안녕하세요. 유테크의 아우토반입니다.
오늘은 기구설계의 기본이 되는 기구부품인 O-Ring 에 대해 알아보도록 하겠습니다.
진공을 만들기 위해 그리고 Seal을 적합하게 만들기 위해 무엇보다 중요한 역할을 하는 O-Ring.
O-Ring은 합성고무, 합성수지, 내열성 플라스틱 등으로 만들어진 원형 모양의 Seal 용 부품을 말합니다.
작은 크기에서부터 큰 크기까지 다양한 종류의 O-Ring이 있어 가장 광범위하게 사용되고 있는 Seal용 부품입니다.
1) 온도 : O-Ring은 온도(고온/저온)에 따라 내열성/내한성을 고려한 재질 선정이 중요합니다..
그 이유는 적합한 온도를 선정하지 않는다면, O-Ring 자체에서 생기는 Particle로 인해 배관을 타고
반도체 공정 자체에 영향을 직접적으로 줄 수 있기 때문입니다.
2) 압력 : 내압성을 고려한 재질 선정이 필요합니다. 마찬가지고 고압/저압을 사용하는 반도체 장비에선
상황에 따라 적절한 압력을 견디는 O-Ring을 선정하는 것이 중요합니다.
3) 접촉 대상: 반도체 장비 내에선 다양한 유체를 사용하기 때문에 유체에 대한 내성, 내후성, 기체 투과성 등
다양한 요소를 고려하여 재질을 선정해야 합니다.
1) NBR O-Ring
A. 유공압 산업 등을 중심으로 폭넓게 유통되고 있으며, 가장 일반적이며 접근이 쉬운 범용 재질을 사용합니다..
B. 내유성과 가공성에서 세계적으로 양산되고 있으며, 무엇보다 가격이 저렴합니다.
C. 가격이 비교적 저렴한 만큼 내열성(-25C~100C) 및 내 양품성, 내후성 등은 떨어집니다.
2) Viton(FKM O-ring)
A. 일반 불소 계열 고무를 사용하여 제작됩니다.
B. 내열성(-20C~250C), 내유성, 가스 배리어 성 등 다양한 분야에 걸쳐 높은 성능을 가지고 있습니다.
C. 이러한 특성 덕분에 반도체 장비에서 주로 사용하는 O-Ring입니다.
3) Kalrez O-ring
A. 내화학성이 대단히 우수하며, 에테르류, 아민류, 케톤류, 산화제, 유기용제, 연료, 산 알칼리 등
거의 모든 약품에 안정성을 나타냅니다.
B. 내열성(~343C), 내약품성, 내플라즈마적 성질을 가지고 있습니다.
C. Viton O-Ring과 더불어 반도체 장비의 핵심 공정이 진행되는 곳에서 가장 많이 사용되는 O-Ring 중 하나 입니다.
4) Silicon O-Ring
A. 내열성(~200C) 및 저온특성(-70C~)이 우수합니다.
B. 내존성, 내후성(weather protection)이 좋습니다.
C. 인열강도, 인장강도 및 내마모성에는 약한 특징을 보입니다.
D. 마찬자기로 반도체 장비에서 많이 사용하는 재질의 O-Ring 입니다.
5) Dupra O-ring
A. 반도체 제조장치에 주로 사용되며 퍼플루오로고무제로 제작되었습니다..
B. Seal성, 초클린성, 내열성(~200C), 장기 수명이 무척 뛰어납니다.
C. 이러한 특성 때문에 반도체 핵심 공정이 진행되는 곳에 주로 사용됩니다.
6) NANOpure O-ring
A. 내열성(-50C~324C), 내약품성이 Viton O-Ring에 비해 급격히 뛰어난 O-Ring입니다.
고온과 화학 물질에 대한 저항력을 더욱 높으며, 산소-플라즈마의 환경에도 오랜 시간 동안 견딜 수 있습니다.
B. 진공 용도로 사용될 정도로 매우 뛰어난 성능을 보입니다.
C. 진공 용도의 반도체 장비 및 Chamber 등에 주로 사용되는 O-Ring입니다.
Groove란 오링이 설치되는 홈(공간)을 뜻합니다.
일반적으로 O-Ring의 경우 Dovetail Groove를 주로 사용합니다.
그 이유는 O-Ring 장착이 비교적 어렵지만, 장착 이후에는 잘 빠지지 않게 설계가 되어 있기 때문입니다.
이 외에도 Barrel Groove, MSE Groove 등이 있지만, 일반적으로 Dovetail 구조를 선호합니다.
O-Ring을 장착을 했지만 생각치도 못한 Leak가 발생되기도 합니다.
이러한 이유 중 대부분은 다음 4가지 설계 실수로 인해 일어나게 됩니다.
1) Sealing Groove 홈의 부적절한 설계 : O-Ring의 경우 규격이 존재하지만, 국가에 따라, 제품에 따라 조금씩
규격이 다른 경우가 존재합니다. 이러한 이유로 인해 Seal에 실패하게 됩니다.
2) O-ring이 상용된 매체와 호환이 되지 않는 경우 : 국가에 따라, 제품에 따라 규격이 다르기 때문에 발생합니다.
3) O-ring의 Seal 사이즈가 올바르지 않은 경우 : 제작의 Miss가 발생하는 경우도 있습니다.
4) O-ring이 완전히 윤활 처리 되지 않은 경우 : 후처리 과정에서 Miss가 발생할 수 있습니다.
O-Ring 장착 후 Leak가 있다면, O-Ring을 살펴보면 그 이유를 알 수 있게 됩니다.
1) 사용 후 O-ring이 평평하다면?
A. 이유 : Sealing Ring의 탄성이 약하고 내열성이 떨어진 경우 발생합니다.
B. 해결책 : 응고 특성이 낮은 고무 재료를 사용해야 합니다.
2) O-ring에 마모가 있다면?
A. 이유 : Seal의 미끄럼면이 거칠어서 Sealing이 조기에 마모된 경우 발생합니다.
B. 해결책 : 완전히 윤활 되도록 후처리를 재진행 해야 합니다.
3) O-ring이 열에 의해 경화 및 산화되었다면?
A. 이유 : 작동 온도가 정상적인 사용 범위를 초과한 경우 발생합니다.
B. 해결책 : 작동 온도에 맞는 재질의 O-ring을 사용해야 합니다.
4) O-ring의 돌출 및 나선형 파손
A. 이유 : 압력이 씰 베어링 강도를 초과 또는 동심도 부분이 너무 낮은 경우 발생합니다.
B. 해결책 : Sealing Gap을 줄이고, 적절한 크기의 O-ring을 사용해야 합니다.
이상 오늘은 반도체 기구 부품 중 Seal의 가장 기본이되는 O-Ring 에 대해 알아보았습니다.
다음시간에도 유익한 반도체 지식을 설명드리도록 노력하겠습니다.
감사합니다.
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