KR101877483B1 - 금속 박막을 이용한 이종 귀금속의 접합 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시 형태에 따른 금속 박막을 이용한 이종 귀금속의 접합 방법은, 베이스, 베이스에 부착되어 상부로 돌출된 원기둥 형태의 내부 가이드, 내부가 빈 원기둥 형태의 외부 가이드, 유도 코일 및 압력 인가봉을 포함한 장치를 이용한 이종 귀금속의 접합 방법에 있어서, 반지 형상의 제1 모재에 금속 박막을 증착하는 제1 단계와, 금속 박막이 증착된 제1 모재를 내부 가이드에 끼우고, 반지 형상의 제2 모재를 내부 가이드에 끼워 금속 박막이 증착된 제1 모재 위에 안착시킨 후 외부 가이드를 끼워 제1 모재 및 제2 모재를 베이스에 고정시키는 제2 단계와, 유도 코일을 이용하여 제1 모재 및 제2 모재를 가열하는 제3 단계와, 원하는 공정온도에 다다르면, 압력 인가봉을 이용하여 제1 모재 및 제2 모재를 가압함으로써, 제1 모재, 금속 박막 및 제2 모재를 확산 접합시키는 제4 단계를 포함하며, 금속 박막은 나노 두께를 가질 수 있다.

Description

금속 박막을 이용한 이종 귀금속의 접합 방법{METHOD OF UNITING DIFFERENT KIND OF JEWELRIES USING METAL THIN-FILM}
본 출원은, 금속 박막을 이용한 이종 귀금속의 접합 방법에 관한 것이다.
귀금속 장신구는 최근 소비자의 다양한 니즈에 따라 단일의 금, 은, 백금 등을 이용한 단색의 장신구뿐만 아니라 색상이 다른 두 종류 이상의 귀금속을 접합한 이종 귀금속 장신구가 새로이 제조되고 있다.
특히 14, 18K의 금합금 장신구의 경우는 합금 원소에 따라 옐로우 골드(YG), 화이트골드(WG), 레드 골드(RG) 등 다양한 색상으로 합금될 수 있으며, 이들을 접합한 YG-WG, YG-RG, WG-YG-WG 등 다양한 형태의 이종 귀금속 반지가 제조되고 있다.
　도 1에는 실제 WG-YG-WG((a) 참조) 및 YG-WG-RG((b) 참조)의 3중으로 접합한 이종 귀금속 반지의 모습을 나타내었다. 이러한 이종 귀금속 반지는 귀금속간의 계면부가 균일하게 접합되어야 하며, 색상의 차이가 명확해야 제품으로써 심미적으로 가치가 있다. 또한, 이종 귀금속 반지의 최종 제품의 경우 금함량이 적은 땜재를 사용할지라도 모재인 14, 18K 최종 제품의 금함량에는 영향을 미치지 않아야 한다.
이종 귀금속 반지 관련 기술로는, 예를 들면 한국공개특허 제2004-0059595호(“이종간 귀금속 접합방법”, 공개일: 2004년07월06일)이 있다.
한국공개특허 제2004-0059595호(“이종간 귀금속 접합방법”, 공개일: 2004년07월06일)
본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 금함량에는 영향을 미치지 않고도 제1 모재와 제2 모재를 확산 접합시킬 수 있으며, 제1 모재와 제2 모재간의 경계를 얇게 하여 제품의 심미성을 향상시킬 수 있고, 공정 윈도우를 향상시킬 수 있는 금속 박막을 이용한 이종 귀금속의 접합 방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 베이스, 상기 베이스에 부착되어 상부로 돌출된 원기둥 형태의 내부 가이드, 내부가 빈 원기둥 형태의 외부 가이드, 유도 코일 및 압력 인가봉을 포함한 장치를 이용한 이종 귀금속의 접합 방법에 있어서, 반지 형상의 제1 모재에 금속 박막을 증착하는 제1 단계; 금속 박막이 증착된 상기 제1 모재를 상기 내부 가이드에 끼우고, 반지 형상의 제2 모재를 상기 내부 가이드에 끼워 금속 박막이 증착된 상기 제1 모재 위에 안착시킨 후 상기 외부 가이드를 끼워 상기 제1 모재 및 상기 제2 모재를 상기 베이스에 고정시키는 제2 단계; 상기 유도 코일을 이용하여 상기 제1 모재 및 상기 제2 모재를 가열하는 제3 단계; 및 원하는 공정온도에 다다르면, 상기 압력 인가봉을 이용하여 상기 제1 모재 및 상기 제2 모재를 가압함으로써, 상기 제1 모재, 상기 금속 박막 및 상기 제2 모재를 확산 접합시키는 제4 단계를 포함하며, 상기 금속 박막은, 나노 두께를 가지는 금속 박막을 이용한 이종 귀금속의 접합 방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 제1 모재에 나노 두께를 가지는 금속 박막을 증착하고, 증착된 금속 박막상에 제2 모재를 안착시킨 후 제1 모재 및 제2 모재를 일정 온도하에서 가압하여 제1 모재, 금속 박막 및 제2 모재를 확산 접합시킴으로써, 금함량에는 영향을 미치지 않고도 제1 모재와 제2 모재를 접합시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 금속 박막은, 제1 모재 및 제2 모재 중 적어도 하나와 금속간 화합물(Inter metallic compound)을 형성할 수 있는 금속으로 하여 확산 방지층을 형성함으로써, 제1 모재와 제2 모재간의 경계를 얇게 하여 제품의 심미성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시 형태에 의하면, 금속 박막은, 제1 모재 및 제2 모재 중 적어도 하나와 전율 고용체를 이루는 금속으로 함으로써, 공정 윈도우를 향상시킬 수 있다.
도 1은 예시적인 이종 귀금속 반지를 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 이종 귀금속의 접합을 위한 장치를 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 이종 귀금속의 접합 방법을 설명하는 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 금속 박막이 니켈인 경우 강도 분석 전후의 광학 이미지를 도시한 것이다.
도 5는 도 4의 접합면을 확대한 광학 이미지를 도시한 것이다.
도 6은 도 4의 실시 형태의 쉬어 테스트(shear test) 결과를 도시한 것이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 금속 박막이 인듐인 경우 강도 분석 전후의 광학 이미지를 도시한 것이다.
도 8은 도 7의 실시 형태의 쉬어 테스트(shear test) 결과를 도시한 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태를 설명한다. 그러나 본 발명의 실시형태는 여러 가지의 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시형태로만 한정되는 것은 아니다. 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 이종 귀금속의 접합을 위한 장치를 도시한 것이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 형태에 따른 이종 귀금속의 접합을 위한 장치는, 베이스(210)와, 베이스(210)에 부착되어 상부로 돌출된 원기둥 형태의 내부 가이드(220)와, 내부가 빈 원기둥 형태이며 내부 가이드(220)에 끼워지는 이종 귀금속(J1, J2)을 고정시키는 외부 가이드(230)와, 이종 귀금속(J1, J2)을 가열하기 위한 유도 코일(240)과, 이종 귀금속(J1, J2)의 상부에서 이종 귀금속(J1, J2)에 압력을 인가하기 위한 압력 인가봉(250)을 포함하여 구성될 수 있다.
상술한 내부 가이드(220) 및 외부 가이드(230)는 금속 또는 탄소 등의 재질로 만들어질 수 있다. 이하에서 이종 귀금속(J1, J2)은 색상이 다른 금합금 귀금속, 예를 들면 화이트 골드(WG), 옐로우 골드(YG), 레드 골드(RG) 등의 반지를 도시하고 있으나, 이는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것으로 반드시 이에 한정되는 것은 아님에 유의하여야 한다.
상술한 장치의 동작 원리를 설명하면, 이종 귀금속(J1, J2) 중 금속 박막(J3)이 증착된 제1 모재(J1)를 내부 가이드(220)에 끼우고, 이후 제2 모재(J2)를 내부 가이드(220)에 끼워 금속 박막(J3)이 증착된 제1 모재(J1) 위에 안착시킨다. 제1 모재(J1)와 제2 모재(J2)는 내부 가이드(220) 및 외부 가이드(230)에 의해 고정될 수 있다.
이후 유도 코일(240)에 의해 제1 모재(J1)와 제2 모재(J2)를 가열시켜 원하는 공정 온도에 다다르면 압력 인가봉(250)에 의해 제1 모재(J1)와 제2 모재(J2)를 가압할 수 있으며, 이후 제1 모재(J2), 금속 박막(J3) 및 제2 모재(J2)는 확산 접합될 수 있다. 상술한 장치는 진공 분위기하에서 동작될 수 있다.
한편, 도 3은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 이종 귀금속의 접합 방법을 설명하는 흐름도이다.
이하, 도 3을 참조하여 본 발명의 일 실시 형태에 따른 이종 귀금속의 접합 방법을 상세하게 설명한다.
우선, 제1 모재(J1)에 금속 박막(도 2의 J3 참조)을 증착시킬 수 있다(S301). 제1 실시 형태로, 증착되는 금속 박막(J3)의 성분은 니켈(Ni)을 사용하였으며(도 4 내지 도 6을 참조하여 후술함), 제2 실시 형태로 증착되는 금속 박막(J3)의 성분은 인듐(In))을 사용하였다(도 7 내지 도 8을 참조하여 후술함).
제1 및 제2 실시예 모두에 대하여, 증착되는 금속 박막(J3)의 두께는 비교를 위해 0nm, 50nm, 100nm의 3가지 경우로 나누어 증착시켰으며, 증착(evaporation) 설비를 이용하여 증착시켰다.
한편, 본 발명의 실시 형태를 설명함에 있어 금속 박막(J3)의 두께의 구체적인 수치를 예시하고 있으나, 이는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것으로, 1 내지 1000nm 사이의 값일 수 있다.
다음, 증착된 제1 모재(J1) 위에 제2 모재(J2)를 안착시킬 수 있다(S302). 상술한 제1 모재(J1)는 옐로우 골드(YG)의 금합금 귀금속 반지를 사용하였으며, 제2 모재(J2)는 화이트 골드(WG)의 금합금 귀금속 반지를 사용하였다. 제1 모재(J1) 및 제2 모재(J2) 모두 내경은 18mm, 외경은 21mm이다.
이후, 제1 모재(J1) 및 제2 모재(J2)를 일정 온도하에서 가압함으로써, 제1 모재(J1), 금속 박막(J3) 및 제2 모재(J2)를 확산 접합시킬 수 있다(S303). 상술한 단계 S302 및 S303은 상술한 도 2에 도시된 장치를 이용하였다.
증착되는 금속 박막(J3)의 성분이 니켈(Ni)인 제1 실시 형태와, 증착되는 금속 박막(J3)의 성분이 인듐(In)인 제2 실시 형태의 목적 및 효과는 상이하며, 이하 각 실시 형태에 대해 상세하게 설명한다.
1. 제1 실시 형태 - 금속 박막의 성분이 니켈( Ni ) 인 경우
도 4는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 금속 박막이 니켈인 경우 강도 분석 전후의 광학 이미지를 도시한 것이다. 도 5는 도 4의 접합면을 확대한 광학 이미지를 도시한 것이며, 도 6은 도 4의 실시 형태의 쉬어 테스트(shear test) 결과를 도시한 것이다.
제1 실시 형태의 경우 진공 분위기하에서 유도 코일(240)을 사용하여 공정 온도는 780도로 유지하였으며, 압력 인가봉(250)의 스트로크는 +1mm로, 최종가압력(pressing force)은 2000N로 한 상태에서, 총 3분간 확산 접합을 진행하였다.
또한, 접합 성능을 확인하기 위해 전단 강도 테스트기기를 이용하여 폭 5mm의 사이즈를 가진 탐침으로 0.25mm/s의 속도로 이동시켜 쉬어 테스트를 진행하였다.
우선, 도 4의 (a)는 제1 모재(J1) 위에 니켈을 증착시키지 않은 경우(0nm)의 광학 이미지를 나타낸 도면이다. 접합공정 및 폴리싱 후에도 접합면을 따라 틈이 보이지 않아 목적한 바와 같이 제1 모재(J1)와 제2 모재(J2)가 잘 접합된 것을 볼 수 있다.
(b)는 (a)의 경우에 대해 강도분석을 진행한 광학이미지를 나타낸 그림이다. 시료를 고정하기 위해 제1 모재(J1) 부분에 고정에 따른 압흔이 발생하여 표면이 일그러진 모습을 확인할 수 있으나 쉬어 테스트에 의한 접합면의 파괴는 확인할 수 없었다.
한편, (c)는 제1 모재(J1) 위에 니켈을 50nm 증착시킨 경우 광학 이미지를 나타낸 도면이다. (a)와 마찬가지로 접합 및 폴리싱 후 접합면을 따라 틈이 보이지 않아 (a)와 동일하게 목적한 바와 같이 제1 모재(J1)와 제2 모재(J2)가 잘 접합된 것을 볼 수 있다.
(d)는 (c)의 경우에 대해 강도분석을 진행한 광학이미지를 나타낸 그림이다. 마찬가지로, 시료를 고정하기 위해 제1 모재(J1) 부분에 고정에 따른 압흔이 발생하여 표면이 일그러진 모습을 확인할 수 있으나 쉬어 테스트에 의한 접합면의 파괴는 확인할 수 없었다.
(e)는 제1 모재(J1) 위에 니켈을 100nm 증착시킨 경우 광학 이미지를 나타낸 도면이다. (a)와 마찬가지로 접합 및 폴리싱 후 접합면을 따라 틈이 보이지 않아 (a)와 동일하게 목적한 바와 같이 제1 모재(J1)와 제2 모재(J2)가 잘 접합된 것을 볼 수 있다.
(f)는 (c)의 경우에 대해 강도분석을 진행한 광학이미지를 나타낸 그림이다. 마찬가지로, 시료를 고정하기 위해 제1 모재(J1) 부분에 고정에 따른 압흔이 발생하여 표면이 일그러진 모습을 확인할 수 있으나 쉬어 테스트에 의한 접합면의 파괴는 확인할 수 없었다.
(a) 내지 (f)에서 도시된 바와 같이, 제1 모재(J1)에 금속 박막(J3)을 증착시킨 경우와 금속 박막(J3)을 증착시키지 않은 경우 모두에 있어서, 제1 모재(J1)와 제2 모재(J2)가 잘 접합되었음을 알 수 있다.
한편, 도 5는 도 4의 접합면을 확대한 광학 이미지를 도시한 것이다.
도 5는 도 4의 접합면을 500배로 확대한 광학 이미지로, 도 5의 (a)는 제1 모재(J1) 위에 니켈을 증착시키지 않은 경우(0nm)이며, 도 5의 (b)는 제1 모재(J1) 위에 니켈을 50nm 증착시킨 경우이며, 도 5의 (c)는 제1 모재(J1) 위에 니켈을 100nm 증착시킨 경우이다. 빨강색의 표시부는 제1 모재(J1)와 제2 모재(J2) 사이에 형성되는 확산 방지층을 포함한 경계의 두께로, (a)의 경우 5.72㎛, (b)의 경우 3.28㎛, (c)의 경우 2.48㎛이다.
상술한 제1 실시 형태에 의하면, 증착되는 니켈의 두께를 조절함에 의해 제1 모재(J1)와 제2 모재(J2) 사이에 형성되는 경계의 두께를 조절할 수 있다. 구체적으로, 증착되는 니켈의 두께가 두꺼워질수록 경계의 두께는 얇아짐을 알 수 있으며, 이와 같이 증착되는 니켈의 두께의 두께를 조절하여 제1 모재(J1)와 제2 모재(J2)간의 경계를 얇게 함으로써, 제품의 심미성을 향상시킬 수 있음을 알 수 있다.
구체적으로, 증착된 니켈은, 제1 모재(J1) 및 제2 모재(J2)와 금속간 화합물(Inter metallic compound)을 형성하게 되며, 이렇게 형성된 금속간 화합물은 확산 방지층의 역할을 수행할 수 있다.
한편, 도 6은 도 4의 실시 형태의 쉬어 테스트(shear test) 결과를 도시한 것으로, 도면부호 601은 제1 모재(J1) 위에 니켈을 증착시키지 않은 경우(0nm)의 쉬어 테스트 결과이며, 도면부호 602는 제1 모재(J1) 위에 니켈을 50nm 증착시킨 경우의 쉬어 테스트 결과이며, 도면부호 603은 제1 모재(J1) 위에 니켈을 100nm 증착시킨 경우의 쉬어 테스트 결과이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 각 시료(601 내지 603) 모두 약 40,000gf의 힘을 가하기 이전까지 비슷한 그래프 개형을 나타내는 것을 알 수 있다. 약 5초의 시간 이전에 나타나는 gf의 하락은 탐침이 시료에 닿은 후 이동시 완벽히 닿지 않고 일부 밀리거나 시료에 압흔을 나타내며 생기는 것으로 판단되었다. 초기 반원에 해당하는 부분의 경우 강도시험을 위해 탐침이 닿는 순간 시료를 홀딩하는 과정에서 뒤틀린 것이 바로 잡히는 구간으로 측정하지 않았다.
각 시료 모두 약 90,000gf의 힘이 인가됨에도 불구하고 파괴에 의한 그래프 개형의 극단적인 하락을 보이고 있지 않았다. 즉, 해당 기기의 최대 인가 하중은 100,000gf로, 장비의 안전상 이의 약 90% 정도의 힘만 인가되었으며, 각 시료 모두 해당 하중에서도 완전한 파괴가 일어나지 않았다는 점에서, 충분한 접합 강도가 확보되었음을 알 수 있다.
본 발명의 제1 실시 형태를 설명함에 있어, 발명의 이해를 돕기 위해 금속 박막은 니켈을 예시하고 있으나, 제1 모재(J1), 제2 모재(J2)와 금속간 화합물(Inter metallic compound)을 형성할 수 있는 금속이라면 티타늄(Ti), 망간(Mn), 알루미늄(Al) 및 탄소(C) 등도 사용될 수 있음은 물론이다.
상술한 제1 실시 형태에 의하면, 금속 박막은 니켈로 증착함으로써, 접합 강도에 영향을 주지 않으면서도 제1 모재와 제2 모재 사이에 얇은 경계의 형성을 가능하게 하여 제품의 심미성을 향상시킬 수 있음을 알 수 있다.
2. 제2 실시 형태 - 금속 박막의 성분이 인듐(In)인 경우
도 7은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 금속 박막이 인듐인 경우 강도 분석 전후의 광학 이미지를 도시한 것이다.
제2 실시 형태의 경우 진공 분위기하에서 유도 코일(240)을 사용하여 공정 온도는 제1 실시 형태보다 낮은 770도로 유지하였으며, 압력 인가봉(250)의 스트로크는 +1mm로, 최종 가압력(pressing force)은 2000N로 한 상태에서, 총 3분간 확산 접합을 진행하였다.
또한, 접합 성능을 확인하기 위해 전단 강도 테스트기기를 이용하여 폭 5mm의 사이즈를 가진 탐침으로 0.25mm/s의 속도로 이동시켜 쉬어 테스트를 진행하였다.
우선, 도 7의 (a)는 제1 모재(J1) 위에 인듐을 증착시키지 않은 경우(0nm)의 광학 이미지를 나타낸 도면이다. 제1 모재(J1)와 제2 모재(J2)가 분리되어 접합되지 않았음을 알 수 있으며, 이는 770도의 온도는 확산 접합에 필요한 온도보다 낮기 때문으로 판단된다. 따라서, 강도 분석을 진행할 수 없어 강도 분석 후의 광학 이미지는 첨부하지 않았다(도 7의 (a), (b), (d)에서 제1 모재(J1)와 제2 모재(J2)가 골판지와 같은 형태로 도시되어 있으나, 이는 폴리싱 과정에서 생성된 것임).
한편, (b)는 제1 모재(J1) 위에 인듐을 50nm 증착시킨 경우 광학 이미지를 나타낸 도면이다. 접합 및 폴리싱 후 접합면을 따라 틈이 보이지 않아 제1 모재(J1)와 제2 모재(J2)가 잘 접합된 것을 볼 수 있다.
(c)는 (b)의 경우에 대해 강도분석을 진행한 광학이미지를 나타낸 그림이다. 마찬가지로, 시료를 고정하기 위해 제1 모재(J1) 부분에 고정에 따른 압흔이 발생하여 표면이 일그러진 모습을 확인할 수 있으나 쉬어 테스트에 의한 접합면의 파괴는 확인할 수 없었다.
(d)는 제1 모재(J1) 위에 인듐을 100nm 증착시킨 경우 광학 이미지를 나타낸 도면이다. (b)와 마찬가지로 접합 및 폴리싱 후 접합면을 따라 틈이 보이지 않아 제1 모재(J1)와 제2 모재(J2)가 잘 접합된 것을 볼 수 있다.
(e)는 (d)의 경우에 대해 강도분석을 진행한 광학이미지를 나타낸 그림이다. 마찬가지로, 시료를 고정하기 위해 제1 모재(J1) 부분에 고정에 따른 압흔이 발생하여 표면이 일그러진 모습을 확인할 수 있으나 쉬어 테스트에 의한 접합면의 파괴는 확인할 수 없었다.
(b) 내지 (e)에서 도시된 바와 같이, 제1 모재(J1)에 인듐 박막(J3)을 증착시킨 경우에는 제1 실시 형태의 공정 온도(780도) 보다 낮은 공정 온도(770도)에서 도 제1 모재(J1)와 제2 모재(J2)가 잘 접합되었음을 알 수 있다.
즉, 770도의 공정 온도에서는 금속 박막(In)이 없을 경우 제1 모재(J1)와 제2 모재(J2)간의 확산 접합은 이루어지지 않았으나, 금속 박막(In)이 있을 경우에는 금-인듐간 상태도에 따라 융점이 더 낮아질 수 있기 때문에 더 낮은 온도에서도 확산이 일어나 완벽한 접합이 이루어질 수 있다는 것을 알 수 있다.
도 8은 도 7의 실시 형태의 쉬어 테스트(shear test) 결과를 도시한 것으로, 도면부호 801은 제1 모재(J1) 위에 인듐을 50nm 증착시킨 경우의 쉬어 테스트 결과이며, 도면부호 802는 제1 모재(J1) 위에 인듐을 100nm 증착시킨 경우의 쉬어 테스트 결과이다.
도 8에 도시된 바와 같이, 초반 약 2초 이후에서는 인듐이 50nm 증착된 시료가 인듐이 100nm에 비해 접합 강도가 더 좋은 것을 확인하였다. 이는, 50nm의 경우(801) 인듐의 두께가 얇아 상, 하부의 제1 모재(J1), 제2 모재(J2)로 모두 완전한 확산이 이루어져 중간에 잔류하는 인듐의 미확산층이 없기 때문에 더 높은 접합강도를 보이는 것으로 판단되었다. 반면, 100nm의 경우(802) 제1 모재(J1), 제2 모재(J2)로 확산이 되어도 중간에 미반응한 잔류 인듐층이 남아있을 것으로 예상되어 비교적 강도가 더 낮은 인듐층에 의해 50nm의 시료보다 더 낮은 접합강도를 보이는 것으로 판단되었다.
또한, 각 시료 모두 파괴에 의한 그래프 개형의 극단적인 하락을 보이고 있지 않아 완전한 파괴가 일어나지 않을 것을 확인할 수 있었다.
상술한 바와 같이, 인듐이 증착될 경우 미 증착된 시료에 비해 더 낮은 공정 에너지로도 접합이 되는 것을 확인하였다. 또한, 인듐이 일정두께 이상 증착될 경우 인듐의 강도는 제1,2 모재(J1, J2)인 금의 강도보다 낮기 때문에 인듐의 미확산 중간층으로 인해 제1 모재(J1)와 제2 모재(J2)의 접합강도에 영향을 줄 수 있음을 확인하였다.
본 발명의 제2 실시 형태를 설명함에 있어, 발명의 이해를 돕기 위해 금속 박막은 인듐을 예시하고 있으나, 제1 모재(J1), 제2 모재(J2)와 전율 고용체가 될 수 있는 금속이라면, 카드뮴(Cd), 아연(Zn), 은(Ag) 및 주석(Sn) 등도 사용될 수 있음은 물론이다.
상술한 본 발명을 설명함에 있어, 제1 모재(J10)에 니켈 또는 인듐 중 어느 하나의 금속 박막이 증착되는 것을 설명하고 있으나, 실시 형태에 따라서는 금속 박막은 니켈-인듐과 같이 2이상의 복수층으로 형성된 것일 수 있음에 유의하여야 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 제1 모재에 나노 두께를 가지는 금속 박막을 증착하고, 증착된 금속 박막상에 제2 모재를 안착시킨 후 제1 모재 및 제2 모재를 일정 온도하에서 가압하여 제1 모재, 금속 박막 및 제2 모재를 확산 접합시킴으로써, 금함량에는 영향을 미치지 않고도 제1 모재와 제2 모재를 접합시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 금속 박막은, 제1 모재 및 제2 모재 중 적어도 하나와 금속간 화합물(Inter metallic compound)을 형성할 수 있는 금속으로 하여 확산 방지층을 형성함으로써, 제1 모재와 제2 모재간의 경계를 얇게 하여 제품의 심미성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시 형태에 의하면, 금속 박막은, 제1 모재 및 제2 모재 중 적어도 하나와 전율 고용체를 이루는 금속으로 함으로써, 공정 윈도우를 향상시킬 수 있다(본 발명의 명세서에서, 공정 윈도우를 향상시킨다는 의미는, 제1 모재(J1) 및 제2 모재(J2)를 일정한 온도하에서 가압하여 확산 접합시키는 단계(도 3의 S303)에서, 가압력은 일정한 상태에서 더 낮은 온도로 확산 접합시키거나 또는 일정한 온도에서 더 낮은 가압력으로 확산 접합킬 수 있음을 의미함).
본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되지 아니한다. 첨부된 청구범위에 의해 권리범위를 한정하고자 하며, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경할 수 있다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.
210: 베이스
220: 내부 가이드
230: 외부 가이드
240: 유도 코일
250: 압력 인가봉
J1: 제1 모재
J2: 제2 모재
J3: 금속 박막

Claims (10)

  1. 베이스, 상기 베이스에 부착되어 상부로 돌출된 원기둥 형태의 내부 가이드, 내부가 빈 원기둥 형태의 외부 가이드, 유도 코일 및 압력 인가봉을 포함한 장치를 이용한 이종 귀금속의 접합 방법에 있어서,
    반지 형상의 제1 모재에 금속 박막을 증착하는 제1 단계;
    금속 박막이 증착된 상기 제1 모재를 상기 내부 가이드에 끼우고, 반지 형상의 제2 모재를 상기 내부 가이드에 끼워 금속 박막이 증착된 상기 제1 모재 위에 안착시킨 후 상기 외부 가이드를 끼워 상기 제1 모재 및 상기 제2 모재를 상기 베이스에 고정시키는 제2 단계;
    상기 유도 코일을 이용하여 상기 제1 모재 및 상기 제2 모재를 가열하는 제3 단계; 및
    원하는 공정온도에 다다르면, 상기 압력 인가봉을 이용하여 상기 제1 모재 및 상기 제2 모재를 가압함으로써, 상기 제1 모재, 상기 금속 박막 및 상기 제2 모재를 확산 접합시키는 제4 단계를 포함하며,
    상기 금속 박막은, 나노 두께를 가지는 금속 박막을 이용한 이종 귀금속의 접합 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 금속 박막은,
    상기 제1 모재 및 상기 제2 모재 중 적어도 하나와 금속간 화합물(Inter metallic compound)을 형성할 수 있는 금속인 금속 박막을 이용한 이종 귀금속의 접합 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 금속간 화합물은, 상기 제1 모재와 상기 제2 모재간의 확산 방지층의 역할을 수행하며,
    상기 금속 박막의 두께를 조절함에 의해 상기 제1 모재와 상기 제2 모재 사이에 형성된, 상기 확산 방지층을 포함한 경계의 두께를 조절 가능한 금속 박막을 이용한 이종 귀금속의 접합 방법.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 금속 박막은,
    니켈(Ni), 티타늄(Ti), 망간(Mn), 알루미늄(Al) 및 탄소(C) 중 적어도 하나를 포함하는 금속 박막을 이용한 이종 귀금속의 접합 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 금속 박막은,
    상기 제1 모재 및 상기 제2 모재 중 적어도 하나와 전율 고용체를 이루는 금속인 금속 박막을 이용한 이종 귀금속의 접합 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 금속 박막의 두께를 조절함에 의해, 상기 제1 모재와 상기 제2 모재간의 접합 강도를 조절 가능한 금속 박막을 이용한 이종 귀금속의 접합 방법.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 금속 박막은,
    인듐(In), 카드뮴(Cd), 아연(Zn), 은(Ag) 및 주석(Sn) 중 적어도 하나를 포함하는 금속 박막을 이용한 이종 귀금속의 접합 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1 모재 및 상기 제2 모재는,
    색상이 서로 다른 금합금 귀금속인 금속 박막을 이용한 이종 귀금속의 접합 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 금속 박막의 두께는,
    1 내지 1000nm 사이의 값인 금속 박막을 이용한 이종 귀금속의 접합 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 금속 박막은,
    적어도 2 이상의 복수층으로 형성된 금속 박막을 이용한 이종 귀금속의 접합 방법.
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