KR101499983B1 - 금형장치 및 소결체를 형성하는 방법 - Google Patents

금형장치 및 소결체를 형성하는 방법 Download PDF

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Abstract

금형 장치 및 소결체를 형성하는 방법이 개시된다. 금형장치는 재료를 수용하는 고순도 금형; 고순도 금형의 주위를 둘러싸는 저순도 금형; 재료 상에 배치되는 상부 금형; 및 재료 아래에 배치되는 하부 금형을 포함한다.
금형, 몰드, 실리콘, 카바이드, 순도, 흑연, 소결

Description

금형장치 및 소결체를 형성하는 방법{MOLD APPARATUS AND METHOD OF FABRICATING SINTERING BODY}
실시예는 금형장치 및 소결체를 형성하는 방법에 관한 것이다.
실리콘 카바이드는 최근에 다양한 전자 소자 및 목적을 위한 반도체 재료로서 사용되고 있다. 실리콘 카바이드는 특히 물리적 강도 및 화학적 공격에 대한 높은 내성으로 인해 유용하다.
특히, 실리콘 카바이드는 반도체 재료로 사용되기 위해서, 소결체로 형성된다. 이러한, 소결체를 형성하기 위해서, 다양한 금형장치들이 사용된다.
이때, 이러한 소결체는 높은 순도를 가져야 한다.
실시예는 고순도의 소결체를 형성하기 위한 금형장치 및 소결체를 형성하는 방법을 제공하고자 한다.
실시예에 따른 금형장치는 재료를 수용하는 고순도 금형; 상기 고순도 금형의 주위를 둘러싸는 저순도 금형; 상기 재료 상에 배치되는 상부 금형; 및 상기 재료 아래에 배치되는 하부 금형을 포함한다.
실시예에 따른 소결체를 형성하는 방법은 홈이 형성된 고순도 금형, 상기 고순도 금형의 주위를 감싸는 저순도 금형 및 상기 홈 내측에 배치되는 상부 금형 및 하부 금형을 포함하는 소결 장치에서, 상기 홈 내측에 소결용 재료를 배치하는 단계; 상기 상부 금형 및 상기 하부 금형을 통하여, 상기 소결용 재료에 압력을 가하는 단계; 및 상기 소결용 재료에 열을 가하는 단계를 포함한다.
실시예에 따른 금형장치는 고순도 금형이 재료를 수용하고, 저순도 금형이 고순도 금형을 감싼다.
이에 따라서, 실시예에 따른 금형장치는 소결 공정과 같은 소결체 등을 형성하는 과정에서, 소결체 등에 불순물이 확산되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 저순도 금형은 고순도 금형의 강도를 보강하기 때문에, 실시예에 따른 금형장치는 실질적으로 고순도 금형만으로 금형장치가 형성될 때 보다 용이하게 제 조될 수 있다.
또한, 상부 금형 및 하부 금형은 재료와 접촉되는 고순도부를 포함하고, 이에 따라서, 소결용 재료에는 높은 순도의 흑연 등을 포함하는 금형 만이 접촉될 수 있다.
따라서, 실시예에 따른 금형장치는 고순도의 소결체 등을 용이하게 형성할 수 있다.
실시 예의 설명에 있어서, 각 금형, 부 또는 재료 등이 각 금형, 부 또는 재료 등의 "상(on)"에 또는 "아래(under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, "상(on)"과 "아래(under)"는 "직접(directly)" 또는 "다른 구성요소를 개재하여 (indirectly)" 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 각 구성요소의 상 또는 아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다. 도면에서의 각 구성요소들의 크기는 설명을 위하여 과장될 수 있으며, 실제로 적용되는 크기를 의미하는 것은 아니다.
도 1 은 실시예에 따른 금형 장치를 도시한 분해 사시도이다. 도 2는 실시예에 따른 금형장치를 도시한 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 금형 장치는 고순도 금형(100), 저순도 금형(200), 상부 금형(300) 및 하부 금형(400)을 포함한다.
상기 고순도 금형(100)은 소결체 등을 형성하기 위한 소결용 재료(10)를 수용한다. 상기 고순도 금형(100)은 상기 소결용 재료(10)의 주위를 둘러싼다. 상기 고순도 금형(100)에는 성형홈(110)이 형성되고, 상기 성형홈(110) 내측에 상기 소 결용 재료(10)가 배치된다.
상기 소결용 재료(10)는 비 산화물계 세라믹스 소결체를 형성하기 위한 재료이다. 상기 소결용 재료(10)의 예로서는 실리콘 카바이드(SiC) 등을 들 수 있다.
상기 성형홈(110)은 상기 고순도 금형(100)을 관통한다. 또한, 상기 성형홈(110)은 제 1 내주면(111)을 포함한다. 상기 제 1 내주면(111)은 상기 소결용 재료(10)의 외주면을 감싼다.
상기 고순도 금형(100)은 제 1 외주면(120)을 가진다. 상기 제 1 외주면(120)은 테이퍼진다. 즉, 상기 제 1 외주면(120)은 상기 제 1 내주면(111)에 대하여 경사진다.
상기 고순도 금형(100)은 상면(130) 및 바닥면(140)을 가진다. 특히, 상기 고순도 금형(100)은 상기 바닥면(140)을 가지기 때문에, 즉, 사다리꼴의 단면 형상을 가지기 때문에, 향상된 강도를 가진다. 이에 따라서, 상기 고순도 금형(100)은 상기 소결용 재료(10)에 압력이 가해질 때, 깨지지 않는다.
상기 고순도 금형(100)은 흑연으로 이루어진다. 더 자세하게, 상기 고순도 금형(100)은 고순도의 흑연으로 이루어진다. 예를 들어, 상기 고순도 금형(100)은 약 99.99% 내지 99.9999%의 순도의 흑연으로 이루어진다. 즉, 상기 고순도 금형(100)은 약 0.0001wt% 내지 약 0.01wt%의 불순물을 포함할 수 있다.
상기 저순도 금형(200)은 상기 고순도 금형(100)의 외측에 배치된다. 상기 저순도 금형(200)은 상기 고순도 금형(100)을 수용한다. 상기 저순도 금형(200)은 상기 고순도 금형(100)을 둘러싼다. 상기 저순도 금형(200)에는 삽입홈(210)이 형 성되고, 상기 삽입홈(210) 내측에 상기 고순도 금형(100)이 삽입된다.
상기 삽입홈(210)은 상기 저순도 금형(200)을 관통한다. 상기 삽입홈(210)은 제 2 내주면(211)을 가진다. 상기 제 2 내주면(211)은 상기 저순도 금형(200)을 감싼다.
상기 제 2 내주면(211)은 테이퍼진다. 즉, 상기 제 2 내주면(211)은 상기 저순도 금형(200)의 상면 또는 하면에 대하여 경사진다. 상기 제 2 내주면(211)은 상기 제 1 외주면(120)에 대응하는 형상을 가진다. 예를 들어, 상기 고순도 금형(100)이 상기 저순도 금형(200)에 삽입될 때, 상기 제 2 내주면(211) 전체는 상기 제 1 외주면(120)에 완전히 접촉될 수 있다.
또한, 상기 제 1 외주면(120) 및 상기 제 2 내주면(211)은 서로 접촉하기 때문에, 상기 고순도 금형(100)은 하방으로 유출되지 않는다.
상기 저순도 금형(200)은 흑연으로 이루어진다. 더 자세하게, 상기 저순도 금형(200)은 상기 고순도 금형(100)보다 더 낮은 순도의 흑연으로 이루어진다. 예를 들어, 상기 저순도 금형(200)은 약 90% 내지 99.9%의 순도의 흑연으로 이루어진다. 즉, 상기 저순도 금형(200)은 약 0.1wt% 내지 약 10wt%의 불순물을 포함할 수 있다.
상기 상부 금형(300)은 상기 소결용 재료(10) 상에 배치된다. 또한, 상기 상부 금형(300)의 일부는 상기 성형홈(110) 내측에 배치된다. 상기 상부 금형(300)의 제 2 외주면(301)은 상기 제 1 내주면(111)에 대응한다. 즉, 상기 상부 금형(300)은 상기 고순도 금형(100)에 접촉한다.
상기 상부 금형(300)은 제 1 고순도부(310) 및 제 1 저순도부(320)를 포함한다. 상기 제 1 고순도부(310)는 상기 소결용 재료(10) 상에 배치된다. 또한, 상기 제 1 고순도부(310)는 상기 소결용 재료(10)에 접촉한다. 상기 제 1 고순도부(310)의 바닥면은 평평할 수 있다. 이와는 다르게, 상기 제 1 고순도부(310)의 바닥면에는 패턴이 형성될 수 있다.
상기 제 1 고순도부(310)는 흑연으로 이루어진다. 더 자세하게, 상기 제 1 고순도부(310)는 고순도의 흑연으로 이루어진다. 예를 들어, 상기 제 1 고순도부(310)는 약 99.99% 내지 99.9999%의 순도의 흑연으로 이루어진다. 즉, 상기 제 1 고순도부(310)는 약 0.0001wt% 내지 약 0.01wt%의 불순물을 포함할 수 있다.
상기 제 1 저순도부(320)는 상기 제 1 고순도부(310) 상에 배치되며, 상기 제 1 고순도부(310)에 부착된다. 상기 제 1 저순도부(320)는 상기 제 1 고순도부(310)를 지지한다. 상기 제 1 저순도부(320) 및 상기 제 1 고순도부(310)는 일체로 형성될 수 있다.
상기 제 1 저순도부(320)는 흑연으로 이루어진다. 더 자세하게, 상기 제 1 저순도부(320)는 상기 제 1 고순도부(310)보다 더 낮은 순도의 흑연으로 이루어진다. 예를 들어, 상기 제 1 저순도부(320)는 약 90% 내지 99.9%의 순도의 흑연으로 이루어진다. 즉, 상기 제 1 저순도부(320)는 약 0.1wt% 내지 약 10wt%의 불순물을 포함할 수 있다.
상기 하부 금형(400)은 상기 소결용 재료(10) 아래에 배치된다. 또한, 상기 하부 금형(400)의 일부는 상기 성형홈(110) 내측에 배치된다. 상기 하부 금형(400) 의 제 3 외주면(401)은 상기 제 1 내주면(111)에 대응한다. 즉, 상기 하부 금형(400)은 상기 고순도 금형(100)에 접촉한다.
상기 하부 금형(400)은 제 2 고순도부(410) 및 제 2 저순도부(420)를 포함한다. 상기 제 2 고순도부(410)는 상기 소결용 재료(10) 아래에 배치된다. 또한, 상기 제 2 고순도부(410)는 상기 소결용 재료(10)에 접촉한다. 상기 제 2 고순도부(410)의 상면은 평평할 수 있다. 이와는 다르게, 상기 제 2 고순도부(410)의 상면에는 패턴이 형성될 수 있다.
상기 제 2 고순도부(410)는 흑연으로 이루어진다. 더 자세하게, 상기 제 2 고순도부(410)는 고순도의 흑연으로 이루어진다. 예를 들어, 상기 제 2 고순도부(410)는 약 99.99% 내지 99.9999%의 순도의 흑연으로 이루어진다. 즉, 상기 제 2 고순도부(410)는 약 0.0001wt% 내지 약 0.01wt%의 불순물을 포함할 수 있다.
상기 제 2 저순도부(420)는 상기 제 2 고순도부(410) 아래에 배치되며, 상기 제 2 고순도부(410)에 부착된다. 상기 제 2 저순도부(420)는 상기 제 2 고순도부(410)를 지지한다. 상기 제 2 저순도부(420) 및 상기 제 2 고순도부(410)는 일체로 형성될 수 있다.
상기 제 2 저순도부(420)는 흑연으로 이루어진다. 더 자세하게, 상기 제 2 저순도부(420)는 상기 제 2 고순도부(410)보다 더 낮은 순도의 흑연으로 이루어진다. 예를 들어, 상기 제 2 저순도부(420)는 약 90% 내지 99.9%의 순도의 흑연으로 이루어진다. 즉, 상기 제 2 저순도부(420)는 약 0.1wt% 내지 약 10wt%의 불순물을 포함할 수 있다.
또한, 실시예에 따른 금형장치는 상기 소결용 재료(10)에 열을 가하기 위한 열원 및 상기 소결용 재료(10)에 압력을 가하기 위한 프레스 장치 등을 포함한다.
상기 열원은 상기 저순도 금형(200) 외측에 배치되어, 상기 소결용 재료(10)에 간접적으로 열을 공급한다.
또한, 상기 프레스 장치는 상기 상부 금형(300) 및 상기 하부 금형(400)을 통하여, 상기 소결용 재료(10)에 압력을 가한다.
이에 따라서, 상기 소결용 재료(10)에 열 및 압력이 가해지고, 소결체가 형성된다.
이때, 상기 소결용 재료(10)는 상기 고순도 금형(100), 상기 상부 금형(300) 및 상기 하부 금형(400)에 둘러싸인다. 즉, 상기 소결용 재료(10)는 상기 고순도 금형(100), 상기 상부 금형(300) 및 상기 하부 금형(400)에 의해서 형성된 공간 내측에 배치된다.
더 자세하게, 상기 소결용 재료(10)는 상기 고순도 금형(100), 상기 제 1 고순도부(310) 및 상기 제 2 고순도부(410)에 의해서 둘러싸인다. 즉, 상기 소결용 재료(10)는 상기 고순도 금형(100), 상기 제 1 고순도부(310) 및 상기 제 2 고순도부(410)에만 접촉한다.
따라서, 상기 소결용 재료(10) 주위에는 고순도의 흑연만이 배치되므로, 상기 소결용 재료(10)에는 불순물이 거의 확산되지 않는다.
즉, 실시예에 따른 금형장치는 실리콘 카바이드 등과 같은 소결용 재료(10)를 사용하여, 고순도의 소결체를 형성할 수 있다.
이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
도 1 은 실시예에 따른 금형 장치를 도시한 분해 사시도이다.
도 2는 실시예에 따른 금형장치를 도시한 단면도이다.

Claims (9)

  1. 재료를 수용하는 고순도 금형;
    상기 고순도 금형의 주위를 둘러싸는 저순도 금형;
    상기 재료 상에 배치되는 상부 금형; 및
    상기 재료 아래에 배치되는 하부 금형을 포함하며,
    상기 고순도 금형, 상기 저순도 금형, 상기 상부 금형, 상기 하부 금형은 흑연으로 이루어지고,
    상기 고순도 금형은 경사지는 외주면을 포함하고,
    상기 저순도 금형은 경사지는 내주면을 가지는 삽입홈이 형성되며,
    상기 외주면 및 상기 내주면은 서로 대응되는 형상을 가지고,
    상기 상부 금형 및 상기 하부 금형을 통하여 상기 재료에 압력이 가해지고,
    상기 고순도 금형은 상기 저순도 금형보다 더 높은 순도를 가지는 금형장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 재료에 열이 가해지는 금형 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 상부 금형은 상기 재료에 인접하는 제 1 고순도부 및 상기 제 1 고순도부 상에 배치되어, 상기 제 1 고순도부를 지지하는 제 1 저순도부를 포함하며,
    상기 하부 금형은 상기 재료에 인접하는 제 2 고순도부 및 상기 제 2 고순도부 아래에 배치되며, 상기 제 2 고순도부를 지지하는 제 2 저순도부를 포함하는 금형장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 고순도 금형 및 상기 저순도 금형은 흑연으로 이루 어지며,
    상기 고순도 금형은 0.0001wt% 내지 0.01wt%의 불순물을 포함하고,
    상기 저순도 금형은 0.1wt% 내지 10wt%의 불순물을 포함하는 금형장치.
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 고순도 금형에는 내주면을 가지는 성형홈이 형성되며,
    상기 상부 금형은 상기 내주면에 대응하는 제 1 외주면을 포함하고,
    상기 하부 금형은 상기 내주면에 대응하는 제 2 외주면을 포함하는 금형장치.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
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