포토케미컬 가공(PCM): 역사, 공정 단계, 장단점 및 응용 분야 완벽 가이드

포토케미컬 가공 개요

포토케미컬 가공(Photochemical Machining, PCM)은 화학 가공(CHM)에서 마스크재를 포토레지스트(photoresist)로 대체하여 자외선(UV) 노광으로 복잡한 형상을 시트 금속에 구현하는 고해상도 화학 가공법입니다. 포토케미컬 밀링(Photochemical Milling) 또는 포토 에칭(Photo Etching)이라도 불리며, 응력/크랙 없는 부품 제작에 강점이 있어 시제품 제작에 널리 쓰입니다.

역사

1782년 존 세네비에(John Senebier)가 수지 경화 현상 발견 → 1940년대 실험 거쳐 화학 공정 + 포토레지스트(UV 경화) 결합으로 PCM 성립 → 1960년대 상용화.

정의

시트 금속 부품에 포토레지스트 도포 후 UV 노광으로 패턴을 전사하고, 화학 에칭으로 금속을 제거하여 설계 형상을 구현하는 공정.

작동 원리

깨끗한 공작물 표면에 UV 감광성/에천트 내성 포토레지스트 필름 도포 → 설계 패턴을 투명/흑색 2단계로 포토 필름에 인쇄 → 필름 정밀 정렬 후 공작물 적층 → UV 조사: 투명부는 경화(하드), 흑색부는 연화(소프트) → 현상액으로 소프트 레지스트 제거 → 에칭 머신에서 에천트 분사: 레지스트 없는 금속부만 용해 제거 → 레지스트 스트리퍼로 잔여 레지스트 박리 → 세정/건조 → 완제품.

단계별 상세 공정

포토케미컬 가공(PCM): 역사, 공정 단계, 장단점 및 응용 분야 완벽 가이드

1. 설계 & 인쇄 (Designing & Printing)

CAD로 부품 설계 → 아트워크 생성(포토레지스트 타입에 따라 흑/투명 반전) → 표준 크기 포토 필름에 인쇄(통상 양면 2장 출력).

2. 시트 절단 (Cutting of Sheet)

설계 사양에 맞는 금속 선정(Al, Brass, Cu, Ni, Ag, Steel, STS, Zn, Ti 등) → 필름 크기에 맞춰 시트 절단. 두께 범위: 0.013~2.032mm.

3. 세정 (Cleaning)

산화물, 유분, 이물 완전 제거. 고압 워터젯, 알코올, 희석 HCl 등 자동 세정기 사용. 불량 세정 시 레지스트 밀착 불량, 치수 오차, 언더컷, 산화 발생. 세정 후 열풍 건조.

4. 레지스트 도포 (Applying Resist)

건조 완료 시트에 포토레지스트 코팅. 포지티브(UV 조사부 연화→제거) / 네거티브(UV 조사부 경화→잔존) 타입 선택은 필름 패턴(흑/투명)에 따름.

5. 포토 필름 적층 (Mounting Photo Film)

양면 필름 정밀 정렬 적층. 정렬 오차는 치수 정밀도에 직결.

6. UV 노광 (UV Exposure)

필름 투명부만 UV 투과 → 레지스트 경화/연화 분화. 경화부는 마스크재 역할, 연화부는 현상 시 제거되어 에칭 영역 형성.

7. 현상 (Development)

현상액 분사로 소프트 레지스트 용해 제거. 하드 레지스트만 잔존 → 금속 잔존부(레지스트 덮임) vs 금속 제거부(노출) 분화 완료.

8. 에칭 (Etching)

에칭 머신에서 양면 에천트 분사. 레지스트 없는 노출 금속만 화학 반응으로 용해 제거. 롤러 컨베이어 완전 자동 밀폐 시스템.

에천트 선정 기준: 표면 조도, 베이스 소재, 레지스트 타입, 에칭 깊이, 비용/가용성

시트 재질	에천트
철계 합금(탄소강, 합금강, STS 등)	제1철산염(FeCl₃)
비철 합금(베릴륨동, 황동 등)	제2구리염(CuCl₂)
티타늄, 아연 및 합금	구리계 전용 에천트
은 및 합금	제1철산염(Fe(NO₃)₃)
금 및 합금	요오드계 에천트