KR100990381B1 - 휴대 전자기기 케이스의 고기능 블랙칼라 코팅층과코팅방법 및 그 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 휴대전자기기 케이스 표면에 고기능성 블랙칼라 코팅층과 그 코팅방법에 관한 것으로서, 더욱 상세히는 휴대 전자기기(휴대폰, 스타일러스펜, PDA, 전자수첩 등) 케이스 표면에 내식성과 내마모성이 뛰어날 뿐 아니라 높은 표면경도, 강도 및 우수한 표면 질감은 물론 고급풍 블랙칼라까지 함께 구현할 수 있는 휴대용 전자기기 케이스의 차세대 코팅방법에 관한 것이다.

즉, 코팅대상체인 휴대용 전자기기 케이스 표면에 진공에 가까운 저압력 아르곤가스 속에서 증발시킨 원료물질의 분자 또는 원자를 물품표면 근처에 만든 글로방전 영역을 통과시킴으로써 일부를 이온화 및 들뜸시켜 다른 중성상태의 입자와 함께 음(陰)의 고전압이 걸려 있는 물품표면 위에 석출시키는 이온 플레이팅 박막코팅법을 이용해 박막을 형성한 것과 코팅색깔 구현에 있어 큰 영향을 미치는 변수인 아르곤 가스, 아세칠렌 가스 및 이온 플레이팅 전류를 적절히 변화시켜 공정을 최적화함은 물론 크롬박막과 크롬질화물 박막의 반복적 증착을 통해 부착력, 표면 경도 향상을 도모하는 신규의 표면 코팅방법을 제공한다.

이온 플레이팅, 크롬 타켓, 진공챔버, 여기수단, 입자증발, 활성가스, 코팅 대상체, 회전식 고정홀더, 진공펌프, 파워공급장치

Description

휴대 전자기기 케이스의 고기능 블랙칼라 코팅층과 코팅방법 및 그 장치{High function black collar coating layer and coating method and the system of portable electronic device case}

본 발명은 휴대전자기기 케이스 표면에 고기능성 블랙칼라 코팅층과 그 코팅방법에 관한 것으로서, 더욱 상세히는 휴대 전자기기(휴대폰, 스타일러스펜, PDA, 전자수첩 등) 케이스 표면에 내식성과 내마모성이 뛰어날 뿐 아니라 높은 표면경도, 강도 및 우수한 표면 질감은 물론 고급풍 블랙칼라까지 함께 구현할 수 있는 휴대용 전자기기 케이스의 차세대 코팅방법에 관한 것이다.

통상 휴대폰, PDA, 스타일러스펜 등과 같은 휴대용 전자기기 케이스는 휴대의 성격상 사용자 손과의 잦은 마찰은 물론 다양한 외부환경과의 저촉이 많은 특성을 가짐에 따라 기능상으로는 뛰어난 내식성와 내마모성은 물론 상당한 표면 경도, 강도 및 우수한 접착성이 요구되고, 외관상으로는 우수한 표면질감과 더불어 고품격의 칼라구현(특히, 블랙칼라 계열)이 매우 중요하다.

과거에는 스프레이방식을 이용한 코팅방법을 주로 많이 사용하였으나 이 스프레이 방식은 코팅제가 작업 현장에 비산되는 문제로 주위 환경을 오염시키는 폐단과 코팅/접착력 및 표면코팅층의 경도, 강도가 약하여 사용 중 다양한 충격이나 마찰 등에 쉽게 탈락, 크랙 등의 결함이 발생되는 등 상당한 문제로 최근에는 거의 사용치 않는다.

이의 대체 방법으로 근자에는 금속화합물을 이용한 도금코팅방법이 주로 많이 사용된다. 그러나 종래 도금증착방법은 작업 중 환경유해성분이 과다하게 발생하는 문제점이 있을 뿐만 아니라 작업공정이 복잡하여 생산수율이 떨어지는 단점 등이 있어 이 또한 바람직 코팅방법이라 할 수 없다.

이러한 문제점을 보완하기 위해 최근 몇몇 기업에서는 물리기상증착(PVD, Physical Vapor Deposition) 방법 중 금속 또는 화합물을 고진공 속에서 증발시켜 그 증기를 피처리재 표면에 석출하여 얇은 피막을 형성시키는 진공증착방법,

또는, 진공에 가까운 저압력 아르곤가스 중에서의 글로방전(放電)에 의해 생성한 아르곤이온을 원료물질의 타겟에 가속충돌시켜 표적의 물질을 비산(飛散)시킨 후 이 비산입자를 물품표면에 퇴적시켜 도금층을 얻는 스퍼터링막코팅법을 이용해 하나 또는 2층의 금속칼라박막을 증착하는 코팅법이 시도된 바 있다.

그러나 상기한 죄근 실시된 종래 코팅법법 중 진공증착에 의한 코팅법은 박 막 형성 속도는 크나 박막의 접착밀착강도가 약할 뿐 아니라 균일한 박막형성이 어려워 코팅품질향상에 한계를 가지며, 특히 코팅 중 증발된 금속입자의 직진성 때문에 코팅 대상체의 표면보호기능이 떨어지는 문제점이 있은 것으로 알려져 있는 한편,

스퍼터링에 의한 박막코팅법은 금속 및 금속 화합물, 절연체 등 다양한 재질의 모재에 까지 박막형성이 가능할 뿐 아니라 높은 에너지를 갖는 코팅공정 특성상 박막의 접착력 및 표면보호기능 또한 양호한 이점은 있으나 코팅작업시간이 많이 걸려 생산성이 떨어는 단점이 있고,

더군다나 상기한 진공증착 및 스퍼터링 코팅법은 코팅대상체 표면에 증발된 금속입자 중 일부가 달라붙어 박막이 형성되는 것임에 따라 그 박막의 높은 접착력과 균일한 박막두께를 기대할 수 없을 뿐 아니라 박막의 고밀도 및 우수한 표면 조도을 얻을 수 없어 증착 후 기계가공이나 연마 등의 별도 후 가공 공정이 요구되는 문제점까지 있는 것으로 알려지면서 이에 대한 개선요구가 지적되고 있다.

이에 본 발명은 코팅대상체인 휴대용 전자기기 케이스 표면에 코팅박막의 밀착력이 우수하고, 넓은 작업 범위를 가진 화학양론적 화합물 형성이 용이하고, 보다 짧은 시간에 균일한 블랙 칼라 구현이 가능할 뿐 아니라 더욱 향상된 코팅 경 도,강도는 물론 대량 양산생산체제 구축에도 크게 기여할 수 있는 최적화된 코팅층과 그 코팅공정 및 장치를 제공함에 주안점을 두고 그 기술적 과제로서 완성하였다.

즉, 본 발명은 코팅대상체인 휴대용 전자기기 케이스 표면에 진공에 가까운 저압력 아르곤가스 속에서 증발시킨 원료물질의 분자 또는 원자를 물품표면 근처에 만든 글로방전 영역을 통과시킴으로써 일부를 이온화 및 들뜸시켜 다른 중성상태의 입자와 함께 음(陰)의 고전압이 걸려 있는 물품표면 위에 석출시키는 이온 플레이팅 박막코팅법을 이용해 박막을 형성하되, 코팅색깔 구현에 있어 큰 영향을 미치는 변수인 아르곤 가스, 아세칠렌 가스 및 이온 플레이팅 전류를 적절히 변화시켜 공정을 최적화함은 물론 크롬박막과 크롬질화물 박막의 반복적 증착을 통해 부착력, 표면 경도 향상을 도모하는 등 적어도 휴대용 전자기기 케이스 분야에서는 신규한 차세대 표면 코팅처리방법이라 할 수 있다.

상기와 같이 본 발명은 휴대용 전자기기 케이스 표면에 금속박막 코팅층을 형성할 때 이온 플레이팅 도금/코팅방법을 이용해 박막을 형성함에 따라 코팅실시 중 이온과 중성입자의 충돌로 인해 제품표면이 깨끗해지고 예열되는 과정에서 코팅이 이루어지기 때문에 기존과 비교할 수 없을 정도로 높은 접착력이 제공될 뿐 아 니라 박막이 형성되는 동안 기체의 산란과 제품회전에 의해 균일한 박막두께와 고밀도 코팅층이 제공됨으로 증착 후 별도의 후 가공(연마 등)이 필요치 않는 상당한 효과가 있다. 뿐만 아니라 본 발명의 코팅방법은 이온의 충돌이 주상정 조직의 성장을 방해하고 원자의 이동도를 높이기 때문에 코팅구조에 대한 임의 제어가 가능함은 물론 증착율에 대한 임의 제어까지 가능한 강점도 함께 가지며, 특히 환경오염 및 유독성 용액 등이 전혀 사용되지 않기 때문에 환경친화적이고, 나아가 고순도 증착 및 다른 방법으로 얻을 수 없는 다양한 합금계 박막을 얻을 수 있는 등 획기적인 발명이라 할 수 있다.

본 발명은 첨부된 도면 및 각 실시예룰 통해 보다 상세히 설명하면 하기와 같다.

1.이온 플레이팅 박막코팅장치

먼저, 본 발명에서 제시하는 휴대 전자기기 케이스의 고기능 블랙칼라 박막코팅장치는 도 1에서 도시된 바와 같이 일측 진공펌프(300)에 의해 일정한 진공이 조성될 수 있도록 진공펌프(300)를 갖는 밀폐된 진공챔버(200)를 구비하되, 상기 진공챔버(200)의 하단에는 크롬 타켓(T)의 입자증발(205)을 생성함과 동시에 플라즈마(209)를 일으켜 이온화를 조성할 수 있는 여기수단(201)을 구비시킨 다음 그 위에 크롬 타겟(T)을 안착하고, 상기 크롬 타켓(T)과 대응하는 챔퍼(200) 내부 상 단에는 코팅대상체(휴대용 전자기기 케이스, 10)를 고정하는 동시에 일정한 속도로 회전될 수 있는 회전식 고정홀더(219)가 구비하며, 상기 챔퍼(200)의 다른 일측에는 활성가스의 주입을 위한 활성가스주입구(211)를 구비하는 한편, 상기 상부 회전식 고정홀더(219)와 하부 타겟(T) 사이에는 사용자의 조작에 따라 가림하거나 또는 가림 해제가 가능한 움직이는 셔터(207)를 설치하고, 상기 회전식 고정홀더(219)의 타측에는 상기 회전식 고정홀더(219)에 고정되는 코팅대상체(10)에 bias 전압(0-750V)을 인가할 수 있는 파워공급장치(400)가 구비된 것을 그 특징요지로 한다.

그리고 상기한 챔버(200) 일측의 진공발생수단인 진공펌프(200)는 로터리 펌프, 부스터 펌프, 터보 몰리큘러 진공펌프로 구성될 수 있는데, 이는 챔버내의 진공조성 초기에 로터리 펌프를 이용하여 10-1torr의 저 진공이 되고 공기를 배기 한 이후 부스터 펌프로 한 단계 더 진공수위를 증감한 다음 터보 몰리큘러 펌프를 이용해 더욱 많은 량의 공기를 배기해 최종적 1x10^-5torr의 고진공을 조성할 수 있도록 하기 위한 것이다.

또한, 상기 불활성가스는 99.9%의 순도를 가진 불활성 아르곤(Ar) 가스와 아세칠렌(H₂C₂), 질소가스 (N2) 중 선택된 하나 또는 하나 이상 가스조절기(미도시)를 통해 주입할 수 있다.

* 도면의 미설명부호 217번은 차폐막이고, 203번은 구획방벽이며, 213번은 박막증착이 이루어지는 부분임.

2. 고기능 블랙칼라 표면 박막코팅층

본 발명에서 제시하는 또 다른 특징 중 휴대 전자기기 케이스의 고기능 블랙칼라 표면 박막코팅층은 상기 휴대용 전자기기 케이스(10)의 표면에 이온 플레이팅 도금코팅법을 이용해 크롬 박막층(20)을 먼저 형성시킨 다음 그 위에 크롬 질화물 박막층(30)과 크롬박막층(40)과 크롬 카바이드층(50)을 각각 차례로 증착하여 다층 구조화한 것을 그 요지로 한다.

상기와 같이 코팅대상체(10)의 표면 위에 크롬 박막층(20), 크롬 질화물 박막층(30), 크롬 박막층(40), 크롬 카바이드층(50)으로 다층 반복 층착된 구조를 가짐에 따라 높은 경도와 내식성, 내마모성을 가질 수 있는 것이다.

3. 고기능 블랙칼라 표면 박막코팅방법

다음으로 휴대용 전자기기의 고기능 블랙칼라 표면 박막코팅방법에 관한 다양한 조건의 실시예를 설명한다.

본 발명에서는 이온 플레이팅을 통해 고기능 박막을 증착하기 위하여 진공챔버(200) 내부의 압력을 로터리 펌프와 부스터펌프, 터보 몰리큘러 펌프 등의 진공 펌프(300)를 각각 순차 가동해 저진공(10^-1torr)에서 고진공 1X10^-5으로 조성하고, 시편 증착 온도는 실온으로 고정한 후 활성가스를 유입시켰다. 이때 박막층의 균일한 증착을 위하여 코팅대상체(10)가 고정된 고정홀더(219)를 일정한 속도로 회전하였다. 증착 후에는 모든 가스를 차단하고 챔버(200)의 진공은 유지한 상태에서 챔버(200)내 코팅대상체(10)를 상온까지 냉각시킨 후 회수하였다.

그리고 상기 크롬 타겟(T)에 대한 증발입자생성과 플라즈마 및 이온화 조성을 위한 여기수단 및 그 방법으로 직류 방전 여기법(수 Pa의 압력하에서 기판 주위에 직류 글로우 방전을 일으켜 증발입자를 이온화시킨다.) 또는 고주파 방전 여기법(타겟 위쪽에 위치한 코일과 타겟 사이에 고주파(약 13.56MHz)를 인가하여 코일주위에 고주파 글로우 방전을 유도하여 증발입자를 이온화한 후 코팅대상체 바이어스에 의해 가속된다.) 또는 홀로우 캐소드(hollow cathode) 전자빔 여기법(홀로우 캐소드 방전을 이용한 전자총으로 수 10A의 대전류 전자빔을 발생시키고 그 전자빔에 의하여 증착입자가 이온화된다.) 또는 아크방전 여기법(증발원(음극)과 진공챔버나 아크용 전극사이에 아크 방전을 일으켜 증발입자의 생성과 증발입자의 이온화가 진행된다.) 또는 전자선 여기법(전자선을 분위기 가스에 조사하여 전자빔 여기 플라즈마를 생성하여 증발입자의 이온화를 진행시킨다.) 중 선택된 하나로 선택 실시할 수 있다.

<실시예 1>

휴대용 전자기기 케이스인 코팅대상체(10)를 진공챔버(200)내에 장입한 후 회전식 고정홀더(219)에 고정한 다음 챔버(200)내의 공기를 로터리 펌프와 부스터펌프, 터보 몰리큘러 펌프 등의 진공펌프(300)를 각각 순차 가동해 저진공(10^-1torr)에서 고진공 1X10^-5으로 조성하고, 챔버(200)내의 진공조절이 완료되면, 활성가스 주입구(211)를 통해 진공챔버(200)내에 불활성 가스인 아르곤 가스를 주입해 아르곤 분위기를 조성하며, 이어 파워공급장치(400)를 통해 코팅대상체(10)가 고정된 회전식 고정홀더(219)에 일정한 파워를 인가하는 한편, 챔버(200)내의 하측 타겟(T)에는 전자빔 등의 여기수단(201)을 통해 순도 99.9 %의 고순도 크롬 타겟(T)에 대한 입자증발 및 플라즈마생성과 함께 증발원에 대한 이온화 조성하여 코팅대상체(10) 표면에 크롬 박막층(20)을 형성하였다.

증착하는 동안 균일한 박막을 형성하기 위하여 회전식 고정홀더를 3회/min 속도로 회전시키면서 증착하며, 필요에 따라 셔터를 움직여 가리거나 가림 해제할 수 있다.

<실시예 2>

상기 실시예1을 통해 코팅대상체 표면에 크롬 박막층(20)의 증착이 완료되면, 챔버내의 불활성가스는 아르곤가스와 질소가스의 비가 100:30를 다시 조절한 다음 실시예1과 동일한 이온 플레이팅 박막코팅방법을 실시해 상기 크롬 박막 층(20) 위에 크롬 질화물 박막층(30)을 추가로 더 형성시킨다.

<실시예 3>

상기 실시예 1과 실시예2를 통해 코팅대상체 표면에 크롬 박막층(20)과 크롬질화물 박막층(30)의 증착이 완료되면,

챔버내의 불활성가스는 아르곤가스와 아세칠렌 가스의 비가 100:30로 다시 조절하여 실시예1과 동일한 이온 플레이팅 박막코팅방법을 실시해 상기 크롬질화물 박막층(30) 위에 크롬 카바이드 박막층(40)을 추가로 더 형성시킨다.

<실시예 4>

상기 실시예 1, 실시예 2, 실시예 3을 통해 코팅대상체 표면에 크롬 박막층(20)과 크롬질화물 박막층(30)과 크롬 카바이드 박막층(40)의 증착이 완료되면,

챔버내의 불활성가스는 아르곤 가스, 아세칠렌 가스, 질소 가스의 비가 100:30:10로 다시 재 조절하여 실시예 1과 동일한 이온 플레이팅 박막코팅방법을 실시해 크롬 질화 카바이드 박막층(50)을 추가로 더 형성한다. (이 실시예 4는 필요에 따라 제외될 수 있다.)

<실시예 5>

실시예 1, 실시예 2, 실시예 3, 실시예 4를 통해 각각 순차 증착된 크롬 박막층(20), 크롬질화물 박막층(30), 크롬카바이드 박막층(40), 크롬 질화 카바이드 박막층(50) 중 그 최상단의 크롬 질화 카바이드 박막층(60) 표면에 지문방지 및 표면조도 향상을 목적으로 폴리머 계열 투명 수지의 표면마감층(60)을 디핑방법으로 더 증착하여 완성할 수 있다.

도 1은 본 발명의 이온 플레이팅법을 통해 얻어진 박막코팅층의 단면 예시도

도 2은 본 발명에서 제시된 이온 플레이팅 박막코팅장치의 개략 구성도

*도면의 주요부분에 대한 부호설명*

T:크롬 타켓 200:진공챔버

201:여기수단 205:입자증발

207:셔터 211:활성가스주입구

10:코팅대상체 219:회전식 고정홀더

300:진공펌프 400:파워공급장치

Claims (8)

1. 휴대용 전자기기 케이스 표면(10)에 이온 플레이팅방법을 통해 크롬 박막층(20)을 증착시킴에 있어서,

   상기 이온 플레이팅을 이용한 크롬 박막층(20)을 형성할 때 요구되는 활성가스분위기는 아르곤 가스 분위기에서 실시하는 것과;

   상기 크롬 박막층(20)위에 아르곤 가스와 질소 가스의 비가 100:30으로 혼합된 활성가스분위기에서 크롬 질화물 박막층(30)을 추가로 더 증착하는 것과;

   상기 크롬 박막층(20), 크롬 질화물 박막층(30) 위에 아르곤 가스와 아세틸렌 가스의 비가 100:30으로 혼합된 활성가스분위기에서 크롬 카바이드 박막층(40)을 추가로 더 증착하는 것과;

   상기 크롬 박막층(20), 크롬 질화물 박막층(30), 크롬 카바이드 박막층(40) 위에 아르곤 가스와 아세틸렌 가스, 질소 가스의 비가 100:30:10으로 혼합된 활성가스분위기에서 크롬 질화 카바이드 박막층(50)을 추가로 더 증착하는 것과;

   상기 크롬 질화 카바이드 박막층(50) 표면에 지문방지, 표면조도 향상을 위해 폴리머 계열 투명 수지의 표면마감층(60)을 디핑방법으로 더 증착하여 마감하는 것;을 특징으로 한 휴대 전자기기 케이스의 고기능 블랙칼라 코팅방법.
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