KR102273671B1 - Manufacturing method of the Bobbin of Electromagnet for Producing Magnetic Field for Growing Semiconductor Single Crystal - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a bobbin for a magnetic field generating electromagnet for semiconductor single crystal growth, an electromagnet having the same, and a manufacturing method of the bobbin. More specifically, the present invention relates to the bobbin and the manufacturing method of the bobbin which can automatically wind a superconducting wire to be wound around the bobbin for the magnetic field generating electromagnet for semiconductor single crystal growth. The manufacturing method of a bobbin for a magnetic field generating electromagnet for semiconductor single crystal growth comprises: a step (a) of configuring a step type phase on both sides of a winding surface of the bobbin coming in contact with a pair of flange units provided to protrude from both ends of a bobbin body; a step (b) of manufacturing a plate material by forming a groove on the plate material; a step (c) of attaching the plate material manufactured in the step (b) where the groove is formed to the winding surface of the bobbin; and a step (d) of winding the superconducting wire on the winding surface of the bobbin where the plate material having the groove is attached in the step (c).

Description

반도체 단결정 성장을 위한 자기장 발생 전자석용 보빈 제조방법{Manufacturing method of the Bobbin of Electromagnet for Producing Magnetic Field for Growing Semiconductor Single Crystal}Manufacturing method of the Bobbin of Electromagnet for Producing Magnetic Field for Growing Semiconductor Single Crystal

본 발명은 반도체 단결정 성장을 위한 자기장 발생 전자석용 보빈 및 이를 갖는 전자석, 그리고 보빈의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a bobbin for generating a magnetic field for semiconductor single crystal growth, an electromagnet having the same, and a method for manufacturing the bobbin.

보다 자세하게는, 반도체 단결정 성장을 위한 자기장 발생 전자석용 보빈에 초전도 선재를 권선하는 경우에 자동화하여 권선할 수 있는 보빈과 보빈의 제조방법에 관한 것이다. More particularly, it relates to a bobbin and a method of manufacturing a bobbin that can be automatically wound when a superconducting wire is wound on a bobbin for an electromagnet generating a magnetic field for semiconductor single crystal growth.

보빈에 초전도 선재가 감긴 전자석은 자기장이 필요한 다양한 기술 분야에 적용된다. 자기장이 필요한 기술 분야 중에서 대표적인 분야로 단결정 성장 분야를 예로 들 수 있다. 단결정 성장 기술로는 도가니 내에 수용된 반도체 등의 단결정재료 용융액으로부터 단결정 잉곳을 성장시키는 CZ(CZochralski)법이 널리 이용되고 있다.An electromagnet with a superconducting wire wound around a bobbin is applied in various technical fields that require a magnetic field. Among the technical fields that require a magnetic field, a single crystal growth field is a representative field. As a single crystal growth technique, the CZ (CZochralski) method of growing a single crystal ingot from a single crystal material melt such as a semiconductor accommodated in a crucible is widely used.

CZ법에서는 도가니 측면에 설치된 히터를 이용하여 단결정재료 용융액을 가열하기 때문에 단결정재료 용융액 내에는 자연대류가 발생한다. 또한 베이컨시(vacancy) 또는 인터스티셜(self-interstitial)에 기인하는 결함이 없는 고품질의 반도체 단결정을 얻기 위하여 단결정 또는 도가니의 회전 속도를 조정하므로, 단결정재료 용융액내에는 회전 속도 조절에 의한 강제 대류도 발생하게 된다. 이러한 단결정재료 용융액의 자연대류와 강제대류는 자기장을 이용하여 제어할 수 있다고 알려져 있다.In the CZ method, since the single crystal material melt is heated using a heater installed on the side of the crucible, natural convection occurs in the single crystal material melt. In addition, since the rotation speed of a single crystal or crucible is adjusted in order to obtain a high-quality semiconductor single crystal free from defects due to vacancy or self-interstitial, forced convection by controlling the rotation speed in the single crystal material melt will also occur. It is known that natural convection and forced convection of such a single crystal material melt can be controlled using a magnetic field.

단결정재료 용융액에 수평 자기장을 인가하면서 단결정을 성장시키는 방법은 MCZ(Magnetic CZ)법으로 알려져 있다. MCZ법은 도가니 내에 수용되어 있는 용융 상태의 단결정재료에 자기장을 가하여 용융액에 발생하는 열대류를 억제함으로써 대구경의 고품질 단결정체를 만들 수 있다.A method of growing a single crystal while applying a horizontal magnetic field to a single crystal material melt is known as the MCZ (Magnetic CZ) method. In the MCZ method, a large-diameter, high-quality single-crystal can be produced by applying a magnetic field to the molten single-crystal material contained in the crucible and suppressing thermal convection generated in the molten solution.

도 1은 종래의 MCZ법에 의한 단결정 성장장치의 일례를 나타낸 것이다.1 shows an example of a single crystal growth apparatus by the conventional MCZ method.

도 1에 나타낸 단결정 성장장치는 상면이 개구된 인상로(10) 내에 도가니(11)가 내장된 구성으로 이루어진다.The single crystal growth apparatus shown in FIG. 1 has a structure in which a crucible 11 is built in a pulling furnace 10 with an open upper surface.

인상로(10)의 내측에는 도가니(11) 내의 단결정재료(14)를 가열 용융하기 위한 히터(12)가 도가니(11)의 주위에 설치되고, 인상로(10)의 외측에는 초전도 선재가 감긴 전자석(13)이 도가니(11)를 사이에 두고 마주하도록 배치된다.Inside the pulling furnace 10, a heater 12 for heating and melting the single crystal material 14 in the crucible 11 is installed around the crucible 11, and on the outside of the pulling furnace 10, a superconducting wire is wound. The electromagnet 13 is disposed to face with the crucible 11 interposed therebetween.

단결정체의 제조시, 도가니(11) 내에 단결정재료(14)를 넣고 히터(12)로 가열하여 단결정재료(14)를 용융시킨다. 단결정재료 용융액 중에 종결정(seed crystal)을 도가니(11)의 중앙부 위쪽으로부터 하강 삽입하고, 인상기(미도시)로 종결정을 일정한 속도로 인상한다. 이때, 고체와 액체의 경계층에 결정이 성장하여 단결정체(15)가 성장하게 된다. 이렇게 단결정체(15)가 성장하는 동안 히터(12)의 가열에 의해 열대류가 발생하면, 인상되는 용융액이 흐트러져 단결정체의 제조 수율이 저하되는데, 이러한 문제는 전자석(13)을 이용하여 해결할 수 있다.When manufacturing a single crystal, the single crystal material 14 is put into the crucible 11 and heated with a heater 12 to melt the single crystal material 14 . A seed crystal is inserted down from above the center of the crucible 11 in the single crystal material melt, and the seed crystal is pulled up at a constant speed with a pulling machine (not shown). At this time, crystals grow on the boundary layer between the solid and the liquid, and the single crystal 15 grows. If thermal convection occurs by heating of the heater 12 while the single crystal 15 is growing in this way, the molten liquid pulled up is disturbed and the yield of the single crystal is reduced. This problem can be solved by using the electromagnet 13 have.

즉, 용융된 단결정재료(14)는 전자석(13)의 통전에 의해 발생하는 자력선(16)에 의해 유동이 억제되어 도가니(11) 내에서 대류하지 않고, 종결정의 인상에 따라 천천히 위쪽을 향하여 인상됨으로써 고상의 단결정체(15)로 만들어진다.That is, the molten single crystal material 14 is not convected in the crucible 11 because the flow is suppressed by the magnetic force lines 16 generated by the energization of the electromagnet 13, and is slowly pulled upward according to the pulling of the seed crystal. It is made into a solid single crystal 15 by becoming.

그런데 종래의 자기장 발생 전자석(13)은 도넛 형상의 솔레노이드형으로 이루어진 것으로, 솔레노이드형 전자석은 자기장의 발생 효율이 낮다. 따라서 필요한 자기력을 얻기 위해서는 솔레노이드형 전자석의 크기를 키워야하며, 이 경우 전자석이 내장되는 용기의 크기가 커지는 문제가 뒤따른다.However, the conventional magnetic field generating electromagnet 13 is made of a donut-shaped solenoid type, and the solenoid type electromagnet has low magnetic field generation efficiency. Therefore, it is necessary to increase the size of the solenoid-type electromagnet in order to obtain the necessary magnetic force, and in this case, the size of the container in which the electromagnet is built increases.

이러한 문제를 해결하기 위한 것으로 등록실용신안공보 제0327810호(2003. 09. 22.)에는 굽은 형태의 원형 또는 새들형(Saddle) 초전도 코일을 갖는 초전도 자석장치가 개시된 바 있다. 도 2 (a)에 나타낸 것과 같이, 상기 공보에 개시되어 있는 초전도 코일(E)은 원통형 저장공간의 둘레에 배치된다.In order to solve this problem, Utility Model Registration No. 0327810 (2003. 09. 22.) discloses a superconducting magnet device having a curved circular or saddle-type superconducting coil. As shown in Fig. 2 (a), the superconducting coil E disclosed in the above publication is arranged around the cylindrical storage space.

도시된 것과 같은 굽은 형태의 원형 또는 타원형 초전도 코일(E)을 형성하기 위해서는 초전도 선재를 지지하기 위한 보빈을 굽은 형태의 원형 또는 새들형으로 만들고, 그 외주면에 초전도 선재를 감아야 한다. 이러한 보빈은 원통을 굽은 형상으로 깎은 모양을 가지며, 이를 그 일측을 절개하여 평면 상에 전개하여 펼쳐 놓을 경우 초전도 선재가 감기는 외주면(30)이 도 2의 (b)에 나타낸 것과 같은 굴곡을 갖는 띠 모양으로 나타난다.In order to form a circular or elliptical superconducting coil E of a curved shape as shown, a bobbin for supporting the superconducting wire is made into a curved circular or saddle shape, and the superconducting wire is wound around the outer circumferential surface. This bobbin has a shape in which a cylinder is cut into a curved shape, and when one side of the bobbin is cut and spread out on a plane, the outer circumferential surface 30 around which the superconducting wire is wound has a curvature as shown in (b) of FIG. appear in the form of a band.

따라서 이러한 보빈에 선재를 권선할 경우, 선재(40)를 보빈의 외주면(30) 굴곡에 맞춰 굴곡시키면서 감아야 한다. 그런데 보빈에 감기는 선재(40)는 그 장력으로 인해 항상 최단거리로 감기려 하므로, 선재(40)의 권선 시 선재(40)의 장력을 조절 할 수 없으며, 선재(40)를 보빈의 외주면(30) 굴곡에 맞춰 1회 권선한 후 접착제를 이용하여 선재(40)를 감긴 모양대로 고정한 후, 다음 턴(turn)의 권선 작업을 수행하게 된다. 따라서 이러한 종래의 보빈은 이에 초전도 선재를 감는 작업이 매우 어렵고 작업 시간이 길어질 수밖에 없으며, 권선 작업의 자동화가 어렵다.Therefore, when winding the wire on the bobbin, the wire 40 should be wound while bending in accordance with the curvature of the outer peripheral surface 30 of the bobbin. However, since the wire 40 wound on the bobbin always tries to be wound in the shortest distance due to its tension, the tension of the wire 40 cannot be adjusted when the wire 40 is wound, and the wire 40 is placed on the outer peripheral surface of the bobbin ( 30) After winding once according to the curvature, the wire rod 40 is fixed in the wound shape using an adhesive, and then the winding operation of the next turn is performed. Therefore, in such a conventional bobbin, it is very difficult to wind the superconducting wire, and the working time is inevitably long, and it is difficult to automate the winding operation.

이를 극복하고자 국내 특허등록공보 제10-1474775호에는 직사각형 띠의 양쪽 끝단이 연결된 링 모양 띠 형상으로 이루어지고, 상기 링 모양 띠의 일측 변이 가상의 기준곡면에 균일하게 접촉하도록 상기 링 모양 띠가 굽힘 변형된 형상으로 형성되는 보빈 몸체와 상기 기준 곡면에 접촉하는 상기 보빈 몸체의 일측 변에 대해 동일 간격을 유지하도록 상기 보빈 몸체의 외주에 감기는 선재의 길이가 상기 직사각형 띠의 길이와 동일해지도록 상기 보빈 몸체의 외주에 상기 선재가 밀착되어 감길 수 있도록 형성되는 권선면; 및 상기 보빈 몸체의 권선면을 따라 상기 기준 곡면에 접촉하는 상기 보빈 몸체의 일측 변에 대해 동일 간격을 유지하도록 상기 보빈 몸체의 권선면에 권선되는 초전도 선재;를 포함하는 반도체 단결정 성장을 위한 자기장 발생 전자석을 제시한다.In order to overcome this problem, Korean Patent Registration No. 10-1474775 discloses that both ends of a rectangular band are formed in a ring-shaped band shape, and the ring-shaped band is bent so that one side of the ring-shaped band is in uniform contact with a virtual reference curved surface. The length of the wire wound around the outer periphery of the bobbin body to maintain the same distance between the bobbin body formed in a deformed shape and one side of the bobbin body in contact with the reference curved surface is the same as the length of the rectangular band. a winding surface formed so that the wire rod can be wound in close contact with the outer periphery of the bobbin body; and a superconducting wire wound on the winding surface of the bobbin body so as to maintain the same distance with respect to one side of the bobbin body contacting the reference curved surface along the winding surface of the bobbin body. present an electromagnet.

본 구성에서는 보빈몸체의 외주에 선재를 감는 경우에, 헤리컬 와인딩 방식을 사용하고 있는데, 헤리컬 와인딩 방식의 경우 선재를 비스듬한 각도로 전진하면서 감으면서 하나의 레이어를 형성하게 되나, 권선시에 선재간에 약간의 틈새가 발생하게 되면 쉽게 와인딩이 무너지는 단점을 갖고 있어 권선시에 아주 정밀한 신중함이 필요하다.In this configuration, when the wire rod is wound around the outer periphery of the bobbin body, the helical winding method is used. In the case of the helical winding method, one layer is formed while the wire rod is wound while advancing at an oblique angle. If there is a small gap between the windings, it has the disadvantage of easily collapsing the windings, so it is necessary to be very careful when winding.

이를 위해, 권선면 상에 상기 초전도 선재가 다단으로 감겨 상기 권선면 상에 차례로 적층되는 복수로 레이어 사이사이에 개재되는 직사각형 띠 모양의 절연 판재를 더 포함하고 있으나, 이러한 구조에서는 권선작업의 자동화는 사실상 쉽지가 않아 자동화 권선방식에는 적합하지 않은 문제점이 있다.To this end, the superconducting wire is wound in multiple stages on the winding surface and further includes a rectangular band-shaped insulating plate interposed between a plurality of layers sequentially stacked on the winding surface, but in this structure, the automation of the winding operation is not In fact, it is not easy, so there is a problem that the automatic winding method is not suitable.

특허문헌 1: 국내 등록공보 제10-1474775호(공고일: 2014.12.22)Patent Document 1: Domestic Registration Publication No. 10-1474775 (Announcement Date: 2014.12.22)

본 발명은 상술한 바와 같은 필요성을 해결하기 위해 위하여 안출된 것으로, 반도체 단결정 성장을 위한 자기장 발생 전자석용 보빈 제조시, 초전도 선재를 보빈 몸체에 권선하는 경우에 권선 자동화가 가능한 보빈 및 보빈 제조방법을 제시하는 것을 목적으로 한다.The present invention has been devised to solve the above needs, and provides a bobbin and a method for manufacturing a bobbin capable of automating winding when a superconducting wire is wound on a bobbin body when manufacturing a bobbin for an electromagnet for generating a magnetic field for semiconductor single crystal growth. intended to present.

또한, 권선면 상에 상기 초전도 선재가 다단으로 감겨 상기 권선면 상에 차례로 적층되는 복수로 레이어 사이사이에 개재되는 직사각형 띠 모양의 절연 판재를 포함하지 않고도 다단으로 안정적으로 자동화 권선이 가능한 보빈 및 보빈 제조방법을 제시하는 것을 목적으로 한다.In addition, a bobbin and bobbin capable of automatic winding in multiple stages without including a rectangular band-shaped insulating plate interposed between a plurality of layers in which the superconducting wire is wound in multiple stages on the winding surface and sequentially stacked on the winding surface The purpose is to present a manufacturing method.

상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 반도체 단결정 성장을 위한 자기장 발생 전자석용 보빈에 있어서, 직사각형 띠의 양쪽 끝단이 연결된 링 모양 띠 형상으로 이루어지고, 상기 링 모양 띠가 굽힘 변형된 형상으로 형성되는 보빈 몸체와 상기 보빈 몸체의 외주에 초전도 선재가 밀착되어 감길 수 있도록 형성되는 권선면과 보빈 몸체의 양쪽 끝단에 돌출되도록 구비되는 한 쌍의 플랜지부를 포함하는 보빈; 및 상기 보빈 몸체의 권선면에 권선되는 초전도 선재;를 포함하며,In order to achieve the above object, the present invention in a magnetic field generating electromagnet bobbin for semiconductor single crystal growth, is made in the shape of a ring-shaped band in which both ends of a rectangular band are connected, and the ring-shaped band is formed in a bending-deformed shape. a bobbin comprising: a bobbin body comprising a bobbin body, a winding surface formed so that a superconducting wire is closely wound around the outer periphery of the bobbin body, and a pair of flanges protruding from both ends of the bobbin body; and a superconducting wire wound on the winding surface of the bobbin body.

상기 초전도 선재는 상기 권선면에 오소사이클링 와인딩 방식과 헤리컬 와인딩 방식의 혼합비율로 권선되도록 구성된 것을 특징으로 하는 반도체 단결정 성장을 위한 자기장 발생 전자석용 보빈을 제시한다.The superconducting wire provides a magnetic field generating electromagnet bobbin for semiconductor single crystal growth, characterized in that it is configured to be wound on the winding surface at a mixing ratio of an orthocycling winding method and a helical winding method.

상기 초전도 선재를 상기 권선면에 감는 경우에, 오소사이클링 와인딩 방식을 90%, 헤리컬 와인딩 방식을 10%의 혼합비율로 권선되도록 구성된다.When the superconducting wire is wound on the winding surface, the orthocycling winding method is wound at a mixing ratio of 90% and the helical winding method is 10%.

상기 보빈의 권선면에는 그루부가 형성된 판재를 부착하도록 함으로써, 오소사이클링 방식으로 초전도 선재를 권선면에 최초 권선시, 권선면과 초전도선재 사이에 최초 가이드 라인을 형성하도록 구성된다.The first guide line is formed between the winding surface and the superconducting wire when the superconducting wire is first wound on the winding surface in an orthocycling method by attaching a plate material having a groove portion to the winding surface of the bobbin.

상기 그루부가 형성된 판재는 그루부 형상을 갖는 롤러를 이용하여 롤링작업으로 판재에 그루브를 형성하도록 구성된다.The sheet material in which the groove is formed is configured to form a groove in the sheet material by a rolling operation using a roller having a groove shape.

상기 보빈의 권선면 상에 초전도 선재가 다단으로 감겨 권선면 상에 차례로 적층시에 하층 레이어에 적층되는 상층 레이어의 초전도선재는 하층레이어의 초전도선재 사이의 형성되는 홈에 위치하도록 권선되면서 복수의 레이어간 서로 맞물리도록 적층된다.When superconducting wires are wound in multiple stages on the winding surface of the bobbin and stacked sequentially on the winding surface, the superconducting wire of the upper layer that is stacked on the lower layer is wound to be positioned in a groove formed between the superconducting wires of the lower layer, and a plurality of layers They are stacked so that they interlock with each other.

상기 보빈의 한쌍의 플랜지부와 권선면 양측부사이의 각도는 각각 둔각으로 형성되며, 권선시에 권선면 양측부에서 권선이 무너짐을 방지하도록, 플랜지부와 접하는 권선면 양측부에 계단형상을 별도로 구성한다.The angle between the pair of flange portions of the bobbin and both sides of the winding surface is formed as an obtuse angle, respectively, and a step shape is separately configured on both sides of the winding surface in contact with the flange portion to prevent the winding from collapsing at both sides of the winding surface during winding do.

또한, 상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 반도체 단결정 성장을 위한 자기장 발생 전자석용 보빈의 제조방법에 있어서,In addition, in order to achieve the above object, the present invention is a method of manufacturing a magnetic field generating electromagnet bobbin for semiconductor single crystal growth,

(a) 보빈 몸체의 양쪽 끝단에 돌출되도록 구비되는 한 쌍의 플랜지부와 접하는 보빈의 권선면 양측부에 계단형상을 구성하는 단계; (a) forming a step shape on both sides of the winding surface of the bobbin in contact with a pair of flange portions provided to protrude from both ends of the bobbin body;

(b) 판재에 그루부를 형성하여 제작하는 단계; (b) manufacturing by forming a groove in the plate material;

(c) (b)단계에서 제작된 그루부가 형성된 판재를 보빈의 권선면에 부착하는 단계; 및 (c) attaching the grooved plate manufactured in step (b) to the winding surface of the bobbin; and

(d) (c)단계에서 그루부가 형성된 판재가 부착된 보빈의 권선면에 초전도 선재를 권선하는 단계;를 포함하여 구성한 것을 특징으로 하는 반도체 단결정 성장을 위한 자기장 발생 전자석용 보빈 제작방법을 제시한다.(d) winding the superconducting wire on the winding surface of the bobbin to which the plate material having the groove formed in step (c) is attached; provides a method of manufacturing a bobbin for magnetic field generating electromagnet for semiconductor single crystal growth, comprising the steps of .

본 발명인 반도체 단결정 성장을 위한 자기장 발생 전자석용 보빈 및 그 제조방법을 통해 다음과 같은 효과를 달성할 수 있다.The following effects can be achieved through the present invention, a bobbin for a magnetic field generating electromagnet for growing a semiconductor single crystal and a method for manufacturing the same.

첫번째로, 본 발명의 보빈 제조방법에서 초전도 선재를 보빔의 권선면에 권선하는 경우에 권선시에 오소사이클링 방식을 90% 그리고 10%는 일반적인 헤리컬 방식을 적용하여 권선하도록 함으로써, 헤리컬 방식으로 권선시에 초전도 선재 사이의 틈새발생으로 인한 권선이 무너짐이 극복되며, 이에 자동화 권선이 가능해지는 효과가 있다.First, in the case of winding the superconducting wire on the winding surface of the bobbin in the bobbin manufacturing method of the present invention, 90% of the orthocycling method and 10% of the orthocycling method are applied to the winding by applying the general helical method. The collapse of the winding due to the occurrence of a gap between the superconducting wires during winding is overcome, thereby enabling automated winding.

두번째로, 본 발명의 권선시에 오소사이클링 방식을 90% 그리고 10%는 일반적인 헤리컬 방식을 적용하여 초전도 선재를 권선면에 권선하도록 하는 경우에, 그루부가 형성된 판재를 보빈의 권선면에 부착하도록 함으로써, 오소사이클링 방식으로 초전도 선재를 권선면에 권선시, 권선면과 초전도선재간에 최초 가이드 라인이 되도록 하여 정밀하고 빠르게 권선할 수 있는 효과가 있다. Second, in the case of winding the superconducting wire on the winding surface by applying the orthocycling method to 90% and the general helical method to 10% of the winding method of the present invention, attach the grooved plate to the winding surface of the bobbin. By doing so, when winding the superconducting wire on the winding surface in the ortho-cycling method, it is possible to make the first guide line between the winding surface and the superconducting wire, so that it can be wound precisely and quickly.

세번째로, 본 발명은 보빈의 권선면 상에 초전도 초전도 선재가 다단으로 감겨 권선면 상에 차례로 적층되는 복수의 레이어간에는 초전도 선재가 서로 요철방식으로 맞물리도록 권선되어 종래의 경우처럼 절연 판재를 포함하지 않고도 적층되는 복수의 레이어의 권선이 무너지지 않으면서 다단으로 안정적인 권선이 가능해지는 효과가 있다.Third, in the present invention, the superconducting superconducting wire is wound in multiple stages on the winding surface of the bobbin, and the superconducting wire is wound to engage each other in an uneven manner between a plurality of layers stacked in turn on the winding surface, so that the insulating plate is not included as in the conventional case. There is an effect that multi-stage stable winding is possible without collapsing the windings of a plurality of layers that are stacked without any need.

네번째로, 본 발명은 보빈의 한쌍의 플랜지부와 권선면 양측부 사이에 각도가 각각 둔각을 형성함으로 인한 권선시에 권선면 양측부에서 권선이 무너지는 단점을 극복하기 위하여, 플랜지부와 접하는 권선면 양측부에 계단형상을 별도로 구성하도록 함으로써 이를 방지할 수 있는 효과를 갖게 된다.Fourth, the present invention provides a winding in contact with the flange portion in order to overcome the disadvantage that the winding is collapsed on both sides of the winding surface during winding due to the angle between the pair of flange portions and both sides of the winding surface of the bobbin respectively forming an obtuse angle. By separately configuring the step shape on both sides of the surface, it has the effect of preventing this.

도 1은 종래의 MCZ법에 의한 단결정 성장장치의 일례를 나타낸 것이다.
도 2의 (a)는 종래의 초전도 자석장치의 초전도 코일을 나타낸 것이고, 도 2의 (b)는 도 2의 (a)에 나타낸 초전도 코일을 구현하기 위한 보빈을 평면 상에 전개하여 펼쳐 놓은 모습을 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 반도체 단결정 성장을 위한 자기장 발생 전자석이 적용된 장치의 일예를 나타낸 평면도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 반도체 단결정 성장을 위한 자기장 발생 전자석용 보빈이 도 3에 나타낸 장치의 원통 용기 외면에 배치된 상태를 나타낸 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 반도체 단결정 성장을 위한 자기장 발생 전자석용 보빈의 보빈 몸체 및 그 일측에 결합된 플랜지부가 도 3에 나타낸 장치의 원통 용기 외면에 배치된 상태를 나타낸 것이다.
도 6은 종래의 일실시예에 따른 반도체 단결정 성장을 위한 자기장 발생 전자석용 보빈에 초전도 선재를 감는 방법과 단면도를 도시한것이다.
도 7은 종래의 일실시예에 따른 반도체 단결정 성장을 위한 자기장 발생 전자석을 절단하여 나타낸 측단면도이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 반도체 단결정 성장을 위한 자기장 발생 전자석용 보빈에 초전도 선재를 감는 방법과 단면도를 도시한것이다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 반도체 단결정 성장을 위한 자기장 발생 전자석용 보빈의 권선면에 그루부가 형성된 판재를 부착하는 것을 도시한것이다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 반도체 단결정 성장을 위한 자기장 발생 전자석용 보빈의 권선면에 부착되는 판재에 그루브를 형성하는 방법을 도시한 것이다.
도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 반도체 단결정 성장을 위한 자기장 발생 전자석용 보빈의 권선면의 양측부에 계단형상을 구성한 것을 도시한 것이다.
도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 반도체 단결정 성장을 위한 자기장 발생 전자석을 절단하여 나타낸 측단면도이다.
도 13은 본 발명의 일실시예에 따른 반도체 단결정 성장을 위한 자기장 발생 전자석용 보빈의 제조방법의 절차를 나타낸 도면이다.1 shows an example of a single crystal growth apparatus by the conventional MCZ method.
Fig. 2 (a) shows a superconducting coil of a conventional superconducting magnet device, and Fig. 2 (b) is a view in which a bobbin for implementing the superconducting coil shown in Fig. 2 (a) is spread out on a plane. is shown.
3 is a plan view illustrating an example of an apparatus to which a magnetic field generating electromagnet for semiconductor single crystal growth is applied according to an embodiment of the present invention.
4 is a perspective view illustrating a state in which a magnetic field generating electromagnet bobbin for semiconductor single crystal growth according to an embodiment of the present invention is disposed on the outer surface of the cylindrical container of the apparatus shown in FIG. 3 .
5 shows a state in which the bobbin body of the magnetic field generating electromagnet bobbin for semiconductor single crystal growth according to an embodiment of the present invention and the flange portion coupled to one side thereof are disposed on the outer surface of the cylindrical container of the apparatus shown in FIG. 3 .
6 is a cross-sectional view showing a method of winding a superconducting wire on a bobbin for a magnetic field generating electromagnet for semiconductor single crystal growth according to an embodiment of the related art.
7 is a side cross-sectional view showing a magnetic field generating electromagnet for semiconductor single crystal growth according to an embodiment of the related art.
8 is a cross-sectional view showing a method of winding a superconducting wire on a bobbin for a magnetic field generating electromagnet for semiconductor single crystal growth according to an embodiment of the present invention.
9 is a diagram illustrating attachment of a plate material having a groove formed thereon to a winding surface of a bobbin for an electromagnet for generating a magnetic field for semiconductor single crystal growth according to an embodiment of the present invention.
10 illustrates a method of forming a groove in a plate material attached to a winding surface of a bobbin for a magnetic field generating electromagnet for semiconductor single crystal growth according to an embodiment of the present invention.
11 is a view showing the configuration of the step shape on both sides of the winding surface of the magnetic field generating electromagnet bobbin for semiconductor single crystal growth according to an embodiment of the present invention.
12 is a side cross-sectional view showing a magnetic field generating electromagnet for semiconductor single crystal growth according to an embodiment of the present invention.
13 is a view showing a procedure of a method of manufacturing a bobbin for a magnetic field generating electromagnet for semiconductor single crystal growth according to an embodiment of the present invention.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명에 의한 반도체 단결정 성장을 위한 자기장 발생 전자석용 보빈 및 그 제조방법에 대하여 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, a bobbin for generating a magnetic field for semiconductor single crystal growth and a method for manufacturing the same according to the present invention will be described in detail.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 반도체 단결정 성장을 위한 자기장 발생 전자석이 적용된 장치의 일예를 나타낸 평면도이다. 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 반도체 단결정 성장을 위한 자기장 발생 전자석용 보빈이 도 3에 나타낸 장치의 원통 용기 외면에 배치된 상태를 나타낸 사시도이다. 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 반도체 단결정 성장을 위한 자기장 발생 전자석용 보빈의 보빈 몸체 및 그 일측에 결합된 플랜지부가 도 3에 나타낸 장치의 원통 용기 외면에 배치된 상태를 나타낸 것이다.3 is a plan view illustrating an example of an apparatus to which a magnetic field generating electromagnet for semiconductor single crystal growth is applied according to an embodiment of the present invention. 4 is a perspective view showing a state in which a magnetic field generating electromagnet bobbin for semiconductor single crystal growth according to an embodiment of the present invention is disposed on the outer surface of the cylindrical container of the apparatus shown in FIG. 3 . 5 is a view showing a state in which the bobbin body of the magnetic field generating electromagnet bobbin for semiconductor single crystal growth according to an embodiment of the present invention and a flange portion coupled to one side thereof are disposed on the outer surface of the cylindrical container of the apparatus shown in FIG. 3 .

도 3 내지 도 5에 도시된 것과 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 반도체 단결정 성장을 위한 자기장 발생 전자석(100)은 초전도 선재(110)와, 초전도 선재(110)가 감겨 초전도 선재(110)를 일정하게 감긴 상태로 지지하는 보빈(120)을 포함하여, 초전도 선재(110)는 보빈(120)에 다단으로 감겨 보빈(120) 상에 차례로 적층되도록 구성된다.3 to 5, the magnetic field generating electromagnet 100 for semiconductor single crystal growth according to an embodiment of the present invention includes a superconducting wire 110 and a superconducting wire 110 wound around the superconducting wire 110. Including the bobbin 120 supporting the bobbin in a constant wound state, the superconducting wire 110 is wound around the bobbin 120 in multiple stages and is configured to be sequentially stacked on the bobbin 120 .

이러한 본 실시예에 따른 반도체 단결정 성장을 위한 자기장 발생 전자석(100)은 도 3에 나타낸 것과 같이, 단결정 성장장치에 적용되어 저온 용기(50) 내부에 복수가 쌍을 이루도록 배치됨으로써 원통 용기(60) 내부에 수평 자기장을 형성한다. 도면에는 본 실시예에 따른 반도체 단결정 성장을 위한 자기장 발생 전자석(100) 네 개가 두 개의 쌍을 이루도록 원통 용기(60)의 외면에 접촉하여 설치된 것으로 나타냈으나, 반도체 단결정 성장을 위한 자기장 발생 전자석(100)은 두 개 이상이 쌍을 이루도록 원통 용기(60)의 외측에 접촉 또는 비접촉식으로 설치될 수 있다.As shown in FIG. 3, the magnetic field generating electromagnet 100 for semiconductor single crystal growth according to this embodiment is applied to a single crystal growth apparatus and arranged so as to form a plurality of pairs inside the low temperature container 50, thereby forming a cylindrical container 60. Creates a horizontal magnetic field inside. Although the figure shows that four magnetic field generating electromagnets 100 for semiconductor single crystal growth according to this embodiment are installed in contact with the outer surface of the cylindrical container 60 to form two pairs, magnetic field generating electromagnets for semiconductor single crystal growth ( 100) may be installed in contact or non-contact on the outside of the cylindrical container 60 to form a pair of two or more.

도 3 및 도 4에 도시된 것과 같이, 초전도 선재(110)는 보빈(120)의 외주면에 감겨 일정한 형태를 유지하도록 보빈(120)에 지지됨으로써 반도체 단결정 성장을 위한 자기장 발생 전자석(100)을 형성한다. 초전도 선재(110)는 보빈(120)에 다단으로 감김으로써 보빈(120) 상에는 초전도 선재(110)로 이루어지는 복수의 레이어가 복층으로 형성된다. 3 and 4, the superconducting wire 110 is wound around the outer circumferential surface of the bobbin 120 and supported by the bobbin 120 to maintain a constant shape, thereby forming a magnetic field generating electromagnet 100 for semiconductor single crystal growth. do. The superconducting wire 110 is wound around the bobbin 120 in multiple stages, so that a plurality of layers made of the superconducting wire 110 are formed in multiple layers on the bobbin 120 .

초전도 선재(110)는 전류가 흐를 수 있는 다양한 초전도 소재로 이루어질 수 있다. 초전도 선재(110)를 사용하는 경우 초전도 전자석을 형성할 수 있다.The superconducting wire 110 may be made of various superconducting materials through which current may flow. When the superconducting wire 110 is used, a superconducting electromagnet may be formed.

도 3 내지 도 5에 도시된 것과 같이, 본 실시예에 의한 반도체 단결정 성장을 위한 자기장 발생 전자석용 보빈(120)은 다양한 초전도 선재(110)가 감겨 그 특성을 최대한 발휘할 수 있도록 초전도 선재(110)가 감기는 부분이 일정 크기 이상의 곡률을 갖는 대략적으로 둥근 링 형상으로 이루어진다. 3 to 5, the magnetic field generating electromagnet bobbin 120 for semiconductor single crystal growth according to this embodiment is a superconducting wire 110 so that various superconducting wires 110 can be wound to maximize their characteristics. The winding part is formed in an approximately round ring shape having a curvature of a certain size or more.

보빈(120)은 초전도 선재(110)가 감기는 보빈 몸체(121)와, 보빈 몸체(121)의 양쪽 끝단에 구비되는 한 쌍의 플랜지부(125)(126)를 포함한다. 플랜지부(125)(126)는 보빈 몸체(121)의 권선면(122)으로부터 돌출되도록 보빈 몸체(121)의 끝단에 구비됨으로써 보빈 몸체(121)에 감긴 초전도 선재(110)가 보빈 몸체(121)에서 벗어나지 못하게 막는다.The bobbin 120 includes a bobbin body 121 on which the superconducting wire 110 is wound, and a pair of flange portions 125 and 126 provided at both ends of the bobbin body 121 . The flange portions 125 and 126 are provided at the ends of the bobbin body 121 so as to protrude from the winding surface 122 of the bobbin body 121 , so that the superconducting wire 110 wound around the bobbin body 121 is connected to the bobbin body 121 . ) to prevent it from escaping.

보빈 몸체(121)와 플랜지부(125)(126) 사이의 결합은 접착제에 의한 접착 방법이나 융착 방법, 또는 클램핑 등 기구적인 결합 방법을 통해 이루어질 수 있다.The coupling between the bobbin body 121 and the flange parts 125 and 126 may be achieved through an adhesive method, a fusion method, or a mechanical bonding method such as clamping.

또한 도면에는 보빈(120)의 플랜지부(125)(126)가 보빈 몸체(121)의 양쪽 끝단에 각각 하나씩 구비된 것으로 나타냈으나, 보빈 몸체(121)에 감긴 초전도 선재(110)가 보빈 몸체(121)에서 벗어나지 못하게 막는 플랜지부는 보빈 몸체(121)의 권선면(122)으로부터 돌출되도록 보빈 몸체(121)의 일단 및 타단 중 어느 한 쪽에만 구비될 수도 있다. 그리고 플랜지부는 도시된 것과 같은 링 형상 이외에, 보빈 몸체(121)에 감긴 초전도 선재(110)가 걸릴 수 있도록 보빈 몸체(121)의 권선면(122)으로부터 돌출되는 다양한 다른 형상으로 이루어질 수 있다In addition, although it is shown in the drawing that the flange portions 125 and 126 of the bobbin 120 are provided one at each end of the bobbin body 121 , the superconducting wire 110 wound around the bobbin body 121 is the bobbin body. The flange portion preventing the bobbin body 121 from departing may be provided on only one of the one end and the other end of the bobbin body 121 so as to protrude from the winding surface 122 of the bobbin body 121 . In addition to the ring shape shown in the figure, the flange portion may have various other shapes protruding from the winding surface 122 of the bobbin body 121 so that the superconducting wire 110 wound around the bobbin body 121 can be caught.

이러한 보빈(120)은 일정한 압력으로 감기는 초전도 선재(110)가 일정하게 감긴 형상을 유지할 수 있도록 지지하는 강성을 갖는 다양한 소재로 이루어질 수 있다. 예컨대, 보빈(120)은 유리 섬유 강화플라스틱으로 이루어질 수 있으며, 유리 섬유 강화플라스틱으로 이루어지는 보빈(120)은 초전도 선재(110)에서 발생하는 자기장에 영향을 주지 않으면서 쉽게 변형되지 않아 이에 감기는 초전도 선재(110)를 감긴 형상을 유지하도록 안정적으로 지지할 수 있다. The bobbin 120 may be made of various materials having rigidity to support the superconducting wire 110 wound with a constant pressure to maintain a constant wound shape. For example, the bobbin 120 may be made of glass fiber reinforced plastic, and the bobbin 120 made of glass fiber reinforced plastic does not affect the magnetic field generated by the superconducting wire 110 and is not easily deformed and is wound thereon. The wire rod 110 may be stably supported to maintain the wound shape.

또한 유리 섬유 강화플라스틱은 초저온에서 변형되거나 파손되지 않고 그 형상을 그대로 유지할 수 있어, 유리 섬유 강화플라스틱으로 이루어지는 보빈은 이에 초전도 선재가 감겨 초전도 자석을 구현하는데 유리하다. 물론, 본 발명에 의한 보빈(120)은 유리 섬유 강화플라스틱 이외에 금속이 아니며 초전도 선재(110)에서 발생하는 자기장에 영향을 주지 않으면서 저온 환경에서 쉽게 변형되지 않는 다양한 다른 소재로 이루어질 수 있다.In addition, since the glass fiber reinforced plastic can maintain its shape without being deformed or damaged at very low temperatures, a bobbin made of glass fiber reinforced plastic is advantageous in realizing a superconducting magnet by winding a superconducting wire. Of course, the bobbin 120 according to the present invention is not a metal other than glass fiber reinforced plastic and may be made of various other materials that are not easily deformed in a low temperature environment without affecting the magnetic field generated by the superconducting wire 110 .

도 5에 도시된 것과 같이, 보빈 몸체(121)는 직사각형 띠의 양쪽 끝단이 연결된 링 모양 띠 형상으로, 링 모양 띠가 굽힘 변형된 형상으로 이루어진다. As shown in FIG. 5 , the bobbin body 121 has a ring-shaped band shape in which both ends of a rectangular band are connected, and the ring-shaped band is bent and deformed.

보빈 몸체(121)에는 보빈 몸체(121)의 외주에 감기는 선재의 길이가 직사각형 띠의 길이와 동일해지도록 보빈 몸체(121)의 외주에 선재가 밀착되어 감길 수 있도록 형성되는 권선면(122)과, 권선면(122)의 일측 가장자리에 위치하는 링 모양의 링형 내측 단부(123)와, 권선면(122)의 타측 가장자리에 마련되는 링 모양의 링형 외측 단부(124)가 구비된다. The bobbin body 121 has a winding surface 122 formed so that the wire rod wound on the outer periphery of the bobbin body 121 can be wound in close contact with the outer periphery of the bobbin body 121 so that the length of the wire rod is equal to the length of the rectangular band. And, a ring-shaped ring-shaped inner end 123 positioned on one edge of the winding surface 122, and a ring-shaped ring-shaped outer end 124 provided on the other edge of the winding surface 122 are provided.

보빈 몸체(121)는 이에 초전도 선재(110)가 최단거리로 감기는 형상이면서 초전도 선재(110)가 감기는 권선면(122)의 외주 길이가 권선면(122) 전체에 걸쳐 동일한 구조(constant perimeter geometry)의 굽은 링 형상으로 이루어진다.The bobbin body 121 has a shape in which the superconducting wire 110 is wound in the shortest distance, and the outer perimeter length of the winding surface 122 on which the superconducting wire 110 is wound is the same throughout the winding surface 122 (constant perimeter). geometry) in the shape of a curved ring.

즉, 본 실시예에 따른 전자석(100)은 보빈(120)의 보빈 몸체(121)가 이에 초전도 선재(110)가 최단거리로 감기는 형상이면서 초전도 선재(110)가 감기는 권선면(122)의 외주 길이가 권선면(122) 전체에 걸쳐 동일한 구조(constant perimeter geometry)의 굽은 링 형상으로 이루어지고, 초전도 선재(110)가 보빈(120)의 권선면(122) 전체에 걸쳐 동일한 1회 권취 길이로 매우 균일하게 감겨 형성된다. 따라서 수평 자기장을 효율적으로 발생시키고 자기력을 효과적으로 분산시킬 수 있다.That is, in the electromagnet 100 according to this embodiment, the bobbin body 121 of the bobbin 120 has a shape in which the superconducting wire 110 is wound in the shortest distance, and the winding surface 122 on which the superconducting wire 110 is wound. is made of a curved ring shape of the same structure (constant perimeter geometry) over the entire winding surface 122, and the superconducting wire 110 is wound the same over the winding surface 122 of the bobbin 120 It is formed by winding very uniformly in length. Therefore, it is possible to efficiently generate a horizontal magnetic field and effectively disperse the magnetic force.

즉, 반도체 단결정 성장을 위한 자기장 발생 전자석용 보빈(120)은 이에 초전도 선재(110)를 권선면(122) 상에 최단거리로 일정한 간격 및 동일한 권취 방향으로 감을 수 있어, 초전도 선재(110)를 감기 용이하다.That is, the magnetic field generating electromagnet bobbin 120 for semiconductor single crystal growth can wind the superconducting wire 110 on the winding surface 122 at a constant interval and in the same winding direction for the shortest distance. Easy to cold

도 6은 종래의 일실시예에 따른 반도체 단결정 성장을 위한 자기장 발생 전자석용 보빈에 초전도 선재를 감는 방법과 단면도를 도시한것이다. 도 7은 종래의 일실시예에 따른 반도체 단결정 성장을 위한 자기장 발생 전자석을 절단하여 나타낸 측단면도이다.6 is a cross-sectional view showing a method of winding a superconducting wire on a bobbin for a magnetic field generating electromagnet for semiconductor single crystal growth according to an embodiment of the related art. 7 is a side cross-sectional view showing a magnetic field generating electromagnet for semiconductor single crystal growth according to an embodiment of the related art.

도 6을 참조하면, 종래의 경우 보빈(120)은 일반적인 권선 방법인 헤리컬 와인딩을 이용하여 보빈(120)의 권선면(122)에 초전도 선재(110)를 감는 방식이다.Referring to FIG. 6 , in the conventional case, the bobbin 120 is a method of winding the superconducting wire 110 on the winding surface 122 of the bobbin 120 using helical winding, which is a general winding method.

헤리컬(Helical) 와인딩 방식은 권선면(122)에 비스듬한 각도를 갖도록 하면서 초전도 선재를 계속해서 이동시키면서 권선하는 방식이다.The helical winding method is a method of winding while continuously moving the superconducting wire while having an oblique angle to the winding surface 122 .

또한, 보빈(120)의 권선면(122) 상에 레이어(115)를 형성한 후, 직선 띠 모양의 절연 판재(130)를 레이어(115)상에 레이어(115) 전체를 덮도록 손쉽게 감아 레이어(115)를 절연한 후, 그 위에 다시 초전도 선재(110)를 감아 또 다른 레이어(115)를 형성하도록 구성된다.In addition, after forming the layer 115 on the winding surface 122 of the bobbin 120 , the straight band-shaped insulating plate 130 is easily wound on the layer 115 to cover the entire layer 115 . After insulating the 115 , the superconducting wire 110 is wound thereon again to form another layer 115 .

다시말해, 보빈(120) 상에 다단으로 적층되는 복수의 레이어(115) 사이사이에는 절연 판재(130)가 개재된다. 절연 판재(130)는 상하로 이웃하는 레이어들(115)을 절연시킨다. 이러한 절연 판재(130)는 초전도 선재(110)로 이루어지는 레이어(115) 사이사이에 얇게 개재되어 레이어들(115) 사이를 안정적으로 절연시킬 수 있고 극저온 환경에서도 변형되거나 파손되지 않도록 한다. In other words, the insulating plate 130 is interposed between the plurality of layers 115 stacked in multiple stages on the bobbin 120 . The insulating plate 130 insulates the upper and lower adjacent layers 115 . The insulating plate 130 is thinly interposed between the layers 115 made of the superconducting wire 110 to stably insulate the layers 115 from being deformed or damaged even in a cryogenic environment.

그러나, 이러한 헤리컬 와인딩 방식을 이용한 권선방법은 초전도 선재(110)을 감는 경우에 힘의 균형이 무너지거나, 초전도 선재(110)간에 약간의 틈새만 생겨도 급격히 권선이 무너지는 단점을 갖고 있다.However, the winding method using such a helical winding method has a disadvantage in that the balance of power is broken when the superconducting wire 110 is wound, or the winding is rapidly broken even if there is only a slight gap between the superconducting wires 110 .

다시말해, 헤리컬 와인딩 방식의 권선은 권선시 압력이 약간이라도 달라지거나, 권선간 틈새(slip)가 발생하면 한쪽은 올라가고 또 다른 한쪽은 내려가면서 권선이 무너지는 현상이 발생한다. 이를 극복하고자, 절연 판재(130)를 계속해서 복수의 레이어(115) 간에 개재하고 있으나, 번거로울 뿐더러 이러한 방식으로는 실제로 권선 자동화는 쉽지가 않다.In other words, in the case of a helical winding type winding, if the pressure varies slightly during winding or a slip occurs between windings, one side goes up and the other side goes down, causing the winding to collapse. To overcome this, the insulating plate 130 is continuously interposed between the plurality of layers 115 , but it is cumbersome and it is not easy to actually automate the winding in this way.

이에 본 발명의 일실시예에 따라, 초전도 선재를 권선면에 감는 경우에, 권선자동화의 구현이 가능한 보빈 및 보빈 제조방법에 대해 기술하고자 한다.Accordingly, according to an embodiment of the present invention, when winding a superconducting wire on a winding surface, a bobbin capable of realizing winding automation and a method for manufacturing a bobbin will be described.

도 8는 본 발명의 일실시예에 따른 반도체 단결정 성장을 위한 자기장 발생 전자석용 보빈에 초전도 선재를 감는 방법과 단면도를 도시한것이다.8 is a cross-sectional view showing a method of winding a superconducting wire on a bobbin for a magnetic field generating electromagnet for semiconductor single crystal growth according to an embodiment of the present invention.

도시된 바를 참조하면, 본 발명의 경우 권선 자동화를 실질적으로 구현하도록 하기 위해 보빈(120)에 감기는 초전도 선재(110)의 권취방식을 제시하고 있다.Referring to the drawings, in the present invention, a winding method of the superconducting wire 110 wound around the bobbin 120 is presented in order to substantially implement the winding automation.

본 발명의 보빈의 제조시에, 초전도 선재(110)는 보빈의 권선면(122)에 오소사이클링 와인딩 방식과 헤리컬 와인딩 방식의 혼합비율로 권선되도록 구성된다.In manufacturing the bobbin of the present invention, the superconducting wire 110 is configured to be wound on the winding surface 122 of the bobbin at a mixing ratio of the orthocycling winding method and the helical winding method.

바람직하게는, 상기 초전도 선재(110)를 상기 권선면(122)에 감는 경우에, 오소사이클링(Orthocyclic) 와인딩 방식을 90%, 헤리컬(Helical) 와인딩 방식을 10%의 혼합비율로 권선되도록 구성하는 것이 바람직하다.Preferably, when the superconducting wire 110 is wound on the winding surface 122, an orthocyclic winding method is wound at a mixing ratio of 90%, and a helical winding method is wound at a mixing ratio of 10%. It is preferable to do

도시된 바처럼, 오소사이클링(Orthocyclic) 와인딩 방식의 경우는 헤리컬(Helical) 와인딩 방식인 비스듬한 각도를 갖도록 감는 방식이 아닌 수직으로 감는 방식으로서, 오소사이클링(Orthocyclic) 와인딩 방식을 취하게 되면, 헤리컬(Helical) 와인딩 방식을 취할 때 문제가 되었던 권선시에 초전도 선재(110)의 권선이 무너짐을 방지할 수가 있다.As shown, the orthocyclic winding method is a vertical winding method instead of a helical winding method winding to have an oblique angle. When the orthocyclic winding method is taken, the helical winding method is used. It is possible to prevent the winding of the superconducting wire 110 from collapsing during winding, which has become a problem when using the curl winding method.

다시말해, 헤리컬(Helical) 와인딩 방식은 비스듬한 방향으로 권선을 하면서 진행을 하는 방식으로서, 권선하는 중에 초전도 선재(110)사이에 약간의 틈새(slip)이 존재하면 쉽게 무너지는 구조상 취약점을 갖는 반면에 오소사이클링(Orthocyclic) 와인딩 방식의 경우는 비스듬한 각도를 갖지 않기때문에 실제로 권선이 무너지는 경우는 거의 발생하지 않는다.In other words, the helical winding method is a method in which winding is performed while winding in an oblique direction, and has a structural weakness in that it easily collapses if there is a slight slip between the superconducting wires 110 during winding. In the case of the orthocyclic winding method, since it does not have an oblique angle, in fact, the case where the winding is broken rarely occurs.

본 발명의 경우에, 초전도 선재(110)는 보빈의 권선면(122)에 오소사이클링 와인딩 방식과 헤리컬 와인딩 방식의 혼합비율로 권선되도록 구성되는데, 이는 오소사이클링 와인딩 방식만으로 권선을 하게 되면, 권선방향으로 이동이 불가능 하기 때문에, 일정비율로 혼합하면서 권선방향으로 진행이 됨과 동시에 권선이 무너지는 경우를 방지하고 있다.In the case of the present invention, the superconducting wire 110 is configured to be wound on the winding surface 122 of the bobbin at a mixing ratio of the orthocycling winding method and the helical winding method. Since it is impossible to move in the direction, it is mixed in a certain ratio while proceeding in the winding direction and preventing the winding from collapsing.

보다 자세하게는, 초전도 선재(110)를 보빈의 권선면(122)에 권선시에 한바퀴(360도)를 감을때, 권선방향(transition)이 이동될 수 있도록 360도 중에 330도는 오소사이클링 와인딩 방식을 이용하여 직선으로 수직방향으로 감고, 마지막 30도 정도는 비스듬하게 헤리컬 와인딩 방식으로 감게 된다.In more detail, when winding the superconducting wire 110 on the winding surface 122 of the bobbin for one turn (360 degrees), 330 degrees out of 360 degrees is an orthocycling winding method so that the winding direction can be moved. Using a straight line, it is wound in the vertical direction, and the last 30 degrees are wound in a helical winding method obliquely.

또한, 계속해서 다시 360도를 감게 되면, 360도 중에 330도는 오소사이클링 와인딩 방식을 이용하여 직선으로 수직방향으로 감고, 마지막 30도 정도는 비스듬하게 헤리컬 와인딩 방식으로 감게 된다In addition, if 360 degrees are continuously wound again, 330 degrees out of 360 degrees are wound in a straight line in the vertical direction using the orthocycling winding method, and the last 30 degrees are wound in a helical winding method obliquely.

즉, 초전도 선재(110)를 상기 권선면(122)에 감는 경우에, 오소사이클링(Orthocyclic) 와인딩 방식을 90%, 헤리컬(Helical) 와인딩 방식을 10%의 혼합비율로 권선되도록 구성하게 된다.That is, when the superconducting wire 110 is wound on the winding surface 122, the orthocyclic winding method is wound at a mixing ratio of 90% and the helical winding method is wound at a mixing ratio of 10%.

물론 상기 혼합비율은 권선이 무너지지 않는 범위에서 적정하게 변경이 가능함은 당업자의 입장에서 자명할 것이다.Of course, it will be apparent to those skilled in the art that the mixing ratio can be appropriately changed in a range in which the winding does not collapse.

실제로, 상기 초전도 선재(110)를 상기 권선면(122)에 감는 경우에, 오소사이클링(Orthocyclic) 와인딩 방식을 90%, 헤리컬(Helical) 와인딩 방식을 10%의 혼합비율로 권선되도록 구성하게 되면, 권선이 무너지지 않는 효과를 볼수가 있다.In fact, when the superconducting wire 110 is wound on the winding surface 122, the orthocyclic winding method is wound at a mixing ratio of 90%, and the helical winding method is wound at a mixing ratio of 10%. , it is possible to see the effect that the winding does not collapse.

또한, 본 발명의 경우처럼, 오소사이클링(Orthocyclic) 와인딩 방식을 적용하여 초전도 선재(110)를 상기 권선면(122)에 감는 경우 권선이 무너질 우려가 사라지면서 신속하게 권선을 할 수가 있으며, 실제로 안정된 권취방법을 기반으로 권선 자동화가 가능해진다.In addition, as in the case of the present invention, when the superconducting wire 110 is wound around the winding surface 122 by applying an orthocyclic winding method, it is possible to quickly wind the winding while avoiding the possibility of the winding collapsing. Winding automation is possible based on the winding method.

도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 반도체 단결정 성장을 위한 자기장 발생 전자석용 보빈의 권선면에 그루부가 형성된 판재를 부착하는 것을 도시한것이다. 도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 반도체 단결정 성장을 위한 자기장 발생 전자석용 보빈의 권선면에 부착되는 판재에 그루브를 형성하는 방법을 도시한 것이다. 9 is a diagram illustrating attachment of a plate material having a groove formed thereon to a winding surface of a bobbin for an electromagnet for generating a magnetic field for semiconductor single crystal growth according to an embodiment of the present invention. 10 illustrates a method of forming a groove in a plate material attached to a winding surface of a bobbin for a magnetic field generating electromagnet for semiconductor single crystal growth according to an embodiment of the present invention.

도시된 바처럼, 상기 보빈의 권선면(122)에는 그루부(150a)가 형성된 판재(150)를 부착하도록 함으로써, 오소사이클링 방식으로 초전도 선재(110)를 권선면(122)에 최초 권선시, 권선면(122)과 초전도선재(110) 사이에 최초 가이드 라인을 형성하도록 구성된다.As shown, the first winding of the superconducting wire 110 on the winding surface 122 in an orthocycling method by attaching the plate material 150 having the groove 150a to the winding surface 122 of the bobbin, It is configured to form an initial guide line between the winding surface 122 and the superconducting wire 110 .

만약, 권선면(122)에 초전도선재(110)를 오소사이클링 방식으로 권선면(122)에 감는 경우에 초전도 선재(110)를 비스듬하게 하지 않고 수직방향으로 정확하게 권선하는 것이 실제로 쉽지가 않다.If, in the case of winding the superconducting wire 110 on the winding surface 122 on the winding surface 122 in an orthocycling manner, it is not actually easy to accurately wind the superconducting wire 110 in the vertical direction without obliquely.

이러한 문제점을 해결하기 위해선, 권선면(122)에 그루부를 형성해야 하는데, 실제로 권선면(122)에 그루브를 정밀하게 작업해서 형성한다는 것은 가공비도 비쌀 뿐 아니라 쉬운 작업이 아니다.In order to solve this problem, it is necessary to form a groove on the winding surface 122. In fact, forming the groove by precisely working the winding surface 122 is not only expensive, but also not an easy operation.

상기 그루부가 형성된 판재(150)는 그루부(150a)를 갖는 롤러를 이용한 롤링작업을 통해 판재(150)에 그루브(150a)를 형성하도록 구성될 수 있다.The plate material 150 having the groove portion may be configured to form the groove 150a in the plate material 150 through a rolling operation using a roller having the groove portion 150a.

구리나 알미늄이나 긴판재에 롤러를 이용하여, 판재에 그루부처리를 하게 된다. 물론 롤러의 형상에 그루브처리를 하여 판재에 롤링작업으로 그루브를 형성할 수도 있고, 알미늄이나 구리 또는 금속(2t)으로 된 긴판재에 그루부를 형성한 이후에, 롤러를 이용하여 압착하면서 하부에 놓인 민무늬 판재에 그루브를 형성할 수도 있다. By using a roller on copper, aluminum, or long plate, groove treatment is performed on the plate. Of course, it is also possible to form a groove in the plate material by a rolling operation by processing the groove on the shape of the roller, and after forming the groove in the long plate material made of aluminum, copper, or metal (2t), it is placed on the lower side while pressing using a roller It is also possible to form grooves in the smooth board.

알미늄이나 구리는 순도가 높을수록 무르며, 순도가 높으면 전기가 잘통하고, 열도 잘통한다.The higher the purity, the softer the aluminum or copper, and the higher the purity, the better the electricity and heat.

본 발명의 그루부(150a)가 형성된 판재(150)는 순도가 높은 알미늄이나 구리 등으로 제작하면서 그루부(150a)를 통하여 열이 방출되는 통로 역할을 겸하게 된다.The plate material 150 on which the groove 150a of the present invention is formed serves as a passage through which heat is emitted through the groove 150a while being made of high-purity aluminum or copper.

상기 그루부(150a)의 형상은 초전도 선재(110)의 형상과 동일한 형상으로 초전도 선재(110)가 그루부(150a)내에 위치되어 고정될 수 있는 형상으로 구성될 수 있다.The shape of the groove 150a may be the same as that of the superconducting wire 110, and the superconducting wire 110 may be positioned and fixed in the groove 150a.

이에, 도 9에 도시된 바처럼, 본 발명은 그루부(150a)를 갖는 판재(150)를 보빈(120)의 권선면(122)에 부착하거나 압착하여 구성한 것이다.Accordingly, as shown in FIG. 9 , the present invention is configured by attaching or pressing the plate material 150 having the groove portion 150a to the winding surface 122 of the bobbin 120 .

도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 반도체 단결정 성장을 위한 자기장 발생 전자석용 보빈의 권선면의 양측부에 계단형상을 구성한 것을 도시한 것이다.11 is a view showing the configuration of the step shape on both sides of the winding surface of the magnetic field generating electromagnet bobbin for semiconductor single crystal growth according to an embodiment of the present invention.

도시된 바와 같이, 보빈(120)의 한쌍의 플랜지부(125, 126)와 권선면(122) 양측부 사이의 각도는 실제로는 각각 둔각으로 형성이 된다. As shown, the angle between the pair of flange portions 125 and 126 of the bobbin 120 and both sides of the winding surface 122 is actually formed as an obtuse angle.

만약에 이러한 구조에서 초전도 선재(110)를 권선면에 권선하는 경우에, 권선면 양측부에서는 초전도 선재(110)의 권선이 무너질 수가 있다.If the superconducting wire 110 is wound on the winding surface in this structure, the winding of the superconducting wire 110 may collapse at both sides of the winding surface.

이를 방지하고자, 본 발명에서는 권선시에 권선면(122) 양측부에서 초전도 선재(110)의 권선이 무너짐을 방지하도록, 플랜지부(125, 126)와 접하는 권선면 양측부에 계단형상(127)을 별도로 구성하고 있다.To prevent this, in the present invention, in order to prevent the winding of the superconducting wire 110 from collapsing on both sides of the winding surface 122 during winding, a step shape 127 is formed on both sides of the winding surface in contact with the flange portions 125 and 126. is configured separately.

도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 반도체 단결정 성장을 위한 자기장 발생 전자석을 절단하여 나타낸 측단면도이다.12 is a side cross-sectional view showing a magnetic field generating electromagnet for semiconductor single crystal growth according to an embodiment of the present invention.

도시된 바를 참조하면, 상기 보빈(120)의 권선면(122) 상에 초전도 선재(110)가 다단으로 감겨 권선면(122) 상에 차례로 적층시에 하층 레이어에 적층되는 상층 레이어의 초전도 선재(110)는 하층레이어의 초전도 선재(110) 사이에 형성되는 홈에 위치하도록 권선된다.Referring to the figure, the superconducting wire 110 is wound in multiple stages on the winding surface 122 of the bobbin 120, and the superconducting wire of the upper layer is stacked on the lower layer when sequentially stacked on the winding surface 122 ( The 110 is wound to be positioned in a groove formed between the superconducting wire 110 of the lower layer.

본 발명의 경우, 오소사이클링 와인딩 방식과 헤리컬 와인딩 방식을 혼합비율로 권선하게 되는데, 권선이동(transition)이 되는 약 10%의 초전도 선재(110)를 제외하고는 권선되는 상층 레이어의 초전도 선재(110)는 하층레이어의 초전도 선재(110) 사이에 형성되는 홈에 위치하도록 권선된다.In the case of the present invention, the orthocycling winding method and the helical winding method are wound at a mixed ratio, except for about 10% of the superconducting wire 110 that is a winding transition, the superconducting wire of the upper layer wound ( The 110 is wound to be positioned in a groove formed between the superconducting wire 110 of the lower layer.

다시 말해, 복수의 레이어간 서로 맞물리도록 적층되면서, 안정적인 구조를 이루면서 적층되는 레이어간에 틈새(slip)이 생기면서 권선이 무너지는 문제점을 방지할 수 있으며 종래에 복수의 레이어 간에 필요했던 절연판재가 없어도 권선이 가능하게 되므로 권선자동화가 수월해지게 된다.In other words, as a plurality of layers are stacked to engage with each other, a stable structure is formed and a slip is generated between the stacked layers to prevent the winding from collapsing, and the windings do not have an insulating plate material required between the plurality of layers in the prior art. This makes winding automation easier.

또한, 그루부(150a)가 생성된 판재(150)는 권선면(122)에 부착되면서 초전도선재(110)가 최초 권선되는 경우에 가이드 역할을 하면서, 초전도 선재(110)가 그루부(150a)에 위치하면서 고정되도록 구성되고 있다.In addition, the plate material 150 having the groove 150a is attached to the winding surface 122 and serves as a guide when the superconducting wire 110 is first wound, and the superconducting wire 110 is attached to the groove 150a. It is configured to be fixed while being positioned on the .

또한, 초전도 선재(110)의 권선시에 권선면(122) 양측부에서 초전도 선재(110)의 권선이 무너짐을 방지하도록, 플랜지부(125, 126)와 접하는 권선면 양측부에 계단형상(127)을 별도로 구성하고 있다.In addition, in order to prevent the winding of the superconducting wire 110 from collapsing on both sides of the winding surface 122 during winding of the superconducting wire 110 , a step shape 127 is formed on both sides of the winding surface in contact with the flange portions 125 and 126 . ) is configured separately.

즉, 권선면(122)의 양측부에는 적층되는 상기 각각의 레이어가 권선면(122)와 플렌지부(125, 126)간에 형성된 둔각으로 인해 권선이 상승하면서 무너져내리는 것을 방지하고자 각각의 레이어에 적용되도록 계단형상으로 구성하고 있는 것이다.That is, the respective layers stacked on both sides of the winding surface 122 are applied to each layer to prevent the winding surface from collapsing while rising due to the obtuse angle formed between the winding surface 122 and the flange portions 125 and 126. It is constructed in the shape of a staircase as much as possible.

도 13은 본 발명의 일실시예에 따른 반도체 단결정 성장을 위한 자기장 발생 전자석용 보빈의 제조방법의 절차를 나타낸 도면이다.13 is a view showing a procedure of a method of manufacturing a bobbin for a magnetic field generating electromagnet for semiconductor single crystal growth according to an embodiment of the present invention.

도시되 바는, 반도체 단결정 성장을 위한 자기장 발생 전자석용 보빈의 제조방법을 기술한 것이다.As illustrated, a method for manufacturing a bobbin for a magnetic field generating electromagnet for semiconductor single crystal growth is described.

먼저, (a)단계로서, 보빈 몸체(121)의 양쪽 끝단에 돌출되도록 구비되는 한 쌍의 플랜지부(125, 126)와 접하는 보빈의 권선면(122) 양측부에 계단형상(127)을 구성하는 단계가 구성된다.First, as step (a), a step shape 127 is formed on both sides of the winding surface 122 of the bobbin in contact with a pair of flange portions 125 and 126 provided to protrude from both ends of the bobbin body 121 . steps are made.

또한, (b)단계로서, 판재(150)에 그루부(150a)를 형성하여 제작하는 단계가 구성된다.In addition, as the step (b), the manufacturing step by forming the groove portion (150a) in the plate material (150) is configured.

또한, (c)단계로서 상기 (b)단계에서 제작된 그루부(150a)가 형성된 판재(150)를 보빈(120)의 권선면(122)에 부착하는 단계가 구성된다.In addition, as step (c), the step of attaching the plate material 150 on which the groove portion 150a manufactured in step (b) is formed to the winding surface 122 of the bobbin 120 is configured.

또한, 마지막으로 (d)단계로서, (c)단계에서 그루부가 형성된 판재(150)가 부착된 보빈의 권선면(122)에 초전도 선재(110)를 권선하는 단계;를 포함하여 구성된다.In addition, as the last step (d), winding the superconducting wire 110 on the winding surface 122 of the bobbin to which the plate material 150 having the groove formed in step (c) is attached; is configured to include.

이상 본 발명에 대하여 바람직한 예를 들어 설명하였으나 본 발명의 범위가 앞에서 설명한 실시예로 한정되는것은 아니다.Although preferred examples of the present invention have been described above, the scope of the present invention is not limited to the above-described embodiments.

예를 들어, 본 발명에 의한 전자석은 도시된 것과 같이 단결정 성장장치에 적용되어 원통 용기(60) 내에서 수평자기장을 형성하는 초전도 자석으로 사용될 수도 있고, 그 밖에 자기장이 필요한 다양한 기술 분야에 적용될 수 있다.For example, the electromagnet according to the present invention may be applied to a single crystal growth apparatus as shown and used as a superconducting magnet to form a horizontal magnetic field in the cylindrical container 60, and may be applied to various other technical fields requiring a magnetic field. have.

50 : 저온 용기 60 : 원통 용기
70 : 가상의 원기둥 100 : 자기장 발생 전자석
110 : 전도성 선재 120 : 보빈
121: 보빈 몸체 122 : 권선면
123 : 링형 내측 단부 124 : 링형 외측 단부
125, 126 : 플랜지부 130 : 절연 판재
127: 계단형상
150: 판재 150a: 그루부50: low temperature container 60: cylindrical container
70: virtual cylinder 100: magnetic field generating electromagnet
110: conductive wire 120: bobbin
121: bobbin body 122: winding surface
123: ring-shaped inner end 124: ring-shaped outer end
125, 126: flange portion 130: insulating plate material
127: step shape
150: plate material 150a: groove

Claims (7)

반도체 단결정 성장을 위한 자기장 발생 전자석용 보빈의 제조방법에 있어서,
(a) 보빈 몸체의 양쪽 끝단에 돌출되도록 구비되는 한 쌍의 플랜지부와 접하는 보빈의 권선면 양측부에 계단형상을 구성하는 단계;
(b) 판재에 그루부를 형성하여 제작하는 단계;
(c) (b)단계에서 제작된 그루부가 형성된 판재를 보빈의 권선면에 부착하는 단계; 및
(d) (c)단계에서 그루부가 형성된 판재가 부착된 보빈의 권선면에 초전도 선재를 권선하는 단계;를 포함하여 구성한 것을 특징으로 하는 반도체 단결정 성장을 위한 자기장 발생 전자석용 보빈 제작방법.A method for manufacturing a bobbin for a magnetic field generating electromagnet for semiconductor single crystal growth, the method comprising:
(a) configuring a step shape on both sides of the winding surface of the bobbin in contact with a pair of flanges provided to protrude from both ends of the bobbin body;
(b) manufacturing by forming a groove in the plate material;
(c) attaching the grooved plate manufactured in step (b) to the winding surface of the bobbin; and
(d) winding the superconducting wire on the winding surface of the bobbin to which the plate material having the groove formed in step (c) is attached; 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete
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