KR20100096429A - 플라즈마 처리용 수냉식 전극 - Google Patents

Abstract

본 발명은 PCB등의 스트립(strip)제품의 표면에 부착된 무기물 등 불순물을 제거하는데 사용되는 플라즈마 처리장치에 사용되는 전극에 관한 것으로서,

상기 전극의 몸체 내부 하면에 냉각수가 순환 배출되도록 지그재그 형태의 냉각유로를 형성하되, 상기 냉각유로는 2개 또는 4개의 유로가 평행하게 설치되면서 냉각수의 흐름이 서로 반대방향이 되도록 각 유로의 끝단에 냉각수 입,출구가 형성되어 있는 플라즈마 처리용 수냉식 전극을 구성상 특징으로 하며,

본 발명에 따른 플라즈마 처리용 전극은 냉각효율을 극대화 시킬 수 있어서 전극의 수명연장 및 피처리물의 불량발생을 최소화 할 수 있는 효과가 있다.

플라즈마, 냉각유로, 냉각커버, 대향

Description

플라즈마 처리용 수냉식 전극{WATER-COOLED ELECTRODE FOR PLASMA CLEANING}

본 발명은 PCB등의 스트립(strip)제품의 표면에 부착된 무기물등 불순물을 제거하는데 사용되는 플라즈마 처리장치에 사용되는 전극에 관한 것으로서 특히, 냉각수를 서로 반대방향에서 공급하고 배출하도록 냉각유로를 형성함으로써 전극의 냉각 균일도와 냉각효율을 대폭 향상시킨 수냉식 전극에 관한 것이다.

일반적으로 플라즈마 처리장치는 전극 위에 피처리물을 올려놓고 전기를 인가하여 발생하는 플라즈마에 의하여 PCB(printed circuit board)등 피처리물의 표면에 부착된 불순물 등을 제거하는데 사용된다. 좀더 구체적으로는 저진공 챔버 내부에 Ar, H₂, O₂등의 가스를 표면재질에 따라 단독 또는 혼합하여 투입하면서 전기적 에너지를 가하면 전기적 에너지에 의해 가속된 전자의 충돌에 의하여 투입된 가스가 플라즈마 상태로 활성화되는데, 플라즈마(Plasma)란 준중성상태에 있는 이온화된 가스를 말하며, 플라즈마 표면처리에서는 전기장에 의해 가속된 이온이 표면처리 과정에 참여하게 되고, 이러한 플라즈마 상태에서 발생하는 가스의 이온 또는 라디칼 등이 피처리 재료 표면에 충돌하여 미세 유막 제거, 미세 조도 형성 등, 표 면의 물리·화학적인 변화를 유도하는 역할을 하게 되고, 이와 같은 원리를 이용하여 각종 접착·밀착력 향상, 플라스틱 사출 도장의 불량 방지, 각종 코팅 밀착력을 증대시키기 위한 용도로 사용되고 있는 장치이다.

일반적으로 플라즈마 발생장치는 외부에 대해 밀폐된 내부공간을 제공하는 반응챔버와, 상기 반응챔버내에 설치되는 양전극부재 및 음전극부재와, 상기 양전극 및 음전극부재에 전기를 공급하는 전원을 포함한다. 상기 양전극부재와 음전극부재에 전기가 인가되면 전극간 간격이 가장 가까운 곳에서 플라즈마가 발생한다. 상기와 같이 발생한 플라즈마는 전극의 사이에서 예컨대 가스의 유동압력에 의해 이동이 가능하다. 그런데 상기한 플라즈마 발생장치는, 발생된 플라즈마의 전자온도가 10000K에 이르고, 또한 반응 가스의 온도도 2000K 정도에까지 다다르므로, 전극부재가 플라즈마의 열에 의해 쉽게 열손상되는 문제가 있다. 즉 전극부재의 끝부분이 플라즈마의 열에 의해 열변형되거나 마모되는 것이다. 이러한 현상은 플라즈마의 에너지가 높을수록 쉽게 발생하여 전극의 수명을 매우 짧게(보통 수 십 시간) 단축시킨다. 상기 전극부재의 열변형 및 마모는 플라즈마의 품질을 매우 낮추어 가스의 전환효율에 영향을 미친다.

즉, 플라즈마 처리장치의 전극에는 고전압이 공급되며, 그 고전압이 공급된 전극은 온도가 계속 상승하게 되어 안정성이 저하될 뿐만 아니라, 플라즈마 처리하는 동안 발생되는 열에 의해 전극이 과열되어 그 기능을 다하지 못하거나 수명이 단축되는 문제가 있어 이를 방지하기 위하여 전극을 냉각시키는 것이 필요하다.

상기와 같은 문제점을 감안하여 종래 플라즈마 처리장치는 고전압이 인가되 는 전극에 방열판을 부착하여 공냉시키는 공냉식 냉각방법을 사용하거나, 냉각수를 이용하는 냉각장치를 구비한 수냉식 냉각방법을 사용하여 전극의 온도가 설정된 온도 이상으로 과열되지 않도록 방지하였으며, 이와 같은 종래 플라즈마 처리장치에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 개략적으로 설명하면 다음과 같다.

공냉식의 경우 도1 및 도2에 나타난 바와 같이 전극(1)하부에 방열핀(2)을 다수개 설치하여 전극에서 발생되는 열을 방열핀(2)을 통하여 외부로 방출되도록 하거나, 여기에 냉각팬(12)을 추가로 설치하여 방열핀(2)에 공기를 불어넣음으로서 냉각효과를 더욱 높이도록 한 것이 대표적으로 사용되고 있다.

그러나 이와 같은 공냉식 전극은 전극의 외부에 방열핀을 부가적으로 설치하는 것이어서 전극의 크기를 크게 하고, 공기가 들어가는 부위와 나오는 부위의 온도편차가 커서 냉각능이 아주 만족할 정도로 우수하지 못한 문제가 있어 사용에 제한이 따르고 있다.

수냉식의 경우에는 도3a에 나타난 바와 같이 전극 하부에 냉각장치를 별도로 설치하거나, 도3b에 나타난 바와 같이 전극의 일측에서 냉각수를 공급하고 전극 내부에서 뜨거워진 냉각수를 타측으로 배출 순환하는 방식으로 되어 있는 것이 일반적이다. 그러나 도3a의 경우 냉각수를 순환시키는 파이프, 물을 이송하는 펌프 및 열교환기등을 필요로 하여 장치의 전체크기가 증가하는 문제가 있고, 도3b의 경우 냉각수 입구측과 출구측의 냉각수 온도차가 크게 발생하여 균일한 냉각이 곤란하여 냉각효율이 떨어지는 문제가 있었다.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 전극의 하부 전면에 밀폐된 냉각유로를 형성하여 냉각수를 양측에서 동시에 반대방향으로 공급함으로서 전극의 냉각 균일도를 유지함은 물론 냉각효율을 극대화시키는 것이 가능하고, 이에 따라 피처리물의 품질 향상 및 전극의 수명을 대폭 연장할 수 있는 수냉식 전극을 제공하고자 하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은

플라즈마 처리장치에 사용되는 전극에 있어서, 상기 전극의 몸체 내부 하면에 냉각수가 순환 배출되도록 지그재그 형태의 냉각유로가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리용 수냉식 전극을 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 냉각유로는 2개 또는 4개의 유로가 평행하게 설치되면서 냉각수의 흐름이 서로 반대방향이 되도록 각 유로의 끝단에 냉각수 입,출구가 형성되어 있는 것을 특징으로 하며,

또한 본 발명은 상기 냉각유로는 2개의 방으로 나뉘어 입구와 출구가 서로 교차하도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하고, 상기 냉각유로는 하면이 개방된 상태로서 그 하면은 냉각커버에 의해 밀폐되어 있는 것을 특징으로 하며,

나아가, 상기 냉각커버는 상기 냉각유로의 입,출구와 대응되는 부위에 구멍이 형성된 것을 특징으로 하고, 상기 냉각유로는 도중에 압력센서 또는 온도센서가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리용 수냉식 전극을 제공한다.

본 발명에 따른 전극은 전극내부 하면에 밀폐된 2개의 냉각유로를 평행하게 형성하되, 각각의 냉각유로 끝단에 입,출구를 서로 반대쪽으로 설치하여 냉각수를 대향시킴으로써 입구측의 차가운 냉각수에 의해 출구측의 뜨거워진 냉각수의 온도상승을 최소화하면서 전극의 냉각효율을 극대화시킬 수 있어 전극의 수명을 향상시킬 수 있고, 냉각유로 내부에 압력센서 및 온도센서를 부착하여 설정치 범위를 벗어나는 수치에서는 시스템이 자동으로 정지되어 불량을 미연에 방지할 수 있는 효과가 있다.

이하에 본 발명을 도면에 의거 상세히 설명한다.

도4는 본 발명의 수냉식 전극 구조를 3면에서 나타낸 도면으로서 좌상단의 도면은 본 발명 전극의 단면을 도시한 평면도이고, 좌하단의 도면은 상기 평면도에서 A-A′면을 절단하여 나타낸 정면도이고, 우상단의 도면은 상기 평면도에서 B-B′면을 절단하여 나타낸 측면도이다.

도5는 본 발명 수냉식 전극의 하면에 결합되는 냉각커버를 나타내는 사시도이다.

도6은 본 발명의 일실시예로서 냉각유로가 2개의 방으로 나뉘어 입구와 출구가 서로 교차하도록 된 것을 3면에서 나타낸 도면이다.

도4에 따르면, 전극(1)은 전극을 지지하는 챔버(도면 미표시)와 결합되도록 몸체의 하면 주변부에 프랜지(13)를 가지며, 전극 몸체 내부의 하면에 냉각수가 입구를 통하여 출구로 순환 배출되도록 입구(3,3′)와 출구(4,4′)를 갖는 지그재그 형태의 냉각유로(5)가 형성되어 있다. 상기 냉각유로(5)는 2개의 유로가 평행하게 설치되는데 냉각수의 흐름이 서로 반대방향이 되도록 각각의 냉각유로(5) 말단 일측에 형성된 입구와 출구(3,4) 그리고 타측에 형성된 입구와 출구(3′4′)는 서로 바로 인접되게 형성되어 있다. 냉각수는 물, 오일, 냉매 등이 사용될 수 있고, 냉각유로(5)는 2개의 유로가 1쌍으로 하여 2쌍이 설치될 수 있다. 2쌍으로 하는 경우 냉각효율이 배가될 수 있음은 물론이다.

상기와 같이 구성함으로써 입구(3,3′)에서 공급되는 차가운 냉각수가 냉각유로(5)를 통과하면서 뜨겁게 데워진 상태로 출구(4,4′)로 배출되는데 데워진 냉각수는 반대방향에서 공급되는 차가운 냉각수에 의해 냉각되어 냉각효율을 높이는 역할을 한다. 따라서 냉각수의 온도상승을 효과적으로 낮출 수 있다.

또한 본 발명의 일 실시예로서 도6에 나타난 바와 같이 냉각유로를 2개의 방으로 나뉘어 형성하되 냉각수의 입구와 출구가 서로 교차하도록 구성할 수도 있다. 냉각유로의 중앙부에는 냉각수가 효율적으로 흐를 수 있도록 유로를 분리하는 공간이 구비되어 있다. 다만, 이 경우에는 냉각수가 지그재그로 흐르는 것이 아니라 일방으로 흐르게 하여 냉각수의 이동속도를 높임으로써 효율적인 냉각이 가능하도록 한 것이다.

상기 냉각유로(5)가 형성된 전극(1)은 알루미늄 재질로서 주조하여 제조될 수도 있고, 또는 몸체를 기계가공하여 하부가 개방된 상태로 한 다음 하부의 개방 부를 냉각커버(6)로 밀폐시킴으로서 제조될 수도 있다. 이들은 사용자의 사용환경에 따라 적의 선택하여 사용할 수 있다.

상기 냉각커버(6)는 도5에 도시된 바와 같이 상기 냉각유로(5)의 입,출구(3,4)에 대응되는 부위에 동일길이의 구멍(7)을 형성하여 냉각수가 내부로 공급 및 외부로 배출되도록 하고, 전극의 하면과 용접하여 하면이 개방된 냉각유로(5)가 밀폐되도록 한다.

상기 냉각유로(5)의 도중에는 압력센서 또는 온도센서(도면부호 미표시)가 부착되어 설정치 범위를 벗어나는 수치에서는 시스템이 자동으로 정지되도록 설정하여 피처리물의 불량 및 전극의 손상을 방지할 수 있다.

물론 상기 전극(1)의 하면에는 전기를 인가하는 파워(11)가 케이블로 연결되어 있고, 상기 냉각수 입,출구에는 냉각수를 공급하기 위한 냉각수 인입라인(8,8′)과 냉각수 배출라인(9,9′)이 연결되어 있어 전극 몸체로 동시에 냉각수를 공급 및 배출하도록 되어 있다.

이와 같이 구성된 본 발명의 작용에 대하여 설명한다.

먼저 전극(1)위에 피처리물을 올려놓고 전기를 인가하면 플라즈마가 생성되어 피처리 대상물의 표면을 처리하게 되고, 이때 발생되는 열로 인해 전극이 과열되게 되는데, 이러한 전극 과열을 막기 위하여 전극의 하부 양측면에 설치된 각각의 냉각수 인입라인(8,8′)을 통하여 냉각수를 전극 내부로 공급하면 냉각수는 냉각유로(5)를 통하여 냉각수 배출라인(9,9′)으로 배출되고, 이때 냉각유로(5)가 서로 인접한 상태에서 대향으로 설치되어 냉각수가 서로 반대방향으로 흐르는 관계로 뜨거워진 냉각수의 열이 차가운 냉각수에 전달되면서 뜨거워진 냉각수의 온도는 하강하고 새로 들어온 차가운 냉각수의 온도는 상승하기 때문에 냉각수를 일방으로 통과시키는 경우에 비해서 냉각수의 온도상승을 저하시킬 수 있으며 인접한 냉각유로의 냉각수간의 온도차가 작아 냉각능이 유로를 일방으로만 한 경우보다 더 균일하다.

그리고 냉각유로(5)의 도중에는 압력센서와 온도센서가 부착되어 있어 설정치 범위를 벗어나는 상태로 냉각수가 작동되는 경우 시스템이 자동으로 정지되어 불량을 미연에 방지할 수 있다.

이러한 과정을 통해 냉각수가 전극의 하부 양측에서 서로 반대방향으로 동시에 공급되어 가열된 전극을 냉각시키게 됨으로써 냉각수의 온도상승을 대폭 저하시킬 수 있어 전극의 냉각효율을 높이고, 공급되는 냉각수의 압력과 온도가 일정범위를 벗어나면 시스템이 자동 정지되어 불량을 줄일 수 있다.

제1도는 종래기술의 공냉식 전극을 나타낸 사시도이고,

제2도는 종래기술의 공냉식 전극에 냉각팬이 설치된 개념도이고,

제3도a,b는 종래기술의 수냉식 전극을 나타낸 개념도이고,

제4도는 본발명 수냉식 전극의 3면을 나타낸 단면도이고,

제5도는 본발명 수냉식 전극의 냉각커버를 나타내는 사시도이고,

제6도는 본 발명 수냉식 전극의 다른 일 실시예를 나타낸 단면도이다.

*주요부분에 대한 부호의 설명*

1: 전극 2: 방열핀 3,3′: 냉각수 입구 4,4′: 냉각수 출구 5: 냉각유로 6: 냉각커버 7: 냉각커버의 구멍 8,8′: 냉각수 인입라인 9,9′: 냉각수 배출라인 11: 파워 12: 방열팬 13: 프랜지

Claims (6)

1. 플라즈마 처리장치에 사용되는 전극에 있어서,

   상기 전극의 몸체 내부 하면에 냉각수가 순환 배출되도록 지그재그 형태의 냉각유로가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리용 수냉식 전극.
2. 제1항에 있어서,

   상기 냉각유로는 2개 또는 4개의 유로가 평행하게 설치되면서 냉각수의 흐름이 서로 반대방향이 되도록 각 유로의 끝단에 냉각수 입,출구가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리용 수냉식 전극.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 냉각유로는 2개의 방으로 나뉘어 입구와 출구가 서로 교차하도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리용 수냉식 전극.
4. 제1항 내지 제3항중 어느 한항에 있어서,

   상기 냉각유로는 하면이 개방된 상태로서 그 하면은 냉각커버에 의해 밀폐되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리용 수냉식 전극.
5. 제4항에 있어서,

   상기 냉각커버는 상기 냉각유로의 입,출구와 대응되는 부위에 구멍이 형성된 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리용 수냉식 전극.
6. 제1항 내지 제3항중 어느 한항에 있어서,

   상기 냉각유로는 도중에 압력센서 또는 온도센서가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리용 수냉식 전극.

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