화학 가공(CHM) 완벽 가이드: 공정, 종류(밀링/블랭킹/인그레이빙), 장단점

화학 가공(Chemical Machining)이란?

화학 가공은 금속 특성이나 무결성 변경 없이 포토케미컬 공정으로 지정된 영역에서 금속을 깨끗하게 제거하는 방법. 주로 복잡한 설계의 소형 박판 금속 부품을 번이나 응력 없이 제작하는 데 사용.

공정은 금속 표면 먼지·기름 세척으로 시작. 포토레지스트 도포·베이킹으로 균일 도포 보장. 아트워크(마스크)를 준비된 금속판 위에 놓고 자외선 노출로 원하는 해상도·에칭 사양 확보.

아트워크 제거 후 레지스트 현상/제거. 이후 금속판을 화학 용액에 담가 부품에 필수적이지 않은 모든 재료 용해. 에칭 완료 후 레지스트 제거, 금속 부품 세척·검사·포장.

화학 가공 공정

화학 가공 다양한 공정:

1. 세척(Cleaning)

공작물에서 오일, 그리스, 먼지 등 물질 제거해 후속 공정 원활 수행. 마스킹 재료 공작물 접착 보장 위해 세척 필수. 마스킹 결함 시 스트레이 에칭(Stray Etching) 발생.

작업 재료와 필요 가공 깊이에 따라 증기 세정, 알칼리 에칭 등 다양한 세척법(마스킹트와 유사) 수행. 다공성 공작물 세척은 어려움.

주로 기계적·화학적 두 가지 세척법. 화학적 방법이 기계적 방법보다 손상 훨씬 적어 널리 사용.

마스크가 두껍고 얇게 화학 세척되면 얇거나 세척된 마스크 부분 정제됨. 세척 공정 가열 도움.

2. 마스킹(Masking)

마스킹재로 마스킹. 마스킹재는 불활성이라 가공 화학약품과 반응 안 함. 벗겨내기 쉬운 마스크 사용.

가공 안 할 공작물 부분을 마스크로 덮어 가공할 부분만 화학약품 노출. 마스킹 공정 시 공작물 전체 마스킹.

마스크 적용 3가지 방법:

• 컷 앤 필(Cut and Peel)법
• 스크린(Screen)법
• 포토레지스트(Photoresist)법

3. 스크라이빙(Scribing)

마스킹 후 가공할 공작물 영역에서 마스킹 제거해 화학 반응 발생하게 함. 스크라이빙 후 가공할 영역만 화학 가공 노출.

4. 에칭(Etching)

여과된 공작물을 화학 반응하는 화학약품 담긴 용기에 담금.

공작물 담그면 마스킹된 영역은 화학 반응 안 하고, 마스킹 안 된 영역은 화학약품과 반응해 비마스킹 영역 재료가 용해 제거됨.

에칭 공정 보통 고온 수행. 공정 중 가스 기포 갇히지 않게 해 불균일 가공 방지.

5. 디마스킹(Demasking)

에칭 후 비가공 영역 마스크 제거, 가공 영역 산화층도 제거.

6. 세척(Washing)

디마스킹 후 공작물 깨끗한 물로 완전히 헹궈 표면 잔여 물질 완전 제거.

이외 선택적 공정으로 에천트 가열/냉각: 온도에 따라 가열/냉각봉으로 용기 내 온도 유지.

화학 가공 공정 종류

밀링, 블랭킹, 인그레이빙 등 다양한 작업 적용 가능. 화학 가공 공정 분류:

• 케미컬 밀링(Chemical Milling)
• 케미컬 블랭킹(Chemical Blanking)
• 케미컬 인그레이빙(Chemical Engraving)

특수 목적으로 반응성 가스(염소 제트 등) 가공 영역 사용해 화학 가공 가능. 기체 화학 가공 또는 핫 클로린 가공이라 하며 금속 디버깅에 사용.

1. 케미컬 밀링(Chemical Milling)

케미컬 밀링 또는 산업용 에칭은 온도 조절 에칭 화학약품 욕조로 재료 제거해 원하는 형상 객체 만드는 감산 제조 공정.

포토 에칭, 케미컬 에칭, 포토케미컬 에칭, 포토케미컬 머시닝 등 다른 명칭. 주로 금속 사용, 타 소재도 중요도 증가. 르네상스 시대 갑옷 장식·인쇄 에칭 공정에서 발전, 금속 인그레이빙 대안으로 개발.

절단 영역을 에천트라 불리는 부식성 화학약품에 담가 해당 영역 재료와 반응해 고체 재료 용해. 불활성 물질인 마스칸트(Maskant)를 레지스트로 사용해 특정 영역 보호.

응용

에칭은 PCB(인쇄회로기판) 및 반도체 제조 산업에 응용. 항공우주 산업에서 대형 항공기 부품, 미사일 스킨 패널, 동체 압출 부품 얕은 층 제거에도 사용.

집적회로(IC) 및 MEMS(미세전자기계시스템) 제조에 널리 사용. 표준 액체 기반 기술 외 반도체 산업은 플라즈마 에칭도 흔히 사용.

2. 케미컬 블랭킹(Chemical Blanking)

케미컬 블랭킹, 포토 메이킹, 포토 바이브레이션, 포토 에칭은 케미컬 밀링 변형. 화학 작용으로 여러 영역 재료 완전 제거.

주로 시트와 포일에 사용. 거의 모든 금속 가공 가능하나 2mm 초과 재료 얇게 하는 데 비추천.

공작물 세척, 환원, 산/알칼리 선택. 세척 금속 건조 후 포토레지스트 재료 딥핑, 월 코팅, 스프레이로 도포. 건조·경화. 사진 재료로 포토레지스트 내 내광성 이미지 생성.

이런 마스크는 특정 주파수 빛(일반 자외선)에 민감, 실내 조명엔 둔감. 네거티브(필요 설계 사진판) 통해 빛 노출해 현상. 현상 과정서 불필요 부분 떨어져 나감.

금속을 기계에 넣고 화학약품 분무 또는 슬러리 첨가. 에칭액은 티타늄용 불산(HF) 또는 다양한 화학약품. 1~15분 후 불필요 금속 용해, 완성 부품 즉시 재 제거.

3. 케미컬 인그레이빙(Chemical Engraving)

PCB 카드, 기타 인그레이빙, 복잡한 디자인 커팅 포토레지스트 마스칸트로 케미컬 블랭킹 가능.

• 초박막 금속(0.005mm) 가공 가능
• ±0.015mm 고정밀 유지
• 자동화 사진 기술로 고생산률 달성

화학 가공 응용

• 금속 제거 깊이가 수 마이크론으로 중요하고 공차 엄격한 다수 용도 적용
• 공정 표면 마무리 범위 0.5~2마이크론
• 단조, 주조, 압출, 성형 압연재 등 성형/불규칙 형상 부품 전체 표면 일부에서 금속 제거
• 주요 응용: 버 없는 복잡한 스탬핑 제조

화학 가공 장단점

• 장점: 공작물 변형 없음, 버 발생 없음, 가공 난재료에도 쉽게 적용
• 단점: 공정 느려 대량 생산이나 2mm 초과 두께 가공엔 보통 부적합
• 소형 부품은 단일 플레이트에 10~100개 동시 제작으로 생산 속도 향상