KR101582081B1 - 고속 증착이 가능한 상온 화학증착장치 및 그 증착방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 초기기동이 가능한 예열온도를 유지할 수 있도록 제어하여 연속적인 증착작업을 도모함은 물론 작업소요시간을 효율적으로 줄임을 제공하도록, 피착제 표면에 화학증착원료를 중합하여 방수나 절연 또는 변색방지를 위한 코팅 피막을 형성하도록 기화로 및 분해로, 진공증착챔버, 칠러트랩, 진공펌프를 포함하여 구성되는 상온 화학증착장치에 있어서, 상기 기화로 및 상기 분해로에 각각 설치되고 내부에 수용된 화학증착원료를 가열가능하게 승온시키는 제1가열기 및 제2가열기와; 상기 제1가열기 및 상기 제2가열기에 따른 상기 기화로 및 상기 분해로의 온도를 각각 구분하여 측정가능하도록 구비되고 상기 기화로 및 상기 분해로에 각각 설치되는 온도측정부와; 상기 진공증착챔버에 설치되고 상기 진공펌프로부터 생성되는 진공값을 측정가능하게 형성되는 진공측정부와; 상기 온도측정부와 상기 진공측정부에서 측정된 온도 및 진공값을 표시하는 디스플레이창과, 상기 제1가열기 및 상기 제2가열기의 작동은 물론 상기 진공펌프에 예비전원 및 주전원을 인가하는 복수 개의 전원버튼으로 구성되는 컨트롤박스와; 상기 컨트롤박스 내에 장착되고 상기 온도측정부와 상기 진공측정부로부터 입력되는 신호에 따라 상기 제1가열기 및 상기 제2가열기와 상기 진공펌프에 제어신호를 인가하는 제어부;를 포함하고, 상기 제어부는 상기 컨트롤박스로부터 예비전원이 인가되면 상기 제1가열기 및 상기 제2가열기를 각각 설정온도까지 예비가열하되 예열상태를 유지가능하게 제어하는 고속 증착이 가능한 상온 화학증착장치를 제공한다.

Description

고속 증착이 가능한 상온 화학증착장치 및 그 증착방법 {Chemical Vapor Deposition System for High Speed Deposition and Method Thereof}

본 발명은 고속 증착이 가능한 상온 화학증착장치 및 그 증착방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 초기기동이 가능한 예열온도를 유지할 수 있도록 제어하여 연속적인 증착작업을 도모함은 물론 작업소요시간을 효율적으로 줄일 수 있는 고속 증착이 가능한 상온 화학증착장치 및 그 증착방법에 관한 것이다.

최근 신소재 개발의 일환으로 각종 소재가 박막의 형태로 여러 가지 목적에 응용되게 되었고, 기능성으로서 경도, 내부식성, 열전도성, 방수성능 등이 요구되거나 전기적, 광학적 성질을 중요시하는 경우가 첨단산업 기술면에 크게 부각되고 있다.

이러한 박막형성 기술의 대표적인 방법으로는 화학증착장치(CVD ; Chemical Vapor Deposion)와 물리증착장치(PVD ; Physical Vapor Deposion)로 크게 나눠지고 있으며 CVD방식에 의한 박막형성은 PVD방식에 비하여 고속입자의 기여가 작기 때문에 기판 표면의 손상이 적은 잇점이 있으므로 많이 사용되어 지고 있으며 국제적으로도 더욱 기술개발을 서두르고 있는 분야이기도 하다.

화학증착(CVD)은 기체상태의 화합물을 가열된 모재 위에 증착시키는 방법이며, 최근에는 보다 많은 기술의 개발로 상온 상태의 모재 표면 위에 반응시켜서 생성물을 표면에 증착시키기도 한다.

화학증착(CVD)은 현재 상업적으로 이용되는 박막제조기술로서 가장 많이 활용되고 있으며, 특히 반도체 집적회로의 생산공정에서는 매우 중요한 단위공정이다. 그 이유는 화학증착이 높은 반응온도와 복잡한 반응경로 그리고 대부분의 사용기체가 매우 위험한 물질이라는 단점에도 불구하고 여러 가지 고유한 장점들을 가지고 있기 때문이다.

화학증착(CVD)의 강점으로는 첫째 융점이 높아서 제조하기가 어려운 재료를 융점보다 낮은 온도에서 용이하게 제조할 수 있고, 둘째 순도가 높으며, 셋째 대량생산이 가능하여 비용이 물리적 증착에 비해 적게 들고, 여러 가지 종류의 원소 및 화합물의 증착이 가능하며, 공정조건의 제어범위가 매우 넓어서 다양한 특성의 박막을 쉽게 얻을 수 있을 뿐만 아니라 좋은 단차피복(STEPCOVERAGE)을 갖는 등의 특성이 있기 때문이다.

화학증착(CVD)은 진공실내에 채워진 가스가 높은 온도로 가열되거나 혹은 상온 상태인 피증착물의 표면부근 또는 표면상에서 화학반응을 일으키고 이때 생성된 고상의 물질이 피처리물 표면에 부착되도록 하는 것이다.

한편, 최근 들어 전자제품의 다양한 기술 개발에 힘입어 우리 일상생활에 폭 넓게 적용되어 지고 있으며, 이들 중 대다수가 전기, 전자적 부품 또는 회로로 구성되어 있으나 습기나 물에 의한 침수에 무방비상태로 제품이 출시되고 있는 실정이다.

또한, 이러한 다양한 전자제품의 개발과 함께 다른 한편으로는 이들 제품의 방수 성능을 보완하기 위한 기술개발이 이루어지고 있는데, 그 중 대표적인 기술이 다이머(Dimer)라 불리우는 고분자유기화합물을 화학증착 방식에 의해 전자제품 PCB기판 표면에 얇게 코팅하는 방법이다.

이처럼 PCB기판에 직접 방수성능을 갖는 고분자유기화합물인 다이머를 코팅하기 위해서는 피처리물인 PCB기판을 고온으로 가열하지 못하기 때문에 통상적으로는 상온 진공챔버 속에서 증착이 이루어지는 방식을 사용하고 있다.

상온 화학증착법은 피처리물 자체에 직접 열을 가하지 않은 상태에서 증착 코팅이 이루어지기 때문에 열에 민감한 많은 전자제품 구성품에 빠르게 적용되어 지고 있다. 일례로 야외전광판용 LED실장 PCB기판, 전자코어류, 의료용기기, 희토류자석, PDP, 고무제품, 마이크로머신 등에 폭 넓게 적용되고 있다.

상기와 같은 상온형 화학증착장비의 일반적인 구조는 다음 그림에 나타낸 바와 같이, 기화로 및 분해로, 증착실, 냉각기, 진공펌프의 구조로 이루어져 있으며, 모두 하나의 통로로 연결되어 최종 단계인 진공펌프가 가동되기 시작하면 모든 영역에서 진공 상태가 만들어지는 구조로 구성되어 있다.

상기 그림에서 기화로 내부에 투입된 다이머 재료는 통상 120~180℃ 범위에서 기화되어 분해로로 넘어가게 되는데 분해로에서는 기화된 폴리머(Polimer) 상태의 다이머(Dimer)가 통상 650~700℃ 부근에서 단분자 형태인 모노머(Monomer)로 바뀌게 된다.

가스 형태의 모노머 단분자는 상온의 증착실(Chamber)에서 피처리물의 표면에 끊임없이 부딪치고 떨어져 나오는 과정을 반복하게 되는데 문헌상으로는 표면에 부딪치는 단분자의 경우 1% 이하의 확률로 아주 서서히 컨포멀(Conformal) 코팅 증착이 이루어진다고 알려져 있다.

상기 그림의 최우측에 설치된 진공펌프가 장비 가동중 내내 진공을 만들어주기 때문에 전체적인 원료물질의 흐름은 기화로-분해로-증착실-칠러트랩(냉각기)-진공펌프의 통로를 따라 이루어지게 되어 있다.

상기와 같은 구조의 상온형 화학증착 장비에 관한 기술개발현황을 살펴보면, 한국특허공개공보 제38920호(2009.04.21.)에는 증착 원료를 기화시키는 기화부, 기화딘 증착 원료를 열분해하는 분해로, 및 열분해된 증착 원료를 중합하여 피착제 표면에 코팅 피막을 증착하는 중합 챔버를 포함하고, 기화부와 분해로와 중합 챔버는 내열성의 배관에 의해 연결되며 기화부와 분해로 사이에는 개폐밸브가 설치되어 있으며, 중합 챔버는 진공배관에 의해 냉각트랩을 통하여 진공장치에 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착장치 및 화학 기상 증착방법이 공지되어 있으며, 미국공개특허 US5709753A 및 미국특허공보 US6406544B1에도 동일한 장치가 공지되어 있다.

그러나, 종래 상온형 화학증착 장비에서는 증착실로 넘어온 단분자의 모노머는 피증착물에 100% 모두 증착 코팅이 이루어지지 못하고 진공펌프 쪽으로 일부분이 넘어가게 되는데, 통상 10~20% 정도가 사용되지 못하고 진공펌프로 넘어가게 되면, 이 과잉의 다이머는 진공펌프 속으로 들어가 일차적으로 펌프배관 내부에 코팅이 되거나 더 나아가서는 진공펌프 내 오일을 오염시켜 결국 진공효율을 급속히 떨어뜨리게 된다는 문제가 있었다.

또한, 코팅 작업속도가 빠를수록 증착실로 들어가는 모노머의 양이 많게 되어 결국 진공펌프로 넘어가는 양도 비례적으로 많아지게 되고, 피증착물의 투입량이 많아져서 원재료인 다이머의 투입량도 많아지게 된다면 역시 마찬가지로 진공펌프로 넘어가는 양도 많아지게 되는 것은 당연하다 하겠다.

이러한 과잉의 모노머를 진공펌르로 넘어가지 못하게 하기 위해 사용하는 방법이 통상적으로 중간에 냉각기를 설치하는데, 약 영하 50~120 도씨로 연속적으로 냉각되고 있는 냉각기 내부를 통과하는 모노머는 급격한 온도 저하로 빠르게 석출되어 냉각기 표면에 조대한 폴리머 형태로 석출되게 되면, 통상업계에서는 냉각기로 넘어오는 모노머의 95% 정도가 석출이 되고 일부 소량이 냉각기 내벽에 석출되거나 진공펌프로 넘어가는 것으로 알려져 있다.

결국, 투입되는 다이머의 약 1% 미만이 진공펌프로 넘어가 진공펌프 오일에 섞이는 것으로 알려져 있다. 즉 냉각기를 설치했음에도 불구하고 냉각기 펌프오일은 일정시간 사용 후 오일 교체가 필요하게 된다.

따라서, 진공펌프로 넘어간 모노머로 인해 오일교체 주기가 짧아지거나 더 나아가서는 진공펌프를 파손시키게 되므로 이를 방지하기 위하여 진공펌프 전단에 냉각기를 설치하여 냉각기 내부를 통과하는 모노머가 급격히 온도가 낮아진 냉각체 표면을 만나게 되면서 그 표면에 석출되도록 하여 진공펌프를 보호하고 있으나, 이러한 극저온의 냉각기는 프레온 냉매 사용이 금지되면서 헬륨과 액체질소를 사용하는 고가의 장비구조로 바뀌게 됨에 따라 설치비용도 고가여서 장비의 제작비용을 높이고, 또한 전력소모도 많아 유지비용의 상당부분을 차지하고 있게 되므로 설비축소의 불가능 및 경제성에 심각한 문제점이 있었다.

그리고 통상의 화학증착장치(CVD)는 투입된 재료가 기화로에서 폴리머 상태로 기화된 후 분해로에서 모노모 형태의 단분자 상태로 바뀔 수 있게 가열하는 가열기가 각각 장착되는데, 이러한 증착작업에서는 적정 진공값의 유지와 함께 가열기에 의한 기화로 및 분해로의 차별화된 온도 구역의 영향으로부터 작업에 의한 증착 품질이 크게 달라지므로 진공값과 온도에 따른 제어 여부가 매우 중요하게 요구된다. 즉 필요 온도대역이 크게 다른 기화로 및 분해로의 가열기로부터 2~10단계의 승온단계를 거쳐 작업이 진행되고 있으며, 이는 기화로 및 분해로가 각각 작업에 필요한 설정온도까지 동 시간대에 도달하기 위해서 각각의 승온속도를 조절하기 위함이며 가열과정에서 발생되는 히터의 오버슈팅현상을 최소화하기 위함이다.

그러나 종래의 화학증착장치(CVD)의 경우에는 나노단위의 코팅물질을 마이크론 단위로 제어하는 고품질의 제품을 생산하는 장치구조에서 진공값과 가열기에 의한 기화로 및 분해로의 가열온도는 일차적인 품질을 크게 좌우하기 때문에 이들 조건을 최적화하기 위한 작업 준비시간이 길어져 작업시간(소형장비 1~2시간, 대형장비 5~6시간)이 많이 소요된다는 문제가 있었다.

또한 종래에는 각 피라미터의 조건을 오래된 숙련작업자의 경험에 의해 임의 조정해야 하는 이유로 인해 이들 코팅작업은 전문화된 회사의 공장 내에서만 주문생산 방식으로 이루어지고 있게 때문에 일반점포 내에서 스마트폰 내부의 방수코팅이나 악세사리 제품의 변색방지코팅처럼 수시로 고객의 요청에 의해 실시간으로 작업을 해야하는 소매상 형태의 매장에서는 고객의 요구를 즉시 대응해주기 어렵다는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 기화로 및 분해로에 대해 재료의 화학반응이 일어나기 직전의 온도까지 가열기로부터 상시가열된 상태를 유지하도록 구성하여 제품을 품질을 높이면서 전반적인 작업시간을 최소화함은 물론 고속 증착작업을 도모하고 실시간으로 작업이 가능하여 장비를 실용화할 수 있는 고속 증착이 가능한 상온 화학증착장치 및 그 증착방법을 제공하는데, 그 목적이 있다.

뿐만 아니라 본 발명은 진공펌프의 전단에 모노머를 증착 석출시킬 수 있는 수단을 구성하므로 냉각설비가 불필요하여 제작비용을 절감하고 진공펌프에 의한 진공효율을 향상시킬 수 있는 고속 증착이 가능한 상온 화학증착장치 및 그 증착방법을 제공하기 위한 것이다.

본 발명이 제안하는 고속 증착이 가능한 상온 화학증착장치는 피착제 표면에 화학증착원료를 중합하여 방수나 절연 또는 변색방지를 위한 코팅 피막을 형성하도록 기화로 및 분해로, 진공증착챔버, 칠러트랩, 진공펌프를 포함하여 구성되는 상온 화학증착장치에 있어서, 상기 기화로 및 상기 분해로에 각각 설치되고 내부에 수용된 화학증착원료를 가열가능하게 승온시키는 제1가열기 및 제2가열기와; 상기 제1가열기 및 상기 제2가열기에 따른 상기 기화로 및 상기 분해로의 온도를 각각 구분하여 측정가능하도록 구비되고 상기 기화로 및 상기 분해로에 각각 설치되는 온도측정부와; 상기 진공증착챔버에 설치되고 상기 진공펌프로부터 생성되는 진공값을 측정가능하게 형성되는 진공측정부와; 상기 온도측정부와 상기 진공측정부에서 측정된 온도 및 진공값을 표시하는 디스플레이창과, 상기 제1가열기 및 상기 제2가열기의 작동은 물론 상기 진공펌프에 예비전원 및 주전원을 인가하는 복수 개의 전원버튼으로 구성되는 컨트롤박스와; 상기 컨트롤박스 내에 장착되고 상기 온도측정부와 상기 진공측정부로부터 입력되는 신호에 따라 상기 제1가열기 및 상기 제2가열기와 상기 진공펌프에 제어신호를 인가하는 제어부;를 포함하고, 상기 제어부는 상기 컨트롤박스로부터 예비전원이 인가되면 상기 제1가열기 및 상기 제2가열기를 각각 설정온도까지 예비가열하되 예열상태를 유지가능하게 제어하도록 이루어진다.

상기 제어부에서는 상기 컨트롤박스로부터 예비전원의 입력신호가 인가되면 상기 제1가열기에는 가동상태로 변경하는 제어신호를 인가하여 상기 기화로가 예열설정온도인 30~80℃로 가열토록 유지하는 동시에 상기 제2가열기에도 가동상태로 변경하는 제어신호를 인가하여 상기 분해로가 예열설정온도인 100~600℃로 가열토록 유지한다.

상기 제어부에서는 예열상태에서 상기 컨트롤박스로부터 주전원의 입력신호가 인가되면 상기 진공펌프가 가동하되 상기 진공측정부로부터 입력되는 측정값이 설정값(20~100mtorr) 이하이면 상기 제2가열기 및 상기 제1가열기에는 가열상태로 가동하는 제어신호를 순차적으로 인가하며, 상기 온도측정부로부터 입력되는 상기 제2가열기에 의한 상기 분해로의 온도가 설정값(600~650℃) 이상으로 도달하였을 때 상기 제1가열기를 가열상태로 가동하는 제어신호를 인가하여 승온상태를 유지하도록 이루어진다.

또한 본 발명은 상기 기화로의 한쪽 측방에 설치되고 상기 기화로를 냉각가능하도록 상기 제1가열기를 향해 송풍하는 냉각팬을 더 포함하여 구성하는 것도 가능하다.

상기 제어부에서는 상기 진공증착챔버의 진공값이 떨어지면서 작업종료에 따른 장비의 구동정지를 알리는 신호가 입력되면 상기 냉각팬에 가동상태로 변경하는 제어신호를 인가하여 냉각상태를 유지하도록 이루어진다.

상기 제어부에서는 상기 컨트롤박스의 전원버튼 중 정지버튼을 짧게 누르는 신호가 입력되면 상기 냉각팬이 가동정지상태로 변경하는 제어신호를 인가하고, 상기 컨트롤박스의 전원버튼 중 정지버튼을 길게 누르는 신호가 입력되면 상기 냉각팬이 재가동상태로 변경하는 제어신호를 인가하여 상기 냉각팬에 의한 냉각속도를 수동으로 설정할 수 있도록 이루어진다.

또한 본 발명은 상기 칠러트랩 대신에 상기 진공펌프의 전단에 위치하고 스펀지 형태의 메쉬 뭉치를 적층 충진시킨 모노머 증착 석출 관형 필터트랩으로 이루어진다.

상기 필터트랩은 내부에 빈 공간을 갖는 원기둥형상을 이루며 상부에 상기 진공증착챔버와 연통한 구조의 유입구 및 하단에 상기 진공펌프와 연통한 구조의 유출구를 구비하는 트랩챔버와, 상기 트랩챔버 내에 구비되고 스펀지 형태의 메쉬 뭉치로 형성되는 메쉬필터망으로 구성한다.

상기 트랩챔버는 스테인리스 재질이며, 내경 70~200㎜, 높이 50~250㎜의 원기둥 형상의 구조를 이룬다.

상기 메쉬필터망은 상기 트랩챔버의 유입구 상에 구비되고 1차로 증착 석출을 유도가능하게 형성되는 제1필터망과, 상기 트랩챔버의 내부 빈 공간에 적층 충진되고 2차로 증착 석출을 유도가능하게 형성되는 제2필터망으로 구성한다.

상기 메쉬필터망은 폴리에테르 또는 폴리에스테르 중에서 선택되는 재질로 구성하되 밀도가 25~60ppi를 이룬다.

그리고 본 발명에 따른 고속 증착이 가능한 상온 화학증착방법은 피착제 표면에 화학증착원료를 중합하여 방수나 절연 또는 변색방지를 위한 코팅 피막을 형성하기 위하여 기화로 및 분해로를 제1가열기 및 제2가열기로부터 가열하여 화학증착원료를 기화 및 분해하고, 진공펌프로부터 진공증착챔버 내부를 진공상태로 유지하되 상기 진공증착챔버 내에 위치한 피착제를 향해 화학증착원료인 모노머를 증착하는 상온 화학증착방법에 있어서, 컨트롤박스로부터 예비전원을 작동하여 상기 제1가열기 및 상기 제2가열기를 가동하고 상기 기화로 및 상기 분해로의 온도를 각각 온도측정부로부터 측정하되 제어부 상에 기설정된 설정온도까지 예비가열한 후 유지토록 예열하는 단계와; 상기 기화로 및 상기 분해로가 예비가열된 상태에서 상기 컨트롤박스로부터 주전원을 작동하면 상기 진공펌프가 가동하여 상기 진공증착챔버 내에 진공측정부로부터 진공을 측정하면서 진공을 생성시키는 단계와; 상기 진공증착챔버의 진공값이 상기 제어부 상에 입력된 설정값 이하이면 상기 제1가열기 및 상기 제2가열기를 연동시켜 가동하되 상기 기화로 및 상기 분해로를 각각 화학증착가능한 작업온도까지 승온되도록 가열하는 단계와; 상기 진공증착챔버 내에서 작업을 종료한 후 상기 기화로 및 상기 분해로의 승온된 온도의 열기를 상기 예열단계에서의 설정온도로 냉각시키는 단계;를 포함하여 이루어진다.

상기 예열단계에서는 상기 기화로의 설정온도가 70℃를 유지토록 가열하고, 상기 분해로의 설정온도가 600℃를 유지토록 가열한다.

상기 승온가열단계에서는 상기 진공펌프에 의한 상기 진공증착챔버 내의 진공값이 설정값(20~100mtorr) 이하를 유지할 때만 상기 제1가열기 및 상기 제2가열기가 순차적으로 가동하되 상기 제어부에서 상기 제2가열기에 제어신호를 인가하여 상기 분해로를 작업온도인 650~700℃로 1차 승온 가열하고, 상기 분해로의 온도가 설정값(600~650℃) 이상으로 도달하였을 때 상기 제어부에서 상기 제1가열기에 제어신호를 인가하여 상기 기화로를 작업온도인 120~180℃로 2차 승온 가열하도록 구성한다.

본 발명에 따른 고속 증착이 가능한 상온 화학증착장치 및 그 증착방법에 의하면, 예비전원과 주전원을 구분 설정하되 예비전원에 의해 재료 화학반응 직전의 온도로 예열상태를 유지 제어하도록 구성하므로, 기존의 장비에 비해 1/3~1/5의 작업소요시간을 단축함은 물론 연속적인 작업진행을 도모하여 제품의 생산성을 대폭 증진(5~7배)시킬 수 있는 효과를 얻는다.

뿐만 아니라 본 발명에 따른 고속 증착이 가능한 상온 화학증착장치 및 그 증착방법은 기화로 및 분해로에 대한 적정설정온도로의 도달 시차 여부와 함께 진공증착챔버의 진공값에 대한 여러 작업조건이 일치되도록 제어하므로, 오버슈팅현상을 미연에 방지하여 코팅품질을 대폭 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

또한 본 발명에 따른 고속 증착이 가능한 상온 화학증착장치 및 그 증착방법은 작업 후 기화로의 냉각온도를 분해로의 냉각온도와 일정하게 유지할 수 있게 조절하는 냉각팬을 구성하므로, 기화로와 분해로 간의 상호 냉각온도의 시차를 맞춰 원활한 연속작업을 도모하여 제품의 생산성을 보다 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

그리고 본 발명에 따른 고속 증착이 가능한 상온 화학증착장치 및 그 증착방법은 진공펌프의 전단에 스펀지 형태의 메쉬 뭉치를 적층 충진시킨 모노머 증착 석출 필터트랩을 장착하여 제작과 설치비용을 절감하고 전력소모를 대폭 저감하는 것이 가능하다. 나아가 내경 70~200㎜, 높이 50~250㎜의 크기로 필터트랩의 용적율을 축소하여 진공 소요시간을 축소하므로 작업시간을 더욱 단축할 수 있는 효과가 있다.

또한 본 발명에 따른 고속 증착이 가능한 상온 화학증착장치 및 그 증착방법은 필터트랩의 메쉬필터망을 제1필터망과 제2필터망으로 구성하므로, 모노머를 두 차례에 걸쳐 증착 석출하여 진공효율을 보다 향상시키고 매우 간편하게 유지관리할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 상온 화학증착장치의 일실시예를 나타내는 정면도.
도 2는 본 발명에 따른 상온 화학증착장치의 일실시예를 나타내는 블록도.
도 3은 본 발명에 따른 상온 화학증착장치의 일실시예에 있어서 컨트롤박스를 나타내는 정면도.
도 4는 본 발명에 따른 상온 화학증착장치의 일실시예에 있어서 냉각팬을 나타내는 확대도.
도 5~6은 본 발명에 따른 상온 화학증착장치의 일실시예에 있어서 필터트랩을 나타내는 구성도.
도 7은 본 발명에 따른 상온 화학증착장치의 일실시예에 있어서 필터트랩을 나타내는 단면도.
도 8은 본 발명에 따른 상온 화학증착방법의 일실시예를 나타내는 블록도.

본 발명은 피착제 표면에 화학증착원료를 중합하여 방수나 절연 또는 변색방지를 위한 코팅 피막을 형성하도록 기화로 및 분해로, 진공증착챔버, 칠러트랩, 진공펌프를 포함하여 구성되는 상온 화학증착장치에 있어서, 상기 기화로 및 상기 분해로에 각각 설치되고 내부에 수용된 화학증착원료를 가열가능하게 승온시키는 제1가열기 및 제2가열기와; 상기 제1가열기 및 상기 제2가열기에 따른 상기 기화로 및 상기 분해로의 온도를 각각 구분하여 측정가능하도록 구비되고 상기 기화로 및 상기 분해로에 각각 설치되는 온도측정부와; 상기 진공증착챔버에 설치되고 상기 진공펌프로부터 생성되는 진공값을 측정가능하게 형성되는 진공측정부와; 상기 온도측정부와 상기 진공측정부에서 측정된 온도 및 진공값을 표시하는 디스플레이창과, 상기 제1가열기 및 상기 제2가열기의 작동은 물론 상기 진공펌프에 예비전원 및 주전원을 인가하는 복수 개의 전원버튼으로 구성되는 컨트롤박스와; 상기 컨트롤박스 내에 장착되고 상기 온도측정부와 상기 진공측정부로부터 입력되는 신호에 따라 상기 제1가열기 및 상기 제2가열기와 상기 진공펌프에 제어신호를 인가하는 제어부;를 포함하고, 상기 제어부는 상기 컨트롤박스로부터 예비전원이 인가되면 상기 제1가열기 및 상기 제2가열기를 각각 설정온도까지 예비가열하되 예열상태를 유지가능하게 제어하는 고속 증착이 가능한 상온 화학증착장치를 기술구성의 특징으로 한다.

또한 상기 제어부에서는 상기 컨트롤박스로부터 예비전원의 입력신호가 인가되면 상기 제1가열기에는 가동상태로 변경하는 제어신호를 인가하여 상기 기화로가 예열설정온도인 30~80℃로 가열토록 유지하는 동시에 상기 제2가열기에도 가동상태로 변경하는 제어신호를 인가하여 상기 분해로가 예열설정온도인 100~600℃로 가열토록 유지하는 고속 증착이 가능한 상온 화학증착장치를 기술구성의 특징으로 한다.

또한 상기 제어부에서는 예열상태에서 상기 컨트롤박스로부터 주전원의 입력신호가 인가되면 상기 진공펌프가 가동하되 상기 진공측정부로부터 입력되는 측정값이 설정값(20~100mtorr) 이하이면 상기 제2가열기 및 상기 제1가열기에는 가열상태로 가동하는 제어신호를 순차적으로 인가하며, 상기 온도측정부로부터 입력되는 상기 제2가열기에 의한 상기 분해로의 온도가 설정값(600~650℃) 이상으로 도달하였을 때 상기 제1가열기를 가열상태로 가동하는 제어신호를 인가하여 승온상태를 유지하도록 이루어지는 고속 증착이 가능한 상온 화학증착장치를 기술구성의 특징으로 한다.

또한 상기 기화로의 한쪽 측방에 설치되고 상기 기화로를 냉각가능하도록 상기 제1가열기를 향해 송풍하는 냉각팬을 더 포함하는 고속 증착이 가능한 상온 화학증착장치를 기술구성의 특징으로 한다.

또한 상기 제어부에서는 상기 진공증착챔버의 진공값이 떨어지면서 작업종료에 따른 장비의 구동정지를 알리는 신호가 입력되면 상기 냉각팬에 가동상태로 변경하는 제어신호를 인가하여 냉각상태를 유지하도록 이루어지는 고속 증착이 가능한 상온 화학증착장치를 기술구성의 특징으로 한다.

또한 상기 제어부에서는 상기 컨트롤박스의 전원버튼 중 정지버튼을 짧게 누르는 신호가 입력되면 상기 냉각팬이 가동정지상태로 변경하는 제어신호를 인가하고, 상기 컨트롤박스의 전원버튼 중 정지버튼을 길게 누르는 신호가 입력되면 상기 냉각팬이 재가동상태로 변경하는 제어신호를 인가하여 상기 냉각팬에 의한 냉각속도를 수동으로 설정할 수 있도록 이루어지는 고속 증착이 가능한 상온 화학증착장치를 기술구성의 특징으로 한다.

또한 본 발명은 상기 칠러트랩 대신에 상기 진공펌프의 전단에 위치하고 스펀지 형태의 메쉬 뭉치를 적층 충진시킨 모노머 증착 석출 관형 필터트랩으로 이루어지는 고속 증착이 가능한 상온 화학증착장치를 기술구성의 특징으로 한다.

또한 상기 필터트랩은 내부에 빈 공간을 갖는 원기둥형상을 이루며 상부에 상기 진공증착챔버와 연통한 구조의 유입구 및 하단에 상기 진공펌프와 연통한 구조의 유출구를 구비하는 트랩챔버와, 상기 트랩챔버 내에 구비되고 스펀지 형태의 메쉬 뭉치로 형성되는 메쉬필터망을 포함하는 고속 증착이 가능한 상온 화학증착장치를 기술구성의 특징으로 한다.

또한 상기 트랩챔버는 스테인리스 재질이며, 내경 70~200㎜, 높이 50~250㎜의 원기둥 형상의 구조로 이루어진 고속 증착이 가능한 상온 화학증착장치를 기술구성의 특징으로 한다.

또한 상기 메쉬필터망은 상기 트랩챔버의 유입구 상에 구비되고 1차로 증착 석출을 유도가능하게 형성되는 제1필터망과, 상기 트랩챔버의 내부 빈 공간에 적층 충진되고 2차로 증착 석출을 유도가능하게 형성되는 제2필터망을 포함하는 고속 증착이 가능한 상온 화학증착장치를 기술구성의 특징으로 한다.

또한 상기 메쉬필터망은 폴리에테르 또는 폴리에스테르 중에서 선택되는 재질로 구성하되 밀도가 25~60ppi인 고속 증착이 가능한 상온 화학증착장치를 기술구성의 특징으로 한다.

또한 본 발명은 피착제 표면에 화학증착원료를 중합하여 방수나 절연 또는 변색방지를 위한 코팅 피막을 형성하기 위하여 기화로 및 분해로를 제1가열기 및 제2가열기로부터 가열하여 화학증착원료를 기화 및 분해하고, 진공펌프로부터 진공증착챔버 내부를 진공상태로 유지하되 상기 진공증착챔버 내에 위치한 피착제를 향해 화학증착원료인 모노머를 증착하는 상온 화학증착방법에 있어서, 컨트롤박스로부터 예비전원을 작동하여 상기 제1가열기 및 상기 제2가열기를 가동하고 상기 기화로 및 상기 분해로의 온도를 각각 온도측정부로부터 측정하되 제어부 상에 기설정된 설정온도까지 예비가열한 후 유지토록 예열하는 단계와; 상기 기화로 및 상기 분해로가 예비가열된 상태에서 상기 컨트롤박스로부터 주전원을 작동하면 상기 진공펌프가 가동하여 상기 진공증착챔버 내에 진공측정부로부터 진공을 측정하면서 진공을 생성시키는 단계와; 상기 진공증착챔버의 진공값이 상기 제어부 상에 입력된 설정값 이하이면 상기 제1가열기 및 상기 제2가열기를 연동시켜 가동하되 상기 기화로 및 상기 분해로를 각각 화학증착가능한 작업온도까지 승온되도록 가열하는 단계와; 상기 진공증착챔버 내에서 작업을 종료한 후 상기 기화로 및 상기 분해로의 승온된 온도의 열기를 상기 예열단계에서의 설정온도로 냉각시키는 단계;를 포함하는 고속 증착이 가능한 상온 화학증착방법을 기술구성의 특징으로 한다.

다음으로 본 발명에 따른 고속 증착이 가능한 상온 화학증착장치의 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

먼저 본 발명에 따른 고속 증착이 가능한 상온 화학증착장치의 일실시예는 도 1 및 도 2에 나타낸 바와 같이, 피착제 표면에 화학증착원료를 중합하여 방수나 절연 또는 변색방지를 위한 코팅 피막을 형성하도록 기화로(1) 및 분해로(2), 진공증착챔버(3), 칠러트랩(도면에 미도시), 진공펌프(5)를 포함하여 구성되는 상온 화학증착장치에 있어서, 제1가열기(10) 및 제2가열기(20)와, 온도측정부(30)와, 진공측정부(40)와, 컨트롤박스(50)와, 제어부(60)를 포함하여 이루어진다.

상기 제1가열기(10)는 상기 기화로(1)의 외주에 밀착하여 설치되고, 상기 기화로(1)의 내부에 수용된 화학증착원료를 기화시키기 위해 상기 기화로(1)를 가열가능하게 승온시키도록 구성된다.

본 발명에서의 상기 제1가열기(10)는 상기 기화로(1)의 내부온도를 상온에서 150℃까지 승온시키도록 가열하지만 최대 300℃ 정도까지 가열가능하게 구성하는 것이 바람직하다.

상기 제2가열기(20)는 상기 분해로(2)의 외주에 밀착하여 설치되고, 상기 분해로(2)의 내부에 위치하되 상기 기화로(1)에서 기화된 상태로 공급된 화학증착원료를 열분해시키도록 구성된다.

상기 제2가열기(20)는 상기 분해로(2)의 내부온도를 상온에서 최대 1000℃ 정도까지 가열가능하게 구성하는 것이 바람직하다. 본 발명에서의 상기 제2가열기(20)는 상기 분해로(2)의 온도를 상온에서 700℃까지 가열하여 승온시키도록 구성된다.

상기 온도측정부(30)는 상기 제1가열기(10) 및 상기 제2가열기(20)에 따른 상기 기화로(1) 및 상기 분해로(2)의 온도를 각각 구분하여 측정가능하도록 구비된다. 즉 상기 온도측정부(30)는 상기 기화로(1) 상에 설치되되 상기 기화로(1)와 상기 제1가열기(10) 상에 삽입된 상태로 구비되어 상기 기화로(1)의 온도를 측정하고, 상기 온도측정부(30)는 상기 분해로(2)와 상기 제2가열기(20) 상에 또 하나의 삽입된 상태로 구비되어 상기 분해로(2)의 온도를 측정가능하게 구성된다.

상기 온도측정부(30)는 온도센서 등을 이용하여 구성하며, 상기 제어부(60)로 측정신호를 효과적으로 전달함은 물론 상기 컨트롤박스(50) 상에 효과적으로 표시될 수 있도록 디지털 온도센서를 이용하여 구성하는 것이 바람직하다.

상기 진공측정부(40)는 상기 진공증착챔버(3)에 설치되고 상기 진공펌프(5)로부터 생성되는 진공값을 측정가능하게 형성된다. 즉 상기 진공측정부(40)는 피착제를 수용가능한 공간(용적)에 위치하되 피착제 표면에 코팅 피막을 증착하기 위하여 상기 진공증착챔버(3) 상에 생성되는 진공값을 측정한다.

상기 진공측정부(40)는 압력센서 등을 이용하여 구성하며, 상기 온도측정부(30)와 동일하게 상기 제어부(60)로 측정신호를 효과적으로 전달함은 물론 상기 컨트롤박스(50) 상에 효과적으로 표시될 수 있도록 디지털 압력센서를 이용하여 구성하는 것이 바람직하다.

상기 컨트롤박스(50)는 상기 제어부(60)와 연동가능하게 구성되는 것으로서, 상기 제어부(60)로 입력된 측정신호를 출력함은 물론 사용자로부터 제어조작할 수 있도록 구성된다.

상기 컨트롤박스(50)는 도 3에 나타낸 바와 같이, 상기 온도측정부(30)와 상기 진공측정부(40)에서 측정된 온도 및 진공값을 표시하는 디스플레이창(51)과, 상기 제1가열기(10) 및 상기 제2가열기(20)의 작동은 물론 상기 진공펌프(5)에 구동신호를 인가하는 복수 개의 전원버튼(53)으로 구성된다.

상기 디스플레이창(51)은 상기 제1가열기(10) 및 상기 제2가열기(20)에 따른 상기 기화로(1) 및 상기 분해로(2)의 온도를 각각 구분하여 표시되도록 구성된다. 즉 상기 제1가열기(10)에 의해 가열되는 상기 기화로(1)의 온도 측정신호를 상기 온도측정부(30)로부터 상기 제어부(60)가 입력받아 상기 디스플레이창(51)에 표시하고, 상기 제2가열기(20)에 의해 가열된 상기 분해로(2)의 온도 측정신호를 상기 온도측정부(30)로부터 상기 제어부(60)가 입력받아 별도의 상기 디스플레이창(51)에 표시되도록 구성한다.

상기 온도측정부(30)로 인가된 온도에 대한 측정신호를 표시하는 상기 디스플레이창(51)에는 상기 온도측정부(30)로부터 실시간으로 입력되는 측정온도와 함께 사용자로부터 기설정된 설정온도가 표기되도록 구성하는 것이 바람직하다.

복수 개의 상기 전원버튼(53)으로는 1차적으로 상기 제1가열기(10) 및 상기 제2가열기(20)에 따른 예비가열 여부를 구동시키기 위해 예비전원을 인가하는 전원버튼(53)과 함께 상기 제1가열기(10) 및 상기 제2가열기(20)는 물론 상기 진공펌프(5)를 구동시키기 위해 주전원을 인가하는 전원버튼(53)이 각각 구분되게 구비된다.

상기 컨트롤박스(50)에는 작업가동시간을 설정입력할 수 있게 타이머(55)를 구성하는 것도 가능하다.

상기 제어부(60)는 상기 컨트롤박스(50) 내에 장착되고 상기 온도측정부(30)와 상기 진공측정부(40)로부터 입력되는 신호에 따라 상기 제1가열기(10) 및 상기 제2가열기(20)와 상기 진공펌프(5)에 제어신호를 인가하도록 구성한다.

예를 들면 상기 제어부(60)는 상기 기화로(1) 및 상기 분해로(2)의 내부 온도에 따른 상기 제1가열기(10) 및 상기 제2가열기(20)의 가열구동상태와 상기 진공증착챔버(3)의 내부 진공값에 따른 상기 진공펌프(5)의 진공구동상태를 상기 온도측정부(30)와 상기 진공측정부(40)로부터의 측정신호에 따라 제어하도록 구성한다.

상기 제어부(60)는 상기 컨트롤박스(50)로부터 예비전원이 인가되면 상기 제1가열기(10) 및 상기 제2가열기(20)를 각각 설정온도까지 예비가열하되 상기 기화로(1) 및 상기 분해로(2)에 대해 상온에서부터 승온된 예열상태의 온도를 유지가능하게 제어한다.

상기에서 제어부(60)를 통한 예열상태의 설정온도는 코팅재료인 화학증착원료의 화학반응이 일어나기 직전의 온도로서, 상기 기화로(1)의 예열설정온도는 30~80℃를 이루도록 설정하고 상기 분해로(2)의 예열설정온도는 100~600℃를 이루도록 설정하게 된다.

상기 제어부(60)에서는 상기 컨트롤박스(50)로부터 예비전원의 입력신호가 인가되면 상기 제1가열기(10)에는 가동상태로 변경하는 제어신호를 인가하여 상기 기화로(1)가 예열설정온도인 30~80℃로 가열유지토록 제어한다.

또한 상기 제어부(60)에서는 상기 컨트롤박스(50)로부터 예비전원의 입력신호가 인가되면 상기 제1가열기(10)와 함께 상기 제2가열기(20)에도 가동상태로 변경하는 제어신호를 인가하여 상기 분해로(2)가 예열설정온도인 100~600℃로 가열유지토록 제어한다.

상기 제어부(60)에서는 예열상태에서 상기 컨트롤박스(50)로부터 주전원의 입력신호가 인가되면 상기 진공펌프(5)가 가동되도록 제어한다.

상기에서 제어부(60)는 상기 컨트롤박스(50)의 전원버튼(53) 조작으로 주전원이 인가되면 상기 진공펌프(5)가 작동하되 상기 진공펌프(5)의 작동과 동시에 상기 제1가열기(10) 및 상기 제2가열기(20)의 가동이 일시중지되도록 제어하고 상기 진공측정부(40)에 의한 진공의 측정값이 상기 제어부(60) 상에 입력된 설정 값(20~100mtorr 이하)을 이루면 상기 제1가열기(10) 및 상기 제2가열기(20)가 재가동하도록 제어한다.

즉 상기 제어부(60)에서는 상기 진공펌프(5)의 가동으로 상기 진공증착챔버(3)를 진공상태로 생성시키되 상기 진공측정부(40)로부터 입력되는 측정값이 상기 제어부(60) 상에 입력된 설정값인 20~100mtorr 이하이면 상기 제2가열기(20) 및 상기 제1가열기(10)에는 가열상태로 가동하는 제어신호를 인가하여 승온상태를 유지하도록 제어한다.

상기에서 제어부(60)는 상기 제2가열기(20) 및 상기 제1가열기(10)의 가동이 순차적으로 이뤄지도록 제어한다. 즉 상기 제어부(60)는 상기 진공측정부(40)에서 입력되는 상기 진공증착챔버(3)의 측정값이 20~100mtorr에 이르면 상기 제2가열기(20)에 우선적으로 가열가동신호를 인가하여 상기 분해로(2)의 온도를 승온시키고, 상기 온도측정부(30)로부터 입력되는 상기 제2가열기(20)에 의한 상기 분해로(2)의 온도가 설정값(600~650℃) 이상으로 도달하였다는 때 상기 제1가열기(10)를 가열상태로 가동하는 제어신호를 인가하여 상기 기화로(1)의 온도를 승온시키도록 제어한다.

상기와 같이 진공펌프(5)에 의한 진공증착챔버(3)의 진공값이 20~100mtorr 이하일 때 상기 제2가열기(20) 및 상기 제1가열기(10)가 구동하도록 제어하게 되면, 진공증착챔버(3) 내의 최저 진공값에 도달하는 시간과 기화로(1) 및 분해로(2)에 대한 최적의 온도까지 도달시간이 동 시간대에 이뤄지는 것이 가능하다.

또한 진공펌프(5)에 의한 진공증착챔버(3)의 진공값이 20~100mtorr 이하일 때 상기 제2가열기(20) 및 상기 제1가열기(10)가 순차적으로 구동토록 제어하게 되면, 제2가열기(20)의 고장이나 주변온도의 영향으로 분해로(2)의 온도가 설정값(600~650℃)에 도달하지 못한 상태에서 제1가열기(10)가 승온되어 폴리머가 분해로(2)로 넘어오는 현상을 미연에 방지하므로 원활한 모노모로의 분해를 도모하는 것이 가능하다.

상기에서 기화로(1)의 작업온도는 120~180℃를 이루도록 상기 제1가열기(10)가 가열하여 승온한다. 즉 상기 제1가열기(10)는 상기 기화로(1)의 온도가 초기기동에 따른 예열로 설정된 30~80℃의 온도에서부터 시작하여 120~180℃의 작업온도를 이루도록 승온한다.

또한 분해로(2)의 작업온도는 650~700℃를 이루도록 상기 제2가열기(20)가 가열하여 승온한다. 즉 상기 제2가열기(20)는 상기 분해로(2)의 온도가 초기기동에 따른 예열로 설정된 100~600℃의 온도에서부터 시작하여 650~700℃의 작업온도를 이루도록 승온한다.

상기 제어부(60)에서는 상기 진공증착챔버(3)의 진공값이 20~100mtorr 이하로서 설정값에 도달하면 상기 제2가열기(20)가 우선적으로 가동된 후 상기 제1가열기(10)가 연이어 가동되도록 제어한다. 즉 상기 제어부(60)는 상기 제2가열기(20)가 가동하여 상기 온도측정부(30)에 의한 상기 분해로(2)의 온도가 설정값(600~650℃) 이상으로 도달했을 때만 상기 제1가열기(10)가 가동하여 30~80℃의 직하 온도부터 승온될 수 있게 제어한다.

또한 상기 제어부(60)에서는 상기 컨트롤박스(50)로부터 전원이 인가된 상태에서 상기 제1가열기(10) 및 상기 제2가열기(20)가 계속해서 유지되는 예비가열 모드의 상태를 해제가능하게 구성하는 것도 가능하다. 즉 상기 제1가열기(10) 및 상기 제2가열기(20)는 이전 작업 후 일정시간이 경과하게 되면 예비가열 상태가 해제될 수 있도록 구성한다.

나아가 상기 제어부(60)에서는 1차 증착작업 후 2차 작업을 위해 예비가열 상태인 상기 기화로(1) 및 상기 분해로(2)의 온도로 하락하여 일정시간이 유지된 다음 다시 작동 시그널의 인가가 없을 경우에는 완전정지 모드로 전환가능하게 구성하는 것도 가능하다.

상기와 같이 제어부(60)에서 작업해제 및 정지 모드로 전환가능하게 제어하게 되면, 예비가열상태의 지속적인 유지로부터 전원공급을 차단하여 에너지 사용을 저감하는 것이 가능하다.

그리고 본 발명은 도 4에 나타낸 바와 같이, 상기 기화로(1)의 한쪽 측방에 설치되고 상기 기화로(1)를 냉각가능하도록 상기 제1가열기(10)를 향해 송풍하는 냉각팬(15)을 더 포함하여 구성한다.

상기 냉각팬(15)은 상기 기화로(1)를 냉각하여 상기 분해로(2)의 냉각속도와 타이밍을 맞추는 기능을 수행한다. 즉 상기 냉각팬(15)은 상기 제1가열기(10)로부터 가열된 상기 기화로(1)의 온도(120~180℃)보다 상대적으로 높은 상기 제2가열기(20)로부터 가열된 상기 분해로(2)의 온도(650~670℃)에 대한 온도하강속도가 더 빠르게 진행되므로, 상기 제1가열기(10)에 의한 상기 기화로(1)와 상기 제2가열기(20)에 의한 상기 분해로(2)의 예비가열온도까지 온도하락속도를 동 시간대로 맞추기 위해 상기 냉각팬(15)으로부터 상기 제1가열기(10)에 대한 상기 기화로(1)를 강제냉각시키도록 구성된다.

상기 냉각팬(15)은 상기 제어부(60)의 신호에 따라 제어된다. 즉 상기 제어부(60)에서는 상기 진공증착챔버(3)의 진공값이 떨어지면서 작업종료에 따른 장비의 구동정지를 알리는 신호가 입력되면 상기 냉각팬(15)에 가동상태로 변경하는 제어신호를 인가하여 냉각상태를 유지하도록 이루어진다.

상기와 같이 기화로(1)의 제1가열기(10)를 향해 강제냉각하는 냉각팬(15)을 구성하게 되면, 상온냉각시 제2가열기(20)의 예비가열온도(100~600℃)로 떨어지는 시간과 제1가열기(10)의 예비가열온도(30~80℃)로 떨어지는 시간에 대한 시간적 차이(통상 2~3배)를 제거하므로 작업지연현상을 방지하는 동시에 원활한 연속작업을 도모하여 제품의 생산성을 보다 향상시키는 것이 가능하다.

또한 상기 냉각팬(15)은 상기 컨트롤박스(50)의 버튼조작에 따른 상기 제어부(60)의 신호로부터 수동으로 제어할 수 있도록 구성하는 것도 가능하다.

상기 제어부(60)에서는 상기 컨트롤박스(50)의 전원버튼(53) 중 정지버튼을 짧게 누르는 신호가 입력되면 상기 냉각팬(15)이 가동정지상태로 변경하는 제어신호를 인가하고, 상기 컨트롤박스(50)의 전원버튼(53) 중 정지버튼을 길게 누르는 신호가 입력되면 상기 냉각팬(15)이 재가동상태로 변경하는 제어신호를 인가하여 상기 냉각팬(15)에 의한 냉각속도를 수동으로 설정할 수 있도록 구성한다.

상기와 같이 냉각팬(15)을 수동제어가능하게 구성하게 되면, 계절이나 주변온도의 영향으로부터 제2가열기(20)의 냉각속도에 맞춰 제1가열기(10)의 냉각속도를 탄력적으로 제어하는 것이 가능하다.

그리고 본 발명에 따른 고속 증착이 가능한 상온 화학증착장치는 도 5 내지 도 7에 나타낸 바와 같이, 상기 칠러트랩 대신에 상기 진공펌프(5)의 전단에 위치하고 스펀지 형태의 메쉬 뭉치를 적층 충진시킨 모노머 증착 석출 관형 필터트랩(70)으로 이루어진다.

상기 필터트랩(70)은 도 7에 나타낸 바와 같이, 내부에 빈 공간을 갖는 원기둥형상의 트랩챔버(71)와, 상기 트랩챔버 내에 구비되고 스펀지 형태의 메쉬 뭉치로 형성되는 메쉬필터망(75)으로 구성된다.

상기 트랩챔버(71)는 스테인리스 재질이며, 내경 70~200㎜, 높이 50~250㎜의 원기둥 형상의 구조를 이루어 일반적인 칠러트랩 대비 용적률이 대폭 축소된 구조를 이룬다.

상기 트랩챔버(71)는 상부에 상기 진공증착챔버(3)와 연통한 구조의 유입구(71a) 및 하단에 상기 진공펌프(5)와 연통한 구조의 유출구(71b)를 구비한다.

상기 메쉬필터망(75)은 두 차례에 걸쳐 증착 석출을 유도할 수 있도록 제1필터망(75a)과 제2필터망(75b)으로 구성한다.

상기 제1필터망(75a)은 상기 트랩챔버(71)의 유입구(71a) 상에 구비되고 1차로 증착 석출을 유도가능하게 형성된다. 즉 상기 제1필터망(75a)은 상기 진공증착챔버(3)로부터 상기 트랩챔버(71)를 향한 유입과정에서 모노머 증착 석출을 유도하도록 상기 유입구(71a) 상에 구비된다.

상기 제1필터망(75a)은 상기 유입구(71a) 상에 교체가능하게 구비된다. 즉 상기 제1필터망(75a)은 상기 트랩챔버(71)를 향해 이동되는 모노머가 우선적으로 접하기 때문에 수시로 세척작업하거나 교체할 수 있도록 구성된다.

상기와 같이 필터트랩(70)의 메쉬필터망(75)을 제1필터망(75a)과 제2필터망(75b)으로 구성하게 되면, 모노머를 두 차례에 걸쳐 증착 석출하여 진공효율을 보다 향상시키고 매우 간편하게 유지관리하는 것이 가능하다.

상기 메쉬필터망(75)은 폴리에테르(polyether) 또는 폴리에스테르(polyester) 중에서 선택되는 재질로 구성하되 밀도가 25~60ppi인 것이 바람직하다.

상기에서 메쉬필터망(75)은 상기 제2필터망(75b)을 상기 제1필터망(75a)보다 조밀한 밀도를 이루도록 구성하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 상기 제1필터망(75a)의 밀도는 25~35ppi를 이루도록 구성하고 상기 제2필터망(75b)의 밀도는 35~60ppi를 이루도록 구성한다.

상기 메쉬필터망(75)은 공기의 통과는 쉽게 되어서 진공을 만드는데 그다지 큰 저항을 만들지 않아야 한다. 즉 상기 스펀지 형태의 메쉬 뭉치는 빈 공간이 많아서 공기의 흐름은 충분하되 수천 겹의 스펀지 형태의 메쉬를 통과하는 과정에서 모노머가 메쉬에 부딪치게 되어 자연스럽게 증착 석출을 유도하는 구조를 갖게 된다. 즉 상기 메쉬필터망(75)을 통과하게 되는 과잉의 모노모들은 대부분 상기 메쉬필터망(75)에 증착 소모되어 상기 진공펌프(5)로 넘어가는 모노모를 최대한으로 줄일 수 있게 되며, 이는 강제적으로 냉각시킨 기존의 냉각챔버와 동일한 효과를 가지게 된다.

상기와 같이 진공펌프(5)의 전단에 스펀지 형태의 메쉬 뭉치를 적층 충진시킨 모노머 증착 석출 필터트랩(70)을 장착하게 되면, 제작과 설치비용을 절감하고 전력소모를 대폭 저감하는 것이 가능하다. 나아가 내경 70~200㎜, 높이 50~250㎜의 크기로 필터트랩(70)의 용적율을 축소하여 진공 소요시간을 축소하므로 작업시간을 더욱 단축하는 것이 가능하다.

다음으로 상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 고속 증착이 가능한 상온 화학증착장치의 일실시예에 있어서, 제어부의 제어로 인해 증착되는 과정인 본 발명에 따른 고속 증착이 가능한 상온 화학증착방법의 일실시예를 도 8을 참조하여 설명한다.

먼저 피착제 표면에 화학증착원료를 중합하여 방수나 절연 또는 변색방지를 위한 코팅 피막을 형성하기 위하여 기화로(1) 및 분해로(2)를 제1가열기(10) 및 제2가열기(20)로부터 가열하여 화학증착원료를 기화 및 분해하고, 진공펌프(5)로부터 진공증착챔버(3) 내부를 진공상태로 유지하되 상기 진공증착챔버(3) 내에 위치한 피착제를 향해 화학증착원료인 모노머를 증착하는 상온 화학증착방법에 있어서, 예열단계(S10)와, 진공생성단계(S20)와, 승온가열단계(S30)와, 냉각단계(S40)로 이루어진다.

상기 예열단계(S10)에서는 컨트롤박스(50)로부터 예비전원을 작동하여 상기 제1가열기(10) 및 상기 제2가열기(20)를 가동하므로 상기 기화로(1) 및 상기 분해로(2)를 각각 예비가열한다.

상기에서 기화로(1) 및 분해로(2)는 각각 제어부(60) 상에 기설정된 설정온도까지 예비가열한 후 일정시간 동안을 유지한다. 즉 상기 기화로(1)의 설정온도가 30~80℃를 유지토록 가열하고, 상기 분해로(2)의 설정온도가 100~600℃로 유지 가열할 수 있게 상기 제어부(60)로부터 제어하게 된다.

상기 제1가열기(10) 및 상기 제2가열기(20)에 의한 예비가열시 상기 기화로(1) 및 상기 분해로(2)의 온도를 각각 온도측정부(30)로부터 측정하여 상기 제어부(60)에 측정신호를 전달하므로 상기 기화로(1) 및 상기 분해로(2)에 대한 예비가열 온도를 제어한다.

상기 진공생성단계(S20)에서는 상기 기화로(1) 및 상기 분해로(2)가 예비가열된 상태에서 상기 컨트롤박스(50)로부터 주전원을 작동하면 상기 진공펌프(5)가 가동하여 상기 진공증착챔버(3) 내에 진공을 생성시킨다.

상기에서 진공펌프(5)에 의한 상기 진공증착챔버(3)의 진공값은 대기압상태인 760torr에서부터 시작하여 최저 10~30mtorr까지 생성한다.

상기 진공증착챔버(3)의 진공값은 진공측정부(40)로부터 진공을 측정하되 상기 진공측정부(40)로부터 측정된 진공값은 상기 제어부(60)에 전달되는 동시에 상기 컨트롤박스(50) 상에 표기된다.

상기 승온가열단계(S30)에서는 상기 제1가열기(10) 및 상기 제2가열기(20)를 연동시켜 가동하되 상기 기화로(1) 및 상기 분해로(2)를 각각 화학증착가능한 작업온도까지 승온되도록 가열한다.

상기에서 제1가열기(10) 및 제2가열기(20)는 상기 진공증착챔버(3)의 진공값에 따른 상기 제어부(60)의 제어신호로부터 가동하되 상기 진공측정부(40)에서 측정한 상기 진공증착챔버(3)의 진공값이 상기 제어부(60) 상에 입력된 설정값(증착작업에 필요한 최저 진공값보다 약 40~50% 높은 수치) 이하이면 상기 제1가열기(10) 및 상기 제2가열기(20)에 제어신호가 전달되도록 한다.

즉 상기 승온가열단계(S30)에서는 상기 진공펌프(5)에 의한 상기 진공증착챔버(3) 내의 진공값이 20~100mtorr 이하를 유지할 때만 상기 제1가열기(10) 및 상기 제2가열기(20)가 가동하되 상기 기화로(1)를 작업온도인 120~180℃로 승온 가열하고 상기 분해로(2)를 작업온도인 650~700℃로 승온 가열한다.

상기에서 승온가열단계(S30)는 상기 진공증착챔버(3) 내의 진공값이 20~100mtorr 이하를 유지하면 상기 제어부(60)로부터 상기 제1가열기(10) 및 상기 제2가열기(20)가 순차적으로 가동되도록 제어한다. 즉 상기 진공측정부(40)의 진공값에 대한 측정신호가 20~100mtorr 이하로 감지되면, 상기 제어부(60)에서 상기 제2가열기(20)에 제어신호를 인가하여 상기 분해로(2)를 작업온도인 650~700℃로 1차 승온 가열하고(S31), 상기 분해로(2)의 온도가 설정값(600~650℃) 이상으로 도달하였을 때 상기 제어부(60)에서 상기 제1가열기(10)에 제어신호를 인가하여 상기 기화로(1)를 작업온도인 120~180℃로 2차 승온 가열하게 이루어진다(S33).

상기 냉각단계(S40)에서는 상기 진공증착챔버(3) 내에서 작업을 종료한 후 상기 기화로(1) 및 상기 분해로(2)의 승온된 온도의 열기를 상기 예열단계(S10)에서의 설정온도(기화로 30~80℃, 분해로 100~600℃)로 냉각시킨다.

즉 상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 고속 증착이 가능한 상온 화학증착장치 및 그 증착방법에 의하면, 예비전원과 주전원을 구분 설정하되 예비전원에 의해 재료 화학반응 직전의 온도로 예열상태를 유지 제어하도록 구성하므로, 기존의 장비에 비해 1/3~1/5의 작업소요시간을 단축함은 물론 연속적인 작업진행을 도모하여 제품의 생산성을 대폭 증진(5~7배)시키는 것이 가능하다.

뿐만 아니라 본 발명은 기화로 및 분해로에 대한 적정설정온도로의 도달 시차 여부와 함께 진공증착챔버의 진공값에 대한 여러 작업조건이 일치되도록 제어하므로, 오버슈팅현상을 미연에 방지하여 코팅품질을 대폭 향상시키는 것이 가능하다.

상기에서는 본 발명에 따른 고속 증착이 가능한 상온 화학증착장치 및 그 증착방법의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 명세서 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다.

1 : 기화로 2: 분해로 3 : 진공증착챔버
5 : 진공펌프 10 : 제1가열기 15 : 냉각팬
20 : 제2가열기 30 : 온도측정부 40 : 진공측정부
50 : 컨트롤박스 51 : 디스플레이창 53 : 전원버튼
55 : 타이머 60 : 제어부 70 : 필터트랩
71 : 트랩챔버 71a : 유입구 71b : 유출기
75 : 메쉬필터망 75a : 제1필터망 75b : 제2필터망

Claims (14)

1. 피착제 표면에 화학증착원료를 중합하여 방수나 절연 또는 변색방지를 위한 코팅 피막을 형성하도록 기화로 및 분해로, 진공증착챔버, 칠러트랩, 진공펌프를 포함하여 구성되는 상온 화학증착장치에 있어서,
   상기 기화로 및 상기 분해로에 각각 설치되고 내부에 수용된 화학증착원료를 가열가능하게 승온시키는 제1가열기 및 제2가열기와;
   상기 제1가열기 및 상기 제2가열기에 따른 상기 기화로 및 상기 분해로의 온도를 각각 구분하여 측정가능하도록 구비되고 상기 기화로 및 상기 분해로에 각각 설치되는 온도측정부와;
   상기 진공증착챔버에 설치되고 상기 진공펌프로부터 생성되는 진공값을 측정가능하게 형성되는 진공측정부와;
   상기 온도측정부와 상기 진공측정부에서 측정된 온도 및 진공값을 표시하는 디스플레이창과, 상기 제1가열기 및 상기 제2가열기의 작동은 물론 상기 진공펌프에 예비전원 및 주전원을 인가하는 복수 개의 전원버튼으로 구성되는 컨트롤박스와;
   상기 컨트롤박스 내에 장착되고 상기 온도측정부와 상기 진공측정부로부터 입력되는 신호에 따라 상기 제1가열기 및 상기 제2가열기와 상기 진공펌프에 제어신호를 인가하는 제어부;를 포함하고,
   상기 제어부는 상기 컨트롤박스로부터 예비전원이 인가되면 상기 제1가열기 및 상기 제2가열기를 각각 설정온도까지 예비가열하되 예열상태를 유지가능하게 제어하며,
   상기 칠러트랩 대신에 상기 진공펌프의 전단에 위치하고 스펀지 형태의 메쉬 뭉치를 적층 충진시킨 모노머 증착 석출 관형 필터트랩으로 이루어지되, 상기 필터트랩은 내부에 빈 공간을 갖는 원기둥형상을 이루며 상부에 상기 진공증착챔버와 연통한 구조의 유입구 및 하단에 상기 진공펌프와 연통한 구조의 유출구를 구비하는 트랩챔버와, 상기 트랩챔버 내에 구비되고 스펀지 형태의 메쉬 뭉치로 형성되는 메쉬필터망을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 고속 증착이 가능한 상온 화학증착장치.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 제어부에서는 상기 컨트롤박스로부터 예비전원의 입력신호가 인가되면 상기 제1가열기에는 가동상태로 변경하는 제어신호를 인가하여 상기 기화로가 예열설정온도인 30~80℃로 가열토록 유지하는 동시에 상기 제2가열기에도 가동상태로 변경하는 제어신호를 인가하여 상기 분해로가 예열설정온도인 100~600℃로 가열토록 유지하는 고속 증착이 가능한 상온 화학증착장치.
   
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 제어부에서는 예열상태에서 상기 컨트롤박스로부터 주전원의 입력신호가 인가되면 상기 진공펌프가 가동하되 상기 진공측정부로부터 입력되는 측정값이 설정값(20~100mtorr) 이하이면 상기 제2가열기 및 상기 제1가열기에는 가열상태로 가동하는 제어신호를 순차적으로 인가하며, 상기 온도측정부로부터 입력되는 상기 제2가열기에 의한 상기 분해로의 온도가 설정값(600~650℃) 이상으로 도달하였을 때 상기 제1가열기를 가열상태로 가동하는 제어신호를 인가하여 승온상태를 유지하도록 이루어지는 고속 증착이 가능한 상온 화학증착장치.
   
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 기화로의 한쪽 측방에 설치되고 상기 기화로를 냉각가능하도록 상기 제1가열기를 향해 송풍하는 냉각팬을 더 포함하여 이루어지는 고속 증착이 가능한 상온 화학증착장치.
   
5. 청구항 4에 있어서,
   상기 제어부에서는 상기 진공증착챔버의 진공값이 떨어지면서 작업종료에 따른 장비의 구동정지를 알리는 신호가 입력되면 상기 냉각팬에 가동상태로 변경하는 제어신호를 인가하여 냉각상태를 유지하도록 이루어지는 고속 증착이 가능한 상온 화학증착장치.
   
6. 삭제
7. 삭제
8. 삭제
9. 청구항 1에 있어서,
   상기 트랩챔버는 스테인리스 재질이며, 내경 70~200㎜, 높이 50~250㎜의 원기둥 형상의 구조인 것을 특징으로 하는 고속 증착이 가능한 상온 화학증착장치.
   
10. 청구항 1에 있어서,
    상기 메쉬필터망은, 상기 트랩챔버의 유입구 상에 구비되고 1차로 증착 석출을 유도가능하게 형성되는 제1필터망과, 상기 트랩챔버의 내부 빈 공간에 적층 충진되고 2차로 증착 석출을 유도가능하게 형성되는 제2필터망을 포함하여 이루어지는 고속 증착이 가능한 상온 화학증착장치.
    
11. 청구항 1에 있어서,
    상기 메쉬필터망은 폴리에테르 또는 폴리에스테르 중에서 선택되는 재질로 구성하되 밀도가 25~60ppi인 것을 특징으로 하는 고속 증착이 가능한 상온 화학증착장치.
    
12. 피착제 표면에 화학증착원료를 중합하여 방수나 절연 또는 변색방지를 위한 코팅 피막을 형성하기 위하여 기화로 및 분해로를 제1가열기 및 제2가열기로부터 가열하여 화학증착원료를 기화 및 분해하고, 진공펌프로부터 진공증착챔버 내부를 진공상태로 유지하되 상기 진공증착챔버 내에 위치한 피착제를 향해 화학증착원료인 모노머를 증착하는 상온 화학증착방법에 있어서,
    컨트롤박스로부터 예비전원을 작동하여 상기 제1가열기 및 상기 제2가열기를 가동하고 상기 기화로 및 상기 분해로의 온도를 각각 온도측정부로부터 측정하되 제어부 상에 기설정된 설정온도까지 예비가열한 후 유지토록 예열하는 단계와;
    상기 기화로 및 상기 분해로가 예비가열된 상태에서 상기 컨트롤박스로부터 주전원을 작동하면 상기 진공펌프가 가동하여 상기 진공증착챔버 내에 진공측정부로부터 진공을 측정하면서 진공을 생성시키는 단계와;
    상기 진공증착챔버의 진공값이 상기 제어부 상에 입력된 설정값 이하이면 상기 제1가열기 및 상기 제2가열기를 가동하되 상기 기화로 및 상기 분해로를 각각 화학증착가능한 작업온도까지 승온되도록 가열하는 단계와;
    상기 진공증착챔버 내에서 작업을 종료한 후 상기 기화로 및 상기 분해로의 승온된 온도의 열기를 상기 예열단계에서의 설정온도로 냉각시키는 단계;를 포함하여 이루어지며,
    상기 승온가열단계에서는 상기 진공펌프에 의한 상기 진공증착챔버 내의 진공값이 20~100mtorr 이하를 유지할 때만 상기 제1가열기 및 상기 제2가열기가 순차적으로 가동하되 상기 제어부에서 상기 제2가열기에 제어신호를 인가하여 상기 분해로를 작업온도인 650~700℃로 1차 승온 가열하고, 상기 분해로의 온도가 설정값(600~650℃) 이상으로 도달하였을 때 상기 제어부에서 상기 제1가열기에 제어신호를 인가하여 상기 기화로를 작업온도인 120~180℃로 2차 승온 가열하는 것을 특징으로 하는 고속 증착이 가능한 상온 화학증착방법.
    
13. 청구항 12에 있어서,
    상기 예열단계에서는 상기 기화로의 설정온도가 30~80℃를 유지토록 가열하고, 상기 분해로의 설정온도가 100~600℃를 유지토록 가열하는 것을 특징으로 하는 고속 증착이 가능한 상온 화학증착방법.
    
14. 삭제

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