KR101616086B1 - Cold spray device - Google Patents

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Abstract

Cu-Ga층 내에 균일하게 Na성분을 첨가시킬 수 있는 저온분사를 이용한 스퍼터링 타겟의 제조방법 및 이를 수행하는 저온분사장치가 개시된다. 본 발명에 따른 저온분사를 이용한 스퍼터링 타겟의 제조방법은 금속으로 이루어진 백킹 플레이트 또는 모재를 저온분사 장치의 전방에 배치한 후, Cu:Ga가 7:3~8:2의 중량비 조성으로 합금화된 Cu-Ga분말과, Cu-Ga분말대비 0.01~0.05중량부의 Na2S분말로 이루어지는 혼합분말을 저온분사 장치내의 혼합챔버로 공급한 후, 혼합챔버 내로 작동가스를 공급하여 공급된 작동가스와 함께 고속으로 분사된 혼합분말을 상기 백킹 플레이트 또는 모재의 표면에 코팅하여 제조된다. 또한, 본 발명에 따른 저온분사장치는 외부에서 유입되는 고온의 작동가스와 고체분말의 혼합물을, 내부에 형성된 중공을 통하여 초음속으로 이동시켜 모재의 표면으로 분사하는 분사노즐을 포함하는 장치로서, 분사노즐의 외부를 감싸도록 형성되어, 분사노즐의 내부 중공에 고체분말이 융착 혹은 고착되지 않도록 냉매를 통해 분사노즐을 냉각시키는 냉각부재를 더 포함하여 구성될 수 있다.Disclosed is a method for producing a sputtering target using a low-temperature spray capable of uniformly adding an Na component in a Cu-Ga layer and a low-temperature spraying apparatus for performing the method. A method for manufacturing a sputtering target using low temperature spraying according to the present invention is characterized in that a backing plate made of metal or a base material is disposed in front of a low temperature injection device and then a Cu -Ga powder and 0.01 to 0.05 part by weight of Na 2 S powder relative to the Cu-Ga powder is supplied to the mixing chamber in the low-temperature spraying apparatus, and then the working gas is supplied into the mixing chamber, Is coated on the surface of the backing plate or the base material. The low temperature injection apparatus according to the present invention is an apparatus including a spray nozzle for spraying a mixture of a high temperature working gas and a solid powder introduced from the outside to a surface of a base material by moving the mixture through a hollow formed inside thereof at a supersonic speed, And a cooling member which is formed so as to surround the outside of the nozzle and cools the injection nozzle through the coolant so that the solid powder is not fused or fixed to the hollow inside of the injection nozzle.

Description

저온분사장치{COLD SPRAY DEVICE}[0001] COLD SPRAY DEVICE [0002]

본 발명은 스퍼터링 타겟을 제조하는 방법 및 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 타겟 소재의 금속 분말 입자를 고압의 가스에 의해 가속시켜 백킹플레이트 표면에 코팅하는 저온분사를 이용한 스퍼터링 타겟의 제조방법과, 코팅 품질을 높일 수 있으면서 장치의 수명 및 부품의 교체주기를 연장시킬 수 있도록 마련된 저온분사장치에 관한 것이다.The present invention relates to a method and an apparatus for manufacturing a sputtering target, and more particularly to a method of manufacturing a sputtering target using low-temperature spraying in which metal powder particles of a target material are accelerated by a high- Temperature injection device capable of increasing the life of the device and the replacement cycle of the parts while improving the coating quality.

최근 다양한 형태의 태양전지 기술이 연구개발되고 있으며, 그 중 박막형 태양전지 기술은 결정형 실리콘 태양전지에 비하여 저비용으로 제조가 가능하며 에너지 회수 기간이 짧은 기술로 큰 관심을 받고 있다. 특히, 박막형 태양전지 중에서도 CIGS(CuInGaSe2) 박막형 태양전지는 구리, 인듐, 갈륨, 셀레늄의 4원소가 결합된 화합물 반도체를 기판위에 박막형태로 증착시켜 제작되는 태양전지이다. 이때 박막 두께는 1~2㎛에 불과하여 소재의 사용량이 매우 적고 대량 생산이 용이하다는 장점이 있을 뿐 아니라, 소재 사용량이 적기 때문에 제조비용이 획기적으로 절감될 수 있다는 큰 장점이 있다.Recently, various types of solar cell technologies have been researched and developed. Thin film solar cell technology is attracting much attention as a technology which can be manufactured at a lower cost than a crystalline silicon solar cell and has a short energy recovery period. Especially, among thin film solar cells, CIGS (CuInGaSe2) thin film solar cell is a solar cell manufactured by depositing a compound semiconductor in which four elements of copper, indium, gallium, and selenium are bonded on a substrate in a thin film form. At this time, since the thickness of the thin film is only 1 to 2 탆, the amount of material used is very small and mass production is easy. In addition, there is a great advantage that the manufacturing cost can be drastically reduced because the amount of material used is small.

상술한 구리, 인듐, 갈륨, 셀레늄의 4원소로 구성된 광흡수층은 동시 진공증발법, 스퍼터링법, electro-deposition법 등이 사용되고 있다. 진공증발법을 이용하는 경우 20%에 달하는 높은 변환효율을 얻을 수 있으나 대면적 모듈을 제조하기에는 어려움이 따른다.The light absorption layer composed of the four elements of copper, indium, gallium, and selenium described above is used by a simultaneous vacuum evaporation method, a sputtering method, and an electro-deposition method. When using the vacuum evaporation method, a high conversion efficiency of up to 20% can be obtained, but it is difficult to manufacture a large-area module.

때문에 Cu-In-Ga-Se으로 구성되는 광흡수층을 스퍼터링에 의하여 제조하는 방법이 제안되었는데, 일반적으로 Cu-Ga 및 In을 순차적으로 증착시키고 마지막으로 셀렌화 공정을 수행하여 CIGS 광흡수층을 제조하게 된다. 이때, 광흡수층의 효율과 박막의 특성을 향상시키기 위해서 나트륨(Na) 성분을 첨가하는 것이 좋다. 따라서, 태양전지용 박막층을 형성하기 위한 스퍼터링용 타겟에 Na 성분을 첨가하여 제조하면 스퍼터링에 의하여 박막층에 Na 성분이 첨가될 수 있다.Therefore, a method of manufacturing a light absorbing layer composed of Cu-In-Ga-Se by sputtering has been proposed. Generally, Cu-Ga and In are sequentially deposited, and finally a selenization process is performed to produce a CIGS light absorbing layer do. At this time, it is preferable to add a sodium (Na) component in order to improve the efficiency of the light absorption layer and the characteristics of the thin film. Therefore, when an Na component is added to a sputtering target for forming a thin film layer for a solar cell, an Na component may be added to the thin film layer by sputtering.

관련 선행기술로는 일본국 공개특허 제2011-117077호(2011.06.16. 공개)인 "스퍼터링 타겟 및 그 제조방법"(이하, "선행기술1"이라 함)과, 일본국 공개특허 제2011-214140호(2011.10.27. 공개)인 "스퍼터링 타겟 및 그 제조방법"(이하, "선행기술2"라 함)이 있다.As a related art, a sputtering target and its manufacturing method (hereinafter referred to as "Prior Art 1"), Japanese Patent Laid-Open Publication No. 2011-117077 (Hereinafter referred to as "Prior Art 2") which is a sputtering target and a method for producing the sputtering target.

선행기술1에 의하면, Cu-Ga층을 형성하기 위한 스퍼터링용 타겟에 NaF 화합물을 첨가하여 스퍼터링용 타겟을 제조한다. 그렇지만, 선행기술1은 NaF를 첨가하기 때문에 태양전지 박막 형성시 F(불소)의 함량이 올라가게 되고 이러한 불소의 함량 증가는 제조된 태양전지 박막 내에서 불순물로 작용하여 효율 저하를 일으킬 수 있다.According to the prior art 1, a NaF compound is added to a sputtering target for forming a Cu-Ga layer to produce a sputtering target. However, in the prior art 1, since NaF is added, the content of F (fluorine) increases during the formation of the solar cell thin film, and the increase of the fluorine content may act as an impurity in the produced solar cell thin film, resulting in a decrease in efficiency.

선행기술2에 의하면, Cu-Ga층을 형성하기 위한 스퍼터링용 타겟에 Na2S화합물을 첨가하여 스퍼터링용 타겟을 제조한다. 선행기술2는 선행기술1과 같이 NaF를 사용하여 발생할 수 있는 코팅층 내 불소(F) 성분에 의한 오염 및 성능 저하를 방지할 수 있다. 또한, S 성분으로 인한 코팅층의 성능 저하는 발생되지 않기 때문에 Na2S 분말의 사용이 더욱 적합하다.According to the prior art 2, a Na 2 S compound is added to a sputtering target for forming a Cu-Ga layer to produce a sputtering target. Prior art 2 can prevent the contamination and deterioration of performance due to the fluorine (F) component in the coating layer, which may occur by using NaF as in the prior art 1. Further, since the performance of the coating layer is not deteriorated due to the S component, use of Na 2 S powder is more suitable.

그러나 위 선행기술1 및 선행기술2는 모두 타겟 소재인 금속분말을 소결법으로 제조하고 있다. 이처럼 선행기술1 및 선행기술2는 NaF나 Na2S를 Cu-Ga 층에 분말 소결법을 이용하여 첨가하기 때문에 제조 공정이 매우 복잡하고 Cu-Ga층에 분산된 Na 성분이 균일하게 분산되지 않게 되는 문제점이 있었다.However, both of the prior art 1 and the prior art 2 are produced by sintering the metal powder as the target material. As described above, the prior arts 1 and 2 add NaF or Na 2 S to the Cu-Ga layer by powder sintering, so that the manufacturing process is very complicated and the Na component dispersed in the Cu-Ga layer is not uniformly dispersed There was a problem.

소결법을 통해 스퍼터링용 타겟을 제조하는 경우, 원료가 되는 분말들을 혼합하여 일정 형상의 틀에 장입한 후 온도를 올려 소결을 실시하게 되는데, 이런 경우 분말의 밀도차에 의해 밀도가 높은 분말은 아래쪽으로 내려가고, 밀도가 낮은 분말은 위쪽에 남게 되어 소결 후 제조된 스퍼터링용 타겟의 각 부분마다 성분 함량이 달라지게 된다. 만일, Cu-Ga 및 NaF나 Na2S분말을 소결하여 스퍼터링용 타겟을 제조하게 되면 밀도가 상대적으로 낮은 NaF나 Na2S 분말이 위쪽에 집중되게 되므로 실제로 스퍼터링을 실시하여 태양전지용 기판에 원자를 증착시킬 때 원하는 비율의 Cu-Ga 및 NaF나 Na2S 성분 함량을 갖는 광흡수층을 제조할 수 없게 된다.When the target for sputtering is manufactured by sintering, the powder to be a raw material is mixed and charged into a frame having a predetermined shape, and then the sintering is performed by raising the temperature. In this case, And the powder with a low density remains on the upper side, so that the content of each portion of the sputtering target produced after the sintering is varied. If, by implementing the fact sputtering because Cu-Ga and When preparing the NaF or Na 2 S powder to sinter the sputtering target for the density to be relatively low NaF or Na 2 S powder concentrate on top of the atoms in the solar cell substrate It becomes impossible to manufacture a light absorbing layer having a desired proportion of Cu-Ga and NaF or Na 2 S component content when it is deposited.

따라서 타겟을 성형함에 있어 위 선행기술들과 같이 소결법을 사용하지 않고 저온분사 공정을 이용하면, 타겟 전반에 걸쳐 원하는 성분 함량이 고르게 분포될 수 있을 것이다.Therefore, when a low-temperature injection process is used in molding a target without using the sintering method as in the above prior arts, the desired component content can be evenly distributed throughout the target.

한편, 저온분사(Cold Spray)에 의한 코팅은 원료가 되는 분말을 용융시키지 않은 상태 즉, 용융온도 이하에서 작동가스에 의해 모재의 표면에 분사하여 코팅하는 방법이다. 이때, 사용되는 작동가스는 히터에 의하여 가스를 가열하게 되는데, 이는 가스의 팽창력을 증가시켜주어 노즐을 통해 분사되는 가스의 속도를 향상시켜 가열하지 않은 가스대비하여 적은 양으로 높은 효율을 도출해 낼 수 있다. 이때, 가스의 온도는 코팅 소재의 특성과 소재의 크기를 고려하여 설정한다. 특수형상의 노즐을 통하여 분사되는 작동가스는 분말을 가속시켜 모재 표면에 코팅시키는 역할을 한다. 또한, 작동가스에 의해 가속된 분말은 모재의 표면에 고속으로 충돌하여 편평하게 부착되면서 코팅막을 형성시킨다.On the other hand, the coating by cold spraying is a method of spraying the powder to be raw material on the surface of the base material by the operation gas at a temperature not melting, that is, below the melting temperature. At this time, the working gas used heats the gas by the heater, which increases the expansion force of the gas to improve the speed of the gas injected through the nozzle, thereby achieving high efficiency in a small amount compared to the unheated gas have. At this time, the temperature of the gas is set in consideration of the characteristics of the coating material and the size of the material. The working gas injected through the nozzle of the special shape accelerates the powder to coat the surface of the base material. In addition, the powder accelerated by the working gas collides with the surface of the base material at a high speed and is flatly adhered to form a coating film.

이와 같이 모재의 표면에는 고체 상태의 입자가 연속적으로 충돌하여 입자가 모재 표면에 치밀화되면서 코팅막을 얻을 수 있게 된다. 따라서 용융온도 이하에서 코팅을 실시할 수 있으므로 용사코팅에 비해 치밀한 조직구조를 가지는 코팅층의 형성이 가능하게 되고, 고상상태의 소재가 고속으로 모재와 충돌하여 발생하는 소성변형에 의해 코팅이 형성됨으로써 최초 입자의 조성이나 상의 변화없이 코팅이 가능하다는 장점이 있다.In this way, the solid particles collide with the surface of the base material continuously and the particles are densified on the surface of the base material, so that a coating film can be obtained. Accordingly, since the coating can be performed at a temperature lower than the melting temperature, it is possible to form a coating layer having a denser structure compared to the spray coating, and a coating is formed by plastic deformation that occurs when a solid- It has an advantage that the coating can be performed without changing the composition or phase of the particles.

이 때문에 저온분사로 코팅된 코팅층은 초기 코팅소재분말의 조성을 유지한 코팅층의 형성이 가능하고, 치밀한 코팅층 형성이 가능하다. 또한, 저온분사공정은 분말소재를 녹여서 코팅하는 용사코팅과는 다른 고상상태 공정이기 때문에 용사코팅에서 발생하는 잔류응역이 없어 10mm 이상의 후막 코팅층을 얻을수 있는 장점이 있다.Therefore, the coating layer coated with the low temperature spray can form a coating layer maintaining the composition of the initial coating material powder, and a dense coating layer can be formed. In addition, since the low-temperature spraying process is a solid-state process different from the spray coating in which the powder material is melted and coated, there is an advantage that a thick coating layer having a thickness of 10 mm or more can be obtained without residual remnant generated in the spray coating.

이와 관련하여 대한민국 등록특허 제10-0776537호(2007.11.15. 공고)(이하, "선행기술3"이라 함)에는 콜드 스프레이용 노즐 및 이를 이용한 콜드 스프레이 장치가 개시되어 있다. 도 1에 도시한 바와 같이, 선행기술3은 내경이 좁아졌다가 다시 넓어지는 형태의 노즐부(10) 내부에 별도의 분사튜브(20)를 설치하고, 이 분사튜브(20)를 통하여 가스/분말 혼합체를 공급하되, 분사튜브(20)는 노즐부(10)의 내경이 가장 좁은 목부(4)를 지나는 지점에서 가스/분말 혼합체를 분사하도록 한 것이다.In this regard, Korean Patent No. 10-0776537 (Nov. 15, 2007) (hereinafter referred to as "Prior Art 3") discloses a cold spray nozzle and a cold spray apparatus using the same. As shown in FIG. 1, in the prior art 3, a separate injection tube 20 is provided inside the nozzle unit 10 having a shape in which the inside diameter is narrowed and then widens again, and the gas / Powder mixture is injected into the injection tube 20 so that the gas / powder mixture is injected at a point passing through the neck portion 4 having the smallest inner diameter of the nozzle portion 10.

선행기술3은 노즐부(10)의 내경이 가장 좁은 부분을 피하여 가스/분말 혼합체를 공급하여 노즐부(10) 내부가 분말에 의하여 막히는 것을 방지하고자 하였으나, 일반적으로 저온분사공정에서 수렴(Converged section) 후 확장(Diverged section)의 형상을 가지는 노즐을 통과할 때 노즐 목(throat)을 통하여 아음속의 가스속도가 초음속으로 분사하게 된다. 이때 분사되는 가스의 온도를 높여줌으로써 가스입자의 운동성을 향상시켜 동일한 유량에서도 높은 가스분사속도를 도출할 수가 있고, 부가적으로 혼합챔버에서 혼합되는 분말소재의 표면부 온도가 증가함으로써 모재와 충돌시 소성변형을 용이하게 하여 코팅소재의 적층율 및 치밀한 밀도의 코팅층을 얻을 수 있도록 한다.The prior art 3 attempts to prevent the inside of the nozzle unit 10 from being clogged by the powder by supplying the gas / powder mixture while avoiding the portion having the smallest inner diameter of the nozzle unit 10, but generally, in the low temperature injection process, ), The gas velocity of the subsonic gas is injected at supersonic speed through the nozzle throat when passing through a nozzle having a shape of a diverged section. In this case, by increasing the temperature of the gas to be injected, it is possible to improve the mobility of the gas particles and thereby to obtain a high gas injection speed even at the same flow rate, and additionally, the surface temperature of the powder material mixed in the mixing chamber increases, Plastic deformation is facilitated so that a coating layer of a coating material and a dense density can be obtained.

그러나 본 발명과 같이 태양전지 제조용 스퍼터링 타겟에서 사용하는 Cu-Ga분말은 수~수십의 미세입자일 뿐만 아니라 융점이 낮기 때문에 저온분사코팅시 Cu-Ga분말이 가열가스와 혼합되면서 분말의 표면온도가 융점에 도달하게 되어 일부 작은 입자들이 녹으면서 확장부의 노즐 표면에 접착이 이루어지는 이른바 고착(Clog) 현상이 일어날 가능성이 있게 된다. 이와 같은 현상의 주된 원인은 Cu가 Ga성분과 합금화 되면서 융점이 초기 Cu 소재의 융점 대비하여 현저하게 낮아지진 것으로 설명될 수 있다.However, since the Cu-Ga powder used in the sputtering target for manufacturing a solar cell according to the present invention is not only fine to several tens of fine particles but also has a low melting point, the Cu-Ga powder is mixed with the heating gas during the low temperature spray coating, There is a possibility that a so-called clog phenomenon occurs in which the melting point is reached, and some small particles are melted and adhered to the nozzle surface of the extension part. The main cause of this phenomenon can be explained as the melting point of Cu is alloyed with the Ga component and the melting point is significantly lower than the melting point of the initial Cu material.

이와 같이 노즐부(10) 내부에 Cu-Ga분말이 고착되면 후속되는 분말이 노즐부(10)를 통과할 때, 마찰력이 크게 작용하여 모재에 충돌하는 분말의 속도가 느려지면서 코팅 성능이 저하될 수 있다. 또한, 노즐부(10)의 내벽에 고착된 분말덩어리가 간헐적으로 모재로 분출현상(Spitting) 됨에 따라 코팅 품질에 악영향을 미칠 뿐만 아니라, 노즐부(10)의 내벽에 분말이 계속해서 고착(Clogging)될 경우 노즐부(10)가 막힐 수 있다.When the Cu-Ga powder is adhered to the inside of the nozzle unit 10 as described above, when the subsequent powder passes through the nozzle unit 10, frictional force greatly acts to slow the speed of the powder colliding with the base material, . Further, the powder mass adhered to the inner wall of the nozzle portion 10 is intermittently supplied to the base material Spitting may adversely affect the coating quality. In addition, when the powder is continuously clogged on the inner wall of the nozzle unit 10, the nozzle unit 10 may be clogged.

또한, 미국등록특허 제5,302,414호(등록일: 1994. 4. 12, 이하, "선행기술4"라 함)에는 'Gas-dynamic spraying method for applying a coating'이 게시되어 있다. 선행기술4는 금속, 합금, 폴리머 등의 분말과 가스를 혼합하여 이를 분사하여 코팅하는 장치로서, 도 2의 도면에 도시된 노즐(4) 내에 가스에 의하여 분말이 초음속으로 가속되는 초음속부(20)가 형성된다. 그러나 선행기술4의 장치 역시 수백도로 가열된 가스와 이에 의해 가열되는 Cu-Ga분말이 노즐(4) 내부를 통과하면서 초음속부(20)에 융착 혹은 고착되는 현상이 발생할 수 있다.A gas-dynamic spraying method for applying a coating is disclosed in U.S. Patent No. 5,302,414 (Registered on Apr. 4, 1994, hereinafter referred to as "Prior Art 4"). The prior art 4 is a device for spraying and mixing powders and gases such as metals, alloys, polymers and the like and spraying the same. The nozzle 4 shown in FIG. 2 includes a supersonic portion 20 Is formed. However, in the apparatus of the prior art 4, too, the heated gas and the Cu-Ga powder heated by it may melt or stick to the supersonic portion 20 while passing through the nozzle 4. [

전술한 바와 같이, 이러한 Cu-Ga분말의 고착현상은 결과적으로 노즐(4) 막힘의 원인이 될 수 있을 뿐 아니라, 분말이 초음속부(20)를 통과하는 동안 분말의 진행을 방해하여 분말의 진행 속도를 저하시키고, 이에 따라 코팅성능과 생산효율의 저하를 초래할 수 있으며, 결국에는 제조된 스퍼터링 타겟을 이용하여 제조되는 태양전지에도 결함으로 남게 되는 것이다.As described above, the sticking phenomenon of the Cu-Ga powder may result in clogging of the nozzle 4, and may obstruct the progress of the powder during the passage of the powder through the supersonic portion 20, Which may result in deterioration of coating performance and production efficiency, and may eventually lead to defects in the solar cell manufactured using the sputtering target.

본 발명은 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위해 도출된 것으로, Cu-Ga층 내에 균일하게 Na성분을 첨가시킬 수 있는 저온분사를 이용한 스퍼터링 타겟의 제조방법 및 이를 수행하는 저온분사장치를 제공하려는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a sputtering target using a low temperature spray capable of uniformly adding an Na component in a Cu-Ga layer and a low temperature spraying apparatus for performing the same.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않는다.The technical objects to be achieved by the present invention are not limited to the above-mentioned technical problems.

상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 타겟 제조방법은,According to an aspect of the present invention,

금속으로 이루어진 백킹 플레이트 또는 모재를 저온분사 장치의 전방에 배치하는 단계;Disposing a backing plate or base material made of metal in front of the low temperature injection device;

Cu:Ga가 7:3~8:2의 중량비 조성으로 합금화된 Cu-Ga분말과, Cu-Ga분말대비 0.01~0.05중량부의 Na2S분말로 이루어지는 혼합분말을 저온분사 장치내의 혼합챔버로 공급하는 단계;A mixed powder composed of Cu-Ga powder alloyed with Cu: Ga in a weight ratio of 7: 3 to 8: 2 and 0.01 to 0.05 part by weight of Na 2 S powder relative to Cu-Ga powder is supplied to the mixing chamber in the low temperature injection device ;

혼합챔버 내로 작동가스를 공급하는 단계; 및Supplying an operating gas into the mixing chamber; And

공급된 작동가스와 함께 고속으로 분사된 혼합분말을 백킹 플레이트 또는 모재의 표면에 코팅하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 저온분사를 이용한 스퍼터링 타겟의 제조방법을 제공한다.And spraying the mixed powder sprayed at high speed together with the supplied working gas onto the surface of the backing plate or the base material. The present invention also provides a method of manufacturing a sputtering target using the low temperature spray.

구체적으로, Cu-Ga분말은 5~100㎛의 입자 크기를 가지며, Na2S분말은 5~30㎛의 입자 크기를 갖을 수 있다.Specifically, the Cu-Ga powder has a particle size of 5 to 100 μm, and the Na 2 S powder may have a particle size of 5 to 30 μm.

더 구체적으로, Cu-Ga분말의 입자 크기는 5~45㎛, 45~70㎛ 및 70~100㎛ 중 어느 한 분류가 될 수 있다.More specifically, the particle size of the Cu-Ga powder can be classified into any one of 5 to 45 탆, 45 to 70 탆 and 70 to 100 탆.

또는, 본 발명에 따른 저온분사장치는,Alternatively, in the low temperature injection device according to the present invention,

외부에서 유입되는 고온의 작동가스와 고체분말의 혼합물을, 내부에 형성된 중공을 통하여 초음속으로 이동시켜 모재의 표면으로 분사하는 분사노즐을 포함하는 저온분사장치에 있어서,1. A low-temperature spraying apparatus comprising a spray nozzle for spraying a mixture of a high-temperature working gas and a solid powder, which are flowed from the outside, into a surface of a base material through supersonic movement through hollows formed therein,

분사노즐의 외부를 감싸도록 형성되어, 분사노즐의 내부 중공에 고체분말이 융착 혹은 고착되지 않도록 냉매를 통해 분사노즐을 냉각시키는 냉각부재를 더 포함함을 특징으로 하는 저온분사장치를 제공한다.And a cooling member which is formed to surround the outside of the injection nozzle and cools the injection nozzle through the coolant so that the solid powder is not fused or fixed to the hollow inside of the injection nozzle.

여기에서, 냉각부재는 분사노즐의 외측면 전부를 감싸도록 배치되며, 냉매가 주입되는 주입구와 냉매가 배출되는 배출구를 구비한 원통형의 파이프 형태일 수 있다.Here, the cooling member may be disposed to surround the entire outer surface of the injection nozzle, and may be in the form of a cylindrical pipe having an inlet through which the refrigerant is injected and an outlet through which the refrigerant is discharged.

또는, 냉각부재는 분사노즐의 외측면에 접하도록 감아 분사노즐의 외측면 전부를 감싸도록 배치되며, 냉매가 일측에서 주입되어 내부를 통과한 후 타측으로 배출되는 나선형 파이프 형태일 수 있다.Alternatively, the cooling member may be in the form of a helical pipe arranged to surround the entire outer surface of the injection nozzle so as to be in contact with the outer surface of the injection nozzle, and the coolant may be injected from one side, passed through the inside thereof, and then discharged to the other side.

이때, 냉매는 냉각수 또는 액체질소임이 바람직하다.At this time, the coolant is preferably cooling water or liquid nitrogen.

그리고 분사노즐의 중공은, 혼합물의 분사 속도를 가속하기 위하여 내경이 모재 방향으로 갈수록 좁아지는 수렴부 및 수렴부를 지나 내경이 모재 방향으로 갈수록 넓어지는 확장부를 포함하며, 냉각부재는 확장부의 외측면에만 형성될 수도 있다.The hollow of the injection nozzle includes a convergent portion having an inner diameter narrowed toward the base material in order to accelerate the injection speed of the mixture, and an expanding portion having an inner diameter extending toward the base material beyond the convergent portion. .

또한, 냉각부재는 냉매가 분사노즐의 외면에 직접적으로 접촉되도록 구성될 수도 있다.Further, the cooling member may be configured such that the coolant directly contacts the outer surface of the injection nozzle.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 저온분사를 이용한 스퍼터링 타겟의 제조방법은 Ga-Cu층 내에 균일하게 Na 성분을 첨가시킬 수 있어 스퍼터링에 의해 제조되는 태양전지의 효율 향상에 도움을 줄 수 있다.As described above, the method of manufacturing a sputtering target using a low-temperature spray according to the present invention can uniformly add an Na component into a Ga-Cu layer, thereby improving the efficiency of a solar cell manufactured by sputtering.

또한, 저온분사를 이용하여 스퍼터링용 타겟을 제조하여 제조공정을 단순화하면서도 제조비용을 절감할 수 있는 장점이 있다.In addition, there is an advantage that manufacturing cost can be reduced while manufacturing process is simplified by manufacturing a target for sputtering using low-temperature injection.

그리고 Cu-Ga분말을 분사하는 저온분사장치의 노즐 내부에 입자 고착을 방지하여 코팅 성능을 높여 생산되는 제품의 품질을 향상시키고, 장치의 수명 및 부품의 교체주기를 연장시킴으로써 생산 효율을 향상시키는 효과가 있다.In addition, it is possible to improve the production efficiency by improving the quality of the manufactured product by increasing the coating performance by preventing the particle adhesion inside the nozzle of the low-temperature spraying device for spraying the Cu-Ga powder, .

도 1은 선행기술3의 개략적인 구성을 보인 단면도이고,
도 2는 선행기술4의 개략적인 구성을 보인 단면도이고,
도 3은 본 발명과 관련된 저온분사장치의 개략적인 구성을 보인 구성도이고,
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 스퍼터링용 타겟의 제조방법을 순서에 따라 도시한 순서도이고,
도 5는 본 발명으로 제조된 타겟이 배치되는 스퍼터링 장치를 개략적으로 나타낸 그림이고,
도 6은 본 발명의 일실시예에 따라 제조된 스퍼터링 타겟의 단면을 광학현미경으로 관찰한 사진이고,
도 7은 본 발명의 실시예에 의한 저온분사장치의 노즐 조립체를 나타낸 분리도이고,
도 8은 도 7의 단면도이고,
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 의한 저온분사장치의 노즐 조립체를 개략적으로 도시한 사시도이고,
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 저온분사장치의 노즐 조립체를 개략적으로 도시한 사시도이고,
도 11은 냉각부재를 적용하지 않은 상태에서 Cu-Ga분말을 저온분사한 타겟의 표면부를 촬영한 사진이고,
도 12는 도 11과 같이 냉각부재를 적용하지 않은 상태에서 Cu-Ga분말을 저온분사한 코팅층의 단면을 관찰한 광학 현미경 사진이고,
도 13은 도 11의 타겟의 코팅 표면을 연마한 후 표면을 관찰한 사진이고,
도 14는 본 발명의 실시예에 따른 냉각부재를 설치했을때의 Cu-Ga분말 코팅 결과 코팅층의 단면을 관찰한 광학 현미경 사진이며, 그리고
도 15는 도 14의 코팅층 표면을 촬영한 사진이다.1 is a sectional view showing a schematic configuration of the prior art 3,
2 is a sectional view showing a schematic configuration of the prior art 4,
FIG. 3 is a schematic view showing a schematic configuration of a low temperature injection device related to the present invention,
4 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a target for sputtering according to an embodiment of the present invention,
5 is a schematic view of a sputtering apparatus in which a target according to the present invention is disposed,
6 is a photograph of a cross section of a sputtering target manufactured according to an embodiment of the present invention observed with an optical microscope,
7 is a sectional view showing a nozzle assembly of the low temperature injection device according to the embodiment of the present invention,
Fig. 8 is a cross-sectional view of Fig. 7,
9 is a perspective view schematically showing a nozzle assembly of a low temperature injection device according to another embodiment of the present invention,
10 is a perspective view schematically showing a nozzle assembly of a low temperature injection device according to another embodiment of the present invention,
11 is a photograph of a surface portion of a target obtained by spraying a Cu-Ga powder at a low temperature without applying a cooling member,
FIG. 12 is an optical microscope photograph of a cross section of a coating layer obtained by spraying Cu-Ga powder at a low temperature without applying a cooling member as shown in FIG. 11,
FIG. 13 is a photograph of the surface of the target of FIG. 11 after polishing the coated surface,
FIG. 14 is an optical microscope photograph showing a cross section of a coating layer as a result of Cu-Ga powder coating when a cooling member according to an embodiment of the present invention is installed, and
15 is a photograph of the surface of the coating layer of Fig.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 도면들 중 동일한 구성요소들은 가능한 어느 곳에서든지 동일한 부호로 표시한다. 또한 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the drawings, the same components are denoted by the same reference symbols whenever possible. In the following description, well-known functions or constructions are not described in detail since they would obscure the invention in unnecessary detail.

본 발명에 따른 저온분사를 이용한 스퍼터링 타겟의 제조방법은 백킹 플레이트 또는 모재에 스퍼터링용 타겟 물질을 저온분사 공정으로 코팅하여 제조된다. 이와 같은 스퍼터링 타겟의 제조방법을 위한 저온분사 코팅기술에 대해 먼저 살펴보기로 한다.The method for manufacturing a sputtering target using low temperature spraying according to the present invention is produced by coating a sputtering target material on a backing plate or a base material by a low temperature spraying process. The low-temperature spray coating technique for preparing such a sputtering target will be described first.

저온분사 코팅기술은 압축팽창으로 생기는 초음속 기체 기류를 이용하여 분말이 코팅 대상물에 충돌할 때 발생하는 에너지에 의해 점착되면서 코팅되는 기술로서, 저온분사 코팅은 코팅용 분말을 용융하여 코팅하는 기존의 용사코팅 방식과 달리 상온에서 코팅이 가능하다.The low-temperature spray coating technique is a technique in which a coating is applied while being adhered by energy generated when a powder collides with an object to be coated by using a supersonic gas stream generated by compression expansion. The low-temperature spray coating is a technique of melting a coating powder, Unlike the coating method, it can be coated at room temperature.

이러한 저온분사를 사용하는 이유는 낮은 온도로 코팅소재 분말을 분사하여 소재의 변형변질을 막을 수 있고, 식각 및 증착을 통하지 않고 짧은 시간에 원하는 위치에 원하는 형상의 구성물을 형성할 수 있기 때문이다.The reason for using such a low-temperature spray is that it is possible to prevent the deformation of the material by spraying the coating material powder at a low temperature, and to form a desired configuration at a desired position in a short time without etching and deposition.

통상적으로, 저온분사의 '저온'은 코팅에 사용되는 고체 분말을 용융시키지 않는 범위 내의 온도로 해석(예를 들어, 분말이 알루미늄인 경우 녹는점이 대략 660℃가 되므로, 저온은 660℃ 미만의 온도가 될 수 있음)되는 것이다. 따라서, 저온분사에서의 저온은 특정 온도를 지칭하는 것이 아니라 분말의 종류에 따라 가변되는 온도가 되며, 궁극적으로 해당 고체 분말이 용융되지 않는 온도를 의미하는 것이다.Generally, the 'low temperature' of low temperature spraying is interpreted as a temperature within a range that does not melt the solid powder used in the coating (for example, when the powder is aluminum, the melting point becomes approximately 660 ° C, . ≪ / RTI > Therefore, the low temperature in the low-temperature injection does not refer to a specific temperature but refers to a temperature at which the solid powder varies in temperature depending on the type of the powder, and ultimately the solid powder is not melted.

도 3은 본 발명에 따른 저온분사 코팅 장치의 개략적인 구성을 보인 구성도로서, 저온분사장치(100)는 가스 저장부(110), 가스 콘트롤부(120), 가스히터(130), 분말 송급장치(140), 분말 가스히터(150), 혼합 챔버(160), 온도 콘트롤부(170) 및 노즐 조립체(180)를 포함하여 구성된다.3 is a schematic view illustrating a low temperature spray coating apparatus according to the present invention. The low temperature spray apparatus 100 includes a gas storage unit 110, a gas control unit 120, a gas heater 130, A device 140, a powder gas heater 150, a mixing chamber 160, a temperature control unit 170, and a nozzle assembly 180.

가스 저장부(110)는 내부에 소정의 가스를 수용하는 것으로서, 가스 저장부(110)에 저장된 작동 가스는 압축 공기, 질소 가스, 헬륨 가스 및 아르곤 가스로 이루어진 그룹에서 단일 성분의 가스 또는 2가지 이상의 가스를 혼합한 혼합 가스이다.The gas storage part 110 receives a predetermined gas therein, and the working gas stored in the gas storage part 110 is a single component gas or two kinds of gases in the group consisting of compressed air, nitrogen gas, helium gas and argon gas. Or more of the above gases.

가스 콘트롤부(120)는 가스의 공급량을 제어하는 역할을 하며, 가스 저장부(110)에서 공급된 가스를 가스히터(130)로 이동시키면서 상기 가스의 일부는 분말 송급장치(140)로 이동시킨다.The gas control unit 120 controls the supply amount of the gas and moves the gas supplied from the gas storage unit 110 to the gas heater 130 while moving a part of the gas to the powder feeder 140 .

가스 콘트롤부(110)와 연결된 가스히터(130)는 공급된 작동가스를 소정의 온도로 예열하는 역할을 한다. 가스히터(130)에서 예열된 작동가스는 도면에서 화살표로 도시한 바와 같이, 연결관을 따라 혼합 챔버(160)로 공급된다.The gas heater 130 connected to the gas control unit 110 preheats the supplied working gas to a predetermined temperature. The preheated working gas in the gas heater 130 is fed into the mixing chamber 160 along the connecting tube, as shown by arrows in the figure.

상기 가스 콘트롤부(120)와 연결된 분말 송급장치(140)는 고체 분말을 공급하며, 가스 콘트롤부(120)로부터 일부 이동된 가스를 이용하여 고체 분말을 분말 가스히터(150)로 연결관을 통해 이동시킨다.The powder feeder 140 connected to the gas control unit 120 supplies the solid powder and the solid powder is supplied to the powder gas heater 150 using a part of the gas transferred from the gas control unit 120 .

여기서 상기 분말 가스히터(150)는 스크류 형상의 이송관(미도시함)과 이를 가열하는 저항선(미도시함)을 포함한다. 또한 분말 가스히터(150)는 이송관을 직접 가열하는 직접 가열 방식의 이송관을 포함할 수도 있다. 이러한 분말 가스히터(150) 및 가스히터(130)는 온도 콘트롤부(170)를 통해 온도를 조절할 수 있다.The powder gas heater 150 includes a screw-shaped transfer pipe (not shown) and a resistance wire (not shown) for heating the transfer pipe. In addition, the powder gas heater 150 may include a direct heating type transfer pipe for directly heating the transfer pipe. The powder gas heater (150) and the gas heater (130) can control the temperature through the temperature control unit (170).

노즐 조립체(180)는 모재(M)를 향하게 배치된다. 여기서 노즐 조립체(180)는 모재(M)의 표면에 대해 소정 각도를 가지며, 바람직하게는 90°의 각도를 갖도록 배치하는 것이 바람직하다.The nozzle assembly 180 is disposed facing the base material M. Here, the nozzle assembly 180 preferably has a predetermined angle with respect to the surface of the base material M, and is preferably arranged to have an angle of 90 degrees.

다음에 저온분사 장치의 가스히터(130)로 공급된 작동 가스를 가열한다. 구체적으로, 가스 저장부(110)에 저장된 가스를 가스히터(130)로 이동하고, 가스히터(130)는 이동된 가스(작동 가스)를 수백 혹은 천 부근까지의 온도로 가열한다. 바람직하게는 작동 가스는 200~800℃의 범위 정도로 가열된다. 만약 작동 가스를 200℃ 미만의 온도로 가열하면 가스 분사 속도가 떨어져 생산 효율이 저하되고, 800℃를 넘는 온도로 가열하면 저온분사 코팅 장치의 피팅 연결부가 열에 의해 변형되어 밀봉되지 않고 내구성이 저하되는 문제가 발생할 수 있다.And then heats the working gas supplied to the gas heater 130 of the low temperature injection device. Specifically, the gas stored in the gas storage part 110 is moved to the gas heater 130, and the gas heater 130 heats the moved gas (working gas) to a temperature of several hundreds or thousands of degrees. Preferably, the working gas is heated to a temperature in the range of 200 to 800 占 폚. If the working gas is heated to a temperature lower than 200 ° C, the gas injection speed is lowered and the production efficiency is lowered. If the working gas is heated to a temperature exceeding 800 ° C, the fitting connection portion of the low temperature spray coating apparatus is deformed by heat, Problems can arise.

다음에 가스 콘트롤부(120)에서 일부 이동된 작동 가스를 이용하여 고체 분말을 연결관을 통해 분말 가스히터(150)로 이동시킨다. 그 이후에 분말송급장치(140)을 이용하여 분말가스히터(150)에 고체 분말을 주입하여 혼합한다. 이때 고체 분말은 알루미늄이나 알루미늄 합금, 구리, 구리합금 또는 구리 복합 소재 분말의 고체 분말을 사용할 수 있다. 물론 고체 분말은 연성(Ductility)을 가진 금속 분말이면 어떠한 것이든 사용이 가능하다. 이때, 상기 구리 복합 소재 분말은 구리 분말에 텅스텐, 실리콘 카바이드, 알루미나, 갈륨 등의 소재 분말이 첨가되어 혼합되는 것일 수 있다.Next, the solid powder is moved to the powder gas heater 150 through the connecting pipe by using the operating gas partially moved by the gas control unit 120. Thereafter, the powder feeder 140 is used to inject and mix the solid powder into the powder gas heater 150. The solid powder may be a solid powder of aluminum, aluminum alloy, copper, copper alloy or copper composite material powder. Of course, the solid powder can be any metal powder having ductility. At this time, the copper composite material powder may be prepared by mixing copper powder with a material powder such as tungsten, silicon carbide, alumina or gallium.

상기 고체 분말은 분말 가스히터(150)의 스크류 형상의 이송관(미도시함)을 통과한다. 저항선(미도시함)에 의해 가열된 이송관을 통과하면서 고체 분말은 소정 온도, 예를 들어 100℃ 내지 800℃로 예열된다.The solid powder passes through a screw-shaped transfer pipe (not shown) of the powder gas heater 150. The solid powder is preheated to a predetermined temperature, for example, 100 ° C to 800 ° C, while passing through a transfer tube heated by a resistance wire (not shown).

이와 같이 예열된 고체 분말은 도 3에서 화살표로 표시한 바와 같이 연결관을 따라 혼합 챔버(160)로 이동된다. 여기서 고체 분말을 예열하지 않고 혼합 챔버(160)로 이동할 수도 있다.The preheated solid powder is transferred to the mixing chamber 160 along the connection tube as indicated by the arrow in FIG. Where the solid powder may be transferred to the mixing chamber 160 without preheating.

한편, 고체 분말의 입자 크기는 5㎛ 내지 100㎛를 가질 수 있다. 고체 분말의 입자 크기가 5㎛ 보다 작은 크기인 경우 소재에 따라서 분말의 송급 불균일이 발생할 수 있고, 100㎛를 넘게 되면 입자 크기가 너무 커 적층이 이루어지는 임계속도(critical velocity)에 도달하기 힘들어 진다. 이때 임계속도는 고체 분말의 입자 크기와 고체 분말의 온도, 공급압력 및 노즐의 형상에 의해 변화된다.On the other hand, the particle size of the solid powder may have a range of 5 탆 to 100 탆. When the particle size of the solid powder is smaller than 5 탆, the uneven distribution of the powder may occur depending on the material, and when the size exceeds 100 탆, the particle size becomes too large and it becomes difficult to reach the critical velocity at which the laminate is formed. At this time, the critical velocity varies depending on the particle size of the solid powder, the temperature of the solid powder, the supply pressure, and the shape of the nozzle.

또한, 고체 분말의 입자는 구형의 형상 또는 괴상을 가진다. 구형의 형상의 입자를 갖는 고체 분말은 다른 형상의 입자보다 코팅 효율이 우수하고 분말을 송급하는데 있어 유리한 특성이 있다.Further, the particles of the solid powder have a spherical shape or mass. The solid powder having spherical shaped particles has better coating efficiency than other shaped particles and is advantageous in feeding powder.

혼합 챔버(160)에서 혼합된 작동 가스와 고체 분말은 노즐 조립체(180)로 이동하여 노즐 조립체(180)를 통해 외부로 분사되고, 이때 초음속으로 분사되는 작동 가스에 의해 가속된 고체 분말은 모재(M)의 표면에 코팅층(C)을 형성하게 된다.The mixed working gas and the solid powder in the mixing chamber 160 move to the nozzle assembly 180 and are injected to the outside through the nozzle assembly 180. The solid powder accelerated by the working gas injected at the supersonic speed at this time, M) is formed on the surface of the coating layer (C).

하기에는, 전술한 바와 같은 저온분사코팅 기술을 이용하여 스퍼터링 타겟을 제조하는 방법을 설명하기로 한다.Hereinafter, a method of manufacturing a sputtering target using the low temperature spray coating technique as described above will be described.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 스퍼터링용 타겟의 제조방법을 순서에 따라 도시한 순서도로서, 도 4를 참고하면, 먼저, 금속으로 이루어진 백킹 플레이트를 준비한다. 스퍼터링 공정은 도 5와 같이 소정의 챔버 내에서 수행되는 진공증착법의 일종으로, 상부에 금속 재질의 백킹 플레이트가 위치되고, 백킹 플레이트의 일면에 스퍼터를 수행할 물질로 이루어진 타겟이 위치하게된다. 이와 같은 스퍼터링용 타겟의 하부에 기판(substrate)이 배치되고, 스퍼터링 공정이 진행됨에 따라서 스퍼터링용 타겟을 구성하고 있는 물질의 원자들이 소정의 조건에서 튀어나와 기판의 상면에 박막(thin film)의 형태로 코팅되는 것이다.FIG. 4 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a sputtering target according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 4, a backing plate made of metal is first prepared. The sputtering process is a kind of vacuum deposition process performed in a predetermined chamber as shown in FIG. 5, in which a backing plate made of a metal is placed on a top surface, and a target made of a material to be sputtered is placed on one surface of the backing plate. A substrate is disposed under the sputtering target, As the sputtering process proceeds, the atoms of the material constituting the target for sputtering protrude under predetermined conditions and are coated on the upper surface of the substrate in the form of a thin film.

이와 같이 백킹 플레이트는 스퍼터를 수행하고자 하는 물질로 구성되는 스퍼터링용 타겟이 형성되는 지지체의 역할을 하는 것으로서 먼저 금속재로 제조된 백킹 플레이트를 준비한다. 이와 같이 준비된 백킹 플레이트를 저온분사 장치상에 배치한다(S10). 바람직하게는 백킹 플레이트는 저온분사장치(100)의 노즐 조립체(180) 출구쪽에 배치된다.As described above, the backing plate serves as a support on which a sputtering target composed of a material to be sputtered is formed. First, a backing plate made of a metal material is prepared. The backing plate thus prepared is placed on the low temperature injection device (S10). Preferably, the backing plate is disposed on the outlet side of the nozzle assembly 180 of the low temperature injection device 100.

본 발명에서는 스퍼터링시 사용될 백킹 플레이트에 직접 저온분사로 타겟 물질을 코팅하는 방법을 제시하고자 하는 것이지만, 반드시 백킹 플레이트를 직접적으로 사용하지 않을 수도 있다. 즉, 금속 모재에 저온분사에 의해 타겟 물질을 코팅한 후, 이 모재로부터 타겟을 떼어내 백킹 플레이트에 접합하여 사용되는 방법도 가능한 것이기 때문이다. 따라서 하기에서 표현하는 백킹 플레이트는 백킹 플레이트 뿐만 아니라 모재가 될 수도 있음이다.In the present invention, a method of directly coating a backing plate to be used in sputtering with a target material by low-temperature spraying is proposed, but it is not always necessary to directly use a backing plate. That is, it is possible to use a method in which a target material is coated on a metal base material by low-temperature injection, the target is removed from the base material, and the target is bonded to a backing plate. Therefore, the backing plate represented by the following description may be a base material as well as a backing plate.

백킹 플레이트를 저온분사 장치상에 배치하였으면, 백킹 플레이트의 일면에 도포할 물질로 이루어진 원료분말을 저온분사 장치내의 혼합챔버로 공급한다. 본 발명의 원료분말은 Cu분말, Ga분말 및 Na성분을 함유하는 분말이며, Na성분을 함유하는 분말로는 Na2S 분말을 사용한다. 여기에서, Cu분말과 Ga분말은 Cu-Ga합금분말의 형태로 공급되는 것이 가능하다. 보다 구체적으로는 Ga분말은 융점이 거의 대기상태이기 때문에 단독으로 사용되는 것이 쉽지 않으므로 Cu-Ga의 이원합금 형태로 사용되는 것이 바람직할 것이다.When the backing plate is placed on the low temperature injection device, raw material powder composed of the material to be coated is supplied to one surface of the backing plate into the mixing chamber in the low temperature injection device. The raw material powder of the present invention is a powder containing Cu powder, Ga powder and Na component, and Na 2 S powder is used as powder containing Na component. Here, the Cu powder and the Ga powder can be supplied in the form of a Cu-Ga alloy powder. More specifically, it is preferable that the Ga powder be used in the form of a binary alloy of Cu-Ga since the melting point of the Ga powder is substantially in the atmospheric state and therefore, it is not easy to be used alone.

Cu-Ga분말의 입도는 위 저온분사코팅 기술에서 설명한 바와 같이 5~100㎛내에서 사용될 수 있지만, 범위가 너무 넓으면 큰 것들과 작은 것들의 격차가 커서 코팅시 수율이 낮거나 코팅 품질이 낮아지는 등 다소 문제가 발생될 수 있다. 따라서 위 5~100㎛내의 범위중에서 좀더 구체적으로는, 5~45㎛것을 사용하거나, 45~70㎛ 또는, 70~100㎛의 정도씩 일부 구간별로 선택해서 사용되는 것이 더 좋다.The particle size of the Cu-Ga powder can be used within the range of 5 to 100 탆 as described in the above low-temperature spray coating technique, but if the range is too wide, the gap between large and small particles is large, There may be some problems such as losing. Therefore, it is more preferable to use 5 to 45 占 퐉, 45 to 70 占 퐉, 70 to 100 占 퐉, or the like, in a range of 5 to 100 占 퐉, more specifically in a range of 5 to 100 占 퐉.

그리고 Na2S 분말의 입도는 5~80㎛가 바람직하며, 가장 적당하게는 Cu-Ga 기지 내에 균일하게 분산되는데 가장 최적의 입도인 5~30㎛ 크기인 것이 좋다. Na가 함유된 분말은 선행기술1 및 2의 본문내용에서 기재된 바와 같이 5㎛이하처럼 미세한 것이 태양전지 성능에 더 유리하다. 그렇지만 본 발명과 같이 저온분사코팅 기술을 이용하기 위해서는 작은 분말을 사용하기 어렵게 된다.The particle size of the Na 2 S powder is preferably 5 to 80 μm, and most preferably, it is uniformly dispersed in the Cu-Ga base. The powder containing Na is more advantageous in solar cell performance as fine as 5 탆 or less as described in the contents of the prior art 1 and 2. However, it is difficult to use a small powder to use the low-temperature spray coating technique as in the present invention.

즉, Na2S분말은 Cu-Ga분말보다 밀도가 낮으며, 그 밀도차이의 격차가 큰 특성을 갖는다. 따라서 Na2S분말과 Cu-Ga분말의 혼합분말이 초음속으로 분사될때에, 밀도가 낮은 Na2S분말이 더 빠른 속도로 날아가게 되어 분사도중에 Na2S분말과 Cu-Ga분말들이 서로 충돌하는 등의 문제가 발생될 수 있는 것이다. 더구나 입자의 크기가 작으면 더 빠른 분사속도를 가지게 됨으로서 Na2S분말은 Cu-Ga 합금분말대비하여 빠른 속도를 가지게 된다. 그러나 두 종류의 입자속도를 비슷하게 유지하기 위해서는 Na2S분말의 입자가 커져야 하나 그렇게 되면 코팅시 선행되어 충돌한 Na2S분말이 후속되는 Cu-Ga 합금분말에 의해 덮히는 현상대신 깨짐현상이 발생하여 결함이 발생될수 있기 때문에 Na2S분말의 입도는 Cu-Ga 합금분말의 크기와 유사한 5~30㎛ 수준이 적당하다.That is, the Na 2 S powder has a density lower than that of the Cu-Ga powder and has a large difference in the density difference. Therefore, when the mixed powder of Na 2 S powder and Cu-Ga powder is injected at a supersonic speed, the Na 2 S powder having a low density flies at a higher speed, so that Na 2 S powder and Cu-Ga powder collide with each other And the like. In addition, Na 2 S powder has a higher speed than Cu-Ga alloy powder because it has a faster spraying speed when the particle size is smaller. However, in order to keep both particle velocities close to each other, the particles of Na 2 S powder must be large. However, if the Na 2 S powder collides with the subsequent Cu-Ga alloy powder, , The particle size of Na 2 S powder is preferably in the range of 5 to 30 μm, which is similar to that of Cu-Ga alloy powder.

또한, Na2S분말의 최대 크기가 80㎛이어도 상관은 없으나, 한곳에 너무 집중적으로 Na성분이 들어가기 보다는 30㎛이하의 작은 크기로 분포되어 함유되는 것이 더욱 좋은 최적의 조건이 될 것이다.The maximum size of the Na 2 S powder may be 80 탆, but it is more preferable that the Na 2 S powder is distributed in a small size of 30 탆 or less rather than intensively containing Na components in one place.

이처럼 혼합챔버로 공급되는 원료분말의 양은 Cu-Ga분말에 0.01~0.05중량부의 Na2S분말을 혼합한 것이며, 혼합 과정 중에 불가피하게 첨가되는 불순물이 있을 수 있다. 여기에서, Cu-Ga분말은 Cu:Ga가 중량비로 7:3~8:2의 조성으로 합금화된 분말이다. 이때, Cu-Ga분말은 일반적으로 CIGS 박막형 태양전지용 광흡수층을 구성하는 물질과 그 함량이며, 이에 첨가되는 Na2S가 0.01중량부 미만인 경우 향후 스퍼터링에 의해 제조되는 태양전지용 광흡수층에 첨가되는 Na 성분의 양이 지나치게 미미하여 Na 첨가에 의한 전지 효율 향상을 기대하기 어렵다. 또한, Na2S가 0.05중량부를 초과하는 경우 향후 스퍼터링에 의해 제조되는 태양전지용 광흡수층 내에 Na 성분이 과다하게 포함되어 오히려 태양전지 발전 효율을 저하시킬 수 있으며 광흡수층의 기계적 성질을 저하시킬 수 있게 된다.The amount of the raw material powder supplied to the mixing chamber is such that 0.01 to 0.05 part by weight of Na 2 S powder is mixed with the Cu-Ga powder, and impurities inevitably added during the mixing process may be present. Here, the Cu-Ga powder is a powder obtained by alloying Cu: Ga in a weight ratio of 7: 3 to 8: 2. In this case, the Cu-Ga powder generally comprises the material and the content of the light absorbing layer for a CIGS thin film solar cell. When the added amount of Na 2 S is less than 0.01 part by weight, the Na-S added to the light absorbing layer for the solar cell The amount of the component is too small and it is difficult to expect the improvement of the cell efficiency due to the addition of Na. If the amount of Na 2 S exceeds 0.05 part by weight, Na component is excessively contained in the light absorbing layer for a solar cell manufactured by sputtering in the future, so that the solar cell power generation efficiency may be lowered and the mechanical properties of the light absorbing layer may be lowered do.

원료분말의 혼합은 일반적인 2차원 믹싱이나 3차원 믹싱 및 볼밀링이나 어트리션 밀링 등의 방법을 이용할 수 있다. 특히 볼밀링 혹은 어트리션 밀링을 사용하게 되면 일반적인 믹싱을 실시하였을 때 보다 원료분말 중 Cu-Ga합금분말에 Na2S 분말이 더 견고하게 밀착되는 형태로 혼합될 수 있다는 장점이 있으나 혼합공정시 Cu-Ga 합금분말에 인가되는 에너지에 의해 가공경화 및 분말의 형상 및 입도가 변화되기 때문에 조절이 필요하다.Mixing of raw material powders can be performed by general two-dimensional mixing, three-dimensional mixing, ball milling, or attrition milling. Particularly, when ball milling or induction milling is used, Na 2 S powder can be mixed more firmly in the Cu-Ga alloy powder than in the case of general mixing, The work hardening and the shape and the grain size of the powder are changed by the energy applied to the Cu-Ga alloy powder, so that adjustment is necessary.

이처럼 원료분말을 예열된 분말가스와 함께 혼합챔버내로 공급한다.The raw material powder is thus fed into the mixing chamber with the preheated powdered gas.

혼합된 원료분말이 수용된 혼합챔버 내로 공급된 작동가스를 고속으로 분사함에 따라 분사되는 작동가스에 의해 원료분말이 백킹 플레이트 표면에 저온분사에 의한 코팅층을 형성하게 된다.As the operating gas supplied into the mixing chamber containing the mixed raw powder is injected at a high speed, the raw powder is formed on the surface of the backing plate by the sprayed working gas to form the coating layer by the low temperature spraying.

이때 가스는 질소나 헬륨 등 불활성 가스가 주로 사용되는데, 질소를 사용하는 경우 작동가스 온도는 500℃~1,000℃로 유지하고, 원료분말을 수송하는 이동가스는 10℃~800℃로 예열한 후 15~50bar의 압력으로 분사하여 백킹 플레이트의 표면에 코팅층을 형성하는 것이 바람직하다. 또한, 가스로 헬륨을 사용하는 경우 작동가스온도는 200℃~800℃로 유지하고, 원료분말을 수송하는 이동가스는 10℃~800℃로 예열한 후 15~50bar의 압력으로 분사하여 백킹 플레이트의 표면에 코팅층을 형성하는 것이 바람직하다. 상기와 같은 조건에서 벗어나는 경우 낮은 임계속도로 인하여 백킹 플레이트 표면에 코팅층이 제대로 형성되지 않거나 코팅층의 품질 등에 문제점이 발생할 수 있다.In this case, inert gas such as nitrogen or helium is mainly used. When nitrogen is used, the operating gas temperature is maintained at 500 ° C. to 1,000 ° C., the moving gas for transporting the raw material powder is preheated to 10 ° C. to 800 ° C., It is preferable to form the coating layer on the surface of the backing plate. In the case of using helium as the gas, the operating gas temperature is maintained at 200 ° C. to 800 ° C., the moving gas for transporting the raw powder is preheated at 10 ° C. to 800 ° C. and sprayed at a pressure of 15 to 50 bar, It is preferable to form a coating layer on the surface. If the above conditions are not satisfied, the coating layer may not be properly formed on the surface of the backing plate due to the low critical velocity, or the quality of the coating layer may be deteriorated.

이와 같이 저온분사에 의해 백킹 플레이트에 코팅되는 Na2S는 도 6에서 보는 것과 같이, 원소 함량이 Na2S 분말에 비하여 대량인 Cu-Ga 2원 합금형태의 기지 내에 복수개의 비정형 입자 형태로 균일하게 분포될 수 있다.As shown in FIG. 6, Na 2 S coated on the backing plate by the low-temperature spraying is uniformly distributed in the form of a plurality of irregular particles in a matrix of a Cu-Ga binary alloy having a larger content of elements than Na 2 S powder Lt; / RTI >

이처럼 저온분사에 의해 작은 비정형 입자 형태로 Cu-Ga 기지내에 미세한 크기로 Na2S 입자가 존재하기 때문에 최종적으로 얻고자 하는 스퍼터링 이후 생성되는 태양전지 광흡수층에서 목표로 하는 Na 함유량을 얻을 수 있고, 이로 인해 태양전지 광흡수층의 효율을 획기적으로 향상시킬 수 있다.Since the Na 2 S particles are present in the Cu-Ga matrix in the form of small irregular particles by the low-temperature spraying, the desired Na content can be obtained in the solar cell light absorbing layer produced after sputtering to be finally obtained, Thus, the efficiency of the solar cell light absorbing layer can be remarkably improved.

또한, 미세한 크기의 Na 성분 첨가로 인해 스퍼터링용 타겟 자체의 균열 등을 유발하지 않을 뿐 아니라, 향후 스퍼터링 후 형성되는 태양전지용 광흡수층의 형성 이후에도 박막층의 균열이나 기계적 성질 저하를 일으키지 않으면서 태양전지 광흡수층의 효율을 향상시킬 수 있다.In addition, since the addition of a small amount of Na component does not cause cracking of the sputtering target itself, it is possible to prevent the cracking of the thin film layer and the deterioration of mechanical properties even after the formation of the light absorption layer for the solar cell, The efficiency of the absorbing layer can be improved.

하기에는 스퍼터링 타겟을 제조하기 위한 저온분사장치에서 장치의 수명 및 부품의 교체주기를 연장시킬 수 있는 저온분사장치 구조를 설명한다.A low-temperature spray device structure capable of extending the lifetime of the device and the replacement period of the parts in the low temperature spray device for manufacturing the sputtering target will be described below.

도 7은 본 발명의 실시예에 의한 저온분사 코팅용 노즐 조립체를 나타낸 분리도로서, 노즐 조립체(180)는 분사노즐(181) 및 냉각부재(185)를 포함한다.FIG. 7 is an exploded perspective view illustrating a low-temperature spray coating nozzle assembly according to an embodiment of the present invention. The nozzle assembly 180 includes a spray nozzle 181 and a cooling member 185.

분사노즐(181)은 내부에 중공(182)이 형성된 길이방향으로 긴 파이프와 같은 형태의 것이다. 분사노즐(181)은 외부에서 유입되는 고온의 작동가스와 Cu-Ga분말과 Na2S분말의 혼합물을 중공(182)을 통해 초음속으로 이동시켜 코팅을 수행하고자 하는 모재(M)의 표면에 분사하는 것이다. 분사노즐(181)은 혼합챔버(160)와 연결되어 있는 것이다. 위의 타겟 제조방법에서도 설명하였듯이 모재(M)는 백킹 플레이트로 치환될 수 있다. 따라서 하기에서 표현하는 모재(M)는 모재 뿐만 아니라 백킹 플레이트가 될 수도 있음이다.The injection nozzle 181 has the same shape as a longitudinally long pipe in which a hollow 182 is formed. The injection nozzle 181 moves the mixture of the high-temperature working gas introduced from the outside, the mixture of the Cu-Ga powder and the Na 2 S powder through the hollow 182 at a supersonic speed to spray the surface of the mother material M to be coated . The injection nozzle 181 is connected to the mixing chamber 160. As described in the above target manufacturing method, the base material M may be replaced with a backing plate. Therefore, the base material M described below may be a backing plate as well as a base material.

혼합챔버(160)에서 분사노즐(181)로 공급되는 작동가스는 전술한 바와 같이, 수백도의 온도로 가열된 후 이동하면서 혼합분말과 혼합되어 혼합분말의 속도를 가속하여 모재(M) 표면에 혼합분말을 코팅시키는 역할을 한다. 이와 같이 작동가스에 의해 초음속까지 가속된 혼합분말은 모재(M)의 표면에 충돌하여 모재(M) 표면을 코팅하게 된다.As described above, the working gas supplied from the mixing chamber 160 to the injection nozzle 181 is heated to several hundred degrees Celsius and then mixed with the mixed powder while moving at a temperature of several hundred degrees to accelerate the speed of the mixed powder, And serves to coat the mixed powder. The mixed powder accelerated to supersonic speed by the working gas impinges on the surface of the base material M to coat the surface of the base material M.

분사노즐(181)의 중공(182)은 혼합분말을 초음속까지 가속하기 위하여 특수한 형태로 제조될 수 있다. 본 발명에서 분사노즐(181)의 중공(182)은 상기 혼합물의 분사 속도를 가속하기 위하여 내경이 모재(M) 방향으로 갈수록 좁아지는 수렴부(182a)와 상기 수렴부(182a)를 지나 내경이 모재(M) 방향으로 갈수록 넓어지는 확장부(182b)가 형성될 수 있다.The hollow 182 of the injection nozzle 181 may be manufactured in a special form to accelerate the mixed powder up to supersonic speed. In the present invention, the hollow 182 of the injection nozzle 181 has a converging portion 182a whose inner diameter becomes narrower toward the base material M in order to accelerate the injection speed of the mixture, and an inner diameter passing through the converging portion 182a An extension 182b that widens toward the base material M can be formed.

도 8에 도시된 바와 같이, 혼합챔버(160)에서 이동해온 혼합물은 분사노즐(181)로 공급된 후 모재(M) 방향으로 갈수록 내경이 좁아지는 수렴부(182a)를 따라 이동한다. 수렴부(182a)에서 작동가스와 이에 혼합되어 있는 혼합분말은 모재(M) 방향으로 갈수록 내경이 점점 넓어지는 확장부(182b)로 이동되면서 작동가스가 분출되고 이동 속도가 급격히 가속된다. 따라서 작동가스에 의하여 가속되는 혼합분말의 속도 역시 급격히 가속되며, 이때 혼합분말의 속도는 초음속까지 상승할 수 있다.8, the mixture moved in the mixing chamber 160 is supplied to the injection nozzle 181 and moves along the convergent portion 182a whose inner diameter becomes narrower toward the base material M as shown in FIG. In the converging part 182a, the working gas and the mixed powder mixed therein are moved to the expanding part 182b whose inner diameter gradually gets wider toward the base material M, and the working gas is spouted and the moving speed is rapidly accelerated. Therefore, the speed of the mixed powder accelerated by the working gas is also rapidly accelerated, and the speed of the mixed powder may be increased to supersonic speed.

냉각부재(185)는 분사노즐(181)의 외부를 감싸도록 형성되는 것으로, 분사노즐(181)의 내부를 통과하는 고온의 작동가스에 의하여 승온된 혼합분말이 분사노즐(181)의 중공(182) 내벽에 융착 혹은 고착되는 것을 방지하는 역할을 한다. 저온분사 코팅을 위해 사용되는 작동가스는 전술한 바와 같이 500℃~1,000℃의 온도로 가열되어 혼합분말과 혼합된 후 혼합분말의 속도를 가속하는 역할을 하게 된다. 이 때문에 혼합분말 역시 작동가스에 의하여 가열되어 승온된다.The cooling member 185 is formed so as to surround the outside of the injection nozzle 181 so that the mixed powder heated by the high temperature operating gas passing through the inside of the injection nozzle 181 flows into the hollow 182 of the injection nozzle 181 ) To prevent fusion or sticking to the inner wall. The working gas used for the low-temperature spray coating is prepared as described above, The mixture is heated to a temperature to be mixed with the mixed powder, and then accelerates the speed of the mixed powder. For this reason, the mixed powder is also heated by the working gas to be heated.

코팅에 사용되는 Cu-Ga분말 및 Na2S분말은 금속 중에서도 상대적으로 융점이 낮으며, 수십의 직경을 가지는 미세한 입자이다. 이러한 미세입자 형태의 혼합분말은 수백도의 온도로 가열되는 경우 표면이 반용융 상태가 되거나 표면의 일부에서 용융이 발생할 수 있다.The Cu-Ga powder and Na 2 S powder used in the coating are fine particles having a relatively low melting point in the metal and having a diameter of several tens. Such mixed powders in the form of fine particles may become semi-molten when heated to a temperature of several hundred degrees, or may melt at a portion of the surface.

이 경우 혼합분말이 분사노즐(181)의 수렴부(182a)를 지나 내경이 가장 좁은 수렴부(182a)와 확장부(182b)의 경계를 지나게 되면 이 부분의 모서리 등에 고착될 수 있으며, 확장부(182b)로 이송되면서 확장부(182b)의 내벽에 융착 혹은 고착되는 경우가 발생할 수 있다. 수렴부(182a) 혹은 확장부(182b) 내벽에 혼합분말의 고착이 일부 진행되면, 고착된 혼합분말을 중심으로 계속하여 혼합분말들의 고착이 확장되면서 심한 경우 분사노즐(181)의 막힘의 원인이 될 수 있다.In this case, when the mixed powder passes the converging portion 182a of the injection nozzle 181 and passes the boundary between the converging portion 182a and the expanding portion 182b having the narrowest inner diameter, the mixed powder can be adhered to the edge of the portion, It may be welded or fixed to the inner wall of the extension part 182b while being transferred to the extension part 182b. When the mixed powder is partially adhered to the inner wall of the convergent part 182a or the extension part 182b, the adhesion of the mixed powder continues to be extended around the fixed mixed powder, which is a cause of clogging of the injection nozzle 181 .

또한, 일부 혼합분말이 분사노즐(181) 내부에 고착되면 분사노즐(181)을 통해 진행하는 작동가스와 혼합분말들이 지나가는 동선을 방해하여 혼합분말들이 이동하면서 받는 마찰력이 증가하게 된다. 이러한 마찰력 증가는 결국 혼합분말들의 이동 속도를 저하시키게 되고, 이는 결과적으로 코팅 성능의 저하라는 결과를 야기할 수 있다. 또한, 모재(M)에 균일한 두께로 코팅이 되지 않게 되어 코팅층(C)의 거칠기가 증가하게 되고, 이는 결국 코팅된 최종 제품의 품질 저하로 이어지게 된다.In addition, when a part of the mixed powder is adhered to the inside of the spray nozzle 181, the working gas traveling through the spray nozzle 181 and the copper powder passing through the mixed powder interfere with each other. This increase in frictional force ultimately leads to a decrease in the moving speed of the mixed powders, which may result in deterioration of coating performance. In addition, the coating of the base material M is not uniform, and the roughness of the coating layer C is increased, which leads to deterioration of the quality of the coated final product.

이와 같이 분사노즐(181) 내부에서 발생될 수 있는 혼합분말의 고착을 방지하기 위하여 본 발명에서는 승온된 분사노즐(181)의 온도를 하강시켜 일정한 온도 범위로 유지할 수 있도록 내부에 냉매(186)를 수용한 냉각부재(185)를 설치하는 것이다. 이때 분사노즐(181)의 온도를 하강시키면 분사노즐(181)의 내벽에 충돌하거나 분사노즐(181)을 통과하여 지나가는 혼합분말이 냉각된 내경에 의하여 고착이 방지되는 효과가 있다.In order to prevent the mixed powder that may be generated in the injection nozzle 181 from being fixed, the present invention controls the temperature of the heated injection nozzle 181 to be lowered to maintain a constant temperature range. And a cooling member 185 accommodated therein. At this time, when the temperature of the injection nozzle 181 is lowered, there is an effect that the adhesion of the mixed powder colliding with the inner wall of the injection nozzle 181 or passing through the injection nozzle 181 is prevented by the cooled inner diameter.

구체적으로, 냉각부재(185)는 도 8과 같이, 분사노즐(181)의 외벽을 전체적으로 감싸는 속이 빈 파이프 형태로 내부에 냉매(186)를 수용할 수 있는 공간을 구비한 것일 수 있다. 냉각부재(185)는 냉매(186)가 내부로 주입되는 주입구(185a)와, 주입된 냉매(186)가 내부를 순환한 후 외부로 배출되는 배출구(185b)를 구비할 수 있다.8, the cooling member 185 may have a space for accommodating the refrigerant 186 therein in the form of a hollow pipe which entirely covers the outer wall of the injection nozzle 181. [ The cooling member 185 may have an inlet 185a into which the refrigerant 186 is injected and an outlet 185b through which the injected refrigerant 186 circulates and then is discharged to the outside.

냉각부재(185)는 분사노즐(181)을 전체적으로 감싸는 형태일 수도 있으나, 분사노즐(181) 내경에 확장부(182b)가 형성된 길이만큼 만을 외부에서 감싸는 형태로 배치될 수도 있다. 분사노즐(181)을 통해 작동 가스와 더불어 혼합분말이 통과할 때 수렴부(182a)를 지나 확장부(182b)로 이동하면서 이들의 속도가 급격히 가속되므로 수렴부(182a)와 확장부(182b)의 경계 및 확장부(182b)의 내벽에 다량의 혼합분말이 급격한 속도로 통과하면서 고착될 확률이 높아지게 된다. 그러므로 대부분의 혼합분말의 고착 현상은 확장부(182b)에서 발생할 수 있는데, 이를 효과적으로 방지하기 위하여 냉각부재(185)는 확장부(182b)의 외부만을 감싸도록 설치될 수도 있다.The cooling member 185 may be configured to entirely cover the injection nozzle 181 but may be arranged to surround only the length of the inside of the injection nozzle 181 where the extension 182b is formed. When the mixed powder passes through the injection nozzle 181 and the mixed powder passes through the converging portion 182a and moves to the expanding portion 182b, the speed of the converging portion 182a and the expanding portion 182b are rapidly accelerated. And a large amount of mixed powder passes through the inner wall of the enlarged portion 182b at an abrupt velocity. Therefore, most of the mixed powder may be adhered to the enlarged portion 182b. In order to effectively prevent this phenomenon, the cooling member 185 may be installed so as to surround only the outer portion of the extended portion 182b.

또한, 냉각부재(185)는 도 9와 같이, 냉매가 분사노즐(181)의 외면에 직접적으로 접촉되도록 구성될 수 있다. 이와 같은 경우에 냉각부재(185)는 속이 빈 원통형상으로서 내부 공간에 냉매가 채워질 수 있다. 이때 냉각부재(185)의 내부로 분사노즐(181)이 삽입되도록 하여 분사노즐(181)의 외표면과 냉매가 직접 접촉하도록 형성되는 것이다. 이 경우 냉각부재(185) 내부에 채워진 냉매가 유출되지 않도록 냉각부재(185)의 끝단에는 도 9와 같이, 유출방지판(185c)이 형성될 수 있다. 유출방지판(185c)에는 분사노즐(181)이 삽입될 수 있도록 삽입공이 형성된다. 이때 삽입공(185d)은 분사노즐(181)의 내경보다 약간 내경이 큰 형태로 형성될 수 있다. 분사노즐(181)의 끝단이 삽입공(185d)에 끼워진 후, 분사노즐(181)의 끝단 외측와 삽입공(185d) 사이에 발생되는 공간은 소정의 밀폐부재(185e)로 밀폐 처리를 할 수 있다. 이때 밀폐 처리는 용접이 될 수 있으며, 세라믹이나 고분자 소재의 밀폐 부재를 채운 후 응고시키는 등의 방법이 사용될 수도 있다.9, the cooling member 185 may be configured such that the refrigerant directly contacts the outer surface of the injection nozzle 181. [ In such a case, the cooling member 185 may be filled with refrigerant in the inner space as a hollow cylindrical shape. At this time, the injection nozzle 181 is inserted into the cooling member 185, so that the outer surface of the injection nozzle 181 is directly contacted with the coolant. In this case, an outflow preventing plate 185c may be formed at the end of the cooling member 185 to prevent the refrigerant filled in the cooling member 185 from flowing out, as shown in FIG. The outflow preventing plate 185c is formed with an insertion hole for allowing the injection nozzle 181 to be inserted therein. At this time, the insertion hole 185d may be formed to have a slightly larger inner diameter than the inner diameter of the injection nozzle 181. The space generated between the outer side of the end of the injection nozzle 181 and the insertion hole 185d after the end of the injection nozzle 181 is inserted into the insertion hole 185d can be sealed by a predetermined sealing member 185e . At this time, the sealing process may be a welding process, or a method of filling a sealing member made of ceramic or a polymer material and then solidifying it may be used.

또한, 냉각부재(185)는 도 10과 같이, 분사노즐(181)의 외측면에 접하여 분사노즐(181)의 외측면 전부를 감싸는 나선형의 얇은 파이프 형태로 형성될 수도 있다. 이 경우 일측에서 냉매(186)가 주입되어 파이프를 통과한 후 타측으로 배출될 수 있다. 이러한 형태일 때에도 냉각부재(185)는 확장부(182b)가 형성된 길이만큼만 분사노즐(181)의 외부를 감싸도록 형성될 수도 있다. 그리고 확장부(182b)는 노즐 단부쪽으로 진행할 수록 그 두께가 점차 작아지므로 냉매(186)의 흐름을 노즐의 단부쪽으로 진행하도록 함이 좋을 것이다. 그 이유는 노즐의 두께가 두꺼울수록 냉각율이 떨어지고 얇을수록 냉각이 높아지는데 더 두꺼운 수렴부(182a)쪽을 냉매 입구로 하고 점차 얇아지는 확장부(182b)쪽을 냉매 출구로 하여 두께는 변하더라도 냉각율은 균일성을 유도하도록 하기 위함이다.10, the cooling member 185 may be formed in the form of a spiral thin pipe surrounding the entire outer surface of the injection nozzle 181 in contact with the outer surface of the injection nozzle 181. [ In this case, the coolant 186 may be injected from one side and may be discharged to the other side after passing through the pipe. Even in this configuration, the cooling member 185 may be formed so as to surround the outside of the injection nozzle 181 only as long as the extended portion 182b is formed. Since the thickness of the extension 182b gradually decreases toward the end of the nozzle, it is preferable that the flow of the coolant 186 proceeds toward the end of the nozzle. The reason for this is as follows. The cooling rate decreases as the thickness of the nozzle becomes thicker and the cooling becomes higher as the thickness of the nozzle increases. Thicker the convergent portion 182a becomes the coolant inlet and the expanding portion 182b becomes thinner The cooling rate is to induce uniformity.

본 발명에서 사용되는 냉매(186)는 상온 혹은 상온 이하의 온도를 가지는 냉각수일 수 있다. 또한, 냉매(186)는 액체 질소가 사용될 수도 있다. 물론 냉매는 분사노즐(181)을 냉각시킬 수 있는 액체, 가스라면 어떠한 것이든 사용되는 것이 가능하다.The refrigerant 186 used in the present invention may be cooling water having a room temperature or a room temperature or lower. Also, liquid nitrogen may be used as the refrigerant 186. Of course, any liquid or gas that can cool the injection nozzle 181 can be used as the coolant.

본 발명에서 냉각부재(185)가 분사노즐(181)을 어느 정도 냉각시키고 있는지를 측정하는 지표로서 배출되는 냉매(186)의 온도를 사용할 수 있다. 따라서, 냉각부재(185)의 배출구(185b) 일측에는 냉매(186)의 온도를 측정할 수 있는 온도센서나 온도계 등이 더 설치될 수 있다.In the present invention, the temperature of the refrigerant 186 discharged as an index for measuring how much the cooling member 185 cools the injection nozzle 181 can be used. Accordingly, a temperature sensor, a thermometer, or the like capable of measuring the temperature of the refrigerant 186 may be further installed at one side of the discharge port 185b of the cooling member 185. [

예를 들어, 냉매(186)로 상온의 냉각수를 사용하는 경우 배출되는 냉각수의 온도가 50℃ 이하일 때 코팅 성능이 우수하였으면, 향후 지속적으로 냉각수의 온도를 50℃ 이하로 유지하면서 코팅을 실시할 수 있다. 냉각수의 온도가 상승하면 이를 감지한 후 투입되는 냉각수의 양을 늘리거나 좀 더 저온의 냉각수를 투입하는 등의 조치를 취하여 분사노즐(181)의 온도를 조절하는 것이 가능하다. 본 발명의 실시예에 따른 Cu-Ga 및 Na2S 혼합분말을 코팅하는 스퍼터링 타겟을 제조하는 경우에는 80℃이하가 최적의 코팅조건임을 실험을 통해 알 수 있었다.For example, when the cooling water at room temperature is used as the coolant 186, if the cooling water temperature is 50 ° C or lower and the coating performance is excellent, coating can be continued while maintaining the cooling water temperature at 50 ° C or lower have. When the temperature of the cooling water rises, it is possible to adjust the temperature of the injection nozzle 181 by taking measures such as increasing the amount of the cooling water to be introduced or injecting cooler water of a lower temperature. In the case of preparing a sputtering target for coating a mixed powder of Cu-Ga and Na 2 S according to an embodiment of the present invention, it was experimentally confirmed that an optimum coating condition of 80 ° C or less is optimum.

본 발명에 따른 냉각부재가 Cu-Ga분말의 저온분사시 어느 정도의 코팅 치밀성을 갖는지 실험를 통해 관찰해 보았다.Experiments were conducted to see to what degree of coating compactness the cooling member according to the present invention had when spraying Cu-Ga powder at a low temperature.

도 11은 본 발명에 따른 냉각부재를 사용하지 않은 상태에서 동판에 Cu-Ga분말을 저온분사한 결과를 사진으로 나타낸 것이고, 도 12는 코팅층 내부의 치밀성을 알아보기 위해 코팅면을 현미경을 통해 관찰한 사진이며, 그리고 도 13은 코팅층의 표면을 연마한 후의 표면 사진이다.FIG. 11 is a photograph showing a result of low-temperature spraying of a Cu-Ga powder on a copper plate without using a cooling member according to the present invention. FIG. 12 is a graph showing the results of observing the coated surface through a microscope And Fig. 13 is a photograph of the surface after polishing the surface of the coating layer.

냉각부재를 적용하지 않은 상태에서는 도 11에서 보는 것과 같이, 코팅층의 일부에 덩어리 분말의 흔적이 있는 것을 확인할 수 있다. 이러한 결과는 전술한 바와 같이, Cu-Ga분말이 분사노즐의 내측 중공의 벽면에 고착되어 쌓이면서 형성된 분말 덩어리가 한꺼번에 외부로 배출되면서 코팅층을 형성하여 나타난 결과로 볼 수 있다.11, it can be confirmed that there is a lump of powder in a part of the coating layer in a state where the cooling member is not applied. This result can be seen as a result of forming a coating layer while discharging the powder mass formed while Cu-Ga powder is adhered to the inner hollow wall surface of the spray nozzle and discharged to the outside.

뿐만 아니라, 도면으로 도시하지 못하였으나 작동가스의 온도를 융점에 가깝게 더 승온하여 실험한 결과에서는 분사노즐(181)이 완전히 막혀 코팅 자체가 불가능한 경우도 발생하였다.In addition, although not shown in the figure, the temperature of the working gas was further raised to a temperature close to the melting point, and as a result, the spraying nozzle 181 was completely clogged and the coating itself was impossible.

일반적으로 저온분사 코팅에서 작동가스의 온도가 분말의 융점 이하의 범위에서 높을수록 코팅층이 균일하게 잘 형성되어야 한다. 그 이유는 분말의 경우 융점에 가까워질수록 반용융 상태가 되어 모재에 충돌하였을 때 충격파에 의하여 모재 표면에 쉽게 점착되고 고르게 퍼질 수 있기 때문이다.Generally, in a low-temperature spray coating, the coating layer must be uniformly formed as the temperature of the working gas is higher than the melting point of the powder. The reason for this is that as the melting point of the powder becomes closer to the melting point, it becomes semi-molten, and when it collides with the base material, it can easily adhere to the surface of the base material and spread evenly by shock waves.

그러나 실험에서는 Cu-Ga분말의 융점이 약 600℃ 수준임을 감안하여 작동가스가 약 400℃일 때였는데 도 11과 같이 코팅층의 곳곳에 뭉침 현상이 발생하였고, 작동가스가 500℃일 때는 분사노즐(181)이 완전히 막혀 코팅 자체가 불가능한 경우가 발생하였다.However, in the experiment, the melting point of the Cu-Ga powder was about 600 ° C, and the operating gas was about 400 ° C. However, aggregation occurred in some parts of the coating layer as shown in FIG. 11 and when the working gas was 500 ° C, 181) was completely clogged and the coating itself was impossible.

이는 상술한 이론과는 반대되는 현상으로서 이러한 결과가 나타나는 이유는 작동가스의 온도가 올라갈수록 이와 함께 움직이는 분말의 온도도 상승할 뿐 아니라, 분사노즐 내부의 온도도 함께 상승하면서 표면이 반용융 상태가 되거나 소성유동성이 좋아진 상태의 분말이 승온된 분사노즐의 벽면에 쉽게 융착 혹은 고착되기 때문일 것이다.This is in contrast to the above-mentioned theory. The reason for this result is that as the temperature of the working gas increases, the temperature of the powder moving together with the temperature of the working gas also increases. Or the powder in a state in which the plastic flowability is improved is easily fused or fixed to the wall surface of the heated injection nozzle.

이처럼 분사노즐의 내측 중공 벽면에 융착 혹은 고착되어 분사노즐의 내경이 좁아지게 되고, 때문에 내경을 통과하여 분사되는 분말에 작용되는 마찰력이 커져 분사 속도가 떨어지는 클로깅(Clogging)현상에 의한 것이다. 이러한 클로깅 현상은 도 12에서 보는 것과 같이 코팅 내부가 치밀하지 않게 되는 문제를 유발시킨다.As a result, the inner diameter of the injection nozzle is narrowed or fused to the inner hollow wall surface of the injection nozzle, and thus the friction force acting on the powder passing through the inner diameter becomes large, resulting in a clogging phenomenon in which the injection speed is lowered. This clogging phenomenon causes a problem that the inside of the coating is not as dense as shown in FIG.

또한, 고착된 분말의 크기가 점점 커지다가 일순간 압력에 의하여 외부로 분사되면서 스피팅(Spitting) 현상에 의하여 모재 표면에 분말이 덩어리 형태로 코팅된다. 이러한 덩어리는 도 13에서 보는 것과 같이 코팅 표면을 연마한 후에도 스피팅에 의해 덩어리가 있던 부분에 결함으로 존재하게 됨을 알 수 있다.In addition, the size of the fixed powder gradually increases and is sprayed to the outside by the instantaneous pressure, and the powder is coated on the surface of the base material in a lump shape by the spitting phenomenon. As shown in FIG. 13, it can be seen that even after the surface of the coating is polished, the aggregate is present as a defect in the portion where the agglomerate was formed by spitting.

이와 같은 코팅 성능의 저하를 방지하기 위하여 냉각부재를 적용한 상태에서 Cu-Ga분말을 저온분사해 보았다. 도 14는 저온분사된 코팅층 내부를 현미경으로 관찰한 사진이며, 그리고 도 15는 도 14의 코팅층 표면을 촬영한 사진이다.In order to prevent the deterioration of the coating performance, the Cu-Ga powder was sprayed at a low temperature while the cooling member was applied. FIG. 14 is a photograph of the inside of the coating layer sprayed at a low temperature with a microscope, and FIG. 15 is a photograph of the surface of the coating layer of FIG.

냉각부재를 적용하였을때에는 도 14에서 보는 것과 같이, Cu-Ga 기지층 내부가 치밀한 구조를 갖게 되는 것을 확인할 수 있고, 도 15에서 보는 것과 같이 코팅 표면도 매끄러운 코팅층이 형성되었음을 알 수 있다.As shown in FIG. 14, when the cooling member is applied, it can be seen that the inside of the Cu-Ga base layer has a dense structure, and a smooth coating layer is formed on the coated surface as shown in FIG.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 노즐 조립체를 사용하여 저온분사 코팅을 실시하는 경우, 분사노즐 내부에서 발생될 수 있는 혼합분말 입자의 융착 혹은 고착을 방지할 수 있으므로 분사노즐 내부에서 분사되는 혼합분말의 속도가 저하되지 않고 균일하게 분사될 수 있다. 결과적으로, 이는 코팅 성능을 높여 생산되는 제품의 품질을 향상시키고, 장치의 수명 및 부품의 교체주기를 연장시켜 생산 효율을 향상시킬 수 있다.As described above, when the low-temperature spray coating is performed using the nozzle assembly of the present invention, it is possible to prevent fusion or adhesion of mixed powder particles that may be generated in the spray nozzle, It can be uniformly sprayed without reducing the speed. As a result, it is possible to improve the quality of the produced product by increasing the coating performance, and to improve the production efficiency by extending the lifetime of the device and the replacement cycle of the parts.

상기와 같은 저온분사를 이용한 스퍼터링 타겟의 제조방법 및 저온분사장치는 위에서 설명된 실시예들의 구성과 작동 방식에 한정되는 것이 아니다. 상기 실시예들은 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 구성될 수도 있다.The method of manufacturing the sputtering target using the low-temperature spray and the low-temperature spraying apparatus are not limited to the configuration and the operation of the embodiments described above. The embodiments may be configured so that all or some of the embodiments may be selectively combined so that various modifications may be made.

Claims (9)

삭제delete 삭제delete 삭제delete 외부에서 유입되는 고온의 작동가스와 고체분말의 혼합물을, 내부에 형성된 중공을 통하여 초음속으로 이동시켜 모재의 표면으로 분사하는 분사노즐을 포함하는 저온분사장치에 있어서,
상기 분사노즐의 외부를 감싸도록 형성되어, 상기 분사노즐의 내부 중공에 상기 고체분말이 융착 혹은 고착되지 않도록 냉매를 통해 상기 분사노즐을 냉각시키는 냉각부재를 더 포함하고,
상기 분사노즐의 중공은, 상기 혼합물의 분사 속도를 가속하기 위하여 내경이 모재 방향으로 갈수록 좁아지는 수렴부 및 상기 수렴부를 지나 내경이 모재 방향으로 갈수록 넓어지는 확장부를 포함하며, 상기 냉각부재는 상기 확장부의 외측면에 형성되며,
상기 냉각부재는 냉매가 상기 분사노즐의 외면에 직접적으로 접촉되도록 구성됨을 특징으로 하는 저온분사장치.1. A low-temperature spraying apparatus comprising a spray nozzle for spraying a mixture of a high-temperature working gas and a solid powder, which are flowed from the outside, into a surface of a base material through supersonic movement through hollows formed therein,
Further comprising a cooling member which is formed to surround the outside of the injection nozzle and cools the injection nozzle through a coolant so that the solid powder is not fused or fixed to the hollow of the injection nozzle,
Wherein the hollow of the injection nozzle includes a convergent portion having an inner diameter narrowed toward the base material in order to accelerate the injection speed of the mixture and an expanding portion having an inner diameter passing through the convergent portion and widening toward the base material, And is formed on the outer surface of the portion,
Wherein the cooling member is configured such that the coolant directly contacts the outer surface of the injection nozzle. 제 4 항에 있어서,
상기 냉각부재는 상기 분사노즐의 외측면 전부를 감싸도록 배치되며, 상기 냉매가 주입되는 주입구와 상기 냉매가 배출되는 배출구를 구비한 원통형의 파이프 형태임을 특징으로 하는 저온분사장치.5. The method of claim 4,
Wherein the cooling member is in the form of a cylindrical pipe having an injection port for injecting the refrigerant and a discharge port for discharging the refrigerant, the pipe being disposed to surround the entire outer surface of the injection nozzle. 제 4 항에 있어서,
상기 냉각부재는 상기 분사노즐의 외측면에 접하도록 감아 상기 분사노즐의 외측면 전부를 감싸도록 배치되며, 상기 냉매가 일측에서 주입되어 내부를 통과한 후 타측으로 배출되는 나선형 파이프 형태임을 특징으로 하는 저온분사장치.5. The method of claim 4,
Wherein the cooling member is wound in contact with an outer surface of the injection nozzle so as to surround the entire outer surface of the injection nozzle and is formed into a helical pipe in which the coolant is injected from one side, Low temperature injector. 제 4 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 냉매는 냉각수 또는 액체질소임을 특징으로 하는 저온분사장치.7. The method according to any one of claims 4 to 6,
Wherein the coolant is cooling water or liquid nitrogen. 삭제delete 삭제delete
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