WO2019050377A1 - 건식 도금 장치 및 건식 도금 방법 - Google Patents

건식 도금 장치 및 건식 도금 방법 Download PDF

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WO2019050377A1
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solid raw
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supply
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김구화
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주식회사 포스코
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    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/24—Vacuum evaporation
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    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/24—Vacuum evaporation
    • C23C14/243—Crucibles for source material
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/24—Vacuum evaporation
    • C23C14/246—Replenishment of source material

Definitions

  • the present invention relates to a dry-type plating apparatus and a dry-type plating method for performing dry-type plating by supplying and melting / evaporating a solid raw material.
  • Dry plating technology is widely used in many industries because it can obtain a good plating layer characteristic even in a thin plating thickness as compared with wet plating.
  • 1 is a schematic view of a conventional dry plating apparatus.
  • the plating material 1 and the evaporation source crucible 2 are disposed in the vacuum chamber 10 and the vapor 3 generated in the evaporation source crucible 2 is adhered to the plating material to perform dry plating.
  • a large amount of evaporation source must be evaporated within a unit time and evaporated for a long time in order to mass-produce the evaporation source. Therefore, the evaporation source must be continuously supplied to the evaporator.
  • Patent Document 1 When a liquid raw material is used as in Patent Document 1, all of the materials exposed to the liquid have to be kept at a high temperature, and the use of the valve for controlling the supply amount of the high temperature liquid is limited, so that the operation cost and the equipment cost are greatly increased. Therefore, the conventional method has not been widely used for stability, economical efficiency, technical problems, and the like of equipment.
  • Patent Document 1 KR10-2009-0074064 A
  • the present invention provides a dry plating apparatus and a dry plating method as described below.
  • a steam generator comprising: a steam chamber configured to inject steam into an object to be plated; An evaporation heating unit disposed outside the evaporation area where the molten raw material in the vapor chamber is located; A solid feed pipe extending from the solid feedstock supply to the evaporation zone to feed the feed to the vaporization zone and passing through at least a portion of the vapor chamber; A solid raw material supply unit connected to the solid raw material supply pipe; And a solid raw material heating unit heating the outer solid raw material based on an evaporation area of the solid raw material in the solid raw material supply pipe.
  • the solid raw material heating section may be disposed on an extension line extending upward from the evaporation area side end of the solid raw material supply pipe.
  • the solid raw material supply pipe may be surrounded by the vapor chamber for a certain period from the evaporation area side end.
  • the solid raw material heating unit may be an electron beam.
  • the evaporation zone is located below the vapor chamber, and the solid material heating unit is located vertically above the evaporation zone.
  • the solid material may be moved to the evaporation zone by its own weight have.
  • the solid feedstock comprises a hopper in which the solid feedstock is stored; And a supply valve arranged at a lower portion of the hopper and configured to sequentially supply the solid raw material, wherein when the solid raw material is supplied to the solid raw material supply pipe, the inside of the hopper is maintained at a pressure lower than the atmospheric pressure .
  • the solid raw material supply pipe between the solid raw material heating unit and the evaporation area may be provided with a vapor prevention valve configured to open and close the solid raw material supply pipe.
  • a vapor prevention valve configured to open and close the solid raw material supply pipe.
  • an additional heating unit disposed outside the supply pipe to supply energy to the molten raw material.
  • the present invention provides a dry plating method for plating an object to be plated with a vapor obtained by melting a solid material after evaporation, the method comprising: a supply step of supplying a solid material through a supply pipe extended to an evaporation area; A melting step of melting the solid raw material; And a vaporizing and plating step of vaporizing the molten raw material to form a vapor, and plating the material to be plated, wherein the melting step is carried out by heating the raw material in the solid raw material through the heating source,
  • a dry plating method for melting a solid raw material by heating an outer solid raw material on the basis of an evaporation area Provided is a dry plating method for melting a solid raw material by heating an outer solid raw material on the basis of an evaporation area.
  • the supplying step may be performed at a constant cycle, and the energy applied to the melting step may be 10 to 30% of the energy required for the solid raw material supplied at the supplying step to reach the melting temperature.
  • the solid material heating section may be an electron beam disposed on an extension line of the supply pipe, and after the melting step is performed, the vapor of the supply pipe may be supplied to the solid raw material supply section for supplying the solid raw material in the supply step, A steam shutoff step is performed to shut off the supply pipe through a steam shutoff valve installed in the supply pipe to prevent the solid raw material heating unit from heating in the melting step to heat the solid raw material and the steam shutoff valve may open the supply pipe have.
  • the dry plating apparatus and the dry plating method of the present invention can smoothly and continuously supply the solid raw material, so that the dry plating apparatus can continuously perform dry plating.
  • FIG. 1 is a schematic view of a conventional dry plating apparatus.
  • FIG. 2 is a schematic view of a dry plating apparatus according to the present invention
  • Fig. 2 is a schematic view of a dry plating apparatus in a supply step
  • Fig. 3 is a schematic view of a dry plating apparatus in a melting step
  • Fig. 2 is a schematic view of a dry-type plating apparatus.
  • the dry plating apparatus is an apparatus for plating a plated material by melting / evaporating a solid raw material
  • the evaporation region inside the chamber refers to a portion for evaporating the raw material.
  • an evaporation heating portion is disposed to perform heating, and various heating means including electromagnetic induction heating can be used as the evaporation heating portion.
  • the solid raw material is supplied from the solid raw material supply portion to the evaporation region through the solid raw material supply pipe, and the solid raw material in the supply pipe is heated by the solid raw material heating portion.
  • the solid raw material heating section is configured to be able to heat linearly, for example, an electron beam.
  • the solid raw material heating section is disposed on the extension line of the solid raw material supply pipe when the solid raw material heating section is operated to melt the solid raw material so that the solid raw material which can be caught in the supply pipe is also melted and the inside of the supply pipe is clogged by the solid raw material And it is also possible to prevent the case where the solid raw material is caught in the supply pipe at the upper portion of the molten raw material.
  • the solid raw material supply pipe extends to the evaporation region, the molten raw material in the evaporation region and the solid raw material undergo heat exchange and melt the heat energy of the solid raw material heating portion and the heat energy solid raw material of the molten raw material, And then supplied to the plated material in the vapor chamber.
  • the solid raw materials are continuously supplied at regular intervals, and the solid raw materials are continuously supplied through the solid raw material heating portion at each supply, without the solid raw materials stagnating in the solid raw material supply pipe.
  • the solid raw material may have various shapes such as a bead shape, a shape obtained by cutting the wire material at regular intervals, or an irregular shape. Even if the solid raw material is caught in the supply pipe due to a specific shape, it can be released from the solid raw material heating portion. Can be used to broaden the choice of solid raw materials.
  • a steam supply valve is disposed in the solid raw material supply pipe.
  • the steam supply valve closes the supply pipe at a time when the solid raw material heating unit, which operates at regular intervals, does not operate, thereby preventing steam from the evaporation area side end of the solid material supply pipe .
  • the steam may adhere the solid raw material to the solid raw material supply pipe or block the solid raw material supply portion, but in the present invention, the anti-vapor valve is attached to solve this problem.
  • one end of the solid raw material supply pipe is located in the evaporation area and the other end is connected to the solid raw material supply part.
  • the solid material feed pipe is configured to be able to move from the solid material supply part to the evaporation area by the self weight of the solid material.
  • the solid material can be moved to the evaporation area by its own weight.
  • the solid raw material supply portion is in communication with the vapor chamber maintained in a vacuum state during the supply of the solid raw material, a structure capable of achieving a vacuum in the solid raw material supply portion is also suitable.
  • the supply period of the solid raw material may be performed at intervals of a predetermined time, and the frequency of the evaporation heating section (for example, electromagnetic induction) for heating the molten raw material may be observed to determine the supply period of the solid raw material .
  • the frequency of the evaporation heating section for example, electromagnetic induction
  • the solid raw material is caught in the supply pipe. Therefore, it is also possible to melt the solid raw material of the solid raw material supply pipe through the solid raw material heating portion to go down to the evaporation region .
  • Figure 2 shows a schematic diagram of a dry-type plating apparatus in the feeding step
  • Figure 3 shows a schematic view of the dry-type plating apparatus in the melting step
  • Figure 4 shows a schematic view of the dry- have.
  • the dry-type plating apparatus comprises a vapor chamber 10 configured to inject the internal vapor 3 into the plated material 1; An evaporation heating unit (20) disposed outside the evaporation zone (25) in which the molten raw material is located in the vapor chamber (10); A solid feed pipe (80, 85) extending from the solid feedstock supply (60) to the evaporation zone (25) to feed the feed to the vaporization zone (25) and passing through at least a portion of the vapor chamber (10); A solid raw material supply unit 60 connected to the solid raw material supply pipes 80 and 85; And a solid raw material heating unit 50 for heating the outer solid raw material based on the evaporation area 25 among the solid raw materials 90 in the solid raw material supply pipes 80 and 85.
  • the solid raw material supply part 60 employs a hopper for storing a raw material and a supply valve 65 for supplying a predetermined amount of raw material to the upper part of the solid raw material supply part 60. However, if a certain amount of raw material can be supplied, In the example, a screw type supply device and a gate valve were applied to control the feed rate of the raw material.
  • An inter-lock valve 70 may be applied to the upper portion of the solid raw material supply portion 60 and the interlock valve 70 may be positioned between the raw material chamber at an atmospheric pressure (not shown) and the solid raw material supply portion 60 do.
  • the solid raw material supply portion 60 may have a structure capable of vacuum evacuation.
  • the interlock valve 70 is closed and the solid raw material supply unit 60 is closed after filling the solid raw material to the target value. It evacuates to vacuum. When the solid raw material supply portion 60 reaches the target vacuum, for example, 2 x 10 -2 Torr, the valve 65 under the solid raw material supply portion 60 is opened to supply the solid raw material to the evaporation region 25.
  • the supply valve 65 is connected to the evaporation heating unit 20 so as to feedback control the inductance of the power supply unit to an input so that the inductance can be maintained at a target value, It is also possible to make the amount thereof remain constant.
  • the solid raw material supply pipes 80 and 85 are connected to the vertical supply pipe 85 extending from the evaporation area 25 to the vertical upper part and the vertical supply pipe 85, And a supply pipe (80).
  • the solid raw material heating section 50 is disposed on the extension line of the vertical supply pipe 85 of the solid raw material supply rods 80, 85. Accordingly, the solid material heating section 50 is disposed at a vertically upper portion of the evaporation region 25 with the vertical supply pipe 85 interposed therebetween.
  • the solid raw material supply pipes 80 and 85 are surrounded by the evaporation crucible 30 so that it is difficult to transfer sufficient heat into the solid raw material supply pipes 80 and 85, 80, 85), it is necessary to supply a heat source which can dissolve the solid raw material. If the heat source is not transferred into the supply pipe, the solid raw material 90 is accumulated in the solid raw material supply pipes 80 and 85 and the inlet of the solid raw material supply pipes 80 and 85 becomes clogged.
  • the solid material heating unit 50 is preferably configured to heat the solid fuel in the evaporation zone 25 through the vertical supply pipe 85, And it is also possible to melt the hanging portion even if the solid raw material 90 is caught in the middle of the vertical supply pipe 85.
  • the raw material vapor can be easily melted even if the raw material vapor is condensed in the beam irradiation part 51.
  • the beam irradiation unit 51 is disposed at the center of the solid material feed pipes 80 and 85.
  • heating the inside of the solid raw material supply pipes 80 and 85 outside the evaporation crucible 30 is effective in terms of efficiency
  • the portion where the vertical supply pipe 85 and the inclined supply pipe 80 join together can be a portion where the solid raw material can be easily caught, or can be heated by the solid raw material heating portion 50 to melt the solid raw material, have. .
  • the solid raw material 90 is supplied to the evaporation region 25 through the solid raw material supply pipes 80 and 85 and exchanges heat with the raw material in the evaporation region 25. At this time, the solid raw material heating unit 50 also transmits heat energy to the solid raw material 90.
  • the solid raw material 90 in the solid material feed pipes 80 and 85 evaporates beyond the melting thereof to form an excessive vapor,
  • the steam may be condensed at the inlet of the steam generator.
  • the energy E c conducted from the molten raw material in the solid material feed pipes 80 and 85 to the solid raw material and the energy E e applied to the solid raw material by the solid raw material heating unit 50 are combined to melt the solid raw material
  • the energy of the solid raw material heating section 50 should be adjusted as shown in the following formula (1).
  • the energy (E m ) for melting the solid raw material 90 is determined by the kind of the solid raw material 90, the energy of the electron beam can be easily estimated by knowing only the energy E c conducted to the solid raw material.
  • the power (energy) of the solid raw material heating section 50 is controlled to contribute about 10 to 30% to the melting temperature of the supplied raw material, and the remaining 70 to 90% It is preferable that the solid raw material is melted by the energy to be conducted.
  • the energy of the solid raw material heating part 50 is also measured by measuring the amount of the molten raw material in the evaporation area and keeping the amount of the molten raw material in the crucible constant The energy of the solid raw material heating unit 50 can be adjusted.
  • the vertical supply pipe 85 of the solid raw material supply pipes 80 and 85 may be provided with a steam prevention valve 40 for opening and closing the vertical supply pipe 85.
  • the steam prevention valve 40 is closed by the solid raw material supply pipe 85 except for the operation of the solid raw material heating unit 50 or the supply of the solid raw material, Preventing the steam from rising to the solid raw material heating section 50 or the solid raw material supply section 60.
  • the steam in the supply pipes 80 and 85 is condensed when it goes out of the steam chamber and this may cause congestion of the solid raw material 90 so that it is preferable that the steam is raised to the solid raw material supply pipes 80 and 85 It is preferable to prevent the user from coming.
  • the solid raw material supply pipes 80 and 85 extend to the evaporation region 25 of the evaporation crucible 30 and the molten raw material is converted into the vapor 3 by the evaporation heating unit 20, (1).
  • the solid raw material 90 can be continuously supplied, it is possible to stably dry-coat the material to be plated.
  • the dry plating method through the dry plating apparatus according to the present invention is as follows.
  • the evaporation heating part 20 is performed without stopping the evaporation and plating step of evaporating and continuously plating the molten raw material among the dry plating methods.
  • the supply step for supplying the solid raw materials required for the evaporation and plating steps may be supplied at regular intervals through the solid raw material supply pipes (80, 85).
  • a fusing step is performed in which the solid raw material is melted inside the feed pipes (80, 85) immediately after the feeding step.
  • the melting step includes heating the outer solid material with respect to the evaporation area of the solid material in the supply pipe (80, 85) through the solid material heating part (50) together with the heat transfer from the molten material in the evaporation area (25) The raw material is melted.
  • the steam shutoff valve 40 opens the supply pipes 80 and 85 before the supplying step and after the melting step is completed the steam shutoff valve 40 blocks the supply pipes 80 and 85 again.
  • a supply step of supplying the solid raw material is performed every 30 seconds.
  • the solid raw material heating part 50 is operated for a predetermined time, for example, 15 seconds, .
  • the steam shutoff valve 40 cuts off the supply pipes 80 and 85. Thereafter, the step of supplying the solid raw material again is carried out again and a series of steps are repeated again.
  • the supply of the raw material is smooth and the evaporation and plating steps can be performed without interruption.

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Abstract

본 발명은 고체 원료를 원활하게 지속적으로 공급하여 연속 도금이 가능한 건식 도금 장치를 제공하는 것으로, 일실시예로 내부의 증기를 피도금재로 분사되도록 구성된 증기 챔버; 증기 챔버 내부의 용융 원료가 위치하는 증발 영역의 외측에 배치된 증발 가열부; 상기 증발 영역으로 원료를 공급하도록 고체 원료 공급부로부터 상기 증발 영역으로 연장하며, 상기 증기 챔버의 적어도 일부를 통과하는 고체 원료 공급관; 상기 고체 원료 공급관에 연결된 고체 원료 공급부; 및 상기 고체 원료 공급관 내의 고체 원료 중 증발 영역을 기준으로 바깥쪽 고체 원료를 가열하는 고체 원료 가열부;를 포함하는 건식 도금 장치를 제공한다.

Description

건식 도금 장치 및 건식 도금 방법
본 발명은 고체 원료를 공급하여 용융/증발시킴으로써 건식 도금을 수행하는 건식 도금 장치 및 건식 도금 방법에 대한 것이다.
건식 도금 기술은 습식 도금에 비해 얇은 도금 두께에서도 우수한 도금층의 특성을 얻을 수 있으므로 여러 산업에서 많이 활용되고 있다. 도 1 에는 종래의 건식 도금 장치의 개략도가 도시되어 있다. 진공 챔버(10) 내에 피도금재(1) 및 증발원 도가니(2)가 배치되며, 증발원 도가니(2)에서 생성된 증기(3)가 피도금재에 부착되어 건식 도금이 수행된다. 이러한 도금 장치의 경우에 진공 챔버(10) 내부가 진공을 유지해야 하는 특성으로 인해 연속생산, 대량생산이 어렵다는 한계가 있다. 특히 고속으로 생산되는 제품에 도금층을 형성하기 위해서는 다량의 증발원을 단위시간 내에 녹여서 증발시켜야 하고, 대량생산을 위해서는 연속으로 장시간 도금을 해야 하기 때문에 증발원의 원료도 지속적으로 막힘없이 증발기에 공급해야 한다.
상기 원료 연속공급 목적을 달성하기 위해 종래에는 선재 형태의 원료를 공급하거나, 액상의 원료를 공급하는 방법 등이 제안되었다. 그러나 선재형태의 원료를 사용할 경우 원료의 형태를 선재모양으로 가공하기 위한 가공비가 추가되어 원가상승의 부담이 발생한다.
특허문헌 1 과 같이 액상의 원료를 사용할 경우 액체에 노출된 재료는 모두 고온을 유지해야 하고, 고온 액체의 공급량을 제어하는 밸브의 사용에 한계가 있어 운영비, 설비비가 대폭 증가하는 단점이 있다. 따라서 상기의 종래 방법은 설비의 안정성, 경제성, 기술적 문제점 등으로 널리 활용되지 못하고 있다.
(특허문헌 1) KR10-2009-0074064 A
본 발명은 고체 원료를 원활하게 지속적으로 공급하여 연속 도금이 가능한 건식 도금 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 위와 같은 목적을 달성하기 위하여 다음과 같은 건식 도금 장치 및 건식 도금 방법을 제공한다.
본 발명은 일실시예로 내부의 증기를 피도금재로 분사되도록 구성된 증기 챔버; 증기 챔버 내부의 용융 원료가 위치하는 증발 영역의 외측에 배치된 증발 가열부; 상기 증발 영역으로 원료를 공급하도록 고체 원료 공급부로부터 상기 증발 영역으로 연장하며, 상기 증기 챔버의 적어도 일부를 통과하는 고체 원료 공급관; 상기 고체 원료 공급관에 연결된 고체 원료 공급부; 및 상기 고체 원료 공급관 내의 고체 원료 중 증발 영역을 기준으로 바깥쪽 고체 원료를 가열하는 고체 원료 가열부;를 포함하는 건식 도금 장치를 제공한다.
일실시예에서 상기 고체 원료 가열부는 상기 고체 원료 공급관의 증발 영역측 단부로부터 상부로 연장하는 연장선 상에 배치될 수 있다.
또한, 일실시예에서 상기 고체 원료 공급관은 상기 증발 영역측 단부로부터 일정 구간은 상기 증기 챔버에 의해 둘러싸일 수 있다.
본 발명의 일실시예에서 상기 고체 원료 가열부는 전자빔일 수 있다.
본 발명에서 상기 증기 챔버의 하부에 증발 영역이 위치하며, 상기 증발 영역으로부터 수직 상부에 상기 고체 원료 가열부가 위치하며, 상기 고체 원료 공급관 내에서 상기 고체 원료는 자중에 의해서 상기 증발 영역으로 이동될 수 있다.
일 실시예에서 상기 고체 원료 공급부는 고체 원료가 저장되는 호퍼; 및 상기 호퍼의 하부에 배치되며, 상기 고체 원료를 순차적으로 공급하도록 구성되는 공급 밸브;를 포함하되, 고체 원료를 상기 고체 원료 공급관으로 공급할 때, 호퍼 내부가 대기압보다 저압으로 유지되도록 구성될 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에서 상기 고체 원료 가열부와 상기 증발 영역 사이의 상기 고체 원료 공급관에는 상기 고체 원료 공급관을 개폐하도록 구성된 증기 방지 밸브가 배치될 수도 있으며, 상기 고체 원료 공급관 내부에서 용융된 용융 원료에 에너지를 공급하도록 상기 공급관의 외측에 배치되는 추가 가열부를 더 포함할 수도 있다.
다르게, 본 발명은 일실시예에서 고체 원료를 용융 후 증발시킨 증기로 피도금재를 도금하는 건식 도금 방법으로, 고체 원료를 증발 영역으로 연장된 공급관을 통하여 공급하는 공급 단계; 상기 고체 원료를 용융시키는 용융 단계; 및 용융된 원료를 증발시켜 증기로 형성한 후 피도금재에 도금하는 증발 및 도금 단계;를 포함하며, 상기 용융 단계는 용융된 원료로부터의 열전달과 함께 고체 원료 가열부를 통하여 상기 공급관 내의 고체 원료 중 증발 영역을 기준으로 바깥쪽 고체 원료를 가열함으로써 고체 원료를 용융시키는 건식 도금 방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에서 상기 공급 단계는 일정 주기로 수행될 수 있으며, 상기 용융 단계에 가해지는 에너지는 공급 단계에서 공급된 고체 원료가 용융 온도에 도달하는데 필요한 에너지의 10~30% 일 수도 있다.
또한, 일실시예에서 상기 고체 원료 가열부는 상기 공급관의 연장선 상에 배치된 전자빔일 수 있으며, 상기 용융 단계가 수행된 후, 공급관의 증기가 상기 공급 단계에서 고체 원료를 공급하는 고체 원료 공급부나 상기 용융 단계에서 고체 원료를 가열하는 고체 원료 가열부로 가는 것을 방지하도록 공급관에 설치된 증기 차단 밸브를 통하여 공급관을 차단하는 증기 차단 단계가 수행되며, 상기 공급 단계 수행 전에 상기 증기 차단 밸브는 공급관을 개방할 수도 있다.
본 발명의 건식 도금 장치 및 건식 도금 방법은 고체 원료를 원활하게 지속적으로 공급할 수 있어서, 건식 도금 장치가 연속적으로 건식 도금을 수행하는 것이 가능하다.
또한, 본 발명의 건식 도금 장치 및 방법은 원료의 공급이 원활하여 대량의 건식 도금을 수행하는 것이 가능하다.
도 1 은 종래의 건식 도금 장치의 개략도이다.
도 2 내지 4 는 본 발명의 건식 도금 장치의 개략도로, 도 2 는 공급 단계에서의 건식 도금 장치의 개략도이며, 도 3 은 용융 단계에서의 건식 도금 장치의 개략도이고, 도 4 는 증발 단계에서의 건식 도금 장치의 개략도이다.
<부호의 설명>
10: 증기 챔버 20: 증발 가열부
30: 증발 도가니 40: 증기 차단 밸브
50; 고체 원료 가열부 60: 고체 원료 공급부
80, 85: 공급관
본 발명에서 건식 도금 장치는 고체 원료를 용융/증발하여 피도금재를 도금하는 장치를 말하며, 챔버 내부에서 증발 영역은 원료를 증발시키는 부분을 말한다. 증발 영역에는 증발 가열부가 배치되어 가열을 수행하며, 이러한 증발 가열부는 전자기 유도 가열을 포함한 다양한 가열 수단이 사용될 수 있다.
본 발명에서는 고체 원료를 고체 원료 공급관을 통하여 고체 원료 공급부로부터 증발 영역으로 공급하는데, 공급관 내부의 고체 원료를 고체 원료 가열부로 가열하는 것을 특징으로 한다.
이때 고체 원료 가열부는 직선상으로 가열할 수 있는 구성, 예를 들어 전자빔과 같은 구성이 바람직하다. 고체 원료 가열부는 고체 원료 공급관의 연장선 상에 배치되며, 이는 고체 원료 가열부가 고체 원료를 용융 시키기 위하여 동작되는 경우에 공급관에 걸릴 수 있는 고체 원료 역시 용융시키게 되어 공급관 내부가 고체 원료로 인하여 막히는 경우를 예방할 수 있으며, 고체 원료가 용융된 원료 상부에서 공급관에 걸리는 경우 역시 막을 수 있다.
본 발명에서 고체 원료 공급관은 증발 영역까지 연장하므로, 증발 영역의 용융된 원료와 고체 원료는 열교환하며, 고체 원료 가열부의 열에너지와 용융된 원료의 열에너지 고체 원료를 용융시키며, 이렇게 용융된 원료는 증발 가열부에 의해서 증발된 후 증기 챔버에서 피도금재로 제공된다.
본 발명에서 고체 원료는 일정한 간격으로 지속적으로 공급되며, 각 공급시에 고체 원료 가열부를 통하여 고체 원료를 용융시킴으로써, 고체 원료가 고체 원료 공급관에 정체되는 경우 없이 연속적으로 공급될 수 있다. 고체 원료는 구슬형, 선재를 일정 간격으로 절단한 형상 혹은 부정형등 다양한 형상을 가질 수 있으며, 고체 원료가 특정 형상으로 인하여 공급관 내에 걸리더라도 고체 원료 가열부로 걸림을 풀 수 있기 때문에 본 발명에서는 어떤 형상을 가지는 고체 원료를 사용할 수 있어서 고체 원료 선택의 폭을 넓힐 수 있다.
본 발명에서 고체 원료 공급관에는 증기 방지 밸브가 배치되며, 이 증기 방지 밸브는 일정 주기로 동작하는 고체 원료 가열부가 동작하지 않는 시기에 공급관을 막아서, 고체 원료 공급관의 증발 영역 측 단부로부터 올라오는 증기를 막을 수 있다. 증기는 고체 원료를 고체 원료 공급관에 부착되게 하거나, 고체 원료 공급과을 막아버릴 수 있으나, 본 발명에서는 증기 방지 밸브가 부착되어 이러한 문제를 해결할 수 있다.
본 발명에서 고체 원료 공급관의 일단은 증발영역에 위치하고, 타단은 고체 원료 공급부에 연결된다. 고체 원료 공급관은 고체 원료의 자중에 의해서 고체 원료 공급부로부터 증발 영역으로 이동될 수 있도록 구성되며, 이렇게 구성됨으로써 고체 원료 공급부의 공급량만 조절하면 고체 원료는 자중에 의해서 증발 영역으로 이동될 수 있다.
고체 원료 공급부는 고체 원료 공급시에 진공 상태로 유지되는 증기 챔버와 연통하게 되므로, 고체 원료 공급부 내부 역시 진공을 달성할 수 있는 구조가 적합하다.
고체 원료의 공급 주기는 일정 시간을 간격으로 수행될 수도 있으며, 용융된 원료를 가열하는 증발 가열부(예를 들면 전자기 유도)의 주파수를 관찰하여 용융된 원료의 양에 기초하여 고체 원료의 공급 주기를 정하는 것도 가능하다. 특히, 고체 원료의 공급 후에 용융된 원료의 양이 증대되지 않는 경우에 공급관에 고체 원료가 걸려있다는 것이므로, 고체 원료 가열부를 통하여 고체 원료 공급관의 고체 원료를 용융시켜 증발 영역으로 내려가게 하는 것도 가능하다.
이하에서는 첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명의 구체적인 실시예를 설명하도록 한다.
도 2 에는 공급 단계에서의 건식 도금 장치의 개략도가 도시되어 있으며, , 도 3 에는 용융 단계에서의 건식 도금 장치의 개략도가 도시되어 있고, 도 4 에는 증발 단계에서의 건식 도금 장치의 개략도가 도시되어 있다.
도 2 내지 4 의 실시예에서, 건식 도금 장치는 내부의 증기(3)를 피도금재(1)로 분사되도록 구성된 증기 챔버(10); 증기 챔버(10) 내부의 용융 원료가 위치하는 증발 영역(25)의 외측에 배치된 증발 가열부(20); 상기 증발 영역(25)으로 원료를 공급하도록 고체 원료 공급부(60)로부터 상기 증발 영역(25)으로 연장하며, 상기 증기 챔버(10)의 적어도 일부를 통과하는 고체 원료 공급관(80, 85); 상기 고체 원료 공급관(80, 85)에 연결된 고체 원료 공급부(60); 및 상기 고체 원료 공급관(80, 85) 내의 고체 원료(90) 중 증발 영역(25)을 기준으로 바깥쪽 고체 원료를 가열하는 고체 원료 가열부(50);를 포함한다.
고체 원료 공급부(60)는 상부에는 원료를 저장하는 호퍼와 일정량의 원료를 공급할 수 있는 공급 밸브(65)를 채용하였으나, 일정량의 원료를 공급할 수 있다면, 다른 방식의 공급부가 적용될 수도 있으며, 이 실시예에서는 원료의 공급 속도를 조절하기 위하여 스크류형 공급장치와 게이트 밸브를 적용하였다.
고체 원료 공급부(60)의 상부에는 인터 록(Inter-lock) 밸브(70)가 적용될 수 있으며, 인터 록 밸브(70)는 상압의 원료실(미도시)과 고체 원료 공급부(60) 사이에 위치된다. 고체 원료 공급부(60)는 진공 배기가 가능한 구조를 가질 수 있다.
고체 원료 공급부(60)에 고체 원료를 채울 때는 상기 인터 록 밸브(70)를 열고 상압에서 작업을 하며, 고체 원료를 목표치까지 채운 후는 인터 록 밸브(70)를 닫고 고체 원료 공급부(60)를 배기하여 진공상태로 만든다. 고체 원료 공급부(60)가 목표 진공, 예를 들어 2x10-2Torr에 도달하면 고체 원료 공급부(60) 하부의 밸브(65)를 개방하여 증발 영역(25)으로 고체원료를 공급한다.
한편, 상기 공급 밸브(65)는 증발 가열부(20)에 연결돼 전원 장치의 인덕턴스를 입력으로 피드백 제어를 하여 인덕턴스가 목표치에서 유지될 수 있게, 즉, 증발 영역의 용융된 원료의 양을 인덕턴스로 감지하여 해당 양이 일정하게 유지되게 하는 것도 가능하다.
고체 원료 공급관(80, 85)은 증발 영역(25)으로부터 수직 상부로 연장하는 수직 공급관(85)과 상기 수직 공급관(85)에 연결되되 상방으로 상기 수지 공급관(85)과 예각을 가지게 배치되는 경사 공급관(80)을 포함한다. 한편, 고체 원료 공급괍(80, 85)의 수직 공급관(85)의 연장선 상에는 고체 원료 가열부(50)가 배치된다. 따라서, 고체 원료 가열부(50)는 증발 영역(25)의 수직 상부에서 수직 공급관(85)을 사이에 두고 배치된다.
본 발명에서 중요한 것은 고체 원료 공급관(80, 85)의 적어도 일부가 증발 도가니(30)에 둘러싸여 있어, 고체 원료 공급관(80, 85) 내부로 충분한 열이 전달되기 곤란하며, 따라서, 고체 원료 공급관(80, 85) 내에 고체 원료를 녹일 수 있는 열원을 공급하는 것이 필요하다. 만일, 열원이 공급관 내에 전달되지 않을 경우 고체 원료 공급관(80, 85) 내부에 고체 원료(90)가 쌓여 결국은 고체 원료 공급관(80, 85) 입구가 막히게 되므로 더 이상 공정을 진행할 수 없게 된다.
고체 원료 가열부(50)는 전자빔(electron beam)이나 레이져 빔과 같이 가까운 부분부터 가열하는 구성이 바람직하며, 이러한 구성은 수직 공급관(85)을 통하여 증발 영역(25)의 고체 연료를 가열할 수 있으며, 수직 공급관(85)의 중간에 고체 원료(90)가 걸리더라도 걸려있는 부분을 용융할 수도 있다. 특히, 전자빔의 경우에 빔 조사부(51)에 원료 증기가 응축되는 경우에도 쉽게 용융시킬 수 있다는 점에서 바람직하다. 빔 조사부(51)는 고체 원료 공급관(80, 85)의 중앙에 위치하게 배치되는 것이 바람직하다.
증기 챔버(10) 내부는 진공으로 관리되기 때문에 내부에 가열 장치를 부가하는 것은 용이하지 않으며, 특히, 증발 도가니(30)의 외부에서 고체 원료 공급관(80, 85) 내부를 가열하는 것은 효율 면에서 좋지 않으나, 고체 원료 공급관(80, 85)의 내부 공간을 통하여 가열하는 경우에 가열 효율 면에서도 유리하다.
특히, 수직 공급관(85)과 경사 공급관(80)이 합류하는 부분은 고체 원료가 잘 걸린 수 있는 부분이나, 고체 원료 가열부(50)로 가열하여 고체 원료를 용융시켜 고체 원료의 걸림을 해결할 수 있다. .
고체 원료(90)는 상기 고체 원료 공급관(80, 85)을 통하여 증발 영역(25)으로 공급되며, 증발 영역(25)에 기 용융된 원료와 열교환하게 된다. 이때, 고체 원료 가열부(50) 역시 고체 원료(90)에 열에너지를 전달하게 된다.
고체 원료 가열부(50)인 전자빔의 파워를 너무 강하게 할 경우 고체 원료 공급관(80, 85) 내부의 고체 원료(90)가 용융을 넘어 증발하여 과다한 증기가 형성되므로, 고체 원료 공급관(80, 85)의 입구에서 증기가 응축되어 막히는 현상이 발생할 수 있다.
고체 원료 공급관(80, 85)에서 용융된 원료로부터 고체원료에 전도되는 에너지(Ec)와 고체 원료 가열부(50)에 의해 고체원료에 가해지는 에너지(Ee)가 합쳐져서 고체원료를 녹이는 것이므로 아래 [식 1] 과 같이 고체 원료 가열부(50)의 에너지를 조정해야 한다.
고체 원료 가열부의 에너지(Ee)= 고체 원료가 녹는 에너지(Em) - 고체 원료에 전도되는 에너지(Ec) ...... [식 1]
고체 원료(90)를 녹이는 에너지(Em)는 고체 원료(90)의 종류에 의해서 정해지는 것이므로 고체 원료에 전도되는 에너지(Ec)만 알면 전자빔의 에너지를 쉽게 산정할 수 있다. 본 발명의 실시예에서는 고체 원료 가열부(50)의 전력(에너지)이 공급하는 원료의 용융온도에 약 10~30%만 기여하게 조절하였고, 나머지 70~90%는 용융된 원료에서 고체원료에 전도되는 에너지에 의해 고체원료가 용융되게 하는 것이 바람직하다.
이러한 고체 원료 가열부(50)의 에너지 역시 고체 원료 공급부(60)의 공급 밸브(65) 제어와 유사하게 증발 영역 내의 용융된 원료 량을 계측하고, 도가니 내의 용융된 원료의 양을 일정하게 유지할 수 있도록 고체 원료 가열부(50)의 에너지를 조절할 수 있다.
이 실시예에서는 증발 영역(25)의 상부의 고체 원료 가열부(50) 하나만을 도시하고 있으나, 필요에 따라서는 그 효율이 조금 떨어지더라도 고체 원료 가열부(50)와 함께 증발 도가니(30)의 외부에 배치되는 추가의 가열부를 포함하여 구성되는 것도 가능하다.
한편, 고체 원료 공급관(80, 85)의 수직 공급관(85)에는 상기 수직 공급관(85)을 개폐할 수 있는 증기 방지 밸브(40)가 배치될 수 있다. 증기 방지 밸브(40)는 고체 원료 가열부(50)가 동작하거나, 고체 원료가 공급되는 때를 제외하고는 고체 원료 공급관(85)을 막아서 증발 영역(25)에서 수직 공급관(85)을 타고 상승하는 증기가 고체 원료 가열부(50)나 고체 원료 공급부(60)로 올라가는 것을 방지한다. 앞에서 말한 바와 같이, 공급관(80, 85) 내의 증기는 증기 챔버 외부로 나가게 되면 응축하게 되며, 이는 고체 원료(90)의 정체를 가져올 수 있으므로, 가급적 증기가 고체 원료 공급관(80, 85)으로 올라오는 것을 방지하는 것이 바람직하다.
고체 원료 공급관(80, 85)은 증발 도가니(30)의 증발 영역(25)까지 연장하고, 용융된 원료는 증발 가열부(20)에 의해서 증기(3)로 변환되며, 노즐을 통하여 피도금재(1)로 분사된다.
본 발명에서, 고체 원료(90)가 지속적으로 공급될 수 있기 때문에, 피도금재를 안정적으로 건식 도금하는 것이 가능하다.
본 발명에 따른 건식 도금 장치를 통한 건식 도금 방법은 아래와 같다.
도 2 내지 4 의 도면에서 보이듯이, 증발 가열부(20)는 건식 도금 방법 중 계속적으로 용융된 원료를 증발시켜 도금하는 증발 및 도금 단계는 멈춤 없이 수행된다.
한편, 증발 및 도금 단계에 필요한 고체 원료를 공급하는 공급 단계는 상기 고체 원료 공급관(80, 85)을 통하여 일정 간격을 두고 공급될 수 있다. 공급 단계 직후에 공급관(80, 85) 내부에서 고체 원료를 용융시키는 용융 단계가 수행된다. 용융 단계는 증발 영역(25)에서 용융된 원료로부터의 열전달과 함께 고체 원료 가열부(50)를 통하여 상기 공급관(80, 85) 내의 고체 원료 중 증발 영역을 기준으로 바깥쪽 고체 원료를 가열함으로써 고체 원료를 용융시킨다.
상기 공급 단계 수행 전에 상기 증기 차단 밸브(40)가 공급관(80, 85)을 개방하며, 용융 단계가 완료된 후에 상기 증기 차단 밸브(40)는 공급관(80, 85)을 다시 차단한다.
일실시예에서, 30초를 주기로 고체 원료를 공급하는 공급 단계가 수행되며, 고체 원료를 공급하면 바로 일정 시간, 예를 들면 15초 동안 고체 원료 가열부(50)를 동작시켜 공급관 내의 원료를 용융시킨다. 고체 원료 가열부(50)의 일정 시간 동안의 동작 완료되면 증기 차단 밸브(40)는 공급관(80, 85)을 차단한다. 그 후에 다시 고체 원료를 공급하는 단계가 다시 수행되고 일련의 단계가 다시 반복된다.
따라서, 본 발명의 건식 도금 방법에서는 원료의 공급이 원활하여 증발 및 도금 단계가 중단 없이 수행될 수 있다.
이상에서는 본 발명의 일 실시예를 중심으로 설명하였으나, 본 발명은 위 실시예로 제한되는 것은 아니다.

Claims (13)

  1. 내부의 증기를 피도금재로 분사되도록 구성된 증기 챔버;
    증기 챔버 내부의 용융 원료가 위치하는 증발 영역의 외측에 배치된 증발 가열부;
    상기 증발 영역으로 원료를 공급하도록 고체 원료 공급부로부터 상기 증발 영역으로 연장하며, 상기 증기 챔버의 적어도 일부를 통과하는 고체 원료 공급관;
    상기 고체 원료 공급관에 연결된 고체 원료 공급부; 및
    상기 고체 원료 공급관 내의 고체 원료 중 증발 영역을 기준으로 바깥쪽 고체 원료를 가열하는 고체 원료 가열부;를 포함하는 건식 도금 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 고체 원료 가열부는 상기 고체 원료 공급관의 증발 영역측 단부로부터 상부로 연장하는 연장선 상에 배치되는 것을 특징으로 하는 건식 도금 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 고체 원료 공급관은 상기 증발 영역측 단부로부터 일정 구간은 상기 증기 챔버에 의해 둘러싸인 것을 특징으로 하는 건식 도금 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 고체 원료 가열부는 전자빔인 것을 특징으로 하는 건식 도금 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 증기 챔버의 하부에 증발 영역이 위치하며, 상기 증발 영역으로부터 수직 상부에 상기 고체 원료 가열부가 위치하며,
    상기 고체 원료 공급관 내에서 상기 고체 원료는 자중에 의해서 상기 증발 영역으로 이동되는 것을 특징으로 하는 건식 도금 장치.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 고체 원료 공급부는
    고체 원료가 저장되는 호퍼; 및
    상기 호퍼의 하부에 배치되며, 상기 고체 원료를 순차적으로 공급하도록 구성되는 공급 밸브;를 포함하되,
    고체 원료를 상기 고체 원료 공급관으로 공급할 때, 호퍼 내부가 대기압보다 저압으로 유지되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 건식 도금 장치.
  7. 제 2 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 고체 원료 가열부와 상기 증발 영역 사이의 상기 고체 원료 공급관에는 상기 고체 원료 공급관을 개폐하도록 구성된 증기 방지 밸브가 배치되는 것을 특징으로 하는 건식 도금 장치.
  8. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 고체 원료 공급관 내부에서 용융된 용융 원료에 에너지를 공급하도록 상기 공급관의 외측에 배치되는 추가 가열부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 건식 도금 장치.
  9. 고체 원료를 용융 후 증발시킨 증기로 피도금재를 도금하는 건식 도금 방법으로,
    고체 원료를 증발 영역으로 연장된 공급관을 통하여 공급하는 공급 단계;
    상기 고체 원료를 용융시키는 용융 단계; 및
    용융된 원료를 증발시켜 증기로 형성한 후 피도금재에 도금하는 증발 및 도금 단계;를 포함하며,
    상기 용융 단계는 용융된 원료로부터의 열전달과 함께 고체 원료 가열부를 통하여 상기 공급관 내의 고체 원료 중 증발 영역을 기준으로 바깥쪽 고체 원료를 가열함으로써 고체 원료를 용융시키는 것을 특징으로 하는 건식 도금 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 공급 단계는 일정 주기로 수행되는 것을 특징으로 하는 건식 도금 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 용융 단계에 가해지는 에너지는 공급 단계에서 공급된 고체 원료가 용융 온도에 도달하는데 필요한 에너지의 10~30% 인 것을 특징으로 하는 건식 도금 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 고체 원료 가열부는 상기 공급관의 연장선 상에 배치된 전자빔인 것을 특징으로 하는 건식 도금 방법.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 용융 단계가 수행된 후, 공급관의 증기가 상기 공급 단계에서 고체 원료를 공급하는 고체 원료 공급부나 상기 용융 단계에서 고체 원료를 가열하는 고체 원료 가열부로 가는 것을 방지하도록 공급관에 설치된 증기 차단 밸브를 통하여 공급관을 차단하는 증기 차단 단계가 수행되며,
    상기 공급 단계 수행 전에 상기 증기 차단 밸브는 공급관을 개방하는 것을 특징으로 하는 건식 도금 방법.
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