KR100718587B1

KR100718587B1 - 대면적 접합재의 진공 접합장치 및 접합방법

Info

Publication number: KR100718587B1
Application number: KR1020040085626A
Authority: KR
Inventors: 이지환; 조동철; 이영섭; 이장훈; 임철호; 서경원
Original assignee: 인하대학교 산학협력단
Priority date: 2004-10-26
Filing date: 2004-10-26
Publication date: 2007-05-16
Also published as: KR20060036594A

Abstract

본 발명은 대면적 접합재의 진공 접합장치 및 접합방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 면적이 큰 접합재(10, 10a)가 밀봉 상태로 장입되도록 얇은 금속 시트로 제작된 진공 챔버(3)와, 상기 접합재(10, 10a)를 가열하도록 상기 진공 챔버(3) 둘레에 설치된 발열체(7)를 구성하여, 진공 챔버 내에서 접합재를 접합하는 조건에 따라 진공 챔버를 이루는 금속시트의 종류 및 두께를 달리할 수 있고, 접합재의 크기나 형태에 따라 진공챔버의 크기와 발열체의 설치 상태를 임의로 변경할 수 있으므로 대면적 접합재의 접합을 보다 용이하게 하는 대면적 접합재의 진공 접합장치 및 접합방법을 제공한다.

대면적 접합재, 진공 접합, 진공 챔버, 금속 시트, 발열체

Description

대면적 접합재의 진공 접합장치 및 접합방법{Bonding apparatus and method for a large area butt joint in vacuum}

도 1은 종래 기술에 따른 진공 접합장치의 개략적인 예시도이다.

도 2는 본 발명에 따른 진공 접합장치의 개략적인 예시도이다.

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 진공 접합장치의 개략적인 예시도이다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 간단한 설명*

1 : 진공 접합장치 3 : 진공 챔버

7 : 발열체 9 : 진공 챔버

10 : 접합재 11 : 가압장치

13 : 진공구

본 발명은 대면적 접합재의 진공 접합장치 및 접합방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 금속 시트(sheet)를 사용하여 제작한 진공 챔버의 내부에 넣고 진공 상태로 밀봉한 다음 진공 챔버 외부에 위치한 발명체로 열을 가하여 면적이 큰 접합재를 진공 접합할 수 있도록 한 대면적 접합재의 진공 접합장치 및 접합방법에 관한 것이다.

최근 들어 대면적 접합을 필요로 하는 산업이 증가되고 있는데, 이러한 산업 분야의 대표적인 제품으로 LCD용 PECVD 서셉터(susceptor), 쇼어 헤드(showr head), 핫플레이트(hot plate), 히터블럭(heater block) 등의 부품을 꼽을 수 있으며, 각종 패널이나 경사기능 재료 등에서도 대면적 접합 기술이 절실히 요구되고 있다.

지금까지 알려진 종래의 진공 접합방법은 진공 챔버 내부에 발열체를 두고 접합재를 발열체 사이에 위치시킨 후 진공 상태에서 열과 압력을 가하여 접합하는 방법이다. 그런데 이러한 종래의 진공 접합방법은 진공 챔버의 내부에 발열체 그리고 이들을 지지하는 각종 프레임 등이 모두 기계적으로 구성되어 있어 진공 챔버 내부에서 진공 접합할 수 있는 접합재의 크기는 실질적으로 상당히 제한적일 수밖에 없는 문제점이 있었다. 뿐만 아니라, 면적이 큰 접합재를 진공 접합하기 위해 그에 맞는 진공 챔버, 더 나아가서 진공 접합장치를 설계하는 것은 장비의 대형화 및 비용 증대로 인해 실현에 상당한 부담이 따르는 문제점도 있었다.

또한 종래의 진공 접합장치는 면적이 큰 접합재에 열을 고루 가하는 데 있어 서도 상당한 문제점을 가지고 있는데, 접합재에 열을 가하는 발열체가 진공 챔버의 내부에 고정되어 있어 접합재의 형태 또는 크기 등이 약간이라도 다르면 접합재 전체를 균일하게 가열하지 못하게 된다.

이러한 진공 접합장치는 도 1에 도면부호 101로 도시된 바와 같이 원형의 챔버(103) 내부에 박스 형태의 지지 프레임(105)이 설치되는데, 프레임(105)의 내부 임의의 위치에는 발열체(107)가 장착되며, 프레임(105) 내주면 바닥에 접합할 재료(110)를 놓을 수 있는 지지판(109)이 설치되고, 프레임(105) 내주면 상단에는 지지판(109) 위에 놓여진 접합재를 가압하기 위한 가압장치(111)가 설치되어 있다.

그런데 이와 같이 구성된 종래의 진공 접합장치(101)는 외형을 이루는 챔버(103)나 지지 프레임(105)이 일정한 크기를 가지고 있으므로 접합재(110)의 크기가 제한되고, 발열체(107)가 지지 프레임(105)에 고정되어 있어 발열체(107)로부터 접합재(110)에 전달되는 열이 균일하지 못한 문제점이 있었다.

이에 따라 대면적 접합재의 접합 효율을 높이기 위해 아르곤 용접, 이빔 용접, 레이져 용접 등이 제안되고 있으나, 아르곤 용접은 작업이 용이하고 접합재의 크기 제한이 없는 반면에 용접 품질이 떨어지고, 이빔 및 레이져 용접은 품질은 우수하지만 고가의 설비 투자가 요구되고 접합재의 형상 및 크기에 제한이 따르는 문제점이 있었다.

본 발명은 위와 같은 종래의 대면적 접합재의 진공 접합장치 및 접합방법이 가지고 있는 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 접합재가 진공 상태로 밀봉 장입되는 진공 챔버를 접합재의 크기 및 형태에 맞추어 얇은 금속 시트로 제작함으로써 접합재를 그 크기나 형태에 구애 받지 않고 보다 편리하게 진공 접합할 수 있도록 하고, 또한 진공 챔버 외부에 설치된 발열체의 설치 위치를 자유롭게 가변시킴으로써 발열체의 열전달이 보다 균일하게 이루어질 수 있도록 하는데 그 목적이 있다.

이와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명은 면적이 큰 접합재가 밀봉 상태로 장입되도록 얇은 금속 시트로 제작된 진공 챔버와, 접합재를 가열하도록 진공 챔버 둘레에 설치된 발열체를 포함하여 구성된 대면적 접합재의 진공 접합장치를 제공한다.

또한 본 발명은 얇은 금속 시트로 진공 챔버를 제작하는 단계; 진공 챔버 내에 접합할 재료를 장입하고 진공 챔버를 진공 상태로 밀봉하는 단계; 및 진공 챔버의 외부에 있는 발열체로 열을 가하여 접합할 재료를 접합하는 단계;를 포함하여 구성되어 있는 대면적 접합재의 진공 접합방법을 제공한다.

이하 본 발명에 따른 대면적 접합재의 진공 접합장치를 첨부 도면을 참조로 상세히 설명한다.

본 발명의 제1실시예의 접합장치는 도 2에 도면부호 1로 개략적으로 도시된 바와 같이 크게 면적이 큰 접합재(10, 10a)가 밀봉 장입되는 진공 챔버(3), 접합재(10, 10a)를 가열하는 발열체(7)를 포함하여 구성되며, 필요에 따라 접합재(10, 10a)를 가압하는 가압장치(11)와 접합재(10, 10a)를 진공 챔버(3) 내에 삽입하기 위한 개폐장치(미도시)가 포함된다.

여기에서 진공 챔버(3)는 얇은 금속시트의 에지를 접합하여 단면 유선형으로 제작되는데, 금속시트는 50 내지 500㎛의 두께를 가지며, 스테인레스 스틸, 니켈, 알루미늄 또는 동 중에서 선택된 하나의 재료로 제작되는 것이 바람직하며, 벽면 일측에 진공펌프(미도시)와 연결되는 진공구(13)가 형성되어 있다. 그리고 진공 챔버(3)의 둘레에는 복수의 발열체(7)가 설치되는 바, 이 발열체(7)는 예컨대, 가열 코일 등과 같은 기존의 가열수단으로 이루어지며, 특히 진공 챔버(3) 둘레의 어느 위치에나 임의로 설치할 수 있다. 이처럼 발열체(7)에 의해 발생된 열에 의해 접합재(10, 10a)가 접합되도록 한 것이다. 그리고 접합재(10, 10a)의 가압이 필요한 경우 진공 챔버(3) 내의 접합재(10, 10a)는 가압장치(11)에 의해 가압되는데, 이 가압장치(11)는 접합재(10, 10a)가 가열되기 전부터 또는 가열된 후 접합이 완전하도록 하기 위하여 일정 시간동안 접합재를 가압하여, 접합재(10, 10a)의 접합부의 밀착성을 향상하도록 하였다. 이때 접합재(10, 10a)를 가압하는 가압력 및 가압 방법은 접합재(10, 10a)의 종류, 재질 및 가열 조건에 따라 알맞게 조절 또는 용이하게 변경할 수 있도록 하였다.

그리고 본 발명의 제2실시예의 대면적 접합재의 진공 접합방법에 따른 진공 접합장치(201)가 도 3에 도시되어 있다.

즉 도 2의 접합장치(1)와 마찬가지로 전체적으로 진공 챔버(203)와 발열체(207)를 포함하여 구성되며 필요에 따라 가압장치(211) 및 개폐장치(미도시)가 포함되는 바, 진공 접합될 접합재(210, 210a)가 장입되는 진공챔버(203)는 50 내지 500㎛의 두께의 얇은 금속 시트 또는 판형인 단면 사각형으로, 스테인레스 스틸, 니켈, 알루미늄 또는 동 중 하나의 재료가 사용되고, 벽면 일측에 진공펌프(미도시)와 연결되는 진공구(213)가 돌출 형성된다. 그리고 사각 단면을 갖는 진공 챔버(203)의 외벽면에는 복수 개의 길고 짧은 코일형 발열체(207)가 다수 곳에 설치된다. 특히 도 3에 도시된 진공 접합장치(201)의 경우 접합재(210)(210a)를 가압하기 위한 가압장치(211)가 진공 챔버(203)의 외부에 설치된다. 그리하여 발열체(207)에 의해 접합재(210)(210a)가 가열된 후, 가압장치(211)의 가압에 의해 접합재(210)(210a)가 접합되도록 하였다. 이때 진공 챔버(203)가 얇은 금속 시트로 형성된 경우에는 진공 챔버(203)에 대해 가압장치(211)가 외측에서 가압하므로, 진공 챔버(203)의 일측(특히 도 3에서 상측과 하측 중앙면)이 휘어져, 진공 챔버(203)의 내측면이 접합재(210)(210a)의 일측을 가압하도록 한 것이다.

또한 진공 챔버(203)가 판형으로 형성된 경우에는 진공 챔버(203)의 상측판과 하측판이 진공을 유지한 상태로 상하 이동 가능하도록 하여, 가압장치(211)가 외측에서 가압하게 되면, 진공 챔버(203)의 상측판 및 하측판이 내측으로 이동되어 접합재(210)(210a)를 일정 시간동안 가압하도록 하였다.

이때 가압하는 시간 및 가압력은 접합재(210)(210a)의 종류, 재질 및 두께 그리고 가열 조건 등에 따라 적절하게 조절하도록 하였다.

이와 같이 구성된 진공 접합장치에 의한 대면적 접합재의 진공 접합방법을 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 대면적 접합재의 진공 접합방법은 크게 진공 챔버 제작단계(S10), 접합재 밀봉단계(S20) 그리고 접합재 접합단계(S30)로 이루어져 있으며, 필요에 따라 접합 전에 접합재를 가압하는 가압단계(S40)를 포함하고 있다.

여기에서 먼저 진공 챔버 제작단계(S10)는 위에서 언급한 바와 같은 다양한 종류의 얇은 금속시트를 이용해 접합재(10, 10a)를 진공 상태로 밀봉하기 위한 진공 챔버(3)를 제작하는 단계로, 상하 한 쌍의 금속시트의 에지부분을 용접이나 브레이징에 의해 접합하는 것이 바람직하며, 이에 따라 도 2에 도시된 것처럼 단면 유선형의 진공 챔버(3)가 제작된다. 이 때 금속시트의 크기, 두께 및 재질은 접합재(10, 10a)의 종류, 접합 온도, 진공 챔버(3)의 진공도 등에 따라 선택된다.

다음으로, 접합재 밀봉단계(S20)에서는 진공 챔버(3) 내에 접합재(10, 10a)를 장입하고 진공 챔버(3)를 진공 상태로 밀봉하게 되는데, 먼저 진공 챔버(3) 내에 접합재(10, 10a)를 장입한 후 진공 챔버(3)를 용접 또는 브레이징으로 봉합하거나, 접합재(10, 10a)를 장입하도록 하며 진공이 유지되도록 하는 개폐장치(미도시 됨)로 밀봉한 뒤, 진공구(13)에 진공펌프를 연결하여 목적한 진공도까지 진공 챔버(3) 내부를 진공상태로 만든다. 그리고 진공구(13)를 용접 또는 브레이징으로 봉합하거나 개폐구를 폐쇄하여 접합재 밀봉이 완료되는데, 이 때 용접이나 브레이징으 로 인해 접합재(10, 10a)가 영향을 받지 않도록 주의한다.

그리고 진공 챔버(3) 외부에 설치된 발열체(7)에 의해 접합재(10, 10a)를 가열 접합하게 되는데, 발열체(7)에서 발생된 열은 금속재질의 진공 챔버(9)를 통해 접합재(10, 10a)까지 전달된다. 가열된 접합재(10, 10a)가 완전하게 접합되도록 양측(또는 상하측)에서 가압장치(211)가 일정시간 및 알맞은 가압력으로 접합상태를 유지하도록 하여, 가압되어 접합재(10, 10a)가 서로 밀착된 상태에서 접합되도록 하였다.

이상 본 발명의 대면적 접합재의 진공 접합장치 및 접합방법에 의하면, 접합재가 진공 상태로 장입되는 진공 챔버의 진공도, 접합재를 가열하는 발열체의 온도 및 가열시간 뿐만 아니라 접합 시 접합재와 챔버를 이루는 금속시트의 반응 등 여러 접합 조건에 따라 금속시트의 종류 및 두께를 달리하여 진공 챔버를 제작할 수 있게 된다. 또한 진공 챔버는 접합재의 크기에 따라 유동적으로 설계를 변경할 수 있고, 접합재의 가압이 필요한 경우 가압장치를 접합재의 크기 또는 형상에 적합하게 설계를 할 수 있으므로 접합재의 크기에 의해 제약을 받지 않고 설계가 가능하게 된다. 아울러, 진공 챔버 둘레에 설치되는 발열체도 기존의 가열수단을 그대로 사용할 수 있으며, 접합재의 형태나 크기에 따라 종류나 성능을 변경할 수 있으므로 보다 적합한 접합조건에서 보다 용이하게 접합을 수행할 수 있게 된다.

따라서 접합재의 진공 접합 대면적화를 손쉽게 구현할 수 있게 되므로 대면 적 접합재의 제조원가를 낮출 수 있게 되어 대면적 접합재의 양산이 더욱 용이해 진다.

본 발명은 특정의 실시예와 관련하여 도시 및 설명하였지만, 첨부 특허청구의 범위에 의해 나타난 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 개조 및 변화가 가능하다는 것을 당업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 쉽게 알 수 있을 것이다.

Claims

접합재(10, 10a)(210, 210a)가 밀봉 상태가 되도록 50 내지 500㎛의 두께를 가지는 금속 시트 또는 판형으로 형성되는 진공 챔버(3, 203);

상기 진공 챔버(3, 203)의 벽면 일측에 진공펌프와 연결되도록 구비된 진공구(13, 213); 및

상기 접합재(10, 10a)(210, 210a)를 가열하도록 상기 진공 챔버(3, 203)의 외벽면 둘레에 설치된 발열체(7, 207);

를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 대면적 접합재의 진공 접합장치.
삭제
제1항에 있어서,

상기 진공 챔버(3) 내의 상기 접합재(10, 10a)를 가압하도록 하는 가압장치(11)가 상기 진공 챔버(3)의 내측에 구비되는 것을 특징으로 하는 대면적 접합재의 진공 접합장치.
삭제
제1항 또는 제3항에 있어서,

상기 진공 챔버(3, 203)는 스테인레스 스틸, 니켈, 알루미늄 또는 동 중 한 가지 재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 대면적 접합재의 진공 접합장치.
삭제
50 내지 500㎛의 두께를 가지는 금속 시트로 진공 챔버(3, 203)를 제작하는 단계(S10);

상기 진공 챔버(3, 203) 내에 접합재(10, 10a)(210, 210a)를 장입하고 상기 진공 챔버(3, 203)를 진공 상태로 밀봉하는 단계(S20); 및

상기 진공 챔버(3, 203)의 외부에 있는 발열체(7, 207)로 열을 가하여 상기 접합재(10, 10a)(210, 210a)를 접합하는 단계(S30);

를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 대면적 접합재의 진공 접합방법.
제7항에 있어서,

상기 밀봉단계(S20)에서 상기 진공 챔버(3)를 밀봉한 다음에 상기 진공 챔버(3)의 내측에 구비된 가압장치(11)에 의해 상기 접합재(10, 10a)를 가압하는 단계(S40);

를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 대면적 접합재의 진공 접합방법.