KR100649665B1 - 입체성형물 중합체의 처리 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 입체성형물 중합체 처리장치 및 그 처리방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 플라즈마 쉬스가 입체성형물 중합체의 형상에 호응되게 형성되어, 처리되는 중합체의 경도 및 표면전도도가 향상되는 입체성형물 중합체 처리장치 및 그 처리방법에 관한 것이다.
본 발명은, 내부에 밀폐공간을 형성시킬 수 있는 처리실; 고주파전력 공급장치, 매칭박스, 안테나로 구성되며, 상기 처리실 내부에 플라즈마를 발생시키기 위하여 고주파 전원을 공급하는 고주파전원 공급부; 공정가스 공급원, 공정가스 공급로, 유량 조절수단으로 구성되며, 상기 처리실 내부에서 발생되는 플라즈마를 구성하는 공정가스를 공급하는 공정가스 공급부; 상기 처리실 내부를 감압시켜 진공상태로 만드는 펌핑부; 음전압발생장치, 그리드(grid)로 구성되며, 이온을 집속하는 그리드부;를 포함하여 구성되되, 상기 안테나와 그리드는 250 ~ 350 mm 이격되어 구비되는 것을 특징으로 하는 입체성형물 중합체 처리장치를 제공한다.
플라즈마, 입체성형물, 중합체

Description

입체성형물 중합체의 처리 장치{CONTINUOUS SURFACE-TREATING APPARATUS FOR THREE-DIMENSIONAL SHAPE OF POLYMER}
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 입체성형물 중합체 처리장치의 구조를 나타내는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 그리드의 측면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 처리실의 구조를 나타내는 단면도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 처리실의 구조를 나타내는 단면도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 입체성형물 중합체 처리방법의 각 공정을 나타내는 공정도이다.
< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >
1 : 본 발명의 실시예에 따른 입체성형물 중합체 처리장치
10 : 로딩실 20 : 전처리실
30 : 처리실 40 : 언로딩실
50 : 게이트 밸브 60 : 진공 펌프
70 : 이송수단
본 발명은 입체성형물 중합체 처리장치 및 그 처리방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 플라즈마 쉬스가 입체성형물 중합체의 형상에 호응되게 형성되어, 처리되는 중합체의 경도 및 표면전도도가 향상되는 입체성형물 중합체 처리장치 및 그 처리방법에 관한 것이다.
고분자 소재는 경량성, 성형성 및 가공성, 투명성, 전기절연성 등의 특징으로 인하여 그 용도가 매우 다향하고 광범위한 소재이다. 이러한 고분자 소재는 사용 목적에 따라 고분자 소재 전체의 성질은 변화시키지 않으면서 표면 특성만을 개선시킬 필요성이 제기된다. 특히 표면의 친수 또는 소수 특성은 고분자 소재의 젖음성(wettability), 인쇄성(printability), 착색성(colorability), 생체 적합성, 정전기 방지성, 접착성, 방수성, 방습성 등에 결정적인 영향을 미치므로, 이를 향상시키기 위한 여러가지 방법이 이용되고 있다.
이러한 고분자 소재의 표면개질방법으로는 화학적 처리, 코로나 처리, 플라즈마 처리 등을 들 수 있다. 이 중에 플라즈마 처리는 낮은 압력에서의 플라즈마를 이용한 고분자 처리방법이다.
플라즈마는 물질의 제4상태로 간주되며, 부분적으로 이온화된 기체를 의미한다. 그 구성성분은 전자, 양이온 그리고 중성원자 및 중성분자 등이다. 기체 입자 에 에너지가 가해지면 최외각 전자가 궤도를 이탈해서 자유전자가 되기 때문에 기체입자는 양전하를 갖게 된다. 이렇게 형성된 전자들과 이온화된 기체들 다수가 모여 전체적으로 전기적인 중성을 유지하며, 그 구성입자들 간의 상호작용에 의해서 독특한 빛을 방출하고 입자들이 활성화되어 높은 반응성을 갖게 된다. 이러한 플라즈마를 이용하는 플라즈마 처리법은 코로나 처리법에 비해 반응가스를 선택할 수 있고 처리 압력 등 공정 변수를 조절할 수 있는 장점이 있다.
종래의 플라즈마 처리 방법으로는 이온빔 또는 플라즈마 질화 등을 이용하여 금속 등의 표면 경도를 향상시키는 기술 등이 있다. 또한 최근에는 플라즈마 이온 인플란트 등을 이용하여 금속과 폴리머에 적용한 예가 있다.
그러나 종래의 기술은 입체성형물에 이온을 주입하는 경우 측면 및 굴곡이 있는 부분에는 이온이 주입되지 않아서, 이로 인한 중합체의 표면전도도 분포가 일정하지 않은 문제점이 있다. 이는 플라즈마 쉬스(sheath)의 형상이 중합체 표면처럼 굴곡지게 형성되지 않기 때문이다.
또한 이온주입 깊이가 낮기 때문에 중합체의 표면에 H2O가 해리되거나 이중결합 및 망상구조 결합력이 약해지게 되어 시간이 경과하거나 온도가 상승되는 경우 표면전도도가 현저히 감소하는 문제점도 있다.
본 발명의 목적은 일정시간이 경과하거나 온도가 상승하더라도 표면전도도가 떨어지는 등의 문제가 발생하지 않는 입체성형물 중합체 처리장치를 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 일정시간이 경과하거나 온도가 상승하더라도 표면전도도가 떨어지는 등의 문제가 발생하지 않으며, 대량처리가 가능한 입체성형물 중합체 처리방법을 제공함에 있다.
전술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 내부에 밀폐공간을 형성시킬 수 있는 처리실; 고주파전력 공급장치, 매칭박스, 안테나로 구성되며, 상기 처리실 내부에 플라즈마를 발생시키기 위하여 고주파 전원을 공급하는 고주파전원 공급부; 공정가스 공급원, 공정가스 공급로, 유량 조절수단으로 구성되며, 상기 처리실 내부에서 발생되는 플라즈마를 구성하는 공정가스를 공급하는 공정가스 공급부; 상기 처리실 내부를 감압시켜 진공상태로 만드는 펌핑부; 음전압발생장치, 그리드(grid)로 구성되며, 이온을 집속하는 그리드부;를 포함하여 구성되되, 상기 안테나와 그리드는 250 ~ 350 mm 이격되어 구비되는 것을 특징으로 하는 입체성형물 중합체 처리장치를 제공한다.
본 발명에서는, 그리드를, 다수개의 그리드가 연결된 구조로 마련되되, 각 그리드 간의 간격은 15 ~ 140 mm가 되도록 함으로써 플라즈마 쉬스가 굴곡진 면을 따라 원활히 형성되어 입체성형물 중합체에 이온주입이 원활히 이루어지게 한다.
또한 본 발명에서는, 그리드를, 전면부와 후면부가 연결된 "ㄷ" 자 형상을 가지되, 전면부와 후면부는 그 사이의 간격이 30 ~ 90 mm 만큼 이격되어 연결되도록 함으로써, 입체성형물의 전면 및 후면이 동시에 처리되면서도 플라즈마 내에 또 하나의 플라즈마가 형성되지 않도록 하는 것이 바람직하다.
또한 본 발명에서는 상기 공정가스를, C2H2, CH4, Ar+, N2 +, H2 로 이루어진 다성분계 공정가스로 함으로써 플라즈마 내에서 CH4 -의 함유량이 높게 하는 것이 바람직하다.
이때, 상기 다성분계 공정가스의 조성비는, C2H2 : H2는 80:20이고, CH 4 : H2는 70:30이고, Ar+ : H2는 90:10인 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에서는, 처리실에 연결되는 전처리실이 더 마련되며, 상기 전처리실은 상기 처리실과 동일한 구조를 가지되, 상기 처리실보다 낮은 전압으로 상기 입체성형물에 플라즈마를 처리하도록 함으로써, 입체성형물 내에 존재하는 수분과 가스를 제거하여 처리실에서의 공정시간을 대폭 단축하여 대량의 처리가 가능하도록 한다.
또한, 본 발명에서는, 상기 전처리실에 연결되어 마련되며, 외부로 부터 입 체성형물을 공급받아서 상기 전처리실에 공급하는 로딩(loading) 실; 상기 처리실에 연결되어 마련되며, 상기 처리실에서 처리된 입체성형물을 공급받아서 외부로 반출하는 언로딩(unloading) 실; 이 더 마련되되, 상기 로딩 실, 전처리실, 처리실, 언로딩실 사이에는 각 실을 개폐할 수 있는 게이트 밸브(gate valve)가 더 마련되도록 함으로써, 피처리물인 입체성형물이 자동적으로 로딩되고, 언로딩되며, 각 공정 간에 일정한 속도를 가지고 자동적으로 이동되게 하여 전공정이 자동화될 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
또한 본 발명에서는,
1) 그 표면에 중합체가 형성되어 있는 입체성형물을 대기압 상태의 로딩실에 도입하는 단계;
2) 상기 로딩실 내부의 압력을 낮추어 진공상태로 만들고, 상기 입체성형물을 항상 진공 상태로 유지되는 전처리실로 반입시키는 단계;
3) 상기 전처리실 내에서 플라즈마를 이용하여 상기 입체성형물에 존재하는 수분(H2O)과 가스를 제거하는 단계;
4) 상기 입체성형물을 항상 진공 상태로 유지되는 처리실로 반입시키는 단계;
5) 상기 처리실 내에서 플라즈마를 이용하여 상기 입체성형물의 중합체의 표면을 처리하는 단계;
6) 상기 입체성형물을 진공 상태의 언로딩실로 배출시키고, 상기 언로딩실의 압력을 대기압 상태로 높인 상태에서 외부로 반출시키는 단계; 를 포함하는 입체성형물 중합체 처리방법을 제공한다.
또한 본 발명에서는, 상기 3) 단계에서는, 상기 입체성형물의 표면전도도가 106 ~ 109 Ω/cm2로 유지되도록 처리함으로써, 상기 5) 단계에서의 처리시간을 단축하고, 처리 공정이 용이하도록 하는 것이 바람직하다.
또한 상기 5) 단계는, 상기 입체성형물의 표면전도도가 10-6 ~ 10-4 Ω/cm2로 유지되도록 처리하여 초전도체를 생성하도록 하는 것이 바람직하다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 상세하게 설명한다.
우선 본 실시예에 따른 입체성형물 중합체 처리장치(1)의 구조 및 기능을 상세히 설명한다.
본 실시예에 따른 입체성형물 중합체 처리장치(1)는, 로딩실(10); 전처리실(20); 처리실(30); 언로딩실(40)로 이루어진다. 여기에서 처리실(30)은 2개 이상으로 구비될 수도 있다.
각각의 실(室)에는 실(室) 내부를 저진공으로 형성시키기 위한 진공펌프(60) 가 마련되는데, 본 실시예에서는 이 진공펌프로 로타리 펌프와 메카니칼부스타 펌프가 구비된다. 로타리 펌프와 메카니칼부스타 펌프에 의하면 실(室) 내부의 압력이 10-3 Torr 정도까지 형성될 수 있다. 그리고 실(室) 내부의 압력을 10-6 Torr 정도까지 낮추기 위해서는 터보 및 크라이오 펌프가 더 구비되는 것이 바람직하다. 이러한 터보 및 크라이오 펌프는, 로딩실(10) 및 언로딩실(40)에는 구비되지 않아도 되며, 전처리실(20) 및 처리실(30)에는 고진공이 요구되므로 구비되는 것이 바람직하다.
그리고 각 실(室) 간에 형성되는 격벽에는 입체성형물(M)이 통과할 수 있는 경로가 형성되고, 각 경로에는 게이트 밸브(gate valve, 50)가 형성된다. 이 게이트 밸브(50)는 공압 또는 유압 실린더에 의해 개폐되며, 각 실(室) 간을 격리시키거나 개방하여 입체성형물(M)이 통과할 수 있도록 한다.
또한 본 실시예에서 로딩(loading)실(10)은 피처리물인 입체성형물(M)을 본 실시예에 따른 처리장치(1)에 처음으로 도입하는 구성요소이다. 이 로딩실(10)은 그 내부를 대기압 상태와 진공 상태로 변화시키면서 외부로부터 입체성형물을 계속하여 반입한다. 즉, 내부가 대기압상태로 유지되도록 하면서 외부로 부터 입체성형물을 도입하고, 입체성형물이 도입된 후 로딩실(10)을 외부와 격리시키고, 상기 진공 펌프(60)를 작동시켜 그 내부를 진공상태로 만든다. 이렇게 진공상태로 만드는 이유는 이 로딩실(10)과 인접하여 마련되는 전처리실(20)은 항상 진공상태를 유지하므로 입체성형물을 전처리실로 보내기 위해서는 양자의 압력이 동일한 것이 유리 하기 때문이다. 이 로딩실(10)의 상부에는 외부로 부터 입체성형물을 전달받고, 전처리실로 이송시킬 수 있는 이송수단(70a)이 마련된다.
다음으로 전처리실(20)은 로딩실(10)에 인접하게 마련되며, 로딩실(10)로부터 입체성형물(M)을 전달받고, 이 입체성형물(M)을 플라즈마를 이용하여 전처리하는 구성요소이다. 이 전처리실(20)에서는 입체성형물에 플라즈마를 가함으로써, 입체성형물에 존재하는 수분(H2O) 및 가스를 제거하며, 그 표면전도도가 106 ~ 107 Ω/cm2 를 유지하도록 처리한다. 따라서 이 전처리실에는 그 내부에 플라즈마를 발생시키기 위한 설비가 형성된다. 즉, 고주파전력 공급장치(22a), 매칭박스(22b), 안테나(22c)로 구성되는 고주파전원 공급부(22)가 마련되며, 공정가스 공급원(24a), 공정가스 공급로(24b), 유량 조절수단(24c)으로 구성되는 공정가스 공급부(24)가 마련된다. 또한 입체성형물의 형상에 적합한 플라즈마를 형성시키기 위하여 음전압발생장치(26a), 그리드(26b)로 구성되는 그리드부(26)도 마련된다.
여기에서 상기 고주파전력 공급장치(22a)는 100 ~ 1000 W의 RF 파워를 전처리실(20)에 공급하는 것이 바람직하다. 통상적으로 RF 파워가 1000W 일때가 이온 발생밀도가 가장 높은 것으로 나타난다. 그리고 안테나(22c)와 그리드(26b)는 입체성형물(M)과 호응되는 형상으로 형성되며, 안테나(22c)와 그리드(26b) 사이의 간격은 250 ~ 350 mm 로 되는 것이 바람직하다. 이는 발생된 이온이 입체성형물에 원활히 공급되도록 이온의 거동반경을 확보하기 위한 것이다.
또한 본 실시예에 따른 그리드(26b)는 도 1에 도시된 바와 같이, 다수개의 그리드가 연속하여 연결된 구조를 가진다. 이때 각 그리드는 소정 간격 이격되어 연결되는데, 그 간격(L)은 플라즈마 쉬스가 꺽여 들어올 수 있도록 하기 위하여 15 ~ 140 mm 를 유지하는 것이 바람직하다. 이렇게 하여 플라즈마 쉬스가 꺽여 들어오면 입체성형물의 굴곡을 따라 플라즈마 쉬스가 형성될 수 있어서, 입체성형물의 모든 표면이 균일하게 처리되는 장점이 있다.
그리고 본 실시예에 따른 그리드(26b)는 도 2에 도시된 바와 같이, 전면부와 후면부가 연결된 구조를 가진다. 도 2는 본 실시예에 따른 그리드의 측면도인데, 전면부와 후면부가 소정 간격으로 이격된 상태로 연결된 구조이다. 따라서 입체성형물은 그리드(26b)의 전면부와 후면부 사이의 공간으로 통과한다. 이때 전면부와 후면부 사이의 간격(D)은 30 ~ 90 mm 인 것이, 플라즈마 내에 플라즈마가 다시 형성되는 것을 방지할 수 있어서 바람직하다. 플라즈마 내에 플라즈마가 다시 형성되는 경우에는 이온이 집속되지 않아서 입체성형물에 변형이 오는 문제점이 있다. 그리고 본 실시예에서는 그리드의 전면부와 후면부 사이로 입체성형물이 연속하여 통과하면서 처리되므로 입체성형물을 연속적으로 처리할 수 있는 장점이 있다.
그리고 그리드(26b)에는 음전압의 펄스파워가 인가되는데, 이는 삼차원적 입체 성형물을 처리하기 위한 양이온을 주입하기 위한 것이다.
또한 본 실시예에서는 공정가스 공급원에서 C2H2, CH4, Ar+, N2 +, H2 로 이루어진 다성분계 공정가스를 공급하도록 한다. 이는 발생되는 플라즈마 내에서 CH4의 함량이 높아지도록 하기 위한 것이다. 이때, 이 다성분계 공정가스의 조성비는 C2H2 : H2는 80:20이고, CH4 : H2는 70:30이고, Ar+ : H2는 90:10인 것이 바람직하다.
그리고 전처리실(20)의 상부에는 로딩실(10)과 마찬가지로 입체성형물(M)을 반입받고 이송시킬 수 있는 이송수단(70b)이 마련된다. 따라서 로딩실(10)로 부터 입체성형물(M)을 이송받아 처리실(30)로 전달할 수 있는 것이다.
다음으로 처리실(30)은 전처리실로부터 입체성형물을 전달받아 처리하는 구성요소이다. 즉, 이 처리실(30)은 전술한 전처리실(20)과 동일한 구조를 가지며, 그 내부에 플라즈마를 발생시켜 입체성형물의 표면을 처리한다. 다만, 전처리실(20)보다 높은 RF 파워를 이용하여 입체성형물을 처리한다. 따라서 이 처리실(30)에 의해서 처리되는 입체성형물의 표면 전도도는 10-6 ~ 10-4 Ω/cm2을 가지게 된다.
그리고 본 실시예에 따른 처리실(30)에는 탄소고리 중합체 형성부가 더 마련되는 것이 바람직하다. 탄소고리 중합체 형성부는 특정한 유기물질을 처리실 내로 공급하고 플라즈마 내에서 이온화되고, 불활성 가스에서 발생된 이온과 안정한 탄소고리가 형성된 중합체를 형성하는 역할을 한다. 이렇게 형성된 탄소고리 중합체는 입체성형물 중합체에 이온주입되어 입체성형물 중합체의 표면 특성을 향상시킨다.
본 실시예에서는 이 탄소고리 중합체 형성부를 두가지 방식으로 개시한다.
첫번째 방식으로는, 도 2에 도시된 바와 같이, 탄소고리 중합체 형성부가, 불활성 가스 공급원, 유기물 공급원, 분사기로 구성되며, 상기 처리실 내부로 불활성가스와 유기물을 공급하여 안정한 탄소고리 중합체를 형성시키는 방식이다.
여기에서 상기 유기물 공급원은, 버블러(bubbler, 31b) 및 기화기(vaporizer, 31c)로 구성된다. 이 버블러(31b)는 그 내부에 채워져 있는 다가 유기물을 버블링시키는 역할을한다. 그리고 기화기(31c)는 상기 버블러(31b)의 후단에 결합되어 마련되며, 버블러(31b)로부터 버블링된 유기물을 기화시키는 역할을 한다.
이렇게 기화된 다가 유기물은 상기 불활성 가스 공급원(31a)에서 공급되는 불활성 가스의 이동에 의하여 처리실(30) 내부로 공급되는 것이다. 따라서 상기 불활성가스는 운반가스로서의 역할도 하는 것이다. 따라서 상기 불활성 가스 공급원(31a)은 상기 버블러(31b)의 전단에 결합되어 버블러 및 기화기에 불활성 가스를 공급한다.
이렇게해서 기화된 다가 유기물은 고진공(10-4 Torr)이 유지된 처리실(30) 내로 특수한 분사기(도면에 미도시)를 통하여 분사된다. 유입된 다가 유기물 및 불활성가스는 처리실(30) 내의 플라즈마에 의하여 이온화된 후 안정한 탄소고리가 형성된 중합체를 형성하는 것이다. 이때 공급되는 유기물은, 메탄올(CH3OH), 에탄올(C2H5OH) 등의 다가 알콜, 헥산, 헵탄인 것이 바람직하다.
그리고 이러한 방식으로 처리되는 입체성형물 중합체로는, 모듈 트레이(module tray), 엘씨디 패널 트레이, 피씨비(PCB) 트레이, 에프피씨(FPCB) 트레이, 액정 트레이, 반도체 트레이, 아이씨(IC) 트레이가 가능하다.
두번째 방식으로는, 도 3에 도시된 바와 같이, 탄소고리 중합체 형성부가, 불활성가스 공급원(33a), 유기금속 화합물 공급원(33b)으로 구성되며, 상기 처리실(30) 내부로 불활성가스와 유기금속 화합물을 공급하여 안정한 탄소고리 중합체를 형성시키는 방식이다.
여기에서 유기금속 화합물 공급원(33b)은, 유기금속 화합물을 -20 ~ 0℃로 냉각하고, 기화압력(vapor pressure)에 의해 유기금속 화합물을 기화시켜 처리실(30) 내로 공급하는 칠러(chiller)로 마련된다. 그리고 상기 불활성가스 공급원(33a)은 상기 칠러(33b)의 전단에 마련되어 불활성가스를 칠러로 공급한다. 따라서 상기 칠러에 의하여 기화된 유기금속 화합물이 상기 불활성가스에 의하여 처리실 내부로 공급된다.
그리고 처리실(30) 내부로 공급된 유기금속화합물 및 불활성가스는 특수한 분사기(도면에 미도시)를 통하여 처리실(30) 내부로 분사된다. 유입된 다가 유기물 및 불활성가스는 처리실(30) 내의 플라즈마에 의하여 이온화된 후 안정한 탄소고리가 형성된 중합체를 형성하는 것이다. 이때 공급되는 유기금속 화합물로는,
Cu(acac)2, Tetra methyl tin, Cu(hfac)2, Triethyl aluminium, silver nitrate, nickel(Ⅱ) acetyl acetonate, indium oxide, iron(Ⅱ)acetyl acetonate, lithium cobalt(Ⅲ) oxide, magnesium oxide, methyl silane, poly anilinesulfonic acid, polypyrrole, 1,2,5-triethylpyrrole, triisobuthylsilane, ferrocene 등이 가능한다.
이러한 방식으로 처리되는 입체성형물 중합체는, 엘시디 모듈 트레이(LCD module tray), 아이씨 트레이(IC tray), 모듈 트레이(module tray), 백라이트 트레이(backlight tray), 핸드폰 케이스, 텔레비젼 백커버, 텔레비젼 프론트 커버 등이 가능하다.
다음으로 언로딩실(40)은 처리실(10)로부터 입체성형물을 전달받아 외부로 반출하는 구성요소이다. 즉, 그 내부를 진공상태로 유지한 상태에서 처리실(30)로부터 입체성형물을 전달받고, 그 내부로 안정한 불활성 가스 등을 주입시켜 내부 압력을 대기압까지 상승시킨 후 입체성형물을 외부로 배출하는 것이다. 이 언로딩실(40)의 상부에도 로딩실(10)과 마찬가지로 입체성형물을 이송시킬 수 있는 이송수단(70d)이 마련된다.
이하에서는 전술한 입체성형물 처리장치(1)를 이용하는 본 실시예에 따른 입체성형물 처리방법을 설명한다.
먼저 입체성형물(M)을 대기압 상태의 로딩실(10)에 도입하는 단계(S110)가 진행된다. 이 단계는 본 실시예에 따른 입체성형물 처리방법의 시작단계로서, 대기압 상태를 유지하고 있는 로딩실(10)로 입체성형물(M)을 도입하는 과정이다. 이 과정에서 입체성형물(M)은 이송수단(70a)에 결합되어 로딩실(10)로 전달되며, 입체성형물이 로딩실로 도입되면, 로딩실 중 외부로 열린 개구부(12)는 게이트(14)에 의하여 닫히고, 로딩실 내부가 외부와 격리된다.
다음으로는 입체성형물을 전처리실(20)로 반입시키는 단계(S120)가 진행된다. 이 단계에서는 항상 진공 상태를 유지하는 전처리실(20) 내부로 입체성형물을 반입시켜야 하므로, 로딩실(10) 내부를 진공상태로 만들어야 한다. 따라서 로딩실(10)에 설치되어 있는 진공 펌프(60a)들을 가동시켜 로딩실(10) 내부의 기체를 외부로 배출시켜 로딩실 내부를 진공상태로 만든다. 이렇게 하여 로딩실 내부의 압력이 전처리실의 그것과 동일해지면 로딩실과 전처리실 사이를 격리하고 있는 게이트 밸브(50a)를 열고, 이송수단(70a)을 구동시켜 입체성형물(M)을 전처리실(20)로 반입시킨다.
본 실시예에서 입체성형물(M)을 직접 전처리실(20)로 반입시키지 않고, 로딩실(10)을 이용하는 이유는 다음과 같다. 전처리실(20)에서는 플라즈마를 발생시켜 입체성형물에 소정의 전처리를 실시한다. 그런데 전처리실에 플라즈마를 발생시키기 위해서는 필수적으로 전처리실 내부를 진공상태로 만들어야 한다. 따라서 대기압 상태인 외부에서 전처리실에 입체성형물을 도입하기 위해서는 전처리실을 외부와 동일한 대기압 상태를 만든 후 다시 진공상태로 만들어서 전처리과정을 수행하는 것이 유리하다. 그런데 이렇게 대기압 상태와 진공상태로 왕복하는 데에는 매우 많은 시간이 소요된다. 따라서 공정시간을 단축시키기 위하여 전처리실(20)은 항상 진공상태를 유지하게 하고, 전처리실(20)에 이웃하게 로딩실(10)을 구비하는 것이다. 따라서 로딩실(10)은 전처리실(20)에서 입체성형물(M)에 소정의 처리를 실시하는 동안 외부로부터 새로운 입체성형물을 도입하여 그 내부를 진공상태로 만드는 것이다. 따라서 보다 효율적으로 입체성형물을 전처리실 내부로 도입할 수 있는 것이다.
다음으로는 전처리 단계(S130)가 진행된다. 이 단계는 플라즈마를 발생시켜 입체성형물에 소정의 전처리를 실시하는 단계이다. 이 단계에서는 입체성형물에 존재하는 수분(H2O) 및 가스를 제거한다. 여기에서 입체성형물에 존재하는 가스는 이후의 처리실에서 수행되는 처리단계에서 포텐샬에너지로 발생되는 것이므로 본 단계에서 완전히 제거되어야 한다. 본 실시예에서는 이 단계에서 입체성형물의 표면전도도가 106 ~ 109 Ω/cm2로 유지되도록 처리하는 것이, 이후의 공정시간을 단축할 수 있어서 바람직하다.
다음으로는 입체성형물을 처리실(30)로 반입시키는 단계(S140)가 진행된다. 이 단계에서는 전처리실(20)과 처리실(30) 사이에 마련된 게이트 밸브(50b)를 열고 전처리실의 이송수단(70b)을 가동시켜 입체성형물을 처리실로 전달한다. 입체성형물의 전달이 완료되면 다시 게이트 밸브(50b)를 닫고 처리실(30) 내부를 격리시킨다.
다음으로는 처리실(30) 내에서 플라즈마를 이용하여 입체성형물의 표면을 처리하는 단계(S150)가 진행된다. 이 단계에서는 전처리 단계에서보다 높은 RF 파워를 사용하여 플라즈마를 발생시키며, 따라서 더 강한 플라즈마를 이용하여 입체성형물을 처리한다. 본 단계에서는 C2H2, CH4, Ar+, N2 +, H2 로 이루어진 다성분계 공정가스를 공급하여 수행되며, 상기 입체성형물의 표면전도도가 10-6 ~ 10-4 Ω/cm2 로 유지되도록 처리한다.
다음으로는 입체성형물을 외부로 배출시키는 단계(S160)가 진행된다. 이 단 계에서는 처리실과 언로딩실 사이의 게이트 밸브(50c)를 열고 처리실의 이송수단(70c)을 구동시켜 입체성형물(M)을 진공상태의 언로딩실(40)로 배출시킨다. 그리고 게이트 밸브(50c)를 닫은 후 언로딩실(40) 내부로 특정한 가스를 주입하여 압력을 높이는 벤팅(venting) 과정이 진행된다. 언로딩실(40) 내부의 압력이 대기압과 동일해지면 언로딩실과 외부로 연결되는 개구부(42)를 열고 입체성형물(M)을 외부로 배출시킨다. 이렇게 되면 입체성형물에 대한 처리가 완료된다.
이하에서는 본 실시예에 따른 입체성형물 처리장치 및 처리방법을 이용하여 입체성형물을 처리한 몇가지 결과를 표로 나타낸다.
RF파워 (W) 다성분계 가스조성비 (sccm) 음전압펄스 파워(KV) 주파수 (Hz) 음전압 펄스폭(μsec) 쉬스형성 거리(mm) 이온활동거리(mm) 표면전도도 (Ω/cm2)
1 100 ~ 200 Ar+(10 ~ 30) -25 400 20~25 100 200 106~109
2 300 ~ 1000 C2H2:H2=80:20 -25 500 20~30 100~150 250~300 10-6~100
3 500 CH4:H2=90:10 -30 450 25 150 280~350 10-4~102
4 100 ~ 250 N2(40 ~ 50) -27 500 20 90 330 108~109
5 500 C2H2:H2=90:10 -30 500~1000 20~30 150 350 10-4~10-2
6 700 C2H2:H2=85:15 -28 800 25 140 330 10-6~10-3
위의 표 1에 의하면 본 실시예에 따른 입체성형물 처리장치 및 처리방법에 의하여 입체성형물 중합체를 효과적으로 처리할 수 있으며, 특히, 표면전도도에 있어서 매우 우수한 처리효과가 있음을 알 수 있다.
본 발명에 따른 입체성형물 처리장치에 의하면 플라즈마 쉬스가 입체성형물의 표면 굴곡과 호응되게 발생하고, 적절한 이온 활동거리가 확보되어 입체성형물의 모든 표면이 일정하게 처리되는 장점이 있다.
특히, 입체성형물의 표면에 이온이 깊숙이 주입되어 표면전도도가 매우 우수한 입체성형물 중합체를 얻을 수 있는 장점이 있다.

Claims (19)

  1. 내부에 밀폐공간을 형성시킬 수 있는 처리실;
    고주파전력 공급장치, 매칭박스, 안테나로 구성되며, 상기 처리실 내부에 플라즈마를 발생시키기 위하여 고주파 전원을 공급하는 고주파전원 공급부;
    공정가스 공급원, 공정가스 공급로, 유량 조절수단으로 구성되며, 상기 처리실 내부에서 발생되는 플라즈마를 구성하는 공정가스를 공급하는 공정가스 공급부;
    상기 처리실 내부를 감압시켜 진공상태로 만드는 펌핑부;
    음전압발생장치, 그리드(grid)로 구성되며, 이온을 집속하는 그리드부; 및
    불활성 가스 공급원, 유기물 공급원, 분사기로 구성되며, 상기 처리실 내부로 불활성가스와 유기물을 공급하여 안정한 탄소고리 중합체를 형성시키는 탄소고리 중합체 형성부;를 포함하여 구성되는 입체성형물 중합체 처리장치.
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  7. 제1항에 있어서, 상기 유기물 공급원은,
    버블러(bubbler) 및 기화기(vaporizer)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 입체성형물 중합체 처리장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 유기물은,
    다가 알콜, 헥산, 헵탄으로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하는 입체성형물 중합체 처리장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 입체성형물 중합체는,
    모듈 트레이(module tray), 엘씨디 패널 트레이, 피씨비(PCB) 트레이, 에프피씨(FPCB) 트레이, 액정 트레이, 반도체 트레이, 아이씨(IC) 트레이로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하는 입체성형물 중합체 처리장치.
  10. 삭제
  11. 제1항에 있어서, 상기 유기금속 화합물 공급원은,
    유기금속 화합물을 냉각하고, 기화압력(vapor pressure)에 의해 유기금속 화합물을 기화시켜 공급하는 칠러(chiller)인 것을 특징으로 하는 입체성형물 중합체 처리장치.
  12. 제11항에 있어서, 상기 유기금속 화합물은,
    Cu(acac)2, Tetra methyl tin, Cu(hfac)2, Triethyl aluminium, silver nitrate, nickel(Ⅱ) acetyl acetonate, indium oxide, iron(Ⅱ)acetyl acetonate, lithium cobalt(Ⅲ) oxide, magnesium oxide, methyl silane, poly anilinesulfonic acid, polypyrrole, 1,2,5-triethylpyrrole, triisobuthylsilane, ferrocene으로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하는 입체성형물 중합체 처리장치.
  13. 제12항에 있어서, 상기 입체성형물 중합체는,
    엘시디 모듈 트레이(LCD module tray), 아이씨 트레이(IC tray), 모듈 트레이(module tray), 백라이트 트레이(backlight tray), 핸드폰 케이스, 텔레비젼 백커버, 텔레비젼 프론트 커버로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하는 입체성형물 중합체 처리장치.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 처리실에 연결되어 전처리실이 더 마련되며,
    상기 전처리실은 상기 처리실과 동일한 구조를 가지되, 상기 처리실보다 낮은 전압으로 상기 입체성형물에 플라즈마를 처리하는 것을 특징으로 하는 입체성형물 중합체 처리장치.
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