KR20010088099A - Electrode for plasma polymerization apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 플라즈마를 이용한 고분자 중합 장치용 전극에 관한 것이다.The present invention relates to an electrode for polymer polymerization devices using plasma.
종래에는 고분자 중합체를 합성하여 시료표면을 개질시키기 위하여, 높은 에너지(수십 keV ~ 수MeV)를 이용한 이온주입(ion implantation)이나 이온빔 조사(ion irradiation)방법을 이용하거나, 비교적 낮은 에너지(0 ~ 수keV)의 입자를 생성하는 이온원(ion source)을 이용하는 이온빔 스퍼터링(ion beam sputtering deposition)이나 다중 이온원 증착(multi ion beam deposition) 또는 이온도움 증착(ion assisted deposition)을 이용하여 고분자를 시료표면에 증착하는 방법을 사용하였다.Conventionally, in order to modify the surface of a sample by synthesizing a polymer, ion implantation or ion beam irradiation using high energy (tens of keV to several MeV) is used or relatively low energy (0 to number) the polymer surface by ion beam sputtering, multi ion beam deposition, or ion assisted deposition using an ion source that generates particles of keV The deposition method was used.
그러나 이러한 방법은 비교적 높은 에너지와 저진공상태를 요구하기 때문에, 고분자의 합성이 용이하지 않고, 소요되는 비용이 높은 단점이 있었다.However, since this method requires a relatively high energy and low vacuum state, the synthesis of the polymer is not easy and the cost required is high.
따라서, 낮은 에너지와 저진공상태에서 시료기판위에 고분자 중합체를 형성시킬 수 있는 플라즈마를 이용한 표면처리방법이 개발되었다. 상기 방법에서는, 챔버내에 진공을 인가하고, 합성하고자 하는 물질의 모노머(monomer)들로 된 반응성 가스를 일정량 챔버 내부로 주입한 후, 전력공급장치를 사용하여 직류 또는 고주파로 방전시키면, 그 반응성 가스의 플라즈마가 발생하고, 그 중 소정의 이온들이 시료기판 또는 전극으로 이동하여 그 위에 소정의 고분자 중합체를 합성시킨다. 이때, 반응가스의 종류 및 혼합비율, 직류전류·전압, 고주파전력 또는 증착시간 등에 따라 여러 가지 다양한 화학결합이 이루어져, 표면강도, 접착·흡착, 친수·소수성과 같은 필요한 물성을 가지는 고분자 중합물을 시료표면에 증착시킴으로써, 시료기판의 고유한 성질에는 영향을 주지 않고 시료표면을 개질시킬 수 있다.Therefore, a surface treatment method using a plasma capable of forming a polymer polymer on a sample substrate in a low energy and low vacuum state has been developed. In the above method, a vacuum is applied to the chamber, a reactive gas of monomers of the material to be synthesized is injected into the chamber, and then discharged at a direct current or high frequency using a power supply device. Plasma is generated, and predetermined ions are transferred to the sample substrate or the electrode to synthesize the predetermined polymer thereon. At this time, various chemical bonds are made according to the type and mixing ratio of the reaction gas, DC current, voltage, high frequency power or deposition time, and the polymer polymer having the required physical properties such as surface strength, adhesion and adsorption, hydrophilicity and hydrophobicity is sampled. By depositing on the surface, the sample surface can be modified without affecting the inherent properties of the sample substrate.
이러한 플라즈마를 이용한 종래의 고분자 중합 장치는 도 1의 구성을 갖는다. 플라즈마를 이용한 고분자 중합은 가스 주입구 (7)와, 가스 배기구 (8)와, 진공 펌프 (9) 및 시료에 전위차를 발생시키는 전극 (3)을 갖는 중합 챔버 (1)내에서 이루어지고, 시료 (2)를 풀림 챔버 (4)에서 롤러 (6)를 거쳐 감김 챔버 (5) 방향으로 이송시키면서 진공 펌프 (9)를 기동시켜 챔버 내부의 압력을 조절하고 전극 (3)에 의해 시료에 전위차를 발생시키면, 가스 주입구 (7)를 통해 주입된 반응가스가 시료 (2) 표면상의 유도되면서 플라즈마가 방전된다. 플라즈마 방전시 반응가스들의 분자 결합이 끊어지게 되고, 끊어진 결합과 활성화된 양이온이나 음이온들이 결합하여 전극 사이로 진행하는 시료 (2) 표면에 고분자 중합물이 형성된다.The conventional polymer polymerization apparatus using such a plasma has the configuration of FIG. Polymer polymerization using plasma is carried out in a polymerization chamber (1) having a gas inlet (7), a gas exhaust port (8), a vacuum pump (9), and an electrode (3) for generating a potential difference in the sample. 2) is transferred from the unwinding chamber 4 through the roller 6 to the winding chamber 5 to start the vacuum pump 9 to regulate the pressure inside the chamber and generate a potential difference in the sample by the electrode 3. Then, the plasma is discharged while the reaction gas injected through the gas injection port 7 is guided on the surface of the sample 2. During plasma discharge, the molecular bonds of the reaction gases are broken, and the polymer polymer is formed on the surface of the sample (2) which is broken and the activated cations or anions are bonded to each other and proceed between the electrodes.
그러나, 지금까지는 상기 전극 (3)으로 판상형 전극을 사용하였기 때문에 에지(edge)부에서의 탄화현상이 발생하고, 생성된 탄화물이 시료 (2)의 표면에 떨어져 시료표면을 오염시키는 문제점이 있었다. 또한, 판상형 전극 (3)의 에지부에서 플라즈마 방전시 불규칙한 아크가 발생하여 생성된 중합물의 품질과 균일성에 심각한 문제를 초래한다. 또한, 이러한 탄화 현상이 에지부에만 집중되므로 장시간 가동시 전극을 자주 교체해 주어야 하는 문제점이 있었다.However, until now, since the plate-shaped electrode was used as the electrode 3, there was a problem in that carbonization occurred at the edge portion, and the produced carbide fell on the surface of the sample 2 to contaminate the sample surface. In addition, irregular arcs occur during plasma discharge at the edge of the plate-shaped electrode 3, which causes serious problems in the quality and uniformity of the resulting polymer. In addition, since such carbonization is concentrated only at the edge, there is a problem in that the electrode needs to be replaced frequently during long operation.
따라서, 본 발명은 상술한 판상형 전극의 문제점을 해결하는 것을 목적으로 한다.Therefore, an object of the present invention is to solve the above-mentioned problem of the plate-shaped electrode.
도 1은 종래 기술에 따른 플라즈마를 이용한 표면처리장치의 모식도이다.1 is a schematic diagram of a surface treatment apparatus using a plasma according to the prior art.
도 2는 본 발명에 따른 플라즈마를 이용한 표면처리장치용 전극을 보여준다.2 shows an electrode for a surface treatment apparatus using a plasma according to the present invention.
*** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ****** Explanation of symbols for main parts of drawing ***
1: 중합챔버 2: 시료1: polymerization chamber 2: sample
3: 전극 4: 풀림 챔버3: electrode 4: loosening chamber
5: 감김 챔버 6: 롤러5: winding chamber 6: roller
7: 가스 주입구 8: 가스 배기구7: gas inlet 8: gas exhaust
9: 진공펌프9: vacuum pump
이에, 본 발명은 다수의 구멍을 갖는 박판으로 이루어지는 전극을 갖는 플라즈마를 이용한 고분자 중합 장치용 전극을 제공한다. 여기서, 상기 다수의 구멍은 규칙적으로 형성되는 것이 바람직하고, 상기 전극의 양단부에 전극 집게용 여유부를 포함하는 것이 바람직하다.Accordingly, the present invention provides an electrode for polymer polymerization apparatus using a plasma having an electrode made of a thin plate having a plurality of holes. Here, the plurality of holes is preferably formed regularly, it is preferable to include a spare portion for electrode clamps at both ends of the electrode.
본 발명에 따른 발명자들은 종래의 판상의 전극에서 에지부에 탄화현상이 집중되는 까닭은 판상 전극의 내면부에 비해 에지부에서 전자 혹은 이온이 방출이 격심해 플라즈마 방전이 집중되기 때문이라는 것을 인식하고 이러한 에지부를 전극면 전체에 골고루 분포시킬 수 있도록 하기 위해 연구하던 중 본 발명을 완성하게 되었다. 즉, 판상 전극의 에지부는 두 개 이상의 면이 만나는 부분으로 에지부에 해당하는 부분 (두 개 이상의 면이 만나는 부분)을 전극면 전체에 다수 형성시키는 경우 전극면 전체에 걸쳐 균일한 플라즈마 방전을 얻을 수 있을 것으로 생각하였다.The inventors of the present invention recognize that carbonization is concentrated at the edge portion of the conventional plate-shaped electrode because the plasma discharge is concentrated due to the intense emission of electrons or ions at the edge portion compared to the inner surface portion of the plate-shaped electrode. The present invention was completed while studying to distribute the edges evenly over the entire electrode surface. That is, when the edge portion of the plate-like electrode is formed where two or more surfaces meet, and a plurality of portions (parts where two or more surfaces meet) corresponding to the edge portion are formed on the entire electrode surface, a uniform plasma discharge can be obtained over the entire electrode surface. I thought I could.
본 발명의 구성 및 작용을 첨부한 도면에 따라 설명하면 다음과 같다.Referring to the configuration and operation of the present invention according to the accompanying drawings as follows.
도 2에 보인 바와 같이, 본 발명에 따른 전극은 다수의 구멍을 갖는다. 이러한 전극의 각각의 구멍은 판상 전극의 에지부와 마찬가지로 두 개 이상의 면이 만나는 부분을 형성하고, 여기에서 전자 혹은 이온의 방출이 집중되게 된다. 이러한 구멍은 규칙적으로 형성될 수도 있고, 불규칙적으로 형성될 수도 있지만 규칙적으로 형성되는 경우 단위 면적 당 구멍의 수를 더 많이 형성할 수 있으므로 규칙적으로 형성되는 것이 바람직하다. 또한, 상기 전극의 양 단부는 전극 집게가 체결될 수 있는 여유부를 두는 것이 바람직하지만, 이러한 여유부가 반드시 필요한 것은 아니다.As shown in Fig. 2, the electrode according to the present invention has a plurality of holes. Each hole of such an electrode forms a portion where two or more surfaces meet, like the edge portion of the plate-shaped electrode, where the electron or ion emission is concentrated. Such a hole may be formed regularly or irregularly, but when formed regularly, it is preferable that the hole be formed regularly because more holes may be formed per unit area. In addition, although both ends of the electrode preferably have a margin to which the electrode clamp can be fastened, such a margin is not necessary.
또한, 도 2에는 구멍의 직경이나 구멍 사이의 간격이 예시되고 있으나, 이러한 상세는 실제 적용 과정에서 얼마든지 변경 가능하다.In addition, although the diameter of the hole or the gap between the holes is illustrated in FIG. 2, these details can be changed as much as possible in the actual application process.
본 발명에 따르면, 판상 전극 에지부의 탄화를 방지할 수 있고, 아크 발생을최소화할 수 있으므로 장시간 동안의 플라즈마 고분자 중합막 합성 과정중에 전극을 반영구적으로 사용할 수 있게 된다. 아울러, 시료 표면 전체에 걸쳐 균일하게 전압을 인가하여 균일한 플라즈마 방전을 가능하게 한다.According to the present invention, carbonization of the plate electrode edge portion can be prevented and arc generation can be minimized, so that the electrode can be used semi-permanently during the synthesis process of the plasma polymer film for a long time. In addition, a uniform voltage is applied across the entire surface of the sample to enable uniform plasma discharge.
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