KR20030063265A - 플라스틱 제품의 진공증착 코팅장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 3상 저온 플라즈마전극을 이용하여 플라스틱제품의 표면을 활성화 한 후, 원주형 마그네트론스퍼터링소스를 이용하여 실드박막을 진공증착할 수 있는 저비용 고품질의 코팅장치를 제공하여 제품의 구조에 관계없이 균일한 두께로 코팅이 가능하도록 한 플라스틱 제품의 진공증착 코팅장치에 관한 것으로서,

상기 코팅장치(100)는,

방전매체로 사용되는 아르곤(Ar)가스를 주입할 수 있도록 압력게이지(30)을 가지는 질량유량게이지(MFC;31)와 배기가스 방출을 위한 배기구(32)를 가지고 구비되는 진공챔버(33)와;

상기 진공챔버(33)의 내부에 구비되는 레일(34)에 활주가능하게 바퀴(35)를 가지고 설치되는 이동대차(36)와;

상기 이동대차(36)의 상방 양측에 서포터(37)로 유지되는 가이드로울러(38)의 상방에 구비되는 외부지그(39)과;

상기 외부지그(39)의 내측에는 일정간격을 유지시켜 이동대차(36)의 중앙에서 세워지는 지지대(41)로 유지되는 내부지그(40)와;

상기 외부지그(39)과 내부지그(40)상간에 형성되는 코팅공간(S)에는 플라즈마 발생을 위한 다수개의 수냉 플라즈마전극(50)과;

스퍼터링 작동으로 플라스틱제품(P)에 코팅을 수행하는 다수개의 마그네트론스퍼터링소스(60)와;

상기 배기구(32)에는 조절실드(81)를 가지고 연결되는 배기관(82)과;

상기 배기관(82)에는 고진공주밸브(83)와 오일냉각트랩(84)을 가지고 연결되는 확산펌프(85)와;

상기 확산펌프(85)와 연결되는 부스터펌프(88) 및 로터리펌프(86)와;

상기 고진공주밸브(83)에 저진공밸브(87)를 가지고 연결되는 부스트펌프(88)를 가지는 진공배기시스템(80)을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

플라스틱 제품의 진공증착 코팅장치{Coating system of vacuum plating for plastic parts}

본 발명은 플라스틱 제품의 진공증착 코팅장치에 관한 것으로서 더욱 상세하게는 플라스틱 제품의 표면에 전도성 실드 박막층을 용이하게 코팅할 수 있도록 한 장치의 제공에 관한 것이다.

플라스틱은 탄소, 수소로 구성된 유기물질로서 그 화학적 구조상 전기적 중성으로 뚜렷한 절연성을 가지고 있지만, 내열성은 낮고 코팅에는 미약한 밀착력을 갖고 있다.

플라스틱 제품은 휴대폰이나 컴퓨터, 가전제품 및 기타 산업용 전기 전자제품들의 케이스로 많이 사용되고 있다.

현재 플라스틱 제품에 대한 코팅은 대부분이 화학적 건식 동코팅 후 습식 코팅을 진행하거나 혹은 스프레이 코팅방식을 채택하고 있는 실정이다.

이러한 코팅방식은 조작이 복잡하고 막두께의 불균일성과 환경오염을 가중시키고 시간이 경과함에 따라 코팅층이 분리되는 등의 문제점들이 발생하고 있다.

일반적으로 널리 사용되고 있는 전기, 전자, 통신기기의 부품은 정밀코팅 또는 유해 전자파를 차단하기 위한 실드코팅을 수행하고 있는 데, 이러한 코팅에 스프레이 방식의 경우에는 전도성 금속분말을 섞어서 스프레이하게 되므로 작업성이좋지 않게 되고 전기 저항이 크므로 코팅두께를 두껍게 하여야 하는 문제점과 더불어 코팅된 두께가 불균일하게 되는 등의 문제점이 있다.

최근에 들어서는 진공챔버 내에서 플라스틱 제품을 저온 이온빔 처리하거나 알에프(RF)플라즈마 처리를 거친 후 진공증착을 수행하는 진공코팅장치가 개발되어 사용되고 있다.

이러한 진공코팅장치는 이온빔장치와 알에프(RF)파워 등의 장치가 고가인 단점과 더불어, 종래의 진공코팅장치에 사용되는 평면 마그네트론스퍼터링소스는 증발각도가 제한(한정)되기 때문에 복잡한 구조물을 코팅하는 경우에는 불균일코팅 또는 비코팅면이 발생되어 효율성과 생산성 등이 저하되는 여러 문제점들이 있었다.

이에 본 발명에서는 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위하여 발명한 것으로서 플라스틱 제품의 표면을 진공상태에서 플라즈마 처리를 하여 플라스틱 제품의 표면이 에칭, 또는 활성화 되어 물리적 부착이 강화되는 것은 물론, 표면분자가 부분적으로 과산화구조로 전환되어 화학적 부착도 가능하게 되는 점을 감안하여, 본 발명에서는 저렴하면서도 안전한 플라즈마 처리를 위하여 3상 저온 플라즈마를 이용하여 뚜렷한 밀착력을 가지도록 하고, 전방향(360°)에 대한 증발각도를 가지는 원주형 마그네트론스퍼터링소스를 사용하는 코팅장치를 제공하는 것을 특징으로 한다.

상기 코팅장치를 사용하여 코팅하고자 하는 플라스틱 제품의 구조에 관계없이 전 영역에 걸쳐 균일한 코팅이 가능하도록 함으로서 코팅된 제품의 품질을 향상시킬 수 있도록 하는 데 가장 큰 목적을 가진다.

도 1은 본 발명의 기술이 적용된 플라스틱 제품의 진공증착 코팅장치를 도시한 구성도.

도 2는 본 발명인 플라스틱 제품의 진공증착 코팅장치에 사용되는 3상 저온 플라즈마 전극의 전기적 구성도.

도 3은 본 발명인 플라스틱 제품의 진공증착 코팅장치에 적용되는 원주형 마그네트론 스퍼터링 소스의 구성도.

도 4는 본 발명인 플라스틱 제품의 진공증착 코팅장치에 적용되는 원주형 마그네트론 스퍼터링 소스의 다른 구성도.

도 5는 본 발명인 플라스틱 제품의 진공증착 코팅장치에 적용되는 진공배기관계를 도시한 구성도.

*도면의 주요 부분에 사용된 부호의 설명*

33; 진공챔버

39; 외부지그

40; 내부지그

50; 플라즈마전극

60; 마그네트론스퍼터링소스

80; 진공배기시스템

이하 첨부되는 도면과 관련하여 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 구성과 작용에 대하여 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 기술이 적용된 플라스틱 제품의 진공증착 코팅장치를 도시한 구성도, 도 2는 본 발명인 플라스틱 제품의 진공증착 코팅장치에 사용되는 3상 저온 플라즈마 전극의 전기적 구성도, 도 3은 본 발명인 플라스틱 제품의 진공증착 코팅장치에 적용되는 원주형 마그네트론 스퍼터링 소스의 구성도, 도 4는 본 발명인 플라스틱 제품의 진공증착 코팅장치에 적용되는 원주형 마그네트론 스퍼터링 소스의 다른 구성도, 도 5는 본 발명인 플라스틱 제품의 진공증착 코팅장치에 적용되는 진공배기관계를 도시한 구성도로서 함께 설명한다.

본 발명의 기술이 적용되는 코팅장지(100)는,

일측에 방전매체로 사용되는 아르곤(Ar)가스나 산소를 주입할 수 있도록 압력게이지(30)을 가지는 질량유량게이지(MFC;31)를 가지고, 다른 측에는 진공배기를 위한 배기구(32)를 가지는 원통형의 진공챔버(33)를 구비한다.

상기 진공챔버(33)의 내부에는 진공챔버(33)의 축방향으로 일정간격을 유지시켜 구비되는 레일(34)에 활주가능하게 바퀴(35)를 가지는 이동대차(36)를 설치한다.

상기 이동대차(36)의 상방 양측에 서포터(37)로 유지되는 가이드로울러(38)의 상방에는 양측이 개방된 관체타입의 외부지그(39)을 구비하고, 상기 외부지그(39)의 내측에는 일정간격을 유지시켜 내부지그(40)를 설치하여 이동대차(36)의 중앙에서 세워지는 지지대(41)에 의하여 유지되도록 한다.

상기 외부지그(39)의 내측과 내부지그(40)의 외측면에는 코팅하고자 하는 플라스틱 제품(P)을 장착하는 것은 당연할 것이다.

상기 외부지그(39)은 진공챔버(33)의 외부에 설치되는 모터와 감속기로 구성되는 구동수단(42)과 커플러 등과 같은 착탈수단에 의하여 연결되는 가이드로울러(38)에 의하여 회전하도록 한다.

상기 내부지그(40)은 가이드로울러(38)와 함께 설치되는 원동체인기어(43)와 내부지그(40)을 유지하는 지지대(41)의 상,하측에 설치되는 중간 및 피동체인기어(44,45)와 체인(46)으로 연결하여 구동하도록 한다.

상기 외부지그(39)과 내부지그(40)상간에 형성되는 코팅공간(S)에 위치하는 진공챔버(33)에는 플라즈마 발생을 위한 다수개의 수냉 플라즈마전극(50)과 스퍼터링 작동으로 플라스틱제품(P)에 코팅을 수행하는 다수개의 마그네트론스퍼터링소스(60)를 설치하고, 상기 배기구(32)에는 진공배기시스템(80)을 연결한다.

물론, 상기 코팅공간(S)에는 플라스틱제품(P)을 예열하여 잠재기체의 방출을 촉진시켜 코팅품질을 향상시키기 위한 히터(47)를 설치하고, 상기 히터(47)의 가열온도 및 진공챔버(33) 내부의 온도를 감지하기 위한 온도센서(48)를 적정위치에 설치한다.

상기 플라즈마전극(50)은, 3상 외부전원(380v)으로 부터 SRC전압제어기(51)와 승압변압기(52)를 통하여 필요한 전압을 파형변화기(53)에 입력하고, 상기 파형변화기(53)를 통하여 전력을 공급받도록 한다.

상기 플라즈마전극(50)은 진공챔버(33) 내에서 방전기체를 글로우방전 이온화하여 저온 플라즈마를 형성하여 플라스틱제품(P)을 에칭 또는 활성화와 부분적 과산화구조로 전환시켜 친수성 표면을 형성한다.

상기 마그네트론스퍼터링소스(60)는, 동이나 알루미늄, 타타늄, 스테인레스스틸과 같은 비자성체 금속으로 원주형상으로 성형한 음극의 스퍼터링타깃(61)을 구비하고, 상기 스퍼터링타깃(61)의 내부에 구비되는 축(62)에는 자기장 발생을 위한 마그네트(64)를 배열하여 구성한다.

상기 마그네트론스퍼터링소스(60)는 도 3에서와 같이 축(62)에 각각의 마그네트(64)를 N-S, S-N순서로 조립하여 전력선과 자력선 분량이 서로 수직되는 매개자석의 중간위치의 스퍼터링타깃(61)의 외부표면에서 360°방향에 스퍼터링(63)이 발생되도록 하고, 마그네트(64)를 축방향으로 왕복시킴으로서 스퍼터링타깃(61) 전체 외부표면에 걸처 균일하게 증발이 가능하도록 마그네트왕복타입으로 구성한다.

상기 마그네트론스퍼터링소스(60)의 다른 예로서는, 도 4에서와 같이 스퍼터링타깃(61)의 내부에 구비되는 축(62)에 마그네트(64)를 4개이상 짝수개로 조립하고, 인접하는 극과 극관계는 N-S 또는 S-N으로 배열하면 N-S 또는 S-N 중심위치의 스퍼터링타깃(61)의 외부표면에서 스퍼터링타깃(61)의 길이방향에 대하여 직선형의 스퍼터링(63)증발이 발생하도록 구성하고, 마그네트(64)를 회전시킴으로서 스퍼터링타깃(61) 전체에 걸처 균일하게 증발이 가능하도록 하는 마그네트회전타입으로 구성하여도 된다.

상기와 같은 마그네트론스퍼터링소스(60)를 단일 또는 조합하여 배치할 수 있으며, 스퍼터링타깃(61)이 이종(異種)의 소재로 조합하여 배치할 경우에는 상호 간섭이 없는 위치에 배치하는 것이 바람직하다.

상기 진공배기시스템(80)은, 진공챔버(33)의 배기구(32)와 조절실드(81)를 가지는 배기관(82)으로 연결하고, 상기 배기관(82)에는 고진공주밸브(83)와 오일냉각트랩(84)을 가지는 확산펌프(85)를 연결한다.

상기 확산펌프(85)는 고진공밸브(93)와 연결되고 다음으로 고진공밸브(93)→부스터펌프(88)→로터리펌프(86)노선과 고진공밸브(93)→밸브(94)→로터리펌프(86)노선으로 되어있고, 고진공주밸브(83)는 중간위치에 저진공밸브(87)를 가지는 부스트펌프(88)와 연결하여 구성한다.

상기 배기관(82)과 오일냉각트랩(84) 상간에는 진공코팅시 확산펌프(85)의 오일역류방지와 정상배기속도를 유지할 수 있도록 하는 고진공병렬밸브(90)를 더 구비하고, 상기 고진공주밸브(83)와 부스트펌프(88)상간에는 플라즈마 처리시 진공챔버(33)내부를 일정한 압력으로 유지하기 위한 저진공병렬밸브(91)와 유량조절밸브(92)를 더 설치하여 구성한다.

상기와 같은 본 발명은,

이동대차(36)에 구비되는 외부지그(39)의 내측과 내부지그(40)의 외측면에 외부세척공정을 거친 플라스틱제품(P)을 장착한 후 진공챔버(33)를 개방하여 진공챔버(33)에 구비되는 레일(34)에 이동대차(36)의 바퀴(35)가 안착되도록 한 후 밀어서 넣는다.

이러한 상태에서 진공챔버(33)내부를 진공배기시스탬(80)을 이용하여 진공상태로 유지한 후 히터(47)를 작동시켜 예비가열을 수행하고, 온도센서(48)에 의하여 적정한(기 설정된)온도를 유지하면 플라스틱제품(P)에 잔존하는 기체를 배기한다.

예비가열에 의해 플라스틱제품(P)에 잔존하는 기체를 배기한 후 방전매체인 산소나 외부공기를 주입하여 설정된 압력에 도달한 후 플라즈마전극(50)에 3상전력을 공급하여 플라즈마처리를 수행한다.

이때, 외부지그(39)는 구동수단(42)에 의하여 회전하는 가이드로울러(38)에 의하여 회전하고, 내부지그(40)은 가이드로울러(38)에 설치되는 원동체인기어(43)와 체인(46)으로 연결되는 중간 및 피동체인기어(44,45)에 의하여 회전하게 되며, 회전방향은 동일방향 또는 역방향에 관계없이 진행시켜도 무방하다.

상기와 같이 3상전원을 공급받는 플라즈마전극(50)에 의하여 플라즈마 표면처리 과정에서 플라스틱제품(P)을 회전시킴으로서 플라스틱제품(P)의 복잡한 구조에 관계없이 전체적인 부분에 대하여 에칭화 되거나 표면분자가 부분적으로 과산화구조로 전환되어 화학적 부착도 가능하게 활성화 되고, 물리적 부착이 강화되도록 한다.

상기와 같은 동작으로 플라스틱제품(P)의 플라즈마처리가 끝난 후에는 다시 진공배기시스템(80)을 이용하여 진공챔버(33)내부를 고진공 상태로 배기하여 잔류공기(산소)를 깨끗하게 제거하여 다음순서(공정)인 코팅공정에서 혹여 일어날 수있는 산화 및 질화를 방지할 수 있도록 한다.

상기와 같은 배기가 끝난 후에는 압력게이지(30) 또는 질량유량게이지(MFC;31)를 통하여 방전 기체로 아르곤(Ar)가스를 주입하면서 스퍼터링타깃(61)을 음극으로 하고 음극 표면에 자기장을 걸어줌으로서 스퍼티링타겟(61) 표면위치에서 고리형(원형) 스퍼터링(Sputtering;63)이 발생하여 원자분자가 증발, 활성화된 플라스틱제품(P)표면에 증착되는 것이다.

상기 마그네트론스퍼터링소스(60)가 마그네트왕복타입일 경우에는 스퍼터링타깃(61) 내부에 구비되는 축(62)에 조립된 마그네트(64)를 스퍼터링타깃(61)의 축방향으로 왕복시킴으로서 각각의 마그네트(64)가 위치한 스퍼터링타깃(61)에만 증발되지 않고 스퍼터링타깃(61) 전체 외부표면에 걸처 균일하게 증발할 수 있도록 하게된다.

그리고, 마그네트회전타입의 경우에는 스퍼터링타깃(61)의 내부 축(62)에 구비되는 각각의 마그네트(64)의 극과극의 중간위치에서 대응되는 스퍼터링타깃(61)의 외부표면에서 증발작용이 일어나기 때문에 마그네트(64)를 회전시킴으로서 역시 스퍼터링타깃(61) 전체 외부표면에 걸처 균일하게 증발되도록 함으로서 고가의 스퍼터링타깃(61)이 균일하게 소모할 수 있는 장점을 가진다.

특히, 스퍼터링타깃(61)이 전방향에 대하여 증발형상이 일어나고 플라스틱부품(P)이 장착된 외부지그(39)과 내부지그(40)는 회전하고 있는 상태에 있어 부품의 구조가 복잡함에 관계없이 구석구석 고르게 증착할 수 있게된다.

그리고, 상기 진공배기시스템(80)의 경우에는 진공코팅시 확산펌프(85)의 오일역류방지와 정상배기속도를 유지할 수 있도록 배기관(82)과 오일냉각트랩(84) 상간에 고진공병렬밸브(90)를 더 구비하고, 상기 플라즈마 처리시 진공챔버(33)내부를 일정한 압력으로 유지할 수 있는 저진공병렬밸브(91)와 유량조절밸브(92)를 고진공주밸브(83)와 부스터펌프(88)상간에 더 설치함으로서 효율적인 배기관계를 유지할 수 있게된다.

이상과 같은 본 발명은 3상 저온 플라즈마전극을 이용하여 플라스틱제품의 표면을 활성화 한 후, 마그네트왕복 및 마그네트회전타입의 원주형 마그네트론소슬를 이용하여 실드박막을 진공증착할 수 있는 저비용 고품질의 코팅장치를 제공하여 제품의 구조에 관계없이 균일한 두께로 코팅이 가능하게 됨으로서 생산성의 향상과 더불어 품질향상에 기여할 수 있는 등 산업발전에 상당한 기여가 있는 발명이다.

Claims (8)

1. 플라스틱 제품의 진공증착 코팅장치를 구성함에 있어서;

   상기 코팅장치(100)는,

   방전매체로 사용되는 아르곤(Ar)가스나 산소를 주입할 수 있도록 압력게이지(30)을 가지는 질량유량게이지(MFC;31)와 배기가스 방출을 위한 배기구(32)를 가지고 구비되는 진공챔버(33)와;

   상기 진공챔버(33)의 내부에 구비되는 레일(34)에 활주가능하게 바퀴(35)를 가지고 설치되는 이동대차(36)와;

   상기 이동대차(36)의 상방 양측에 서포터(37)로 유지되는 가이드로울러(38)의 상방에 구비되는 외부지그(39)과;

   상기 외부지그(39)의 내측에는 일정간격을 유지시켜 이동대차(36)의 중앙에서 세워지는 지지대(41)로 유지되는 내부지그(40)와;

   상기 외부지그(39)과 내부지그(40)상간에 형성되는 코팅공간(S)에는 플라즈마 발생을 위한 다수개의 수냉 플라즈마전극(50)과;

   스퍼터링 작동으로 플라스틱제품(P)에 코팅을 수행하는 다수개의 마그네트론스퍼터링소스(60)와;

   상기 배기구(32)에는 조절실드(81)를 가지고 연결되는 배기관(82)과;

   상기 배기관(82)에는 고진공주밸브(83)와 오일냉각트랩(84)을 가지고 연결되는 확산펌프(85)와;

   상기 확산펌프(85)와 연결되는 부스터펌프(88) 및 로터리펌프(86)와;

   상기 고진공주밸브(83)에 저진공밸브(87)를 가지고 연결되는 부스트펌프(88)를 가지는 진공배기시스템(80)을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라스틱 제품의 진공증착 코팅장치.
2. 제 1 항에 있어서;

   상기 플라즈마전극(50)은 3상 외부전원(380v)을 인가받는 SRC전압제어기(51)와 승압변압기(52)를 통하여 필요한 전압을 입력받는 파형변화기(53)와;

   상기 파형변화기(53)를 통하여 전력을 공급받는 것을 특징으로 하는 플라스틱 제품의 진공증착 코팅장치.
3. 제 1 항에 있어서;

   상기 마그네트론스퍼터링소스(60)는, 비자성체 금속으로 원주형으로 성형하여 구비되는 스퍼터링타깃(61)과;

   상기 스퍼터링타깃(61)의 내부의 축(62)에 자기장 발생을 위하여 구비되는 마그네트(64)로 구성하는 것을 특징으로 하는 플라스틱 제품의 진공증착 코팅장치.
4. 제 1 항에 있어서;

   상기 진공배기시스템(80)의 배기관(82)과 오일냉각트랩(84) 상간에는 진공코팅시 확산펌프(85)의 오일역류방지와 정상배기속도를 유지할 수 있도록 하는 고진공병렬밸브(90)를 더 구비하고;

   상기 고진공주밸브(83)와 부스트펌프(88)상간에는 플라즈마 처리시 진공챔버(33)내부를 일정한 압력으로 유지하기 위한 저진공병렬밸브(91)와 유량조절밸브(92)를 더 설치하는 것을 특징으로 하는 플라스틱 제품의 진공증착 코팅장치.
5. 제 1 항에 있어서;

   상기 외부지그(39)는 진공챔버(33)의 외부에 설치되는 구동수단(42)과 착탈수단으로 연결되는 가이드로울러(38)에 의하여 회전하도록 하고;

   상기 내부지그(40)는 가이드로울러(38)와 함께 설치되는 원동체인기어(43)와;

   상기 내부지그(40)를 유지하는 지지대(41)의 상,하측에 설치되는 중간체인기어(44)와 피동체인기어(44,45)를 연결하는 체인(46)에 의하여 구동하는 것을 특징으로 하는 플라스틱 제품의 진공증착 코팅장치.
6. 제 1 항에 있어서;

   상기 외부지그(39)외 내부지그(40)상간 위치의 진공챔버(33)에 구비되는 코팅공간(S)에는 플라스틱제품(P)을 예열하여 잠재기체의 방출을 촉진시켜 코팅품질을 향상시키기 위한 히터(47)와;

   상기 히터(47)의 가열온도 및 진공챔버(33) 내부의 온도를 감지하기 위한 온도센서(48)를 설치하는 것을 특징으로 하는 플라스틱 제품의 진공증착 코팅장치.
7. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서;

   상기 마그네트론스퍼터링소스(60)을 구성하는 마그네트(64)는 축(62)에 각각의 마그네트(64)를 N-S, S-N순서로 조립하여 전력선과 자력선 분량이 서로 수직되는 매개자석의 중간위치에 대응하는 스퍼터링타깃(61)의 외부표면에서 원주방향에 스퍼터링(63)이 발생되어 360°방향에 증발각도를 가지도록 하고;

   상기 마그네트(64)를 축방향으로 왕복시시켜 스퍼터링타깃(61) 전체 외부표면에 걸처 균일하게 증발이 일어나도록 하는 마그네트왕복타입인 것을 특징으로 하는 플라스틱 제품의 진공증착 코팅장치.
8. 제 1 항 또는 제 3항에 있어서;

   상기 마그네트론스퍼터링소스(60)을 구성하는 마그네트(64)는 스퍼터링타깃(61)의 내부 축(62)에 구비되는 각각의 마그네트(64)를 4개이상 짝수개로 인접하는 극과는 다른 극이 되도록 방사형으로 배치하여;

   상기 마그네트(64)의 다른극(N-S 또는 S-N)과의 사이에서 스퍼터링타깃(61)외부표면의 길이방향에 대하여 증발이 일어나도록 구성하고;

   상기 마그네트(64)를 회전시킴으로서 스퍼터링타깃(61)전체 외부표면에 걸처 균일하게 증발이 가능하도록 구성하는 것을 특징으로 하는 플라스틱 제품의 진공증착 코팅장치.