KR101079258B1 - Manufacturing method of ceramic polymer complex, and ceramic polymer complex using the method - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 성막 챔버 내부를 일정 압력으로 유지하는 단계와, 유량제어수단을 통해 운반가스의 유량이 노즐 분사구의 단위면적(㎟)당 250∼10,000sccm이 되게 조절하는 단계와, 유량이 조절된 운반가스를 5㎚∼0.5㎛의 입자 크기를 갖는 세라믹 분말이 놓인 공간으로 공급하여 상기 세라믹 분말을 에어로졸화하는 단계와, 형성된 에어로졸을 압력차에 의해 성막 챔버 내의 노즐로 공급하는 단계 및 상기 노즐의 분사구와 성막하려는 기판 사이의 거리가 5∼50㎜ 범위로 일정하게 유지되게 하면서 상기 기판을 향해 에어로졸이 분사되게 하여 기판에 분사된 에어로졸이 충격에 의하여 고화되면서 성막되어 다공성 세라믹 구조체를 형성하는 단계를 포함하는 다공성 세라믹 구조체의 제조방법과 이에 의해 제조된 다공성 세라믹 구조체와 상기 방법을 이용한 세라믹 폴리머 복합체의 제조방법 및 이로부터 제조된 세라믹 폴리머 복합체에 관한 것이다. 본 발명에 의한 다공성 세라믹 구조체의 제조방법에 의하면, 세라믹의 장점을 그대로 갖고 있어 높은 절연 및 유전 특성을 나타내고, 열적 안정성이 우수하며, 제조가 용이하여 대량 생산이 가능하며, 10부피% 이상의 기공율을 가지면서 균일한 두께로 성막된 다공성 세라믹 구조체를 얻을 수가 있다.The present invention comprises the steps of maintaining the inside of the film formation chamber at a constant pressure, controlling the flow rate of the carrier gas to be 250 to 10,000 sccm per unit area (mm 2) of the nozzle injection port through the flow rate control means, and the flow rate is adjusted Supplying a carrier gas to a space having a ceramic powder having a particle size of 5 nm to 0.5 µm to aerosolize the ceramic powder, supplying the formed aerosol to a nozzle in the deposition chamber by a pressure difference, and While maintaining the distance between the injection hole and the substrate to be deposited in a range of 5 to 50mm, the aerosol is sprayed toward the substrate to form a porous ceramic structure by forming an aerosol sprayed onto the substrate while solidifying by impact. Method for producing a porous ceramic structure comprising, and the porous ceramic structure produced thereby and three using the method The present invention relates to a method for producing a lamic polymer composite and a ceramic polymer composite prepared therefrom. According to the method of manufacturing a porous ceramic structure according to the present invention, it has the advantages of ceramic as it is, exhibits high insulation and dielectric properties, excellent thermal stability, easy to manufacture, mass production, and porosity of 10% by volume or more. It is possible to obtain a porous ceramic structure having a film thickness having a uniform thickness.

다공성 세라믹 구조체, 세라믹 폴리머 복합체, 에어로졸 성막법, 세라믹 분 말, 폴리머, 운반가스 Porous ceramic structure, ceramic polymer composite, aerosol film formation method, ceramic powder, polymer, carrier gas

Description

세라믹 폴리머 복합체의 제조방법과 이에 의해 제조된 세라믹 폴리머 복합체{Manufacturing method of ceramic polymer complex, and ceramic polymer complex using the method}Manufacturing method of ceramic polymer complex, and ceramic polymer complex using the method

본 발명은 세라믹 구조체의 제조방법과 이에 의해 제조된 다공성 세라믹 구조체와 상기 방법을 이용한 세라믹 폴리머 복합체의 제조방법 및 이로부터 제조된 세라믹 폴리머 복합체에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 세라믹의 장점을 그대로 갖고 있어 높은 절연 및 유전 특성을 나타내고, 열적 안정성이 우수하며, 제조가 용이하여 대량 생산이 가능하며, 10부피% 이상의 기공율을 가지면서 균일한 두께로 성막되는 다공성 세라믹 구조체의 제조방법과 이에 의해 제조된 다공성 세라믹 구조체와 상기 방법을 이용한 세라믹 폴리머 복합체의 제조방법 및 이로부터 제조된 세라믹 폴리머 복합체에 관한 것이다.The present invention relates to a method of manufacturing a ceramic structure, a porous ceramic structure and a method of manufacturing a ceramic polymer composite using the method, and a ceramic polymer composite prepared therefrom, and more particularly has the advantages of ceramic as it is A method of manufacturing a porous ceramic structure, which exhibits high insulation and dielectric properties, excellent thermal stability, and is easy to manufacture, enables mass production, and has a uniform thickness with a porosity of 10 vol% or more, and the porosity produced thereby. The present invention relates to a ceramic structure, a method for producing a ceramic polymer composite using the method, and a ceramic polymer composite prepared therefrom.

전자 제품을 비롯한 각종 제품의 각 기능을 구현하는 부품들의 물리적인 크기는 소형화되면서 성능은 극대화되고 있다. 부품들의 소형화는 최소 공간이 소요되는 이점과 부품 구동을 위한 소요 에너지의 저하 등 다양한 이점을 기대할 수 있다. 부품의 소형화를 이루는 소재·공정기술로 세라믹스 코팅 기술이 있으며, 세라믹스 코팅 기술 중에서 최근에 개발된 에어로졸 성막(aerosol deposition)법이 있다. As the physical size of components that implement the functions of various products, including electronic products, is miniaturized, performance is maximized. Miniaturization of components can expect various advantages such as the minimum space required and the reduction of energy required for driving the component. As a material and process technology for miniaturizing parts, there is a ceramic coating technique, and among the ceramic coating techniques, there is an aerosol deposition method recently developed.

에어로졸 성막법은 세라믹 분말을 운송 가스에 실어서 기판에 분사함으로써 기판 표면에 세라믹 코팅층을 형성하는 방법이다. 에어로졸 성막법은 상온에서 치밀한 세라믹 코팅이 이루어진다고 알려져 있다. The aerosol film formation method is a method of forming a ceramic coating layer on the surface of a substrate by injecting ceramic powder into a carrier gas and spraying it on a substrate. Aerosol deposition is known to achieve a dense ceramic coating at room temperature.

지금까지 알려진 에어로졸 성막법에 의해 성막된 세라믹 코팅막은 매우 치밀하고 균열이 없는 코팅층을 이룬다고 알려져 있으며, 형성된 세라믹 코팅막의 기공율은 5부피% 미만으로서 매우 치밀하게 형성된다. The ceramic coating film formed by the known aerosol film forming method is known to form a very dense and crack-free coating layer, and the porosity of the formed ceramic coating film is very dense, which is less than 5% by volume.

한편, 다공성 세라믹 구조체는 매우 광범위한 활용 가능성이 있음에도 불구하고, 제조가 용이하지 않고 대량 생산이 불가능하여 가격이 매우 높은 실정이다. On the other hand, although the porous ceramic structure has a wide range of applications, it is not easy to manufacture and mass production is impossible, the price is very high.

따라서, 제조가 용이하여 대량 생산이 가능한 다공성 세라믹 구조체의 제조방법에 대한 연구가 절실하다. 그럼에도 불구하고 최근까지는 에어로졸 성막법을 이용하여 10부피% 이상의 기공율을 가지면서 균일한 두께로 성막된 안정한 다공성 세라믹 구조체를 제조하지 못하고 있다. Therefore, research on a method of manufacturing a porous ceramic structure which is easy to manufacture and mass production is urgently needed. Nevertheless, until recently, it has not been possible to manufacture a stable porous ceramic structure having a porosity of more than 10% by volume and forming a uniform thickness by using an aerosol deposition method.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 세라믹의 장점을 그대로 갖고 있어 높은 절연 및 유전 특성을 나타내고, 열적 안정성이 우수하며, 제조가 용이하여 대량 생산이 가능하며, 10부피% 이상의 기공율을 가지면서 균일한 두께로 성막되는 다공성 세라믹 구조체의 제조방법을 제공함에 있다. The technical problem to be achieved by the present invention is to maintain the advantages of the ceramic as it exhibits high insulation and dielectric properties, excellent thermal stability, easy to manufacture mass production is possible, uniform thickness while having a porosity of more than 10% by volume It is to provide a method of manufacturing a porous ceramic structure to be formed into a.

본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 세라믹이 가지는 우수한 절연 특성 및 유전 특성의 강점을 유지할 수 있을 뿐만 아니라 세라믹 후막 제조시에 문제가 되고 있는 내부 응력을 폴리머에 의해 보상할 수 있으며, 제조 공정이 간단하여 대량 생산에도 적합한 세라믹 폴리머 복합체의 제조방법을 제공함에 있다.Another technical problem to be achieved by the present invention is not only to maintain the strength of the excellent insulating and dielectric properties of the ceramic, but also to compensate for the internal stress, which is a problem in the manufacture of a ceramic thick film, by a polymer, the manufacturing process is simple By providing a method for producing a ceramic polymer composite is also suitable for mass production.

본 발명이 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는 상기 세라믹 폴리머 복합체의 제조방법에 의해 제조된 세라믹 폴리머 복합체를 제공함에 있다. Another technical problem to be achieved by the present invention is to provide a ceramic polymer composite prepared by the method for producing a ceramic polymer composite.

본 발명이 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는 상기 다공성 세라믹 구조체의 제조방법에 의해 제조된 다공성 세라믹 구조체를 제공함에 있다. Another technical object of the present invention is to provide a porous ceramic structure manufactured by the method of manufacturing the porous ceramic structure.

본 발명은, 성막 챔버 내부를 일정 압력으로 유지하는 단계와, 유량제어수단을 통해 운반가스의 유량이 노즐 분사구의 단위면적(㎟)당 250∼10,000sccm이 되게 조절하는 단계와, 유량이 조절된 운반가스를 5㎚∼0.5㎛의 입자 크기를 갖는 세라믹 분말이 놓인 공간으로 공급하여 상기 세라믹 분말을 에어로졸화하는 단계와, 형 성된 에어로졸을 압력차에 의해 성막 챔버 내의 노즐로 공급하는 단계 및 상기 노즐의 분사구와 성막하려는 기판 사이의 거리가 5∼50㎜ 범위로 일정하게 유지되게 하면서 상기 기판을 향해 에어로졸이 분사되게 하여 기판에 분사된 에어로졸이 충격에 의하여 고화되면서 성막되어 다공성 세라믹 구조체를 형성하는 단계를 포함하는 다공성 세라믹 구조체의 제조방법을 제공한다. The present invention comprises the steps of maintaining the inside of the film formation chamber at a constant pressure, controlling the flow rate of the carrier gas to be 250 to 10,000 sccm per unit area (mm 2) of the nozzle injection port through the flow rate control means, and the flow rate is adjusted Aerosolizing the ceramic powder by supplying a carrier gas to a space having a ceramic powder having a particle size of 5 nm to 0.5 µm, supplying the formed aerosol to a nozzle in the deposition chamber by a pressure difference, and the nozzle While maintaining a constant distance between the injection hole of the substrate and the substrate to be deposited in a range of 5 to 50 mm, allowing the aerosol to be sprayed toward the substrate to form a porous ceramic structure by forming an aerosol sprayed onto the substrate while solidifying by impact. It provides a method of manufacturing a porous ceramic structure comprising a.

성막이 이루어지는 동안 상기 성막 챔버 내부의 압력은 1∼760torr 범위로 유지되며, 상기 운반가스는 공기(Air), 산소(O2), 질소(N2), 아르곤(Ar), 헬륨(He) 또는 이들의 혼합가스인 것이 바람직하다. The pressure inside the deposition chamber is maintained in the range of 1 to 760 torr during the film formation, and the carrier gas is air, oxygen (O 2 ), nitrogen (N 2 ), argon (Ar), helium (He) or It is preferable that these are mixed gas.

상기 기판의 성막하려는 면적에 걸쳐 균일한 두께로 성막이 이루어지게 하기 위하여 상기 기판을 고정하는 홀더에 의해 상기 기판이 0.5∼50㎝/min의 속도로 스캔되어 이동되는 것이 바람직하다. Preferably, the substrate is scanned and moved at a speed of 0.5 to 50 cm / min by a holder holding the substrate in order to form the film with a uniform thickness over the area to be deposited.

상기 세라믹 분말은, 알루미나(Al2O3) 분말, 실리카(SiO2) 분말 또는 질화알루미늄(AlN) 분말이고, 상기 다공성 세라믹 구조체의 기공율은 10∼50부피%를 이루며, 상기 다공성 세라믹 구조체의 기공은 1㎚∼2㎛ 범위의 크기를 이룰 수 있다.The ceramic powder is alumina (Al 2 O 3 ) powder, silica (SiO 2 ) powder or aluminum nitride (AlN) powder, the porosity of the porous ceramic structure is 10 to 50% by volume, the pores of the porous ceramic structure Silver can achieve a size in the range of 1 nm to 2 μm.

상기 다공성 세라믹 구조체의 입자간 결합을 강화하여 기계적 강도를 개선하기 위하여 400℃∼1400℃ 정도의 온도에서 1분∼10시간 동안 열처리를 실시하는 단계를 더 포함할 수 있다. In order to improve the mechanical strength by strengthening the interparticle bonding of the porous ceramic structure, the method may further include performing a heat treatment for 1 minute to 10 hours at a temperature of about 400 ° C to 1400 ° C.

또한, 본 발명은, 폴리머를 용매에 녹여 액상 폴리머를 준비하는 단계와, 상기 액상 폴리머를 상기 다공성 세라믹 구조체의 기공 내에 함침시키는 단계 및 건 조 공정을 수행하여 상기 다공성 세라믹 구조체 내에 함침된 용매를 제거하여 다공성 알루미나 구조체의 기공에 상기 폴리머가 함입된 세라믹 폴리머 복합체를 얻는 단계를 포함하는 세라믹 폴리머 복합체의 제조방법을 제공한다. In addition, the present invention is to remove the solvent impregnated in the porous ceramic structure by preparing a liquid polymer by dissolving the polymer in a solvent, impregnating the liquid polymer in the pores of the porous ceramic structure and drying process By providing a ceramic polymer composite in which the polymer is embedded in the pores of the porous alumina structure provides a method for producing a ceramic polymer composite.

상기 세라믹 폴리머 복합체의 제조방법은, 상기 액상 폴리머가 함침된 다공성 세라믹 구조체를 진공 챔버에 장입하고, 상기 진공 챔버의 압력을 감압하여 상기 다공성 세라믹 구조체의 기공 내 공기가 빠져 나가게 하고 공기가 빠져 나간 자리에 상기 액상 폴리머가 함입되게 하는 감압 처리 단계를 더 포함할 수 있다. In the method of manufacturing the ceramic polymer composite, the porous ceramic structure impregnated with the liquid polymer is charged into a vacuum chamber, and the pressure in the vacuum chamber is reduced to allow the air in the pores of the porous ceramic structure to escape and the air escapes. The method may further include a pressure reduction treatment step of allowing the liquid polymer to be embedded in the.

감압 시 상기 진공 챔버의 압력은 상압보다 낮은 압력으로서 1∼700㎜Hg 범위로 이루고, 상기 감압 처리는 1분∼1시간 동안 수행되는 것이 바람직하다. The pressure of the vacuum chamber during the decompression is in the range of 1 to 700 mmHg as the pressure lower than the normal pressure, and the decompression treatment is preferably performed for 1 minute to 1 hour.

상기 세라믹 폴리머 복합체의 제조방법은, 폴리머 입자간 결합을 강화하여 기계적 강도, 내열 특성 및 전기적 특성을 개선하기 위하여 상기 폴리머가 타는 온도보다 낮은 150℃∼300℃의 온도에서 10분∼10시간 동안 열처리를 실시하는 단계를 더 포함할 수 있다. In the method of manufacturing the ceramic polymer composite, heat treatment for 10 minutes to 10 hours at a temperature of 150 ℃ to 300 ℃ lower than the burning temperature in order to enhance the bond between the polymer particles to improve the mechanical strength, heat resistance and electrical properties It may further comprise the step of.

상기 건조 공정은, 상기 폴리머가 타는 온도보다 낮은 60∼180℃의 온도에서 용매가 증발되게 10분∼2시간 동안 수행하는 것이 바람직하다. The drying process is preferably carried out for 10 minutes to 2 hours to evaporate the solvent at a temperature of 60 ~ 180 ℃ lower than the burning temperature of the polymer.

상기 폴리머는, 시아네이트 에스테르, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리페닐렌 옥사이드, 변성 폴리페닐렌 옥사이드, 폴리페닐렌 에테르, 폴리아미드, 폴리에테르이미드, 폴리아미드이미드, 폴리에테르아미드, 폴리카보네이트, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 비정질 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 글리콜 변성 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 시클로헥산 변성 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리부틸렌 테레프탈레이 트, 폴리스티렌, 폴리염화비닐, 폴리비닐플루오라이드, 폴리클로로트리플루오로에틸렌, 폴리우레탄, 폴리프로필렌, 폴리아크릴, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리에테르 케톤, 폴리에테르 케톤 케톤, 폴리에틸렌, 폴리설폰, 폴리페닐렌 설파이드, 폴리에테르설폰, 설폰화된 폴리부틸렌 테레프탈레이트, 폴리아세탈, 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌, 에틸렌 프로필렌 고무, 에틸렌 프로필렌 디엔 단량체 및 폴리 유산 중에서 선택된 적어도 하나 이상의 물질일 수 있다. The polymer is cyanate ester, polytetrafluoroethylene, polyphenylene oxide, modified polyphenylene oxide, polyphenylene ether, polyamide, polyetherimide, polyamideimide, polyetheramide, polycarbonate, polyethylene tere Phthalate, amorphous polyethylene terephthalate, glycol modified polyethylene terephthalate, cyclohexane modified polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, polystyrene, polyvinyl chloride, polyvinyl fluoride, polychlorotrifluoroethylene, polyurethane, polypropylene , Polyacrylic, polymethylmethacrylate, polyether ketone, polyether ketone ketone, polyethylene, polysulfone, polyphenylene sulfide, polyethersulfone, sulfonated polybutylene terephthalate, polyacetal, acrylonitrile-butadiene -Steve , May be at least one or more substances selected from ethylene propylene rubber, ethylene propylene diene monomer and a poly (lactic acid).

또한, 본 발명은, 상기 세라믹 폴리머 복합체의 제조방법에 의해 제조된 세라믹 폴리머 복합체를 제공한다.In addition, the present invention provides a ceramic polymer composite produced by the method for producing a ceramic polymer composite.

또한, 본 발명은, 상기 다공성 구조체 제조방법을 이용하여 제조된 다공성 세라믹 구조체로서 기공율이 10∼50부피%를 이루며, 상기 다공성 세라믹 구조체의 기공은 1㎚∼2㎛ 범위의 크기를 갖는 다공성 세라믹 구조체를 제공한다.In addition, the present invention, a porous ceramic structure prepared using the porous structure manufacturing method has a porosity of 10 to 50% by volume, the pores of the porous ceramic structure is a porous ceramic structure having a size in the range of 1nm ~ 2㎛. To provide.

본 발명에 의하면, 에어로졸 성막법을 이용하여 기공율이 10∼50부피% 범위를 가지며 기공의 크기는 1㎚∼2㎛ 범위를 이루는 안정하고 균일한 두께의 다공성 세라믹 구조체를 얻을 수가 있다. According to the present invention, a porous ceramic structure having a stable and uniform thickness having a porosity in the range of 10 to 50% by volume and a pore size in the range of 1 nm to 2 μm can be obtained by using the aerosol deposition method.

상기 다공성 세라믹 구조체는 세라믹의 장점을 그대로 갖고 있어 우수한 절연 특성과 유전 특성을 나타내고, 높은 열적 안정성을 나타내며, 또한 화학적 안정성과 생물학적 안정성도 우수하며, 제조가 용이하여 대량 생산이 가능하므로 그 응용 분야가 매우 광범위하고 사용이 점차 확대될 것으로 기대된다.The porous ceramic structure retains the advantages of ceramic as it is, exhibits excellent insulation and dielectric properties, exhibits high thermal stability, and also has excellent chemical and biological stability, and is easy to manufacture, enabling mass production. It is expected to be very widespread and expand in use.

상기 다공성 세라믹 구조체의 입자간 결합을 강화하기 위하여 열처리를 실시함으로써 더욱 우수한 기계적 강도를 가질 수 있게 된다. By performing heat treatment to strengthen the interparticle bonding of the porous ceramic structure, it is possible to have more excellent mechanical strength.

액상의 폴리머를 다공성 세라믹 구조체에 함침시켜 폴리머가 다공성 세라믹 구조체의 기공에 함입된 안정한 세라믹 폴리머 복합체를 제조할 수 있다. The liquid polymer may be impregnated into the porous ceramic structure to prepare a stable ceramic polymer composite in which the polymer is embedded in the pores of the porous ceramic structure.

본 발명에 의해 제조된 세라믹 폴리머 복합체는 세라믹이 가지는 우수한 절연 특성 및 유전 특성의 강점을 유지할 수 있을 뿐만 아니라, 세라믹 후막 제조시에 문제가 되고 있는 내부 응력을 폴리머에 의해 보상할 수 있어 세라믹 기반의 고집적 모듈화를 위한 적층 공정에 활용 가능성이 크다. 또한, 제조 공정이 간단하여 대량 생산에도 적합하다. The ceramic polymer composite prepared by the present invention not only maintains the strengths of the excellent insulating and dielectric properties of ceramics, but also compensates for the internal stress which is a problem in the manufacture of ceramic thick films by polymers. It is highly applicable to the lamination process for highly integrated modularity. In addition, the manufacturing process is simple and suitable for mass production.

본 발명에 따른 세라믹 폴리머 복합체는 다공성 세라믹 구조체의 기공 내에 함입된 폴리머에 의해 연성(flexible) 특성과 세라믹의 장점을 모두 갖는 물질이므로 다양한 분야에 적용이 가능할 것으로 기대된다. The ceramic polymer composite according to the present invention is expected to be applicable to various fields because the polymer embedded in the pores of the porous ceramic structure has both the flexibility and the advantages of the ceramic.

세라믹 폴리머 복합체에 대하여 열처리를 실시함으로써 폴리머 입자간 결합에 의해 더욱 우수한 기계적 강도 및 내열 특성을 가질 수 있게 되며, 안정적인 전기적 특성 또한 확보할 수 있다. By performing heat treatment on the ceramic polymer composite, it is possible to have more excellent mechanical strength and heat resistance characteristics by bonding between polymer particles, and also to secure stable electrical characteristics.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 이하의 실시예는 이 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자에게 본 발명이 충분히 이해되도록 제공되는 것으로서 여러 가지 다른 형태로 변 형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 기술되는 실시예에 한정되는 것은 아니다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the following embodiments are provided to those skilled in the art to fully understand the present invention and can be modified in various forms, and the scope of the present invention is limited to the embodiments described below. It doesn't happen. Like numbers refer to like elements in the figures.

도 1은 에어로졸 성막 장치를 개략적으로 도시한 도면이다. 1 is a view schematically showing an aerosol film-forming apparatus.

도 1을 참조하면, 에어로졸 성막은 에어로졸(aerosol) 공급부(110)에서 발생된 에어로졸(114)이 운반가스(carrier gas)와 함께 저진공 상태의 성막 챔버(deposition chamber)(120)로 압력차 및 노즐에 의해 가속되어 홀더(holder)(124)에 고정되어 있는 기판(substrate)(S)에 충격에 의하여 고화되면서 성막되는 공정이다. 에어로졸(114)이 감압된 성막 챔버(120)에서 고속으로 가속화되어 높은 운동에너지로 기판(S)에 부딪히면서 가속에 의한 높은 운동에너지에 의해 입자들이 충돌 시 밀집도가 증가하여 고밀도로 패킹(packing)되어 막의 성장이 일어나게 된다.Referring to FIG. 1, in the aerosol deposition, the aerosol 114 generated from the aerosol supply unit 110 is transferred to a deposition chamber 120 in a low vacuum state together with a carrier gas. It is a process of forming a film while being solidified by an impact on a substrate S, which is accelerated by a nozzle and fixed to a holder 124. The aerosol 114 is accelerated at a high speed in the pressure-reducing film formation chamber 120 and hits the substrate S with a high kinetic energy, and due to the high kinetic energy due to the acceleration, the density increases when the particles collide and is packed at a high density. Membrane growth occurs.

에어로졸 성막 장치는 원료 분말을 운반가스에 부유시켜 에어로졸화하는 에어로졸 공급부(110)와, 상기 에어로졸 공급부(110)로부터 에어로졸을 공급받아 고속으로 기판에 충돌시켜 박막 또는 후막을 형성하기 위한 성막 챔버(120)와, 에어로졸 공급부(110)에 운반가스를 공급하기 위한 운반가스 공급부(130)와, 에어로졸 공급부(110)와 성막 챔버(120) 사이의 압력차를 제공하기 위한 압력제어부(140)를 포함한다. The aerosol deposition apparatus includes an aerosol supply unit 110 for aerosolizing raw material powder in a carrier gas and a deposition chamber 120 for forming a thin film or a thick film by receiving an aerosol from the aerosol supply unit 110 and colliding with a substrate at high speed. ), A carrier gas supply unit 130 for supplying a carrier gas to the aerosol supply unit 110, and a pressure control unit 140 for providing a pressure difference between the aerosol supply unit 110 and the deposition chamber 120. .

운반가스 공급부(130)는 유량제어수단(Mass Flow Controller; MFC)(132)을 통해 운반가스의 유량을 제어하면서 에어로졸 공급부(110)로 운반가스를 공급하며, 운반가스 공급부(130)와 에어로졸 공급부(110) 사이에 연결된 도관(134)을 통해 운 반가스가 에어로졸 공급부(110)로 공급된다. 도관(134)은 원료 분말인 세라믹 분말(112)이 운반가스의 압력에 의해 용이하게 부유될 수 있도록 세라믹 분말(112)이 쌓여 있는 하단부까지 연결되어 있는 것이 바람직하다. 운반가스 공급부(130)로부터 공급되는 운반가스의 유량은 기판(S)에 성막되는 세라믹 구조체의 성막 상태, 두께, 치밀도, 기공율 등에 영향을 미치는 중요한 요소가 된다. The carrier gas supply unit 130 supplies a carrier gas to the aerosol supply unit 110 while controlling the flow rate of the carrier gas through a mass flow controller (MFC) 132, and the carrier gas supply unit 130 and the aerosol supply unit. Carrier gas is supplied to the aerosol supply unit 110 through the conduit 134 connected between the (110). The conduit 134 is preferably connected to the lower end of the ceramic powder 112 is stacked so that the ceramic powder 112, the raw material powder can be easily suspended by the pressure of the carrier gas. The flow rate of the carrier gas supplied from the carrier gas supply unit 130 becomes an important factor affecting the deposition state, thickness, density, porosity, etc. of the ceramic structure deposited on the substrate S.

에어로졸 공급부(110)는 원료 분말인 세라믹 분말(112)을 운반가스에 부유시켜 에어로졸을 형성하고, 에어로졸(114)을 도관(116)을 통해 성막 챔버(120)에 공급한다. 에어로졸 공급부(110)에는 진동자(vibrator)(118)가 구비되어 있어 세라믹 분말을 진동시켜 세라믹 분말(112)이 서로 응집되지 않고 상공으로 부유되게 함으로써 에어로졸(114)을 형성하게 할 수 있다. The aerosol supply unit 110 floats the ceramic powder 112, which is a raw material powder, in the carrier gas to form an aerosol, and supplies the aerosol 114 to the deposition chamber 120 through the conduit 116. The aerosol supply unit 110 is provided with a vibrator 118 to vibrate the ceramic powder to cause the ceramic powder 112 to float above each other without aggregation, thereby forming the aerosol 114.

에어로졸 공급부(110)로부터 도관(116)을 통해 에어로졸(114)은 성막 챔버(120)의 노즐(122) 통해 가속되어 홀더(holder)(124)에 고정되어 있는 기판(substrate)(S)에 성막되게 된다. 홀더(124)는 동일 평면 상에서 좌우 또는 상하로 이동가능하게 구비되며, 성막 동안에 균일한 일정 두께로 기판(S)에 성막되게 좌우 또는 상하로 스캐닝(scanning)하면서 일정 속도로 움직일 수 있게 설치된다. 노즐(122)은 일정 크기의 미세한 분사구(미도시)를 구비하며, 압력차에 의해 노즐(122)의 분사구를 통과한 에어로졸은 기판(S)에 충돌하여 고밀도의 다공체를 형성하면서 성막되게 된다. 노즐(122) 분사구의 형상, 에어로졸이 도입되는 노즐(122)의 내부 구조 등에 의해서도 에어로졸은 가속되게 된다. 노즐(122)의 분사구와 기판(S) 사이의 거리는 성막되는 세라믹 구조체의 성막 상태, 두께, 치밀도, 기공율 등에 중요한 요소가 된다. The aerosol 114 is accelerated through the nozzle 122 of the deposition chamber 120 from the aerosol supply 110 through the conduit 116 and is deposited on the substrate S fixed to the holder 124. Will be. The holder 124 is provided to be movable left and right or up and down on the same plane, and is installed to be movable at a constant speed while scanning the left and right or up and down to be deposited on the substrate S with a uniform constant thickness during film formation. The nozzle 122 is provided with a fine injection hole (not shown) of a predetermined size, the aerosol passing through the injection hole of the nozzle 122 by the pressure difference is formed while forming a high-density porous body to collide with the substrate (S). The aerosol is also accelerated by the shape of the nozzle 122, the internal structure of the nozzle 122 into which the aerosol is introduced, and the like. The distance between the injection hole of the nozzle 122 and the substrate S becomes an important factor in the film formation state, thickness, density, porosity, and the like of the ceramic structure to be formed.

압력제어부(140)는 에어로졸 공급부(110)와 성막 챔버(120)의 압력을 조절하는 역할을 하며, 로터리 펌프(rotary pump)(142)와 부스터 펌프(booster pump)(144)를 포함할 수 있다. The pressure controller 140 controls the pressure of the aerosol supply unit 110 and the deposition chamber 120, and may include a rotary pump 142 and a booster pump 144. .

이하에서, 도 1에 도시된 에어로졸 성막 장치를 이용하여 다공성의 세라믹 구조체를 형성하는 방법을 설명한다. Hereinafter, a method of forming a porous ceramic structure using the aerosol film forming apparatus shown in FIG. 1 will be described.

먼저, 원료 분말인 미립의 세라믹 분말을 준비하여 에어로졸 공급부(110)에 장착한다. 상기 원료 분말은 알루미나(Al2O3), 실리카(SiO2), 질화알루미늄(AlN) 등과 같은 세라믹 분말로서, 다공성의 세라믹 구조체 형성이 가능한 모든 세라믹 분말이 가능하다. 세라믹 분말의 입자 크기는 성막되는 세라믹 구조체의 성막 상태, 두께, 치밀도, 기공율 등을 고려하여 5㎚∼0.5㎛ 범위, 바람직하게는 0.02∼0.2㎛ 범위인 것이 바람직하다. 세라믹 분말 입자의 크기가 5㎚ 미만일 경우에는 충격에너지가 작아 성막에 어려움이 있고, 0.5㎛를 초과하는 경우에는 입자 간 결합력을 갖는 다공성의 세라믹 구조체를 얻는데 어려움이 있다. First, fine ceramic powder, which is a raw material powder, is prepared and mounted on the aerosol supply unit 110. The raw material powder is a ceramic powder such as alumina (Al 2 O 3 ), silica (SiO 2 ), aluminum nitride (AlN), or the like, and any ceramic powder capable of forming a porous ceramic structure may be used. The particle size of the ceramic powder is preferably in the range of 5 nm to 0.5 μm, preferably 0.02 to 0.2 μm, in consideration of the film formation state, thickness, density, porosity, and the like of the ceramic structure to be formed. When the size of the ceramic powder particles is less than 5nm it is difficult to form a small impact energy, when it exceeds 0.5㎛ it is difficult to obtain a porous ceramic structure having a bonding force between the particles.

진동자(118)를 이용하여 세라믹 분말(112) 입자간의 응집이 억제되면서 용이하게 부유될 수 있도록 세라믹 분말을 진동시킨다. 진동자(118)의 회전수는 100∼300rpm 정도일 수 있다. The vibrator 118 vibrates the ceramic powder so that the aggregation between the particles of the ceramic powder 112 can be easily suspended. The rotation speed of the vibrator 118 may be about 100 to 300 rpm.

운반가스 공급부(130)로부터 운반가스를 에어로졸 공급부(110)에 공급한다. 운반가스의 유량은 유량제어수단(MFC)(132)을 통해 조절되며, 운반가스는 도 관(134)을 통해 에어로졸 공급부(110)에 공급되어 세라믹 분말(112)을 부유시킨다. 운반가스로는 공기(Air), 산소(O2) 가스, 질소(N2) 가스, 아르곤(Ar) 가스, 헬륨(He) 가스 또는 이들의 혼합가스일 수 있다. 운반가스 공급부(130)로부터 공급되는 운반가스의 유량은 기판(S)에 성막되는 세라믹 구조체의 성막 상태, 두께, 치밀도, 기공율 등에 중요한 요소가 된다. 운반가스의 유량은 세라믹 분말의 입자 크기, 세라믹 분말의 종류 등에 따라 다를 수 있지만 대체적으로 노즐 분사구의 단위면적(㎟)당 250∼10,000 sccm 정도인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 노즐 분사구의 단위면적(㎟)당 250∼2500 sccm인 것이 좋다. 운반가스의 유량이 노즐 분사구의 단위면적(㎟)당 250sccm 미만일 경우에는 치밀도가 낮고 마치 단순히 눈처럼 쌓여 있는 세라믹 구조체로서 입자간 결합력이 약하여 쉽게 부서질 수 있고, 노즐 분사구의 단위면적(㎟)당 10,000sccm을 초과하는 경우에는 너무 강한 에어로졸의 분사로 인해 치밀도가 높은 막이 형성되지만 다공성을 갖는 세라믹 구조체를 얻기 어려울 뿐만 아니라 균일한 두께의 세라믹 구조체를 얻는데도 어려움이 있다. The carrier gas is supplied from the carrier gas supply unit 130 to the aerosol supply unit 110. The flow rate of the carrier gas is controlled through the flow control means (MFC) 132, the carrier gas is supplied to the aerosol supply unit 110 through the conduit 134 to float the ceramic powder 112. The carrier gas may be air, oxygen (O 2 ) gas, nitrogen (N 2 ) gas, argon (Ar) gas, helium (He) gas, or a mixture thereof. The flow rate of the carrier gas supplied from the carrier gas supply unit 130 becomes an important factor in the deposition state, thickness, density, porosity, and the like of the ceramic structure formed on the substrate S. The flow rate of the carrier gas may vary depending on the particle size of the ceramic powder, the type of the ceramic powder, etc., but is generally about 250 to 10,000 sccm per unit area (mm 2) of the nozzle nozzle, and more preferably, the unit area of the nozzle nozzle. It is preferable that it is 250-2500 sccm per (mm <2>). When the flow rate of the carrier gas is less than 250sccm per unit area of nozzle nozzle (mm2), it is low in density and is simply a ceramic structure that is stacked like snow, and can be easily broken due to weak bonding force between particles. When more than 10,000 sccm per sugar, a highly dense membrane is formed due to the injection of too strong aerosol, but not only is it difficult to obtain a porous ceramic structure but also has a difficulty in obtaining a ceramic structure having a uniform thickness.

진동자(118)와 운반가스에 의해 부유된 세라믹 분말(112)은 에어로졸(114)을 형성하게 된다. 형성된 에어로졸(114)은 압력차에 의해 에어로졸 공급부(110)로부터 도관(116)을 통해 성막 챔버(120) 내의 노즐(122)로 공급된다. The ceramic powder 112 suspended by the vibrator 118 and the carrier gas forms the aerosol 114. The formed aerosol 114 is supplied from the aerosol supply 110 through the conduit 116 to the nozzle 122 in the deposition chamber 120 by the pressure difference.

에어로졸(114)이 노즐(122)로 공급되기 전에 성막 챔버(120)의 내부는 압력제어부(140)에 의해 소정 압정(예컨대, 0.1∼1 torr 정도)의 진공도로 감압되고, 성막 시의 성막 챔버(120) 내부의 압력은 일정 압력(예컨대, 1∼760torr 정도)의 진공도로 유지되게 하는 것이 바람직하다. Before the aerosol 114 is supplied to the nozzle 122, the inside of the deposition chamber 120 is decompressed by a pressure control unit 140 at a vacuum of a predetermined pushpin (for example, about 0.1 to 1 torr), and the deposition chamber at the time of film formation. The pressure inside the 120 is preferably maintained at a vacuum degree of a constant pressure (for example, about 1 to 760 torr).

성막 챔버(120)의 압력이 원하는 압력(진공도) 조건이 형성되면, 에어로졸 공급부(100)로부터 성막 챔버(120)의 노즐(122)로 에어로졸(114)을 공급하여 기판(S)을 향해 분사되게 한다. 기판(S)에 분사된 에어로졸(114)은 충격에 의하여 고화되면서 성막되어 다공성 세라믹 구조체를 형성하게 된다. 노즐(122)의 분사구와 기판(S) 사이의 거리는 5∼50㎜ 정도인 것이 바람직하다. 노즐(122)의 분사구와 기판(S) 사이의 거리가 5㎜ 미만일 경우에는 너무 강한 에어로졸의 충격 에너지로 인해 균일한 막형태로 만드는데 어려움이 있고, 50㎜를 초과하는 경우에는 치밀도가 낮은 다공성 세라믹 구조체가 형성될 수 있다.When the pressure of the deposition chamber 120 is set to a desired pressure (vacuum degree) condition, the aerosol 114 is supplied from the aerosol supply unit 100 to the nozzle 122 of the deposition chamber 120 to be sprayed toward the substrate S. do. The aerosol 114 sprayed on the substrate S is solidified by the impact to form a porous ceramic structure. It is preferable that the distance between the injection hole of the nozzle 122 and the board | substrate S is about 5-50 mm. If the distance between the nozzle 122 of the nozzle 122 and the substrate (S) is less than 5mm, it is difficult to form a uniform film due to the impact energy of the aerosol is too strong, and if the thickness exceeds 50mm porosity of low density Ceramic structures can be formed.

에어로졸(114)을 분사하는 노즐(122)은 고정되어 있으므로 일정한 방향으로 에어로졸이 분사되게 되므로 다공성 세라믹 구조체를 형성하고자 하는 면적(또는 기판의 크기)에 따라 기판(S)을 고정하는 홀더(124)는 좌우 또는 상하로 이동하면서 스캐닝(scanning) 되게 하여 성막 동안에 전체 면적에 걸쳐 균일한 두께로 성막이 이루어지게 한다. 홀더(124)의 스캔 속도는 균일한 두께의 성막을 유도하기 위하여 0.5∼50㎝/min 정도인 것이 바람직하다. Since the nozzle 122 for spraying the aerosol 114 is fixed, the aerosol is injected in a predetermined direction, and thus the holder 124 for fixing the substrate S according to the area (or size of the substrate) to form the porous ceramic structure. The scanning is performed while moving left and right or up and down to form a film with a uniform thickness over the entire area during film formation. The scan speed of the holder 124 is preferably about 0.5 to 50 cm / min in order to induce deposition of uniform thickness.

성막 속도는 균일한 두께의 성막을 유도하고 원하는 기공율을 갖는 다공성의 세라믹 구조체를 형성하기 위하여 0.5∼10㎛/min 정도인 것이 바람직하며, 성막은 상온(예컨대, 10∼30℃)에서 실시할 수 있다. The deposition rate is preferably about 0.5 to 10 µm / min in order to induce deposition of uniform thickness and to form a porous ceramic structure having a desired porosity, and the deposition can be performed at room temperature (eg, 10 to 30 ° C). have.

이렇게 에어로졸 성막법을 이용하여 제조된 세라믹 구조체는 기공이 많은 다공성 구조체로서 기공율이 10∼50부피% 범위를 가지며, 기공의 크기는 1㎚∼2㎛ 범 위가 된다. The ceramic structure manufactured using the aerosol film formation method is a porous structure with many pores, and has a porosity in the range of 10 to 50% by volume, and the pore size is in the range of 1 nm to 2 μm.

본 발명의 바람직한 실시예에 따라 제조된 다공성 세라믹 구조체는 세라믹의 장점을 그대로 갖고 있어 높은 열적 안정성을 나타내며, 화학적 안정성과 생물학적 안정성도 우수하며, 제조가 용이하여 대량 생산이 가능하므로 그 응용 분야가 매우 광범위하고 사용이 점차 확대될 것으로 기대되고 있다.Porous ceramic structure manufactured according to the preferred embodiment of the present invention has the advantages of the ceramic as it shows a high thermal stability, chemical stability and biological stability is also excellent, easy to manufacture mass production is possible because the application field is very It is expected to be widespread and gradually expanded in use.

본 발명의 바람직한 실시예에 따라 제조된 다공성 세라믹 구조체는 입자간 결합을 강화하기 위하여 열처리를 실시할 수 있다. 에어로졸 성막법에 의해 제조된 다공성 세라믹 구조체를 열처리하게 되면, 입자간 결합에 의해 더욱 우수한 기계적 강도를 가질 수 있게 된다. 상기 열처리는 400℃∼1400℃ 정도의 온도에서 1분∼10시간 정도 실시하는 것이 바람직하다. 열처리 공정은 열처리 온도(400℃∼1400℃)까지는 소정 승온 속도(예컨대, 10℃/min)로 승온시킨 후, 소정 시간(예컨대, 1분∼10시간 정도)을 열처리 온도에서 유지하여 열처리하고, 상온까지 로냉하여 실시할 수 있다.Porous ceramic structure prepared according to a preferred embodiment of the present invention may be subjected to a heat treatment to strengthen the interparticle bonding. When the porous ceramic structure manufactured by the aerosol deposition method is heat-treated, it is possible to have more excellent mechanical strength by interparticle bonding. It is preferable to perform the said heat processing for about 1 minute-about 10 hours at the temperature of about 400 to 1400 degreeC. In the heat treatment step, the temperature is raised to a predetermined temperature increase rate (eg, 10 ° C./min) up to the heat treatment temperature (400 ° C. to 1400 ° C.), and the heat treatment is performed by maintaining the predetermined time (eg, about 1 minute to about 10 hours) at the heat treatment temperature, It can be carried out by cooling to room temperature.

액상의 폴리머를 다공성 세라믹 구조체에 함침시켜 폴리머가 다공성 세라믹 구조체의 기공에 함입된 세라믹 폴리머 복합체를 제조할 수 있다. 이하에서, 세라믹 폴리머 복합체의 제조방법에 대하여 설명한다. The liquid polymer may be impregnated into the porous ceramic structure to prepare a ceramic polymer composite in which the polymer is embedded in the pores of the porous ceramic structure. Hereinafter, the manufacturing method of a ceramic polymer composite is demonstrated.

먼저, 원하는 폴리머를 용매에 녹여 소정 농도의 액상 폴리머를 준비한다. First, a desired polymer is dissolved in a solvent to prepare a liquid polymer having a predetermined concentration.

상기 폴리머는 시아네이트 에스테르(cyanate ester), 폴리테트라플루오로에틸렌(polytetrafluoroethylene; PTFE), 폴리페닐렌 옥사이드(polyphenylene oxide; PPO), 변성 폴리페닐렌 옥사이드(modified polyphenylene oxide; MPPO), 폴리페닐 렌 에테르(polyphenylene ether; PPE), 폴리아미드(polyamide; PA), 폴리에테르이미드(polyetherimide; PEI), 폴리아미드이미드(polyamideimide; PAI), 폴리에테르아미드(polyetheramide; PEA), 폴리카보네이트(polycarbonate; PC), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate; PET), 비정질 폴리에틸렌 테레프탈레이트(amorphous-polyethylene terephthalate; A-PET), 글리콜 변성 폴리에틸렌 테레프탈레이트(glycol modified polyethylene terephthalate; PETG), 시클로헥산 변성 폴리에틸렌 테레프탈레이트(cyclohexane modified polyethylene terephthalate; PCTG), 폴리부틸렌 테레프탈레이트(polybutylene terephthalate; PBT), 폴리스티렌(polystyrene; PS), 폴리염화비닐(polyvinyl cholide; PVC), 폴리비닐플루오라이드(polyvinyl fluoride; PVF), 폴리클로로트리플루오로에틸렌(polychlorotrifluoroethylene; PCTFE), 폴리우레탄(polyurethane; PU), 폴리프로필렌(polypropylene; PP), 폴리아크릴(polyacrylate; PAc), 폴리메틸메타크릴레이트(polymethylmethacrylate; PMMA), 폴리에테르 케톤(polyether ketone; PEK), 폴리에테르 케톤 케톤(polyether ketone ketone; PEKK), 폴리에틸렌(polyethylene; PE), 폴리설폰(polysulfone; PSU), 폴리페닐렌 설파이드(polyphenylene sulfide; PPS), 폴리에테르설폰(polyether sulfone; PES), 설폰화된 폴리부틸렌 테레프탈레이트(sulfonated polybutylene terephathalate; PST), 폴리아세탈(polyacetal; POM), 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌(acrylonitrile-butadiene-styrene; ABS), 에틸렌 프로필렌 고무(ethylene propylene rubber; EPR), 에틸렌 프로필렌 디엔 단량체(ethylene propylene diene monomer; EPDM), 폴리 유산(polylactic acid; PLA) 또는 이들의 혼합물일 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다. The polymer is cyanate ester, polytetrafluoroethylene (PTFE), polyphenylene oxide (PPO), modified polyphenylene oxide (MPPO), polyphenylene ether (polyphenylene ether (PPE), polyamide (PA), polyetherimide (PEI), polyamideimide (PAI), polyetheramide (PEA), polycarbonate (PC), Polyethylene terephthalate (PET), amorphous polyethylene terephthalate (A-PET), glycol modified polyethylene terephthalate (PETG), cyclohexane modified polyethylene terephthalate (cyclohexane modified polyethylene terephthalate) PCTG), polybutylene terephthalate (PBT), poly Polystyrene (PS), polyvinyl cholide (PVC), polyvinyl fluoride (PVF), polychlorotrifluoroethylene (PCTFE), polyurethane (PU), polypropylene (polypropylene; PP), polyacrylate (PAc), polymethylmethacrylate (PMMA), polyether ketone (PEK), polyether ketone ketone (PEKK), polyethylene ; PE), polysulfone (PSU), polyphenylene sulfide (PPS), polyether sulfone (PES), sulfonated polybutylene terephathalate (PST), polyacetal (polyacetal; POM), acrylonitrile-butadiene-styrene (ABS), ethylene propylene rubber (EPR), ethylene propylene diene monomer (EPDM), polylactic acid ( polylactic acid (PLA) or a mixture thereof, but is not limited thereto.

상기 용매는 폴리머를 녹일 수 있는 물질이면 어느 것이나 가능하며, 바람직하게는 유기 용매이다. 상기 유기 용매로는 톨루엔(tolune), 자일렌(xylene)과 같은 방향족 용매, 프로필렌글리콜모노프로필에테르, 프로필렌글리콜모노메틸에테르, 에틸렌글리콜모노메틸에테르, 에틸렌글리콜모노에틸에테르, 에틸렌글리콜모노프로필에테르, 에틸렌글리콜모노부틸에테르, 디에틸렌글리콜모노메틸에테르, 디에틸렌글리콜모노에틸에테르, 디에틸렌글리콜모노프로필에테르, 디에틸렌글리콜모노부틸에테르, 디에틸렌글리콜-2-에틸헥실에테르와 같은 에테르계 용매, 에틸렌과 같은 알코올계 용매, 디메틸포름아마이드(dimethylformamide; DMF), 디메틸아세트아마이드(dimethylacetamide; DMAC)와 같은 아마이드계 용매 등을 그 예로 들수 있다. The solvent may be any substance capable of dissolving the polymer, and is preferably an organic solvent. As the organic solvent, toluene (tolune), an aromatic solvent such as xylene (propylene), propylene glycol monopropyl ether, propylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monoethyl ether, ethylene glycol monopropyl ether, Ether solvents such as ethylene glycol monobutyl ether, diethylene glycol monomethyl ether, diethylene glycol monoethyl ether, diethylene glycol monopropyl ether, diethylene glycol monobutyl ether, diethylene glycol-2-ethylhexyl ether, ethylene Alcohol solvents such as dimethylformamide (dimethylformamide; DMF), and amide solvents such as dimethylacetamide (DMAC).

액상 폴리머가 준비되면, 액상 폴리머를 에어로졸 성막법을 이용하여 제조된 다공성 세라믹 구조체의 기공 내에 함침시킨다. 액상 폴리머를 다공성 세라믹 구조체의 기공 내에 함침시키는 방법은 다양한 방법을 사용할 수 있는데, 예를 들면 액상 폴리머에 다공성 세라믹 구조체를 담가두어 액상 폴리머가 다공성 세라믹 구조체의 기공 내로 스며들게 하는 딥 코팅(dip coating) 방식이나, 주사기 등을 이용하여 액상 폴리머를 다공성 세라믹 구조체의 표면 위로 드랍(drop)하여 주입하는 방식이나, 액상 폴리머를 다공성 세라믹 구조체의 표면에 직접 바르는 페인트 코팅(paint coating) 방식이나, 다공성 세라믹 구조체를 일정 속도로 회전시키면서 액상 폴리머를 회전하는 다공성 세라믹 구조체에 떨어뜨려 주입하는 스핀 코팅(spin coating) 방식이나, 액상 폴리머를 다공성 세라믹 구조체에 직접 분무하는 스프레이 코팅(spray coating) 방식 등일 수 있다. When the liquid polymer is prepared, the liquid polymer is impregnated into the pores of the porous ceramic structure prepared using the aerosol film formation method. Various methods can be used to impregnate the liquid polymer in the pores of the porous ceramic structure. For example, a dip coating method in which the liquid polymer is immersed in the pores of the porous ceramic structure by immersing the porous ceramic structure in the liquid polymer. Or by injecting a liquid polymer onto the surface of the porous ceramic structure using a syringe or the like, or a paint coating method in which the liquid polymer is directly applied to the surface of the porous ceramic structure, or a porous ceramic structure. It may be a spin coating method for dropping and injecting a liquid polymer into a rotating porous ceramic structure while rotating at a constant speed, or a spray coating method for spraying a liquid polymer directly onto the porous ceramic structure.

액상 폴리머가 다공성 세라믹 구조체 내로 충분히 함침되면, 액상 폴리머가 함침된 다공성 세라믹 구조체를 진공 챔버에 장입하고, 진공 챔버에서 감압하여 다공성 세라믹 구조체의 기공 내 공기가 빠져 나가게 하고 공기가 빠져 나간 자리에 액상 폴리머가 함입되게 하는 공정을 더 포함할 수 있다. 이때, 감압 시 진공 챔버의 압력은 상압보다 낮은 압력으로서 1∼700㎜Hg 정도인 것이 바람직하고, 상기 감압 처리 공정은 1분∼1시간 동안 수행하는 것이 바람직하다. Once the liquid polymer is sufficiently impregnated into the porous ceramic structure, the porous polymer structure impregnated with the liquid polymer is charged into a vacuum chamber, and the pressure is reduced in the vacuum chamber so that the air in the pores of the porous ceramic structure escapes and the air polymer escapes. It may further comprise a process to allow the inclusion. At this time, the pressure of the vacuum chamber during the decompression is preferably a pressure lower than the normal pressure is about 1 ~ 700mmHg, the pressure reduction process is preferably performed for 1 minute to 1 hour.

액상 폴리머가 다공성 세라믹 구조체 내로 충분히 함침되면, 건조 공정을 수행하여 액상 폴리머의 제조시에 사용된 용매를 제거한다. 상기 건조 공정은 폴리머가 타는 온도보다 낮은 60∼180℃의 온도에서 용매가 충분히 제거될 수 있는 시간(예컨대, 10분∼2시간) 동안 수행하는 것이 바람직하다. Once the liquid polymer is sufficiently impregnated into the porous ceramic structure, a drying process is performed to remove the solvent used in the preparation of the liquid polymer. The drying process is preferably performed for a time (eg, 10 minutes to 2 hours) when the solvent can be sufficiently removed at a temperature of 60 ~ 180 ℃ lower than the burning temperature of the polymer.

건조 공정에 의해 용매가 증발되면, 다공성 세라믹 구조체 내의 기공에는 폴리머가 남아있게 되어 세라믹 폴리머 복합체를 얻을 수가 있다. When the solvent is evaporated by the drying process, the polymer remains in the pores in the porous ceramic structure, thereby obtaining a ceramic polymer composite.

세라믹 폴리머 복합체에 대하여 유전 특성 및 기타 물성 향상을 위하여 열처리를 실시할 수도 있다. 세라믹 폴리머 복합체를 열처리하게 되면, 폴리머 입자간 결합에 의해 더욱 우수한 기계적 강도 및 내열 특성을 가질 수 있게 된다. 상기 열처리는 폴리머가 타는 온도보다 낮으면서 폴리머의 물성이 향상될 수 온도(예컨대, 150℃∼300℃ 정도)에서 10분∼10시간 정도 실시하는 것이 바람직하다. 열처리 공정은 열처리 온도(예컨대, 150℃∼300℃ 정도)까지는 소정 승온 속도(예컨대, 10℃/min)로 승온시킨 후, 소정 시간(예컨대, 10분∼10시간 정도)을 유지하여 열처리하 고, 상온까지 로냉하여 실시할 수 있다.The ceramic polymer composite may also be heat treated to improve dielectric properties and other physical properties. When the ceramic polymer composite is heat-treated, it is possible to have more excellent mechanical strength and heat resistance properties by bonding between polymer particles. The heat treatment is preferably performed for about 10 minutes to 10 hours at a temperature (for example, about 150 ° C to 300 ° C) at which the physical properties of the polymer can be improved while being lower than the burning temperature of the polymer. In the heat treatment step, the temperature is raised to a predetermined temperature increase rate (eg, 10 ° C./min) up to a heat treatment temperature (eg, 150 ° C. to 300 ° C.), and then heat treated while maintaining a predetermined time (eg, about 10 minutes to 10 hours). It can be carried out by cooling to normal temperature.

이러한 세라믹 폴리머 복합체는 세라믹이 가지는 우수한 절연 특성 및 유전 특성의 강점을 유지할 수 있을 뿐만 아니라, 세라믹 후막 제조시에 문제가 되고 있는 내부 응력을 폴리머에 의해 보상할 수 있어 세라믹 기반의 고집적 모듈화를 위한 적층 공정에 활용 가능성이 크다. 또한, 제조 공정이 간단하여 대량 생산에도 적합하다. 세라믹 폴리머 복합체는 기공 내에 함입된 폴리머에 의해 연성(flexible) 특성과 세라믹의 장점을 모두 갖는 물질이므로 다양한 분야에 적용이 가능할 것으로 기대된다. Such ceramic polymer composites not only maintain the strength of the excellent insulating and dielectric properties of ceramics, but also can compensate for the internal stresses that are problematic in the manufacture of ceramic thick films by polymers. It is highly applicable to the process. In addition, the manufacturing process is simple and suitable for mass production. The ceramic polymer composite is expected to be applicable to various fields because the polymer embedded in the pores has both the flexibility and the advantages of the ceramic.

본 발명은 하기의 실험예들을 참고로 더욱 상세히 설명되며, 이 실험예들이 본 발명을 제한하는 것은 아니다.The invention is described in more detail with reference to the following experimental examples, which do not limit the invention.

<실험예 1>Experimental Example 1

원료 분말인 미립의 알루미나(Al2O3) 분말을 준비하여 에어로졸 성막 장치의 에어로졸 공급부(110)에 장착하였다. 상기 에어로졸 성막 장치는 본 발명의 발명자들이 (주)써모텍에 주문 제작을 의뢰하여 만든 에어로졸 데포지션 성막장치를 사용하였다. 상기 알루미나(Al2O3) 분말은 20∼50㎚의 1차 입자 크기를 갖는 스미토모(Sumitomo)사의 AKP-G015 분말을 사용하였다. Fine alumina (Al 2 O 3 ) powder, which is a raw material powder, was prepared and mounted on the aerosol supply unit 110 of the aerosol film-forming apparatus. The aerosol deposition film-forming apparatus used the aerosol deposition film-forming apparatus which the inventors of this invention made by requesting thermotech. As the alumina (Al 2 O 3 ) powder, Sumitomo AKP-G015 powder having a primary particle size of 20 to 50 nm was used.

알루미나(Al2O3) 분말 입자간의 응집이 억제되면서 용이하게 부유될 수 있도록 진동자(118)를 이용하여 알루미나(Al2O3) 분말을 진동시켰다. 이때, 진동자(118)의 회전수는 200rpm 정도로 설정하였다. Alumina (Al 2 O 3) so that the agglomeration between powder particles can be easily suspended as inhibition using the vibrator 118 vibrates the powder was an alumina (Al 2 O 3). At this time, the rotation speed of the vibrator 118 was set to about 200rpm.

운반가스 공급부(130)로부터 운반가스를 에어로졸 공급부(110)에 공급하였으며, 운반가스의 유량은 유량제어수단(MFC)(132)을 통해 조절하면서 도관(134)을 통해 에어로졸 공급부(110)에 공급되게 하여 알루미나(Al2O3) 분말을 부유시켰다. 운반가스로는 헬륨(He) 가스를 사용하였으며, 운반가스의 유량은 2,000∼10,000 sccm 범위(노즐 분사구의 단위면적(㎟)당으로는 500∼2500 sccm)로 설정하였다. 운반가스의 유량에 따라 형성되는 성막 형태에 대하여는 아래에서 자세히 설명한다. The carrier gas was supplied from the carrier gas supply unit 130 to the aerosol supply unit 110, and the flow rate of the carrier gas was supplied to the aerosol supply unit 110 through the conduit 134 while adjusting the flow rate of the carrier gas through the flow control means (MFC) 132. The alumina (Al 2 O 3 ) powder was suspended. Helium (He) gas was used as the carrier gas, and the flow rate of the carrier gas was set at 2,000 to 10,000 sccm (500 to 2500 sccm per unit area (mm 2) of the nozzle injection port). The film formation type formed according to the flow rate of the carrier gas will be described in detail below.

진동자(118)와 운반가스에 의해 부유된 알루미나(Al2O3) 분말은 에어로졸(114)을 형성하게 되며, 형성된 에어로졸(114)은 압력차에 의해 에어로졸 공급부(110)로부터 도관(116)을 통해 성막 챔버(120) 내의 노즐(122)로 공급되었다. 노즐(122)은 10㎜×0.4㎜의 분사구를 구비한다. The alumina (Al 2 O 3 ) powder suspended by the vibrator 118 and the carrier gas forms an aerosol 114, and the aerosol 114 formed forms a conduit 116 from the aerosol supply unit 110 by a pressure difference. It was supplied to the nozzle 122 in the film forming chamber 120 through. The nozzle 122 is provided with the injection hole of 10 mm x 0.4 mm.

에어로졸(114)이 노즐(122)로 공급되기 전에 성막 챔버(120)의 내부는 압력제어부(140)에 의해 0.4 torr 정도의 진공도로 감압되고, 성막 시의 성막 챔버(120) 내부의 압력은 10∼760 torr 정도의 진공도로 유지되게 하였다. Before the aerosol 114 is supplied to the nozzle 122, the inside of the film forming chamber 120 is decompressed by a pressure controller 140 at a vacuum of about 0.4 torr, and the pressure inside the film forming chamber 120 at the time of film forming is 10. It was kept at a vacuum degree of ˜760 torr.

성막 챔버(120)의 압력이 원하는 성막 조건이 형성되면, 에어로졸 공급부(100)로부터 성막 챔버(120)의 노즐(122)로 에어로졸(114)을 공급하여 기판(S)을 향해 분사되게 하여 성막하였다. 노즐(122)의 분사구와 기판(S) 사이의 거리는 20㎜ 정도 였고, 기판(S)은 실리콘(Si) 웨이퍼(wafer) 기판을 사용하였다. 기판(S)에 분사된 에어로졸은 충격에 의하여 고화되면서 성막되어 세라믹 후막을 형성하게 된다. When the film forming conditions in which the pressure in the film forming chamber 120 is desired are formed, the aerosol 114 is supplied from the aerosol supply unit 100 to the nozzle 122 of the film forming chamber 120 to be sprayed toward the substrate S to form a film. . The distance between the injection hole of the nozzle 122 and the board | substrate S was about 20 mm, and the board | substrate S used the silicon (Si) wafer substrate. The aerosol sprayed onto the substrate S is solidified by the impact to form a ceramic thick film.

이때, 성막 동안에 기판 전체 면적에 걸쳐 균일한 두께로 성막이 이루어지게 하기 위하여 홀더(124)의 스캔 속도는 10㎜/min 정도로 설정하였고, 성막 속도는 10㎛/min 정도 였고, 성막은 상온에서 1분 동안 진행하였다. In this case, in order to form a film with a uniform thickness throughout the entire substrate during film formation, the scan speed of the holder 124 was set to about 10 mm / min, the film formation rate was about 10 μm / min, and the film formation was performed at room temperature. Run for minutes.

도 2a는 운반가스의 유량을 2000sccm(노즐 분사구의 단위면적(㎟)당으로는 500sccm)으로 하여 알루미나(Al2O3) 분말을 에어로졸 성막법을 이용하여 성막하여 알루미나 구조체를 형성한 경우의 광학현미경 사진이고, 도 2b는 도 2a의 알루미나 구조체 표면에 대한 주사전자현미경(Scanning Electron Microscope; SEM) 사진이다. FIG. 2A shows an alumina structure formed by forming an alumina structure by forming an alumina (Al 2 O 3 ) powder using an aerosol deposition method with a flow rate of a carrier gas of 2000 sccm (500 sccm per unit area of a nozzle injection hole (mm 2 )). FIG. 2B is a scanning electron microscope (SEM) photograph of the surface of the alumina structure of FIG. 2A.

도 2a 및 도 2b에 나타난 바와 같이, 치밀도가 매우 낮아 마치 눈이 쌓여 있는 듯한 형태로 성막된 모습을 볼 수 있으며, 성막된 막의 두께도 불균일하였음을 볼 수 있다. 운반가스의 유량이 2,000sccm(노즐 분사구의 단위면적(㎟)당으로는 500sccm) 미만일 경우에는 치밀도가 낮고 마치 단순히 눈처럼 쌓여 있는 세라믹 구조체로서 입자간 결합력이 약하여 쉽게 부서질 수 있으므로 높은 기계적 강도의 다공성 세라믹 구조체를 얻기는 어렵다는 것을 알 수 있다. As shown in Figures 2a and 2b, the density is very low, it can be seen that the film is formed in the form as if the snow is stacked, it can be seen that the thickness of the film formed is also uneven. When the flow rate of carrier gas is less than 2,000sccm (500sccm per unit area of nozzle injection hole (mm2)), it is low in density and simply stacked like a snow. It can be seen that it is difficult to obtain a porous ceramic structure of.

도 3a는 운반가스의 유량을 3,000sccm(노즐 분사구의 단위면적(㎟)당으로는 750sccm)으로 하여 알루미나(Al2O3) 분말을 에어로졸 성막법을 이용하여 성막하여 다공성 알루미나 구조체를 형성한 경우의 광학현미경 사진이고, 도 3b는 도 3a의 다공성 알루미나 구조체 표면에 대한 주사전자현미경(SEM) 사진이다. FIG. 3A illustrates a case in which a porous alumina structure is formed by forming an alumina (Al 2 O 3 ) powder using an aerosol deposition method with a flow rate of a carrier gas of 3,000 sccm (750 sccm per unit area of the nozzle injection hole (mm 2 )). 3B is a scanning electron microscope (SEM) photograph of the surface of the porous alumina structure of FIG. 3A.

도 3a 및 도 3b에 나타난 바와 같이, 균일한 두께로 안정된 다공성 알루미나 구조체가 형성되었음을 볼 수 있다. 다공성 알루미나 구조체의 기공율은 10∼50부피% 범위일 것으로 기대되며, 기공의 크기는 50㎚∼500㎚ 정도인 것으로 관찰되었다. 성막되어 성막을 이룬 모습도 도 2a 및 도 2b에 나타난 사진들에 비하여 매우 안정되어 있음을 볼 수 있다. As shown in Figures 3a and 3b, it can be seen that a stable porous alumina structure with a uniform thickness is formed. The porosity of the porous alumina structure was expected to range from 10 to 50% by volume, and the pore size was observed to be about 50 nm to 500 nm. The film formation and the film formation are also very stable compared to the photographs shown in FIGS. 2A and 2B.

도 4a는 운반가스의 유량을 10,000sccm(노즐 분사구의 단위면적(㎟)당으로는 2500sccm)으로 하여 알루미나 분말을 에어로졸 성막법을 이용하여 성막하여 다공성 알루미나 구조체를 형성한 경우의 광학현미경 사진이고, 도 4b는 도 4a의 알루미나 구조체 표면에 대한 주사전자현미경(SEM) 사진이다. FIG. 4A is an optical micrograph when a porous alumina structure is formed by forming an alumina powder using an aerosol deposition method with a flow rate of a carrier gas of 10,000 sccm (2,500 sccm per unit area of a nozzle injection hole (mm 2)). 4B is a scanning electron microscope (SEM) photograph of the surface of the alumina structure of FIG. 4A.

도 4a 및 도 4b에 나타난 바와 같이, 매우 불균일하게 알루미나 성막이 이루어졌음을 볼 수 있다. 운반가스의 유량이 10,000sccm(노즐 분사구의 단위면적(㎟)당으로는 2500sccm)인 경우에는 너무 강한 에어로졸의 분사로 인해 치밀도가 높은 막이 형성되지만 다공성을 갖는 세라믹 구조체를 얻기 어려울 뿐만 아니라 균일한 두께의 세라믹 구조체를 얻는데도 어려움이 있다는 것을 알 수 있다. 즉, 너무 강한 에어로졸의 충격 에너지로 인해 치밀도가 높은 막이 형성되지만 다공성을 갖는 세라믹 구조체를 얻는데는 어려움이 있음을 알 수 있다. 그러나, 알루미나(Al2O3) 분말의 입자 크기를 더 작은 것으로 사용하거나, 기판과 노즐 분사구 사이의 거리를 더 작게 하는 등의 방법을 이용하게 되면 충분히 균일하면서 다공성을 갖는 세라믹 구조체를 얻을 수 있을 것으로 기대된다. As shown in FIGS. 4A and 4B, it can be seen that the alumina deposition was performed very unevenly. When the flow rate of carrier gas is 10,000sccm (2500sccm per unit area of nozzle injection hole (2)), too strong aerosol injection creates a high density membrane, but it is not only difficult to obtain porous ceramic structure but also uniform It can be seen that there is a difficulty in obtaining a ceramic structure having a thickness. In other words, the impact energy of the aerosol is too strong to form a high density membrane, but it can be seen that it is difficult to obtain a ceramic structure having a porosity. However, if the particle size of the alumina (Al 2 O 3 ) powder is used as a smaller one, or a method such as making the distance between the substrate and the nozzle nozzle smaller is used, a ceramic structure having sufficient uniformity and porosity can be obtained. It is expected to be.

한편, 실험예 1에서는 기판과 노즐 분사구 사이의 거리를 20㎜로 한 경우로 서, 기판과 노즐 분사구 사이의 거리를 50㎜까지 더 증가시키고 알루미나(Al2O3) 분말의 입자 크기를 더 작은 것으로 사용한다면 노즐 분사구의 단위면적(㎟)당으로 10000sccm의 유량으로도 충분히 균일하면서 다공성을 갖는 세라믹 구조체를 얻을 수 있을 것으로 기대된다. In Experimental Example 1, the distance between the substrate and the nozzle nozzle is 20 mm, and the distance between the substrate and the nozzle nozzle is further increased to 50 mm and the particle size of the alumina (Al 2 O 3 ) powder is smaller. It is expected that a ceramic structure having sufficient uniformity and porosity even at a flow rate of 10000 sccm per unit area (mm 2) of the nozzle injection port can be obtained.

<실험예 2>Experimental Example 2

원료 분말인 미립의 알루미나(Al2O3) 분말을 준비하여 에어로졸 성막 장치의 에어로졸 공급부(110)에 장착하였다. 상기 에어로졸 성막 장치는 실험예 1의 경우와 동일한 장치를 사용하였다. 상기 알루미나(Al2O3) 분말은 50∼500㎚의 1차 입자 크기를 갖는 덴카(Denka)사의 ASFP-20 분말을 사용하였다. Fine alumina (Al 2 O 3 ) powder, which is a raw material powder, was prepared and mounted on the aerosol supply unit 110 of the aerosol film-forming apparatus. As the aerosol film forming apparatus, the same apparatus as in the case of Experimental Example 1 was used. As the alumina (Al 2 O 3 ) powder, Denka ASFP-20 powder having a primary particle size of 50 to 500 nm was used.

알루미나(Al2O3) 분말 입자간의 응집이 억제되면서 용이하게 부유될 수 있도록 진동자(118)를 이용하여 알루미나(Al2O3) 분말을 진동시켰다. 이때, 진동자(118)의 회전수는 200rpm 정도로 설정하였다. Alumina (Al 2 O 3) so that the agglomeration between powder particles can be easily suspended as inhibition using the vibrator 118 vibrates the powder was an alumina (Al 2 O 3). At this time, the rotation speed of the vibrator 118 was set to about 200rpm.

운반가스 공급부(130)로부터 운반가스를 에어로졸 공급부(110)에 공급하였으며, 운반가스의 유량은 유량제어수단(MFC)(132)을 통해 조절하면서 도관(134)을 통해 에㎜어로졸 공급부(110)에 공급되게 하여 알루미나(Al2O3) 분말을 부유시켰다. 운반가스로는 헬륨(He) 가스를 사용하였으며, 운반가스의 유량은 2,500∼10,000 sccm 범위(노즐 분사구의 단위면적(㎟)당으로는 625∼2500sccm)로 설정하였다. 운반가스의 유량에 따라 형성되는 성막 형태에 대하여는 아래에서 자세히 설명한다. The carrier gas was supplied from the carrier gas supply unit 130 to the aerosol supply unit 110, and the flow rate of the carrier gas was controlled through the flow control means (MFC) 132, and the ethylene aerosol supply unit 110 through the conduit 134. ) Was suspended to suspend alumina (Al 2 O 3 ) powder. Helium (He) gas was used as the carrier gas, and the flow rate of the carrier gas was set in the range of 2,500 to 10,000 sccm (625 to 2500 sccm per unit area (mm 2) of the nozzle injection port). The film formation type formed according to the flow rate of the carrier gas will be described in detail below.

진동자(118)와 운반가스에 의해 부유된 알루미나(Al2O3) 분말은 에어로졸(114)을 형성하게 되며, 형성된 에어로졸(114)은 압력차에 의해 에어로졸 공급부(110)로부터 도관(116)을 통해 성막 챔버(120) 내의 노즐(122)로 공급되었다. 노즐(122)은 10㎜×0.4㎜의 분사구를 구비한다. The alumina (Al 2 O 3 ) powder suspended by the vibrator 118 and the carrier gas forms an aerosol 114, and the aerosol 114 formed forms a conduit 116 from the aerosol supply unit 110 by a pressure difference. It was supplied to the nozzle 122 in the film forming chamber 120 through. The nozzle 122 is provided with the injection hole of 10 mm x 0.4 mm.

에어로졸(114)이 노즐(122)로 공급되기 전에 성막 챔버(120)의 내부는 압력제어부(140)에 의해 0.4 torr 정도의 진공도로 감압되고, 성막 시의 성막 챔버(120) 내부의 압력은 15∼760 torr 정도의 진공도로 유지되게 하였다. Before the aerosol 114 is supplied to the nozzle 122, the inside of the film forming chamber 120 is decompressed by a pressure control unit 140 at a vacuum of about 0.4 torr, and the pressure inside the film forming chamber 120 at the time of film forming is 15. It was kept at a vacuum degree of ˜760 torr.

성막 챔버(120)의 압력이 원하는 성막 조건이 형성되면, 에어로졸 공급부(100)로부터 성막 챔버(120)의 노즐(122)로 에어로졸(114)을 공급하여 기판(S)을 향해 분사되게 하여 성막하였다. 노즐(122)의 분사구와 기판(S) 사이의 거리는 20㎜ 정도 였고, 기판(S)은 실리콘(Si) 웨이퍼(wafer) 기판을 사용하였다. 기판(S)에 분사된 에어로졸은 충격에 의하여 고화되면서 성막되어 세라믹 후막을 형성하게 된다. When the film forming conditions in which the pressure in the film forming chamber 120 is desired are formed, the aerosol 114 is supplied from the aerosol supply unit 100 to the nozzle 122 of the film forming chamber 120 to be sprayed toward the substrate S to form a film. . The distance between the injection hole of the nozzle 122 and the board | substrate S was about 20 mm, and the board | substrate S used the silicon (Si) wafer substrate. The aerosol sprayed onto the substrate S is solidified by the impact to form a ceramic thick film.

이때, 성막 동안에 기판 전체 면적에 걸쳐 균일한 두께로 성막이 이루어지게 하기 위하여 홀더(124)의 스캔 속도는 10㎜/min 정도로 설정하였고, 성막 속도는 10㎛/min 정도 였고, 성막은 상온에서 1분 동안 진행하였다. In this case, in order to form a film with a uniform thickness throughout the entire substrate during film formation, the scan speed of the holder 124 was set to about 10 mm / min, the film formation rate was about 10 μm / min, and the film formation was performed at room temperature. Run for minutes.

도 5는 운반가스의 유량을 2500sccm(노즐 분사구의 단위면적(㎟)당으로는 625sccm)으로 하여 알루미나(Al2O3) 분말을 에어로졸 성막법을 이용하여 성막하여 알루미나 구조체를 형성한 경우의 광학현미경 사진이다. FIG. 5 shows an alumina structure in which an alumina structure is formed by forming an alumina (Al 2 O 3 ) powder using an aerosol deposition method with a flow rate of a carrier gas of 2500 sccm (625 sccm per unit area of a nozzle injection hole (mm 2 )). Photomicrograph.

도 5에 나타난 바와 같이, 치밀도가 매우 낮아 마치 눈이 쌓여 있는 듯한 형태로 성막된 모습을 볼 수 있으며, 성막된 막의 두께도 불균일하였음을 볼 수 있다. 운반가스의 유량이 2,500sccm(노즐 분사구의 단위면적(㎟)당으로는 625sccm) 미만일 경우에는 치밀도가 낮고 마치 단순히 눈처럼 쌓여 있는 세라믹 구조체로서 입자간 결합력이 약하여 쉽게 부서질 수 있으므로 높은 기계적 강도의 다공성 세라믹 구조체를 얻기는 어렵다는 것을 알 수 있다. As shown in FIG. 5, the density is very low, so that the film is formed in a form as if the snow is stacked, and the thickness of the film is also uneven. If the flow rate of carrier gas is less than 2,500 sccm (625 sccm per unit area of nozzle injection hole (mm2)), it is low in density and is simply a snow-covered ceramic structure. It can be seen that it is difficult to obtain a porous ceramic structure of.

도 6a는 운반가스의 유량을 3,000sccm(노즐 분사구의 단위면적(㎟)당으로는 750sccm)으로 하여 알루미나(Al2O3) 분말을 에어로졸 성막법을 이용하여 성막하여 다공성 알루미나 구조체를 형성한 경우의 광학현미경 사진이고, 도 6b는 도 6a의 다공성 알루미나 구조체의 단면에 대한 주사전자현미경(SEM) 사진이다. FIG. 6A illustrates a case in which a porous alumina structure is formed by forming an alumina (Al 2 O 3 ) powder using an aerosol deposition method with a flow rate of a carrier gas of 3,000 sccm (750 sccm per unit area of the nozzle injection hole (mm 2 )). 6B is a scanning electron microscope (SEM) photograph of a cross section of the porous alumina structure of FIG. 6A.

도 6a 및 도 6b에 나타난 바와 같이, 균일한 두께로 안정된 다공성 알루미나 구조체가 형성되었음을 볼 수 있다. 다공성 알루미나 구조체의 기공율은 10∼50부피% 범위일 것으로 기대되며, 기공의 크기는 100㎚∼2㎛㎚ 정도인 것으로 관찰되었다. 성막되어 성막을 이룬 모습도 도 5에 나타난 사진들에 비하여 매우 안정되어 있음을 볼 수 있다. As shown in Figure 6a and 6b, it can be seen that a stable porous alumina structure was formed with a uniform thickness. The porosity of the porous alumina structure was expected to range from 10 to 50% by volume, and the pore size was observed to be about 100 nm to 2 μm. Formation of the tabernacle is also very stable compared to the photographs shown in FIG.

도 7은 운반가스의 유량을 10,000sccm(노즐 분사구의 단위면적(㎟)당으로는 2500sccm)으로 하여 알루미나 분말을 에어로졸 성막법을 이용하여 성막하여 다공성 알루미나 구조체를 형성한 경우의 광학현미경 사진이다. FIG. 7 is an optical micrograph when a porous alumina structure is formed by forming an alumina powder using an aerosol deposition method with a flow rate of a carrier gas of 10,000 sccm (2,500 sccm per unit area of a nozzle injection hole (mm 2)).

도 7에 나타난 바와 같이, 매우 불균일하게 알루미나 성막이 이루어졌음을 볼 수 있다. 운반가스의 유량이 10,000sccm(노즐 분사구의 단위면적(㎟)당으로는 2500sccm)인 경우에는 너무 강한 에어로졸의 분사로 인해 치밀도가 높은 막이 형성되지만 다공성을 갖는 세라믹 구조체를 얻기 어려울 뿐만 아니라 균일한 두께의 세라믹 구조체를 얻는데도 어려움이 있다는 것을 알 수 있다. 즉, 너무 강한 에어로졸의 충격 에너지로 인해 치밀도가 높은 막이 형성되지만 다공성을 갖는 세라믹 구조체를 얻는데는 어려움이 있음을 알 수 있다. 그러나, 알루미나(Al2O3) 분말의 입자 크기를 더 작은 것으로 사용하거나, 기판과 노즐 분사구 사이의 거리를 더 작게 하는 등의 방법을 이용하게 되면 충분히 균일하면서 다공성을 갖는 세라믹 구조체를 얻을 수 있을 것으로 기대된다. As shown in FIG. 7, it can be seen that the alumina deposition was performed very unevenly. When the flow rate of carrier gas is 10,000sccm (2500sccm per unit area of nozzle injection hole (mm2)), too strong aerosol injection creates a high density membrane, but it is not only difficult to obtain porous ceramic structure but also uniform It can be seen that there is a difficulty in obtaining a ceramic structure having a thickness. In other words, the impact energy of the aerosol is too strong to form a high density membrane, but it can be seen that it is difficult to obtain a ceramic structure having a porosity. However, if the particle size of the alumina (Al 2 O 3 ) powder is used as a smaller one, or a method such as making the distance between the substrate and the nozzle nozzle smaller is used, a ceramic structure having sufficient uniformity and porosity can be obtained. It is expected to be.

<실험예 3>Experimental Example 3

원료 분말인 미립의 실리카(SiO2) 분말을 준비하여 에어로졸 성막 장치의 에어로졸 공급부(110)에 장착하였다. 상기 에어로졸 성막 장치는 실험예 1의 경우와 동일한 장치를 사용하였다. 상기 실리카(SiO2) 분말은 50∼300㎚의 1차 입자 크기를 갖는 덴카(Denka)사의 UFP-30 분말을 사용하였다. Fine silica (SiO 2 ) powder, which is a raw material powder, was prepared and mounted on the aerosol supply unit 110 of the aerosol film forming apparatus. As the aerosol film forming apparatus, the same apparatus as in the case of Experimental Example 1 was used. As the silica (SiO 2 ) powder, Denka UFP-30 powder having a primary particle size of 50 to 300 nm was used.

실리카(SiO2) 분말 입자간의 응집이 억제되면서 용이하게 부유될 수 있도록 진동자(118)를 이용하여 실리카(SiO2) 분말을 진동시켰다. 이때, 진동자(118)의 회전수는 200rpm 정도로 설정하였다. Silica (SiO 2) using the oscillator 118 so that the agglomeration between powder particles can readily be suspended while suppressing vibration was a silica (SiO 2) powder. At this time, the rotation speed of the vibrator 118 was set to about 200rpm.

운반가스 공급부(130)로부터 운반가스를 에어로졸 공급부(110)에 공급하였으 며, 운반가스의 유량은 유량제어수단(MFC)(132)을 통해 조절하면서 도관(134)을 통해 에어로졸 공급부(110)에 공급되게 하여 실리카(SiO2) 분말을 부유시켰다. 운반가스로는 헬륨(He) 가스를 사용하였으며, 운반가스의 유량은 1,000∼3,000 sccm 범위(노즐 분사구의 단위면적(㎟)당으로는 250∼750sccm)로 설정하였다. 운반가스의 유량에 따라 형성되는 성막 형태에 대하여는 아래에서 자세히 설명한다. The carrier gas was supplied from the carrier gas supply unit 130 to the aerosol supply unit 110, and the flow rate of the carrier gas was controlled through the flow control means (MFC) 132 to the aerosol supply unit 110 through the conduit 134. The silica (SiO 2 ) powder was suspended by allowing it to be fed. Helium (He) gas was used as the carrier gas, and the flow rate of the carrier gas was set at 1,000 to 3,000 sccm (250 to 750 sccm per unit area (mm 2) of the nozzle injection hole). The film formation type formed according to the flow rate of the carrier gas will be described in detail below.

진동자(118)와 운반가스에 의해 부유된 실리카(SiO2) 분말은 에어로졸(114)을 형성하게 되며, 형성된 에어로졸(114)은 압력차에 의해 에어로졸 공급부(110)로부터 도관(116)을 통해 성막 챔버(120) 내의 노즐(122)로 공급되었다. 노즐(122)은 10㎜×0.4㎜의 분사구를 구비한다. The silica (SiO 2 ) powder suspended by the vibrator 118 and the carrier gas forms the aerosol 114, and the formed aerosol 114 is formed from the aerosol supply 110 through the conduit 116 by a pressure difference. Supplied to the nozzle 122 in the chamber 120. The nozzle 122 is provided with the injection hole of 10 mm x 0.4 mm.

에어로졸(114)이 노즐(122)로 공급되기 전에 성막 챔버(120)의 내부는 압력제어부(140)에 의해 0.4 torr 정도의 진공도로 감압되고, 성막 시의 성막 챔버(120) 내부의 압력은 5∼40 torr 정도의 진공도로 유지되게 하였다. Before the aerosol 114 is supplied to the nozzle 122, the inside of the deposition chamber 120 is decompressed by a pressure controller 140 at a vacuum of about 0.4 torr, and the pressure inside the deposition chamber 120 at the time of deposition is 5. The degree of vacuum was maintained at about -40 torr.

성막 챔버(120)의 압력이 원하는 성막 조건이 형성되면, 에어로졸 공급부(100)로부터 성막 챔버(120)의 노즐(122)로 에어로졸(114)을 공급하여 기판(S)을 향해 분사되게 하여 성막하였다. 노즐(122)의 분사구와 기판(S) 사이의 거리는 20㎜ 정도 였고, 기판(S)은 유리(glass) 기판을 사용하였다. 기판(S)에 분사된 에어로졸은 충격에 의하여 고화되면서 성막되어 세라믹 후막을 형성하게 된다. When the film forming conditions in which the pressure in the film forming chamber 120 is desired are formed, the aerosol 114 is supplied from the aerosol supply unit 100 to the nozzle 122 of the film forming chamber 120 to be sprayed toward the substrate S to form a film. . The distance between the injection hole of the nozzle 122 and the board | substrate S was about 20 mm, and the board | substrate S used the glass substrate. The aerosol sprayed onto the substrate S is solidified by the impact to form a ceramic thick film.

이때, 성막 동안에 기판 전체 면적에 걸쳐 균일한 두께로 성막이 이루어지게 하기 위하여 홀더(124)의 스캔 속도는 10㎜/min 정도로 설정하였고, 성막 속도는 10㎛/min 정도 였고, 성막은 상온에서 1분 동안 진행하였다. In this case, in order to form a film with a uniform thickness throughout the entire substrate during film formation, the scan speed of the holder 124 was set to about 10 mm / min, the film formation rate was about 10 μm / min, and the film formation was performed at room temperature. Run for minutes.

도 8은 운반가스의 유량을 1000sccm(노즐 분사구의 단위면적(㎟)당으로는 250sccm)으로 하여 실리카(SiO2) 분말을 에어로졸 성막법을 이용하여 성막하여 실리카 구조체를 형성한 경우의 광학현미경 사진이다. FIG. 8 is an optical microscope photograph when a silica structure is formed by forming silica (SiO 2 ) powder using an aerosol deposition method with a flow rate of carrier gas of 1000 sccm (250 sccm per unit area of the nozzle injection hole (mm 2 )). to be.

도 8에 나타난 바와 같이, 치밀도가 매우 낮아 마치 눈이 쌓여 있는 듯한 형태로 성막된 모습을 볼 수 있으며, 성막된 막의 두께도 불균일하였음을 볼 수 있다. 운반가스의 유량이 1000sccm(노즐 분사구의 단위면적(㎟)당으로는 250sccm) 미만일 경우에는 치밀도가 낮고 마치 단순히 눈처럼 쌓여 있는 세라믹 구조체로서 입자간 결합력이 약하여 쉽게 부서질 수 있으므로 높은 기계적 강도의 다공성 세라믹 구조체를 얻기는 어렵다는 것을 알 수 있다. As shown in FIG. 8, the density is very low, and the film is formed in a form as if the eyes are stacked, and the thickness of the film is also uneven. When the flow rate of carrier gas is less than 1000sccm (250sccm per unit area of nozzle injection hole (mm2)), it is low in density and simply stacked like a snow. It can be seen that it is difficult to obtain a porous ceramic structure.

도 9a는 운반가스의 유량을 1,500sccm(노즐 분사구의 단위면적(㎟)당으로는 375sccm)으로 하여 실리카(SiO2) 분말을 에어로졸 성막법을 이용하여 성막하여 다공성 실리카 구조체를 형성한 경우의 광학현미경 사진이고, 도 9b는 도 9a의 다공성 실리카 구조체의 단면에 대한 주사전자현미경(SEM) 사진이다. FIG. 9A shows an optical case in which a porous silica structure is formed by forming a silica (SiO 2 ) powder using an aerosol deposition method with a flow rate of carrier gas of 1,500 sccm (375 sccm per unit area of the nozzle injection hole (mm 2 )). 9B is a scanning electron microscope (SEM) photograph of the cross section of the porous silica structure of FIG. 9A.

도 9a 및 도 9b에 나타난 바와 같이, 균일한 두께로 안정된 다공성 실리카 구조체가 형성되었음을 볼 수 있다. 다공성 실리카 구조체의 기공율은 10∼50부피% 범위일 것으로 기대되며, 기공의 크기는 100㎚∼2㎛ 정도인 것으로 관찰되었다. 성막되어 성막을 이룬 모습도 도 8에 나타난 사진들에 비하여 매우 안정되어 있음을 볼 수 있다. As shown in Figure 9a and 9b, it can be seen that a stable porous silica structure was formed with a uniform thickness. The porosity of the porous silica structure was expected to be in the range of 10 to 50% by volume, and the pore size was observed to be about 100 nm to 2 μm. It was also found that the film formation and the film formation were very stable compared to the photographs shown in FIG. 8.

<실험예 4>Experimental Example 4

폴리머를 용매에 녹여 일정 농도의 액상 폴리머를 준비하였다. 상기 폴리머로는 시아네이트 에스테르(cyanate ester)를 사용하였고, 상기 용매로는 디메틸포름아마이드(dimethylformamide; DMF)를 사용하였다. 상기 시아네이트 에스테르는 클리어패스(Clearpath, Inc.)사의 HF-1을 사용하였으며, 상기 HF-1은 액상으로서 유전율이 3 이하이고, 유전손실(tanδ)은 0.005이며, 유리전이점(glass transition point; Tg)이 260℃ 이상이다. 시아네이트 에스테르 3부피%와 디메틸포름아마이드(DMF) 97부피%를 혼합하여 액상 폴리머를 만들었다. The polymer was dissolved in a solvent to prepare a liquid polymer of a certain concentration. Cyanate ester was used as the polymer, and dimethylformamide (DMF) was used as the solvent. The cyanate ester was HF-1 manufactured by Clearpath, Inc., and the HF-1 is a liquid phase with a dielectric constant of 3 or less, a dielectric loss (tanδ) of 0.005, and a glass transition point. T g ) is at least 260 ° C. A liquid polymer was prepared by mixing 3% by volume cyanate ester and 97% by volume dimethylformamide (DMF).

준비된 액상 폴리머를 에어로졸 성막법을 이용하여 제조된 다공성 알루미나 구조체의 기공 내에 함침시켰다. 상기 다공성 알루미나 구조체는 실험예 2에서 도 6a 및 도 6b를 참조하여 설명한 다공성 알루미나 구조체를 사용하였다. 액상 폴리머를 다공성 알루미나 구조체의 기공 내에 함침시키는 방법은 주사기를 이용하여 액상 폴리머를 다공성 알루미나 구조체의 표면 위에 드랍(drop)하여 주입하는 방식을 사용하였다. The prepared liquid polymer was impregnated into the pores of the porous alumina structure prepared using the aerosol film formation method. The porous alumina structure was used as the porous alumina structure described with reference to FIGS. 6a and 6b in Experimental Example 2. The method of impregnating the liquid polymer in the pores of the porous alumina structure used a method of dropping and injecting the liquid polymer onto the surface of the porous alumina structure using a syringe.

액상 폴리머가 다공성 알루미나 구조체 내로 충분히 함침되면, 건조 공정을 수행하여 액상 폴리머의 제조시에 사용된 용매를 제거하였다. 상기 건조 공정은 80℃의 오븐(oven)에서 용매가 충분히 제거될 수 있게 1시간 동안 수행하였다. Once the liquid polymer was sufficiently impregnated into the porous alumina structure, a drying process was performed to remove the solvent used in the preparation of the liquid polymer. The drying process was performed for 1 hour so that the solvent was sufficiently removed in an oven at 80 ℃.

건조 공정에 의해 용매가 증발되면, 다공성 알루미나 구조체 내의 기공에는 폴리머가 남아있게 되어 세라믹 폴리머 복합체를 얻을 수가 있다. When the solvent is evaporated by the drying process, the polymer remains in the pores in the porous alumina structure to obtain a ceramic polymer composite.

도 10a 및 도 10b는 이와 같은 방법으로 제조된 세라믹 폴리머 복합체 단면의 주사전자현미경 사진이다. 10A and 10B are scanning electron micrographs of a cross section of a ceramic polymer composite prepared in this manner.

도 10a 및 도 10b에 나타난 바와 같이, 다공성 알루미나 구조체의 기공 내에 폴리머가 함입되어 세라믹 폴리머 복합체가 형성되었음을 볼 수 있다. 도 10a는 다공성 알루미나 구조체의 하단부까지 폴리머 액상이 함침되어 기공 내에 폴리머가 함입되어 있음을 보여주고, 도 10b는 세라믹 폴리머 복합체의 상단 표면 부근의 단면 모습을 보여주고 있다. 상기 세라믹 폴리머 복합체는 알루미나가 가지는 우수한 절연 특성 및 유전 특성의 강점을 유지할 수 있을 뿐만 아니라 세라믹 후막 제조시에 문제가 되고 있는 내부 응력을 폴리머에 의해 보상할 수 있는 장점이 있다. As shown in Figure 10a and 10b, it can be seen that the polymer is embedded in the pores of the porous alumina structure to form a ceramic polymer composite. FIG. 10A shows that the polymer liquid is impregnated to the lower end of the porous alumina structure, thereby incorporating the polymer into the pores, and FIG. 10B shows a cross-sectional view near the top surface of the ceramic polymer composite. The ceramic polymer composite may not only maintain the strength of the excellent insulating and dielectric properties of alumina, but also have the advantage of compensating for the internal stress which is a problem in the manufacture of the ceramic thick film by the polymer.

<실험예 5>Experimental Example 5

폴리머를 용매에 녹여 일정 농도의 액상 폴리머를 준비하였다. 상기 폴리머로는 폴리페닐렌 에테르(polyphenylene ether; PPE)를 사용하였고, 상기 용매로는 톨루엔(tolune)을 사용하였다. The polymer was dissolved in a solvent to prepare a liquid polymer of a certain concentration. As the polymer, polyphenylene ether (PPE) was used, and toluene (tolune) was used as the solvent.

준비된 액상 폴리머를 에어로졸 성막법을 이용하여 제조된 다공성 실리카 구조체의 기공 내에 함침시켰다. 상기 다공성 실리카 구조체는 실험예 3에서 도 9a 및 도 9b를 참조하여 설명한 다공성 실리카 구조체를 사용하였다. 액상 폴리머를 다공성 실리카 구조체의 기공 내에 함침시키는 방법은 액상 폴리머에 다공성 실리카 구조체를 담가두어 액상 폴리머가 다공성 실리카 구조체의 기공 내로 스며들게 하는 딥 코팅(dip coating) 방식을 사용하였다. The prepared liquid polymer was impregnated into the pores of the porous silica structure prepared using the aerosol film formation method. As the porous silica structure, the porous silica structure described with reference to FIGS. 9A and 9B in Experimental Example 3 was used. The method of impregnating the liquid polymer in the pores of the porous silica structure is a dip coating method in which the liquid silica is immersed in the liquid polymer to penetrate the pores of the porous silica structure.

액상 폴리머가 다공성 실리카 구조체 내로 충분한 담가지면, 액상 폴리머가 함침된 다공성 실리카 구조체를 진공 챔버에 장입하고, 진공 챔버에서 감압하여 다공성 실리카 구조체의 기공 내 공기가 빠져 나가게 하고 공기가 빠져 나간 자리에 액상 폴리머가 함입되게 하였다. 이때, 감압 시 진공 챔버의 압력은 97㎜Hg 였고, 상기 5분 동안 감압 처리 공정을 수행하였다. When the liquid polymer is sufficiently immersed into the porous silica structure, the porous silica structure impregnated with the liquid polymer is charged into a vacuum chamber, and the pressure is reduced in the vacuum chamber so that the air in the pores of the porous silica structure escapes and the air polymer escapes. Was incorporated. At this time, the pressure of the vacuum chamber during the decompression was 97 mmHg, and the decompression treatment was performed for 5 minutes.

감압 처리 공정 후, 건조 공정을 수행하여 액상 폴리머의 제조시에 사용된 용매를 제거하였다. 상기 건조 공정은 80℃의 오븐(oven)에서 용매가 충분히 제거될 수 있게 1시간 동안 수행하였다. After the pressure reduction process, a drying process was performed to remove the solvent used in the preparation of the liquid polymer. The drying process was performed for 1 hour so that the solvent was sufficiently removed in an oven at 80 ℃.

건조 공정에 의해 용매가 증발되면, 다공성 실리카 구조체 내의 기공에는 폴리머가 남아있게 되어 세라믹 폴리머 복합체를 얻을 수가 있다. When the solvent is evaporated by the drying process, the polymer remains in the pores in the porous silica structure to obtain a ceramic polymer composite.

도 11은 이와 같은 방법으로 제조된 세라믹 폴리머 복합체 단면의 주사전자현미경 사진이다. 11 is a scanning electron micrograph of a cross section of a ceramic polymer composite prepared in this manner.

도 11에 나타난 바와 같이, 다공성 실리카 구조체의 기공 내에 폴리머가 함입되어 세라믹 폴리머 복합체가 형성되었음을 볼 수 있다. 상기 세라믹 폴리머 복합체는 실리카가 가지는 우수한 절연 특성 및 유전 특성의 강점을 유지할 수 있을 뿐만 아니라 세라믹 후막 제조시에 문제가 되고 있는 내부 응력을 폴리머에 의해 보상할 수 있는 장점이 있다. As shown in Figure 11, it can be seen that the polymer is embedded in the pores of the porous silica structure to form a ceramic polymer composite. The ceramic polymer composite may not only maintain the strength of the excellent insulating and dielectric properties of silica, but also have the advantage of compensating for the internal stress which is a problem in the manufacture of a ceramic thick film by the polymer.

이상, 본 발명의 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상의 범위내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.As mentioned above, although preferred embodiment of this invention was described in detail, this invention is not limited to the said embodiment, A various deformation | transformation by a person of ordinary skill in the art within the scope of the technical idea of this invention is carried out. This is possible.

도 1은 에어로졸 성막 장치를 개략적으로 도시한 도면이다. 1 is a view schematically showing an aerosol film-forming apparatus.

도 2a는 운반가스의 유량을 2000sccm으로 하여 알루미나 분말을 에어로졸 성막법을 이용하여 성막하여 알루미나 구조체를 형성한 경우의 광학현미경 사진이고, 도 2b는 도 2a의 알루미나 구조체 표면에 대한 주사전자현미경(SEM) 사진이다. FIG. 2A is an optical micrograph of alumina powder formed by forming an alumina powder using an aerosol deposition method with a flow rate of a carrier gas of 2000 sccm, and FIG. 2B is a scanning electron microscope (SEM) of the surface of the alumina structure of FIG. ) Photo.

도 3a는 운반가스의 유량을 3,000sccm으로 하여 알루미나(Al2O3) 분말을 에어로졸 성막법을 이용하여 성막하여 다공성 알루미나 구조체를 형성한 경우의 광학현미경 사진이고, 도 3b는 도 3a의 다공성 알루미나 구조체 표면에 대한 주사전자현미경(SEM) 사진이다. FIG. 3A is an optical micrograph of alumina (Al 2 O 3 ) powder formed by aerosol deposition to form a porous alumina structure with a flow rate of carrier gas of 3,000 sccm, and FIG. 3B is a porous alumina of FIG. 3A. Scanning electron microscope (SEM) images of the structure surface.

도 4a는 운반가스의 유량을 10,000sccm으로 하여 알루미나 분말을 에어로졸 성막법을 이용하여 성막하여 다공성 알루미나 구조체를 형성한 경우의 광학현미경 사진이고, 도 4b는 도 4a의 알루미나 구조체 표면에 대한 주사전자현미경(SEM) 사진이다. FIG. 4A is an optical microscope photograph of alumina powder formed by aerosol deposition using a flow rate of a carrier gas of 10,000 sccm, and FIG. 4B is a scanning electron microscope of the surface of the alumina structure of FIG. 4A. (SEM) picture.

도 5는 운반가스의 유량을 2500sccm으로 하여 알루미나(Al2O3) 분말을 에어로졸 성막법을 이용하여 성막하여 알루미나 구조체를 형성한 경우의 광학현미경 사진이다. FIG. 5 is an optical micrograph when an alumina structure is formed by forming an alumina (Al 2 O 3 ) powder using an aerosol deposition method with a flow rate of a carrier gas of 2500 sccm.

도 6a는 운반가스의 유량을 3,000sccm으로 하여 알루미나(Al2O3) 분말을 에어로졸 성막법을 이용하여 성막하여 다공성 알루미나 구조체를 형성한 경우의 광학현미경 사진이고, 도 6b는 도 6a의 다공성 알루미나 구조체의 단면에 대한 주사전 자현미경(SEM) 사진이다. 6A is an optical micrograph of alumina (Al 2 O 3 ) powder formed by aerosol deposition to form a porous alumina structure using a flow rate of a carrier gas of 3,000 sccm, and FIG. 6B is a porous alumina of FIG. 6A. Pre-scan microscopic image of the cross section of the structure.

도 7은 운반가스의 유량을 10,000sccm으로 하여 알루미나 분말을 에어로졸 성막법을 이용하여 성막하여 다공성 알루미나 구조체를 형성한 경우의 광학현미경 사진이다. FIG. 7 is an optical micrograph of forming a porous alumina structure by forming an alumina powder using an aerosol deposition method with a flow rate of a carrier gas of 10,000 sccm.

도 8은 운반가스의 유량을 1000sccm으로 하여 실리카(SiO2) 분말을 에어로졸 성막법을 이용하여 성막하여 실리카 구조체를 형성한 경우의 광학현미경 사진이다. FIG. 8 is an optical microscope photograph when a silica structure is formed by forming a silica (SiO 2 ) powder using an aerosol deposition method with a flow rate of a carrier gas of 1000 sccm. FIG.

도 9a는 운반가스의 유량을 1,500sccm으로 하여 실리카(SiO2) 분말을 에어로졸 성막법을 이용하여 성막하여 다공성 실리카 구조체를 형성한 경우의 광학현미경 사진이고, 도 9b는 도 9a의 다공성 실리카 구조체의 단면에 대한 주사전자현미경(SEM) 사진이다. 9A is an optical micrograph of a porous silica structure formed by forming a silica (SiO 2 ) powder using an aerosol deposition method with a flow rate of a carrier gas of 1,500 sccm, and FIG. 9B is a view of the porous silica structure of FIG. 9A. Scanning electron microscope (SEM) image of the cross section.

도 10a 및 도 10b는 이와 같은 방법으로 제조된 세라믹 폴리머 복합체 단면의 주사전자현미경 사진이다. 10A and 10B are scanning electron micrographs of a cross section of a ceramic polymer composite prepared in this manner.

도 11은 이와 같은 방법으로 제조된 세라믹 폴리머 복합체 단면의 주사전자현미경 사진이다. 11 is a scanning electron micrograph of a cross section of a ceramic polymer composite prepared in this manner.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>

110: 에어로졸 공급부 112: 세라믹 분말110: aerosol supply portion 112: ceramic powder

114: 에어로졸 116: 도관114: aerosol 116: conduit

118: 진동자 120: 성막 챔버118: vibrator 120: film forming chamber

122: 노즐 124: 홀더122: nozzle 124: holder

130: 운반가스 공급부 132: 유량제어수단130: carrier gas supply unit 132: flow control means

134: 도관 140: 압력제어부134: conduit 140: pressure control unit

142: 로터리 펌프 144: 부스터 펌프142: rotary pump 144: booster pump

Claims (13)

성막 챔버 내부를 일정 압력으로 유지하는 단계;Maintaining the inside of the deposition chamber at a constant pressure; 유량제어수단을 통해 운반가스의 유량이 노즐 분사구의 단위면적(㎟)당 250∼10,000sccm이 되게 조절하는 단계;Adjusting the flow rate of the carrier gas to be 250 to 10,000 sccm per unit area (mm 2) of the nozzle injection port through the flow rate control means; 유량이 조절된 운반가스를 5㎚∼0.5㎛의 입자 크기를 갖는 세라믹 분말이 놓인 공간으로 공급하여 상기 세라믹 분말을 에어로졸화하는 단계;Aerosolizing the ceramic powder by supplying a carrier gas having a controlled flow rate to a space in which the ceramic powder having a particle size of 5 nm to 0.5 µm is placed; 형성된 에어로졸을 압력차에 의해 성막 챔버 내의 노즐로 공급하는 단계;Supplying the formed aerosol to a nozzle in the deposition chamber by a pressure difference; 상기 노즐의 분사구와 성막하려는 기판 사이의 거리가 5∼50㎜ 범위로 일정하게 유지되게 하면서 상기 기판을 향해 에어로졸이 분사되게 하여 기판에 분사된 에어로졸이 충격에 의하여 고화되면서 성막되어 다공성 세라믹 구조체를 형성하는 단계;While maintaining the distance between the nozzle of the nozzle and the substrate to be deposited in a range of 5 to 50 mm, the aerosol is sprayed toward the substrate, and the aerosol sprayed on the substrate is formed by solidification by impact to form a porous ceramic structure. Making; 상기 다공성 세라믹 구조체의 입자간 결합을 강화하여 기계적 강도를 개선하기 위하여 400℃∼1400℃의 온도에서 1분∼10시간 동안 열처리하는 단계;Heat-treating for 1 minute to 10 hours at a temperature of 400 ° C. to 1400 ° C. to improve the mechanical strength by strengthening the interparticle bonding of the porous ceramic structure; 폴리머를 용매에 녹인 액상 폴리머를 상기 다공성 세라믹 구조체의 기공 내에 함침시키는 단계;Impregnating a liquid polymer in which a polymer is dissolved in a solvent into pores of the porous ceramic structure; 상기 액상 폴리머가 함침된 다공성 세라믹 구조체를 진공 챔버에 장입하고, 상기 진공 챔버의 압력을 감압하여 상기 다공성 세라믹 구조체의 기공 내 공기가 빠져 나가게 하고 공기가 빠져 나간 자리에 상기 액상 폴리머가 함입되게 하는 감압 처리 단계; 및The porous ceramic structure impregnated with the liquid polymer is charged into a vacuum chamber, and the pressure in the vacuum chamber is reduced to depressurize the air in the pores of the porous ceramic structure to escape, and the liquid polymer is contained at the place where the air escapes. Processing step; And 건조 공정을 수행하여 상기 다공성 세라믹 구조체 내에 함침된 용매를 제거하여 다공성 세라믹 구조체의 기공에 상기 액상 폴리머가 함입된 세라믹 폴리머 복합체를 얻는 단계;를 포함하는 세라믹 폴리머 복합체의 제조방법.And removing the solvent impregnated in the porous ceramic structure to obtain a ceramic polymer composite having the liquid polymer embedded in the pores of the porous ceramic structure by performing a drying process. 제1항에 있어서, 성막이 이루어지는 동안 상기 성막 챔버 내부의 압력은 1∼760torr 범위로 유지되며, 상기 운반가스는 공기(Air), 산소(O2), 질소(N2), 아르곤(Ar) 또는 헬륨(He)인 것을 특징으로 하는 세라믹 폴리머 복합체의 제조방법.According to claim 1, wherein the pressure inside the deposition chamber is maintained in the range of 1 ~ 760 torr during the film formation, the carrier gas is air (Air), oxygen (O 2 ), nitrogen (N 2 ), argon (Ar) Or helium (He). 제1항에 있어서, 상기 기판의 성막하려는 면적에 걸쳐 균일한 두께로 성막이 이루어지게 하기 위하여 상기 기판을 고정하는 홀더에 의해 상기 기판이 0.5∼50㎝/min의 속도로 스캔 이동되는 것을 특징으로 하는 세라믹 폴리머 복합체의 제조방법.The method of claim 1, wherein the substrate is scanned and moved at a speed of 0.5 to 50 cm / min by a holder for fixing the substrate so that the film is formed with a uniform thickness over the area to be deposited. Method for producing a ceramic polymer composite. 제1항에 있어서, 상기 세라믹 분말은, 알루미나(Al2O3) 분말, 실리카(SiO2) 분말 또는 질화알루미늄(AlN) 분말이고, 상기 다공성 세라믹 구조체의 기공율은 10∼50부피%를 이루며, 상기 다공성 세라믹 구조체의 기공은 1㎚∼2㎛ 범위의 크기를 이루는 것을 특징으로 하는 세라믹 폴리머 복합체의 제조방법.The method of claim 1, wherein the ceramic powder is alumina (Al 2 O 3 ) powder, silica (SiO 2 ) powder or aluminum nitride (AlN) powder, the porosity of the porous ceramic structure is 10 to 50% by volume, Pores of the porous ceramic structure is a method of producing a ceramic polymer composite, characterized in that the size of the range of 1nm ~ 2㎛. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서, 감압 시 상기 진공 챔버의 압력은 상압보다 낮은 압력으로서 1∼700㎜Hg 범위로 이루고, 상기 감압 처리는 1분∼1시간 동안 수행되는 것을 특징으로 하는 세라믹 폴리머 복합체의 제조방법. The method of claim 1, wherein the pressure of the vacuum chamber during the decompression is in a range of 1 to 700 mmHg as a pressure lower than the normal pressure, and the decompression treatment is performed for 1 minute to 1 hour. . 제1항에 있어서, 폴리머 입자간 결합을 강화하여 기계적 강도 및 내열 특성을 개선하기 위하여 상기 폴리머가 타는 온도보다 낮은 150℃∼300℃의 온도에서 10분∼10시간 동안 열처리를 실시하는 단계를 더 포함하는 세라믹 폴리머 복합체의 제조방법.The method of claim 1, further comprising performing heat treatment for 10 minutes to 10 hours at a temperature of 150 ° C. to 300 ° C. lower than the burning temperature of the polymer in order to enhance the bond between polymer particles to improve mechanical strength and heat resistance. Method for producing a ceramic polymer composite comprising. 제1항에 있어서, 상기 건조 공정은, 상기 폴리머가 타는 온도보다 낮은 60∼180℃의 온도에서 용매가 증발되게 10분∼2시간 동안 수행되는 것을 특징으로 하는 세라믹 폴리머 복합체의 제조방법.The method of claim 1, wherein the drying step is performed for 10 minutes to 2 hours to allow the solvent to evaporate at a temperature of 60 to 180 ° C. lower than the burning temperature of the polymer. 제1항에 있어서, 상기 폴리머는, The method of claim 1, wherein the polymer, 시아네이트 에스테르, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리페닐렌 옥사이드, 변성 폴리페닐렌 옥사이드, 폴리페닐렌 에테르, 폴리아미드, 폴리에테르이미드, 폴리아미드이미드, 폴리에테르아미드, 폴리카보네이트, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 비정질 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 글리콜 변성 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 시클로헥산 변성 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리부틸렌 테레프탈레이트, 폴리스티렌, 폴리염화비닐, 폴리비닐플루오라이드, 폴리클로로트리플루오로에틸렌, 폴리우레탄, 폴리프로필렌, 폴리아크릴, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리에테르 케톤, 폴리에테르 케톤 케톤, 폴리에틸렌, 폴리설폰, 폴리페닐렌 설파이드, 폴리에테르설폰, 설폰화된 폴리부틸렌 테레프탈레이트, 폴리아세탈, 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌, 에틸렌 프로필렌 고무, 에틸렌 프로필렌 디엔 단량체 및 폴리 유산 중에서 선택된 적어도 하나 이상의 물질인 것을 특징으로 하는 세라믹 폴리머 복합체의 제조방법.Cyanate ester, polytetrafluoroethylene, polyphenylene oxide, modified polyphenylene oxide, polyphenylene ether, polyamide, polyetherimide, polyamideimide, polyetheramide, polycarbonate, polyethylene terephthalate, amorphous polyethylene Terephthalate, glycol modified polyethylene terephthalate, cyclohexane modified polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, polystyrene, polyvinyl chloride, polyvinyl fluoride, polychlorotrifluoroethylene, polyurethane, polypropylene, polyacryl, poly Methyl methacrylate, polyether ketone, polyether ketone ketone, polyethylene, polysulfone, polyphenylene sulfide, polyethersulfone, sulfonated polybutylene terephthalate, polyacetal, acrylonitrile-butadiene-styrene, ethylene propyl A method for producing a ceramic polymer composite, characterized in that at least one material selected from ethylene rubber, ethylene propylene diene monomer, and polylactic acid. 제1항에 기재된 방법에 의해 제조된 세라믹 폴리머 복합체.A ceramic polymer composite produced by the method of claim 1. 삭제delete
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