KR101131962B1 - 비전도 박막 코팅체 및 제조 장치 - Google Patents

비전도 박막 코팅체 및 제조 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 비전도 박막 코팅체 및 제조 장치에 관한 것으로, 투명한 재질의 코팅 대상물의 내측 표면에 실리콘 박막층 및 주석 합금 박막층을 형성함으로써, 별도의 도료층을 형성하지 않더라도 코팅 대상물에 다양한 색상을 표현할 수 있고, 코팅 대상물의 내측 표면에 코팅층이 형성되기 때문에 코팅층을 보호하기 위한 별도의 UV 코팅층 등이 불필요하여 제작 공정이 단순해지고 제작 시간 및 제작 비용을 절감할 수 있고, 색상 표현을 위한 도료층이 불필요하기 때문에 도료의 유해 물질을 근본적으로 차단할 수 있어 환경 오염을 방지할 수 있을 뿐만 아니라 쾌적한 작업 환경을 제공할 수 있으며, 실리콘 박막층의 두께를 자동 조절하여 코팅 대상물에 대한 색감을 다양하게 조절할 수 있는 비전도 박막 코팅체 및 제조 장치를 제공한다.

Description

비전도 박막 코팅체 및 제조 장치{Non-Conductive Film and Sputtering Apparatus Thereof}
본 발명은 비전도 박막 코팅체 및 제조 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는 투명한 재질의 코팅 대상물의 내측 표면에 실리콘 박막층 및 주석 합금 박막층을 형성함으로써, 별도의 도료층을 형성하지 않더라도 코팅 대상물에 다양한 색상을 표현할 수 있고, 코팅 대상물의 내측 표면에 코팅층이 형성되기 때문에 코팅층을 보호하기 위한 별도의 UV 코팅층 등이 불필요하여 제작 공정이 단순해지고 제작 시간 및 제작 비용을 절감할 수 있고, 색상 표현을 위한 도료층이 불필요하기 때문에 도료의 유해 물질을 근본적으로 차단할 수 있어 환경 오염을 방지할 수 있을 뿐만 아니라 쾌적한 작업 환경을 제공할 수 있으며, 실리콘 박막층의 두께를 자동 조절하여 코팅 대상물에 대한 색감을 다양하게 조절할 수 있는 비전도 박막 코팅체 및 제조 장치에 관한 것이다.
일반적으로 이동통신 단말기 또는 전자제품의 케이스로는 투명한 아크릴(acryl)이나 폴리카보네이트(PC) 등이 사용되며, 화려한 외관 디자인 효과를 나타내기 위해 니켈(Ni), 알루미늄(Al) 또는 크롬(Cr) 등의 금속 박막을 코팅함으로써 금속 느낌의 실버 색상을 표현하였다.
그러나 특히 이동통신 단말기의 케이스에 상기와 같은 전도성 물질인 금속 박막을 사용할 경우 무선 신호에 영향을 끼쳐 통화 중 끊김 현상을 발생시키는 주요 원인이 된다는 사실이 밝혀졌다. 또한 품질검사규격 중의 하나인 정전기(Electro Static Discharge:ESD) 테스트에서도 금속 박막이 폭발하는 현상이 발생하였다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여, 최근에는 주석(Sn) 또는 주석(Sn)-인듐(In) 박막을 이용한 비전도 코팅 방법이 휴대폰 케이스 또는 버튼류에 사용되고 있는데, 이 경우 비전도 박막 코팅층의 손상 방지를 위해 별도의 UV 코팅이나 색상을 표현하기 위한 도료층을 별도로 코팅하는 방식으로 진행되고 있다.
도 1은 종래 기술에 의한 일반적인 비전도 박막 코팅체의 코팅층 구조를 개념적으로 도시한 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이 종래 기술에 의한 일반적인 비전도 박막 코팅체는 각종 전자제품의 케이스와 같이 투명한 재질의 코팅 대상물(100)에 금속 재질 느낌의 메탈 코팅층이 코팅되는 방식으로 형성되는데, 메탈 코팅층은 전술한 바와 같이 비전도성을 갖는 주석 합금 박막층(120)이 주로 이용된다. 이러한 주석 합금 박막층(120)은 코팅 대상물(100)의 외부 노출 표면에 코팅되며, 따라서, 주석 합금 박막층(120)을 보호할 수 있도록 그 외부에는 별도의 UV 코팅층(140)이 코팅된다. 이때, 특정 색상을 표현하기 위해서는 도 1에 도시된 바와 같이 주석 합금 박막층(120)과 UV 코팅층(140) 사이에 특정 색상의 도료를 코팅하는 방식으로 도료층(130)이 형성된다.
이러한 구조에 따라 종래 기술에 의한 일반적인 비전도 박막 코팅체는 주석 합금 박막층(120)을 보호하기 위해 별도의 UV 코팅층(140)을 형성해야 할 뿐만 아니라 색상을 표현하기 위해서 별도의 도료층(130)을 형성해야 하므로, 그 작업 공정이 복잡하고 제작 시간이 오래 걸리며 제작 비용이 증가하는 등의 문제가 있었다. 또한, 색상을 표현하기 위해 별도의 도료를 이용하여 도료층(130)을 형성하기 때문에, 도료 사용시 도료에 의해 환경 유해 물질(폐도료, 폐활성탄 등)이 발생되어 환경 오염을 유발함과 동시에 인체에도 유해하여 작업자의 건강 또한 심각하게 위협한다는 문제가 있었다.
본 발명은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 발명한 것으로서, 본 발명의 목적은 투명한 재질의 코팅 대상물의 내측 표면에 실리콘 박막층 및 주석 합금 박막층을 형성함으로써, 별도의 도료층을 형성하지 않더라도 코팅 대상물에 다양한 색상을 표현할 수 있는 비전도 박막 코팅체를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 색상 표현을 위한 도료층 및 코팅층 보호를 위한 UV 코팅층 등을 형성할 필요가 없기 때문에, 제작 공정이 단순하고 제작 시간 및 제작 비용이 절감되며, 도료의 유해 물질을 근본적으로 차단할 수 있어 환경 오염을 방지할 수 있을 뿐만 아니라 쾌적한 작업 환경을 제공할 수 있으며, 이에 따라 작업자의 건강에 대한 위협을 제거할 수 있는 비전도 박막 코팅체를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 실리콘 박막층 및 주석 합금 박막층을 연속적으로 형성시키며 실리콘 박막층의 두께를 자동 조절하여 코팅 대상물에 대한 색감을 다양하게 조절할 수 있는 비전도 박막 코팅체 제조 장치를 제공하는 것이다.
본 발명은, 투명한 재질의 코팅 대상물; 상기 코팅 대상물의 표면에 실리콘을 진공 증착하여 형성되는 실리콘 박막층; 및 상기 실리콘 박막층의 표면에 주석 합금을 진공 증착하여 형성되고 비전도성을 갖도록 임계 두께 이하로 형성되는 주석 합금 박막층을 포함하고, 상기 실리콘 박막층은 상기 주석 합금 박막층이 외부로부터 보호될 수 있도록 상기 코팅 대상물의 외부 노출이 방지되는 내측 표면에 형성되는 것을 특징으로 하는 비전도 박막 코팅체를 제공한다.
이때, 상기 주석 합금 박막층은 주석, 알루미늄 및 인듐 성분을 포함하여 구성될 수 있다.
이때, 상기 주석 합금 박막층은 주석 : 알루미늄 : 인듐의 성분 비율이 100 : (0.1 ~ 5) : (1 ~ 50) 으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 주석 합금 박막층은 400 Å 이하의 두께로 형성될 수 있다.
또한, 상기 실리콘 박막층 및 주석 합금 박막층에 의해 발생되는 상기 코팅 대상물에 대한 색감은 상기 실리콘 박막층의 두께 조절을 통해 다양하게 변화되도록 구성될 수 있다.
한편, 상기 비전도 박막 코팅체를 제조하는 제조 장치에 있어서, 내부에 진공 챔버가 형성되는 원통형 진공 케이싱; 상기 진공 케이싱의 내부에 상기 진공 케이싱의 길이 방향 축을 중심으로 회전 가능하게 장착되며, 외주면에는 상기 코팅 대상물이 장착되는 회전 바렐; 상기 회전 바렐을 회전 구동하는 회전 구동부; 상기 진공 챔버에 진공압을 형성시키는 진공 조절 장치; 상기 진공 챔버에 공정 가스를 주입하는 공정 가스 주입기; 상기 코팅 대상물에 상기 실리콘 박막층을 스퍼터링 증착시킬 수 있도록 상기 진공 케이싱에 장착되는 실리콘 스퍼터 타겟; 상기 실리콘 박막층에 상기 주석 합금 박막층을 스퍼터링 증착시킬 수 있도록 상기 진공 케이싱에 장착되는 주석 합금 스퍼터 타겟; 및 상기 실리콘 스퍼터 타겟 및 주석 합금 스퍼터 타겟에 플라즈마 발생을 위한 전원을 각각 공급하는 제 1 및 제 2 플라즈마 발생 장치를 포함하고, 상기 회전 바렐의 회전에 따라 상기 코팅 대상물에 상기 실리콘 박막층 및 주석 합금 박막층을 순차적으로 스퍼터링 증착 형성하는 것을 특징으로 하는 비전도 박막 코팅체 제조 장치를 제공한다.
이때, 상기 회전 바렐의 1회전마다 상기 실리콘 스퍼터 타겟에 의해 상기 코팅 대상물에 상기 실리콘 박막층이 반복 스퍼터링 증착되어 상기 회전 바렐의 회전수에 따라 최종 실리콘 박막층의 두께가 조절되도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 실리콘 스퍼터 타겟은 다수개 구비되고, 상기 코팅 대상물에는 상기 회전 바렐의 1회전 구간 이내에 다수개의 상기 실리콘 스퍼터 타겟에 의해 상기 실리콘 박막층이 순차적으로 스퍼터링 증착되며, 다수개의 상기 실리콘 스퍼터 타겟에 의한 상기 실리콘 박막층의 스퍼터링 증착 횟수에 따라 최종 실리콘 박막층의 두께가 조절되도록 구성될 수 있다.
본 발명에 의하면, 투명한 재질의 코팅 대상물의 내측 표면에 실리콘 박막층 및 주석 합금 박막층을 형성함으로써, 별도의 도료층을 형성하지 않더라도 코팅 대상물에 다양한 색상을 표현할 수 있고, 코팅 대상물의 내측 표면에 코팅층이 형성되기 때문에 코팅층을 보호하기 위한 별도의 UV 코팅층 등이 불필요하여 제작 공정이 단순해지고 제작 시간 및 제작 비용이 절감되는 효과가 있다.
또한, 색상 표현을 위한 도료층이 불필요하기 때문에 도료의 유해 물질을 근본적으로 차단할 수 있어 환경 오염을 방지할 수 있을 뿐만 아니라 쾌적한 작업 환경을 제공할 수 있으며, 이에 따라 작업자의 건강에 대한 위협을 제거할 수 있는 효과가 있다.
또한, 실리콘 박막층 및 주석 합금 박막층을 연속적으로 형성시키며 실리콘 박막층의 두께를 자동 조절하도록 함으로써, 코팅 대상물에 대한 색감을 다양하게 조절할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래 기술에 의한 일반적인 비전도 박막 코팅체의 코팅층 구조를 개념적으로 도시한 도면,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 비전도 박막 코팅체의 코팅층 구조를 개념적으로 도시한 도면,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 비전도 박막 코팅체 제조 장치의 구성을 개념적으로 도시한 개념도,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 비전도 박막 코팅체 제조 장치의 제어 관련 기능을 도시한 기능 블록도,
도 5는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 비전도 박막 코팅체 제조 장치의 구성을 개념적으로 도시한 개념도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 비전도 박막 코팅체의 코팅층 구조를 개념적으로 도시한 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 비전도 박막 코팅체는 도 2에 도시된 바와 같이 투명한 재질의 코팅 대상물(100)과, 코팅 대상물(100)의 내측 표면에 진공 증착되는 방식으로 형성되는 실리콘 박막층(110) 및 주석 합금 박막층(120)을 포함하여 구성된다.
코팅 대상물(100)은 휴대폰 케이스 또는 각종 전자제품 케이스 등 다양한 소재가 적용될 수 있으며, 내측 표면에 진공 증착되는 실리콘 박막층(110) 및 주석 합금 박막층(120)이 외부에서 육안으로 관찰될 수 있도록 투명 재질로 형성되는 것이 바람직하다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 비전도 박막 코팅체는 코팅 대상물(100)이 투명한 재질로 형성되고, 이러한 코팅 대상물(100)의 내측 표면에 진공 증착되는 실리콘 박막층(110) 및 주석 합금 박막층(120)을 통해 코팅 대상물(100)에 대한 색상을 표현하도록 구성된다. 이때, 코팅 대상물(100)에 적용되는 투명 재질은 유리, 폴리카보네이트, ABS 등이 적용될 수 있다.
실리콘 박막층(110)은 코팅 대상물(100)의 내측 표면에 실리콘을 진공 증착하는 방식으로 형성되며, 주석 합금 박막층(120)은 이러한 실리콘 박막층(110)의 표면에 주석 합금을 진공 증착하는 방식으로 형성된다. 즉, 코팅 대상물(100)의 내측 표면에 실리콘 박막층(110)과 주석 합금 박막층(120)이 상하 2단으로 연속 형성된다. 이때, 실리콘 박막층(110) 및 주석 합금 박막층(120)은 외부로부터 보호될 수 있도록 코팅 대상물(100)의 외부 노출이 방지되는 내측 표면에 형성된다.
즉, 코팅 대상물(100)이 휴대폰 케이스 또는 각종 전자 제품의 케이스인 경우, 코팅 대상물(100)은 외부에 노출되는 외측 표면과 외부에 노출되지 않고 내부 공간을 이루는 내측 표면을 갖게 되는데, 일반적인 비전도 박막 코팅체는 종래 기술에서 설명한 바와 같이 코팅 대상물(100)의 외측 표면에 코팅층이 형성되지만, 본 발명의 일 실시예에 따른 비전도 박막 코팅체는 코팅 대상물(100)의 내측 표면에 코팅층이 형성된다. 이때, 코팅 대상물(100)이 전술한 바와 같이 투명한 재질의 소재로 적용되면, 코팅 대상물(100)의 내측 표면에 진공 증착된 실리콘 박막층(110) 및 주석 합금 박막층(120)이 투명한 코팅 대상물(100)을 통해 외부에서 보이게 되므로, 이러한 방식을 통해 코팅 대상물(100)에 색상을 표현하게 된다. 이는 주석 합금 박막층(120)을 통해 금속 재질의 색상을 표현함과 동시에 실리콘 박막층(110)의 두께 조절을 통해 다양한 색상을 표현하는 방식으로 수행된다.
실리콘 박막층(110) 및 주석 합금 박막층(120)은 본 발명의 일 실시예에 따라 스퍼터링(sputtering) 증착 방식으로 코팅 대상물(100)에 진공 증착된다. 스퍼터링 증착 방식이란 스퍼터링 가스를 진공 분위기로 이루어진 진공 챔버 내로 주입하여 성막하고자 하는 타겟 물질과 충돌시켜 플라즈마를 생성시킨 후 이를 기판에 코팅시키는 방식이다. 일반적으로 스퍼터링 가스는 불활성 가스인 아르곤(Ar)을 사용한다. 스퍼터링 시스템은 타겟을 음극(cathod)으로 사용하고, 기판을 양극(anode)으로 사용한다. 전원을 인가하면 주입된 스퍼터링 가스는 음극에서 방출된 전자와 충돌하여 이온화(Ar+)되고, 이 이온들은 음극인 타겟으로 끌려서 타겟과 충돌한다. 이 충돌에 의해 이온들이 갖고 있던 에너지는 타겟으로 전이되고, 타겟 물질의 원자, 분자 등이 진공 챔버 내로 방출되며, 이렇게 방출된 타겟 물질이 기판 위에 박막으로 형성되는 것이다. 이러한 스퍼터링을 이용한 박막의 제조 기술은 코팅층의 두께를 수십 ㎚까지 정밀하게 조절할 수 있으며, 간단한 마스크를 사용하여 부분 코팅 과정을 매우 용이하게 처리할 수 있다.
실리콘 박막층(110)은 실리콘(Si)을 음극 타겟 물질로 사용하고 코팅 대상물(100)을 양극으로 사용하여 코팅 대상물(100)에 실리콘이 증착되도록 하는 스퍼터링 증착 방식을 통해 형성되며, 원자 단위의 실리콘이 진공 챔버 내에서 미량의 질소, 산소 기체와 반응하여 코팅 대상물(100)에 증착된다. 이와 같이 형성된 실리콘 박막층(110)은 그 두께에 따라 빛에 대한 굴절율이 변화하게 되고, 이에 따라 실리콘 박막층(110)의 두께를 조절함으로써 외부로 방출되는 색상을 변화시킬 수 있다. 즉, 도 2에 도시된 바와 같이 코팅 대상물(100)의 외부에서 사람이 눈을 통해 코팅 대상물(100)을 바라보게 되면, 사람의 눈에는 투명한 코팅 대상물(100)을 통해 주석 합금 박막층(120)에 의한 색상이 보이게 되는데, 이때, 실리콘 박막층(110)의 두께를 조절함으로써 빛의 굴절율을 변화시켜 사람의 눈에 보이는 색상을 다양하게 변화시킬 수 있다. 예를 들어, 동일한 스퍼터링 증착 과정을 반복 수행하게 되면, 실리콘 박막층(110)의 두께는 1회 스퍼터링 증착 과정에 의해 발생하는 소정의 단위 두께만큼 단계적으로 증가하게 되고, 이에 따라 실리콘 박막층(110) 및 주석 합금 박막층(120)에 의해 발생되는 코팅 대상물(100)에 대한 색감이 연노란색, 노란색, 진노란색, 골드색, 와인색, 보라색, 진보라색, 파란색, 녹색, 남색 순으로 변화하도록 구성될 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 비전도 박막 코팅체는 별도의 도료 없이도 실리콘 박막층(110)을 통해 다양한 색상을 표현할 수 있다.
주석 합금 박막층은 본 발명의 일 실시예에 따라 주석(Sn), 알루미늄(Al) 및 인듐(In) 성분으로 구성될 수 있는데, 주석 : 알루미늄 : 인듐의 성분 비율이 100 : (0.1 ~ 5) : (1 ~ 50) 으로 형성될 수 있다. 이러한 주석 합금은 잉곳(Ingot) 상태에서는 전도성을 갖지만, 고진공 상태에서 스퍼터링 증착 방식을 통해 박막층을 형성하는 경우에는 비전도 특성을 나타낸다. 따라서, 본 발명의 주석 합금 박막층(120)은 비전도 특성을 나타낼 수 있도록 임계 두께 이하로 형성되어야 하며, 이러한 임계 두께는 본 발명의 일 실시예에 따라 400 Å 이하로 설정되는 것이 충분한 비전도 특성을 나타내는 것으로 실험을 통해 알 수 있었다.
순수한 인듐(In) 박막은 대기중 산소와의 반응성이 좋아 원하는 두께의 박막을 코팅하여도 너무 빨리 산화되어 박막의 투과율이 증가하는 단점이 있고, 주석(Sn) 박막의 경우 투과율 상승은 거의 없지만 알칼리에 쉽게 부식되는 단점이 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 주석 합금 박막층(120)은 대기 중에서 안정적이며 비전도성이 강한 주석(Sn) 성분에 산과 알칼리에 강하고 내구성이 우수한 인듐(In)을 추가하였다. 또한, 주석은 그 색상이 노란색을 나타내기 때문에, 이러한 노란색 색상을 감소시키기 위해 알루미늄을 첨가하였다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 주석 합금 박막층(120)은 임계 두께 이하 상태에서 비전도 특성을 가지며, 산화 방지로 인해 투과율 변화가 감소하게 되고, 상대적으로 재질이 단단해지며 노란색 색감이 저하되어 다른 색상 표현이 더욱 용이하게 수행될 수 있다.
이상에서 설명한 구조에 따라 본 발명의 일 실시예에 따른 비전도 박막 코팅체는 투명한 재질의 코팅 대상물(100)의 내측 표면에 실리콘 박막층(110) 및 주석 합금 박막층(120)을 형성함으로써, 종래 기술과 달리 별도의 도료층을 형성하지 않더라도 코팅 대상물(100)에 다양한 색상을 표현할 수 있으며, 코팅층이 코팅 대상물(100)의 내측 표면에 형성되기 때문에 코팅층 보호를 위한 별도의 UV 코팅층이 불필요하다. 따라서, 도료층 및 UV 코팅층 등을 형성할 필요가 없기 때문에, 제작 공정이 단순하고 시간 및 제작 비용이 절감되며, 도료의 유해 물질을 근본적으로 차단할 수 있어 환경 오염을 방지할 수 있을 뿐만 아니라 쾌적한 작업 환경을 제공할 수 있으며, 이에 따라 작업자의 건강에 대한 위협을 제거할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 비전도 박막 코팅체 제조 장치의 구성을 개념적으로 도시한 개념도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 비전도 박막 코팅체 제조 장치의 제어 관련 기능을 도시한 기능 블록도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 비전도 박막 코팅체 제조 장치는 이상에서 설명한 비전도 박막 코팅체를 스퍼터링 증착 방식을 이용하여 제조하기 위한 장치로서, 진공 케이싱(200)과, 진공 조절 장치(210)와, 공정 가스 주입기(220)와, 회전 바렐(300)과, 회전 구동부(310)와, 실리콘 스퍼터 타겟(400)과, 주석 합금 스퍼터 타겟(500)과, 제 1 및 제 2 플라즈마 발생 장치(410,420)를 포함하여 구성된다.
진공 케이싱(200)은 내부에 진공 챔버(C)가 형성되도록 밀봉되게 형성되며, 일측에는 진공 챔버(C)에 진공압을 형성시킬 수 있도록 진공 조절 장치(210)가 장착되며, 또 다른 일측에는 스퍼터링 증착 공정을 위해 진공 챔버(C)에 공정 가스, 예를 들면 비활성 가스인 아르곤(Ar) 가스를 주입하는 공정 가스 주입기(220)가 장착된다. 진공 조절 장치(210)는 요구되는 진공압의 정도에 따라 다양한 장치가 사용될 수 있는데, 스퍼터링 증착을 위한 베이스 진공압은 로타리 펌프 및 부스타 펌프를 이용하여 형성시킬 수 있다. 베이스 진공압 이후에는 Poly Cold 보조 설비 및 Cryo Pump를 이용하여 고도의 진공압을 형성시킬 수 있다. 예를 들면, 로타리 펌프 및 부스타 펌프를 이용하여 진공 챔버(C)의 진공압을 베이스 진공압인 10 Torr 로 형성시키고, 이후 Poly Cold 보조 설비를 이용하여 3x10-3 ~ 1x10-3 Torr 까지 형성시키며, Cryo Pump를 이용하여 9x10-5 ~ 8x10-5 Torr 로 형성 유지시킬 수 있다.
회전 바렐(300)은 진공 케이싱(200)의 내부에 진공 케이싱(200)의 길이 방향 축을 중심으로 회전 가능하게 장착되는데, 외주면에는 코팅 대상물(100)이 일정한 간격으로 배치되도록 적어도 하나 이상 장착될 수 있다. 이러한 회전 바렐(300)은 별도의 회전 구동부(310)에 의해 회전 구동된다.
한편, 진공 케이싱(200)의 내주면에는 코팅 대상물(100)에 실리콘 박막층(110)을 스퍼터링 증착시킬 수 있도록 실리콘 스퍼터 타겟(400)이 장착되고, 아울러 실리콘 박막층(110) 표면에 주석 합금 박막층(120)을 스퍼터링 증착시킬 수 있도록 주석 합금 스퍼터 타겟(500)이 장착된다. 또한, 이러한 실리콘 스퍼터 타겟(400)과 주석 합금 스퍼터 타겟(500)에 플라즈마 발생을 위한 전원을 각각 공급하는 제 1 및 제 2 플라즈마 발생 장치(410,420)가 구비된다.
이러한 구조에 따라 회전 바렐(300)의 외주면에 장착된 코팅 대상물(100)은 회전 바렐(300)이 회전함에 따라 실리콘 스퍼터 타겟(400) 및 주석 합금 스퍼터 타겟(500)을 통해 각각 실리콘 박막층(110) 및 주석 합금 박막층(120)이 순차적으로 스퍼터링 증착 형성된다.
좀 더 자세히 살펴보면, 전술한 바와 같이 진공 케이싱(200) 내의 진공 챔버(C)의 진공압을 진공 조절 장치(210)를 통해 조절한 후, 공정 가스 주입기(220)를 통해 비활성 가스, 예를 들면 아르곤 가스를 주입시킨다. 비활성 가스 주입 후에는 진공압을 8x10-3 ~ 1x10-3 Torr 로 유지한 다음, 제 1 플라즈마 발생 장치(410)를 통해 실리콘 스퍼터 타겟(400)에 음전압을 적용시켜 플라즈마를 발생시킨다. 이와 같이 플라즈마가 발생되면, 전술한 스퍼터링 증착 방식에서 설명한 바와 같이 플라즈마 이온이 실리콘 스퍼터 타겟(400)에 충돌하게 되고, 이로 인해 실리콘 스퍼터 타겟(400)으로부터 실리콘(Si)이 원자나 분자 단위로 방출되어 회전 바렐(300)에 장착된 코팅 대상물(100)에 박막 형태로 증착되게 된다. 이때, 회전 바렐(300)이 회전하기 때문에, 회전 바렐(300)에 다수개 장착된 코팅 대상물(100)에는 하나의 실리콘 스퍼터 타겟(400)을 통해 연속적으로 실리콘이 스퍼터링 증착되어 실리콘 박막층(110)이 형성된다.
이와 같이 회전 바렐(300)의 회전에 따라 연속적으로 실리콘 박막층(110)이 형성되는 코팅 대상물(100)에는 이후 제 2 플라즈마 발생 장치(420)를 통해 주석 합금 박막층(120)이 실리콘 박막층(110) 표면에 순차적으로 형성된다. 즉, 제 2 플라즈마 발생 장치(420)를 통해 주석 합금 스퍼터 타겟(500)에 음전압을 발생시켜 플라즈마를 발생시키고, 플라즈마가 발생되면 전술한 바와 같이 플라즈마 이온이 주석 합금 스퍼터 타겟(500)에 충돌하게 되며, 이로 인해 주석 합금 스퍼터 타겟(500)으로부터 주석 합금이 원자나 분자 단위로 방출되어 코팅 대상물(100)의 실리콘 박막층(110) 표면 위에 박막 형태로 증착되게 된다. 이 경우, 실리콘 스퍼터링 증착 과정과 주석 합금 스퍼터링 증착 과정에서 적용되는 진공압 및 플라즈마 발생 전원은 그 특성에 따라 각각 독립적으로 적용될 수 있다.
이러한 구조에 따라 본 발명의 일 실시예에 따른 비전도 박막 코팅체 제조 장치는 코팅 대상물(100)을 회전 바렐(300)에 다수개 장착하고 회전 바렐(300)을 회전시키면서 코팅 대상물(100)에 실리콘 박막층(110) 및 주석 합금 박막층(120)을 순차적/연속적으로 스퍼터링 증착시킬 수 있다.
따라서, 회전 바렐(300)은 일정한 속도로 연속적으로 회전하는 형태로 구성될 수도 있으나, 이와 달리 균일한 스퍼터링 증착 시간을 확보하기 위해 인덱스 테이블 방식으로 일정 구간 회전한 후 정지하는 형태로 구성될 수도 있다. 이 경우, 정지하는 구간에서 각각 실리콘 박막층(110) 및 주석 합금 박막층(120)이 스퍼터링 증착되도록 구성될 수 있다.
이러한 비전도 박막 코팅체 제조 장치는 도 4에 도시된 바와 같이 별도의 제어부(600)를 통해 스퍼터링 증착 공정이 제어되도록 구성되는 것이 바람직하다. 즉, 회전 구동부(310)는 회전 바렐(300)의 회전 속도를 일정하게 제어하거나 또는 단속적으로 회전 구동하도록 제어부(600)에 의해 제어될 수 있으며, 진공 조절 장치(210) 및 공정 가스 주입기(220) 또한 제어부(600)에 의해 제어되어 공정 과정에 따라 진공압 및 공정 가스 주입 상태가 조절되도록 구성될 수 있다. 또한, 제어부(600)는 이러한 제어 과정을 제 1 및 제 2 플라즈마 발생 장치(410,420)와 연계하여 수행하며, 각 스퍼터링 공정 과정에 따라 실리콘 스퍼터링 증착 및 주석 합금 스퍼터링 증착이 각각 원활하게 이루어지도록 제 1 및 제 2 플라즈마 발생 장치(410,420)를 제어할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 비전도 박막 코팅체 제조 장치는 회전 바렐(300)을 회전시키면서 하나의 실리콘 스퍼터 타겟(400)과, 하나의 주석 합금 스퍼터 타겟(500)을 통해 코팅 대상물(100)에 연속적으로 실리콘 박막층(110) 및 주석 합금 박막층(120)을 형성시킨다. 이러한 구조에 따라 실리콘 박막층(110)의 두께를 조절하기 위해서는 회전 바렐(300)의 회전수 및 실리콘 스퍼터링 증착 과정에 대한 제어가 필요하다. 즉, 제 1 플라즈마 발생 장치(410)가 동작되는 상태에서 회전 바렐(300)이 회전하게 되면, 회전 바렐(300)의 1회전마다 실리콘 스퍼터 타겟(400)에 의해 코팅 대상물(100)에 실리콘 박막층(110)이 1회 증착되게 되는데, 이 경우에는 제 2 플라즈마 발생 장치(420)의 작동을 회전 바렐(300)의 필요 회전수만큼 정지하도록 제어한다. 따라서, 회전 바렐(300)이 회전할 때마다 코팅 대상물(100)에는 실리콘 박막층(110)만 반복 증착 형성되며, 이에 따라 실리콘 박막층(110)은 1회 증착되는 단위 두께만큼 증가하게 된다.
이러한 구조에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 비전도 박막 코팅체 제조 장치는 최종 실리콘 박막층(110)의 두께가 회전 바렐(300)의 회전수에 따라 조절될 수 있고, 이러한 실리콘 박막층(110) 두께의 조절을 통해 전술한 바와 같이 코팅 대상물(100)에 대한 다양한 색상을 표현할 수 있다.
도 5는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 비전도 박막 코팅체 제조 장치의 구성을 개념적으로 도시한 개념도이다.
본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 비전도 박막 코팅체 제조 장치는 도 5에 도시된 바와 같이 실리콘 스퍼터 타겟(400)을 다수개 구비할 수 있다. 이 경우 제 1 플라즈마 발생 장치(410) 또한 실리콘 스퍼터 타겟(400)에 대응하여 다수개 구비될 수 있다. 또한, 필요에 따라서는 주석 합금 스퍼터 타겟(500) 및 제 2 플라즈마 발생 장치(420) 또한 다수개 구비될 수도 있을 것이다. 다수개의 실리콘 스퍼터 타겟(400)에 의한 스퍼터링 증착 방식 이외에 기본적인 스퍼터링 증착 과정은 전술한 제조 장치와 동일하므로, 동일한 내용에 대해서는 중복 방지를 위해 상세한 설명은 생략한다.
이와 같이 실리콘 스퍼터 타겟(400)이 진공 케이싱(200)의 내주면에 다수개 장착되면, 회전 바렐(300)이 회전함에 따라 코팅 대상물(100)에는 다수개의 실리콘 스퍼터 타겟(400)에 의해 연속적/반복적으로 실리콘 박막층(110)이 형성된다. 즉, 회전 바렐(300)의 1회전시 실리콘 스퍼터 타겟(400)의 개수만큼 반복적으로 실리콘 박막층(110)이 형성된다. 따라서, 도 3에 도시된 제조 장치와 달리 도 5에 도시된 제조 장치는 사용자의 필요에 따라 실리콘 스퍼터 타겟(400)의 작동 상태를 제어함으로써, 회전 바렐(300)의 1회전 구간 동안에 실리콘 박막층(110)의 두께를 조절할 수 있다. 즉, 이와 같은 구조의 제조 장치는 회전 바렐(300)의 1회전 구간 이내에 다수개의 실리콘 스퍼터 타겟(400)에 의해 실리콘 박막층(110)이 순차적으로 반복 형성되어, 다수개의 실리콘 스퍼터 타겟(400)에 의한 실리콘 박막층(110)의 스퍼터링 증착 횟수에 따라 최종 실리콘 박막층(110)의 두께가 조절된다.
예를 들면, 다수개의 실리콘 스퍼터 타겟(400) 중 3개의 실리콘 스퍼터 타겟(400)을 제어부(600)를 통해 작동시킨 상태로 회전 바렐(300)을 회전시키게 되면, 회전 바렐(300)이 1회전하는 동안 코팅 대상물(100)에는 3개의 실리콘 스퍼터 타겟(400)에 의해 실리콘 박막층(110)이 반복 형성되므로, 최종 실리콘 박막층(110)의 두께는 1회 스퍼터링 증착 두께의 3배 만큼 형성된다. 만약, 4개의 실리콘 스퍼터 타겟(400)을 작동시킨 상태라면, 최종 실리콘 박막층(110)의 두께는 마찬가지 원리에 따라 1회 스퍼터링 증착 두께의 4배 만큼 형성된다. 한편, 이와 같이 실리콘 박막층(110)이 형성된 이후에는 회전 바렐(300)의 1회전 구간 이내에서 주석 합금 스퍼터 타겟(500)에 의해 주석 합금 박막층(120)이 연속 형성될 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 코팅 대상물 110: 실리콘 박막층
120: 주석 합금 박막층 200: 진공 케이싱
300: 회전 바렐 400: 실리콘 스퍼터 타겟
500: 주석 합금 스퍼터 타겟 600: 제어부

Claims (8)

  1. 투명한 재질의 코팅 대상물;
    상기 코팅 대상물의 표면에 실리콘을 진공 증착하여 형성되는 실리콘 박막층; 및
    상기 실리콘 박막층의 표면에 주석 합금을 진공 증착하여 형성되고 비전도성을 갖도록 임계 두께 이하로 형성되는 주석 합금 박막층
    을 포함하고, 상기 실리콘 박막층은 상기 주석 합금 박막층이 외부로부터 보호될 수 있도록 상기 코팅 대상물의 외부 노출이 방지되는 내측 표면에 형성되는 것을 특징으로 하는 비전도 박막 코팅체.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 주석 합금 박막층은 주석, 알루미늄 및 인듐 성분을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 비전도 박막 코팅체.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 주석 합금 박막층은 주석 : 알루미늄 : 인듐의 성분 비율이 100 : (0.1 ~ 5) : (1 ~ 50) 으로 형성되는 것을 특징으로 하는 비전도 박막 코팅체.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 주석 합금 박막층은 400 Å 이하의 두께로 형성되는 것을 특징으로 하는 비전도 박막 코팅체.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 실리콘 박막층 및 주석 합금 박막층에 의해 발생되는 상기 코팅 대상물에 대한 색감은 상기 실리콘 박막층의 두께 조절을 통해 다양하게 변화되는 것을 특징으로 하는 비전도 박막 코팅체.
  6. 제 5 항의 비전도 박막 코팅체를 제조하는 제조 장치에 있어서,
    내부에 진공 챔버가 형성되는 원통형 진공 케이싱;
    상기 진공 케이싱의 내부에 상기 진공 케이싱의 길이 방향 축을 중심으로 회전 가능하게 장착되며, 외주면에는 상기 코팅 대상물이 장착되는 회전 바렐;
    상기 회전 바렐을 회전 구동하는 회전 구동부;
    상기 진공 챔버에 진공압을 형성시키는 진공 조절 장치;
    상기 진공 챔버에 공정 가스를 주입하는 공정 가스 주입기;
    상기 코팅 대상물에 상기 실리콘 박막층을 스퍼터링 증착시킬 수 있도록 상기 진공 케이싱에 장착되는 실리콘 스퍼터 타겟;
    상기 실리콘 박막층에 상기 주석 합금 박막층을 스퍼터링 증착시킬 수 있도록 상기 진공 케이싱에 장착되는 주석 합금 스퍼터 타겟; 및
    상기 실리콘 스퍼터 타겟 및 주석 합금 스퍼터 타겟에 플라즈마 발생을 위한 전원을 각각 공급하는 제 1 및 제 2 플라즈마 발생 장치
    를 포함하고, 상기 회전 바렐의 회전에 따라 상기 코팅 대상물에 상기 실리콘 박막층 및 주석 합금 박막층을 순차적으로 스퍼터링 증착 형성하는 것을 특징으로 하는 비전도 박막 코팅체 제조 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 회전 바렐의 1회전마다 상기 실리콘 스퍼터 타겟에 의해 상기 코팅 대상물에 상기 실리콘 박막층이 반복 스퍼터링 증착되어 상기 회전 바렐의 회전수에 따라 최종 실리콘 박막층의 두께가 조절되는 것을 특징으로 하는 비전도 박막 코팅체 제조 장치.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 실리콘 스퍼터 타겟은 다수개 구비되고, 상기 코팅 대상물에는 상기 회전 바렐의 1회전 구간 이내에 다수개의 상기 실리콘 스퍼터 타겟에 의해 상기 실리콘 박막층이 순차적으로 스퍼터링 증착되며, 다수개의 상기 실리콘 스퍼터 타겟에 의한 상기 실리콘 박막층의 스퍼터링 증착 횟수에 따라 최종 실리콘 박막층의 두께가 조절되는 것을 특징으로 하는 비전도 박막 코팅체 제조 장치.

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