[반도체] 기구설계 기초 지식 02. 표면처리

지난 번에는 반도체 장비를 설계하는데 쓰이는 기본 8가지 재질에 대해 알아보았는데요?

 

오늘은 반도체 재질을 어떤 식으로 표면처리 하는지에 대해 알아보도록 하겠습니다.

 

 

 

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표면처리(Surface Finishing)란?

재료의 표면을 특정한 특성을 얻기 위하여 도금이나 칠 따위를 하는 일을 말한다.

좀더 상세히 말해보면, 금속 표면의 외관, 접착성, 용접성, 내식성, 내마모성, 경도 등의 특성을 향상시키거나

가공 후 남은 표면의 burr 또는 표면 결함 등을 제거하기 위하여 표면을 물리적, 화학적으로 개조하는 일을 말한다.

 

표면처리는 처리 방식에 따라 크게 Adding or Altering과 Removing or reshaping으로 나뉜다.

 

▶ Adding or Alering 방식의 표면처리 종류

▶ Removing or reshaping 방식의 표면처리 종류

 

이 중 가장 주요하게 쓰이는 표면 처리 기법에 대해 살표보면 다음과 같다.

 

1. 바이브레이터(Vibrator Finishing)

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Vibrator Finishing

개념: 대량의 비교적 작은 금속 부품의 날카로운 모서리, 거친 표면, deburr을 위한 대량 가공 공정.

Process: 표면처리가 필요한 대량의 부품이 진동 운동을 하는 기계로 운반되어 연속적으로 마찰을 일으키며 부품의 불순물을 제거하고 표면을 smooth하게 만든다.

사용재질: 일반적으로 Al5052 에 많이 사용된다.

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2. 아노다이징(Anodizing)

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Anodizing

개념: 주로 알루미늄의 표면에 자연 산화물 층의 두께를 증가시켜 색상을 입히거나

내구성, 내식성, 내마모성을 향상시키는 데 사용되는 electrolytic passivation 공정.

Process: 알루미늄을 acid electrolyte bath에 담그고 DC전류를 매체에 통과시켜 

oxygen ions이 알루미늄 표면 붙어 막을 형성한다.

사용재질: 일반적으로 Al6062에 가장 많이 사용되며, Soft Anodizing을 많이 사용한다.

 

종류:

① Chromic Acid (Type I): 가장 오래된 방법으로서 크롬산을 전해질로 이용하여 0.5~18μm 두께의 코팅을 형성함.

② 연질 아노다이징(Soft Anodizing) (Type II): 황산을 이용하여 1.8~25μm 두께의 코팅을 형성함.

③ 경질 아노다이징(Hard Anodizing) (Type III): 황산을 이용하여 13~150μm 두께의 코팅을 형성함.

 

★ 코팅의 두께가 두꺼울 수록 높은 전압이 필요함 ★

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3. Polishing

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Polishing

개념: 연삭 숫돌과 같이 점결된 고형 숫돌을 사용한 미세한 입자의 마찰 작용을 이용하여 가공 표면을 매끈하게 가공하는 작업.

Process: 연마재를 금속 표면 위에 문지른다.

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4. Buffing

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Buffing

개념: 유연성 있는 몸체 위에 아교를 사용하여 입자를 고착시킨 버프바퀴를 구속으로 회전시키고, 여기에 가공물을 접촉시켜 연삭하는 가공법. 정밀도는 연삭보다 못함. 도금한 표면의 폴리싱에도 이용됨.

사용재질: 기능적으로 불필요한 부분을 없애는데 적용.

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5. Electric Polishing(E.P)

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Electric Polishing

개념: 금속 표면에서 물질을 제거하여 표면 거칠기를 줄이는 전기 화학적 공정.

Process: 금속을 electrolyte bath에 담그고 DC전류를 그림과 같이 매체에 통과시키면, 금속 표면이 산화되어 전해질에서 Cathode으로 용해된다. 이러한 과정을 통해 금속의 표면이 매끄러워진다.

사용재질: 주로 스테인리스강, Cu 반도체, UHV(Ultra-high Vacuum) 부품, 투과 전자 현미경 등에 사용된다. 

SUS 304/ SUS 316의 재질로 된 절곡물이나 가공품과 배관 등 용접 작업 후에 적용된다.

일반적인 Union, Fitting류들은 SUS316L 재질로 이루어져 있다.

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6. Fire Polishing

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Fire Polishing

개념: 주로 유리(Quartz) 또는 열가소성 물질을 화염이나 열에 노출시켜 Polishing하는 기술.

사용재질(Part): Tube, Boat, Nozzle 등에 적용된다. 즉 일반적으로 공정이 진행되는

Chamber 내부의 표면처리는 Fire Polishing으로 진행된다.

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7. Lapping

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Lapping

개념: 주철 또는 동합금 등으로 만들어진 랩과 공작물 사이에 랩제와 랩액을 넣고 압력을 가해서 문질러 치수 정도가 좋은 정밀한 다듬질 면을 얻는 공작법

랩제: 탄화규소, 용융알루미나, 산화크롬, 산화철 등의 분말

랩액: 경유, 스핀들유 등

Process: 랩제와 랩액을 같은 양으로 섞어 랩 표면에 칠한다. 랩제는 회전하면서 공작물의 표면을 조금씩 깎는다.

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8. 분체도장(Powder Coating)

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Powder Coating

개념: 가장 많이 사용되는 방법은 정전 분체 도장이며, 분체가 정전 인력에 의해 피도장물에 흡인되어 가열용해 됨으로써 도막을 형성한다.

 

특성:

1) 용제를 사용하지 않기 때문에 공해 및 화재의 위험성이 적다

2) 1회 도포로 액체 도장 보다 두꺼운 도막을 형성할 수 있다

3) 건조시간(curing time)이 액체 도장 보다 빠르다 색 변환이 어렵다

4) 색 변환이 어렵다

사용재질: SS41/SPCC/Al5052/Al5083 에 적용된다.

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