KR20140142123A - 다층박막의 제조방법, 다층박막이 형성된 부재, 및 이를 포함하는 전자제품. - Google Patents

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Abstract

본 발명은 플라스틱 표면에 금속감을 구현하기 위해 플라스틱 표면에 다층박막을 증착하는 다층박막 제조 방법에 관한 발명이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 다층박막 제조방법은, 플라즈마 처리를 하여 플라스틱 대상체의 표면을 개질하는 공정, 상기 플라스틱 대상체 위에 적어도 하나의 경도강화층을 증착하는 공정, 및 상기 경도강화층 위에 색상층을 증착하는 공정을 포함한다.
또한, 색상층 위에 보호층을 증착하는 공정을 더 포함할 수 있다.
　

Description

다층박막의 제조방법, 다층박막이 형성된 부재, 및 이를 포함하는 전자제품. {method of manufacturing the multi layer thin film, the member including the same, and the electronic product including the same }
비활성가스의 플라즈마(Plasma) 방전에 의해 타겟 으로부터 떨어져 나온 타겟 입자를 플라스틱 대상체상에 증착 시키는 기술에 관한 것이다.
플라스틱 재료는 금속에 비해 가볍고 형상 자유도가 높아 복잡한 형상도 낮은 가격에 제조가 가능하여 최근에는 플라스틱 모재를 가지고 금속감 외관을 구현하려는 노력들이 많이 이루어지고 있다.
플라스틱 사출물에 금속감을 구현하기 위한 방법은 도금, 스퍼터링(Sputtering) 공법 등이 있다.
도금은 현재 가장 널리 쓰이는 방법이다. 플라스틱 부품 위에 도금하는 과정은 다음과 같다. 탈지를 하여 성형가루, 이형제 등을 제거하고, 도금 밀착력을 향상시키기 위한 촉매인 염화 파라듐을 흡착시키고, 이 촉매층 위에 화학 니켈을 석출시켜서 이후 전기 도금이 가능한 전도성 피막을 형성시킨다. 이후 황산구리(CuSO4), 니켈(Ni), 크롬(Cr) 순서로 전기 도금이 이루어 진다. 원하는 색상에 따라 크롬(Cr) 대신 금(Au), 흑진주, 로듐(Rh) 등으로 변경 가능하다. 최종 외관 도막이 올라간 후에 탈수 및 건조하여 최종 금속감 플라스틱 부품으로 완성된다.
스퍼터링은 PVD(Physical Vapor Deposition)의 일종으로, 경도를 확보하고 박막을 보호하기 위해 증착 전후에 도장층을 올린다. 즉, 순서대로 바닥에 경도를 증가시키기 위한 도장층이 올라가고, 그 위에 접착성이 좋은 박막을 증착한 후, 그 위헤 금속감을 내는 박막층을 증착시킨다. 마지막으로 보호를 위한 코팅층을 형성시킬 수 있다.
플라스틱 재료의 표면 경도를 강화하고 미려한 금속감을 구현하기 위해 표면에 경도강화층 및 색상층을 증착시키는 다층박막 제조방법을 제공하고자 한다.
또한 경도강화층, 색상층, 및 보호층을 포함하는 다층박막을 포함하는 플라스틱 부재를 제공하고자 한다.
또한 표면 전체 또는 일부분에 경도강화층, 색상층, 및 보호층을 포함하는 다층박막이 형성된 플라스틱 성분을 포함하는 하우징에 의해 외관이 형성된 전자제품을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 다층박막 제조 장치를 이용한 다층박막 제조방법은 플라즈마 처리를 하여 플라스틱 대상체의 표면을 개질하는 공정과, 플라스틱 대상체에 적어도 하나의 경도강화층을 증착하는 공정과, 경도강화층에 색상층을 증착하는 공정을 포함한다.
또한, 플라스틱 대상체에 경도강화층을 증착하는 공정에서, 경도강화층은 플라스틱 대상체에 증착된 크롬(Cr)을 포함하는 제 1 경도강화층과 제 1 경도강화층에 증착된 질화티타늄(TiN), 질화크롬(CrN), 및 질화알루미늄(AlN)을 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 제 2 경도강화층을 포함할 수 있다.
또한, 경도강화층을 증착하는 공정은, 펄스드 디씨 전원(Pulsed DC power source) 또는 RF 전원(Radio Frequency power source) 중 하나를 사용할 수 있다.
또한, 경도강화층에 색상층을 증착하는 공정에서, 색상층은 크롬(Cr), 티타늄(Ti), 구리(Cu), 금(Au) 및 질화티타늄(TiN)을 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.
또한, 색상층을 증착하는 공정은, 펄스드 디씨 전원(Pulsed DC power source) 또는 RF 전원(Radio Frequency power source) 중 적어도 하나를 사용할 수 있다.
또한, 경도강화층에 색상층을 증착하는 공정 이후에, PTFE(Polythtrafluoroethylene) 및 산화규소(SiO2)을 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 보호층을 형성하는 공정을 더 포함할 수 있다.
또한, 보호층을 증착하는 공정은, RF 전원(Radio Frequency power source)을 사용할 수 있다.
또한, 플라즈마 처리를 하여 플라스틱 대상체의 표면을 개질하는 공정은, RF 전원(Radio Frequency power source)을 사용하여 플라스틱 대상체의 표면을 개질하는 것을 포함할 수 있다.
다음으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 플라스틱 부재는, 플라스틱 대상체와, 플라스틱 대상체의 경도를 강화하도록 플라스틱 대상체상에 증착된 적어도 하나의 경도강화층과, 금속 외관을 구현하도록 경도강화층에 증착된 색상층을 포함한다.
또한, 경도강화층은, 플라스틱 대상체에 증착된 크롬(Cr)을 포함하는 제 1 경도강화층과 제 1 경도강화층에 증착된 질화티타늄(TiN), 질화크롬(CrN) 및 질화알루미늄(AlN)을 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 제 2 경도강화층을 포함할 수 있다.
또한, 색상층은 크롬(Cr), 티타늄(Ti), 구리(Cu), 금(Au), 질화티타늄(TiN) 성분 중 적어도 하나의 성분을 포함할 수 있다.
또한, 색상층에 PTFE(Polythtrafluoroethylene) 또는 산화규소(SiO2) 성분 중 적어도 하나의 성분을 포함하는 보호층을 더 포함할 수 있다.
다음으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 전자제품은, 플라스틱 성분을 포함하는 하우징과, 하우징의 표면 전부 또는 일부에 결합된 다층박막을 포함하고, 다층박막은 하우징의 표면 전체 또는 일부분에 결합된 도장층과, 도장층에 결합된 적어도 하나의 경도강화층과, 경도강화층에 결합된 색상층을 포함한다.
또한, 하우징은 하우징의 액세서리를 포함할 수 있다.
또한, 플라스틱 성분은 PC(PolyCarbonate), ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene copolymer), PMMA(Poly Methyl Methacrylate), MABS(Methylmathacrylate/Acrylonitrile/Butadiene/Styrene), PC/ABS(PolyCarbonate/Acrylonitrile Butadiene Styrene copolymer), 알루미늄(Al), 아연(Zn), 마그네슘(Mg), SUS(Steel Use Stainless), STS(Stainless Steel) 및 스틸(Steel)을 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.
또한, 경도강화층은, 플라스틱 대상체에 증착된 크롬(Cr)을 포함하는 제 1 경도강화층 및 제 1 경도강화층에 증착된 질화티타늄(TiN), 질화크롬(CrN) 및 질화알루미늄(AlN)을 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 제 2 경도강화층을 포함할 수 있다.
또한, 색상층은 크롬(Cr), 티타늄(Ti), 구리(Cu), 금(Au) 및 질화티타늄(TiN)을 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.
또한, 다층박막은, 색상층에 형성된 PTFE(Polythtrafluoroethylene) 및 산화규소(SiO2)를 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 보호층을 더 포함할 수 있다.
플라즈마 처리된 플라스틱 대상체에 질화크롬(CrN), 질화티타늄(TiN), 질화알루미늄(AlN), 크롬(Cr) 성분 중 적어도 하나의 성분을 포함하는 경도강화층을 증착하여 플라스틱 대상체의 경도를 강화할 수 있다.
또한, 플라스틱 재료에 크롬(Cr), 티타늄(Ti), 구리(Cu), 금(Au), 질화티타늄(TiN) 성분 중 적어도 하나의 성분을 포함하는 색상층을 증착하여 미려한 금속감을 구현할 수 있다.
스퍼터링 증착 기술은 건식 증착 기술로써, 건식 증착 기술에 의해 다층박막 구조를 형성하므로 친환경적인 특성을 갖는다. 　
도 1은 본 발명에 따라 다층박막을 제조하기 위한 스퍼터링 증착장치의 구성도이다.
도 2a, 2b, 2c는 도 1의 구성으로 이루어진 스퍼터링 증착장치를 이용하여 본 발명에 따른 다층박막 제조방법이 수행되는 과정을 도시한 도면이다.
도 3은 도 1의 구성 외에 보호층을 더 형성하기 위한 구성을 포함하는 스퍼터링 증착장치를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 플라스틱 대상체에 경도강화층 및 색상층이 증착된 다층박막을 포함하는 플라스틱 부재를 도시한 도면이다.
도 5는 도 4에 도시된 다층박막에 보호층이 더 증착된 다층박막을 포함하는 플라스틱 부재를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 전자제품의 예로 도 5에 도시된 다층박막이 표면에 증착된 하우징을 포함하는 티브이(TV)를 도시한 도면이다.
도 7의 (a)는 본 발명의 일 실시예에 따른 전자제품의 예로 도 5에 도시된 다층박막이 표면에 증착된 하우징을 포함하는 통신기기를 도시한 사시도이며, 도 7의 (b)는 그 배면도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 전자제품의 예로 도 5에 도시된 다층박막이 표면에 증착된 하우징에 의해 외관이 형성된 세탁기를 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 전자제품의 예로 도 5에 도시된 다층박막이 표면에 증착된 하우징에 의해 외관이 형성된 냉장고를 도시한 도면이다.
이하　첨부된 도면을 참조하여 다층박막 증착 장치를 이용한 플라스틱 대상체상의 다층박막 제조방법에 대해 상세하게 설명도록 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 다층박막 제조방법은 플라스틱 대상체에 플라즈마 처리를 하여 표면을 개질하는 공정과, 플라스틱 대상체상에 적어도 하나의 경도강화층을 증착하는 공정과, 경도강화층에 스퍼터링 공법으로 색상층을 증착하는 공정을 포함한다. 이하, 플라스틱 대상체는 플라스틱 기판 및 가공이 완료된 제품을 포함하는 개념으로 정의한다. 　
플라스틱 대상체에 적어도 하나의 경도강화층을 증착하는 공정은, 도장층에 크롬(Cr)을 포함하는 제 1 경도강화층을 증착하는 공정 및 제 1 경도강화층에 질화티타늄(TiN), 질화크롬(CrN) 및 질화알루미늄(AlN)을 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 제 2 경도강화층을 증착하는 공정을 포함할 수 있다.
경도강화층에 색상층을 증착하는 공정에 있어서, 색상층은 크롬(Cr), 티타늄(Ti), 구리(Cu), 금(Au) 및 질화티타늄(TiN)을 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.
색상층에 PTFE 또는 산화규소(SiO2) 성분 중 적어도 하나를 포함하는 보호층을 증착하는 공정을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 다층박막 제조 방법의 플라즈마 처리 및 다층박막을 형성하는 공정은 스퍼터링 공법을 적용하여 수행될 수 있다.
스퍼터링은 대표적인 물리적 기상 증착(Physical Vapor Deposition) 방법으로서, 진공 챔버 중에서 비활성 기체를 이온화 가속하여 고체 시료에 충돌시키고, 충돌 시 발생하는 에너지로 고체 시료로부터 원자가 튀어나오도록 하는 방법이다. 스퍼터링 공법은 반도체 및 디스플레이 소자 등을 제조하는데 필요한 박막의 금속층을 형성하거나 금속 산화물층을 증착하는데 이용된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 진공 챔버 내에서 이온화 되는 비활성 기체는 아르곤(Ar) 기체를 사용하는 것을 포함하며, 다른 비활성 기체와 혼합되어 사용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 다층박막을 제조하기 위한 스퍼터링 증착장치(200)의 예시도 이다. 본 발명에 따른 다층박막 제조방법을 수행하기 위해 도 1에 도시한 바와 같은 스퍼터링 증착장치(200)가 이용될 수 있다.
도 1을 참조하면 본 발명에 따른 제조 공정이 수행되는 스퍼터링 증착장치(200)는 복수의 진공 챔버(210, 310, 410)를 포함하며, 진공 펌프(214, 314, 414)와 가스 공급 시스템(220, 320, 420)과, 레일(201)과, 건(gun)(230, 330, 430)과, 타겟 시료(234, 334, 434)를 포함한다. 또한 복수개의 마그네트론(240, 340, 440)을 포함할 수 있다.
진공 펌프(214, 314, 414)는 진공 챔버(210, 310, 410)의 일 측면에 마련되며, 진공 챔버(210, 310, 410)의 진공 상태를 유지시킨다.
가스 공급 시스템(220, 320, 420)은 진공 챔버(210, 310, 410)의 측벽에 마련될 수 있고, 진공 챔버(210, 310, 410) 내에 가스를 공급한다.
가스 공급 시스템(220, 320, 420)은 이온화 시킬 아르곤(Ar) 가스가 저장되는 방전 가스 챔버(222, 322a, 422)와, 플라즈마 화학증착을 위해 처리가스로 마련된 질소(N2) 가스가 저장되는 처리 가스 챔버(322b)와, 진공 챔버와(210, 310, 410) 가스 챔버(222, 322a, 322b, 422)를 연결하는 질량유량계(224, 324, 424)와, 가스 챔버(222, 322a, 322b, 422)로부터 진공 챔버(210, 310, 410)에 유입되는 가스를 조절하는 조절 벨브(226. 326, 426)를 포함할 수 있다.
레일(201)은 진공 챔버(210, 310, 410)의 상면에 마련되며, 레일(201)에는 증착 시키고자 하는 대상이 장착된다. 증착시키고자 하는 대상은 평면 플라스틱 대상체(100)일 수 있으며, 표면의 일부에 곡면을 포함하거나 돌출부를 포함하는 플라스틱 소재를 포함하는 부품일 수 있다. 도 2의 스퍼터링 증착 장치는 설명의 편의상 플라스틱 대상체(100)를 증착시키는 장치에 대해 도시하였다.
타겟 시료(334, 434)는 진공 챔버(310, 410) 내부에 마련되고, 증착시키고자 하는 대상의 맞은편에 위치한다. 증착시키고자 하는 대상은 평면 또는 곡면의 형태일 수 있으며, 증착시키고자 하는 대상의 형태에 따라 복수개의 타겟 시료(334, 434)를 사용할 수 있다. 　
건(gun)(330, 430)은 진공 챔버(310, 410)의 내부에 마련된다. 제 2, 3전원 공급부(335, 435)를 통해 음극에 연결되어 있는바, 제 2, 3전원 공급부(335, 435)가 건(330, 430)에 전원을 공급하면 음의 전기장이 발생하고, 방전이 시작되어 아르곤(Ar) 가스와 전원공급부(335, 435)에서 공급되는 전원이 충돌하여 아르곤 이온(Ar+)을 생성하면서 플라즈마(plasma)가 발생한다.
마그네트론(340, 440)은 진공 챔버(310, 410)의 내부에 마련되고, 타겟시료(334, 434)의 하부에 복수개가 설치된다.
마그네트론(340, 440)에 의해 자기장(345, 445)이 형성되는데, 아르곤(Ar)에서 분리된 전자들은 기존의 전기장에 마그네트론(340, 440)에 의해 형성된 자기장의 힘을 동시에 받아 나선운동을 하게된다.
나선운동을 하는 전자들은 자기장에 포획되어 있어 빠져 나가기가 어려워 지고 플라즈마 내에 전자 밀도가 높아지게 된다.
이로 인해 진공 챔버(310, 410) 내에 이온화된 아르곤(Ar)이 증가하게 되고 타겟시료(334, 434)에 충돌하는 아르곤(Ar)의 수도 증가하게 되어 박막 증착의 효율성이 향상된다. 　
도 2a, 2b, 2c는 도 1의 구성으로 이루어진 스퍼터링 증착장치(200)를 이용하여 본 발명에 따른 다층박막 제조방법이 수행되는 과정을 도시한 도면이다.
일 실시예에 따른 다층박막 제조방법은, 플라즈마 처리를 하여 플라스틱 대상체(100)의 표면을 개질하는 공정과, 플라스틱 대상체(100)에 경도강화층(110)을 증착하는 공정과, 경도강화층(110)에 색상층(120)을 증착하는 공정을 포함한다.
플라스틱 대상체(100)에 경도강화층(110)을 증착하는 공정에서, 경도강화층(110)은 크롬(Cr) 성분을 포함하는 제 1 경도강화층과 질화크롬(CrN), 질화티타늄(TiN) 및 질화알루미늄(AlN)을 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 제 2 경도강화층을 포함할 수 있으며, 경도강화층(110)에 색상층(120)을 증착하는 공정에서, 색상층(120)은 크롬(Cr), 티타늄(Ti), 구리(Cu), 금(Au) 및 질화티타늄(TiN)을 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있음은 전술한 바와 같다.
이하, 설명의 편의상 질화티타늄(TiN)을 포함하는 경도강화층(110)을 증착하는 공정 및 크롬(Cr)을 포함하는 색상층(120)을 증착하는 공정을 포함하는 다층박막 제조방법에 대해 설명한다.
공정 중 타겟 시료(334, 434)의 온도는 상온 이상 200 ℃ 이하로 유지하고, 레일(201)을 따라 이동하는 증착하고자 하는 대상의 온도는 60 ℃ 이상 70 ℃ 이하로 유지하도록 한다.
도 2a, 2b, 2c를 참조하여 다층박막의 제조 방법을 설명하면 다음과 같다.
도 2a를 참조하면, 가공된 플라스틱 대상체(100)를 스퍼터링 증착장치(200)의 제 1 진공 챔버(210)로 이송시켜 적정 조건의 플라즈마 조사를 통해 플라스틱 대상체(100)의 표면을 개질하는 공정을 거친다.
이때, 제 1 전원공급부(235)를 통해 건에 전원을 공급하여 음의 전기장을 생성시키면 제 1 진공 챔버(210) 내에 방전이 시작되어 플라즈마가 발생하게 된다.
보다 상세하게 설명하면, 제 1 진공 챔버(210)에 주입된 아르곤(Ar) 가스는 1차 및 3차 전자와의 충돌로 이온화 되어 이하의 반응식 1과 같이 양이온과 전자로 분리되어 플라즈마가 발생한다.
반응식 1
Ar → Ar+ + - 　
방전가스는 아르곤(Ar) 가스를 사용하여 개질하는 것을 포함하며, 다른 비활성 가스를 혼합하여 사용할 수 있다. 이하 설명의 편의상 방전 가스로 아르곤(Ar) 기체를 사용하는 것을 전제로 설명하도록 한다.
전원공급장치로는DC전원, 펄스직류전원(Pulsed DC power source), RF 전원 (Radio Frequency power source)이 이용될 수 있는데, 이 중 제 1 전원공급부(235)는 플라즈마 처리시 플라스틱 대상체(100)의 손상을 방지하면서 플라즈마 가열을 통한 개질 효과를 극대화 할 수 있는 RF 전원을 사용하는 것이 바람직하다.
보다 상세하게 설명하면, RF 전원은13.56MHz의 주파수로 타겟에 인가되는 전원을 음에서 양으로, 양에서 음으로 계속 바꾸어주게 되는데, 이 경우 타겟이 음극일 때에는 플라즈마 상태의 아르곤 이온(Ar+)이 플라스틱 대상체(100) 쪽으로 가속되지만, 스퍼터링 이후 표면에 붙어 있으려고 할 때 전원이 양극으로 바뀌어 표면에서 이탈하게 된다. 이와같은 원리로 플라즈마 상태를 계속 유지시킬 수 있으며 따라서 부도체인 플라스틱 대상체(100)의 개질시에는 RF 전원을 사용하는 것이 바람직하다.
플라스틱 대상체(100)의 개질이 완료되면 스퍼터링 방식을 통해 다층박막을 플라스틱 대상체(100)의 표면에 증착하는 공정을 거치게 된다.
보다 상세하게 설명하면, 표면이 개질된 플라스틱 대상체(100)에 경도강화층(110)을 증착 시키기 위해 도 2b에 도시한 바와 같이, 플라즈마 처리된 플라스틱 대상체(100)를 제 2 진공챔버(310)의에 장착시키고, 하부에 타겟 시료(334)로 티타늄(Ti)을 위치시킨 후 진공펌프(314)에 의해 제 2 진공 챔버(310)를 진공상태로 유지시키면서 질량유량계(326)를 조절하여 제 2 진공 챔버(310) 내에 아르곤(Ar) 가스 및 질소(N2) 가스를 유입시킨다.
이후, 제 2 전원공급부(335)를 통해 건(330)에 전원을 공급하면 방전이 시작되어 위에서 설명한 반응식 1 및 이하 반응식 2와 같은 반응이 일어나 아르곤(Ar) 기체와 질소(N2) 기체가 동시에 이온화된 플라즈마가 형성된다.
반응식 2
N2　→ 2N+
이 때 모든 질소(N2) 분자가 이온화 되는 것은 아니고, 일부는 분자 상태로 존재하고 일부는 이온화된 상태로 존재한다.
이온화된 아르곤 이온(Ar+) 및 질소 이온(N+)은 전기장의 힘을 받아 음극으로 작용하는 티타늄(Ti) 타겟 시료(334) 쪽으로 가속되어 끌려가게 되고 가속된 아르곤 이온(Ar+)이 티타늄(Ti) 타겟 시료(334)에 충돌하여 타겟 시료(334)의 표면에 에너지를 전달하고 그 에너지로 인해 타겟 시료(334)의 티타늄 원자(Ti)가 튀어나온다.
고에너지를 가지는 티타늄(Ti) 원자는 제 2 진공 챔버(310) 내부에 주입된 질소 가스와 이하의 반응식 3과 같이 반응하여 질화티타늄(TiN) 성분의 경도강화층(110)을 생성한다.
반응식3
2Ti 　+ N2　→ 2TiN
한편 티타늄(Ti) 타겟 시료(334) 쪽으로 가속되어 끌려간 일부 이온화된 질소 이온(N+)은 반응식 4에서 나타난 바와 같이 티타늄(Ti) 타겟시료의 표면에 충돌하면서 전자를 받아 중성화되고(반응식 4(1)) 일부는 티타늄(Ti) 과 반응(반응식 4(2))하여 질화티타늄(TiN)을 형성하기도 한다.
반응식 4
N+ + - → N 　　　(1)
N + Ti → TiN 　　　　　　　(2)
이 때, 반응에 의해 생성된 질화티타늄(TiN)의 일부는 타겟 시료(334)의 표면에 그대로 남아 있어, 타겟의 색깔을 변화시키는 원인이 되기도 한다.
제 2전원공급부(335)로는 DC전원, 펄스직류전원(Pulsed DC power source), RF 전원 (Radio Frequency power source)이 이용될 수 있는데, 이 중 DC 전원은 증착되는 층의 밀도가 높지 않으며, RF 전원은 질화티타늄(TiN)이 증착되는 속도가 느려 증착율이 떨어지므로 펄스직류전원을 사용하는 것이 바람직하다.
펄스직류전원의 전압은 0 V보다 크고 600 V 이하인 것이 바람직하며, 경도강화층(110)은 1-500 나노미터의 두께로 형성되도록 전력 및 증착 시간을 조절하는 것을 포함할 수 있다.
펄스직류전원은 RF 전원에 비하여 증착율이 좋으나 DC 전원에 비해 증착율이 떨어지는 단점이 있는 바, 제 2 진공 챔버(310)에 제 2 진공 챔버(310)와 동일한 조건의 챔버를 적어도 하나 마련하여 질화티타늄(TiN)을 증착하는 공정을 수행할 수 있다.
경도강화층(110)이 형성되면 경도강화층(110)에 색상층(120)을 증착하기 위해 도 2c에 도시한 바와 같이 레일(201)을 따라 플라스틱 대상체(100)를 이동시켜 제 3 진공챔버(410) 내에 장착시킨다. 경도강화층(110)이 증착된 플라스틱 대상체(100)가 제 3 진공챔버(410) 내에 장착되면 진공 펌프(414)에 의해 제 3 진공 챔버(410)를 진공 상태로 유지시키면서 질량 유량계(426)를 조절하여 제 3 진공 챔버(410) 내에 아르곤(Ar) 가스를 유입시킨다.
이후 제 1 진공챔버(210)와 동일한 원리로 플라즈마를 발생시키고, 플러스로 차지된 아르곤 이온(Ar+)이 크롬(Cr) 타겟 시료(434)에 충돌하여 크롬(Cr) 원자가 튀어나와 질화티타늄(TiN) 성분을 포함하는 경도강화층(110)에 증착되어 크롬(Cr) 성분을 포함하는 색상층(120)을 형성한다.
제 3 전원공급부(435)로는 DC전원, 펄스직류전원(Pulsed DC power source), RF 전원 (Radio Frequency power source)이 이용될 수 있는데, 이 중 DC 전원은 증착되는 층의 밀도가 높지 않으며, RF 전원은 크롬(Cr) 원자가 증착되는 속도가 느리므로 펄스직류전원을 사용하는 것이 바람직하다.
펄스직류전원의 전압은 0 V보다 크고 600 V 이하인 것이 바람직하며, 색상층(120)이 1-500 나노미터의 두께로 형성되도록 전력 및 증착시간을 조절하는 것을 포함할 수 있다. 　
질화티타늄(TiN) 성분을 포함하는 경도강화층(110)에 크롬(Cr)을 포함하는 색상층(120)이 형성되면, 색상층(120)에 PTFE 또는 산화규소 성분을 포함하는 보호층(130)을 증착하는 공정을 포함할 수 있다. 이하 설명의 편의상 PTFE 성분을 포함하는 보호층(130)을 증착하는 공정을 예로 들어 설명하도록 한다.
도 3은 보호층(130)을 형성하기 위한 스퍼터링 증착장치(500)를 도시한 도면이다. 도 3에 도시한 바와 같이, 보호층(130)을 형성하는 공정을 추가적으로 수행하기 위하여 도 2에 도시한 스퍼터링 증착장치(200)에 제 4 진공 챔버(510)를 추가로 마련할 수 있다.
보호층(130)을 형성하기 위해 플라스틱 대상체(100)를 이동시켜 제 4 진공 챔버(510)에 장착시킨다. 　경도강화층(110) 및 색상층(120)이 증착된 플라스틱 대상체(100)가 제 4 진공 챔버(510)에 장착되면 진공 펌프(514)에 의해 제 4 진공 챔버(510)를 진공 상태로 유지시키면서 질량유량계(524)를 조절하여 제 4 진공 챔버(510) 내에 아르곤(Ar) 가스를 유입시킨다.
이후, 제 1 진공 챔버(210)와 동일한 원리로 챔버 내에 플라즈마를 발생시키고, 플러스로 차지된 아르곤 이온(Ar+)이 PTFE(P) 타겟시료에 충돌하여 PTFE가 튀어나와 색상층(120)에 증착되어 보호층(130)을 형성한다.
제 4전원공급부(535)로는, 플라즈마 처리의 원리와 동일하게 PTFE가 부도체이므로 RF 전원을 사용하는 것이 바람직하며, 산화규소를 증착하는 경우 역시 산화규소가 부도체 이므로 RF 전원을 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 보호층(130)이 1-500 나노미터의 두께로, 바람직하게는 30-300 나노미터의 두께로 생성되도록 전력 및 시간을 조절하는 것이 바람직하다.
PTFE 또는 산화규소 성분을 포함하는 보호층(130)은 내지문 기능이 있어 다층박막에 사람의 지문이 묻지 않도록 하고, 다층 박막을 물리적인 스크레치로부터 보호하는 역할을 하므로 색상층(120)에 보호층(130)을 형성하는 것이 바람직하다.
이하 본 발명의 일 실시예에 따른 플라스틱 부재에 대해 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 플라스틱 부재의 구조를 도시한 도면이다. 도 4에 도시한 바와 같이, 일 실시예에 따른 플라스틱 부재는 플라스틱 대상체(100)와, 플라스틱 대상체(100) 상에 증착된 경도강화층(110)과, 경도강화층(110)에 증착된 색상층(120)을 포함한다.
플라스틱 대상체(100)는 플라즈마 처리를 하여 이물질이 없이 평평하다.
경도강화층(110)은 플라스틱 대상체(100)에 증착된 크롬(Cr)을 포함하는 제 1 경도강화층 및 질화티타늄(TiN), 질화크롬(CrN) 및 질화알루미늄(AlN)을 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 제 2 경도강화층을 포함할 수 있다. 　
색상층(120)은 크롬(Cr), 티타늄(Ti), 구리(Cu), 금(Au) 및 질화티타늄(TiN)을 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.
위의 물질을 포함하는 제 1 경도강화층/제 2 경도강화층/색상층(130)의 조합은 제 1 경도강화층에 적어도 한가지의 성분이 포함될 수 있고, 제 2 경도강화층에 적어도 세 가지의 성분이 포함될 수 있고, 색상층(120)에 적어도 다섯가지의 성분이 포함될 수 있으므로 적어도 열다섯가지의 조합이 도출될 수 있다.
한편, 열 다섯가지의 조합 중에는 제 2 경도강화층이 질화티타늄(TiN)을 포함하고 색상층(130)이 질화티타늄(TiN)을 포함하는 경우와 같이　동일한 성분이 연속하여 증착되는 조합이 포함될 수 있다. 그러나 동일한 성분이 연속하여 증착되는 경우 경도 강화와 같은 목적을 달성하기가 상대적으로 어려우며 따라서 연속하는 층은 다른 성분을 포함하는 것이 바람직하다. 　
이하, 설명의 편의상 플라스틱 대상체(100) 상에 질화티타늄(TiN)을 포함하는 경도강화층(110)이 증착되고, 그 위에 크롬(Cr)을 포함하는 색상층(120)이 증착된 구조에 대해 설명하도록 한다.
질화티타늄(TiN) 및 크롬(Cr) 성분은 각각 스퍼터링 방식으로 증착되는데, 스퍼터링은 다른 PVD방식과 비교하여 상대적으로 높은 운동량을 가지고 기판에 충돌하기 때문에 모재와 강한 결합력을 나타낸다. 도 4를 참조하면, 경도강화층(110)을 구성하는 질화티타늄(TiN) 분자가 플라스틱 대상체(100) 내부로 깊게 파고 들어간 것 및 크롬(Cr) 원자가 질화티타늄(TiN) 성분을 포함하는 경도강화층(110) 내부로 깊게 파고 들어간 것을 볼 수 있다. 이는 스퍼터링 증착시 질화티타늄(TiN) 분자 및 크롬(Cr) 원자가 높은 에너지를 가지고 플라스틱 대상체(100)에 충돌하며 파고 들어가서 형성된 구조이다.
이로 인해 경도강화층(110)과 플라스틱 대상체(100)는 강한 결합에너지를 가지고 결합되며 이러한 강한 결합에너지는 증착 후 플라스틱 대상체(100)의 경도를 증가시켜 플라스틱의 내스크래치 성능이 향상되도록 할 수 있으며, 플라즈마 내 전류 밀도 및 온도 등의 변수를 조절하여 질화티타늄(TiN) 분자 또는 크롬(Cr) 원자가 플라스티 기판 내부로 효과적으로 파고들어갈 수 있도록 조절할 수 있다.
경도강화층(110)은 1-500 나노미터의 두께로 형성되는 것이 바람직하며, 복수개의 경도강화층(110)인 경우, 각 경도강화층(110)은 1-500 나노미터의 두께로 형성되는 것이 바람직하다. 또한, 색상층(120)은 1-500 나노미터의 두께로 형성되는 것이 바람직하다.
이하 본 발명의 다른 실시예에 따른 플라스틱 부재의 구조에 대해 상세하게 설명한다.
도 5는 다른 실시예에 따른 다층박막을 포함하는 플라스틱 부재의 구조를 도시한 도면으로, 도 5를 참조하면 다층박막은 도 4에 도시한 구조에 PTFE 또는 산화규소 성분을 더 포함하는 보호층(130)을 더 포함할 수 있다.
PTFE 또는 산화규소 성분 중 적어도 하나의 성분을 포함하는 보호층(130)은 물에 대한 접촉각이 높아 내지문 기능이 있어 금속 박막 층에 사람의 지문이 묻지 않도록 한다. 또한 경도가 높아 보호 기능이 있어 스크레치로부터 금속 박막 및 플라스틱 대상체(100)를 보호할 수 있다.
금속 박막 및 플라스틱 대상체(100)를 보호하기 위한 보호층(130)은 1-500 나노미터의 두께로 형성될 수 있으며, 바람직하게는 30-300 나노미터의 두께로 형성될 수 있다.
이하 본 발명의 일 실시예에 따른　전자제품에 대해 상세사게 설명하도록 한다.
일 실시예에 따른 전자제품은 플라스틱 성분을 포함하는 하우징 및 하우징의 표면 전부 또는 일부에 결합된 다층박막을 포함하고, 다층박막은 하우징의 표면 전체 또는 일부분에 결합된 도장층과, 도장층에 결합된 적어도 하나의 경도강화층과, 경도강화층에 결합된 색상층을 포함한다.
하우징은 부품을 수용하는 상자행 부분이나 기구를 포용하는 프레임 등 모든 기계 장치를 둘러싸고 있는 상자 모양의 부분으로, 하우징의 액세서리를 포함하는 개념일 수 있다. 하우징의 액세서리란 티브이의 베젤부, 티브이의 스텐드, 통신기기의 베젤부와 같이 외관을 형성하는 하우징의 일 부분을 포함하는 개념 또는 전자제품의 부품을 포함하는 개념으로 정의한다. 　
또한 하우징이 플라스틱 성분을 포함한다는 것은 단일 성분의 폴리머, 또는 단일 성분의 폴리머 복수개를 중합한 폴리머를 모두 포함하는 것을 의미한다. 보다 상세하게 PC(PolyCarbonate), ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene copolymer), PMMA(Poly Methyl Methacrylate), MABS(Methylmathacrylate/Acrylonitrile/Butadiene/Styrene), PC/ABS(PolyCarbonate/Acrylonitrile Butadiene Styrene copolymer) 성분 중 적어도 하나의 성분을 포함할 수 있다.
다층박막이 형성되는 플라스틱 대상체(100)의 표면은 플라즈마 처리를 하여 이물질이 제거된 표면이다.
경도강화층(110)은 플라스틱 대상체(100)에 증착된 크롬(Cr)을 포함하는 제 1 경도강화층 및 질화티타늄(TiN), 질화크롬(CrN) 및 질화알루미늄(AlN)을 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 제 2 경도강화층을 포함할 수 있다. 　
색상층(120)은 크롬(Cr), 티타늄(Ti), 구리(Cu), 금(Au) 및 질화티타늄(TiN)을 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.
도 6은 일 실시예에 따른 전자제품의 예로 도 5에 도시된 다층박막이 표면에 결합된　하우징을 포함하는 티브이(TV)(600)를 도시한 도면이다.
도 6에 도시한 바와 같이 티브이(600)는 다층박막이 형성된 베젤부(610), 다층박막이 형성된 스텐드부(620a, 620b, 620c)를 포함할 수 있으며, 다층박막이 형성된 하우징은 경도가 강화되며 미려한 금속감이 구현된다.
도 7의 (a)는 일 실시예에 따른　전자제품의 예로　도 5에 도시된 다층박막이 표면에 결합된　하우징을 포함하는 통신기기(700)를 도시한 사시도이며, 도 7의 (b)는 그 배면도이다.
도 7의 (a) 및 도 7의 (b)에 도시된 바와 같이, 통신기기(700)의 외관을 형성하는 하우징은 도 5에 도시된 다층박막을 포함할 수 있으며, 결과적으로 통신기기(700)의 경도가 강화되고 외관에 미려한 금속감이 구현된다.
한편, 하우징은 상기한바와 같이 통신기기(700)의 베젤부(710) 및 통신기기(700)의 케이스부(720)를 포함할 수 있다.　
도 8은 일 실시예에 따른 전자제품의 예로　도 5에 도시된 다층박막이 표면에 결합된　하우징(810)에 의해 외관이 형성된　세탁기(800)를 도시한 도면이다.
도 8에 도시한 바와 같이, 세탁기(800)의 외관을 형성하는 하우징(810)은 도 5에 도시된 다층박막을 포함할 수 있으며, 결과적으로 세탁기(800)의 경도가 강화되고 외관에 미려한 금속감이 구현된다.
도9는 일 실시예에 따른 전자제품의 예로 도 5에 도시된 다층박막이 표면에 결합된 하우징(910)에 의해 외관이 형성된 냉장고(900)를 도시한 도면이다.
도9에 도시한 냉장고(900)의 외관을 형성하는 하우징(910)은 도 5에 도시된 다층박막을 포함하며, 결과적으로 냉장고(900)의 경도가 강화도고 미려한 금속감이 구현된다.
100 : 플라스틱 대상체
110 : 경도강화층
130 : 색상층
140 : 보호층
200, 500 : 스퍼터링 증착장치
210, 310, 410, 510 : 진공 챔버
220, 320, 420, 520 : 가스 공급 시스템
235, 335, 435, 535 : 전원공급부　

Claims (18)

  1. 플라즈마 처리를 하여 플라스틱 대상체의 표면을 개질하는 공정;
    상기 플라스틱 대상체에 적어도 하나의 경도강화층을 증착하는 공정; 및
    상기 경도강화층에 색상층을 증착하는 공정;을 포함하는 다층박막 제조방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 플라스틱 대상체에 경도강화층을 증착하는 공정에서,
    상기 경도강화층은 상기 플라스틱 대상체에 증착된 크롬(Cr)을 포함하는 제 1 경도강화층과 상기 제 1 경도강화층에 증착된 질화티타늄(TiN), 질화크롬(CrN), 및 질화알루미늄(AlN)을 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 제 2 경도강화층을 포함하는 것을 특징으로 하는 다층박막 제조방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 경도강화층을 증착하는 공정은,
    펄스드 디씨 전원(Pulsed DC power source) 또는 RF 전원(Radio Frequency power source) 중 하나를 사용하는 것을 포함하는 다층박막 제조방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 경도강화층에 색상층을 증착하는 공정에서,
    상기 색상층은 크롬(Cr), 티타늄(Ti), 구리(Cu), 금(Au) 및 질화티타늄(TiN)을 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 다층박막 제조방법.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 색상층을 증착하는 공정은,
    펄스드 디씨 전원(Pulsed DC power source) 또는 RF 전원(Radio Frequency power source) 중 적어도 하나를 사용하는 것을 포함하는 다층박막 제조방법.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 경도강화층에 색상층을 증착하는 공정 이후에,
    PTFE(Polythtrafluoroethylene) 및 산화규소(SiO2)을 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 보호층을 형성하는 공정;을 더 포함하는 다층박막 제조방법.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 보호층을 증착하는 공정은,
    RF 전원(Radio Frequency power source)을 사용하는 것을 포함하는 다층박막 제조방법.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 플라즈마 처리를 하여 플라스틱 대상체의 표면을 개질하는 공정은,
    RF 전원(Radio Frequency power source)을 사용하여 상기 플라스틱 대상체의 표면을 개질하는 것을 포함하는 다층박막 제조방법.
  9. 플라스틱 대상체;
    상기 플라스틱 대상체의 경도를 강화하도록 상기 플라스틱 대상체상에 증착된 적어도 하나의 경도강화층; 및
    금속 외관을 구현하도록 상기 경도강화층에 증착된 색상층;을 포함하는 플라스틱 부재.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 경도강화층은,
    상기 플라스틱 대상체에 증착된 크롬(Cr)을 포함하는 제 1 경도강화층과 상기 제 1 경도강화층에 증착된 질화티타늄(TiN), 질화크롬(CrN) 및 질화알루미늄(AlN)을 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 제 2 경도강화층을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라스틱 부재.
  11. 제 9항에 있어서,
    상기 색상층은 크롬(Cr), 티타늄(Ti), 구리(Cu), 금(Au), 질화티타늄(TiN) 성분 중 적어도 하나의 성분을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라스틱 부재.
  12. 제 9항에 있어서,
    상기 색상층에 PTFE(Polythtrafluoroethylene) 또는 산화규소(SiO2) 성분 중 적어도 하나의 성분을 포함하는 보호층;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라스틱 부재.
  13. 플라스틱 성분을 포함하는 하우징; 및
    상기 하우징의 표면 전부 또는 일부에 결합된 다층박막;을 포함하고,
    상기 다층박막은 상기 하우징의 표면 전체 또는 일부분에 결합된 도장층과, 상기 도장층에 결합된 적어도 하나의 경도강화층과, 상기 경도강화층에 결합된 색상층을 포함하는 전자제품.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 하우징은 상기 하우징의 액세서리를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자제품.
  15. 제 13항에 있어서,
    상기 플라스틱 성분은 PC(PolyCarbonate), ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene copolymer), PMMA(Poly Methyl Methacrylate), MABS(Methylmathacrylate/Acrylonitrile/Butadiene/Styrene), PC/ABS(PolyCarbonate/Acrylonitrile Butadiene Styrene copolymer)
    알루미늄(Al), 아연(Zn), 마그네슘(Mg), SUS(Steel Use Stainless), STS(Stainless Steel), 스틸(Steel) 성분 중 적어도 하나의 성분을 포함하는 전자제품.
  16. 제 13항에 있어서,
    상기 경도강화층은,
    상기 플라스틱 대상체에 증착된 크롬(Cr)을 포함하는 제 1 경도강화층 및 상기 제 1 경도강화층에 증착된 질화티타늄(TiN), 질화크롬(CrN), 또는 질화알루미늄(AlN) 성분 중 적어도 하나의 성분을 포함하는 제 2 경도강화층을 포함하는것을 특징으로 하는 전자제품.
  17. 제 13항에 있어서,
    상기 색상층은 크롬(Cr), 티타늄(Ti), 구리(Cu), 금(Au), 질화티타늄(TiN) 성분 중 적어도 하나의 성분을 포함하는 것을 특징으로 하는 전자제품.
  18. 제 13항에 있어서,
    상기 다층박막은,
    상기 색상층에 PTFE(Polythtrafluoroethylene) 또는 산화규소(SiO2) 성분 중 적어도 하나의 성분을 포함하는 보호층을 더 포함하는 전자제품.
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