KR102093991B1 - 고무 탄성체 다이아프램 타입 정전척 및 그 제조방법 - Google Patents

고무 탄성체 다이아프램 타입 정전척 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 평판 및 굴곡 형태의 피흡착물을 정전기력을 이용하여 흡착하기 위한 정전 플레이트를 구비한 정전척에 관한 것으로서, 상기 정전 플레이트는 유전체의 역할을 하는 고무 탄성체와 상기 고무 탄성체의 내부에 배치되어 전기장을 형성하는 전극 부재를 포함하고, 상기 고무 탄성체는 실록산 결합을 기본으로 하여 이루어지고 외부에서 가해지는 압력의 증감에 의해 부풀거나 수축이 가능한 것을 특징으로 하는 고무 탄성체 다이아프램 타입 정전척을 개시한다.

Description

고무 탄성체 다이아프램 타입 정전척 및 그 제조방법{ELASTOMER RUBBER DIAPHRAGM TYPE ELECTRO STATIC CHUCK AND FABRICATION METHOD FOR THE SAME}
본 발명은 고무 탄성체 다이아프램 타입 정전척 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 기판 형태의 흡착물을 고무 탄성체를 이용해 척킹할 수 있는 구조를 가진 고무 탄성체 다이아프램 타입 정전척 및 그 제조방법에 관한 것이다.
기판 형태의 피흡착물을 흡착하는 척킹기구는 디스플레이 패널용 글라스 기판을 척킹(Chucking)하여 고정하거나 합착, 가압, 이동시키는 용도로 널리 사용된다.
특히, 디스플레이 판넬 제조 공정에서는 제작된 디스플레이 판넬에 터치 스크린 기능을 부여하기 위해 TFT-LCD 또는 OLED로 제작된 디스플레이를 상부 커버 글라스 사이에 여러가지 박판들을 삽입하게 되며 터치스크린 판넬 및 금속 플레이트 등이 들어가고 합착을 위해 층간에 광학접착필름(Optical Clear Adhesive)을 적층하게 된다. 이러한 공정은 압력을 가할 시의 기포를 완전히 제거하기 위해 진공상태에서 이루어지고 상부 및 하부의 기판들의 낙하 및 흔들림을 방지하기 위해 정전력을 이용한 정전척과 고무 점착력을 이용한 점착척 그리고 반데르바알스력을 이용한 게코(Gecko)척이 일반적으로 사용되고 있다.
진공에서는 정전력과 점착력이 주로 상용화되어 있는데 이것은 압력 환경에 정전력과 점착력이 크게 변하지 않기 때문이며 정전척 유전체 소재로는 무기물질인 세라믹 계통과 유기 물질인 고분자 필름이 주로 사용되고 있으며 안정적인 정전력을 유지하기 위해서는 유전체의 물리적 특성의 제어가 필요하다.
정전력을 발생시키기 위해서는 유전체의 체적저항, 표면저항, 유전상수 및 경도 등이 제어되어야 하며 체적저항은 1010~1015Ωㆍ㎝ 범위에서 안정적이며 유전상수는 높을수록 정전력에 유리한 위치를 차지한다. 경도는 반도체 및 반송 시스템 등에서는 크게 중요하지 않았지만 디스플레이 합착(라미네이션) 공정과 같이 높은 압력으로 눌러주어야 하는 공정에서는 매우 중요한 요소가 되고 있다.
도 1 및 도 2에는 종래기술에 따른 상/하부 정전척(10)(11)과 그 사이에서 라미네이션되는 적층 구조물이 도시되어 있다. 상부 정전척(10)에는 중력보다 큰 정전기력을 생성하여 커버글라스(1)를 확실히 흡착하고 있어야 한다. 커버 글라스(1)와 베이스 글라스(5)로는 단단한 글라스(Rigid Glass) 또는 유연한(Flexible) 글라스, 유연한(Flexible) 필름 등이 사용된다. 상/하부 정전척(10)(11) 사이에는 여러가지 박판들이 삽입될 수 있다. 터치판넬용의 경우, 터치판넬판(4)을 중심으로 상,하부에 소정의 박판(3)이 배치되고 이들을 합착하기 위해 중간 중간에 투명한 광학접착필름인 OCA 필름(2)이 위치하고 있다.
도 3에는 상/하부 정전척(10)(11)에 압력을 가해 멀티층간의 기포를 제거하고 밀착시키는 공정이 도시되어 있다. 이때, 수십톤에 이르는 가압력 때문에 경도가 약한 고분자 필름을 유전체로 사용하는 정전척에서는 필름의 찢어짐, 찍힘에 의한 아킹 불량 등의 문제가 다발하고 있다. 또한, 라미네이션 되는 대상이 평행, 평탄한 구조가 아니라 3D 형상 등의 기판일 경우에는 대응하기가 더욱 어려운 문제가 있다.
정전력은 유전체 두께의 제곱에 반비례하고 인가전압의 제곱에 비례한다. 인가전압은 유전체의 체적저항의 함수로 정의되며 특정 영역에서 정전흡착 방식이 다르게 나타난다. 체적저항이 1015Ωㆍ㎝ 이상에서는 쿨룽 법칙을 따르며 1010~ 1012 Ωㆍ㎝ 범위에서는 유전체의 표면 거칠기에 의한 에어갭(Air Gap)에 의해 전압이 국부적으로 상이하게 나타나 높은 정전력을 나타낸다. 유전상수는 유전체의 분극의 정도를 나타내는 것으로 정전력은 전기장의 세기 및 유전체 분극의 합으로 표기되며 정전력을 안정적으로 유지하기 위해서는 유전체의 물리적 특성이 안정적이어야 한다.
현재 널리 사용되고 있는 세라믹 및 고분자 필름 정전척은 매우 안정적인 정전력을 나타내고 있으나 이러한 것은 기판이 평탄(Flat) 하다는 조건에서는 우수한 특성을 나타내고 있으나 기판이 굴곡이 있는 경우는 다른 이야기가 된다. 즉, 기판이 3D 구조처럼 플렉서블하거나 벤더블하게 되는 경우는 라미네이션 고정에서 전체 면적을 고르게 눌러주는 것이 불가능하게 된다. 이에 따라 평판(Flat) 라미네이션 공정과 3D(Flexible) 형상의 라미네이션을 분리해야 하므로 적용장비의 증가 및 생산성 저하의 문제점이 발생하게 된다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 고려하여 창안된 것으로서, 평판 라미네이션 공정과 불규칙한 3D 형상의 라미네이션을 모두 안정적으로 수행할 수 있는 고무 탄성체 다이아프램 타입 정전척 및 그 제조방법을 제공하는 데 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명은 평판 및 굴곡 형태의 피흡착물을 정전기력을 이용하여 흡착하기 위한 정전 플레이트를 구비한 정전척에 있어서, 상기 정전 플레이트는 유전체의 역할을 하는 고무 탄성체와 상기 고무 탄성체의 내부에 배치되어 전기장을 형성하는 전극 부재를 포함하고, 상기 고무 탄성체는 실록산 결합을 기본으로 하여 이루어지고 외부에서 가해지는 압력의 증감에 의해 부풀거나 수축이 가능한 것을 특징으로 하는 고무 탄성체 다이아프램 타입 정전척을 제공한다.
상기 고무 탄성체는 디메틸 실록산 결합을 기본으로 하여 이루어질 수 있다.
상기 고무 탄성체의 탄성계수는 20 ~ 80 kgf/cm2 인 것이 바람직하다.
상기 고무 탄성체는 액상 접합에 의해 금속 지지체의 표면에 성형 및 접합되어 있고, 상기 금속 지지체에 형성된 에어 홀을 통하여 상기 고무 탄성체에 에어가 공급되어 상기 고무 탄성체가 부풀거나 수축될 수 있는 압력이 가해지는 것이 바람직하다.
상기 전극 부재는 저항이 1 ~ 50 Ωㆍ㎝ 범위에 있는 박판 금속으로 이루어지고, 상기 고무 탄성체는 상기 전극 부재의 상,하부에 동시 성형될 수 있다.
상기 고무 탄성체는 쇼어 경도 기준 40 ~ 70 범위에 속하고 표면 점착력이 0.5 kgf/cm2 이하인 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 평판 및 굴곡 형태의 피흡착물을 정전기력을 이용하여 흡착하기 위한 정전척의 제조방법에 있어서, (a) 금속 지지체를 준비하는 단계; (b) 상기 금속 지지체의 표면에 액상 접합제를 정해진 패턴으로 도포하는 단계; 및 (c) 상기 금속 지지체의 표면 위에 배합된 고무를 올려 놓고 압력을 가하여 고무 시트를 형성하는 단계; (d) 상기 고무 시트 위에 정해진 패턴의 전극 부재를 배치하는 단계; (e) 상기 전극 부재를 덮도록 상기 고무 시트 위에 배합된 고무를 올려놓는 단계; 및 (f) 정해진 온도와 압력을 가하여 상기 전극 부재의 상,하부 고무와 상기 액상 접합제를 동시에 경화하는 단계;를 포함하는 고무 탄성체 다이아프램 타입 정전척의 제조방법이 제공된다.
본 발명에 따른 고무 탄성체 다이아프램 타입 정전척은 유전체 플레이트의 표면이 고무 탄성체로 구성되어 평탄한 기판은 물론 굴곡이 있는 플렉서블 기판, 폴더블 기판, 벤더블 기판 등의 피흡착물도 파손 없이 안정적으로 척킹하여 라미네이션 공정 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 다이아프램과 정전 흡착 구조가 유전체 플레이트에 일체화됨으로써 생산 시간 단축에 따른 생산량 증가 및 유지비용의 절감 효과를 얻을 수 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.
도 1 내지 도 3은 종래기술에 따른 정전척과 라미네이션 적층 구조물을 도시한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 고무 탄성체 다이아프램 타입 정전척의 주요 구성을 도시한 일부 절개 사시도이다.
도 5 내지 도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 고무 탄성체 다이아프램 타입 정전척에 의해 라미네이션 공정이 수행되는 예를 도시한 단면도이다.
도 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 고무 탄성체 다이아프램 타입 정전척의 제조방법을 도시한 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 고무 탄성체 다이아프램 타입 정전척의 주요 구성을 도시한 일부 절개 사시도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 고무 탄성체 다이아프램 타입 정전척은 평판 및 굴곡 형태의 피흡착물을 정전기력을 이용하여 흡착하기 위한 것으로서, 금속 지지체(101)와, 금속 지지체(101)에 접합되어 유전체의 역할을 하고 외부에서 가해지는 압력에 의해 부풀거나 수축이 가능한 고무 탄성체(103)와, 고무 탄성체(103)의 내부에 배치되어 전기장을 형성하는 전극 부재(도 6의 106' 참조)를 구비한 정전 플레이트(100)를 포함한다.
고무 탄성체(103)는 소정 형상의 금속 지지체(101)의 표면에 접합되고, 실록산 결합을 기본으로 하여 이루어지고 외부에서 가해지는 압력의 증감에 의해 부풀거나 수축이 가능하다. 고무 탄성체(103)는 안정적 유전특성을 제공하기 위해 실리콘과 산소의 주요 결합으로 이루어진 디메틸 실록산 결합을 기본으로 하여 이루어지는 것이 바람직하다.
고무 탄성체(103)의 탄성계수는 20 ~ 80 kgf/cm2 인 것이 바람직하다. 탄성계수의 수치범위가 20 ~ 80 kgf/cm2 를 만족할 경우 부풀거나 수축했을 때 형상을 유지하면서도 3D 형태의 피흡착물과의 접촉 시 고무 탄성체(103)의 형태가 변형되면서 빈틈없는 긴밀한 접촉이 이루어질 수 있다. 이때, 고무 탄성체(103)는 쇼어 경도 기준 40 ~ 70 범위에 속하고 표면 점착력이 0.5 kgf/cm2 이하인 것이 바람직하다.
고무 탄성체(103)는 액상 접합에 의해 금속 지지체(101)의 표면에 성형 및 접합되어 있다. 이때, 접합부는 고무 탄성체(103)의 가장자리 둘레를 따라 연속적으로 형성될 수 있고, 대안으로는 정해진 패턴에 따라 특정 부분에 불규칙적으로 형성되는 것도 가능하다.
금속 지지체(101)에 형성된 에어 홀(102)을 통하여 고무 탄성체(103)에 에어가 공급되면 접합부가 형성되어 있지 않은 부분들은 에어의 압력에 의해 부풀거나 수축된다. 도 4의 (a) 상태에서 에어 홀(102)에 에어가 공급되면 도 4의 (b)와 같이 고무 탄성체(103)는 부풀어서 3D 형상의 피흡착물과의 접촉 시 표면이 탄성에 의해 눌리면서 빈틈없는 긴밀한 접촉이 가능하다. 또한, 도 4의 (c)와 같이 에어가 제거되면 고무 탄성체(103)는 원래의 평평한 형태로 복원된다.
전극 부재(106')는 고무 탄성체(103) 내에 삽입된 상태가 되게 배치된다. 전극 부재(106')는 저항이 1 ~ 50 Ωㆍ㎝ 범위에 있는 박판 금속으로 이루어진다. 고무 탄성체(103)를 전극 부재(106')의 상,하부에 동시 성형하는 공정에 의해 전극 부재(106')는 고무 탄성체(103)의 내부에 배치된다.
도 5 내지 도 7에는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 고무 탄성체 다이아프램 타입 정전척에 의해 라미네이션 공정이 수행되는 예가 도시되어 있다.
도 5에서 금속 지지체(101)의 에어 홀(102)을 통해 에어 압력을 공급하고 도 6에 도시된 바와 같이 상,하 정전 플레이트(100)에 각각 커버 글라스(1')와 베이스 글라스(5')를 흡착한 상태에서 그 사이의 멀티층(6)을 서로 가압 밀착시켜서 적층 구조물에 대한 라미네이션 공정을 수행한다. 상,하 정전 플레이트(100)의 표면에 위치한 고무 탄성체(103)는 부풀어진 상태에서 3D 형상의 커버 글라스(1')와 베이스 글라스(5')의 표면에 각각 밀착되어 눌리면서 형태가 변형되어 긴밀히 결합된다. 이때, 등방향성을 가진 고탄성의 고무 탄성체(103)는 균일하게 모든 방향에 대해 등압이 가해져서 부풀어지고, 상,하 정전 플레이트(100)에 공급되는 에어를 제거하면 원래의 형상으로 복원하게 된다. 완벽한 복원을 위해 상,하 정전 플레이트(100)의 에어 홀(102)의 내부에는 소정의 개폐통로가 마련되고 공기압과 진공압이 각각 사용될 수 있다.
커버 글라스(1')와 베이스 글라스(5')로는 평탄한 형태의 글라스는 물론 3D 형태의 글라스가 사용될 수 있으며, 단단한 글라스(Rigid Glass) 또는 유연한(Flexible) 글라스, 유연한(Flexible) 필름 등이 사용된다. 상, 하 정전 플레이트(100) 사이에서 커버 글라스(1')와 베이스 글라스(5')의 사이에는 여러가지 박판들이 적층된 멀티층(6)이 개재될 수 있다. 터치판넬용의 경우, 멀티층(6)은 터치판넬판(4)을 중심으로 상,하부에 금속판 등으로 이루어진 소정의 박판(3)이 배치되고 이들을 합착하기 위해 중간 중간에 투명한 광학접착필름인 OCA 필름(2)을 포함한다.
커버 글라스(1'), 멀티층(6) 및 베이스 글라스(5')으로 이루어진 적층 구조물에 대한 라미네이션 공정이 완료되어 적층 구조물 내부의 기포가 제거된 후에는 도 7에 도시된 바와 같이 상,하 정전 플레이트(100)가 적층 구조물에서 분리되고 적층 구조물은 상,하 정전 플레이트(100) 사이의 공간에서 취출된다.
도 8에는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 고무 탄성체 다이아프램 타입 정전척의 제조방법이 도시되어 있다.
도 8의 (a)에 도시된 바와 같이 금속 지지체(101)를 준비한 후, 도 8의 (b)와 같이 금속 지지체(101)의 표면에 액상 접합제(104)를 정해진 패턴으로 도포하는 공정을 수행한다. 이때, 액상 접합제(104)는 금속 지지체(101)의 상면에서 정해진 패턴에 따라 특정 부위에 소정 패턴으로 불규칙적으로 형성될 수 있다. 대안으로, 액상 접합제(104)는 금속 지지체(101)의 상면에서 고무 탄성체(103)의 가장자리 둘레에 대응하는 부분에 연속적으로 형성되는 것도 가능하다.
액상 접합제(104)를 도포한 후에는 도 8의 (c)에 도시된 바와 같이 금속 지지체(101)의 표면 위에 디메틸 실록산 결합을 기본으로 하여 배합된 고무를 올려 놓고 가열 없이 압력만을 가하여 누름으로써 하부 고무 시트(105)를 형성한다.
하부 고무 시트(105)를 형성한 후에는 도 8의 (d)에 도시된 바와 같이 하부 고무 시트(105) 위에 정해진 패턴의 전극 부재(106)를 배치한다.
전극 부재(106)를 배치한 후에는 도 8의 (e)에 도시된 바와 같이 전극 부재(106)를 덮도록 하부 고무 시트(105) 위에 배합된 고무를 올려서 상부 고무 시트(107)를 형성한다.
이후, 정해진 온도와 압력을 가하여 전극 부재(106)의 하부 고무 시트(105) 및 상부 고무 시트(107)와 액상 접합제(104)를 동시에 경화하여 금속 지지체(101)에 고무 탄성체(103)가 액상 접합되어 일체화된 정전 플레이트(100)를 제작한다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 고무 탄성체 다이아프램 타입 정전척은 유전체 플레이트(100)의 외부면이 고무 탄성체(103)로 구성되어 평탄한 기판은 물론 굴곡이 있는 피흡착물도 파손 없이 안정적으로 척킹하여 라미네이션 공정 효율을 향상시킬 수 있다.
이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
100: 정전 플레이트 101: 금속 지지체
102: 에어 홀 103: 고무 탄성체
104: 액상 접합제 105: 하부 고무 시트
106,106': 전극 부재 107: 상부 고무 시트

Claims (7)

  1. 평판 및 굴곡 형태의 피흡착물을 정전기력을 이용하여 흡착하기 위한 정전 플레이트를 구비한 정전척에 있어서, 상기 정전 플레이트는,
    에어 홀이 형성되어 있는 금속 지지체와;
    상기 금속 지지체의 표면에 액상 접합에 의해 성형 및 접합되는 고무 탄성체; 및
    상기 고무 탄성체의 내부에 배치되어 전기장을 형성하는 전극 부재;를 포함하고,
    상기 고무 탄성체는, 디메틸 실록산 결합을 기본으로 하여 이루어지고, 탄성계수가 20 ~ 80kgf/cm2이며,
    상기 에어 홀을 통하여 상기 고무 탄성체에 에어를 공급하거나 제거하면, 상기 금속 지지체와 상기 고무 탄성체 간에 접합부가 형성되어 있지 않은 부분들이 에어의 압력에 의해 부풀거나 수축되는 것을 특징으로 하는 고무 탄성체 다이아프램 타입 정전척.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 전극 부재는 저항이 1 ~ 50 Ωㆍ㎝ 범위에 있는 박판 금속으로 이루어지고,
    상기 고무 탄성체는 상기 전극 부재의 상,하부에 동시 성형된 것을 특징으로 하는 고무 탄성체 다이아프램 타입 정전척.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 고무 탄성체는 쇼어 경도 기준 40 ~ 70 범위에 속하고 표면 점착력이 0.5 kgf/cm2 이하인 것을 특징으로 하는 고무 탄성체 다이아프램 타입 정전척.
  7. 평판 및 굴곡 형태의 피흡착물을 정전기력을 이용하여 흡착하기 위한 정전척의 제조방법에 있어서,
    (a) 금속 지지체를 준비하는 단계;
    (b) 상기 금속 지지체의 표면에 액상 접합제를 정해진 패턴으로 도포하는 단계; 및
    (c) 상기 금속 지지체의 표면 위에 배합된 고무를 올려 놓고 압력을 가하여 고무 시트를 형성하는 단계;
    (d) 상기 고무 시트 위에 정해진 패턴의 전극 부재를 배치하는 단계;
    (e) 상기 전극 부재를 덮도록 상기 고무 시트 위에 배합된 고무를 올려놓는 단계; 및
    (f) 정해진 온도와 압력을 가하여 상기 전극 부재의 상,하부 고무와 상기 액상 접합제를 동시에 경화하는 단계;를 포함하는 고무 탄성체 다이아프램 타입 정전척의 제조방법.
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