KR101649620B1 - 패럴린 코팅장치 - Google Patents

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임아영
배상균
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Abstract

본 발명은 분말 상태의 패럴린 다이머를 이량체 구조의 패럴린 다이머로 기화시키는 증발기; 상기 증발기에서 기화된 패럴린 다이머를 단량체인 패럴린 모노머로 변환시키는 열분해기; 상기 열분해기에서 전달된 패럴린 모노머를 확산시켜 내부에 있는 제품 위에 폴리머 상태로 증착시켜 패럴린 고분자막을 형성시키는 증착챔버; 기화된 패럴린 다이머가 증발기에서 열분해기로 공급되고, 패럴린 모노머가 열분해기에서 증착챔버로 공급되도록 상기 열분해기에 배치되게 상기 증발기와 증착챔버 사이에 설치된 패럴린 공급관; 상기 패럴린 공급관 내부에 설치되고, 투명재질로 형성되며, 패럴린 코팅 시 패럴린 원료의 증발에 의해 발생 되는 미세크기의 탄화물과 불순물이 부착되는 불순물 부착관; 및 복 수개의 열차단막 판들로 구성되고, 상기 증발기에서 기화된 패럴린 다이머는 상기 열분해기로 전달되되 상기 열분해기에서 발생 된 열은 상기 증발기 쪽으로 전달되는 것을 차단하기 위해 상기 열차단막 판들에 형성된 홀들이 서로 마주보지 않도록 배치되게 상기 불순물 부착관 내부에 설치된 열차단막 바스켓을 포함한다.

Description

패럴린 코팅장치{Apparatus for Coating A Parylene}
본 발명은 패럴린 코팅장치에 관한 것으로, 특히 증발기와 열분해기에서 패럴린 원료의 증발 시 발생 되는 미세크기의 탄화물과 불순물들을 효율적으로 관리할 수 있는 패럴린 코팅장치에 관한 것이다.
일반적으로 패럴린 코팅은 내부식성, 내수성, 내절연성, 내약품성, 내화학성을 필요로 하는 제품의 표면 보호 코팅으로 많이 응용되고 있는 코팅 방법이다.
이러한, 패럴린 코팅은 우레탄, 실리콘, 에폭시 및 테프론 등의 코팅 시 사용되는 담금법이나 스프레이 방식 등과 같은 일반적인 표면 보호 코팅법과 달리 화학증착법(CVD; Chemical Vapor Deposition)을 이용하기 때문에 제품의 형상에 관계없이 일정한 두께를 확보할 수 있을 뿐만 아니라 마이크로 단위까지 선택적으로 두께 제어가 가능하고, 제품의 기계적 스트레스를 최소화할 수 있는 장점이 있다.
한편, 상기 패럴린 코팅장치는 일반적으로 증발기(Vaporizer), 열분해기(Pyrolysis), 증착챔버(Deposition Chamber)로 구성되는데, 코팅 과정은 다음과 같다.
분말형태의 다이머(Dimer)를 증발기에 삽입한 후 약 80℃ ~ 175℃ 사이의 온도로 서서히 가열하면, 분말형태의 다이머 입자가 이량체 분자구조를 갖는 가스상태로 증발된다.
이렇게 증발된 다이머 입자는 650℃ ~ 690℃ 정도로 가열된 열분해기를 거쳐 단량체(Monomer; 모노머)로 변환되고, 단량체로 변환된 다이머 입자(즉, 패럴린 모노머)가 냉각된 후 진공상태를 유지하고 있는 증착챔버 내부로 확산 되어 처리물 표면에 필름 형태로 증착되어 코팅이 이루어지게 된다.
즉, 상온의 증착챔버 내에서 Poly-para-Xylylene 필름이 중합체 형태로 처리물 표면에 코팅된다.
이와 같이 패럴린 코팅은 중합 반응이 매우 낮은 압력과 30℃ 미만의 상온 상태의 분위기 온도를 유지하는 증착챔버 내부에서 이루어지기 때문에 처리물 표면에 열적 스트레스를 발생시키지 않고, 습식 코팅법과는 달리 미세한 틈 사이에도 코팅이 가능하며, 뾰족한 침부, 구멍, 모서리, 모퉁이, 미세한 구멍 등 형상에 관계없이 균일한 코팅 막의 형성이 가능하다.
또한, 패럴린 코팅은 진공 중의 증착챔버 내에서 가스상의 형태로 확산 되면서 증착되기 때문에 코팅 피막 자체에 핀 홀과 기공이 없고, 분자 구조가 매우 안정적이므로 특성이 쉽게 변하지 않는 성질을 가지고 있다.
한편, 패럴린 코팅 시 사용되는 패럴린 원료는 일반적으로 95.0% ~ 99.9%의 순도로 이루어져 있어 미량의 불순물을 함유하고 있는데, 이런 패럴린 원료를 기화시킬 경우 기화 챔버 내부 벽면에 패럴린 찌꺼기(즉, 탄화물)와 패럴린 이외의 불순물이 증착하게 되고, 이러한 종류의 패럴린 찌꺼기와 불순물들이 패럴린 코팅 시 코팅하고자 하는 제품에 이물질로 증착될 가능성이 있다.
이러한, 탄화물과 불순물은 종래에는 패럴린 코팅이 필요한 제품에서 큰 문제가 없었으나, 나노소자, 바이오소자, 웨어러블 기기 및 MEMS 등과 같이 초소형화되어 정밀화된 부품들에서는 불순물 자체의 하중에 의한 소자의 파손, 불순물로 인한 전기적, 물리적, 화학적 특성 변화 또는 표면 거칠기 증대로 인한 윤활성 확보 어려움 등의 다양한 문제를 유발시킨다.
이에 따라, 패럴린 코팅 시 탄화물이나 불순물을 제거할 수 있는 연구가 필요한 실정이다.
특허등록번호 제10-1269078호 특허등록번호 제10-1136539호
따라서, 본 발명은 앞서 설명한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 증발기와 열분해기에 설치된 패럴린 공급관 내에 투명재질로 이루어진 불순물 부착관을 삽입하여 탄화물과 불순물이 불순물 부착관에 부착될 때 오염된 불순물 부착관을 교체함으로써 미세크기의 탄화물과 불순물들을 효율적으로 제거할 수 있는 패럴린 코팅장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 패럴린 코팅장치는 분말 상태의 패럴린 다이머를 이량체 구조의 패럴린 다이머로 기화시키는 증발기; 상기 증발기에서 기화된 패럴린 다이머를 단량체인 패럴린 모노머로 변환시키는 열분해기; 상기 열분해기에서 전달된 패럴린 모노머를 확산시켜 내부에 있는 제품 위에 폴리머 상태로 증착시켜 패럴린 고분자막을 형성시키는 증착챔버; 기화된 패럴린 다이머가 증발기에서 열분해기로 공급되고, 패럴린 모노머가 열분해기에서 증착챔버로 공급되도록 상기 열분해기에 배치되게 상기 증발기와 증착챔버 사이에 설치된 패럴린 공급관; 상기 패럴린 공급관 내부에 설치되고, 투명재질로 형성되며, 패럴린 코팅 시 패럴린 원료의 증발에 의해 발생 되는 미세크기의 탄화물과 불순물이 부착되는 불순물 부착관; 및 복 수개의 열차단막 판들로 구성되고, 상기 증발기에서 기화된 패럴린 다이머는 상기 열분해기로 전달되되 상기 열분해기에서 발생 된 열은 상기 증발기 쪽으로 전달되는 것을 차단하기 위해 상기 열차단막 판들에 형성된 홀들이 서로 마주보지 않도록 배치되게 상기 불순물 부착관 내부에 설치된 열차단막 바스켓을 포함한다.
본 발명에서 상기 불순물 부착관은, 일단이 상기 증착챔버에 착탈 가능하게 결합 되고, 타단은 열분해기와 증발기 사이에 배치되는 열분해기용 불순물 부착관; 및 상기 열분해기용 불순물 부착관과 분리되도록 형성되어 일단은 상기 열분해기용 불순물 부착관에 삽입되고, 타단은 상기 증발기에 착탈 가능하게 결합된 증발기용 불순물 부착관을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 상기 열차단막 바스켓은, 평평한 표면에 홀이 형성되고, 외경은 증발기용 불순물 부착관의 내경 형상과 동일하게 형성된 복수 개의 열차단막 판; 상기 홀이 서로 마주보지 않도록 배치된 상기 복수 개의 열차단막 판의 중앙부분을 관통하여 복수 개의 열차단막 판과 결합 되는 고정부재; 및 상기 고정부재에 의해 고정된 열차단막 판과 결합되고, 증발기와 열분해기 사이에 패럴린 다이머가 이동될 수 있는 통로가 형성되도록 내부가 빈 반원 또는 원통형 형태로 형성된 원료 바스켓을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 금속재질로 이루어져 증발기와 증착챔버 사이에 일체형으로 설치된 패럴린 공급관 내부에 석영과 같은 투명재질로 이루어진 불순물 부착관이 삽입되기 때문에 패럴린 코팅 시 탄화물이나 불순물들이 발생하더라도 탄화물 및 불순물들의 부착 정도에 따른 불순물 부착관의 오염 상태를 쉽게 파악할 수 있어 불순물 부착관의 오염이 심화되기 전에 불순물 부착관을 교체할 수 있으므로 미세크기의 탄화물 및 불순물들을 효율적으로 제거할 수 있을 뿐만 아니라 제품의 오염 발생 확률을 낮출 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 패럴린 코팅장치를 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 증발기와 열분해기의 확대도이다.
도 3은 도 1에 도시된 패럴린 공급관과 불순물 부착관의 확대도이다.
도 4는 도 1에 도시된 패럴린 공급관과 불순물 부착관의 분해도이다.
도 5는 도 4에 도시된 열차단막 판을 나타내는 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있는 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시 예에 대한 동작 원리를 상세하게 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
그리고, 도면 전체에 걸쳐 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용한다.
덧붙여, 명세서 전체에서 어떤 부분이 다른 부분과 '연결'되어 있다고 할 때 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우 뿐만 아니라 그 중간에 다른 구성요소를 사이에 두고 간접적으로 연결되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 '포함'한다는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 패럴린 코팅장치를 나타내는 도면이고, 도 2는 도 1에 도시된 증발기와 열분해기의 확대도이며, 도 3은 도 1에 도시된 패럴린 공급관과 불순물 부착관의 확대도이다. 또한, 도 4는 도 1에 도시된 패럴린 공급관과 불순물 부착관의 분해도이고, 도 5는 도 4에 도시된 열차단막 판을 나타내는 도면이다.
도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 패럴린 코팅장치는 증발기(10), 열분해기(20), 증착챔버(30), 패럴린 공급관(40) 및 불순물 부착관(42)을 포함한다.
상기 증발기(10)는 내부에 설치된 증발히트(12)를 약 80℃ ~ 175℃의 온도로 가열하여 분말상태의 패럴린 다이머가 용융과정을 거치지 않고 곧바로 승화되도록 진공상태에서 분말상태의 패럴린 다이머를 기화시킨다. 이때, 기체상태로 기화된 패럴린 다이머는 이량체 구조를 갖도록 형성된다.
상기 열분해기(20)는 내부에 배치되도록 설치되어 상기 증착챔버(30)와 증발기(10) 사이에 일체로 형성된 패럴린 공급관(40)을 통해 상기 증발기(10)에서 전달되는 이량체 구조의 패럴린 다이머를 열분해기(20) 내부의 패럴린 공급관(40) 외부에 권취된 전열히터(22)로 약 650℃ ~ 690℃의 온도로 가열시켜 단량체인 패럴린 모노머로 변환시킨다.
이렇게 열분해기(20)에서 이량체 구조의 패럴린 다이머를 단량체 구조의 패럴린 모노머로 변환시키는 이유는 완전히 열분해되지 않은 패럴린 다이머가 제품 표면에 증착될 경우 고분자막의 광특성 등 여러 가지 특성들이 저하되는 것을 방지하기 위해서이다.
상기 증착챔버(30)는 패럴린 공급관(40)을 통해 상기 열분해기(20)에서 전달된 패럴린 모노머를 확산시켜 증착챔버(30) 내의 제품 위에 폴리머 상태로 증착시켜 패럴린 고분자막을 형성시킨다.
상기 패럴린 공급관(40)은 증발기(10)에서 이량체 구조로 기화된 패럴린 다이머를 열분해기(20)로 공급하고, 상기 열분해기(20)에서 단량체 구조로 변환된 패럴린 모노머를 증착챔버(30)에 공급할 수 있도록 증발기(10)에서 열분해기(20)를 거쳐 증착챔버(30)로 결합되도록 증착챔버(30)와 증발기(10) 사이에 설치된다.
이러한, 패럴린 공급관(40)은 패럴린 코팅 시 부식에 의해 파손되는 것을 방지하고, 볼트나 너트 등의 결합수단을 통해 증착챔버(30)와 증발기(10)에 결합이 용이하며, 결합 이후 밀폐부위의 파손에 의한 진공 누설의 위험을 방지하기 위해 스테인리스 등과 같은 금속재질로 이루어진다.
그리고, 상기 패럴린 공급관(40) 내에는 도 2와 같이 패럴린 코팅 시 패럴린 원료의 증발에 의해 발생 되는 미세크기의 탄화물과 불순물이 부착되는 불순물 부착관(42)이 설치된다.
이때, 불순물 부착관(42)은 내부에 탄화물이나 불순물들의 증착 상태를 확인할 수 있도록 투명재질(예를 들면, 석영)로 형성되고, 불순물 부착관(42)에 탄화물과 불순물이 부착되어 오염될 경우 오염된 불순물 부착관(42)을 상기 패럴린 공급관(40)에서 빼내 교체 가능하도록 상기 패럴린 공급관(40)에 결합된다.
이러한, 상기 불순물 부착관(42)은 유지보수 시 교체가 쉽고, 유지보수 비용을 줄일 수 있도록 열분해기(20) 쪽(이하, 열분해기용 불순물 부착관(42a)이라 함)과 증발기(10) 쪽(이하, 증발기용 불순물 부착관(42b)이라 함)이 각각 분리되도록 형성된다.
즉, 상기 열분해기용 불순물 부착관(42a)은 일단이 증착챔버(30) 쪽에 배치(즉, 증착챔버(30)에 착탈 가능하게 결합)되고, 타단은 상기 증발기(10) 쪽에 배치(또는, 열분해기(20)와 증발기(10) 사이)되며, 상기 증발기용 불순물 부착관(42b)은 일단이 상기 열분해기용 불순물 부착관에 삽입되고, 타단은 상기 증발기(10) 쪽에 배치(즉, 증발기(10)에 착탈 가능하게 결합) 된다.
이때, 상기 증발기용 불순물 부착관(42b)의 일단이 상기 열분해기용 불순물 부착관(42a)의 내부로 삽입되도록 끝단이 좁게 만들어지기 때문에 증발기(10)에서 기화된 패럴린 다이머 입자가 열분해기(20)를 통과할 때 열분해기용 불순물 부착관(42a) 내부로 확산 흐름이 일어나게 된다.
이와 같이, 상기 열분해기용 불순물 부착관(42a)과 증발기용 불순물 부착관(42b)이 서로 분리 가능하게 형성되기 때문에 상기 불순물 부착관(42) 내부에 불순물이 부착되어 오염되는 경우 상기 열분해기용 불순물 부착관(42a)은 증착챔버(30) 쪽에서 분리하여 제거하고, 증발기용 불순물 부착관(42b)은 증발기(10) 쪽에서 분리하여 제거할 수 있으므로 오염된 불순물 부착관(42)의 교체가 용이하다.
또한, 불순물 부착관(42)이 투명재질로 이루어져 있기 때문에 불순물 부착관(42)의 오염 정도를 쉽게 파악할 수 있어 불순물 부착관(42)의 오염이 심화 되기 전에 불순물 부착관(42)을 신규 제품으로 교체할 수 있게 되므로 제품의 오염 발생 확률을 낮출 수 있을 뿐만 아니라 미세크기의 탄화물 및 불순물들을 효율적으로 제거할 수 있게 된다.
한편, 상기 증발기용 불순물 부착관(42b) 내부에는 상기 증발기(10)에서 생성된 이량체 구조의 패럴린 다이머는 상기 열분해기(20)로 전달되되 상기 열분해기(20)에서 발생 된 열이 복사를 통해 상기 증발기(10) 쪽으로 전달되는 것을 차단할 수 있도록 열차단막 바스켓(46)이 설치된다.
이러한, 열차단막 바스켓(46)은 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 복수 개의 열차단막 판(46a), 상기 복수 개의 열차단막 판(46a)의 중앙부분을 관통하여 복수 개의 열차단막 판(46a)과 결합 되는 고정부재(46b) 및 상기 고정부재(46b)에 의해 고정된 열차단막 판(46a)과 결합(즉, 열차단막 판(46a)의 외경과 결합)되고, 증발기(10)와 열분해기(20) 사이에 패럴린 다이머가 이동하는 통로가 형성되도록 내부가 빈 반원 또는 원통형 형태로 형성된 원료 바스켓(46c)으로 구성된다.
이때, 복수 개의 열차단막 판(46a) 각각은 도 5에 도시된 바와 같이 평평한 표면에 홀(461)이 형성되고, 외경은 증발기용 불순물 부착관(42b)의 내경 형상과 동일한 형상을 갖도록 형성되며, 서로 인접하게 배치된 열차단막 판(46a)에 형성된 홀(461)들이 서로 마주보지 않도록 설치된다.
이와 같이 본 발명의 실시 예에 따른 패럴린 코팅장치는 금속재질로 이루어져 증발기(10)와 증착챔버(30) 사이에 일체형으로 설치된 패럴린 공급관(40) 내부에 석영과 같은 투명재질로 이루어진 불순물 부착관(42)이 삽입되기 때문에 패럴린 코팅 시 탄화물이나 불순물들이 발생하더라도 탄화물 및 불순물들의 부착 정도에 따른 불순물 부착관(42)의 오염 상태를 쉽게 파악할 수 있으므로 불순물 부착관(42)의 오염이 심화되기 전에 불순물 부착관(42)을 교체할 수 있어 미세크기의 탄화물 및 불순물들을 효율적으로 제거할 수 있을 뿐만 아니라 제품의 오염 발생 확률을 낮출 수 있게 된다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 관해서 설명하였으나, 이는 본 발명의 가장 양호한 실시 예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 본 발명의 기술사상의 범주를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 물론이다.
따라서, 본 발명의 권리범위는 상술한 실시 예에 한정되는 것이 아니라 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 형태의 실시 예로 구현될 수 있다. 그리고, 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자자라면 누구든지 변형 가능한 다양한 범위까지 본 발명의 청구범위 기재의 범위 내에 있는 것으로 본다.
10 : 증발기 12 : 증발히터
20 : 열분해기 22 : 전열히터
30 : 증착챔버 40 : 패럴린 공급관
42 : 불순물 부착관 42a : 열분해기용 불순물 부착관
42b : 증발기용 불순물 부착관 46 : 열차단막 바스켓
46a : 열차단막 판 46b : 고정부재
46c: 연료 바스켓 461 : 홀

Claims (3)

  1. 분말 상태의 패럴린 다이머를 이량체 구조의 패럴린 다이머로 기화시키는 증발기;
    상기 증발기에서 기화된 패럴린 다이머를 단량체인 패럴린 모노머로 변환시키는 열분해기;
    상기 열분해기에서 전달된 패럴린 모노머를 확산시켜 내부에 있는 제품 위에 폴리머 상태로 증착시켜 패럴린 고분자막을 형성시키는 증착챔버;
    기화된 패럴린 다이머가 증발기에서 열분해기로 공급되고, 패럴린 모노머가 열분해기에서 증착챔버로 공급되도록 상기 열분해기에 배치되게 상기 증발기와 증착챔버 사이에 설치된 패럴린 공급관;
    상기 패럴린 공급관 내부에 설치되고, 투명재질로 형성되며, 패럴린 코팅 시 패럴린 원료의 증발에 의해 발생 되는 미세크기의 탄화물과 불순물이 부착되는 불순물 부착관; 및
    복 수개의 열차단막 판들로 구성되고, 상기 증발기에서 기화된 패럴린 다이머는 상기 열분해기로 전달되되 상기 열분해기에서 발생 된 열은 상기 증발기 쪽으로 전달되는 것을 차단하기 위해 상기 열차단막 판들에 형성된 홀들이 서로 마주보지 않도록 배치되게 상기 불순물 부착관 내부에 설치된 열차단막 바스켓을 포함하는 것을 특징으로 하는 패럴린 코팅장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 불순물 부착관은,
    일단이 상기 증착챔버에 착탈 가능하게 결합 되고, 타단은 열분해기와 증발기 사이에 배치되는 열분해기용 불순물 부착관; 및
    상기 열분해기용 불순물 부착관과 분리되도록 형성되어 일단은 상기 열분해기용 불순물 부착관에 삽입되고, 타단은 상기 증발기에 착탈 가능하게 결합된 증발기용 불순물 부착관을 포함하는 것을 특징으로 하는 패럴린 코팅장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 열차단막 바스켓은,
    평평한 표면에 홀이 형성되고, 외경은 증발기용 불순물 부착관의 내경 형상과 동일하게 형성된 복수 개의 열차단막 판;
    상기 홀이 서로 마주보지 않도록 배치된 상기 복수 개의 열차단막 판의 중앙부분을 관통하여 복수 개의 열차단막 판과 결합 되는 고정부재; 및
    상기 고정부재에 의해 고정된 열차단막 판과 결합되고, 증발기와 열분해기 사이에 패럴린 다이머가 이동될 수 있는 통로가 형성되도록 내부가 빈 반원 또는 원통형 형태로 형성된 원료 바스켓을 포함하는 것을 특징으로 하는 패럴린 코팅장치.
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