KR101097861B1

KR101097861B1 - 금속분말 제조장치

Info

Publication number: KR101097861B1
Application number: KR1020090106513A
Authority: KR
Inventors: 추용철; 천명호; 최용식; 이현규; 곽정욱; 변성일; 이승진
Original assignee: 덕산하이메탈(주)
Priority date: 2009-11-05
Filing date: 2009-11-05
Publication date: 2011-12-23
Also published as: KR20110049487A

Abstract

본 발명은 금속분말 제조장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 미세한 사이즈의 금속분말을 정밀하고 용이하게 제조할 수 있는 금속분말 제조장치에 관한 것이다.

본 발명의 금속분말 제조장치는, 챔버; 상기 챔버의 상단에 설치된 노즐몸체 및 상기 노즐몸체의 하단에 구비된 노즐팁을 가진 노즐유닛; 상기 노즐유닛의 노즐팁 내로 용탕을 공급하는 용탕공급부; 및 상기 노즐유닛의 노즐팁 주변영역으로 고온/고압의 불활성가스를 공급하는 가스공급부;를 포함하고, 상기 노즐몸체의 내부에는 용탕 공급부로부터의 용탕이 공급되는 용탕공급통로 및 가스공급부로부터의 불활성가스가 공급되는 하나 이상의 가스공급통로가 형성되며, 상기 용탕공급통로는 노즐팁과 소통하고, 상기 가스공급통로는 상기 노즐팁의 주변을 향하도록 형성된 것을 특징으로 한다.

금속분말, 노즐팁, 노즐캡, 용탕, 불활성가스

Description

금속분말 제조장치{APPARATUS FOR MANUFACTURING THE METAL POWDER}

금속분말(metal powder)는 금속을 미세한 가루로 만든 것으로, 도료, 회화구, 금·은색 인쇄 잉크, 화학공업용 촉매나 불꽃의 원료 및 금속환원제 등과 같이 다양한 분야에 이용된다.

최근에는 금속분말은 솔더용 파우더 또는 솔더용 페이스트 등과 같이 전자부품의 솔더링에 주로 이용되고 있으며, 그 수요가 점차 증대되고 있는 실정이다.

이동통신기기의 소형화, 다중밴드화, 고주파화 추세에 따라 부품분야의 고집적화 및 소형화가 요구되고 있다. 이에 따라 칩 제조분야에서는 칩 자체의 미세화, 집적화가 진행되고 있으며 패키지분야에서는 경박단소화 된 새로운 패키지와 실장방법이 개발되고 있다.

이에 따라, 솔더파우더 또는 솔더페이스트를 이용한 와이어리스 패키지의 수요는 더욱 증대될 것이며, 이에 향후 솔더페이스트, 솔더파우더 등과 같은 금속분 말의 수요 또한 증대할 것이다. 최근의 솔더파우더 또는 솔더페이스트에 이용되는 금속분말로는 Sn-Ag-Cu 계열, Sn-Bi계열 등과 같이 납을 포함하지 않은 재질이 널리 이용되고 있다.

이와 같은 금속분말의 제조방식에는 다양한 종류가 있으며, 금속분말은 보다 미세한 사이즈를 가져야 하고, 또한 그 생산성 내지 생산수율이 높아야 한다.

본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로, 미세한 금속분말을 정밀하고 용이하게 제조할 수 있고, 또한 그 생산성 내지 생산수율을 대폭 향상시킬 수 있는 금속분말제조장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 금속분말 제조장치는,

챔버;

상기 챔버의 상단에 설치된 노즐몸체 및 상기 노즐몸체의 하단에 구비된 노즐팁을 가진 노즐유닛;

상기 노즐유닛의 노즐팁 내로 용탕을 공급하는 용탕공급부; 및

상기 노즐유닛의 노즐팁 주변영역으로 고온/고압의 불활성가스를 공급하는 가스공급부;를 포함하고,

상기 노즐몸체의 내부에는 용탕 공급부로부터의 용탕이 공급되는 용탕공급통로 및 가스공급부로부터의 불활성가스가 공급되는 하나 이상의 가스공급통로가 형성되며, 상기 용탕공급통로는 노즐팁과 소통하고, 상기 가스공급통로는 상기 노즐팁의 주변을 향하도록 형성된 것을 특징으로 한다.

상기 용탕공급통로는 상기 노즐몸체의 중심부에 위치하고, 상기 가스공급통로는 용탕공급통로의 주변에 배치되며, 상기 가스공급통로는 상기 노즐팁을 향하도 록 경사진 것을 특징으로 한다.

상기 노즐유닛의 노즐팁 주변영역에는 노즐캡이 설치되고, 상기 노즐캡은 그 중심부에 관통공이 형성되며, 상기 관통공 내에는 노즐팁의 선단이 위치하고, 상기 노즐팁의 외주면과 관통공의 내주면 사이에는 이격틈새가 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 노즐유닛은 커넥터를 매개로 용탕공급부 및 가스공급부와 소통가능하게 접속되고, 상기 커넥터는 그 내부에 상기 노즐유닛의 용탕공급통로 및 가스공급통로와 개별적으로 소통하는 용탕통로 및 가스통로를 가지는 것을 특징으로 한다.

상기 커넥터는 그 하단에 환형의 제1매니폴드홈이 형성되고, 상기 제1매니폴드홈에는 상기 가스통로가 소통하며, 상기 노즐유닛은 그 상단에 환형의 제2매니폴드홈이 형성되고, 상기 제2매니폴드홈에는 상기 가스공급통로가 소통하며, 상기 커넥터 및 노즐유닛은 상기 제1매니폴드홈 및 제2매니폴드홈이 소통하도록 결합되는 것을 특징으로 한다.

상기 노즐유닛의 노즐팁 하부에는 분말화 유도유닛이 설치되고, 상기 분말화 유도유닛은 복수의 충돌돌기를 가진 충돌부재를 포함한다.

상기 챔버의 하부에는 배출관이 연결되고, 상기 배출관에는 하나 이상의 분급기가 연결되는 것을 특징으로 한다.

이상과 같은 본 발명에 의하면, 노즐유닛의 노즐팁을 통해 용탕을 분사시킴과 동시에 노즐유닛 주변으로 고압/고온의 불활성가스를 분출시킴으로써 미세한 금 속분말을 보다 정밀하고 용이하게 제조할 수 있고, 또한 그 생산성 내지 생산수율을 대폭 향상시킬 수 있는 장점이 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1 내지 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 금속분말 제조장치를 도시한다.

도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 금속분말 제조장치는 챔버(10) 및 챔버(10)의 상단에 설치된 노즐유닛(40)을 포함한다.

도 2에 도시된 바와 같이, 챔버(10)는 그 상단 개구에는 플랜지(11)가 설치되고, 플랜지(11)의 중앙에는 관통공(11a)이 형성되며, 이 관통공(11a)을 통과하여 노즐유닛(40)이 설치된다. 플랜지(11)의 관통공(11a) 상부에 장착플레이트(13)가 설치되고, 장착플레이트(13)는 실링부재(13a)를 통해 플랜지(11)의 관통공(11a)측에 밀봉적으로 설치된다.

노즐유닛(40)는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 커넥터(50)를 매개로 용탕공급부(20) 및 가스공급부(30)에 접속되고, 커넥터(50) 및 노즐유닛(40)은 장착플레이트(13)를 통해 챔버(10)의 상단에 설치된다.

용탕공급부(20)는 도 1에 도시된 바와 같이, 챔버(10)의 상측에 설치된 용탕 공급호퍼(21)를 포함하고, 용탕 공급호퍼(21) 내에는 용융상태의 금속용탕이 채워 져 있으며, 용탕 공급호퍼(21)에서 용탕공급배관(21a)이 연장되어 노즐유닛(40)측에 소통가능하게 연결되고, 용탕 공급배관(21a) 상에는 필터(22) 및 밸브(23)가 설치된다. 이에, 용탕 공급호퍼(21) 내의 금속용탕은 용탕 공급배관(21a)을 통해 노즐유닛(40)으로 공급된 후에 노즐팁(42)을 통해 분사된다. 필터(22)는 용탕 공급배관(21a)을 통해 공급되는 용탕 내의 이물질을 여과하고, 밸브(23)는 용탕의 공급을 단속 내지 조절하도록 구성된다.

가스공급부(30)는 도 1에 도시된 바와 같이 불활성가스(N₂, Ar, He 등)를 가압하는 가압부(31)를 포함하고, 가압부(31)에서 가스공급배관(31a)이 연장되어 커넥터(50) 측으로 소통가능하게 연결되며, 가스공급배관(31a) 상에는 가열부(32)가 설치되어 있다. 이에, 가압부(31) 및 가열부(32)에 의해 가압 및 가열된 고압/고온의 불활성가스는 노즐유닛(40)의 노즐팁(42) 주변영역으로 분출된 후에 챔버(10) 내로 공급된다.

챔버(10)의 일측에는 진공시스템(19)이 연결되고, 이 진공시스템(19)에 의해 챔버(10) 내의 공간은 그 진공도가 정밀하게 유지될 수 있다. 그리고, 챔버(10)에는 별도의 가스공급배관(39)이 연결되고, 이 가스공급배관(39)을 통해 불활성가스가 챔버(10) 내로 공급될 수 있다. 이에, 챔버(10)의 내부는 진공시스템(19)에 의해 진공도가 일정하게 조성된 후에는 가스공급배관(39)을 통해 불활성가스가 챔버(10) 내로 공급됨에 따라 챔버(10) 내부는 불활성분위기가 조성된다.

챔버(10)는 그 내부 공간에 노즐유닛(40)에 의해 분말화된 금속분말을 수용 하고, 챔버(10)의 하단에는 배출관(14)이 연결되며, 배출관(14)의 단부에는 금속분말을 포집하는 포집통(15)이 분리가능하게 설치된다. 배출관(14)에는 밸브(14a)가 설치되고, 이 밸브(14a)는 포집통(15)으로 배출되는 금속분말의 흐름을 개폐하도록 구성된다.

한편, 챔버(10)의 하부 내측에는 냉각수 배관 등과 같은 냉각유닛이 설치될 수 있고, 이러한 냉각유닛에 의해 챔버(10) 내로 낙하하는 금속분말의 경화를 보다 원활하게 할 수도 있다.

또한, 배출관(14)의 일측에는 하나 이상의 분급기(16, 17)가 설치되고, 이 분급기(16, 17)에 의해 금속분말을 사이즈별로 선별할 수 있다. 그리고, 분급기(16, 17)에는 집진유닛(18)이 설치되어 금속분말 사이에 개재된 먼지, 미세 금속분말, 기타 오염물질 등을 집진할 수 있다.

도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 노즐유닛(40)에는 커넥터(50)가 연결되고, 커넥터(50)는 용탕측 포트(51) 및 가스측 포트(52)를 가진다. 용탕측 포트(51)에는 용탕공급배관(21a)이 소통가능하게 접속되고, 가스측 포트(52)에는 가스공급배관(31a)이 소통가능하게 접속된다. 커넥터(50) 내에는 용탕통로(53) 및 가스통로(54)가 형성되고, 용탕통로(53)는 용탕측 포트(51)에 연결되고, 가스통로(54)는 가스측 포트(52)에 연결된다.

커넥터(50)는 그 중심 하단에 장착공(56)이 형성되고, 장착공(56)의 주변에는 환형의 제1매니폴드홈(57, manifold groove)이 형성된다.

도 3은 본 발명의 일 형태에 따른 커넥터(50)를 도시한다. 용탕측 포트(51) 및 가스측 포트(52)가 커넥터(50)의 상면에 형성되고, 용탕통로(53) 및 가스통로(54)가 상하방향으로 관통되며, 용탕통로(53)는 노즐유닛(40)의 가스공급통로(41a)와 소통하고, 가스통로(54)는 제1매니폴드홈(57)과 소통한다. 도 3의 커넥터(50)는 용탕 및 불활성가스가 커넥터(50) 내로 버티칼방식으로 공급되는 방식이다.

도 8은 본 발명의 다른 형태에 따른 커넥터(50)를 도시한다. 용탕측 포트(51) 및 가스측 포트(52)는 커넥터(50)의 좌우 양측면에 배치되고, 용탕통로(53)는 중심부에 위치하며, 용탕통로(53)의 상부는 폐쇄면(53a)에 의해 폐쇄되고, 용탕측 포트(51)는 소통로(51a)를 통해 용탕통로(53)와 소통한다. 가스측 포트(52)는 그 일측(52a)이 환형의 제1매니폴드홈(57)과 직접적으로 소통한다. 이에 도 8의 커넥터(50)는 그 내부에 도 3의 가스통로(54)가 생략가능하다.

노즐유닛(40)은 도 3에 도시된 바와 같이 노즐몸체(41)를 포함하고, 노즐몸체(41)의 하단에는 노즐팁(42)이 배치되며, 용탕이 노즐팁(42)의 내부를 통과하여 분출되면서 분말화된다.

노즐몸체(41)의 상단에는 장착돌기(43)가 형성되고, 이 장착돌기(43)의 외주면에는 수나사부(43a)가 형성되며, 이 수나사부(43a)가 커넥터(45)의 장착공(46) 내에 나사결합됨으로써 노즐몸체(41)는 커넥터(50)측에 장착된다.

노즐몸체(41)는 그 내부에 용탕이 공급되는 용탕공급통로(41a) 및 고온의 가압가스가 공급되는 하나 이상의 가스공급통로(41b)를 가진다. 용탕공급통로(41a)는 노즐몸체(41)의 중심부에 위치하고, 하나 이상의 가스공급통로(41b)는 용탕공급통 로(41a)의 주변에 배치되며, 또한 가스공급통로(41b)는 노즐팁(42)을 향해 경사지게 형성된다.

용탕공급통로(41a)의 상단은 커넥터(50)의 용탕통로(53)와 소통하고, 용탕공급통로(41a)의 하단은 노즐팁(42)의 내부와 소통한다.

노즐몸체(41)의 장착돌기(43) 주변에는 환형의 제2매니폴드홈(47, manifold groove)이 형성되고, 이 환형의 제2매니폴드홈(47)은 하나 이상의 가스공급통로(41b)와 소통한다. 그리고, 가스공급통로(41b)의 상부는 제2매니폴드홈(47)과 소통하고, 가스공급통로(41b)의 하단은 노즐팁(42)의 주변을 향하도록 형성된다.

도 4에서는 3개의 가스공급통로(41b)가 제2매니폴드홈(47)과 소통하는 구조로 예시되어 있다. 또한, 노즐몸체(41)의 제2매니폴드홈(47) 및 커넥트(50)의 제1매니폴드홈(57)은 상호 소통하도록 구성된다. 이에, 가스측 포트(52) 및 가스통로(54)를 통과한 고온/고압의 불활성가스는 제1 및 제2 매니폴드홈(57, 47)을 통과한 후에 각 가스공급통로(41b)측으로 공급된다.

노즐몸체(41)의 노즐팁(42) 주변에는 노즐캡(44)이 설치되고, 이 노즐캡(44)은 그 중심부에 관통공(44a)이 형성되며, 이 관통공(44a) 내에는 노즐팁(42)의 선단이 위치한다. 특히, 도 5에 도시된 바와 같이 관통공(44a)의 내주면과 노즐팁(42)의 외주면 사이에는 소정의 이격틈새(t)가 형성되고, 가스공급통로(41b)를 통해 공급되는 고온/고압의 불활성가스는 이격틈새(t)를 통과하면서 분출된다. 이와 같이 고온/고압의 불활성가스가 이격틈새(t)를 통과하면서 분출됨에 따라 노즐팁(42)을 통해 분사되는 용탕의 분말화는 더욱 미세하고 정밀하게 진행될 수 있고, 그 금속분말들은 챔버(10)의 하부로 낙하하면서 고화되면서 수용된다. 특히, 고온/고압의 불활성가스가 노즐유닛(40)의 노즐팁(42) 주변을 통과하면서 챔버(10) 내로 분출됨에 따라 용탕의 분말화를 정밀하게 함과 더불어, 용탕이 분말화되는 도중에 냉각됨을 방지하여 노즐팁(42)의 막힘을 방지할 수 있다.

노즐캡(44)은 그 상단 일측에 환형의 단턱부(44b)가 형성되고, 노즐캡(44)은 체결너트(45)에 의해 노즐몸체(41)의 하단에 결합된다. 노즐캠(44)의 내벽면과 노즐몸체(41)의 하단 외면 사이에는 이격공간(44c)이 형성된다. 이격공간(44c)에는 가스통로(41b)로부터 공급되는 고온/고압가스가 통과한다.

체결너트(45)의 내주면에는 암나사부(45a)가 형성되고, 체결너트(45)의 하단 내주면에는 걸림턱(45b)이 형성되며, 노즐캡(44)의 단턱부(44b)가 체결너트(45)의 걸림턱(45b)이 걸려진 상태에서 체결너트(45)의 암나사부(45a)를 노즐몸체(41)의 수나사부(41d)에 체결함으로써 노즐캡(44)은 노즐몸체(41)의 하단측에 결합된다.

또한, 도 2에 도시된 바와 같이, 노즐유닛(40)의 하부에는 분말화 유도유닛(60, nebulizer)이 설치되고, 이 분말화 유도유닛(60)은 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이 노즐팁(42)의 하부에 배치된 충돌부재(61)를 포함한다. 충돌부재(61)는 그 상면에 복수의 충돌돌기(61a)가 형성되고, 복수의 충돌돌기(61a)들은 동심원 구조로 형성된다. 용탕이 노즐팁(42)을 통과함에 따라 형성되는 분말들은 충돌부재(61)의 충돌돌기(61a)들과 충돌함에 따라 그 분말화가 더욱 미세하고 정밀하게 이루어질 수 있다. 이 충돌부재(61)의 내부 또는 하부에는 히터(61b)가 설치되고, 이러한 히터(61b)의 열에 의해 충돌돌기(61a)들과 충돌하는 금속분말들이 냉각되어 충돌돌기(61a)의 표면에 부착됨을 방지할 수 있다.

그리고, 충돌부재(61)는 복수의 지지부재(62)에 의해 지지되고, 지지부재(62)들은 장착몸체(62)측에 결합된다. 장착몸체(62)는 링 형상으로 형성되고, 그 양측에 결합공(62a)이 형성되며, 장착몸체(62)의 결합공(62a)들은 장착플레이트(13)의 장착돌기(13b)측에 결합될 수 있다. 장착몸체(62)의 중심부에는 노즐유닛(40)의 노즐팁(42)이 위치할 수 있다.

한편, 플랜지(11)의 주변에는 환형의 냉각수 자켓(12)이 형성되고, 이 냉각수 자켓(12)을 통해 냉각수가 순환함에 따라 노즐유닛(40) 주변의 열이 외부로 방출됨을 차단함과 더불어 작업자가 열에 손상됨을 방지할 수도 있다.

이상과 같이 구성된 본 발명의 작동을 다음과 같이 상세히 설명한다.

먼저, 진공시스템(19)에 의해 챔버(10)의 내부공간을 진공상태로 조성하고, 별도의 가스공급라인(39)을 통해 불활성가스를 챔버(10) 내로 공급함으로써 챔버(10)의 내부공간을 불활성분위기로 조성한다.

그런 다음, 용탕공급부(20)의 용탕공급호퍼(21)로부터 일정량의 용탕을 노즐유닛(40)측으로 공급한다. 이때, 가스공급부(30)로부터 공급되는 고온/고압의 불활성가스가 노즐팁(42)과 노즐캡(44)의 이격틈새(t)를 통과하면서 10~20bar의 압력하에서 60~100ℓ/min으로 분출됨에 따라 노즐유닛(40)의 노즐팁(42)을 통과하는 용탕은 미세하게 분말화되면서 토출된다. 이어서, 노즐팁(42)을 통해 토출되는 금속분말들은 충돌부재(61)의 충돌돌기(61a)들과 충돌함에 따라 그 분말화가 더욱 정밀하고 미세화될 수 있다.

이렇게 생성되는 금속분말들은 챔버(10) 내에서 하부로 낙하하면서 자연냉각되어 고화된 금속분말이 되어 챔버(10)의 하부에 적층된다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 금속분말 제조장치를 도시한 구성도이다.

도 2는 도 1의 화살표 A부분을 확대하여 도시한 도면이다.

도 3은 도 2의 커넥터 및 노즐유닛을 도시한 결합단면도이다.

도 4는 도 3의 B-B선을 따라 도시한 도면이다.

도 5는 도 3의 화살표 C부분을 확대하여 도시한 도면이다.

도 6은 본 발명에 따른 분말화 유도유닛을 도시한 측단면도이다.

도 7은 본 발명에 따른 분말화 유도유닛을 도시한 평면도이다.

도 8은 도 3의 변형실시예를 도시한 결합단면도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 간단한 설명 *

10: 챔버 20: 용탕공급부

30: 가스공급부 40: 노즐유닛

50: 커넥터 60: 분말화 유도유닛

Claims

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챔버;

상기 챔버의 상단에 설치된 노즐몸체 및 상기 노즐몸체의 하단에 구비된 노즐팁을 가진 노즐유닛;

상기 노즐유닛의 노즐팁 내로 금속용탕을 공급하는 용탕 공급부; 및

상기 노즐유닛의 노즐팁 주변영역으로 고온/고압의 불활성가스를 공급하는 불활성가스 공급부;를 포함하고,

상기 노즐몸체의 내부에는 용탕공급부로부터의 금속용탕이 공급되는 용탕공급통로 및 가스공급부로부터의 불활성가스가 공급되는 하나 이상의 가스공급통로가 형성되며, 상기 용탕공급통로는 노즐팁과 소통하고, 상기 가스공급통로는 상기 노즐팁의 주변을 향하도록 형성되며,

상기 용탕공급통로는 상기 노즐몸체의 중심부에 위치하고, 상기 가스공급통로는 용탕공급통로의 주변에 배치되며, 상기 가스공급통로는 상기 노즐팁을 향하도록 경사지고,

상기 노즐유닛의 노즐팁 주변영역에는 노즐캡이 설치되고, 상기 노즐캡은 그 중심부에 관통공이 형성되며, 상기 관통공 내에는 상기 노즐팁의 선단이 위치하고, 상기 노즐팁의 외주면과 관통공의 내주면 사이에는 이격틈새가 형성되며,

상기 노즐유닛은 커넥터를 매개로 용탕공급부 및 가스공급부와 소통가능하게 접속되고, 상기 커넥터는 그 내부에 상기 노즐유닛의 용탕공급통로 및 가스공급통로와 개별적으로 소통하는 용탕통로 및 가스통로를 가지는 것을 특징으로 하는 금속분말 제조장치.
제4항에 있어서,

상기 커넥터는 그 하단에 환형의 제1매니폴드홈이 형성되고, 상기 제1매니폴드홈에는 상기 가스통로가 소통하며, 상기 노즐유닛은 그 상단에 환형의 제2매니폴드홈이 형성되고, 상기 제2매니폴드홈에는 상기 가스공급통로가 소통하며, 상기 커넥터 및 노즐유닛은 상기 제1매니폴드홈 및 제2매니폴드홈이 소통하도록 결합되는 것을 특징으로 하는 금속분말 제조장치.
제4항에 있어서,

상기 노즐유닛의 노즐팁 하부에는 분말화 유도유닛이 설치되고, 상기 분말화 유도유닛은 복수의 충돌돌기를 가진 충돌부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속분말 제조장치.
제4항에 있어서,

상기 챔버의 하부에는 배출관이 연결되고, 상기 배출관에는 하나 이상의 분급기가 연결되는 것을 특징으로 하는 금속분말 제조장치.