KR101486627B1 - 나노 박막을 코팅한 대전방지 기능을 갖는 시이트 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 대전방지 기능을 갖는 시이트에 관한 것으로, 대전방지 기능이 우수하면서도 내구성, 윤활성 및 화학적 비 반응성을 구비한 대전방지 시이트를 좀 더 단순한 공정시스템으로 제공하고자 하였다.
그에 따라 본 발명은, 폴리머 시이트에 나노사이즈 두께의 전도성 카본 박막을 코팅한 대전방지 시이트를 제공하며, 상기 대전방지 시이트를 제조함에 있어, 이온 건에 가열용 히터를 장착하고, 폴리머 시이트는 드럼에 감아 롤투롤 방식으로 전도성 카본 박막을 나노사이즈 두께로 증착하며, 폴리머 시이트의 내열성 한계를 감안하여 상기 드럼에 냉각장치를 설치하여 폴리머 시이트의 변성을 방지하였다.
이로 인하여 특성이 우수한 대전방지 시이트를 높은 생산성으로 제조할 수 있다.

Description

나노 박막을 코팅한 대전방지 기능을 갖는 시이트 및 그 제조방법{Anti-Static Sheet Coated with Nano Film And Manufacturing Method Thereof}

본 발명은 대전방지 기능을 갖는 시이트에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 대전방지 기능을 갖는 시이트를 새로운 물질을 이용하여 제조하는 신기술에 관한 것이다.

대전방지 기능을 갖는 시이트는 정전기에 치명적인 반도체 등의 전자부품을 보호하기 위한 시이트 또는 대전방지용 접착 테이프로 사용되고 있다. 또한, 대전방지 기능을 갖는 시이트는 먼지 등의 오염 물질의 흡착방지나 정전기 발생을 방지하기 위해 사용되고 있다.

종래의 대전방지 기능을 갖는 시이트 제작방법으로는, 진공장비를 이용한 PVD(Physical Vapor Deposition)방법으로 스퍼터 소스를 사용하여 금속 물질인 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 구리(Cu), 산화인듐(In₂O₃), 산화주석(SnO) 등을 일반 폴리머 시이트에 증착하여 전도성/정전기 소산(消散)성 시이트를 만드는 방법이 있다.

상기한 PVD 방법으로 제작되는 대전방지 기능을 갖는 시이트 제작 공정 도중 및/또는 제작 공정 종료 후 폴리머 시이트와 증착된 금속 박막의 접합력이 낮아 금속 박막이 떨어져 나와 대전방지 기능이 떨어지고 주변을 오염시키는 문제가 있 다.

대전방지 기능을 갖는 시이트의 또 다른 제작방법으로는, 계면활성제를 이용하는 방법이 있으며, 고분자 수지필름 표면에 계면활성제를 도포하는 외부 도포형과 고분자 수지 필름 제작 당시 대전방지용 계면활성제를 혼입하는 내부 혼입형이 있다. 전자의 경우 제조비용이 낮고 초기성능은 좋으나 대전방지 기능을 하는 계면활성제가 필름의 표면에 도포 된 관계로 대전방지기능의 지속성 및 내구성이 떨어지고 사용중 접촉된 다른 물질을 오염시키는 문제점을 지니고 있다.

내부 혼입형의 경우, 지속성 및 내구성이 전자보다는 뛰어나고 제조비용이 낮으며 제조공정도 간단하여 현재 많이 사용되는 방법이다.

그러나 지금까지 알려진 상기 대전방지 기능을 갖는 시이트들은 모두 초기성능은 좋지만 지속성이 나빠서 일정시간이 경과 하면 정전기 소산 효능을 상실하는 것이 문제이다.

또한, 상기 문제점들을 어느 정도 해소한 경우, 예를 들면, 금속 박막과 DLC(Diamond Like Carbon) 박막을 교대로 적층한 대전방지 시이트의 경우는 제조공정이 단순하지 않아 제조설비비와 공정실시에 드는 노력 등으로 제조단가가 올라가는 문제가 있다.

따라서 본 발명의 목적은 대전방지 기능이 우수하면서도 내구성, 윤활성 및 화학적 비 반응성을 구비하여 지속적으로 사용될 수 있는 새로운 대전방지 기능을 갖는 시이트 및 그 제조 방법을 좀 더 단순한 공정시스템으로 제공하고자 하는 것이다.

그에 따라 본 발명은, 폴리머 시이트에 나노사이즈 두께의 전도성 카본 층을 코팅한 대전방지 시이트를 제조하였다.

또한, 본 발명은 상기 대전방지 시이트를 제조함에 있어, 이온 건에 가열 용 히터를 장착하고, 폴리머 시이트는 드럼에 감아 롤투롤 방식으로 전도성 카본 층을 나노사이즈 두께로 증착하며, 폴리머 시이트의 내열성 한계를 감안하여 상기 드럼에 냉각장치를 설치하여 폴리머 시이트의 변성을 방지하였다.

또한, 본 발명은, 상기 대전방지 시이트의 저항은 10⁶ 내지 10¹⁰ Ω/sq.의 범위인 것을 특징으로 하는 대전방지 시이트를 제공할 수 있다.

또한, 본 발명은, 전도성 카본 층은 1 내지 50 nm 두께로 형성하는 것을 특징으로 하는 대전방지 시이트를 제공할 수 있다.

또한, 본 발명은,

진공 챔버;

상기 진공 챔버에 설치되는 이온 건;및

상기 이온 건에 의한 플라즈마에 의해 전도성 카본 층을 증착하고자 하는 폴리머 시이트를 감아 롤투롤 방식으로 공급하는 드럼;을 포함하고,

상기 이온 건은 가열용 히터가 장착되는 것을 특징으로 하는 대전방지 시이트 제조 시스템을 제공할 수 있다.

또한, 본 발명은, 상기 드럼에는 냉각장치가 설치되는 것을 특징으로 하는 대전방지 시이트 제조 시스템을 제공할 수 있다.

또한, 본 발명은, 진공 챔버 용 히터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 대전방지 시이트 제조 시스템을 제공할 수 있다.

또한, 본 발명은, 상기 이온 건 가열용 히터는 가스 공급부 가열용 히터와 플라즈마 발생영역을 향한 이온 건 전면부 가열용 히터를 포함하는 것을 특징으로 하는 대전방지 시이트 제조 시스템을 제공할 수 있다.

또한, 본 발명은,

진공 챔버 안에 폴리머 시이트를 드럼에 감아 롤투롤 방식으로 공급하고,

상기 폴리머 시이트에 전도성 카본 층을 증착하기 위하여 가열된 탄화수소를 공급하고,

플라즈마 발생원에 의해 진공 챔버 안에 플라즈마를 발생시키고,

상기 플라즈마를 이용하여 폴리머 시이트에 전도성 카본 층을 증착하되, 폴리머 시이트를 감은 드럼에 냉각장치를 설치하여 폴리머 시이트의 변성을 방지하며 폴리머 시이트에 전도성 카본 층을 증착하여 대전방지 시이트를 제조하는 것을 특징으로 하는 대전방지 시이트 제조 방법을 제공할 수 있다.

또한, 본 발명은, 상기 플라즈마 발생원은 이온 건으로 하고, 상기 이온 건에 히터를 장착하여 공급되는 탄화수소 가스를 가열하는 것을 특징으로 하는 대전방지 시이트 제조 방법을 제공할 수 있다.

또한, 본 발명은, 상기 진공 챔버 내 공정 진행 중 온도를 200 내지 500 ℃로 유지하는 것을 특징으로 하는 대전방지 시이트 제조 방법을 제공할 수 있다.

또한, 본 발명은, 상기 대전방지 시이트의 저항은 10⁶ 내지 10¹⁰ Ω/sq.의 범위인 것을 특징으로 하는 대전방지 시이트 제조 방법을 제공할 수 있다.

본 발명에 따르면, 이온 건에 장착된 히터에 의해, 고온으로 가열된 가스가 공급되고 고온에서 플라즈마가 생성되어 전도성이 10⁶ 내지 10¹⁰ Ω/□의 저항을 갖는 대전방지 기능을 갖는 전도성 카본 박막을 폴리머 시이트 표면에 나노사이즈 두께로 증착함으로써, 종래 다층 박막으로 구현하던 전도성 박막에 비해 간편한 공정으로 더 우수한 물성을 갖는 대전방지 시이트를 제조할 수 있다.

본 발명은 롤투롤 방식을 사용하여 생산성이 좋으며, 이에 따라 폴리머 시이트를 드럼에 감아 드럼을 회전시키면서 공정을 진행하는 한편, 상기 드럼에 냉각장치를 설치함으로써 고온 공정에도 불구하고 폴리머 시이트의 변성을 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명에서 사용하는 증착 시스템의 개요도로서, 히터가 장착된 이온 건과 냉각 장치가 설치된 드럼에 폴리머 시이트를 감아 증착 공정을 실시하는 것을 나타낸다.
도 2는 본 발명의 이온 건에 대해 좀 더 상세한 구성을 나타낸 단면도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 제조되는 대전방지 시이트의 층상 구성을 나타내는 단면도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.

먼저, 도 1을 참조하여 본 발명의 전체적인 박막 증착 시스템을 살핀다.

본 발명에서 폴리머 시이트(100)에 전도성 카본 층(200)을 증착할 이온 건(200)에 히터(300, 400)를 장착하는 것은 주요 특징 중 하나이다. 즉, 이온 건(200)의 가스 공급부에 히터(300)를 장착하여 공급되는 탄화수소 가스를 고온으로 가열하여 활성화시키며, 이온 건(200) 전면에도 히터(400)를 설치하여 플라즈마 발생영역 쪽도 가열하여 플라즈마 필드(feild)에 의한 이온의 운동을 더욱 활성화시키도록 구성한 것이다.

또한, 챔버(미 도시) 내부의 온도를 전체적으로 올리기 위한 챔버 가열용 히터(미 도시)를 별도로 더 설치할 수도 있다.

이와 같은 고온 환경은 탄화수소 가스를 분해 및 활성화시켜 플라즈마에 의한 전도성 카본 층의 형성을 돕게 되나, 모재가 되는 폴리머 시이트(100)의 경우 열에 취약하여 변성가능성이 있으므로, 이를 보완할 필요가 있다. 그에 따라 본 발명은 폴리머 시이트(100)를 감는 드럼에 냉각장치를 설치하여 고온 공정에서도 폴리머 시이트(100)가 변성되지 않도록 하였다. 냉각장치는 드럼 내부표면을 따라 냉각수를 흘리거나, 냉각 기체를 흘려주는 방식으로 구현할 수 있다.

상기와 같이 이온 건(200)을 이용한 박막 증착에서 모재를 드럼에 감아 회전공급하는 롤투롤(Roll to Roll) 방식을 이용함으로써 생산성을 매우 높일 수 있다.

도 2는 본 발명의 증착 공정에 사용되는 이온 건(200)의 구조를 상세히 나타내었다. 애노드(210)와 캐소드(220) 및 마그넷(magnet)을 설치한 자기강화 이온 건(200)은 고밀도 고에너지 플라즈마 발생을 가능하게 하며, 이로 인하여 공급되는 탄화수소로부터 수소 분율을 억제하고, sp², sp³ 결합이 포함되어 전도성을 갖는 카본 층을 형성할 수 있게 한다. 이러한 전도성 카본 층(110)은 이른바, 전도성 DLC로 불리 울 수도 있으나, 고유한 DLC와는 달리 흑연 상 카본이 포함되어 대전방지에 충분한 전도성(정전기 소산성으로 칭하기도 한다)을 구비하게 된다.

이하, 도 3과 같은 구성의 대전방지 시이트의 제조공정을 상세히 설명한다.

1) 본 실시예에 사용한 PI, PET 등의 필름은 본래 정전기를 띄고 있는 폴리머 시이트(100)이며, 전도성 카본 층(110) 증착 공정 전에 IPA(이소프로필알코올)를 사용해 폴리머 시이트(100)에 흡착된 먼지제거를 위해 세척하는 것이 바람직하나 이 공정은 생략할 수 있다.

2) 세척한 폴리머 시이트(100)는 냉각장치가 설치된 드럼에 감아 반응 챔버 내에 장입하여 지그에 고정한 후 반응 챔버를 10^-1 내지 10^-6 torr로 진공화하였다.

3) 폴리머 시이트(100) 표면에 존재할 수 있는 산화막 등의 오염 물질을 제거하고 폴리머 시이트(100) 표면을 활성화시켜 원하는 박막의 증착을 용이하게 하기 위해 아르곤이온(Ar⁺), 산소이온, 질소이온 중 하나 이상의 이온을 사용하여 표면 오염물을 제거하는 클리닝 공정을 수행하였다.

상기 클리닝 공정 조건은 폴리머 시이트(100)의 장입량과 오염 정도에 따라 변화될 수 있으나 보통 300 내지 2500 V의 전압을 이온 건의 전원공급부를 통해 인가하여 1 분 미만의 단시간 동안 행한다.

4) 다음, 전도성 카본 층(110)을 폴리머 시이트(100) 위에 증착하기 위해, 이온 건(200)에 CH₄, C₂H₂, C₆H₆, C₄H₁₀ 와 같은 탄화수소 가스를 공급하고 300 내지 2500 V의 전원을 상기 이온 건에 인가하여 카본 플라즈마를 발생시킨다. 이때 플라즈마를 고밀도화하기 위하여 아르곤 등의 비활성 가스를 함께 주입할 수 있으며, 공정 압력은 10^-1 내지 10^-5 Torr로 유지되게 한다. 또한, 폴리머 시이트(100)에 증착되는 이온들의 에너지를 제어하고 축적되는 전하를 방전시키기 위해 상기 폴리머 시이트(100)가 감긴 드럼에 50 내지 350 KHz 주파수의 -50 내지 -200 V의 전압을 인가한다. 인가되는 전압은 직류전압(DC)일 수도 있고 전압인가로 인해 증착 공정의 효율이 향상되나 반드시 필요한 것은 아니고 장비 및 공정 단순화를 위해 생략할 수 있다.

또한, 상기 드럼에는 냉각장치를 설치하여 냉각수 또는 냉매가스를 흘려, 챔버 내 온도 또는 이온 건(200) 주변의 고온(200 내지 500℃)에도 불구하고, 폴리머 시이트(100)의 온도는 150℃ 이하의 온도를 유지시켜 변성을 방지하였다.

이와 같은 온도 분포의 이중구조로 인하여 원하는 전도성 카본 층(110) 형성에 필요충분한 에너지 공급과 더불어 모재의 취약한 내열성이 문제되지 않아 전도성 카본 층의 활용범위를 넓힐 수 있다.

상기 전도성 카본 층(110)의 두께는 1 내지 100 nm 두께, 바람직하게는 1 내지 50nm 두께로 증착하는 것이 물질의 특성 발휘 및 생산성 측면에서 적절하다.

상기와 같은 공정을 통해 제작된 대전방지 기능을 갖는 포장재의 저항은 10¹⁰ Ω/sq.이하로 정전기 소산성을 갖는다.

특히, 본 발명자들은 본래 100 ℃ 정도 온도를 갖는 이온 건(200)에 히터(300, 400) 및 챔버 히터의 동작으로 이온 건 주변의 공정 온도를 200℃ 내지 500℃ 범위에서 50℃ 간격으로 상승시켜가며 실험한 결과, 온도 상승에 따라 점차 정전기 소산성이 향상되는 점을 발견하였다. 이는 가열로 인한 가스의 전리도 증가 및 증착 시 원자 배열 변화로 인한 수소 분율 저하 및 흑연 상 카본의 증가가 원인으로 추측되며, 온도 범위를 더 넓힐 경우, 그에 따라 대전방지 시이트의 저항은 10⁶ 내지 10¹⁰ Ω/sq.의 범위를 가질 수 있음을 알 수 있다.

본 발명의 권리는 위에서 설명된 실시예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.

100: 폴리머 시이트
110: 전도성 카본 층
200: 이온 건
210: 애노드
220: 캐소드
300, 400: 히터
500: 드럼

Claims (10)

1. 200 내지 500℃의 고온의 공정온도를 유지하되, 폴리머 시이트의 온도는 냉각장치를 이용하여 150℃ 이하의 온도를 유지시키는 이중온도분포를 형성한 제조공정을 이용하여, 상기 고온 공정을 통해 코팅층 형성을 위해 공급되는 탄화수소로부터 수소 분율을 억제하고, sp², sp³ 결합이 포함되어 전도성을 갖는 흑연 상 카본 층을 1 내지 50 nm 두께로 폴리머 시이트에 코팅하여 폴리머 시이트 저항이 10⁶ 내지 10¹⁰ Ω/sq.의 범위로 되게 한 것을 특징으로 하는 대전방지 시이트.
   
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4. 진공 챔버;
   상기 진공 챔버에 설치되는 이온 건;및
   상기 이온 건에 의한 플라즈마에 의해 전도성의 흑연 상 카본 층을 증착하고자 하는 폴리머 시이트를 감아 롤투롤 방식으로 공급하는 드럼;을 포함하고,
   상기 이온 건은 가스 공급부 가열용 히터와 플라즈마 발생영역을 향한 이온 건 전면부 가열용 히터가 장착되어 가스 공급부에서 공급되는 탄화수소 가스를 고온으로 가열하여 전도성 흑연 상 카본 층이 폴리머 시이트에 증착되게 하고, 상기 드럼에는 냉각장치가 설치되어 폴리머 시이트의 변형을 방지하여 폴리머 시이트가 정전기 소산성을 나타내게 하는 것을 특징으로 하는 대전방지 시이트 제조 시스템.
   
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7. 진공 챔버 안에 폴리머 시이트를 드럼에 감아 롤투롤 방식으로 공급하고,
   상기 폴리머 시이트에 전도성의 흑연 상카본 층을 증착하기 위하여 가열된 탄화수소를 공급하며, 진공 챔버 내 공정 진행 중 온도를 200 내지 500 ℃로 유지하고,
   플라즈마 발생원에 의해 진공 챔버 안에 플라즈마를 발생시키고,
   상기 플라즈마를 이용하여 폴리머 시이트에 전도성 카본 층을 증착하되, 상기 플라즈마 발생원은 이온 건으로 하고, 상기 이온 건에 히터를 장착하여 공급되는 탄화수소 가스를 가열하고,
   폴리머 시이트를 감은 드럼에 냉각장치를 설치하여 폴리머 시이트의 변성을 방지하며 폴리머 시이트에 전도성 카본 층을 증착하여, 저항이 10⁶ 내지 10¹⁰ Ω/sq.의 범위가 되는 대전방지 시이트를 제조하는 것을 특징으로 하는 대전방지 시이트 제조 방법.
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
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