KR102444846B1 - 플라즈마 표면처리 장치 및 이를 이용한 플라즈마 표면처리방법 - Google Patents

Abstract

플라즈마 표면처리 장치 및 이를 이용한 플라즈마 표면처리방법에서, 상기 플라즈마 표면처리 장치는 플라즈마 발생유닛 및 저압 형성유닛을 포함한다. 상기 플라즈마 발생유닛은 피 처리물의 표면에 부착되며 플라즈마 방전이 발생하는 방전공간을 형성하는 헤드부, 및 상기 방전공간으로 방전을 유도하는 방전부를 포함한다. 상기 저압 형성유닛은 상기 방전공간과 개방됨에 따라 상기 방전공간의 압력을 대기압보다 낮은 저압으로 형성한다.

Description

플라즈마 표면처리 장치 및 이를 이용한 플라즈마 표면처리방법{PLASMA SURFACE TREATMENT APPARATUS AND METHOD OF PLASMA SURFACE TREATMENT USING THE SAME}

본 발명은 플라즈마 표면처리 장치 및 이를 이용한 플라즈마 표면처리방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 피 처리물을 진공 챔버에 위치시키지 않고 피 처리물의 표면에 착탈식 표면처리 장치를 부착하여 저압 플라즈마 표면처리를 수행할 수 있는 플라즈마 표면처리 장치 및 이를 이용한 플라즈마 표면처리방법에 관한 것이다.

최근 연비 향상과 주행거리 향상 등의 목적으로, 자동차의 전장 등의 구조물에 다양한 FRP(fiber reinforced polymer), 알루미늄(Al), 마그네슘(Mg) 등의 소재가 적용되고 있으며, 이러한 다양한 소재들 사이의 이종소재 접합 기술에 대한 필요성이 증가하고 있다.

이러한 이종소재의 접합을 위한 기술로는, 기계 요소를 매개로 한 기계적 접합, 열을 이용한 열접합 또는 접착제를 개재한 접합 등의 방법이 사용되고 있는데, 특히, 금속과 복합소재 사이의 이종 소재의 접합력을 향상시기 위해서는 복합소재의 표면에 기능기 추가 형성이 필요하다.

이에, 플라즈마 표면처리(plasma treatment)를 통한 기능기 형성을 통해 복합소재 표면의 물리적 화학적 변형을 유도하는 기술의 효용성이 높아지고 있다.

이러한 플라즈마 표면처리는 대기압 플라즈마 표면처리와 저압 (1기압 이하) 플라즈마 표면처리로 크게 나누어지는데, 일반적으로 대기압 플라즈마 대비 저압 플라즈마 표면 처리 시, 표면 기능기가 더 많이 형성되며, 이에 따라 이종 소재 접착 등의 수반되는 공정에서 더 높은 기계적 물성이 발현된다.

다만, 저압 플라즈마 처리방법은, 저압 챔버 내에 시료가 들어가 챔버 내 압력이 저감화되어야 하므로 저감화에 수반되는 공정 시간에 따라 공정비용이 상승하며, 피처리물의 부피가 큰 경우, 필요 챔버의 크기가 커지게 되며, 외부와의 압력 차이를 견디기 위해 보다 두꺼운 챔버 벽을 필요로 하게 되어 챔버 장비의 비용이 크게 증가하는 문제가 있었다.

대한민국 등록특허 제10-2126475호

이에, 본 발명의 기술적 과제는 이러한 점에서 착안된 것으로 본 발명의 목적은 피 처리물 전체를 진공챔버에 위치시키지 않고 피 처리물의 표면에 착탈식 표면처리 장치를 부착하여 저압 플라즈마 방전을 이용한 표면처리를 수행함으로써, 공정 효율을 향상시키고, 피처리물 전체가 위치하는 거대한 수납 진공 챔버 없이도 효과적인 표면처리가 가능한 플라즈마 표면처리 장치에 관한 것이다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 상기 플라즈마 표면처리 장치를 이용한 플라즈마 표면처리방법에 관한 것이다.

상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위한 일 실시예에 의한 플라즈마 표면처리 장치는 플라즈마 발생유닛 및 저압 형성유닛을 포함한다. 상기 플라즈마 발생유닛은 피 처리물의 표면에 부착되며 플라즈마 방전이 발생하는 방전공간을 형성하는 헤드부, 및 상기 방전공간으로 방전을 유도하는 방전부를 포함한다. 상기 저압 형성유닛은 상기 방전공간과 개방됨에 따라 상기 방전공간의 압력을 대기압보다 낮은 저압으로 형성한다.

일 실시예에서, 상기 방전부는, 상기 방전공간으로 인입되어 위치하는 전극부, 및 상기 전극부로 전원을 제공하는 전원부를 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 플라즈마 발생유닛은, 상기 전극부가 상기 방전공간으로 인입되는 경우, 상기 전극부와 상기 헤드부 사이를 절연시키는 절연부를 더 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 플라즈마 발생유닛은, 피 처리물의 표면과 상기 헤드부 사이를 밀폐하는 제1 밀폐부를 더 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 헤드부 중, 방전처리 시 피처리물과 접촉하는 일표면 중 일부에 상기 헤드부와 피처리물 사이의 전기적 연결을 용이하게 하는 접지부를 더 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 방전부는 상기 헤드부의 외부에 위치하여 상기 방전공간으로 방전을 유도하고, 상기 헤드부 중, 상기 방전부가 위치하는 부분에는 절연부가 형성될 수 있다.

일 실시예에서, 상기 플라즈마 발생유닛은, 상기 방전부 및 상기 헤드부를 커버하는 제1 커버부, 및 상기 제1 커버부의 외부를 커버하며, 도체로 형성되고 접지되는 제2 커버부를 더 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 제1 커버부는, 부도체로 형성되거나, 내부에 냉각수 또는 공기가 채워지거나, 내부가 진공 상태일 수 있다.

일 실시예에서, 상기 저압 형성유닛은, 대기압보다 압력이 낮은 상태로 유지되는 챔버부, 상기 챔버부와 상기 헤드부를 연결하는 연결부, 상기 연결부 상에 구비되어, 상기 연결부를 선택적으로 개방 또는 차단하는 밸브부, 및 상기 챔버부에 연결된 펌프를 포함할 수 있다.

상기 챔버부의 공기는 펌프에 의해 외부로 제거되어, 상기 챔버부의 압력은 대기압보다 낮은 압력을 유지할 수 있다.

상기 챔버부가 형성하는 챔버공간의 부피는, 상기 방전공간의 부피보다 상대적으로 클 수 있다.

일 실시예에서, 상기 밸브부는, 상기 헤드부가 접지부를 통해 헤드부와 피처리물이 전기적으로 연결되는 경우, 개방되어 상기 방전공간이 상대적으로 저압 상태로 변경되고, 피 처리물에 대한 표면처리가 종료되는 경우 차단될 수 있다.

일 실시예에서, 전원부의 전원이 차단되는 경우, 상기 밸브부가 차단되며, 상기 방전공간은 상기 헤드부에 형성되는 환기밸브가 개방되어 대기압 상태가 될 수 있다.

일 실시예에서, 상기 플라즈마 발생유닛이 복수개가 구비되는 경우, 상기 연결부는 복수개가 상기 챔버부와 상기 각각의 플라즈마 발생유닛의 헤드부를 연결하며, 상기 밸브부는 상기 각각의 연결부 상에 구비될 수 있다.

일 실시예에서, 상기 복수개의 헤드부에 연결된 전극부는 상기 챔버부에 포함된 전원에 순차적으로 연결될 수 있다.

일 실시예에서, 상기 방전공간에서 방전이 유도되는 경우, 상기 방전공간의 내부로 방전유도 가스가 공급될 수 있다.

상기한 본 발명의 다른 목적을 실현하기 위한 일 실시예에 의한 플라즈마 표면처리 방법에서, 피 처리물의 표면에 상기 헤드부를 밀착시킨다. 상기 방전공간을 대기압보다 낮은 저압을 제공하여 감압한다. 상기 방전부가 상기 방전공간에 방전을 유도한다. 피 처리물의 표면처리가 종료됨에 따라 상기 방전공간을 개방하여 대기압 상태로 전환한다. 피 처리물의 표면으로부터 상기 헤드부를 탈착시킨다.

일 실시예에서, 상기 방전공간에 방전을 유도하기 전에, 상기 방전공간의 내부로 방전유도 가스를 제공하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예들에 의하면, 대기압보다 낮은 저압을 제공하는 저압 형성유닛을 통해 방전공간의 압력이 감압되면, 대기압 상태에서의 플라즈마 방전보다 상대적으로 낮은 전압으로도 보다 용이하게 플라즈마 방전을 유도할 수 있으므로, 플라즈마 방전을 이용한 피 처리물의 표면에 대한 표면 처리를 보다 용이하게 수행할 수 있다.

이 경우, 플라즈마 방전을 유도하는 전극부는 직접 방전공간의 내부로 위치할 수 있으며, 이와 달리, 방전공간의 외부에 위치할 수 있으므로, 다양한 설계 가변성을 제공할 수 있다. 다만, 전극부가 방전공간의 내부로 위치하는 경우 헤드부와의 절연을 위해 절연부가 구비되어야 하며, 마찬가지로 방전공간의 외부에 위치하는 경우에도 헤드부와의 절연을 위한 절연부가 구비되는 것이 필요하다.

특히, 전극부가 방전공간의 외부에 위치하는 경우, 전극부에 대한 별도의 절연을 위한 제1 커버부가 구비되며, 상기 제1 커버부의 외측에 접지되는 제2 커버부가 추가로 구비되어, 고압의 플라즈마 발생 공정에서 피 처리물의 손상을 최소화하며 공정 안정성을 향상시킬 수 있다.

또한, 상기 저압 형성유닛은 압력이 1기압 이하인 상대적으로 저압 상태를 유지하는 챔버부를 포함하며, 상기 챔버부는 상기 헤드부와 연결된 상태에서, 밸브부의 선택적인 개방동작에 의해 필요한 경우 방전공간으로 저압 공기를 용이하게 제공하거나 차단함으로써, 전반적인 플라즈마 발생을 용이하게 제어할 수 있다.

한편, 플라즈마 표면처리가 종료되는 경우, 상기 방전공간의 공기를 환기 밸브를 통해 외부로 제거하여 상기 방전공간을 다시 대기압 상태로 전환함으로써, 상기 헤드부를 피 처리물로부터 용이하게 탈착시킬 수 있어, 후속 공정을 빠르게 진행할 수 있다.

나아가, 필요한 경우, 상기 방전공간으로 방전유도 가스를 추가로 제공할 수 있으므로, 상기 플라즈마 방전을 효과적으로 유도하며, 방전에 의한 피 처리물의 표면 처리의 효율을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 플라즈마 표면처리 장치를 도시한 모식도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 의한 플라즈마 표면처리 장치의 플라즈마 발생유닛을 도시한 모식도이다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 플라즈마 표면처리 장치의 플라즈마 발생유닛을 도시한 모식도이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 플라즈마 표면처리 장치의 플라즈마 발생유닛을 도시한 모식도이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 플라즈마 표면처리 장치를 도시한 모식도이다.
도 6은 도 1의 플라즈마 표면처리 장치를 이용한 플라즈마 표면처리 방법을 도시한 흐름도이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 실시예들을 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다.

상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

본 출원에서, "포함하다" 또는 "이루어진다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 플라즈마 표면처리 장치를 도시한 모식도이다.

도 1을 참조하면, 본 실시예에 의한 플라즈마 표면처리 장치(1)는 플라즈마 발생유닛(10) 및 저압 형성유닛(20)을 포함한다.

상기 플라즈마 발생유닛(10)은 피 처리물(15)에 대한 플라즈마 방전을 유도하여 상기 피 처리물(15)의 표면을 처리하며, 상기 저압 형성유닛(20)은 상기 플라즈마 발생유닛(10)에 대기압보다 상대적으로 낮은 압력을 형성하여 상기 플라즈마 방전의 유도를 보다 용이하게 한다.

이 경우, 상기 피 처리물(15)에 대한 표면 처리는 제한되지 않으며, 이종 부품에 대한 용접이나 접합, 표면에 대한 다양한 처리 등을 포함할 수 있다.

또한, 상기 피 처리물(15)은 접지되어, 고압의 플라즈마 발생 공정에서 필요한 처리가 수행되는 것 외의 추가적인 손상을 최소화한다.

구체적으로, 상기 플라즈마 발생유닛(10)은 헤드부(100), 절연부(200), 방전부(300), 제1 밀폐부(400) 및 제2 밀폐부(410)를 포함하고, 상기 저압 형성유닛(20)은 챔버부(21), 밸브부(22), 연결부(23) 및 펌프(pump)를 포함한다.

상기 헤드부(100)는 피 처리물(15)의 표면에 부착되는 것으로, 상기 피 처리물(15)의 표면과의 사이에 소정의 공간인 방전공간(101)을 형성하고, 상기 방전공간(101)에서는 후술되는 플라즈마 방전(330)이 수행된다.

이러한 상기 방전공간(101)에서의 플라즈마 방전(330)을 통해, 상기 피 처리물(15)의 표면에 대한 각종 처리, 예를 들어, 용접, 접합, 표면 개질 등의 처리 작업이 수행될 수 있다.

상기 헤드부(10)는 상기 피 처리물(15)과 접촉하는 부분은 개방되며, 상기 피 처리물(15)과 접촉하는 부분을 제외하고는 밀폐되어 상기 방전공간(101)을 형성한다. 이를 위해, 상기 헤드부(10)는 전면부(110), 측면부(120) 및 후면부(130)를 포함한다.

상기 전면부(110)는 상기 피 처리물(15)을 향하여 일부 돌출되는 부분으로, 상기 피 처리물(15)의 표면과는 개방되도록 개방부(111)를 형성한다.

또한, 상기 전면부(110)와 상기 피 처리물(15)이 서로 접촉하는 부분은 보다 효과적인 밀폐를 위해 상기 제1 밀폐부(400)가 개재된다. 상기 제1 밀폐부(400)는 상기 방전공간(101)을 밀폐하여, 상기 플라즈마 처리 공정이 수행되는 경우 외부로 플라즈마 가스 등이 유출되는 것을 방지한다.

이 경우, 상기 제1 밀폐부(400)는 예를 들어, 오-링(O-ring)일 수 있다.

상기 후면부(130)는 상기 전면부(110) 및 상기 피 처리물(15)과 소정거리 이격되며 마주하도록 배치되는, 상기 헤드부(100)의 후측을 형성하는 면이며, 도시된 바와 같이, 상기 저압 형성유닛(20)과 연결된다.

그리하여, 상기 저압 형성유닛(20)과 선택적으로 개방될 수 있으며, 이를 통해 상기 방전공간(101)을 감압시킬 수 있다. 이 경우, 상기 후면부(130)와 상기 저압 형성유닛(20)은, 후술되는 상기 연결부(23)를 통해 선택적으로 개방 또는 차단되도록 연결된다.

상기 측면부(120)는 상기 전면부(110)와 상기 후면부(130)를 연결하며, 상기 헤드부(100)의 측면을 형성하며, 도 1에서는 단면을 도시한 것으로, 실질적으로 상기 측면부(120)는 일체로 형성되어 상기 방전 공간(101)을 밀폐하게 된다.

한편, 상기 측면부(120) 상에는 고정부(140)가 형성되는데, 상기 고정부(140)는 상기 측면부(120)를 관통하여 연장되는 상기 방전부(300)를 고정하기 위한 구조체이다.

즉, 상기 방전부(300)는 전극부(310) 및 전원부(320)를 포함하며, 상기 전극부(310)는 상기 전원부(320)를 통해 전원을 제공받아 플라즈마 방전을 유도한다.

이 경우, 본 실시예에서 상기 전극부(310)는 상기 방전공간(101)의 내측으로 인입되어 위치하는데, 상기 전극부(310)가 상기 방전공간(101)의 내부로 위치하기 위해, 상기 측면부(120) 상에는 개구부(121)가 형성된다.

상기 개구부(121)는 상기 전극부(310)가 관통하기 위한 홀(hole)인 것으로, 상기 전극부(310)의 너비를 고려하여 상기 측면부(120) 상에 적절한 크기로 형성될 수 있다. 물론, 상기 개구부(121)는 상기 측면부(120) 외에, 상기 후면부(130)에 형성될 수도 있으며, 상기 후면부(130)에 개구부(121)가 형성되는 경우라면, 상기 고정부(140)는 상기 후면부(130) 상에 형성되어야 한다.

한편, 상기 전극부(310)는 플라즈마 방전을 위한 전원이 제공되는 것으로, 상기 전극부(310)와 상기 헤드부(100)는 서로 절연되어야 한다.

이에, 상기 절연부(200)가 상기 전극부(310)가 관통하는 상기 개구부(121) 상에 삽입되도록 위치하며, 이를 통해 상기 전극부(310)와 상기 헤드부(100) 사이는 절연상태를 유지하게 된다.

물론, 상기 헤드부(100)는 플라스틱이나 세라믹 등과 같은 부도체를 포함할 수 있으며, 상기 헤드부(100)가 부도체로 형성되는 경우라도, 상기 절연부(200)는 상기 측면부(120) 상에 상기 전극부(310)를 안정적으로 고정시키기 위해 필요하다.

이상과 같이, 상기 전극부(310)의 절연 또는 고정을 위해 상기 절연부(200)가 구비되는데, 상기 고정부(140)는 이러한 상기 절연부(200)를 상기 측면부(120) 상에 고정시키기 위해 구비된다.

즉, 도시된 바와 같이, 상기 고정부(140)는 소정의 수납공간을 형성하면서 내부에 상기 절연부(200)가 수납되도록 상기 절연부(200)를 커버하는 형태로 상기 측면부(120)로부터 연장될 수 있다.

이 경우, 상기 제2 밀폐부(410)가 상기 측면부(120)와 상기 절연부(200)가 서로 접하는 부분에 구비되어, 상기 측면부(120)와 상기 절연부(200) 사이를 밀폐함으로써, 상기 방전공간(101)을 효과적으로 밀폐하고, 상기 플라즈마 처리 공정이 수행되는 경우 외부로 플라즈마 가스 등이 유출되는 것을 방지한다.

이 경우, 상기 제2 밀폐부(410)도 예를 들어, 오-링(O-ring)일 수 있다.

상기 챔버부(21)는 내부에 챔버공간(24)을 형성하며, 상기 챔버공간(24)은 펌프(pump)와 연결되어, 대기압보다 상대적으로 낮은 저압 상태를 유지한다. 즉, 상기 펌프는 상기 챔버공간(24)의 공기를 외부로 제거하여 상기 챔버공간(24)의 압력을 대기압보다 낮은 상태인 저압 상태를 유지한다.

한편, 상기 챔버부(21)는 전체적으로 부피가 상기 방전공간(101)의 부피보다 상대적으로 크게 형성된다. 예를 들어, 상기 챔버부(21)의 부피는 상기 방전공간(101)의 부피보다 5배 이상 크게 형성될 수 있다.

상기 연결부(23)는 상기 챔버부(21)와 상기 헤드부(100)의 후면부(130) 사이를 연결하는 배관으로서, 상기 밸브부(22)에 의해 상기 연결부(23)의 개방이나 차단이 제어된다.

즉, 상기 밸브부(22)가 오픈되어 상기 연결부(23)가 개방되면, 상기 챔버공간(24)과 상기 방전공간(101)을 서로 개방되고, 상기 밸브부(22)가 폐쇄되어 상기 연결부(23)가 차단되면, 상기 챔버공간(24)과 상기 방전공간(101)은 서로 차단되어 내부 공기가 서로 순환하지 않는다.

상기 챔버공간(24)에는 대기압보다 상대적으로 낮은 저압 공기가 위치하는 것으로, 대기압 상태의 상기 방전공간(101)과 서로 개방되어 연결되면, 상기 방전공간(101) 역시 대기압보다 상대적으로 낮은 저압 상태가 된다.

즉, 앞서 설명한 바와 같이, 상기 챔버공간(24)의 부피가 상기 방전공간(101)의 부피보다 상대적으로 크게 형성되며, 상기 챔버공간(24)의 압력은 대기압보다 낮은 저압 상태가 유지되므로, 상기 챔버공간(24)과 상기 방전공간(101)이 서로 개방되어 연결되면, 상기 방전공간(101)과 상기 챔버공간(24)의 압력 상태는 평형을 이루게 되는데, 이렇게 평형을 이루는 경우의 상기 방전공간(101)의 압력은 최초의 대기압보다 낮은 상태인 저압 상태로 낮아지게 된다.

이와 같이, 대기압보다 상대적으로 낮은 저압 상태가 유지되는 경우, 상기 방전공간(101)에서의 플라즈마 방전을 보다 효과적으로 발생시킬 수 있다. 즉, 상기 방전부(300)에서 상대적으로 낮은 전압을 제공하더라도 상기 방전공간(101)에서의 플라즈마 방전을 효과적으로 발생시킬 수 있다.

이는, 저압 상태인 경우, 즉 희박 산소 상태인 경우, 방전을 수행하는 경우 보다 효과적으로 플라즈마가 발생하는 원리를 이용한 것으로, 상기 방전공간(101)에서 플라즈마 방전을 보다 용이하게 유도하기 위해, 대기압 보다 낮은 저압 상태인 챔버공간(24)과 상기 방전공간(101)을 서로 개방시키는 것이다.

한편, 상기 상대적으로 저압 상태인 상기 방전공간(101)에서의 플라즈마 방전을 보다 효과적으로 수행하기 위해, 도시하지는 않았으나, 상기 방전공간(101)에 별도의 가스 제공부가 구비되어, 플라즈마 방전을 유도하는 방전유도 가스가 상기 방전공간(101)으로 추가로 제공될 수도 있다.

이상과 같이, 상기 플라즈마 방전의 유도를 통해 상기 피 처리물(15)에 대한 방전이 종료되면, 상기 챔버공간(24)과 상기 방전공간(101)은 개방이 차단되며, 이 후 상기 방전공간(101)을 개방시킴으로써 상기 방전공간(101)은 다시 대기압 상태로 복귀할 수 있다.

이에, 상기 방전공간(101)을 개방시키기 위한 별도의 개방부, 즉 환기밸브(미도시)가 상기 헤드부(100)에 추가로 구비될 수 있다.

도 2는 본 발명의 다른 실시예에 의한 플라즈마 표면처리 장치의 플라즈마 발생유닛을 도시한 모식도이다.

본 실시예에 의한 상기 플라즈마 표면처리 장치에서, 상기 플라즈마 발생유닛(11)은, 상기 헤드부(100)를 추가로 커버하는 커버부(500)가 구비되는 것을 제외하고는 도 1을 참조하여 설명한 상기 플라즈마 발생유닛(10)과 실질적으로 동일하므로, 동일한 구성요소에 대하여는 동일한 참조번호를 사용하고 중복되는 설명은 이를 생략한다.

도 2를 참조하면, 상기 플라즈마 발생유닛(11)은, 상기 헤드부(100)가 플라스틱이나 세라믹 등과 같은 부도체를 포함하는 경우, 상기 헤드부(100)를 커버하는 상기 커버부(500)를 포함한다.

상기 커버부(500)는, 상기 헤드부(100)의 측면부(120) 및 후면부(130)를 모두 커버하며, 금속 재질을 포함하는 도체로 형성될 수 있으며, 상기 피 처리물(15)과 함께 접지된다.

즉, 상기 피 처리물(15)과 상기 커버부(500)가 함께 접지되므로, 고압의 플라즈마 발생 공정에서 피 처리물의 손상을 최소화하며 공정 안정성을 향상시킬 수 있다.

이 경우, 상기 커버부(500)가 금속 재질을 포함하는 경우, 상기 전극부(310)와의 절연 상태를 유지하여야 하며, 이를 위해, 도시된 바와 같이, 절연부(210)는 상기 고정부(140)의 상단까지 연장되어 상기 커버부(500)와 상기 전극부(310) 사이를 절연시킨다.

도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 플라즈마 표면처리 장치의 플라즈마 발생유닛을 도시한 모식도이다.

본 실시예에 의한 상기 플라즈마 표면처리 장치에서, 상기 플라즈마 발생유닛(12)은, 전극부(311)가 헤드부(100)의 외부에 배치되는 것을 제외하고는 도 1을 참조하여 설명한 상기 플라즈마 발생유닛(10)과 실질적으로 동일하므로, 동일한 구성요소에 대하여는 동일한 참조번호를 사용하고 중복되는 설명은 이를 생략한다.

도 3을 참조하면, 상기 플라즈마 발생유닛(12)은 전극부(311)를 포함하되, 상기 전극부(311)는 상기 방전공간(101)의 내부로 위치하지 않으며, 상기 헤드부(100)의 외부에 위치한다.

즉, 상기 전극부(311)는 상기 헤드부(100) 중, 상기 측면부(120) 상에 균일한 간격으로 배열될 수 있으며, 이 경우 상기 전극부(311)의 연장방향은 상기 후면부(130)에서 상기 피 처리물(15)을 향하는 방향에 수직인 방향일 수 있다.

또한, 상기 전극부(311)는 복수개가 서로 균일한 간격으로 배열될 수 있으며, 상기 전극부(311)의 배열 간격이나 개수는 다양하게 가변될 수 있다.

상기 헤드부(100)의 경우 부도체로 형성될 수 있으나, 상기 헤드부(100)가 도체로 형성되는 경우에도, 상기 전극부(311)가 위치하는, 즉 상기 전극부(311)와 접촉되는 상기 헤드부(100)는 절연부(220)로 형성되어, 부도체 등으로 형성되어야 한다.

그리하여, 상기 전극부(311)가 상기 헤드부(100)와 절연 상태가 유지되며, 상기 방전공간(101)에서의 플라즈마 방전을 효과적으로 유도할 수 있다.

한편, 상기 전극부(311)는 도시하지는 않았으나, 상기 전원부(320)와 전기적으로 연결되어 전원을 제공받을 수 있다.

상기 전극부(311)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 전극부(311)를 커버하는 제1 커버부(510)에 의해 커버되며, 상기 제1 커버부(510)는 상기 제1 커버부(510)를 커버하는 제2 커버부(520)에 의해 추가로 커버될 수 있다.

이 경우, 상기 제1 커버부(510)는 상기 전극부(311)를 내부에 위치시키도록 상기 전극부(311) 및 상기 헤드부(100)를 전체적으로 커버할 수 있으며, 예를 들어 플라스틱이나 실리콘과 같은 부도체로 형성될 수 있다.

이와 달리, 상기 제1 커버부(510)는 내부에 냉각수 또는 공기가 채워져 절연 역할을 수행할 수 있으며, 내부가 진공상태를 유지하여 절연 역할을 수행할 수도 있다.

상기 제2 커버부(520)의 경우, 상기 제1 커버부(510)를 전체적으로 커버하는 것으로, 금속 재질을 포함하는 도체로 형성될 수 있으며, 상기 피 처리물(15)과 함께 접지된다.

즉, 상기 피 처리물(15)과 상기 제2 커버부(520)가 함께 접지되므로, 고압의 플라즈마 발생 공정에서 피 처리물의 손상을 최소화하며 공정 안정성을 향상시킬 수 있다.

도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 플라즈마 표면처리 장치의 플라즈마 발생유닛을 도시한 모식도이다.

본 실시예에 의한 상기 플라즈마 표면처리 장치에서, 상기 플라즈마 발생유닛(12)은, 전극부(312)의 형상을 제외하고는 도 3을 참조하여 설명한 상기 플라즈마 발생유닛(12)과 실질적으로 동일하므로, 동일한 구성요소에 대하여는 동일한 참조번호를 사용하고 중복되는 설명은 이를 생략한다.

도 4를 참조하면, 상기 플라즈마 발생유닛(13)은 전극부(312)를 포함하되, 상기 전극부(312)는 상기 방전공간(101)의 내부로 위치하지 않으며, 상기 헤드부(100)의 외부에 위치한다.

즉, 상기 전극부(312)는 상기 헤드부(100) 중, 상기 측면부(120) 상에 배열될 수 있으며, 이 경우 상기 전극부(311)의 연장방향은 상기 후면부(130)에서 상기 피 처리물(15)을 향하는 방향과 평행할 수 있다.

이 경우, 상기 전극부(312)는 바(bar) 또는 플레이트(plate) 형상으로 상기 측면부(120) 상에 위치할 수 있으며, 이와 달리, 상기 측면부(120)를 모두 커버하는 형태로 위치할 수도 있다.

또한, 상기 헤드부(100)가 도체로 형성되는 경우에도, 상기 전극부(312)가 위치하는, 즉 상기 전극부(312)와 접촉되는 상기 헤드부(100)는 절연부(230)로 형성되어, 부도체 등으로 형성되어야 한다.

그리하여, 상기 전극부(312)가 상기 헤드부(100)와 절연 상태가 유지되며, 상기 방전공간(101)에서의 플라즈마 방전을 효과적으로 유도할 수 있다.

나아가, 상기 전극부(312)는, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 전극부(312)를 커버하는 제1 커버부(511)에 의해 커버되며, 상기 제1 커버부(511)는 상기 제1 커버부(511)를 커버하는 제2 커버부(520)에 의해 추가로 커버될 수 있다.

이 경우, 상기 제1 및 제2 커버부들(511, 520)은 도 3에서 설명한 상기 제1 및 제2 커버부들(510, 520)과 실질적으로 동일한 구조 및 재료로 형성되므로 중복되는 설명은 생략한다.

도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 플라즈마 표면처리 장치를 도시한 모식도이다.

본 실시예에서의 상기 플라즈마 표면처리 장치(2)는 복수의 플라즈마 발생유닛들(10)이 다중으로 상기 저압 형성유닛(20)에 연결되는 것을 제외하고는, 도 1을 참조하여 설명한 상기 플라즈마 표면처리 장치(1)와 실질적으로 동일하므로 동일한 구성요소에 대하여는 동일한 참조번호를 사용하고 중복되는 설명은 이를 생략한다.

도 5를 참조하면, 본 실시예에서의 상기 플라즈마 표면처리 장치(2)는, 복수의 플라즈마 발생유닛들(10), 및 저압 형성유닛(20)을 포함한다.

이 경우, 상기 플라즈마 발생유닛들(10)은, 상기 저압 형성유닛(20)의 챔버부(21)와 각각 연결부들(25)과 연결되는 것으로, 하나의 챔버부(21)로부터 저압 공기를 제공받게 된다.

또한, 도시하지는 않았으나, 상기 연결부들(25) 각각에는, 상기 연결부들(25) 각각을 개폐하는 밸브부들(22)이 구비될 수 있어, 개별적으로 상기 연결부들(25)이 제어된다.

상기 연결부들(25) 각각의 경우, 개별적으로 길이도 가변될 수 있으며 이를 통해, 상기 플라즈마 발생유닛들(10) 각각의 위치를 다양하게 제어할 수 있다.

그리하여, 다양한 위치로 가변될 수 있는 복수의 플라즈마 발생유닛들(10)을 통해, 다양한 위치에서 피 처리물에 대한 표면 처리 작업을 수행하거나, 복수의 피 처리물들에 대한 표면 처리 작업을 동시에 수행할 수 있어, 공정 효율을 향상시킬 수 있다.

나아가, 본 실시예에서는, 상기 챔버부(21)가 하나 구비되어 복수의 플라즈마 발생유닛들(10)과 서로 연결되는 것을 도시하였으나, 이와 달리, 상기 챔버부는 복수개가 개별적으로 플라즈마 발생유닛들(10) 각각과 연결되어 저압을 제공할 수도 있다.

도 6은 도 1의 플라즈마 표면처리 장치를 이용한 플라즈마 표면처리 방법을 도시한 흐름도이다.

도 6을 참조하면, 도 1의 플라즈마 표면처리 장치(1)를 이용한 플라즈마 표면처리 방법에서는, 우선, 상기 피 처리물(15)의 표면에 상기 헤드부(100)를 밀착시킨다(단계 S10).

상기 헤드부(100)의 방전공간(101)은 대기압 상태로 개방되어 이동되며, 표면 처리가 필요한 상기 피 처리물(15)의 특정 위치에 위치하여, 상기 피 처리물(15)에 밀착된다. 이 경우, 상기 제1 밀폐부(400)에 의해 상기 피 처리물(15)과 상기 헤드부(100)가 형성하는 상기 방전공간(101)이 밀폐됨은 앞서 설명한 바와 같다.

이 후, 상기 방전공간(101)을 대기압보다 낮은 저압으로 제공하여 감압시킨다(단계 S20). 즉, 상기 밸브부(22)를 개방하여, 상기 방전공간(101)과 상기 챔버공간(24)을 서로 개방시키고, 이에 따라, 상기 챔버공간(24)의 대기압보다 상대적으로 낮은 저압 공기가 상기 방전공간(101)으로 이동됨에 따라, 상기 방전공간(101)도 대기압보다 상대적으로 낮은 저압 상태가 된다.

이 후, 필요하다면, 선택적으로, 상기 방전공간(101)의 내부로 방전유도 가스를 제공하여(단계 S30), 상기 방전공간(101)의 내부에서 후속되는 플라즈마 방전유도를 보다 용이하게 한다.

이 후, 상기 방전부(300)가 상기 방전공간(101)에 방전을 유도한다(단계 S40). 즉, 상기 전원부(320)는 상기 전극부(310)로 전원을 제공하며, 상기 전극부(310)가 상기 방전공간(101) 내에서 플라즈마 방전을 유도한다.

이러한 플라즈마 방전을 통해, 상기 피 처리물(15)의 표면에 대한 표면 처리, 예를 들어, 용접이나 접합, 표면 개질 등의 공정이 수행된다.

이 후, 상기 플라즈마 방전을 통한 상기 피 처리물(15)의 표면에 대한 표면 처리가 종료되면, 상기 방전공간(101)을 대기압 상태로 전환한다(단계 S50).

즉, 상기 밸브부(22)가 다시 차단되면서, 상기 방전공간(101)과 상기 챔버공간(24)은 서로 차단된다. 이후, 상기 방전공간(101)이 외부와 개방되어, 상기 방전공간(101)에 잔류하는 플라즈마 방전공정의 잔류 가스는 외부로 제거되면서, 상기 방전공간(101)은 자연스럽게 대기압 상태로 전환된다.

이 후, 상기 피 처리물(15)의 표면으로부터 상기 헤드부(100)를 탈착시킨다(단계 S60).

즉, 상기 방전공간(101)이 대기압 상태로 전환되면서, 상기 헤드부(100)는 밀착 상태가 자연스럽게 해제되면서 상기 피 처리물(15)의 표면으로부터 탈착되며, 해당 피 처리물에 대한 표면 처리 공정이 종료되며, 상기 헤드부(100)는 다시 이동되어 새로운 표면 처리를 수행할 피 처리물로 위치하게 된다.

상기와 같은 본 발명의 실시예들에 의하면, 대기압보다 낮은 저압을 제공하는 저압 형성유닛을 통해 방전공간의 압력이 감압되면, 대기압 상태에서의 플라즈마 방전보다 상대적으로 낮은 전압으로도 보다 용이하게 플라즈마 방전을 유도할 수 있으므로, 플라즈마 방전을 이용한 피 처리물의 표면에 대한 표면 처리를 보다 용이하게 수행할 수 있다.

이 경우, 플라즈마 방전을 유도하는 전극부는 직접 방전공간의 내부로 위치할 수 있으며, 이와 달리, 방전공간의 외부에 위치할 수 있으므로, 다양한 설계 가변성을 제공할 수 있다. 다만, 전극부가 방전공간의 내부로 위치하는 경우 헤드부와의 절연을 위해 절연부가 구비되어야 하며, 마찬가지로 방전공간의 외부에 위치하는 경우에도 헤드부와의 절연을 위한 절연부가 구비되는 것이 필요하다.

특히, 전극부가 방전공간의 외부에 위치하는 경우, 전극부에 대한 별도의 절연을 위한 제1 커버부가 구비되며, 상기 제1 커버부의 외측에 접지되는 제2 커버부가 추가로 구비되어, 고압의 플라즈마 발생 공정에서 피 처리물의 손상을 최소화하며 공정 안정성을 향상시킬 수 있다.

또한, 상기 저압 형성유닛은 압력이 1기압 이하인 상대적으로 저압 상태를 유지하는 저압 공기가 저장되는 챔버부를 포함하며, 상기 챔버부는 상기 헤드부와 연결된 상태에서, 밸브부의 선택적인 개방동작에 의해 필요한 경우 방전공간의 압력을 보다 큰 부피의 챔버부의 압력과 평형상태를 이루도록 함으로써 상기 방전공간을 저압 상태로 변환하거나 대기압 상태로 변환함으로써, 전반적인 플라즈마 발생을 용이하게 제어할 수 있다.

한편, 플라즈마 표면처리가 종료되는 경우, 상기 방전공간의 공기를 환기 밸브를 통해 외부로 제거하여 상기 방전공간을 다시 대기압 상태로 전환함으로써, 상기 헤드부를 피 처리물로부터 용이하게 탈착시킬 수 있어, 후속 공정을 빠르게 진행할 수 있다.

나아가, 필요한 경우, 상기 방전공간으로 방전유도 가스를 추가로 제공할 수 있으므로, 상기 플라즈마 방전을 효과적으로 유도하며, 방전에 의한 피 처리물의 표면 처리의 효율을 향상시킬 수 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

1, 2 : 플라즈마 표면처리 장치
10, 11, 12, 13 : 플라즈마 발생유닛
20 : 저압 형성유닛 21 : 챔버부
22 : 밸브부 23 : 연결부
100 : 헤드부 140 : 고정부
200, 210, 220, 230 : 절연부 300 : 방전부
310, 311, 312 : 전극부 400, 410 : 밀폐부
500, 510, 520, 511, 521 : 커버부

Claims (17)

1. 피 처리물의 표면에 부착되며 플라즈마 방전이 발생하는 방전공간을 형성하는 헤드부, 및 상기 방전공간으로 방전을 유도하는 방전부를 포함하는 플라즈마 발생유닛; 및
   상기 방전공간과 개방됨에 따라 상기 방전공간의 압력을 대기압보다 낮은 저압으로 형성하는 저압 형성유닛을 포함하고,
   상기 저압 형성유닛은, 대기압보다 압력이 낮은 저압 공기를 저장하는 챔버부, 상기 챔버부와 상기 헤드부를 연결하는 연결부, 및 상기 연결부 상에 구비되어, 상기 연결부를 선택적으로 개방 또는 차단하는 밸브부를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 표면처리 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 방전부는,
   상기 방전공간으로 인입되어 위치하는 전극부; 및
   상기 전극부로 전원을 제공하는 전원부를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 표면처리 장치.
3. 제2항에 있어서, 상기 플라즈마 발생유닛은,
   상기 전극부가 상기 방전공간으로 인입되는 경우, 상기 전극부와 상기 헤드부 사이를 절연시키는 절연부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 표면처리 장치.
4. 제3항에 있어서, 상기 플라즈마 발생유닛은,
   피 처리물의 표면과 상기 헤드부 사이를 밀폐하는 제1 밀폐부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 표면처리 장치.
5. 제4항에 있어서,
   상기 헤드부 중, 방전처리 시 피처리물과 접촉하는 일표면 중 일부에 상기 헤드부와 피처리물 사이의 전기적 연결을 용이하게 하는 접지부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 표면처리 장치.
6. 제1항에 있어서, 상기 플라즈마 발생유닛은,
   상기 방전부 및 상기 헤드부를 커버하는 제1 커버부; 및
   상기 제1 커버부의 외부를 커버하며, 도체로 형성되고 접지되는 제2 커버부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 표면처리 장치.
7. 제6항에 있어서, 상기 제1 커버부는,
   부도체로 형성되거나, 내부에 냉각수 또는 공기가 채워지거나, 내부가 진공 상태인 것을 특징으로 하는 플라즈마 표면처리 장치.
8. 삭제
9. 제1항에 있어서,
   상기 챔버부의 공기는 펌프에 의해 외부로 제거되어, 상기 챔버부의 압력은 대기압보다 낮은 압력을 유지하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 표면처리 장치.
10. 제1항에 있어서,
    상기 챔버부가 형성하는 챔버공간의 부피는, 상기 방전공간의 부피보다 상대적으로 큰 것을 특징으로 하는 플라즈마 표면처리 장치.
11. 제1항에 있어서, 상기 밸브부는,
    상기 헤드부가 접지부를 통해 헤드부와 피처리물이 전기적으로 연결되는 경우, 개방되어 상기 방전공간이 상대적으로 저압 상태로 변경되고,
    피 처리물에 대한 표면처리가 종료되는 경우 차단되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 표면처리 장치.
12. 제11항에 있어서,
    전원부의 전원이 차단되는 경우, 상기 밸브부가 차단되며, 상기 방전공간은 상기 헤드부에 형성되는 환기밸브가 개방되어 대기압 상태가 되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 표면처리 장치.
13. 제10항에 있어서,
    상기 플라즈마 발생유닛이 복수개가 구비되는 경우,
    상기 연결부는 복수개가 상기 챔버부와 상기 각각의 플라즈마 발생유닛의 헤드부를 연결하며,
    상기 밸브부는 상기 각각의 연결부 상에 구비되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 표면처리 장치.
14. 제13항에 있어서,
    상기 복수개의 헤드부에 연결된 전극부는 상기 챔버부에 포함된 전원에 순차적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 표면처리 장치.
15. 제1항에 있어서,
    상기 방전공간에서 방전이 유도되는 경우, 상기 방전공간의 내부로 방전유도 가스가 공급되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 표면처리 장치.
16. 제1항의 플라즈마 표면처리 장치를 이용한 플라즈마 표면처리 방법에서,
    피 처리물의 표면에 상기 헤드부를 밀착시키는 단계;
    상기 방전공간을 대기압보다 낮은 저압을 제공하여 감압하는 단계;
    상기 방전부가 상기 방전공간에 방전을 유도하는 단계;
    피 처리물의 표면처리가 종료됨에 따라 상기 방전공간을 개방하여 대기압 상태로 전환하는 단계; 및
    피 처리물의 표면으로부터 상기 헤드부를 탈착시키는 단계를 포함하는 플라즈마 표면처리 방법.
17. 제16항에 있어서, 상기 방전공간에 방전을 유도하기 전에,
    상기 방전공간의 내부로 방전유도 가스를 제공하는 단계를 더 포함하는 플라즈마 표면처리 방법.

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