KR102465814B1 - 분말코팅장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 분말코팅장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 진공챔버 내에 코팅하기 위한 분말이 내장되는 회전드럼을 별도로 설치하고, 회전드럼이 지면에 평행한 회전축을 중심으로 360°회전이 가능한 구조로 형성되어 회전드럼 내에 내장된 다량의 금속 입자, 세라믹 입자, 산화물 입자 등을 포함한 미립자의 표면에 원하는 코팅물질로 균일한 코팅층을 형성할 수 있는 구조의 분말코팅장치에 관한 것이다.

Description

분말코팅장치{Powder coating apparatus}
본 발명은 분말코팅장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 진공챔버 내에 코팅하기 위한 분말이 내장되는 회전드럼을 별도로 설치하고, 회전드럼이 지면에 평행한 회전축을 중심으로 360°회전이 가능한 구조로 형성되어 회전드럼 내에 내장된 다량의 금속 입자, 세라믹 입자, 산화물 입자 등을 포함한 미립자의 표면에 원하는 코팅물질로 균일한 코팅층을 형성할 수 있는 구조의 분말코팅장치에 관한 것이다.
최근 미세 소자의 발달에 따라 분말 코팅이 각광을 받고 있다. 그런데, 분말상인 피처리재를 대상으로 코팅시 피처리재가 단순한 평판이나 고정된 기판재나 물체 또는 지그에 의해서 유지되면서 회전이나 정해진 motion이 이뤄지는 물체를 처리하는 것이 아니라 거의 random하게 움직이는 미세한 입자를 대상으로 하는 점이 가장 큰 어려움이다.
종래 분말의 코팅 처리를 위한 박막 증착법에는 나노급 분말의 균일한 박막코팅을 위해서 원자단위의 정확한 두께 조절이 용이한 ALD 방식의 성장 방법이 도입된 바 있다. 이러한 ALD 방법을 이용하여 나노분말 표면에 박막을 증착시키는 방식에는 유동층 반응기(fluidized bed reactor)를 이용하는 방법이 있다. 이러한 유동층 반응기를 이용한 ALD 방법으로 분말을 코팅하는 방법은 예를 들면 미국특허공개공보 제2011/0200822호에 제안되어 있다. 이러한 유동층 반응기를 이용한 방식은 기계적인 진동을 이용하여 분말의 유동화를 촉진시키는 방법으로 박막의 코팅시 분말의 응집을 방지하여 균일한 분말 코팅이 가능하도록 고안된 방식으로서, 챔버 내부의 튜브(금속 소결필터)의 회전을 통하여 내부의 분말을 교반시키며, 금속 소결필터로 주입되는 가스는 그 몸체에 형성된 다수의 구멍을 통해 배출됨으로써 실행된다. 그러나 이러한 방식의 코팅 장치의 경우, 수평으로 주입되는 가스는 금속 소결 필터의 원통면의 다수의 구멍을 통하여 배출된다. 이때 가스 주입 장치에서 가까운 곳에 위치한 분말의 경우에는 가스와 반응 확률이 크지만, 반대로 가스 주입 장치에서 떨어진 곳에 위치한 분말의 경우에는 분말과 가스의 반응 확률이 적어지게 되어 균일한 코팅의 한계가 존재하는 문제점이 있다. 또한, 금속 소결 필터의 원통면에 위치한 다수의 구멍으로 가스가 배출되는데, 하부 쪽의 배출 구멍은 분말이 축적되어 막히게 되고, 이로 인하여 주입되는 가스의 기체 흐름은 금속필터의 하부보다는 상부에서 양쪽으로 흐르게 되어 하부 쪽에 축적되어있는 분말과 기체의 반응 확률이 떨어지게 되며, 하부 구멍과 분말의 간섭에 의해 분말 코팅 효율이 감소하는 문제점이 있다.
한편, 상술된 ALD 방법에 따른 분말코팅장치가 아니라 물리기상증착공정을 이용하는 미세분말 코팅장치로는 특허출원번호 제10-2007-0089024호에서 물리 기상 증착 공정의 반응 공간을 확보하는 진공챔버; 상기 진공챔버에 설치되어, 미세분말을 상기 진공챔버 내에 주입하는 미세분말 주입부; 상기 진공챔버 내에 배치되는 회전드럼을 가지며, 상기 회전드럼 내의 상기 주입된 미세분말을 유동하기 위하여 상기 회전드럼을 회전하도록 구동하는 회전구동부를 갖는 미세분말 유동부; 상기 진공챔버에 설치되어, 상기 회전드럼 내의 유동하는 미세분말에 코팅 물질을 상기 물리 기상 증착 공정에 의해 코팅하도록 상기 진공챔버 내에 코팅 물질 소스와 에너지를 공급하는 코팅 물질 소스 및 에너지 공급부; 및 상기 진공챔버에 연통되어, 상기 진공챔버를 배기하는 배기부를 포함하는 구성을 개시하고 있다.
도 1에 도시된 바와 같이 상기 특허에서는 분말이 담기는 회전드럼(21)의 중앙에 회전축을 달아서 고속으로 회전할 수 있으며, 회전드럼(21) 내의 미세분말의 양호한 유동을 위해 도 1에 도시되지는 않았지만, 회전드럼(21) 내부에 형성된 고정체가 형성되고 있다. 하지만, 이러한 구성만으로는 회전드럼 내의 분말(1)이 뭉쳐있거나 잘 섞이지 않는 문제점을 해결할 수 없고 그 결과 균일하게 코팅된 분말을 얻을 수 없게 된다.
국내특허공개번호 제10-2009-0023909호
본 발명자들은 상술된 문제점을 해결하기 위해 연구 노력한 결과 물리기상증착공정을 이용하여 미립자의 표면에 균일한 코팅층을 형성할 수 있는 구조의 분말코팅장치를 개발함으로써 본 발명을 완성하였다.
따라서, 본 발명의 목적은 진공챔버 내에 코팅하기 위한 분말이 내장되는 회전드럼을 별도로 설치하고, 회전드럼이 지면에 평행한 회전축을 중심으로 360°회전이 가능한 구조로 형성되어 스퍼터링 방식 또는 아크 증착 방식을 포함하는 물리기상증착공정을 이용하더라도 분말이 뭉쳐있거나, 잘 섞이지 않는 문제가 발생할 수 있는 다량의 분말을 대상으로 균일한 코팅층을 형성할 수 있는 구조의 분말코팅장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상술된 본 발명의 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 일정 크기의 폐쇄된 내부공간이 형성되는 본체, 상기 본체의 양 측면에 상기 본체와 분리되는 구조로 각각 대향되게 설치되어 어느 하나 이상이 상기 본체와 분리되면 상기 내부공간이 열리는 구조로 형성되는 제1도어부 및 제2도어부를 포함하는 진공챔버; 상기 진공챔버의 내부공간에 지면과 평행하게 설치되고, 양면 중 타면은 형성되고 일면은 일부 또는 전부가 개구된 일정길이를 갖는 원통구조로 형성되며 상기 원통구조 내부에 코팅하고자 하는 분말이 위치하는 회전드럼; 상기 회전드럼의 개구되지 않은 타면과 결합되어 상기 회전드럼을 지지하도록 상기 진공챔버의 제1도어부에 고정 설치되어 지면에 평행한 회전축을 기준으로 상기 회전드럼을 회전시키는 회전유닛; 상기 회전드럼의 개구된 일면 측에서 상기 회전드럼 내부로 삽입되어 상기 분말이 코팅물질로 코팅되도록 코팅물질소스와 에너지를 공급하는데, 상기 회전유닛에 의해 회전드럼이 회전되는 경우에도 정지 상태를 유지하도록 상기 진공챔버의 제2도어부에 고정 설치되는 코팅유닛; 상기 회전드럼 내로 공정 가스를 제공하기 위한 공정가스 공급유닛; 및 상기 진공챔버 내부를 진공 상태로 하며, 상기 공정가스 공급유닛에 의해 제공된 공정가스를 진공챔버로부터 배기시키기 위한 진공/배기 유닛; 을 포함하는 분말코팅장치를 제공한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 진공챔버는 상기 제1도어부가 설치되는 상기 본체의 일측 외부 상부에서 그 길이방향으로 지면과 평행하게 형성되는 제1가이드레일부재, 상기 제2도어부가 설치되는 상기 본체의 타측 외부 상부에서 그 길이방향으로 지면과 평행하게 형성되는 제2가이드레일부재, 상기 본체로부터 상기 제1도어부가 열리면 상기 제1가이드레일부재를 따라 상기 제1도어부가 이동가능하도록 상기 제1도어부의 외측상단부와 상기 제1가이드레일부재를 연결 및 고정하는 제1이동결합부재, 및 상기 제2도어부가 열리면 상기 제2가이드레일부재를 따라 상기 제2도어부가 이동가능하도록 상기 제2도어부의 외측상단부와 상기 제2가이드레일부재를 연결 및 고정하는 제2이동결합부재를 포함한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 제1이동결합부재 및 제2이동결합부재는 상기 제1가이드레일부재 및 제2가이드레일부재에 연결 및 고정된 상태에서 360°회전가능하게 설치된다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 코팅유닛은 상기 회전드럼 내부에 삽입되어 상기 코팅물질소스와 에너지를 공급하는 코팅부재, 일단부는 상기 코팅부재와 연결되고 타단부는 상기 제2도어부에 고정되어 상기 코팅부재를 지지하는 지지부재, 및 상기 코팅부재가 상기 회전드럼 내부에 삽입된 상태에서 상기 회전드럼의 개구된 일면이 형성되는 위치에서 상기 개구된 일면의 직경 이하의 크기로 상기 지지부재에 설치되는 측면덮개부재를 포함한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 측면덮개부재가 상기 회전드럼의 일면에 고정되지 않으면, 그 중심부에 상기 지지부재 직경이상의 관통구가 형성되고 전체 직경은 상기 개구된 일면의 직경 이하인 테프론 소재의 원판형부재로 형성되어 원판형부재가 회전되지 않고, 상기 측면덮개부재가 상기 회전드럼의 일면에 고정되면, 그 중심부에 상기 지지부재 직경이상의 관통구가 형성되고 전체 직경은 상기 개구된 일면의 직경 이하인 볼베어링부재로 형성되어 관통구 외경에 위치한 부분만 회전되어, 상기 회전유닛에 의해 상기 회전드럼이 회전되는 경우에도 상기 지지부재가 회전 없이 고정된다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 코팅부재는 상기 지면에 대향되는 상부에 더스트커버 부재가 더 형성된다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 회전유닛은 상기 제1도어부 외부에 설치되는 회전동력부; 및 그 일단부는 상기 회전동력부와 연결되고 그 타단부는 상기 진공챔버의 제1도어부를 관통하여 상기 회전드럼의 개구되지 않은 타면과 결합되어 상기 회전드럼을 지지하는 동시에 상기 회전동력부의 동력을 전달하여 상기 회전드럼을 회전시키는 회전축결합부;를 포함한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 회전축결합부는 상기 회전동력부와 연결되고 상기 제1도어부를 관통하여 상기 제1도어부의 내측면까지 형성되는 제1회전축부재 및 일단부는 상기 제1회전축부재와 연결되고 타단부는 상기 회전드럼의 타면의 중심부와 결합되는 제2회전축부재를 포함하고, 상기 제1회전축부재는 그 외부에 페로실이 형성된다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 회전드럼은 금속으로 형성되고, 상기 회전유닛을 통해 RF 파워 50W 이상의 바이어스가 인가된다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 회전드럼은 상기 원통구조의 내면에 수직하고 길이방향 전체에 일정 높이로 형성되는 빗살 모양의 바 부재가 1개 이상 형성된다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 코팅유닛은 스퍼터링 방식의 코팅 물질소스 및 에너지 공급부와 기상증착(evaporation) 방식 또는 DLC 코팅을 위한 바이어스 인가에 의한 PECVD 방식의 코팅 물질 소스 및 에너지 공급부 중 어느 하나이다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 코팅 물질 타겟은 도체 물질, 반도체 물질, 절연체 물질 중 어느 하나이다.
본 발명의 분말코팅장치에 의하면, 진공챔버 내에 코팅하기 위한 분말이 내장되는 회전드럼을 별도로 설치하고, 회전드럼이 지면에 평행한 회전축을 중심으로 360°회전이 가능한 구조로 형성되어 스퍼터링 방식 또는 아크 증착 방식을 포함하는 물리기상증착공정을 이용하더라도 분말이 뭉쳐있거나, 잘 섞이지 않는 문제가 발생할 수 있는 다량의 분말을 대상으로 균일한 코팅층을 형성할 수 있다.
본 발명의 이러한 기술적 효과는 이상에서 언급한 범위만으로 제한되지 않으며, 명시적으로 언급되지 않았더라도 후술되는 발명의 실시를 위한 구체적 내용의 기재로부터 통상의 지식을 가진 자가 인식할 수 있는 발명의 효과 역시 당연히 포함된다.
도 1은 종래 기술에 따른 분말장치의 회전드럼을 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 분말코팅장치의 사시도이다.
도 3a는 도 2에 도시된 분말코팅장치의 정면도이고, 도 3b는 도 3a에 도시된 분말코팅장치의 수직단면도이다.
도 4a는 도 2에 도시된 분말코팅장치에서 제1도어부 및 제2도어부가 열린 상태의 수직단면도이고, 도 4b는 도 4a에서 제1도어부와 제1가이드레일부재가 제1이동결합부재에 의해 결합된 상태를 보여주는 확대도이고, 도 4c는 제1도어부와 제1가이드레일부재가 제1이동결합부재에 의해 결합된 상태를 보여주는 하면측에서 본 확대사시도이고, 도 4d는 제1도어부와 제1가이드레일부재가 제1이동결합부재에 의해 결합된 상태를 보여주는 정면측에서 본 확대사시도이다.
도 5a는 도 2에 도시된 분말코팅장치에서 제1도어부가 열린 상태를 도시한 사시도이고, 도 5b는 가이드레일부를 따라 이동한 후 제1도어부가 90도 회전된 상태를 도시한 사시도이고, 도 5c는 회전유닛의 수직단면도이다.
도 6a는 도 2에 도시된 분말코팅장치에서 제2도어부가 열리면서 회전드럼에 삽입된 코팅부재가 약간 빠져 나온 상태를 도시한 사시도이고 도 6b는 회전드럼에서 코팅부재가 완전히 빠져나온 상태를 도시한 사시도이다. 도 6c 및 도 6d는 각각 코팅부재에 더 형성되는 더스트커버부재의 구현예들을 도시한 사시도이다.
도 7a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 회전드럼의 일구현예를 도시한 사시도이고, 도 7b는 도 7a에 도시된 회전드럼 내부에 바 부재가 설치된 상태를 보여주는 사시도이며, 도 7c 및 도 7d는 회전드럼 내부에 설치되는 바 부재의 일구현예를 도시한 사시도이다.
본 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용을 설명하기에 앞서, 본 발명은 다양한 변경을 도모할 수 있고, 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 아래에서 설명되고 도면에 도시된 예시들은 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도는 아니며, 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어를 선택하였으나, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있는데 이 경우에는 단순한 용어의 명칭이 아닌 발명의 상세한 설명 부분에 기재되거나 사용된 의미를 고려하여 그 의미가 파악되어야 할 것이다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 명세서에 기재된 "...부", "...유닛", "...부재" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
이하, 첨부한 도면 및 바람직한 실시예들을 참조하여 본 발명의 기술적 구성을 상세하게 설명한다.
본 발명의 기술적 특징은 진공챔버 내에 코팅하기 위한 다량의 분말이 내장되는 회전드럼을 별도로 설치하고, 스퍼터링 방식 또는 아크 증착 방식을 포함하는 물리기상증착공정용 코팅유닛은 회전드럼 내부에 삽입되도록 수평으로 고정 설치되지만 회전드럼은 지면에 평행한 회전축을 중심으로 360°회전 가능한 구조로 형성되어, 회전드럼 내에 위치한 다량의 분말이 뭉쳐있거나, 잘 섞이지 않는 문제없이 분말 표면에 균일한 코팅층을 형성할 수 있는 구조를 갖는 분말코팅장치에 있다.
본 발명에서 사용되는 분말 또는 미립자는 통상 직경 1㎛ ~ 10 ㎛의 마이크론 사이즈 입자를 의미할 수 있지만 경우에 따라서는 수십 내지 수백 마이크론급 입자나 수나노 내지 수백 나노사이즈의 입자 또한 포함하는 개념일 수 있다.
여기서 분말이 수 마이크론(1㎛~10㎛)급에 해당하는 입자일 때, 실리카를 예로 들면 육안 상으로 보기에는 거의 밀가루처럼 보일 수 있으며, 이들은 거의 달라붙어 있는 상태이다. 여름철 습도가 높을 때는 분말 사이에는 습기가 스며들어 분말사이에는 미세한 물방울이 존재한다. 이러한 물방울은 분말이 더욱 엉기게 하고 분말의 섞임과 자리바꿈을 어렵게 한다. 통상 분말은 한 개 분말의 층으로 존재하지 않고 담겨있는 용기나 통의 모양에 따라서 형태가 정해지며, 서로 엉겨있는 클러스터의 형태로 존재한다. 만일 분말이 1cm 쌓여 있다면 3㎛ 크기의 분말이 수직으로 쌓였을 때, 한 개의 입자 열에는 3,333개의 분말이 존재하고, 실제로는 쌓이는 방법에 따라서는 이보다 훨씬 많이 존재한다. 이는 한 점에서 쌓여 있는 분말의 개수지만 전체적으로는 2차원적으로 클러스터를 이루면서 3차원적인 클러스터를 이루게 된다. 만일 입자 크기가 10㎛인 경우는 1,000개의 분말이 한점에서 맞닿아 존재하며, 마찬가지로 3차원적인 클러스터로는 어마어마한 수의 입자가 존재하게 된다. 이러한 특성으로 인해 random하게 움직이는 미세한 입자인 점이 분말상의 스퍼터링에 의한 코팅을 어렵게 할 수 있다.
또한, 이들 분말의 교반이 어려워 결국 정체된 채로 쌓여 있으면 하부나 덮여져 있는 입자들은 코팅이 되기 힘들다는 문제가 있을 수 있다. 따라서 분말의 코팅은 덩어리째 뭉쳐있는 클러스터를 대상으로 하면 문제가 있다. 개별 입자 하나하나에 코팅이 되어야 원하는 목적과 용도에 맞는 사용이 가능하기 때문이다.
예를 들어 10cm x 10cm의 면적에 해당하는 분말이 1cm 높이로 사각형 용기에 담겨 있고, 중첩되어 쌓이지 않고 분말이 닿아 있으면서 최대한 펼쳐진 상태로 존재한다고 가정해도, 3㎛ 크기의 분말은 해당 면적의 한 층의 분말 수는 1.111x109 개다. 즉, 약 11억개이다. 한 층이므로 한 개의 분말이 닿아 있으면서 최대한 높게 1cm 쌓여 있는 높이의 개수인 3,333개를 곱하면, 전체의 분말 수는 3.704x1012 개다. 즉, 3조 7천억 개 정도인 셈이다. 10㎛ 크기의 분말은 약 1x1011 개, 무려 1천억개가 존재한다. 제한된 10cm x 10cm 넓이에 높이 1cm라는 제한된 영역에서, 3조에 육박하는 입자를 하나하나씩 균일하게 코팅하는 것은 당연히 쉬운 일이 아닌 것이다.
더욱이, 물리기상증착공정 특히 스퍼터링은 line-of-sight의 방식으로 코팅이 이뤄지게 된다. 즉 보통은 스퍼터링 건에 장착된 타겟 앞에 놓인 대상물(피처리재)에서 타겟에 노출된 부분이 주로 코팅이 되게 된다. 미세한 입자에 균일하게 코팅이 된다는 것은 수조에서 수십조의 분말 알갱이가 코팅이 가능한 영역에 들어올 때만 가능하다. 이는 결국 분말이 놓인 상태에서 맨위층이 가장 코팅되기 쉽다는 것이고 일부 층까지는 침투하는 타겟물질도 있어 코팅이 되겠지만 거의 표피층에서 코팅이 이뤄진다는 것을 예상할 수 있다. 결국 균일한 코팅이 되기 위해서는 다음의 2개의 조건이 만족되어야 한다. 첫째, 개개의 분말은 표피층(최상부층)까지 이동해 와야 하고, 둘째는 이렇게 표피층까지 이동해 오는 확률은 전체 입자가 같아야 한다는 조건이다.
본 발명의 분말코팅장치는 이러한 2가지 조건을 가능한 충족시키기 위해 일정 크기의 폐쇄된 내부공간이 형성되는 본체, 상기 본체의 양 측면에 상기 본체와 분리되는 구조로 각각 대향되게 설치되어 어느 하나 이상이 상기 본체와 분리되면 상기 내부공간이 열리는 구조로 형성되는 제1도어부 및 제2도어부를 포함하는 진공챔버; 상기 진공챔버의 내부공간에 지면과 평행하게 설치되고, 양면 중 타면은 형성되고 일면은 개구된 일정길이를 갖는 원통구조로 형성되며 상기 원통구조 내부에 코팅하고자 하는 분말이 위치하는 회전드럼; 상기 회전드럼의 개구되지 않은 타면과 결합되어 상기 회전드럼을 지지하도록 상기 진공챔버의 제1도어부에 고정 설치되어 지면에 평행한 회전축을 기준으로 상기 회전드럼을 회전시키는 회전유닛; 상기 회전드럼의 개구된 일면 측에서 상기 회전드럼 내부로 삽입되어 상기 분말이 코팅물질로 코팅되도록 코팅물질소스와 에너지를 공급하는데, 상기 회전유닛에 의해 회전드럼이 회전되는 경우에도 정지 상태를 유지하도록 상기 진공챔버의 제2도어부에 고정 설치되는 코팅유닛; 상기 회전드럼 내로 공정 가스를 제공하기 위한 공정가스 공급유닛; 및 상기 진공챔버 내부를 진공 상태로 하며, 상기 공정가스 공급유닛에 의해 제공된 공정가스를 진공챔버로부터 배기시키기 위한 진공/배기 유닛; 을 포함한다.
도 2 내지 도 4a, 도 5a 및 도 5b에 도시된 바와 같이, 본 발명의 분말코팅장치(100)는 진공챔버(110), 회전드럼(120), 회전 유닛(130), 코팅유닛(140), 공정가스 공급유닛(미도시) 및 진공/배기 유닛(미도시)을 포함한다. 필요한 경우 냉각유닛(미도시)을 더 포함할 수 있다.
진공챔버(110)는 도시된 바와 같이 일정 크기의 폐쇄된 내부공간이 형성되는 본체(111), 본체(111)의 양 측면에 본체(111)와 분리되는 구조로 각각 대향되게 설치되어 어느 하나 이상이 본체(111)와 분리되면 내부공간(111a)이 열리는 구조로 형성되는 제1도어부(112) 및 제2도어부(113)를 포함할 수 있다.
본체(111)는 회전드럼(120)이 삽입될 수 있는 크기의 내부공간(111a) 형성되고 그 양 측면에 형성된 제1도어부(112) 및 제2도어부(113)가 닫힌 상태에서 진공을 유지할 수 있기만 하면 그 재질 및 형태를 제한되지 않지만, 일 구현예로서 도시된 바와 같이 내부공간(111a)을 형성하도록 속이 빈 일정길이의 원기둥을 지면에 대해 평행하게 배치시킨 형태를 갖도록 형성될 수 있다.
제1도어부(112) 및 제2도어부(113)는 본체(111)에 형성된 내부공간(111a)을 외부에 노출시키거나 폐쇄할 수 있도록 본체(111)와 분리되거나 결합되는 구성요소로서, 설치위치만 상이할 뿐 구조 및 재질은 동일한데, 본체(111)의 양 측면에 서로 대향되게 형성되어 본체(111)의 양 측면의 일부를 이루거나 도시된 바와 같이 전체를 이루도록 구현될 수 있다.
도시된 바와 같이, 제1도어부(112) 및 제2도어부(113)가 각각 회전드럼(120)과 코팅유닛(140)을 지지하는 구조인 경우, 진공챔버(110)는 제1도어부(112) 및 제2도어부(113)를 개폐하기 위한 구성요소로서, 제1가이드레일부재(114), 제2가이드레일부재(115), 제1이동결합부재(116) 및 제2이동결합부재(117)를 더 포함할 수 있다.
제1가이드레일부재(114)는 제1도어부(112)가 설치되는 본체(111)의 일측 외부 상부에서 그 길이방향으로 지면과 평행하게 형성되고, 제2가이드레일부재(115)는 제2도어부(113)가 설치되는 본체(111)의 타측 외부 상부에서 그 길이방향으로 지면과 평행하게 형성되는 구성요소로서, 도 3b에 도시된 바와 같이 제1도어부(112) 및 제2도어부(113)가 닫힌 상태에서 진공챔버(110) 내부에 위치한 회전드럼(120) 및 회전드럼(120) 내부에 코팅부재(141)가 삽입된 코팅유닛(140)이 제1도어부(112) 및 제2도어부(113)가 열리면, 제1도어부(112)에 고정된 회전드럼(120)과 제2도어부(113)에 고정된 코팅유닛(140)이 서로 멀어지면서 본체(111)의 내부공간(111a)에서 완전히 빠져나올 수 있는 길이를 갖는 공지된 가이드수단일 수 있다.
제1이동결합부재(116)는 본체(111)로부터 제1도어부(112)가 열리면 제1가이드레일부재(114)를 따라 제1도어부(112)가 이동가능하도록 제1도어부(112)의 외측상단부와 제1가이드레일부재(114)를 연결 및 고정하도록 형성되고, 제2이동결합부재(117)는 제2도어부(113)가 열리면 제2가이드레일부재(115)를 따라 제2도어부(113)가 이동가능하도록 제2도어부(113)의 외측상단부와 제2가이드레일부재(115)를 연결 및 고정하도록 형성되는 구성요소로서, 일측은 가이드레일을 따라 이동가능한 결합 구조로 형성되고 타측은 제1도어부(112) 또는 제2도어부(113)와 견고하게 고정될 수 있기만 하면 공지된 모든 결합부재를 채용할 수 있을 것이다.
도시된 바와 같이 제1가이드레일부재(114) 및 제2가이드레일부재(115)는 설치위치만 상이할 뿐 구조 및 재질은 동일하고, 제1이동결합부재(116) 및 제2이동결합부재(117) 또한 설치위치만 상이할 뿐 그 구조 및 재질은 동일하므로 제1가이드레일부재(114) 및 제1이동결합부재(116)를 중심으로 설명한다.
특히, 제1이동결합부재(116)가 제1가이드레일부재(114)를 따라 이동만 가능한 것이 아니라 제1가이드레일부재(114)에 연결 및 고정된 상태에서 회전가능하게 설치되는 경우, 도 4b 내지 도 4d에 도시된 바와 같이 제1이동결합부재(116)는 제1가이드레일부재(114)에 이동가능하게 결합되는 이동부재(116a) 및 이동부재(116a)와 회전가능하게 연결되면서 동시에 제1도어부(112)의 외측 상부에 견고하게 고정되는 구조의 회전부재(116b)를 포함할 수 있다. 일 구현예로서 회전부재(116b)는 제1이동결합부재(116)와 회전가능하게 결합되는 회전축(116c) 및 상기 회전축의 하단부에 견고하게 고정되는 일정 두께를 갖는 판상부재가 지면과 평행하게 형성되는데 상기 판상부재의 일단부가 제1도어부(112)의 외측 상부에 고정되는 형태를 가질 수 있다.
이러한 구성을 통해 도 5a에 도시된 바와 같이 제1도어부(112)와 결합된 제1이동결합부재가 제1가이드레일부재(114)를 따라 이동하게 되면 제1도어부(112)가 본체(111)와 분리되면서 회전드럼(120)이 외부로 빠져 나오고, 도 5b에 도시된 바와 같이 제1도어부(112)와 결합된 제1이동결합부재가 제1가이드레일부재(114)에 결합된 상태에서 90도 회전시킬 수 있으므로, 회전드럼(120) 내부에 코팅하고자 하는 분말을 삽입하거나 코팅된 분말을 꺼낼 수 있는 것이 가능하다.
필요한 경우 진공챔버(110)의 내부에 설치된 회전드럼(120)에서 분말을 코팅하는 과정에서 발생한 다량의 열을 냉각시키기 위해 진공챔버(110) 외부표면에 냉각유닛을 더 설치할 수 있다. 냉각유닛은 진공챔버(110)에 적용 가능한 공지된 모든 냉각수단을 사용할 수 있는데, 일예로 냉각유닛은 진공챔버(110) 외부 표면을 감싸도록 형성되는 워터재킷일 수 있다.
도시하지는 않았지만 진공챔버(110)를 이루는 본체(111)는 제1도어부(112) 및 제2도어부(113)사이를 이루는 측면에 그 내부공간(111a)에 위치한 회전드럼(120)이 노출될 수 있는 크기로 형성된 별도의 제3도어부를 포함할 수 있다. 이와 같이 제3도어부가 설치되면 회전드럼(120) 내부에 코팅유닛(140)이 삽입되도록 제1도어부(112) 및 제2도어부(113)를 닫고, 제3도어부를 열어서 내부공간(111a)에 위치한 각 구성요소의 설치상태를 확인할 수 있다. 특히 후술하는 바와 같이 코팅유닛(140)의 측면덮개부재(143)가 회전드럼(120)의 개구된 일면에 탈부착가능하게 고정되는 구조인 경우 측면덮개부재(143)를 회전드럼(120)에 고정하거나 분리하는 것이 용이할 수 있다.
회전드럼(120)은 진공챔버(110)의 내부공간에 지면과 평행하게 설치되고, 양면 중 타면이 형성되고 일면은 일부 또는 전부가 개구된 일정길이를 갖는 원통구조(121)로 형성되며 원통구조(121) 내부에 코팅하고자 하는 분말이 위치하도록 하여 분말이 코팅되는 장소를 제공하는 역할을 수행한다. 따라서, 회전드럼(120)은 진공챔버(110)의 내부공간(111a)에 삽입될 수 있고 지면에 평행한 회전축을 기준으로 360°회전가능한 구조로 설치될 수 있으며, 그 내부로 삽입되는 코팅유닛(140)의 설치 구조를 고려하여 분말이 코팅되기에 적합한 공간이 형성되기만 하면 형태 및 구조는 제한되지 않는다.
일 구현예로서 회전드럼(120)은 도 5a 및 도 7a에 도시된 바와 같이 전체적으로 중공 원통구조로 형성한 후, 중공 원통구조의 곡면을 이루는 측면이 지면에 평행하게 배치된 상태에서, 원형평면을 이루는 양 단부면 중 타단부를 이루는 타면(121a)은 완전히 폐쇄된 면을 형성하고 일단부를 이루는 일면(121b)은 전체가 개구되거나 도시된 바와 같이 적어도 코팅유닛(140)이 삽입될 수 있는 직경의 개구가 형성되고 원주에 인접한 링 형태의 외주면은 남아 있는 형태로 구현될 수도 있다.
특히, 회전드럼(120)이 금속재질로 형성되면, 회전유닛(130)을 통해 코팅 전은 물론 코팅 중 즉 코팅시작부터 종료까지 원활한 코팅이 가능하도록 다양한 세기의 바이어스가 인가될 수 있는데, 진공챔버(110)가 고진공 상태에서 보통 Ar 가스를 50SCCM 흘리고, 4mTorr의 진공도에서 바이어스를 인가할 수 있다. 이 때 바이어스는 RF 파워 50W 이상, 경우에 따라서는 200 내지 300W의 바이어스 또는 그 이상의 세기를 가진 바이어스가 회전드럼(120)에 인가될 수 있다. 바이어스 인가 시간은 10분 이상 통상 1시간 정도도 진행이 가능하다.
회전드럼(120)에 바이어스가 인가된 경우 효과를 살펴보면, 코팅 전에는 분말간의 남아 있는 습기나 수분을 바이어스로 인해 미세한 증기의 형태로 날려 버릴 수도 있고, 분말 표면의 오염이나 밀착력에 방해가 되는 이물질도 제거가 가능하며, 코팅 중에서 바이어스를 인가하게 되면 코팅의 밀착력과 막질, 코팅물질의 결정성을 높일 수 있는데, 특히 Boron target을 이용한 반응성 스퍼터링시에는 바이어스를 인가함으로써 결정성을 높일 수 있다.
필요한 경우 즉 회전드럼(120)은 360°회전 가능하지만 코팅물질에 따라 4시에서 8시 방향으로만 회전을 국한하는 구간반복 회전을 선택할 수도 있는데, 이 경우에는 회전드럼(120) 내부에 위치한 다량의 분말이 상부와 하부가 섞이지 않을 수 있기 때문에 코팅되는 분말의 교반을 위해 회전드럼(120)은 다른 구현예로서 도 7a에 도시된 바와 같이 그 내부에 교반요소로서 1개 이상의 바 부재(122)가 형성된 구조로 구현될 수 있다. 또한 바 부재(122)는 교반요소가 아니라 더스트커버 부재(141a)에 쌓이는 분말을 쓸어내려서 제거하는 요소로도 사용될 수 있다.
바 부재(122)는 도 7b에 도시된 바와 같이 원통구조(121)의 내면에 수직하고 길이방향 전체에 일정 높이로 형성될 수 있기만 하면 구조 및 재질은 제한되지 않는다. 일 구현예로서 도 7c 및 도 7d에 도시된 바와 같이 바 부재(122)는 일정길이를 갖고 일정 높이를 갖는 밴드 형상에서 그 양단부 일측 모서리가 각각 삭제되고 그 길이방향 전체에 일정 간격으로 빗살 모양이 형성되어 전체적으로 길이가 긴 빗과 같은 구조로 형성될 수 있다. 이 때 바 부재(122)의 전체 길이는 원통구조(121)에 길이방향으로 삽입될 수 있는 길이이며, 그 높이는 원통구조(121)의 내면에 수직하게 설치된 상태에서 코팅유닛(140)의 측면덮개부재(143)에 닿지 않는 높이로 구현될 수 있고, 빗살 모양의 간격은 분말의 양과 교반 형태에 따라 결정될 수 있다. 즉 분말의 양이 많으면 빗살 간격을 넓게 하고 양이 적으면 좁게 할 수 있고, 빗살의 간격이 좁을수록 보다 확실한 교반이 이루어질 수 있기 때문이다.
회전 유닛(130)은 진공챔버(110)의 내부공간(111a)에 회전드럼(120)이 위치하도록 지지하는 동시에 회전드럼(120)을 지면에 평행한 회전축을 기준으로 360°회전시키는 구성요소로서, 회전드럼(120)을 지지하기 위해 그 일단부가 회전드럼(120)의 개구되지 않은 타면과 결합되고 일단부에서 연장되는 일부가 진공챔버(110)의 제1도어부(112)를 관통하도록 고정 설치되며, 최종적으로 그 타단부가 제1도어부(112)외부에 위치하도록 설치될 수 있는데, 도시된 바와 같이 회전동력부(131) 및 회전축결합부(132)를 포함할 수 있다.
회전동력부(131)는 제1도어부(112) 외부에 설치되어 회전드럼(120)을 소정 공정 속도로 회전시키고 그 회전 속도를 제어하는 구성요소로서, 모터 등의 회전 구동 부재 및 회전 구동 부재의 회전을 제어하기 위한 회전 제어 수단을 포함할 수 있다. 이와 같이 회전동력부(131)는 회전드럼(120)의 회전속도를 적절하게 조절하는데, 1-50rpm 정도로 조절될 수 있다. 속도가 너무 느리면 분말이 정체되어 응집된 채로 클러스터 상태로 움직여 상하의 뒤섞임이 제한적일 수 있고, 속도가 과도하게 빠르게 되면 균일한 코팅이 어려울 수도 있기 때문이다.
회전축결합부(132)는 회전동력부(131)와 그 일단부가 연결되고 그 타단부는 진공챔버(110)의 제1도어부(112)를 관통하여 회전드럼(120)의 개구되지 않은 타면과 결합되어 회전드럼(120)을 지지하는 동시에 회전동력부(131)의 동력을 전달하여 회전드럼(120)을 회전시키는 구성요소이다. 일 구현예로서 도 5c에 도시된 바와 같이 회전축결합부(132)는 회전동력부(131)와 연결되고 제1도어부(112)를 관통하여 제1도어부(112)의 내측면까지 형성되는 제1회전축부재(132a) 및 일단부는 제1회전축부재(132a)와 연결되고 타단부는 회전드럼(120)의 타면의 중심부와 결합되는 제2회전축부재(132b)를 포함할 수 있다.
여기서, 제1회전축부재(132a)는 제1도어부(112)를 관통하게 되는데 이와 같이 관통부가 형성되는 경우에도 진공챔버(110)가 진공 상태에 있을 때 그 진공 상태를 유지시킬 수 있어야 하므로, 기밀 수단으로서 제1회전축부재(132a)는 그 외부에 페로실이 형성되는 구조를 가질 수 있다.
또한, 회전드럼(120)이 금속재질로 형성된 경우 회전축결합부(132)를 통해 회전력은 물론 RF 파워 50W 이상의 바이어스가 인가될 수 있다.
코팅유닛(140)은 회전드럼(120) 내부에 위치한 분말이 코팅물질로 코팅되도록 회전드럼(120)내에 코팅물질소스와 에너지를 공급하는 구성요소로서, 특히 회전드럼(120)의 개구된 일면 측에서 회전드럼(120) 내부로 삽입되고, 회전유닛(130)에 의해 회전드럼(120)이 회전되는 경우에도 정지 상태를 유지하도록 진공챔버(110)의 제2도어부(113)에 고정 설치되는 구조를 갖기만 하면 그 형태는 제한되지 않는다.
일 구현예로서 코팅유닛(140)은 도 3b 및 도 4a에 도시된 바와 같이 회전드럼(120) 내부에 삽입되어 코팅물질소스와 에너지를 공급하는 코팅부재(141), 일단부는 코팅부재(141)와 연결되고 타단부는 제2도어부(113)에 고정되어 코팅부재(141)를 지지하는 지지부재(142), 및 코팅부재(141)가 회전드럼(120) 내부에 삽입된 상태에서 회전드럼(120)의 개구된 일면이 형성되는 위치에서 개구된 일면의 직경 이하의 크기로 지지부재(142)에 설치되는 측면덮개부재(143)를 포함하여 구현될 수 있다.
코팅부재(141)는 스퍼터링 방식의 코팅 물질소스 및 에너지 공급부와 기상증착(evaporation) 방식(아크 증착 방식)의 코팅 물질 소스 및 에너지 공급부 중 어느 하나일 수 있는데 회전드럼(120) 내부에 삽입될 수 있기만 하면 형태는 제한도지 않는다. 한편, 코팅부재(141)는 회전드럼(120) 내부에 삽입된 상태에서 정지된 상태로 코팅물질소스와 에너지를 코팅하고자 하는 분말에 공급하는데, 회전드럼(120)은 360°회전하게 되므로 회전드럼(120)의 내부표면을 따라 분말이 회전하면서 코팅부재(141) 상부로 떨어질 수밖에 없는데, 이러한 현상이 발생하면 코팅부재(141)로 떨어진 분말은 코팅이 되지 않을 수 있을 뿐만 아니라 다른 구성요소의 작용을 방해할 가능성이 존재한다.
따라서, 코팅부재(141)는 지면에 대향되는 상부에 형성되는 더스트커버 부재(141a)를 더 포함할 수 있는데, 더스트커버 부재(141a)는 코팅부재(141)의 상부를 감싸서 분말이 코팅부재로 떨어지는 것을 방지하고 코팅되지 않는 분말이 없도록 할 수 있기만 하면 다양한 형태로 구현될 수 있다. 더스트커버 부재(141a)는 일 구현예로서 도 6b 및 6c에 도시된 바와 같이 코팅부재(141)의 상부를 감쌀 수 있는 폭과 길이를 갖는 얇은 평판을 회전드럼(120)의 내부와 동일한 형태를 이루도록 구부려서 형성된 둥근 형태로 구현될 수 있는데, 이 경우 더스트커버 부재(141a)로 떨어져서 분말이 쌓일 수 있으므로 바 부재(122)를 회전드럼(120)의 내면에 더스트커버 부재(141a)에 거의 닿을 정도의 높이로 형성하는 방식으로 구현할 수도 있고, 도시하지는 않았지만 더스트커버 부재(141a)의 상부면과 인접한 높이를 갖는 회전드럼(120)의 타면측 위치에 그 하단부가 형성되도록 일단부가 고정되어 지면에 수직하게 형성되는 얇은 두께의 밴드부재를 회전드럼(120)의 일면측과 인접한 코팅부재(141)의 측면까지 회전축과 평행하게 형성하는 방식으로 구현하게 되면 더스트커버 부재(141a) 상에 쌓이는 분말을 용이하게 하부로 쓸어내려 제거할 수 있다. 더스트커버 부재(141a)는 다른 구현예로서 도 6d에 도시된 바와 같이 코팅부재(141)의 상부를 감쌀 수 있는 폭과 길이를 갖는 얇은 평판을 코팅부재(141)의 상부에 뾰족한 삿갓 형태로 구현하게 되면 더스트커버 부재(141a) 상부로 떨어지는 분말이 자유 낙하되어 쌓이는 것을 방지할 수 있다.
지지부재(142)는 코팅부재(141)를 회전드럼(120)의 회전축에 평행하게 지지하기 위해 제2도어부(113)를 관통하여 설치되는 구성요소로서, 코팅부재(141)가 동작되기 위해서는 제2도어부(113)를 관통하여 외부로 전기, 물 등과 연결되어야 하는데, 코팅부재(141)를 지지하는 지지부재(142)는 파이프(rod)로 구현되어 제2도어부(113)의 진공 피드스루(feed through) 또는 진공 플렌지(vacuum flange)라는 진공부품으로 연결될 수 있어 진공챔버(110)내의 진공이 외부로 연결하더라도 손상되지 않고 유지할 수 있다. 즉 지지부재(142)는 6a에 도시된 바와 같이 튜브나 파이프(rod) 또는 봉을 통하여 전기배선, 냉각수 배관 등이 제2도어부(113)를 관통하여 고정되면서 진공 밖으로 나오게 되는 구조이며, 오링씰(O-ring Seal)로 인해 진공인 내부와 대기인 외부는 차단될 수 있기 때문이다.
이와 같이 지지부재(142)는 회전드럼(120) 내부에 위치한 코팅부재(141)와 가스배관 등이 연결되는 통로를 제공하면서 정지된 상태로도 스퍼터링이 가능하도록 구현될 수 있는데, 필요한 경우 가스배관 외에 타겟 하부 또는 코팅되는 분말 부근의 온도를 측정하는 역할을 하는 열전대(온도센서, thermocouple)등이 장착되어 연결될 수도 있다.
측면덮개부재(143)는 코팅부재(141)가 회전드럼(120) 내부로 삽입될 수 있도록 마련된 회전드럼(120)의 개구된 일면이 코팅과정에서 회전드럼(120)이 회전하게 되면 분말이 회전드럼(120) 외부로 빠져나오는 것을 방지하기 위해 지지부재(142)에 고정 설치되는 구성요소로서, 회전유닛(130)에 의해 회전드럼(120)이 회전되는 경우에도 지지부재(142)가 회전 없이 고정되도록 형성되기만 하면 재질 및 구조가 제한되지 않지만, 회전드럼(120)과 직접적으로 연결되는지 여부에 따라 비고정형과 고정형으로 구현될 수 있을 것이다.
측면덮개부재(143)가 비고정형으로 구현되면, 도 6a 및 도 6b에 도시된 바와 같이 회전드럼(120)의 개국된 일면에 고정되지 않고 지지부재(142)에만 고정된 방식으로 설치될 수 있는 구조일 수 있다. 이 경우 측면덮개부재(143)는 그 중심부에 지지부재(142) 직경이상의 관통구가 형성되고 전체 직경은 회전드럼(120)의 개구된 일면의 직경 이하인 테프론 소재의 원판형부재로 형성될 수 있다. 이와 같이 측면덮개부재(143)가 비고정형으로 형성되면 도 6a에 도시된 바와 같이 제2도어부(113)가 닫힌 상태에서는 원판형부재로 형성된 측면덮개부재(143)가 회전드럼(120)의 개구된 일면의 일부 또는 전부를 이루더라도 직접적으로 회전드럼(120)과 고정되지 않고 측면덮개부재(143)가 테프론 소재로 형성되어 유연성이 있으므로, 코팅과정에서 회전드럼(120)이 회전되더라도 지지부재(142) 및 지지부재(142)에 고정된 측면덮개부재(143)는 정지된 상태를 유지할 수 있게 된다. 또한, 구체적으로 도시하지는 않았지만 원판형부재의 관통구에 지지부재(142)가 삽입된 상태로 측면덮개부재(143)가 지지부재(142)에 고정된 상태에서 측면덮개부재(143)의 후면 즉 제2도어부(113)와 인접하지 않는 타면측에 측면덮개부재(143)가 지지부재(142)를 따라 이동하지 않도록 잡아주는 고정요소가 더 형성되도록 하여 회전드럼(120)의 회전에 의해 측면덮개부재(143)에 회전력이 가해지는 크기로 형성되더라도 지지부재(142)에 설치된 위치를 유지할 수 있도록 구현될 수도 있다.
한편, 도시하지는 않았지만, 측면덮개부재(143)가 회전드럼(120)과 직접적으로 연결되는 고정형으로 구현되는 경우는 측면덮개부재(143)가 회전드럼(120)의 개구된 일면 측에 볼트 등을 이용하여 탈부착 가능하게 고정되어 개구된 일면의 일부 또는 전체를 형성하는 구조일 수 있을 것이다. 이 경우에도 측면덮개부재(143)의 중심부와 고정된 지지부재(142)는 여전히 정지된 상태를 유지해야하므로 그 중심부에 지지부재(142) 직경이상의 관통구가 형성되고 그 전체 직경은 회전드럼(120)의 개구된 일면의 전체 직경 이하인 볼베어링부재로 측면덮개부재(143)를 형성하게 되면, 관통구 외경에 위치한 부분만 회전되는 구조를 통해 회전유닛(130)에 의해 회전드럼(120)이 회전되는 경우에도 지지부재(142)가 회전 없이 고정될 수 있다. 한편, 측면덮개부재(143)가 회전드럼(120)과 직접적으로 연결되는 고정형으로 구현되는 경우는 상술된 바와 같이 회전드럼(120)과 측면덮개부재(143)의 분리가 용이하도록 진공챔버(110)의 본체(111)에 제3도어부가 형성되는 것이 바람직할 수 있다.
상술된 구성을 갖는 코팅유닛(140)은 스퍼터링 방식 또는 아크 증착 방식은 타겟 건 즉 코팅부재(141)를 사용하여 회전드럼(120) 내의 분말상에 코팅을 하게 된다. 하지만 코팅유닛(140)의 코팅부재(142)의 일 구현예인 스퍼터 건(sputter gun)이 지면에 평행한 회전축을 기준으로 수평으로 돌아가는 회전드럼(120) 안에 있기 위해서는 회전드럼(120)과는 분리되어 회전하지 않을 필요가 있는데, 회전드럼(120)과 코팅부재(141)의 분리가 상술된 구조의 측면덮개부재(143)를 통해 구현되는 것을 알 수 있다.
본 발명에서 코팅유닛(140)은 일예로 스퍼터링 방식의 코팅 물질 소스 및 에너지 공급부일 수 있는데, 이 경우 스퍼터링 방식의 코팅 물질 소스 및 에너지 공급부는 스퍼터 건, 스퍼터 건으로부터 스퍼터링되는 코팅 물질 타겟, 및 스퍼터 건에 고주파 전원 또는 DC전원을 공급하는 전원부를 포함하고, 코팅 물질 타겟은 도체 물질, 반도체 물질, 절연체물질 중 어느 하나일 수 있다.
또는 본 발명에서 코팅유닛(140)은 DLC 코팅을 위한 바이어스 인가에 의한 PECVD 방식의 코팅 물질 소스 및 에너지 공급부일 수도 있다. 즉 회전드럼(120)에 RF 바이어스 전원을 인가하여 회전드럼(120) 자체가 바이어스 인가되면서 C2H2 또는 C2H2와 Ar등의 혼합가스가 진공중에서 반응용기내로 유입된 상태에서 PECVD 방식에 의해서 분말에 DLC 층을 형성하는 것이 가능하기 때문이다. 한편 DLC 코팅은 Graphite 타겟을 사용하여 스퍼터링 방식으로도 분말에 코팅이 가능하다.
공정가스 공급유닛은 회전드럼(120) 또는 진공챔버(110)의 내부로 공정에 필요한 공정가스, 즉 스퍼터링 에너지를 공급하기 위한 플라즈마를 형성하기 위하여 불활성가스 등을 공급하고 차단하는 구성요소이며, 진공/배기 유닛은 진공챔버(110) 내부를 진공 상태로 하고, 공정가스 공급유닛에 의해 제공된 공정가스를 진공챔버로부터 배기시키기 위한 구성요소이다. 이 공정가스 공급유닛공급유닛 및 진공/배기 유닛의 동작은 컨트롤러(미도시)에 의해 제어된다. 공정가스 공급유닛 및 진공/배기유닛으로는 공지된 구성을 사용할 수 있는데, 특히 본 발명의 경우 스퍼터(Sputter) 등에 포함되는 공지의 증착 유닛에 사용되는 것을 채용할 수 있다.
상술된 구조를 갖는 본 발명에 따른 분말코팅장치의 동작에 대하여 설명한다.
먼저, 진공챔버(110)의 제1도어부(112) 및 제2도어부(113)를 개방하여 제1도어부(112)에 고정된 회전드럼(120)의 내부에 코팅하고자 하는 분말로 실리카를 넣고, 코팅유닛(140)으로 스퍼터링 방식의 코팅 물질 소스 및 에너지 공급부가 사용되는 경우 제2도어부(113)에 고정된 코팅부재(141)인 스퍼터건에 코팅물질타겟, 예를 들어 고전도성 물질 타겟과 같은 도체 물질인 은 타겟을 장착한 후 제1도어부(112) 및 제2도어부(113)를 닫아서 진공챔버(110)를 폐쇄한다. 이 때, 코팅물질 타겟으로서, 도체 물질 이외에 반도체 물질이나 절연체 물질의 타겟을 사용하는 것도 가능하다. 설명의 편의상 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
분말이 삽입된 회전드럼(120) 및 타겟이 장착된 코팅유닛(140)의 일부가 포함된 진공챔버(110)는 진공/배기 유닛)에 의해 진공챔버(110)내부를 진공 상태로 유지시킬 수 있다.
또한, 스퍼터링 에너지를 공급하기 위한 플라즈마를 형성하기 위하여 불활성가스, 예를 들어 알곤(Ar) 등을 공정가스공급유닛을 통하여 회전드럼(120) 또는 진공챔버(110)에 주입한다.
그 다음에, 진공챔버(110) 내의 반응 압력을 스퍼터링 증착에 적합한 반응 압력, 예를 들어 10-6 Torr ~ 10-7 Torr 범위의 반응 압력으로 조절하고 유지한다.
이어, 진공챔버(110) 내의 반응 압력이 안정 상태로 유지됨을 확인하고 나면, 회전드럼(120) 내의 분말을 교반시키기 위하여 회전유닛(130) 예를 들어 모터 등을 구동하여 회전드럼(120)을 360°회전 또는 구간 반복 회전 운동하도록 회전시킨다.
이어, 전원부로부터 예를 들어 100 W ~ 1000 W의 고주파 전원(또는 DC전원)을 스퍼터 건에 공급함으로써 회전드럼(120)내에 알곤(Ar) 플라즈마를 형성한다. 이때 생성된 알곤(Ar) 이온의 충돌에너지를 이용하여 코팅 물질타겟, 예를 들어 은 타겟의 은을 회전드럼(120)내의 회전이동중인 분말에 스퍼터링한다. 이때, 은 스퍼터링을 예를 들어 1시간 실시한다. 그 결과 실리카분말이 회전드럼(120)내에서 내부표면을 따라 구간반복 회전운동하면서 실리카분말의 표면에 균일하게 은층이 코팅된 은코팅실리카 분말을 얻을 수 있다.
구체적인 실시예로 제시하지는 않았으나, 본 발명의 분말코팅장치를 이용하게 되면 분말의 표면에 단층의 코팅층을 형성한 후 다시 다른 타겟을 이용하여 반복적으로 코팅공정을 수행하는 것이 가능하므로, 다층의 코팅층을 갖는 분말 예를 들어 Ag/Mo/Ti/실리카분말의 구조, Ag/실리카, Ag/Ti/실리카, Ag/Mo/실리카 등의 구조를 갖는 분말을 극히 용이하게 얻을 수 있다. 또한 Graphite 타겟을 스퍼터링하면서 분말코팅용기(반응용기)에 RF 바이어스를 인가하여 DLC 코팅을 분말에 할 수도 있다.
본 발명은 이상에서 살펴본 바와 같이 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.
100 : 분말코팅장치
110 : 진공챔버 111 : 본체
112 : 제1도어부 113 : 제2도어부
114 : 제1가이드레일부재 115 : 제2가이드레일부재
116 : 제1이동결합부재 117 ; 제2이동결합부재
120 : 회전드럼 121 : 원통구조
122 : 바 부재 130 : 회전유닛
131 : 회전동력부 140 : 코팅유닛
141 : 코팅부재 141a: 더스트커버 부재
142 : 지지부재 143 : 측면덮개부재

Claims (12)

  1. 일정 크기의 폐쇄된 내부공간이 형성되는 본체, 상기 본체의 양 측면에 상기 본체와 분리되는 구조로 각각 대향되게 설치되어 어느 하나 이상이 상기 본체와 분리되면 상기 내부공간이 열리는 구조로 형성되는 제1도어부 및 제2도어부를 포함하는 진공챔버;
    상기 진공챔버의 내부공간에 지면과 평행하게 설치되고, 양면 중 타면은 형성되고 일면은 일부 또는 전부가 개구된 일정길이를 갖는 원통구조로 형성되며 상기 원통구조 내부에 코팅하고자 하는 분말이 위치하는 회전드럼;
    상기 회전드럼의 개구되지 않은 타면과 결합되어 상기 회전드럼을 지지하도록 상기 진공챔버의 제1도어부에 고정 설치되어 지면에 평행한 회전축을 기준으로 상기 회전드럼을 360°회전시키는 구조를 갖는 회전유닛;
    상기 회전드럼의 개구된 일면 측에서 상기 회전드럼 내부로 삽입되어 상기 분말이 코팅물질로 코팅되도록 코팅물질소스와 에너지를 공급하는데, 상기 회전유닛에 의해 회전드럼이 회전되는 경우에도 정지 상태를 유지하도록 상기 진공챔버의 제2도어부에 고정 설치되는 코팅유닛;
    상기 회전드럼 내로 공정 가스를 제공하기 위한 공정가스 공급유닛; 및
    상기 진공챔버 내부를 진공 상태로 하며, 상기 공정가스 공급유닛에 의해 제공된 공정가스를 진공챔버로부터 배기시키기 위한 진공/배기 유닛; 을 포함하는데,
    상기 코팅유닛은 상기 회전드럼 내부에 삽입되어 상기 코팅물질소스와 에너지를 공급하는 코팅부재, 일단부는 상기 코팅부재와 연결되고 타단부는 상기 제2도어부에 고정되도록 지면과 평행하게 설치되어 상기 코팅부재를 지지하는 지지부재, 및 상기 코팅부재가 상기 회전드럼 내부에 삽입된 상태에서 상기 회전드럼의 개구된 일면이 형성되는 위치에서 상기 개구된 일면의 직경 이하의 크기로 상기 지지부재에 설치되는 측면덮개부재를 포함하고,
    상기 측면덮개부재가 상기 회전드럼의 일면에 고정되지 않으면, 그 중심부에 상기 지지부재 직경이상의 관통구가 형성되고 전체 직경은 상기 개구된 일면의 직경 이하인 테프론 소재의 원판형부재로 형성되어 원판형부재가 회전되지 않는 구조를 통해 상기 회전유닛에 의해 상기 회전드럼이 회전되는 경우에도 상기 지지부재가 회전 없이 고정되는 것을 특징으로 하는 분말코팅장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 진공챔버는 상기 제1도어부가 설치되는 상기 본체의 일측 외부 상부에서 그 길이방향으로 지면과 평행하게 형성되는 제1가이드레일부재, 상기 제2도어부가 설치되는 상기 본체의 타측 외부 상부에서 그 길이방향으로 지면과 평행하게 형성되는 제2가이드레일부재, 상기 본체로부터 상기 제1도어부가 열리면 상기 제1가이드레일부재를 따라 상기 제1도어부가 이동가능하도록 상기 제1도어부의 외측상단부와 상기 제1가이드레일부재를 연결 및 고정하는 제1이동결합부재, 및 상기 제2도어부가 열리면 상기 제2가이드레일부재를 따라 상기 제2도어부가 이동가능하도록 상기 제2도어부의 외측상단부와 상기 제2가이드레일부재를 연결 및 고정하는 제2이동결합부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 분말코팅장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제1이동결합부재 및 제2이동결합부재는 상기 제1가이드레일부재 및 제2가이드레일부재에 연결 및 고정된 상태에서 360°회전가능하게 설치되는 것을 특징으로 하는 분말코팅장치.
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 측면덮개부재가 상기 회전드럼의 일면에 고정되면, 그 중심부에 상기 지지부재 직경이상의 관통구가 형성되고 전체 직경은 상기 개구된 일면의 직경 이하인 볼베어링부재로 형성되어 관통구 외경에 위치한 부분만 회전되는 구조를 통해, 상기 회전유닛에 의해 상기 회전드럼이 회전되는 경우에도 상기 지지부재가 회전 없이 고정되는 것을 특징으로 하는 분말코팅장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 코팅부재는 상기 지면에 대향되는 상부에 더스트커버 부재가 더 형성되는 것을 특징으로 하는 분말코팅장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 회전유닛은 상기 제1도어부 외부에 설치되는 회전동력부; 및 그 일단부는 상기 회전동력부와 연결되고 그 타단부는 상기 진공챔버의 제1도어부를 관통하여 상기 회전드럼의 개구되지 않은 타면과 결합되어 상기 회전드럼을 지지하는 동시에 상기 회전동력부의 동력을 전달하여 상기 회전드럼을 회전시키는 회전축결합부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 분말코팅장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 회전축결합부는 상기 회전동력부와 연결되고 상기 제1도어부를 관통하여 상기 제1도어부의 내측면까지 형성되는 제1회전축부재 및 일단부는 상기 제1회전축부재와 연결되고 타단부는 상기 회전드럼의 타면의 중심부와 결합되는 제2회전축부재를 포함하고, 상기 제1회전축부재는 그 외부에 페로실이 형성되는 것을 특징으로 하는 분말코팅장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 회전드럼은 금속으로 형성되고, 상기 회전유닛을 통해 RF 파워 50W 이상의 바이어스가 인가되는 것을 특징으로 하는 분말코팅장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 회전드럼은 상기 원통구조의 내면에 수직하고 길이방향 전체에 일정 높이로 형성되는 빗살 모양의 바 부재가 1개 이상 형성되는 것을 특징으로 하는 분말코팅장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 코팅유닛은 스퍼터링 방식의 코팅 물질소스 및 에너지 공급부와 기상증착(evaporation) 방식 또는 DLC 코팅을 위한 바이어스 인가에 의한 PECVD 방식의 코팅 물질 소스 및 에너지 공급부 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 분말코팅장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 코팅 물질 타겟은 도체 물질, 반도체 물질, 절연체 물질 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 분말코팅장치.
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