KR20240061992A - 열확산 기능을 갖는 폴더블폰의 내부 힌지 제조방법 - Google Patents

열확산 기능을 갖는 폴더블폰의 내부 힌지 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 폴더블폰에 사용되는 열확산 기능을 갖는 내부 힌지의 제조방법에 관한 것으로，내부 힌지로 사용되는 시트나 절취된 내부 힌지를 캐리어에 장착하는 단계와, 내부 힌지가 부착된 캐리어를 로딩 챔버로 반송하는 단계와, 상기 내부 힌지를 전처리 챔버에서 리니어 이온 건으로 표면 처리하는 단계와, 증착 챔버에서 표면 처리된 내부 힌지에 스퍼터링 방법으로 씨드층과 그라파이트와 메탈층을 증착하는 단계와, 상기 그라파이트를 증착하는 단계에서 리니어 이온 샤워 소스를 사용하여 여기된 알곤을 증착면에 주사하는 단계, 및 상기 내부 힌지에 그라파이트와 메탈층이 증착되어 탈착부에서 코팅된 내부 힌지를 탈착하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

열확산 기능을 갖는 폴더블폰의 내부 힌지 제조방법{MANUFACTURING METHOD FOR INNER HINGE WITH THERMAL SPREADING ON FOLDERBLE PHONE}
본 발명은 최근 급성장하는 폴더블 스마트폰에 사용되는 내부 힌지에 단순히 폴더블 폰을 접고 펴는 기능에서 방열 기능을 부가하여 폴더블폰의 내부에서 발생되는 핫스팟(HOT SPOT)을 빠르게 확산시켜 효과적으로 핫스팟으로 인한 충격을 완화하기 위한 열확산 코팅을 내부 힌지에 적용하는 것에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 열전달 특성이 우수한 메탈과 그라파이트의 복합층을 갖는 내부 힌지의 제조방법에 관한 것이다.
모든 전자 제품은 내부에 장착된 소자들의 구동으로 기기 내에서 열이 발생하게 되는데 이 발산되는 열을 빠르게 확산시키지 못할 경우 내부 온도 상승에 의해 제품의 성능이 저하되고, 과도한 발열에 의해 오작동 또는 시스템 다운이 일어나거나 기기의 수명이 감소될 수 있으며，심한 경우 고장에 이르게 될 수 있다.
이와 같은 전자제품의 발열 문제에 대한 해결 방법으로 이미 히트 싱크，냉각팬，히트 파이프 등 다양한 방열 기구들이 사용되어지고 있지만 이들 방식의 경우는 기본적으로 상당 부피를 가지고 있어 최근 더욱 제품 슬림화 요구에 따라 소형화와 경량화에 중점을 두고 있는 전자 제품들에 적용되기에는 그 한계가 절실하다.
따라서 최근 들어 스마트 폰，태블릿 PC, 박막형 디스플레이 제품 등을 중심으로 열확산기능의 방열패드，방열시트 또는 방열도료 등이 냉각 수단으로서 널리 사용되고 있다.
이 중 방열시트는 열원으로부터 열을 시트로 확산시켜 효과적인 냉각 성능을 발휘하도록 하는 것으로 이를 위해 소재로 수평열전도도가 우수한 그라파이트(Graphite)를 이용한 제품이 출현되었다.
그러나 시장에서 사용되는 그라파이트는 통상 천연 그라파이트와 인조 그라파이트로 나뉘어져 있는데 인조 그라파이트의 경우 성능은 매우 우수하나 그 제조공정에 따른 고비용으로 인해 가격이 높고 또한 그라파이트 분진이 발생하는 문제가 제기되고, 천연 그라파이트의 경우는 미국 그라파이트 제조사의 특허권 문제로 이를 극복한 소재를 확보하여 제품화하기 어려운 문제가 있다.
이러한 문제를 해결하기 위해 제너코트에서는 이미 금속 박판을 기판으로 사용하여 수평 열전도 특성이 높은 고밀도 그라파이트 벌크를 진공 상태에서 증착하여 열원으로부터 발생되는 열이 진공 증착으로 형성된 그라파이트 박막으로 빠르게 흡수되어 수평으로 확산되고 그 열을 수직 열전도 특성이 우수한 금속 박판에 전달되어 효과적인 방열 기능을 구현한 제품에 대한 특허출원 및 제품화하여 시장에 공급하였다.
최근 스마트폰 시장은 기존 스마트폰의 형태를 벗어난 새로운 형태인 폴더블폰이 시장에 출시되어 매우 큰 각광을 받으며 그 수요가 급신장을 하고 있다. 이에 따라 기존 스마트폰과 차별화된 화면을 접고 펴는 폴더블 기능에 대한 기술 개발 및 부품에 대한 성능을 향상시키는 노력이 더욱 확대되고 있다.
특히 폴더블폰의 핵심 부품인 힌지 개발은 그 소재에 있어서 자성이 없어야 함으로 초기 금속인 스테인레스(서스) 소재로 개발이 되었고 이후 중량을 낮추기 위해 인바의 소재를 검토하고 있다.
그러나 최근 신소재인 CFRP(Carbon fiber reinforced palstics)를 선정하여 내부 힌지로 개발에 성공하여 삼성전자의 폴더블폰에 적용되어 출시되었다.
이러한 폴더블폰이 핵심 부품인 내부 힌지는 디스플레이 부품과 회로 기판에 직접 접촉됨으로 내부 힌지의 소재와 관계없이 디스플레이나 회로기판에서 발생되는 열을 효과적으로 낮출 수 있는 방열기능이 추가되는 소재나 구성에 대한 개발이 이뤄지고 있다.
상기와 같이 설명한 폴더블폰의 내부 힌지에 방열 기능을 추가하기 위하여 힌지의 소재가 금속이던 CFRP이던 종래 힌지가 열확산 기능이 없었던 취약점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 내부 힌지나 힌지로 사용될 소재의 표면에 열확산도가 높은 금속 박막과 고밀도 그라파이트 박막을 복합층으로 구성하여 열확산이 효과적으로 구현되는 폴더블폰의 방열 내부 힌지를 제공하는 데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 복합 방열층 제조방법은, 폴더블폰의 서스(스테인레스 스틸) 또는 CFRP 소재인 내부 힌지를 로드 챔버의 캐리어에 장착하는 단계와; 상기 장비의 전처리 진공 챔버에서 내부 힌지의 표면에 플라즈마 분위기에서 분위기 가스를 가속하여 충돌시키는 전처리 단계와; 표면 전처리된 내부 힌지를 증착 챔버로 반송하여 전처리된 힌지 소재 표면에 물리적 진공 증착 방법으로 연속으로 금속 박막과 그라파이트 박막을 증착하는 코팅 단계와; 상기 금속 박막과 그라파이트 박막이 증착된 내부 힌지를 언로드 챔버로 이송하는 단계; 및 언로딩 챔버에서 대기로 캐리어를 반송하여 캐리어에 장착된 내부 힌지를 탈착하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 폴더블폰 내부 힌지의 소재는 서스, CFRP, 인바, 마그네슘, 알루미늄, 탄소복합소재 중 어느 하나인 것과 두께는 20∼800㎛인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 폴더블폰 내부 힌지의 표면에 증착되는 금속 박막은 Cu, Al, Ni 등 을 사용하여 두께 0.1∼10㎛ 수준으로 증착하고 그라파이트 박막의 두께는 0.1∼2㎛ 수준으로 증착하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 내부 힌지는 진공 증착 챔버 내에서 0.1∼10m/min 속도로 이동하며 증착되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 금속 박막과 그라파이트 박막을 증착하기 전 증착층이 내부 힌지와의 부착력 향상을 위해 Ni합금이나 Ti을 사용하여 두께 1∼50㎚ 박막층 형성하는 것을 특징으로 한다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 스퍼티링 방법으로 풀더블폰의 내부 힌지에 그라파이트 박막과 금속 박막을 증착하는 것으로 힌지와 증착되는 그라파이트 박막의 계면에 여타의 버블이나 불순물이 존재하지 않으며, 그라파이트 증착할 때 리니어 이온 샤워 소스를 통한 여기된 알곤 입자가 동시에 증착되는 박막에 주사되어 그라파이트 박막의 밀도와 구조를 개선시켜 수평으로 열확산이 빠르게 진행되는 효과를 갖게 된다.
또한 본 발명은 내부 힌지에 리니어 이온 건을 사용한 플라즈마 전처리와 니켈합금이나 티타늄으로 박막층 형성을 수행하여 내부 힌지의 표면에서 그라파이트 박막 또는 금속 박막을 좋은 밀착력으로 결합시키는 효과가 있다. 이로 인하여 폴더블폰의 내부 힌지의 하부 구성품에서 발생하는 열을 신속하게 힌지가 흡수하여 열확산시키는 효과를 얻게 된다.
또한, 본 발명은 내부 힌지의 증착은 인라인 증착 방식으로 진행되나 내부 힌지로 사용될 기판의 종류와 두께에 따라서 롤투롤 증착 방식으로도 적용하여 생산이 가능하다.
도 1은 본 발명의 부품이 적용되는 폴더블폰의 대표적 구조로 해당 내부 힌지가 자리하는 위치를 나타낸 것으로 디스플레이 패널과 회로 보드 사이에 합지 공정으로 부착된다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 폴더블폰의 내부 힌지에 방열 기능을 부가는 인라인 증착 장치를 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 폴더블폰의 내부 힌지에 열확산 기능을 갖도록 제조하는 공정 순서도를 나타낸 것이다.
이하 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 이해하고 실시할 수 있도록 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.
이하에서는 본 발명의 일실시예에 따른 폴더블폰에 적용되는 내부 힌지에 열확산 기능을 부여하는 제조장치 및 제조방법에 대하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 폴더블폰의 방열 내부 힌지가 폴더불폰 구조 상 해당하는 위치를 나타낸 것으로 방열 내부 힌지는 폴더블폰의 화면인 OLED 패널 하부와 회로기판 사이에 밀착하여 두 부품에서 발생하는 열을 직접 받게 된다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 방열 내부 힌지를 위한 제조장치는 대기 상태에서 캐리어에 내부 힌지를 장착하는 장착부(00), 장착된 캐리어를 장치로 다음 공정 진입을 위해 진공 유지하는 로딩 챔버(01), 전처리 챔버(02), 증착 챔버(03), 언로딩 챔버(04), 대기에서 캐리어에 부착한 내부 힌지를 탈착하는 탈착부(99)를 포함하여 구성된다. 여기서, 상기 챔버(01, 02, 03, 04)는 일반적으로 게이트 밸브(14-a, 14-b, 14-c, 14-d, 14-e)를 통해 연결된다.
상기 장착부(00)는 진공 증착 장비내에서 기판의 반송이 캐리어(10) 통해 이루어짐으로 내부 힌지(20)를 반송 캐리어에 대기압 분위기에서 장착하는 구역이다.
상기 로드 챔버(01)는 내부 힌지를 부착한 캐리어가 장착부로부터 게이트 밸브(14-a)를 통해 반송되면 게이트 밸브를 닫고 진공도 10-6 torr 정도가 도달될 때까지 진공 배기하고 이후 수 분(5∼20)간 유지한다.
상기 전처리 챔버(02)는 로딩 챔버(01)에서 진공 배기를 충분히 한 내부 힌지를 부착한 캐리어가 게이트 밸브(14-b)를 통해 투입되면 10-3∼10-5 torr의 진공 상태로 유지하고 질소(N2), 알곤(Ar) 또는 산소(O2) 중 어느 하나 또는 이들을 혼합한 가스가 투입되고 이온 건을 사용하여 2000V 이상의 고전위에서 발생한 이온입자를 통해 내부 힌지(20) 표면을 개질한다. 즉 내부 힌지(20) 표면의 이물질 및 유기물이 제거되며 증착될 그라파이트 박막과의 부착력이 개선된다.
상기 증착 챔버(03)는 선행 공정인 전처리 챔버(02)에서 표면 개질된 내부 힌지를 부착한 캐리어가 게이트 밸브(14-c)를 통해 투입되면 10-2∼10-6 torr의 진공 상태에서 캐리어 가스인 알곤(Ar)이 투입된 후 내부 힌지와 증착층의 부착력을 향상시키기 위한 씨드층(40)을 두께 0.01∼0.1㎛로 먼저 증착하고 연속으로 1차 그라파이트(50)층을 0.01∼0.5㎛ 두께를 증착하고 2차 구리(60)층을 0.1∼2㎛ 두께로 증착한다.
여기서, 상기 그라파이트 증착 시 리니어 이온 샤워(Linear Ion shower, 70)는 300∼900V로 증착되는 그라파이트 박막에 주사한다. 이로 인해 증착되는 그라파이트의 결정립이 개선되고, 그라파이트 박막의 부착력이 강화되며 그라파이트 밀도를 향상시키는 효과가 개선된다.
또한, 상기 구리(Cu)박막 증착 시 열전달 개선을 위해 은(Ag), 금(Au) 중 어느 하나 이상을 일부 혼합하여 증착할 수 있다.
상기 언로딩 챔버(04)는 ∼10-6 torr의 진공 상태로 유지하고 증착 챔버에서 방열을 위한 다층막의 증착이 완료된 내부 힌지가 부착된 캐리어가 게이트 밸브(14-d)를 통해 반송이 되면 대기로 캐리어를 반출하는 준비를 한다. 게이트 밸브(14-d)를 통해 캐리어가 반입되고 게이트 밸브(14-d)가 닫히면 언로딩 챔버(04)는 배기를 시작하여 대기압에 도달하면 게이트 밸드(14-e)가 개방되어 캐리어가 탈착부(99)로 반송된다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 폴더블폰의 내부 힌지에 열확산 증착을 제조하는 공정 순서를 나타낸 것이다.
도 3을 참조하면, 먼저 장착부(00)에서 증착 장비내에서 제품을 반송하는 캐리어에 내부 힌지를 부착한다(S100).
이어서, 내부 힌지가 부착된 캐리어가 로딩 챔버(01)로 반송되면 게이트 밸브(14-a)가 닫히고 진공배기를 진행하여 ∼10-6 torr 정도의 진공을 유지한다(S200).
이어서, 내부 힌지가 부착된 캐리어는 로딩 챔버(01)에서 충분히 아웃 개싱(Out Gassing)을 거친 후 표면처리 챔버(02)로 게이트 밸브(14-b)를 열어 반송하고 닫히면 전처리 챔버(02)에 질소(N2), 아르곤(Ar) 또는 산소(O2) 중 어느 하나의 가스나 이들을 혼합한 가스 5∼500sccm을 투입하여 챔버 진공도를 10-3~10-5torr 수준으로 형성한 후 리니어 이온 건(LINEAR ION GUN)을 사용하여 내부 힌지에 대한 표면의 전처리 공정을 진행한다(S300).
이어서, 전처리 챔버(02)에서 표면 개질을 마친 후 내부 힌지는 게이트 밸브(14-c)를 통해 증착 챔버(03)로 반송된다. 캐리어 반송이 완료되면 게이트 밸브(14-c)가 닫히고 증착을 위한 아르곤 캐리어 가스가 5∼300sccm 주입되어 챔버 진공도를 10-2∼10-4torr로 형성한다. 이후 내부 힌지와 증착되는 박막 간의 부착력 향상을 위해 씨드층이 먼저 증착되고 이후 순차적으로 그라파이트 박막과 메탈(Cu) 박막을 스퍼터링 방식으로 증착한다. 이때 씨드층은 니켈, 니켈합금 또는 티타늄을 재료로 사용하여 두께 0.01∼0.5㎛ 수준으로 증착하고 그라파이트 박막은 0.05∼0.5㎛ 두께로 메탈 박막은 0.2∼1.0㎛ 두께로 증착한다(S400).
이때, 상기 그라파이트 박막의 증착 시 리니어 이온 샤워 소스(LINEAR ION SHOWER SOURCE, 70)에 수∼수백V 전압을 인가하여 여기된 알곤 입자가 증착되는 그라파이트 박막(12)에 주사되도록 하여 그라파이트 막질을 개선한다(S400).
다음, 증착 챔버(03)에서 내부 힌지에 방열코팅이 완료된 후 내부 힌지는 게이트 밸브(14-d)를 통해 언로딩 챔버(04)로 반송된다. 캐리어 반송이 완료되면 게이트 밸브(14-d)가 닫히고 캐리어 반출을 위해 언로딩 챔버(04)의 배기를 실기하여 대기압을 준비한다(S500).
마지막으로, 언로딩 챔버(04)의 게이트 밸브(14-e)가 열리고 캐리어가 탈착부(99)로 반송이 되고 캐리어에 부착된 내부 힌지를 탈착함으로 모든 공정은 마무리 된다(S600).
본 발명은 내부 힌지에 그라파이트 박막을 증착하기 전 리니어 이온 빔을 사용하여 표면 전처리와 씨드층의 증착으로 그라파이트 박막과 내부 힌지와의 강한 밀착력으로 결합할 수 있다.
또한, 본 발명은 내부 힌지에 그라파이트 박막을 진공 중에서 스퍼터링 방법으로 증착하기 때문에 내부 힌지와 그라파이트 계면에 에어 버블이나 기타 불순물이 존재하지 않으며, 그라파이트 증착 시 리니어 이온 샤워를 통한 여기된 알곤의 주사로 그라파이트층의 밀도와 구조를 개선하여 수평 방향으로 신속한 열 방출 효과가 있는 박막을 제공할 수 있다.
이상에서 본 발명은 기재된 실시예를 참조하여 상세히 설명이 되었으나，본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기에서 설명된 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환，부가 및 전용이 가능할 것임은 당연한 것으로, 이와 같은 변형된 실시 형태들 역시 아래에 첨부한 특허청구범위에 의하여 정해지는 본 발명의 보호 범위에 속하는 것으로 이해되어야 할 것이다.
00 : 장착부 01 : 로딩 챔버
02 : 전처리 챔버 03 : 증착 챔버
04 : 언로딩 챔버 99 : 탈착부
14-a, 14-b, 14-c, 14-d, 14-e : 게이트 밸브
10 : 캐리어 20 : 내부 힌지
30 : 리니어 이온 건 40 : 씨드 캐소드
50 : 그라파이트 캐소드 60 : 메탈 캐소드
70 : 리니어 이온 샤워 소스

Claims (4)

  1. 폴더블폰의 내부 힌지로 사용되는 시트나 제품 크기로 절단된 내부 힌지 자체를 캐리어에 장착하여 로딩 챔버에서 진공 상태로 유지하는 단계와;
    상기 캐리어에 부착된 내부 힌지의 표면을 전처리 챔버에서 리니어 이온 건으로 표면 처리하는 단계와;
    증착 챔버에서 상기 리니어 이온 건으로 표면 처리된 내부 힌지에 10-2∼10-4 torr의 진공 상태에서 스퍼터링 방법으로 씨드층과 그라파이트 그리고 메탈층을 증착하는 단계와;
    상기 그라파이트를 증착하는 단계에서 리니어 이온 샤워 소스를 사용하여 여기된 알곤을 주사하는 단계; 및
    상기 각 단계별 챔버에서 쳄버로 캐리어를 반송할 때 챔버 진입과 방출단에 게이트 밸브 사용하여 각 챔버의 독립된 분위기를 형성하여 열확산 성능이 있는 내부 힌지의 제조방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 폴더블폰의 내부 힌지로 사용되는 소재의 두께는 20∼800㎛인 것과 소재로는 스테인레스 스틸, 인바, 마그네슘 그리고 CFRP와 플라스틱을 특징으로 하는 방열 내부 힌지의 제조방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 내부 힌지 표면에 그라파이트 박막을 0.1∼2㎛ 두께로 메탈 박막(구리, 은, 금, 알루미늄)을 0.1∼10㎛ 두께로 증착하는 것을 특징으로 하는 방열 내부 힌지의 제조방법
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 내부 힌지에 그라파이트를 증착하기 전 씨드층으로 니켈, 니켈합금 그리고 티타늄을 사용하여 방열 내부 힌지의 제조방법.

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