WO2015064834A1

WO2015064834A1 - 이중 분사주조 장치

Info

Publication number: WO2015064834A1
Application number: PCT/KR2013/011838
Authority: WO
Inventors: 김원용; 이병수
Original assignee: Korea Institute of Industrial Technology KITECH
Current assignee: Korea Institute of Industrial Technology KITECH
Priority date: 2013-11-04
Filing date: 2013-12-18
Publication date: 2015-05-07
Anticipated expiration: 2016-05-04

Abstract

본 발명은 기판이 배치되는 내부 공간이 형성된 작업 챔버의 상측에 배치되고, 용융된 제1 소재를 고압 냉각 가스와 함께 상기 작업 챔버 내로 공급하면서 상기 용융된 제1 소재를 미세 분말 형태로 상기 기판에 분사하는 제1 어셈블리; 상기 작업 챔버의 상측에 배치되고, 용융된 제2 소재를 고압 냉각 가스와 함께 상기 작업 챔버 내로 공급하면서 상기 용융된 제2 소재를 미세 분말 형태로 상기 기판에 분사하는 제2 어셈블리; 및 상기 제2 어셈블리에 내장되고, 상기 기판에 분사하기 전과 상기 기판에 분사할 때 상기 제2 소재가 응집되는 것을 방지하는 제3 어셈블리;를 포함하며, 상기 기판에 분사된 상기 제1 소재 및 상기 제2 소재가 균일하게 분포되는 것을 특징으로 하여, 저열팽창 금속복합소재의 제조를 위하여 요구되는 조건을 충족하는 신뢰도 높은 제품의 생산이 가능하도록 하는 이중 분사주조 장치에 관한 것이다.

Description

이중 분사주조 장치

본 발명은 이중 분사주조 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 저열팽창 금속복합소재의 제조를 위하여 요구되는 조건을 충족하는 신뢰도 높은 제품의 생산이 가능하도록 하는 이중 분사주조 장치에 관한 것이다.

최근, 반도체 장치의 구조가 복잡화, 미세화되는 것에 대응하기 위하여 수십개의 웨이퍼를 한 번에 처리하는 기존의 배치식(batch type) 제조장치보다는, 복잡한 공정을 하나로 하여 웨이퍼를 한 장씩 처리하는 매엽식 제조장치가 많이 적용되는 추세이다.

이러한 매엽식 제조장치내에서 사용되는 소모성 핵심 부품으로는 균열통, 보드(Board), 서셉터(Susceptor) 및 챔버 내 상하부 전극, 디퓨져, 샤워 헤드(shower head)등을 들 수 있다.

이중, 서셉터는 반도체 및 LCD 디스플레이의 제조 공정 중 CVD(Chemical Vapor Deposition, 화학적 기상 증착) 공정시 유리 기판이 놓이는 곳으로, 유리 기판을 지지하는 동시에 유리 기판을 CVD 공정에 필요한 온도까지 올려주는 반도체 및 디스플레이 제조 공정에 필요한 핵심 부품이라 할 수 있다.

따라서, 반도체, 디스플레이, 솔라셀 등의 서셉터용 소재는 지속적인 열피로조건에 노출되기 때문에 저열팽창 특성을 가지는 세라믹소재 (AlN, Al₂O₃, Y₂O₃) 또는 금속복합소재 (Al-Si계 합금)가 적용되고 있다.

이러한 서셉터용 소재는 장시간 운전에 대응할 수 있도록 소재의 내구성을 중시하므로, 열적 취성에 약한 세라믹 소재보다는 제조공정이 복잡한 금속복합소재를 요구한다.

또한, 반도체 기판의 면적이 커지고 구경이 커짐에 따라 전체 공정에 걸쳐서 기판을 더 이상 기계적으로 클램핑할 수 없게 된 바, 이러한 기술적 난점을 해결하기 위해 정전기를 이용해 기판을 잡아주는 정전척(Electrostatic Chuck, ESC) 기능 또한 갖추어야 한다.

따라서, 기판의 면적이 커짐에 따른 히터 단선 및 표면 절연층 파단을 억제할 수 있으며, 내플라즈마성과 내부식성을 가지면서, 고도화된 표면 코팅 공정 기술에 의하여 제작된 소재의 개발과 함께, 큰 면적에 걸친 온도 분포의 균일성을 향상시킴은 물론, 큰 면적을 지닌 서셉터의 가열 및 냉각 속도를 증대시키고, 고온의 서셉터라도 정전척 기능을 동시에 수행할 수 있으며, 부품의 공급 가격을 낮출 수 있도록 하는 제품을 제공하는 것이 반도체 소자와 장비 업체들의 기술적 요구 사항이라 할 수 있다.

그러나, 위에서 열거한 엄격한 요구 사항 중에서 저열팽창 금속복합소재의 제조를 위해서는 합금원소인 Si함량이 50%이상 요구되며 알루미늄 기지에 20㎛ 이하의 미세한 초정 Si 입자가 균일하게 분포되어야 하기 때문에 소재 생산을 위한 기반기술 및 공정기술의 개발에 어려움이 있는 것이다.

이러한, 소재 생산을 위한 기반기술 및 공정기술은 국내의 유명 대형 반도체 디스플레이 업체에서는 어느 정도 확보되어 있는 반면, 상기에 전술한 서셉터 등 후방 장치 산업의 핵심 소모부품 제조 기술은 원천기술의 부족으로 해외 의존도가 높은 상황이다.

한편, 저열팽창 금속복합소재의 제조를 위한 분사주조 공정은 급속응고에 의한 조직 미세화를 통해 종래에 얻을 수 없는 열적, 물리적, 기계적 특성등 동시에 얻을 수 있다는 장점을 가지고 있다.

즉, 분사주조 공정은 용융금속을 불활성 보호 분위기하에서 고속, 고압의 불활성가스를 이용하여 미세한 액적들로 분무화하면서 동시에 이렇게 생성된 미세한 액적들이 요구되는 형상을 갖는 기판위에 고속으로 충돌시켜 매우 얇은 판상으로 적층시키는 것이다.

따라서, 분사주조 공정은 용융, 분무화, 그리고 적층을 포함한 주요 공정이 불활성 가스분위기 내에서 수행되므로 불순물원소나 외부에서 혼입될 수 있는 오염물질들의 영향을 최소화시킬 수 있으며, 고품질의 제품생산이 가능하며 기판의 형상 및 운동 상태, 그리고 분무노즐의 종류 및 운동 상태를 제어함으로서 최종 형상에 근접한(near-net-shape) 제품생산이 가능한 장점이 있다.

또한, 분사주조 공정은 분산강화, 조직의 미세화, 고용도의 증가, 균일한 상분포 및 편석상의 제거와 같은 급속응고의 장점을 갖추고 있기 때문에 분사주조법은 단일공정으로서 급속응고의 효과와 최종 형상에 근접한(near-net-shape) 제품의 제조공정을 결합시킨 공정이라 할 수 있다.

그러나, 상기와 같은 분사주조 공정의 장점에도 불구하고, 전술한 분사주조 공정은 표면거칠기 및 분사주조재에 미소기공이 존재하는 등의 한계점을 가지고 있다.

또한, 분사주조 공정은 적용 가능한 소재가 대부분 금속소재에 한정되어 있어 복합소재의 적용이 어려운 문제가 있었다.

[선행기술문헌]

[특허문헌]

등록특허 제10-0508344호

공개특허 제10-2010-0112016호

본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위하여 발명된 것으로, 저열팽창 금속복합소재의 제조를 위하여 요구되는 조건을 충족하는 신뢰도 높은 제품의 생산이 가능하도록 하는 이중 분사주조 장치를 제공하기 위한 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 기판이 배치되는 내부 공간이 형성된 작업 챔버의 상측에 배치되고, 용융된 제1 소재를 고압 냉각 가스와 함께 상기 작업 챔버 내로 공급하면서 상기 용융된 제1 소재를 미세 분말 형태로 상기 기판에 분사하는 제1 어셈블리; 상기 작업 챔버의 상측에 배치되고, 용융된 제2 소재를 고압 냉각 가스와 함께 상기 작업 챔버 내로 공급하면서 상기 용융된 제2 소재를 미세 분말 형태로 상기 기판에 분사하는 제2 어셈블리; 및 상기 제2 어셈블리에 내장되고, 상기 기판에 분사하기 전과 상기 기판에 분사할 때 상기 제2 소재가 응집되는 것을 방지하는 제3 어셈블리;를 포함하며, 상기 기판에 분사된 상기 제1 소재 및 상기 제2 소재가 균일하게 분포되는 것을 특징으로 하는 이중 분사주조 장치를 제공할 수 있다.

그리고, 본 발명은 기판이 배치되는 내부 공간이 형성된 작업 챔버의 상측에 배치되고, 외부로부터 공급된 제1 소재를 용융시키며, 용융된 제1 소재를 고압 냉각 가스와 함께 상기 작업 챔버 내로 공급하면서 상기 용융된 제1 소재를 미세 분말 형태로 상기 기판에 분사하는 제1 어셈블리; 상기 작업 챔버의 상측에 배치되고, 상기 제1 소재와 물성이 다른 제2 소재를 외부로부터 공급받아 용융시키며, 용융된 제2 소재를 고압 냉각 가스와 함께 상기 작업 챔버 내로 공급하면서 상기 용융된 제2 소재를 미세 분말 형태로 상기 기판에 분사하는 제2 어셈블리; 및 상기 제2 어셈블리에 내장되고, 상기 기판에 분사하기 전과 상기 기판에 분사할 때 상기 제2 소재가 응집되는 것을 방지하는 제3 어셈블리;를 포함하며, 상기 기판에 분사된 상기 제1 소재 및 상기 제2 소재가 균일하게 분포되는 것을 특징으로 하는 이중 분사주조 장치를 제공할 수 있다.

또한, 본 발명은 기판이 배치되는 내부 공간이 형성된 작업 챔버의 상측에 배치되고, 외부로부터 공급된 제1 소재를 용융시키며, 용융된 제1 소재를 고압 냉각 가스와 함께 상기 작업 챔버 내로 공급하면서 상기 용융된 제1 소재를 미세 분말 형태로 상기 기판에 분사하는 제1 어셈블리; 상기 제1 어셈블리에 구비되고, 상기 작업 챔버 내로 분사되는 상기 용융된 제1 소재의 분사 각도를 조절하는 제1 분사스캐닝 컨트롤러; 상기 작업 챔버의 상측에 배치되고, 상기 제1 소재와 물성이 다른 제2 소재를 외부로부터 공급받아 용융시키며, 용융된 제2 소재를 고압 냉각 가스와 함께 상기 작업 챔버 내로 공급하면서 상기 용융된 제2 소재를 미세 분말 형태로 상기 기판에 분사하는 제2 어셈블리; 상기 제2 어셈블리에 구비되고, 상기 작업 챔버 내로 분사되는 상기 용융된 제2 소재의 분사 각도를 조절하는 제2 분사스캐닝 컨트롤러; 및 상기 제2 어셈블리에 내장되고, 상기 기판에 분사하기 전과 상기 기판에 분사할 때 상기 제2 소재가 응집되는 것을 방지하는 제3 어셈블리;를 포함하며, 상기 기판에 분사된 상기 제1 소재 및 상기 제2 소재가 균일하게 분포되는 것을 특징으로 하는 이중 분사주조 장치를 제공할 수도 있다.

여기서, 상기 제3 어셈블리는, 구동모터와, 상기 구동모터와 연결되고, 외부로부터 공급받은 상기 제2 소재를 가열하여 용융시키는 제2 용해로와 연통되는 제2 턴디시에 내장되는 회전축과, 상기 회전축의 외주면을 따라 나선 형상으로 형성되어 상기 회전축과 연동 회전하면서 상기 제2 소재를 지속적으로 교반하는 윙 스크류를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 제3 어셈블리는, 외부로부터 공급받은 상기 제2 소재를 가열하여 용융시키는 제2 용해로와 연통되는 제2 턴디시에 장착되고, 고체분말이 용매에 분산된 상태인 상기 제2 소재에 고주파수의 초음파를 인가하여 상기 용매 내에 거품을 형성하고, 형성된 상기 거품을 상기 고체 분말 표면에서 터뜨리는 초음파 발생기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 제3 어셈블리는, 외부로부터 공급받은 상기 제2 소재를 가열하여 용융시키는 제2 용해로와 연통되는 제2 턴디시에 장착되고, 상기 제2 턴디시 내면 부근의 상기 제2 소재에 저주파수의 진동을 부여하여 상기 제2 소재가 지속적으로 교반되도록 하는 진동 발생기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 제3 어셈블리는, 구동모터와, 상기 구동모터와 연결되고, 외부로부터 공급받은 상기 제2 소재를 가열하여 용융시키는 제2 용해로와 연통되는 제2 턴디시에 내장되는 회전축과, 상기 회전축의 외주면을 따라 나선 형상으로 형성되어 상기 회전축과 연동 회전하면서 상기 제2 소재를 지속적으로 교반하는 윙 스크류와, 외부로부터 공급받은 상기 제2 소재를 가열하여 용융시키는 제2 용해로와 연통되는 제2 턴디시에 장착되고, 고체분말이 용매에 분산된 상태인 상기 제2 소재에 고주파수의 초음파를 인가하여 상기 용매 내에 거품을 형성하고, 형성된 상기 거품을 상기 고체 분말 표면에서 터뜨리는 초음파 발생기와, 외부로부터 공급받은 상기 제2 소재를 가열하여 용융시키는 제2 용해로와 연통되는 제2 턴디시에 장착되고, 상기 제2 턴디시 내면 부근의 상기 제2 소재에 저주파수의 진동을 부여하여 상기 제2 소재가 지속적으로 교반되도록 하는 진동 발생기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 제1 소재는 금속 또는 금속 합금 또는 금속과 세라믹 혼합물이며, 상기 제2 소재는 세라믹인 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 제1 소재 및 상기 제2 소재는 서로 다른 융점을 지닌 금속 또는 금속 합금인 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 제1 소재는 금속 또는 금속 합금 또는 금속과 고분자 물질의 혼합물이며, 상기 제2 소재는 고분자 물질인 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 이중 분사주조 장치는, 상기 작업 챔버 내에 장착되고, 상기 기판을 지지하며, 상기 기판을 정, 역회전시키거나 상기 작업 챔버의 상,하 방향으로 승강시키는 기판 조작 어셈블리를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 제1 어셈블리와 상기 제2 어셈블리는 상기 작업 챔버에 대하여 각각 반대 방향으로 경사지게 배치되는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 제1 어셈블리는, 외부로부터 공급받은 상기 제1 소재를 가열하여 용융시키는 제1 용해로와, 상기 제1 용해로와 연통되고, 상기 제1 용해로로부터 공급받은 상기 용융된 제1 소재를 일시 수용하는 공간이 구비되고, 외측에 구비된 복수의 산소 토치로부터 공급되는 화염으로 상기 용융된 제1 소재를 계속 가열하는 제1 턴디시와, 상기 제1 턴디시의 바닥면에 구비되어 상기 용융된 제1 소재가 배출되는 제1 용융금속 노즐과, 상기 제1 용융금속 노즐의 외측에 구비되어 상기 고압 냉각 가스가 분사되는 제1 가스 분사 노즐을 포함하는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 제2 어셈블리는, 외부로부터 공급받은 상기 제2 소재를 가열하여 용융시키는 제2 용해로와, 상기 제2 용해로와 연통되고, 상기 제2 용해로로부터 공급받은 상기 용융된 제2 소재를 일시 수용하는 공간이 구비되고, 외측에 구비된 복수의 산소 토치로부터 공급되는 화염으로 상기 용융된 제2 소재를 계속 가열하는 제2 턴디시와, 상기 제2 턴디시의 바닥면에 구비되어 상기 용융된 제2 소재가 배출되는 제2 용융금속 노즐과, 상기 제2 용융금속 노즐의 외측에 구비되어 상기 고압 냉각 가스가 분사되는 제2 가스 분사 노즐을 포함하며, 상기 제3 어셈블리는 상기 제2 턴디시의 내부 또는 외부에 장착되는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 제2 용융금속 노즐은 흑연으로 이루어지며, 상기 제2 용융금속 노즐의 단부에는 상기 제2 턴디시와 연통되는 복수의 미세 분사공을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 제1 분사스캐닝 컨트롤러가 상기 제1 어셈블리로부터 상기 용융된 제1 소재를 분사하는 각도와, 상기 제2 분사스캐닝 컨트롤러가 상기 제2 어셈블리로부터 상기 용융된 제2 소재를 분사하는 각도의 범위는, 상기 제1 소재 및 상기 제2 소재가 분사되는 출구로부터 연장된 가상선의 양측에 대하여 각각 4°내지 8°인 것을 특징으로 한다.

그리고, 제1 분사스캐닝 컨트롤러는, 상기 제1 어셈블리에 장착되는 제1 액추에이터와, 상기 제1 액추에이터의 정, 역회전에 연동하여 각도 조절이 가능한 제1 회동 노즐을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 제2 분사스캐닝 컨트롤러는, 상기 제2 어셈블리에 장착되는 제2 액추에이터와, 상기 제2 액추에이터의 정, 역회전에 연동하여 각도 조절이 가능한 제2 회동 노즐을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 구성의 본 발명에 따르면 다음과 같은 효과를 도모할 수 있다.

우선, 본 발명은 제1 어셈블리와 제2 어셈블리로부터 각각 서로 다른 물성을 지닌 제1 소재와 제2 소재가 미세한 분말의 형태로 기판에 분사되도록 하여 제1 소재와 제2 소재가 균일하고 깨끗하게 분포된 복합소재를 제공할 수 있으므로, 신뢰도 높고 고정밀도의 반도체 및 디스플레이 제품 생산에 도움을 줄 수 있다.

특히, 본 발명은 제2 어셈블리에 장착된 제3 어셈블리가 기판에 분사하기 전과 기판에 분사할 때 제2 소재가 응집되는 것을 방지하도록 지속적으로 교반하는 등의 다양한 실시예를 적용함으로써 분산 강화효과를 도모할 수 있다.

특히, 본 발명은 금속과 세라믹 또는 금속과 고분자 물질 등과 같은 서로 다른 소재로 이루어진 복합소재의 제조에 적용이 가능하므로, 이를 통하여 금속이 본래 가지고 있는 특성 이외에 물리적, 전기적, 열적 특성을 추가적으로 구비한 특수 복합소재의 제조에도 활용할 수 있을 것이다.

또한, 본 발명은 서로 다른 융점을 지닌 금속 소재로 이루어진 복합소재의 제조에도 적용이 가능하므로, 이를 통하여 저융점 금속이 본래 가지고 있는 특성을 상회하는 물리적, 전기적, 열적 특성을 추가적으로 구비한 특수한 복합소재의 제조에도 활용할 수 있음은 물론이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이중 분사주조 장치의 전체적인 구조를 나타낸 부분 단면 개념도

도 2 및 도 3은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 이중 분사주조 장치의 주요부인 제3 어셈블리의 전체적인 구조를 나타낸 부분 단면 개념도

도 4는 도 1의 A 부분 확대 개념도

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 이중 분사주조 장치의 주요부인 제1 어셈블리와 제2 어셈블리가 작업 챔버의 챔버 상판에 장착된 구조를 나타낸 사시도

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 이중 분사주조 장치에 의하여 제조된 복합소재와 기존의 분사주조 장치에 의하여 제조된 복합소재의 광학 현미경 비교 사진

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 이중 분사주조 장치에 의하여 제조된 복합소재와 기존의 분사주조 장치에 의하여 제조된 복합소재의 상대적 길이 변화율을 비교한 그래프

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 이중 분사주조 장치에 의하여 제조된 복합소재와 기존의 분사주조 장치에 의하여 제조된 복합소재의 온도에 따른 열팽창 계수의 변화를 비교한 그래프

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 이중 분사주조 장치에 의하여 제조된 복합소재와 기존의 분사주조 장치에 의하여 제조된 복합소재의 경도 측정 결과를 비교한 그래프

도 10 내지 도 12는 분사주조재인 Si분말과 SiC 분말(SiCp)의 면적분율에 대한 입자 분포도를 각각 나타낸 그래프

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다.

그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예로 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이다.

본 명세서에서 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.

그리고 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

따라서, 몇몇 실시예에서, 잘 알려진 구성 요소, 잘 알려진 동작 및 잘 알려진 기술들은 본 발명이 모호하게 해석되는 것을 피하기 위하여 구체적으로 설명되지 않는다.

또한, 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭하고, 본 명세서에서 사용된(언급된) 용어들은 실시예를 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다.

본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함하며, '포함(또는, 구비)한다'로 언급된 구성 요소 및 동작은 하나 이상의 다른 구성요소 및 동작의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다.

또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 정의되어 있지 않은 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.

이하, 첨부된 도면을 참고로 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이중 분사주조 장치의 전체적인 구조를 나타낸 부분 단면 개념도이며, 도 2 및 도 3은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 이중 분사주조 장치의 주요부인 제3 어셈블리의 전체적인 구조를 나타낸 부분 단면 개념도이고, 도 4는 도 1의 A 부분 확대 개념도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 이중 분사주조 장치의 주요부인 제1 어셈블리와 제2 어셈블리가 작업 챔버의 챔버 상판에 장착된 구조를 나타낸 사시도이다.

참고로, 도 5에서 미설명 부호로 122는 제1 어셈블리(100)의 제1 턴디시(120)를 가열하기 위한 산소 공급용의 제1 공급관을, 222는 제2 어셈블리(200)의 제2 턴디시(220)를 가열하기 위한 산소 공급용의 제2 공급관을 각각 나타낸다.

그리고, 도 5에서 미설명 부호로 125는 제1 어셈블리(100)를 통하여 제1 소재(710)가 분사되는 각도를 조절하는 등의 일련의 조작이 이루어지는 제1 스캐닝 박스를, 126은 이러한 일련의 조작이 이루어지는 상황을 파악하기 위한 제1 점검창을, 225는 제2 어셈블리(200)를 통하여 제2 소재(720)가 분사되는 각도를 조절하는 등의 일련의 조작이 이루어지는 제2 스캐닝 박스를, 226은 이러한 일련의 조작이 이루어지는 상황을 파악하기 위한 제2 점검창을 각각 나타낸다.

본 발명은 도시된 바와 같이 제1 어셈블리(100)와 제2 어셈블리(200)로부터 각각 제1 소재(710)와, 제1 소재(710)와 물성이 다른 제2 소재(720)가 각각 작업 챔버(800) 내의 기판(800)에 분사되며, 제2 어셈블리(200)에는 제3 어셈블리(250)가 장착되어 제2 소재(720)의 응집을 방지하는 구조임을 파악할 수 있다.

제1 어셈블리(100)는 기판(800)이 배치되는 내부 공간이 형성된 작업 챔버(900)의 상측에 배치되고, 외부로부터 공급된 제1 소재(710)를 용융시키며, 용융된 제1 소재(710)를 고압 냉각 가스와 함께 작업 챔버(900) 내로 공급하면서 용융된 제1 소재(710)를 미세 분말 형태로 기판(800)에 분사하는 역할을 수행하는 것이다.

제2 어셈블리(200)는 작업 챔버(900)의 상측에 배치되고, 제1 소재(710)와 물성이 다른 제2 소재(720)를 외부로부터 공급받아 용융시키며, 용융된 제2 소재(720)를 고압 냉각 가스와 함께 작업 챔버(900) 내로 공급하면서 용융된 제2 소재(720)를 미세 분말 형태로 기판(800)에 분사하는 역할을 수행하는 것이다.

한편, 분산강화법은 금속 및 금속 합금재료를 강화시키는 방법들 중 하나로 미세한 고체분말을 금속 및 금속 합금재료 내부에 분산시키는 방법이다.

그러나, 고체분말은 그 작은 크기로 인해 표면에너지를 줄이기 위해 서로 응집된다.

이에, 특별한 고려나 대책이 없이 고체분말과 같은 제1 소재(710) 또는 제2 소재(720)를 본 발명에 따른 이중 분사주조 장치에 적용하면, 고체분말은 금속 및 금속 합금재료 내에 미세하고 균일하게 분산되는 것이 아니라 응집된 형태로 불균일하게 분포하게 되므로, 분산 강화효과를 얻을 수 없다.

따라서, 제3 어셈블리(250)는 제2 어셈블리(200)에 내장되고, 기판(800)에 분사하기 전과 기판(800)에 분사할 때 제2 소재(720)가 응집되는 것을 방지하는 역할을 수행하는 것이다.

상기와 같이, 본 발명은 기판(800)에 분사된 제1 소재(710) 및 제2 소재(720)가 균일하게 분포될 수 있으며, 이렇게 제작된 복합소재는 신뢰도 높은 제품 생산에 도움을 줄 수 있을 것이다.

본 발명은 상기와 같은 구조의 실시예를 적용할 수 있으며, 다음과 같은 다양한 실시예의 적용 또한 가능함은 물론이다.

제1 소재(710)는 전술한 바와 같이 제1 어셈블리(100)를 통하여 분사되는 것이며, 제2 소재(720)는 전술한 바와 같이 제2 어셈블리(200)를 통하여 분사되는 것으로, 상호 다른 물성을 지닌 소재이다.

즉, 제1 소재(710)는 예를 들면, Al 또는 Cu 또는 Fe 등과 같은 금속일 수 있으며, 또는 Al 합금 또는 Cu 합금 또는 Fe 합금 등과 같은 금속 합금일 수도 있으며, Al과 Si의 혼합물 또는 Cu와 Si의 혼합물 또는 Fe와 Si의 혼합물 등과 같은 금속과 세라믹 혼합물이 될 수 있을 것이다.

그리고, 제2 소재(720)는 예를 들면, 세라믹 분말(SiCp)과 같은 세라믹이 될 수 있을 것이다.

그리고, 제1 소재(710) 및 제2 소재(720)는 서로 다른 융점을 지닌 금속 또는 금속 합금이 될 수도 있다.

또한, 제1 소재(710)는 금속 또는 금속 합금 또는 금속과 고분자 물질의 혼합물이며, 제2 소재(720)는 고분자 물질이 될 수도 있음은 물론이다.

따라서, 본 발명은 금속과 세라믹 또는 금속과 고분자 물질 등과 같은 서로 다른 소재로 이루어진 복합소재의 제조에 적용이 가능하므로, 이를 통하여 금속이 본래 가지고 있는 특성 이외에 물리적, 전기적, 열적 특성을 추가적으로 구비한 특수 복합소재의 제조에도 활용할 수 있을 것이다.

한편, 제1 어셈블리(100)는 전술한 바와 같이 제1 소재(710)를 용융시켜 미세한 분말 형태로 분사하기 위한 것으로, 제1 용해로(110)와 제1 턴디시(120)와 제1 용융금속 노즐(130)과 제1 가스 분사 노즐(140)을 포함하는 구조임을 파악할 수 있다.

제1 용해로(110)는 외부로부터 공급받은 제1 소재(710)를 가열하여 용융시키는 것이다.

제1 턴디시(120)는 제1 용해로(110)와 연통되고, 제1 용해로(110)로부터 공급받은 용융된 제1 소재(710)를 일시 수용하는 공간이 구비되고, 외측에 구비된 복수의 산소 토치(이하 미도시)로부터 공급되는 화염으로 용융된 제1 소재(710)를 계속 가열하는 것이다.

제1 용융금속 노즐(130)은 제1 턴디시(120)의 바닥면에 구비되어 용융된 제1 소재(710)가 배출되는 것으로, 내열성의 측면에서 흑연으로 이루어지는 것이 바람직하다.

제1 가스 분사 노즐(140)은 제1 용융금속 노즐(130)의 외측에 구비되어 고압 냉각 가스가 분사되는 것이다.

따라서, 제1 소재(710)는 제1 용해로(110)에서 가열 용융되어 제1 턴디시 가이드(115)를 통해 안내되어 제1 턴디시(120)에 일시 수용되어지되, 제1 소재(710)가 응고되지 않도록 제1 턴디시(120)의 외측에 구비된 산소 토치로부터 화염을 공급받아 공정이 완료될 때 지속적으로 가열된다.

이후, 제1 소재(710)는 용융된 상태로 제1 용융금속 노즐(130)을 통하여 작업 챔버(900)측으로 내려오며, 이때 제1 가스 분사 노즐(140)을 통하여 불활성 가스인 N₂가스와 같은 고압 냉각 가스를 함께 분사함으로써 제1 소재(710)는 용융 상태에서 반 용융 상태인 금속 분말의 형태로 분무되는 것이다.

한편, 제2 어셈블리(200)는 전술한 바와 같이 제2 소재(720)를 용융시켜 미세한 분말 형태로 분사하기 위한 것으로, 제2 용해로(210)와 제2 턴디시(220)와 제2 용융금속 노즐(230)과 제2 가스 분사 노즐(240)을 포함하는 구조임을 파악할 수 있다.

제2 용해로(210)는 외부로부터 공급받은 제2 소재(720)를 가열하여 용융시키는 것이다.

제2 턴디시(220)는 제2 용해로(210)와 연통되고, 제2 용해로(210)로부터 공급받은 용융된 제2 소재(720)를 일시 수용하는 공간이 구비되고, 외측에 구비된 복수의 산소 토치(이하 미도시)로부터 공급되는 화염으로 용융된 제2 소재(720)를 계속 가열하는 것이다.

제2 용융금속 노즐(230)은 제2 턴디시(220)의 바닥면에 구비되어 용융된 제2 소재(720)가 배출되는 것으로, 내열성의 측면에서 흑연으로 이루어지는 것이 바람직하다.

제2 가스 분사 노즐(240)은 제2 용융금속 노즐(230)의 외측에 구비되어 고압 냉각 가스가 분사되는 것이다.

따라서, 제2 소재(720)는 제2 용해로(210)에서 가열 용융되어 제2 턴디시 가이드(215)를 통해 안내되어 제2 턴디시(220)에 일시 수용되어지되, 제2 소재(720)가 응고되지 않도록 제2 턴디시(220)의 외측에 구비된 산소 토치로부터 화염을 공급받아 공정이 완료될 때 지속적으로 가열된다.

이후, 제2 소재(720)는 용융된 상태로 제2 용융금속 노즐(230)을 통하여 작업 챔버(900)측으로 내려오며, 이때 제2 가스 분사 노즐(240)을 통하여 불활성 가스인 N₂가스와 같은 고압 냉각 가스를 함께 분사함으로써 제2 소재(720)는 용융 상태에서 반 용융 상태인 금속 분말의 형태로 분무되는 것이다.

한편, 제3 어셈블리(250)는 전술한 바와 같이 제2 소재(720)의 응집을 지속적으로 방지하여 기판(800)에 분사하기 전이나 분사할 때 균일하게 분산된 분말 상태로 미세하고 균일하게 기판(800)에 분사되도록 하기 위한 것으로, 도 2(a)와 같이 기계적인 교반에 의한 구조, 즉 구동모터(251)와 회전축(253)과 윙 스크류(252)를 포함하는 구조를 적용할 수 있다.

즉, 회전축(253)은 구동모터(251)와 연결되고, 외부로부터 공급받은 제2 소재(720)를 가열하여 용융시키는 제2 용해로와 연통되는 제2 턴디시(220)에 내장되는 것이다.

윙 스크류(252)는 회전축(253)의 외주면을 따라 나선 형상으로 형성되어 회전축(253)과 연동 회전하면서 제2 소재(720)를 지속적으로 교반하는 것이다.

윙 스크류(252)는 나선 형상으로 도시되어 있으나, 반드시 이러한 형상 및 구조에 국한되는 것은 아니며, 회전축(253)의 단부에 방사상으로 또는 지그재그로 돌출된 평판 형상의 날개판(이하 미도시)이 회전(rotating) 또는 휘저으면서(stirring) 제2 소재(720)의 응집을 지속적으로 방지할 수 있을 것이다.

그리고, 제3 어셈블리(250)는 도 2(b)와 같이 외부로부터 공급받은 제2 소재(720)를 가열하여 용융시키는 제2 용해로와 연통되는 제2 턴디시(220)에 장착되고, 고체분말이 용매에 분산된 상태인 제2 소재(720)에 수십 KHz 대의 고주파수인 초음파를 인가하여 용매 내에 거품을 형성하고, 형성된 거품을 고체 분말 표면에서 터뜨리는 초음파 발생기(254)를 포함하는 구조를 적용할 수도 있다.

즉, 초음파 발생기(254)는 도 2(a)에 도시된 기계적인 교반에 의한 구조의 한계적을 극복하기 위한 것이라 할 수 있다.

다시말해, 초음파 발생기(254)는 윙 스크류(252)가 제2 턴디시(220)의 내벽면 부근의 제2 소재(720)까지는 구석구석 교반하지 못하는 것을 보완하기 위한 기술적 수단이라 할 수 있다.

또한, 제3 어셈블리(250)는 도 2(c)와 같이 외부로부터 공급받은 제2 소재(720)를 가열하여 용융시키는 제2 용해로와 연통되는 제2 턴디시(220)에 장착되고, 제2 턴디시(220) 내면 부근의 제2 소재(720)에 10 내지 100Hz, 더욱 바람직하게는 50 내지 60Hz 정도인 저주파수의 진동을 부여하여 제2 소재(720)가 지속적으로 교반되도록 하는 진동 발생기(255)를 포함하는 구조를 적용할 수도 있다.

도 2(a) 및 도 2(c)에 도시된 제3 어셈블리(250), 즉 기계적인 교반에 의한 구조 및 진동 발생기(255)는 고체분말 혹은 고체분말이 용매에 분산되어 있는 두 경우 모두 사용이 가능하다.

그리고, 도 2(b)에 도시된 제3 어셈블리(250), 즉 초음파 발생기(254)는 고체분말이 용매에 분산되어 있을 경우에만 사용이 가능하며, 전술한 바와 같이 수십 KHz의 고주파를 인가함으로서 용매내 거품을 형성 및 형성된 거품이 고체분말 표면에서 터지게 함으로써 고체분말을 더욱 효과적으로 분산시킬 수 있다.

그리고, 제3 어셈블리(250)는 전술한 바와 같이 각각의 실시예에 따른 구조를 제2 턴디시(220)의 내, 외부에 단독으로 장착하는 것도 가능함은 물론, 도 3과 같이 전부 구비하여 경우에 따라 기계적인 교반에 의한 구조와 초음파 발생기(254) 및 진동 발생기(255)를 각각 또는 동시에 가동시켜 제2 소재(720)의 응집을 지속적으로 방지할 수 있게 될 것이다.

또한, 본 발명은 이와 같은 제3 어셈블리(250)와 함께 제2 용융금속 노즐(230)을 흑연으로 제작하되, 제2 용융금속 노즐(230)의 단부에는 제2 턴디시(220)와 연통되는 복수의 미세 분사공(232)들을 형성하여 미세한 분말 형태의 제2 소재(720)가 응집되지 않고 균일하게 분사되도록 할 수도 있음은 물론이다.

한편, 본 발명은 제1 어셈블리(100)에 구비되고, 작업 챔버(900) 내로 분사되는 용융된 제1 소재(710)의 분사 각도를 조절하는 제1 분사스캐닝 컨트롤러(300)와, 제2 어셈블리(200)에 구비되고, 작업 챔버(900) 내로 분사된느 용융된 제2 소재(720)의 분사 각도를 조절하는 제2 분사스캐닝 컨트롤러(400)를 포함하는 구조의 실시예를 적용할 수도 있음은 물론이다.

여기서, 제1 어셈블리(100)와 제2 어셈블리(200)는 도시된 바와 같이 작업 챔버(900)에 대하여 각각 반대 방향으로 경사지게 배치되도록 하여, 작업 챔버(900) 내에 배치된 기판(800)에 대하여 집중적으로 제1 소재(710) 및 제2 소재(720)를 분사할 수 있을 것이다.

제1 분사스캐닝 컨트롤러(300)는 구체적으로 살펴보면, 제1 어셈블리(100)에 장착되는 제1 액추에이터(310)와, 제1 액추에이터(310)의 정, 역회전에 연동하여 각도 조절이 가능한 제1 회동 노즐(320)을 포함하는 구성임을 파악할 수 있다.

그리고, 제2 분사스캐닝 컨트롤러(400)는 제2 어셈블리(200)에 장착되는 제2 액추에이터(410)와, 제2 액추에이터(410)의 정, 역회전에 연동하여 각도 조절이 가능한 제2 회동 노즐(420)을 포함하는 구성임을 파악할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 이중 분사주조 장치는 제1 어셈블리(100)와 제1 분사스캐닝 컨트롤러(300) 및 제2 어셈블리(200)와 제2 분사스캐닝 컨트롤러(400)의 분사 작업에 수반하여 기판(800)에 적층되는 제1 소재(710)와 제2 소재(720)의 두께 및 면적을 가변시키기 위하여 기판 조작 어셈블리(500)를 더 포함하는 구조의 실시예를 적용할 수 있다.

즉, 기판 조작 어셈블리(500)는 작업 챔버(900) 내에 장착되고, 기판(800)을 지지하며, 기판(800)을 정, 역회전시키거나 작업 챔버(900)의 상,하 방향으로 승강시키는 것으로, 도시된 바와 같이 실린더 로드의 구조에 정, 역회전이 가능한 구동 모터의 조합으로 이루어지도록 할 수 있음은 물론, 기타 다양한 응용 및 변형 설계를 가할 수도 있음은 물론이다.

한편, 제1 분사스캐닝 컨트롤러(300)가 제1 어셈블리(100)로부터 용융된 제1 소재(710)를 분사하는 각도(θ1, θ1')와, 제2 분사스캐닝 컨트롤러(400)가 제2 어셈블리(200)로부터 용융된 제2 소재(720)를 분사하는 각도(θ2, θ2')의 범위는, 제1 소재(710) 및 제2 소재(720)가 분사되는 출구로부터 연장된 가상선(ℓ)의 양측에 대하여 각각 4°내지 8°인 것이 바람직하다.

즉, 가상선(ℓ)은 제1 회동 노즐(320) 및 제2 회동 노즐(420)의 출구를 시점으로 하여 전술한 시점으로부터 가상선(ℓ)의 양측에 대하여 각각 4°내지 8°의 범위 내에서 가변되게 분사시킬 수 있으므로, 더욱 넓은 면적에 걸쳐 균일하고 미세하게 제1 소재(710) 및 제2 소재(720)를 분사하고 적층시킬 수 있을 것이다.

용융된 제1 소재(710)를 분사하는 각도(θ1, θ1')와, 용융된 제2 소재(720)를 분사하는 각도(θ2, θ2')는 바람직하게는 6°내외에서 이루어지도록 하면, 최근 직경이 450mm 내외인 반도체 웨이퍼는 물론, 2013년 양산 예정인 11세대의 디스플레이 패널에 이르기까지 적용할 수 있게 된다.

상기와 같은 실시예에 따른 이중 분사주조 장치를 이용하여 제조된 복합소재를 도 6 내지 도 9를 참조하면서 기존의 분사주조 장치에 의하여 제조된 복합소재와 다양한 측면에서 비교 분석하고자 한다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 이중 분사주조 장치에 의하여 제조된 복합소재와 기존의 분사주조 장치에 의하여 제조된 복합소재의 광학 현미경 비교 사진이다.

기존의 분사주조 장치를 이용한 Al-25%Si 합금의 미세조직은 도 4(a)와 같이 10 ㎛ 내외의 Si 입자들이 분포되어 있는 것을 확인할 수 있다.

이에 비하여 본 발명의 일 실시예에 따른 이중 분사주조 장치에 의하여 제조된 복합소재의 미세조직은 도 4(b)와 같이 더욱 미세한 초정 Si 입자 이외에도 SiCp 입자가 균일하게 분포되어 있는 것을 확인할 수 있다.

한편, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 이중 분사주조 장치에 의하여 제조된 복합소재와 기존의 분사주조 장치에 의하여 제조된 복합소재의 상대적 길이 변화율을 비교한 그래프이다.

참고로, 도 7에서 CTE는 열팽창 계수를 나타낸다.

그리고, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 이중 분사주조 장치에 의하여 제조된 복합소재와 기존의 분사주조 장치에 의하여 제조된 복합소재의 온도에 따른 열팽창 계수의 변화를 비교한 그래프이며, 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 이중 분사주조 장치에 의하여 제조된 복합소재와 기존의 분사주조 장치에 의하여 제조된 복합소재의 경도 측정 결과를 비교한 그래프이다.

통상, 소재의 열팽창계수는 팽창계(Dilatometer)를 이용하여 온도에 따른 소재의 길이 편차를 측정하고, 그 기울기를 계산하여 열팽창계수(Coefficient of Thermal Expansion, CTE)로 나타내며, 도 7과 같이 종래의 분사주조 장치에 의하여 제조된 복합소재에 비해 본 발명에 의하여 제조된 복합소재는 온도의 따른 길이 변화율이 40% 이상 감소된 것을 확인할 수 있다.

구체적으로는, 상온으로부터 500 ℃의 온도 범위 내에서 본 발명에 의하여 제조된 복합소재의 열팽창계수는 11.9 × 10^-6/℃로 종래 분사주조재에 비해 38% 낮은 열팽창계수를 가지는 것을 알 수 있다.

기존의 분사주조 장치에 의하여 제조된 복합소재의 열팽창 계수는 도 8과 같이 온도가 증가할수록 증가하는 반면, 본 발명에 의하여 제조된 복합소재는 400 ℃이상에서 열팽창계수가 감소하며 400 ℃이하에서는 기존의 분사주조 장치에 의하여 제조된 복합소재에 비하여 40% 낮은 열팽창 계수를 가지는 것을 확인할 수 있었다.

그리고, 본 발명에 의하여 제조된 복합소재는 기존의 분사주조 장치에 의하여 제조된 복합소재에 비하여 도 9와 같이 30% 이상 높은 경도값을 가지는 것을 확인할 수 있었다.

또한, 본 발명에 의하여 제조된 복합소재는 도 10과 같이 제3 어셈블리(250)가 결여된 경우 입자 크기가 100㎛로 크게 뭉쳐서 분사된 것을 확인할 수 있다.

이에 비하여, 본 발명에 의하여 제조된 복합소재는 제3 어셈블리(250) 중 도 2(c)의 진동 발생기(255)만 장착한 경우, 도 11과 같이 입자 크기가 80㎛로 도 10의 경우에 비하여 다소 줄어든 상태로 분사된 것을 확인할 수 있다.

이에 비하여, 본 발명에 의하여 제조된 복합소재는 제3 어셈블리(250) 중 도 2에 도시된 실시예들 전부, 즉 도 3과 같은 구조의 제3 어셈블리(250), 즉 기계적인 교반에 의한 구조와 초음파 발생기(254)와 진동 발생기(255) 전부 적용한 경우 도 12와 같이 입자 크기가 30㎛로 앞선 도 10 및 도 11의 경우에 비하여 매우 미세하고 균일하게 분사된 것을 확인할 수 있다.

따라서, 본 발명은 기존의 분사주조 장치에 의하여 제조된 복합소재에 비하여 고온 및 저온에 이르기까지 길이 변화율과 열팽창 계수가 대폭 감소되고, 경도 또한 대폭 향상되었으므로, 내열 및 내구성이 우수한 제품을 생산할 수 있게 됨을 알 수 있다.

이상과 같이 본 발명은 저열팽창 금속복합소재의 제조를 위하여 요구되는 조건을 충족하는 신뢰도 높은 제품의 생산이 가능하도록 하는 이중 분사주조 장치를 제공하는 것을 기본적인 기술적 사상으로 하고 있음을 알 수 있다.

그리고, 본 발명의 기본적인 기술적 사상의 범주 내에서 당해 업계 통상의 지식을 가진 자에게 있어서는 다른 많은 변형 및 응용 또한 가능함은 물론이다.

Claims

기판이 배치되는 내부 공간이 형성된 작업 챔버의 상측에 배치되고, 용융된 제1 소재를 고압 냉각 가스와 함께 상기 작업 챔버 내로 공급하면서 상기 용융된 제1 소재를 미세 분말 형태로 상기 기판에 분사하는 제1 어셈블리;

상기 작업 챔버의 상측에 배치되고, 용융된 제2 소재를 고압 냉각 가스와 함께 상기 작업 챔버 내로 공급하면서 상기 용융된 제2 소재를 미세 분말 형태로 상기 기판에 분사하는 제2 어셈블리; 및

상기 제2 어셈블리에 내장되고, 상기 기판에 분사하기 전과 상기 기판에 분사할 때 상기 제2 소재가 응집되는 것을 방지하는 제3 어셈블리;를 포함하며,

상기 기판에 분사된 상기 제1 소재 및 상기 제2 소재가 균일하게 분포되는 것을 특징으로 하는 이중 분사주조 장치.
기판이 배치되는 내부 공간이 형성된 작업 챔버의 상측에 배치되고, 외부로부터 공급된 제1 소재를 용융시키며, 용융된 제1 소재를 고압 냉각 가스와 함께 상기 작업 챔버 내로 공급하면서 상기 용융된 제1 소재를 미세 분말 형태로 상기 기판에 분사하는 제1 어셈블리;

상기 작업 챔버의 상측에 배치되고, 상기 제1 소재와 물성이 다른 제2 소재를 외부로부터 공급받아 용융시키며, 용융된 제2 소재를 고압 냉각 가스와 함께 상기 작업 챔버 내로 공급하면서 상기 용융된 제2 소재를 미세 분말 형태로 상기 기판에 분사하는 제2 어셈블리; 및

상기 제2 어셈블리에 내장되고, 상기 기판에 분사하기 전과 상기 기판에 분사할 때 상기 제2 소재가 응집되는 것을 방지하는 제3 어셈블리;를 포함하며,

상기 기판에 분사된 상기 제1 소재 및 상기 제2 소재가 균일하게 분포되는 것을 특징으로 하는 이중 분사주조 장치.
기판이 배치되는 내부 공간이 형성된 작업 챔버의 상측에 배치되고, 외부로부터 공급된 제1 소재를 용융시키며, 용융된 제1 소재를 고압 냉각 가스와 함께 상기 작업 챔버 내로 공급하면서 상기 용융된 제1 소재를 미세 분말 형태로 상기 기판에 분사하는 제1 어셈블리;

상기 제1 어셈블리에 구비되고, 상기 작업 챔버 내로 분사되는 상기 용융된 제1 소재의 분사 각도를 조절하는 제1 분사스캐닝 컨트롤러;

상기 작업 챔버의 상측에 배치되고, 상기 제1 소재와 물성이 다른 제2 소재를 외부로부터 공급받아 용융시키며, 용융된 제2 소재를 고압 냉각 가스와 함께 상기 작업 챔버 내로 공급하면서 상기 용융된 제2 소재를 미세 분말 형태로 상기 기판에 분사하는 제2 어셈블리;

상기 제2 어셈블리에 구비되고, 상기 작업 챔버 내로 분사되는 상기 용융된 제2 소재의 분사 각도를 조절하는 제2 분사스캐닝 컨트롤러; 및

상기 제2 어셈블리에 내장되고, 상기 기판에 분사하기 전과 상기 기판에 분사할 때 상기 제2 소재가 응집되는 것을 방지하는 제3 어셈블리;를 포함하며,

상기 기판에 분사된 상기 제1 소재 및 상기 제2 소재가 균일하게 분포되는 것을 특징으로 하는 이중 분사주조 장치.
청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,

상기 제3 어셈블리는,

구동모터와,

상기 구동모터와 연결되고, 외부로부터 공급받은 상기 제2 소재를 가열하여 용융시키는 제2 용해로와 연통되는 제2 턴디시에 내장되는 회전축과,

상기 회전축의 외주면을 따라 나선 형상으로 형성되어 상기 회전축과 연동 회전하면서 상기 제2 소재를 지속적으로 교반하는 윙 스크류를 포함하는 것을 특징으로 하는 이중 분사주조 장치.
청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,

상기 제3 어셈블리는,

외부로부터 공급받은 상기 제2 소재를 가열하여 용융시키는 제2 용해로와 연통되는 제2 턴디시에 장착되고, 고체분말이 용매에 분산된 상태인 상기 제2 소재에 고주파수의 초음파를 인가하여 상기 용매 내에 거품을 형성하고, 형성된 상기 거품을 상기 고체 분말 표면에서 터뜨리는 초음파 발생기를 포함하는 것을 특징으로 하는 이중 분사주조 장치.
청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,

상기 제3 어셈블리는,

외부로부터 공급받은 상기 제2 소재를 가열하여 용융시키는 제2 용해로와 연통되는 제2 턴디시에 장착되고, 상기 제2 턴디시 내면 부근의 상기 제2 소재에 저주파수의 진동을 부여하여 상기 제2 소재가 지속적으로 교반되도록 하는 진동 발생기를 포함하는 것을 특징으로 하는 이중 분사주조 장치.
청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,

상기 제3 어셈블리는,

구동모터와,

상기 구동모터와 연결되고, 외부로부터 공급받은 상기 제2 소재를 가열하여 용융시키는 제2 용해로와 연통되는 제2 턴디시에 내장되는 회전축과,

상기 회전축의 외주면을 따라 나선 형상으로 형성되어 상기 회전축과 연동 회전하면서 상기 제2 소재를 지속적으로 교반하는 윙 스크류와,

외부로부터 공급받은 상기 제2 소재를 가열하여 용융시키는 제2 용해로와 연통되는 제2 턴디시에 장착되고, 고체분말이 용매에 분산된 상태인 상기 제2 소재에 고주파수의 초음파를 인가하여 상기 용매 내에 거품을 형성하고, 형성된 상기 거품을 상기 고체 분말 표면에서 터뜨리는 초음파 발생기와,

외부로부터 공급받은 상기 제2 소재를 가열하여 용융시키는 제2 용해로와 연통되는 제2 턴디시에 장착되고, 상기 제2 턴디시 내면 부근의 상기 제2 소재에 저주파수의 진동을 부여하여 상기 제2 소재가 지속적으로 교반되도록 하는 진동 발생기를 포함하는 것을 특징으로 하는 이중 분사주조 장치.
청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,

상기 제1 소재는 금속 또는 금속 합금 또는 금속과 세라믹 혼합물이며, 상기 제2 소재는 세라믹인 것을 특징으로 하는 이중 분사주조 장치.
청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,

상기 제1 소재 및 상기 제2 소재는 서로 다른 융점을 지닌 금속 또는 금속 합금인 것을 특징으로 하는 이중 분사주조 장치.
청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,

상기 제1 소재는 금속 또는 금속 합금 또는 금속과 고분자 물질의 혼합물이며, 상기 제2 소재는 고분자 물질인 것을 특징으로 하는 이중 분사주조 장치.
청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,

상기 이중 분사주조 장치는,

상기 작업 챔버 내에 장착되고, 상기 기판을 지지하며, 상기 기판을 정, 역회전시키거나 상기 작업 챔버의 상,하 방향으로 승강시키는 기판 조작 어셈블리를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이중 분사주조 장치.
청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,

상기 제1 어셈블리와 상기 제2 어셈블리는 상기 작업 챔버에 대하여 각각 반대 방향으로 경사지게 배치되는 것을 특징으로 하는 이중 분사주조 장치.
청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,

상기 제1 어셈블리는,

외부로부터 공급받은 상기 제1 소재를 가열하여 용융시키는 제1 용해로와,

상기 제1 용해로와 연통되고, 상기 제1 용해로로부터 공급받은 상기 용융된 제1 소재를 일시 수용하는 공간이 구비되고, 외측에 구비된 복수의 산소 토치로부터 공급되는 화염으로 상기 용융된 제1 소재를 계속 가열하는 제1 턴디시와,

상기 제1 턴디시의 바닥면에 구비되어 상기 용융된 제1 소재가 배출되는 제1 용융금속 노즐과,

상기 제1 용융금속 노즐의 외측에 구비되어 상기 고압 냉각 가스가 분사되는 제1 가스 분사 노즐을 포함하는 것을 특징으로 하는 이중 분사주조 장치.
청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,

상기 제2 어셈블리는,

외부로부터 공급받은 상기 제2 소재를 가열하여 용융시키는 제2 용해로와,

상기 제2 용해로와 연통되고, 상기 제2 용해로로부터 공급받은 상기 용융된 제2 소재를 일시 수용하는 공간이 구비되고, 외측에 구비된 복수의 산소 토치로부터 공급되는 화염으로 상기 용융된 제2 소재를 계속 가열하는 제2 턴디시와,

상기 제2 턴디시의 바닥면에 구비되어 상기 용융된 제2 소재가 배출되는 제2 용융금속 노즐과,

상기 제2 용융금속 노즐의 외측에 구비되어 상기 고압 냉각 가스가 분사되는 제2 가스 분사 노즐을 포함하며,

상기 제3 어셈블리는 상기 제2 턴디시의 내부 또는 외부에 장착되는 것을 특징으로 하는 이중 분사주조 장치.
청구항 14에 있어서,

상기 제2 용융금속 노즐은 흑연으로 이루어지며, 상기 제2 용융금속 노즐의 단부에는 상기 제2 턴디시와 연통되는 복수의 미세 분사공을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이중 분사주조 장치.
청구항 3에 있어서,

상기 제1 분사스캐닝 컨트롤러가 상기 제1 어셈블리로부터 상기 용융된 제1 소재를 분사하는 각도와,

상기 제2 분사스캐닝 컨트롤러가 상기 제2 어셈블리로부터 상기 용융된 제2 소재를 분사하는 각도의 범위는,

상기 제1 소재 및 상기 제2 소재가 분사되는 출구로부터 연장된 가상선의 양측에 대하여 각각 4°내지 8°인 것을 특징으로 하는 이중 분사주조 장치.
청구항 3에 있어서,

제1 분사스캐닝 컨트롤러는,

상기 제1 어셈블리에 장착되는 제1 액추에이터와,

상기 제1 액추에이터의 정, 역회전에 연동하여 각도 조절이 가능한 제1 회동 노즐을 포함하는 것을 특징으로 하는 이중 분사주조 장치.
청구항 3에 있어서,

제2 분사스캐닝 컨트롤러는,

상기 제2 어셈블리에 장착되는 제2 액추에이터와,

상기 제2 액추에이터의 정, 역회전에 연동하여 각도 조절이 가능한 제2 회동 노즐을 포함하는 것을 특징으로 하는 이중 분사주조 장치.