KR101775985B1

KR101775985B1 - 초소형 전자칼럼용 배선 커넥터

Info

Publication number: KR101775985B1
Application number: KR1020160023759A
Authority: KR
Inventors: 호 섭 김; 오태식; 김대욱; 안승준; 김형우
Original assignee: 선문대학교 산학협력단
Priority date: 2016-02-26
Filing date: 2016-02-26
Publication date: 2017-09-08
Also published as: WO2017146553A1; KR20170101377A

Abstract

본 발명은 전자 칼럼을 진공 장비에 설치할 때 사용하는 배선 커넥터에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전자칼럼이 사용되는 진공 챔버에서 외부 배선을 위한 피드스루(feedthrough)와 전자칼럼을 배선 연결하며 고정하기 위한 커넥터에 관한 것이다.
상기 컨넥터는 전자칼럼과 소켓 방식으로 연결되는 고정부, 그리고 플렉서블 배선, 및 탄성체를 기본 구성요소로 하여 구성된다.

Description

초소형 전자칼럼용 배선 커넥터{CONNECTOR FOR INSTALLATION OF A MICRO COLUMN}

본 발명은 전자 칼럼을 진공 장비에 설치할 때 사용하는 배선 커넥터에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전자칼럼이 사용되는 진공 챔버에서 외부 배선을 위한 피드스루(feedthrough)와 전자칼럼을 배선 연결하며 고정하기 위한 커넥터에 관한 것이다.

전자칼럼은 전자들을 방출시켜 전자빔을 형성하는 것으로서, 대표적인 초소형 전자 칼럼인 마이크로칼럼은 기존의 CRT, 전자현미경, 전자빔 리소그라피 및 각종 전자빔장치 등에서 전자빔을 제어하는 원리를 이용한 전자 칼럼을 소형화하여 효율을 높인 매우 작은 초소형 전자칼럼이다.

이와 같은 전자칼럼은 진공하에서 사용하며 외부 배선을 위한 피드스루(feedthrough)와 연결되어 사용된다. 특히 초소형 전자칼럼은 챔버내에 별도의 구역에 고정되면 피드스루와 연결이 문제가 된다. 특히 대한민국 등록특허 제10-0994516호의 전자칼럼용 진공차등유지기구를 사용하는 경우와 같이, 초소형 전자칼럼이 진공차등유지기구에 결합되어 별도의 플랜지에 고정되는 경우에는 배선을 위한 피드스루와의 연결이 용이하지 않다. 특히 챔버가 크기 않은 경우에는 작업성이 좋지 않으며 배선의 단락 우려가 있다. 특히 배선문제는 수일 간의 진공을 만드는 기간이 지난 후 확인되는 경우가 많아 장치 유지에 문제가 되고 있다.

도 1은 종래의 진공챔버내에서 초소형 전자칼럼이 진공차등유지기구가 장착된 상태를 나타내는 단면도이다. 진공차등유지기구(10)가 조립된 전자칼럼(20)의 하우징(29)과 결합하여 전자칼럼 챔버(30)내에 결합된 상태를 도시하는 단면도이다. 상기 칼럼챔버(30)가 시료가 삽입되는 시료챔버(90)내에 플랜지(33)를 이용하여 결합되어 있다. 시료챔버(90)는 약 10^-8∼10^-11Torr 정도의 칼럼챔버(30)에 비해 대략 10¹∼10⁴ 배 정도의 낮은 진공도로 약 10^-5∼10^-7Torr 정도가 유지될 수 있다. 플랜지(32)다음에는 게이트밸브(34)가 설치되어 전자칼럼 교체시 또는 스테이지(62)에 놓여 있는 시료(61)의 교체시 전자칼럼 챔버(30)의 진공을 계속 유지할 수 있도록 한다. 또한 전자 칼럼(20)은 피드스루(feedthrough, 64)에 의해 외부 컨트롤러(미도시)와 연결되며 피드스루(64)와는 커넥터(28)에 의해 결합된다. 칼럼 챔버(30)는 플랜지(32)에 의해 진공차등유지기구(10)가 칼럼하우징(29)과 결합된 상태로 시료챔버(90)와 진공도가 차이 나게 유지되며 그리고 플랜지(33)에 의해 시료 챔버(90)에 고정된다. 도시되지 않았지만 각 챔버(30, 90)에는 진공도에 따라 펌프가 개별적으로 사용되거나 외부의 펌프와 연결되어 각각의 진공도를 유지하게 된다.

도 1과 같이 전자칼럼용 진공차등유지기구에서 고정부와 피드스루가 고정연결되어 있어서, 별도의 하우징을 제작하여야 하고, 피드스루와 고정부 사이의 길이와 고정부와 전자칼럼의 길이가 정확하게 제작되지 않으면 차등 진공을 유지하기 어렵거나, 전자칼럼의 수직방향이 틀어지는 문제가 발생한다.

대한민국 등록특허 제10-0994516호 (등록일자 : 2010년11월09일)

상기와 같은 문제점을 해결하고자, 본 발명은 전자빔을 생성하는 전자칼럼용 챔버내에서 전자칼럼과 피드스루를 용이하게 연결하고 배선처리를 잘할 수 있도록 하는 커넥터를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한 본 발명은 전자칼럼을 쉽게 피드스루와 연결할 수 있는 커넥터를 간단한 구조로서 만들 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 초소형 전자칼럼용 배선 커넥터는, 진공챔버에서 전기배선을 위하여 사용되는 피드스루와 전자칼럼을 연결하기 위한 커넥터에 있어서, 일면에는 전자칼럼으로부터 나오는 전기배선과 연결되는 연결단자를 구비하고 반대면에는 피드스루측의 전기배선과 연결되는 연결단자를 구비하여 전자칼럼과 피드스루측의 전기적 연결 및 기구적 결합이 되도록 하는 고정부; 일측은 상기 고정부와 결합되어 있으며 다른측은 상기 피드스루와 착탈이 가능하한 탄성체; 및 상기 고정부의 피드스루측 연결단자와 피드스루간에 전기적 연결이 가능하도록 된 플랙서블 배선;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 따른 커넥터에서, 상기 고정부는 테프론 또는 세라믹 재질이며, 상기 탄성체는 코일 스프링으로 길이가 줄어들 수 있도록 구성되며, 상기 탄성체는 하며 속이 빈 중공형태의 압축 코일 스프링이며, 그리고 상기 플렉서블 배선은 피복된 구리선이나 진공하에서 사용 가능한 피복된 전선으로 상기 고정부에서 피드스루간의 높이변화에 따라 길이가 변할 수 있는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 따른 커넥터는, 일면에는 상기 고정부로부터 나오는 전기배선과 연결되는 연결단자를 구비하고 반대면에는 피드스루의 핀들과 연결되는 연결단자를 구비한 제2고정부를 위의 고정부와 함께 더 포함하여 피드스루측에 대칭되도록 더 배치하고, 상기 탄성체는 두 고정부 사이에 길이가 가변되도록 결합되며, 그리고 상기 플렉서블 배선도 상기 두 고정부 사이에서 길이가 가변되도록 전기적 배선이 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 초소형 전자칼럼용 배선 커넥터를 사용하면 용이하게 전자칼럼과 외부의 피드스루를 연결할 수 있으며, 특히 초소형 전자칼럼이 피드스루에 기구적으로 지지 결합되지 않고 챔버의 다른 부분에 결합 지지되는 경우 전자칼럼과 피드스루간의 기구적 연결을 용이하게 하면서 외부 배선처리가 쉽게 될 수 있다.

특히 초소형 전자칼럼이 진공차등기구를 사용하여 별도의 플랜지 부분에 결합되고 진공이 일원화 되지 않아 챔버 조립이 복잡한 경우 용이하게 전자칼럼과 피드스루를 기구적/전기적 결합 안전하고 확실하게 할 수 있다.

또한 진공차등유지기구를 사용하는 경우에 본 발명의 커넥터를 사용하여 피드스루와 전자칼럼을 용이하게 연결하며, 전자칼럼의 챔버내 설치를 위해 별도의 하우징을 제작하지 않아도 되므로 제조비용을 감축시킬 수 있다.

도 1은 종래의 진공챔버내에서 초소형 전자칼럼에 진공차등유지기구가 장착된 상태를 나타내는 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 커넥터가 전자칼럼 및 피드스루와 결합된 상태를 나타내는 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 커넥터의 고정부의 사시도 및 그 단면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 탄성체의 다른 실시예를 나타내는 사시도이다.
도 5는 본 발명에 따른 다른 실시예로서의 커넥터가 전자칼럼 및 피드스루와 결합된 상태를 나타내는 단면도이다.

본 발명에 따른 커넥터는 초소형 전자칼럼과 피드스루를 연결함에 있어, 종래와 같이 피드스루의 결합핀들에 직접 전자칼럼을 기구적으로 결합하지 못하고 전기적 배선만을 해야 하는 경우에 이를 용이하게 하기 위해서 사용될 수 있다.

특히 진공차등유지기구를 사용하는 경우에 본 발명의 커넥터를 사용하여 피드스루와 전자칼럼을 용이하게 연결하며, 전자칼럼의 챔버내 설치를 위해 별도의 하우징을 제작하지 않아도 되므로 제조비용을 감축시킬 수 있다.

본 발명의 커넥터는 크게 전자칼럼과 소켓 방식으로 연결되는 고정부, 그리고 플렉서블 배선, 및 탄성체를 기본 구성요소로 하여 구성된다.

이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 커넥터를 보다 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 커넥터가 전자칼럼 및 피드스루와 결합된 상태를 나타내는 단면도이고, 도 3은 본 발명에 따른 커넥터의 고정부의 사시도 및 그 단면도이다.

본 커넥터(100)는 고정부(140), 탄성체(120), 및 플렉서블 배선(130)을 포함하여 구성된다. 도시된 바와 같이 피드스루(64)는 챔버 외부의 전기배선을 위한 핀(641)과 진공 챔버내부에서 초소형 전자칼럼(20)과의 전기적 배선 및 기구적 고정을 위한 핀(642)들이 구비되어 있다. 피드스루(64)는 다른 기구부와 결합이 가능하므로 본 발명의 탄성체(120)와 결합될 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 피드스루(64)와 고정부(140)에 각각 탄성체(120)가 기구적으로 연결되어 기구적으로 피드스루(64)와 고정부(140)를 연결한다. 이때 탄성체(120)의 길이는 전자칼럼(20)이 설치된 후의 피드스루(64)와 고정부(140)사이의 거리보다 길게 만들어지는 것이 바람직한 데, 조립시 탄성체(120)의 길이를 줄어들며 충분히 길이의 변화를 탄성력으로 보완할 수 있게 된다.

피드스루(64)와 전자칼럼(20)간의 전기적 배선을 위해서 피드스루(64)의 핀(642)과 플렉서블 배선(130)의 한 측이 전기적으로 연결되며 플렉서블 배선(130)의 다른 측은 고정부(140)에 전기적으로 연결되는 데, 전기적 연결은 종래와 같이 소켓 결합방식이나 개별적으로 핀과 대응 소켓의 결합 방식으로도 연결될 수 있다.

도 2에서와 같이 탄성체(120)는 코일 스프링과 같은 것으로 코일 형식으로 전체 길이가 줄어드는 속이 빈 압축 코일 스프링이 길이가 늘어나는 인장 코일 스프링보다 바람직하다. 상기 탄성체(120)는 일측이 고정부(140)에 고정되고 다른 측은 피드스루(64)와 착탈식으로 연결되는 것이 바람직하다.

고정부(140)는 도 3에서와 같이 원통이나 직육면체등 다양한 다각 기둥 등이 사용될 수 있는데, 종래의 전자칼럼에 사용되는 연결구가 사용될 수 있다. 도시된 바와 같이 고정부(140)에는 전기 연결을 위해서 전자칼럼(20)의 핀(210)이 끼워질 수 있도록 소켓이 양측이 암소켓 형식으로 된 연결구(141)가 마련되어 있다. 이 연결구는 대응 면에도 동일하게 형성되어 한쪽으로는 전자칼럼(20)이 그리고 다른 쪽으로는 상기 플렉서블 배선(130)이 연결된다. 상기 고정부(140)의 재질은 다른 부재들과 같이 진공에서 사용될 수 있는 재질이어야 하며 소켓을 삽입할 수 있도록 테프론이나 세라믹 등의 재질이 바람직하다. 또한 상기 고정부(140)의 연결구(141)는 암소켓 형식이 아니라 양측이 핀 형태나 또는 한쪽은 핀 한쪽은 암소켓 형식으로도 만들어져 사용될 수도 있다.

그리고 플렉서블 배선(130)은 통상의 진공에서 사용되는 전기 배선으로 휨이 가능한 다양한 배선들이 사용될 수 있다. 그러므로 진공용 일반 전기배선도 휨이 가능하면 사용이 가능하다.

도 4는 본 발명에 따른 탄성체의 다른 실시예를 나타내는 사시도이다.

탄성체는 도 2에서와 같이 중앙이나 외부로 플렉서블 배선(130)이 연결될 수 있도록 해야 하므로 중공을 구비하는 것이 바람직하다. 그리하여 본 탄성체(120b)의 중앙에 중공(121)이 구비되어 있으나 긴 직육면체와 같은 밴드형인 경우 중공이 없이도 만들어질 수 있다. 다만 재질이 진공하에서 사용이 가능해야 하므로 위에서 설명한 것과 같이 스테인레스 코일 스프링인 것이 바람직하며 탄성형태의 금속 판스프링들로 조합하여 만들 수도 있다.

도 5는 본 발명에 따른 다른 실시예로서의 커넥터가 전자칼럼 및 피드스루와 결합된 상태를 나타내는 단면도이다.

도 5에 도시된 것과 같이, 고정부가 고정부(140a) 및 고정부(140b)로 두 개가 사용된 것으로 전자칼럼(20)측에만 사용되었던 고정부를 피드스루(64)측에도 추가하여 동일 또는 유사하게 사용된 것이다. 그리하여 상기 고정부(140b)도 위의 고정부(140)와 같이 일측은 피드스루(64)의 핀(642)와 기구적 전기적으로 연결되고 그리고 반대측은 플렉서블 배선(130)이 전기적으로 연결된다. 그리고 상기 고정부(140a)과 고정부(140b)는 탄성체(120)로서 기구적으로 연결된다. 그리하여 피드스루(64)와 전자칼럼(20)은 본 발명의 커넥터(100)의 고정부(140a)과 고정부(140b)를 연결하는 방식으로 단순하게 연결이 된다.

그러므로 예를 들면 다른 측의 플렌지에 전자칼럼(20)을 고정시킨후 전자칼럼과 커넥터의 배선을 연결하고 진공챔버를 조립하는 과정으로 진공차등 유지기구를 이용한 전자칼럼용 진공시스템을 형성한다. 전자칼럼과 커넥터를 연결한 후 진공챔버를 조립하여도 탄성체로인해 일정부분 커넥터가 피드스루 방향으로 이동이 가능하므로, 피드스루와 전자칼럼의 배선연결이 용이하다.

64 : 피드스루
100 : 커넥터
120 : 탄성체
130 : 플렉서블 배선
140 : 고정부
20 : 전자칼럼

Claims

진공챔버에서 전기배선을 위하여 사용되는 피드스루와 전자칼럼을 연결하기 위한 커넥터에 있어서,
일면에는 전자칼럼으로부터 나오는 전기배선과 연결되는 연결단자를 구비하고 반대면에는 피드스루측의 전기배선과 연결되는 연결단자를 구비하여 전자칼럼과 피드스루측의 전기적 연결 및 기구적 결합이 되도록 하는 고정부,
일면에는 상기 고정부로부터 나오는 전기배선과 연결되는 연결단자를 구비하고 반대면에는 피드스루의 핀들과 연결되는 연결단자를 구비하고 그리고 피드스루측에 대칭되도록 더 배치된 제2고정부,
상기 고정부의 피드스루측 연결단자 및 상기 제2고정부사이에 연결되어 피드스루로 전기적 연결이 가능하도록 하는 플렉서블 배선, 및
일측은 상기 고정부와 다른측은 상기 제2고정부에 배치되는 탄성체,
를 포함하는 것을 특징으로 하는 초소형 전자칼럼용 배선 커넥터.
제1항에 있어서,
상기 고정부는 테프론 또는 세라믹 재질이며, 상기 탄성체는 코일 스프링으로 길이가 줄어들 수 있도록 구성되며,
상기 탄성체는 하며 속이 빈 중공형태의 압축 코일 스프링이며, 그리고
상기 플렉서블 배선은 피복된 구리선이나 진공하에서 사용가능한 피복된 전선으로 상기 고정부에서 피드스루간의 높이변화에 따라 길이가 변할 수 있는 것,
을 특징으로 하는 초소형 전자칼럼용 배선 커넥터.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 탄성체는 두 고정부 사이에 길이가 가변되도록 착탈이 가능하게 결합되며, 그리고
상기 플렉서블 배선도 상기 두 고정부 사이에서 길이가 가변되도록 전기적 배선이 이루어지는 것,
을 특징으로 하는 초소형 전자칼럼용 배선 커넥터.