화학 가공: 응력 없는 정밀 금속 제거 기술

화학 가공이란?

화학 가공은 광화학 공정을 통해 금속의 무결성이나 특성을 변경하지 않고 지정된 영역에서 금속을 깨끗하게 제거하는 공정입니다. 이 공정은 주로 복잡한 설계를 가진 소형 박판 금속 부품을 제작하는 데 사용되며, 부품에 열손상이나 응력이 발생하지 않습니다.

공정은 금속 표면의 이물질과 오일을 세척하는 것으로 시작합니다. 포토레지스트를 도포하고 구워 균일한 도포를 보장합니다. 그런 다음 아트워크를 준비된 금속 시트 위에 놓고 자외선에 노출시켜 원하는 해상도와 에칭 사양을 얻습니다.

아트워크를 제거하고 레지스트를 현상 또는 제거합니다. 이 시점에서 금속은 부품에 필수적이지 않은 모든 물질을 용해시키는 화학 용액에 시트를 담가 에칭할 준비가 됩니다. 에칭이 완료되면 레지스트를 제거하고 금속 부품을 세척, 검사, 포장합니다.

화학 가공 공정

화학 가공의 다양한 공정은 다음과 같습니다:

1. 세척

세척 공정에서는 공작물에서 오일, 그리스, 먼지 또는 기타 물질을 제거하여 후속 공정이 제대로 수행될 수 있도록 합니다.

세척은 마스킹 재료가 공작물에 적절히 부착되도록 보장하기 위해 필요합니다. 마스킹 결함이 발생하면 의도하지 않은 에칭이 일어납니다.

공작물 재질과 필요한 가공 깊이에 따라 증기 세척, 알칼리 에칭 등 다양한 세척 공정이 마스칸트와 함께 수행됩니다. 다공성 공작물 재질의 세척은 어렵습니다.

주로 기계적 및 화학적 두 가지 세척 방법이 있으며, 화학적 방법이 기계적 방법보다 손상이 훨씬 적어 널리 사용됩니다.

마스크가 두껍거나 얇고 화학적으로 세척된 경우, 마스크의 얇거나 세척된 부분이 정제됩니다. 세척 공정 가열이 도움이 됩니다.

2. 마스킹

마스킹은 마스킹 재료를 사용하여 수행됩니다. 이 마스크는 가공 공정에서 사용되는 화학 물질과 반응하지 않는 불활성 특성을 가집니다. 사용되는 마스크는 쉽게 벗겨지는 마스크여야 합니다.

이 마스킹 공정에서는 공작물 중 가공되지 않을 부분을 마스크로 덮어 가공될 부분만 가공용 화학 물질에 노출시킵니다. 하지만 마스킹 공정 수행 시에는 공작물 전체가 마스킹됩니다.

마스크는 다음 세 가지 방법 중 하나로 적용됩니다:

• 컷 앤 필 방법
• 스크린 방법
• 포토레지스트 방법

3. 스크라이빙

마스킹 공정 후, 가공될 공작물 영역에서 마스킹을 제거하여 해당 부분에서 화학 반응이 일어나도록 합니다. 스크라이빙 공정 후에는 가공될 영역만 화학 가공에 노출됩니다.

4. 에칭

여과된 공작물을 화학 반응이 일어나는 화학 물질이 담긴 용기에 담급니다.

공작물이 화학 물질 안에 담기면 마스킹된 영역은 화학 반응을 겪지 않고, 마스킹되지 않은 영역은 화학 물질과 반응하여 공작물의 마스킹되지 않은 영역 물질이 용해되기 시작합니다.

에칭 공정은 일반적으로 높은 온도에서 수행됩니다. 공정 중 기포가 갇히지 않도록 하여 불균일한 가공을 방지해야 합니다.

5. 디마스킹

에칭 공정 후, 가공되지 않은 공작물 영역에서 마스크를 제거하고, 가공된 영역에서 산화층도 제거합니다.

6. 세척

디마스킹 공정 후, 공작물을 깨끗한 물로 철저히 헹궈 표면의 모든 물질을 완전히 제거합니다.

이 모든 단계 외에 선택적으로 사용되는 단계가 있는데, 에천트의 가열 및 냉각입니다. 온도에 따라 가열봉이나 냉각봉을 사용하여 용기 내 온도를 유지합니다.

화학 가공 공정의 종류

이 공정은 밀링, 블랭킹, 인그레이빙 등 다양한 작업에 적용될 수 있습니다. 다양한 화학 가공 공정은 다음과 같이 분류됩니다:

• 화학 밀링
• 화학 블랭킹
• 화학 인그레이빙

화학 가공은 특수 목적을 위해 반응성 가스(예: 가공 영역에 염소 제트)를 사용하여 달성할 수도 있습니다. 이를 기체 화학 가공 또는 고온 염소 가공이라고 하며 금속 부품 디버깅에 사용할 수 있습니다.

1. 화학 밀링

화학 밀링 또는 산업용 에칭은 온도 조절된 에칭 화학 물질 욕조를 사용하여 원하는 형상의 물체를 만들기 위해 재료를 제거하는 감산 제조 공정입니다.

화학 에칭의 다른 이름으로는 포토 에칭, 화학 에칭, 광화학 에칭, 광화학 가공이 있습니다. 주로 금속에 사용되지만 다른 재료도 점점 중요해지고 있습니다. 르네상스 시대에 개발된 갑옷 장식 및 인쇄 에칭 공정에서 금속 조각의 대안으로 발전했습니다.

공정의 핵심은 마스칸트라고 하는 불활성 물질을 레지스트로 사용하여 특정 영역을 보호하면서, 에천트라고 하는 부식성 화학 물질에 절단 영역을 담가 해당 영역의 재료와 반응시켜 고체 물질을 용해시키는 것입니다.

응용 분야

에칭은 인쇄 회로 기판 및 반도체 제조 산업에 응용됩니다. 또한 항공우주 산업에서 대형 항공기 부품, 미사일 스킨 패널, 기체용 압출 부품의 얕은 층을 제거하는 데 사용됩니다.

에칭은 집적 회로 및 마이크로전자기계 시스템(MEMS) 제조에 널리 사용됩니다. 표준 액체 기반 기술 외에도 반도체 산업에서는 플라즈마 에칭을 일반적으로 사용합니다.

2. 화학 블랭킹

화학 블랭킹, 포토 메이킹, 포토 진동, 포토 에칭은 화학 밀링의 변형입니다. 이 공정에서는 화학적 작용으로 여러 영역에서 재료가 완전히 제거됩니다.

이 공정은 주로 시트와 포일에 사용됩니다. 거의 모든 금속을 이 공정으로 가공할 수 있지만, 2mm 이상의 재료 얇게 하기에는 권장되지 않습니다.

공작물을 세척, 환원, 산 또는 알칼리로 선택합니다. 세척된 금속을 건조하고 포토레지스트 재료를 딥핑, 와일 코팅 또는 스프레이로 공작물에 도포합니다. 그런 다음 건조 및 경화합니다. 사진 재료를 사용하여 포토레지스트 재료에 내열성 이미지를 생성합니다.

이 유형의 마스크는 특정 주파수의 빛(일반적으로 자외선)에는 민감하지만 실내 조명에는 민감하지 않습니다. 이 표면을 네거티브(필요한 설계의 사진판)를 통해 빛에 노출시킵니다. 노출 후 이미지를 현상합니다. 예기치 않은 부분은 현상 과정에서 떨어져 나가 금속이 드러납니다.

사용된 금속을 기계에 넣고 화학 물질을 분무하거나 슬러리에 첨가합니다. 에칭 용액은 티타늄용 플루오르화수소산 또는 기타 여러 화학 물질이 될 수 있습니다. 1~15분 후 원치 않는 금속이 용해되고 완성된 부분을 즉시 재 제거할 준비가 됩니다.

3. 화학 인그레이빙

인쇄 회로 카드, 기타 인그레이빙 작업, 복잡한 설계의 절단은 포토레지스트 마스칸트를 사용하여 화학적으로 블랭킹할 수 있습니다.

• 매우 얇은 금속(0.005mm)도 잘 가공할 수 있습니다.
• ±0.015mm 정도의 높은 정밀도를 유지할 수 있습니다.
• 자동화된 사진 기술을 사용하여 높은 생산 속도를 달성할 수 있습니다.

화학 가공의 응용

• CHM은 금속 제거 깊이가 몇 마이크론에 불과하고 공차가 엄격한 다양한 용도에 적용되었습니다.
• 이 공정으로 얻는 표면 조도는 0.5~2마이크론 범위입니다.
• 또한 단조품, 주조품, 압출품 또는 성형 압연 재료와 같은 성형되거나 불규칙한 모양의 부품 전체 표면의 일부에서 금속을 제거합니다.
• 화학 가공의 주요 응용 중 하나는 버가 없고 복잡한 스탬핑 제조입니다.

화학 가공의 장단점

• 장점: 이 공정은 공작물을 변형시키지 않고, 버를 생성하지 않으며, 가공이 가장 어려운 재료에도 쉽게 사용할 수 있습니다.
• 단점: 공정이 느려 대량 생산이나 2mm 이상의 두꺼운 재료 가공에는 일반적으로 사용되지 않습니다.
• 일부 소형 부품은 한 번에 한 판에 10~100개씩 제작되어 생산 속도를 높입니다.