KR20190071920A - 광소결 장치 및 광소결 장치의 냉각 방법 - Google Patents

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Abstract

광소결 장치가 제공된다. 상기 광소결 장치는, 내부에 냉각수가 유동하는 냉각 중공을 가지는 하우징, 상기 하우징의 일 측에 장착되어, 상기 냉각 중공의 일 벽을 이루고, 소결 광을 가이드하는 빔가이드(beam guide), 및 상기 빔가이드에 대향하도록 상기 하우징의 타 측에 장착되어, 상기 냉각 중공의 타 벽을 이루고, 상기 소결 광의 특정 파장대를 필터링하는 광필터를 포함할 수 있다.

Description

광소결 장치 및 광소결 장치의 냉각 방법 {Device for light sintering and cooling method thereof}
본 발명은 광소결 장치 및 광소결 장치의 냉각 방법에 관련된 것으로서, 보다 자세하게는 빔가이드 및 광필터를 함께 냉각하는 광소결 장치 및 광소결 장치의 냉각 방법에 관련된 것이다.
현대 산업을 이끌고 있는 반도체, 디스플레이, 태양전지, 엘이디 등의 산업 분야에서는 유리 기판 또는 실리콘 기판 등의 표면에 매우 미세한 전자 패턴을 형성하고 이를 이용하여 다양한 기능을 구현하는 구조를 가진다.
그런데 최근에는 이러한 산업 분야에서 전자 패턴을 딱딱하고 무거운 유리 기판 등에 형성하는 것이 아니라 가볍고 휘어질 수 있는 폴리머 또는 플라스틱 기판 또는 종이 등에 형성하는 방향으로 전환할 필요성이 강하게 대두되고 있으며, 이를 실현하고자 하는 다양한 시도가 이루어지고 있다.
이렇게 플렉시블(flexible)한 기판 또는 종이 등에 전자 패턴을 형성하는 방법으로는 기판 상에 패턴을 인쇄전자기술로 형성한 후에, 이를 소결하여 전자 패턴을 형성하는 방법이 제시되고 있다.
인쇄전자기술의 공정은 인쇄, 건조, 소결 등의 세가지 단계로 이루어진다. 이때, 제품의 성능에 크게 영향을 미치는 단계가 소결 공정이다. 소결은 나노입자를 용화시켜 고체 형태의 기능성 박막을 만드는 것으로, 차세대 기술 분야에서 상당한 가치를 가지는 공정이다. 일반적인 소결 공정은 열 소결법, 마이크로웨이브 소결법, 레이저 소결법 등에 이루어진다. 기존 열 소결법은 고온의 진공챔버 환경에서 소결 공정이 진행되므로, 열에 취약한 유연기판에 적용이 곤란하고, 다른 소결 방법들 공정 시간이 길고, 복잡한 단계를 거쳐야 하므로, 생산성이 저하되고 제조원가가 상승하는 문제가 있다.
이에 따라, 소결 공정의 효율을 향상시킬 수 있는 다양한 방법 및 장치들에 대한 개발이 요구되고 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 일 기술적 과제는, 광소결 효율이 향상된 광소결 장치 및 광소결 장치의 냉각 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, 광필터의 손상이 예방되는 광소결 장치 및 광소결 장치의 냉각 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 내부에 형성된 열의 방출이 용이한 광소결 장치 및 광소결 장치의 냉각 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 소결 대상체의 표면 플라즈마 효과를 향상시키는 광소결 장치 및 광소결 장치의 냉각 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 상술된 것에 제한되지 않는다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 광소결 장치를 제공한다.
일 실시 예에 따르면, 상기 광소결 장치는, 내부에 냉각수가 유동하는 냉각 중공을 가지는 하우징, 상기 하우징의 일 측에 장착되어, 상기 냉각 중공의 일 벽을 이루고, 소결 광을 가이드하는 빔가이드(beam guide), 및 상기 빔가이드에 대향하도록 상기 하우징의 타 측에 장착되어, 상기 냉각 중공의 타 벽을 이루고, 상기 소결 광의 특정 파장대를 필터링하는 광필터를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 냉각 중공은, 상기 냉각수가 상기 빔가이드와 상기 광필터를 모두 직접 접촉하도록 가득 채워질 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 하우징은 상기 냉각 중공으로 상기 냉각수를 유입 받는 유입구, 및 상기 냉각 중공으로 유입된 냉각수를 배출하는 배출구를 포함하고, 상기 유입구 및 상기 배출구의 높이 레벨은, 상기 빔가이드의 높이 레벨보다 높을 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 하우징은 상기 냉각 중공으로 상기 냉각수를 유입 받는 유입구, 및 상기 냉각 중공으로 유입된 냉각수를 배출하는 배출구를 포함하고, 상기 유입구 및 상기 배출구는 상기 빔가이드와 상기 광필터 사이의 높이 레벨에 배치되고, 상기 배출구의 단면적은 상기 유입구의 단면적보다 좁을 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 하우징은 상기 냉각 중공으로 상기 냉각수를 유입 받는 유입구, 및 상기 냉각 중공으로 유입된 냉각수를 배출하는 배출구를 포함하고, 상기 유입구는 상기 빔가이드와 상기 광필터 사이의 높이 레벨에 배치되고, 상기 배출구의 높이 레벨은, 상기 빔가이드의 높이 레벨보다 높을 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 광소결 장치는, 상기 하우징의 내면과 상기 빔가이드의 일 면 사이에 마련되고, 상기 하우징 내면과 상기 빔가이드의 일 면 사이를 완충하는 제1 빔가이드 완충링과, 상기 하우징의 내면과 상기 광필터의 일 면 사이에 마련되고, 상기 하우징 내면과 상기 광필터의 일 면 사이를 완충하는 제1 광필터 완충링 중 적어도 하나의 완충링을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 광소결 장치는, 상기 빔가이드를 고정시키도록 상기 빔가이드의 적어도 일부를 덮고, 상기 소결 광을 반사시키는 빔가이드 고정 플레이트와, 상기 광필터를 고정시키도록 상기 광필터의 적어도 일부를 덮고, 상기 소결 광을 반사시키는 광필터 고정 플레이트 중 적어도 하나의 고정 플레이트를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 광소결 장치는, 상기 빔가이드 고정 플레이트와 상기 하우징의 일부를 체결하되, 상기 빔가이드의 연장 방향 외측(beyond)에서 체결하는 빔가이드 체결부와, 상기 광필터 고정 플레이트와 상기 하우징의 일부를 체결하되, 상기 광필터의 연장 방향 외측에서 체결하는 광필터 체결부 중 적어도 하나의 체결부를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 냉각 중공 내 상기 냉각수의 열은, 상기 빔가이드 고정 플레이트에서 상기 빔가이드 체결부를 지나 상기 하우징을 통하여 외부로 방출되는 제1 보조 열 방출 경로 및 상기 광필터 고정 플레이트에서 상기 광필터 체결부를 지나 상기 하우징을 통하여 외부로 방출되는 제2 보조 열 방출 경로 중 적어도 하나의 열 방출 경로를 통하여 외부로 방출할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 하우징은 상기 빔가이드가 상기 냉각 중공의 일 벽을 이루도록 장착되는 제1 하우징과, 상기 광필터가 상기 냉각 중공의 타 벽을 이루도록 장착되는 제2 하우징을 포함할 수 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 광소결 장치의 냉각 방법을 제공한다.
일 실시 예에 따르면, 상기 광소결 장치의 냉각 방법은, 소결 광을 가이드하는 빔가이드에서 상기 소결 광을 필터링하는 광필터를 거쳐 소결 대상체에 광을 조사하는 광조사 단계; 및 상기 빔가이드를 일 벽으로 하고 상기 광필터를 타 벽으로 하는 냉각 중공을 채우도록 냉각수를 제공하여, 상기 광조사 단계에 의하여 가열된 상기 빔가이드와 상기 광필터를, 함께 냉각시키는 냉각 단계를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 냉각 중공은, 상기 냉각수로 가득 채워지는 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 냉각 단계는, 상기 냉각수를 상기 빔가이드 보다 높은 레벨에서 유입하고, 상기 빔가이드 보다 높은 레벨에서 배출하는 제1 냉각수 순환 모드, 상기 냉각수를 상기 빔가이드와 상기 광필터 사이의 높이 레벨에서 유입하고, 상기 빔가이드와 상기 광필터 사이의 높이 레벨에서 유입보다 좁은 단면적을 통하여 배출하는 제2 냉각수 순환 모드, 상기 냉각수를 상기 빔가이드와 상기 광필터 사이의 높이 레벨에서 유입하고, 상기 빔가이드 보다 높은 레벨에서 배출하는 제3 냉각수 순환 모드 중 하나의 냉각수 순환 모드를 통하여, 상기 냉각 중공을 상기 냉각수로 가득 채울 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 광소결 장치는, 내부에 냉각수가 유동하는 냉각 중공을 가지는 하우징, 상기 하우징의 일 측에 장착되어, 상기 냉각 중공의 일 벽을 이루고, 소결 광을 가이드하는 빔가이드, 및 상기 빔가이드에 대향하도록 상기 하우징의 타 측에 장착되어, 상기 냉각 중공의 타 벽을 이루고, 상기 소결 광의 특정 파장대를 필터링하는 광필터를 포함할 수 있다.
소결 공정 중, 상기 소결 광에 의해 상기 광필터의 온도가 고온으로 상승함에 따라, 상기 광필터의 코팅이 벗겨지는 문제가 발생될 수 있는데, 이때, 상기 광필터가 접촉되도록 상기 냉각수가 제공됨에 따라, 코팅이 벗겨지는 문제가 예방되어, 광소결 대상체의 표면 플라즈마 효과가 향상될 수 있다.
또한, 상기 냉각 중공은, 상기 냉각수가 상기 빔가이드와 상기 광필터를 모두 직접 접촉하도록 가득 채워질 수 있다. 이에 따라, 상기 냉각 중공에 상기 냉각수가 채워지는 경우, 상기 빔가이드와 상기 광필터를 함께 냉각시킬 수 있다. 또한, 상기 냉각 중공이 상기 냉각수로 가득 채워짐에 따라, 상기 냉각수가 상기 소결 광에 의해 온도가 상승되더라도, 상기 냉각수로부터 증기 및 기포가 발생되는 것을 방지할 수 있다. 결과적으로, 증기 발생이 예방됨에 따라, 상기 소결 광의 경로 왜곡이 최소화되고, 기포 발생이 예방됨에 따라, 기포의 폭발에 의한 상기 하우징, 상기 빔가이드, 및 상기 광필터의 손상이 최소화될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 광소결 장치를 포함하는 광소결 시스템의 모식도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 광소결 장치의 사시도이다.
도 3은 도 2에 도시된 본 발명의 제1 실시 예에 따른 광소결 장치의 T-T' 방향 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 광소결 장치 내부에 냉각수가 제공된 것을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 광소결 장치의 동작 모습을 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 광소결 장치의 제조 방법 중 일부를 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 광소결 장치의 단면도이다.
도 8은 본 발명의 제3 실시 예에 따른 광소결 장치의 단면도이다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 광소결 장치의 냉각 방법을 설명하는 순서도이다.
도 10은 도 9에 도시된 단계 S200를 구체적으로 설명하는 순서도이다.
도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 광소결 장치의 냉각 방법 중 제1 냉각수 순환 모드를 나타내는 도면이다.
도 12는 본 발명의 실시 예에 따른 광소결 장치의 냉각 방법 중 제2 냉각수 순환 모드를 나타내는 도면이다.
도 13은 본 발명의 실시 예에 따른 광소결 장치의 냉각 방법 중 제3 냉각수 순환 모드를 나타내는 도면이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명할 것이다. 그러나 본 발명의 기술적 사상은 여기서 설명되는 실시 예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화 될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시 예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
본 명세서의 다양한 실시 예 들에서 제1, 제2, 제3 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 따라서, 어느 한 실시 예에 제 1 구성요소로 언급된 것이 다른 실시 예에서는 제 2 구성요소로 언급될 수도 있다. 여기에 설명되고 예시되는 각 실시 예는 그것의 상보적인 실시 예도 포함한다. 또한, 본 명세서에서 '및/또는'은 전후에 나열한 구성요소들 중 적어도 하나를 포함하는 의미로 사용되었다.
명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 또한, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 배제하는 것으로 이해되어서는 안 된다. 또한, 본 명세서에서 "연결"은 복수의 구성 요소를 간접적으로 연결하는 것, 및 직접적으로 연결하는 것을 모두 포함하는 의미로 사용된다.
또한, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.
본 발명의 실시 예에 따른 광소결 장치의 설명에 앞서, 상기 광소결 장치를 포함하는 광소결 시스템이 간략하게 설명된다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 광소결 장치를 포함하는 광소결 시스템의 모식도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 광소결 장치를 포함하는 광소결 시스템은, 광소결 장치(100) 및 제어부(200)를 포함하여 이루어질 수 있다. 광소결 시스템은, 소결 대상체(S)를 소결시킬 수 있다. 이하 각 구성에 대하여 설명하기로 한다.
상기 광소결 장치(100)는 소결 광(L) 예를 들어, 제논 램프 광을 조사할 수 있다. 이를 위하여, 상기 광소결 장치(100)는 제논 램프를 포함할 수 있다. 제논 램프는 제논가스 속에서 일어나는 방전에 의해 발광하는 램프로서, 60nm 내지 2.5mm 사이의 넓은 파장대역의 광스펙트럼을 갖는 극단파 백색광을 발생시켜 상기 소결 대상체(S)를 소결시킬 수 있다.
상기 광소결 장치(100)는 적외선 램프 및 자외선 램프 중 적어도 하나의 램프를 더 포함할 수 있다. 적외선 램프는 상기 소결 대상체(S)가 금속 나노 잉크인 경우에, 자외선광이 잉크 내에 함유된 고분자를 연결하는 연결고리를 끊기 때문에 소결의 효율을 향상시킬 수 있다. 또한 적외선 램프는 상기 소결 대상체(S)를 건조시키는 기능을 수행할 수 있다.
상기 광소결 장치(100)는 도 3에 도시된 바와 같이, 제논 램프 광을 소결 대상체(S)로 가이드하는 빔가이드(20)와 소결 광(L)의 특정 스펙트럼을 선택적으로 투과시켜 광소결 효율을 향상시키는 광필터(30)를 더 포함할 수 있다.
상기 제어부(200)는 상기 광소결 장치(100)뿐 아니라, 전원부(미도시) 및 냉각수 순환 펌프(미도시)를 제어할 수 있다. 상기 제어부(200)는 상기 전원부를 통하여 상기 광소결 장치(100)의 제논 램프를 제어할 수 있다. 또한, 상기 제어부(200)는 상기 냉각수 순환 펌프를 통하여 상기 광소결 장치(100) 예를 들어, 빔가이드(20) 및 광필터(30)를 냉각시킬 수 있다.
상기 소결 대상체(S)는 플라스틱, 필름, 종이, 유리, 기판 등에 패터닝된 미세금속입자 및 전구체 등으로서, 광소결되는 대상 물질을 의미할 수 있다. 예를 들어, 상기 소결 대상체(S)는 구리, 철, 몰리브데넘, 니켈, 알루미늄, 금, 백금, 은 등의 금속뿐만 아니라, 티타늄옥사이드, 리튬코발트산화물, 실리콘산화물 등의 세라믹을 포함할 수 있다. 상기 소결 대상체(S)는 나노 또는 마이크로 크기일 수 있는데, 이 경우에 입자의 표면적 비가 커지게 되어, 높은 광흡수도를 제공할 수 있다.
또한, 예를 들어, 상기 소결 대상체(S)는 기판 상에 인쇄된 금속 나노 잉크로서, 건조 및 소결 단계를 거쳐서 태양전지, 반도체, 디스플레이 등과 같은 전자기기의 전극으로 형성될 수 있다. 다만, 상기 소결 대상체(S)가 반드시 전극을 형성하는 금속 나노 잉크에 한정되는 것은 아니다.
일 실시 예에 따르면, 상기 소결 대상체(S)는 소결의 과정을 거치는 동안, 고정되어 있을 수도 있고, 도 1에 도시된 바와 같이, 롤투롤(roll to roll)방식으로 이동하면서 소결될 수도 있다.
앞서 설명한 바와 같이, 상기 광소결 장치(100)는 광의 특정 파장대를 필터링하기 위하여 광필터(30)를 포함할 수 있다. 이 때, 상기 광필터(30)는, 광 투과 기판 예를 들어, 쿼츠 상에 광 필터링 물질이 코팅된 상태에서 소정의 열처리를 통하여 제조될 수 있다. 그런데, 소결 광(L)에 의하여 광필터(30)의 온도가 고온으로 상승함에 따라 코팅된 광 필터링 물질이 벗겨지는 문제가 발생할 수 있다. 예를 들어, 광필터(30)의 온도는 소결 광(L)에 의하여, 광 필터링 물질을 코팅하는 열처리 온도 이상으로 올라갈 수 있다. 이에 따라 코팅이 벗겨지는 문제가 발생하게 되고, 이 경우, 광필터(30)가 소결 광(L)의 광 스펙트럼 신뢰성을 저해하는 문제가 야기될 수 있는 것이다. 이에 따라, 본 발명의 실시 예에 따른 광소결 장치(100)는 상기 광필터를 냉각할 수 있는 구성을 제공한다. 이하, 도 2 내지 도 5를 참조하여, 본 발명의 실시 예에 따른 광소결 장치(100)가 상세히 설명된다.
도 2는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 광소결 장치의 사시도이고, 도 3은 도 2에 도시된 본 발명의 제1 실시 예에 따른 광소결 장치의 T-T' 방향 단면도이고, 도 4는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 광소결 장치 내부에 냉각수가 제공된 것을 나타내는 도면이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 상기 제1 실시 예에 따른 광소결 장치(100)는 하우징(10), 빔가이드(20), 및 광필터(30) 중 적어도 어느 하나를 포함하여 이루어질 수 있다. 이하, 각 구성에 대해 설명된다.
하우징
상기 하우징(10)은 유입구(11a), 배출구(11b), 및 냉각 중공(10h)을 가질 수 있다. 상기 유입구(11a)는 상기 냉각 중공(10h)으로 냉각수가 유입되는 통로를 제공할 수 있다. 상기 배출구(11b)는 상기 냉각 중공(10h)에 유입된 상기 냉각수를 외부로 배출하는 통로를 제공할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 하우징(10)은 열전달율이 높은 금속일 수 있다. 예를 들어, 상기 하우징(10)은 알루미늄으로 이루어질 수 있다.
상기 냉각 중공(10h)은 상기 냉각수가 제공되는 상기 하우징(10)의 내부 공간일 수 있다. 상기 냉각 중공(10h)은 빔가이드(20)의 일 면, 광필터(30)의 일 면 및 하우징(10)의 일 면에 의하여 정의될 수 있다. 보다 구체적으로, 빔가이드(20)의 일 면에 의하여 상기 냉각 중공(10h)의 상면이 정의되고, 광필터(30)의 일 면에 의하여 상기 냉각 중공(10h)의 하면이 정의되고, 상기 하우징(10)의 일 면에 의하여 상기 냉각 중공(10h)의 측면이 정의될 수 있다. 이로써, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 냉각 중공(10h)으로 냉각수(W)가 유입되는 경우, 냉각수는 빔가이드(20)와 광필터(30) 모두와 직접 접촉함으로써, 빔가이드(20)와 광필터(30)를 함께 냉각시킬 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 하우징(10)은 제1 하우징(11) 및 제2 하우징(12)을 포함할 수 있다. 이때, 상기 제1 하우징(11) 및 상기 제2 하우징(12)은 결합되어 내부에 상기 냉각 중공(10h)이 형성될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 제1 하우징(11)은 상기 제2 하우징(12)의 상부에 배치될 수 있다. 이 경우, 제논 램프가 상기 제1 하우징(11) 상부에 배치되고, 소결 대상체(S)가 제2 하우징(12) 하부에 배치될 수 있다.
한편, 일 실시 예에 따르면, 상기 하우징(10)이 제1 및 제2 하우징(11, 12)으로 구성되는 경우, 상기 유입구(11a) 및 상기 배출구(11b)는 상기 제1 하우징(11)의 상부에 배치될 수 있다.
빔가이드
상기 빔가이드(20)는 상기 하우징(10)의 일 측에 장착되어, 상기 냉각 중공(10h)의 일 벽을 이룰 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 빔가이드(20)는 상기 제1 하우징(11)에 장착될 수 있다.
상기 빔가이드(20)는 상기 소결 대상체(S)를 소결시키는 광을 가이드할 수 있다. 즉, 상기 빔가이드(20)는 상기 제논 램프로부터 조사된 광이 상기 소결 대상체(S) 상에 용이하게 제공되도록, 광의 경로를 제공할 수 있다. 예를 들어, 상기 빔가이드(20)는 쿼츠(quartz)일 수 있다.
광필터
상기 광필터(30)는 상기 빔가이드(20)에 대향하도록 상기 하우징(10)의 타 측에 장착되어, 상기 냉각 중공(10h)의 타 벽을 이룰 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 광필터(30)는 상기 제2 하우징(12)에 장착될 수 있다.
상기 광필터(30)는 상기 소결 대상체(S)를 소결시키는 광의 특정 파장대를 필터링할 수 있다. 즉, 상기 광필터(30)는 상기 소결 대상체(S)가 광소결 될 시 발생하는 표면 플라즈마 효과를 극대화 시킬 수 있는 파장대를 필터링하여, 상기 소결 대상체(S)로 제공할 수 있다. 예를 들어, 상기 광이 백색광인 경우, 상기 광필터(30)는 400 nm 내지 600 nm 파장대의 광을 필터링할 수 있다. 구체적으로, 상기 광이 백색광인 경우, 상기 광필터(30)는 400 nm 내지 600 nm 파장대의 광 만을 상기 소결 대상체(S)로 제공할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 유입구(11a)의 높이 레벨(h1) 및 상기 배출구(11b)의 높이 레벨(h2)은, 상기 빔가이드(20)의 높이 레벨(h3)보다 높을 수 있다. 상기 유입구의 높이 레벨(h1)은 상기 하우징(10)의 하부면으로부터 상기 유입구(11a)까지의 높이로 정의될 수 있다. 상기 배출구의 높이 레벨(h2)은 상기 하우징(10)의 하부면으로부터 상기 배출구(11b)까지의 높이로 정의될 수 있다. 상기 빔가이드(20)의 높이 레벨(h3)은 상기 하우징(10)의 하부면으로부터 상기 빔가이드(20)까지의 높이로 정의될 수 있다.
도 4를 참조하면, 상기 냉각수(W)는 상기 유입구(11a)를 통해 상기 내부 중공(10h)으로 제공되어, 상기 배출구(11b)를 통해 상기 하우징(10)의 외부로 배출될 수 있다.
이때, 상기 유입구(11a)의 높이 레벨(h1) 및 상기 배출구(11b)의 높이 레벨(h2)이, 상기 빔가이드(20)의 높이 레벨(h3)보다 높음에 따라, 상기 냉각 중공(10h)은 상기 냉각수(W)로 가득 채워질 수 있다. 즉, 상기 냉각 중공(10h)은 상기 냉각수(W)가 상기 빔가이드(20)와 상기 광필터(30)를 모두 직접 접촉하도록 가득 채워질 수 있다. 이에 따라, 상기 냉각 중공(10h)에 상기 냉각수(W)가 채워지는 경우, 상기 빔가이드(20)와 상기 광필터(30)를 함께 냉각시킬 수 있다. 또한, 상기 냉각 중공(10h)이 상기 냉각수(W)로 가득 채워짐에 따라, 상기 냉각수(W)가 상기 소결 광(L)에 의해 온도가 상승되더라도, 상기 냉각수(W)로부터 증기 및 기포가 발생되는 것을 최소화할 수 있다.
이와 달리, 상기 냉각 중공(10h)이 상기 냉각수(W)로 가득 채워지지 않는 경우, 광이 조사되는 동안 상기 냉각수(W)의 온도가 상승하여 끓는 현상이 발생되고, 끓는 현상이 지속됨에 따라 기포 및 증기가 발생하게 된다. 상기 냉각수(W)로부터 기포가 발생하고, 발생된 기포가 상기 하우징(10), 상기 빔가이드(20), 또는 상기 광필터(30) 표면에서 폭발하는 경우, 상기 하우징(10), 상기 빔가이드(20), 및 상기 광필터(30)에 손상(damage)이 발생될 수 있다. 또한, 상기 냉각수(W)로부터 증기가 발생되는 경우, 상기 소결 광(L)이 증기에 의해 산란되거나 흡수되어, 상기 소결 대상체(S)에 용이하게 제공되지 않는 문제점이 발생할 수 있다. 이에 따라, 소결 공정의 효율이 저해될 수 있다.
상술된 본 발명의 실시 예에 따른 광소결 장치(100)는 상기 빔가이드(20) 및 상기 광필터(30)가 안정적으로 배치될 수 있도록, 고정 플레이트(15, 16), 체결부(17a, 17b, 18a, 18b), 및 완충링(13a, 13b, 14a, 14b)를 더 포함할 수 있다. 이하, 각 구성에 대해 설명된다.
고정 플레이트
다시 도 3을 참조하면, 상기 광소결 장치(100)는 빔가이드 고정 플레이트(15) 및 광필터 고정 플레이트(16)를 더 포함할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 빔가이드 고정 플레이트(15)를 포함하고, 상기 광필터 고정 플레이트(16)를 포함할 수 있다.
상기 빔가이드 고정 플레이트(15)는 상기 빔가이드(20)의 일 측 예를 들어, 하부에 배치될 수 있다. 다른 관점에서 상기 빔가이드(20)는 상기 제1 하우징(11) 및 상기 빔가이드 고정 플레이트(15) 사이에 배치될 수 있다. 상기 빔가이드 고정 플레이트(15)는 상기 빔가이드(20)를 상기 제1 하우징(11)의 내면에 고정시키는 기능을 제공할 수 있다. 예를 들어, 상기 빔가이드 고정 플레이트(15)는, 상기 빔가이드(20)의 외주면의 적어도 일부를 덮음으로써, 상기 빔가이드(20)를 상기 제1 하우징(11)의 내면에 고정하는 기능을 제공할 수 있다.
상기 광필터 고정 플레이트(16)는 상기 광필터(30)의 일 측 예를 들어, 상부에 배치될 수 있다. 다른 관점에서, 상기 광필터(30)는 상기 제2 하우징(12) 및 상기 광필터 고정 플레이트(16) 사이에 배치될 수 있다. 상기 광필터 고정 플레이트(16)는 상기 광필터(30)를 상기 제2 하우징(12)의 내면에 고정시키는 기능을 제공할 수 있다. 예를 들어, 상기 광필터 고정 플레이트(15)는 상기 광필터(30)의 외주면의 적어도 일부를 덮음으로써, 상기 광필터(30)를 상기 제2 하우징(12)의 내면에 고정하는 기능을 제공할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 빔가이드 고정 플레이트(15) 및 상기 광필터 고정 플레이트(16)는 상기 소결 광(L)을 반사시킬 수 있다. 이를 위하여, 상기 빔가이드 고정 플레이트(15) 및 상기 광필터 고정 플레이트(16)의 표면은 고 반사도를 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 빔가이드 고정 플레이트(15) 및 상기 광필터 고정 플레이트(16)는 알루미늄으로 이루어짐으로써, 고 반사도를 제공할 수 있다. 이로써, 상기 빔가이드 고정 플레이트(15) 및 상기 광필터 고정 플레이트(16)는 소결 광(L)이 소결 대상체(S)로 제공되지 못하고 하우징 내에서 흡수되는 문제를 해소할 수 있다.
완충링
완충링은, 빔가이드(20)와 제1 하우징(11) 사이 및 빔가이드(20)와 빔가이드 고정 플레이트(15) 사이의 충격을 완화하는 기능을 제공할 수 있다. 또한, 완충링은 광필터(30)와 제2 하우징(12) 사이 및 광필터(30)와 광필터 고정 플레이트(16) 사이의 충격을 완화하는 기능을 제공할 수 있다. 이하 완충링에 대하여 구체적으로 설명하기로 한다.
상기 하우징(10)의 내면과 상기 빔가이드(20)의 일 면 사이에는, 제1 빔가이드 완충링(13a)이 마련될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 제1 하우징(11)의 내면과 상기 빔가이드(20)의 일 면 사이에, 상기 제1 빔가이드 완충링(13a)이 마련될 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 빔가이드 완충링(13a)은 상기 하우징(10)의 내면과 상기 빔가이드(20)의 일 면 사이에 발생하는 충격을 완화시킬 수 있다.
또한, 상기 빔가이드(20)의 타 면과 상기 빔가이드 고정 플레이트(15) 일 면 사이에는, 제2 빔가이드 완충링(13b)이 마련될 수 있다. 이에 따라, 상기 제2 빔가이드 완충링(13b)은 상기 빔가이드(20)의 타 면과 상기 빔가이드 고정 플레이트(15)의 일 면 사이에 발생하는 충격을 완화시킬 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 및 제2 빔가이드 완충링(13a, 13b)은 고무링(rubber ring)일 수 있다.
상기 하우징(10)의 내면과 상기 광필터(30)의 일 면 사이에는, 제1 광필터 완충링(14a)이 마련될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 제2 하우징(12)의 내면과 상기 광필터(30)의 일 면 사이에, 상기 제1 광필터 완충링(14a)이 마련될 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 광필터 완충링(14a)은 상기 하우징(10)의 내면과 상기 광필터(30)의 일 면 사이에 발생하는 충격을 완화시킬 수 있다.
또한, 상기 광필터(30)의 타 면과 상기 광필터 고정 플레이트(16) 일 면 사이에는, 제2 광필터 완충링(14b)이 마련될 수 있다. 이에 따라, 상기 제2 광필터 완충링(14b)은 상기 광필터(30)의 타 면과 상기 광필터 고정 플레이트(16) 일 면 사이에 발생하는 충격을 완화시킬 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 및 제2 광필터 완충링(14a, 14b)은 고무링일 수 있다.
또한, 상기 제1 하우징(11) 및 상기 제2 하우징(12) 사이에는, 하우징 완충링(19)이 마련될 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 하우징(11) 및 상기 제2 하우징(12) 사이에 발생하는 충격을 완화시킬 수 있다.
체결부
상기 빔가이드 고정 플레이트(15) 및 상기 하우징(10)의 일부는 빔가이드 체결부(17)에 의해 체결될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 빔가이드 체결부(17)는 상기 빔가이드 고정 플레이트(15) 및 상기 제1 하우징(11)의 일부를 체결할 수 있다. 상기 빔가이드 체결부(17)는 상기 빔가이드(20)의 연장 방향 외측(beyond)에서 체결될 수 있다. 즉, 상기 빔가이드 체결부(17)는 상기 빔가이드 고정 플레이트(15) 및 상기 하우징(10)의 일부를 체결하되, 상기 빔가이드(20)와 접촉되지 않을 수 있다. 이로써, 상기 빔가이드 체결부(17)는 상기 빔가이드 고정 플레이트(15)와 상기 하우징(11) 사이에 상기 빔가이드(20)를 눌림 고정할 수 있다. 특히, 상기 빔가이드(20)의 연장 방향 외측(beyond)에서 체결하기 때문에, 빔가이드(20)의 파손을 최소화할 수 있다.
상기 광필터 고정 플레이트(16) 및 상기 하우징(10)의 일부는 광필터 체결부(18)에 의해 체결될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 광필터 체결부(18)는 상기 광필터 고정 플레이트(16) 및 상기 제2 하우징(12)의 일부를 체결할 수 있다. 상기 광필터 체결부(18)는 상기 광필터(30)의 연장 방향 외측에서 체결될 수 있다. 즉 상기 광필터 체결부(18)는 상기 광필터 고정 플레이트(16) 및 상기 하우징(10)의 일부를 체결하되, 상기 광필터(30)와 접촉되지 않을 수 있다. 이로써, 상기 광필터 체결부(18)는 상기 광필터 고정 플레이트(16)와 상기 하우징(12) 사이에 상기 광필터(30)를 눌림 고정할 수 있다. 특히, 상기 광필터(30)의 연장 방향 외측(beyond)에서 체결하기 때문에, 광필터(30)의 파손을 최소화할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 빔가이드 체결부(17) 및 상기 광필터 체결부(18)는 전도성 금속 재질로 구성될 수 있다. 이에 따라, 상기 냉각수(W)의 열을 전달받아 상기 하우징(10)의 외부로 배출할 수 있다.
이상 본 발명의 일 실시 예에 따른 광소결 장치(100)의 구조에 대하여 설명하였다. 이하에서는 도 5를 참조하여, 본 발명의 일 실시 예에 따른 광소결 장치(100)의 냉각 메커니즘에 대하여 설명하기로 한다.
도 5는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 광소결 장치의 동작 모습을 나타내는 도면이다.
상술된 바와 같이, 광소결 공정이 수행됨에 따라, 상기 빔가이드(20) 및 상기 광필터(30)는 상기 제논 램프로부터 조사된 소결 광(L)에 의해 가열될 수 있다. 이때, 상기 광소결 장치(100)의 상기 냉각 중공(10h)으로 상기 냉각수(W)가 제공되어, 상기 빔가이드(20) 및 상기 광필터(30)로부터 열을 흡수할 수 있다. 특히, 냉각수(W)는 상기 빔가이드(20)의 일 면 및 상기 광필터(30)의 일 면과 직접 접촉하므로 보다 효과적으로 상기 빔가이드(20) 및 상기 광필터(30)로부터 열을 흡수할 수 있다. 즉, 상기 빔가이드(20) 및 상기 광필터(30)는 효과적으로 냉각될 수 있다.
상기 빔가이드(20) 및 상기 광필터(30)로부터 흡수된 열은, 주(main) 열 방출 경로(①) 및 보조 열 방출 경로(②, ③, ④)를 통해, 상기 하우징(10)의 외부로 방출될 수 있다.
상기 주 열 방출 경로(①)는, 상기 냉각수(W)의 이동방향과 같을 수 있다. 다시 말해, 상기 유입구(11a)를 통해 상기 냉각 중공(10h)으로 유입된 상기 냉각수(W)는, 상기 빔가이드(20) 및 상기 광필터(30)로부터 발생된 열을 흡수하여, 상기 배출구(11b)를 통해 상기 하우징(10)의 외부로 방출할 수 있다.
상기 보조 열 방출 경로(②, ③, ④)는, 제1 보조 열 방출 경로(②), 제2 보조 열 방출 경로(③), 및 제3 보조 열 방출 경로(④)를 포함할 수 있다.
상기 제1 보조 열 방출 경로(②)는 상기 빔가이드 고정 플레이트(15), 상기 빔가이드 체결부(17a, 17b), 및 상기 하우징(10)을 순차적으로 지나는 방향일 수 있다. 즉, 상기 냉각수(W)가 상기 빔가이드(20) 및 상기 광필터(30)로부터 흡수한 열은, 상기 빔가이드 고정 플레이트(15)로 전달되고, 상기 빔가이드 고정 플레이트(15)로 전달된 열은, 상기 빔가이드 체결부(17a, 17b)를 지나 상기 하우징(10)을 통하여 외부로 방출될 수 있다.
상기 제2 보조 열 방출 경로(③)는 상기 광필터 고정 플레이트(16), 상기 광필터 체결부(18a, 18b), 및 상기 하우징(10)을 순차적으로 지나는 방향일 수 있다. 즉, 상기 냉각수(W)가 상기 빔가이드(20) 및 상기 광필터(30)로부터 흡수한 열은, 상기 광필터 고정 플레이트(16)로 전달되고, 상기 광필터 고정 플레이트(16)로 전달된 열은, 상기 광필터 체결부(18a, 18b)를 지나 상기 하우징(10)을 통하여 외부로 방출될 수 있다.
상기 제3 보조 열 방출 경로(④)는 상기 하우징(10)을 통해 외부로 연결되는 방향일 수 있다. 즉, 도 2 및 도 3을 참조하여 설명된 바와 같이, 상기 하우징(10)은, 열전달율이 높은 금속으로 이루어지고, 상기 냉각수(W)는 상기 하우징(10)과 접촉되어 있음에 따라, 상기 냉각수(W)가 흡수한 열은 상기 하우징(10)을 통해 외부로 방출될 수 있다.
이상 도 5를 참조하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 광소결 장치의 냉각 메커니즘에 대하여 설명하였다. 이하 도 6을 참조하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 광소결 장치의 제조 방법이 설명된다.
도 6은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 광소결 장치의 제조 방법 중 일부를 나타내는 도면이다.
일 실시 예에 따르면, 상기 광소결 장치(100)의 제조 방법은 상기 빔가이드(20)가 장착되는 제1 하우징(11)을 제조하는 단계, 상기 광필터(30)가 장착되는 제2 하우징(12)을 제조하는 단계, 및 상기 빔가이드(20)가 장착되는 제1 하우징(11) 및 상기 광필터(30)가 장착되는 제2 하우징(12)을 결합하는 단계를 포함할 수 있다.
도 6의 (a) 내지 (f)를 참조하면, 상기 광필터(30)가 장착되는 제2 하우징(12)을 제조하는 단계는, 내부에 중공이 형성된 제2 하우징(12)을 준비하는 단계(a), 내부에 형성된 중공의 둘레를 따라 상기 제1 광필터 완충링(14a)을 배치하는 단계(b), 상기 광필터 완충링(14a)상에 상기 광필터(30)를 배치하는 단계(c), 상기 광필터(30) 상에 상기 제2 광필터 완충링(14b)을 배치하는 단계(d), 상기 제2 광필터 완충링(14b) 상에 상기 광필터 고정 플레이트(16)를 배치하고, 광필터 체결부(18)로 고정하는 단계(e), 및 상기 제2 하우징(12) 상에 하우징 완충링(19)을 배치하는 단계(f)를 포함할 수 있다.
도면이 첨부되지는 않았지만, 상기 광필터(30)가 장착되는 제2 하우징(12)을 제조하는 단계와 마찬가지로, 상기 빔가이드(20)가 장착되는 제1 하우징(11)을 제조하는 단계는, 유입구(11a), 배출구(11b) 및 내부에 중공이 형성된 제1 하우징(11)을 준비하는 단계, 내부에 형성된 중공의 둘레를 따라 상기 제1 빔가이드 완충링(13a)을 배치하는 단계, 상기 빔가이드 완충링(13a)상에 상기 빔가이드(20)를 배치하는 단계, 상기 빔가이드(20) 상에 상기 제2 빔가이드 완충링(13b)을 배치하는 단계, 상기 제2 빔가이드 완충링(13b) 상에 상기 빔가이드 고정 플레이트(15)를 배치하고, 및 빔가이드 체결부(17)로 고정하는 단계를 포함할 수 있다.
이후, 상기 광필터(30)가 장착되는 제2 하우징(12)과 상기 빔가이드(20)가 장착되는 제1 하우징(11)이 서로 결합되어 상기 제1 실시 예에 따른 광소결 장치(100)가 제조될 수 있다.
상술한 본 발명의 실시 예에 따른 광소결 장치(100)는, 내부에 상기 냉각수가 유동하는 상기 냉각 중공(10h)을 가지는 상기 하우징(10), 상기 하우징(10)의 일 측에 장착되어, 상기 냉각 중공(10h)의 일 벽을 이루고, 소결 광(L)을 가이드하는 상기 빔가이드(20), 및 상기 빔가이드(20)에 대향하도록 상기 하우징(10)의 타 측에 장착되어, 상기 냉각 중공(10h)의 타 벽을 이루고, 상기 소결 광(L)의 특정 파장대를 필터링하는 상기 광필터(30)를 포함할 수 있다.
소결 공정 중, 상기 소결 광(L)에 의해 상기 광필터(30)의 온도가 고온으로 상승함에 따라, 상기 광필터(30)의 코팅이 벗겨지는 문제가 발생될 수 있는데, 이때, 상기 광필터(30)가 접촉되도록 상기 냉각수(W)가 제공됨에 따라, 코팅이 벗겨지는 문제가 예방되어, 광소결 대상체의 표면 플라즈마 효과가 향상될 수 있다.
또한, 상기 냉각 중공(10h)은, 상기 냉각수가 상기 빔가이드(20)와 상기 광필터(30)를 모두 직접 접촉하도록 가득 채워질 수 있다. 이에 따라, 상기 냉각 중공(10h)에 상기 냉각수(W)가 채워지는 경우, 상기 빔가이드(20)와 상기 광필터(30)를 함께 냉각시킬 수 있다. 또한, 상기 냉각 중공(10h)이 상기 냉각수(W)로 가득 채워짐에 따라, 상기 냉각수(W)가 상기 소결 광(L)에 의해 온도가 상승되더라도, 상기 냉각 중공(10h) 내에서 증기 및 기포가 발생되는 것을 최소화할 수 있다. 결과적으로, 증기 발생이 예방됨에 따라, 상기 소결 광(L)의 경로 왜곡이 최소화되고, 기포 발생이 예방됨에 따라, 기포의 폭발에 의한 상기 하우징(10), 상기 빔가이드(20), 및 상기 광필터(30)의 손상이 최소화될 수 있다.
도 2 내지 도 5를 참조하여 상술된 바와 같이, 상기 제1 실시 예에 따른 광소결 장치(100)는, 상기 냉각수가 상기 빔가이드(20)와 상기 광필터(30)를 모두 직접 접촉하도록 가득 채워지기 위해, 상기 유입구 및 상기 배출구의 높이 레벨(h1, h2)이 상기 빔가이드의 높이 레벨(h3)보다 높은 구성을 제공한다. 이와 달리, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 광소결 장치(100)는, 상기 냉각수가 상기 빔가이드(20)와 상기 광필터(30)를 모두 직접 접촉하도록 가득 채워지기 위해, 상기 유입구의 높이 레벨(h1), 상기 배출구의 높이 레벨(h2), 및 상기 빔가이드의 높이 레벨(h3)이 제어될 수 있다.
이하, 도 7 및 도 8을 참조하여, 상기 제1 실시 예에 따른 광소결 장치(100)의 상기 유입구의 높이 레벨(h1), 상기 배출구의 높이 레벨(h2), 및 상기 빔가이드의 높이 레벨(h3)과 다른 높이 레벨을 갖는 제2 및 제3 실시 예에 따른 광소결 장치(100)가 설명된다. 상기 제2 및 제3 실시 예에 따른 광소결 장치(100)는, 상기 제1 실시 예에 따른 광소결 장치(100)의 상기 유입구(11a), 및 상기 배출구(11b)를 제외한 다른 구성들과 동일한 구성을 가질 수 있다. 이하에서는 대별되는 구성에 대해서 상술하기로 한다.
도 7은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 광소결 장치의 단면도이다.
도 7을 참조하면, 상기 제2 실시 예에 따른 광소결 장치(100)는 상기 유입구(11a) 및 상기 배출구(11b)의 높이 레벨(h1, h2)이 상기 빔가이드(20)의 높이 레벨(h3)보다 낮을 수 있다. 구체적으로, 상기 유입구(11a) 및 상기 배출구(11b)는 상기 빔가이드(20) 및 상기 광필터(30) 사이의 높이 레벨에 배치될 수 있다.
이 때, 상기 배출구(11b)의 단면적(d2)은 상기 유입구(11a)의 단면적(d1)보다 좁을 수 있다. 이에 따라, 상기 유입구(11a)를 통하여 유입되는 냉각수(W)의 유량이 상기 배출구(11b)를 통하여 배출되는 냉각수(W)의 유량 보다 많아지기 때문에 내부 중공(10h)이 냉각수에 의하여 가득 채워질 수 있다.
다시 말해, 상기 냉각수(W)가 상기 빔가이드(20)와 상기 광필터(30)를 모두 직접 접촉하도록 상기 내부 중공(10h)을 가득 채울 수 있다.
도 8은 본 발명의 제3 실시 예에 따른 광소결 장치의 단면도이다.
도 8을 참조하면, 상기 제3 실시 예에 따른 광소결 장치(100)는 상기 유입구의 높이 레벨(h1)이 상기 빔가이드의 높이 레벨(h3)보다 낮고, 상기 배출구의 높이 레벨(h2)이 상기 빔가이드의 높이 레벨(h3)보다 높을 수 있다.
구체적으로, 상기 유입구(11a)는 상기 빔가이드(20)와 상기 광필터(30) 사이의 높이 레벨에 배치되고, 상기 배출구(11b)는 상기 빔가이드(20)보다 높은 높이 레벨에 배치될 수 있다. 이에 따라, 내부 중공(10h)으로 상기 냉각수(W)가 제공되는 경우, 상기 냉각수(W)가 상기 빔가이드(20)와 상기 광필터(30)를 모두 직접 접촉하도록 상기 내부 중공(10h)을 가득 채울 수 있다.
이하, 도 9 내지 도 13을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 광소결 장치의 냉각 방법이 설명된다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 광소결 장치의 냉각 방법을 설명하는 순서도이다.
도 9를 참조하면, 상기 실시 예에 따른 광소결 장치의 냉각 방법은, 광조사 단계(S100), 및 냉각 단계(S200)를 포함할 수 있다. 상기 광조사 단계(S100)는 소결 광(L)을 가이드하는 빔가이드에서 상기 소결 광(L)을 필터링하는 광필터를 거쳐, 소결 대상체에 광을 조사할 수 있다.
상기 냉각 단계(S200)는 상기 빔가이드를 일 벽으로 하고 상기 광필터를 타 벽으로 하는 냉각 중공을 채우도록 냉각수를 제공하여, 상기 광조사 단계(S100)에 의하여 가열된 상기 빔가이드와 상기 광필터를, 함께 냉각시킬 수 있다. 상기 냉각 단계(S200)에서 상기 냉각 중공은, 상기 냉각수로 가득 채워질 수 있다.
상기 냉각수가 상기 냉각 중공을 가득 채우기 위하여, 상기 냉각 단계(S200)는 제1 냉각수 순환 모드, 제2 냉각수 순환 모드, 또는 제3 냉각수 순환 모드를 제공할 수 있다. 아하, 도 10 내지 도 13을 참조하여 제1 내지 제3 냉각수 순환 모드가 상세히 설명된다.
도 10은 도 9에 도시된 단계 S200을 구체적으로 설명하는 순서도이고, 도 11 내지 도 13은 본 발명의 실시 예에 따른 광소결 장치의 냉각 방법 중 제1 내지 제3 냉각수 순환 모드를 나타내는 도면이다. 다른 관점에서 제1 냉각수 순환 모드는 본 발명의 제1 실시 예에 의하여 의하여 구현되고, 제2 냉각수 순환 모드는 본 발명의 제2 실시 예에 의하여 구현되고, 제3 냉각수 순환 모드는 본 발명의 제3 실시 예에 의하여 구현될 수 있다.
도 10 및 도 11을 참조하면, 상기 제1 냉각수 순환 모드(S210)는 상기 냉각수(W)를 상기 빔가이드(20) 보다 높은 레벨에서 유입하고, 상기 빔가이드(20) 보다 높은 레벨에서 배출할 수 있다.
도 10 및 도 12를 참조하면, 상기 제2 냉각수 순환 모드(S220)는 상기 냉각수(W)를 상기 빔가이드(20)와 상기 광필터(30) 사이의 높이 레벨에서 유입하고, 상기 빔가이드(20)와 상기 광필터(30) 사이의 높이 레벨에서 배출할 수 있다. 이때, 상기 배출구(11b)의 단면적(d2)은 상기 유입구(11a)의 단면적(d1)보다 좁을 수 있다.
도 10 및 도 13을 참조하면, 상기 제3 냉각수 순환 모드(S230)는 상기 냉각수(W)를 상기 빔가이드(20)와 상기 광필터(30) 사이의 높이 레벨에서 유입하고, 상기 빔가이드 보다 높은 레벨에서 배출할 수 있다.
이에 따라, 본 발명의 일 실시 예에 따른 광소결 장치는 제1 내지 제3 냉각수 순환 모드에 의하여 빔가이드(20) 및 광필터(30)를 함께 냉각시킬 수 있다.
도 14 및 도 15는 본 발명의 제4 실시 예에 따른 광소결 장치를 나타내는 도면이다.
도 14 및 도 15를 참조하면, 상기 제4 실시 예에 따른 광소결 장치(100)는 상술된 제1 내지 제3 실시 예에 따른 광소결 장치(100)와 달리, 하나의 하우징(10)으로 구성될 수 있다.
이에 따라, 상기 제4 실시 예에 따른 광소결 장치(100)는, 도 14의 (a) 및 (b)에 도시된 바와 같이, 상기 하우징(10)의 상부에 상기 제2 빔가이드 완충링(13b), 상기 빔가이드(20), 상기 제1 빔가이드 완충링(13a), 및 상기 빔가이드 고정 플레이트(15)가 순차적으로 배치된 후, 상기 빔가이드 체결부(17)에 의해 고정될 수 있다.
또한, 상기 제4 실시 예에 따른 광소결 장치(100)는, 도 15의 (a) 및 (b)에 도시된 바와 같이, 상기 하우징(10)의 상부에 상기 제1 광필터 완충링(14a), 상기 광필터(30), 상기 제2 광필터 완충링(14b), 및 상기 광필터 고정 플레이트(16)가 순차적으로 배치된 후, 상기 광필터 체결부(18)에 의해 고정될 수 있다.
도 16은 본 발명의 제4 실시 예에 따른 광소결 장치(100)의 단면도이다.
도 16을 참조하면, 상기 제4 실시 예에 따른 광소결 장치(100)는, 도 7을 참조하여 설명된 상기 제2 실시 예에 따른 광소결 장치와 같이, 상기 유입구(10a) 및 상기 배출구(10b)의 높이 레벨(h1, h2)이 상기 빔가이드(20)의 높이 레벨(h3)보다 낮을 수 있다. 구체적으로, 상기 유입구(10a) 및 상기 배출구(10b)는 상기 빔가이드(20) 및 상기 광필터(30) 사이의 높이 레벨에 배치될 수 있다.
이 때, 상기 배출구(10b)의 단면적(d2)은 상기 유입구(10a)의 단면적(d1)보다 좁을 수 있다. 이에 따라, 상기 유입구(10a)를 통하여 유입되는 냉각수(W)의 유량이 상기 배출구(10b)를 통하여 배출되는 냉각수(W)의 유량 보다 많아지기 때문에 내부 중공(10h)이 냉각수에 의하여 가득 채워질 수 있다.
다시 말해, 상기 냉각수(W)가 상기 빔가이드(20)와 상기 광필터(30)를 모두 직접 접촉하도록 상기 내부 중공(10h)을 가득 채울 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 광소결 장치 및 광소결 장치의 냉각 방법은, 소결 공정 중 상기 냉각 중공(10h)으로 상기 냉각수(W)를 제공하여, 상기 소결 광(L)에 의해 고온으로 온도가 상승된 상기 빔가이드(20) 및 상기 광필터(30)를 함께 냉각시킬 수 있다. 이에 따라, 롤투롤 공정과 같이 연속적으로 소결 대상체를 소결하는 공정에서, 상기 광소결 장치(100)를 지속적으로 냉각할 수 있어, 소결 효율이 향상되는 장점이 있다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시 예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.
100: 광소결 장치
10, 11, 12: 하우징, 제1 하우징, 제2 하우징
13a, 13b: 제1, 제2 빔가이드 완충링
14a, 14b: 제1, 제2 광필터 완충링
15: 빔가이드 고정 플레이트
16: 광필터 고정 플레이트
17: 빔가이드 체결부
18: 광필터 체결부
19: 하우징 완충링
20: 빔가이드
30: 광필터

Claims (13)

  1. 내부에 냉각수가 유동하는 냉각 중공을 가지는 하우징;
    상기 하우징의 일 측에 장착되어, 상기 냉각 중공의 일 벽을 이루고, 소결 광을 가이드하는 빔가이드(beam guide); 및
    상기 빔가이드에 대향하도록 상기 하우징의 타 측에 장착되어, 상기 냉각 중공의 타 벽을 이루고, 상기 소결 광의 특정 파장대를 필터링하는 광필터를 포함하는 광소결 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 냉각 중공은, 상기 냉각수가 상기 빔가이드와 상기 광필터를 모두 직접 접촉하도록 가득 채워지는 광소결 장치.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 하우징은 상기 냉각 중공으로 상기 냉각수를 유입 받는 유입구, 및
    상기 냉각 중공으로 유입된 냉각수를 배출하는 배출구를 포함하고,
    상기 유입구 및 상기 배출구의 높이 레벨은, 상기 빔가이드의 높이 레벨보다 높은, 광소결 장치.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 하우징은 상기 냉각 중공으로 상기 냉각수를 유입 받는 유입구, 및
    상기 냉각 중공으로 유입된 냉각수를 배출하는 배출구를 포함하고,
    상기 유입구 및 상기 배출구는 상기 빔가이드와 상기 광필터 사이의 높이 레벨에 배치되고, 상기 배출구의 단면적은 상기 유입구의 단면적보다 좁은, 광소결 장치.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 하우징은 상기 냉각 중공으로 상기 냉각수를 유입 받는 유입구, 및
    상기 냉각 중공으로 유입된 냉각수를 배출하는 배출구를 포함하고,
    상기 유입구는 상기 빔가이드와 상기 광필터 사이의 높이 레벨에 배치되고, 상기 배출구의 높이 레벨은, 상기 빔가이드의 높이 레벨보다 높은, 광소결 장치.
  6. 제3 항 내지 제5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하우징의 내면과 상기 빔가이드의 일 면 사이에 마련되고, 상기 하우징 내면과 상기 빔가이드의 일 면 사이를 완충하는 제1 빔가이드 완충링과,
    상기 하우징의 내면과 상기 광필터의 일 면 사이에 마련되고, 상기 하우징 내면과 상기 광필터의 일 면 사이를 완충하는 제1 광필터 완충링 중 적어도 하나의 완충링을 포함하는, 광소결 장치.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 빔가이드를 고정시키도록 상기 빔가이드의 적어도 일부를 덮고, 상기 소결 광을 반사시키는 빔가이드 고정 플레이트와,
    상기 광필터를 고정시키도록 상기 광필터의 적어도 일부를 덮고, 상기 소결 광을 반사시키는 광필터 고정 플레이트 중 적어도 하나의 고정 플레이트를 포함하는, 광소결 장치.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 빔가이드 고정 플레이트와 상기 하우징의 일부를 체결하되, 상기 빔가이드의 연장 방향 외측(beyond)에서 체결하는 빔가이드 체결부와,
    상기 광필터 고정 플레이트와 상기 하우징의 일부를 체결하되, 상기 광필터의 연장 방향 외측에서 체결하는 광필터 체결부 중 적어도 하나의 체결부를 포함하는, 광소결 장치.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 냉각 중공 내 상기 냉각수의 열은,
    상기 빔가이드 고정 플레이트에서 상기 빔가이드 체결부를 지나 상기 하우징을 통하여 외부로 방출되는 제1 보조 열 방출 경로 및
    상기 광필터 고정 플레이트에서 상기 광필터 체결부를 지나 상기 하우징을 통하여 외부로 방출되는 제2 보조 열 방출 경로 중 적어도 하나의 열 방출 경로를 통하여 외부로 방출되는, 광소결 장치.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 하우징은 상기 빔가이드가 상기 냉각 중공의 일 벽을 이루도록 장착되는 제1 하우징과, 상기 광필터가 상기 냉각 중공의 타 벽을 이루도록 장착되는 제2 하우징을 포함하는 광소결 장치.
  11. 소결 광을 가이드하는 빔가이드에서 상기 소결 광을 필터링하는 광필터를 거쳐 소결 대상체에 광을 조사하는 광조사 단계; 및
    상기 빔가이드를 일 벽으로 하고 상기 광필터를 타 벽으로 하는 냉각 중공을 채우도록 냉각수를 제공하여, 상기 광조사 단계에 의하여 가열된 상기 빔가이드와 상기 광필터를, 함께 냉각시키는 냉각 단계를 포함하는 광소결 장치의 냉각 방법.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 냉각 중공은, 상기 냉각수로 가득 채워지는 것을 포함하는 광소결 장치의 냉각 방법.
  13. 제12 항에 있어서,
    상기 냉각 단계는:
    상기 냉각수를 상기 빔가이드 보다 높은 레벨에서 유입하고, 상기 빔가이드 보다 높은 레벨에서 배출하는 제1 냉각수 순환 모드,
    상기 냉각수를 상기 빔가이드와 상기 광필터 사이의 높이 레벨에서 유입하고, 상기 빔가이드와 상기 광필터 사이의 높이 레벨에서 유입보다 좁은 단면적을 통하여 배출하는 제2 냉각수 순환 모드,
    상기 냉각수를 상기 빔가이드와 상기 광필터 사이의 높이 레벨에서 유입하고, 상기 빔가이드 보다 높은 레벨에서 배출하는 제3 냉각수 순환 모드 중 하나의 냉각수 순환 모드를 통하여, 상기 냉각 중공을 상기 냉각수로 가득 채우는, 광소결 장치의 냉각 방법.
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