KR101932749B1 - 박막 공정용 마스크 조립체를 위한 베이스 프레임 제조 방법 - Google Patents

박막 공정용 마스크 조립체를 위한 베이스 프레임 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 박막 공정용 마스크 조립체를 위한 베이스 프레임 제조 방법에 관한 것이며, 이는 4개의 일자형 금속바를 가접하여 예비프레임을 제작하는 가접 단계; 상기 예비프레임을 진공챔버로 이송하여 전자빔 용접을 실시함으로써 4개의 일자형 금속바가 상호 접합되도록 하는 전자빔용접 단계; 및 전자빔용접된 예비프레임에 대해 표면가공 및 두께가공하는 후가공 단계를 포함한다.

Description

박막 공정용 마스크 조립체를 위한 베이스 프레임 제조 방법 {METHOD FOR MANUFACTURING BASE FRAME OF MASK ASSEMBLY FOR DEPOSITING THIN FILM}
본 발명은 박막 공정용 마스크 조립체를 위한 베이스 프레임 제조 기술에 관한 것으로서, 더 상세하게는 예컨대 유기 발광 표시 장치 제조를 위한 박막 공정에서 사용되는 마스크 조립체를 위한 베이스 프레임 제조 기술에 관한 것이다.
근래 널리 제조되고 있는 유기 발광 표시 장치(OLED, Organic Light-Emitting Diode)는, 텔레비젼, 모니터, 태블릿 PC, 스마트폰, 스마트워치 및 차량 계기판 등에 구비되는 디스플레이 장치로서 널리 이용되고 있다. OLED는 빛을 내는 층이 유기 화합물로 이루어진 박막 발광 다이오드이다. OLED 제조시 전극층, 유기 발광층, 절연막 등의 다수의 박막층을 적층하고 패터닝하는 박막 공정이 필요하다. 박막 공정은 각각 대응하는 패턴이 구비된 마스크 조립체를 이용하게 되며, 예컨대 화학적 기상증착(CVD, chemical vapor deposition), 스퍼터링(sputtering), 이온 플레이팅(ion plating), 진공 증착(evaporation) 등이 포함된다.
이러한 박막 공정에서 사용되는 마스크 조립체는, 통상적으로 상대적으로 튼튼한 구조의 금속 재질의 베이스 프레임 상에 상대적으로 얇은 박막의 금속 마스크 시트를 접합한 구조를 가진다. 베이스 프레임의 경우 약 5 ~ 80 mm 정도의 두께를 가지는 창틀 또는 문틀 형태의 프레임 구조이며 마스크 조립체의 전체적인 모양을 안정적으로 유지시키기 위한 지지체 기능을 한다. 마스크 시트는 약 0.01 ~ 5.00 mm 정도의 두께를 가지는 박막의 금속 시트이며, 증착시 이용될 마스크 패턴을 구비한다. 이러한 박막 공정용 마스크 조립체를 구성하는 마스크 시트 및 베이스 프레임은 예컨대 SUS420과 같은 스테인레스 또는 티타늄(Ti) 재질의 금속이나 인바합금(Invar-36 Alloy)과 같이 온도 변화에 따른 열팽창계수가 매우 작은 특수 금속을 이용하여 제조되고 있다.
또한 마스크 조립체에 요구되는 높은 정밀도 때문에, 마스크 조립체를 구성하는 부품들의 구조적 안정성은 필수 요건이며, 이를 위해 일반적으로 금속시트 뿐만 아니라 베이스 프레임도 전체 형상을 일체화된 형태로 제작하는 방식이 채용되고 있다. 다시 말해서, 먼저 원하는 베이스 프레임의 두께와 전체 크기를 가지는 평판 형태의 금속판을 하나 준비하고, 준비된 금속판의 내측을 절개하여 사각형의 폐루프 형상을 가지는 예비 베이스 프레임을 제작한다. 그런 다음 예비 베이스 프레임의 표면을 다듬고, 장착홈 등의 필요한 구조물을 위한 패턴을 가공함으로써, 최종 베이스 프레임을 제작한다. 이렇게 일체화된 형태로 제작되는 베이스 프레임은, 사각형 틀 형상의 모든 지점에서 매우 균일한 금속학적 물성을 가지고 있으므로, 베이스 프레임에 요구되는 구조적 안정성이 보장될 수 있다는 장점이 있다. 그렇지만, 베이스 프레임을 제작하기 위한 재료는 매우 고가일 뿐만 아니라, 제작 과정에서 금속판 전체 면적 중 남겨지는 사각형 틀 형상의 면적보다 상대적으로 매우 큰 면적에 해당하는 내측 영역이 절개되어 버려지게 되므로, 전체적으로 베이스 프레임 제조 비용이 고가로 된다는 문제가 있었다.
그러므로 종래에 재료 중 많은 부분이 버려지게 되는 문제를 해결함으로써 베이스 프레임의 제조 비용을 절감하기 위하여, 1개의 금속판이 아니라 4개의 일자형 금속바를 준비하고, 이들 금속바를 서로 접합시켜 사각형 틀 형태의 베이스 프레임을 제조하려는 시도가 있었다. 예컨대, 대한민국 등록실용신안 제20-0406115호 (2006.01.20. 공고)에는 4개의 일자형 금속바를 용접하는 방식으로 접합하여 사각형 틀 형태의 베이스 프레임을 제조하는 기술이 제안되어 있다. 이에 따르면 별다르게 버려지는 금속 재료가 없어 재료 비용이 크게 절감되는 효과를 제공할 수 있다.
그렇지만, 지금까지 이러한 일자형 금속바를 접합하는 방식으로 베이스 프레임을 제작하는 기술을 현장에서 적용하는 예가 거의 없었다. 이는 접합 작업에 사용하고 있는 아크용접 방식이 증착 공정용 마스크 조립체를 위한 베이스 프레임에 적합한 고도의 균질한 금속학적 물성을 제공하기 어렵다는 데에 기인한다. 다시 말해서, 제안된 기술에서는 일자형 금속바를 용접할 때 일반적인 금속 접합시 널리 이용하고 있는 아크용접방식을 이용하는데, 이 때 아크용접과정에서 용접 부위에 기공이 발생하는 등의 이유로, 용접부위의 금속학적 물성이 다른 부분과 차이를 보이게 되는 문제가 있었다.
이런 문제를 해소하기 위해, 종래에 대한민국 등록특허 제10-1384278호 (2014.04.09. 공고)에서는 일자형 금속바의 용접부위를 테이퍼 가공하여 상호 선접촉하도록 한 후, 선접촉부위의 상부와 하부에서 각각 아크용접으로 공간을 메워 접합하는 제조 방법을 제안하고 있다. 그러나 이 또한 제조 과정이 복잡하다는 문제 뿐만 아니라, 아크용접에 의해 메워지는 부위의 물성이 기저 금속바의 물성과 균일하게 되는 것을 보장할 수 없고, 그 결과 증착 공정용 마스크 조립체를 위한 베이스 프레임에 요구되는 구조적 안정성을 제공하기 어렵다는 문제가 여전히 존재한다.
대한민국 등록특허 제10-1384278호 (2014.04.09. 공고) 대한민국 등록실용신안 제20-0406115호 (2006.01.20. 공고)
본 발명자는, 제조 과정에서 고가의 금속 재료가 버려지는 문제를 해결함으로써 제조 비용을 절감시킬 수 있으면서도 동시에 증착 공정용 마스크 조립체를 위한 베이스 프레임에 요구되는 구조적 안정성을 제공할 수 있는 기술을 찾는 과정에서, 기존 아크 용접이 아니라, 용접부위에 있어서 요구되는 균일한 물성을 제공할 수 있는 용접 기술로서, 근래 사용분야를 넓히고 있는 전자빔 용접(Electron Beam Welding : EBW)을 사용하는 경우, 결과적으로 고가의 금속 재료를 절감할 수 있고 요구되는 균질한 물성을 제공할 수 있기 때문에, 전체적으로 볼 때 베이스 프레임의 제조비용을 크게 절약할 수 있다는 점을 깨달았다.
나아가 본 발명자는, 통상적으로 전자빔 용접은 진공 챔버 내에서 수행되어야 한다는 점, 또한 용접을 상부면쪽에서만 수행할 경우 녹아내린 액상의 금속물질이 하부면쪽으로 새어나오는 현상이 있기 때문에, 작업물의 한쪽 면에서 두께의 일부만 용접한 후 뒤집어서 다른쪽 면에서 나머지 두께 부분을 용접하는 방식으로 진행하는 것이 용접부위의 품질이 양호할 것이라는 점을 깨달았다.
더 나아가 본 발명자는, 특히 폭이 좁고 긴 일자형 금속바 4개를 결합하여 사각형 틀 형태의 베이스 프레임을 제작하기 위하여 전자빔 용접을 수행할 때 용접 작업이 용이하고 효율적으로 이루어질 수 있게 하기 위해서, 먼저 4개의 일자형 금속바를 가접하여 사각형 틀 모양으로 고정한 예비프레임을 제작하고, 이 예비 프레임을 작업물로 하여 전자빔 용접을 실시하는 경우, 전자빔 용접을 위해 작업물을 진공챔버 내외로 이송하는 것 및 한쪽 면이 용접된 작업물의 다른쪽 면을 용접하기 위해 뒤집는 것 등의 작업이 신속하고 용이하게 이루어질 수 있다는 점을 깨달았다.
본 발명은 상술한 본 발명자의 깨달음에 기초하여 제안되는 것으로서, 특히 박막 공정용 마스크 조립체를 위한 베이스 프레임 제조 방법에 있어서, 4개의 일자형 금속바를 가접하여 예비프레임을 제작하는 가접 단계, 가접된 예비프레임을 진공챔버로 이송하여 일자형 금속바 접합라인에 전자빔 용접을 실시하는 전자빔용접 단계, 및 전자빔용접된 프레임에 대해 표면가공 및 두께가공하여 박막 공정용 마스크 조립체를 위한 베이스 프레임을 제조하는 후가공 단계를 포함함으로써, 전자빔 용접 공정이 용이하게 이루어질 수 있고 제조 비용을 절감할 수 있을 뿐만 아니라 또한 용접 부위에서 높은 수준의 균질성을 달성하는 것이 가능해지게 되어 실제 현장에서 적용가능하도록 하는 새로운 박막 공정용 마스크 조립체를 위한 베이스 프레임 제조 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
나아가 본 발명은 박막 공정용 마스크 조립체를 위한 베이스 프레임 제조 방법 중 가접 단계에서, 평평한 지그 상에서 4개의 일자형 금속바 상호 접합 위치 측면에 보조블록을 가접하는 방식으로 예비프레임을 제작하고, 이후 일자형 금속바가 상호 인접된 접합라인에 전자빔 용접에 의해 접합된 후, 가접되어 있던 보조블록들이 제거되도록 함으로써, 일자형 금속바의 형태가 틀어지지 않고 안정적으로 사각형 틀 모양을 유지하는 것이 용이하게 되도록 하는 새로운 박막 공정용 마스크 조립체를 위한 베이스 프레임 제조 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
더 나아가 본 발명은 박막 공정용 마스크 조립체를 위한 베이스 프레임 제조 방법 중 가접 단계에서, 평평한 지그 상에서 4개의 일자형 금속바 상호 접합 위치 측면에 상기 일자형 금속바와 동일한 두께와 소정 면적의 상하면을 가지는 대체로 직육면체 형태의 보조블록을 가접하여 예비프레임을 제작함으로써, 이후 일자형 금속바가 상호 인접된 접합라인을 접합하기 위해 전자빔 용접을 실시할 때, 전자빔의 용접 시작점과 종료점을 가접된 보조블록의 상하면에 오도록 구성할 수 있도록 하여, 전자빔에 의한 일자형 금속바 손상 가능성이 없고 효율적인 전자빔 용접이 실시되도록 하는 새로운 박막 공정용 마스크 조립체를 위한 베이스 프레임 제조 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
이러한 목적은 본 발명에 따라 제공되는 박막 공정용 마스크 조립체를 위한 베이스 프레임 제조 방법에 의해 달성된다.
본 발명의 일 양상에 따라 제공되는 박막 공정용 마스크 조립체를 위한 베이스 프레임 제조 방법은, 4개의 일자형 금속바를 가접하여 예비프레임을 제작하는 가접 단계; 상기 예비프레임을 진공챔버로 이송하여 전자빔 용접을 실시함으로써 4개의 일자형 금속바가 상호 접합되도록 하는 전자빔용접 단계; 및 전자빔용접된 예비프레임에 대해 표면가공 및 두께가공하는 후가공 단계를 포함한다.
실시예에서, 상기 가접 단계는, 평평한 지그 상에서 상기 4개의 일자형 금속바를 상호 접촉시켜 접합라인을 형성하고, 각 접합라인의 양단에 대응하여 보조블록을 각각 가접하는 방식으로 이루어지며, 상기 가접된 보조블록들은 상기 전자빔용접 단계가 완료된 후 상기 후가공 단계에서 제거될 수 있다.
실시예에서, 상기 가접 단계에서 상기 보조블록 각각은 상기 일자형 금속바가 접촉되어 이루어진 접합라인 양측의 일자형 금속바 측면에서 아크용접에 의해 가접되는 것이 바람직하다.
실시예에서, 상기 보조블록은 상기 일자형 금속바와 동일한 두께를 가지며 또한 소정 면적의 상하 표면을 가지는 대체로 직육면체 형태이며, 상기 전자빔용접 단계에서 상기 전자빔 용접은 전자빔의 용접 시작점과 종료점이 상기 접합라인의 양단에 가접되어 있는 보조블록의 표면에 위치하는 방식으로 실시될 수 있다.
실시예에서, 상기 전자빔용접 단계는 상기 예비프레임의 한쪽 표면에서 상기 접합라인들에 대해 전자빔 용접을 실시하고, 상기 예비프레임을 뒤집은 후, 상기 예비프레임의 다른 쪽 표면에서 상기 접합라인들에 대해 전자빔 용접을 실시하는 방식으로 이루어지는 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 양상에 따라 제공되는 박막 공정용 마스크 조립체를 위한 베이스 프레임은, 4개의 일자형 금속바를 4각형 틀 형태로 배열한 상태에서 일자형 금속바 사이를 전자빔 용접 방식으로 접합한 것으로서, 특히 상술한 박막 공정용 마스크 조립체를 위한 베이스 프레임 제조 방법에 의해 제조될 수 있다.
본 발명에 따르면, 박막 공정용 마스크 조립체를 위한 베이스 프레임 제조 방법에 있어서, 4개의 일자형 금속바를 가접하여 예비프레임을 제작하는 가접 단계, 가접된 예비프레임을 진공챔버로 이송하여 한쪽 면에서 일자형 금속바 접합라인에 전자빔 용접을 실시하는 전자빔용접 단계, 및 전자빔용접된 프레임에 대해 표면가공 및 두께가공하여 박막 공정용 마스크 조립체를 위한 베이스 프레임을 제조하는 후가공 단계를 포함함으로써, 전자빔 용접 공정이 용이하게 이루어질 수 있고 제조 비용을 절감할 수 있을 뿐만 아니라 또한 용접 부위에서 높은 수준의 균질성을 달성하는 것이 가능해지게 되어 실제 현장에서 적용가능하도록 한다.
나아가 본 발명에 따르면 박막 공정용 마스크 조립체를 위한 베이스 프레임 제조 방법 중 가접 단계에서, 평평한 지그 상에서 4개의 일자형 금속바 상호 접합 위치 측면에 보조블록을 가접하는 방식으로 예비프레임을 제작하고, 이후 일자형 금속바가 상호 인접된 접합라인에 전자빔 용접에 의해 접합된 후, 가접되어 있던 보조블록들이 제거되도록 함으로써, 일자형 금속바의 형태가 틀어지지 않고 안정적으로 사각형 틀 모양을 유지하는 것이 용이하게 되도록 할 수 있다.
더 나아가 본 발명에 따르면 박막 공정용 마스크 조립체를 위한 베이스 프레임 제조 방법 중 가접 단계에서, 평평한 지그 상에서 4개의 일자형 금속바 상호 접합 위치 측면에 상기 일자형 금속바와 동일한 두께와 소정 면적의 상하면을 가지는 대체로 직육면체 형태의 보조블록을 가접하여 예비프레임을 제작함으로써, 이후 일자형 금속바가 상호 인접된 접합라인을 접합하기 위해 전자빔 용접을 실시할 때, 전자빔의 용접 시작점과 종료점을 가접된 보조블록의 상하면에 오도록 구성할 수 있도록 하여, 전자빔에 의한 일자형 금속바의 손상 가능성이 없고 효율적인 전자빔 용접이 실시되도록 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 박막 공정용 마스크 조립체를 위한 베이스 프레임 제조 방법을 설명하기 위한 개략 흐름도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 박막 공정용 마스크 조립체를 위한 베이스 프레임 제조 방법 중 가접 단계를 더 상세히 설명하기 위한 개략도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 박막 공정용 마스크 조립체를 위한 베이스 프레임 제조 방법 중 가접된 예비프레임의 접합라인의 구성을 더 상세히 보여주는 부분 확대도.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 박막 공정용 마스크 조립체를 위한 베이스 프레임 제조 방법 중 가접된 예비프레임의 접합라인에 대해 전자빔 용접을 실시하는 과정을 더 상세히 설명하기 위한 부분 확대도.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 박막 공정용 마스크 조립체를 위한 베이스 프레임 제조 방법 중 전자빔용접 단계가 완료된 후 보조블록을 제거한 상태를 더 상세히 설명하기 위한 부분 확대도.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 박막 공정용 마스크 조립체를 위한 베이스 프레임 제조 방법 중 전자빔용접 단계 이후 후공정 단계를 더 상세히 설명하기 위한 개략도.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 박막 공정용 마스크 조립체를 위한 베이스 프레임 제조 방법의 과정을 보여주는 흐름도.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예들을 설명한다. 참고로 이하의 기재사항 및 도면은 본 발명의 이해를 돕기 위한 예시일 뿐 발명의 기술범위를 한정하는 것이 아니다. 다시 말해, 아래에서 설명되는 실시예들은 현장에서 구현할 때 다양한 변형이 가능하며, 이들 변형이 청구범위에 따른 본 발명의 기술사상 내에 있다면 본 발명에 속한다고 해야 할 것인 바, 본 발명의 기술사상은 이하의 설명을 통해 해상 기술 분야의 지식을 가진 자에게 쉽게 이해될 것이다.
도 1은 본 발명의 구체적인 실시예에 따른 박막 공정용 마스크 조립체를 위한 베이스 프레임 제조 방법을 설명하기 위한 개략 흐름도이다.
도 1을 참조하면, 일 실시예에 따른 베이스 프레임 제조 방법의 단계들(101~105)이 개략적으로 도시된다. 먼저, 재료 준비 단계(101)에서, 베이스 프레임의 사각형 틀 형태의 4개의 변에 대응하는 4개의 일자형 금속바(1)가 준비된다. 그리고, 이들 금속바(1)들을 접합하는 과정에서 보조로 사용되는 보조블록(2)들이 준비된다.
이 때, 금속바(1)는 스테인레스, 티타늄계 또는 니켈계 합금과 같이 저열팽창성 금속 재질인 것이 바람직하며, 예컨대 종래에 일체형 베이스 프레임을 제작할 때 사용되고 있었던 금속판을 일자형으로 절단하는 것으로 쉽게 제작될 수 있다. 이러한 금속바(1)는 베이스 프레임의 크기나 사용처에 따라 다양한 치수를 가질 수 있다.
예컨대 마스크 조립체용 베이스 프레임의 사각형 틀 형상을 4개의 금속바를 결합하여 제조할 때, 각 금속바의 치수는 예컨대 두께 20 ~ 70mm, 폭 90 ~ 500mm, 길이 500 ~ 4,000mm의 범위일 수 있다. 이러한 금속바 4개를 결합하여 제조한 베이스 프레임의 두께는 금속바의 두께와 마찬가지로 20 ~ 70mm이며, 한편 베이스 프레임의 폭과 길이는 금속바의 길이에 대응하여 각각 500 ~ 4,000mm일 수 있다. 해당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면, 이들 금속바를 결합하여 제조하는 베이스 프레임의 크기가 크면 클수록, 베이스 프레임 내에 형성되는 개구부의 크기도 마찬가지로 커지게 되므로, 종래 일체형으로 제작되는 경우에 대비한 재료 절감 효과가 더 커질 수 있음이 자명할 것이다.
한편 보조블록(2)은 대체로 직육면체 형상을 하며, 금속바(1)와 동일한 재질의 금속으로 구성되는 것이 바람직하다. 이러한 보조블록(2)은 가접될 금속바(1)와 동일한 두께를 가지는 것이 바람직하며, 그 폭과 길이는 보조블록(2)의 상하부 표면이 전자빔 용접의 시작점 및 종료점을 제공할 수 있는 정도로만 면적을 제공하도록 적절하게 조절될 수 있다. 보조블록(2)은, 금속바(1)와 유사하게, 예컨대 종래에 일체형 베이스 프레임을 제작할 때 사용되고 있었던 금속판을 절단하여 제작하거나, 또는 금속판을 절단하여 금속바를 제작하는 과정에서 발생하는 자투리 부분을 이용하여 제작될 수 있다.
다음 가접단계(102)는 4개의 일자형 금속바(1)를 가접하여 예비프레임을 제작하는 단계이며, 예컨대 평평한 지그 상에서 4개의 금속바(1) 각각의 양단에서 상호 접촉시켜 접합라인(3)을 형성하고, 각 접합라인(3)의 양단에 대응하여 보조블록(1)을 각각 가접하는 방식으로 이루어질 수 있다. 도시된 바와 같이 예비프레임은 4개의 금속바(1)가 4개의 변을 형성하는 사각형 틀 형상이며, 각각의 금속바(1)가 상호 인접하는 라인, 즉 접합라인(3)은, 이러한 사각형 틀 형상의 모서리 부분에 위치하고, 그 양단에서 금속바(1) 측면에 접합된 보조블록(2)에 의해 고정될 수 있다.
보조블록(2) 각각은, 각 접합라인(3)의 단부에서, 각각 접합라인(3) 양측의 금속바(1) 2개에 예컨대 아크용접 방식으로 가접될 수 있다. 이에 따라, 가접된 예비프레임에서 보조블록(2)과 금속바(1) 사이는 접합되어 있지만, 금속바(1)와 인접 금속바(1) 사이의 접합라인(3)은 단순히 밀착되어 있을 뿐이고 접합되어 있는 상태가 아니다. 다시 말해서, 접합라인(3)의 밀착 상태는, 금속바(1)에 가접되어 있는 보조블록(2)에 의해 유지된다.
이러한 보조블록(2)의 가접 강도는, 한편으로는 전자빔 용접이 용이하게 이루어지도록 예비프레임의 형상을 유지하는 정도이면서, 동시에 다른 한편으로, 전자빔 용접 단계 이후에 예컨대 망치 등으로 두드림으로써 보조블록(2)이 금속바(1) 측면으로부터 쉽게 제거될 수 있는 정도인 것이 바람직하다.
이와 같이 보조블록(2)을 금속바(1)에 가접하여 예비프레임을 제작하는 경우, 인접된 두 금속바(1)의 측면 부분을 상호 가접하는 경우에 비하여, 후공정에서 금속바(1)의 표면가공량을 줄일 수 있게 하는 장점을 제공한다.
또한 보조블록(2)을 접합라인(3)의 단부에 배치함으로써, 접합라인(3)을 용접하는 전자빔의 시작점 및 종료점을 보조블록(2)의 상하부 표면에 위치할 수 있다. 이에 따라 전자빔 용접시 전자빔의 시작점 및 종료점에서의 피할 수 없는 용접부위의 품질 저하 현상이 보조블록(2)에만 국한되도록 할 수 있으므로, 금속바(1)가 상호 접합되는 부위인 접합라인(3)의 용접 품질의 균질성 유지가 용이하게 된다.
다음 전자빔 용접 단계(103)는, 가접된 예비프레임을 진공챔버로 이송하여 전자빔 용접을 실시함으로써 4개의 금속바(1)가 4개의 접합라인에서 상호 접합되도록 하는 단계이다.
일반적으로 전자빔 용접(Electron Beam Welding, EBW)은 이빔용점(E-beam welding)이라고도 하며, 전자빔 발생기에서 방출된 높은 운동에너지를 가지는 전자빔을 용접 작업물에 충돌시킴으로써 용접 작업물이 용융되어 서로 접합되도록 하는 기술이다. 이러한 전자빔 용접은 대단히 높은 에너지 밀도와 용접효율을 가지며, 모재에 발행하는 변형도 매우 적다는 장점을 가지지만, 제작비용이 고가이고 진공챔버 등 작업환경이 제한적이라는 한계가 있다. 그러나 본 발명의 적용 분야인 증착공정용 마스크 조립체를 위한 베이스 프레임의 제조 분야는 고가의 금속 재료를 사용하고 있기 때문에, 전자빔 용접을 도입함에 의해 절감되는 금속 재료의 비용을 고려할 때, 전자빔 용접 방식을 이용하는 것이 오히려 전체적으로 베이스 프레임의 제조 비용을 절감할 수 있게 한다.
본 발명에 따라, 전자빔 용접 단계(103)는 접합라인(3)이 고정되도록 보조블록(2)에 의해 가접되어 있는 예비프레임에 대해 수행되며, 바람직하게는 예비프레임의 한쪽 면에서만 용접 작업이 이루어지는 것이 아니라, 예비프레임의 한쪽 면에서 두께의 일부만 용접한 후 뒤집어서 다른쪽 면에서 나머지 두께 부분을 용접하는 방식으로 진행한다. 예비프레임과 진공챔버의 상대적인 크기에 따라, 예비프레임을 뒤집는 작업은 진공챔버 밖에서 이루어질 수 있다.
전자빔 용접이 완료되면, 용접된 예비프레임에 대해 표면가공 단계(104) 및 두께가공 단계(105)와 같은 후공정 작업이 이루어질 수 있다. 표면가공 단계(104)는 용접된 예비프레임에서 보조블록(3)을 제거하고, 용접부위 부분을 다른 표면 부분과 맞추어 평평하게 되도록 깍아내고, 또한 전체 표면을 설계 치수까지 깍아내어 다듬어서 매끈하고 일정한 두께를 가지는 사각형 틀 모양의 사각프레임(5)을 제작하는 공정이다.
이렇게 제작된 사각프레임(5)은, 비록 모서리 부분이 전자빔 용접에 의해 접합되어 제조된 것이지만, 종래에 일체형으로 만들어지는 경우에 비하여 품질의 차이가 전혀 없고, 전체 구조에서 매우 균일한 금속학적 물성을 가질 수 있다는 장점이 제공된다.
이후 두께가공 단계(105)는 표면가공된 예비프레임에 장착홈(6)과 같은 구조물을 제작하기 위에 두께 작업하는 단계이다.
상술한 바와 같은 제조 방법에 따르면, 4개의 일자형 금속바를 4각형 틀 형태로 배열한 상태에서 일자형 금속바 사이를 전자빔 용접 방식으로 접합함으로써 전체 구조에서 매우 균일한 금속학적 물성을 가지는, 박막 공정용 마스크 조립체를 위한 베이스 프레임이 제공된다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 박막 공정용 마스크 조립체를 위한 베이스 프레임 제조 방법 중 가접 단계를 더 상세히 설명하기 위한 개략도이다.
도 2를 참조하면, 도 2의 (a)는 4개의 일자형 금속바(201-204)와 8개의 보조블록(210)들이 아직 접합되지 않은 상태로 보여지고, 도 2의 (b)는 이들이 가접되어 제작된 예비프레임(200)을 보여준다. 금속바(201-204) 및 보조블록(210)은 각각 도 1을 참조하여 위에서 설명한 금속바(1)와 보조블록(2)과 유사하므로 더 상세한 설명은 생략한다.
도시된 예에서, 4개의 금속바(201-204)는 사각형 틀의 4개의 변을 이루도록 배열되고, 그 결과 사각형 틀의 모서리 부분에서 2개의 금속바의 단부측에서 상호 직교하는 형태로 밀착하여 4개의 접합라인(220)을 형성한다. 4개의 접합라인(220) 각각의 양 단부에는 보조블록(210)이 예컨대 아크 용접 방식에 의해 가접된다.
그 결과 제작된 사각형 틀 즉 예비프레임(200)에 있어서, 보조블록(210)과 금속바(201-204) 사이는 가접 즉 접합되어 있지만, 금속바(201-204)의 일 단부와 금속바(201-204)의 다른 단부가 서로 맞닿아 있는 4개의 접합라인(220)은 단순히 밀착되어 있는 상태이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 박막 공정용 마스크 조립체를 위한 베이스 프레임 제조 방법 중 가접된 예비프레임의 접합라인의 구성을 더 상세히 보여주는 부분 확대도이다.
도 3을 참조하면, 4개의 일자형 금속바(301-304)와 8개의 보조블록(310)들이 가접되어 있는 예비프레임(300)과, 모서리 부분의 접합라인(320) 주변의 상세한 구조가 부분 확대된 상태로 보여진다.
부분 확대된 접합라인(320)은 두 금속바(303, 304)가 그 측면에서 직각으로 밀착되어 있는 부위이고, 이후 전자빔용접에 의해 접합될 부위이다. 접합라인(320)의 양단에는 각각 보조블록(310)이 가접된다. 보조블록(310)은 도시된 예에서 접합라인(320)의 양측에서 서로 밀착되어 2개의 금속바(303, 304) 측면에 예컨대 아크 용접 방식으로 접합될 수 있다. 이는 도면에서 가접 포인트(340)로 표현되어 있다. 가접 포인트(340)는 보조블록(310)은 금속바(304)가 밀착되어 있는 면 전체에 대해서 접합되는 것이 아니라 부분적으로만 아크 용접된다는 것을 보여준다. 이는 보조블록(310)이 금속바(304)에 강하게 접합될 필요가 없고, 단순히 전자빔 용접을 용이하게 하기 위해 예비프레임(300)의 모양을 고정하는 한편 일단 전자빔 용접이 완료되면 쉽게 제거될 수 있는 정도의 강도로만 접합되면 충분하기 때문이다.
한편 도시된 바와 같이 접합라인(320)의 주면에는 소정 크기로 표면가공된 영역(330)이 구비된다. 통상 금속바(303, 304)의 표면에는 금속 재료 제조과정에서 발생한 이물질이 부착되어 있다. 전자빔용접시 용접부위에 이물질이 들어가지 않도록 하기 위하여, 접합라인(320)의 주변을 따라 일정한 면적으로 미리 표면가공될 필요가 있다. 마찬가지 이유로 금속바(303)와 금속바(304)가 서로 밀착되는 면, 보조블록(210)의 표면 등도 미리 표면가공하여 이물질을 제거한 상태인 것이 바람직하다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 박막 공정용 마스크 조립체를 위한 베이스 프레임 제조 방법 중 가접된 예비프레임의 접합라인에 대해 전자빔 용접을 실시하는 과정을 더 상세히 설명하기 위한 부분 확대도이다.
도 4를 참조하면, 4개의 일자형 금속바(401-404)와 8개의 보조블록(410)들이 가접되어 있는 예비프레임(400)과, 모서리 부분의 접합라인(420) 주변의 상세한 구조가 부분 확대된 상태로 보여진다.
도시된 예에서, 부분 확대된 접합라인(420)은 전자빔용접에 의해 접합되고, 표면에는 용접 과정에서 발생한 용접비드(450)로 덮여있음을 볼 수 있다. 접합라인(420)의 양단에 각각 가접되어 있는 두 개의 보조블록(410)은, 전자빔 용접시 시작점 및 종료점을 제공한다. 이에 따라 용접비드(450)는 접합라인(420)의 일단에 가접된 보조블록(410) 표면에서 시작하여 접합라인(420)을 따라 연장된 후 접합라인(420)의 타단에 가접된 보조블록(410) 표면에서 종료되어 있음을 볼 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 박막 공정용 마스크 조립체를 위한 베이스 프레임 제조 방법 중 전자빔용접 단계가 완료된 후 보조블록을 제거한 상태를 더 상세히 설명하기 위한 부분 확대도이다.
도 5를 참조하면, 4개의 일자형 금속바(501-504)들이 전자빔 용접된 예비프레임(500)과, 모서리 부분의 접합라인(520) 주변의 상세한 구조가 부분 확대된 상태로 보여진다.
도시된 예에서, 부분 확대된 접합라인(520)은 전자빔용접에 의해 접합되고, 표면에는 용접비드(550)로 덮여있으며, 보조블록은 제거되어 있는 상태를 보여준다. 도 1 및 도 4에서 설명된 바와 같이, 접합라인(520)의 양단에 각각 가접되어 있는 두 개의 보조블록은, 전자빔 용접시 시작점 및 종료점을 제공하기 때문에, 접합라인(520)을 따라 형성되어 있는 용접비드(550)는 전자빔 용접의 시작점 및 종료점에서 볼 수 있는 불규칙한 상태가 아니라 대체로 균일한 상태를 보여준다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 박막 공정용 마스크 조립체를 위한 베이스 프레임 제조 방법 중 전자빔용접 단계 이후 후공정 단계를 더 상세히 설명하기 위한 개략도이다.
도 6을 참조하면, 4개의 일자형 금속바(601-604)들이 전자빔 용접되고 표면가공된 사각프레임(600)과, 사각프레임(60)에 대해 장착홈(670) 등의 구조물을 형성하는 두께작업이 이루어진 최종 베이스 프레임(600')을 보여준다.
사각프레임(600) 및 이후 두께작업후 완성된 베이스 프레임(600')은, 비록 4개의 일자형 금속바를 전자빔 용접으로 접합시켜 제조된 것이지만, 종래에 일체형으로 만들어지는 경우에 비하여 품질의 차이가 전혀 없고, 전체 구조에서 매우 균일한 금속학적 물성을 가질 수 있다는 장점이 제공된다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 박막 공정용 마스크 조립체를 위한 베이스 프레임 제조 방법의 과정을 보여주는 흐름도이다.
도 7을 참조하면, 도 1 내지 도 6을 참조하여 설명한 바와 유사하게, 재료 준비 단계(701), 가접 단계(703), 전자빔용접 단계(705) 및 후가공 단계(707)를 포함하는 증착공정용 마스크 프레임을 위한 베이스 프레임의 제조 방법(700)이 도시된다. 도 7에 도시된 예는 순서도로 표현한 것만이 상이하고 도 1에 예시된 개략도로 표현한 실시예와 유사하므로 상세한 설명을 생략한다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 전술한 실시예에 한정되지 않고 다양한 형태로 변형 또는 수정되어 실시될 수 있고, 변형 또는 수정된 실시예도 후술하는 특허청구범위에 개시된 본 발명의 기술적 사상을 포함한다면 본 발명의 권리범위에 속함은 물론이다.

Claims (6)

  1. 삭제
  2. 박막 공정용 마스크 조립체를 위한 베이스 프레임 제조 방법으로서,
    4개의 일자형 금속바를 가접하여 예비프레임을 제작하는 가접 단계;
    상기 예비프레임을 진공챔버로 이송하여 일자형 금속바 접합라인에 전자빔 용접을 실시함으로써 4개의 일자형 금속바가 상호 접합되도록 하는 전자빔용접 단계; 및
    전자빔용접된 예비프레임에 대해 표면가공 및 두께가공하는 후가공 단계를
    포함하고,
    상기 가접 단계는, 평평한 지그 상에서 상기 4개의 일자형 금속바를 상호 접촉시켜 접합라인을 형성하고, 각 접합라인의 양단에 대응하여 보조블록을 각각 가접하는 방식으로 이루어지며, 상기 가접된 보조블록들은 상기 전자빔용접 단계가 완료된 후 상기 후가공 단계에서 제거되는 것을 특징으로 하는 박막 공정용 마스크 조립체를 위한 베이스 프레임 제조 방법.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 가접 단계에서 상기 보조블록 각각은,
    상기 일자형 금속바가 접촉되어 이루어진 접합라인 양측의 일자형 금속바 측면에서 아크용접에 의해 가접되는 것을 특징으로 하는 박막 공정용 마스크 조립체를 위한 베이스 프레임 제조 방법.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 보조블록은 상기 일자형 금속바와 동일한 두께를 가지며 또한 소정 면적의 상하 표면을 가지는 직육면체 형태이며, 상기 전자빔용접 단계에서 상기 전자빔 용접은 전자빔의 용접 시작점과 종료점이 상기 접합라인의 양단에 가접되어 있는 보조블록의 표면에 각각 위치하는 것을 특징으로 하는 박막 공정용 마스크 조립체를 위한 베이스 프레임 제조 방법.
  5. 제 2항에 있어서,
    상기 전자빔용접 단계는 상기 예비프레임의 한쪽 표면에서 상기 접합라인들에 대해 전자빔 용접을 실시하고, 상기 예비프레임을 뒤집은 후, 상기 예비프레임의 다른 쪽 표면에서 상기 접합라인들에 대해 전자빔 용접을 실시하는 방식으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 박막 공정용 마스크 조립체를 위한 베이스 프레임 제조 방법.
  6. 삭제
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