KR101877983B1 - 핫바 플레이트 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 핫바 플레이트 제조방법, 핫바 플레이트 및 부품 제조용 히터에 관한 것이다. 본 발명의 하나의 실시예에 따라, 부품 제조용 히터에 사용되며 빔 소스로부터 방출된 빔을 받아 가열되어 접촉되는 피가열체를 가열하는 핫바(Hot Bar) 플레이트를 제조하는 방법으로서, 열전도성 비금속 재질의 베이스 플레이트를 가공하여 상측이 개방된 적어도 하나 이상의 수용홈을 형성하는 개방홈 형성 단계; 베이스 플레이트와 동일 재질인 적어도 하나 이상의 홈 틀을 수용홈에 삽입하거나 홈 틀로 수용홈을 커버시켜, 수용홈의 상부 개방측이 커버된 내부홀을 형성시키는 내부홀 형성 단계; 및 베이스 플레이트 및 홈 틀 상에 동일 재질로 증착 성장시켜, 내부홀이 내부에 구비되는 핫바 플레이트를 형성하는 증착 성장 단계를 포함하여 이루어지는, 핫바 플레이트 제조방법이 제안된다. 또한, 핫바 플레이트 및 부품 제조용 히터가 제안된다.
Description
본 발명은 핫바 플레이트 제조방법, 핫바 플레이트 및 부품 제조용 히터에 관한 것이다. 보다 구체적으로는 부품 제조용 히터에 사용되는 열전도성 비금속 재질의 핫바 플레이트의 제조방법, 핫바 플레이트 및 그를 포함하는 부품 제조용 히터에 관한 것이다.
기술이 고도화 및 집적화되면서 부품, 예컨대 전자부품의 소형화 및 집적화가 빠르게 이루어지고 있다. 이러한 부품들, 예컨대 전자부품들의 소형화와 집적화를 이루는데 중요한 요소 중의 하나가 솔더링 기술이다. 솔더링은 전자부품 기판을 적층시켜 솔더볼을 용융시켜 상하층을 전기적으로 연결시키는 작업이다. 전자부품 기판들 간의 솔더링을 통해 소형화되는 전자부품의 집적화를 이루고 있다.
이러한 솔더링 작업 시 전자부품 기판 일측에 열을 가하여 솔더볼을 용융시켜 상하층을 접합시킨다. 이때, 전자부품 기판, 즉 피가열체에 열을 가하고 경우에 따라 열과 함께 압착력을 가하는 장치가 히팅 장치이다. 히팅 장치 중 가열 및 냉각 주기를 조절하여 펄스 히팅 방식으로 가열하는 장치를 펄스 히터라고 한다.
히터의 첨단부에는 피가열체인 예컨대 전자부품 기판에 접하는 플레이트를 통상 핫바(Hot Bar) 플레이트라고 한다. 이러한 핫바 플레이트는 열전도도가 우수한 재질을 사용하여 가열 및 냉각이 신속하게 이루어질 수 있도록 하고 있다.
종래에 사용되는 세라믹 재질의 핫바 플레이트는 상대적으로 낮은 열전도도와 전원 오프 후의 잔열에 의한 문제가 생기고 예컨대 펄스 히터에 사용되는 경우 펄스 히팅 주기를 단축시키는데 한계가 있다.
또한, 도선 등을 이용한 금속 또는 비금속의 저항 발열체를 이용하는 핫바 플레이트의 경우에도 저항 발열체의 특성상 전원 오프 후에 잔열이 남는 문제가 있고, 예컨대 펄스 히터에 이용되는 경우 펄스 히팅 주기를 단축시키는데 한계가 있다.
부품 제조용 히터에 사용되는 핫바 플레이트에서 열전도 특성의 향상과 함께 가열 및 냉각 속도를 단축시키는 것이 제품 생산성 향상을 위해 요구된다.
본 발명은 전술한 문제를 해결하기 위한 것으로, 열전도도가 매우 우수한 비금속 재질로 이루어지고 도선 연결방식이 아닌 빔에 의해 가열되는 핫바 플레이트, 그 제조방법 및 그를 포함하는 부품 제조용 히터를 제안하고자 한다.
전술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 하나의 모습에 따라, 부품 제조용 히터에 사용되며 빔 소스로부터 방출된 빔을 받아 가열되어 접촉되는 피가열체를 가열하는 핫바(Hot Bar) 플레이트를 제조하는 방법으로서, 열전도성 비금속 재질의 베이스 플레이트를 가공하여 상측이 개방된 적어도 하나 이상의 수용홈을 형성하는 개방홈 형성 단계; 베이스 플레이트와 동일 재질인 적어도 하나 이상의 홈 틀을 수용홈에 삽입하거나 홈 틀로 수용홈을 커버시켜, 수용홈의 상부 개방측이 커버된 내부홀을 형성시키는 내부홀 형성 단계; 및 베이스 플레이트 및 홈 틀 상에 동일 재질로 증착 성장시켜, 내부홀이 내부에 구비되는 핫바 플레이트를 형성하는 증착 성장 단계를 포함하여 이루어지는, 핫바 플레이트 제조방법이 제안된다.
이때, 하나의 예에서, 내부홀 형성 단계에서는, 단면상 일측이 개방된 홈 구조로 이루어진 홈 틀을 수용홈에 삽입시켜 홈 구조의 개방측이 수용홈의 바닥을 향하도록 할 수 있다.
또한 하나의 예에서, 핫바 플레이트 제조방법은 내부홀 형성 단계 이전에 CVD 방식으로 열전도성 비금속 재질을 증착 성장시키거나 열전도성 비금속 재질의 분말을 고온 고압 하에서 다결정 구조가 되도록 소결시켜 홈 틀을 사전 제조하는 틀 제조 단계를 더 포함하고, 증착 성장 단계에서 CVD 증착 방식으로 증착 성장시킨다.
또한, 하나의 예에서, 개방홈 형성 단계에서 레이저 가공 또는 에칭 가공으로 베이스 플레이트 상에 수용홈이 형성된다.
또 하나의 예에서, 열전도성 비금속 재질은 다이아몬드, CBN(Cubic Boron Nitride) 또는 BN(Boron Nitride) 재질이고, 개방홈 형성 단계에서 수용홈은 적어도 3개 이상 형성되고, 내부홀 형성 단계에서는 적어도 3개 이상의 홈 틀을 수용홈에 삽입하거나 홈 틀로 수용홈을 커버시키되, 수용홈의 적어도 하나에서는 삽입된 홈 틀에 의해 형성되어 상측으로 개방된 적어도 하나 이상의 수직 홀이 노출되고 노출된 수직홀을 제외한 수용홈의 나머지 부분에서는 홈 틀에 의해 상부 개방측이 커버된 내부홀인 수평 홀이 형성되고, 증착 성장 단계에서는 베이스 플레이트 상에 동일 재질로 증착 성장시키되, 수직홀이 형성되지 않은 수용홈에서 형성된 수평 홀이 내부를 관통하는 냉각유체 순환홀이 되고 수직홀이 형성된 수용홈에서 수직홀을 제외한 나머지 부분의 수평 홀이 내부에서 흡착용 내부홀이 되고 수직 홀이 성장하며 상부면에서 노출되는 수직 흡착홀이 되도록 증착 성장시켜 핫바 플레이트를 형성한다.
이때, 또 하나의 예에서, 증착 성장 단계는 베이스 플레이트 상에 동일 재질로 증착 성장시켜 수평 홀이 내부에서 냉각유체 순환홀 및 흡착용 내부홀이 되고 수직 홀이 성장되어 노출되는 베이스부를 형성하고, 베이스부 상에 동일 재질로 계속하여 추가 증착시켜 피가열체와 접촉될 돌출부를 돌출 형성하되 수직 홀을 계속 성장시켜 돌출부의 상부면에서 노출되는 수직 흡착홀을 형성시킨다.
다음으로, 전술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 다른 하나의 모습에 따라, 부품 제조용 히터에 사용되며 빔 소스로부터 방출된 빔을 받아 가열되어 접촉되는 피가열체를 가열하는 핫바(Hot Bar) 플레이트로서, 내부를 관통하며 형성된 적어도 하나 이상의 내부홀을 구비하고, 열전도성 비금속 재질로 이루어진 것을 특징으로 하는 핫바 플레이트가 제안된다.
이때, 하나의 예에서, 핫바 플레이트는 접착 계면 없이 일체로 형성된다.
또 하나의 예에서, 핫바 플레이트는 빔을 받는 면의 반대 측인 상면으로 관통되어 노출되는 적어도 하나 이상의 수직 흡착홀을 더 구비하고, 내부홀 중 수직 흡착홀과 연통되는 홀은 흡착용 내부홀이고, 내부홀의 나머지 부분은 냉각유체 순환홀이다.
또한, 하나의 예에서, 핫바 플레이트는: 후면에서 빔을 받아 가열되고, 내부에서 냉각유체 순환홀 및 흡착용 내부홀이 지나는 베이스부; 및 베이스부 상에서 돌출 형성되고 피가열체와 접촉하여 피가열체를 가열하고 흡착홀이 관통하여 상면에서 노출되게 형성된 돌출부를 더 구비하고, 베이스부 및 돌출부 간에 그리고 베이스부 및 돌출부 각각의 내부에 적층 계면이 없이 베이스부와 돌출부가 일체로 형성된다.
또한, 하나의 예에서, 열전도성 비금속 재질은 다이아몬드, CBN(Cubic Boron Nitride) 또는 BN(Boron Nitride) 재질일 수 있다. 또한, 빔은 전자빔, 이온빔 또는 레이저빔인 것을 특징으로 한다.
다음으로, 전술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 다른 또 하나의 모습에 따라, 빔을 방출하는 빔 소스; 및 빔 소스에서 방출된 빔을 받아 가열되어 접촉된 피가열체를 가열하는 전술한 발명의 모습 중 어느 하나의 예에 따른 핫바 플레이트를 포함하여 이루어지는 부품 제조용 히터가 제안된다.
이때, 하나의 예에서, 열전도성 비금속 재질은 다이아몬드, CBN(Cubic Boron Nitride) 또는 BN(Boron Nitride) 재질일 수 있다. 빔은 전자빔, 이온빔 또는 레이저빔이고, 게다가, 부품 제조용 히터는 전자부품의 솔더링에 사용되는 것일 수 있다.
본 발명의 하나의 실시 예에 따라, 부품 제조용 히터에 사용되는 핫바 플레이트의 열전도 특성 향상과 함께 가열 및 냉각 속도를 단축시킬 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 하나의 예에 따른 핫바 플레이트를 이용한 부품 제조용 히터를 사용함으로써 가열 및 냉각 속도를 단축시켜 제품 생산성을 향상시킬 수 있다.
또한 본 발명의 하나의 예에 따라 제조된 핫바 플레이트를 사용하여 빔소스로부터 빔을 받음으로써, 빠른 온도제어가 가능해진다. 게다가, 정밀한 온도제어도 가능해진다.
본 발명의 다양한 실시예에 따라 직접적으로 언급되지 않은 다양한 효과들이 본 발명의 실시예들에 따른 다양한 구성들로부터 당해 기술분야에서 통상의 지식을 지닌 자에 의해 도출될 수 있음은 자명하다.
도 1a 내지 1f는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 핫바 플레이트 제조방법의각 단계를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2a 내지 2b는 각각 본 발명의 하나의 실시예에 따른 핫바 플레이트 제조방법을 개략적으로 나타내는 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 또 하나의 실시예에 따른 핫바 플레이트를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 4는 본 발명의 또 하나의 실시예에 따른 핫바 플레이트를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 5는 본 발명의 또 하나의 실시예에 따른 핫바 플레이트를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 6은 본 발명의 또 하나의 실시예에 따른 부품 제조용 히터를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2a 내지 2b는 각각 본 발명의 하나의 실시예에 따른 핫바 플레이트 제조방법을 개략적으로 나타내는 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 또 하나의 실시예에 따른 핫바 플레이트를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 4는 본 발명의 또 하나의 실시예에 따른 핫바 플레이트를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 5는 본 발명의 또 하나의 실시예에 따른 핫바 플레이트를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 6은 본 발명의 또 하나의 실시예에 따른 부품 제조용 히터를 개략적으로 나타내는 도면이다.
전술한 과제를 달성하기 위한 본 발명의 실시 예들이 첨부된 도면을 참조하여 설명될 것이다. 본 설명에 있어서, 동일부호는 동일한 구성을 의미하고, 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 이해를 도모하기 위하여 부차적인 설명은 생략될 수도 있다.
본 명세서에서 하나의 구성요소가 다른 구성요소와 연결, 결합 또는 배치 관계가 설명되어 있는 경우에는 '직접'이라는 한정이 없는 이상, '직접 연결, 결합 또는 배치'되는 형태뿐만 아니라 그들 사이에 또 다른 구성요소가 개재됨으로써 연결, 결합 또는 배치되는 형태로도 존재할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 방향 및/또는 위치를 나타내는 용어로 설명되고 있는 경우 그러한 용어는 기준으로부터 정해지는 상대적 개념이고, 이때 기준은 본 명세서에서 직접 설명되거나 또는 직접 설명되지 않더라도 방향 및/또는 위치를 나타내는 구성과 관련 구성의 관계로부터 충분히 이해될 수 있다.
본 명세서에 비록 단수적 표현이 기재되어 있는 경우에는, 발명의 개념에 반하거나 명백히 다르거나 모순되게 해석되지 않는 이상 복수의 구성 전체를 대표하는 개념으로 사용될 수 있음에 유의하여야 한다. 본 명세서에서 '포함하는', '갖는', '구비하는', '포함하여 이루어지는' 등의 기재는 하나 또는 그 이상의 다른 구성요소 또는 그들의 조합의 존재 또는 부가 가능성이 있는 것으로 이해되어야 한다.
본 명세서에서 참조되는 도면들은 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 예시로써, 모양, 크기, 두께 등은 기술적 특징의 설명을 위해 과장되게 표현된 것일 수 있다.
본 발명은 핫바 플레이트 제조방법, 핫바 플레이트(10) 및 부품 제조용 히터에 것으로, 본 발명의 내용을 설명함에 있어 발명의 이해를 돕고자 핫바 플레이트(10)부터 먼저 살펴보고, 다음으로 부품 제조용 히터와 핫바 플레이트 제조방법 순으로 살펴볼 것이다.
[
핫바
플레이트]
우선, 본 발명의 하나의 모습에 따른 핫바 플레이트를 도면을 참조하여 살펴본다. 이때, 각 도면에 도시된 동일한 도면부호는 동일 구성을 의미하고, 설명되는 도면에서 도시되지 않은 도면부호는 다른 도면에 도시된 동일한 도면부호와 동일 구성을 지시하는 것으로 이해되어야 할 것이다.
도 3은 본 발명의 또 하나의 실시예에 따른 핫바 플레이트를 개략적으로 나타내는 단면도이고, 도 4는 본 발명의 또 하나의 실시예에 따른 핫바 플레이트를 개략적으로 나타내는 단면도이고, 도 5는 본 발명의 또 하나의 실시예에 따른 핫바 플레이트를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 6은 본 발명의 또 하나의 모습에 따른 부품 제조용 히터를 나타내고 있으나, 본 발명의 예에 따른 핫바 플레이트(10)를 하나의 구성요소로 포함하고 있으므로, 본 발명의 예를 설명함에 있어 참조될 수 있다. 또한, 도 1a 내지 1f는 본 발명의 다른 하나의 모습의 예에 따른 핫바 플레이트 제조 방법의 각 단계를 개략적으로 나타내고 있으나, 본 발명의 하나의 예에 따른 핫바 플레이트(10)의 제조에 적용되므로, 본 발명의 하나의 실시예를 설명함에 있어 참조될 수 있다.
본 발명의 하나의 예에 따른 핫바(Hot Bar) 플레이트(10)는 부품 제조용 히터에 사용된다. 도 6을 참조하면 핫바 플레이트(10)는 부품 제조용 히터의 빔 소스(20)로부터 방출된 빔(2)을 받아 가열된다. 이때, 핫바 플레이트(10)는 방출된 빔(2)에 의한 가열에 따라 접촉된 피가열체(1)를 가열한다. 본 발명에서는 핫바 플레이트(10)가 빔(2)에 의해 가열되는 방식이므로 핫바 플레이트(10)에서의 빠른 가열과 빠른 냉각이 수행될 수 있다. 즉, 저항 발열체 방식 등과 달리 핫바 플레이트(10)를 가열시키는 가열원이 빔(2)으로 핫바 플레이트(10)로 조사 내지 충돌됨으로써 전원 온오프 제어를 통한 빠른 가열과 빠른 냉각이 수행될 수 있다. 예컨대, 부품 제조용 히터가 펄스 히팅 방식인 경우 펄스 히팅이 원활하게 이루어질 수 있다. 이에 따라, 빔(2)으로 가열하는 경우 펄스 히팅 주기를 종래의 저항 발열체 등의 방식보다 짧게 할 수 있어, 부품 제조용 히터를 이용한 제품 생산성을 향상시킬 수 있다.
예컨대, 하나의 예에서, 빔(2)은 전자빔, 이온빔 또는 레이저빔일 수 있다. 예컨대, 전자빔이나 이온빔의 경우, 빔 소스(20)로부터 방출된 전자빔 또는 이온빔이 핫바 플레이트(10)에 충돌하며 충돌열에 의해 핫바 플레이트(10)가 가열된다. 전자빔 또는 이온빔 사용 시 빔 소스(20)에서의 전원 오프로 전자빔 또는 이온빔 방출이 바로 중단되므로 핫바 플레이트(10)를 가열시키는 가열원이 바로 사라지게 되어 급속한 냉각을 수행할 수 있다. 레이저빔의 경우에도 빔 소스(20)로부터 방출된 레이저빔이 핫바 플레이트(10)로 조사되어 핫바 플레이트(10)를 직접 가열하며 온오프에 따라 급속한 가열 및 냉각이 가능해질 수 있다. 종래의 저항 발열체 방식 등의 핫바 플레이트(10)는 전원 오프 시에도 저항 발열체 상에 잔열이 남아 급속한 냉각을 수행하기 어려웠으나, 본 발명에서와 같이 전자빔, 이온빔 또는 레이저빔을 사용하여 열전도성 비금속 재질을 히팅시킴으로써 전원 오프 동작만으로 핫바 플레이트(10)를 가열시키는 저항 발열체에서와 같은 잔열을 없앨 수 있다.
전자빔이나 이온빔의 경우 빔 입자가 핫바 플레이트(10)에 충돌하며 충돌열에 의해 핫바 플레이트(10)를 가열시키고, 레이저빔의 경우 핫바 플레이트(10)에 조사되며 핫바 플레이트(10)를 가열시킨다.
본 명세서에서 핫바 플레이트(10)는 피가열체(1)의 가열원으로서 피가열체(1)에 접촉하여 피가열체(1)로 열을 전달하는 부품 내지 기기를 의미한다. 핫바 플레이트(10)는 바(bar)형 구조로 피가열체(1)와 접촉되는 첨단면이 평평하다. 이때, 핫바 플레이트(10)의 첨단면은 폭이 좁고 길이가 긴 형상이거나 폭이 상대적으로 넓은 형상일 수 있다.
핫바 플레이트(10)에 접촉되어 가열되는 피가열체(1)의 예는 부품이다. 예컨대 피가열체(1)의 예는 전자부품 기판일 수 있다. 예컨대, 전자부품 기판의 솔더링 작업 시 핫바 플레이트(10)가 기판 상에 접촉되어 열을 전달하여 솔더링이 수행될 수 있다. 집적기술의 발전에 따라 다층으로 집적된 IC 부품이 많이 제조되는데, 이때, IC 부품의 적층을 위한 솔더링 작업 시 핫바 플레이트(10)가 접촉되어 열을 전달하여 솔더링이 수행될 수 있다.
본 발명의 예에서, 핫바 플레이트(10)는 열전도성 비금속 재질로 이루어진다. 핫바 플레이트(10)가 열전도성이 우수한 재질로 이루어져 있어 높은 열전달율과 빠른 가열 및 냉각이 가능해진다. 이에 따라, 특히 펄스 히팅 방식의 경우에는 가열 및 냉각을 반복하는 펄스 히팅의 주기를 짧게 할 수 있다. 종래의 펄스 히터의 핫바 플레이트 재질보다 열전도 특성이 우수한 재질을 사용하여 본 발명의 예에서는 핫바 플레이트(10)가 빨리 가열되고 빨리 냉각될 수 있고, 높은 열전도도에 따라 종래보다 빠르고 균일한 피가열체(1)로의 열 전달을 수행할 수 있다. 이때, 핫바 플레이트(10)의 재질은 열전도성이 우수한 이종 재질로 코팅된 것이 아니라 일체가 하나의 재질로 이루어질 수 있다.
게다가, 열전도성 비금속 재질의 핫바 플레이트(10)가 빔 소스(20)로부터 빔을 받아 가열되므로, 빠른 온도제어가 가능해진다. 게다가, 정밀한 온도제어도 가능해진다.
열전도성이 우수한 비금속 재질로서 다이아몬드나 CBN(Cubic Boron Nitride), BN(Boron Nitride) 등이 사용될 수 있다. 다이아몬드, CBN, BN은 열전도율이 뛰어날 뿐만 아니라 CVD가 가능하다. 따라서, CVD를 통해 열전도성이 매우 우수한 재질로 핫바 플레이트(10)를 일체로 제조할 수 있다. 다이아몬드 재질은 CVD 합성 다이아몬드 뿐만 아니라 PCD(다결정 다이아몬드) 재질일 수도 있다.
다이아몬드 재질을 사용하는 경우를 예를 들어 살펴보면, 다이아몬드 재질은 열전도도가 매우 우수하다. 금속 중 열전도도가 우수한 은이나 구리보다 다이아몬드의 열전도도가 매우 높다. 열전도도가 매우 우수한 다이아몬드 재질을 사용하므로, 본 발명에 따른 핫바 플레이트(10)는 부품 제조용 히터에 사용 시 높은 열전달율과 빠른 가열 및 냉각이 가능해진다. 종래의 세라믹 펄스 히터에 세라믹 재질보다 다이아몬드 재질이 열전도 특성이 매우 우수하다. 따라서, 세라믹 펄스 히터의 세라믹 재질의 핫바 플레이트보다 본 발명에 따른 다이아몬드 재질의 핫바 플레이트(10)가 빨리 가열되고 빨리 냉각될 수 있다. 또한, 다이아몬드 재질의 높은 열전도도에 따라 종래의 세라믹 재질의 핫바 플레이트보다 빠르고 균일한 피가열체(1)로의 열 전달을 수행할 수 있다.
핫바 플레이트(10)의 다이아몬드 재질은 종래에서와 같이 단순히 열전도도가 우수한 금속 또는 비금속 상에 코팅된 것이 아니고, 빠른 가열뿐만 아니라 신속한 냉각이 이루어질 수 있도록 핫바 플레이트(10)의 표면과 내부 모두 다이아몬드 재질로 이루어진다. 종래와 같이, 내부의 금속 또는 다른 재질 비금속 재료의 표면에 다이아몬드 피막을 형성한 경우 이종 재질간의 열전도도의 차이에 따라 가열과 냉각 속도가 차이가 나고 특히 내부 재질의 냉각속도 지연에 따른 잔열에 의한 문제가 생길 수 있다. 반면, 본 발명의 예에서와 같이 핫바 플레이트(10)의 표면과 내부 모두 다이아몬드 재질로 이루어지는 경우 표면과 내부 간에 이종재질에 의한 가열 및 냉각 속도 차이를 없앨 수 있고, 또한 종래와 같은 이종 내부 재질의 냉각속도 지연에 따른 잔열 문제를 극복할 수 있다.
핫바 플레이트(10)의 다이아몬드 재질은 합성 다이아몬드 재질일 수 있다. 합성 다이아몬드 재질도 천연 다이아몬드와 실질적으로 동일한 열전도도를 얻을 수 있다. 예컨대, 반도체 공정에 사용되는 화학기상증착인 CVD 증착을 통해 합성 다이아몬드 재질의 핫바 플레이트(10)를 제조할 수 있다. 고온 고압 하에서 분말을 소결시켜 얻어지는 PCD(다결정 다이아몬드) 재질일 수도 있다.
도 1f, 3, 4 및/또는 5를 참조하여 핫바 플레이트(10)의 구조 및 특징을 더 살펴본다. 도 1f, 3, 4 및/또는 5를 참조하면, 핫바 플레이트(10)는 적어도 하나 이상의 내부홀(11)을 구비하고 있다. 내부홀(11)은 핫바 플레이트(10)의 내부를 관통하며 형성될 수 있다. 예컨대, 내부홀(11)은 냉각유체 순환홀(11a)일 수 있다. 예컨대, 냉각유체 순환홀(11a)은 핫바 플레이트(10)의 측면 또는 후면에서 형성된 2개의 홀이 쌍을 이루어 냉각유체 순환의 입구와 출구를 형성하며 핫바 플레이트(10)의 내부를 관통할 수 있다. 예컨대, 핫바 플레이트(10)를 가열시키는 빔(2)이 핫바 플레이트(10)의 후면에 조사 내지 충돌하므로, 냉각유체 순환의 입구와 출구는 핫바 플레이트(10)의 측면의 일측 또는 양측에 형성될 수 있다. 예컨대, 도시되지 않았으나, 도 6에서 부품 제조용 히터의 하우징을 형성하며 핫바 플레이트(10)를 지지하는 챔버 하우징(30)과의 접촉면 상에 냉각유체 순환의 입구와 출구가 형성될 수 있다.
핫바 플레이트(10)의 냉각유체 순환홀(11a)을 통해 가열된 핫바 플레이트(10)를 냉각시키기 위한 냉각 유체가 순환된다. 냉각 방식은 수냉 및/또는 공냉 방식일 수 있다. 액체질소를 냉각 유체로 사용할 수도 있다. 또한, 냉동기기나 냉동작업 등에 사용되는 냉매가 냉각 유체로 사용될 수 있다.
예컨대, 도 3 및/또는 5를 참조하면, 내부홀(11)은 냉각유체 순환홀(11a) 외에 흡착용 내부홀(13a)을 형성할 수 있다. 흡착용 내부홀(13a)는 수직 흡착홀(13b)과 연통되며 수직 흡착홀(13b)와 함께 흡착홀(13)을 형성할 수 있다. 흡착홀(13) 중 핫바 플레이트(10)의 상면으로 노출되는 수직 홀은 수직 흡착홀(13b)이고, 수직 흡착홀(13b)과 연통되는 핫바 플레이트(10) 내부의 수평 홀은 흡착용 내부홀(13a)일 수 있다.
도 1f, 3, 4 및/또는 5를 참조하면, 하나의 예에서, 핫바 플레이트(10)는 접착 계면 없이 일체로 형성된다. 즉, 핫바 플레이트(10)는 열전도도가 우수한 비금속 재질로 이루어지고 접착 계면 없이 일체로 형성된다. 열전도도가 우수한 비금속 재질은 CVD가 가능한 재질로서, 예컨대 다이아몬드, CBN(Cubic Boron Nitride), BN(Boron Nitride) 등의 재질일 수 있고, 하나의 예에서, 다이아몬드 재질일 수 있다. 이때, 핫바 플레이트(10)는 CVD 증착을 통해 접착 계면 없이 일체로 형성될 수 있다. 만일, 접착 계면이 존재하는 경우 접착계면 상의 접착제의 열전도도가 열전도성 비금속 재질, 예컨대 다이아몬드 재질보다 매우 낮으므로, 접착 계면의 상하부 간에 열전달이 원활하게 이루어지지 못하게 되고, 핫바 플레이트(10)가 열전도성 비금속 재질, 예컨대 다이아몬드 재질의 열전도도 특성을 최대한 발휘시키기 어렵다.
이때, 핫바 플레이트(10) 내부에 형성되는 내부홀(11)은 후술되는 핫바 플레이트 제조방법에서 설명되는 바와 같이 제조됨으로써 형성될 수 있고, 후술되는 설명을 참조하도록 한다.
또한, 도 3 및/또는 5를 참조하면, 하나의 예에서, 핫바 플레이트(10)는 적어도 하나 이상의 수직 흡착홀(13b)을 더 구비할 수 있다. 이때, 수직 흡착홀(13b)은 핫바 플레이트(10)의 피가열체(1)와의 접촉면인 첨단면 상으로 관통되며 노출된다. 수직 흡착홀(13b)은 내부를 실질적인 진공 상태나 주변보다 낮은 압력으로 유지시켜 피가열체(1)를 수직 흡착홀(13b)을 통해 흡착할 수 있다. 핫바 플레이트(10)의 피가열체 접촉면에서 흡착홀(13)은 적어도 하나 이상, 예컨대 다수로 노출될 수 있다.
도 3 및 5를 참조하면, 수직 흡착홀(13b)의 하부와 연통되는 흡착용 내부홀(13a)이 연통되며 흡착홀(13)을 형성한다. 내부홀(11)은 수직 흡착홀(13b)과 연통되는 흡착용 내부홀(13a)과 냉각유체가 흐르는 냉각유체 순환홀(11a)로 형성된다. 즉, 내부홀(11) 중 수직 흡착홀(13b)과 연통되는 홀인 흡착용 내부홀(13a)을 제외한 나머지 내부홀(11)은 냉각유체 순환홀(11a)이다.
흡착용 내부홀(13a)은 핫바 플레이트(10) 내부에서 하나로 연결되거나 또는 피가열체 접촉면에 노출된 다수의 수직 흡착홀(13b)이 2 이상의 내부 통로로 연결될 수도 있다. 이때, 흡착용 내부홀(13a)은 냉각유체 순환홀(11a)과 마찬가지로 핫바 플레이트(10)의 측면 또는 후면에 입구와 출구가 형성될 수 있다. 예컨대, 도시되지 않았으나, 흡착홀, 구체적으로 흡착용 내부홀(13a)의 입구와 출구는 핫바 플레이트(10)가 부품 제조용 히터의 하우징(30)에 의해 지지되는 접촉지지면 상에 형성될 수 있다.
이때, 흡착홀(13), 예컨대 수직 흡착홀(13b)을 통해 피가열체(1)를 실질적으로 진공으로 또는 주변보다 낮은 압력으로 흡착하고, 수직 흡착홀(13b)의 압력을 주변과 실질적으로 동일하게 변화시켜 흡착되어 있던 피가열체(1)를 접촉면으로부터 이탈 내지 탈락이 이루어지도록 할 수 있다.
도 4 및/또는 5를 참조하여 또 하나의 예를 살펴본다. 이때, 하나의 예에서, 핫바 플레이트(10)는 베이스부(10a) 및 돌출부(10b)를 더 포함하고 있다. 이때, 베이스부(10a)와 돌출부(10b)는 CVD 가능한 열전도성 비금속 재질로 일체로 형성될 수 있다. CVD 가능한 열전도성 비금속 재질은 다이아몬드, CBN, BN 등의 재질일 수 있고, 예컨대 하나의 예에서, 다이아몬드 재질일 수 있다.
베이스부(10a)는 후면에서 빔 소스(20)로부터 방출된 빔(2)을 받아 가열된다. 베이스부(10a)의 내부에서 냉각유체 순환홀(11a) 및 흡착용 내부홀(13a)이 지난다. 예컨대, 냉각유체 순환홀(11a)의 입구와 출구는 베이스부(10a)의 측면 또는 후면에 형성될 수 있고, 예컨대, 도시되지 않았으나, 부품 제조용 히터의 하우징(30)과의 접촉면 상에 형성될 수 있다.
돌출부(10b)는 베이스부(10a) 상에서 돌출 형성된다. 돌출부(10b)는 피가열체(1)와 접촉하여 피가열체(1)를 가열한다. 돌출부(10b)의 상면, 즉 첨단면이 피가열체(1)와 접하는 접촉면이다. 이때, 돌출부(10b)는 폭이 좁고 길이가 길게 형성된 팁(tip) 형상이거나 폭이 상대적으로 넓은 플레이트 형상일 수 있다. 돌출부(10b)가 팁 형상인 경우에도 피가열체(1)와 접촉하는 첨단면은 평평하다.
수직 흡착홀(13b)은 베이스부(10a)의 돌출부(10b)를 관통하여 형성되며 돌출부(10b)의 상면에 노출된다. 수직 흡착홀(13b)과 흡착용 내부홀(13a)은 함께 흡착홀(13)을 형성한다. 즉, 흡착홀(13)은 베이스부(10a)의 내부를 관통하는 내부통로, 즉 흡착용 내부홀(13a)과, 흡착용 내부홀(13a)과 연통되어 돌출부(10b)를 관통하며 돌출부(10b) 상면, 즉 첨단면 상에 노출되는 노출통로, 즉 수직 흡착홀(13b)로 이루어질 수 있다. 예컨대, 돌출부(10b) 상면, 즉 첨단면에 노출된 노출통로가 2 이상인 경우 베이스부(10a) 내부에 형성된 하나의 내부통로와 연통되거나 또는 다수의 내부통로와 별도로 연통될 수도 있다.
예컨대, 돌출부(10b) 상면에 노출되는 수직 흡착홀(13b)은 적어도 하나 이상 형성될 수 있다. 즉, 돌출부(10b) 상면에 형성된 적어도 하나 이상의 수직 흡착홀(13b)에 연결된 흡착용 내부홀(13a)에서의 실질적 진공 상태 또는 주변보다 낮은 압력 유지를 통해 피가열체(1)를 흡착할 수 있다.
이때, 베이스부(10a) 및 돌출부(10b) 간에 그리고 베이스부(10a) 및 돌출부(10b) 각각의 내부에 적층 계면이 없이 베이스부(10a)와 돌출부(10b)가 일체로 형성된다.
[부품 제조용 히터]
다음으로, 본 발명의 또 하나의 모습에 따른 부품 제조용 히터를 도면을 참조하여 살펴본다. 이때, 부품 제조용 히터는 전술한 발명의 모습에 따른 핫바 플레이트(10)를 포함하고 있으므로, 본 실시예들의 구체적인 설명에서 전술한 핫바 플레이트(10)의 실시예들 및 도 1f, 3, 4 및/또는 5가 참조될 수 있고, 중복되는 설명은 생략될 수 있음에 유의한다.
도 6은 본 발명의 또 하나의 실시예에 따른 부품 제조용 히터를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 6을 참조하면, 하나의 예에 따른 부품 제조용 히터는 빔 소스(20) 및 핫바 플레이트(10)를 포함하여 이루어진다. 도시되지 않았으나, 하나의 예에서, 부품 제조용 히터는 제어유닛을 더 포함할 수 있다.
하나의 예에서, 부품 제조용 히터는 전자부품의 솔더링에 사용될 수 있다. 이때, 히터는 반도체 패키징용 히터일 수 있다. 예컨대, 전자부품 기판의 솔더링 작업 시 부품 제조용 히터의 핫바 플레이트(10)가 기판 상에 접촉되어 열을 전달하여 솔더링이 수행될 수 있다. 이때, 전자부품은 다층으로 집적된 IC 부품일 수 있다.
또한, 하나의 예에서, 부품 제조용 히터는 펄스 히팅 방식의 히터일 수 있다. 이때, 빔 소스(20)의 빔(2) 방출 주기를 조절하여 가열 및 냉각을 수행할 수 있다.
부품 제조용 히터의 각 구성들을 구체적으로 살펴본다.
먼저, 빔 소스(20)는 핫바 플레이트(10)를 가열시킬 빔(2)을 방출한다. 예컨대, 빔(2)은 전자빔일 수 있고, 실시예에 따라, 빔 소스(20)는 핫바 플레이트(10)를 가열시키는 가열원으로서 이온빔이나 레이저빔을 방출할 수도 있다. 전자빔(2)과 이온빔은 핫바 플레이트(10)에 빔 입자가 충돌하며 충돌열에 의해 핫바 플레이트(10)를 가열시키고, 레이저빔은 핫바 플레이트(10)에 조사되며 핫바 플레이트(10)를 가열시킨다.
예컨대, 빔 소스(20)는 입자 빔의 경우 필라멘트 방식으로 열전자를 방출시키거나 플라즈마를 생성시켜 전자 또는 이온 입자를 방출시키거나 타겟에 레이저를 조사시켜 타겟으로부터 입자를 방출시킬 수 있다. 또는 플라즈마 입자를 타겟에 조사시켜 타겟으로부터 입자를 방출시킬 수도 있다.
입자 빔의 경우 핫바 플레이트(10)로의 충돌에 의해 핫바 플레이트(10)를 가열시키므로, 충돌열을 많이 발생시키기 위해 입자를 가속시키는 것이 중요하다. 이에 따라 하나의 예에서 입자 빔은 질량이 작고 가속이 용이한 전자빔일 수 있다.
예컨대, 입자 빔 방식의 경우, 전자빔 또는 이온빔을 방출하는 빔 소스(20)는 다극관, 예컨대 3극관 또는 4극관 구조일 수도 있다. 빔 소스(20)는 단극관 구조일 수도 있다.
도시되지 않았으나, 빔 소스(20)는 입자 빔의 가속을 위해 가속수단을 구비할 수 있고, 예컨대, 가속수단으로 그리드 유닛을 구비할 수 있다. 예컨대, 그리드 유닛은 빔(2)이 통과할 수 있는 메쉬 타입이나 홀타입으로 이루어질 수 있다. 예컨대 빔 소스(20)에서 방출되는 빔(2)이 메쉬 타입이나 홀타입으로 형성된 그리드 유닛에 의해 핫바 플레이트(10) 후방면 설정 영역에 고르게, 즉 실질적으로 균일하게 조사되도록 할 수 있다.
본 발명의 하나의 예에서, 부품 제조용 히터는 빔(2)에 의해 핫바 플레이트(10)가 가열되는 방식이므로 핫바 플레이트(10)에서의 빠른 가열과 빠른 냉각이 수행될 수 있다. 즉, 저항 발열체 방식 등과 달리 빔(2)이 핫바 플레이로 조사 내지 충돌되어 핫바 플레이트(10)를 가열하므로, 전원 온오프 제어에 의한 빔(2)의 방출을 통해 히팅과 냉각이 원활하게 이루어질 수 있다. 예컨대, 이에 따라, 펄스 히팅 방식에서 빔(2)으로 가열하는 경우 펄스 히팅 주기를 종래의 저항 발열체 등의 방식보다 짧게 할 수 있어, 부품 제조용 히터를 이용한 제품 생산성을 향상시킬 수 있다.
다음으로, 핫바 플레이트(10)를 살펴본다. 핫바 플레이트(10)는 빔 소스(20)에서 방출된 빔(2)을 받아 가열된다. 이때, 핫바 플레이트(10)는 접촉된 피가열체(1)로 열을 전달하며 피가열체(1)를 가열한다. 핫바 플레이트(10)는 전술한 발명의 예에 따른 핫바 플레이트(10)이므로, 아래에서 설명되지 않은 보다 구체적인 설명은 전술한 바를 참조하기로 한다.
핫바 플레이트(10)는 열전도성 비금속 재질로 이루어져 있어, 열전도도가 매우 우수하다. 열전도도가 우수하므로 냉각도 빠르게 진행될 수 있다. 이에 따라, 예컨대, 가열 및 냉각을 반복하는 펄스 히팅의 주기를 짧게 할 수 있다. 열전도성 비금속 재질은 다이아몬드, CBN(Cubic Boron Nitride), BN(Boron Nitride) 등의 재질일 수 있고, 예컨대 하나의 예에서, 다이아몬드 재질일 수 있다.
또한, 핫바 플레이트(10)는 내부홀(11)을 내부에 구비할 수 있다. 예컨대, 내부홀(11)의 적어도 일부는 냉각유체 순환홀(11a)일 수 있다. 도 3 내지 5를 참조하면 냉각유체 순환홀(11a)을 내부에 구비하여 가열된 핫바 플레이트(10)를 신속하게 냉각시킬 수 있다. 냉각 방식은 수냉이나 공냉 방식일 수 있으며, 냉각 유체로는 냉동 작업에 사용되는 냉매 유체나 혹은 액화질소를 사용할 수 있다. 예컨대, 핫바 플레이트(10) 냉각 시 히트펌프 방식으로 냉매를 순환시켜 핫바 플레이트(10)를 냉각시킬 수도 있다.
도 3 및/또는 5를 참조하면 하나의 예에서, 핫바 플레이트(10)는 내부홀(11) 외에 수직 흡착홀(13b)을 더 구비할 수 있다. 수직 흡착홀(13b)은 피가열체(1)를 흡착시키기 위한 것으로 수직 흡착홀(13b)을 통해 실질적 진공 또는 주변보다 낮은 압력 상태를 유지시킴으로써 피가열체(1)를 흡착시킬 수 있다. 수직 흡착홀(13b)은 핫바 플레이트(10)의 피가열체 접촉면 상으로 연결되어 노출된다. 수직 흡착홀(13b)의 하부는 내부홀(11) 중 흡착용 내부홀(13a)과 연통된다. 흡착용 내부홀(13a)과 수직 흡착홀(13b)은 함께 흡착홀(13)을 형성한다. 즉, 흡착용 내부홀(13a)은 내부홀(11)의 일부인 동시에 흡착홀(13)의 일부가 된다.
예컨대, 핫바 플레이트(10)는 피가열체(1)와 접촉되는 접촉면이 넓은 플레이트형 구조와 좁은 팁(tip)형 구조일 수 있다.
도시되지 않았으나, 하나의 예에서, 부품 제조용 히터의 제어유닛은 빔 소스(20)에서의 빔(2)의 방출을 제어할 수 있다. 예컨대, 제어유닛에 의한 빔 방출 제어는 빔 소스(20)에 인가되는 전원을 온오프시켜 빔 방출을 제어할 수 있다. 또한, 내부홀(11)이 냉각유체 순환홀(11a)을 형성하는 경우, 핫바 플레이트(10) 내의 냉각유체 순환홀(11a)에서의 냉각 유체의 흐름을 제어할 수 있다. 냉각유체의 순환 제어는 도시되지 않았으나 냉각유체 순환펌프에 대한 제어를 통해 이루어질 수 있다. 또한, 제어유닛은 핫바 플레이트(10) 내의 흡착홀(13)의 실질적인 진공 또는 주변보다 낮은 압력의 유지 제어를 통한 피가열체(1)의 흡착 제어를 수행할 수 있다. 예컨대, 제어유닛은 흡착홀(13)에 연결되는 진공펌프의 동작을 제어하여 피가열체(1)의 흡착 및 탈착을 제어할 수 있다.
또한, 도시되지 않았으나, 부품 제조용 히터는 온도센서를 더 포함할 수 있다. 온도센서는 핫바 플레이트(10)의 온도를 감지한다. 이때, 제어유닛은 미리 설정된 정보와 온도센서에서 감지된 결과에 따라 빔 소스(20)에서의 빔 방출을 제어할 수 있다. 또한, 하나의 예에서, 제어유닛은 온도센서의 감지결과에 따라 빔 방출 및 냉각유체 순환홀(11a)에서의 냉각 유체 순환을 제어한다.
도 6을 참조하면, 하나의 예에서, 부품 제조용 히터는 챔버를 형성하는 챔버 하우징(30)을 구비하고, 챔버 하우징(30)에 의해 형성된 챔버에 빔 소스(20)가 구비되고, 핫바 플레이트(10)가 챔버 하우징(30)에 의해 지지되며 챔버의 일부를 형성한다.
[
핫바
플레이트 제조방법]
다음으로, 본 발명의 또 하나의 모습에 따른 핫바 플레이트 제조방법을 도면을 참조하여 살펴본다. 이때, 핫바 플레이트 제조방법은 전술한 발명의 모습에 따른 핫바 플레이트(10)의 제조에 관한 것이므로, 본 실시예들의 구체적인 설명에서 전술한 핫바 플레이트(10)의 실시예들 및 도 3, 4 및/또는 5가 참조될 수 있고, 중복되는 설명은 생략될 수 있음에 유의한다.
도 1a 내지 1f는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 핫바 플레이트 제조방법의각 단계를 개략적으로 나타내는 도면이고, 도 2a 내지 2b는 각각 본 발명의 하나의 실시예에 따른 핫바 플레이트 제조방법을 개략적으로 나타내는 흐름도이다.
본 발명의 하나의 예에 따른 핫바 플레이트 제조방법은 부품 제조용 히터에 사용되며 빔 소스(20)로부터 방출된 빔(2)을 받아 가열되어 접촉되는 피가열체(1)를 가열하는 핫바(Hot Bar) 플레이트(10)를 제조하는 방법이다.
이때, 도 1a 내지 1f, 및 도 2a 내지 2b를 참조하면, 핫바 플레이트 제조방법은 개방홈 형성 단계(S100, 도 1b 참조), 내부홀 형성 단계(S300, 도 1d 및 1e 참조) 및 증착 성장 단계(S500, S500', 도 1f 참조)를 포함하여 이루어진다. 또한, 하나의 예에서, 도 1c 및 도 2b를 참조하면, 핫바 플레이트 제조방법은 틀 제조 단계(S200)를 더 포함할 수 있다. 도 1a 내지 1f 및 도 2a 내지 2b를 참조하여 도면 순서에 따라 각 단계를 살펴본다.
먼저, 도 1a를 참조하면, 열전도성 비금속 재질의 베이스 플레이트(9a)가 준비된다. 이때, 열전도성 비금속 재질은 열전도도가 매우 우수하고 증착 성장이 가능한 재질이다. 예컨대, 열전도성 비금속 재질은 다이아몬드나 CBN(Cubic Boron Nitride), BN(Boron Nitride) 재질일 수 있다. 예컨대, 도 1a에 준비된 다이아몬드 재질의 베이스 플레이트(9a)는 합성 다이아몬드 재질일 수 있고, 예컨대 CVD 증착 방식으로 성장시킨 CVD 합성 다이아몬드 재질이거나 고온 고압 하에서 분말을 소결시킨 다결정 다이아몬드(PCD) 재질일 수 있다.
도 1b 및 도 2a 내지 2b를 참조하면, 개방홈 형성 단계(S100, 도 1b 참조)에서는, 준비된 열전도성 비금속 재질, 예컨대 다이아몬드 재질의 베이스 플레이트(9a)가 가공된다. 이때, 베이스 플레이트(9a)의 상측이 개방된 적어도 하나 이상의 수용홈(11')이 형성된다(S100). 이때, 수용홈(11')은 내부홀(11)을 형성하기 위한 홈이다.
이때, 하나의 예에서, 도 1b의 개방홈 형성 단계에서, 레이저 가공 또는 에칭 가공으로 베이스 플레이트(9a) 상에 수용홈(11')이 형성된다.
또한, 하나의 예에서, 도 1b의 개방홈 형성 단계에서 수용홈(11')은 적어도 3개 이상 형성될 수 있다. 이때, 수용홈(11')의 적어도 일부는 냉각유체 순환홀(11a)을 형성하기 위한 홈이고 나머지는 수직 흡착홀(13b)과 연통되는 흡착용 내부홀(13a)을 형성하기 위한 홈이다.
하나의 예에서, 도 1c 및 도 2b를 참조하면, 핫바 플레이트 제조방법은 틀 제조 단계(S200)를 더 포함할 수 있다. 도 1c 및 도 2b를 참조하면, 틀 제조 단계(S200, 도 1c 참조)에서는, 내부홀 형성 단계(S300, 도 1d 및 1e 참조) 이전에 적어도 하나 이상의 홈 틀(9b)이 제조된다. 이때, 홈 틀(9b)은 베이스 플레이트(9a)와 동일 재질이다. 이때, 홈 틀(9b)을 수용홈(11')에 삽입하거나 홈 틀(9b)로 수용홈(11')을 커버시켜, 수용홈(11')의 상부 개방측이 커버된 내부홀(11)을 형성한다. 예컨대, 도 1d 및 1e를 참조하면, 홈 틀(9b)은 단면상 일측이 개방된 홈 구조로 이루어질 수 있다. 예컨대, 이때, 홈 틀(9b)은 수용홈(11')에 삽입 가능하게 실질적으로 사이즈 및/또는 형상이 매칭되게 사전 제조될 수 있다. 도시되지 않았으나, 홈 틀(9b)은 수용홈(11')의 상부 개방측을 커버하는 것이므로, 평탄한 플레이트 형상일 수도 있고, 플레이트 하부에 수용홈(11')에 끼워지는 돌부가 돌출 형성된 형상일 수도 있고, 이에 한정되지 않는다.
예컨대, 이때, 틀 제조 단계(S200, 도 1c 참조)에서는, 내부홀 형성 단계(S300, 도 1d 및 1e 참조) 이전에 CVD 방식으로 열전도성 비금속 재질을 증착 성장시키거나 열전도성 비금속 재질의 분말을 고온 고압 하에서 다결정 구조가 되도록 소결시켜 홈 틀(9b)이 사전 제조될 수 있다. 예컨대, 홈 틀(9b)은 베이스 플레이트(9a) 상의 수용홈(11')에 삽입하거나 홈 틀(9b)로 수용홈(11')을 커버시켜 내부홀(11)을 형성할 수 있다. 도 1d는 홈 틀(9b)이 수용홈(11')에 삽입되는 것을 도시하고 있다. 이때, 홈 틀(9b)에 의해 형성되는 내부홀(11)은 도 1f 및 4를 참조하면 냉각유체 순환홀(11a)을 형성하거나 또는 도 3 및 5를 참조하면 냉각유체 순환홀(11a) 및 흡착용 내부홀(13a)을 형성할 수 있다.
다시 돌아와서, 도 1d 및 1e, 그리고 도 2a 및 2b를 참조하여 하나의 예에서의 내부홀 형성 단계(S300)를 살펴본다. 내부홀 형성 단계(S300, 도 1d 및 1e 참조)에서는, 적어도 하나 이상의 홈 틀(9b)이 수용홈(11')에 삽입되거나(도 1d 참조) 홈 틀(9b)로 수용홈(11')이 커버된다. 이때, 홈 틀(9b)은 베이스 플레이트(9a)와 동일 재질이다. 즉, 열전도성 비금속 재질, 예컨대 다이아몬드, CBN, BN 재질이다. 예컨대, 홈 틀(9b)은 열전도성 비금속 재질, 예컨대 합성 다이아몬드 재질이고, 예컨대 다이아몬드 재질을 CVD 증착 및 성장시키거나 분말을 고온 고압하에서 소결시켜 다결정 다이아몬드 재질로 형성될 수 있다(S200). 또한, 홈 틀(9b)은 수용홈(11')에 삽입되거나 수용홈(11')을 커버하는 구조일 수 있고, 예컨대 도 1c 및1d를 참조하면 단면상 일측이 개방된 홈 구조로 이루어질 수 있다.
이때, 내부홀 형성 단계(S300, 도 1d 및 1e 참조)에서 단면상 일측이 개방된 홈 구조를 갖는 홈 틀(9b)이 수용홈(11')에 삽입되는 경우, 홈 틀(9b)의 홈 구조의 개방측이 수용홈(11')의 바닥을 향하도록 삽입된다. 홈 틀(9b)의 홈 구조의 개방측이 수용홈(11')의 바닥을 향하도록 삽입되어 내부홀(11)을 형성한다. 이때, 내부홀(11)은 냉각유체 순환홀(11a)이 되거나 또는 하나의 실시예에 따라 냉각유체 순환홀(11a)과 흡착용 내부홀(13a)이 될 수 있다.
예컨대, 하나의 예에서, 내부홀 형성 단계(도 1d 및 1e 참조)에서는 적어도 3개 이상의 홈 틀(9b)이 수용홈(11')에 삽입되거나 수용홈(11')을 커버한다. 이때, 직접 도시되지 않았으나, 도 5를 참조하여 이해해보면, 수용홈(11')의 적어도 하나에서는 홈 틀(9b)에 의해 형성되어 상측으로 개방된 적어도 하나 이상의 수직 홀이 노출되고, 노출된 수직홀을 제외한 수용홈(11')의 나머지 부분에서는 홈 틀(9b)에 의해 상부 개방측이 커버된 내부홀(11)인 수평 홀이 형성된다. 수직 홀은 증착 성작되어 수직 흡착홀(13b)을 형성한다. 홈 틀(9b)에 의해 형성된 수평 홀의 일부는 냉각유체 순환홀(11a)이 되고, 상측으로 개방된 적어도 하나 이상의 수직 홀이 노출되는 수직 흡착홀(13b)과 연통되는 내부홀(11)은 흡착홀(13)의 내부통로인 흡착용 내부홀(13a)이 된다.
다음으로, 도 1f 그리고 도 2a 및 2b를 참조하여 증착 성장 단계(S500, S500')를 살펴본다. 증착 성장 단계(S500, S500', 도 1f 참조)에서는, 베이스 플레이트(9a)와 홈 틀(9b) 상에 동일 재질로 증착 성장시킨다. 이때, 수용홈(11') 바닥과 홈 틀(9b)에 의해 형성된 적어도 하나 이상의 내부홀(11)이 내부에 구비되는 핫바 플레이트(10)가 형성된다.
예컨대, 하나의 예에서, 증착 성장 단계(S500', 도 1f 참조)에서 CVD 증착 방식으로 증착 성장시킨 핫바 플레이트(10)가 형성된다.
또 하나의 예에서, 직접 도시되지 않았으나, 도 3 및/또는 5를 참조하여 이해해보면, 증착 성장 단계(도 1f 참조)에서는 수직홀이 형성되지 않은 수용홈(11')에서 형성된 수평 홀(내부홀)(11)이 내부를 관통하는 냉각유체 순환홀(11a)이 되고, 수직홀이 형성된 수용홈(11')에서 수직홀을 제외한 나머지 부분의 수평 홀(내부홀)(11)이 내부에서 흡착용 내부홀(13a)이 되고, 나아가, 수직 홀이 성장하며 상부면에서 노출되는 수직 흡착홀(13b)이 되도록 증착 성장시킨다. 이때, 베이스 플레이트(9a)와 동일 재질로 증착 성장시켜 핫바 플레이트(10)를 형성한다. 이때, 내부홀(11)인 수평 홀은 수용홈(11')에 삽입된 홈 틀(9b)에 의해 둘러싸인 단면 상 상하좌우가 둘러싸인 홀이고, 수직 홀은 수용홈(11')에 삽입된 홈 틀(9b)에 의해 해당 구간의 단면 상 상부가 개방되게 둘러싸이거나 상부의 일부만 개방되게 둘러싸여 형성되는 상부 개방 구간이다. 이때, 동일 재질로 증착 성장 시 수직 홀도 성장하며 핫바 플레이트(10)의 상부면에서 노출되는 수직 흡착홀(13b)이 형성된다. 예컨대, 수직 홀의 구간은 흡착홀(13)의 노출통로가 되고 수직 홀과 연결되는 홈 틀(9b)에 의해 둘러싸인 수평 통로 구간은 흡착홀(13)의 내부통로, 즉 흡착용 내부홀(13a)이 된다.
또 하나의 예에서, 도시되지 않았으나, 도 5를 참조하여 이해해보면, 증착 성장 단계에서는, 베이스 플레이트(9a) 상에 동일 재질로 증착 성장시켜 베이스부(10a)와 돌출부(10b)를 형성한다. 이때, 증착 성장에 따라, 수평 홀이 내부에서 냉각유체 순환홀(11a) 및 흡착용 내부홀(13a)이 되고 수직 홀이 성장되면서 베이스부(10a)가 형성된다. 이때, 베이스부(10a) 상에 동일 재질로 계속하여 추가 증착시켜 피가열체(1)와 접촉될 돌출부(10b)가 돌출 형성된다. 이때, 수직 홀을 계속 성장시켜 돌출부(10b)의 상부면에서 노출되는 수직 흡착홀(13b)이 형성된다.
이상에서, 전술한 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 범주를 제한하는 것이 아니라 본 발명에 대한 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자의 이해를 돕기 위해 예시적으로 설명된 것이다. 또한, 전술한 구성들의 다양한 조합에 따른 실시예들이 앞선 구체적인 설명들로부터 당업자에게 자명하게 구현될 수 있다. 따라서, 본 발명의 다양한 실시예는 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있고, 본 발명의 범위는 특허청구범위에 기재된 발명에 따라 해석되어야 하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 다양한 변경, 대안, 균등물들을 포함하고 있다.
1: 피가열체 2: 빔
9a: 베이스 플레이트 9b: 홈 틀
10: 핫바 플레이트 10a: 베이스부
10b: 돌출부 11: 내부홀
11': 수용홈 11a: 냉각유체 순환홀
13: 흡착홀 13a: 흡착용 내부홀
13b: 수직 흡착홀 20: 빔 소스
30: 챔버 하우징
9a: 베이스 플레이트 9b: 홈 틀
10: 핫바 플레이트 10a: 베이스부
10b: 돌출부 11: 내부홀
11': 수용홈 11a: 냉각유체 순환홀
13: 흡착홀 13a: 흡착용 내부홀
13b: 수직 흡착홀 20: 빔 소스
30: 챔버 하우징
Claims (13)
- 부품 제조용 히터에 사용되며 빔 소스로부터 방출된 빔을 받아 가열되어 접촉되는 피가열체를 가열하는 핫바(Hot Bar) 플레이트를 제조하는 방법으로서,
열전도성 비금속 재질의 베이스 플레이트를 가공하여 상측이 개방된 적어도 하나 이상의 수용홈을 형성하는 개방홈 형성 단계;
상기 베이스 플레이트와 동일 재질인 적어도 하나 이상의 홈 틀을 상기 수용홈에 삽입하거나 상기 홈 틀로 상기 수용홈을 커버시켜, 상기 수용홈의 상부 개방측이 커버된 내부홀을 형성시키는 내부홀 형성 단계; 및
상기 베이스 플레이트 및 상기 홈 틀 상에 동일 재질로 증착 성장시켜, 상기 내부홀이 내부에 구비되는 상기 핫바 플레이트를 형성하는 증착 성장 단계를 포함하여 이루어지는, 핫바 플레이트 제조방법.
- 청구항 1에서,
상기 내부홀 형성 단계에서, 단면상 일측이 개방된 홈 구조로 이루어진 상기 홈 틀을 상기 수용홈에 삽입시켜 상기 홈 구조의 개방측이 상기 수용홈의 바닥을 향하도록 하는 것을 특징으로 하는 핫바 플레이트 제조방법.
- 청구항 1에서,
상기 내부홀 형성 단계 이전에 CVD 방식으로 상기 열전도성 비금속 재질을 증착 성장시키거나 상기 열전도성 비금속 재질의 분말을 고온 고압 하에서 다결정 구조가 되도록 소결시켜 상기 홈 틀을 사전 제조하는 틀 제조 단계를 더 포함하고,
상기 증착 성장 단계에서 CVD 증착 방식으로 증착 성장시키는 것을 특징으로 하는 핫바 플레이트 제조방법.
- 청구항 3에서,
상기 개방홈 형성 단계에서 레이저 가공 또는 에칭 가공으로 상기 베이스 플레이트 상에 상기 수용홈을 형성하는 것을 특징으로 하는 핫바 플레이트 제조방법.
- 청구항 1 내지 4 중의 어느 하나에서,
상기 열전도성 비금속 재질은 다이아몬드, CBN(Cubic Boron Nitride) 또는 BN(Boron Nitride) 재질이고,
상기 개방홈 형성 단계에서 상기 수용홈은 적어도 3개 이상 형성되고,
상기 내부홀 형성 단계에서는, 적어도 3개 이상의 상기 홈 틀을 상기 수용홈에 삽입하거나 상기 홈 틀로 상기 수용홈을 커버시키되, 상기 수용홈의 적어도 하나에서는 상기 홈 틀에 의해 형성되어 상측으로 개방된 적어도 하나 이상의 수직 홀이 노출되고 노출된 상기 수직홀을 제외한 상기 수용홈의 나머지 부분에서는 상기 홈 틀에 의해 상부 개방측이 커버된 상기 내부홀인 수평 홀이 형성되고,
상기 증착 성장 단계에서는 상기 베이스 플레이트 상에 동일 재질로 증착 성장시키되, 상기 수직홀이 형성되지 않은 상기 수용홈에서 형성된 상기 수평 홀이 내부를 관통하는 냉각유체 순환홀이 되고 상기 수직홀이 형성된 상기 수용홈에서 상기 수직홀을 제외한 나머지 부분의 상기 수평 홀이 내부에서 흡착용 내부홀이 되고 상기 수직 홀이 성장하며 상부면에서 노출되는 수직 흡착홀이 되도록 증착 성장시켜 상기 핫바 플레이트를 형성하는 것을 특징으로 하는 핫바 플레이트 제조방법.
- 청구항 5에서,
상기 증착 성장 단계는 상기 베이스 플레이트 상에 동일 재질로 증착 성장시켜 상기 수평 홀이 내부에서 상기 냉각유체 순환홀 및 상기 흡착용 내부홀이 되고 상기 수직 홀이 성장되어 노출되는 베이스부를 형성하고, 상기 베이스부 상에 동일 재질로 계속하여 추가 증착시켜 상기 피가열체와 접촉될 돌출부를 돌출 형성하되 상기 수직 홀을 계속 성장시켜 상기 돌출부의 상부면에서 노출되는 상기 수직 흡착홀을 형성시키는 것을 특징으로 하는 핫바 플레이트 제조방법.
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