KR20130014007A - 박막 코팅 물질의 열처리 방법 및 장치 - Google Patents

박막 코팅 물질의 열처리 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

유연기판상에 인쇄된 나노단위의 박막 코팅 물질을 건조 및 소결하는 열처리 장치에 관한 것으로서, 마이크로웨이브와 근적외선을 이용한 복합 건조 방식의 열처리 방법 및 장치를 개시한다.
열처리 방법은 유연기판상에 코팅된 나노단위의 물질을 건조 및 소결하는 열처리 방법에 있어서, 상기 유연기판상에 코팅된 나노단위의 물질에 마이크로웨이브을 인가함에 의해 물질 자체의 마찰열에 의해 건조 및 소결시키는 것을 특징으로 한다.

Description

박막 코팅 물질의 열처리 방법 및 장치 {Method for heat-processing of thin-film coated material and apparatus thereof}
.본 발명은 유연기판상에 인쇄된 나노단위의 박막 코팅 물질을 건조 및 소결하는 열처리 장치에 관한 것으로서, 특히 마이크로웨이브와 근적외선을 이용한 복합 건조 방식의 열처리 장치에 관한 것이다.
일반적으로 반도체, 박막태양전지, 2차 전지, 다층 세라믹 캐패시터(MLCC) 등의 제작에 사용되는 물질들(예를 들어, 전도성 잉크, 세라믹, TiO2(산화 타이타늄), LiB/LiPV 등)은 유연기판상에 나노단위로 박막 코팅되어 지는데, 코팅된 물질의 소결 및 건조를 위한 열처리에 있어서 노(Furnace) 건조 장비를 사용하고 있다.
노 건조 장비는 가스 및 전기로 챔버(chamber) 내의 공기를 가열시킴으로써 대류 방식에 의해 시편을 건조 및 소결시킬 수 있는 장비이다.
이러한 노 건조 장비에서는, 챔버 내에서 대류 방식으로 열이 전달되기 때문에, 시편의 표면부터 가열되어 편파적인 열 분산이 이루어질 수밖에 없다.
그러므로 시편 자체가 이상적인 열평형상태에 도달하고 원하는 온도로 열처리하기 위해서는 상당히 많은 시간과 에너지가 요구된다.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위해 고안된 것으로서, 물질 자체의 마찰열에 의해 건조 및 소결이 이루어지는 유연기판상에 인쇄된 나노단위의 박막 코팅 물질을 건조 및 소결하는 열처리 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적은 상기의 열처리 방법에 적합한 열처리 장치를 제공하는 것에 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 열처리 방법은
유연기판상에 코팅된 나노단위의 물질을 건조 및 소결하는 열처리 방법에 있어서, 상기 유연기판상에 코팅된 나노단위의 물질에 마이크로웨이브을 인가함에 의해 물질 자체의 마찰열에 의해 건조 및 소결시키는 것을 특징으로 한다.
여기서, 본 발명에 따른 열처리 방법은
상기 유연기판상에 코팅된 나노단위의 물질을 차폐된 챔버내에서 이송시키는 과정; 및
상기 나노 단위의 물질에 마이크로웨이브를 인가하여 건조 및 소결하는 과정;
을 포함하는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 건조 및 소결하는 과정에서
마이크로웨이브 및 근적외선을 순차적 혹은 동시적으로 인가하는 것이 바람직하다.
상기의 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 열처리 장치는
유연기판상에 인쇄된 나노단위의 물질을 건조 및 소결하는 열처리 장치에 있어서,
유연기판상에 인쇄된 나노단위의 물질을 유입 및 이송시켜 건조 및 소결하는 차폐된 챔버;
상기 챔버 내에 설치되어 상기 챔버 내에서 이송되는 상기 코팅된 나노단위의 물질에 마이크로 웨이브를 투사하는 도파관; 및
상기 도파관에 마이크로 웨이브를 제공하는 마이크로 웨이브 발생 장치;
를 포함하는 것이 바람직하다.
여기서, 챔버 내로 유입된 상기 코팅된 나노단위의 물질에 근적외선을 투사하는 근적외선 램프; 및
도파관에서 발생된 마이크로 웨이브가 상기 근적외선 램프에 투사되지 않도록 차폐하는 차폐 장치;
를 더 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명은 유연기판위에 코팅된 나노단위의 물질을 건조 및 소결하는 열처리 방법 및 장치에 관한 것으로서, 특히 DSSC(Dye Sensitized Solar-Cell)의 전자 생성 및 전자 수송층 역할을 하는 TiO2(산화 타이타늄)와 LiB/LiPV의 양극과 음극의 활물질의 빠르고 효과적인 열처리에 적용 가능하다.
도 1은 본 발명에 따른 마이크로웨이브 및 근적외선을 이용한 열처리 시스템의 구성을 도시한다.
도 2는 차폐 장치의 설치 상태를 도시한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구성 및 동작을 상세히 설명하기로 한다.
본 발명에 따른 열처리 방법은 챔버 내에서 이송되는 유연기판상에 코팅된 나노단위의 물질을 건조 및 소결하기 위하여, 유연기판상에 코팅된 나노단위의 물질에 마이크로 웨이브을 인가함에 의해 물질 자체의 마찰열에 의해 건조 및 소결시킨다.
여기서, 마이크로웨이브 및 근적외선을 순차적 혹은 동시적으로 인가하도록 하고, 시편에 대하여 마이크로 웨이브를 수직 방향 혹은 수평 방향으로 직접 인가하도록 한다.
도 1은 본 발명에 따른 마이크로웨이브 및 근적외선을 이용한 장치의 구성을 도시한다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 열처리 장치(200)는 챔버(100), 도파관(106), 근적외선 램프(108)을 포함한다.
롤(102a, 102b)에 얹혀져 이송되는 웹(104)은 챔버(100) 내로 유입된다. 웹(104) 상에는 유연기판위에 코팅된 나노단위의 물질을 포함하는 시편(130)이 얹혀져 이송된다.
도파관(106)은 시편(130)에 대하여 수직 방향으로 설치된다. 이것은 도파관(106)에서 투사되는 마이크로 웨이브가 직접 시편에 인가되도록 하기 위함이다. 도 1에 잇어서는 도파관(106)이 시편(130)에 대하여 수직 방향으로 마이크로 웨이브를 투사하도록 설치되어 있지만 시편(130)에 대하여 수평 방향으로 마이크로 웨이브를 투사하도록 하는 것도 가능하다. 여기서, 시편(130)에 대하여 마이크로 웨이브를 수직 혹은 수평 방향으로 인가하는 것은 반사파가 아니라 직접 마이크로 웨이브를 인가하기 위한 것이다.
도파관(106)을 통하여 투사되는 마이크로 웨이브는 마그네트론(140)에 의해 발생된다. 이러한 마그네트론(140)은 전자레인지에 사용되는 것과 유사한 것이므로 상세한 설명을 생략한다.
근적외선 램프(108)는 시편(130)에 근적외선을 투사하도록 설치된다.
배기팬(110)은 시편(130)에 있는 솔벤트 물질이 기화하면 챔버(100) 내부에서 폭발의 위험이 있기 때문에 솔벤트를 강제 배기하기 위하여 설치된다.
근적외선 램프(108)이 도파관(106)에서 투사된 마이크로 웨이브가 직접 혹은 반사파의 형태로도 근적외선 램프(108)에 인가되지 않도록 근적외선 램프(108)과 시편(130)사이에 차폐장치가 설치된다.
도 2는 차폐 장치의 설치 상태를 도시한다. 차폐 장치(108a)는 도파관(106)에서 투사된 마이크로 웨이브가 직접 혹은 반사파의 형태로도 근적외선 발생 램프(108)에 인가되지 않도록 차폐하도록 설치된다.
이러한 차폐장치(108a)는 기본적으로 스테인레스 재질의 철망으로 구성될 수 있다. 철망의 그물 구조에 의해 마이크로 웨이브가 차단된다. 철망은 25~30의 메시 구조 즉, 1inch X 1inch의 면적에 25~30개의 미소 구멍이 구비되는 형태의 구조를 가지는 것이 바람직하다.
도 1에 도시된 장치에 있어서, 마그네트론(140)에서 생성된 마이크로웨이브는 도파관(106a, 106b)을 타고 챔버(100) 내로 유입되어 공기를 가열하지 않고, 2.45GHz의 전자파로 쌍극으로 이루어진 분자를 초당 수 억 번 회전시킴으로써 마찰열을 발생시키므로 물질 자체에서 열을 발생시킨다.
또한, 근적외선이 시편(130)에 조사되어 시편(130)에 코팅된 물질이 갖고 있는 고유주파수를 증폭시킴으로써 분자가 떨림 현상으로 인해 물질 자체에서 열을 발생시킨다.
이 두 가지 작용을 동시에 적용시킴으로써 외부의 열이 아닌 물질의 마찰열을 이용한 빠른 열처리가 가능하게 되므로 기존의 대류방식의 노 건조 장치에 비해 열처리 시간과 에너지를 대폭 줄일 수 있다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 열처리 장치(200)는 현재 상업화된 전자렌지와 비슷한 형식으로서 마그네트론(magnetron, 140)에서 나온 마이크로웨이브가 도파관(waveguide, 106)을 통해 챔버(100) 내로 유입시키는 원리는 같다.
그러나 도파관(106)에서 투사되는 마이크로 웨이브가 시편(130)에 직접 투사되도록 설치되는 점에서 특징을 갖는다.
즉, 작고 납작한 구조의 시편을 마이크로웨이브에 효과적으로 노출시키기 위해 시편(130)에 대해 수평 혹은 수직 방향으로 마이크로웨이브를 투사하도록 설치된다. 이에 따라, 시편(130)에 코팅된 코팅된 물질이 빠른 시간과 적은 에너지로 건조 및 소결될 수 있게 된다.
도 1에 도시된 장치에 있어서 마이크로웨이브 및 근적외선을 순차적으로 인가되는 것으로 설치되어 있지만 마이크로 웨이브와 근적외선을 동시에 인가하도록 하는 것도 가능하다.
또한, 챔버(100) 윗 부분에 근적외선 램프(108)를 장착하되 근적외선은 통과하지만 마이크로웨이브는 투과할 수 없는 차폐장치(108a)를 이용하여 근적외선 램프(108)을 보호하도록 함으로써, 시편(130)의 물질을 마이크로웨이브와 근적외선의 두 가지 방법으로 동시에 열처리시킬 수 있게 한다.
현재 회사나 연구소에서 제작되는 DSSC의 TiO2와 LiB/LiPB의 양극 및 음극의 활물질 등의 건조 및 소결을 위한 열처리 공정으로 대부분 노 건조 장비를 사용하고 있다. 이 공정에서 목표로 하는 시편의 성능을 위해 노 건조 장비로는 1시간 정도의 열처리 시간이 요구된다.
그러나 본 발명에서와 같이 마이크로웨이브와 근적외선을 이용하여 시편의 물질 자체가 마찰열을 발생시키는 원리인 분자의 회전 및 떨림 현상을 동시에 적용시켜 열처리 시간을 5분 내외로 줄일 수 있어 생산단가를 크게 절감시킬 수 있다.
100...챔버 102...롤
104...웹(web) 106...도파관
108...근적외선 램프 110...배기팬

Claims (10)

  1. 유연기판상에 코팅된 나노단위의 물질을 건조 및 소결하는 열처리 방법에 있어서,
    상기 유연기판상에 코팅된 나노단위의 물질에 마이크로웨이브을 인가함에 의해 물질 자체의 마찰열에 의해 건조 및 소결시키는 것을 특징으로 하는 열처리 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 유연기판상에 코팅된 나노단위의 물질을 차폐된 챔버내에서 이송시키는 과정; 및
    상기 나노 단위의 물질에 마이크로웨이브를 인가하여 건조 및 소결하는 과정;
    을 포함하는 열처리 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 건조 및 소결하는 과정에서
    마이크로웨이브 및 근적외선을 순차적으로 인가하는 것을 특징으로 하는 열처리 방법.
  4. 제2항에 있어서,
    마이크로웨이브를 상기 나노단위의 물질에 직접 인가하는 것을 특징으로 하는 열처리 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 마이크로웨이브가 상기 근적외선을 발생시키는 장치쪽으로 반사되지 않도록 차폐 장치를 설치하는 것을 특징으로 하는 열처리 방법.
  6. 유연기판상에 인쇄된 나노단위의 물질을 건조 및 소결하는 열처리 장치에 있어서,
    유연기판상에 인쇄된 나노단위의 물질을 유입 및 이송시켜 건조 및 소결하는 차폐된 챔버;
    상기 챔버 내에 설치되어 상기 챔버 내에서 이송되는 상기 코팅된 나노단위의 물질에 마이크로 웨이브를 투사하는 도파관; 및
    상기 도파관에 마이크로 웨이브를 제공하는 마이크로 웨이브 발생 장치;
    를 포함하는 열처리 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 챔버 내로 유입된 상기 코팅된 나노단위의 물질에 근적외선을 투사하는 근적외선 램프; 및
    상기 도파관에서 발생된 마이크로 웨이브가 상기 근적외선 램프에 투사되지 않도록 차폐하는 차폐 장치;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열처리 장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 도파관과 상기 근적외선 램프는 상기 코팅된 나노단위의 물질이 이송되는 방향으로 이격되어 설치되는 것을 특징으로 하는 열처리 장치.
  9. 제6항에 있어서, 상기 도파관은 상기 마이크로웨이브를 상기 나노단위의 물질에 직접 인가하도록 상기 나노단위의 물질에 대하여 수평 혹은 수직 방향으로 설치되는 것을 특징으로 하는 열처리 장치.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 코팅된 나노단위의 물질은 웹(web) 상에 얹혀져서 유입 및 이송되는 것을 특징으로 하는 열처리 장치.
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