KR20140142122A

KR20140142122A - 다층박막의 제조방법, 다층박막이 형성된 부재, 및 이를 포함하는 전자제품.

Info

Publication number: KR20140142122A
Application number: KR1020130131649A
Authority: KR
Inventors: 김진섭; 유형준; 정민철; 정현준; 조진현
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2013-05-31
Filing date: 2013-10-31
Publication date: 2014-12-11
Also published as: WO2014193100A1; CN105264116A; KR102129908B1; US9845535B2; US20140355184A1; MX2015014977A; EP2961861A1; EP2961861A4; EP2961861B1

Abstract

본 발명은 플라즈마 방전에 의해 타겟으로부터 떨어져 나온 타겟 입자를 금속 대상체상에 증착시켜 다층박막을 형성하는 다층 박막 증착 장치를 이용한 다층박막 제조방법 및 다층 박막에 관한 것이다. 보다 상세하게, 다층 박막 증착 장치의 일 실시예로 스퍼터링(Sputtering) 증착 장치에 대해 설명하였다.
일 실시예에 따른 다층박막 제조방법은, 금속 대상체에 도장층을 코팅하는 공정과, 도장층에 적어도 하나의 경도강화층을 증착하는 공정과, 상기 경도강화층에 색상층을 증착 하는 공정을 포함한다.
　　

Description

다층박막의 제조방법, 다층박막이 형성된 부재, 및 이를 포함하는 전자제품. {method of manufacturing the multi layer thin film, the member including the same, and the electronic product including the same }

비활성가스의 플라즈마(Plasma) 방전에 의해 타겟으로부터 떨어져 나온 타겟 입자를 금속 대상체(metal object)상에 증착시키는 기술에 관한 것이다.

전자 제품 및 자동차 산업에 있어 금속 재료는 내외장을 아울러 다용도로 사용되고 있다. 금속 재료는 외관이 미려하고 고급감을 주기 때문에 최근 외장재로 많이 사용되고 있다. 일반적으로 가공 상태의 금속 재료는 기계 가공에 의한 조도(Roughness) 때문에 바로 외관으로 사용하기는 어렵고 도장, 도금, 음극산화법(Anodizing) 등의 후처리를 하게 된다.

도장은 도료의 종류에 따라 다양한 종류와 공법이 있다. 일반적으로 사용되는 합성 수지 도료는 금속 재료의 평탄도를 개선하고 다양한 색상을 구현할 수 있는 장점이 있으나 　금속감을 감소시키는 단점이 있다.

도금은 전기도금이 일반적이며, 장식용 도금으로는 금, 은 등의 귀금속이나 내식성이 우수한 크롬 도금 등이 많이 쓰이고 있다. 크롬 도금은 강도가 우수하고 부식이 되지 않아 자동차, 전자 제품의 외관에 사용되며 수십 마이크로 두께로서 금속 모재 조도를 상당 부분 평탄화 할 수 있고, 내스크래치성도 우수다는 장점이 있으나, 여러 공정을 거치는 과정에서 불량률이 발생할 확률이 높고, 환경 오염에 대한 우려를 가지고 있다는 단점이 있다.

음극산화법은 모재에 따라 산화피막을 형성하는 후처리 방법으로, 모재의 경도를 높게 증가시키고 내식성을 향상시키며 염료에 따라 다양한 색상을 구현할 수 있다는 장점이 있지만, 모재가 한정되고 음극산화 표면은 광택이 저하되어 외관이 도금만큼 미려하지 못한 단점이 있다.

금속 재료의 표면 조도를 낮추기 위해 도장층을 코팅하고, 코팅된 도장층 위에 경도강화층, 색상층, 및 보호층을 증착하는 다층박막 제조방법을 제공하고자 한다.

또한 금속 대상체에 도장층, 경도강화층, 색생층, 및 보호층이 결합된 금속 부재를 제공하고자 한다. 　　　　

또한 표면 전체 또는 일부분에 경도강화층, 색상층, 및 보호층을 포함하는 다층박막이 형성된 플라스틱 성분을 포함하는 하우징에 의해 외관이 형성된 전자제품을 제공하고자 한다. 　

전술한 목적을 달성하기 위한 일 실시예에 따른 다층박막 제조방법은 금속 대상체에 도장층을 코팅하는 공정과, 도장층에 적어도 하나의 경도강화층을 증착하는 공정과, 경도강화층에 색상층을 증착 하는 공정을 포함한다.

또한, 금속 대상체에 도장층을 코팅하는 공정은, 도장층을 금속 대상체에 평평하게 코팅하는 공정을 포함할 수 있다.

또한, 금속 대상체에 도장층을 코팅하는 공정은, 도장층을 1-30 마이크로미터의 두께로 코팅하는 것을 포함할 수 있다.

또한, 금속 대상체에 도장층을 코팅하는 공정은, 소부 도료, UV 도료, 또는 분체 도료를 사용하여 도장층을 코팅하는 것을 포함할 수 있다.

또한, 금속 대상체에 도장층을 코팅하는 공정에서, 도장층은 아크릴 수지, 멜라민 수지, 또는 에폭시 수지 중 어느 하나의 수지 또는 복수개의 수지를 포함할 수 있다.

또한, 도장층에 적어도 하나의 경도강화층을 증착하는 공정은, 도장층에 크롬(Cr)을 포함하는 제 1 경도강화층을 증착하는 공정과, 제 1 경도강화층에 질화티타늄(TiN), 질화크롬(CrN) 및 질화알루미늄(AlN)을 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 제 2 경도강화층을 증착하는 공정을 포함할 수 있다.

또한, 경도강화층에 색상층을 증착 하는 공정에서, 색상층은 크롬(Cr), 티타늄(Ti), 구리(Cu), 금(Au) 및 질화티타늄(TiN)을 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.

또한, 경도강화층에 색상층을 증착 하는 공정 이후에, 테프론(Teflon) 및 실리콘(Silicon)을 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 보호층을 증착하는 공정을 더 포함할 수 있다.

또한, 장치의 전원으로 펄스드 직류 전원(pulsed DC power source) 또는 RF 전원 (Radio Frequency power source) 중 어느 하나 또는 전원 모두를 혼합하여 사용할 수 있다.

다음으로 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 부재는 금속 대상체와, 금속 대상체의 표면 조도를 평탄화하도록 금속 대상체에 코팅된 도장층과, 금속 대상체의 경도를 강화하도록 도장층에 증착된 적어도 하나의 경도강화층과, 금속성을 구현하도록 경도강화층에 증착된 색상층을 포함한다.

또한, 도장층은 금속 대상체의 표면 조도를 낮추기 위해 금속 대상체에 평평하게 코팅될 수 있다.

또한, 도장층은 1-30 마이크로미터의 두께로 코팅될 수 있다.

또한, 도장층은 소부 도료, UV 도료, 및 분체 도료를 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나의 도료를 포함할 수 있다.

또한, 도장층은 아크릴 수지, 멜라민 수지 및 에폭시 수지를 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나의 수지를 포함할 수 있다.

또한, 경도강화층은, 도장층에 증착된 크롬(Cr)을 포함하는 제 1 경도강화층과 제 1 경도강화층에 증착된 티타늄(TiN), 질화크롬(CrN) 및 질화알루미늄(AlN)을 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 제 2 경도강화층을 포함할 수 있다.

또한, 색상층은 크롬(Cr), 티타늄(Ti), 구리(Cu), 금(Au) 및 질화티타늄(TiN)을 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.

또한, 색상층에 테프론(Teflon) 및 실리콘(Silicon)을 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 보호층을 더 포함할 수 있다.

다음으로 본 발명의 일 실시예에 따른 전자제품은 금속 성분을 포함하는 하우징 및 하우징의 표면 전부 또는 일부에 결합된 다층 박막을 포함하고, 다층박막은, 하우징의 표면 전부 또는 일부에 결합된 도장층과, 도장층에 결합된 적어도 하나의 경도강화층과, 경도강화층에 결합된 색상층을 포함할 수 있다.

또한, 하우징은 하우징의 액세서리를 포함할 수 있다.

또한, 금속 성분은 알루미늄(Al), 아연(Zn), 마그네슘(Mg), SUS(Steel Use Stainless), STS(Stainless Steel) 및 스틸(Steel)을 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.

또한, 색상층에 결합되고 테프론(Teflon) 및 실리콘(Silicon)을 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 보호층을 더 포함할 수 있다.

금속 재료의 표면 조도를 낮추기 위해 도장층을 코팅시켜 다층 박막을 효과적으로 증착시키고 표면 조도가 보정된 상태에서 후에 색상층을 증착하므로 미려한 금속감을 구현할 수 있다. 　

금속 재료 위에 질화크롬(CrN), 질화티타늄(TiN), 질화알루미늄(AlN), 크롬(Cr) 성분 중 적어도 하나의 성분을 포함하는 적어도 하나의 경도강화층을 증착하여 재료의 경도를 강화할 수 있다.

스퍼터링 증착 기술은 건식 증착 기술로써, 건식 증착 기술에 의해 다층박막 구조를 형성하므로 친환경적인 특성을 갖는다. 　

도 1a는 금속 대상체 위에 도장층 코팅 없이 금속 박막을 증착할 경우 금속 대상체의 표면에 증착되는 금속 박막의 표면을 도시한 도면이다.
도 1b는 금속 대상체 위에 평평한 도장층 코팅 후 다층 박막을 증착할 경우 다층 박막의 구조를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명에 따라 다층박막을 제조하기 위한 스퍼터링 증착 장치의 구성도이다.
도 3a, 3b, 3c는 도 2에 도시한 스퍼터링 증착 장치를 이용하여 다층박막 제조 공정이 수행되는 과정을 도시한 도면이다. 　
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 대상체에 제 1 경도강화층/제 2 경도강화층/색상층이 증착된 금속 부재를 도시한 도면이다.
도 5는 도 4에 도시된 다층박막에 보호층이 더 코팅된 금속 부재를 도시한 도면이다.
도 6은 일 실시예에 따른 전자제품의 예로 도 5에 도시된 다층박막이 표면에 결합된 하우징에 의해 외관이 형성된 티브이(TV)를 도시한 도면이다.
도 7의 (a)는 일 실시예에 따른 전자제품의 예로 도 5에 도시된 다층박막이 표면에 결합된 하우징에 의해 외관이 형성된 통신기기를 도시한 사시도이며, 도 7의 (b)는 그 배면도이다.
도 8은 일 실시예에 따른 전자제품의 예로 도 5에 도시된 다층박막이 표면에 결합된 하우징에 의해 외관이 형성된 세탁기를 도시한 도면이다.
도 9는 일 실시예에 따른 전자제품의 예로 도 5에 도시된 다층박막이 표면에 결합된 하우징에 의해 외관이 형성된 냉장고를 도시한 도면이다.

이하　첨부된 도면을 참조하여 다층박막 증착 장치를 이용한 다층박막 제조방법에 대해 설명하도록 한다.

금속 재료는 기계가공 후 가공에 따라 다소의 표면 조도(Roughness)를 갖게 된다. 압출에 의한 압출 자국은 1-2 마이크로미터의 조도를 갖게 되며, 다이캐스팅을 거친 소재는 미세 크랙에 의해 수 마이크로미터 수준의 조도를 갖게 된다. 따라서 일반적으로 가공 상태의 금속 재료는 기계 가공에 의한 조도 때문에 바로 외관으로 사용하기 어려우며 표면 조도를 보정하기 위한 후 처리를 거쳐야 한다.

이하 금속 재료의 표면 조도를 보정하기 위한 후 처리의 방법으로 다층박막의 제조 방법에 대해 상세하게 설명한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 다층박막 제조방법으로 설명의 편의상 스퍼터링(Sputtering) 증착 장치를 이용한 다층박막 제조 방법에 대해 상세하게 설명하도록 한다. 일 실시예에 따른 다층박막 제조 방법은, 가공된 금속 재료의 표면 조도를 평탄화하기 위해 금속 대상체에 도장층을 코팅하는 공정, 도장층에 적어도 하나의 경도강화층을 증착하는 공정, 경도강화층에 색상층을 증착 하는 공정을 포함한다.

또한,　도장층을 타겟으로 하여 도장층에 적어도 하나의 경도강화층을 증착하는 공정은, 도장층에 크롬(Cr)을 포함하는 제 1 경도강화층을 증착하는 공정 및 제 1 경도강화층에 질화티타늄(TiN), 질화크롬(CrN) 및 질화알루미늄(AlN)을 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 제 2 경도강화층을 증착하는 공정을 포함할 수 있다.

또한, 경도강화층에 색상층을 증착하는 공정에 있어서, 색상층은 크롬(Cr), 티타늄(Ti), 구리(Cu), 금(Au) 및 질화티타늄(TiN)을 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.

또한, 경도강화층에 색상층을 증착하는 공정 이후에, 테프론(Teflon) 및 실리콘(Silicon)을 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 보호층을 증착하는 공정을 더 포함할 수 있다.

도 1a, 1b는 가공된 금속 재료의 표면 조도를 평탄화 하기 위해 금속 대상체(100)에 도장층(110)을 코팅하는 공정이 필요한 이유를 설명하기 위해 도시한 도면으로, 도 1a는 금속 대상체(100)에 도장층(110) 코팅 없이 금속 박막을 증착 할 경우 금속 대상체(100)의 표면에 증착되는 금속 박막의 표면을 도시한 것이고, 도 1b는 금속 대상체(100)에 평평한 도장층(110) 코팅 후 다층 박막을 증착할 경우 다층 박막이 증착되는 구조를 도시한 것이다.

도 1a를 참조하면, 통상 가공된 금속은 수 마이크로에 이르는 표면조도를 가지며, 별도의 공정 없이 스퍼터링 공정이 이루어질 경우, 증착 후 표면 조도 역시 수 마이크로 수준에 머무르게 된다. 이러한 표면 조도에서는 난반사가 이루어져 광택이 떨어지게 되고 미려한 금속감을 구현할 수 없게 된다.

이를 개선하기 위해 본 발명에서는 도 1b와 같이 수 마이크로의 조도를 가진 금속 대상체(100)에 도장층(110)을 코팅하고 그에 경도강화층(120), 색상층(130)의 순서로 다층 박막을 증착 시킨다.

도장층(110)은 도장층(110)에 금속 대상체(100)가 평평하게 증착되도록 하기 위해 평평하게 코팅된다. 평평한 도장층(110)으로 인해 도막 위에 증착된 다층 박막 역시 평평하게 증착되어 다층 박막에 입사되는 광이 박막 표면에서 정반사 되어 미려한 금속감을 구현할 수 있다.

도장층(110)은 도료의 점성을 조절하여 두께를 조절할 수 있다. 즉, 도료의 점도가 높을 때에는 도막의 두께가 두껍게 형성되며 도료의 점도가 낮을 때에는 도막의 두께가 얇게 형성된다. 금속 대상체(100)에 도장층(110)을 코팅하는 공정은 도료의 점성을 조절하여 1-30 마이크로미터의 두께로 도막이 코팅되도록 하는 것을 포함한다.

이하, 스퍼터링 공법으로 경도강화층(120) 및 색상층(130)을 포함하는 다층박막을 제조하기 위한 공정에 대해 상세하게 설명한다.

스퍼터링은 대표적인 물리적 기상 증착(Physical Vapor Deposition) 방법으로서, 진공 챔버 중에서 비활성 기체를 이온화 가속하여 고체 시료에 충돌시키고, 충돌 시 발생하는 에너지로 고체 시료로부터 원자가 튀어나오도록 하는 방법이다. 스퍼터링 방법은 반도체 및 디스플레이 소자 등을 제조하는데 필요한 박막의 금속층을 형성하거나 금속 산화물층을 증착하는데 이용된다.

본 발명에서는 진공 챔버 내에서 이온화 되는 비활성 기체로 아르곤(Ar) 기체를 사용하는 것을 포함하며, 기타 다른 비활성 가스가 혼합되어 사용되는 것을 포함할 수 있다.

도 2는 스퍼터링 공법으로 다층박막을 제조하는 공정을 설명하기 위한 스퍼터링 증착 장치를 도시한 도면이다.

도 2를 참조하면, 일 실시예에 따른 제조 방법이 수행되는 스퍼터링 증착 장치는　스퍼터링이 일어나는 복수의 진공 챔버(210, 310, 410)를 포함하며, 진공 펌프(214, 314, 414)와, 가스 공급 시스템(220, 320, 420)과, 레일(201)과, 건(gun)(230, 330, 430)과, 타겟 시료(234, 334, 434)를 포함한다. 또한 복수개의 마그네트론(240, 340, 440)을 포함할 수 있다.

진공 펌프(214, 314, 414)는 진공 챔버(210, 310, 410)의 일 측면에 마련되며, 진공 챔버(210, 310, 410)의 진공 상태를 유지시킨다.

가스 공급 시스템(220, 320, 420)은 진공 챔버(210, 310, 410)의 측벽에 마련될 수 있고, 진공 챔버(210, 310, 410) 내에 가스를 공급한다.

가스 공급 시스템(220, 320, 420)은 이온화 시킬 아르곤(Ar) 가스가 저장되는 방전 가스 챔버(222, 322a, 422)와, 진공 챔버와(210, 310, 410) 방전 가스 챔버(222, 322a, 422)를 연결하는 질량유량계(224, 324, 424)와, 방전 가스 챔버(222, 322a, 422)로부터 진공 챔버(210, 310, 410)에 유입되는 가스를 조절하는 조절 벨브(226. 326, 426)를 포함할 수 있다. 또한, 제 2 챔버(310)의 가스공급시스템(320)은 질소(N2)가스가 저장되는 처리 가스 챔버(332b)를 더 포함할 수 있다.

레일(201)은 진공 챔버(210, 310, 410)의 상면에 마련되며, 레일(201)에는 증착 시키고자 하는 대상이 장착된다. 증착시키고자 하는 대상은 평면 금속 대상체(100)일 수 있으며, 표면의 일부에 곡면을 포함하거나 돌출부를 포함하는 부품일 수 있다. 도 2의 스퍼터링 증착 장치는 설명의 편의상 금속 대상체(100)를 증착시키는 것에 대해 설명하였다.

타겟 시료(234, 334, 434)는 진공 챔버(210, 310, 410) 내부에 마련되고, 증착시키고자 하는 대상의 맞은편에 위치한다. 증착시키고자 하는 대상은 평면 또는 곡면의 형태일 수 있으며, 증착시키고자 하는 대상의 형태에 따라 복수개의 타겟 시료(234, 334, 434)를 사용할 수 있다. 　

건(gun)(230. 330, 430)은 진공 챔버(210, 310, 410)의 내부에 마련된다. 전원 공급부(235, 335, 435)를 통해 음극에 연결되어 있는바, 전원 공급부(235, 335, 435)가 건(230. 330, 430)에 전원을 공급하면 음의 전기장이 발생하고, 방전이 시작되어 아르곤(Ar) 가스와 전원공급부에서 공급되는 전자가 충돌하여 아르곤 이온(Ar+)을 생성하면서 플라즈마(plasma)가 발생한다.

마그네트론(240, 340, 440)은 진공 챔버(210, 310, 410)의 내부에 마련되고, 타겟시료(234, 334, 434)의 하부에 복수개가 설치된다.

마그네트론(240,340, 440)에 의해 자기장(245, 345, 445)이 형성되는데, 아르곤(Ar)에서 분리된 전자들은 기존의 전기장에 마그네트론(240, 340, 440)에 의해 형성된 자기장의 힘을 동시에 받아 나선운동(250)을 하게된다.

나선운동(250)을 하는 전자들은 자기장에 포획되어 있어 빠져 나가기가 어려워 지고 플라즈마 내에 전자 밀도가 높아지게 된다.

이로 인해 진공 챔버(210, 310, 410) 내에 이온화된 아르곤(Ar)이 증가하게 되고 타겟시료(234, 334, 434)에 충돌하는 아르곤(Ar)의 수도 증가하게 되어 박막 증착의 효율성이 향상된다. 　

도 3a, 3b, 3c는 도 2의 구성으로 이루어진 스퍼터링 증착장치를 이용하여 본 발명에 따른 다층박막 제조방법이 수행되는 과정을 도시한 도면이다.

본 발명에 따른 다층박막 제조방법은, 금속 대상체(100)에 도장층(110)을 코팅하는 공정, 도장층(110)에 적어도 하나의 경도강화층(120)을 증착하는 공정, 경도강화층(120)에　크롬(Cr), 티타늄(Ti), 구리(Cu), 금(Au) 및 질화티타늄(TiN)을 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 색상층(130)을 증착 하는 공정을 포함한다.

경도강화층(120)을 증착하는 공정은, 도장층(110)에 크롬(Cr)을 포함하는 제 1 경도강화층(120a)을 증착하는 공정 및 제 1 경도강화층(120a)에 질화티타늄(TiN), 질화크롬(CrN), 또는 질화알루미늄(AlN) 성분 중 적어도 하나의 성분을 포함하는 제 2 경도강화층(120b)을 증착하는 공정을 포함할 수 있음은 전술한 바와 같다.

다만, 이하 설명의 편의상 크롬(Cr)을 포함하는 제 1 경도강화층(120a), 질화크롬(CrN)을 포함하는 제 2 경도강화층(120b), 크롬(Cr)을 포함하는 색상층(130)을 증착하는 공정을 포함하는 다층박막 제조방법에 대해 설명하도록 한다. 　　

또한, 공정 중 타겟 시료(234, 334, 434)의 온도는 상온 이상 200 ℃ 이하로 유지하고, 레일(201)을 따라 이동하는 증착하고자 하는 대상의 온도는 60 ℃ 이상 70 ℃ 이하로 유지하도록 한다. 　

　도 3a, 3b, 3c를 참조하여 다층박막의 제조 방법을 설명하면 다음과 같다. 　도장층(110)이 코팅된 금속 대상체(100)에 제 1 경도강화층(120a)을 형성시키기 위해, 도3a에 도시한 바와 같이 제 1 진공 챔버(210)의 상부에 도장층(110)이 코팅된 금속 대상체(100)를 장착시키고, 하부에 타겟시료(234)로 크롬(Cr)을 위치시킨 후 진공 펌프(212)에 의해 제 1 진공 챔버(210)를 진공 상태로 유지 시키면서 질량유량계(224)를 조절하여 제 1 진공 챔버(210) 내에 아르곤(Ar) 가스를 주입한다. 　

건(230)은 전원 공급부의 음극에 연결되어 있으므로 전원공급부(235)를 통해 건(230)에 전원을 공급하여 음의 전기장을 생성시키면, 방전이 시작되어 플라즈마가 발생하게 된다. 보다 상세하게 설명하면, 제 1 진공 챔버(210)에 주입된 아르곤(Ar) 가스는 1차 및 3차 전자와의 충돌로 이온화 되어 이하의 반응식 1과 같이 양이온(Ar+)과 전자로 분리되어 플라즈마가 발생한다.

반응식 1

Ar → Ar+ + -

방전가스는 아르곤(Ar) 가스를 사용하여 개질하는 것을 포함하며, 다른 비활성 가스를 혼합하여 사용할 수 있다. 이하 설명의 편의상 방전 가스로 아르곤(Ar) 기체를 사용하는 것을 전제로 설명하도록 한다.

플라즈마가 발행되면 플러스로 차지된 아르곤 이온(Ar+)은 전기장의 힘을 받아 음극으로 작용하는 타겟시료(234) 쪽으로 가속되어 끌려가게 되고, 가속된 아르곤 이온(Ar+)이 타겟시료(234)에 충돌하여 타겟시료(234) 표면에 에너지를 전달하고, 그 에너지로 인해 타겟시료(234)의 크롬 원자가 튀어나온다.

튀어나온 크롬 원자는 아르곤 이온(Ar+)의 충돌 에너지에 의해 제 1 진공 챔버(210) 상부에 위치하는 도장층(110)이 코팅된 금속 대상체(100)에 부착되어 제 1 경도강화층(120a)을 형성한다.

제 1 경도강화층(120a)은 1-500 나노미터의 두께로 형성될 수 있다. 　

제 1 전원공급부(235)로는 DC전원, 펄스직류전원(Pulsed DC power source), 및 RF 전원 (Radio frequency power source)이 이용될 수 있다.

이 중 DC 전원은 증착되는 층의 밀도가 높지 않으며, RF 전원은 크롬 원자(Cr)가 증착되는 속도가 느리므로 펄스직류전원을 사용하는 것이 바람직하다.

또한, 펄스직류전원은 0 V보다 크고 200 V 이하인 전압을 공급하는 것이 바람직하다.

제1 경도강화층(120a)이 형성되면 제 1 경도강화층(120a)에 제2 경도강화층(120b)을 증착하는 공정이 수행된다. 제 1 경도강화층(120a)에 제2 경도강화층(120b)을 증착하기 위해 도 3b에 도시한 바와 같이 금속 대상체(100)를 이동시켜 제2 진공 챔버(310)에 장착시킨다. 　도장층(110) 및 제1 경도강화층(120a)이 형성된 금속 대상체(100)가 제 2 진공 챔버(310)에 장착되면 진공 펌프(312)에 의해 제 2 진공 챔버(310)를 진공 상태로 유지 시키면서 질량 유량계(324)를 조절하여 제 2 진공 챔버(310) 내에 아르곤(Ar) 가스 및 질소 가스(N2)를 주입시킨다.

이후 제 2 전원(335)를 통해 건(330)에 전원을 공급하면 방전이 시작되어 위에서 설명한 반응식 1 및 이하 반응식 2와 같은 반응이 일어나 아르곤(Ar) 기체와 질소(N2) 기체가 동시에 이온화된 플라즈마가 형성된다.

반응식 2

N2　→ 2N+

이 때, 모든 질소(N2) 분자가 이온화 되는 것은 아니고, 일부는 분자 상태로 존재하고 나머지 일부는 이온화된다.

이온화된 아르곤 이온(Ar+) 및 질소 이온(N+)은 전기장의 힘을 받아 음극으로 작용하는 타겟시료 쪽으로 가속되어 끌려가게 되고 가속된 아르곤 이온(Ar+)이 타겟시료에 충돌하여 타겟시료의 표면에 에너지를 전달하고 그 에너지로 인해 타겟시료의 크롬(Cr) 원자가 튀어나온다.

고에너지를 지니는 크롬(Cr) 원자는 제 2 진공 챔버(310) 내부에 주입된 질소(N2)와 이하의 반응식 3과 같이 반응하여 질화크롬(CrN)을 생성하고, 질화크롬(CrN)은 제 1 경도강화층(120a) 표면에 증착되어 제 2 경도강화층(120b)를 형성한다.

반응식 3

2Cr + N2　→ 2CrN

한편, 타겟시료 쪽으로 가속되어 끌려간 일부 이온화된 질소 이온(N+)은 반응식 4에서 나타난 바와 같이 타겟시료의 표면에 충돌하면서 전자를 받아 중성화되고(반응식 4(1)) 동시에 크롬(Cr)과 반응(반응식4(2))할 수도 있다.

반응식 4

N+ + - → N 　　　　(1)

N + Cr → CrN 　　(2)

이 때, 반응에 의해 생성된 질화크롬(CrN)의 일부는 크롬 타겟 시료(334)의 표면에 그대로 남아, 타겟 시료(334)의 색깔을 변화시키는 원인이 되기도 한다.

제 2 경도강화층(120b)은 1-500 나노미터의 두께로 형성될 수 있다.

제 2전원공급부(335)로는 DC전원, 펄스직류전원(Pulsed DC power source), RF 전원 (Radio Frequency power source)이 이용될 수 있다.

이 중 DC 전원은 증착되는 층의 밀도가 높지 않으며, RF 전원은 질화크롬(CrN)이 　제 1 경도강화층(120a) 표면에 증착되어 제 2 경도강화층(120b)을 생성하는 속도가 느리므로 펄스직류전원을 사용하는 것이 바람직하다.

제 2 경도강화층(120b)이 형성되면 제 2 경도강화층(120b)에 색상층(130)을 형성하기 위해 도 3c에 도시한 바와 같이 금속 대상체(100)를 이동시켜 제 3 진공 챔버(410)에 장착시킨다. 　도장층(110), 제 1 경도강화층(120a), 및 제 2 경도강화층(120b)이 형성된 금속 대상체(100)가 제 3 진공 챔버(410)에 장착되면 진공 펌프(440)에 의해 제 3 진공 챔버(410)를 진공 상태로 유지 시키면서 질량 유량계를 조절하여 제 3 진공 챔버(410) 내에 아르곤(Ar) 가스를 주입시킨다.

이후 제 1 진공 챔버(210)와 동일한 원리로 플라즈마를 발생시키고, 타겟 시료(434)에서 튀어나온 크롬(Cr) 원자를 제 2 경도강화층(120b)에 증착시켜 색상층(130)을 형성한다.

색상층(130)은 1-500 나노미터의 두께로 형성될 수 있으며, 이하 중복되는 설명은 생략한다.

제 3전원공급부(435)로는 DC전원, 펄스직류전원(Pulsed DC power source), RF 전원 (Radio Frequency power source)이 이용될 수 있는데, 이 중 DC 전원은 증착되는 층의 밀도가 높지 않으며, RF 전원은 크롬(Cr)이 증착되는 속도가 느리므로 펄스직류전원을 사용하는 것이 바람직하다.

제 2 경도강화층(120b)에 색상층(130)이 형성되면, 색상층(130)에 테프론(Teflon) 또는 실리콘(Silicon) 성분 중 적어도 하나의 성분이 포함된 보호층(140)을 더 증착하는 공정을 포함할 수 있다.

제 2 크롬층(Cr)에 테프론 또는 실리콘 성분의 보호막을 더 증착하기 위하여 금속 대상체(100)를 이동시켜 제 4 진공 챔버에 장착시킨다. 도장층(110), 제 1 경도강화층(120a), 제 2 경도강화층(120b), 및 색상층(130)이 형성된 금속 대상체(100)가 제 4 진공 챔버에 장착되면 진공 펌프에 의해 제 4 진공 챔버를 진공 상태로 유지 시키면서 질량 유량계를 조절하여 제 4 진공 챔버 내에 아르곤(Ar) 가스를 주입시킨다.

이후 제 1 진공 챔버(210)와 동일한 원리로 플라즈마를 발생시키고, 타겟 시료(434)에서 튀어나온 원자를 색상층(130)에 증착시켜 테프론 또는 실리콘 성분 중 적어도 하나의 성분을 포함하는 보호층(140)을 형성시킨다.

보호층(140)은 1-500 나노미터의 두께로 형성될 수 있으며, 바람직하게는 30-300 나노미터의 두께로 형성될 수 있다.

테프론층 또는 실리콘층은 물에 대한 접촉각이 높아 내지문 기능이 있어 금속 박막 층에 사람의 지문이 묻지 않도록 한다. 또한 경도가 높아 보호 기능이 있어 스크레치로부터 금속 박막을 보호할 수 있다.

이하 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 부재에 대해 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 도 4는 일 실시예에 따른 금속 부재의 구조를 도시한 도면이다.

도 4에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 금속부재는 금속 대상체(100)의 표면 조도를 낮추도록 금속 대상체(100)에 코팅된 도장층(110), 금속 대상체(100)의 경도를 강화하도록 도장층(110)에 증착된 경도강화층(120), 및 금속 외관을 구현하도록 경도강화층(120)에 증착된 색상층(130)을 포함한다.

도장층(110)은 평평하게 코팅되어 가공된 금속 표면의 표면 조도를 보정하도록 한다. 즉, 수십 마이크로에 이르는 도장층(110)을 올림으로써, 수 마이크로의 표면 조도를 평평한 면으로 개선할 수 있다.

도장층(110)은 1-30 마이크로미터의 두께로 코팅된 것을 포함하고, 소부 도료, UV 도료 및 분체 도료를 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나의 도료를 포함할 수 있다. 또한, 도장층(110)은 아크릴 수지, 멜라민 수지, 또는 에폭시 수지 중 어느 하나의 수지 또는 복수개의 수지를 포함할 수 있다.

경도강화층(120)은 크롬(Cr)을 포함하는 제 1 경도강화층(120a) 및 제 1 경도강화층(120a)에 증착된 질화티타늄(TiN), 질화크롬(CrN) 및 질화알루미늄(AlN)을 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 제 2 경도강화층(120b)을 포함할 수 있다. 또한, 제 2 경도강화층(120b)은 1-500 나노미터 의 두께로 형성될 수 있다.

색상층(130)은 금속 부재의 외관에 금속감을 구현하기 위해 마련되며 크롬(Cr), 티타늄(Ti), 구리(Cu), 금(Au) 및 질화티타늄(TiN) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 또한, 효과적으로 금속감을 구현하도록 1-500 나노미터 의 두께로 형성될 수 있다.

위의 물질을 포함하는 제1 경도강화층(120a)/제 2 경도강화층(120b)/색상층(130)의 조합은 제 1 경도강화층(120a) 적어도 1가지의 성분이 포함될 수 있고, 제 2 경도강화층(120b)에 적어도 세가지의 성분이 포함될 수 있고, 색상층(130)에 적어도 다섯가지의 성분이 포함될 수 있다.

이를 조합하면 제 1 경도강화층(120a) 적어도 1가지의 성분이 포함될 수 있고, 제 2 경도강화층(120b)에 적어도 세가지의 성분이 포함될 수 있고, 색상층(130)에 적어도 다섯가지의 성분이 포함될 수 있으므로 적어도 열다섯가지의 조합이 도출될 수 있다.

한편, 제 2 경도강화층이 질화티타늄(TiN)을 포함하고 색상층이 질화티타늄(TiN)을 포함하는 경우와 같이　동일한 성분이 연속하여 증착되는 조합이 포함될 수 있다. 그러나 동일한 성분이 연속하여 증착되는 경우, 경도 강화와 같은 목적을 달성하기가 상대적으로 어려우며 따라서 연속하는 층은 다른 성분을 포함하는 것이 바람직하다. 　

이하, 설명의 편의상, 금속 대상체(100) 위해 형성된 크롬(Cr)을 포함하는 제 1 경도강화층(120a), 질화크롬(CrN)을 포함하는 제 2 경도강화층(120b), 크롬(Cr)을 포함하는 색상층(130)에 대해 설명하도록 한다. 　

크롬(Cr) 원자는 도장층(110)에 증착되어 제 1 경도강화층(120a)을 형성한다. 크롬(Cr) 원자는 스퍼터링 방식으로 증착될 수 있으며, 스퍼터링은 다른 PVD 방식과 비교할 때 높은 운동량을 가지고 기판에 충돌하기 때문에 모재와 좀 더 강한 결합력을 나타낸다. 도 4를 참조하면, 크롬(Cr) 원자가 도장면 내부로 깊게 파고 들어간 것을 볼 수 있다.

이로 인해 크롬층(Cr)과 도장면은 강한 결합에너지를 가지고 결합되며 이러한 강한 결합에너지는 증착 후 표면 경도를 증가시켜 내스크래치 성능이 향상되도록 한다. 플라즈마 내 전류 밀도 및 온도 등의 변수를 조절하여 크롬(Cr) 원자가 도장면 내부로 효과적으로 파고들어 가도록 조절할 수 있다.

도장층(110)에 제1 경도강화층(120a)이 형성되면 제 1 경도강화층(120a)에 질화크롬(CrN)을 포함하는 제 2 경도강화층(120b)이 형성되도록 하고 제 2 경도강화층(120b)에 크롬(Cr) 원자를 포함하는 색상층(130)이 형성되도록 하여 제 1 경도강화층(120a)/제 2 경도강화층(120b)/색상층(130)의 순서로 다층 박막이 형성되도록 한다.

단일 크롬층(Cr)은 동일한 결합 구조를 가지기 때문에 단순히 증착 두께를 증가시키더라도 결점이 생긴 부분은 계속 약한 부분으로 노출되는 단점이 있다. 그러나 본 발명의 일 실시예에 따른 다층박막을 포함하는 금속 부재에서는 크롬층(Cr) 중간에 질화크롬층(CrN)이 삽입되어 있어 층간 결합 구조의 차이가 발생하여 한 곳에 발생한 결점을 보완할 수 있으며 결과적으로 내식성이 향상된다.

이하 본 발명의 일 실시예에 따른 다층박막을 포함하는 금속 부재의 구조에 대해 상세하게 설명한다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 다층박막을 포함하는 금속 부재의 구조를 도시한 것으로, 도 5를 참조하면 다층박막을 포함하는 금속 부재는 도 4에 도시한 구조에 테프론 또는 실리콘 성분 중 적어도 하나의 성분을 포함하는 보호층(140)을 더 포함할 수 있다. 　

테프론 또는 실리콘 성분 중 적어도 하나의 성분을 포함하는 보호층(140)은 물에 대한 접촉각이 높아 내지문 기능이 있어 금속 박막 층에 사람의 지문이 묻지 않도록 한다. 또한 경도가 높아 보호 기능이 있어 스크레치로부터 금속 박막을 보호할 수 있다.

금속 박막을 보호하기 위한　보호층(140)은 1-500 나노미터의 두께로 형성될 수 있으며, 30-300 나노미터의 두께로 형성되는 것이 바람직하다.

이하 본 발명의 일 실시예에 따른 전자제품에 대해 상세하게 설명하도록 한다.

일 실시예에 따른 전자제품은 금속 성분을 포함하는 하우징과, 하우징의 표면 전부 또는 일부에 결합된 다층 박막을 포함하고, 다층박막은, 하우징의 표면 전부 또는 일부에 결합된 도장층과, 도장층에 결합된 적어도 하나의 경도강화층과, 경도강화층에 결합된 색상층을 포함한다.

하우징은 부품을 수용하는 상자행 부분이나 기구를 포용하는 프레임 등 모든 기계 장치를 둘러싸고 있는 상자 모양의 부분으로, 하우징의 액세서리를 포함하는 개념일 수 있다. 이하, 하우징의 액세서리란 티브이의 베젤부, 티브이의 스텐드, 통신기기의 베젤부와 같이 외관을 형성하는 하우징의 일 부분을 포함하는 개념 또는 전자제품의 부품을 포함하는 개념으로 정의하도록 한다.

또한, 금속 성분을 포함한다는 것은 금속 자체, 또는 합금물 등을 모두 포함하는 것으로 정의하도록 한다. 보다 상세하게 하우징은 알루미늄(Al), 아연(Zn), 마그네슘(Mg), SUS(Steel Use Stainless), STS(Stainless Steel) 및 스틸(Steel)을 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.

다층박막은, 하우징의 표면 조도를 낮추도록 하우징의 표면 상에 코팅된 도장층(110), 하우징의 표면 경도를 강화하도록 도장층(110)에 증착된 경도강화층(120), 및 하우징의 금속 외관을 구현하도록 경도강화층(120)에 증착된 색상층(130)을 포함하며, 다층 박막을 보호하도록 색상층(130)에 형성된 보호층(140)을 더 포함할 수 있다.

도 6은 일 실시예에 따른 전자제품의 예로 도 5에 도시된 다층박막이 표면에 결합된 하우징에 의해 외관이 형성된 티브이(TV)(600)를 도시한 도면이다.

도 6에 도시한 바와 같이 티브이(600)는 다층박막이 형성된 베젤부(610), 다층박막이 형성된 스텐드부(620a, 620b, 620c)를 포함할 수 있으며, 다층박막이 형성된 하우징은 경도가 강화되며 미려한 금속감이 구현된다.

도 7의 (a)는본 발명의 일 실시예에 따른 전자제품의 예로 도 5에 도시된 다층박막이 표면에 결합된 하우징에 의해 외관이 형성된 통신기기(700)를 도시한 사시도이며, 도 7의 (b)는 그 배면도이다.

도 7의 (a) 및 도 7의 (b)에 도시된 바와 같이, 통신기기(700)의 외관을 형성하는 하우징은 도 5에 도시된 다층박막을 포함할 수 있으며, 결과적으로 통신기기(700)의 경도가 강화되고 외관에 미려한 금속감이 구현된다.

한편, 하우징은 상기한바와 같이 통신기기(700)의 베젤부(710) 및 통신기기(700)의 케이스부(720)를 포함할 수 있다.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 전자제품의 예로 도 5에 도시된 다층박막이 표면에 결합된 하우징(810)에 의해 외관이 형성된 세탁기(800)를 도시한 도면이다.

도 8에 도시한 바와 같이, 세탁기(800)의 외관을 형성하는 하우징은 도 5에 도시된 다층박막을 포함할 수 있으며, 결과적으로 세탁기의 경도가 강화되고 외관에 미려한 금속감이 구현된다.

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 전자제품의 예로 도 5에 도시된 다층박막이 표면에 결합된 하우징에 의해 외관이 형성된 냉장고를 도시한 도면이다.

도 9에 도시한 냉장고의 외관을 형성하는 하우징은 도 5에 도시된 다층박막을 포함하며, 결과적으로 냉장고의 경도가 강화도고 미려한 금속감이 구현된다.

100 : 금속 대상체 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　110 : 도장층
120 : 경도강화층 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　130 : 색상층
140 : 보호층 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　210, 310, 410 : 진공 챔버
214, 314, 414 : 진공펌프 　　　　　　　　　　　　220, 320, 420 : 　가스 공급 시스템
230, 330, 430 : 건 　　　　　　　　　　　　　　　　　　240, 340, 440 : 마그네트론
600 : 티브이(TV) 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　700 : 통신기기
800 : 세탁기 900 : 냉장고

Claims

금속 대상체에 도장층을 코팅하는 공정;
상기 도장층에 적어도 하나의 경도강화층을 증착하는 공정; 및
상기 경도강화층에 색상층을 증착 하는 공정;을 포함하는 다층박막 제조방법.
제 1항에 있어서,
상기 금속 대상체에 도장층을 코팅하는 공정은,
상기 도장층을 상기 금속 대상체에 평평하게 코팅하는 공정인 다층박막의 제조방법.
제 1항에 있어서,
상기 금속 대상체에 도장층을 코팅하는 공정은,
상기 도장층을 1-30 마이크로미터의 두께로 코팅하는 것을 포함하는 다층박막 제조방법.
제 1항에 있어서,
상기 금속 대상체에 도장층을 코팅하는 공정은,
소부 도료, UV 도료, 또는 분체 도료를 사용하여 도장층을 코팅하는 것을 포함하는 다층박막 제조방법.
제 1항에 있어서,
상기 금속 대상체에 도장층을 코팅하는 공정에서,
상기 도장층은 아크릴 수지, 멜라민 수지, 또는 에폭시 수지 중 어느 하나의 수지 또는 복수개의 수지를 포함하여 이루어진 층인 다층박막 제조방법.
제 1항에 있어서,
상기 도장층에 적어도 하나의 경도강화층을 증착하는 공정은,
상기 도장층에 크롬(Cr)을 포함하는 제 1 경도강화층을 증착하는 공정과, 상기 제 1 경도강화층에 질화티타늄(TiN), 질화크롬(CrN) 및 질화알루미늄(AlN)을 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 제 2 경도강화층을 증착하는 공정을 포함하는 다층박막 제조방법.
제 1항에 있어서,
상기 경도강화층에 색상층을 증착 하는 공정에서,
상기 색상층은 크롬(Cr), 티타늄(Ti), 구리(Cu), 금(Au) 및 질화티타늄(TiN)을 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 다층박막 제조방법.
제 1항에 있어서,
상기 경도강화층에 색상층을 증착 하는 공정 이후에,
테프론(Teflon) 및 실리콘(Silicon)을 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 보호층을 증착하는 공정;을 더 포함하는 다층박막 제조방법.
제 1항에 있어서,
상기 장치의 전원으로 펄스드 직류 전원(pulsed DC power source) 또는 RF 전원 (Radio Frequency power source) 중 어느 하나 또는 상기 전원 모두를 혼합하여 사용하는 다층박막 제조방법.
금속대상체;
상기 금속 대상체의 표면 조도를 평탄화하도록 상기 금속 대상체에 코팅된 도장층;
상기 금속 대상체의 경도를 강화하도록 상기 도장층에 증착된 적어도 하나의 경도강화층; 및
금속성을 구현하도록 상기 경도강화층에 증착된 색상층;을 포함하는 금속 부재.
제 10항에 있어서,
상기 도장층은 상기 금속 대상체의 표면 조도를 낮추기 위해 상기 금속 대상체에 평평하게 코팅된 것을 특징으로 하는 금속 부재.
제 10항에 있어서,
상기 도장층은 1-30 마이크로미터의 두께로 코팅된 것을 포함하는 금속 부재.
제 10항에 있어서,
상기 도장층은 소부 도료, UV 도료, 및 분체 도료를 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나의 도료를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 부재.
제 10항에 있어서,
상기 도장층은 아크릴 수지, 멜라민 수지 및 에폭시 수지를 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나의 수지를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 부재.
제 10항에 있어서,
상기 경도강화층은,
상기 도장층에 증착된 크롬(Cr)을 포함하는 제 1 경도강화층과 상기 제 1 경도강화층에 증착된 티타늄(TiN), 질화크롬(CrN) 및 질화알루미늄(AlN)을 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 제 2 경도강화층을 포함하는 층인 것을 특징으로 하는 금속 부재.
제 10항에 있어서,
상기 색상층은 크롬(Cr), 티타늄(Ti), 구리(Cu), 금(Au) 및 질화티타늄(TiN)을 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 부재.
제 10항에 있어서,
상기 색상층에 테프론(Teflon) 및 실리콘(Silicon)을 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 보호층;을 더 포함하는 금속 부재.
금속 성분을 포함하는 하우징; 및
상기 하우징의 표면 전부 또는 일부에 결합된 다층 박막;을 포함하고,
상기 다층박막은, 상기 하우징의 표면 전부 또는 일부에 결합된 도장층과, 상기 도장층에 결합된 적어도 하나의 경도강화층과, 상기 경도강화층에 결합된 색상층을 포함하는 전자제품.
제 18항에 있어서,
상기 하우징은 상기 하우징의 액세서리를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자제품.
제 18항에 있어서,
상기 금속 성분은 알루미늄(Al), 아연(Zn), 마그네슘(Mg), SUS(Steel Use Stainless), STS(Stainless Steel) 및 스틸(Steel)을 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자제품.
제 18항에 있어서,
상기 경도강화층은,
상기 도장층에 증착된 크롬(Cr)을 포함하는 제 1 경도강화층과 상기 제 1 경도강화층에 증착된 티타늄(TiN), 질화크롬(CrN) 및 질화알루미늄(AlN)을 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 제 2 경도강화층을 포함하는 전자제품.
제 18항에 있어서,
상기 색상층은 크롬(Cr), 티타늄(Ti), 구리(Cu), 금(Au) 및 질화티타늄(TiN)을 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자제품.
제 18항에 있어서,
상기 색상층에 결합되고 테프론(Teflon) 및 실리콘(Silicon)을 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 보호층을 더 포함하는 전자제품.