KR20070012899A - Method for producing micro scale heater comprising polymer plate on which thin metal film is sputtered and device producted thereby - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 본 발명에 의한 고분자 중합체를 소재로 하는 기판 상에 금속제 박막을 증착하기 위한 증착 체임버 내부의 구성도.1 is a block diagram of an inside of a deposition chamber for depositing a metal thin film on a substrate made of a polymer polymer according to the present invention.
도 2는 본 발명에 의한 고분자 중합체를 소재로 하는 기판 상에 금속제 박막을 증착하기 위한 서브스트레이트(substrate) 배치 예시도.2 is a diagram illustrating a substrate arrangement for depositing a thin metal film on a substrate made of a polymer polymer according to the present invention.
도 3은 본 발명에 의한 고분자 중합체를 소재로 하는 기판 상에 금속제 박막이 증착된 모습의 예시도.3 is an exemplary view of a metal thin film deposited on a substrate made of a polymer according to the present invention.
도 4는 본 발명에 의한 초소형 전열 기구의 구성도.4 is a block diagram of a micro heat transfer mechanism according to the present invention.
도 5는 본 발명에 의한 초소형 전열 기구를 촬영한 사진.Figure 5 is a photograph of the ultra-small heat transfer mechanism according to the present invention.
도 6은 본 발명에 의한 고분자 중합체를 소재로 하는 기판 상에 금속제 박막이 증착된 모습을 전자 현미경으로 촬영한 사진.6 is a photograph taken with an electron microscope of a metal thin film deposited on a substrate made of a polymer according to the present invention.
도 7은 고분자 중합체를 소재로 하는 기판 상에 금속제 박막을 형성하는 방법에 대한 절차 흐름도.7 is a procedure flowchart for a method of forming a metal thin film on a substrate made of a polymer polymer.
본 발명은 초소형 전열 기구와 상기 전열 기구를 생산하는 방법 특히, 고분자 중합체를 소재로 하는 기판 상에 금속제 박막을 증착하여 전열 기구를 제작하는 방법 및 미세한 두께의 열선을 배치한 초소형 전열 기구에 관한 것이다. The present invention relates to an ultra-small heat transfer mechanism and a method for producing the heat transfer mechanism, in particular, a method of manufacturing a heat transfer mechanism by depositing a thin metal film on a substrate made of a polymer polymer, and a micro heat transfer mechanism in which heat wires having a small thickness are arranged. .
오늘날 마이크로 스케일 나아가 나노 스케일 시스템에 대한 관심이 전자 공학과 반도체 제조 공정의 발달, MEMS 기술의 발달과 더불어 증대되고 있다. 특히, 연료 전지를 위한 열 교환기, 석유 산업에 필요한 화학 반응용 콤팩트 열교환기, 의료 기기의 냉각, 고열 유속 핵발전 열교환기, 고발열 정보 통신 장비들의 냉각기, 전투기와 항공기의 전자장비 냉각, 자동차의 고발열 부위와 전자 제어기 냉각, 고발열 레이저 냉각, 냉동/공조 사이클의 고발열 부위와 전자 제어기 냉각, 고발열 레이저 냉각, 냉동/공조 사이클의 증발관 및 응축관, 담수화 기계의 해수 증발관 등 첨단 산업 분야에서 마이크로 스케일 전열 기구의 필요성이 증대되고 있다.Today, interest in microscale and even nanoscale systems is growing with the development of electronics, semiconductor manufacturing processes, and MEMS technology. In particular, heat exchangers for fuel cells, compact heat exchangers for chemical reactions required in the petroleum industry, cooling of medical devices, high heat flux nuclear power heat exchangers, coolers of high-heat telecommunications equipment, cooling of fighter and aircraft electronics, high heat of automobiles Micro scale in high-tech industries such as part and electronic controller cooling, high heat laser cooling, high heat generation of refrigeration / air conditioning cycles The need for a heat transfer mechanism is increasing.
특히 국내에서의 마이크로 스케일 전열 기구는 가정용 전열 기구 예를 들어 김치 냉장고와 전기 밥솥, 잉크젯 프린터의 잉크 분사 시스템, 열교환기, 의료 장비 등의 다양한 분야에서 그 응용이 요청되고 있다. 또한, 외국에서는 군사, 과학 기술, 생활 가전, 개인 휴대용 히터, 자동차 냉각 장치, 열 전사 프린터/팩스, 동파 방지용 배수관, 습기 방지용 사이드 미러와 가스 센서 등의 이용이 예상된다.In particular, the domestic micro-scale electric heating apparatus has been requested for its application in various fields, such as domestic electric heating appliances such as kimchi refrigerator and electric rice cooker, ink jet system of inkjet printer, heat exchanger, medical equipment. In addition, the use of military, science and technology, household appliances, personal portable heaters, automotive cooling devices, thermal transfer printers / faxes, freeze protection pipes, moisture resistant side mirrors and gas sensors is expected in foreign countries.
1998년 9월 센서학회지 제 7권 5호 57페이지에는 SiO2, Si3N2, SiO2/Si3N2 등을 다이아프램물질로 사용하여 두께를 조절하여 히터를 모델링하고, 히터 위의 SiO2층의 두께를 변화시키면서 열분포 측정한 결과를 이용하여 RF 마그네트론 스퍼터링 방법으로 백금(Pt) 온도 센서 및 백금 히터를 형성하는 방법에 대해 개시되어 있다.In the September 1998 issue of Sensors Society, Vol. 7, No. 5, page 57 contains SiO 2 , Si 3 N 2 , and SiO 2 / Si 3 N 2 Using the back as a diaphragm material, the thickness of the heater is modeled, and the platinum (Pt) temperature sensor and the platinum heater are measured by RF magnetron sputtering method using the heat distribution measurement results while changing the thickness of the SiO 2 layer on the heater. A method of forming is disclosed.
상기 논문에서는 포토리소그래피(Photolithography) 공정과 엣칭(Etching) 공정과 금속막 증착(Metal Deposition) 공정을 수행하여 기판 상에 박막(Thin Film)을 증착시키는 마이크로 스케일 가공 공법을 적용하여 상기와 같은 백금 히터를 형성하는 방법에 대해 기재하고 있는데, 이와 같은 마이크로 스케일 가공 공법은 다단계의 공정이 필요하여 생산성이 떨어지는 문제가 있으며, 열선으로 적용되는 백금의 가격이 상대적으로 고가여서 저렴한 가격으로 생산되기 곤란한 문제가 있다. 또한, 상기 논문에서 개시하고 있는 바와 같이 실리콘 기판을 사용할 경우, 히터를 보호하기 위한 외장재가 필요하고 그에 따른 히터의 형상 설계에 한계가 있었다.In this paper, the platinum heater as described above is applied by applying a micro scale processing method for depositing a thin film on a substrate by performing a photolithography process, an etching process, and a metal deposition process. It describes a method of forming a, such a micro-scale processing method requires a multi-stage process, there is a problem that the productivity is low, the price of platinum applied by heating wire is relatively expensive and difficult to produce at low prices have. In addition, when the silicon substrate is used as disclosed in the above paper, an exterior material for protecting the heater is required, and thus the shape design of the heater is limited.
또 다른 마이크로 스케일 히터의 예는 기판 위에 열선을 코일로 감아 형성하는 코일 히터에서 찾아볼 수 있으나, 코일 히터는 부피가 크며 단일한 형상의 제품에만 적용 가능하여 히터가 부착되는 물체의 형상에 따른 히터의 응용도가 떨어지는 단점이 있었다.Another example of a micro scale heater can be found in a coil heater that forms a coil of hot wire wound on a substrate, but the coil heater is bulky and can be applied only to a single shaped product, so that the heater depends on the shape of the object to which the heater is attached. There was a disadvantage of falling application.
이와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해서는 히터가 부착되는 물체의 형상에 따른 히터의 응용성을 높이기 위해 가요성(可僥性) 기판을 사용하여야 하고, 열선을 구성하는 금속을 상기 기판에 증착 공정을 통해 배치시켜 부피를 최소화하고, 나아가 생산 비용을 절감하기 위해서는 생산 공정을 최소화하여야 하는 기술적 과제들이 있다.In order to solve the problems of the prior art, a flexible substrate should be used to increase the applicability of the heater according to the shape of the object to which the heater is attached, and the metal constituting the hot wire is deposited on the substrate. There are technical challenges to minimize the production process in order to minimize the volume and further reduce the production cost by placing through.
따라서, 본 발명은 마이크로 스케일 전열 기구를 제공하기 위하여 가요성 기판 위에 열선을 증착 시킨 전열 기구를 제공하고, 가요성 기판 위에 금속 열선을 증착시키는 생산 공정을 최소화하여 생산 비용을 절감하는 것이 가능한 중합체를 소재로 하는 기판 상에 금속제 박막을 증착하는 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.Accordingly, the present invention provides a polymer that can reduce the production cost by providing a heat transfer mechanism in which hot wires are deposited on a flexible substrate to provide a micro scale heat transfer mechanism, and minimizing a production process of depositing a metal hot wire on a flexible substrate. It is an object to provide a method for depositing a metal thin film on a substrate made of a material.
본 발명의 목적을 달성하기 위한 고분자 중합체(Polymer)를 소재로 하는 기판 상에 금속제 박막(thin film) 열선을 증착하여 전열 기구를 제작하는 방법은, (1) 고분자 중합체(Polymer)를 소재로 하는 기판 상에 상기 금속제 박막의 목표 형상에 대응하는 개구가 형성된 금속 마스크(Metal Mask)를 정렬시킨 서브스트레이트(substrate)를 스퍼터링 체임버(Sputtering Chamber) 내에 배치하는 제1 단계와, (2) 증착시킬 금속 타깃(target)을 상기 스퍼터링 체임버 내에 배치하는 제2 단계와, (3) 상기 스퍼터링 체임버의 내부가 소정의 기동 압력(base pressure)이 될 때까지 스퍼터링 체임버 내부의 압력을 강하하는 제3 단계와, (4) 상기 체임버 내부가 기동 압력이 된 상태에서 불활성 기체를 상기 체임버 내부로 유입시키면서 상기 증착시킬 금속 타깃에 직류 전원을 공급하는 제4 단계와, (5) 상기 제4 단계의 수 행 결과 발생하는 플라스마가 상기 스퍼터링 체임버 내에 존재하는 상태에서 소정의 작동 압력(work pressure)을 유지시키는 제5 단계를 포함하도록 구성된다.In order to achieve the object of the present invention, a method of manufacturing a heat transfer mechanism by depositing a thin film heat ray made of a metal on a substrate made of a polymer, the material comprising: (1) a polymer made of a polymer A first step of disposing a substrate in which a metal mask having an opening corresponding to a target shape of the metal thin film is formed on a substrate in a sputtering chamber; (2) a metal to be deposited; A second step of placing a target in the sputtering chamber, (3) a third step of dropping the pressure inside the sputtering chamber until the inside of the sputtering chamber is at a predetermined base pressure; (4) a fourth step of supplying DC power to the metal target to be deposited while introducing an inert gas into the chamber while the inside of the chamber is at a starting pressure; (5) and a fifth step of maintaining a predetermined work pressure in a state in which the plasma resulting from the performance of the fourth step is present in the sputtering chamber.
이와 같은 구성에 의하면 종래 실리콘을 이용하여 웨이퍼 상에 회로 기판을 형성하는 공정인 박막 형성 공정에서 포토 리소그라피, 에칭, 메탈 디포지션 등의 다단계 공정을 수행하여야 비로소 하나의 증착 과정이 수행되던 것에 비해, 상기 금속 마스크를 상기 고분자 중합체 소재의 기판 상에 정렬시킨 후 증착시킴으로써, 제작 공정을 크게 단순화할 수 있고 금속 마스크를 반 영구적으로 재사용할 수 있어 본 발명에 의한 고분자 중합체(Polymer)를 소재로 하는 기판 상에 금속제 박막(thin film)을 증착하는 방법에 소요되는 비용을 크게 절감할 수 있다.According to such a configuration, a single deposition process is performed only when a multi-step process such as photolithography, etching, and metal deposition is performed in a thin film formation process, which is a process of forming a circuit board on a wafer using silicon. By aligning and depositing the metal mask on the substrate of the polymer polymer material, the fabrication process can be greatly simplified and the metal mask can be semi-permanently reused, thereby making a substrate based on the polymer according to the present invention. The cost for the method of depositing a thin film of metal on the metal can be greatly reduced.
또한, 전술한 바와 같은 구성에 의하면 열선의 두께가 수 마이크로 내외가 되도록 구성할 수 있어 종래의 전열 기구에 비해 그 부피를 크게 줄일 수 있고, 나아가 절연체인 폴리머 기판이 가요성을 갖기 때문에 제작 단계와 사용 단계에서의 전열 기구의 형상을 다르도록 제작할 수 있게 된다.In addition, according to the above-described configuration, the thickness of the heating wire can be configured to be several micrometers, so that the volume can be greatly reduced compared to the conventional heat transfer mechanism, and furthermore, since the polymer substrate, which is an insulator, is flexible, It becomes possible to manufacture so that the shape of a heat transfer mechanism in a use stage may differ.
바람직하게는, 상기 기판은 PET(Poly Ethylene Terephthalete) 계열의 소재 또는 PI(Polyimide) 계열의 소재로 형성되며, 상기 금속 타깃은 크롬(Cr) 또는 탄탈(Ta)을 소재로 구성한다. Preferably, the substrate is formed of a PET (Poly Ethylene Terephthalete) -based material or a PI (Polyimide) -based material, and the metal target is made of chromium (Cr) or tantalum (Ta).
폴리머 기판을 형성하는 폴리머 소재는 전열 기구의 사용 온도 조건에 따라 20~90℃ 범위의 저온 영역에서 전열 기구가 작동되는 경우에는 PET 계열의 소재로 구성하고, 전열 기구의 작동 온도가 300~400℃ 범위의 고온 영역에 분포하는 경우 PI 계열의 소재로 구성하는 것이 전열 기구의 내열성을 고양할 수 있으며, 폴리머 소재에 대한 접착성(adhension)을 고려하여 금속 박막 열선을 형성하게 되는 금속 타깃을 크롬 또는 탄탈로 구성한다.The polymer material forming the polymer substrate is composed of PET-based material when the heat transfer mechanism is operated in a low temperature range of 20 to 90 ° C depending on the operating temperature condition of the heat transfer mechanism, and the operating temperature of the heat transfer mechanism is 300 to 400 ° C. When distributed in the high temperature range of the range, the PI-based material may enhance the heat resistance of the heat transfer mechanism, and the metal target that forms the metal thin film hot wire in consideration of the adhesion to the polymer material may be chromium or Consists of tantalum.
본 발명의 목적을 달성하기 위한 전열 기구는 (1) 고분자 중합체(Polymer)를 소재로 하는 기판과, (2) 금속제 박막(thin film) 열선과, (3) 상기 열선에 연결되는 전원 공급원을 포함하되, 상기 열선은 상기 기판 상에 증착되어 형성되도록 구성된다.The heat transfer mechanism for achieving the object of the present invention includes (1) a substrate made of a polymer (polymer), (2) a thin film heating wire made of metal, and (3) a power supply source connected to the heating wire However, the hot wire is configured to be formed by depositing on the substrate.
폴리머 소재의 기판을 절연층으로 하여 전열 기구를 제작하는 경우 폴리머 소재 기판 자체가 변형 기판을 절연층으로 하여 전열 기구를 제작하는 경우 폴리머 소재 기판 자체가 변형 가능한 가요성(可僥性)을 가지며, 전열 기구에 제공되어야 하는 열선을 금속제 박막으로 상기 기판 상에 증착하여 형성함으로써 마이크로 스케일 전열 기구를 제작하는 것이 가능하게 되어 다양한 형태로 제작이 가능하고 응용 분야도 종래의 코일 히터에 비해 소형화된 제품에 제공하는 것이 가능하게 된다.When manufacturing a heat transfer mechanism using a polymer substrate as an insulating layer The polymer material substrate itself has flexibility to deform the polymer material substrate itself when manufacturing a heat transfer mechanism using the deformation substrate as an insulating layer, It is possible to manufacture a micro scale heat transfer mechanism by depositing and forming a heating wire to be provided to the heat transfer mechanism on the substrate by a thin metal film, which can be manufactured in various forms. It becomes possible to provide.
상기 폴리머 소재의 기판에 대한 상기 금속제 박막의 증착은 폴리머 기판 상의 금속제 박막이 증착될 위치에 금속제 박막의 형상(pattern)에 대응하는 개구가 형성된 금속 마스크(metal mask)를 정렬하여 배치한 후 스퍼터링(sputtering) 또는 이베포레이팅(evaporting) 방식으로 박막을 형성할 금속을 상기 기판에 증착하도록 구성한다.The deposition of the metal thin film on the substrate of the polymer material may be performed by arranging a metal mask having an opening corresponding to the pattern of the metal thin film at a position where the metal thin film on the polymer substrate is to be deposited, and then sputtering. The metal is to be deposited on the substrate to form a thin film by sputtering or evaporting.
바람직하게는, 상기 기판은 PET(Poly Ethylene Terephthalete) 계열의 소재 또는 PI(Polyimide) 계열의 소재로 형성되며 가요성(可僥性)을 가지도록 구성된다.Preferably, the substrate is formed of a PET (Poly Ethylene Terephthalete) -based material or a PI (Polyimide) -based material and is configured to have flexibility.
폴리머 기판은 실리콘 소재의 기판에 비해 높은 가요성을 가지며, 실리콘 기판을 절연층으로 사용하는 경우에 비해 전열 기구를 보호하기 위한 외장재가 필요하지 아니하게 되어 외형적인 한계에 거의 제약이 없이 다양한 형태로 제작하는 것이 가능한 전열 기구를 제공할 수 있게 된다.Polymer substrates have higher flexibility than silicon substrates, and do not require an exterior material to protect the heat transfer mechanism compared to the case where the silicon substrate is used as an insulating layer. It becomes possible to provide the heat transfer mechanism which can be manufactured.
한편, 상기 폴리머 기판은 전열 기구의 사용 온도 조건에 따라 20~90℃ 범위의 저온 영역에서 전열 기구가 작동되는 경우에는 PET 계열의 소재로 구성하고, 전열 기구의 작동 온도가 300~400℃ 범위의 고온 영역에 분포하는 경우 PI 계열의 소재로 구성하는 것이 전열 기구의 내열성을 고양하는데 바람직하다.On the other hand, the polymer substrate is composed of a PET-based material when the heat transfer mechanism is operated in a low temperature range of 20 ~ 90 ℃ according to the operating temperature conditions of the heat transfer mechanism, the operating temperature of the heat transfer mechanism is 300 ~ 400 ℃ In the case of distribution in a high temperature region, it is preferable to construct a PI series material to enhance the heat resistance of the heat transfer mechanism.
바람직하게는, 상기 기판의 상기 금속제 박막 열선이 형성된 면과 면접하여 배치되되 상기 금속제 박막 열선의 적어도 일부를 덮는 고분자 중합체를 소재로 하는 덮개판을 더 포함하도록 구성된다.Preferably, the cover plate is formed so as to be in contact with the surface of the metal thin film heating wire formed on the substrate, the cover plate made of a polymer polymer covering at least a portion of the metal thin film heating wire.
본 발명에 의한 전열 기구는 그 두께가 수십 ㎛에 불과하게 제작되는 것이 가능하며, 이와 같이 마이크로 스케일 전열 기구에 있어서는 열선에서 발생하는 열이 대기 중으로 확산되어 전열 기구의 열 효율이 떨어지게 되므로, 이와 같은 열 확산을 방지하고 전열 기구의 열 효율을 증대시키기 위해서 상기 기판의 상기 금속제 박막 열선이 형성된 면과 면접하는 덮개판을 부착하는 것이 바람직한데, 상기 덮개판은 고분자 중합체를 소재로 하는 폴리머 기판으로 구성하는 것이 바람직하다.The heat transfer mechanism according to the present invention may have a thickness of only a few tens of micrometers. In this way, in the micro scale heat transfer mechanism, since heat generated from the heating wire is diffused into the atmosphere, the heat efficiency of the heat transfer mechanism is reduced. In order to prevent heat diffusion and increase the thermal efficiency of the heat transfer mechanism, it is preferable to attach a cover plate which is in contact with the surface on which the metal thin film hot wire is formed. The cover plate is composed of a polymer substrate made of a polymer. It is desirable to.
바람직하게는, 상기 금속제 박막 열선은 크롬(Cr) 또는 탄탈(Ta)을 소재로 하도록 구성된다. 금속제 박막 열선은 다양한 금속을 상기 폴리머 소재 기판 상에 증착하여 형성할 수 있지만, 폴리머 소재에 대한 접착성(adhension)이 약한 금속 예를 들어 구리(Cu)를 증착하게 되면 열 전도성과 전기 전도성이 향상되기는 하지만 전열 기구의 내구성이 떨어져 바람직하지 않다. 따라서 전열 기구의 내구성의 중요한 요소인 폴리머 소재 기판에 대한 금속제 박막 열선의 접착성(adhension)을 고양하기 위하여 상기 열선을 구성하는 금속은 크롬 또는 탄탈로 구성하는 것이 바람직하다.Preferably, the metal thin film hot wire is configured to be made of chromium (Cr) or tantalum (Ta). Metal thin film hot wire can be formed by depositing various metals on the polymer material substrate, but the thermal conductivity and the electrical conductivity are improved by depositing a metal having a weak adhesion to the polymer material, for example, copper (Cu). However, the durability of the heating apparatus is not preferable because of the poor durability. Therefore, the metal constituting the hot wire is preferably composed of chromium or tantalum in order to enhance the adhesion of the thin metal hot wire to the polymer material substrate, which is an important factor of the durability of the heat transfer mechanism.
또한, 상기 전원 공급원은 리튬 폴리머 전지를 선택하는 것이 바람직하다. 본 발명에 의한 전열 기구의 전원 공급원을 리튬 폴리머 전지로 구성하는 경우 전열 기구 자체의 크기가 미세하게 구성될 수 있을 뿐 아니라 전원 공급원의 크기 역시 부피를 크게 줄일 수 있어 휴대용 발열체 예를 들어 혹한 지역에서의 방한복 등에 이용될 수 있으며, 기타 초소형 전열 기구가 내장될 필요가 있는 영역에서 그 활용도를 높일 수 있다.In addition, it is preferable that the power supply source is a lithium polymer battery. When the power source of the heating apparatus according to the present invention is composed of a lithium polymer battery, not only the size of the heating apparatus itself may be finely configured, but also the size of the power supply may be greatly reduced in size, so that a portable heating element may be used in a cold area, for example. It can be used for winter clothes, etc., and its utilization can be improved in the area where other micro heating devices need to be built.
아래 표 1은 본 발명에 의한 폴리머 소재 기판에 금속제 박막을 증착하는 과정의 바람직한 증착 조건을 찾아내기 위한 실험을 수행한 결과가 도시하고 있다. 표 1을 참고하면 증착 물질과 기동 압력, 작동 압력, 증착 물질에 인가된 전원으로부터의 전류량과 전압, 인가된 전원으로부터 공급된 전기 에너지, 증착 단계를 유지한 시간, 불활성기체 특히 아르곤(Ar)의 유입량 등의 조건에 따라 폴리머 소재 기판에 증착된 금속제 박막의 두께와 상기 증착된 박막의 두께를 증착 단계를 유지한 시간으로 나눈 분당 증착 두께를 살펴볼 수 있다.Table 1 below shows the results of experiments to find the preferred deposition conditions of the process of depositing a thin metal film on the polymer material substrate according to the present invention. Referring to Table 1, the deposition material and starting pressure, operating pressure, the amount and voltage of the current applied from the power source applied to the deposition material, the electrical energy supplied from the applied power source, the duration of the deposition step, the inert gas, in particular of argon (Ar) The deposition thickness per minute divided by the thickness of the metal thin film deposited on the polymer material substrate and the thickness of the deposited thin film by the time maintaining the deposition step according to the conditions such as the flow rate.
표 1을 참고하면 다양한 증착 조건을 변경함으로써 폴리머 소재 기판에 증착되는 박막의 두께를 조절하는 것이 가능하다는 것이 이해될 것이다.Referring to Table 1, it will be understood that it is possible to control the thickness of the thin film deposited on the polymer material substrate by changing various deposition conditions.
박막의 분당 증착 두께는 탄탈의 경우 평균 5nm이며, 크롬의 경우 8nm, 알루미늄의 경우 5nm, 구리의 경우 10nm, 코발트인 경우 16nm, 철/니켈 합금의 경우 14nm 인 것으로 실험되었다.The average thickness of the thin film deposited per minute was 5 nm for tantalum, 8 nm for chromium, 5 nm for aluminum, 10 nm for copper, 16 nm for cobalt, and 14 nm for iron / nickel alloys.
이하에서는 본 발명에 의한 전열 기구 및 고분자 중합체(Polymer)를 소재로 하는 기판 상에 금속제 박막(thin film)을 증착하는 방법의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명하도록 하겠다.Hereinafter, a preferred embodiment of a method of depositing a thin film of metal on a substrate made of a heat transfer mechanism and a polymer according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명에 의한 고분자 중합체를 소재로 하는 기판 상에 금속제 박막을 증착하기 위한 증착 체임버 내부의 구성도이다. 도 1에 도시된 바와 같이 증착 체임버는 체임버(30)를 형성하는 덮개부(50)와 증착될 금속 타깃(target; 20)과, 상기 금속 타깃에 직류 전원을 인가하는 전원부(40)와, 플라스마 상태가 된 금속 타깃이 증착될 서브스트레이트(10)를 포함하도록 구성된다. 상기 체임버(30) 내부는 초기에 기동 압력(base pressure)으로 고진공 상태가 되도록 한 후에는, 불활성 기체 특히 아르곤(Ar) 가스를 유입하면서 작동 압력(work pressure)을 유지하도록 구성된다. 상기 전원부(40)에서 인가되는 전원에 의해 상기 금속 타깃의 일부는 플라스마 상태가 되게 되고, 플라스마 상태가 된 금속 타깃은 체임버 내부를 부유하다가 상대적으로 저온인 서브 스트레이트(10) 상에 증착되게 된다.1 is a configuration diagram inside a deposition chamber for depositing a metal thin film on a substrate made of a polymer polymer according to the present invention. As shown in FIG. 1, the deposition chamber includes a
도 2를 참고하여 상기 서브스트레이트에 대해여 설명한다. 도 2는 본 발명에 의한 고분자 중합체를 소재로 하는 기판 상에 금속제 박막을 증착하기 위한 서브스트레이트(substrate) 배치 예시도이다. 도 2에 도시된 바와 같이 서브스트레이트(10)는 고분자 중합체(101)와, 상기 고분자 중합체 상에 배치되는 금속 마스크(metal mask; 400)를 포함하도록 구성된다. 상기 금속 마스크(400)에는 증착할 금속제 박막의 형상에 대응하도록 개구(410)가 형성되어 플라스마 상태의 금속 타깃이 체임버 내에서 부유하다가 상기 고분자 중합체(101)에 닿게 되면 냉각되어 증착될 수 있도록 한다. 상기 금속 마스크(400)는 반 영구적으로 재사용할 수 있으며, 금속 마스크(400)에 형성된 개구의 두께와 형상 설계에 따라 상기 금속 박막의 형상의 두께와 형상을 변형할 수 있다. 상기 서브스트레이트를 제작하기 위해 상기 금속 마스크(400)을 상기 고분자 중합체(101)에 배치한 후에는, 상기 금속 마스크(400)와 상기 고분자 중합체(101)가 밀착하도록 구성하는 것이 바람직한데, 이를 위하여 상기 금속 마스크(400)의 상기 고분자 중합체(101)와 접하는 면의 상기 개구(410)가 형성되지 아니하는 부분에 고온에도 견딜 수 있는 내열성 접착제를 이용하여 일시적으로 접착하거나, 또는 상기 금속 마스크(400)를 상기 고분자 중합체(101) 위에 배치한 후 이들 모두를 관통하는 소형 나사를 통해 상기 금속 마스크(400)와 상기 고분자 중합체(101)를 압박하는 방법으로 상기 금속 마스크(400)와 상기 고분자 중합체(101)가 스퍼터링 과정 동안 밀착된 상태를 유지하도록 구성한다. 한편, 상기 금속 마스크(400)와 상기 고분자 중합체(101)의 표면 조도를 비롯한 제반 조건에 따라 이들 간의 밀착이 완전히 이루어지지 아니하여 금속 마스크(400)의 상기 개구(410) 주변에 존재하는 고분자 중합체(101)와의 사이 공간에 원하지 아니하는 금속제 박막 증착이 발생할 수 있으나, 본 발명에 의한 전열기구는 반도체 공정에서 요구되는 정도의 정밀함을 요구하지는 아니하고 배치되는 열선의 단선(斷線)과 합선(合線)이 일어나지 아니하도록만 하면 전열 기구로서의 기능을 충분히 제공할 수 있다는 점을 고려하여 상기 금속 마스크(400)의 상기 개구(410) 크기를 실제 원하는 열선의 크기보다 작게 설계하거나, 이웃하는 개구 간 거리를 실제 배치될 열선 간 거리보다 크게 설계하는 등의 방법으로 열선의 단선과 합선을 방지할 수 있다.The substrate will be described with reference to FIG. 2. 2 is a diagram illustrating a substrate arrangement for depositing a metal thin film on a substrate made of a polymer polymer according to the present invention. As shown in FIG. 2, the
도 3은 본 발명에 의한 고분자 중합체를 소재로 하는 기판 상에 금속제 박막이 증착된 모습의 예시도이다. 도 3에 도시된 바와 같이 고분자 중합체를 소재로 하는 기판(101) 상에 금속제 박막(103)이 형성되고 나면, 금속 마스크(400)를 분리하여 금속제 박막(103)이 형성된 고분자 중합체를 소재로 하는 기판(101)을 사용할 수 있다.3 is an exemplary view of a metal thin film deposited on a substrate made of a polymer according to the present invention. As shown in FIG. 3, after the metal
도 7은 고분자 중합체를 소재로 하는 기판 상에 금속제 박막을 형성하는 방법에 대한 절차 흐름도이다. 고분자 중합체를 소재로 하는 기판 상에 금속제 박막을 형성하는 방법은 먼저 금속 마스크에 설계된 금속제 박막의 형상을 가공하여 개구를 형성함으로써 패턴을 형성하는 단계(S10)와, 패턴이 형성된 금속 마스크를 고분자 중합체 기판 위에 정렬하여 서브스트레이트를 형성하는 단계(S20)와, 형성된 서브 스트레이트를 스퍼터링 체임버 내부에 배치하는 단계(S30)와, 금속제 박막을 구성하게 되는 금속 타깃을 스퍼터링 체임버 내부에 배치하는 단계(S40)와, 스퍼터링 체임버 내부의 공기를 배출하여 체임버 내부 압력이 소정의 기동 압력(base pressure) 까지 감압하는 단계(S50)와, 체임버 내부가 고진공 상태에 이르면 불활성 기체를 체임버 내부에 채우는 단계(S60)와, 금속 타깃에 직류 전원을 공급하여 플라즈마를 생성하는 단계(S70)와, 플라즈마가 발생된 상태에서 작동 압력(work pressure)를 소정 시간 유지하여 원하는 양만큼 금속제 박막을 기판 상에 증착하는 단계(S80)를 포함한다.7 is a procedure flowchart for a method of forming a thin metal film on a substrate made of a polymer polymer. The method for forming a metal thin film on a substrate made of a polymer polymer includes forming a pattern by first forming an opening by processing a shape of a metal thin film designed in a metal mask (S10), and forming a patterned metal mask using a polymer polymer. Arranging the substrate to form a substrate (S20), arranging the formed substraights in the sputtering chamber (S30), and disposing a metal target constituting the metal thin film in the sputtering chamber (S40). And discharging the air inside the sputtering chamber to reduce the internal pressure of the chamber to a predetermined starting pressure (S50), and filling the inert gas into the chamber when the chamber reaches a high vacuum state (S60); (S70) generating a plasma by supplying DC power to the metal target and generating a plasma In maintaining the operating pressure (pressure work) a predetermined time and a step (S80) of depositing a metal thin film on a substrate by a desired amount.
도 4는 본 발명에 의한 초소형 전열 기구의 구성도이다. 본 발명에 의한 초소형 전열 기구는 도 4에 도시된 바와 같이 고분자 중합체를 소재로 하는 기판(101) 상에 금속제 박막(103)이 증착되도록 구성하여 상기 금속제 박막(103)이 열선의 기능을 수행하도록 하며, 상기 금속제 박막(103)의 양측 단부에는 전원을 연결할 수 있도록 전원 연결부(105)를 형성하는 것이 바람직하다. 본 발명에 의한 전열 기구는 상기 기판(101)을 가요성을 갖는 고분자 중합체를 소재로 하여 제작하여 가열할 대상 물체의 형상에 무관하게 제작하더라도 대상 물체의 표면 또는 내부에 원하는 형상으로 부착하는 것이 가능하게 된다. 4 is a block diagram of a micro heat transfer mechanism according to the present invention. The ultra-small heat transfer mechanism according to the present invention is configured to deposit a
도 5는 본 발명에 의한 초소형 전열 기구를 촬영한 사진이다. 도 5에 도시된 금속제 박막이 형성된 고분자 중합체를 소재로 하는 기판에는 최소 10㎛의 폭을 가지는 금속 열선이 상기 중합체 기판 상에 형성되도록 형성되며, 상기 기판은 연장부(107)를 포함하는 것이 바람직한데 상기 연장부(107)는 앞서 도 4에서 설명한 바와 같은 전원 연결부(105)가 형성되도록 구성하는 것이 바람직하다. 상기 연장부(107)에 전원을 연결하면, 상기 기판 상에 형성된 금속제 박막에 전기 에너지가 공급되고, 공급된 전기 에너지는 금속제 박막이 갖는 전기 저항에 의해 열 에너지로 변환되어 본 발명에 의한 전열 기구가 대상 물체를 가열하는 것이 가능하도록 한다.5 is a photograph of the ultra-small heat transfer mechanism according to the present invention. In the substrate made of the polymer polymer having the metal thin film shown in FIG. 5, a metal hot wire having a width of at least 10 μm is formed on the polymer substrate, and the substrate includes an
도 6은 본 발명에 의한 고분자 중합체를 소재로 하는 기판 상에 금속제 박막이 증착된 모습을 전자 현미경으로 촬영한 사진이다. 도 6에 도시된 사진은 고분자 중합체(200)에 금속제 박막(300)이 형성된 모습을 촬영한 것으로, 상기 고분자 중합체(200)는 PET(Poly Ethylene Terephthalete)를 소재로 하고, 상기 금속제 박막은 금속 타깃을 탄탈(Ta)로 구성하였다. 실험 조건을 기동 압력 6.0×10-7torr, 작동 압력 6.0×10-3torr, 인가 전원의 전류량은 0.13 A, 전압은 236V로 하여 20초간 증착한 것으로, 금속제 박막(300)의 증착 두께는 1.7nm이다.6 is a photograph taken with an electron microscope of a metal thin film deposited on a substrate made of a polymer according to the present invention. The photograph shown in FIG. 6 is taken of a metal
이상 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 아니하고 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다. 그러므로 앞서 설명한 실시예들은 예시적이며 특허청구범위를 한정하기 위한 것이 아니다.Although preferred embodiments of the present invention have been described above with reference to the accompanying drawings, those skilled in the art to which the present invention pertains may implement the present invention in other specific forms without changing the technical spirit or essential features. Therefore, the embodiments described above are exemplary and are not intended to limit the claims.
전술한 바와 같은 본 발명의 구성에 의하면 가요성 기판 위에 열선을 증착 시킨 전열 기구를 제공할 수 있게 되어 다양한 형태의 외형 또는 내부 구성을 갖는 가열 대상 물품에 밀착하여 대상 물품을 가열할 수 있되 제작 단계에서는 대상 물품의 형상에 구애받지 않고 저렴한 비용으로 대량 생산이 가능한 전열 기구를 제공할 수 있게 되고, 가요성 기판 위에 금속 열선을 증착시키는 생산 공정을 최소화하여 생산 비용을 절감하는 것이 가능한 중합체를 소재로 하는 기판 상에 금속제 박막을 증착하는 방법을 제공할 수 있다.According to the configuration of the present invention as described above it is possible to provide a heat transfer mechanism by depositing a hot wire on a flexible substrate to be in close contact with the heating target article having a variety of appearances or internal configuration can be heated to the target article Can provide a heat transfer mechanism that can be mass-produced at low cost regardless of the shape of the object, and minimizes the production process of depositing a metal hot wire on a flexible substrate to reduce the production cost. A method of depositing a metal thin film on a substrate can be provided.
Claims (7)
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| KR1020050067122A KR20070012899A (en) | 2005-07-25 | 2005-07-25 | Method for producing micro scale heater comprising polymer plate on which thin metal film is sputtered and device producted thereby |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111212487A (en) * | 2018-11-21 | 2020-05-29 | 蔡宏营 | Micron-sized wireless heater and manufacturing method and application thereof |
-
2005
- 2005-07-25 KR KR1020050067122A patent/KR20070012899A/en not_active Application Discontinuation
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