KR20190004401A - 금속 포일 연마 장치 및 금속 포일의 표면특성 개선 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 금속 포일의 연마장치 및 금속 포일의 표면특성 개선 방법에 대한 것으로서, 본 발명에 의해 제공되는 연마장치는 금속포일이 이송되며, 상기 금속포일을 경계로 금속포일 표면을 연마하는 브러쉬 및 상기 브러쉬를 받쳐주는 빌리 롤로 구성된 연마수단 및 상기 연마수단에서 연마되어 배출되는 금속포일을 권취하는 와인더를 포함하며, 본 발명에 의해 제공되는 금속 포일의 표면특성 개성 방법은 전기주조에 의해 제조된 금속 포일을 브러쉬 및 상기 브러쉬를 받쳐주는 빌리 롤 사이로 이송되어 연마되는 연마단계 및 상기 연마된 금속 포일을 권취하는 권취 단계를 포함한다.

Description

금속 포일 연마 장치 및 금속 포일의 표면특성 개선 방법{APPARATUS FOR POLISHING METAL FOIL AND METHOD FOR IMPROVING SURFACE PROPERTY OF METAL FOIL}

본 발명은 전기주조를 이용해 제조되는 철-니켈 합금 포일에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 제조된 포일의 형상과 조도 및 포토레지스트(Photo Resist. PR) 밀착력을 제어하는 방법에 관한 것이다.

여러 가지 목적에 의해서 도금은 이루어진다. 사용 목적과 비용에 따라 도금 시스템과 방법이 결정되는데 현재까지 구리, 니켈, 금, 은, 주석, 크롬, 납, 아연 등 수 많은 도금계가 개발되어 사용되고 있다.

철과 그 합금 역시 많은 연구가 이루어지는 도금계 중 하나이다. 철 도금에 관한 연구는 크게 두 가지 방향으로 진행되고 있다. 하나는 상대적으로 저렴한 철로 니켈이나 크롬 등을 대체하는 방향의 연구이고, 다른 한 방향은 다른 원소와의 합금 도금을 통해 특정한 물성을 가진 제품 개발을 위한 연구로서, 예를 들면, Fe-Ni 합금, Fe-Zn 합금, Fe-Cr-Ni 합금, Fe-P 합금, Fe-B 합금, Fe-C 합금, Fe-C-B 합금 등이 그 예이다.

그 중 Fe-Ni계 합금은 최근 많은 연구가 이루어지는 분야 중 하나이다. Fe-Ni계 합금은 고가임에도 불구하고 뛰어난 물성으로 여러 분야에서 사용된다. 그 중 Fe-(80wt)Ni의 퍼말로이(permalloy)는 뛰어난 자기적 특성이 있으며, Fe-(36wt)Ni의 인바(Invar) 합금은 매우 낮은 열팽창 계수를 가진다. 특히, 상기 인바 합금은 Guillaume가 1897년 발견하여 1920년 노벨상을 받은 이후 정밀 기계, 반도체 재료 등에 많이 활용되고 있다. 또한 인바 합금은 니켈의 함량 변화와 코발트 등의 제3의 합금 원소를 추가하는 등의 방법을 통해 다양한 합금 개발로 연결되어 그 활용 범위를 넓혀가고 있다.

이와 같이 다양한 분야에 적용되는 철-니켈 합금을 제조하는 방법은 여러 가지가 있으나, 현재 주로 사용되는 방법은 전통적인 압연법이다. 압연법을 사용하는 경우, 합금의 용해, 단조, 열간 압연, 열처리, 냉간 압연, 열처리 등의 복잡한 공정을 거쳐야 하며, 압연 공정은 대규모 설비가 필요로 하고 에너지 소비가 매우 큰 공정이다.

특히, 얇은 박막재를 생산할 경우 수정의 두께가 얻어질 때까지 압연과 열처리 공정을 반복하여 수행해야 한다. 그리고 얻고자 하는 박막재의 두께가 얇아질수록 공정이 복잡해지고 실수율이 떨어져, 생산 원가가 기하급수적으로 상승한다. 또 두께가 얇아지면 두께와 게재물의 크기가 비슷한 스케일로 되면서 게재물의 영향으로 인해 두께 15㎛ 이하의 포일은 용처에 따라 실용성이 떨어지는 경우가 발생한다.

이러한 종래의 제조 방법의 한계를 극복하기 위하여 최근, 전기주조를 통한 철-니켈 합금 박막 제조에 관한 연구가 많이 이루어지고 있다. 전기주조로 만들어진 철-니켈 합금 포일은 여러 가지 분야에서 그 응용 가능성이 연구되고 있으며, 유기 발광 다이오드(OLED, Organic Light Emitting Diode) 디스플레이도 그 중 한 분야이다.

OLED는 스스로 빛과 색을 내고, 빛의 양을 조절할 수 있으며, 소비 전력이 적고, 응답 속도가 빨라 잔상이 거의 없다는 장점 및 색감이 진하고 밝으면서도 시야각이 넓다는 장점으로 인해 현재 디스플레이 시장에서 LCD(Liquid crystal display)를 대체할 수 있는 차세대 디스플레이로 각광받고 있다.

상기 OLED 디스플레이 제조시 사용되는 RGB 서브-픽셀(sub-pixel)로 구성된 풀 칼라(full color) 소자의 제작은 고온의 증착 장비에서 이루어진다. 상기 증착 장비는 기판, 증착 마스크, 프레임 등으로 구성되는데, 증착 공정이 고온에서 이루어지기 때문에 마스크의 열팽창에 의한 치수 변화로 위치 차이가 발생하게 된다. 이 때문에 기판 위에 부착되는 증착 재료의 위치 및 치수 정밀도가 저하되는 문제가 있다.

따라서, 마스크의 정확한 위치 제어, 열팽창의 방지 및 마스크와 기판의 정밀도를 충족시키기 위해서는 기판의 열팽창계수와 동등 수준의 마스크 및 프레임 재료의 선택이 필수적이다. 즉, 휴대폰, 노트북, TV 등 고화질의 디스플레이가 지속적으로 요구되고 있으며, 따라서 이에 쓰이는 OLED 금속 마스크에 요구되는 물성 또한 고도화되고 있다.

예를 들어, 마스크의 두께가 두꺼울수록 그림자 효과(shadow effect)가 커서 구현 가능한 해상도에 한계가 있기 때문에 점점 얇은 두께의 마스크가 요구되고 있다. 또한 마스크의 조도(roughness)도 낮은 값을 요구한다. 조도가 높을 경우 패턴의 모양이 부정확해지고 증착시 발생하는 그림자 효과의 차이로 인해 균일한 색상 패턴의 구현이 어려워진다. 따라서 얇으면서 낮은 조도의 포일로 마스크를 제조할 필요가 있다.

이러한 마스크를 제조하기 위한 포일로는 전기 주조 공정을 통해서 만들어진 철-니켈 합금 포일을 활용할 수 있다. 상기 전기주조공정은 전기화학 반응에 의하여 각각의 금속 이온이 캐소드에 전착하는 공정이다. 이러한 공정은 원자가 자유로이 평형 상태로 확산할 수 있는 온도에 비하여 매우 낮은 온도에서 이루어진다. 이 때문에 도금 공정 이후에 도금층의 내부에 응력이 남아있는 경우가 많다.

철-니켈 합금의 경우에도 인장 방향의 내부 응력이 존재한다. 이러한 내부 응력이 강할 경우 포일이 충분히 형성되기 전에 박리가 일어나면서 원하는 두께 및 형상의 포일 형태가 갖추어지지 않는다. 때문에 전기주조를 위한 전해액 내에 내부응력 완화제를 첨가한다.

그러나, 내부 응력 완화제를 사용하여도 응력을 완전히 없애기는 어려우며, 따라서, 전기 주조를 통해 제조된 포일에는 인장 응력이 잔존한다. 이러한 인장 응력 때문에 포일은 전착면의 반대면으로 휘어져 컬(curl)을 생성하게 되는데, 이러한 컬이 있는 경우, 증착용 마스크 등의 제조 공정에서 문제가 된다. 따라서 포일이 휘어지지 않도록 형상 교정이 필요하다.

한편, 철-니켈 포일을 이용해 마스크를 제조하는 공정에서 첫 번째 공정은 포일에 포토레지스트를 코팅하는 공정이다. 포토레지스트 코팅 후 마스크 디자인에 따라서 광원에 노출시키고, 이후에 에칭(etching) 등의 공정을 통해 마스크 형상을 구현한다. 따라서 포일과 포토레지스트의 접착력은 반드시 확보되어야 한다. 포일의 조성이나 표면 조도에 따라 필요한 접착력이 확보되지 못하면 공정 중에 포토레지스트가 포일에서 박리되는 문제가 발생할 수 있다.

본 발명은 전기 주조로 생산한 포일의 용액면 조도를 개선함과 동시에 포일에 남아 있는 컬을 없애면서 미세 스크래치 등을 포함하여 포토레지스트의 밀착력이 우수한 포일을 제조할 수 있는 장치 및 방법을 제공하고자 한다.

본 발명은 금속 포일을 연마하는 연마장치에 대한 것으로서, 본 발명에 의해 제공되는 연마장치는 금속포일이 이송되며, 상기 금속포일을 경계로 금속포일 표면을 연마하는 브러쉬 및 상기 브러쉬를 받쳐주는 빌리 롤로 구성된 연마수단 및 상기 연마수단에서 연마되어 배출되는 금속포일을 권취하는 와인더를 포함한다.

상기 브러쉬는 알루미나, 실리콘카바이드, 다이아몬드, 탄화붕소, 질화붕소로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나의 연마재가 도포된 것일 수 있다.

상기 연마재는 입도가 5㎛ 이상 30㎛ 이하일 수 있다.

상기 브러쉬는 상기 금속 포일의 이송 방향에 대하여 횡방향, 종횡방향 또는 원형으로 운동 가능한 것일 수 있다.

상기 연마수단은 브러쉬 측 금속포일 표면에 냉각수 또는 냉각유를 분사하는 냉각수단을 더 포함한다.

상기 연마수단은 1 내지 5개 구비될 수 있다.

상기 연마수단은 브러쉬의 표면을 절삭하는 드레싱 수단을 더 포함할 수 있다.

상기 연마장치 전단에 코일 상태의 금속포일을 언와인딩하여 상기 연마수단으로 이송하는 언와인더를 더 포함할 수 있다.

상기 연마장치는 상기 연마수단 후단에 연마된 금속포일 표면을 수세하는 수세수단 및 수세된 금속포일을 건조하는 건조수단을 더 포함할 수 있다.

상기 수세수단은 초음파 인가 수단을 더 포함할 수 있다.

본 발명은 다른 견지로서, 금속 포일의 표면 특성을 개선하는 방법을 제공하고자 하는 것으로서, 상기 방법은 전기주조에 의해 제조된 금속 포일을 브러쉬 및 상기 브러쉬를 받쳐주는 빌리 롤 사이로 이송되어 연마되는 연마단계 및 상기 연마된 금속 포일을 권취하는 권취 단계를 포함한다.

상기 금속포일은 브러쉬 측을 향하는 면이 용액면인 것이 바람직하다.

상기 연마단계는 상기 브러쉬 측의 금속 포일에 냉각유 또는 냉각수를 뿌리면서 수행하는 것이 바람직하다.

상기 브러쉬는 연마재가 도포된 것을 사용하는 것이 바람직하며, 상기 연마재는 알루미나, 실리콘카바이드, 다이아몬드, 탄화붕소, 질화붕소로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나로 된 것일 수 있다. 또한, 상기 연마재는 입도 5㎛ 이상 30㎛ 이하일 수 있다.

상기 브러쉬는 100 내지 1500rpm의 속도로 회전하여 연마를 수행할 수 있다.

상기 브러쉬는 금속 포일의 진행방향에 대하여 횡 방향, 종횡방향 또는 원형으로 운동하는 오실레이션이 적용될 수 있으며, 상기 오실레이션은 상기 금속포일의 진행방향에 대하여 횡 방향으로 5 내지 200㎜ 범위에서 인가될 수 있다.

상기 연마는 브러쉬와 빌리롤을 0.5 내지 5A의 부하가 발생하도록 압력을 가하여 수행하는 것이 바람직하다.

상기 연마수단은 1 내지 5개로 구성되며, 금속 포일의 이송 속도는 0.05 내지 10mpm 범위일 수 있다.

상기 연마된 금속 포일을 수세 및 건조하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 수세는 초음파 인가 하에 수행될 수 있다.

상기 용액면의 연마 후에 음극면으로 컬이 발생한 경우 음극면을 추가로 연마하는 단계를 더 포함할 수 있으며, 이때, 상기 음극면의 연마는 상기 용액면 연마 시간의 1/6 내지 1/2의 범위 내에서 수행할 수 있다.

본 발명에 따르면, 전기 주조에 의해 제조된 포일에 기계적 연마를 실시함으로써 합금 포일의 표면 조도를 향상시킬 수 있을 뿐 아니라, 포일 내부에 잔류하는 인장 응력으로 인한 컬을 제거함으로써 포일의 형상을 교정할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 기계적 연마에 의해 포일 표면에 미세한 스크레치들이 존재하여 연마 후 포토레지스트를 코팅하였을 때 포토레지스트와의 밀착성을 향상시킬 수 있다.

도 1은 조도 개선제를 포함하지 않는 전해액을 사용하여 전기 주조로 제조된 포일의 용액면의 형상을 촬영한 사진이다.
도 2는 첨가제를 포함하는 전해액을 사용하여 전기주조로 제조된 포일의 용액면의 형상을 촬영한 사진으로서, 표면에 미세 스크래치가 발생한 경우를 나타낸다.
도 3은 첨가제를 다량 포함하는 전해액을 사용하여 전기주조로 제조된 포일의 용액면의 형상을 촬영한 사진으로서, 표면에 얼룩이 발생한 경우를 나타낸다.
도 4는 조도 개선제를 포함하는 전해액을 사용하여 전기주조로 제조된 포일의 용액면의 표면에 대한 3D 프로파일 이미지로서, 국부적으로 돌기가 발생한 경우를 나타낸다.
도 5는 첨가제를 포함하는 전해액을 이용하여 전기주조에 의하여 제조된 합금 포일의 두께 방향의 합금 조성을 나타내는 그래프로서, 두께 방향으로 조성 편차가 발생함을 보여준다.
도 6는 전기 주조로 제조한 포일에서 형상 불량인 수직 컬이 나타나는 현상을 촬영한 사진이다.
도 7은 전해액에 포함된 응력완화제의 함량에 따라 얻어진 포일의 내부 응력을 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 8은 포일의 연마를 위한 포일 연마장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 9는 연마 후 합금 포일의 표면 상태를 촬영한 사진으로서, 모재 표면에 연마 찌꺼기가 흡착된 상태를 나타낸다.
도 10은 실시예 1에 따른 전기주조에 의해 얻어진 합금 포일의 용액면을 촬영한 사진이다.
도 11은 도 10의 합금 포일을 실시예 1의 방법에 따라 연마한 후의 용액면을 촬영한 사진이다.

전기 주조를 통해서 만들어진 포일의 두 면은 물성이 다르다. 음극에 닿아있던 음극면의 조도는 첨가제나 다른 공정 조건과 관계없이 음극의 표면과 동일한 형태로 생성된다. 한편, 음극면의 반대편인 용액면은 전류 밀도, pH, 포일의 조성, 첨가제 등의 공정 조건에 민감하게 반응하여 다양한 조도를 가질 수 있다.

조도 개선제가 포함되지 않은 전기 주조 포일의 용액면은 도 1에 예시적으로 나타낸 바와 같이, 수많은 노듈(nodule)이 형성된다. 이와 같은 용액면의 노듈 형성을 감소시키기 위해 전기 주조 공정에서 용액면의 표면 조도를 제어할 때 가장 많이 쓰이는 방법은 첨가제를 도금액에 첨가하는 것이다. 첨가되는 첨가제로는 도금계에 따라서 다르고, 같은 도금계라도 도금욕이나 공정에 따라 첨가제의 효과는 그 차이가 크다.

이론적으로, 레벨러(leveller), 광택제 등의 첨가제는 표면의 돌출된 부위에 우선 전착하여 금속 전착의 과전압을 높이고, 이에 따라 돌출된 부위에 전착이 어려워지면서 표면이 점차 평활하게 되는 것이다. 하지만, 첨가제의 작용 매커니즘에 대한 개략적인 설명은 가능하나 실제 첨가제의 효과를 공정 조건별로 정량적으로 예측할 수 있는 이론은 정립되어 있지 않기에 실제로는 다양한 많은 물질을 실 공정에 적용하는 실험을 통해서 실제 공정 조건에 적합한 첨가제를 개발 및 사용하고 있다.

첨가제 첨가를 통한 표면 조도의 제어는 적절한 첨가제 종류와 전기주조 공정 조건을 통해 달성 가능하다. 하지만, 많은 경우, 도 2 내지 5에 나타낸 바와 같은 여러 부작용을 동반한다. 예를 들어, 첨가제가 첨가된 전해액을 이용하여 제조된 포일의 용액면을 육안으로 관찰할 때 포일에 반짝이는 점들이 보이는 경우가 있는데, 전자 현미경으로 관찰해보면, 도 2와 같은 미세한 스크래치가 표면에 형성된 경우임을 알 수 있다. 한편, 전해액에 투입된 첨가제 함량이 많아지면 도 3과 같은 얼룩이 발생하기도 한다.

용액면의 조도를 개선하기 위한 첨가제가 투입되면 전기주조에 의해 제조된 포일의 표면은 전체적으로 평탄해진다. 그러나, 국부적으로는 이와 같은 평탄화 효과가 미치지 못하면서 도 4에 나타낸 바와 같이 조도가 극히 불량해지는 경우도 발생한다. 도 4는 포일의 용액면의 표면에 대한 3D 프로파일 이미지로서, 화살표로 표시된 부분과 같이 일부 지역에 첨가제가 작용하지 못하면서 5㎛ 이상의 돌기가 형성된 경우를 보여준다.

또한 많은 표면 개선 첨가제들은 합금 포일의 두께 방향 조성 편차를 야기한다. 예를 들어, 도 5는 전기 주조로 제조한 철-니켈 합금 포일의 두께 방향의 성분 분포를 나타내는 그래프인데, 두께 방향의 합금 포일 중심부의 니켈 함량이 상당히 높음을 보여준다. 이로부터, 전기주조에 의해 얻어진 합금 포일은 두께 방향에 따라 성분 조성의 변화가 있음을 알 수 있다.

표면 개선 첨가제가 투입되었을 때 발생하는 이러한 표면 결함이나 조성 편차는 전기 주조로 제조된 포일을 이용해 마스크를 제조 및 응용하기 어렵게 한다.

나아가, 첨가제나 공정 조건의 변경을 통해서 조도를 제어할 경우에는 포토레지스트와의 밀착성이 나빠진다. 즉, 표면의 조도가 좋아지면, 앵커링(anchoring) 효과가 작아지면서 포일 표면에 대한 포토레지스트의 밀착력이 나빠지게 된다. 따라서 마스크용 전기 주조 포일의 이상적인 표면은 전체적인 조도는 낮지만 앵커링 효과를 부여할 수 있는 수단이 요구된다.

또한, 전기 주조로 만들어진 포일에 발생하는 컬도 통상 첨가제로 완화시킬 수 있다. 전기주조에 의해 얻어진 철-니켈 합금의 경우 인장 응력이 남아 있어, 도 6에 나타낸 바와 같이, 전착되는 음극면의 반대쪽인 용액면으로 포일이 휘는 컬 현상이 발생한다. 도 6은 전기 주조로 제조한 포일의 수직 컬이 나타나는 현상을 촬영한 사진이다.

이러한 인장 응력은 응력 완화제가 포함되지 않는 경우 너무 심해서 온전한 포일을 얻을 수 없다. 따라서, 필수적으로 사카린 같은 응력완화제를 포함한 전해액에서 생산하게 된다. 사카린의 함량이 높아질수록 응력은 완화되나 조건에 따라서는 이러한 응력이 완전히 제거되지 않는 경우가 많다.

도 7은 사카린의 함량에 따른 포일 내부의 응력을 측정한 결과를 나타낸 그래프로서, 도 7로부터, 사카린의 함량을 증가시킬수록 내부 응력이 감소하는 경향을 나타내나, 완전히 제거되지 않음을 알 수 있다. 이렇게 인장응력으로 인해 컬이 남아 있는 포일은 고정밀 형상을 요구하는 용도로는 사용하기에 적합하지 않다.

이에 따라 본 발명은 전기 주조로 생산한 포일의 용액면 조도를 개선함과 동시에 포토레지스트 밀착력을 개선하며, 나아가, 포일에 잔류하는 컬을 없앨 수 있는 방법 및 장치를 제공하고자 한다.

본 발명은 포일의 조도를 개선하고자 기계적 연마(mecahnical polishing) 공정을 수행할 수 있다. 본 발명의 기계적 연마를 위한 포일 연마장치의 개략도를 도 8에 나타내었다.

도 8에 나타낸 바와 같이, 롤 상태로 권취된 포일은 언와인더(unwinder)에서 풀린 후 캐빈(cabin)으로 이송된다. 상기 캐빈 내에는 브러쉬 및 상기 브러쉬를 받쳐주는 빌리 롤(billy roll)이 설치되어 있다. 포일은 이 브러쉬와 빌리 롤 사이를 지나가며, 상기 브러쉬에 의해 포일의 용액면 조도를 개선할 수 있다.

전기 주조를 통해 만들진 금속 포일은 그 강도, 경도가 높아 연마가 비교적 쉽게 이루어져, 비슷한 조도의 다른 재질의 포일의 경우에 비해, 보다 적은 시간동안 연마를 수행할 수 있다. 연마시간은 통판시간에 반비례하게 되는데, 1개 이상, 예를 들어, 1 내지 5개, 보다 바람직하게는 2 내지 5개, 가장 바람직하게는 3개의 캐빈을 설치한 경우, 0.05 내지 10mpm 정도에서, 보다 바람직하게는 0.5 내지 10mpm 정도의 이송속도로 원하는 조도의 구현이 가능하다. 이송속도는 생산성의 측면에서 빠를수록 좋으나, 너무 빠를 경우, 연마량이 부족해서 원하는 수준의 조도에 못 미칠 수 있는바, 상기와 같은 범위의 이송속도로 연마를 수행하는 것이 바람직하다.

일반적으로 회전하는 브러쉬의 연마재 종류, 입도, 양, 회전 속도, 압력, 통판 속도 등에 따라서 연마량과 연마 품질이 결정되게 된다. 여러 개의 캐빈을 설치하고 일련의 연마 과정을 거치는데, 일반적으로 연마는 입도가 큰 연마재를 사용한 연마를 시작하여 작은 연마재로 차차 진행한다.

그러나, 전기 주조에 의해 제조된 포일은 초기 조도가 불량한 경우라 하더라도 표면조도(Ra)는 약 0.5㎛ 수준이고, 경도가 높기 때문에, 처음부터 10㎛ 이하의 입도를 갖는 연마재를 이용하여 연마하는 것이 바람직하다.

본 발명에 있어서, 상기 브러쉬는 반드시 이에 한정하는 것은 아니지만, 알루미나, SiC 등으로 된 연마재가 도포되어 있어 마찰에 의해 포일 표면을 연마한다. 이때, 상기 브러쉬는 예를 들어 연마재 입도가 10㎛ 이하의 것을 사용하여 도포된 것을 사용할 수 있다.

상기 브러쉬는 빠른 속도로 회전하면서 금속 포일 표면을 연마한다. 브러쉬의 회전 속도가 높을수록 연마재와 모재의 접촉 횟수가 많아져 연마가 빠르게 진행된다. 하지만 회전 속도가 너무 빠르면 접촉 압력 편차가 발생하고 모터에 부하가 많이 걸려 100 내지 1500rpm 정도로 연마함이 적절하다. 그러나, 반드시 이로 한정하는 것은 아니다.

이와 같은 회전 중에 연마재와의 접촉을 통해서 연마하는 공정은 제품의 표면에 수많은 미세 파괴 (fracture)를 일으키는 과정으로 볼 수 있다. 이에 따라 표면에는 변형(strain)이 가해지게 된다. 전기 주조 포일과 같은 얇은 제품은 이러한 변형에 의해서 응력이 발생하여 연마 반대면으로 포일이 휘어지게 된다. 따라서 용액면을 연마할 경우 용액면의 조도를 개선함과 동시에 용액면으로 휘는 컬을 보상하여서 형상 교정도 동시에 가능하게 된다.

한편, 상기 연마는 브러쉬와 빌리롤의 압착에 의해서 발생한다. 이러한 브러쉬가 포일을 누르는 압력이 증가할 경우, 브러쉬를 회전시키는 모터에 발생하는 부하가 증가한다. 이때, 예를 들어, 500㎜ 폭의 포일을 연마할 경우 무부하 상태인 경우에 비하여 0.5 내지 5A 정도의 부하가 발생할 때 효과적인 연마가 이루어질 수 있다.

상기 브러쉬를 이용하여 연마를 수행함에 있어서는 브러쉬의 폭 방향으로 연마 능력에 편차가 발생할 수 있으며, 이 경우, 조도 품질의 편차가 발생할 수 있다. 따라서, 조도 품질의 편차를 줄이기 위해 브러쉬에 오실레이션(oscillation)을 적용하는 것이 바람직하다.

예를 들어, 상기 오실레이션은 금속 포일의 진행방향에 대하여 횡방향으로 운동하는 것일 수 있다. 또는 상기 오실레이션은 상기 금속 포일의 진행방향에 대하여 횡방향의 운동과 함께 종방향의 운동이 조합될 수 있다. 또한, 원형으로 운동하는 오실레이션일 수도 있다. 상기와 같은 운동의 오실레이션이 인가되는 경우, 길이 방향의 줄무늬나 띄 형상의 연마 결함을 방지할 수 있다. 이와 같은 오실레이션은 예를 들어, 상기 금속 포일의 진행방향에 대하여 횡 방향으로 5~200㎜의 진폭을 갖는 것일 수 있다.

나아가, 본 발명에 있어서, 상기 연마되는 금속 포일에 대하여는 상기 브러쉬와 빌리롤 사이를 지나갈 때 상기 브러쉬 측의 금속 포일 표면에 냉각유나 냉각수를 뿌려 연마를 수행하는 것이 보다 바람직하다. 이때, 상기 냉각유나 냉각수는 브러쉬에 의한 연마가 수행될 금속 포일의 표면에 공급되는 것이 바람직하다.

통상의 연마에서 연마재와 모재의 이동 방향도 중요한 변수이나, 본 발명의 경우에는 모재의 이동속도가 브러쉬의 회전 속도에 비하여 상대적으로 상당히 느리기에 상기 연마재와 모재의 이동속도는 중요한 변수가 되지 않는다. 다만, 브러쉬의 회전 방향이 달라질 경우 냉각수 또는 냉각유의 공급 형태가 달라질 수 있기에 이에 유의할 필요가 있으나, 이와 같은 회전방향에 대한 냉각수나 냉각유의 공급형태는 통상의 기술자에게 자명한 것으로서, 특별히 한정하지 않는다.

이러한 연마는 주로 용액면에 대해서 실시된다. 전기 주조로 제조한 철-니켈 포일의 경우 용액면 방향으로 컬이 생기는데, 이러한 컬은 용액면에 대한 연마가 진행되면서 점차 완화되다 사라진다. 나아가, 용액면에 연마 중에 표면에 미세 스크래치가 생성됨으로써 포토레지스트의 포일 표면에 대한 밀착력을 향상시킬 수 있다.

이때, 용액면의 조도가 목표 값에 미치지 못하여 더 연마를 실시할 필요한 경우가 생기는데, 연마를 추가로 진행할 경우 드럼면으로 컬이 발생할 수 있다. 이와 같은 추가 연마에 의해서 발생한 드럼면의 컬은 용액면 연마 완료 후 다시 드럼면을 연마함으로써 제거할 수 있다.

컬 조정을 위한 드럼면의 추가 연마는 용액면 연마와 동일한 조건을 가할 필요는 없다. 용액면 연마에 의하여 발생한 응력 중 잔존 내부 응력만 제거하면 되며, 따라서, 드럼면의 연마시간은 용액면의 연마 정도, 즉, 드럼면의 컬 발생량에 따라 달라지는데 통상 용액면 연마 시간의 1/2 이하, 보다 바람직하게는 용액면 연마 시간의 1/6 내지 1/2의 범위 내에서 수행함으로써 발생된 컬을 없앨 수 있다. 이렇게 용액면의 조도가 만족될 때까지 연마 후에 컬만 제거해주는 드럼면 연마를 실시하면 양면의 조도를 일정 수준 이상으로 만들면서 용액면 방향으로 발생하던 컬을 없애서 형상 교정이 가능하다.

연마재가 도포된 브러쉬를 사용하여 연마하는 경우, 시간이 지나면서 연마재가 탈락되고 손상되어 연마 능력이 차츰 떨어진다. 그러므로 주기적으로 브러쉬의 표면을 절삭하는 드레싱(dressing)을 실시하는 것이 바람직하다. 따라서 설비의 각 캐빈에 드레싱 설비를 부착하여 주기적으로 드레싱하는 것이 바람직하다. 드레싱 주기는 연마 대상이나 브러쉬의 종류 그리고 공정 조건에 따라 크게 변하기에, 특별히 한정하지 않으나, 예를 들면, 매 40 내지 60시간마다 3 내지 5㎜씩 드레싱할 수 있으며, 보다 바람직하게는 매 45 내지 55시간 마다 3 내지 4㎜씩 드레싱을 실시할 수 있다.

이와 같은 캐빈을 통과하면서 연마된 포일은 수세, 린스 및 건조 과정을 거친 후에 와인더(winder)에 의해 재권취된다.

연마가 진행되면 포일의 표면에서 탈락된 파우더들이 생성된다. 이러한 파우더들은 포일의 표면에 흡착되어 결함을 유발할 수 있다. 이와 같이 탈락된 분말이 모재에 재흡착한 경우의 표면 상태를 도 9에 나타내었다. 따라서, 연마 전후에 강한 압력으로 포일의 표면을 수세하는 것이 바람직하다.

한편, 연마 조건이나 수세 상황 등에 따라서 이러한 결함의 발생 빈도는 다른데 수세로 해결이 되지 않을 경우 상기 수세를 초음파를 인가하면서 수행하거나 수세 단계 후에 초음파 인가에 의한 세척을 추가로 실시할 수 있다.

이와 같은 본 발명에 의해 전기 주조로 생산한 포일의 용액면 조도를 개선함과 동시에 포일에 남아 있는 컬을 없애면서 미세 스크래치 등을 포함하여 포토레지스트의 밀착력이 우수한 포일을 제조할 수 있다.

한편, 상기 세척 단계 후에는 수세액을 제거 및 건조하고, 이어서, 와인더에 의해 재권취할 수 있다.

본 발명에서와 같은 기계적 연마를 대신하여 화학적 연마를 수행하는 경우에는 평탄한 표면 조도를 확보하는 것이 가능하다. 그러나, 화학적 연마를 수행하는 경우에는 포일의 두께를 지나치게 감소시키는 문제가 있다. 즉, 화학연마에 의해 본 발명에서와 같은 정도의 조도를 확보하기 위해서는 훨씬 많은 양을 연마하여야 하며, 이는 포일의 두께를 필요 이상으로 감소시킨다. 따라서, 초기에 전기 주조에 의해 포일을 생산할 때, 이를 고려하여 포일의 두께를 두껍게 생성해야 하는바, 생산성 저하를 초래하게 된다. 또한, 상기 화학적 연마에 의해서는 앵커링(anchoring) 효과를 얻을 수 없다. 즉, 화학 연마를 실시하면 표면은 매우 스무스해지나, 이러한 스무스한 표면은 앵커링 효과를 제공할 수 있는 영역이 현저히 적어, 포토레지스트와의 밀착력을 현저히 떨어뜨리게 된다.

실시예

이하, 본 발명을 실시예를 들어 보다 구체적으로 설명한다. 그러나, 이하의 실시예에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니다.

실시예 1

전주법으로 제조된 Ni 34중량%를 포함하는 Fe-Ni 합금 포일(두께 20㎛)에 대하여 도 8에 나타낸 바와 같은 장치를 이용하여 아래 표 1에 나타낸 바와 같은 연마조건으로 용액면을 연마하였다.

이때, 상기 연마에 사용된 합금 포일의 연마 전 표면 특성(표면조도(Rz), 수직 컬 및 표면 3-D 프로파일)을 관찰하고, 그 결과를 표 2에 나타내었다. 한편, 3-D profiler로 촬영한 3-D 프로파일 이미지는 도 10에 나타내었다.

나아가, 상기 연마 조건으로 연마된 합금 포일의 연마 후 표면 특성 및 물성(표면조도(Rz), 수직 컬, 표면 3-D 프로파일 및 포토레지스트 밀착력)을 측정하고, 그 결과를 표 2에 함께 나타내었다. 나아가, 상기 3-D 프로파일은 도 11에 나타내었다.

도 10 및 도 11로부터 알 수 있는 바와 같이, 초기에 울퉁불퉁한 표면을 갖고 있던 용액면은 연마재에 의한 연마공정에서 연마됨으로써 미세한 스크래치들이 생성된 평탄한 조직이 되었음을 알 수 있다.

상기 연마과정에서 생성된 미세 스크래치들은 포토레지스트에 대한 앵커링 효과를 부여해 포토레지스트와의 밀착성을 높여준다.

또한 용액면의 연마를 드럼면 대비 많이 실시함으로써 내부 응력에 의한 컬(curl)을 상쇄시켜서 형상 교정의 효과도 가져옴을 알 수 있다.

항목	값
초기 포일 인장 강도	1.2GPa
초기 포일 두께	20㎛
통판 속도	0.3mpm
브러쉬 grit# (캐빈 #1, 2)	#2000
브러쉬 grit# (캐빈 #3)	#3000
브러쉬 압력 (캐빈 #1, 2) (모터 부하 증가량)	2.0A
브러쉬 압력 (캐빈 #3) (모터 부하 증가량)	1.6A
브러쉬 회전 속도	900rpm
Oscillation 폭 / 진동수	100mm / 2Hz
Tension	15kgf
용액면 대비 드럼면 연마시간 비율	0.18

항목	연마 전	연마 후
용액면 조도 Ra, ㎛	0.47	0.10
용액면 조도 Rz, ㎛	4.43	1.76
수직 curl, ㎜	18	-1
PR 밀착력	-	양호

Claims (27)

1. 전기주조에 의해 형성된 금속포일이 이송되며, 상기 금속포일을 경계로 금속포일 표면을 연마하는 브러쉬 및 상기 브러쉬를 받쳐주는 빌리 롤로 구성된 연마수단; 및
   상기 연마수단에서 연마되어 배출되는 금속포일을 권취하는 와인더
   를 포함하는 금속포일을 연마하는 연마장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 브러쉬는 알루미나(Al₂O₃), 실리콘카바이드(SiC), 다이아몬드, 탄화붕소(B₄C) 및 질화붕소(BN)로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나의 연마재가 도포된 것인 연마장치.
3. 제2항에 있어서, 상기 연마재는 입도가 5㎛ 이하 30㎛ 이상인 연마장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 브러쉬는 상기 금속 포일의 이송 방향에 대하여 횡방향, 종횡방향 또는 원형으로 운동 가능한 것인 연마장치.
5. 제1항에 있어서, 상기 연마수단은 브러쉬 측 금속포일 표면에 냉각수 또는 냉각유를 분사하는 냉각수단을 더 포함하는 연마장치.
6. 제1항에 있어서, 상기 연마수단은 1 이상, 5 이하의 개수로 구비된 것인 연마장치.
7. 제1항에 있어서, 상기 연마수단은 브러쉬의 표면을 절삭하는 드레싱 수단을 더 포함하는 것인 연마장치.
8. 제1항에 있어서, 상기 연마장치 전단에 코일 상태의 금속포일을 언와인딩하여 상기 연마수단으로 이송하는 언와인더를 더 포함하는 것인 연마장치.
9. 제1항에 있어서, 상기 연마장치는 상기 연마수단의 후단에,
   연마된 금속포일 표면을 수세하는 수세수단; 및
   수세된 금속포일을 건조하는 건조수단
   을 더 포함하는 것인 연마장치.
10. 제9항에 있어서, 상기 수세수단은 초음파 인가 수단을 더 포함하는 것인 연마장치.
11. 전기주조에 의해 제조된 금속 포일을 브러쉬 및 상기 브러쉬를 받쳐주는 빌리 롤 사이로 이송되어 연마되는 연마단계; 및
    상기 연마된 금속 포일을 권취하는 권취 단계
    를 포함하는 전기주조에 의해 제조된 금속 포일의 표면 특성 개선 방법.
12. 제11항에 있어서, 상기 금속포일은 브러쉬 측을 향하는 면이 용액면인 것인 표면 특성 개선 방법.
13. 제11항에 있어서, 상기 연마단계는 상기 브러쉬 측의 금속 포일에 냉각유 또는 냉각수를 뿌리면서 수행되는 것인 표면 특성 개선 방법.
14. 제11항에 있어서, 상기 브러쉬는 연마재가 도포된 것인 표면 특성 개선 방법.
15. 제14항에 있어서, 상기 연마재는 알루미나(Al₂O₃), 실리콘카바이드(SiC), 다이아몬드, 탄화붕소(B4C) 및 질화붕소(BN)로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나인 표면 특성 개선 방법.
16. 제14항에 있어서, 상기 연마재는 입도 5㎛ 이하 30㎛ 이상인 것인 표면 특성 개선 방법.
17. 제11항에 있어서, 상기 브러쉬는 100 내지 1500rpm의 속도로 회전하는 것인 표면 특성 개선 방법.
18. 제11항에 있어서, 상기 브러쉬는 금속 포일의 진행방향에 대하여 횡 방향, 종횡방향 또는 원형으로 운동하는 오실레이션이 적용되는 것인 표면 특성 개선 방법.
19. 제18항에 있어서, 상기 오실레이션은 상기 금속포일의 진행방향에 대하여 횡방향으로 5 내지 200mm의 오실레이션이 인가되는 것인 표면 특성 개선 방법.
20. 제11항에 있어서, 상기 연마는 브러쉬와 빌리롤을 0.5 내지 5A의 부하가 발생하도록 압력을 가하여 수행하는 것인 표면 특성 개선 방법.
21. 제11항에 있어서, 상기 연마수단은 2 내지 5개로 구성되며, 금속 포일의 이송 속도는 0.05 내지 10mpm 범위인 표면 특성 개선 방법.
22. 제1항에 있어서, 상기 브러쉬는 주기적으로 브러쉬를 드레싱되는 것인 표면 특성 개선 방법.
23. 제22항에 있어서, 상기 드레싱은 연마 40 내지 60시간 마다 수행하되, 3 내지 5mm씩 브러쉬 표면을 드레싱하는 것인 표면 특성 개선 방법.
24. 제11항에 있어서, 상기 연마된 금속 포일을 수세 및 건조하는 단계를 더 포함하는 표면 특성 개선 방법.
25. 제24항에 있어서, 상기 수세는 초음파 인가 하에 수행되는 것인 표면 특성 개선 방법.
26. 제12항에 있어서, 상기 용액면의 연마 후에 음극면으로 컬이 발생한 경우 음극면을 추가로 연마하는 단계를 더 포함하는 것인 표면 특성 개선 방법.
27. 제26항에 있어서, 상기 음극면의 연마는 상기 용액면 연마 시간의 1/6 내지 1/2의 범위 내에서 수행하는 것인 표면 특성 개선 방법.

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