KR20040078425A - 전자파 차폐막 코팅장치 - Google Patents

전자파 차폐막 코팅장치 Download PDF

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KR20040078425A
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조환일
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Abstract

본 발명은 마그네트론 스퍼터링 코팅 공정 이외에 열저항 가열식 증착 공정을 병행함으로써 공정 시간을 단축시킬 수 있도록 한 전자파 차폐막 코팅장치에 관한 것이다.
본 발명의 전자파 차폐막 코팅장치는 원통형의 챔버 내부에 합성수지물이 장착된 회전지그를 반입한 상태에서 상기 회전지그를 소정의 속도로 회전시키면서 타겟에 전원을 인가하여 합성수지물 상에 전자파 차폐막을 코팅하는 전자파 차폐막 코팅장치에 있어서, 상기 챔버의 후벽에 고정 설치되고, 상기 챔버보다 작은 직경을 가지며, 소정 부위에 절개면이 형성되어 있는 부품지지 부피체 및 상기 절개면 위에 설치되며 열저항 가열에 의해 코팅 재료를 증발시키는 열저항 가열기를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

Description

전자파 차폐막 코팅장치{coating apparatus for electromagnetic wave shielding film}
본 발명은 전자파 차폐막 코팅장치에 관한 것으로, 특히 이동통신 단말기 케이스와 같은 합성수지물에 전자파 차폐막을 코팅하는 전자파 차폐막 코팅장치에 관한 것이다.
근래 들어 휴대전화나 휴대전화 기능부 PDA(Personal Digital Assistant) 등과 같은 이동통신 단말기가 포화 상태에 이를 정도로 널리 보급되어 있는데, 이러한 이동통신 단말기는 전자파를 사용하여 데이터를 실어 나르기 때문에 그 사용자는 불가피하게 많은 전자파에 노출되게 된다. 이러한 전자파는 인체에 좋지 않은 영향을 주고 의료기기나 항공기와 같은 첨단 전자 장비를 교란시킨다고 알려져 있고, 실제로도 이동통신 단말기에서 발생되는 전자파를 줄이기 위한 제품들이 다양하게 제안되고 있다.
이러한 노력의 일환으로 이동통신 단말기의 케이스 내면에 금속 차폐막을 코팅하는 장치 및 방법이 국내 특허 번호 제295551호(2001년 4월 30일 등록)로 개시되어 있다.
도 1은 종래의 전자파 차폐막 코팅장치의 횡단면도이고, 도 2는 종래의 전자파 차폐막 코팅장치의 세로 종단면도이고, 도 3은 종래의 전자파 차폐막 코팅장치의 챔버에 대한 가로 종단면도이다. 도 1 내지 도 3에 도시한 바와 같이, 종래의 전자파 차폐막 코팅장치는 원통형 챔버(1), 챔버(1)의 내측에 투입되며 개개의 치구에 장착된 채로의 다수의 합성수지물(2)을 장착할 수 있는 원통형상의 회전지그(3), 회전지그(3)의 후방에 설치되어 회전지그(3)를 일정속도로 회전시키기 위한 지그회전체(4), 회전지그(3)의 하측에 설치되어 회전지그(3)를 챔버(1)의 내측으로 넣거나 꺼내기 위한 지그이동체(5), 챔버(1)의 내부에 설치되며 전기적으로 음극이 되는 수 개의 타겟(6:6a,6b), 챔버(1)의 일측에 설치되어 전원을 공급함과 아울러 장치의 동작을 제어하는 콘트롤러(7) 및 챔버(1)의 외측에 설치되며 회전지그(3)를 얹어 놓기 위한 지그이송대(8)로 구성되어 있다.
전술한 구성에서, 챔버(1)의 일측에는 배기라인(12)이 형성되어 있고, 이러한 배기라인(12)에는 2개의 디퓨젼 펌프(11)(11')가 연결되어 있다. 챔버(1)의 타측에도 배기라인(12')이 형성되어 있고, 이러한 배기라인(12')에는 1개의 크라이오 펌프(13)가 연결되어 있다. 챔버(1)의 전면에는 도어(14)가 개폐 가능하게 설치되어 있고, 후단부에는 냉각수, 전원 및 가스라인이 연결되는 외부 보호관(15)이 설치되어 있다. 이러한 외부 보호관(15)의 내부에는 챔버(1)의 내측으로 일정부분 돌출됨과 아울러 챔버(1)의 내측으로 들어오는 전원선(16)과 냉각수라인(16') 및 가스라인(16")을 보호하는 내부 보호관(17)이 설치되어 있고, 챔버(1) 내측에 위치하는 내부보호관(17)에는 하측으로 타겟 받침대(18)가 연결 설치되어 있다.
회전지그(3)는 마주하는 2개의 림 사이에 합성수지물(2)을 치구에 장착된 상태로 수납받아 지지하는 가동클램프(24)가 다수개 설치되어 이루어진다. 지그회전체(4)는 회전지그(3)를 챔버(1) 내에서 회전시키는 기능을 수행하는데, 챔버(1)의 후면 외측에 설치되는 모터(31), 모터(31)의 모터축(31a)에 연결됨과 아울러챔버(1)의 내측에 회전 가능하게 배치되는 구동기어(32) 및 구동기어(32)에 기어 결합됨과 아울러 내주면이 지지롤러(33)에 지지되어 있는 도넛 형상의 종동기어(34)로 구성되어 있다.
챔버(1)의 내측 상부와 타겟 받침대(18)에는 챔버(1)에 절연체(미도시)로 절연되도록 일정거리를 두고 각각 2개씩 구리 타겟(6a)과 스테인레스 타겟(6b)이 설치되어 있는데, 챔버(1)의 내측 상부에 설치된 타겟(6a,6b)은 챔버(1)의 내부 중앙을 향하도록 배치되고, 타겟 받침대(18)에 설치된 타겟(6a,6b)은 챔버(1)의 내주면을 향하도록 배치되어 있다. 타겟(6a,6b)의 후면에는 자력을 발생시키기 위한 다수개의 막대자석(미도시)이 배열되어 있는데, 이러한 구성의 스퍼터링 방식을 업계에서는 '마그네트론 스퍼터링'(magnetron sputtering) 방식이라 칭한다. 도면에서 미설명 부호 56과 60은 챔버(1) 내에 아르곤 가스를 도입하기 위한 가스라인과 챔버 받침대를 나타낸다.
전술한 구성을 갖는 종래의 전자파 차폐막 코팅장치를 이용하여 코팅을 실시하는 방법을 설명하는데, 피코팅물인 합성 수지물로는 이동통신 단말기 케이스가 대표적인 것이다. 먼저, 합성수지물(2)에 대한 사출품 검사 및 초음파 세척을 실시하고, 오븐열풍 건조에 의해 합성수지물(2)의 표면에 발생될 수 있는 가스를 충분히 제거하며, 다음으로 합성수지물(2)에 대해 플라즈마 에칭을 실시한다. 이와 같이 합성수지물(2)에 대한 전처리를 수행한 후에 합성수지물(2)을 치구에 장착된 상태로 회전지그(3)에 장착하여 챔버(1)에 투입하고 도어를 닫는다. 다음으로, 디퓨션 펌프(11)(11')로 펌핑하여 챔버(1)의 내부 진공도를 10-5[mbar]로 유지시킨 상태에서 가스라인(56)을 통하여 챔버(1)의 내측에 아르곤 가스(Ar gas)를 10∼20[sccm] 정도로 주입한다. 이어서, 회전지그(3)를 회전시키면서 구리 타겟(6a)에 300∼600[V]/5∼10[A]의 직류 전원을 인가시켜서 5∼10초 구리 타겟(6a)을 프리 스퍼터링(Free sputtering)한 다음, 진공도를 10-2∼10-4[mTorr] 정도가 유지되도록 조정한 상태에서 일정시간 플라즈마에 의한 스퍼터링으로 합성수지물(2)에 구리막을 코팅한다. 마지막으로, 스테인레스 타겟(6b)에 400∼700[V]/5∼10[A]의 직류전원을 인가시키고, 챔버(1) 내에 아르곤 가스(Ar gas)를 20∼50[sccm] 정도로 주입하면서 플라즈마에 의한 스퍼터링으로 앞서 형성된 구리막의 외측에 스테인레스막을 코팅한다. 이와 같이 코팅되는 스테인레스막은 구리막이 산화되거나 마모되는 것을 방지하는 보호막의 역할을 한다. 한편, 최근에는 구리막을 코팅하기 이전에 스테인레스막을 먼저 코팅하여 스테인레스막, 구리막 및 스테인레스막의 총 3개의 막으로 차폐막을 형성하기도 한다.
그러나, 전술한 바와 같이 마그네트론 스퍼터링에만 의존하는 종래의 코팅장치에 따르면, 원하는 품질의 차폐막을 얻기 위해 오랜 시간, 예를 들어 40분 내지 50분 동안 스퍼터링 공정을 수행해야하기 때문에 제조 효율이 낮다고 하는 문제점이 있다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 마그네트론 스퍼터링 코팅 공정 이외에 열저항 가열식 증착 공정을 병행함으로써 공정 시간을 단축시킬 수 있도록 한 전자파 차폐막 코팅장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 전자파 차폐막 코팅장치는 원통형의 챔버 내부에 합성수지물이 장착된 회전지그를 반입한 상태에서 상기 회전지그를 소정의 속도로 회전시키면서 타겟에 전원을 인가하여 합성수지물 상에 전자파 차폐막을 코팅하는 전자파 차폐막 코팅장치에 있어서, 상기 챔버의 후벽에 고정 설치되고, 상기 챔버보다 작은 직경을 가지며, 소정 부위에 절개면이 형성되어 있는 부품지지 부피체 및 상기 절개면 위에 설치되며 열저항 가열에 의해 코팅 재료를 증발시키는 열저항 가열기를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
전술한 구성에서, 상기 열저항 가열기는 상기 절개면에 소정의 높이로 나란히 늘어선 1쌍의 보트 지지대; 열저항 가열에 의해 증발될 금속 코팅 재료가 담기는 보트부; 상기 보트부에서 양측으로 일체로 연장 형성되어 상기 보트부를 상기 보트 지지대 사이에서 지지하는 지지팔; 상기 지지팔 위에 얹혀지는 보트 고정편 및 상기 지지팔과 상기 보트 고정편을 상기 보트 지지대에 고정시키는 볼트를 포함하여 이루어질 수 있다.
도 1은 종래의 전자파 차폐막 코팅장치의 횡단면도,
도 2는 종래의 전자파 차폐막 코팅장치의 세로 종단면도,
도 3은 종래의 전자파 차폐막 코팅장치의 챔버에 대한 가로 종단면도,
도 4는 본 발명의 전자파 차폐막 코팅장치의 도어를 개방한 상태에서의 개략적인 정면도,
도 5는 도 4에서 A-A'선을 절취하여 본 개략 단면도,
도 6은 도 4에서 열저항 가열기의 평면도,
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 전자파 차폐막 코팅장치의 동작을 설명하기 위한 공정 흐름도이다.
*** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ***
1: 챔버, 2: 합성수지물,
3: 회전지그, 4: 지그회전체,
5: 지그이동체, 6a, 6b: 타겟,
7: 콘트롤러, 8: 지그이송대,
11, 11': 디퓨젼 펌프, 12, 12': 배기라인,
13: 크라이오 펌프, 14: 도어,
15: 외부 보호관,
16: 전원선, 16': 냉각수라인,
16": 가스라인, 17: 내부 보호관,
18: 타겟 받침대, 24: 가동클램프,
31: 모터, 32: 구동기어,
33: 지지롤러, 34: 종동기어,
56: 가스라인, 60: 챔버 받침대,
100: 챔버, 110: 부품지지 부피체,
112: 절개 평면, 130, 140: 타겟 장착틀,
150: 열저항 가열기, 151: 보트 지지대,
152: 보트 고정편, 153: 지지팔,
154: 볼트, 155: 보트부,
160: 회전지그, 161: 가로대,
162: 원형 림, 164: 회전축,
170: 도어, 172: 밀봉 부재,
174: 베어링
이하에서는 첨부 도면들을 참조하여 본 발명의 전자파 차폐막 코팅장치의 다양한 실시예에 대해서 상세하게 설명한다.
도 4는 본 발명의 전자파 차폐막 코팅장치의 도어를 개방한 상태에서의 개략적인 정면도이고, 도 5는 도 4에서 A-A'선을 절취하여 본 개략 단면도이고, 도 6은도 4에서 열저항 가열기의 평면도인 바, 본 발명의 기술 사상과 직접적인 관련이 없는 부분은 생략하여 도시하고 있다. 도 4 내지 도 6에 도시한 바와 같이, 본 발명의 전자파 차폐막 코팅장치에서는 크게 원통 형상의 챔버(100), 챔버(100) 내에 설치되어 챔버(100)의 부피를 감소시킴과 더불어 코팅에 필요한 각종 부품을 지지하는 부품지지 부피체(110), 챔버(100)의 내측에 반입되며 개개의 치구(미도시)에 장착된 채로의 다수의 합성수지물(미도시)이 장착되는 원통형상의 회전지그(160), 회전지그(160)를 일정속도로 회전시키기 위한 지그회전체(미도시), 회전지그(160)를 챔버(100)의 내측으로 넣거나 꺼내기 위한 지그이동체(미도시), 챔버(100)의 내벽 또는 부품지지 부피체(110)에 다수개 마련된 타겟 장착틀(130),(140)에 장착되어 전기적으로 음극이 되는 수 개의 타겟(미도시), 부품지지 부피체(110)에 설치되는 다수의 열저항 가열기(150) 및 챔버(100)의 일측에 설치되어 전원을 공급함과 아울러 장치의 동작을 제어하는 콘트롤러(미도시)를 포함하여 이루어질 수 있다.
전술한 구성에서, 부품지지 부피체(110)는 코팅 공정을 수행함에 있어서 챔버(100) 내의 부피를 줄여서 챔버(100) 내부를 신속하게 저진공 또는 고진공 상태에 도달시킴과 아울러 타겟 장착틀(140)과 열저항 가열기(150) 등의 부품을 지지한다. 이를 위해 부품지지 부피체(110)는 챔버(100)의 직경보다 작은 직경을 갖고 밀폐된 원통체로 이루어진 채로 챔버(100)의 후벽에 의해 지지된다. 부품지지 부피체(110)의 원주면에는 타겟 장착틀(130),(140)이 소정의 간격을 두고 다수개 장착되어 있는데, 이러한 타겟 장착틀(130),(140)에는 예를 들어 스테인레스 타겟이 장착된다.
한편, 부품지지 부피체(110)에는 외주면을 일부 절개하여 형성된 절개 평면(112)이 존재하는데, 이러한 절개 평면(112)에는 다수의 열저항 가열기(150)가 1열 또는 2열로 장착되게 된다. 각각의 열저항 가열기(150)는 절개 평면(112)에 소정의 높이로 나란히 늘어선 1쌍의 보트 지지대(151), 열저항 가열에 의해 증발될 금속 코팅 재료, 예를 들어 구리 조각이 담기는 보트부(155), 보트부(155)에서 양측으로 일체로 연장 형성되어 보트부(155)를 보트 지지대(151) 사이에서 지지하는 지지팔(153), 지지팔(153)위에 얹혀지는 보트 고정편(152) 및 지지팔(153)과 보트 고정편(152)을 보트 지지대(151)에 고정시키는 볼트(154)를 포함하여 이루어진다.
전술한 구성에서, 보트부(155)와 지지팔(153)은 보트부(155)에 담기는 금속 코팅 재료보다 융점이 월등히 높은 금속, 예를 들어 몰리브덴이나 텅스텐 등으로 이루어질 수 있다. 이 상태에서, 일측의 보트 지지대(151)를 접지시키고 타측의 보트 지지대(151)에 소정의 전압을 인가하여 지지팔(153)과 보트부(155)에 전류를 흘리면 저항에 의해 보트부(155)가 가열되고 이에 따라 보트부(155)에 담긴 코팅 재료가 증발되어 합성수지물에 증착되게 된다.
회전 지그(160)는 전방 및 후방에 배치되는 한 쌍의 원형 림(162), 이들 림(162) 사이를 연결하는 적어도 2개 이상의 가로대(161)를 포함하여 이루어지는데, 전방 림(162)과 후방 림(162) 사이에는 길이 방향으로 합성수지물이 장착된 채로의 치구를 다수개 수용할 수 있는 치구 장착틀(미도시)이 마련되게 된다. 미설명 부호 164는 챔버(100)의 외부에서 회전지그(160)를 회전시키는 축을 나타내고, 170 및 172는 도어 및 도어에 설치된 밀봉 부재를 나타내며, 174는 회전축을 회전가능하게 지지하는 베어링을 나타낸다. 이 경우에 회전지그(160)를 회전시키는 지그회전체 및 도어 반출/입 기구의 구체적인 구성은 본 출원인의 또 다른 출원인 특허출원번호 10-2003-0013263호(2003년 3월 4일 출원)에 개시되어 있으므로 상세한 설명은 생략한다. 물론, 지그회전체와 도어 반출/입 기구를 종래 기술에서 언급한 바와 같이 구현할 수도 있을 것이다. 본 발명의 전자파 차폐막 코팅장치에는 또한 종래 기술에서 언급한 바와 같이, 크라이오 펌프와 디퓨젼 펌프, 배기라인, 전원라인, 냉각수라인 및 가스라인 등의 라인이 요구되는 바, 이 들 구성은 이미 종래 기술로 잘 알려져 있고 또는 본 발명의 기술 사상과 직접적인 관련이 없기에 더 이상의 설명은 생략한다.
이하에는 본 발명의 전자파 차폐막 코팅장치의 동작을 설명한다. 도 7a 및 도 7b는 본 발명의 전자파 차폐막 코팅장치의 동작을 설명하기 위한 공정 흐름도이다. 도 7a에 도시한 바와 같이, 단계 S10에서는 제공받은 도장 상태의 합성수지물, 예를 들어 이동통신 단말기의 케이스에 대해 육안에 의해 제품의 흠결 등을 검사한 후에 불량품을 걸러낸다. 다시 단계 S12에서는 합성수지물을 치구에 장착하여 전자파 차폐막이 코팅될 부분, 즉 이동통신 단말기의 내면 일부만을 노출시킨 채로, 단계 S14에서는 치구를 잘 알려진 글래스 블래스트 장치(미도시)에 투입하여 글래스 블래스트 처리를 행한다. 이 단계 S14는 이동통신 단말기의 도장이 진하게 된 부분 등을 미세한 유리 가루를 분사하여 제거함으로써 균일한 차폐막이 얻어지도록 하기 위해 주어진다. 다시 단계 S16에서는 전자파 차폐막이 코팅될 부분에 프라이머 액을 분사한 후에 단계 S18에서는 이렇게 분사된 프라이머 액을 건조로에 투입하여건조하게 되는데, 이러한 프라이머 액은 코팅시 밀착력을 증대시키기 위해 도포된다. 다음으로 단계 S20에서는 치구를 회전지그(160)에 장착하게 되는데, 이와 같이 하여 본 발명의 전자파 차폐막 코팅 과정에서의 전처리 공정이 완료된다.
이하에서는 차폐막 코팅 및 이후과정에 대해 설명하는데, 먼저 단계 S30에서는 펌프를 구동하여 챔버(100) 내부를 저진공 상태, 예를 들어 2.0*10-2[Torr]로 유지시키고, 이어지는 단계 S32에서는 챔버(100) 내부를 고진공 상태, 예를 들어 3.0*10-5[Torr]로 유지시키는데, 이와 같이 챔버(100) 내부의 진공 형성을 2단계로 추진함으로써 보다 신속하게 챔버(100) 내부를 고진공 상태로 만들 수가 있다.
다음으로 단계 S34에서는 챔버(100) 내부에 아르곤 가스를 주입한 상태에서 회전지그(160)를 소정의 속도, 예를 들어 분당 1회전의 속도로 회전시키면서 스테인레스 타겟에 소정의 전원, 예를 들어 200[Vdc], 5-6[A]의 전원을 인가하여 1차 스퍼터링 공정을 수행하는데, 예를 들어 10분 정도 수행한다. 이러한 1차 스퍼터링 공정은 전술한 바와 같은 마그네트론 스퍼터링 공정으로서, 타겟에 소정의 전원을 인가하면 타겟 주위에서 방전이 일어나고, 이에 따라 챔버(100) 내부의 아르곤 가스가 양이온으로 전리된 채로 타겟에 고속으로 충돌한다. 그리고, 이러한 충돌에 의해 미세한 금속 입자가 타겟에서 떨어져 나오게 되고, 이렇게 떨어져 나온 금속 입자가 타겟 뒤에 설치된 자석에 의해 형성된 자기장에 의해 가속되어 합성수지물의 표면에 부착되게 된다.
이와 같이, 1차 스퍼터링 공정이 수행된 이후에 단계 S36에서는 열저항 가열기(150)에 소정의 전원, 예를 들어 200[Vdc] 전압에 25[mA]의 전류를 10분 정도 인가하여 보트부(155)에 담긴 코팅 재료, 예를 들어 구리 조각을 증발시켜서 스테인레스막 위에 구리막을 증착시킨다.
다음으로, 단계 S38에서는 1차 스퍼터링 공정이 완료된 상태의 구리막 위에 2차 스퍼터링 공정을 수행하여 스테인레스막을 코팅하는데, 이러한 2차 스퍼터링 공정은 1차 스퍼터링 공정과 동일한 방식으로 이루어진다. 그리고, 이러한 스테인레스막은 하부에 형성된 구리막의 부식이나 산화 방지를 위해 요구된다. 다음으로, 단계 S40에서는 챔버(100) 내부의 진공 상태를 파괴하고, 다시 단계 S42에서는 회전지그(160)를 챔버(100)에서 반출한다. 다음으로, 단계 S44에서는 회전지그(160)에서 치구를 분리하고 다시 단계 S46에서는 치구에서 합성수지물을 분리 한 후에 마지막으로 단계 S48에서는 출하 검사를 실시하게 된다.
본 발명의 전자파 차폐막 코팅장치는 전술한 실시예에 국한되지 않고 본 발명의 기술 사상이 허용하는 범위 내에서 다양하게 변형하여 실시할 수가 있다.
전술한 바와 같은 본 발명의 전자파 차폐막 코팅장치에 따르면, 마그네트론 스퍼터링 코팅 공정 이외에 열저항 가열식 증착 공정을 병행함으로써 공정 시간을 단축시킬 수 있고, 이에 따라 제조 효율을 향상시킬 수 이는 효과가 있다.

Claims (2)

  1. 원통형의 챔버 내부에 합성수지물이 장착된 회전지그를 반입한 상태에서 상기 회전지그를 소정의 속도로 회전시키면서 타겟에 전원을 인가하여 합성수지물 상에 전자파 차폐막을 코팅하는 전자파 차폐막 코팅장치에 있어서,
    상기 챔버의 후벽에 고정 설치되고, 상기 챔버보다 작은 직경을 가지며, 소정 부위에 절개면이 형성되어 있는 부품지지 부피체 및
    상기 절개면 위에 설치되며 열저항 가열에 의해 코팅 재료를 증발시키는 열저항 가열기를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 전자파 차폐막 코팅장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 열저항 가열기는
    상기 절개면에 소정의 높이로 나란히 늘어선 1쌍의 보트 지지대;
    열저항 가열에 의해 증발될 금속 코팅 재료가 담기는 보트부;
    상기 보트부에서 양측으로 일체로 연장 형성되어 상기 보트부를 상기 보트 지지대 사이에서 지지하는 지지팔;
    상기 지지팔 위에 얹혀지는 보트 고정편 및
    상기 지지팔과 상기 보트 고정편을 상기 보트 지지대에 고정시키는 볼트를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 전자파 차폐막 코팅장치.
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