.
[실험예 1]
실시예 1 내지 실시예 4 및 비교예 1의 전해구리도금조(40)에서 전해구리도금을 각각 4회 반복 실시하였으며, 폐 에칭액에 남아 있는 구리의 양을 측정하여 표 1에 나타내었다.

 폐 에칭액에 있는 Cu농도
(g/ℓ)		 남아있는 Cu농도 (g/ℓ)
1 2 3 4
실시예 1 34.9 3.2 3.1 2.3 1.9
실시예 2 33.9 2.9 2.2 1.9 1.3
실시예 3 35.9 3.6 3.2 2.6 2.2
실시예 4 34.6 3.8 3.5 2.9 2.3
비교예 1 36.6 25.5 18.7 10.5 9.7
표 1에 의하면, 실시예 1 내지 실시예 4는 비교예 1에 비하여 구리 회수율이 매우 우수한 것을 확인할 수 있다.
10 : 에칭조 20 : 에칭액
30 : 광센서 40 : 전해구리도금조
50 : 폐 에칭액 60 : 음극전극
70 : 양극전극 80 : 정류기
90 : 제어부
110 : 에칭조 120 : 에칭액
130 : 양극전극 140 : 음극전극
150 : 정류기 160 : 광센서
170 : 제어부

Claims (4)

  1. 폐 에칭액을 재생시키는 재생조 및 전해구리도금조 없이 에칭조에서 에칭액을 재생하고 구리를 회수하는 장치에 있어서,
    에칭공정이 수행되는 에칭조;
    상기 에칭조를 채우며, 에칭력을 갖는 에칭액;
    상기 에칭조에 배치된 양극전극 및 음극전극;
    상기 양극전극과 음극전극을 연결하여 전류를 인가하는 정류기; 및
    상기 에칭조와 정류기를 제어하기 위한 제어부;
    를 포함하는,
    폐 예칭액의 재생과 구리의 회수가 에칭조에서 이루어지는 에칭액 재생 및 구리 회수 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 에칭액은 과산화수소(H2O2)와 황산(H2SO4), 과산화이중황산나트륨(Na2S2O8)과 황산(H2SO4), 과산화이중황산칼륨(K2S2O8)과 황산(H2SO4) 및 과산화황산수소칼륨(KHSO4)과 황산(H2SO4)으로 구성된 군으로부터 선택된 어느 하나를 포함하는,
    폐 예칭액의 재생과 구리의 회수가 에칭조에서 이루어지는 에칭액 재생 및 구리 회수 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 에칭조에 배치되어 구리 농도를 측정하는 광센서를 추가적으로 포함하는,
    폐 예칭액의 재생과 구리의 회수가 에칭조에서 이루어지는 에칭액 재생 및 구리 회수 장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 광센서로부터 상기 에칭액의 구리 농도를 전달받으며, 구리 농도가 일정 수준을 초과하면 정류기에 신호를 송출하여 상기 정류기로부터 상기 양극전극과 음극전극에 전류를 공급하도록 하는,
    폐 예칭액의 재생과 구리의 회수가 에칭조에서 이루어지는 에칭액 재생 및 구리 회수 장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20210048109A (ko) 2019-10-23 2021-05-03 김재구 에칭액 재생시스템
KR20210055162A (ko) 2019-11-07 2021-05-17 김재구 폐 에칭액의 불순물 저감 시스템

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