KR20020095805A - 물체의 파릴렌 코팅방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 물체의 코팅에 관한 것이며, 그 목적은 물체의 표면에 파릴렌을 치밀하게 코팅함에 있다.

본 발명에 의한 물체의 파릴렌 코팅방법은 코팅하고자 하는 물체의 표면에 부착된 이물질을 제거한 후, 그 물체의 표면에 입자크기 5mm이하의 고체 이산화탄소를 분사하여 전처리하고 나서 전처리된 물체들의 표면 위에 파릴렌을 침착하여 코팅층을 형성한다. 이렇게 코팅된 물체는 매우 치밀하고 균일한 파릴렌 코팅층을 형성하여 도금라인 등 가혹한 환경 하에서도 각종 부품의 부식방지에 매우 효과적이다.

Description

물체의 파릴렌 코팅방법{A Method of Coating Body with Parylene}

본 발명은 물체의 코팅에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 각종 제품이나 부품 등에 파릴렌(parylene)을 치밀하게 코팅하는 방법에 관한 것이다.

파릴렌(parylene)은 불치환 및 치환 폴리-p-크실릴렌(poly para xylylene)에 사용하는 일반 용어이다. 이 파릴렌 중합체는 이합체(dimer)로부터 시작하여 제조될 수 있다. 미국 특허 제3,246,627호, 제3,301,707호 및 제3,600,216호에는 파릴렌의 설명과 그 제조방법 및 파릴렌을 석출시킬 수 있는 장치에 대한 기술이 개시되어 있다.

파릴렌 중합체로부터 형성된 층은 반도체 패키지뿐만 아니라 오일 가스켓 등의 자동차 부품 등에 다양하게 적용되고 있다.

대표적인 예로서, 대한민국 특허공개 제2000-52803호에는 파릴렌 코팅층을 기판에 적용한 기술이 개시되어 있다. 이 기술은 기판 내에 전기 도전층을 분리하는 절연층의 유전상수를 감소시키기 위해 기판의 표면에 파릴렌 단량체를 침착시켜 파릴렌 절연층을 형성하고, 그 절연층을 펄스 플라즈마 처리를 하는 것이다. 이 기술은 파릴렌 단량체를 기판에 침착하는 도중에 파릴렌 단량체의 접착력을 증가시키기 위해 펄스 플라즈마 처리를 행한다.

다른 예로서, 대한민국 특허 제136,615호에는 반도체 칩과 리드를 와이어 본딩한 후 수지로 몰딩하기 전에 파릴렌 중합체 층을 형성하는 방법이 개시되어 있다. 이 기술은 디파라크실릴렌을 150℃, 1torr에서 파라크실렌으로 기화시키고, 파라크실렌을 690℃, 0.5torr에서 열분해시킨 다음, 코팅부 내에서 열분해된 파라크실렌을 35℃, 0.1torr하에서 와이어 본딩을 마친 리드 프레임 전체를 코팅하여 폴리파라크실렌을 형성시키는 코팅방법이다. 이 코팅방법에 의해 형성된 파릴렌 중합체 층은 절연이 우수하여 본딩 와이어의 단락이나 처짐 등으로 인한 전기적 불량을 방지한다.

또 다른 예로서, 대한민국 특허 제171,150호에는 차량용 실리콘제 가스킷의 유출방지 코팅방법이 개시되어 있다. 이 기술은 내유성 가스킷과 파릴렌 N, 파릴렌 D, 파릴렌 C 및 그 혼합물로 구성되는 그룹에서 선택한 유기질 폴리머 코팅을 다공성 탄성 가스킷에 처리하는 방법이다.

한편, 비메모리 반도체를 생산공정에서 전기적 특성을 높이기 위하여 도금 공정이 필수적이다. 이 도금 공정에서는 메틸술폰산(CH₃SO₃H)을 도금용액으로 사용한다. 이 도금용액은 독성이 강한 강산으로 도금라인에 사용되는 각종 파이프, 부품 및 지그 등을 침식시킨다. 도금라인에 사용되는 각종 부품들에 대한 부식 문제를 해결하고자 종래에는 부품 자체를 내식강이나 스테인레스 강재를 사용하든가 테프론 코팅을 하였다. 나아가, 코팅층의 밀착성을 향상시키기 위하여 코팅 전 부품 표면을 사전에 모래로 분사처리(sanding)한 후 다양한 방식으로 코팅처리를 행하였다. 그러나, 현재까지 도금라인의 부품들에 파릴렌 코팅층을 형성한 기술은 없었다. 더욱이, 도금라인 등 보다 가혹한 환경에서는 사용되는 물체에 대해 상기와 같은 파릴렌 코팅방법에 의하여 코팅층을 형성하더라도 부품들이 쉽게 부식이 발생되어 기능이 크게 떨어지는 문제가 있다.

본 발명의 목적은 물체에 치밀한 파릴렌 코팅층을 형성하는 코팅방법을 제공함에 있다.

나아가, 본 발명의 다른 목적은 가혹한 환경 하에서 사용되는 물체의 표면을 코팅하기 전 전처리를 수행하므로써 분자상태의 파릴렌 코팅을 유도하여 매우 치밀하고 균일한 파릴렌 코팅층을 물체의 표면에 형성하는 코팅방법을 제공함에 있다.

도1a 및 도1b는 본 발명에 의해 파릴렌 코팅된 탄소강과 코팅되지 않은 내식성 소재에 대한 무게 감량을 각각 비교한 그래프이다.

도2a 및 도2b는 본 발명에 의해 파릴렌 코팅된 탄소강 부품과 코팅되지 않은 내식성 부품에 대한 부식 정도를 관찰한 표면 사진이다.

도3a 및 도3b는 본 발명에 의해 파릴렌 코팅된 기어와 테프론 코팅된 기어의 부식 정도를 관찰한 사진이다.

도4는 본 발명에 의해 코팅된 다른 제품의 사진이다.

상기 목적 달성을 위한 본 발명에 의한 코팅방법은 코팅하고자 하는 물체의 표면에 부착된 이물질을 제거한 후, 그 물체의 표면에 입자크기 5mm이하의 고체 이산화탄소를 분사하여 전처리하는 단계; 및

상기 전처리된 물체들의 표면 위에 파릴렌을 침착하여 코팅층을 형성하는 단계를 포함하여 구성된다.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명에 의한 코팅방법은 전자부품이나 각종 기계 부품 등의 모든 물체에 적용되나, 도금라인과 같은 보다 가혹한 부식환경 하에서 사용되는 부품이면 더욱 유용하다. 특히 메틸술폰산을 도금용액으로 사용하는 반도체 부품의 도금라인에 적용되는 부품들의 코팅에 매우 유용하다.

본 발명에 의한 코팅방법은 우선, 코팅하고자 하는 물체에 파릴렌 코팅층을 형성하기 전에 전처리를 행할 필요가 있다. 전처리는 코팅하고자 하는 물체의 표면에 부착된 이물질을 제거한다. 물체가 단단한 경우, 예를들어 도금라인에서 사용되는 금속 부품인 경우 물체의 표면에 모래를 분사하여 처리(sanding)하거나 공기를 분사하여 표면적을 크게 하는 것이 바람직하다.

그 다음, 물체의 표면에 잔존하고 있는 모래나 기타 미세한 이물질을 완전히 제거하기 위하여 물체의 표면에 고체 이산화탄소를 분사한다. 고체 이산화탄소의 분사는 물체 및 물체의 표면에 부착된 이물질 정도에 따라 달라질 수 있다. 물체 표면에 부착된 이물질이 작거나 그 부착 정도가 약할 경우 고체 이산화탄소는 스노우(snow) 상태로 분무하여도 된다. 일례로, 전자 부품과 같이 민감한 물체에 코팅을 하고자 할 때는 고체 이산화탄소를 스노우 상태로 분무함이 바람직할 것이다. 그러나, 단단한 기계 부품이거나 물체 표면에 부착된 이물질이 크거나 부착 정도가 단단한 경우 고체 이산화탄소는 펠릿 형태로 분사하는 것이 바람직하다. 가장 바람직하게는 물체나 이물질의 종류에 상관없이 고체 이산화탄소를 스노우 상태로 분무한 후, 펠릿 형태로 분사하는 것이다. 펠릿 형태는 그 크기를 약 5mm 이하로 하는 것이 적당하다. 그 이상의 펠릿을 사용하는 것은 청정 효과에 크게 도움이 되지 않는다.

이와같은 고체 이산화탄소에 의한 표면 전처리는 물체의 표면을 냉각시키면서 표면에 충격을 가하기 때문에 이물질과 물체의 열팽창 차이로 인해 물체 표면에 부착된 이물질이 제거가 매우 용이하다. 이에 따라 물체의 표면에 파릴렌 코팅층을 형성하면 매우 치밀한 코팅층이 얻어질 수 있다. 실제로 본 발명의 전처리에 따르면 물체 표면의 미세한 홀에 부착되어 홀을 막고 있는 이물질까지 제거되어 미세한 홀까지 파릴렌 코팅이 가능하다. 또한, 미세 홀뿐만 아니라 예리한 모서리나 깊은 골, 물체의 이면에도 치밀한 코팅층이 형성될 수 있다. 이러한 전처리를 통해 물체에 치밀한 코팅층을 유도할 수 있어 물체 내의 부식성이 강한 물질을 차단하고, 습기가 유입되는 것을 방지할 수 있다. 상기 전처리는 적어도 2회 이상 행하면 더욱 효과적이다.

이와같이 전처리를 마친 물체는 표면에 파릴렌 코팅층을 형성한다. 코팅층의 형성에 필요한 파릴렌은 파릴렌 "N"(di-para-xylylene), 파릴렌 "C"(di-chloro-para- xylylene), 파릴렌 "D"(tetra-chloro-xylylene)를 사용할 수 있다. 가장 바람직하게는 파릴렌 "C" 또는 "D"를 사용하는 것이다.

본 발명에서 파릴렌 코팅 형성은 어떠한 증착 방식을 사용하여도 무방하나, 진공증착을 사용함이 바람직하다. 바람직하게는 이온 플레이팅에 의해 코팅층을 형성하는 것이다. 일례로, 본 발명에서의 이온 플레이팅 진공증착은 디파라크실릴렌을 150~ 200℃, 0.5~ 1.5torr에서 파라크실렌으로 기화시키고, 파라크실렌을 650~ 750℃, 0.2~ 0.8torr에서 열분해시킨 다음, 열분해된 파라크실렌을 상온, 0.05~ 0.15torr하에서 챔버 내에 장입된 물체의 표면을 코팅하여 폴리파라크실렌을 형성함이 적합하다. 이러한 증착조건은 물체의 손상을 방지하면서 치밀하고 효율적인 코팅을 가능하게 한다.

이하, 본 발명을 실시예를 통하여 구체적으로 설명한다.

[실시예 1]

발명예(1-3)

탄소강 시험편을 준비하고, 준비된 탄소강 시험편의 표면을 모래로 분사하여 표면을 청정처리하였다. 그 후, 약 3mm 정도 크기의 드라이아이스를 시험편에 분사시킨 다음, 시험편의 표면에 약 10㎛ 두께의 파릴렌 코팅층을 형성하였다. 파릴렌 코팅층은 파릴렌 "C", "D", "N"의 3종류의 파릴렌을 각각 170℃, 1torr에서 이합체로 기화시키고, 다시 680℃, 0.5torr에서 이합체를 열분해시켜 단량체로 한 다음, 챔버 내에 시험편을 장입하여 상온, 0.1torr하에서 코팅하여 형성하였다.

이렇게 코팅된 각각의 시험편들을 각각 98%의 메틸술폰산 도금용액에 침적하여 각 시험편들에 대하여 시간에 따른 무게 감량을 측정하고, 그 결과를 도1a에 나타내었다.

종래예(1-3)

시험편의 소재를 각각 내식강, STS 316 및 304로 바꾸어 코팅하지 않은 상태에서 동일한 도금용액에서 부식정도를 측정하고, 그 결과를 도1b에 나타내었다.

도1a와 도1b에 나타난 바와 같이, 본 발명에 의해 파릴렌 코팅된 탄소강 시험편들은 내식성이 우수한 소재들에 비하여 부식환경 하에서 내부식 정도가 크게 향상됨을 알 수 있었다. 특히, 본 발명의 경우 파릴렌 "D"를 사용한 경우 가장 부식 진행이 작음을 알 수 있다.

[실시예 2]

메틸술폰산을 도금용액으로 사용하는 도금라인에 적용되는 부품을 각각 탄소강(발명예 4)과 내식강(종래예 4)로 제작한 후 탄소강 소재 부품에는 본 발명의 파릴렌 코팅처리를 하고, 메틸술폰산 도금용액에 침적한 후 부식정도를 관찰하였다.도2는 그 결과를 보이고 있다. 도2a는 탄소강 소재의 부품에 본 발명의 파릴렌 코팅처리된 경우이고, 도2b는 내식강 소재로 제작되어 코팅처리되지 않은 경우이다.

도2에 나타난 바와 같이, 본 발명에 의해 코팅처리된 일반 소재의 경우 내식성이 우수한 소재에 비하여 표면의 내부식 정도가 매우 우수함을 확인할 수 있다.

[실시예 3]

발명예(5)

비메모리 반도체 도금라인에 적용되는 기어(소결제품)에 대하여 실시예 1의 발명예와 동일한 방법으로 파릴렌 코팅층을 형성하였다.

이렇게 코팅된 기어에 대하여 KS D 9502에 따라 염수분무 시험을 행하였다. 도3a는 그 코팅된 기어의 부식 상태를 보이고 있다.

종래예(5)

발명예(5)와 동일한 기어에 대하여 모래로 분사한 후, 테프론 코팅처리하여 동일한 방식으로 염수분무 시험을 행하였다. 도3b는 그 테프론 코팅된 기어의 부식 상태를 보이고 있다.

도3에 나타난 바와 같이, 본 발명에 의한 파릴렌 코팅된 기어의 경우 약 400시간 경과 후에도 부식이 전혀 일어나지 않는 반면, 테프론 코팅된 기어의 경우 약 24시간이 경과한 후에 많은 부식이 진행됨을 보이고 있다.

[실시예 4]

도금라인에서 사용되는 제품걸이에 대하여 발명예와 같은 방법으로 파릴렌 코팅층을 형성하였다. 도4는 그러한 코팅된 제품걸이의 모습을 보이고 있다.

도4에 보는 바와 같이, 본 발명에 의한 코팅층은 표면이 매우 미려하고, 부식 진행 정도가 작아 제품 수명이 약 1개월 이상이 연장되었다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 의하면 파릴렌 코팅하기 전에 전처리를 수행하므로써 분자상태의 코팅을 유도하여 매우 치밀하고 균일한 파릴렌 코팅층을 형성할수 있으며, 이렇게 코팅층이 형성된 물체는 부식이 심한 환경하에서도 장기간 전혀 부식 발생이 없었다. 결국, 본 발명의 코팅방법은 전자 부품 뿐만 아니라 각종 기계 부품은 물론 내부식성과 미려한 표면이 요구되는 각종 물체에 매우 유용하게 적용될 수 있다.

Claims (8)

1. 코팅하고자 하는 물체의 표면에 부착된 이물질을 제거한 후, 그 물체의 표면에 고체 이산화탄소를 분사하여 전처리하는 단계; 및

   상기 전처리된 물체들의 표면 위에 파릴렌을 침착하여 코팅층을 형성하는 단계를 포함하여 구성되는 물체의 파릴렌 코팅방법.
2. 제1항에 있어서, 코팅하고자 하는 물체의 표면에 모래를 분사(sanding)하여 미리 이물질을 제거함을 특징으로 하는 코팅방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 전처리 단계에서 고체 이산화탄소는 입자 크기 5mm 이하의 펠릿으로 분사함을 특징으로 하는 코팅방법.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 전처리 단계에서 고체 이산화탄소는 스노우 상태로 분무함을 특징으로 하는 코팅방법.
5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 전처리 단계에서 고체 이산화탄소는 스노우 상태로 분무한 후, 입자 크기 5mm 이하의 펠릿 형태로 분사함을 특징으로 하는 코팅방법.
6. 제1항에 있어서, 상기 전처리는 적어도 2회 이상 행함을 특징으로 하는 코팅방법.
7. 제1항에 있어서, 상기 코팅층은 진공증착을 행하여 형성함을 특징으로 하는 코팅방법.
8. 제1항에 있어서, 상기 물체는 도금라인에 사용되는 부품임을 특징으로 하는 코팅방법.