KR20150041376A - 플렉시블필름 코팅용 화학적 기상 증착장치 - Google Patents

플렉시블필름 코팅용 화학적 기상 증착장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 유연한 플렉시블필름에 얇은 박막을 형성하기 위한 화학적 기상 증착장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 구동롤러를 통해 이송되는 플렉시블필름의 표면에 기체상태의 화합물을 플라즈마 방전으로 증착(蒸着)하여 얇은 박막을 형성할 수 있도록 한 발명에 관한 것이다.
전술한 본 발명의 특징은, 진공펌프(14)의 흡입력에 의하여 내부가 진공으로 유지되는 진공챔버(10)와; 상기 진공챔버(10)의 일측 유입구(11)를 통해 유입된 플렉시블필름(21)이 아이들롤러(23)와 구동롤러(22)를 통해 타측의 배출구(12)로 이송되는 필름이송부(20)와; 상기 구동롤러(22)의 양측에 장착된 분사관(31)의 노즐공(31a)을 통해 플렉시블필름(21)으로 화합물 가스를 분사하는 가스공급부(30)와; 상기 진공챔버(10)의 양측에 장착된 가이드(13)에는 플라즈마발생기(41)와 전극(42)이 장착되어 플라즈마를 발생시키는 플라즈마발생부(40)를 포함하여 구성되며, 전극(42)의 방전에 의하여 발생되는 플라즈마 에너지에 의해 기체 상태의 화합물가스가 분해되어 플렉시블필름의 표면에 고분자 피막의 증착(蒸着)이 이루어질 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 플렉시블필름 코팅용 화학적 기상 증착장치에 의하여 달성될 수 있는 것이다.

Description

플렉시블필름 코팅용 화학적 기상 증착장치{a chemical vapor deposition for flexible film}
본 발명은 유연한 플렉시블필름에 얇은 박막을 형성하기 위한 화학적 기상 증착장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 구동롤러를 통해 이송되는 플렉시블필름의 표면에 기체상태의 화합물을 플라즈마 방전으로 증착(蒸着)하여 얇은 박막을 형성할 수 있도록 한 발명에 관한 것이다.
일반적으로 플렉시블필름은 연성회로기판(FPCB)과 같이 얇은 필름에 도전(導電) 패턴을 형성하여 3차원 배선이 가능하고, 소형화 및 경량화가 가능하여 휴대폰, 카메라, 모바일(mobile) 제품과 같은 각종 전자제품의 신경회로로 사용된다.
이와 같은 플렉시블필름에는 전자회로를 보호하고 필름의 내구성을 강화하기 위하여 박막 형태의 보호막이 형성되고, 주로 금속과 비금속 원자를 이온화 반응시켜 인디움, 탄화티탄, 알루미나, 질화알루미늄, 탄화규소 등의 금속 화합물 피막을 형성하는 물리적 증착법(PVD)이 사용된다.
그러나, 물리적 증착에 의하여 금속화합물 피막을 형성하는 경우에는 비용이 고가(高價)로 형성되었고, 물리적 증착과정에서 환경오염물질이 발생되어 별도의 정화처리시설을 해야하는 등의 폐단이 발생되었다.
특히, 인디움과 같은 일부 금속 화합물은 매장량이 적어 상당한 고가(高價)이므로 구입이 어려웠을 뿐 아니라 작업환경이 열악하고 지속적인 대량생산이 어려웠다.
따라서, 종래에는 등록특허 제10-0402698호 "화학 기상 증착장치"(선행기술1) 및 공개특허 제10-2012-0061322호 "플라즈마 보조 마그네트론 스퍼터링을 이용한 고속 증착장치 및 이를 이용한 고속 증착방법"(인용발명2)이 제안된 바 있다.
상기 선행기술1은 박막공정이 이루어지는 반응챔버; 기화시켜 증기를 발생시키는 원료물질들이 혼합되어 엉겨붙는 것을 방지하기 위한 금속 볼; 컨테이너의 내부 구획공간으로, 수송기체를 일정 압력으로 공급하는 원료공급장치; 원료물질과 동일온도로 가열하기 위한 가열수단을 구비하는 인입부; 증발된 고체원료물질의 증기를 반응챔버에 공급하는 공급부; 상기 금속 볼의 자전 및 공전운동을 위한 자장형성수단을 포함하는 화학 기상 증착장치이다.
상기 선행기술2는 전도체로 이루어지며, 내부 유체를 외부 공간으로 배출하는 제1챔버; 상기 제1챔버와 연통되어 보조 플라즈마를 공급하는 소스공급부가 위치하는 제2챔버; 상기 제1챔버의 내부에 위치되어 표면 처리되는 기재; 상기 기재와 마주보는 위치에서 기재 표면의 활성화를 위한 자기장을 형성하는 자기장발생부; 상기 제1챔버의 외부에 위치하여 보조 플라즈마를 자기장발생부로 안내하는 제1코일; 상기 제2챔버와 동일 축방향으로 제2챔버의 외면에 감기는 제2코일을 포함하는 고속증착장치이다.
그러나, 상기 선행기술1은 원료물질들이 혼합되어 엉겨붙는 것을 방지하기 위한 금속 볼이 챔버 내부에 투입되고, 금속 볼에는 자장(磁場)이 부가되도록 한 기술이고, 선행기술2는 보조 플라즈마를 자기장발생부로 안내하는 제1코일과 제2챔버에 감겨지는 제2코일이 장착되어 기재 표면의 활성화를 이루도록 한 기술이므로 유연한 플렉시블필름에 얇은 박막을 증착(蒸着)하여 코팅을 하거나 필름을 이송시키면서 연속 증착하여 생산성(生産性)을 높여줄 수 있도록 하는 효과는 기대할 수 없었다.
본 발명은 상기한 문제점을 감안하여 창안한 것으로서, 그 목적은 플렉시블한 유연성 필름에 화합물 가스를 부여하고 플라즈마 방전시켜 얇은 박막을 입히는 한편, 필름을 이송시키면서 연속 증착하여 생산성(生産性)을 높여줄 수 있는 플렉시블필름 코팅용 화학적 기상 증착장치를 제공함에 있는 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징은, 진공펌프(14)의 흡입력에 의하여 내부가 진공으로 유지되는 진공챔버(10)와; 상기 진공챔버(10)의 일측 유입구(11)를 통해 유입된 플렉시블필름(21)이 아이들롤러(23)와 구동롤러(22)를 통해 타측의 배출구(12)로 이송되는 필름이송부(20)와; 상기 구동롤러(22)의 양측에 장착된 분사관(31)의 노즐공(31a)을 통해 플렉시블필름(21)으로 화합물 가스를 분사하는 가스공급부(30)와; 상기 진공챔버(10)의 양측에 장착된 가이드(13)에는 플라즈마발생기(41)와 전극(42)이 장착되어 플라즈마를 발생시키는 플라즈마발생부(40)를 포함하여 구성되며, 전극(42)의 방전에 의하여 발생되는 플라즈마 에너지에 의해 기체 상태의 화합물가스가 분해되어 플렉시블필름의 표면에 고분자 피막의 증착(蒸着)이 이루어질 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 플렉시블필름 코팅용 화학적 기상 증착장치에 의하여 달성될 수 있는 것이다.
이상에서 상술한 바와 같은 본 발명은, 아이들롤러(23)와 구동롤러(22)를 통과하는 플렉시블필름(21)이 진공챔버(10)의 내부에서 일정속도로 이송되는 과정에서 분사관(31)의 미세 노즐공(31a)을 통해 분사되는 화합물가스가 플라즈마 방전에 의하여 미세 입자로 분해되면서 플렉시블필름의 표면에 고르게 증착되어 균일한 두께를 갖는 피막을 형성하여 고품질의 박막(薄膜)이 입혀진 고기능성의 플렉시블필름을 제조할 수 있을 뿐 아니라 플렉시블필름(21)이 이송되면서 연속증착이 이루어져 대량생산(大量生産)이 가능한 것이므로 작업의 효율 및 생산성을 높여줄 수 있는 동시에 전극(42)의 방전에 의하여 발생되는 플라즈마 가스는 기체 상태의 화합물가스를 미세 입자로 분해하여 플렉시블필름의 표면에 균일하게 분사하는 것이므로 부착력이 좋고, 증착 온도를 낮출 수 있어 고온가열에 의한 필름의 변형 및 변성을 최소화시켜 고품질·고기능성을 갖는 플렉시블필름을 구현할 수 있는 것으로서 대외 경쟁력이 우수한 고기능성의 화학적 기상 증착장치를 제공할 수 있는 등의 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예를 예시한 사시도,
도 2는 본 발명의 일실시예를 예시한 정단면도,
도 3은 본 발명의 일실시예를 예시한 측단면도,
도 4는 본 발명에 의한 필름이송부와 가스공급부를 예시한 사시도,
도 5는 본 발명에 의한 가스공급부를 예시한 사시도,
도 6은 본 발명의 다른 실시예를 예시한 정단면도.
이하, 상기한 목적을 달성하기 위한 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1 내지는 도 5에서 도시한 바와 같이, 본 발명에 의한 화학적 기상 증착장치는 진공챔버(10), 필름이송부(20), 가스공급부(30) 및 플라즈마 발생부로 구성되어 있다.
상기 진공챔버(10)의 하부에는 진공펌프(14)가 장착되어 진공펌프(14)에서 발생되는 흡입력에 의하여 챔버의 내부가 진공으로 유지된다.
경우에 따라서는 도 6에서 도시한 바와 같이, 상기 진공챔버(10)의 상부에 접속된 덕트(15)가 또 다른 진공펌프(14)와 접속되도록 하면 진공챔버(10)의 내부 진공도를 높여서 사용할 수 있다.
상기 진공챔버(10)의 상부 일측에는 유입구(11)가 형성되어 언와인더(unwinder)에서 풀려지는 플렉시블필름(21)이 챔버의 내부로 유입될 수 있도록 구성되어 있고, 진공챔버(10) 내부로 유입된 플렉시블필름(21)은 아이들롤러(23)와 구동롤러(22)를 통해 타측의 배출구(12)를 통해 이송되면서 배출되고, 와인더(winder)에 감겨진다.
상기 구동롤러(22)는 구동모터(도시하지 않았음)에 의하여 일정 속도로 회전되면서 플렉시블필름(21)을 이송시킬 수 있도록 구성되어 있다. 상기 플렉시블필름(21)이 풀려지고 감겨지는 언와인더 및 와인더는 일반적인 기술구성이므로 도시는 생략하였다.
전술한 구성은 플렉시블필름(21)을 일정속도로 이송시키는 필름이송부(20)역할을 수행하다.
상기 구동롤러(22)의 양측에는 분사관(31)이 장착되어 있고, 분사관(31)에 뚫려진 미세한 구멍의 노즐공(31a)을 통해 플렉시블필름(21)의 표면에 화합물가스를 분사할 수 있도록 구성되어 있다.
물론, 분사관(31)은 가스탱크와 펌프 및 호스로 연결되어 화합물가스가 펌핑되어 분사관(31)의 내부로 유입될 수 있도록 구성되어 있으며, 전술한 구성은 진공챔버(10) 내부로 가스를 공급하여 분사하는 가스공급부(30) 역할이다.
상기 진공챔버(10)의 양측에는 관 형태의 가이드(13)가 돌출되어 있고, 양측 가이드(13)에는 플라즈마발생기(41)와 전극(42)이 장착되어 있다.
전술한 구성은 전극의 방전에 의하여 플라즈마를 발생시키고 화합물가스를 분해하여 진공챔버(10) 내부로 플라즈마를 분사하는 플라즈마발생부(40) 역할을 수행한다.
상기 플라즈마발생부(40)에서 전극(42)의 방전에 의하여 발생되는 플라즈마 에너지는 기체 상태의 화합물가스를 미세 입자로 분해하여 플렉시블필름의 표면에 균일하게 분사되도록 하고, 견고한 부착이 이루어지도록 하여 얇은 피막이 증착(蒸着)될 수 있도록 하는 역할을 한다.
전술한 구성으로 이루어진 본 발명은, 플렉시블필름(21)이 아이들롤러(23)와 구동롤러(22)를 통해 진공챔버(10)의 내부에서 일정속도로 이송되고, 분사관(31)의 미세 노즐공(31a)을 통해 분사되는 화합물가스가 전극(42)의 방전에 의하여 발생되는 플라즈마에 의하여 미세 입자로 분해되면서 플렉시블필름의 표면에 고르게 증착되어 균일한 두께의 피막을 형성하는 것이므로 고품질의 박막(薄膜)이 형성된 고기능성의 플렉시블필름을 얻을 수 있는 동시에 플렉시블필름(21)이 이송되면서 연속 증착이 이루어지는 것이므로 대량생산(大量生産)이 가능하여 작업의 효율 및 생산성을 높여줄 수 있는 것으로서 대외 경쟁력이 우수한 고기능성의 화학적 기상 증착장치를 제공할 수 있는 것이다.
또한, 플라즈마발생기(41)의 전극(42) 방전에 의하여 발생되는 플라즈마가 기체 상태의 화합물가스를 미세 입자로 분해하여 플렉시블필름의 표면에 균일하게 분사하는 것이므로 부착력이 좋고, 증착 온도를 낮출 수 있어 고온가열에 의한 필름의 변형 및 변성을 최소화시켜 고품질·고기능성을 갖는 플렉시블필름을 구현할 수 있는 것이다.
상기 구동롤러(22)의 내부에는 냉각파이프(22a)가 관통 결합되어 순환되는 냉각수에 의하여 구동롤러(22)의 온도를 낮춰 식혀줄 수 있도록 구성되어 있고, 냉각파이프(22a)는 냉각수펌프(도시하지 않았음)와 호스로 연결되어 냉각수가 순환될 수 있도록 구성되어 있다.
한편, 본 발명에 사용된 화합물가스는 불산(hydrofluoric acid)가스에 산소(O2), 수소(H2). 아르곤가스 중 하나를 혼합한 화합물가스를 사용하였으며, 불산가스는 수소가스의 수소원자들이 불소원자들과 반응하여 불산(HF)을 생성시키고 200℃ 이하의 낮은 온도에서 기화되지 않는다. 불산가스를 반응가스로서 사용하는 경우에는 불소 함유된(fluorine-doped) 고밀도 플라즈마 물질막이 얇은 필름에 증착되어 고품질의 박막(薄膜)을 형성할 수 있는 것이다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 또한 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 기재된 청구범위 내에 있게 된다.
10 : 진공챔버 11 : 유입구
12 : 배출구 13 : 가이드
14 : 진공펌프 15 : 덕트
20 : 필름이송부 21 : 플렉시블필름
22 : 구동롤러 22a : 냉각파이프
23 : 아이들롤러 30 : 가스공급부
31 : 분사관 31a : 노즐공
40 : 플라즈마발생부 41 : 플라즈마발생기
42 : 전극

Claims (4)

  1. 진공펌프(14)의 흡입력에 의하여 내부가 진공으로 유지되는 진공챔버(10)와;
    상기 진공챔버(10)의 일측 유입구(11)를 통해 유입된 플렉시블필름(21)이 아이들롤러(23)와 구동롤러(22)를 통해 타측의 배출구(12)로 이송되는 필름이송부(20)와;
    상기 구동롤러(22)의 양측에 장착된 분사관(31)의 노즐공(31a)을 통해 플렉시블필름(21)으로 화합물 가스를 분사하는 가스공급부(30)와;
    상기 진공챔버(10)의 양측에 장착된 가이드(13)에는 플라즈마발생기(41)와 전극(42)이 장착되어 플라즈마를 발생시키는 플라즈마발생부(40)를 포함하여 구성되며,
    전극(42)의 방전에 의하여 발생되는 플라즈마에 의해 기체 상태의 화합물가스가 분해되어 플렉시블필름의 표면에 피막의 증착(蒸着)이 이루어질 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 플렉시블필름 코팅용 화학적 기상 증착장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 구동롤러(22)의 내부에는 냉각파이프(22a)가 관통 결합되어 순환되는 냉각수에 의하여 구동롤러(22)를 식혀줄 수 있도록 구성한 것을 특징으로 하는 플렉시블필름 코팅용 화학적 기상 증착장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 진공챔버(10)의 상부에 접속된 덕트(15)가 또 다른 진공펌프(14)와 접속되도록 한 것을 특징으로 하는 플렉시블필름 코팅용 화학적 기상 증착장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 화합물가스는 불산(hydrofluoric acid)가스에 산소(O2), 수소(H2). 아르곤가스 중 하나를 혼합한 가스를 사용한 것을 특징으로 하는 플렉시블필름 코팅용 화학적 기상 증착장치.
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