KR0184252B1 - 고주파 유도 가열식 진공 증착기의 증발접시 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고주파 유도 가열식 진공증착기(vacuum evaporation machine)에서 증착물이 용융 및 증발되는 증발접시에 관한 것이다.

본 발명자는 전열히터에 의한 통전 가열대신에 다수의 장점을 가지는 비접촉식 고주파 유도 가열을 이용하여 증착물을 순간적으로 가열하여 진공 증착함으로서 고품질의 증착을 경제적으로 수행할 수 있는 고주파 유도 가열을 이용한 진공 증착방법을 1996.6.8 출원한 바 있으며, 본 발명은 앞서 출원된 상기 본 발명인의 고주파 유도 가열을 이용한 진공 증착방법을 현실적으로 달성하기 위한 증착물이 용융 및 증발되는 진공 증착기용 증발접시(crucible)를 제공함에 목적이 있으며, 증착물 보다 용융점이 높은 금속을 두께가 얇은 평면 형상으로 성형하고 그 상부면 중앙에 증착물이 삽입되는 요입홈을 형성하여 고주파 유도가열로 증착물을 가열하여 진공 증착할 수 있게 한 것이다.

Description

구조파 유도 가열식 진공 증착기의 증발접시

제1도 : 본 발명 증발접시의 단면도.

제2도 : 본 발명 증발접시의 다른 실시예 단면도.

제3도 : 본 발명 증발접시의 또다른 실시예 단면도.

제4도 : 본 발명의 사용상태 구성도.

제5도 : 본 발명 증발접시의 평면도.

제6도 : 본 발명의 사용상태 단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

2, 2a, 2b : 증발접시 4, 4a, 4b : 용융홈

6 : 증착물 8 : 모서리부

10 : 고주파 유도코일 12 : 유도실

14 : 지지봉 16 : 절곡부

18 : 증착실 20 : 열반사판

22 : 세라믹 블록

본 발명은 고주파 유도 가열식 진공증착기(vacuum evaporation machine)에서 증착물이 용융 및 증발되는 증발접시에 관한 것이다.

진공증착기는 브라운관의 판넬, 거울, 반도체, 자동차의 부품, 반사경과 같은 각종 광학부품 등의 표면 코팅(도금), 합성수지 제품의 메탈라이징 등의 증착에 유효 적절히 사용되고 있으며, 종래의 진공 증착기들은 전열히터의 저항손 열원을 이용하여 증착물을 가열 증착하는 통전 가열방법이므로 여러가지의 문제점이 있다.

이에 본 발명자는 전열히터에 의한 통전 가열대신에 다수의 장점을 가지는 비접촉식 고주파 유도 가열을 이용하여 증착물을 순간적으로 가열하여 진공 증착함으로서 고품질의 증착을 경제적으로 수행할 수 있는 고주파 유도 가열을 이용한 진공 증착방법을 1996.6.8 출원한 바 있으며, 본 발명은 앞서 출원된 상기 본 발명인의 고주파 유도 가열을 이용한 진공 증착방법을 현실적으로 달성하기 위하여 증착물이 용융 및 증발되는 진공 증착기용 증발접시(crucible)를 제공함에 목적이 있다.

또 다른 목적은 증발 접시의 하부에 열반사판(열반사경)을 설치시켜 증착실 바닥으로 손실되는 열이 증발 접시로 반사(return)되어 열 효율이 증대되게 함을 목적으로 하며, 이하 본 발명의 바람직한 실시에를 첨부한 도면에 따라 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명에서 고주파 유도에 의해 1500℃ 전후의 고열로 가열되는 증발접시(2)의 요구조건은 2000℃~2500℃ 이상의 내열성을 가져야 하고, 전기저항은 ρ[μΩ.cm]=5~15μΩ.cm 이내여야 하며, 비중은 약 2~5정도로 비교적 낮아 급격한 가열과 냉각이 쉬워야 하며, 가열후 20초 이내에 진공해제 했을 때 산화되지 않아야 하며, 가열시 진공중에서의 가스발생이 낮아야 하고 흡습효과가 적어야 하며, 급격히 가열할 때 균열이나 파손되지 않아야 한다.

따라서 융점이 2000℃~2500℃ 이상으로 증착물의 용융 온도보다 훨씬 높으면서 전지전도가 우수한 재질, 예컨대 텅스텐이나 몰리브덴 또는 이들의 합금으로 제작하되 평면 형상은 전체적으로 원형이고, 중앙은 하향 만곡지게 형성하거나 또는 용융홈(4)을 형성하여 증착물(6)을 투입, 용융할 수 있게 한다.

제1도는 평면 형상이 대체로 원형인 본 발명 증발접시(2)의 단면도로, 중앙으로 향할수록 하향 만곡지게 형성하여 증착물(6)을 담을 수 있게 하며, 여건에 따라서는 그 중앙부에 별도의 용융홈(4)을 형성하여 증착물(6)을 투입 및 용융할 수 있게 한다.

상기에서 증발접시(2)의 단면형상은 원호형 또는 타원형으로 형성한 경우 곡률반경에 따라 증착패턴이 달라지므로 증착대상물 또는 증착 대상 면적에 따라 곡률반경을 적절히 설명하도록 한다.

제2도는 본 발명 다른 실시예의 증발접시(2a) 단면도로, 증발접시(2a)의 상부면을 평면으로 하되 중앙부에 용융홈(4a)을 형성하여 증착물을 투입시켜 용융할 수 있게 한 것이며, 제3도는 상기 제2도의 다른 실시예 단면도로, 용융홈(4b)을 갖는 증발접시(2b)의 상부면을 하향 경사지게 형성할 수도 있음을 보여주고 있다.

제5도는 증발접시(2)(2a)(2b)의 평면을 도시한 도면으로, 증발접시(2)(2a)(2b)의 중앙부에 형성하는 용융홈(4)(4a)(4b)은 증착물(6)의 형상이나 증착모양에 따라 제5도와 같은 직사각형으로 형성하거나 정사각형 또는 다각형이나 원형으로 형성할 수도 있으며, 용융홈(4)(4a)(4b)의 상부의 가장자리부에 모서리부(8)를 둠으로써 피 증착물에 증착되는 부분과 증착되지 않는 부분간의 경계선이 뚜렷이 구분되게 함이 바람직하다.

한편, 영상표시기(CRT, 모니터)와 같이 피증착물의 형상이 직사각형인 경우 용융홈(4)(4a)(4b)의 형상을 원형으로 하는 경우 증착패턴이 달무리 현상처럼 직경이 크고 작은 경계층이 발생될 수 있으므로 이러한 경우 용융홈(4)(4a)(4b)의 형상은 제5도와 같이 직사각형으로 형성함이 바람직하다.

비단 본 발명에 국한되는 예는 아니지만 고주파 유도 가열에서 주파수에 따라 가열효율이 달라지므로 고주파 유도가열에서 주파수의 선택은 매우 중요하다. 만약 주파수가 높아 가열 침투깊이가 얕아지면 증발접시(2)(2a)(2b)의 외부 표면만 가열되고 외부로부터의 열방출이 커지기 때문에 효율이 낮아지게 되며, 이와는 반대로 주파수가 높아서 침투깊이가 너무 깊으면 자력선에 의한 힘의 작용으로 비자성 증착물(6)이 증발접시(2)(2a)(2b)내에서 요동되며, 요동이 심한 경우 증발접시(2)(2a)(2b) 밖으로 튀어 나오는 등의 문제점이 있다.

그러므로 적정 주파수의 선택은 열이 용융체 표면으로부터 외부로 방출되는 양상과 중앙부위에서의 자력선 상쇄의 인자를 고려하여 선택히야 하며, 본 발명과 같은 증착물 용융에 적합한 주파수는 50KHz~1000KHz의 유효 고주파 중 담금질 보다는 낮고 단조보다는 높은 상태 즉, 침투깊이가 증발접시(2)(2a)(2b) 직경의 10%~20%로 되는 100KHz~300KHz 범위의 주파수가 적절하다.

또한 증발접시(2)(2a)(2b)의 두께는 침투깊이(Penetration depth : 표피효과에 의해 가열대상 표면으로부터 90%의 전력이 집중되는 깊이)보다 두껍지만 침투깊이에 근접하는 두께로 형성하면 표피효과(skin effect)에 의해 고주파 전류가 증발접시(2)(2a)(2b)의 대부분에 걸쳐 작용되므로 급속냉각을 달성할 수 있어서 생산성을 보다 향상시킬 수 있으며 강제 냉각할 필요없이 자연적으로 냉각시킬 수 있다.

한편 상기 침투깊이는 아래표와 같이 사용재료와 그 온도 및 주파수에 따라 달아지므로 그에따른 두께에 근접하는 두께로 증발접시(2)(2a)(2b)를 제작하도록 한다.

또한 증발접시(2)(2a)(2b)는 소모성 부품이므로 교환이 쉽도록 하며 그 구조는 제4도와 같이 고주파 유도코일(10)의 중앙에 형성된 유도실(12) 하부에 3개 또는 그 이상의 지지봉(14)을 수직 설치하여 그 상부에 증발접시(2)(2a)(2b)에 얹어 설치할 수 있게 한다.

상기 지지봉(14)은 고주파 전력이 유도되므로 증발접시(2)(2a)(2b)와 같은 텅스텐 또는 몰리브덴 또는 이들의 합금재질로 형성하여 전술한 바와 같은 증발접시 요구조건들을 갖도록 한다.

또한 상기 지지봉(14)은 증발접시(2)(2a)(2b)를 지지만 할 수 있는 정도의 가는 굵기로 하여 불필요한 열손실(부하)을 방지하고, 지지봉(14)의 상부에는 외향 절곡부(16)를 형성하여 증발접시(2)(2a)(2b)를 떠받칠 수 있게 한다.

한편, 증발접시(2)(2a)(2b)가 유도실(12)의 정 중앙에 위치하지 않고 유도코일(10)의 일측으로 다소 치우치면 유도코일(10)과 인접한 면에서는 더 많은 자력선과 교차하여 가열속도가 빠르게 되고, 그 반대편은 결합도가 떨어져 느린 속도로 가열되므로 절곡부(16)의 끝단을 상향 절곡시켜 증발접시(2)(2a)(2b)가 유도실(12)의 한 가운데에 위치하면서 유동되지 않게 한다.

상기 세라믹 블록(22)은 증착실(20)의 바닥에 고정하고 지지봉(14)은 세라믹 블록(22)에 설치하면 될 것이며, 열반사판(18)은 증발접시(2)(2a)(2b) 보다 크게하면 집열 효과가 클 것이다.

미 설명부호 (24)-기밀패킹, (26)-개구부, (28)-피 증착물, (30)-진공펌프, (32)-급전단자이다.

이와 같이 구성하여서 된 본 발명은 제6도와 같이 지지봉(14)의 절곡부(16)에 증발접시(2)(2a)(2b)를 얹어 설치하고, 상기 증발접시(2)(2a)(2b)의 상부면 중앙 또는 용융홈(4)(4a)(4b)에 증착면적을 감안한 크기의 증착물(6)을 넣고 기밀패킹(24)을 갖는 개구부에 피 증착물(28)을 얹고, 진공펌프(30)로 증착실(20)의 진공을 유지한 다음 유도코일(10)의 양단으로 대출력(수십 KVAR)의 고주파 전원(HFV)을 급전하면 상기 고주파 전원(HFV)이 증발접시(2)(2a)(2b)로 유도되어 증발접시(2)(2a)(2b)가 1,500℃전후의 고온으로 급속 가열된다.

증발접시(2)(2a)(2b)의 가열에 의해 용융홈(4)(4a)(4b)내에 위치하는 증착물(6)이 순간적으로 융해되어 용융홈(4)(4a)(4b)의 전체 바닥으로 펼쳐져 증발되면서 피증착물(28)의 표면에 증착된다.

본 발명에서 증발접시(2)(2a)(2b)는 고주파 유도에 의해 급속 가열되고 증착물(6)은 순간적으로 증발되므로 종래 전열 히터 방식에 비하여 증착입자가 더욱 미세하게 융해되고 그에 따라 섬세하면서 균일한 증착을 달성할 수 있고 증착물의 양을 줄일 수 있다.

한편 증착 후 진공을 해제시켜 냉각하게 되는 바, 종래 전열히터 방식의 경우 전열히터가 갖는 축열성 때문에 냉각 시간이 늦고 전열히터가 약간 산화되었으나, 본 발명에서는 증발접시(2)(2a)(2b)의 두께가 얇게 제작되므로 급속가열이 달성될 뿐 아니라 냉각 역시 급냉이 달성되어 산화가 방지되며, 유도코일(10)로 급전하는 고주파 전원(HFV)을 차단하고 증착실(20)의 진공을 해제 시키면 증발접시(2)(2a)(2b)의 자연적인 냉각이 달성되므로 예열 서냉 등 예비 시간이 불필요하다.

본 발명에서 고주파 유도 가열에 의해 피 가열체인 증발접시(2)(2a)(2b)가 직접 가열되므로 효율적인 가열이 달성되며 소비전력을 줄일 수 있다.

또한 피 가열체인 증발접시(2)(2a)(2b)를 가열원인 유도코일(10)로부터 완전분리 및 차단할 수 있어서 각종 오염을 방지할 수 있으며 증착을 균일하게 달성할 수 있다.

또한, 증발접시(2)(2a)(2b)의 저부에는 열반사판(18)이 위치하하여 증착실(20)바닥으로 손실되는 열량을 증발접시(2)(2a)(2b)로 궤환(return 또는 feed back)시키므로 열효율이 향상된다.

이상에서와 같이 본 발명의 증발접시(2)(2a)(2b)는 유도코일(10)로부터 유도되는 고주파 전류에 의해 직접 가열되므로 급속 가열과 급속 냉각이 달성되고 소비 전력을 줄일 수 있고 각종 오염이 방지되며 균일하고 경제적인 증착이 달성되는 등의 효과가 있는 유용한 발명이다.

Claims (2)

1. 증착물보다 용융점이 높은 금속을 두께가 얇은 평면 형상으로 성형하고 그 상부면 중앙에 증착물이 삽입되어 있는 용융홈을 형성하여서 된 고주파 유도 가열식 진공증착기의 증발접시.
2. 제1항에 있어서, 증발접시를 지지하는 지지봉의 하부에 열반사판을 설치하여서 됨을 특징으로 하는 고주파 유도 가열식 진공증착기의 증발접시.