KR101269078B1 - 플라즈마 일체형 패럴린 코팅장치 - Google Patents

플라즈마 일체형 패럴린 코팅장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 플라즈마 일체형 패럴린 코팅장치에 관한 것이다.
본 발명은, 패럴린 다이머 분말을 기화시켜 기체상의 다이머를 생성하는 증발기 및 증발히터; 가스유입관으로 유입되는 상기 기체상의 다이머를 열분해시켜 패럴린 모노머를 생성하는 열분해히터; 상기 패럴린 모노머를 내부로 확산시켜 안착된 모재 표면에 폴리머 상태로 증착하여 패럴린 고분자막을 형성하는 증착부로서의 진공챔버; 상기 진공챔버의 내측면에 원호상의 판으로 장착되며 플라즈마 전원발생부로부터 고주파 전원을 인가받는 플라즈마 전극과, 가스의 이온화를 위해 고주파 전원을 발생시키는 플라즈마 전원발생부와, 이온화되어 모재의 표면을 처리하는 가스를 공급하는 가스 컨트롤러가 구비된 것을 특징으로 하는 플라즈마 일체형 패럴린 코팅장치에 있어서, 상기 진공챔버의 내주 면에는 테프론 판이 장착된 것을 더 포함하며; 상기 플라즈마 전극은 상기 테프론 판의 전면에 부착된 고정 판전극과 상기 고정 판전극으로부터 분리가능한 다수개의 분리형 면전극으로 구비된 것을 특징으로 하는 플라즈마 일체형 패럴린 코팅장치.

Description

플라즈마 일체형 패럴린 코팅장치{PARYLENE COATING APPARATUS INTEGRATED PLASMA APPARATUS}
본 발명은 플라즈마 일체형 패럴린 코팅장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 패럴린 코팅의 전처리 과정인 플라즈마 표면처리가 가능한 플라즈마 표면처리 장치를 패럴린 코팅장치 내에 일체화시킨 플라즈마 일체형 패럴린 코팅장치에 관한 것이다.
일반적으로 패럴린 코팅은 내부식성, 산화방지, 방습, 내약품성, 내화학성을 필요로 하는 제품의 표면 보호 코팅으로 많이 응용되고 있는 코팅 방법이다.
이와 같이 패럴린 코팅은 담금법이나 스프레이 방식을 사용하는 일반적인 표면 보호 코팅법인 우레탄, 실리콘, 에폭시 , 테프론 코팅과는 달리 진공 증착을 이용하는 CVD(Chemical Vapor Deposition)법을 이용한다. 따라서 일반적인 코팅법의 단점인 핀홀, 기공에 의한 표면 보호 기능 상실 및 두께 제어 불가능의 한계가 없이 마이크로 두께 단위로 선택적으로 두께를 제어할 수 있는 우수성을 가지고 있으며, 진공 증착에 의한 코팅법으로 핀홀이나, 기공이 없어 형적인 코팅 방법에 비하여 표면 보호 특성이 월등히 우수하다.
또한, 패럴린 코팅은 진공 증착에 의한 코팅 방법이기 때문에 제품의 형상에 관계없이 일정한 두께를 확보할 수 있으며, 마이크로 단위로 코팅을 수행함으로써, 제품의 기계적 스트레스를 최소화할 수 있는 장점을 가지고 있다.
종래의 일반적인 패럴린 코팅 장치는 증발기(Vaporizer), 열분해기(Pyrolysis), 증착 챔버(Deposition Chamber)로 구성되고, 코팅의 진행과정은 다음과 같다.
분말형태인 다이머(Dimer)를 증발기에 삽입하고, 온도를 약 80도 - 180도 사이의 범위에서 서서히 가열하면 분말 상태에서 가스상으로 증발되는데 여기서 증발된 다이머 입자는 이량체의 분자구조를 가지고 있다.
이렇게 증발된 다이머 입자는 약 650도 - 680도 정도로 가열된 열분해기를 거치게 되는데, 이 구간을 통과하는 이량체의 다이머 가스 입자(패럴린 모노머)는 단량체로 변환되고, 단량체로 변환된 다이머 입자(이하, 패럴린 모노머라 칭함)가 증착 챔버 내부로 확산되어 처리물 표면에 코팅이 이루어지게 된다.
즉, 상온의 진공 챔버내에서 Poly-para-Xylylene 필름이 중합체 형태로 처리물 표면에 코팅되는 것이다.
이러한 패럴린 코팅은 모재와 코팅 피막간의 밀착력이 빈약하여 미세한 스크래치나 충격에 의하여 피막이 분리되는 경향을 보이는 경우가 있다. 이런 문제를 해결하기 위해서 모재의 재질에 따른 패럴린 코팅 피막의 밀착력을 높일 수 있는 표면 처리 공정이 필수적이다.
이때 사용되는 표면 처리 공정은 플라즈마 처리, 실란제 처리, 프라이머 처리 등이 있으며, 일반적으로 실란제나 프라이머 처리는 담금, 스프레이, 진공 증발 등의 방법을 이용하고 여기에 사용되는 물질이 환경 오염 물질을 유발시키는 문제를 내포할 뿐만아니라, 인체에 유해한 성분을 내포하고 있기 때문에 전처리 과정의 주의가 필요하다. 진공 플라즈마 표면 처리법은 진공 중에 표면처리용 가스를 주입하여 전기장에 의해 이온화된 가스 입자를 이용하는 기술로써, 환경 친화적이고, 인체에 무해하므로 표면처리 시장에서 가장 하이테크 기술로써 인정을 받고 있다.
이러한 플라즈마 표면 처리를 위해서는 플라즈마 발생에 필요한 MW, RF, LF, DC 전원 장치와 플라즈마 반응에 필요한 산소(O2), 질소(N2), 수소(H2), 알곤(Ar), 4불화메탄(CF4) 등의 가스를 정량적으로 공급하기 위한 가스 공급 장치, 그리고 플라즈마 표면처리용 진공 챔버, 전극 및 진공 제어 펌프 등의 부품을 구비하는 별도의 플라즈마 표면처리 장치가 필요하다. 이는 패럴린 코팅장치와 플라즈마 장치가 별도로 존재하여 코팅 장비의 비용 상승뿐만 아니라 별도의 표면처리 장치의 확보에 따른 장치 공간상의 제약, 그리고 작업자의 플라즘바 표면처리후 패럴린 코팅장치에 다시 안착해야하는 비효율적인 작업을 해야하는 문제가 있었다. 특히 플라즈마 표면처리 후, 다시 패럴린 코팅 장치에 제품을 장착하함으로써, 기존의 습식 표면처리법인 에폭시, 실리콘, 우뢰탄, 테프론 코팅이 가지고 있는 한계점과 마찬가지로 제품 장착에 따른 얼룩발생, 먼지 발생 등의 문제로 제품의 신뢰도를 떨어뜨리는 문제를 내포하게 된다.
본 발명은 상술한 종래의 문제점을 해결하기 위해 제안되며, 플라즈마 장치를 패럴린 코팅 장치 내부에 일체화시켜 생산 설비의 제작 비용을 최소화하고, 생산설비의 부피를 줄여 공간성을 확보하며, 플라즈마 표면처리 공정과 패럴린 코팅 공정을 간소화하여 생산 공정 시간을 효율적으로 줄일 수 있는 플라즈마 일체형 패럴린 코팅장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시 예는, 패럴린 다이머 분말을 기화시켜 기체상의 다이머를 생성하는 증발기 및 증발히터; 가스유입관으로 유입되는 상기 기체상의 다이머를 열분해시켜 패럴린 모노머를 생성하는 열분해히터; 상기 패럴린 모노머를 내부로 확산시켜 안착된 모재 표면에 폴리머 상태로 증착하여 패럴린 고분자막을 형성하는 증착부로서의 진공챔버; 상기 진공챔버의 내측면에 원호상의 판으로 장착되며 플라즈마 전원발생부로부터 고주파 전원을 인가받는 플라즈마 전극과, 가스의 이온화를 위해 고주파 전원을 발생시키는 플라즈마 전원발생부와, 이온화되어 모재의 표면을 처리하는 가스를 공급하는 가스 컨트롤러가 구비된 것을 특징으로 하는 플라즈마 일체형 패럴린 코팅장치에 있어서, 상기 진공챔버의 내주 면에는 테프론 판이 장착된 것을 더 포함하며; 상기 플라즈마 전극은 상기 테프론 판의 전면에 부착된 고정 판전극과 상기 고정 판전극으로부터 분리가능한 다수개의 분리형 면전극으로 구비된 것을 특징으로 하는 플라즈마 일체형 패럴린 코팅장치를 제공한다.
상기 실시 예의 목적을 효과적으로 구현하기 위한 변형 예는, 상기 진공챔버에 형성되며 상기 패럴린 모노머가 유입되는 입구에는 상기 패럴린 모노머를 확산 분산시키는 확산판이 더 구비된 것이 효과적이다.
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상술한 본 발명의 구성에 따르면, 플라즈마 장치를 패럴린 코팅 장치 내부에 일체화시켜 생산설비의 비용을 최소화하고, 생산설비의 부피를 줄여 공간성을 확보하며, 플라즈마 표면처리 공정과 패럴린 코팅 공정을 한 챔버 내에서 연속적으로 진행함으로써, 패럴린 코팅 전체적인 공정 시간을 간소화하여, 생산 공정 시간을 획기적으로 줄일 수 있는 플라즈마 일체형 패럴린 코팅장치를 제공할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명에 따른 플라즈마 일체형 패럴린 코팅장치의 정면도를 도시한 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 플라즈마 일체형 패럴린 코팅장치의 평면도를 도시한 것이다.
도 3은 도 1의 A-A VIEW 면을 도시한 것이다.
이하, 본 발명에 따른 플라즈마 일체형 패럴린 코팅장치의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명에 따른 플라즈마 일체형 패럴린 코팅장치의 정면도를 도시한 것이고, 도 2는 본 발명에 따른 플라즈마 일체형 패럴린 코팅장치의 평면도를 도시한 것이며, 도 3은 도 1의 A-A VIEW 면을 도시한 것이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 플라즈마 일체형 패럴린 코팅장치(100)는 플라즈마 전원장치부(112), 증발기(113), 증발히터(114), 열분해히터(115), 가스유입관(116), 진공챔버(117), 진공펌프(118) 및 플라즈마 전극(119)을 포함하여 이루어진다.
좀 더 구체적으로는 상기 플라즈마 일체형 패럴린 코팅장치(100)는 하단에 진공펌프(118)가 내장되고 상단에는 증발기(113), 증발히터(114), 열분해히터(115)가 내장되며, 전면에는 플라즈마 전원발생부(112) 및 제어용 컴퓨터(111)가 장착되는 메인박스(110)와 메인박스(110) 측면으로는 베이스 테이블(124) 위에 안착되는 진공챔버(117)로 이루어진다.
플라즈마 전원장치부(112)는 RF 매칭박스(127)와 같이 결합되어 모재의 패럴린 코팅의 전처리 공정으로써, 플라즈마 표면처리를 위해 플라즈마를 발생시킨다. 플라즈마 전원은 RF 매칭박스(127)를 통해 플랜지전극(131)과 플라즈마 전극(119)으로 고주파 전원이 인가되고, 인가된 전원은 진공 챔버 내로 유입된 가스를 이온화시켜 플라즈마를 발생시키게 된다.
플라즈마 전원으로는 DC(Direct) Power, LF(Low Frequency) Power, MF(Middle Frequency) Power, RF(Radio Frequency) Power ,MW(MicroWave Power)등이 이용될 수 있으며, 플라즈마 전원 발생과 함께 진공챔버(117) 내부로는 가스 컨트롤러(MFC, Mass Flow Controller, 128)에 의해 정량적으로 공급되는 이온화될 가스가 가스 공급관(130)을 통해 공급된다.
플라즈마 처리는 산소(O2), 알곤(Ar), 질소(N2) 4불화메탄(CF4) 가스를 진공 상태에서 DC(Direct) Power, LF(Low Frequency) Power, MF(Middle Frequency) Power, RF(Radio Frequency) Power ,MicroWave Power 등을 이용하여 가스를 이온화시키고, 이온화된 가스가 모재 표면을 활성화시킨다.
증발기(113) 및 증발히터(114)에서는 분말 상태의 패럴린 다이머(Dimer)를 기화시킨다. 이 공정에서는 패럴린 다이머 분말을 진공하에서 약 80~180도의 온도로 가열하여 패럴린이 용융과정을 거치지 않고 곧바로 승화되도록 한다.
열분해히터(115)에서는 기화된 패럴린 다이머를 패럴린 모노머(Monomer)로 열분해하는 공정을 거친다. 이 공정에서는 기화된 패럴린 다이머를 가스유입관(116) 내부로 통과시키되 가스유입관(116) 외부에 권취된 전열코일(미도시)에 의해 약 650~680 정도의 열을 가하여 패럴린 모노머를 생성하는데, 이것은 완전히 열분해 되지 않은 패럴린 다이머가 제품 표면에 증착되는 경우 고분자막의 광특성을 포함한 여러 가지 특성이 저하되는 것을 방지하기 위한 것이다.
이후 생성된 패럴린 모노머를 진공챔버(117) 내부로 확산시키며, 이때 확산입구(132)와 확산판(129)을 통해 진공챔버(117) 내부에 안착된 모재 표면에 패럴린 고분자막으로 증착(합성)시킨다.
진공펌프(118)는 플라즈마 표면처리 전에 진공챔버(117) 내부를 모재를 삽입한 상태에서 진공시키게 된다. 이때 진공펌프(118)는 진공제어밸브(122) 및 진공배관(123)을 통해 진공챔버(117)의 측면과 연결된다.
진공챔버(117)는 원통형으로 형성되며, 전면에는 모재 삽입 및 인출을 위해 개폐가 가능한 챔버도어(120)가 힌지 결합되며, 베이스 테이블(124)에 장착되는 구조를 갖을 수 있다.
진공챔버(117) 내부에는 모재의 회전을 통해 패럴린 표면 코팅의 균일화를 도모할 수 있도록 모재가 안착되는 회전테이블(121)이 형성될 수 있으며, 회전테이블(121)은 하단의 회전모터(125)에 의해 회전되도록 구성될 수 있다.
본 발명에 따른 플라즈마 일체형 패럴린 코팅 장치는 패럴린 코팅 장치에 특별한 구조적 변화없이 진공챔버(117)내의 공간 효율을 극대화하면서 플라즈마 표면처리 효과를 높일 수 있는 플라즈마 전극의 설계 및 배치가 중요하다.
먼저 플라즈마 전극(119)으로는 플라즈마 영역의 확대를 위해 LF Power, MF Power, RF Power M/W Power중 하나를 플라즈마 전원으로 사용하며, 플라즈마 전극(119)은 원호형상으로 형성하여 진공챔버(117) 벽면에 밀착시킴으로써 공간 효율을 극대화시킨 구조를 갖는다.
플라즈마 전극(119)은 플랜지전극(주전극, 131)과 연결되며, 진공챔버(117)와 플라즈마 전극(119) 간의 절연을 확보하기 위하여 1 내지 5mm 정도의 두께를 가지는 테프론 판(126)을 진공챔버(117) 벽면과 플라즈마 전극(119) 사이에 설치된다.
플라즈마 전극(119)은 알루미늄 재질을 이용하여 알루미늄 고정 판전극(119a)으로 1차 고정하고, 코팅막의 분리 및 청소 등의 유지, 보수 관리의 효율성을 위하여 알루미늄 고정 판전극(119a) 위에 분리 가능한 알루미늄 분리형 면전극(119b)을 2 내지 10개 범위 내로 여러 개의 전극을 일렬로 배치하는 멀티 전극이 설치되는 구조를 갖는다.
이러한 구성을 갖는 본 발명에 따른 플라즈마 일체형 패럴린 코팅장치(100)의 모재 패럴린 코팅공정은 다음과 같이 이루어진다.
본 발명에 따른 플라즈마 일체형 패럴린 코팅장치(100)는 플라즈마 표면처리부, 증발부(Vaporizer), 열분해부(Pyrolysis), 증착부(Deposition)으로 구분될 수 있다.
플라즈마 표면처리부는 플라즈마 전원장치부(112), RF 매칭박스(127), 가스 컨트롤러(128) 및 플라즈마 전극(119)으로 이루어지며, 증발부는 증발기(113) 및 증발히터(114)로 이루어지고, 열 분해부는 열분해히터(115)와 가스유입관(116)으로 이루어지며, 증착부는 진공챔버(117), 진공펌프(118) 및 확산판(129)으로 이루어진다.
플라즈마 표면처리부는 플라즈마 전원장치부(112)와 RF 매칭박스(127)를 통해 플라즈마 전원 발생 및 매칭을 통해 플랜지 전극(131) 및 플라즈마 전극(119)으로 통전을 시키고 이와 함께 가스 컨트롤러(128)를 통해 반응가스가 공급되고 진공챔버(117) 내에서 반응가스가 균등하게 확산되어 플라즈마화가 촉진된다. 이에 따라 진공챔버(117) 내부에 안착된 모재는 플라즈마 표면처리 효과에 의해 표면처리가 이루어진다.
플라즈마 표면처리가 완료된 후, 증발부는 증발기(113) 내부에 패럴린 다이머 분말을 삽입시킨 상태에서 증발히터(114)에 의해 가열되어 패럴린 다이머 분말이 기화되어 기체상의 다이머를 생성한다.
열분해부는 기체상의 다이머를 가스유입관(116) 내부에 설치된 전열코일(미도시)에 의해 열분해시켜 패럴린 모노머를 생성한다.
증착부는 패럴린 모노머를 진공챔버(117) 내의 모재상에 폴리머 상태로 증착하여 패럴린 고분자막을 형성한다.
진공챔버(117)에는 패럴린 모노머가 확산되는 확산입구(132) 및 확산입구(132) 안쪽으로 확산판(129)을 구비함으로써, 확산판(129)을 통해 패럴린 모노머가 확산되는 확산입구를 중앙을 기준으로 넓게 퍼지게 하여 패럴린 모노머가 직접 모재에 닿아 코팅피막이 형성되는 것을 막고, 모재에 균일하게 패럴린 코팅막이 형성되도록 한다.
상술한 구성과 공정에 의해 플라즈마 표면처리 장치가 패럴린 코팅 장치 내에 장착되게 함으로써 작업 공정 이동에 따른 불순물의 혼입, 표면처리 후에 제품의 장착 등 별도의 공정이 필요로하는 번거로움을 없앨 수 있고, 패럴린 코팅 장치내에 플라즈마 장치를 구현함으로써 플라즈마 표면처리와 패럴린 코팅을 하나의 진공챔버내에서 한꺼번에 처리할 수 있게 된다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였지만, 상술한 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자가 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100 : 플라즈마 일체형 패럴린 코팅장치
110 : 메인박스 111 : 컴퓨터
112 : 플라즈마 전원발생부 113 : 증발기
114 : 증발히터 115 : 열분해히터
116 : 가스유입관 117 : 진공챔버
118 : 진공펌프 119 : 플라즈마 전극
119a : 고정 판전극 119b : 분리형 면전극
120 : 챔버도어 121 : 회전테이블
122 : 진공제어밸브 123 : 진공배관
124 : 베이스 테이블 125 : 회전모터
126 : 테프론판 127 : RF 매칭박스
128 : 가스 컨트롤러 129 : 확산판
130 : 가스공급관 131 : 플랜지전극
132 : 확산입구

Claims (3)

  1. 패럴린 다이머 분말을 기화시켜 기체상의 다이머를 생성하는 증발기 및 증발히터;
    가스유입관으로 유입되는 상기 기체상의 다이머를 열분해시켜 패럴린 모노머를 생성하는 열분해히터;
    상기 패럴린 모노머를 내부로 확산시켜 안착된 모재 표면에 폴리머 상태로 증착하여 패럴린 고분자막을 형성하는 증착부로서의 진공챔버;
    상기 진공챔버의 내측면에 원호상의 판으로 장착되며 플라즈마 전원발생부로부터 고주파 전원을 인가받는 플라즈마 전극과, 가스의 이온화를 위해 고주파 전원을 발생시키는 플라즈마 전원발생부와, 이온화되어 모재의 표면을 처리하는 가스를 공급하는 가스 컨트롤러가 구비된 것을 특징으로 하는 플라즈마 일체형 패럴린 코팅장치에 있어서,
    상기 진공챔버의 내주 면에는 테프론 판이 장착된 것을 더 포함하며;
    상기 플라즈마 전극은 상기 테프론 판의 전면에 부착된 고정 판전극과 상기 고정 판전극으로부터 분리가능한 다수개의 분리형 면전극으로 구비된 것을 특징으로 하는 플라즈마 일체형 패럴린 코팅장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 진공챔버에 형성되며 상기 패럴린 모노머가 유입되는 입구에는 상기 패럴린 모노머를 확산 분산시키는 확산판이 더 구비된 것을 특징으로 하는 플라즈마 일체형 패럴린 코팅장치.
  3. 삭제
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